JP5285577B2 - 超電導マグネットの励磁電源 - Google Patents

Description

本発明は、電源からの電力を制御し、超電導マグネット超電導マグネットの励磁電源に関する。

従来、電源から超電導コイルに励磁電流を供給して超電導コイルを励磁する超電導マグネットを備えた超電導機器が知られている。このような超電導機器に用いられる超電導マグネットは、供給される励磁電流に応じて、発生する磁場強度が変化する特徴を有している。

例えば、特許文献１は、複数の磁気分離ユニットが有する超電導コイルに流す電流を予め決定された値に個別に制御することで夫々所望の磁場を発生させ、廃液から磁性強度の異なる不純物を個別に回収するシステムを開示している。このように、超電導機器において所望の磁場を発生させる上で、超電導マグネットに供給する最適な電流を発見することが重要になっている。

そこで、磁場を利用した機器の最適な電流を発見する方法として、電流の電流値を変化させて磁場を測定する装置が知られている。例えば、特許文献２には、所定の電流パターンで電流値を時間的に変化させて磁界を測定する磁気ベクトル測定装置が開示され、核磁気共鳴装置、超電導磁石等に発生する磁界の測定に使用できる旨が示されている。

特開平１０−１９２６２０号公報 特開２００５−１８９２００号公報（段落００２６等）

特許文献２は、測定毎に予め用意した電流パターンを与える必要があり、さらに、電流パターンに基づく励磁電流の制御が行われた後に測定結果が出力されるものであった。そのため、励磁中に所望のタイミングで励磁電流を調整して磁場等を測定するといった用途においては非効率であった。

また、超電導状態の超電導マグネットに対する励磁電流の制御に関して、上昇速度の制約があることが知られている。励磁電流の上昇速度がこの制約を上回る場合、発熱によって超電導マグネットが臨界温度に達する等の原因によりクエンチと呼ばれる超電導状態の崩れを招く。このため、特許文献２の構成では、クエンチが発生しないように励磁電流の電流パターンを予め考慮する必要がある。

本発明の目的は、斯かる問題を踏まえ、超電導マグネットに供給する励磁電流の柔軟な設定が可能であり、かつ、クエンチの発生を防止することが可能な超電導マグネットの励磁電源を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は、超電導マグネットへの励磁電流を制御するパワー回路を備える励磁電源であって、アナログ操作による入力が可能な励磁電流設定器と、所定周期毎の前記励磁電流の制御目標値を記憶する制御目標値記憶手段と、前記所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段と、前記励磁電流設定器への入力に基づく励磁電流の到達目標値と前記制御目標値との差分を算出する比較処理と前記差分がある場合に該差分の正負に応じて前記制御目標値に対して前記電流変更量を加算又は減算したものを新たな制御目標値として前記制御目標値記憶手段に記憶する次回制御目標値算出処理と前記パワー回路に該新たな制御目標値に基づく電流指令を行う電流指令処理と、を有する周期処理を前記所定周期毎に実行する周期処理制御手段とを備える。

上記構成によれば、アナログ操作での入力によって、最終的に到達させたい電流の到達目標値を入力することができる。また、周期処理において、設定された電流変更量を越えない所定周期毎の制御目標値が演算され、パワー回路に電流の指令が行われる。これにより、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。さらに、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路へ指令する電流値は設定された所定周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネットへの励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、前記周期処理の繰り返しを開始する開始タイミングを入力可能な周期処理開始手段をさらに備え、前記周期処理制御手段は、前記比較処理において、所定値に前記励磁電流設定器への入力値を加算したものを前記到達目標値としてもよい。

上記構成によれば、周期処理開始手段へ入力した開始タイミングにおいて、励磁電流を、所定値に入力値を加算した電流値を到達目標値とする周期処理を開始することができる。これにより、励磁電流に追加したい値を容易に設定でき、さらに所望のタイミングで励磁を開始させることができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、励磁中、又は、励磁完了を示す表示態様を表示する励磁状態表示手段と、前記周期処理において前記差分がある場合に前記励磁状態表示手段の表示態様を励磁中とし、前記周期処理において前記差分がない場合に前記励磁状態表示手段の表示態様を励磁完了とする励磁状態表示制御手段とをさらに備えてもよい。

上記構成によれば、電流指令としてパワー回路に送信される制御目標値が所定周期毎に増減されている場合に励磁状態表示手段の表示態様は励磁中を示し、制御目標値が到達目標値となった場合に励磁状態表示手段の表示態様は励磁完了を示す。これにより、励磁状態を明確に表示することができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、前記周期処理の繰り返しを停止する停止タイミングを入力可能な周期処理停止手段と、周期処理開始中、又は、周期処理停止中を示す表示態様を表示する周期処理状態表示手段と、前記開始タイミングに基づき前記周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理開始中とし、前記停止タイミングに基づき前記周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理停止中とする周期処理状態表示手段とをさらに備え、前記周期処理制御手段は、前記停止タイミングに基づき前記周期処理を停止する構成にされていてもよい。

上記構成によれば、周期処理開始手段及び周期処理停止手段により、周期処理が制御される。また、周期処理状態表示手段は、周期処理が開始されているか否かを表示することができる。これにより、周期処理が実行されており、励磁電流設定器への入力が直ちに周期処理に反映されるか否かを明確に区別することができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、前記パワー回路への電流指令が示す電流値から、前記超電導マグネットが発生する磁場強度値を演算するための比率を設定する比率設定手段と、前記比率に基づいて、前記励磁電流設定器への入力に基づく電流の到達目標値を、前記磁場強度値として表示する磁場強度表示手段とをさらに備えてもよい。

上記構成によれば、超電導マグネットへの電流値と超電導マグネットが発生する磁場強度値との比率を設定し、励磁電流設定器への入力に基づく電流の到達目標値を磁場強度値として表示することができるようになっている。これにより、設定された比率によって算出された磁場強度を確認しながら励磁電流の設定を行うことができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、超電導マグネットを励磁する電流を定電流値に制御するパワー回路を備える超電導マグネットの励磁電源であって、アナログ操作による入力が可能な励磁電流増減器と、所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段と、前記励磁電流増減器からの入力に基づく割合を前記電流変更量に乗算して電流増減量を算出する電流増減量算出処理と、前記パワー回路に該電流増減量に基づく電流指令を行う指令処理と、を有する周期処理を前記所定周期毎に実行する周期処理制御手段とを備えている。

上記構成によれば、アナログ操作での入力によって、設定された電流変更量に対する割合を入力することができる。また、周期処理において、入力された割合値を電流変更量に乗算して所定周期毎の電流増減量が演算され、パワー回路に電流の指令が行われる。これにより、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。さらに、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路へ指令する電流値は設定された所定周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネットへの励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

また、本発明の超電導マグネットの励磁電源は、前記所定周期当たりの前記電流変更量と、該電流変更量により前記超電導マグネットが発生する磁場強度の変更量との比率を設定する増減量比率設定手段と、前記比率に基づいて、前記励磁電流増減器への入力に基づく前記割合を、前記磁場強度の変更量として表示する磁場強度表示手段とをさらに備えてもよい。

上記構成によれば、超電導マグネットへの調整電流変更量と超電導マグネットが発生する磁場強度の変更量との比率を設定し、励磁電流増減器への入力に基づいて算出された電流増減量を磁場強度の変更量として表示することができるようになっている。これにより、設定された比率によって算出された磁場強度の変更量を確認しながら電流変更量に対する割合を入力することができる。

本発明の超電導マグネットの励磁電源によれば、直感的なインタフェースを提供するとともに、超電導マグネットへの励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

第１実施形態の励磁電源を示す斜視図である。 第１実施形態のリモコンを示す上面図である。 第１実施形態の励磁電源の機能ブロックを示す図である。 第１実施形態の周期処理を示すフローチャートである。 第２実施形態の励磁電源の機能ブロックを示す図である。 第３実施形態の励磁電源の機能ブロックを示す図である。 第３実施形態のリモコンを示す上面図である。 第３実施形態の周期処理を示すフローチャートである。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。本実施形態に係る励磁電源１００は、図３に示すように、商用電源４０からの電力を制御し、超電導マグネットを励磁する電流（以下、励磁電流と称す）を供給するパワー回路９を備えるものである。尚、図示しないが、パワー回路９から超電導マグネット１２への供給ラインには、電流値を検知する電流シャントが設けられている。電流シャントは、パワー回路９に電流値をフィードバックする。これにより、パワー回路９は、超電導マグネット１２へ供給する電流を、指令された電流値に制御することが可能となっている。

図１に示すように、励磁電源１００は、リモコン３０と、本体３１とを有している。

リモコン３０には、一端にコネクタ３０ｂを有するケーブル３０ａの多端が接続されている。コネクタ３０ｂが本体３１に接続されることで、リモコン３０及び本体３１間のデータ通信が可能にされている。尚、リモコン３０と本体３１との接続はこの形態に限定されない。例えば、赤外線等の無線による接続であってもよい。

また、リモコン３０は、励磁電流設定器１を有している。励磁電流設定器１は、リモコン３０に回動自在に設けられた回転式のアナログ入力装置である。即ち、励磁電流設定器１は、外部からのアナログ操作による回動が可能に構成される。尚、励磁電流設定器１は、図示しない可変抵抗器を内部に有している。可変抵抗器は、励磁電流設定器１が回動された角度に応じて抵抗値が変更されるようになっている。

また、リモコン３０は、変換器１１を内部に有している。変換器１１は、励磁電流設定器１における可変抵抗器の抵抗値（アナログ値）を検出し、電流値を示すデジタル信号に変換して本体３１に送信するようになっている。即ち、リモコン３０は、励磁電流設定器１への入力が示す電流値を、ケーブル３０ａを介して本体３１に送信することが可能となっている。本実施形態において、励磁電流設定器１への入力が示す電流値を到達目標値と称す。

本実施形態において、リモコン３０は、０Ａ〜３００Ａまでの電流値を本体３１に送信できるようになっている。図２に示すように、リモコン３０は、目盛り３０ｃが付されている。目盛り３０ｃは、０Ａから３００Ａまでの５Ａごとに、励磁電流設定器１の形状に合わせて円軌跡に沿って付されている。また、励磁電流設定器１には、現在の設定値を示す印１ａが付されている。励磁電流設定器１が回動されて、この印１ａが目盛り３０ｃの所望の電流値の位置に合致されることで、リモコン３０から本体３１へ所望の到達目標値が送信される。図２の例では、印１ａが目盛り３０ｃの０Ａから１００Ａに合致するように、励磁電流設定器１が回動されている。

このように、アナログ操作での入力によって、最終的に到達させたい電流値を到達目標値として入力することができる。これにより、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。

本体３１は、図１に示すように、複数の入力ボタンを備えるコントロールパネル３１ａ、及び、蛍光表示管で構成される表示パネル３１ｂを有している。コントロールパネル３１ａ、及び、表示パネル３１ｂは、本体３１の前面に設けられている。また、図示しないが、本体３１は、商用電源からの電力を入力するための入力端子と、超電導マグネットへ励磁電流を出力するための出力端子とを有している。

コントロールパネル３１ａは、複数の入力ボタンにより、超電導マグネット１２への励磁電流を変更する周期、この周期当たりに許容する電流変更量、及び、パワー回路９への電流指令が示す電流値から超電導マグネット１２が発生する磁場強度値を演算するための比率、が設定可能にされている。本実施形態において、「比率」とは、電流値で磁場強度値を除算した値を示す。

尚、「周期当たりに許容する電流変更量」とは、Ｎ周期目のパワー回路９への電流指令が示す電流値と、Ｎ＋１周期目のパワー回路９への電流指令が示す電流値との差異の上限を示す。

本実施形態において、コントロールパネル３１ａでは、１秒当たりの電流変更量（以下、電流スイープレートと称す）が入力可能にされている。周期当たりに許容する電流変更量は、設定された周期と、電流スイープレートとを乗算することで演算される。これにより、コントロールパネル３１ａは、周期当たりに許容する電流変更量の設定を実現可能にしている。

具体的に、設定された周期が「０．１ｓｅｃ」であり、設定された電流スイープレートが「０．１Ａ／ｓｅｃ」である場合、周期（０．１ｓｅｃ）当たりに許容する電流変更量は、両者が乗算されて「０．０１Ａ」となる。尚、以降の説明において特に言及しない場合、「電流変更量」は「周期当たりに許容する電流変更量」を示す。

また、本体３１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＣＰＵが実行するプログラム及びこれらプログラムに使用されるデータを書き替え可能に記憶するＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable Read Only Memory）と、プログラム実行時にデータを一時的に記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）とを含んでいる。本体３１が有する各機能部は、これらハードウェアとＥＥＰＲＯＭ内のソフトウェアとが協働して構築されている。

即ち、図３に示すように、本体３１は、表示制御部３２と、制御目標値記憶部４と、周期処理制御部３３と、を有している。

表示制御部３２は、表示パネル３１ｂに「到達目標値」、「制御目標値」、及び、「磁場強度の予測値」を表示させる制御を行う。表示制御部３２は、変換器１１を介して励磁電流設定器１から到達目標値を取得し、表示パネル３１ｂに表示させる。また、表示制御部３２は、制御目標値記憶部４から制御目標値を取得し、表示パネル３１ｂに表示させる。また、表示制御部３２は、上記比率を到達目標値に乗算して超電導マグネット１２が発生する磁場強度の予測値を演算し、表示パネル３１ｂに表示させる。

具体的に、「磁場強度の予測値」の表示について説明する。パワー回路９へ送信する電流を「１００Ａ」としたときに、所定条件下での超電導マグネット１２が発生する磁場強度の測定値が１Ｔ（テスラ）であった場合、この所定条件下での超電導マグネット１２は電流値に対して１／１００の比率の磁場強度で推移することが予想される。この１／１００という比率をコントロールパネル３１ａにより予め設定することで、表示パネル３１ｂに演算値としての磁場強度を表示することができるようになっている。

例えば、所定条件下での超電導マグネット１２が１．５Ｔの磁場強度を発生するための励磁電流を発見したい場合、表示パネル３１ｂに１．５Ｔと表示されるように励磁電流設定器１をアナログ操作する。これにより、実際の超電導マグネット１２は１．５Ｔに近い値の磁場強度を発生することが予想される。このように、所定条件下での所望の磁場強度を得るための電流値の発見を容易にすることができる。

制御目標値記憶部４は、周期毎の励磁電流の制御目標値を記憶する機能を有している。尚、励磁電源１００起動時には、制御目標値記憶部４の制御目標値は０Ａに設定される。

周期処理制御部３３は、周期毎にパワー回路９に電流指令を行う機能を有している。具体的に、周期処理制御部３３は、比較部６と、次回制御目標値算出部５と、電流指令部７とを有している。また、図示しないが、周期処理制御部３３は、周期を計測するタイマーカウンタを有している。

比較部６は、励磁電流の到達目標値と制御目標値との差分を算出する比較処理を実行する機能を有している。即ち、周期毎に変換器１１を介して到達目標値を取得し、制御目標値記憶部４に記憶される制御目標値と比較して差分を算出する。算出結果は、次回制御目標値算出部５に送信される。

次回制御目標値算出部５は、差分がある場合に該差分の正負に応じて制御目標値に対して電流変更量を加算又は減算したものを新たな制御目標値として制御目標値記憶部４に記憶する次回制御目標値算出処理を実行する機能を有している。即ち、次回制御目標値算出部５は、比較部６によって算出された差分を判定し、差分があった場合は到達目標値に近づけるように制御目標値と電流変更量とを演算するようになっている。

具体的に、次回制御目標値算出部５は、到達目標値が制御目標値記憶部４に記憶される制御目標値よりも大きい場合、制御目標値に電流変更量を加算して、新たな制御目標値を算出する。また、次回制御目標値算出部５は、到達目標値が制御目標値記憶部４に記憶される制御目標値よりも小さい場合、制御目標値から電流変更量を減算して、新たな制御目標値を算出する。算出された新たな制御目標値は電流指令部７に送信されると共に、制御目標値記憶部４に記憶される。

電流指令部７は、次回制御目標値算出部５から送信された新たな制御目標値に基づいて、パワー回路９に電流指令を行う電流指令処理を実行する機能を有している。具体的に、次回制御目標値算出部５が算出した制御目標値をアナログ信号に変換してパワー回路９に送信する。

パワー回路９は、外部の商用電源４０からの電力が入力され、超電導マグネット１２へ励磁電流を供給する。パワー回路９は、電流指令部７からの電流指令に基づいて、励磁電流を制御する。

次に、図４を参照して、励磁電源１００の周期処理動作について説明する。図４は、励磁電源１００の周期処理制御部３３が実行する周期処理を示すフローチャートである。本実施形態において、この周期処理は、励磁電源１００が起動されることをトリガとして開始される。尚、これに限定されず、周期処理は、励磁電源１００が起動されてから最初に励磁電流設定器１が操作されたことをトリガとして開始されるものであってもよい。

先ず、励磁電流設定器１が示す到達目標値が取得される（Ａ１）。そして、制御目標値記憶部４に記憶される制御目標値が取得される（Ａ２）。ここで、取得されるのは、前回の周期においてパワー回路９に電流指令された制御目標値である。

そして、取得した到達目標値及び制御目標値に差分があるか否かが判定される（Ａ３）。即ち、前回の周期においてパワー回路９に電流指令された制御目標値が、励磁電流設定器１によって入力された到達目標値に達しているか否かが判定される。差分がない場合（Ａ３：ＮＯ）は、後述のＡ５の処理に移行される。このように、比較処理は、これらＡ１〜Ａ３の処理を有している。

一方、差分がある場合（Ａ３：ＹＥＳ）は、新たな制御目標値が算出される（Ａ４）。具体的に、到達目標値が１０１Ａであり、前回の周期においてパワー回路９に電流指令した制御目標値が１００Ａである場合、１Ａの差分がある。ここで、到達目標値は、制御目標値よりも大きいため、１００Ａに電流変更量が加算される。例えば、電流変更量が０．０１Ａである場合は、新たな制御目標値は、１００．０１Ａとなる。即ち、励磁中に励磁電流設定器１によって到達目標値が変更されない場合、周期毎に１００．０１Ａ、１００．０２Ａ、１００．０３Ａ、・・・のように０．０１Ａずつ制御目標値に加算されて１０１Ａに至る。このように、次回制御目標値算出処理は、Ａ４の処理を有している。

次に、パワー回路９へ電流指令が行われる（Ａ５）。図示しないが、パワー回路９は、電流指令に応じて、励磁電流を電流指令に基づく電流値に制御する。即ち、電流指令処理は、Ａ５の処理を有している。

そして、コントロールパネル３１ａにより設定された周期が経過したか判定される（Ａ６）。１回の周期が経過しない場合（Ａ６：ＮＯ）は、Ａ６の処理を繰り返し、１回の周期が経過した場合はＡ１の処理に戻る。

このように、パワー回路９へ送信した制御目標値が到達目標値に至るまで、周期毎に制御目標値を到達目標値に電流変更量だけ近づける処理を実行する。即ち、周期処理において、設定された電流変更量を越えない周期毎の制御目標値が演算され、パワー回路９に制御目標値に基づく電流指令が行われる。これにより、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路９へ指令する電流値は設定された周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネット１２への励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

例えば、操作者が励磁電流設定器１に対して急激な操作を行った場合でも、電流スイープレートに従って励磁電流が制御される。このように、励磁電流の変更操作に不慣れな操作者であってもクエンチを発生させることなく、励磁電流を変更することができる。

（第２実施形態）
以下、本発明の第２実施形態について説明する。尚、第１実施形態と同一の部材及び機能部に関しては、第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る励磁電源２００は、先の第１実施形態と比較し、コントロールパネル３１ａにおいて励磁電流の初期設定値が設定可能である点、励磁電流設定器１からの電流値に初期設定値が加算された値が到達目標値となる点、及び、本体３１が励磁ボタン３４を有している点、において異なる。

本実施形態のコントロールパネル３１ａは、励磁電流の初期設定値が設定可能となっている。初期設定値とは、電流値であり、超電導マグネット１２への励磁電流の初期目標値である。尚、初期設定値はこれに限定されることはなく所定値であればよい。

また、本実施形態において、励磁電流設定器１へ入力する入力値は、上述の初期設定値に追加する電流値となる。従って、本実施形態において、励磁電流設定器１への入力が示す電流値と、コントロールパネル３１ａに設定される初期設定値との和が到達目標値となる。

また、本実施形態において、図５に示すように、本体３１は、周期処理の繰り返しを開始するタイミングを入力可能な励磁ボタン３４を有している。励磁ボタン３４は、本体３１前面に設けられ、押下により入力が可能な入力装置である。励磁ボタン３４は、押下された場合に、超電導マグネット１２への励磁電流を到達目標値とする周期処理の制御が開始されるようになっている。尚、操作上のミスを防止する目的で、初期設定値が設定されていない場合は、励磁電流設定器１で追加する電流値が入力されている場合であっても、周期処理は開始されないようにするのもよい。また、初期設定値が設定されていない（初期設定値が０Ａである）場合であっても、励磁電流設定器１で電流値が入力されている場合は周期処理を開始するものであってもよい。これにより、汎用性を向上することができる。

また、励磁ボタン３４は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）を有する照光式スイッチである。図示しないが、ＬＥＤは、点灯が外部から目視可能に設けられている。ＬＥＤは、点灯することで「励磁中」を示し、消灯することで「励磁完了」を示す。即ち、ＬＥＤを有する励磁ボタン３４は、励磁状態を表示する励磁状態表示手段として機能するようになっている。尚、「励磁中」とは、励磁電流が周期処理により変更されている状態を示し、「励磁完了」とは、励磁電流が到達目標値に達して定電流制御されている状態を示す。以下、この「励磁完了」状態を「ＦＴ（フラットトップ）状態」とも称す。

尚、励磁状態表示手段の表示態様は、これに限定されない。例えば、表示パネル３１ｂや他の表示手段に「励磁中」及び「励磁完了」等の文字を表示するものであってもよい。

次に、励磁電源２００の励磁電流の設定動作について、第１実施形態で説明した図４を参照して、異なる点を説明する。本実施形態の周期処理は、励磁ボタン３４の押下がトリガとなり開始される。

本実施形態において、Ａ１の処理の前に、コントロールパネル３１ａに初期設定値が設定されているか否かを判定してもよい。即ち、初期設定値が０Ａであるか否かが判定され、初期設定値が設定されていない（初期設定値が０Ａである）場合、処理を終了する方法である。この方法では、初期設定値が設定されている場合に、Ａ１の処理を実行する。最後にＡ１を実施するのもよい。

また、Ａ１の処理においては、第１実施形態と異なり、コントロールパネル３１ａに設定された初期設定値と、励磁電流設定器１に入力された電流値とが加算され、到達目標値とされる。

また、Ａ３の処理において到達目標値と制御目標値とに差分がある場合、励磁ボタン３４のＬＥＤが点灯制御される。その後、Ａ４の処理を実行する。Ａ３の処理において到達目標値と制御目標値とに差分がない場合、励磁ボタン３４のＬＥＤが消灯制御される。その他の処理は、第１実施形態と同様であるため省略する。

このように、励磁ボタン３４へ入力したタイミングにおいて、励磁電流を、所定値に入力値を加算した電流値を到達目標値とする周期処理を開始することができる。これにより、励磁電流に追加したい値を容易に設定でき、さらに所望のタイミングで超電導マグネット１２の励磁を開始させることができる。

また、電流指令としてパワー回路９に送信される制御目標値が所定周期毎に増減されている場合にＬＥＤは励磁中を示す表示態様である「点灯」に制御される。また、制御目標値が到達目標値となった場合にＬＥＤは励磁完了を示す表示態様である「消灯」に制御される。また、励磁完了後にＬＥＤが「消灯」に制御されている場合でも、励磁電流設定器１の値が変更された場合は、周期処理のＡ３の処理において到達目標値と制御目標値とに差分が発生するため、ＬＥＤは「点灯」に制御される。これにより、励磁状態を明確に表示することができる。

尚、本実施形態の変形例として、例えば、励磁ボタン３４は押下された場合に、点灯または点滅に制御されるものであってもよい。具体的に、励磁ボタン３４が押下されたタイミングで周期処理が開始される。そして、周期処理において到達目標値と制御目標値とに差分がある場合、「励磁中」であるとして励磁ボタン３４のＬＥＤは、点灯制御される。また、差分がない場合、「励磁完了」であるとして励磁ボタン３４のＬＥＤは、点滅制御される。即ち、励磁ボタン３４のＬＥＤが点滅している場合は、ＦＴ状態であることを示す。

また、励磁ボタン３４のＬＥＤが点灯または点滅制御されている場合に、励磁ボタン３４が押下された場合、そのタイミングに基づいて周期処理が停止されると共に、励磁ボタン３４のＬＥＤが消灯制御される。即ち、励磁ボタン３４は、周期処理開始手段として機能すると共に、周期処理停止手段として機能する。

また、励磁ボタン３４のＬＥＤは、点灯制御されることで「励磁中」を示し、点滅されることで「励磁完了」を示す励磁状態表示手段として機能する。さらに、励磁ボタン３４のＬＥＤは、点灯または点滅制御されることで「周期処理開始中」を示し、消灯されることで「周期処理停止中」を示す周期処理状態表示手段として機能する。尚、「周期処理開始中」は、周期処理制御部３３によって周期処理が開始されていることを示し、「周期処理停止中」は、周期処理制御部３３によって周期処理が停止されていることを示す。

このように、周期処理が開始されているか否かが表示されるため、励磁電流設定器１の有効／無効を明確に区別することができる。即ち、励磁電流設定器１へ入力した値が直ちに周期処理に反映されるか否かを区別することができる。

尚、励磁ボタン３４のＬＥＤの表示態様は、これらに限定されることはない。例えば、「励磁中」及び「励磁完了」を共に点灯制御するものであってもよい。また、励磁ボタン３４を再度押すことによって周期処理を停止することに限定されることはない。例えば、他のボタンを押すと励磁ボタン３４のＬＥＤが消灯して、励磁電流を自動的に徐々に０Ａにするものであってもよい。

（第３実施形態）
以下、本発明の第３実施形態について説明する。尚、先の実施形態と同一の部材及び機能部に関しては、先の実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、本実施形態に係る励磁電源３００は、第１実施形態と同様に、リモコン３３０と、本体３３１とを有している。

リモコン３０は、励磁電流増減器２０と、変換器１１とを有している。励磁電流増減器２０は、励磁電流設定器１と同様に、回転式のアナログ入力装置であり、図示しない可変抵抗器を内部に有している。

変換器１１は、励磁電流設定器１と同様に、励磁電流設定器１における可変抵抗器の抵抗値（アナログ値）を検出するものであるが、電流変更量に対する割合を示すデジタル信号に変換して本体３３１に送信するようになっている。即ち、リモコン３３０は、励磁電流設定器１への入力が示す電流変更量に対する割合を、ケーブル３０ａを介して本体３３１に送信することが可能となっている。

本実施形態において、リモコン３３０は、−１００％〜＋１００％の割合を本体３３１に送信できるようになっている。図７に示すように、リモコン３３０は、目盛り３３０ｃが付されている。目盛り３３０ｃは、−１００％から＋１００％までの１０％ごとに、励磁電流増減器２０の形状に合わせて円軌跡に沿って付されている。また、励磁電流増減器２０には、現在の設定値を示す印２０ａが付されている。励磁電流増減器２０が回動されて、この印２０ａが目盛り３３０ｃの所望の割合の位置に合致されることで、リモコン３３０から本体３３１へ所望の割合が送信される。図７の例では、印２０ａが目盛り３３０ｃの０％から−５０％に合致するように、励磁電流設定器１が回動されている。

励磁電流増減器２０によって割合が入力された場合、コントロールパネル３１ａによって設定された電流変更量に対して割合を乗算した値（以下、電流増減量と称す）で周期毎に励磁電流が変更されるようになっている。即ち、図７の例であって電流変更量が０．０１Ａである場合、周期毎に励磁電流が０．０１×−５０％＝−０．００５Ａずつ変更される。即ち、励磁電流増減器２０に対して−５０％の入力がされている期間、励磁電流は周期毎に０．００５Ａずつ減少される。尚、励磁電流増減器２０は、未操作の状態で０％となるように付勢されている。

また、励磁電源３００の本体３３１は、第１実施形態と同様の表示パネル３１ｂとパワー回路９とを有している。

さらに、図６に示すように、励磁電源３００の本体３３１は、コントロールパネル３３１ａと、表示制御部３３２と、周期処理制御部３３３とを有している。

コントロールパネル３３１ａは、複数の入力ボタンを備え、超電導マグネット１２への励磁電流を変更する周期、この周期当たりに許容する電流変更量、及び、この電流変更量により超電導マグネット１２が発生する磁場強度の変更量との比率、が設定可能にされている。本実施形態において、「比率」とは、電流変更量で磁場強度の変更量を除算した値を示す。

表示制御部３３２は、表示パネル３１ｂに「電流増減量」及び、「磁場強度の増減量の予測値」を表示させる制御を行う。表示制御部３３２は、後述の電流増減量算出部１４が算出する電流増減量を取得し、表示パネル３１ｂに表示させる。また、表示制御部３２は、上記比率を電流増減量に乗算して超電導マグネット１２が発生する磁場強度の予測値を演算し、表示パネル３１ｂに表示させる。

具体的に、「磁場強度の増減量の予測値」の表示について説明する。パワー回路９へ送信する電流を「１００Ａ」から「１０１Ａ」へ変更させたときに、所定条件下での超電導マグネット１２が発生する磁場強度の測定値が１Ｔから１．０１Ｔに変更された場合、この所定条件下での超電導マグネット１２は電流値に対して１／１００の比率の磁場強度の変更量で推移することが予想される。この１／１００という比率がコントロールパネル３１ａにより予め設定されている場合、励磁電流増減器２０に入力された割合と電流変更量とから演算した電流増減量に比率を乗算することで、表示パネル３１ｂに「磁場強度の増減量の予測値」を表示することができるようになっている。

例えば、所定条件下での超電導マグネット１２に対して、磁場強度の増減量を＋０．０１Ｔで推移させたい場合、表示パネル３１ｂに＋０．０１Ｔと表示されるように励磁電流増減器２０をアナログ操作する。これにより、実際の超電導マグネット１２は＋０．０１Ｔに近い値の磁場強度の増減量で推移することが予想される。このように、所定条件下での所望の磁場強度の増減量を得るための電流増減量の発見を容易にすることができる。

周期処理制御部３３３は、周期毎にパワー回路９に電流指令を行う機能を有している。具体的に、周期処理制御部３３３は、電流増減量算出部１４と、電流指令部７とを有している。尚、本実施形態において、電流指令は、電流の増減量を示す。

電流増減量算出部１４は、励磁電流増減器２０からの入力に基づく割合を電流変更量に乗算して周期当たりの電流増減量を算出するようになっている。そして、電流指令部７は、周期毎に、算出された電流増減量だけ増減するように、パワー回路９に電流指令を行うようになっている。

次に、図８を参照して、励磁電源３００の周期処理動作について説明する。図８は、励磁電源３００の周期処理制御部３３３が実行する周期処理を示すフローチャートである。この周期処理は、励磁電流増減器２０への操作がトリガとなり開始される。

先ず、励磁電流増減器２０が示す割合が取得される（Ｂ１）。ここで、取得した割合が表示パネル３１ｂに表示される。そして、割合が０％であるか否かが判定される（Ｂ２）。即ち、割合が０％を示すように励磁電流増減器２０が操作されたか否かが判定される。割合が０％である場合（Ｂ２：ＹＥＳ）、処理を終了する。

一方、割合が０％でない場合（Ｂ２：ＮＯ）、コントロールパネル３３１ａに設定された電流変更量が取得され（Ｂ３）、電流増減量が算出される（Ｂ４）。ここで、電流増減量、及び、電流増減量から算出される磁場強度の増減量の予測値が表示パネル３１ｂに表示される

そして、電流増減量が電流指令としてパワー回路９に送信される（Ｂ５）。その後、コントロールパネル３１ａにより設定された周期が経過したか判定される（Ｂ６）。１回の周期が経過しない場合（Ｂ６：ＮＯ）は、Ｂ６の処理を繰り返し、１回の周期が経過した場合はＢ１の処理に戻る。

このように、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。さらに、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路９へ指令する電流増減量は設定された周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネット１２への励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

また、超電導マグネット１２への調整電流変更量と超電導マグネットが発生する磁場強度の変更量との比率を設定し、励磁電流増減器２０への入力に基づいて算出された電流増減量を磁場強度の変更量として表示することができるようになっている。これにより、設定された比率によって算出された磁場強度の変更量を確認しながら電流変更量に対する割合を入力することができる。

（本実施の形態の概要）
以上のように、本実施の形態は、超電導マグネット１２への励磁電流を制御するパワー回路９を備える励磁電源１００・２００であって、アナログ操作による入力が可能な励磁電流設定器１と、所定周期毎の励磁電流の制御目標値を記憶する制御目標値記憶手段（制御目標値記憶部４）と、所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段（コントロールパネル３１ａ）と、励磁電流設定器１への入力に基づく励磁電流の到達目標値と制御目標値との差分を算出する比較処理と差分がある場合に該差分の正負に応じて制御目標値に対して電流変更量を加算又は減算したものを新たな制御目標値として制御目標値記憶手段に記憶する次回制御目標値算出処理とパワー回路９に該新たな制御目標値に基づく電流指令を行う電流指令処理と、を有する周期処理を前記所定周期毎に実行する周期処理制御手段（周期処理制御部３３）とを備えて構成される。

上記構成によれば、アナログ操作での入力によって、最終的に到達させたい電流の到達目標値を入力することができる。また、周期処理において、設定された電流変更量を越えない所定周期毎の制御目標値が演算され、パワー回路９に電流の指令が行われる。これにより、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。さらに、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路９へ指令する電流値は設定された所定周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネット１２への励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源２００は、周期処理の繰り返しを開始するタイミングを入力可能な周期処理開始手段（励磁ボタン３４）をさらに備え、周期処理制御手段は、比較処理において、所定値（コントロールパネル３１ａに設定された初期設定値）に励磁電流設定器１への入力値を加算したものを到達目標値とする構成にされている。

上記構成によれば、周期処理開始手段へ入力したタイミングにおいて、励磁電流を、所定値に入力値を加算した電流値を到達目標値とする周期処理を開始することができる。これにより、励磁電流に追加したい値を容易に設定でき、さらに所望のタイミングで励磁を開始させることができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源２００は、励磁中、又は、励磁完了を示す表示態様を表示する励磁状態表示手段（励磁ボタン３４のＬＥＤ）と、励磁ボタン３４を入力したタイミングで励磁状態表示手段の表示態様を励磁中（ＬＥＤを点灯）とし、周期処理において差分がない場合に励磁状態表示手段の表示態様を励磁完了（ＬＥＤを消灯又は点滅）とする励磁状態表示制御手段（周期処理制御部３３）とをさらに備えて構成されている。

上記構成によれば、電流指令としてパワー回路９に送信される制御目標値が所定周期毎に増減されている場合に励磁状態表示手段の表示態様は励磁中を示し、制御目標値が到達目標値となった場合に励磁状態表示手段の表示態様は励磁完了を示す。これにより、励磁状態を明確に表示することができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源１００・２００は、周期処理の繰り返しを停止する停止タイミングを入力可能な周期処理停止手段（励磁ボタン３４）と、周期処理開始中、又は、周期処理停止中を示す表示態様を表示する周期処理状態表示手段（励磁ボタン３４のＬＥＤ）と、開始タイミングに基づき周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理開始中（ＬＥＤを点灯又は点滅）とし、停止タイミングに基づき周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理停止中（ＬＥＤを消灯）とする周期処理状態表示制御手段（周期処理制御部３３）とをさらに備え、周期処理制御手段は、停止タイミングに基づき周期処理を停止する構成にされている。

上記構成によれば、周期処理開始手段及び周期処理停止手段により、周期処理が制御される。また、周期処理状態表示手段は、周期処理が開始されているか否かを表示することができる。これにより、周期処理が実行されており、励磁電流設定器１への入力が直ちに周期処理に反映されるか否かを明確に区別することができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源１００・２００は、パワー回路９への電流指令が示す電流値から、超電導マグネット１２が発生する磁場強度値を演算するための比率を設定する比率設定手段（コントロールパネル３１ａ）と、比率に基づいて、励磁電流設定器１への入力に基づく電流の到達目標値を、磁場強度値として表示する磁場強度表示手段（表示制御部３２、表示パネル３１ｂ）とをさらに備えて構成されている。

上記構成によれば、超電導マグネット１２への電流値と超電導マグネット１２が発生する磁場強度値との比率を設定し、励磁電流設定器１への入力に基づく電流の到達目標値を磁場強度値として表示することができるようになっている。これにより、設定された比率によって算出された磁場強度を確認しながら励磁電流の設定を行うことができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源３００は、超電導マグネット１２を励磁する電流を定電流値に制御するパワー回路９を備える超電導マグネット１２の励磁電源であって、アナログ操作による入力が可能な励磁電流増減器２０と、所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段（コントロールパネル３３１ａ）と、励磁電流増減器２０からの入力に基づく割合を電流変更量に乗算して電流増減量を算出する電流増減量算出処理と、パワー回路９に該電流増減量に基づく電流指令を行う指令処理と、を有する周期処理を所定周期毎に実行する周期処理制御手段（周期処理制御部３３３）とを備えて構成されている。

上記構成によれば、アナログ操作での入力によって、設定された電流変更量に対する割合を入力することができる。また、周期処理において、入力された割合値を電流変更量に乗算して所定周期毎の電流増減量が演算され、パワー回路９に電流の指令が行われる。これにより、所望のタイミングにおいて手動によるアナログ操作が可能であるという直感的なインタフェースを提供することができる。さらに、アナログ操作による入力が如何なる変動を伴う場合であっても、パワー回路９へ指令する電流値は設定された所定周期当たりの電流変更量を越えないように制御されるため、超電導マグネット１２への励磁電流の変更に起因するクエンチを防止することができる。

また、本実施の形態の超電導マグネット１２に用いる励磁電源３００は、所定周期当たりの電流変更量と、該電流変更量により超電導マグネット１２が発生する磁場強度の変更量との比率を設定する増減量比率設定手段（コントロールパネル３３１ａ）と、比率に基づいて、励磁電流増減器２０への入力に基づく割合を、磁場強度の変更量として表示する磁場強度表示手段（表示制御部３３２、表示パネル３１ｂ）とをさらに備えて構成されている。

上記構成によれば、超電導マグネット１２への調整電流変更量と超電導マグネット１２が発生する磁場強度の変更量との比率を設定し、励磁電流増減器２０への入力に基づいて算出された電流増減量を磁場強度の変更量として表示することができるようになっている。これにより、設定された比率によって算出された磁場強度の変更量を確認しながら電流変更量に対する割合を入力することができる。

（変形例）
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。

例えば、第１〜第３の各実施形態において、励磁電流設定器１、及び、励磁電流増減器２０のいずれかを有するものであったがこれに限定されない。例えば、第１実施形態と、第２実施形態とを組み合わせるものであってもよいし、第１実施形態と、第３実施形態とを組み合わせるものであってもよいし、全てを組み合わせるものであってもよい。

また、励磁電流設定器１と、励磁電流増減器２０とは、回転式のアナログ入力装置であったがこれに限定されることはない。例えば、スライド式のアナログ入力装置であってもよい。

また、励磁電流設定器１と、励磁電流増減器２０とが、可変抵抗器を有するものであったが、これに限定されるものではない。例えば、励磁電流設定器１と、励磁電流増減器２０とが、パルスエンコーダを有するものであってもよい。これに応じて、変換器１１がカウンタを有するものにしてもよい。

また、コントロールパネル３１ａにより各種設定を行うものであったが、ＰＣ等を接続し、所定のアプリケーションにて行うものであってもよい。

また、励磁電流設定器１と、励磁電流増減器２０とは、リモコン３０に設けられるものであったが、これに限定されない。例えば、本体３１に一体的に設けるものであってもよい。

また、第３実施形態において、励磁電流増減器２０の可変抵抗に残る微少信号を考慮し、±２％程度の角度に対応する抵抗値の場合は、０％として制御してもよい。これにより、ノイズによる誤動作を防止できる。

また、本実施形態において、励磁電流の上昇時、及び、下降時において、同じ電流スイープレートによる制御を行っているがこれに限定されない。例えば、上昇時、及び、下降時の夫々の電流スイープレートを設定可能にされるものであってもよい。

また、目標電流に関しての作業が終了し、励磁電流を消磁（０Ａ）して磁場をゼロにするための入力装置として、別途消磁ボタンを設ける構成であってもよい。具体的に、消磁ボタンへ入力があった場合、リモコン３０の励磁電流設定器１やリモコン３３０の励磁電流増減器２０の値を無視して到達目標値を０Ａとする周期処理を実行する構成であってもよい。これにより、容易に消磁を行うことができる。また、別置のリモコン３０・３３０は必ずしも必須ではなく励磁電源１００・２００・３００の前面等のパネル面に励磁電流設定器１、及び／又は、励磁電流増減器２０があってもよい。

尚、本実施形態における各構成は、ソフトウェア、又は、ハードウェアの何れかによる構成に限定されない。

１ 励磁電流設定器
４ 制御目標値記憶
５ 次回制御目標値算出部
６ 比較部
９ パワー回路
１１ 変換器
１２ 超電導マグネット
１４ 電流増減量算出部
２０ 励磁電流増減器
３１ａ・３３１ａ コントロールパネル
３１ｂ 表示パネル
３３・３３３ 周期処理制御部
３２・３３２ 表示制御部
３４ 励磁ボタン
１００・２００・３００ 励磁電源

Claims (7)

1. 超電導マグネットへの励磁電流を制御するパワー回路を備える超電導マグネットの励磁電源であって、
   アナログ操作による入力が可能な励磁電流設定器と、
   所定周期毎の前記励磁電流の制御目標値を記憶する制御目標値記憶手段と、
   前記所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段と、
   前記励磁電流設定器への入力に基づく励磁電流の到達目標値と前記制御目標値との差分を算出する比較処理と、前記差分がある場合に該差分の正負に応じて前記制御目標値に対して前記電流変更量を加算又は減算したものを新たな制御目標値として前記制御目標値記憶手段に記憶する次回制御目標値算出処理と、前記パワー回路に該新たな制御目標値に基づく電流指令を行う電流指令処理と、を有する周期処理を前記所定周期毎に実行する周期処理制御手段と
   を備えていることを特徴とする超電導マグネットの励磁電源。
2. 前記周期処理の繰り返しを開始する開始タイミングを入力可能な周期処理開始手段
   をさらに備え、
   前記周期処理制御手段は、前記開始タイミングに基づき前記周期処理を開始し、前記比較処理において所定値に前記励磁電流設定器への入力値を加算したものを前記到達目標値とすることを特徴とする請求項１に記載の超電導マグネットの励磁電源。
3. 励磁中、又は、励磁完了を示す表示態様を表示する励磁状態表示手段と、
   前記周期処理において前記差分がある場合に前記励磁状態表示手段の表示態様を励磁中とし、前記周期処理において前記差分がない場合に前記励磁状態表示手段の表示態様を励磁完了とする励磁状態表示制御手段と
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の超電導マグネットの励磁電源。
4. 前記周期処理の繰り返しを停止する停止タイミングを入力可能な周期処理停止手段と、
   周期処理開始中、又は、周期処理停止中を示す表示態様を表示する周期処理状態表示手段と、
   前記開始タイミングに基づき前記周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理開始中とし、前記停止タイミングに基づき前記周期処理状態表示手段の表示態様を周期処理停止中とする周期処理状態表示制御手段と
   をさらに備え、
   前記周期処理制御手段は、前記停止タイミングに基づき前記周期処理を停止することを特徴とする請求項２又は３に記載の超電導マグネットの励磁電源。
5. 前記パワー回路への電流指令が示す電流値から、前記超電導マグネットが発生する磁場強度値を演算するための比率を設定する比率設定手段と、
   前記比率に基づいて、前記励磁電流設定器への入力に基づく電流の到達目標値を、前記磁場強度値として表示する磁場強度表示手段と
   をさらに備える請求項１〜４の何れかに記載の超電導マグネットの励磁電源。
6. 超電導マグネットを励磁する電流を定電流値に制御するパワー回路を備える超電導マグネットの励磁電源であって、
   アナログ操作による入力が可能な励磁電流増減器と、
   所定周期当たりに許容する電流変更量を設定する電流スイープレート設定手段と、
   前記励磁電流増減器からの入力に基づく割合を前記電流変更量に乗算して電流増減量を算出する電流増減量算出処理と、前記パワー回路に該電流増減量に基づく電流指令を行う指令処理と、を有する周期処理を前記所定周期毎に実行する周期処理制御手段と
   を備えていることを特徴とする超電導マグネットの励磁電源。
7. 前記所定周期当たりの前記電流変更量と、該電流変更量により前記超電導マグネットが発生する磁場強度の変更量との比率を設定する増減量比率設定手段と、
   前記比率に基づいて、前記励磁電流増減器への入力に基づく前記割合を、前記磁場強度の変更量として表示する磁場強度表示手段と
   をさらに備える請求項６に記載の超電導マグネットの励磁電源の電流設定装置。

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