JPH0690505A - 超電導磁石装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 従来の磁気浮上式鉄道の超電導磁石の外槽で
は、十分な剛性が確保出来ず、強磁場で振動が生ずると
大きな熱負荷増の発生要因の一つとなっていた。そこで
軽量かつ高剛性な外槽によって振動を低減し、大幅に熱
負荷を抑制できる超電導磁石を得ることを目的とする。 【構成】 従来のハニカム板はろう付け構成で溶接が効
かないので、外槽のように溶接組み立てによるものには
用いられない。そこで、板の一面からハニカム状の開孔
を削り出し、この開孔の底板に穴を開けて超電導磁石の
外板にスポット溶接で張り付ける。このような構成によ
り外槽の外板が最初からハニカム板で構成されていたと
同様の性能と効果が得られる。更に、ハニカムによる開
孔内部に制振材を充填して吸振性を高めたものとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気浮上式鉄道の超電導
磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の磁気浮上式鉄道の超電導磁石装置
について図１を参考にして説明する。

【０００３】磁気浮上式鉄道の浮上・案内・推進用に使
用する超電導磁石装置は車両の下部の台車の左右両側面
に設置され、軌道に設けられた地上側コイルと対応して
車両を浮上、案内、推進せしめる。

【０００４】超電導磁石装置は超電導コイルとこれを内
蔵し極低温に維持する内槽とこれを覆う熱シールド、更
に、これらを断熱保持するため、支持カラムを介して宙
吊りに収容する真空容器の外槽に収容して構成され、車
両の下部の台車の側面に設置される。

【０００５】超電導磁石はこのような構成と役割をも
ち、従来の電車における台車の駆動電動機と車輪の役を
果たしている。このため磁石に要求される性能として前
記の駆動力に耐える強度、剛性と共に、車両の運動性能
に関連する車両のばね下重量の一部として、或いは浮上
力のためにも重量の軽減が求められる。

【０００６】しかし、内部に収容された超電導コイルを
内蔵する内槽に外部からの熱の侵入を抑え冷却用液体ヘ
リウムの気化を最小限にする為に外槽に対し内槽を支持
する支持カラムもあまり大きく強固な物を採用するのは
困難である。

【０００７】更に、磁気浮上式鉄道の場合は軌道に連続
的に配置された地上コイルに発生する移動磁束にそって
超電導磁石装置は移動するが、このとき地上コイルから
作用する電磁力には高次高調波が含まれており、この高
調波加振が超電導磁石にきびしい負荷をあたえるので、
これ等の負荷に耐え得る超電導磁石装置が要求される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように超電導磁石
装置はきびしい軽量化とともに電磁気的な高調波加振に
耐えなければならない。しかもその高調波加振は数百ヘ
ルツにおよぶものであるので超電導磁石装置の部分振動
にも配慮しないと、内槽から外槽間の相対振動による交
流損失や内槽の機械損失が発生するという問題が生じ
る。

【０００９】従来の超電導磁石の構造は外槽を寸法的に
許し得る厚板で構成し、その厚板により支持カラムを支
持し、内槽を支持する様にしている。しかし数百ヘルツ
の高調波加振による振動を考えると、内槽の支持カラム
を固定する外槽の外板は、構造的寸法的重量的に許容で
きる最大厚さの厚板で構成しているが、その厚板によっ
ても外板自体が部分的な振動をしてしまい、振動する外
槽の外板と超電導磁石コイルを内蔵した内槽は、支持カ
ラムで接続されているため、外板の振動挙動によって
は、超電導磁石を安定に維持する事が困難になる。

【００１０】このように超電導磁石の外槽の外板の剛性
を高めないと、超電導磁石自体が地上コイルの電磁力を
受けた時、同時に伝えられて来る高調波電磁加振により
部分振動を発生してクエンチに至る危険にさらされる。
この対策として超電導磁石外槽の板厚を増せば剛性は増
すが重量が増えてしまい不都合である。

【００１１】そこで、軽くて剛性の高い板状の構造物と
してハニカム構造が考えられる。しかし一般的に使用さ
れるハニカム構造は紙、又は金属のハニカム体を上下の
板との間で接着をする。又は金属ハニカム体と上下の板
の間をろう付けによって接着するのが普通である。しか
るに接着又はろう付したハニカム板を使用して超電導磁
石の外槽を構成したとしても、外槽は真空容器であるの
で溶接により構成することになる。この外槽形成のため
の溶接により、ハニカム板を構成している接着部分は焼
けてしまい、ろう付構造は溶けて外れてしまう。このよ
うに一般的に用いられているハニカム板は超電導磁石の
外槽の外板構造材としては役にたたない。

【００１２】そこで本発明は特に外槽の構成材として軽
くて剛性のある板材を得ることを目的とするものであ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】超電導磁石の外槽用とし
て、接着やろう付を用いないで従来のハニカム構造と同
等の剛性を持つハニカム板材を形成する。即ち、一枚の
厚板を上下面から切削して、六角形の開孔を穿ち、立体
的な剛性の高いハニカム構造板とし、この板を溶接で超
電導磁石の外槽外板に貼り付け軽量で剛性の高い外槽外
板とする。

【００１４】更に、ハニカム構造としてより剛性と制振
性を持たせるため、ハニカム開孔の開口を塞ぎ板で塞い
だもの、開口部だけその口の大きさを内部より小さくし
たもの、開口を塞い、内部に粘弾性高分子材による制振
材或いは粘弾性高分子材と金属系制振材を充填したも
の、制振材を弾性材にしたものなどを用いる。

【００１５】

【作用】超電導磁石の真空容器として外槽を構成した
後、一枚の厚板から削り出したハニカム板材を外板に溶
接し、外槽外板の一面にハニカム構造を形成するので外
板の支持カラム取付部の部分変形が阻止され、内槽の振
動を防止する。

【００１６】

【実施例】本発明を図に示す実施例に基づいて説明す
る。

【００１７】実施例１（図１〜図７）……超電導コイル
１は内槽２の中に固定され、液体ヘリウムにより冷却さ
れている。内槽２の内側には内槽中梁３が設けられて支
持カラム内槽座４が設けられている。超電導コイル外槽
の２枚の外板、即ち表側の外板（地上コイル側）６Ａ、
裏側の外板（台車側）６Ｂには、それぞれに支持カラム
外槽座８が溶接固定され、その間に支持カラム５が強固
に固定取付される。支持カラム５は金属製円筒管とＦＲ
Ｐ製円筒管の多層折返し管により構成されていて、大き
な荷重に耐え、外部よりの熱侵入をその長い折返し構造
により最小限に抑える性能を持っている。

【００１８】この外槽の内部は断熱のため真空にしてお
り、更に輻射による熱侵入も最小限に抑えるため図示は
していないが熱シールド板で内槽をカバーしている。

【００１９】このように外槽の内部を真空に保持する必
要から、外槽を構成する板材の溶接には、真空気密溶接
法が採用され、外槽の板厚は、少なくとも６ミリ程度が
確保されていなければならない。ここで外槽外板（裏
板）６Ｂの上に削り出しハニカム構造板９が貼り付けさ
れ、外槽が取付座１１を介して支持カラム外槽座８の上
又は台車側の支持部１０のいずれかに固定され、台車の
側面に地上側コイルに対応して超電導コイルが設置され
る事になる。

【００２０】次に削り出しハニカム板９の構成と外槽外
板への貼付けを図２、３により説明する。

【００２１】板の一方側からハニカムを構成する六角形
の開孔１３を削り込んで穿ち、逆側から同様形状の六角
形の開孔１４を削り出す。この場合、開孔１３は同じ方
向から削り込んだ他の開孔１３が隣接する事が無いよう
に三角メッシュ配置に構成する。このように逆向き同士
の開孔１３と１４を複数個形成してハニカム構造板９を
構成する。

【００２２】このハニカム構造板９を外槽の外板６Ｂに
次のようにして溶接により貼り付ける。

【００２３】削り出しハニカム開孔１の底板に穴を明
け、スミ肉溶接又は栓溶接１５を上方から行って削り出
しハニカム板９を外板６Ｂに貼付けて外板をハニカム構
造にする。

【００２４】更に、このようにして構成したハニカム板
の開孔１３、１４の配置と外板６Ｂおよび支持カラム５
の関係について説明する（図４〜図７）。

【００２５】支持カラム５の外板６Ｂとの結合部は支持
カラム外槽座８が開孔１３と合致する様にする。しかし
支持カラムのピッチは必ずしもハニカム構造寸法と合致
した寸法の倍数関係にはならない場合があるので、ハニ
カム構造の六角形を必ずしも正六角形に拘らずに位置を
合わせるようにする。

【００２６】ここで支持カラム外槽座８は内槽２、超電
導コイル１を外部から支持する為に重要な座面となって
いるので強度的に削り出しハニカム構造板９と強固に結
合させる必要があり、取付座１１との関係からハニカム
構造板９のハニカム六角構造寸法はこの支持カラム外槽
座８とハニカム構造板９が溶接可能な様に決める必要が
ある。

【００２７】図５は図４に示した削り出しハニカム構造
板を裏側から見た姿で、ハニカム壁体１８で連結された
状態で、削り出しハニカム開孔１３の底面が六角形の面
を出して来ている。図６はスポット溶接による削り出し
ハニカム開孔１３の削り込み部底面と外板６Ｂの溶接に
よる貼り合せ時のナゲット構造の説明図で、図７は同様
の結合にレーザ溶接の如きシャープな熱線を照射して溶
接した時の溶着構造の説明図である。

【００２８】このように構成した外槽の外板は以下の作
用、効果がある。

【００２９】外板６Ｂが一つの面を構成し、外板６Ｂと
ハニカム開孔１３の底板部でハニカム構造板９は一体に
接合されている。開孔１３による六角孔が外方に向いて
開いているが、逆向きの開孔１４の底板が開孔１３の六
角孔をとりかこんで連続して面板を構成しているので、
どの方向からの力が作用しても、この面板が連続構成さ
れているので面外曲げが作用する心配は無く、十分大き
な外力に耐える事が可能である。

【００３０】次に外板６Ｂと削り出しハニカム構造板９
が一体となって剛性を持つ為には外板６Ｂの面と削り出
しハニカム開孔１４の底板部が強固に剪断力に耐える事
が重要な因子となるが、外槽外板６Ｂと削り出しハニカ
ム開孔１３の底板が強固に溶接されており、しかもそれ
を結ぶハニカム壁１８がハニカム状に相互に三方の方向
にふんばった壁のメッシュを構成しているので、どの方
向の作用剪断力に対しても十分なる剛性をもって変形を
阻止するので一般のハニカム構造と全く同じ様に軽量で
極めて剛性の高い構造を提供することとなる。

【００３１】このハニカム構造板９は、まず超電導磁石
の内槽及び外槽を組み立て、真空保持がＯＫか否かの検
査を終了した状態で削り出しハニカム構造板を外板上に
溶接により貼り付けを行うので、あたかも外板が最初か
らハニカム構造板で構成されたのと全く同じ効果を得る
事が可能となる。

【００３２】つまり、他の外板６Ａは超電導磁石に推
力、浮上力をあたえる地上コイルと対向する必要がある
為、剛性の高い構造とするには可能な限り厚板を使用す
る程度で、それ以上厚さ寸法を増やす事は出来ない。し
かし、外板６Ｂは台車とのとり合いだけで十分剛性の高
い厚板構成も出来ない事はない。

【００３３】しかし、厚板構造は非常に重量が大とな
り、浮上力に対する軽量化要求とは合致しない。この解
決法としては外板にハニカム構造板を使えば良いが、ハ
ニカム構造は一般的に接着構成がロー付接合しか使えな
いので外槽を溶接で組み上げるという要求に対して一般
のハニカム構造は採用出来ない。しかし本発明の構成に
よれば外槽が完成した後に外槽外板に削り出しハニカム
構造板を溶接により取付ける事により外槽外板を最初か
らハニカム構造板を使ったのと同等の効果を得る事が可
能となった。

【００３４】外板が実質的にハニカム構造板になる事に
より、その剛性が重量増加なしで大巾に大きくなり、支
持カラムを支持する剛性が高くなり、超電導磁石の構造
体の高調波加振に対応する部分振動により内槽が振動
し、内部発熱を発生する不都合を防止する事が可能とな
る。

【００３５】外板６Ｂと削り出しハニカム開孔１３の底
板部との溶接はスポット溶接が可能である（図６）。即
ち、スポット溶接は一般的に上下の電極間に被溶接材を
はさみ込んで溶接を行うので、超電導磁石外槽として組
み上げられた後は非常にやりにくい。しかし２つの削り
出しハニカム開孔１３の底板部に異極の電極を２本入れ
て加圧通電すれば２個所同時に溶接可能となる。

【００３６】或いはレーザ溶接（図７）の如く高エネル
ギービームを照射する方法により溶接を行うと、細く深
い溶け込みを得られるので、この様な溶接を中央に一点
行うだけでなくハニカム開孔の底板部に数点溶接を行う
事も出来る。

【００３７】以上述べた様に削り出しハニカム構造板を
超電導磁石の外槽外板部に、一方向からの溶接で貼り付
け、軽量で剛性の高い超電導磁石の外槽構造を構成する
事が可能となり、外槽から内槽を支持する支持カラムの
支持剛性を高める事が可能となる事から超電導コイルが
高調波加振から振動して超低温部への入熱が生じるのを
阻止した構造を提供する事が可能となる。

【００３８】実施例２（図８）……上述のハニカム構造
板の構成は六角形のハニカム開孔構造によりすべてを削
り出す様に述べたが、実際のハニカム構造を外槽に取り
付ける事を考えると周辺は外槽外形に合わせて直線の辺
が出て来る必要がある。その為に全部が六角形の削り込
みでハニカム構造板を構成するのは無理があり、削り込
むのは出来るだけ標準化しておくのが好ましいが三角、
四角、五角形の削り込み構造が出来るのは当然である。

【００３９】つまり問題の無い箇所は六角形で構成する
が、周辺や着力点近辺では形状的な制約や着力点に作用
する力を周辺に流す為の構造から六角形を避けて構造体
を作る必要がある。そこで、削り込み開孔部１３を最後
迄開口状態で保持せずにふさぎ板１９を配し固定溶接ビ
ード２０で取付ける。このふさぎ板１９が配されるとハ
ニカム構造板は外槽外板と削り出しハニカム開孔１４の
底板部、ふさぎ板１９で完全なハニカム板を構成する事
が可能となり、より高い剛性を得られる。

【００４０】実施例３（図９）……、外槽外板６Ｂと削
り出しハニカム開孔１４の底板部との空間に、外板６Ｂ
に制振材押え２２を固定溶接ビード２３で取付け、制振
材２１を適当な大きさの圧縮応力で挟み込んだものであ
る。この様に制振材を配置することで剛性が高く、減衰
能が高い外槽外板が得られる。

【００４１】実施例４（図１０、図１１）……外板６Ｂ
と削り出しハニカム開孔１４の底板との空間に、有機系
制振材注入口２５を開け、有機系制振材２４を注入充填
したものである。これにより、超電導磁石の振動を大幅
に低減出来る。

【００４２】上記のものに、有機系制振材支え２６を設
ければ、有機系制振材２４との接触面積を増し、更に振
動を大幅に低減出来る。

【００４３】実施例５（図１２、図１３）……図１１に
示すものにおいて、有機系制振材２４に金属系制振材２
７を付加したものである。この様にすることで、超電導
磁石の振動が大幅に低減できる。

【００４４】更に、図１３は、削り出しハニカム開孔１
４の底板部に制振板ガイド２９を設け、その中に弾性体
３０を配し、その弾性体３０により制振板２８を外板６
Ｂへ押し付け、制振板２８に圧縮力を与え、振動を低減
させる。

【００４５】実施例６（図１４、図１５）……削り出し
ハニカム開孔１４の底板部において、面板の連続性を確
保するために、開口部の孔面積を内部に比べ小さくし、
つば３１部を設けたものである。この様にすることで、
剛性が向上でき、その結果振動が大幅に低減できる。

【００４６】実施例７（図１６）……荷重の集中する荷
重支持部３２の近辺では、他の部分よりもハニカム壁１
８を密に配置したものである。荷重支持カラム近傍は振
動量が大きい。従ってこの様にすることで振動が大幅に
低減できる。

【００４７】

【発明の効果】超電導磁石装置は極めてきびしい軽量化
要求と地上コイルからあたえられる高調波加振により各
部の振動が生じない様に高い剛性構造を要求されてい
る。更に、内槽外槽共に高度の真空にさらされる事から
溶接に対して高い信頼性が要求され、かつ地上コイルか
らの電磁力を有効に使用する為に外形寸法もきびしく規
定される。しかし、本発明により、超電導磁石外槽裏板
側をハニカム構造により軽量構造で剛性を大巾に増加す
る事が可能となり、前記の厳しい条件を満足させ、超電
導磁石装置としての信頼性も大きく向上させることとな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による磁気浮上式鉄道の正面断面図、

【図２】本発明による削り出しハニカム構造板の斜視
図、

【図３】図２の部分詳細断面図、

【図４】図２の上面図、

【図５】図２の下面図、

【図６】図２の部分断面図、

【図７】図２の部分断面図、

【図８】本発明の実施例２のハニカム開孔の断面図、

【図９】本発明の実施例３のハニカム開孔の断面図、

【図１０】本発明の実施例４のハニカム開孔の断面図、

【図１１】本発明の実施例４のハニカム開孔の断面図、

【図１２】本発明の実施例５のハニカム開孔の断面図、

【図１３】本発明の実施例５のハニカム開孔の断面図、

【図１４】本発明の実施例６のハニカム構造板の斜視
図、

【図１５】図１４の断面図、

【図１６】本発明の実施例７のハニカム構造板の正面図
である。

【符号の説明】

１……超電導コイル ２……内槽 ５……支持カラム ６Ａ…外槽外板（地上コイル側） ６Ｂ…外槽外板（台車側） ９……ハニカム構造板 １３……ハニカム開孔 １４……ハニカム開孔 １７……ハニカムレーザ溶接溶着金属 １８……ハニカム壁 １９……ふさぎ板 ２０……固定溶接ビード ２１……制振材 ２２……制振材押え ２４……有機系制振材 ２６……制振樹脂支え ２７……金属系制振材 ２８……制振板 ３１……つば部 ３２……荷重支持部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 齊間 亨 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内 (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 (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 磁気浮上式鉄道の車両台車の側面に軌道
   側地上コイルに対応して配置した、２枚の外板と側面板
   とで薄い箱状に形成した真空容器の外槽内に、超電導磁
   石コイルを収容した内槽などを支持カラムを介して宙吊
   りに収容してなる超電導磁石装置において、 一面に複数の開孔を穿ったハニカム構造板の底面側を、
   前記外槽の台車側外板の表面に溶接で貼り付けたことを
   特徴とする超電導磁石装置。
2. 【請求項２】 板の一面にハニカム状の複数個の開孔を
   互いに間隔をおいて穿ち、次いで前記開孔の間に、前記
   板の他面からハニカム状の逆向き開孔を複数個穿ったハ
   ニカム構造板を、前記逆向き開孔側の面と外槽外板の表
   面を合わせて溶接したことを特徴とする請求項１記載の
   超電導磁石装置。
3. 【請求項３】 ハニカム構造を形成する開孔の形状を六
   角孔を基本とし、応力が大きいか或いは急変する部分は
   隣接する開孔の壁を繋げて放射状になるように開孔の形
   状を適宜三角形、四角形、五角形になしたハニカム構造
   板を特徴とする請求項２記載の超電導磁石装置。
4. 【請求項４】 ハニカム構造板の外槽外板に接しない側
   の開孔を塞ぎ板で塞いだことを特徴とする請求項２記載
   の超電導磁石装置。
5. 【請求項５】 真空容器の外槽を溶接組み立て後、ハニ
   カム構造板を溶接で外槽外板に貼り合わせる事を特徴と
   する請求項１記載の超電導磁石装置。
6. 【請求項６】 外槽内の支持カラムの近傍のハニカム開
   孔の孔面積が他の領域の孔面積より小さいハニカム構造
   板を特徴とする請求項３記載の超電導磁石装置。
7. 【請求項７】 ハニカム構造板の外槽外板に接合する面
   側のハニカム開孔の開口部の孔面積を内部に比べ小さく
   したことを特徴とする請求項３記載の超電導磁石装置。
8. 【請求項８】 ハニカム構造板のふさぎ板で塞いだ開孔
   内に粘弾性高分子材料による制振材を充填したことを特
   徴とする請求項４記載の超電導磁石装置。
9. 【請求項９】 粘弾性高分子材料による有機系制振材
   と、オーステナイト系鋳鉄などの金属系制振材とを組合
   せたものとしたことを特徴とする請求項８記載の超電導
   磁石装置。
10. 【請求項１０】 ハニカム開孔内に外槽外板側か或いは
    ふさぎ板側に設けた制振材押えを介して外槽外板がある
    いはふさぎ板の変形を制振用粘弾性高分子材料に伝える
    ハニカム構造板を特徴とする請求項８記載の超電導磁石
    装置。
11. 【請求項１１】 ハニカム開孔内に弾性材とこれに組み
    合って摺動する制振材押えを組み込み外板の変形を制振
    材押えを介して弾性体により減衰作用をすることを特徴
    とする請求項４記載の超電導磁石装置。