JPS6141124B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導磁気浮上車などに使われる超電
導磁石における内槽の支持構造に関する。

現在、奨来の交通機関として超電導磁気浮上車
の開発が行なわれている。この超電導磁気浮上車
に使用する超電導磁石は、超電導コイルを格納し
た内槽を真空容器である外槽内に支持してなる構
成で、その内槽は液体ヘリウムなどにより極低温
に保持され、しかも車両を浮上せしめる大きな作
用力を受ける。この為、真空な外槽と内槽との間
は熱絶縁を行う必要があると同時に強い力を受け
られる強力な支持構造で連結する必要がある。

つまり内槽と外槽との間の熱絶縁を良くする事
は内部の液体ヘリウムの消費と直接関係があり、
高価な液体ヘリウムの消費を減じることが出来れ
ば経費面上非常に有利であり、又この消費を小さ
くすれば液体ヘリウムの再液化冷凍機の容量も小
さく出来て車両全体重量を軽減するのに極めて有
利である。しかしながら、外槽に対して内槽は上
述の如く強力に連結支持する必要があり、このた
めに外槽と内槽と間を太い構造物で結合すると、
これは前に述べた熱絶縁を良好にせしめる事と相
互に矛盾した要求であつて、太い構造物は熱伝導
面でも当然良好となり、液体ヘリウムの消費を増
大することになつてしまう。更にこの支持構造物
は地上から来る浮上反撥力や、車両推進用のリニ
ヤモーター推力がどうしても脈動することから、
非常に高い剛性を有するものでないと共振等によ
り各部が破損する危険性を有していると同時に、
真空容器である外槽は大略大気温度であるに対し
て内槽は４〜５〓という極度に低い温度である
為、熱収縮が激しく生じ、高い剛性で保持しよう
とする要求に対しても極度に矛盾する要求が生じ
て来る。

従つて、上述の如き超電導磁石における内槽の
真空容器である外槽内への支持は、熱絶縁性を有
し且つ内槽の熱収縮を許容しながら高い剛性で該
内槽を支持しなければならないと云つた矛盾する
要求が多く、その要求を満足するには非常に困難
であつた。

そこで、本出願人は熱絶縁性を有し且つ特定の
方向に対しては高い剛性を持ちながらそれと直角
方向には割合柔い剛性を有する例えば、多重管方
式の支持カラムを複数個組合わせて用いることに
より、上述した要求を全て満足して、熱収縮を許
容しながら高い剛性で内槽を支持できる支持構造
を考えた。

その支持構造とは第１図と第２図に代表例とし
て示した多重管方式の支持カラムを多数個用いて
第３図に示す様に外槽内に内槽を支持する構造で
ある。しかしながらこうした支持構造によると、
非常に多数個の支持カラムを配する必要があり、
内槽と外槽との結合に多くの調整取付部分を必要
とするなどの問題があつた。

つまり、上記第１図〜第３図の従来の支持構造
を簡単に説明すると、第１図はステンレス等の強
度の割合に熱電導の良くない金属により構成され
た金属多重管による支持カラムの例で、真空容器
である外槽１の内側に取付けた座２に対し球面接
手３を介してパイプ４の一端部が結合され、この
パイプ４の他端から外周に折返された如くパイプ
５が取付けられ、更にそのパイプ５の一端から折
返された如くパイプ６が取付けられ、このパイプ
６の他端が端金具７と溶接結合されて球面接手８
を介して内槽９の外側面部に取付けた座１０と結
合されている。この様な構成の支持カラムによる
と、非常に長いパイプにより外部からの熱侵入を
低くおさえ得ると同時に、外槽１と内槽９との間
を軸方向には高い剛性で軸方向と直交する方向に
は低い剛性でもつて結合し得るようになるので、
そうした支持カラムを複数個各々の取付方向を適
当に選定すれば、内槽９が温度変化により伸縮し
ても具合よく支持する事が可能となる。

また、第２図は別な支持カラム構造例で、真空
容器である外槽の両側板１Ａ，１Ｂ相互間にフラ
ンジを有する中心軸１１と、該中心軸端から突出
した細い軸部１１Ａに嵌合したフランジ付き中空
軸１２とがねじ１３で固定して配設され、その中
心軸１１と中空軸１２のフランジに各々一端を嵌
め込んでFRPなどの強度が高くかつ熱絶縁の良
好なパイプ成形材１４Ａ，１４Ｂが取付けられ、
そのパイプ成形材１４Ａ，１４Ｂの他端にステン
レス等の熱伝導の悪い強度の高い折返し材１５
Ａ，１５Ｂがはめ込まれ、更にFRPなどのパイ
プ成形材１６Ａ，１６Ｂがはめ込まれて中央のリ
ング１７に結合され、このリング１７が内槽の強
度部材９Ａに取付けられ、また外槽の両側板１
Ａ，１Ｂに中心軸１０のフランジと固定金具１８
により取付けられて固定されている。

しかして、この第２図に示す支持カラムの場合
軸方向にはねじ１３により初圧が加えられている
ので、温度が一部で低下しても各部材間でガタを
生じる様な熱収縮は防止され、軸方向にははかな
り高い剛性を有しており、軸直角方向には特に
FRPなどのパイプ成形材の剪断曲げ変形により
軸方向に比してかなり低い剛性となつている。こ
のために上述した様な真空容器である外槽と極低
温に冷却された内槽との間を該内槽の熱収縮を逃
げながら高い剛性で連結支持することが可能とな
る。

ここで第３図により上記第２図方式の支持カラ
ムを多数個用いて真空容器である外槽中に内槽を
支持する例を述べると、ICは前後方向に長い真
空容器の外槽で、１９は超電導コイル（図示せ
ず）を収納した同じく前後方向に長いレーストラ
ツク形状の内槽を示している。この様なレースト
ラツク形状の内槽１９は内部に収納した強力な超
電導コイルに通電すると、直線距離の長い上下平
行区間で非常に強い反撥力を受けて変形力が生じ
るが、その変形を防止する為に該内槽１９には上
下平行部相互間にこの長手方向に即ち前後方向に
間隔を存して結合梁２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを配
して補強されている。この前後端寄りの結合梁２
０Ａ及び２０Ｃに上記第２図に示す構造の支持カ
ラム２１Ｃ，２１Ｄ及び２１Ｅ，２１Ｆが該内槽
１９の長手方向を直行する左右方向に向けて貫通
する如く配され、その各々の両端が真空容器であ
る外槽１Ｃの両側板に結合し、中央部のリング１
７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆが内槽１９の前後
結合梁２０Ａ，２０Ｃに結合して取付けられてい
る。また中間の結合梁２０Ｂには内槽１９の長手
方向に平行する方向に向けて貫通する如く支持カ
ラム２１Ａ，２１Ｂが配され、その各々の中央リ
ング１７Ａ，１７Ｂが結合梁２０Ｂと結合し、両
端部が真空容器である外槽１Ｃの両側板に支持さ
れた支持梁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄと結
合して取付けられている。更に内槽１９の上下平
行部相互間の前後両端寄りに結合梁２０Ａ，２０
Ｃと平行して支持カラム２１Ｃ，２１Ｈが配さ
れ、その両端が該内槽１９上下部に結合し、中央
のリング１７Ｇ，１７Ｈが真空容器である外槽の
両側板１Ａ，１Ｂよりの支持朶２２Ａ，２２Ｂに
結合して取付けられている。しかしてこの様な構
造によると、内槽１９の上下方向は支持カラム２
１Ｇ，２１Ｈで長手方向即ち前後方向は支持カラ
ム２１Ａ，２１Ｂで、長手方向と直行する左右方
向は支持カラム２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ
で支持されると云つた具合に、内槽１９は三方向
に組合された複数の支持カラムにより支持される
ようになり、これにてローリング・ピツチング・
ヨーイングに対してもそれぞれ少なくとも２本の
支持カラムの高剛性の方向で支持されるので、内
槽１９は確実に支持拘速される。しかも内槽１９
の長手方向の収縮に対しては前後端寄りに配する
支持カラム２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ，２
１Ｇ，２１Ｈがそれぞれ中心軸線と直交する方向
変位に対して比較的柔かく構成されている事から
自由に変形を許容するのでの合理的な内槽支持が
可能となる。

しかしながら、上述した第１図及び第２図、第
３図に示した支持構造では、いずれも支持カラム
の軸方向剛性と軸直角方向剛性との差が大きく、
特に軸直角方向剛性が弱いことから、非常に多数
個の支持カラムを組合せ配置して外槽と内槽との
間に取付ける必要があり、このために調整取付部
分が多くかなり注意して行なう必要があり、非常
に面倒となる問題があつた。

この発明は上記事情に鑑みなされたもので、そ
の目的とする処は、外槽側と内槽側とに各々２個
づつで結合する構造で、軸方向剛性と軸直角方向
剛性との差が従来のものより少ない支持カラムを
用いることで、外槽中に内槽を非常に少ない個数
の支持カラムで簡単確実に支持し得るようにした
ものを提供することにある。

以下、この発明の一実施例を第４図及び第５図
に従い説明する。まず、第４図は一個の支持カラ
ム２４を示す断面図で、両端に内槽固定用の結合
金具２５，２６を有して中央に貫通するパイプ状
の中心軸２７を備え、その中心軸２７の長手方向
中間部に突起部２７Ａが一体に設けられ、その突
起部２７Ａの両側に内端を結合してパイプ成形材
２８Ａ，２８Ｂに折返し材２９Ａ，２９Ｂ及びパ
イプ成形材３０Ａ，３０Ｂが多重に組合せられて
取付けられ、そのパイプ成形材３０Ａ，３０Ｂの
外端に外筒３１Ａ，３１Ｂが取付けられている。
その多重管構造の状態は上記第２図に示すものと
稍々近似するが、中心軸２７が中空で太く構成さ
れて、全体に太い構造体となり、その分だけ肉厚
は若干薄くなつている。ここで上記外筒３１Ａ，
３１Ｂは中央に設けたターンバツクル金具３２が
該外筒３１Ａ，３１Ｂの一方の右ねじ３３Ａと他
方の左ねじ３３Ｂとに螺合することにより互に締
め付けられて、上記パイプ成叫形材２８Ａ，２８
Ｂ及び折返し材２９Ａ，２９Ｂ並びにパイプ成形
材３０Ａ，３０Ｂに対し必要な圧縮力をあたえる
構造とされ、また外筒３１Ａ，３１Ｂには互に外
端方に離間した位置にタツプ孔３４Ａ，３４Ｂを
有した座面の如き外槽結合部３５Ａ，３５Ｂが
各々設けられている。

次に上記第４図に示す支持カラムを第５図に示
す如く複数個使つて真空容器である外槽Ｄ内にレ
ーストラツク状の内槽１９９Ａを支持する支持構
造を説明すると、外槽１Ｄ中に極低温に冷却され
て設けられている内槽１９Ａは結合梁２０Ｄ，２
０Ｅで強化されている。そしてその内槽１９Ａの
上下間及び結合材２０Ｄと２０Ｅとの間にそれぞ
れ上記第４図と同じ支持カラム２４Ａ，２４Ｂ及
び２４Ｃ，２４Ｄが各々の中心軸両端の結合金具
２５，２６を介して結合して設けられ、且つ各合
の外槽結合部３５Ａ，３５Ｂがタツプ孔３４Ａ，
３４Ｂを介して外槽１Ｄの側壁と結合されてい
る。

しかして、この支持構造では、各支持カラム２
４Ａ乃至２４Ｄが太い構造となている事から、一
般に曲げ剛性は直径の３乗に比例して増加するの
で、熱侵入の増加を少なくすべく断面積を直径増
に反比例して減少させたとしても、直径の２乗に
比例して曲げ剛性は増加でき、このため外筒３１
Ａ，３１Ｂとパイプ状中心軸２７の横方向変位に
対する剛性が増加する。又曲げ剛性の比較的弱い
FRP等のパイプ成形材２８Ａ，２８Ｂ及び３０
Ａ，３０Ｂも中心軸２７及び折返し材２９Ａ，２
９Ｂ並びに外筒３１Ａ，３１Ｂが共にステンレス
等の熱絶縁の割合良好な剛な金属で構成すること
が極めて剛に支持されて、両端固定の梁の如く剪
断曲げに対して曲げ剛性増となり、各支持カラム
２４乃至２４Ｄは軸方向剛性と軸直角方向剛性と
の差が小さくなる。しかもタツプ孔３４Ａ，３４
Ｂを有した外槽結合部３５Ａ，３５Ｂが離間した
位置に設けられている事から、この間隙により各
支持カラム２４Ａ乃至２４Ｄは内外槽間で割合強
固な結合が可能となる。しかして第５図では各支
持カラム横方向剛性が向上した事を利用して、第
３図の場合から結合梁２０Ａ，２０Ｃに直交する
４個の支持カラム２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１
Ｆを省略した状態で済む構造となり、外槽１Ｄへ
の取付も極めて容易となつて構造全般的に極めて
合理的でかつ取付けの容易な支持構造となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来一般に使用されている支持カラム
の断面図、第２図は新たに開発された支持カラム
の断面図、第３図は第２図の支持カラムを用いた
超電導電磁石における内槽の支持構造の１例を示
す説明図、第４図及び第５図は本発明の一実施例
を示すもので、第４図は支持カラムの断面図、第
５図は第４図の支持カラムを少数個用いて外槽中
に内槽を支持した支持構造の概略図である。 １，１Ｃ，１Ｄ…外槽、１Ａ，１Ｂ…外槽両側
板、２，１０…座、３，８…球面継手、４，５，
６…パイプ、７…端金具、９，１９，１９Ａ…内
槽、１１…中心軸、１２…中空軸、１３…ねじ、
１４Ａ，１４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ…パイプ成形
材、１５Ａ，１５Ｂ…折返し材、１７，１７Ａ，
１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ，１７
Ｇ１７Ｈ…リング、１８…固定金具、２０Ａ，２
０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２０Ｅ…結合梁、２１
Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ，
２１Ｇ，２１Ｈ，２４，２４Ａ，２４Ｂ，２４
Ｃ，２４Ｄ…支持カラム、２２Ａ，２２Ｂ…外槽
よりの支持梁、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ
…外槽よりの支持梁、２５，２６…内槽固定用結
合金具、２７…中心軸、２７Ａ…中間突起部、２
８Ａ，２８Ｂ，３０Ａ，３０Ｂ…パイプ成形材、
２９Ａ，２９Ｂ…折返し材、３１Ａ，３１Ｂ…外
筒、３２…ターンバツクル金具、３３Ａ，３３Ｂ
…ねじ、３４Ａ，３４Ｂ…タツプ孔、３５Ａ，３
５Ｂ…外槽結合部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超電導磁気浮上車等に用いられる超電導電磁
   石で、真空容器である外槽中に超電導コイルを収
   納した内槽を、多重管構造の支持カラムを適当数
   個用いて支持するものにおいて、その支持カラム
   を、両端に内槽支持結合部を有して中央に貫通す
   る中心軸と、この中心軸の中間突起部両側に内端
   を結合して多重に組合せられたパイプ成形材及び
   折返し材と、それらの両側パイプ成形材及び折返
   し材の外端に結合して配し且つそれらの両側パイ
   プ成形材及び折返し材に対して圧縮力を加えるべ
   く互に締付けられると共に各々外槽結合部を有す
   る一対の外筒とから構成したことを特徴とする超
   電導磁石における内槽支持構造。