JP3824587B2

JP3824587B2 - 超電導磁石装置

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Publication number: JP3824587B2
Application number: JP2003020656A
Authority: JP
Inventors: 薫根本; 基仁五十嵐
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2003-01-29
Filing date: 2003-01-29
Publication date: 2006-09-20
Anticipated expiration: 2023-01-29
Also published as: EP1603143A4; CN1307659C; CN1565037A; HK1069006A1; KR100746391B1; WO2004068514A1; EP1603143A1; RU2004110225A; RU2281574C2; US20040239462A1; US7132914B2; JP2004235336A; KR20050103146A; EP1603143B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導磁石装置に関し、特に着脱式電流リードを使用して永久電流モードに移行する超電導磁石装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導線材の性能向上、それを用いたコイル製作技術の進展、及び断熱容器や冷凍機のような関連機器の技術的進歩により、これまでに各種の超電導磁石及びその応用機器が開発されている。それらの中には永久電流モードで運用するタイプがあり、既に実用化されている例として、磁気共鳴映像装置(MRI)用超電導磁石装置や磁気浮上式車両(Maglev)用超電導磁石装置などがある。これらの超電導磁石装置は、極低温に冷却したコイルに外部励磁電源から電流を供給し、所要の磁界を発生している状態においてコイルの巻き始めと巻き終わりを超電導スイッチで短絡することにより、電源がなくてもコイルに電流が流れ続ける永久電流モードにする。永久電流モードに移行した後は外部励磁電源の出力を停止し、電源を切り離して運用される。このコイルへの電流供給の際には超電導磁石装置の構成部材として電流リードが必要となる。これは外部励磁電源に接続する超電導磁石外側の端子から内部のコイルまでを連結する電流路である。一方、この電流リードを熱的な観点からみると、室温の端子から極低温のコイルへの熱侵入路でもあり、とくに非通電時には単に伝熱材となるだけである。超電導磁石はコイルの冷凍コスト軽減のために熱侵入をできるだけ小さくすることが重要である。そこで、永久電流モードで運用する超電導磁石装置においては着脱式電流リードを用い、非通電時に電流リードを切り離して熱侵入量を低減する構成が考えられている。
【０００３】
ところで、この着脱式電流リードの切り離しの方式としては、電流リードの着脱部を超電導磁石から引き抜く方式（例えば特許文献１及び非特許文献１参照）と、着脱部と固定部（リード接触部）の接触個所に隙間をつくる方式（例えば特許文献２参照）とに大別される。ここで、引き抜く方式の概念構成例及び隙間を作る方式の概念構成例を、それぞれ図７（ａ）及び（ｂ）に示す。
【０００４】
すなわち、同図（ａ）に示す引き抜く方式は、真空容器１１０に設置された第１電流リード１１１に対して第２電流リード１１２を着脱する構成を有する。第１電流リード１１１は、その一端で真空容器１１０内部の図示しないコイルに接続されると共に、他端に真空容器１１０外部に露出したリード接触部１１１ａを有する。一方、第２電流リード１１２は、その一端にリード接触部１１１ａに着脱自在に接続するための着脱部１１２ａを有し、他端には、外部励磁電源につながるリード線を接続するための電極端子１１２ｂを有する。
【０００５】
そして、外部励磁電源からコイルに電流を供給する際には、第２電流リード１１２を第１電流リード１１１に差し込んで接続し、電流の供給が終了すると、第２電流リード１１２を第１電流リード１１１から引き抜く。
かかる引き抜く方式は、その構造が単純であることから、MRI用超電導磁石装置において類似の構成で実用化されている。しかし、引き抜く方式は励消磁時の着脱毎に必要となる接触個所の所要接触圧力の確保，霜付きや氷結の除去，酸化や汚損などによる絶縁被膜の除去または防止処置など、操作や保守に専門的な技能が必要であり取り扱いが容易でない。そのため、かかる方式が適用可能な超電導磁石装置はMRI用超電導磁石装置のように励消磁回数が１年に１回程度と極めて稀であり、その際の電流リードの取り扱いを専門家の派遣により行うことができるような超電導磁石装置に限られている。従って、励消磁が随時または数日毎に行われるような超電導磁石装置が複数ある場合、例えば現行のMaglev用超電導磁石装置のように励消磁が１日〜２週間程度の間隔で繰り返され、しかも１列車に多数搭載され連続的に次々励消磁されるような超電導磁石においては、それらの着脱式電流リードを一々手動で操作しようとすると多大な作業量になるという問題がある。また、超電導磁石の強磁場付近での手動作業を頻繁に行う状況では、鉄製工具など磁性体には強力な磁力が作用するので、作業者が誤って磁性体を携行した時に吸引されるなどの安全上の問題もある。
【０００６】
一方、同図（ｂ）に示す隙間をつくる方式は、真空容器１２０内部に設置された第１電流リード１２１に対して第２電流リード１２２を着脱する構成を有する。第１電流リード１２１は、その一端で真空容器１２０内部の図示しないコイルに接続されると共に、他端にリード接触部１２１ａを有する。一方、第２電流リード１２２は、その一端に真空容器１２０内部で進退してリード接触部１２１ａに着脱自在に接続するための着脱部１２２ａを有し、他端には、真空容器１２０外部で外部励磁電源につながるリード線を接続するための電極端子１２２ｂを有する。真空容器１２０内の気密性は、第２電流リード１２２が貫通する貫通孔１２０ａを覆うように配設されると共に、着脱部１２２ａ近傍に密着するベローズ等からなる気密蓋１２５によって保持される。
【０００７】
そして、外部励磁電源からコイルに電流を供給する際には、第１電流リード１２１のリード接触部１２１ａに第２電流リード１２２の着脱部１２２ａを接続し、電流の供給が終了すると、第２電流リード１２２を第１電流リード１２１から離間させ、着脱部１２２ａとリード接触部１２１ａとの間に隙間をつくって非接触状態とする。
【０００８】
この隙間をつくる方式は、着脱部１２２ａとリード接触部１２１ａとの接触個所を超電導磁石内部の真空気密の空間に残すことで霜氷や絶縁被膜などの生成を防止できるので、操作及び保守を容易にすることができる。従って、励消磁を比較的頻繁に行う超電導磁石に着脱式電流リードを適用する場合においては、この隙間をつくる方式が必須となる。
【０００９】
この隙間をつくる方式においては、真空容器を貫通する部分での真空気密の信頼性が高いことなどが重要である。特に、動的環境で使用され振動が加わる超電導磁石の場合には、気密蓋の耐振性を確保する支持構造が必要である。従来は構造の簡単な引き抜き方式の着脱式電流リードのみが実現され、隙間を作る方式については振動環境を考慮しない手動操作のもの（例えば特許文献３参照）が提案されていた。
【００１０】
しかし、このような手動操作のものは、上述した引き抜き方式のものと同様に作業面及び安全面に問題がある。また、接触個所の接触電気抵抗を設定値以下にするための所要押さえ力を確実に加える必要があるが、多数の着脱式電流リードを多頻度で操作するとき、手動ではヒューマンエラーによる押さえ力不足の発生が考えられる。
【００１１】
そこで、超電導磁石装置の超電導磁石に着脱式電流リードを適用する場合においては、その着脱部とリード接触部の接触個所に隙間をつくる方式を採用するとともに、自動化を実現する必要がある。そのため、従来、電動モータによりその自動化の駆動力を発生させることが考えられたり、また、着脱式電流リード部だけの単体試作品としては、自動化を実現する技術として、ガス圧駆動方式を採用したものが公表されている（例えば非特許文献２参照）。
【００１２】
【特許文献１】
特開昭６１−２２２２０９号公報
【特許文献２】
特開昭６０−３２３７４号公報
【特許文献３】
特開平３−２３２２０５号公報
【非特許文献１】
山本俊二，他，「着脱パワーリード信頼性の向上」，第42回1989年度秋季低温工学・超電導学会講演概要集C1-4，P44，(1989年11月)
【非特許文献２】
和田司，佐藤明男，「低熱侵入着脱パワーリード」低温工学会予稿集
B3-7，P136，(1987年5月)
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記電動モータのような電流−磁場の相互作用により直接駆動力を発生する駆動装置を真空容器に設置すると、超電導磁石の発生する強磁場の影響を受けて制御不能または駆動力の減少などを生じる。この場合、磁気シールドを施せば駆動力を発生することは原理的に可能であるが、その場合は強磁場をシールドするためその重量および設置スペースが大きくなることが問題となる。また、構成によっては真空中に駆動装置を置くようなことも考えられるが、その場合空冷が不可能となるので、発熱抑制のため十分な電流を流すことができず駆動力が小さくなり、着脱部に十分な接触圧力を加えることができなくなる。つまり、動力発生のために大電流を通電する汎用的な電動モータでは発熱が大きく温度上昇が問題になる。
【００１４】
一方、上記ガス圧駆動方式においては、着脱部を往復動作させるため、圧縮・真空(減圧)ポンプ、バッファタンク、および駆動用伸縮部(ベローズ)などを配管・バルブで連結する必要があり、構成部材が多く複雑になり、大型で重くなりやすいという問題がある。さらに、特にMaglev用超電導磁石装置に適用しようとすると、車両走行時の走行振動が加わる環境となるので、振動を受けやすい配管類でガスリークが発生しやすくなるという問題がある。
【００１５】
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、超電導磁石装置において、超電導磁石の電流リードの接続を、効率的に精度良くかつ安全に実施できるようにすることを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記課題に鑑み、請求項１に記載の超電導磁石装置は、真空容器内で冷却された超電導コイルと、真空容器内に固定され、一端で超電導コイルに接続されると共に、他端にリード接触部を有する第１電流リードと、真空容器に設けられた貫通孔を気密状態で貫通し、その一端で外部励磁電源につながるリード線に接続され、他端にリード接触部に対して着脱自在に配設される着脱部を有する第２電流リードとを備える。そして、上記着脱部をリード接触部に接触させた状態で外部励磁電源から電流が供給されることにより、永久電流モードに移行し、その後、着脱部をリード接触部から離間させてこの永久電流モードを保持する。
【００１７】
すなわち、かかる構成は、上述した「隙間を作る方式」に該当し、超電導コイルへの電流供給時には、第１電流リードのリード接触部に対して第２電流リードの着脱部を接触させることによって外部励磁電源からの電流を供給し、永久電流モードにした後は外部励磁電源からの電流供給を停止すると共に、電源を切り離し、リード接触部から着脱部を離間させて隙間を形成し、運用されるものである。その際、第２電流リードは真空容器を気密に貫通するため、真空容器外の空気が内部へリークすることを防止することができる。
【００１８】
そして特に、上記真空容器の外面に設置され、外部駆動電源からの印加電圧を受けて、着脱部をリード接触部に対して着脱方向に自動的に進退させるための非磁性の絶縁体からなる駆動機構を備えている。
また、第２電流リードは、長軸状部材からなり、駆動機構によって着脱方向に沿って軸支されると共に、真空容器の外面と駆動機構との間に貫通孔を覆うように介装された伸縮自在の可撓部材に部分的に密着して保持されている。
更に、真空容器内において、一端が貫通孔の周囲に連設されると共に真空容器内方に延出し、他端にて第１電流リードを超電導コイルと離間した位置で軸支して固定する筒状体からなり、可撓部材との間に貫通孔を介して密閉空間を形成し、その内部にリード接触部と着脱部とを収容する気密室を備えている。
この気密室は、一端が上記貫通孔の周囲に連設されると共に真空容器内方に延出し、他端にて第１電流リードを超電導コイルと離間した位置で軸支して固定する筒状体からなる。そして、可撓部材との間に貫通孔を介して密閉空間を形成し、その内部にリード接触部と着脱部とを収容する。また、第１電流リードは、気密室の他端側を気密状態で貫通するととともに、気密室から真空容器の真空空間内に突出している。
すなわち、かかる構成では、「隙間を作る方式」において、その着脱部が手動ではなく自動で予め設定された位置に進退駆動されるため、操作や保守に専門的な技能は不要であり取り扱いが容易となる。また、それにより従来の作業者の安全上の問題も解消することができる。また、多数の超電導磁石を次々に励消磁するような場合でも人手が要らないため、効率的に運用することができる。さらに、着脱毎に必要となるリード接触部と着脱部との接触個所の接触電気抵抗を設定値以下にするための所要接触圧力を、ヒューマンエラーなく正確に確保することができる。
【００１９】
また、駆動機構が非磁性の絶縁体からなるため、駆動機構の作動が超電導磁石の強力な磁力によって影響をうけることを防止又は抑制することができ、着脱部の進退移動を正確に制御することができる。
また、第２電流リードと可撓部材（ベローズ等）が常に部分的に密着しているため、第２電流リードが移動しても真空容器内の機密性を確保することができる。
【００２２】
また、気密室を設けていることにより、真空容器内部に設置された当該気密室の外壁と可撓部材により少なくとも二重に真空容器内部への空気の漏洩が防止される。このため、超電導磁石装置の性能を保持することができる。
超電導コイルは、例えば請求項２に記載のように、真空容器内に設けられた内槽の中に該超電導コイルを冷却するための冷媒と共に収容されたものであるとよい。
【００２５】
上記駆動機構の具体的構成としては、例えば請求項３に記載のように、真空容器に設置されたケーシングと、一端部がこのケーシングに、他端部が上記第２電流リードに夫々直接又は間接的に接続され、第２電流リードの軸線に平行に延びる長尺状の上記非磁性の絶縁体としての圧電素子とを備え、外部駆動電源による印加電圧により圧電素子が伸縮することにより、着脱部を進退させるものが考えられる。
【００２６】
かかる構成では、圧電素子が第２電流リードに直接又は介在物を介して間接的に接続されており、印加電圧に応じて第２電流リード（着脱部）に平行に伸縮し、当該着脱部をその着脱方向に進退させる。この圧電素子は磁界の影響を受けないため、着脱部を正確な位置に進退させることができ、熱負荷も小さい。また、駆動機構も基本的に圧電素子のスペースを確保できればよいため、簡素かつコンパクトに構成することができる。
【００２７】
或いは、請求項４に記載のように、駆動機構として、真空容器に設置されたケーシングと、このケーシングに固定された上記非磁性の絶縁体からなる超音波モータと、第２電流リードに直接又は間接的に接続され、超音波モータの回転により第２電流リードの軸線に平行にスライド駆動するスライダ機構とを備え、外部駆動電源を介して超音波モータを回転させスライダ機構をスライド駆動することにより、着脱部を進退させるものでもよい。
【００２８】
かかる構成は、例えば後述する参考例で述べるようなボールネジを用いたスライダ機構として実現される。この場合も、超音波モータが磁界の影響を受けないため、着脱部を正確な位置に進退させることができる。また、熱負荷も小さい。さらに、上記圧電素子そのものの伸縮を利用する場合よりも、着脱部の移動距離に自由度があり、これを長くすることができるため、例えば第１電流リードと第２電流リードとの接触箇所を長くしてその接続抵抗を小さくすることができる。
【００２９】
以上に述べた超電導磁石装置は、MRI用の超電導磁石装置やMaglev用の超電導磁石装置等、種々の用途に用いることが可能であるが、特に後者に関し、請求項５に記載のように、磁気浮上式車両に用いられると、その効果を顕著に発揮することができる。磁気浮上式車両は、励消磁が随時又は数日毎に行われる超電導磁石装置を複数備えているため、その運用上、上述した自動化による効率化，精度の確保，及び作業者の安全性等が極めて重要となるからである。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を一層明確にするため、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
［第１参考例］
まず、本実施例のベースとなる第１参考例の超電導磁石装置の構成について説明する。
本参考例は、本発明の超電導磁石装置における一部構成をMaglev用超電導磁石装置として構成したものである。図１は当該超電導磁石装置の概略構成を示す説明図（部分断面図）であり、図２は図１のＡ部（一点鎖線）にかかる駆動機構の具体的構成を表す説明図である。
【００３１】
図１に示すように、本参考例の超電導磁石装置は、真空容器１０と、真空容器１０内で冷却される超電導コイル（図示せず）と、外部励磁電源５１から超電導コイルに電流を供給するための着脱式電流リード２０と、着脱式電流リード２０の着脱動作を実現するための駆動機構３０とを備えている。尚、真空容器１０内には、超電導コイルを極低温で冷却する液体ヘリウム及び液体窒素を収容する内槽や、その内槽を覆う断熱層としての放射シールド等が配置されているが、本参考例の超電導磁石装置は着脱式電流リード２０の着脱機構に特徴を有するため、これらの説明及び図示については省略する。
【００３２】
着脱式電流リード２０は、真空容器１０内部に設置された第１電流リード２１と、これに着脱自在に接続される第２電流リード２２とから構成される。
第１電流リード２１は長尺状をなし、その一端（図中下方）で超電導コイルに接続されると共に、他端に凹形状のリード接触部２１ａを有する。この第１電流リード２１は、超電導コイルと離間した位置にて真空容器１０内部に設けられた断熱支持体１１に固定・支持されている。
【００３３】
一方、第２電流リード２２は長軸状部材からなり、その一端に真空容器１０に設けられた貫通孔１０ａを貫通し、リード接触部２１ａに対して着脱自在に接続される着脱部２２ａを有し、他端には真空容器１０の外部に露出して外部励磁電源５１につながるリード線に接続される端子接続部２２ｂを有する。この第２電流リード２２は、真空容器１０の外面に設置された駆動機構３０により第１電流リード２１との着脱方向に沿って軸支されると共に、真空容器１０の外面と駆動機構３０との間に上記貫通孔１０ａを覆うように設けられた伸縮自在のベローズ１２（可撓部材）に部分的に密着して保持されている。
【００３４】
駆動機構３０は、外部駆動電源５２から所定の電圧が印加されることにより、そのケーシング３１内に収容した圧電素子（後述する）を伸縮させ、着脱部２２ａを着脱方向に自動的に進退させるものである。
すなわち、図２にケーシング３１を省略した状態の駆動機構３０の概略構成を示すように、第２電流リード２２は、ケーシング３１内部に設けられた支持機構４０によってその軸方向に進退可能に支持されている。この支持機構４０は、ケーシング３１の内壁から第２電流リード２２に向けて延出した上下一対の支持部材４１，４１からなる。各支持部材４１は、ケーシング３１の内壁から延出した軸状部４２とその先端に連設され第２電流リード２２を包囲する正方形リング形状の支持部４３とからなる。支持部４３の各辺にはその辺を軸として回転可能なローラ部材４５が夫々外挿され、第２電流リード２２を傷つけないように進退可能に支持している。
【００３５】
一方、第２電流リード２２の軸方向中央部には、外方に向かって延びる動力伝達部材２２ｃが設けられている。また、ケーシング３１の内壁に突設された支持部材３２には、長尺状の圧電セラミック５０（圧電素子）の一端が接続・支持されており、その他端が動力伝達部材２２ｃの先端部に接続されている。この圧電セラミック５０は、第２電流リード２２の軸方向に平行に延びるように配置されているため、所定の電圧が印加されることにより伸縮し、第２電流リード２２をその軸方向（着脱方向）に進退させる。その際の印加電圧の大きさは、圧電セラミック５０の伸びを考慮して、伸長時に着脱部２２ａがリード接触部２１ａに所要接触圧力で接触できるように予め設定されている。
【００３６】
そして、本参考例の超電導磁石装置における永久電流モードへの移行時には、まず外部駆動電源５２から駆動機構３０に電圧が印加され、その印加電圧によって圧電セラミック５０が伸長し、それにより、第２電流リード２２が第１電流リード２１の方向に移動して、着脱部２２ａがリード接触部２１ａに接触する。続いて、外部励磁電源５１からの電流が第２電流リード２２及び第１電流リード２１を介して超電導コイルに供給される。
【００３７】
そして、永久電流モードへの移行が完了すると、外部励磁電源５１からの電流供給が停止され、その後、外部駆動電源５２からの電圧供給が停止される。それにより圧電セラミック５０が収縮するため、リード接触部２１ａから着脱部２２ａが離間し、第１電流リード２１と第２電流リード２２との間に隙間を形成する。尚、上記外部励磁電源５１及び外部駆動電源５２の電力供給量及びタイミングの制御は、図示しない供給電力制御装置により行われる。
【００３８】
以上に説明したように、本参考例の超電導磁石装置においては、「隙間を作る方式」において、着脱式電流リード２０を構成する第２電流リード２２が、手動ではなく自動で予め設定された位置に進退駆動され、第１電流リード２１に接触するように構成されているため、その操作や保守に専門的な技能は不要であり取り扱いが容易となる。また、それにより従来の作業者の安全上の問題も解消することができる。また、多数の超電導磁石を次々に励消磁するような場合でも人手が要らないため、効率的に運用することができる。さらに、着脱毎に必要となるリード接触部２１ａと着脱部２２ａとの接触個所の接触電気抵抗を設定値以下にするための所要接触圧力を、ヒューマンエラーなく正確に確保することができる。
【００３９】
また、駆動機構が非磁性の絶縁体である圧電セラミック５０からなるため、駆動機構３０の作動が超電導磁石の強力な磁力によって影響をうけることを防止又は抑制することができ、着脱部２２ａの進退移動及び着脱動作を正確に制御することができる。さらに、長尺状の圧電セラミック５０を採用したため、駆動機構３０ひいては超電導磁石装置を簡素かつコンパクトに構成することができる。
［変形例］
尚、上記参考例においては、図２のように第２電流リード２２を上下一対の支持部材４１，４１で支持する支持機構４０を示したが、支持機構の態様はこれに限られない。
【００４０】
例えば図３にその変形例にかかる駆動機構３０’を示すように、ケーシングの内壁から延出した延出部６１と、第２電流リード２２を内挿すべくその軸方向に所定長さを有する筒状をなし、延出部６１の先端に連設された支持部６２とからなる支持構造６０を採用してもよい。或いは逆に、第２電流リード２２をその軸方向に沿って３つ以上の支持部材で支持するように構成してもよいし、複数の支持部材でその形態を互いに異ならせてもよい。
［第２参考例］
上記第１参考例では、駆動機構として圧電セラミックそのものを用いた機構を示したが、本参考例では、駆動機構として、圧電セラミックを用いた超音波モータを含むスライダ機構を採用した超電導磁石装置を示す。図４はその要部概略図であり、第１参考例の図２に対応するものである。尚、当該超電導磁石装置の基本構成や電力供給方法等の原理的なところは第１参考例とほぼ同様であるため、同様の構成については同一符号を付す等してその説明を省略する。
【００４１】
図４に示すように、第２電流リード２２は、駆動機構２３０のケーシング内部に設けられたスライダ機構２４０によって支持されると共に、その軸方向に進退駆動される。
このスライダ機構２４０は、第２電流リード２２に対してその軸方向に沿って接合された板状部材２４１と、ケーシングの内壁に設けられたベース部材２３２に設置された超音波モータ２４２と、超音波モータ２４２の回転軸に接続され、その軸方向に延びるボールネジ２４３と、板状部材２４１を第２電流リード２２の軸方向に平行にガイドするガイド部材２４４とから構成されている。
【００４２】
すなわち、板状部材２４１には、第２電流リード２２の軸方向に平行に貫通するガイド孔２４１ａとネジ孔２４１ｂが並設されている。ガイド孔２４１ａの断面はガイド部材２４４の断面形状にほぼ等しく、ネジ孔２４１ｂには、ボールネジ２４３のネジ山に螺合する雌ネジが形成されている。ガイド部材２４４は、ガイド孔２４１ａを貫通すると共に、ベース部材２３２に固定されるか又はその両端がケーシングに対して固定されている（同図では便宜上その固定状態の図示を省略している）。また、ボールネジ２４３は、ネジ孔２４１ｂに螺合して挿通されると共に、それによって板状部材２４１をスライド可能に支持している。
【００４３】
そして、本参考例の超電導磁石装置における永久電流モードへの移行時には、まず外部駆動電源５２から駆動機構２３０に電圧が供給され、超音波モータ２４２が駆動されてボールネジ２４３が回転する。それにより、板状部材２４１がガイド部材２４４にガイドされつつスライドし、それにより、第２電流リード２２が第１電流リード２１の方向に移動して、着脱部２２ａがリード接触部２１ａに接触する。この着脱部２２ａがリード接触部２１ａに接触した時点で外部駆動電源５２からの電圧供給が停止され、第２電流リード２２の移動が停止する。続いて、外部励磁電源５１からの電流が、第２電流リード２２及び第１電流リード２１を介して超電導コイルに供給される。
【００４４】
そして、永久電流モードへの移行が完了すると、外部励磁電源５１からの電流供給が停止され、その後、再び外部駆動電源５２からの電圧供給が開始され、超音波モータ２４２を上記とは逆転駆動する。このため、ボールネジ２４３が上記とは逆方向に回転するため、リード接触部２１ａから着脱部２２ａが離間し、第１電流リード２１と第２電流リード２２との間に隙間を形成する。尚、上記外部励磁電源５１及び外部駆動電源５２の電力供給量，タイミング及び電力供給方向の切替等の制御は、図示しない供給電力制御装置により行われる。
【００４５】
以上に説明したように、本参考例の超電導磁石装置においても、「隙間を作る方式」において、その着脱部２２ａが手動ではなく自動で予め設定された位置に進退駆動されるため、上述した第１参考例とほぼ同様の効果を得ることができる。さらに、超音波モータ２４２を用いたスライド機構２４０を採用したため、上記第１参考例のように圧電セラミックそのものの伸縮を利用する場合よりも、着脱部の移動距離に自由度があり、これを長くすることができるため、例えば第１電流リード２１と第２電流リード２２との接触箇所を長くしてその接続抵抗を小さくすることができる。
［実施例］
次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例は、上記第１参考例又は第２参考例の構成に対し、さらに真空容器内部への空気のリーク防止性能を高める構成を付加したものであり、図５はその概略構成図（部分断面図）である。従って、駆動機構には上記第１参考例又は第２参考例の構成を採用するものとして、その説明を省略する。また、当該超電導磁石装置の基本構成や電力供給方法等の原理的なところは第１参考例とほぼ同様であるため、同様の構成については同一符号を付す等してその説明を省略する。
【００４６】
図５に示すように、本実施例の超電導磁石装置は、貫通孔１０ａの周囲から真空容器１０の内方（図中下方）に延設され、内部に第１電流リード２１を挿通する筒状体３１２により構成される気密室３１０を備える。
すなわち、この筒状体３１２は、その一端が開放されて真空容器１０内面の貫通孔１０ａの周囲に連設され、真空容器１０内で第１電流リード２１の軸方向に沿って延出する筒状部材３１３と、その筒状部材３１３の他端に設けられた蓋部材３１４とからなり、その筒状部材３１３の他端部において真空容器１０内部に設けられた断熱支持体３１１に固定・支持されている。蓋部材３１４の中央には貫通孔３１４ａが設けられ、第１電流リード２１がこの貫通孔３１４ａを気密に貫通している。筒状体３１２とベローズ１２とは、貫通孔１０ａを介して密閉空間を形成する気密室３１０を構成し、その内部にリード接触部２１ａと着脱部２２ａとを収容している。
【００４７】
以上に説明したように、本実施例の超電導磁石装置は、第１参考例又は第２参考例の構成に加え、真空容器１０に気密室３１０が設けられ、二重のリーク防止構造を備える。このため、第１参考例又は第２参考例と同様の効果が得られることはもちろんのこと、真空容器１０内部に設置された筒状体３１２の外壁とベローズ１２により少なくとも二重に空気の漏洩が防止される。その結果、特に振動環境に置かれるMaglev用超電導磁石装置において空気のリークによる内部温度の上昇等を防止し、当該超電導磁石装置の性能を保持することができる。
【００４８】
尚、本実施例においては気密室３１０を一つ設け、二重のリーク防止構造としたが、さらに気密室を重畳的に設け、三重又はそれ以上のリーク防止構造としてもよい。
［第３参考例］
本参考例は、上記第１参考例又は第２参考例と同様の駆動機構を備えると共に、その駆動機構を真空容器１０の外部ではなく内部に設置したものであり、図６はその概略構成図（部分断面図）である。従って、駆動機構の詳細な説明については省略する。また、当該超電導磁石装置の基本構成や電力供給方法等の原理的なところは第１参考例とほぼ同様であるため、同様の構成については同一符号を付す等してその説明を省略する。
【００４９】
図６に示すように、本参考例の超電導磁石装置は、上述した第１参考例又は第２参考例と同様の駆動機構４３０が真空容器１０の内面に設置されている。外部駆動電源５２からの電圧供給は、真空容器１０における駆動機構４３０の設置部に穿設された図示しない小孔を貫通して当該駆動機構４３０に接続されるリード線を介して行われる。
【００５０】
第２電流リード４２０は、真空容器１０の外面に貫通孔１０ａを覆うように固定された剛体からなる気密蓋４１２を気密に貫通して固定された軸状端子部４２１と、駆動機構４３０に第１電流リード２１への着脱方向に沿ってスライド可能に支持された軸状の着脱部４２２と、軸状端子部４２１と着脱部４２２とを電気的に接続するリード線からなる可撓部４２３とから構成されている。
【００５１】
第２電流リード４２０の着脱部４２２は、可撓部４２３を介して軸状端子部４２１と導通状態にあり、駆動機構４３０によって軸支されると共に進退駆動され、真空容器１０内部で移動してリード接触部２１ａに着脱可能となっている。
かかる構成では、第２電流リード４２０が、その軸状端子部４２１で剛体の気密蓋４１２に固定されるため、超電導磁石装置が特に振動環境に置かれるような場合などでも当該気密蓋４１２の変形が防止又は抑制され、その耐震性を向上させることができる。すなわち、可撓材の気密蓋だと、自身の固有振動数を大きく調整することが困難であり、振動環境にその固有振動数が含まれていると大きな変形を伴って共振するのに対し、剛体の気密蓋４１２は材質を硬くすることにより自身の固有振動数をMaglev用超電導磁石装置の運用時に受ける振動数より大幅に高く設定することができ、共振を避け変形を小さくすることが容易である。そして、振動に伴う変形が小さければその歪みが小さくなり、空気のリークの原因となる疲労破壊を防止又は抑制することができる。このため、当該軸状端子部４２１と気密蓋４１２との間の気密性が高く、空気のリークを効果的に防止することができ、その結果、超電導磁石装置としての信頼性も高くなり、その故障による磁気浮上式車両（Maglev）の運休や修理に伴う損失が減少するといった効果が得られる。
【００５２】
以上、本発明の実施例及び参考例について説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
例えば上記各実施例では、圧電素子として圧電セラミックを使用した例を示したが、これ以外にも圧電単結晶や圧電有機物からなるものを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例にかかる超電導磁石装置の概略構成を表す説明図である。
【図２】第１参考例の超電導磁石装置を構成する駆動機構の概略構成を表す説明図である。
【図３】第１参考例の駆動機構における支持構造の変形例を表す説明図である。
【図４】第２参考例の超電導磁石装置を構成する駆動機構の概略構成を表す説明図である。
【図５】実施例にかかる超電導磁石装置の概略構成を表す説明図である。
【図６】第３参考例にかかる超電導磁石装置の概略構成を表す説明図である。
【図７】従来の超電導磁石装置の概略構成を表す説明図である。
【符号の説明】
１０・・・真空容器、１０ａ・・・貫通孔、１２・・・ベローズ、
２０・・・着脱式電流リード、２１・・・第１電流リード、
２１ａ・・・リード接触部、２２，４２０・・・第２電流リード、
２２ａ・・・着脱部、２２ｂ・・・端子接続部、
３０，２３０，４３０・・・駆動機構、５０・・・圧電セラミック、
５１・・・外部励磁電源、５２・・・外部駆動電源、
２４０・・・スライダ機構、２４２・・・超音波モータ、
３１０・・・気密室、４１２・・・気密蓋、４２１・・・軸状端子部、
４２２・・・着脱部、４２３・・・可撓部

Claims

真空容器内で冷却される超電導コイルと、
前記真空容器内に固定され、一端で前記超電導コイルに接続されると共に、他端にリード接触部を有する第１電流リードと、
前記真空容器に設けられた貫通孔を気密状態で貫通し、その一端で外部励磁電源につながるリード線に接続され、他端に前記リード接触部に対して着脱自在に配設される着脱部を有する第２電流リードと、
を備え、前記着脱部を前記リード接触部に接触させた状態で前記外部励磁電源から電流が供給されることにより、永久電流モードに移行し、その後、前記着脱部を前記リード接触部から離間させて該永久電流モードを保持する超電導磁石装置において、
前記真空容器の外面に設置され、外部駆動電源からの印加電圧を受けて、前記着脱部を前記リード接触部に対して着脱方向に自動的に進退させるための非磁性の絶縁体からなる駆動機構を備え、
前記第２電流リードは、長軸状部材からなり、前記駆動機構によって前記着脱方向に沿って軸支されると共に、前記真空容器の外面と前記駆動機構との間に前記貫通孔を覆うように介装された伸縮自在の可撓部材に部分的に密着して保持され、
前記真空容器内において、一端が前記貫通孔の周囲に連設されると共に該真空容器内方に延出し、他端にて該第１電流リードを前記超電導コイルと離間した位置で軸支して固定する筒状体からなり、前記可撓部材との間に前記貫通孔を介して密閉空間を形成し、その内部に前記リード接触部と前記着脱部とを収容する気密室を備え、
前記第１電流リードは、前記気密室の前記他端側を気密状態で貫通するととともに該気密室から前記真空容器の真空空間内に突出している
ことを特徴とする超電導磁石装置。
前記超電導コイルは、前記真空容器内に設けられた内槽の中に該超電導コイルを冷却するための冷媒と共に収容されていることを特徴とする請求項１記載の超電導磁石装置。
前記駆動機構は、
前記真空容器に設置されたケーシングと、
一端部が該ケーシングに、他端部が前記第２電流リードに夫々直接又は間接的に接続され、該第２電流リードの軸線に平行に延びる長尺状の前記非磁性の絶縁体としての圧電素子と、
を備え、
前記外部駆動電源による印加電圧により該圧電素子が伸縮することにより、前記着脱部を進退させることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁石装置。
前記駆動機構は、
前記真空容器に設置されたケーシングと、
該ケーシングに固定された前記非磁性の絶縁体からなる超音波モータと、
前記第２電流リードに直接又は間接的に接続され、前記超音波モータの回転により前記第２電流リードの軸線に平行にスライド駆動するスライダ機構と、
を備え、
前記外部駆動電源を介して前記超音波モータを回転させ前記スライダ機構をスライド駆動することにより、前記着脱部を進退させることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁石装置。
磁気浮上式車両に用いられることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の超電導磁石装置。