JPS6248003A - 超電導コイル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、たとえば超電導磁気浮上車（リニアモーター
カー）等に使用される超電導コイル、特に内槽容器に収
納される超電導コイル部材を液体ヘリウムで間接的に冷
却してなる構造を有する超電導コイルに関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

現在、将来的な交通機関の一つとして開発が進められて
いるリニアモーターカーに使用される超電導コイルは、
通常、超電導コイル部材が収納された内槽容器を、真空
の外槽容器内に支持し、かつその内槽容器の周囲を液体
ヘリウム等により極低温状態に冷却保持してなる構成を
有するものが一般的となっている。

ところで、このような超電導コイルにありては、極低温
の内槽容器に対して、外部熱の侵入をできるだけ遮断す
る必要があるとともに、車両の磁気浮上時に作用する大
きな荷重力に対する内槽容器の強度を安定させることが
必要であるばかりでなく、省エネルギ的な見地から、超
電導コイルの断面を小さくして、地上コイルとの空隙を
小さくし、車両の浮上走行に必要な起磁力を低減させる
一方、起電導コイル自体の重量を軽減化させることが大
きな課題となっている。

すなわち、第７図に示すように、車両人が軌道Ｂ上を走
行する時、軌道Ｂ上に設けられた案内用地上コイル１に
、車両人に取付けた超電導コイル２を対向配置して、こ
れら両コイル１゜２間に誘導反発力を生じさせることに
より車両人を浮上させて推進力を得るものであるが、こ
の浮上刃を得るための起磁力は、両コイル１゜２の中心
間の距ＡｌｆＩＹに大きく左右され、この距離Ｙが小さ
い程、起磁力が小さくて済み、省エネルギ化を図ること
が可能となる。

そこで、従来の超電導コイルにおいては、第８図及び第
９図に示すように、ステンレス鋼からなる内槽容器３を
偏平断面でもってレーストラック形状の環状に形成し、
かつその内径部間を補強材３ａで補強してなる構成を有
するものが採用されている。この内槽容器３内の中央部
に配設される超電導コイル部材４は、ニオブチタン合金
からなる超電導線材を複数回巻回した後、その層間及び
外周部を絶縁層５で絶縁含浸することにより剛性の強化
を図ってなるもので、前記内槽容器３内の中央部にスペ
ーサ６を介して支持固定されるようになっている。すな
わち、前記超電導コイル部材４は、スペーサ６との保持
部分に強化プラスチック（ＦＲＰ　）などの図示しない
絶縁板を介して内槽容器３内に固定され、前記ス被−サ
６に通気孔７及び切欠溝８を設けてその周囲を冷却槽に
形成するとともに、この冷却槽内に液体ヘリウムを封入
させることにより、いわゆる周囲浸漬冷却方式によって
冷却されるようになっている。

しかしながら、上記した従来構造のものでは、内槽容器
３内に収納された超電導コイル部材４がス被−サ６の介
在によって保持されていることから、超電導コイル中心
と地上コイル中心との間の距離を充分に小さくすること
ができず、しかも全体の重量軽減化にも不充分であった
。

また、このような従来の不具合を解消する具体例として
、第１０図に示すようなスペーサを用いない断面構造を
有するものが考えられる。

すなわち、内槽容器３を第１及び第２のチャンネル部材
３１．３２によって囲まれる閉断面の内側冷却槽３３と
断面Ｈ型の外側溝状コイル巻線部３４との互いに隣接す
る２室断面構造にし、外側溝状巻線部３４に超電導コイ
ル部材４を巻回した後、第３のチャンネル部材３５を覆
せて溶接し組立てるようになっている。

ところが、上記した内槽容器３の構造では、第８図及び
第９図に示す従来の浸漬方式のものと比較して間接−面
冷却方式となっていることから、全体をコンノ平りト化
でき、軽量で製作も容易であるという利点を有する反面
、冷却槽３３に満たされた液体ヘリウムによる超電導コ
イル部材４の冷却作用は、ステンレス鋼及びエポキシ樹
脂等の絶縁層を間に介しているため、熱伝導率が悪く、
例えばステンレス鋼の熱伝導率を１、０　（４，２ｋ値
）とした場合、エポキシ樹脂からなる絶縁層は約０．２
５であり、超電導コイル部材に安定材として用いる銅は
約６，０００というように各々の熱伝導率が大幅に異な
ることから、冷却効率が非常に悪くなる。ましてや、従
来の超電導コイルでは、コイル部材をある一定の予圧縮
をもたせた状態で内槽容器に収納しているのに対し、上
記した巻枠一体型の間接冷却方式では、コイル部材と内
槽容器とを単に一体に含浸された状態にしか過ぎないた
め、各々の部材間が充分な接触状態であっても、接触熱
抵抗が生じ易く、また微小な空隙が存在すれば、熱伝導
能力は極端に劣化する。したがって、組立完成後の超電
導コイルの冷却槽に液体ヘリウムを注液して極低温とし
た場合に、約３００にの常温から約４．２にの液体ヘリ
ウム温度に急激な温度変化を繰υ返すと、内槽容器とコ
イル部材との間に熱膨張率の相違による微小な剥離層が
発生し、このような剥離層の発展によって内槽容器から
絶縁層への熱伝導が桁外れに低下し、超電導コイル部材
の冷却不足を招いて初期予冷のための時間が長くなるば
かシでなく、超電導コイルとしての基本的性能を満たさ
ないといった問題が生じる。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の事情のもとになされたもので、巻枠一
体型の間接冷却方式による超電導コイルにおいて、超電
導コイル巻線部の熱伝達を良好にすることにより冷却性
能を高め、かつ予冷時間の短縮化を図るとともに、超電
導コイル部材への冷却不足が生じないようにした超電導
コイルを提供することを目的としたものである。

〔発明の概要〕

上記した目的を達成させるために、本発明は、内槽容器
の内側冷却槽に隣接させた外側超電導コイル巻線部に超
電導コイル部材を巻装した超電導コイルにおいて、前記
内槽容器の外側超電導コイル巻線部の内外両表面の少な
くとも一面に銅メッキ等の熱伝導率の良好な材料層を形
成してなる構成としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第４図に示す一実施例を参照
しながら説明する。なお、本発明の図示の実施例におい
て、第１０図に示す超電導コイルと構成が重複する部分
は同一符号を用い、その説明は省略する。

すなわち、本発明は、第１図から第４図に示すように、
超電導コイル２を構成する内槽容器３の超電導コイル部
材４が巻装される超電導コイル巻線部３４の内壁面３４
ａに銅メッキによる熱導率の良好な材料からなる皮膜層
１ノを形成したもので、この皮膜層１ノは第３図に示す
ように、一部分がマスキング処理されて全周に亘るのを
分断回避し、通電中あるいは走行中の誘導電流によって
発熱が過大になるのを防止してなるとともに、第４図に
示すように、第３のチャンネル部材３５の接合部分にも
、超電導コイル部材４０巻線後の溶接作業を実施するた
めにマスキング処理を施している。

また、第５図及び第６図は、本発明に係る超電導コイル
の他の実施例を示し、第５図は内槽容器３に施される皮
膜層１１を一定の間隔をもって分断して、誘導電流によ
る発熱の影響をより低減化させてなる構成とし、第６図
は皮膜層１１を内槽容器３の内外両面に形成し、これに
よって内槽容器３の外壁面部に２点破線で示すような予
冷用配管１２＃をロウ付けすることが可能になるように
構成してなるものである。

しかして、上記した超電導コイル２の構成によれば、超
電導コイル部材４が巻装される内槽容器３の巻線部３４
の内壁面Ｊ４ａに、ステンレス鋼よりも約６０００倍の
熱伝導率を有する銅メッキ′Ｄ１らなる皮膜層１１を形
成してなることから、超電導コイル部材４が内側冷却槽
３３に一面しか接触していない場合にも、皮膜層１１の
形成によって熱伝達が積極的に行なわれ、冷却性能を格
段に向上させることが可能に彦る。

したがって、冷却過程において、万一超電導コイル部材
４の絶縁層５と内槽容器３との間に両者の熱膨張率の差
による剥離現象によって空隙が若干生じても、超電導コ
イル部材４の冷却を充分に行なうことができ、例えば内
槽容器３の板厚を５ｍ、皮膜層１ノの厚さを０．０５ｆ
ｌとしてその断面積が１／１００になるように設定した
場合にも、熱伝導率が約６０００倍であるため、６０倍
の熱伝達が行なえる。

また、内槽容器３の外表面部にも銅メッキからなる皮膜
層１ノを形成した場合、内槽容器３の表面状態がステン
レス層から銅層へと変化し、内槽容器３と、これを収納
する外槽容器、例えば輻射熱シールド板間には、輻射熱
伝達が発生し、これＫよって、内槽容器３への熱侵入量
は両者の温度差と内槽容器３の表面状態に伴う輻射率に
比例するため、従来のようなステンレス鋼の表面をパフ
研磨等により輻射熱量を低減させても、その輻射率εは
０゜１程度であり、輻射率が０．００５の銅面では輻射
熱を約１／２０に低減することが可能になるばかシでな
く、表面のパフ研磨作業が省略できる。

さらに、内槽容器３に形成される皮膜層１ノを周方向に
分断してなることから、全周に亘って皮膜層を形成した
場合にできる電気抵抗の非常に小さい１ターンループに
よる励・消磁時の電磁気誘導によって流れる大きな誘導
電流で発生する自己発熱を抑えることができるため、車
両が走行中に地上コイルから受ける変動磁界による誘導
電流損失も低減でき、より安定した特性を保持すること
が可能になる。

なお、本発明の実施例においては、内槽容器への皮膜層
の形成に銅メツキ処理のみで行なったが、これに限定さ
れるものではなく、銅メッキ層の上に銅製の平網線のよ
うな線溝線屑を半田付は等で固着しても良く、この場合
は、内槽容器の巻線部への銅メツキ処理が冷却槽側表面
のみで済み、また超電導コイル部材を平網線で包むよう
な構成とする。さらに、熱伝導率の良好な材料層の他の
実施例としては、例えばステンレス鋼と銅のクラツド板
、ステンレス鋼への銅あるいはアルミニウムの螺着また
は溶射等によって形成しても良い。さらにまた、内槽容
器の内面側への皮膜層の形成を全周面に亘って行なって
いるが、−面のみ、または２面、３面でも同様な作用、
効果を得ることができ、また冷却容量によっては部分的
に形成しても良い。

その他、本発明は、本発明の要旨を変えない範囲で種々
変形実施可能なことは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、内槽容器の内側
冷却槽に隣接させた外側超電導コイル巻線部に超電導コ
イル部材を巻装させて間接的に冷却してなる超電導コイ
ルにおいて、前記内槽容器の内外表面に熱伝導率の良好
な銅メッキ等の材料層を形成してなる構成を有すること
から、超電導コイル部材への冷却性能を高めることがで
き、これによって初期予冷時間の短縮化を図ることがで
きるとともに、誘導電流等による発熱の影響も少なく、
安定した性能特性を得ることができる。また、内槽容器
の外表面に銅メッキ等の処理を施すことにより、予冷用
配管等の銀ロウ付けが容易になり、配管作用性の向上を
図ることができる一方、内槽容器外表面の輻射率を従来
のステンレス鋼の・ぐフ研磨面よりも約１／２０程度に
低減できることから、内槽容器内への熱侵入量を大幅に
低減でき、しかもパフ研磨作業が不要になる。さらに、
超電導コイル部材の冷却方式を間接冷却方式にすること
により、車両上の超電導コイル中心と軌道上の地上コイ
ル中心との間の距離を小さくすることができるため、そ
の起磁力を低減化させることができ、省エネルギ化が期
待できるとともに、所謂、巻枠一体型含浸コイルの構成
であるため、組立作業性にすぐれ、量産性の向上を図る
ことができるといった効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超電導コイルの一実施例を示す一
部切欠した概略構成図、第２図は第１図■−■線におけ
る要部拡大断面図、第３図は同じく内槽容器への銅メツ
キ処理状態を示す概略的斜視図、第４図は第３図ＩＶ−
ＩＶ線における要部拡大断面図、第５図及び第６図は本
発明に係る内槽容器への銅メッキ・処理状態の他の実施
例を示す説明図、第７図は超電導磁気浮上車の軌道走行
状態の一般的構造を示す概略的説明図、第８図は従来の
超電導コイルを一部切欠して示す概略構成図、第９図は
第８図■−■線における要部拡大断面図、第１０図は従
来の巻枠一体型間接冷却方式の内槽容器の構造を示す要
部拡大断面図である。 ２・・・超電導コイル、３・・・内槽容器、３３・・・
冷却槽、３４・・・コイル巻線部、４・・・超電導コイ
ル部材、１１・・・材料層。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦第１図 第２図 第　　３　図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）環状の偏平断面を有する内槽容器の内側冷却槽に
   隣接させた外側超電導コイル巻線部に超電導コイル部材
   を巻装させ、間接的に冷却してなる超電導コイルであっ
   て、前記超電導コイル部材が巻装される内槽容器の内外
   両表面の少なくとも内面側の一面以上に熱伝導率の良好
   な材料層を形成したことを特徴とする超電導コイル。
2. （２）材料層は、銅メッキの皮膜層からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の超電導コイル。
3. （３）材料層を、銅メッキ層と、この銅メッキ層に固着
   させた編導線層とで形成したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の超電導コイル。
4. （４）材料層を、ステンレス鋼と銅またはアルミニウム
   の螺着または溶射により形成したことを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の超電導コイル。
5. （５）材料層を、ステンレス鋼と銅とのクラッド板によ
   り形成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記
   載の超電導コイル。
6. （６）材料層を、内槽容器の周方向に分断して形成した
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項のい
   ずれか一つに記載の超電導コイル。