JP4439770B2 - 超電導コイル加振試験装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮上式鉄道の超電導コイル加振試験装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
浮上式鉄道の超電導コイルは、運転中に電磁力や機械的な加振力を受けて振動する。この時、内槽ヘリウム容器内で内部構成部品のフレッティング等で熱が発生し、ヘリウムが蒸発する。この現象は、超電導コイルを冷却する設備の容量に大きく影響するため、現象の解明が重要になる。
【０００３】
浮上式鉄道用超電導磁石は以下のような構造を有している。
【０００４】
図３はかかる従来の浮上式鉄道用超電導磁石の一部破断斜視図である。
【０００５】
この図において、１０１は超電導コイル、１０２は超電導コイル締付金具、１０３は内槽（内槽容器）、１０４Ａは左右荷重支持材、１０４Ｂは上下荷重支持材、１０５は輻射シールド板、１０６は外槽（外槽容器）、１０７は車載冷凍機、１０８は液体ヘリウムタンク、１０９は液体窒素タンクである。
【０００６】
実機において、超電導コイル１０１を超電導コイル締付金具１０２を介して固定した冷却容器である内槽１０３を、荷重支持材１０４をもって、外槽１０６に固定した構造となっているが、この構造を再現した試験装置はなく、あったとしても一部の荷重支持材を使用したものであった。
【０００７】
図４は従来の浮上式鉄道用超電導コイルの試験装置の模式図、図５はその超電導コイル部の概要図である。
【０００８】
図４において、２０１は超電導コイルを収納している内槽、２０２は液体ヘリウムタンク、２０３は真空槽（真空容器外槽）、２０４は加振梁、２０５は連結ロッド、２０６は連結ロッド２０５を介して加振梁２０４を振動させるアクチュエータ、２０７はそのアクチュエータ２０６を駆動する油圧ユニットである。
【０００９】
図５において、３０１は超電導コイルを収納している内槽、ＯＳ１〜ＯＳ８はセンサーである。
【００１０】
図６は従来の超電導コイルの試験装置での加振変形図であり、図６（ａ）はその超電導コイルの曲げ状態を上から見た図であり、センサＯＳ１〜ＯＳ８の加速度出力を二回積分して変位としている。振動モード（励磁定常試験は１４０Ｈｚ）の場合で、横軸は測定点の位置（ｍｍ）、縦軸は変位（ｍｍ）を示している。図６（ｂ）はその超電導コイルの捩じり状態を上から見た図であり、振動モード（励磁定常試験は１９０Ｈｚ）の場合で、横軸は測定点の位置（ｍｍ）、縦軸は変位（ｍｍ）を示している。
【００１１】
これらの図において、実線は超電導コイルの上辺、点線は超電導コイルの下辺を示している。
【００１２】
図７は超電導磁石実機での振動モードの一例を示す図である。
【００１３】
この図において、３０１は超電導コイルを収納した内槽、３０２は外槽、３０３は液体ヘリウム・液体窒素タンクを示している。
【００１４】
このように、実機の振動は、外槽３０２と、超電導コイルを収納している内槽３０１の相互振動であり、振動における外槽３０２の変形に伴って超電導コイルが振動をしている。従って、超電導コイルが収納されている内槽３０２における振動挙動を超電導コイルの試験で再現するためには、外槽３０２と、内槽３０１の間を締結している荷重支持材を試験において取り付ける必要がある。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように、従来の超電導コイルの試験装置は、存在していたとしても荷重支持材の一部を使用しただけであった。また、加振点についても冶具の形状等、装置側の要因に左右され、必ずしも実機と同じ加振条件を満足するものではなかった。
【００１６】
このため、試験データと実機データの単純比較ができず、いくつかの試験結果を集積して状況を考察することが必要となるため、試験数が多く必要となり、多額の試験費用が必要であった。
【００１７】
本発明は、上記状況に鑑みて、実機における超電導コイル・内槽、荷重支持材、外槽の関係を再現して、かつ実機と同じ外槽から加振することにより、実機での現象を忠実に再現できる超電導コイル加振試験装置を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導コイル加振試験装置において、超電導コイルが荷重支持材によって固定される模擬外槽装置と、この模擬外槽装置に固定される加振ロッドと、前記模擬外槽装置を収納する真空槽と、前記加振ロッドが前記真空槽を貫通して連結される加振手段とを具備することを特徴とする。
【００１９】
〔２〕上記〔１〕記載の超電導コイル加振試験装置において、前記模擬外槽装置は、実機における超電導コイルと内槽と荷重支持材と外槽とを有することを特徴とする。
【００２０】
〔３〕上記〔１〕記載の超電導コイル加振試験装置において、前記加振ロッドの下端は前記模擬外槽装置の片側の側面に連結し、前記模擬外槽装置のもう一方の側は吊りワイヤにて真空槽の上蓋に吊設し、上下方向の加振を起こすことを特徴とする。
【００２１】
〔４〕上記〔１〕記載の超電導コイル加振試験装置において、前記加振ロッドと真空槽との間には真空分離ベローズを配設し、上下方向の加振を起こすことを特徴とする。
【００２２】
〔５〕上記〔４〕記載の超電導コイル加振試験装置において、前記真空槽に加振機を取り付ける加振機架台を設けるとともに、前記加振ロッドの上端にはロードセルを配設することを特徴とする。
【００２３】
〔６〕上記〔３〕記載の超電導コイル加振試験装置において、前記真空槽と加振機を取付け、前記真空槽と前記加振機架台の下部に防振ゴムを具備することを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の実施例を示す超電導コイル上下加振試験装置の模式図であり、図１（ａ）はその正面断面図、図１（ｂ）はその右側面断面図である。
【００２６】
これらの図において、１は超電導コイルを収納した内槽、２は左右荷重支持材（８組）、３は上下荷重支持材（２組）、４は模擬外槽、５は液体ヘリウムタンク、６は液体ヘリウム供給管、７は液体ヘリウム回収管、８はヘリウムの外部回収管、９は液体ヘリウムの外部供給管、１０は液体窒素供給管、１１は液体窒素回収管、１２は真空槽、１２Ａは真空槽上蓋、１３は液体窒素シールド、１４は吊りワイヤ、２１は加振ロッド（加振機構）、２２は真空分離ベローズ、２３は防振ゴム、２４は加振架台、２５はロードセル、２６は油圧加振機（アクチュエータ）である。
【００２７】
この実施例では、真空槽１２内において、超電導コイルを収納した内槽１は、運転時と同じ極低温状態・励磁状態に保たれ、超電導コイルは励磁状態にすることができる。油圧加振機２６の加振力が加振ロッド２１を介して真空槽１２内の模擬外槽４に伝えられることにより、実機と同じように模擬外槽４からの加振を再現することができる。
【００２８】
図２は本発明の超電導コイル上下加振試験装置での超電導コイルの加振変形図であり、超電導コイルを横から見た図であり、横軸にセンサＸ座標（ｍｍ）、縦軸に変位（ｍｍ）を示しており、図２（ａ）は１３１Ｈｚ（１．３ｋＮ加振）、蒸発量増分６．７Ｗの場合、図２（ｂ）は１８１Ｈｚ（０．９ｋＮ加振）、蒸発量増分１２．８Ｗの場合を示している。
【００２９】
これらの図において、■は内槽（０ｄｅｇ）、●は外槽（０ｄｅｇ）、□は内槽（πｄｅｇ）、○は外槽（πｄｅｇ）を示している。
【００３０】
この図２（本発明の試験装置）と図６（従来の試験装置）および図７（実機の振動模式図）との対比から明らかなように、超電導コイルの実機の振動に適合した振動を発生させることができる。
【００３１】
また、加振ロッド２１と真空槽１２との間に真空分離ベローズ２２を配設することにより、加振ロッド２１の駆動によっても真空槽１２の真空を保持することができる。
【００３２】
更に、真空槽１２と油圧加振機２６の間に加振機架台２４を設けるとともに、加振ロッド２１の上端にロードセル２５を配設することにより、加振力（ｋＮ）を正確に計測することができる。
【００３３】
また、真空槽１２と加振機架台２４の下部に防振ゴム２３を設けることにより、油圧加振機２６による加振を真空槽１２に作用させることなく、油圧加振機２６による加振を忠実に模擬外槽４のみに作用させることができる。
【００３４】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３５】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下に示すような効果を奏することができる。
【００３６】
（Ａ）実機での現象をより忠実に再現させることができ、良好な超電導コイルの試験を実施することができる。
【００３７】
（Ｂ）実機での現象を忠実に再現できるようになったため、必要な試験数が少なくても評価ができ、試験費用を低減することができる。
【００３８】
（Ｃ）加振ロッドと真空槽との間に真空分離ベローズを配設することにより、加振ロッドの駆動によっても真空槽の真空を保持することができる。
【００３９】
（Ｄ）真空槽と加振機の間に加振機架台を設けるとともに、加振ロッドの上端にロードセルを配設することにより、加振力（ｋＮ）を正確に計測することができる。
【００４０】
（Ｅ）真空槽と加振機架台の下部に防振ゴムを設けることにより、加振機による加振を真空槽に作用させることなく、油圧加振機による加振を忠実に模擬外槽のみに作用させることができる。
【００４１】
（Ｆ）一部の荷重支持材を取り外して試験することもできるので、荷重支持材の取付け状態をパラメータとして、発熱部位と発熱寄与度を調査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す超電導コイル上下加振試験装置の模式図である。
【図２】本発明の超電導コイル上下加振試験装置での超電導コイルの加振変形図である。
【図３】従来の浮上式鉄道用超電導磁石の一部破断斜視図である。
【図４】従来の浮上式鉄道用超電導コイルの試験装置の模式図である。
【図５】従来の浮上式鉄道用超電導コイルの機械曲げ試験装置の概要図である。
【図６】従来の超電導コイルの試験装置での加振変形図である。
【図７】超電導磁石実機での振動モードの一例を示す図である。
【符号の説明】
１ 超電導コイルを収納した内槽
２ 左右荷重支持材（８組）
３ 上下荷重支持材（２組）
４ 模擬外槽
５ 液体ヘリウムタンク
６ 液体ヘリウム供給管
７ 液体ヘリウム回収管
８ ヘリウムの外部回収管
９ 液体ヘリウムの外部供給管
１０ 液体窒素供給管
１１ 液体窒素回収管
１２ 真空槽
１２Ａ 真空槽上蓋
１３ 液体窒素シールド
１４ 吊りワイヤ
２１ 加振ロッド
２２ 真空分離ベローズ
２３ 防振ゴム
２４ 加振架台
２５ ロードセル
２６ 油圧加振機

Claims (6)

1. （ａ）超電導コイルが荷重支持材によって固定される模擬外槽装置と、
   （ｂ）該模擬外槽装置に固定される加振ロッドと、
   （ｃ）前記模擬外槽装置を収納する真空槽と、
   （ｄ）前記加振ロッドが前記真空槽を貫通して連結される加振手段とを具備することを特徴とする超電導コイル加振試験装置。
2. 請求項１記載の超電導コイル加振試験装置において、前記模擬外槽装置は、実機における超電導コイルと内槽と荷重支持材と外槽とを有することを特徴とする超電導コイル加振試験装置。
3. 請求項１記載の超電導コイル加振試験装置において、前記加振ロッドの下端は前記模擬外槽装置の片側の側面に連結し、前記模擬外槽装置のもう一方の側は吊りワイヤにて真空槽の上蓋に吊設し、上下方向の加振を起こすことを特徴とする超電導コイル加振試験装置。
4. 請求項１記載の超電導コイル加振試験装置において、前記加振ロッドと真空槽との間には真空分離ベローズを配設し、上下方向の加振を起こすことを特徴とする超電導コイル加振試験装置。
5. 請求項４記載の超電導コイル加振試験装置において、前記真空槽に加振機を取り付ける加振機架台を設けるとともに、前記加振ロッドの上端にはロードセルを配設することを特徴とする超電導コイル加振試験装置。
6. 請求項３記載の超電導コイル加振試験装置において、前記真空槽と加振機を取付け、前記真空槽と前記加振機架台の下部に防振ゴムを具備することを特徴とする超電導コイル加振試験装置。

Images