JPH0715809A

JPH0715809A - 超電導磁石装置

Info

Publication number: JPH0715809A
Application number: JP26982093A
Authority: JP
Inventors: Takashi Yamaguchi; 孝山口; Taiji Fujimoto; 泰司藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-04-30
Filing date: 1993-09-30
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気浮上式車両に搭載される超電導磁石装置
における冷却媒体の蒸発量を抑制する。【構成】液体ヘリウム１２に浸漬された超電導コイル
１１を収納する内槽を、第１の内槽１６と第２の内槽１
８を有する２重構造とし、超電導コイル１１と第１の内
槽１６との間に支持部材である内側リブ１７を設け、第
１の内槽１６と第２の内槽１８の間に支持部材である外
側リブ１９を設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、超電導磁気浮上式車
両に搭載される超電導磁石装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は一般的な磁気浮上式鉄道車両の
構造を示す横断面図である。図において、超電導磁石装
置１は車体２の下部に設置した台車枠３の側面に取り付
けられており、また、凹字形の地上ガイドウェイ４の内
側には浮上・案内用コイル５及び推進用コイル６が設置
されている。そして、台車枠３には冷媒の液化のための
冷凍機(図示せず)が搭載されており、蒸発した冷媒を液
化している。

【０００３】図１９は上記磁気浮上車両に搭載された従
来の超電導磁石装置(特開平３−１６９２０７号公報)を
示す側面図であり、図２０は図１９のＡ−Ａ線に沿った
断面図である。図において、７は超電導磁石装置１の外
槽、８は外槽７の一部でその一端に取付座８ａを有する
固定軸であり、この取付座８ａがボルト等により台車枠
３に固定されている。９は直径の異なる円筒を固定軸８
に対して同心上に配置した多重円筒から成る断熱支持体
であり、この隣り合う円筒が順次端部同士あるいは中央
部同士で交互に結合されており、その材料としては例え
ば熱伝導率の低いカーボンクロス等の繊維強化プラスチ
ックから構成されている。９ａ,９ｂはこの断熱支持体
９の外径部としての最外筒、及び内径部としての最内筒
を示し、９ｃはこの断熱支持体９の中間シールド金属を
示している。

【０００４】また、１０はレーストラック形の超電導コ
イル１１を収容し、複数個の断熱支持体９を取り囲むよ
うに配置された内槽であり、ステンレス材等の非磁性体
から成りかつ極低温でも高強度を有する材料で構成され
ている。この内槽１０は断熱支持体９の最外筒９ａに支
持され、複数個の断熱支持体を介して最内筒９ｂにより
固定軸８に固定されている。１２は内槽１０の中に封入
された冷却媒体である液体ヘリウムであり、液体ヘリウ
ム温度４.２Ｋ（−２６９℃）で超電導コイル１１を冷
却している。１３は外槽７と内槽１０の間に設けられて
外部よりの輻射熱を遮断する熱シールド板であり、断熱
支持体９の中間シールド金属９ｃに接合され、各中間シ
ールド金属９ｃをサーマルアンカとすることにより、断
熱支持体９の外槽７(常温)からの熱伝導による熱侵入を
低減するように構成されている。１４は外槽７と内槽１
０との間において、超電導磁石装置１の熱侵入の一つで
ある対流の発生を防ぐ真空空間である。

【０００５】図２１は図２０に示す内槽１０の構成を示
す斜視図であり、図２２は内槽１０の長さ方向、幅方
向、高さ方向、及びレーストラック面の幅を示す外観の
斜視図である。図２１において、１０ａおよび１０ｂは
塑性加工等により加工され、レーストラック面の幅の上
半分および下半分に分れた内槽であり、互いに溶接によ
り接合することによりダクト状の内槽１０を形成してい
る。１５ａおよび１５ｂは上記内槽１０の内側に接する
上リブ及び下リブであり、互いに溶接等により接合して
リブ１５を形成する。このリブ１５は超電導コイル１１
を内槽１０により支持するために設けられたもので、液
体ヘリウム１２が超電導コイル１１の全周に行き渡るよ
うに貫通穴１５ｃが設けられている。なお、通常内槽１
０とリブ１５は非磁性体でかつ極低温でも高強度を有す
るステンレス材等から構成される。

【０００６】また内槽１０の表面には、内槽表面の電気
抵抗値を低下させるために、電気抵抗の低い材料、例え
ば銅メッキ２００を施している。なお、銅メッキ２００
の代りに純アルミ等を接着剤あるいは溶接により貼り付
けても良い。内槽１０の表面上に低電気抵抗材料を設け
たものとしては、例えば特開平３−５２２０３号公報が
ある。

【０００７】次に、上記装置の動作について説明する。
超電導コイル１１は液体ヘリウム１２によって冷却され
た状態で超電導としての機能を発揮する。この冷却を保
持するための手段は上記で一部述べているが、ここで図
２０によりまとめて説明する。図において、外槽７から
内槽１０への熱伝導を低減するために、断熱支持体９は
断熱距離を確保するように設置されると共に、熱伝導率
の低い繊維強化プラスチック材料より製作される。ま
た、外槽７と内槽１０の間の空間における熱対流の発生
を防止するために、真空空間１４を形成している。さら
に、外部からの輻射熱を遮断するために、内槽１０の周
囲に熱シールド板１３を設け、このシールド板１３内に
液体窒素を流して７７Ｋ（−１９６℃）に保っている。

【０００８】走行中の超電導磁石装置１は、超電導コイ
ル１１と地上側の浮上・案内用コイル５及び推進用コイ
ル６との間に働く電磁力によって、車両を上下方向に浮
上、前後方向に推進、左右方向に案内するが、この際、
超電導コイル１１と、浮上・案内用コイル５および推進
用コイル６との間に、上下・前後・左右方向にそれぞれ
大きな電磁力を発生する。これらの電磁力は、超電導コ
イル１１よりリブ１５を介して内槽１０に作用し、内槽
１０より断熱支持体９、さらに固定軸８を介して台車枠
３へと伝えられる。

【０００９】超電導磁石装置１が走行中に受ける外力と
しては、定常的に作用する車両を上下方向に浮上させる
浮上力、左右方向に案内する案内力、前後方向に推進す
る推進力等と、浮上・案内用コイル５と推進用コイル６
とが当間隔に設置されているために発生する走行速度に
依存する変動荷重に分けられる。この中で、走行速度に
依存する変動荷重は交流成分であって、走行速度に比例
して周波数が高くなる。そして、内槽１０や超電導コイ
ル１１は上記変動荷重により、曲げやねじり等の振動モ
ードが加わり、内槽１０や超電導コイル１１が有する多
数の固有振動数と、上記走行速度に比例する周波数とが
共振状態になれば、内槽１０や超電導コイル１１を大き
く変形させる。上記変形が大きい場合は、内槽１０はこ
の変形により発熱し、また、超電導コイル１１とリブ１
５との間、リブ１５と内槽１０との間には、相対的な滑
りによる摩擦発熱が生じる。その結果、上記発熱により
冷却媒体である液体ヘリウム１２の蒸発量が増加するこ
ととなる。

【００１０】次に、超電導磁石装置の変動磁場による影
響について述べる。超電導磁石装置１はその走行中に地
上コイルからの変動磁場を受けるが、この変動磁場が直
接内槽１０に鎖交すると内槽１０に渦電流が生じる。ま
た、地上コイルからの変動磁場により地上コイル側外槽
７に渦電流が流れると、対向している内槽１０には、こ
の渦電流により変動磁場が鎖交するので、内槽１０に渦
電流が生じる。内槽１０に鎖交する磁界中、内槽の電気
抵抗値をＲ、インダクタンスをＬとすると、内槽に流れ
る渦電流による内槽の発熱量Ｑは、周波数が高いのでリ
アクタンスリミットとなり、ωＬ＞＞Ｒであるので、ｅ
＝ｄφ／ｄｔとおくと、下記の数式１となり、内槽の電
気抵抗値に比例する。内槽１０の表面は上述の様に銅メ
ッキ２００等を施して電気抵抗値を低くしているので、
内槽１０で発生する渦電流による発熱は小さくなる。

【００１１】

【数１】

【００１２】なお本システムでは、上記に示した荷重支
持材の熱伝導による入熱や走行時の発熱による冷媒であ
る液体ヘリウム１２の蒸発分は、台車枠３に搭載した冷
凍機(図示せず)により液化して冷媒の補給をせずに連続
走行が可能になっている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】課題１．以上のよう
に、従来の超電導磁石装置では、走行速度に依存する変
動荷重は交流成分であって、走行速度に比例する周波数
と内槽１０の固有振動数が共振状態になると、内槽１０
に加わる曲げやねじりなどの変形が大きくなり、この変
形に伴う発熱のため、冷却媒体である液体ヘリウム１２
の蒸発量が増加するという問題があった。また、上述の
とおり内槽１０に加わる曲げやねじりなどの変形に伴
い、超電導コイル１１と支持部材であるリブ１５との間
および支持部材であるリブ１５と内槽１０との間の滑り
に伴う摩擦発熱のため、液体ヘリウム１２の蒸発量がさ
らに増加するという問題があった。更に、内槽１０や支
持部材であるリブ１５の製作は溶接構造であり、複雑な
構造をしているので、製作には熟練を要し、機械による
自動化を行うことが困難であった。

【００１４】課題２．また、超電導コイル１１を励磁す
る際には内槽１０の表面に渦電流が流れ、この渦電流に
より発生する熱Ｑ_Eは、内槽１０の電気抵抗値をＲ、励
磁電流による磁界をφとし、ｅ＝ｄφ／ｄｔとおくと、
レジスタンスリミットとなり、Ｒ＞＞ωＬで、下記の数
式２となり、内槽１０の電気抵抗値Ｒに反比例する熱と
なる。内槽１０の表面には銅メッキ２００等の低抵抗体
層が施してあるので、電気抵抗値Ｒは小さく、発熱量は
大きくなる。また、ｅ＝ｄφ／ｄｔであるので急激な磁
場変動により発熱は増加する。

【００１５】

【数２】

【００１６】よって、超電導コイル１１を励磁する際に
通電電流を急激に上昇させると、電流の変化による磁場
変動のため内槽１０に渦電流が流れ、内槽１０が急激に
温度上昇して冷媒である液体ヘリウム１２が一気に蒸発
し、冷媒の補給が十分でないと超電導破壊(クェンチ)に
致る恐れがある。また、急激に液体ヘリウム１２が蒸発
すると、内槽１０の内圧が上昇して冷媒である液体ヘリ
ウム１２の温度が上昇し(沸点上昇)、超電導コイル１１
の臨界温度を越えると超電導破壊(クェンチ)を起こす恐
れがある。更に、内槽１０の内圧の上昇により冷凍機の
能力が低下して、冷媒の補給が不足する可能性がある。
従って、内槽１０の電気抵抗値が低い場合、超電導コイ
ル１１を励磁する際には通電電流の上昇を緩やかにする
必要があるので、励磁作業には長時間を必要とし作業効
率が悪いという問題があった。なお、上述では励磁の際
の課題を示したが、消磁の場合も同様の課題が存在す
る。ここで励磁とは超電導コイルに電流を流しコイルを
磁石にすることを指し、消磁とはその逆の動作を言う。

【００１７】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、超電導磁石装置の冷却媒体の蒸
発量を抑制することを目的とする。即ち、より詳しく
は、内槽の剛性を向上して、内槽の変形による発熱を抑
制できる超電導磁石装置を提供することを目的とする。
また、超電導コイルと支持部材との間、および支持部材
と内槽との間の摩擦による発熱を抑制できるようにする
ことを目的とする。更に、超電導磁石装置の励磁又は消
磁作業中の冷却媒体の消費量を減らし、作業時間を短縮
することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る超電導
磁石装置は、内槽を第１と第２の内槽を有する二重構造
とし、超電導コイルと第１の内槽との間および第１の内
槽と第２の内槽との間にそれぞれ支持部材を設けた。

【００１９】第２の発明は、超電導コイルを支持する支
持部材と内槽とを一体構造化した。

【００２０】第３の発明は、少なくとも超電導コイルと
内槽との間の支持部材の材料を、超電導コイルの熱収縮
量より大きい熱収縮量を有するものにした。

【００２１】第４の発明は、内槽を内槽の幅方向で左右
対称に分割した構造にした。

【００２２】第５の発明は、内槽を第１と第２の内槽を
有する二重構造とし、第２の内槽の外面に銅メッキ等の
電気的良導電体(低抵抗体)を形成した。また、第１の内
槽と第２の内槽を支持する支持部材として断熱材を用い
た。また、第１の内槽と支持部材又は第２の内槽と支持
部材の間に断熱材を設けた。また、第１の内槽と第２の
内槽の間に断熱性の樹脂を充填した。

【００２３】第６の発明は、超電導磁石装置の内槽を、
第１と第２の内槽を有する二重構造とし、第２の内槽を
アルミニウム材で構成した。

【００２４】

【作用】第１の発明によれば、内槽を第１と第２の内槽
を有する二重構造とすることにより、内槽の剛性を向上
させ、振動による内槽の変形を抑制する。

【００２５】第２の発明では、内槽と支持部材とを一体
構造にして、内槽の剛性を向上させ、振動による内槽の
変形を抑制すると共に、内槽と支持部材との間の隙間を
なくして、この箇所での摩擦発熱を無くす。

【００２６】第３の発明によれば、超電導コイルと内槽
との間の支持部材の材料を、超電導コイルの熱収縮量よ
り大きい熱収縮量を有するものにすることにより、液体
ヘリウム温度に冷却した際に、冷やしばめの効果によ
り、支持部材の方が超電導コイルより大きく収縮するた
め、支持部材の超電導コイルに対する締付力を増加す
る。

【００２７】第４の発明では、内槽を内槽の幅方向で左
右対称構造にして、部品点数を減少する。

【００２８】第５の発明によれば、内槽を第１の内槽と
外面に電気的良導電体層を有する第２の内槽とにより構
成することで、超電導コイルの励磁時又は消磁時の冷却
媒体の急激な蒸発を防止する。また、第１の内槽と第２
の内槽の間に断熱材を介在させることにより、冷却媒体
の蒸発をより少なくする。

【００２９】第６の発明のよれば、第２の内槽をアルミ
ニウム材により構成することにより、超電導コイルの励
磁時又は消磁時の冷却媒体の急激な蒸発を防止する。

【００３０】

【実施例】実施例１．図１はこの発明の一実施例に係る
超電導磁石装置を示す一部断面図、図２は図１の超電導
磁石装置の内槽を示す斜視図である。図において、超電
導磁石装置１はその外槽７及び固定軸８が台車枠３に固
定されており、外槽７の内側には真空空間１４を介して
熱シールド板１３が、その内側には第２の内槽１８及び
第１の内槽１６がリブ１９を介して設置され、更にその
内側には液体ヘリウム空間１２及びリブ１７を介して超
電導コイル１１が支持されている。また、固定軸８の周
囲には多重円筒状の断熱支持体９が設けられ、断熱支持
体９の最内筒９ｂが固定軸８に固定され、その中間シー
ルド金属９ｃが上記熱シールド板１３を支持し、更にそ
の最外筒９ａが第２の内槽１８の外側一部を支持してい
る。

【００３１】本実施例について更に詳細に説明すると、
まず超電導コイル１１を囲むようにして第１の内槽１６
が設けられ、この第１の内槽１６と超電導コイル１１と
の間には支持部材としての内側リブ１７が介在し、この
内側リブ１７には液体ヘリウム１２が超電導コイル１１
の全周に行き渡るための穴１７ｃが設けられている。そ
して、上記第１の内槽１６を囲むように第２の内槽１８
が形成され、この第２の内槽１８と第１の内槽１６との
間には支持部材としての外側リブ１９が介在している。
また、第１の内槽１６と第２の内槽１８との間は真空断
熱とし、外側リブ１９には穴は設けられていない。ま
た、これら第１の内槽１６および第２の内槽１８と、内
側リブ１７および外側リブ１９は従来の内槽やリブと同
様ステンレス材等で作成されている。

【００３２】内側リブ１７は、超電導コイル１１を取り
囲むようにして、全数の上側の内側リブ１７ａおよび下
側の内側リブ１７ｂを各接合箇所１７ｄを合わせるよう
に配置し、治具（図示せず）等にて上下の内側リブ１７
ａ,ｂに圧縮する力を作用させつつ、上記各接合箇所１
７ｄを溶接等により接合して組み立てる。そして、液体
ヘリウム温度に冷却した際には、これらの内側リブ１７
ａ、ｂは超電導コイル１１を圧縮するような面圧が残っ
ている。

【００３３】第１の内槽１６は、上記内側リブ１７を取
り囲むように、上側の内槽１６ａおよび下側の内槽１６
ｂの接合箇所１６ｄを合わせるように配置し、治具等を
内側リブ１７ａ,ｂの上方および下方にくるように配置
し、上側の内槽１６ａと下側の内槽１６ｂに圧縮する力
を作用させておいて、各接合箇所１６ｄを溶接すること
により組み立てる。従って、液体ヘリウム温度に冷却し
た時にも、第１の内槽１６は内側リブ１７を圧縮するよ
うな面圧が作用する。

【００３４】外側リブ１９は、第１の内槽１６を取り囲
むように、かつ内側リブ１７の丁度上方および下方に位
置するように、全数の上側の外側リブ１９ａおよび下側
の外側リブ１９ｂの各々の接合箇所１９ｄを合わせるよ
うに配置し、治具等にて上下の外側リブ１９ａ,ｂに圧
縮する力を作用させておいて、上記各接合箇所１９ｄを
溶接等で接合して組み立てる。

【００３５】第２の内槽１８は、上記外側リブ１９を取
り囲むように、かつ上側の内槽１８ａおよび下側の内槽
１８ｂの接合箇所１８ｄを合わせるように配置し、治具
等を外側リブ１９の上方および下方にくるように配置し
て、上側の内槽１８ａと下側の内槽１８ｂに圧縮する力
を作用させておき、当該接合箇所１８ｄを溶接して組み
立てる。

【００３６】上記のように構成された超電導磁石装置に
おいては、内槽を第１の内槽１６及び第２の内槽１８を
有する二重構造とし、超電導コイル１１と第１の内槽１
６の間及び第１の内槽１６と第２の内槽１８の間にそれ
ぞれ支持部材１７,１９を設けたので、内槽全体の剛性
が向上し、振動による内槽の変形を抑制でき、内槽の変
形に伴う発熱による液体ヘリウムの蒸発量を低減でき
る。

【００３７】実施例２．上記実施例１では内槽を二重構
造にして剛性を向上させたものを示したが、図３、図４
に示すように内槽を長さ方向に分割すると共に、内槽と
リブを一体化した構造のものを採用しても良い。図３は
この実施例２に係る超電導磁石装置の内槽を示す斜視図
であり、図４は図３のＢ−Ｂ線に沿った内槽の横断面図
である。本実施例に係る内槽２０は、超電導コイル１１
を支持するリブ部分(図３の２０ｈ部分)が一体構造化さ
れており、またレーストラックの長さ方向に対して直角
に分割されると共にレーストラック面の幅に対して上側
及び下側に分割されている複数の内槽２０ａ、２０ｃ、
２０ｅ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｆ、…から構成されてい
る。そして、上側の内槽例えば２０ａ、２０ｃ、２０ｅ
と、下側の内槽例えば２０ｂ、２０ｄ、２０ｆとは接合
箇所２１にて溶接接合され、隣接する内槽例えば２０ａ
と２０ｃ、２０ｃと２０ｅあるいは２０ｂと２０ｄ、２
０ｄと２０ｆは接合箇所２２にて溶接接合される。

【００３８】次に、上記実施例２の内槽の組立動作につ
いて説明する。まず、超電導コイル１１を取り囲むよう
に、全数の分割された内槽、例えば上側の内槽２０ａお
よび下側の内槽２０ｂとを接合箇所２１を合わせるよう
に配置し、治具（図示せず）等にて上下の内槽２０ａと
２０ｂに圧縮する力を作用させて固定し、次に上側の内
槽２０ｃと下側の内槽２０ｄの上下の接合箇所２１を合
わせるように、かつ内槽２０ｃと隣接する内槽２０ａあ
るいは内槽２０ｄと隣接する内槽２０ｂとの接合箇所２
２を合わせるように配置し、治具等にて上下の内槽２０
ｃ,２０ｄに圧縮する力を作用させて固定し、さらに内
槽２０ｅと内槽２０ｆを順次同様に治具等で固定する。
その後、上側と下側の内槽間の溶接箇所２１を溶接した
後、隣り合う内槽間の溶接箇所２２を溶接して組み立て
る。

【００３９】上記実施例２によれば、内槽とリブを一体
構造にした内槽２０を使用したので、内槽の剛性が向上
することになり、上記実施例１と同様に振動による内槽
の変形に伴う発熱を低減できる。また、内槽とリブを一
体化しているので、内槽とリブとの間に隙間がなく、こ
の箇所での滑りがなくなり、摩擦発熱がなくなる。更
に、レーストラック形をした内槽２０は、その長さ方向
及び円周方向に複数に分割された多くの同一形状の構成
部分を組み立てることにより構成されるので、部品のユ
ニット化や、溶接の機械化による製作の効率化が図れ
る。

【００４０】実施例３．上記実施例２においては、一重
の内槽構造のものを示したが、二重内槽構造において、
第１の内槽と第２の内槽の両方、あるいはどちらか一方
を上記実施例２のように長さ方向に分割して、内槽とリ
ブを一体化したものを採用してもよく、上記実施例２と
同様の効果を奏する。なお、上記実施例では、内槽の長
さ方向に対して直角に分割する箇所として、各リブの間
毎に分割しているものを示しているが、この分割箇所は
内槽の大きさに応じて、複数個のリブと内槽とを一体化
したものでもよく、上記実施例２と同様の効果を奏す
る。更に、内槽を長さ方向に分割しないで、内槽とリブ
を一体化した構造のものを採用しても良い。

【００４１】実施例４．図５はこの発明の実施例４に係
る超電導磁石装置の内槽を示す部分斜視図であり、図６
は図５のＣ−Ｃ線に沿った内槽の横断面図である。図に
おいて、１５は超電導コイル支持部材としてのリブであ
り、超電導コイル１１を取り囲むように、全数の上リブ
１５ａおよび下リブ１５ｂの各々の接合箇所を合わせる
ように配置して、治具（図示せず）等にて上下のリブ１
５ａ,ｂに圧縮する力を作用させ、上記各接合箇所を溶
接等で接合する構造となっている。２３は上記リブ１５
を介して超電導コイル１１を支持する内槽であり、上側
内槽２３ａ、２３ｃ、２３ｅおよび下側内槽２３ｂ、２
３ｄ、２３ｆをそれぞれ接合箇所２１及び２２にて溶接
接合して形成している。

【００４２】内槽２３は、リブ１５を取り囲むように、
全数の分割された内槽例えば上側の内槽２３ａおよび下
側の内槽２３ｂの上下の接合箇所２１を合わせるよう
に、かつ隣接する内槽の接合箇所２２が丁度リブ１５の
上に位置するように配置し、治具（図示せず）等にて上
下の内槽２３ａと２３ｂに圧縮する力を作用させて固定
する。次に、それに隣接する上側の内槽２３ｃと下側の
内槽２３ｄの接合箇所２１を合わせるように、かつ隣接
する内槽の接合箇所２２が丁度リブ１５の上に位置する
ように配置し、治具等にて上下の内槽２３ｃと２３ｄに
圧縮する力を作用させて固定する。更に、その隣の上側
内槽２３ｅと下側内槽２３ｆを順次同様に治具等で固定
する。そして、上下の溶接箇所２１にて上側及び下側の
内槽同士を溶接した後に、溶接箇所２２で隣接する内槽
同士および内槽２３とリブ１５とを一度に溶接する。

【００４３】上記実施例４によれば、内槽２３とリブ１
５とを溶接接合により一体化したので、内槽２３の剛性
が向上すると共に、内槽２３とリブ１５との間の摩擦発
熱が無くなる。また、分割された内槽が同一形状のもの
が多く存在するので部品のユニット化や、溶接の機械化
による製作の効率化が可能になり、上記実施例２と同様
の効果を奏する。

【００４４】実施例５．上記実施例４では一重内槽構造
のものを示したが、二重内槽構造において、第１の内槽
と第２の内槽の両方、またはどちらか一方を前述のよう
に長さ方向に対して直角に分割して、内槽同士及び内槽
とリブとを溶接により接合して一体化したものを作って
もよく、上記実施例４と同様の効果を奏する。

【００４５】実施例６．図７はこの発明の実施例６に係
る超電導磁石装置の二重構造を有する内槽の斜視図であ
り、図８は図７のＤ−Ｄ線に沿った内槽とリブとの接合
部を示す断面図である。図において、１１は超電導コイ
ル、１７は内側リブ、１９は外側リブであり、上記実施
例１と同じである。２４、２５は本実施例６に係る第１
の内槽、及び第２の内槽を示す。超電導コイル１１を固
定・収納するために上記内槽２４,２５及び上記リブ１
７,１９を取付ける動作は、上記実施例１と同じである
が、本実施例による第１の内槽２４および第２の内槽２
５には、各々複数個の穴２６および２７が設けられ、そ
の穴２６,２７の下部にリブ１７,１９を位置させて、図
８の黒い三角で示すところで内槽２４,２５とリブ１７,
１９を溶接接合している。この実施例によれば、内槽２
４,２５とリブ１７,１９とが溶接により一体的に接合さ
れるので、内槽の剛性をより向上することになり、内槽
とリブとの間の滑りが無くなり、この箇所での摩擦発熱
は無くなる。

【００４６】実施例７．上記実施例１,４,５,６で説明
した内槽とリブ、及び上記実施例２,３で説明したリブ
と一体構造にした内槽は、常温（３００Ｋ）から液体ヘ
リウム温度（４．２Ｋ）に冷却した際、超電導コイル１
１と同程度の熱収縮率を有する材料、例えばステンレス
材等が通常使用される。超電導コイルが銅安定化超電導
線、例えばニオブ−チタンの場合、常温から液体ヘリウ
ム温度に冷却した時の熱収縮量は、１０００ｍｍに対し
て約３ｍｍである。同様に、ステンレスの場合は約３ｍ
ｍであるが超電導コイルより若干小さい。これに対して
アルミニウムの場合は約４ｍｍである。このため、超電
導コイル１１にニオブ−チタンを採用した場合、その熱
収縮量より大きい熱収縮量を有するアルミニウム材を、
上記実施例１、４、５、６においてはリブと内槽の両方
または少なくともリブに、また、上記実施例２、３にお
いてはリブと一体化した内槽に用いると、超電導コイル
との熱収縮量の差により、液体ヘリウム温度に冷却した
際、超電導コイルを冷やしばめすることになり、アルミ
ニウム材を用いた上記リブあるいは内槽と超電導コイル
との間の締め付け力を増すことができるので、この間の
滑りによる摩擦発熱を低減できる。

【００４７】また、アルミニウム材はステンレス材に比
べて熱伝導率がかなり良いので、アルミニウム材を用い
たリブあるいは内槽と超電導コイルとの間に滑りが生じ
て発熱しても冷却効果が大きいため、超電導コイルの温
度上昇による超電導破壊（クエンチ）は発生しにくくな
る。

【００４８】実施例８．図９はこの発明の実施例８に係
る超電導磁石装置の内槽を示す斜視図であり、図１０は
図９のＥ−Ｅ線に沿った内槽の横断面図である。図にお
いて、２８は支持部材であるリブ(図９の２８ｄ)と内槽
とを一体構造にした内槽、２８ａ、２８ｂはこの内槽２
８を形成している内槽の幅方向で左右対称に分割された
内槽、２９はこの内槽２８ａと２８ｂとの溶接接合箇所
である。内槽２８は超電導コイル１１を取り囲むよう
に、且つ分割された内槽２８ａおよび２８ｂの接合箇所
２９を合わせるように配置し、治具（図示せず）等にて
左右の内槽２８ａと２８ｂに圧縮する力を作用させて固
定し、上記接合箇所２９を溶接する構造である。

【００４９】この実施例では、内槽とリブを一体構造に
しているので、内槽とリブとの間に隙間がなくなり、こ
の箇所での滑りが発生せず摩擦発熱は無くなる。また、
内槽とリブを一体化し、かつ内槽の幅方向で左右対称構
造にすることにより、部品点数を減らすことができ、製
作の効率化が可能になる。

【００５０】実施例９．上記実施例８は、一重内槽構造
で、かつ内槽とリブが一体構造のものを示したが、内槽
とリブが分割した構造で、少なくとも内槽を内槽の幅方
向で左右対称に分割した構造にしたものを採用しても良
く、上記実施例８と同様の効果を奏する。さらに二重構
造において、第１の内槽と内側のリブ及び第２の内槽と
外側のリブの一体構造、あるいは分離した構造で、両
方、またはどちらか一方を前述のように内槽の幅方向で
左右対称に分割した構造にしたものを作成しても良く、
上記実施例８と同様の効果を奏する。

【００５１】以下に掲げる実施例(１０以降)は、超電導
磁石装置の励磁作業又は消磁作業中における冷却媒体
(液体ヘリウム)の消費量を減らし且つ励磁等の作業時間
を短縮することを目的とするものである。実施例１０．図１１は実施例１０に係る超電導磁石装置
の内槽構造を示す斜視図であり、図において、１１は超
電導コイル、１６は第１の内槽、１７は内側リブ、１８
は第２の内槽、１９は外側リブであり、実施例１で示し
た構成(図１、図２)と同様である。そして、第２の内槽
１８の表面には、内槽１８に作用する渦電流による発熱
を低減するために、銅メッキ２００等の電気的良導電体
層(低電気抵抗層)を形成し、電気抵抗値を低くしてい
る。

【００５２】この実施例では、内槽を第１の内槽１６と
第２の内槽１８の２重構造とし、第２の内槽１８の表面
に銅メッキ２００等の電気的良導電体層(低抵抗部)を形
成したので、超電導コイル１１を励磁する際に、通電電
流を上昇させて行くと、電流変化による磁界の変化で第
２の内槽１８の銅メッキ層２００の低抵抗部に電流が流
れ、第２の内槽１８が発熱する。通電電流の上昇を高速
にすると、第２の内槽１８が急激に温度上昇する。この
発熱は外側リブ１９から第１の内槽１６に伝導し、超電
導コイル１１と第１の内槽１６の間の液体ヘリウム１２
を蒸発させる。この様に、第２の内槽１８で発生した熱
は、外側のリブ１９を介して第１の内槽１６へ伝導する
ので熱の伝導経路が長くなること、及び外側のリブ１９
が熱的抵抗部材であるため時間的遅れを伴う。このため
励磁又は消磁を短時間にする目的で急激に通電電流を上
昇又は下降させても、冷却媒体である液体ヘリウム１２
は急激には蒸発しない。そのため、蒸発した液体ヘリウ
ム１２は冷凍機により液化することが可能となる。

【００５３】更に、超電導コイル１１の励磁時の発熱量
Ｑ₁は、Ｑ₁＝ｅ²／Ｒとなるが、極低温での銅メッキの抵抗と温度の関係は図
１２の様に示される。即ち、外側の内槽１８が励磁又は
消磁中に温度上昇が生じると、内槽１８に施した銅メッ
キ２００の電気抵抗値Ｒが上昇し、励磁又は消磁中の発
熱量は抑制され、冷却媒体の蒸発は減少する。

【００５４】以下、簡単な解析モデルにより本実施例の
効果を示す。図１３に本実施例の効果を示すための計算
モデルを示す。図１３(ａ)では長さＬ、面積Ｓ、板厚ｔ
の内槽モデル、図１３(ｂ)ではそれぞれ長さＬ、面積
Ｓ、板厚ｔの第１の内槽１６と第２の内槽１８の間に長
さＬ／３、面積Ｓ／３である第２のリブ１９を有する内
槽モデルを示す。今、内槽１０について、比熱ｃ₁₀、比
重量γ₁₀、体積Ｖ₁₀、熱伝導率λ₁₀、第１の内槽１６に
ついて、比熱ｃ₁₆、比重量γ₁₆、体積Ｖ₁₆、熱伝導率λ
₁₆、第２の内槽１８について、比熱ｃ₁₈、比重量γ₁₈、
体積Ｖ₁₈、熱伝導率λ₁₈、外側リブ１９について、比熱
ｃ₁₉、比重量γ₁₉、体積Ｖ₁₉、熱伝導率λ₁₉とする。図
１３(ａ)に示すように内槽１０の表面の熱量Ｑが、内槽
１０を伝達して反対側表面に伝わる時定数τ₁₀は下記の
数式３で示される。

【００５５】

【数３】

【００５６】一方、図１３(ｂ)で示す本実施例のモデル
において、第１の内槽１６表面での熱量Ｑが、外側のリ
ブ１９に伝達し、第２の内槽１８に伝わる時定数τ₀は
下記の数式４で示される。

【００５７】

【数４】

【００５８】ここで、ｃ₁₀＝ｃ₁₆＝ｃ₁₈＝０．４９４×
１０³［Ｊ／Kg・Ｋ］ λ₁₀＝λ₁₆＝λ₁₈＝０．３［Ｗ／ｍ・Ｋ］at４．２Ｋ γ₁₀＝γ₁₆＝γ₁₈＝７８３０［Kg／ｍ³］ｃ₁₉＝０．６９１×１０³［Ｊ／Kg・Ｋ］ λ₁₉＝０．０６［Ｗ／ｍ・Ｋ］at４．２Ｋ γ₁₉＝１６００［Kg／ｍ³］を、各々代入すると τ₀／τ₁₀＝５７となり、時定数としては５７倍長くなることが判り、こ
れを図１４に示す。以上のように、本実施例によれば熱
の伝導時定数が長くなるので、冷却媒体の急激な蒸発を
防ぐことができる。

【００５９】実施例１１．上記実施例１０に示した外側
のリブ１９に断熱材を用いると、上記作用がより効果的
である。

【００６０】実施例１２．上記実施例１０では内槽とリ
ブを２重構造にしたが、図１５、図１６に示すように、
第１の内槽１６と外側リブ１９の間、あるいは第２の内
槽１８と外側リブ１９の間に断熱材１００を設けること
により、実施例１０で示した作用はより効果的になる。

【００６１】実施例１３．図１７はこの発明の一実施例
を示す超電導磁石装置の内槽の斜視図である。２０１は
本実施例に使用されるエポキシ樹脂等の合成樹脂であ
り、第１の内槽１６と第２の内槽１８の間に注入・充填
・固化したもので、上記実施例で示した同等の作用を行
う。

【００６２】実施例１４．上記実施例１０〜１３では外
側の内槽１８を非磁性金属であるステンレス等で構成し
たが、本実施例では第２の内槽１８に電気抵抗の低いア
ルミニウム材料を用いる。上記実施例では内槽に鎖交す
る渦電流による発熱を防ぐために、内槽１８表面に銅メ
ッキ２００等の低抵抗層を設けたが、アルミニウム材料
は極低温での電気抵抗は低く、銅メッキ等の電気的良導
電体層(低抵抗層)を設けなくても、上記実施例１０〜１
３と同様の効果を奏する。更に、常温から液体ヘリウム
温度に冷却した時の熱収縮量はステンレスの場合、１０
００ｍに対して約３ｍｍである。これに対してアルミニ
ウムの場合は約４ｍｍである。このため外側の内槽１８
としてアルミニウム材料を採用した場合、液体ヘリウム
温度に冷却すると、熱収縮量の差により外側のリブ１９
や断熱材を冷やしばめすることとなる。

【００６３】

【発明の効果】以上のように、第１の発明によれば、内
槽を第１と第２の内槽を有する二重構造とし、超電導コ
イルと第１の内槽との間および第１の内槽と第２の内槽
との間にそれぞれ支持部材を設けたので、内槽の剛性が
向上し、振動による内槽の変形を抑制でき、内槽の変形
に伴う発熱による冷却媒体(液体ヘリウム)の蒸発量を低
減できる効果がある。

【００６４】また、第２の発明によれば、内槽と支持部
材とを一体構造にしたので、内槽の剛性が向上し、振動
による内槽の変形に伴う発熱を低減できると共に、内槽
と支持部材との間の滑りが無くなるため、この箇所での
摩擦発熱をなくすことができるので、冷却媒体の蒸発量
を抑制できる効果がある。

【００６５】また、第３の発明によれば、超電導コイル
の熱収縮より大きい熱収縮量を有する材料を超電導コイ
ルの支持部材に用いたので、液体ヘリウム温度に冷却し
た際、支持部材により超電導コイルを冷やしばめするこ
とができ、支持部材と超電導コイルとの間の締め付け力
を増すことができるため、支持部材と超電導コイルとの
間の滑りによる摩擦発熱を低減できる効果がある。

【００６６】さらに、第４の発明によれば、少なくとも
内槽を内槽の幅方向で左右対称に分割したので、部品点
数を減らし、製作の効率化が可能となる効果がある。

【００６７】第５及び第６の発明によれば、超電導磁石
を励磁又は消磁する際に通電電流の上昇を早くしても冷
却媒体の急激な蒸発は生じないので、励磁時又は消磁時
に超電導破壊する可能性は無くなり、更に内槽の急激な
圧力上昇が生じないので、蒸発した冷却媒体を冷凍機に
より液化することが可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す超電導磁石装置の断
面図である。

【図２】上記実施例１に係る内槽を示す斜視図である。

【図３】実施例２に係る超電導磁石装置の内槽を示す斜
視図である。

【図４】図３のＢ−Ｂ線に沿った内槽の横断面図であ
る。

【図５】実施例４に係る超電導磁石装置の内槽を示す斜
視図である。

【図６】図５のＣ−Ｃ線に沿った内槽の横断面図であ
る。

【図７】実施例６に係る超電導磁石装置の内槽を示す斜
視図である。

【図８】図７のＤ−Ｄ線に沿った内槽とリブとの接合部
の断面図である。

【図９】実施例８に係る超電導磁石装置の内槽を示す斜
視図である。

【図１０】図９のＥ−Ｅ線に沿った内槽の横断面図であ
る。

【図１１】実施例１０に係る超電導磁石装置の内槽を示
す斜視図である。

【図１２】銅メッキの抵抗と温度の関係を示す図であ
る。

【図１３】実施例１０の効果を示すためのモデル図であ
る。

【図１４】実施例１０における熱伝導の時定数を示す図
である。

【図１５】実施例１２に係る超電導磁石装置の内槽の断
面図である。

【図１６】実施例１２に係る超電導磁石装置の内槽の断
面図である。

【図１７】実施例１３に係る超電導磁石装置の内槽の斜
視図である。

【図１８】磁気浮上式鉄道車両の構成を示す横断面図で
ある。

【図１９】従来の超電導磁石装置の構成図である。

【図２０】図１９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。

【図２１】従来の超電導磁石装置の内槽の斜視図であ
る。

【図２２】従来の超電導磁石装置の内槽の概観斜視図で
ある。

【符号の説明】

１超電導磁石装置７外槽９断熱支持体 11 超電導コイル 12 液体ヘリウム 15 リブ 16、24 第１の内槽 17 内側リブ 18、25 第２の内槽 19 外側リブ 20、23、28 内槽 100 断熱材 200 銅メッキ 201 樹脂

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】冷却媒体に浸漬された超電導コイルを収
納した内槽と、この内槽を断熱支持体を介して支持する
外槽を備えた超電導磁石装置において、上記内槽を第１と第２の内槽から成る２重構造とし、超
電導コイルと第１の内槽との間および第１の内槽と第２
の内槽との間にそれぞれ支持部材を設けたことを特徴と
する超電導磁石装置。
【請求項２】冷却媒体に浸漬された超電導コイルを支
持部材を介して支持収納した内槽と、この内槽を断熱支
持体を介して支持する外槽を備えた超電導磁石装置にお
いて、上記内槽と上記超電導コイルを支持する支持部材とを一
体構造化したことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項３】冷却媒体に浸漬された超電導コイルを支
持部材を介して支持収納した内槽と、この内槽を断熱支
持体を介して支持する外槽を備えた超電導磁石装置にお
いて、少なくとも上記超電導コイルを支持する支持部材に、超
電導コイルの熱収縮量より大きい熱収縮量を有する材料
を用いたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項４】冷却媒体に浸漬された超電導コイルを支
持部材を介して支持収納した内槽と、この内槽を断熱支
持体を介して支持する外槽を備えた超電導磁石装置にお
いて、上記内槽を少なくともその幅方向で左右対称に分割した
構造にしたことを特徴とする超電導磁石装置。
【請求項５】超電導コイル収納した内槽と、この内槽
を断熱支持体を介して支持する外槽を備えた超電導磁石
装置において、上記内槽を、超電導コイルを収納支持した第１の内槽
と、外面に電気良導体が形成された第２の内槽からなる
２重構造とし、第１及び第２の内槽の間を支持部材によ
って支持するようにしたことを特徴とする超電導磁石装
置。
【請求項６】上記第１の内槽と第２の内槽の間に、断
熱材を介在させたことを特徴とする請求項５記載の超電
導磁石装置。
【請求項７】超電導コイル収納した内槽と、この内槽
を断熱支持体を介して支持する外槽を備えた超電導磁石
装置において、上記内槽を、超電導コイルを収納支持した第１の内槽
と、アルミニウム材で構成した第２の内槽からなる２重
構造とし、第１及び第２の内槽の間を支持部材によって
支持するようにしたことを特徴とする超電導磁石装置。