JPH05283228A - 超電導磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】シールド板が振動しても、内槽容器への熱の侵
入を防ぐことができる超電導磁石を得ること。 【構成】シールド板３ＡをＣＦＲＰ材で製作し、このシ
ールド板３Ａの内部に冷却配管４Ａを埋め込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば磁気浮上式鉄道
の車両に搭載される超電導磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】図11は、磁気浮上式鉄道の車両に搭載さ
れる従来の超電導磁石を示す縦断面図である。図11にお
いて、断面長方形の外槽５の内部には、図示しない支持
部を介してアルミニウム合金板製の断面長方形のシール
ド板３Ｋが設けられていいる。このシールド板３Ｋの台
枠側となる右側の内面の上下には、断面が略凸字状のア
ルミニウム材の冷却配管４Ｂのフランジ部がリベットで
かしめられ、このシールド板３Ｋと外槽５の間の空間
は、断熱性を上げるために真空となっている。また、シ
ールド板３Ｋの内部には、内槽容器２が収納され、この
内槽容器２の内部には超電導コイル１が収納され、液体
ヘリウムが注入されている。

【０００３】このように構成された超電導磁石において
は、シールド板３Ｋは、液体窒素で冷却される冷却配管
４Ｂで冷却されて、外部の熱がこのシールド板３Ｋの内
部に侵入するのを防ぐために設けられている。そのた
め、このシールド板３Ｋの材料には、冷却配管４からの
熱の伝導性を上げるために、熱伝導率が高く、かつ、車
両に搭載される関係上軽量であることが要求され、従
来、アウミニウム合金板や銅合金板が使われている。一
方、車両が走行中には、超電導コイル１に流れる電流で
発生した強力な磁界の磁束が、シールド板３Ｋと鎖交す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このように
構成された超電導磁石においては、電磁誘導で生じる振
動によって、もし、シールド板３Ｋが微少に振動する
と、シールド板３Ｋが強力な磁束を横切るので、誘起起
電力が発生して渦電流が流れ、この渦電流でジュール熱
が発生する。そして、もし、このシールド板３Ｋの振動
が激しくなると、渦電流の増加でジュール熱も増えるだ
けでなく、内槽容器２にも誘起起電力が発生し、シール
ド板３Ｋからの熱の輻射によって内槽容器２への加熱量
も増え、内槽容器のジュール熱の発生要因ともなる。こ
の結果、もし、内槽容器２の内部の液体ヘリウムの気化
量が増えて、並設された冷凍機の能力を超えると、超電
導状態を維持できなくなるので、磁気浮上式鉄道の車両
が走行できなくなるおそれもある。そのため、シールド
板３Ｋに補強部材を溶接し、剛性を上げて、振動を抑え
る方法も考えられるが、すると、外槽容器５の外形が大
きくなるだけでなく、全体の重量も増えるので、磁気浮
上式鉄道の車両に搭載され、小形・軽量化が要求される
この超電導磁石には採用できない。

【０００５】そこで、発明者らは、シールド板３Ｋの材
料として、電気的抵抗が高く、熱伝導性も優れている炭
素強化プラスチックス材（以下、ＣＦＲＰ材という）を
用いて実験したところ、シールド板の振動で誘起された
起動力による渦電流は流れず、シールド板の温度上昇を
防ぐことができた。しかし、このＣＦＲＰ材のシールド
板に冷却配管４のフランジ部を従来と同様にリベットで
かしめただけでは、冷却配管４からＣＦＲＰ材のシール
ド板への熱伝達が不十分で、シールド板全体の冷却が不
十分であった。

【０００６】そこで、第１，第２，第３及び第４の発明
の目的は、たとい、シールド板が振動しても、内槽容器
への熱の侵入の増加を防ぐことのできる超電導磁石を得
ることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、冷却配管
が取り付けられたシールド板が外槽の内側に設けられ、
コイルを収納した内槽がシールド板の内側に設けられた
超電導磁石において、シールド板を炭素繊維強化プラス
チックスで形成するとともに、冷却配管の少なくとも一
部をシールド板に埋設したことを特徴とする。

【０００８】第２の発明は、冷却配管が取り付けられた
シールド板が外槽の内側に設けられ、コイルを収納した
内槽がシールド板の内側に設けられた超電導磁石におい
て、シールド板を炭素繊維強化プラスチックスで形成す
るとともに、冷却配管の少くとも１箇所以上に、熱膨張
緩和部を設けたことを特徴とする。

【０００９】第３の発明は、冷却配管が取り付けられた
シールド板が外槽の内側に設けられ、コイルを収納した
内槽がシールド板の内側に設けられた超電導磁石におい
て、シールド板を炭素繊維強化プラスチックスで形成す
るとともに、冷却配管の少くとも一部をシールド板に埋
設し、冷却配管の少なくとも外面を波形としたことを特
徴とする。

【００１０】第４の発明は、冷却配管が取り付けられた
シールド板が外槽の内側に設けられ、コイルを収納した
内槽がシールド板の内側に設けられた超電導磁石におい
て、シールド板を炭素繊維強化プラスチックスで形成す
るとともに、冷却配管の少くとも一部をシールド板に埋
設し、冷却配管と炭素繊維強化プラスチックスの間に、
熱膨脹緩和層を介在させたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】第１の発明においては、たといシールド板が振
動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電流は
流れず、内槽への輻射熱は増加せず、冷却配管とシール
ド板との熱伝達も促進される。

【００１２】第２の発明においては、たといシールド板
が振動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電
流は流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷却配管とシ
ールド板との膨脹係数の差でシールド板にかかる応力は
緩和される。

【００１３】第３の発明においては、たといシールド板
が振動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電
流は流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷却配管とシ
ールド板との熱伝達が促進され、冷却配管の内外表面の
増加で、シールド板との熱伝達が更に促進される。

【００１４】第４の発明においては、たといシールド板
が振動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電
流は流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷却配管とシ
ールド板との熱伝達が促進され、冷却配管の内外表面積
の増加で、シールド板との熱伝達が更に促進され、冷却
配管とシールド板との境界面の熱応力が緩和される。

【００１５】

【実施例】以下、第１の発明の超電導磁石の一実施例を
図面を参照して説明する。図１は、第１の発明の超電導
磁石を示す縦断面図で、従来の図11に対応する図であ
る。図１において、シールド板３Ａは、樹脂にエポキシ
樹脂を使ったＣＦＲＰ材で形成され、このシールド板３
Ａの上端と下端の中央部には、シールド板３Ａの金型に
よる成形時に冷却配管４Ａが埋め込まれている。

【００１６】このように構成された超電導磁石において
は、冷却配管４Ａの取付けに当たっては、従来のような
かしめ作業は要らなくなるので、組立作業が容易にな
る。さらに、冷却配管４Ａの外周とシールド板３Ａは密
着しており、境界面の熱伝達率を上げることができるの
で、シールド板３Ａの冷却効果を上げることができる。
また、たとい、シールド板３Ａが振動し、誘起起電力が
発生しても、シールド板３Ａの炭素繊維は抵抗が高く、
且つ、回路が形成されず、渦電流は流れないので、変動
磁界の発生とシールド板３Ａの温度上昇を防ぐことがで
きるだけでなく、内槽容器２での輻射による加熱も防ぐ
ことができる。さらに、冷却配管４Ａの配設場所の制約
が減り、任意の場所に配置できるので、超電導磁石及び
車両の設計と製作が容易となる。

【００１７】図２は、このように構成された超電導磁石
の組立方法を示す斜視図である。図２において、シール
ド板３Ａは、右端が開口した角筒状に形成され、内部に
超電導コイルを収納した内槽容器２を開口部から挿入
し、図示しない支持具で固定した後、蓋３ａで密封す
る。したがって、従来のような配管取付け作業が要らな
いので、このような箱状に形成されたシールド板３Ａに
内槽容器２を組込む方法が採用でき、組立作業を大幅に
短縮できる。

【００１８】図３は、第１の発明の超電導磁石の他の実
施例を示す部分断面図である。図３においては、冷却配
管４Ａは、角筒状のシールド板３Ｂの外面に形成された
凹部と、外面の外側から接合された外部シールド板３ｂ
の間に挟持されている。これらのシールド板３Ｂと外部
シールド板３ｂは、金型10の中型10ｂと側型10ａおよび
外型10ｃで圧縮された状態で成形される。このような方
法でシールド板３Ｂを製作することで、容易に冷却配管
４Ａを埋設することができる。

【００１９】図４（ａ）は、シールド板の異なる成形方
法を示す図で、冷却配管４Ａを金型10ｄで挟むように、
シールド板３Ｃの上下端を形成したものである。次に、
図４（ｂ）に示すように、左右の金型10ｅと中型10ｂで
両側を形成することで、図１のような断面角筒状のシー
ルド板３Ｃを得る。なお、上記実施例では、ＣＦＲＰの
樹脂として、エポキシ樹脂を使った例で説明したが、ポ
リエステル樹脂でもよい。

【００２０】図５は、第１の発明の超電導磁石の異なる
他の実施例を示し、シールド板３Ｄの上部と下部に、図
11で示した冷却配管４Ｂと同一の略凸字状の冷却配管４
Ｂの管状部の一部を内側に露出して埋設したものであ
る。また、図６は、第１の発明の超電導磁石の更に異な
る他の実施例を示し、図５の冷却配管４Ｂの埋込方向を
逆にしたものである。これらの図５，図６で示す超電導
磁石の場合には、図１，図３，図４の超電導磁石に比べ
て冷却配管４Ｂの外表面が広くなるので、冷却効果が上
る利点がある。

【００２１】次に、図７は、第１の発明の超電導磁石の
更に異なる他の実施例を示す縦断面図である。図７にお
いて、シールド板３Ｆの上端と下端は、ＣＦＲＰ材の肉
厚が厚く形成され、この中央部には、角形中空部が中央
部に形成された略Ｈ形の冷却配管４Ｃがあらかじめ埋め
込まれている。この場合には、冷却配管４Ｃとシールド
板３Ｆとの境界面の面積を増やすことができるので、冷
却配管４Ｃによるシールド板３Ｆの冷却効果を更に上げ
ることができる利点がある。

【００２２】また、図８は、第２の発明の超電導磁石を
示す縦断面図で、超電導コイルの長手方向と平行に切断
した断面のときを示す。図８においては、冷却配管４Ｄ
はシールド板３Ｇの上端部中央だけ露出していて、この
中間部の露出部に熱膨脹吸収材としてベローズ管６が接
続されている。

【００２３】この場合には、冷却配管４Ｄが長くてシー
ルド板３Ｇとの膨脹率の差による境界面に加わる応力を
吸収することができるので、冷却配管４ＤをＣＦＲＰ材
のシールド板３Ｇに埋設して金型で成形するときと、超
電導磁石に組み込んだときとの温度差によるシールド板
３Ｇと冷却配管４Ｄにかかる応力を緩和できる利点があ
る。なお、ベローズ管６の代りに、曲げ管やコンジット
管を使ってもよい。

【００２４】図９（ａ）は、第３の発明の超電導磁石を
示す図８と同方向の縦断面図である。図９（ａ）におい
て、シールド板３Ｈの上部と下部には、この図９（ａ）
のＡ部の部分拡大詳細図を示す図９（ｂ）に示すよう
に、内外周が波形に加工された冷却配管４Ｅが埋め込ま
れている。この場合には、冷却配管４Ｅの外周とシール
ド板３Ｈとの境界面積を増やすことができるだけでな
く、長手方向の伸縮を可能としたので、冷却配管４Ｅに
よるシールド板３Ｈの冷却効果を上げることができ、シ
ールド板３Ｈとの境界面の応力を緩和することができる
利点がある。

【００２５】図10（ａ）は、第４の発明の超電導磁石を
示す縦断面図（注：断面方向は図１〜図７に同じ）、図
10（ｂ）は、図10（ａ）のＢ部の部分拡大詳細図であ
る。図10（ａ），（ｂ）において、シールド板３Ｊの上
端と下端の中央部に埋め込まれた冷却配管４Ａの外側に
は、熱膨脹率が冷却配管４Ａとシールド板３Ｊの中間の
特性を示すニッケル材の熱膨脹緩衝管７が設けられてい
る。この場合には、冷却配管４Ａとシールド板３Ｊの熱
膨脹・収縮による冷却配管４Ａとシールド板３Ｊの境面
のずれを緩和することができるので、シールド板３Ｊと
シールド板３Ｊにかかる応力を緩和し、シールド板３Ｊ
の危裂の発生を防ぐことができる利点がある。

【００２６】

【発明の効果】以上、第１の発明によれば、冷却配管が
取り付けられたシールド板が外槽の内側に設けられ、コ
イルを収納した内槽がシールド板の内側に設けられた超
電導磁石において、シールド板を炭素繊維強化プラスチ
ックスで形成するとともに、冷却配管の少なくとも一部
をシールド板に埋設することで、たといシールド板が振
動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電流が
流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷却配管とシール
ド板との熱伝達を促進したので、内槽への熱の侵入を防
ぐことのできる超電導磁石を得ることができる。

【００２７】また、第２の発明によれば、冷却配管が取
り付けられたシールド板が外槽の内側に設けられ、コイ
ルを収納した内槽がシールド板の内側に設けられた超電
導磁石において、シールド板を炭素繊維強化プラスチッ
クスで形成するとともに、冷却配管の少くとも１箇所以
上に、熱膨張緩和部を設けることで、シールド板がたと
い振動し、起電力が誘起されても、シールド板には渦電
流が流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷却配管とシ
ールド板との膨脹係数の差でシールド板にかかる応力も
緩和したので、内槽へ侵入する熱の増加を防ぎ、シール
ド板と冷却配管にかかる熱応力によるシールド板の損傷
を防ぐことのできる超電導磁石を得ることができる。

【００２８】また、第３の発明によれば、冷却配管が取
り付けられたシールド板が外槽の内側に設けられ、コイ
ルを収納した内槽がシールド板の内側に設けられた超電
導磁石において、シールド板を炭素繊維強化プラスチッ
クスで形成するとともに、冷却配管の少くとも一部をシ
ールド板に埋設し、冷却配管の少なくとも外面を波形と
することで、たといシールド板が振動し、起電力が誘起
されても、シールド板には渦電流が流れず、内槽への輻
射熱も増加せず、冷却配管とシールド板との熱伝達が促
進され、冷却配管の内外表面の増加で、シールド板との
熱伝達を更に促進したので、内槽への熱の侵入の増加を
防ぐとのできる超電導磁石を得ることができる。

【００２９】更に、第４の発明によれば、冷却配管が取
り付けられたシールド板が外槽の内側に設けられ、コイ
ルを収納した内槽がシールド板の内側に設けられた超電
導磁石において、シールド板を炭素繊維強化プラスチッ
クスで形成するとともに、冷却配管の少くとも一部をシ
ールド板に埋設し、冷却配管と炭素繊維強化プラスチッ
クスの間に、熱膨脹緩和層を介在させることで、たとい
シールド板が振動し、起電力が誘起されても、シールド
板には渦電流が流れず、内槽への輻射熱も増加せず、冷
却配管とシールド板との熱伝達が促進され、冷却配管の
内外表面の増加で、シールド板との熱伝達を更に促進
し、冷却配管とシールド板との境界面の熱応力も緩和し
たので、内槽への熱の浸入の増加と、熱応力によるシー
ルド板の損傷を防ぐことのできる超電導磁石を得ること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の超電導磁石の一実施例を示す縦断
面図。

【図２】第１の発明の超電導磁石の作用を示す斜視図。

【図３】第１の発明の超電導磁石の他の実施例を示す部
分縦断面図。

【図４】第１の発明の超電導磁石の異なる他の実施例を
示す部分縦断面図。

【図５】第１の発明の超電導磁石の更に異なる他の実施
例を示す縦断面図。

【図６】第１の発明の超電導磁石の更に異なる他の実施
例を示す縦断面図。

【図７】第１の発明の超電導磁石の更に異なる他の実施
例を示す縦断面図。

【図８】第２の発明の超電導磁石の一実施例を示す縦断
面図。

【図９】（ａ）は、第３の発明の超電導磁石の一実施例
を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ部の部分拡大詳
細図。

【図１０】（ａ）は、第４の発明の超電導磁石の一実施
例を示す縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＢ部の部分拡大
詳細図。

【図１１】従来の超電導磁石の一例を示す縦断面図。

【符号の説明】

１…超電導コイル、２Ａ，２Ｂ，２Ｃ…内槽容器、３
Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ，３Ｅ，３Ｆ，３Ｇ，３Ｈ，３Ｊ
…シールド板、４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄ，４Ｅ…冷却配
管、５Ａ，５Ｂ，５Ｃ…外槽容器、６…ベロース管、７
…熱膨脹緩衝管。

フロントページの続き (72)発明者 山下 知久 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 冷却配管が取り付けられたシールド板が
   外槽の内側に設けられ、コイルを収納した内槽が前記シ
   ールド板の内側に設けられた超電導磁石において、前記
   シールド板を炭素繊維強化プラスチックスで形成し、冷
   却配管の少なくとも一部をシールド板に埋設したことを
   特徴とする超電導磁石。
2. 【請求項２】 冷却配管の少くとも１箇所以上に、熱膨
   張緩和部を設けたことを特徴とする請求項１記載の超電
   導磁石。
3. 【請求項３】 冷却配管の少なくとも外面を波形とした
   ことを特徴とする請求項１記載の超電導磁石。
4. 【請求項４】 冷却配管と炭素繊維強化プラスチックス
   の間に、熱膨脹緩和層を介在させたことを特徴とする請
   求項１記載の超電導磁石。