JP3122493B2

JP3122493B2 - 超電導コイル装置

Info

Publication number: JP3122493B2
Application number: JP23999391A
Authority: JP
Inventors: 吉洋地蔵; 誠治狩野; 泰司藤本; 雅雄沖
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1990-09-19
Filing date: 1991-09-19
Publication date: 2001-01-09
Anticipated expiration: 2016-01-09
Also published as: JPH05121235A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば磁気浮上式列
車等に搭載される超電導コイル装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の磁気浮上車両の構成を示す
横断面図である。図において１は超電導磁石装置であ
り、２は車体で、下部に設置した台車枠３の側面に取り
つけられている。４は凹形の地上ガイドウェイであり、
５は地上側に設置された側壁浮上方式の浮上案内用地上
コイル、６は推進用地上コイルである。

【０００３】図５は上記超電導磁石装置１の構成を示す
縦断面図である。図において８は本装置全体を台車枠２
に固定するための固定軸である。固定軸８に断熱支持体
９を介してレーストラック形をした内槽１０およびその
内部に収容された超電導コイル１１を支持している。

【０００４】図６は、例えば特開昭59−98570号公報に
示された従来の超電導磁石装置の超電導コイル部の詳細
を示す横断面図である。図において７は外槽、８は外槽
の一部でその一端に取付座をもった固定軸であり、この
取付座面部を台車枠３に取りつけ固定する。９は断熱支
持体で、直径の異なる円筒を同心上に配置した多重円筒
状からなり、隣あう円筒が順次端部どうし、あるいは中
央部どうしで交互に結合されており、最内層部９ｂは固
定軸８に固定されている。１０は内槽で、超電導コイル
１１を収容し複数個ある断熱支持体９を取り巻くように
配置され、液体ヘリウム温度に冷却されている。１２は
シールド板で、内槽１０と外槽７の間に設置され、断熱
支持材９の中間部に取りつけられた中間シールド金具９
ｃに溶接などで接合されている。ここで、シールド板１
２は、アルミニウム板等の低電気抵抗材料で製作し、外
槽７からの輻射熱を遮断するとともに、変動磁場を遮蔽
している。また、その端部は中間シールド金具９ｃにサ
ーマルアンカされ、断熱支持体９からの熱侵入を低減さ
せている。

【０００５】図７は例えば特願平1−188316号に示され
た従来の他の超電導磁石装置の超電導コイル、内層部の
詳細を示す横断面図である。図において１６はステンレ
ス製の内槽１０表面に取りつけられた超電導体あるいは
低抵抗材である。

【０００６】図８は例えば実開昭60−78107号公報に示
された従来の超電導コイル装置の他の例を示す一部破断
正面図、図９は図８のIX−IX線に沿う断面図である。図
において１１は素線絶縁を施した超電導線１１ａをレー
ストラック形状に巻回し、エポキシ樹脂などを含浸して
形成した樹脂層１１ｂで超電導線１１ａを一体化した超
電導コイル、１０は外板１０ａ、側板１０ｂ、内板１０
ｃからなり、各々溶接して矩形形状とし、内部に超電導
コイル１１を収容するとともに超電導コイル１１を冷却
するための液体ヘリウムなどの冷媒を貯蔵する内槽、１
７は側板１７ｂ、底板１７ｃからなり、超電導コイル１
１を内槽１０内に固定する支持部材、１８は内槽１０を
補強するために相対する内板１０ｃ間に設けられた補強
板である。

【０００７】ここで、図８におけるＷ₁〜Ｗ₉は超電導コ
イル１１に通電して磁石として作用するときの静的電磁
力である。この電磁力はレーストラック全周に発生する
が、図においては１／４周分のみ８分割してレーストラ
ック周長方向の単位長さ当たりの平均分布荷重で示して
いる。超電導コイル１１に発生する電磁力のうち半円形
部に働く電磁力Ｗ₆〜Ｗ₉は、円形状に放射線上に働く力
であるためフープ力ｆとなって、超電導コイル１１と内
槽１０との引張り剛性でバランスが保たれる。また、直
線部両辺間に働く電磁力Ｗ₁〜Ｗ₅は外板１０ａに伝えら
れ、側板１０ｂを介して補強板１８の引張り剛性でバラ
ンスが保たれる。

【０００８】次にこの超電導コイル装置を利用した磁気
浮上車両システムについて説明する。車両が走行中、超
電導コイル１１と浮上案内コイル５との間には、車両を
浮上させるための上下方向の浮上力、および、車両を軌
道の中心に保つための車両左右方向の案内力が働き、超
電導コイル１１と推進コイル６との間には、車両前後方
向に車両を推進させるための推進力が働く。これらの浮
上力、案内力、推進力には、それぞれ速度に対応した脈
動分が含まれている。つまり、超電導コイル装置におい
ては、レーストラック短辺方向に浮上力、レーストラッ
ク長辺方向に推進力、図９における左右方向に案内力が
働くことになる。このような電磁力、加振力に対して超
電導コイル１１が動かないように、超電導コイル装置の
製作時点において、超電導コイル１１と内槽１０とを支
持部材１７によって強固に固定する必要がある。

【０００９】しかし、超電導コイル装置は液体ヘリウム
などの冷媒で冷却されるので、主要部材の熱収縮の差に
よって超電導コイル１１と内槽１０との間にすきま
（δ）が生じる。

【００１０】特に超電導コイル１１の断面方向において
は、超電導線１１ａが整列して積みあげられた形で、エ
ポキシ樹脂などの樹脂槽１１ｂが超電導線１１ａ間に挿
入された構造をとり、超電導コイル１１左右巾方向や上
下厚み方向の熱収縮量は樹脂槽１１ｂに大きく影響さ
れ、超電導コイル１１は内槽１０より収縮量が大きくな
る。このため、巾方向では超電導コイル１１と支持部材
１７の側板１７ｂとの間にすきま（δ₁）が生じ、上下
厚み方向では電磁力（Ｗ）によって超電導コイル１１が
内槽１０の外板１０ａに押さえつけられているので、内
板１０ｃ側にのみすきま（δ₂）が生じる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】従来の超電導コイル装
置は以上のように、外槽７、シールド板１２が低電気抵
抗材料（アルミニウム）で構成されている。このため
に、超電導コイル部で磁界変動が生ずると内槽１０およ
び超電導線材部において大きな渦電流が発生し、超電導
磁石全体の熱負荷が増大し、液体ヘリウムの蒸発量が増
大するという課題がある。

【００１２】また、従来の超電導コイル装置では、渦電
流による交流磁束や地上コイルからの高調波磁束が直接
超電導コイル１１に鎖交する。さらに、機械的振動等に
より超電導コイル１１と内槽１０との間にすべりが生じ
た場合、摩擦発熱による温度上昇の影響を直接超電導コ
イル１１が受け、超電導コイル１１の温度が上がり、超
電導破壊（クエンチ）をおこすという課題がある。

【００１３】これらの課題に対し、特願平１−１８８３
１６号に示された超電導磁石装置では内槽１０表面に超
電導体あるいは低抵抗体を一体的に取りつけて磁気シー
ルドすることにより、前記の交流磁界変動に対する課題
を解決している。しかし、超電導体あるいは低抵抗材が
内槽１０表面に取りつけられているため、内槽１０の局
部的な変形にともなう超電導コイル１１と内槽１０との
間の微小な相対変異に対して超電導体あるいは低抵抗材
の部分で大きな渦電流が誘導されるため、内槽１０のス
テンレス材の部分での渦電流損失が増加するという課題
がある。また、超電導体で発生する結合損失やヒステリ
シス損失といった交流損失による発熱は、熱伝導の悪い
ステンレスの内槽１０を介して内槽１０内部の液体ヘリ
ウムで冷却されることになるため、冷却性能が悪く、超
電導体の温度が高くなり最悪の場合は超電導破壊を起こ
し、前記交流磁界変動に対する磁気シールドの機能を果
たせなくなるという課題がある。

【００１４】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、内槽および超電導線材部に発生
する渦電流を低減し、渦電流損失による液体ヘリウムの
蒸発量を減少させることを目的とする。

【００１５】また、渦電流による交流磁束や地上からの
高調波磁束、およびすべりによる摩擦発熱が発生しても
直接超電導コイルに伝えないように配慮することによっ
て、高性能で信頼性の高い超電導コイルを得ることを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の発明に
係る超電導コイル装置は、超電導コイルの最内層、最外
層および側面に超電導体からなるダミーコイルを一体的
に取り付け、かつ、このダミーコイルを超電導スイッチ
を介して閉ループとするものである。

【００１７】

【００１８】さらに、この発明の第２の発明に係る超電
導コイル装置は、超電導コイルの最内層および最外層に
超電導体からなるダミーコイルを取り付けるものであ
る。

【００１９】

【作用】この発明の第１の発明に係る超電導コイル装置
では、超電導コイル側面に一体的に取りつけたダミーコ
イルが、磁気シールド効果を有し、超電導コイル本体に
直接交流磁束が鎖交するのを防止している。このダミー
コイルは負荷電流を流していないこと、および直接液体
ヘリウムで冷却されているので、超電導の安定性が高く
クエンチを起こすことはない。また、機械的振動等によ
り超電導コイルと内槽容器との間ですべりを生じても、
このダミーコイルが熱的なバッファーになり摩擦発熱に
よる温度上昇を防止でき、超電導コイルの安定性を向上
させる。さらに、超電導スイッチ（ＰＣＳ）を介して閉
ループとしているため、励消磁時の磁束時間変化の大き
いときはＰＣＳをＯＦＦすることにより、超電導コイル
の主磁束の変化による渦電流はＰＣＳの抵抗により制限
でき、励消磁を高速に行うことができる。

【００２０】

【００２１】この発明の第２の発明に係る超電導コイル
装置では、超電導コイルの最内層と最外層とにダミーコ
イルが取り付けられているので、超電導コイルと内槽と
のすべりによる摩擦熱が発生しても、そのエネルギーは
ダミーコイル層で吸収され、ダミー線が樹脂層に比べ熱
伝導が良いので、線長方向に速やかに拡散され、周辺の
液体ヘリウムのなどの冷媒に放散される。さらに、ダミ
ー線は両端が超電導線と電気的に結線されないようにな
っているので、熱エネルギーを線長方向に拡散しても、
超電導コイル本体には熱を伝えない。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に沿って説明
する。実施例１．図１は本発明の実施例１を示す超電導コイル
装置のコイル部の断面図である。図において１１は超電
導コイルで、１１ａは素線絶縁を施した超電導線、１
３、１４は超電導体からなるダミーコイルである。超電
導コイル部は超電導コイル１１とダミーコイル１３、１
４とをエポキシ樹脂などで含浸し一体化している。ここ
で、内槽１０、シールド板１２は、高電気抵抗材料、例
えばステンレスで構成している。図２は図１に示したコ
イル部を用いた超電導コイル装置の側面図である。図に
おいて１３は超電導コイルの側面および最下層と一体化
したダミーコイル、１４は超電導コイルの最上層と一体
化したダミーコイル、１５は超電導スイッチ（ＰＣＳ）
であり、ダミーコイル１３、１４は超電導スイッチ１５
を介して接続され閉ループを構成している。

【００２３】次に、上記実施例１の動作について説明す
る。超電導コイル１１の冷却については、コイル最内
層、コイル最外層、コイル側面にダミーコイル１３、１
４が一体化してある以外は従来のコイル構成と同じであ
るため問題はない。ここで、シールド板１２、内槽１０
間に相対振動が起こっても、構成金属の電気抵抗が大き
いため発生する渦電流が小さい。しかし、高電気抵抗材
料を用いることにより、シールド板１２での磁気シール
ド効果は低減するが、超電導コイル１１の側面に一体的
に取りつけたダミーコイル１３により磁気シールドさ
れ、超電導コイル１１本体に直接交流磁束は鎖交しな
い。

【００２４】また、機械的振動等により超電導コイル１
１と内槽１０との間ですべりを生じても、このダミーコ
イル１３、１４が熱的なバッファーになり摩擦発熱によ
る超電導コイル１１の温度上昇を防止できる。

【００２５】さらに、ダミーコイル１３、１４は、超電
導スイッチ（ＰＣＳ）１５を介して閉ループとしている
ため、励消磁時の磁束時間変化の大きいときはＰＣＳ１
５をＯＦＦすることにより、超電導コイル１１の主磁束
の変化による渦電流はＰＣＳ１５の抵抗により制限でき
る。

【００２６】実施例２．図３はこの発明の実施例２を示
す超電導コイル装置のコイル部の断面図である。図にお
いて、２０は超電導コイル１１の最内層と最外層とに形
成されたダミーコイル、２０ａは両端を超電導線１１ａ
と結線せず、素線絶縁を施した超電導線からなりダミー
コイル２０を形成するダミー線であり、この実施例２で
は超電導線１１ａと同一寸法としている。また、超電導
コイル部は、最内層のダミーコイル２０、超電導コイル
１１、最外層のダミーコイル２０の順に巻線した後、エ
ポキシ樹脂などを含浸させて一体化している。

【００２７】上記のように構成された超電導コイル装置
においては、図９に示した従来の超電導コイル装置と同
様に冷媒による冷却で超電導コイル１１と内槽１０との
間にすきま（δ₁，δ₂）が生じ、このような状態で浮上
案内コイル５、推進コイル６との間で推進力、浮上力、
案内力が作用すると、やはり従来の超電導コイル装置と
同様に超電導コイル１１が内槽１０との間で（δ₁，
δ₂）分すべり、すべり摩擦熱が発生する。

【００２８】このすべり摩擦熱による熱エネルギーは超
電導コイル１１の最内層と最外層に形成されたダミーコ
イル２０で吸収される。ダミー線２０ａは樹脂層１１ｂ
に比べて熱伝導が良いので、ダミーコイル２０で吸収さ
れたエネルギーは樹脂層１１ｂを介して超電導コイル１
１に伝達せず、ダミー線２０ａの線長方向に速やかに拡
散し、周辺の冷媒に放散される。このときダミー線２０
ａは両端がオープンであることから、線長方向に拡散し
た熱エネルギーが超電導コイル１１に伝達されない。

【００２９】したがって、超電導コイル１１はダミーコ
イル２０がすべり摩擦熱を吸収し熱的なバッファとな
り、摩擦熱の影響を受けることなく熱的な安定な状態を
保つことができる。

【００３０】なお、ダミーコイル２０は交流磁界による
うず電流発熱防止のため板状のものを使用していない。

【００３１】また、上記実施例２ではダミー線２０ａを
超電導線１１ａと同一の導線を使用したが、同等サイズ
の熱伝導の良い銅線、アルミ線などを使用しても同等の
効果を得ることができる。

【００３２】さらに、上記実施例２では超電導コイル１
１の最内層と最外層とにダミーコイル２０を設ける場合
について述べたが、超電導コイル１１の側面側にダミー
コイルを設けることにより、側面にすべりが生じる場合
には同等の効果を得ることができる。

【００３３】さらに、この発明はＭＲＩ装置、超電導発
電機等にも適用できる。

【００３４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００３５】この発明の第１の発明によれば、超電導コ
イルの最内層、最外層および側面に超電導体からなるダ
ミーコイルを一体化して取りつけ、このダミーコイルを
超電導スイッチを介して接続して閉ループを構成してい
るので、機械的振動等により超電導コイルと内槽との間
ですべりを生じても、ダミーコイルが熱的なバッファー
になり摩擦発熱による温度上昇を防止でき、超電導コイ
ルの安定性を向上できる。さらに励消磁時の超電導コイ
ルの主磁束の変化による渦電流は、超電導スイッチの抵
抗により制限でき、励消磁を高速に行うことができる。

【００３６】

【００３７】この発明の第２の発明によれば、超電導コ
イルの最内層および最外層に超電導体からなるダミーコ
イルを取りつけているので超電導コイルと内槽との間で
発生するすべり摩擦熱をダミーコイルで吸収でき、超電
導コイルへの熱の侵入を防止でき、超電導コイルの安定
性を向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１を示す超電導コイル装置の
コイル部の側面図である。

【図２】図１に示すこの発明のコイル部を用いた超電導
コイル装置を示す断面図である。

【図３】この発明の実施例２を示す超電導コイル装置の
コイル部の断面図である。

【図４】従来の磁気浮上式鉄道車両の構成を示す横断面
図である。

【図５】従来の超電導コイル装置の構成を示す側面図で
ある。

【図６】従来の超電導コイル装置の断面図である。

【図７】従来の他の超電導コイル装置を示す横断面図で
ある。

【図８】従来の他の超電導コイル装置を示す横断面図で
ある。

【図９】図８のIX−IX線に沿った断面図である。

【符号の説明】

７外槽１０内槽１１超電導コイル１２シールド板１３ダミーコイル（下層、側面）１４ダミーコイル（上層）１５超電導スイッチ（ＰＣＳ）２０ダミーコイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者沖雅雄尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社伊丹製作所内 (56)参考文献特開昭62−183503（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01F 6/00 ZAA H01F 6/06 ZAA

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】超電導線材を巻回して作られた超電導コ
イル、超電導コイルを囲む内槽、外部からの輻射熱およ
び磁気的外乱を防ぐシールド板、上記各設備を収納し、
真空を維持するための外槽容器等から構成される超電導
コイル装置において、前記超電導コイルの最内層、最外
層および側面に超電導体からなるダミーコイルを一体的
に取りつけ、かつ前記ダミーコイルを超電導スイッチを
介して閉ループとしたことを特徴とする超電導コイル装
置。
【請求項２】超電導線材を巻回して作られた超電導コ
イル、超電導コイルを囲む内槽、外部からの輻射熱およ
び磁気的外乱を防ぐシールド板、上記各設備を収納し、
真空を維持するための外槽容器等から構成される超電導
コイル装置において、前記超電導コイルの最内層および
最外層に超電導体からなるダミーコイルを取りつけたこ
とを特徴とする超電導コイル装置。