JPH07135108A - 超電導磁石装置とその組立法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 磁気浮上式鉄道の車両駆動用の超電導磁石は
さまざまな振動を受ける過酷な使用条件下でも安定した
特性が要求されている。振動によるコイルの微小変位が
原因の一つでコイルの不安定性が生じていることが判明
し、この振動による超電導磁石コイルの微小滑りを防止
するコイルスペーサにより、コイルの摩擦発熱を大幅に
低減し超電導磁石のクエンチ現象を解消することが目的
である。 【構成】 方形断面の超電導コイルの隣接する２組の側
面を同時に締付けるため、Ｌ形の２枚のコイルスペーサ
を所要の力で押付けて、これを溶接して一体化してコイ
ルを締付すると共に、更に、スペーサ背部に設けた切欠
を溶接して、溶接時の収縮により、締付力を増強する。

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などに使
用する超電導磁石装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の超電導磁石装置について、図９、
図１０を参照して説明する。

【０００３】磁気浮上式鉄道に用いられている車両駆動
用の超電導磁石は、内部を真空熱絶縁した外槽１内に内
槽２を収容し、更に、この内槽２にレーストラック状の
超電導磁石コイル３をコイルスペーサ４、４…で支持固
定し、冷媒ＬＨｅ（液体ヘリウム）により冷却する構成
となっている。さらに、このような構成の超電導磁石装
置を、例えば磁気浮上式車両に搭載し、２次コイル（地
上コイル）と対応させて車両を浮上・案内・駆動するの
に使用している。

【０００４】このような超電導磁石装置の超電導磁石コ
イルのコイルスペーサは、コイル組立時に、締付ジグ５
を用いて締付けた超電導磁石コイル３の方形断面の外周
に、２分したコイルスペーサ４を取り付けて、溶接によ
りコイルスペーサ４を一体化してコイルに固定し、更
に、コイルスペーサを介して超電導磁石コイルを内槽外
殻に取付けて、超電導磁石コイルが動かないようにする
ためのものである。

【０００５】このような構成の超電導磁石装置に従来原
因不明で発生していた超電導磁石のクエンチ現象が、コ
イル３とコイルスペーサ４との間の微少な滑りが原因の
一つである場合が多い事が明らかになった。

【０００６】この原因によるクエンチの防止対策とし
て、超電導磁石コイルとコイルスペーサ（一般にステン
レス製）の間を全く滑らないように固く締め上げるか、
滑った時に発生する摩擦熱を分散させてしまうか、或い
は、滑っても自由に滑らせて発熱しないようにするなど
種々の対策が考えられる。しかし、いずれもクエンチを
確実に防ぐものではなかった。

【０００７】特に磁気浮上式鉄道の車両に使用される超
電導磁石は上下左右の方向に激しく揺さぶられるので自
由に動けるようにしてしまうと予測出来ない振動が発生
する危険性があり、動かないように確実に固定しようと
する考え方が従来から行なわれて来た。

【０００８】コイルスペーサをどのようにすれば所要の
締付力でコイルを確実に締付け出来るかということが問
題であるが、従来のやり方で、ただ単に固く固定しよう
と締付けても、コイル自体を傷付けてしまっては全く意
味がなく、いかにして所要の締付力で安定してコイルス
ペーサを保持するかが大きな技術的問題点である。

【０００９】この解決方法として、例えば、２枚のコ字
状のスペーサ４ａ，４ａで超電導磁石コイルの外周を締
付ジグ５で押さえ込んで、溶接６（図１０参照）または
ねじ締結によりコイルスペーサを一体にしてコイルとコ
イルスペーサ間の移動を規制したもの（特許公告公報；
特公昭６１−４２４０３号、特公昭６１−４２４０２号
及び特公昭６２−３９６６号に記載のもの）などの種々
のやり方がなされてきた。この他にも、超電導磁石コイ
ルを２枚のＬ形のコイルスペーサで挟み込み、内槽外殻
をこのコイルスペーサの周囲にかぶせる時に押付力を与
えるか、又は溶接により内槽を組付ける事によりコイル
スペーサを超電導コイルに押し付けて固定すると共に、
コイルスペーサなどに使う材料の線膨張係数を選定する
事により低温状態でスペーサを超電導コイルから離れな
いように工夫したものなどがある（特許公開公報：特開
平４−２９０４０５号に記載のもの、しかし、この場合
は内槽によりどのようにＬ形のコイルスペーサに締付力
を与えるのかについての細い技術は開示されていない。
内槽とコイルスペーサが相互に接触する部分に、内槽に
設けた勾配などによる内槽の弾性変形力で締付ける例の
み開示されている）。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記の各構成例は、い
ずれも超電導磁石コイルの方形断面での一辺（コイルの
一側面）に対して強く締め上げるコイルスペーサの締付
法（図１０参照）である。

【００１１】しかし、このようなやり方では、加えた外
力が有効に締付力として作用せず、ある部分には必要な
力が不足、或いは逆に必要以上に外力を加えることにな
ったりしてコイルやその他の部分が動いたり、損傷を受
けたりするおそれがある。

【００１２】このためコイルスペーサの締付方法として
はコイルの一方向の辺（側面）だけを強く締め上げるの
ではなく、直角に隣接する２辺（２側面）を同時に固定
した方がより良いのであるが、このようなやり方は従来
採られていない。

【００１３】Ｌ形コイルスペーサ２枚を用いて締め上げ
る従来のやり方（特開平４−２９０４０５号公報に開示
されたもの）では内槽が組上げられた状態でないとコイ
ルスペーサが超電導磁石コイルに押し付けられないの
で、内槽の溶接組上した後に内部のコイルスペーサに所
要の締付力が作用しているか否かを確める方法が無い。

【００１４】本発明は超電導磁石を厳しい使用状態の下
で振動に対してより安定化させるため、コイルスペーサ
をコイルの一側面方向だけでなく隣接する２組の側面
（断面図では隣接する２辺）を同時に強く固定できるコ
イルスペーサ構成を得ることを目的とする。

【００１５】更にコイルスペーサが超電導磁石コイルに
対し確実に固定され、所要の締付力をもっている事を内
槽組付前に確認出来るコイルスペーサ構造とすることで
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】２枚のＬ形状のスペーサ
板８ａ，８ｂを、コイル外周上にて突き合わせ、締付用
ジグにより押付けてコイルを締付けながら溶接により２
枚のＬ形コイルスペーサ８ａ、８ｂを一体に形成する。

【００１７】このとき、コイルスペーサ８の下側に溝状
のこまを介在させて、締付用ジグによりコイルスペーサ
を超電導磁石コイルに所要の力で押付けながら溶接す
る。更に、この超電導磁石コイルを内槽に組込んだと
き、コイルスペーサが隔壁となり冷媒液が循環出来なく
なるのでＬ形コイルスペーサの各片にＬＨｅ（液体ヘリ
ウム）の流通穴を開けておくが、この穴の外周部に予め
切欠を設け、コイルスペーサを溶接した後この切欠きを
溶接で埋め込み、溶接部の収縮によるコイル締付けの増
し締めを行う。

【００１８】又、前記のコイルスペーサを押付けながら
溶接するのは専用の締付用ジグを用いて行うが、この締
付けジグはＬ形スペーサの２片を同時に押さえる形状に
しておく。このように構成した超電導磁石コイルに内槽
の外殻を取付け、更にこれを外槽に組込んで磁石装置を
組立てる。

【００１９】

【作用】超電導磁石コイルの外周囲にコイルスペーサを
上述のように取付け固定するので、超電導磁石コイルの
内、外側面に大きな作用力が発生し、更に、車両走行時
に発生する左右方向力や各種高周波成分による各種の変
形が発生しても、超電導磁石コイルに対しコイルスペー
サが２組の対応する両側面、即ちコイル外周囲を挟み込
んで溶接により一体化して所要の力を得ているので、コ
イルとコイルスペーサの間の滑りを防ぐ。更に、コイル
スペーサの流通穴の切欠きを溶接で埋めて締付力を増加
し、締付け固定を確実なものにしている。

【００２０】

【実施例】

（１） 本発明を図１〜図４に示す実施例に基づいて説
明する。

【００２１】まず図１において、超電導コイル３にこま
７、７…を介してＬ形コイルスペーサ８ａ、８ｂを取付
け一体に溶接９し、この外周に内槽外殻２ａ、２ｂを溶
接１０、１０により取付けて、内槽２を構成する。

【００２２】Ｌ形に形成したスペーサ板８ａの一片（図
で左側）の背部は幅を細く構成し、他は幅を太くして冷
媒の液体ヘリウム（ＬＨｅ）の流通穴１１を設け、内槽
に注入された液体ヘリウム（ＬＨｅ）又は入熱により気
化したガスヘリウム（ＧＨｅ）が自由に流通出来るよう
にしておく。又、このＬＨｅ流通穴１１の外周に切欠き
（間隙）１２を設けておき、後でこれを溶接１３して埋
めるようにする。

【００２３】このようなＬ形スペーサ板８ａ，８ｂを２
枚１組としてこれらを向い合わせに組付けて溶接９、９
によりこま７、７…を介して強く押付けて一体化しコイ
ルを締付る。この時、所要の締付力を得るためにジグ１
４（図２参照）を使い、これをねじで締め込んで所要の
力で押し込みながら溶接９する。

【００２４】このとき溶接９はこれによる収縮分だけ強
く締め上げる効果もある。

【００２５】この場合この超電導コイル３の４側面に対
し所要の締付力がかかるようにスペーサ締付ジグ１４
ａ，１４ｂはＬ形スペーサ板８ａ及び８ｂの２面を夫々
同時に押し付ける事ができる形状にしておく。

【００２６】スペーサ板８ａ，８ｂの形状は単純なＬ形
で、このコイルスペーサ８と超電導コイルとの接触部分
に介在させるこま７はコイルスペーサに対し相対的に動
かないように溝形状をしたＦＲＰ（繊維強化プラスチッ
ク）材又は熱伝導の良好なアルミニューム材などにより
構成する。図示していないが超電導コイル３と、こま
７，７…との間の摩擦係数を下げる為に例えば４フッ化
エチレンなどによる低摩擦係数のシート（テフロン（商
品名）など）を挟むか、こま７の表面に前記低摩擦係数
材をコーティングした構成が良い。

【００２７】このコイルスペーサ８を溶接組付後、コイ
ルスペーサ締付力を確実にするための締付力増加溶接１
３を行う。これはヘリウム通路穴外周部の切欠き１２の
溶接１３をすることである。この溶接により溶着金属が
固化し常温迄下る間の熱収縮が溶着金属部分１３に発生
し、コイルスペーサ８に明いたＬＨｅ通路の穴１１によ
り溶着金属から少し離れた部分（図４の×印付近）に圧
縮力と同時に曲げ力が作用し、特性曲線１５，１６（図
４）に示したような変形が発生しようとするが、コイル
スペーサ８ａ、８ｂが溶接接合され、しかもジグ１４で
超電導コイルを締め付けているのですき間が生じること
なく（図２参照）、この変形しようとする力はこま７，
７を押す力となり、その締付力はスペーサ板の各片を引
っ張る力となる。その結果として、スペーサ板を締付け
て、溶接９を行った時（図２参照）に発生するコイルス
ペーサの右辺を押え付ける作用力に加算される事にな
る。

【００２８】このような２枚のＬ形スペーサ板を押付け
て一体化する構成により、次のような作用があって、コ
イルに十分な締付力を与えることとなる。

【００２９】ジグ１４を用いることにより、コイルスペ
ーサ８を押付けて、こま７、７と超電導コイル３及び、
コイルスペーサ８とに対する密着性を増し、又、スペー
サ板８ａ、８ｂの角部の直角度と超電導コイル３の方形
断面の角部が一致しなくてもジグ１４の押付力で十分な
密着が得られ（図５、６参照）更に、２枚のスペーサ板
８ａ、８ｂ同士の溶接１３による接合が締付力を増大さ
せる。

【００３０】こま７，７は、こま自体の剛性が、コイル
スペーサ８の溶接変形による局部的に大きな接触力の発
生を防止する。又、こまがＦＲＰ製の場合は絶縁層を強
化する事となり、アルミニューム製であれば、こまと超
電導コイル３との間で滑りが発生したとき、その摩擦に
よる発熱を、このこまの伝熱性が良いので、熱が広く伝
達され、超電導コイルの局部的温度上昇を抑え、超電導
コイルのクエンチを防止する。

【００３１】最初にコイルスペーサ板８ａ，８ｂをジグ
１４を使って溶接する溶着金属９は図２の様に初期押付
け力によりすでに適正なる押し付力が得られる様に拘束
し、更に溶着金属自体の溶着により常温に下る迄の熱収
縮によりジグ１４を取外しても必要な締付力を確保す
る。

【００３２】流通穴の切り欠き部１２の溶接１３による
コイルスペーサ自体の変形は溶接９で阻止され、その変
形は中央部が超電導コイル側へ凸になる様な変形になり
コイルスペーサ８ａ、８ｂ同士に相互に引張力が発生す
る事になる。即ちこの溶接１３により締付力が増加して
超電導コイルの対向する２組の面に対し十分な締付力を
与える事が可能になる。

【００３３】このように本発明によるコイルスペーサ
８，８及びこま７，７…は、超電導コイル３を十分に締
付て、超電導磁石に加わるあらゆる方向からの加振だけ
でなく時にはねじれなどの作用力が作用してもコイルス
ペーサ７と超電導コイル３との間が滑るような事がな
く、クエンチ現象の発生を防止する。

【００３４】（２）本発明の他の実施例 他の実施例１（図５，図６参照） 図５のスペーサ板８ａ，８ｂの場合はＬ形の角部の直角
度が若干直角より広くなって、こまに対し先端が浮き、
角部が接触するようにする。図６の場合はスペーサ８
ａ，８ｂのＬ形の角部の直角度は若干直角より狭くし
て、こま７，７に対してわずかに角部が浮き、先端部が
接触するようにする。

【００３５】このようにに浮いたこま７，７と、コイル
スペーサ板８ａ、８ｂとはいずれも図２に示したスペー
サ締付ジグ１４で締付る事により密着させてから溶接９
を施工するようにする。このようにするとスペーサ締付
ジグ１４を押し付ける時に一定の押力以上にしないとコ
イルスペーサが密着しないが、密着した時の押力が一定
値になるように設定することが容易となり、押付力管理
を行う事が可能となる。又このＬ形のスペーサの角部の
開き角と締付ジグのどこを押すかにより発生する締付力
を一様な分布にする事も可能となる。

【００３６】他の実施例２（図７参照） 前記のコイル締付ジグ１４と異なるジグ１７を図７に示
す。この場合、締付ジグ１７の押付面はほぼ平であり、
スペーサ板８ａの細片に対応する面だけ凸形にして、こ
れを矢印の所に締付用突起として設けている事はジグ１
４の場合と同じであるが、組付後溶接を行う１３の所は
溶接ビードが乗るだけの余裕を確保する為もありＶ形の
切欠１２を設け、この部分に締付用ローラ１８を置い
て、ジグ１７にはこの締付用ローラと嵌合させるＶ字溝
１９、１９を配し、残りの１個所の当り面の所は平滑に
しておく。

【００３７】このようにするとスペーサを締付ける時の
スペーサと締付用ジグ１７との当り面が明確となり、ス
ペーサの締付力を管理しようとした時に管理された締付
力が直接スペーサからこまを介して超電導コイルを締付
ける力を管理する事に結び付ける事が可能となる。

【００３８】他の実施例３（図８参照） これはコイルスペーサの背部中央の１ケ所に溶接ビード
を施工する方法（図１の場合）の代わりに、背部２ケ所
に溶接ビードを置く方法である。

【００３９】このようにすることによりコイルスペーサ
の中央に凸形の変形ではなく、台形状の変形が生じて、
締付力が局部的に増加せず、中央部に一定の幅だけ押付
力を増すことになる。このような溶接は背部の１片にだ
けに限らず、他の片に施しても良い。

【００４０】内槽外殻２ａ，２ｂの溶接組付により、コ
イルスペーサとこまを超電導コイルに押付ける力を与え
る。内槽外殻を溶接１０、１０により組付ける際、コイ
ルスペーサの溶接９、９及び増し締め溶接１３の溶接方
法に応じて、内槽外殻の溶接１０によりコイルスペーサ
の押付力の不足を補足する方向に力を加えるようにする
こともできる。例えば、図８に示した様に上下に置く方
法の他に、左右は配置するのも一つの方法となる。この
溶接９を上下にするか左右にするかはその超電導コイル
の部分により内槽外殻の製作方法が異る事になりあまり
自由に選択する事は出来ないが、コイルスペーサの締付
力の補足を成すことができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明により超電導コイルに対するコイ
ルスペーサの締付けが確実になり、コイルとスペーサ間
の相対的な変位をなくしてクエンチの発生を防止し、安
定した超電導磁石を得ることとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導磁石コイルを収容した内槽
の断面図。

【図２】図１の一部のジグ組立の説明図。

【図３】図１の1-1 線矢視図。

【図４】図１のコイルスペーサ溶接による変形説明図。

【図５】コイルスペーサのＬ形形状の締付説明図。

【図６】コイルスペーサのＬ形形状の締付説明図。

【図７】超電導磁石コイル締付用ジグの他の例の説明
図。

【図８】図４のコイルスペーサの溶接方法の他の例の説
明図。

【図９】従来の超電導磁石装置の平面図。

【図１０】従来のコイルスペーサの超電導コイルへの組
付説明図。

【符号の説明】

１…（超電導磁石装置の）外槽 ２…内槽 ２ａ，２ｂ…内槽外殻 ３…超電導磁石コイル ４，，８…コイルスペーサ ５，１４，１７…締付用ジグ ７…こま ８，８ａ，８ｂ…スペーサ，スペーサ板 ９…コイルスペーサ溶接部 １０…内槽外殻溶接部 １１…（冷媒ヘリウムの）流通穴 １２…流通穴部の切欠 １３…（流通穴切欠１２の）溶接 １９…締付用ローラ ２０…（締付ローラ保持用の）Ｖ字溝

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超電導コイルの外周を、こまを介して密
   着して取囲むコイルスペーサにより締付けて、これを冷
   媒と共に内槽に収容固定し、更に、この内槽を真空熱絶
   縁した外槽に収容してなる超電導磁石装置において、 断面が方形の前記超電導コイルの外周を取囲む前記コイ
   ルスペーサを、２枚のＬ形スペーサで形成し、この２枚
   のコイルスペーサを前記超電導コイルの方形断面の隣接
   する２辺に、対角方向から押しつけ、相互に溶接して一
   体に構成し、これに２分した内槽外殻を取付けて構成し
   たことを特徴とする超電導磁石装置。
2. 【請求項２】 ２枚の前記コイルスペーサを押付けて、
   溶接により超電導コイル外周に締付け固定した後、Ｌ字
   スペーサの背部の一部に予め設けた切り欠きを溶接し、
   その背部にコイル側に凸状の変形を生じさせる事を特徴
   とした請求項１記載の超電導磁石装置の組立法。
3. 【請求項３】 コイルスペーサに開けた複数個の液体ヘ
   リウム通過穴の外側部分に溶接変形用の切欠を設けたこ
   とを特徴とした請求項１記載の超電導磁石装置。
4. 【請求項４】 Ｌ形コイルスペーサの背部にＶ字形切欠
   きを設け、これに嵌めた締付用ローラを介して締付用ジ
   グで締付け、締付時の着力点を一定にして、締付力の管
   理をすることを特徴とした請求項１記載の超電導磁石装
   置の組立法。
5. 【請求項５】 Ｌ形コイルスペーサの直角部の開き角度
   を，超電導コイルの方形断面の角部の角度と異なる大き
   さになした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】 コイルスペーサと超電導コイルの間にＦ
   ＲＰ製又はアルミニュームなどの金属製のコマを挿入し
   た事を特徴とする請求項１記載の超電導磁石装置。
7. 【請求項７】Ｌ形コイルスペーサの、対応する２次コイ
   ルと近い側の背部を薄く、前記２次コイルと遠い側の背
   部は厚く構成した事を特徴とする請求項１記載の超電導
   磁石装置。