JP4772525B2 - 超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置 - Google Patents
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Description
そのような電磁力を利用した支持装置においては、従来から永久磁石が使用されてきたが、それに使用する永久磁石の発する磁束密度には限界があることから載荷力に限界があった。
また、より大きな載荷力を得られるものとして、超電導コイルとバルク超電導物質の相互作用力を利用したものも考えられている(特許文献1参照)。
以下、従来の超電導磁石を用いた電磁力支持装置について詳細に説明する。
図6は従来の反磁性体と超電導コイルの反発力利用の電磁力支持装置の模式図である。
この図において、201はクライオスタット、202は超電導コイル、203は超電導コイル202の周方向断熱荷重支持材、204は超電導コイル202の上下方向断熱荷重支持材、205は下方に配置され支持物206を有する強磁性体、207は超電導コイル202と強磁性体205間の電磁気的な相互作用によって生じる磁気ばね、208は路盤209上に配置され、上記した電磁力支持装置を支持する架台、210は超電導コイル202に作用する付加荷重、211は超電導コイル202の上下方向断熱荷重支持材204に作用する付加荷重、212は架台208の脚部に作用する付加荷重、213は路盤209に作用する付加荷重であり、この付加荷重213に対して反力214と力の釣合いがとられることになる。
かかる従来の電磁力支持装置の構造では、以下の問題が生じる。
(1)断熱荷重支持材を介して荷重を伝達するため、断熱荷重支持材の高荷重化が必要である。
(3)冷凍負荷が増大することにより、冷凍機の大型・高容量化が必要となる。
本発明は、上記状況に鑑みて、1対の反磁性体(超電導バルク)と、それらを連結する「連結ロッド」と、その連結ロッドに取り付けたロードセルだけで簡便に試験ができる超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置を提供することを目的とする。
〔1〕超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置において、超電導コイル(2)を周方向断熱荷重支持材(3)と上下方向断熱荷重支持材(4)で支持したクライオスタット(1)と、前記超電導コイル(2)の長手方向の中心線上に中心を有し、前記クライオスタット(1)の上方に配置される第1の反磁性体(5)と、この第1の反磁性体(5)の下方に連結される連結ロッド(7)と、この連結ロッド(7)を介して前記第1の反磁性体(5)の下部に配置される第2の反磁性体(6)と、前記第1の反磁性体(5)と前記第2の反磁性体(6)との間の前記連結ロッド(7)に取り付けられる電磁力測定用ロードセル(12)とを具備することを特徴とする。
超電導コイルへ外部から加わる電磁力、例えば反磁性体との反発力に関する耐荷重は断熱荷重支持材の強度で決定される。通常の超電導コイルでは外部からの熱侵入を抑えるために断熱荷重支持材の断面をなるべく小さく設計する。そのため、汎用の超電導コイルでは外部から大きな電磁力を加えることができない。このような現状に対して、本発明の試験装置によれば、
(1)第1と第2の反磁性体(超電導バルク)間の反発力と超電導コイル間の力が超電導コイル部で内力として釣り合うので、断熱荷重支持材に新たに電磁力は付加されない。従って、超電導コイルの上下、左右に断熱荷重支持材の耐荷重以上の荷重をかけることができる。
(3)基本的には1対の反磁性体(超電導バルク)と、それらを連結する「連結ロッド」と、その連結ロッドに取り付けたロードセルだけで試験ができ、簡便である。
図1は本発明の実施例を示す反磁性体と超電導コイルの反発力を利用した電磁力支持装置の試験装置の模式図である。
この図において、1はクライオスタット、2は超電導コイル、3は超電導コイルの周方向断熱荷重支持材、4は超電導コイルの上下方向断熱荷重支持材、5は超電導コイル2の中央部であって上方に配置される第1の反磁性体(超電導バルク体)、6は連結ロッド7を介して第1の反磁性体5の下部に配置される第2の反磁性体(超電導バルク体)、8は第2の反磁性体(超電導バルク体)6の下部に配置される支持ロッド、9は支持ロッド8の下部に配置される位置調整機構、10は路盤11上に配置され、上記した電磁力支持装置を支持する架台である。また、12は第1の反磁性体5と第2の反磁性体6との間に配置される電磁力測定用ロードセル、13は支持ロッド8に配置される断熱荷重支持材付加荷重測定用ロードセルである。
したがって、
(1)大きな電磁力を付与することを考慮していない汎用の超電導マグネットでも大きな載荷力を与えた試験ができる。
なお、楕円で囲まれたセット14(支持ロッド8、断熱荷重支持材付加荷重測定用ロードセル13、位置調整機構9)は、断熱荷重支持材に加わる荷重をモニタするためのもので、基本構成ではなく、オプション機器である。
図2はバルク体のJc−B特性図であり、横軸は印加磁場〔T〕、縦軸は臨界電流密度Jc〔A/cm2 〕である。実線は63K、破線は77Kの場合を示している。バルク体の特性はGd系のものを用いた。
これは超電導コイル2の水平方向中心位置から上方に70mm離れた位置に第1の反磁性体5を配置したもので、対向する第2の反磁性体6は配置していない。液体窒素温度の77Kでは上下反発力が100kgf程度で頭打ちになるのに対して、固体窒素温度の63Kに冷却すると、1.5Tで100kgを越えて3.5Tで500kgに達する。今回の例で用いた超電導コイルのサイズでは断熱荷重支持材の上下方向の耐荷重はおおむね100kgf程度である。このため、超電導バルク1つの配置では77Kまでの冷却までしか試験ができないことになる。
一方、240mmでは140mmほど電磁力が大きくないが、z=0で変位させると外力は復元方向に働くので安定性が良い。このように、本発明では1対の第1の反磁性体5,第2の反磁性体6を接続する連結ロッドの長さを調節することで安定した試験ができる。
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き種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
2 超電導コイル
3 超電導コイルの周方向断熱荷重支持材
4 超電導コイルの上下方向断熱荷重支持材
5 第1の反磁性体(超電導バルク体)
6 第2の反磁性体(超電導バルク体)
7 連結ロッド
8 支持ロッド
9 位置調整機構
10 架台
11 路盤
12 電磁力測定用ロードセル
13 断熱荷重支持材付加荷重測定用ロードセル
14 セット
Claims (2)
- (a)超電導コイル(2)を周方向断熱荷重支持材(3)と上下方向断熱荷重支持材(4)で支持したクライオスタット(1)と、
(b)前記超電導コイル(2)の長手方向の中心線上に中心を有し、前記クライオスタット(1)の上方に配置される第1の反磁性体(5)と、
(c)該第1の反磁性体(5)の下方に連結される連結ロッド(7)と、
(d)該連結ロッド(7)を介して前記第1の反磁性体(5)の下部に配置される第2の反磁性体(6)と、
(e)前記第1の反磁性体(5)と前記第2の反磁性体(6)との間の前記連結ロッド(7)に取り付けられる電磁力測定用ロードセル(12)とを具備することを特徴とする超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置。 - 請求項1記載の超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置において、前記第2の反磁性体(6)が路盤(11)上に配置される位置調整装置(9)とロードセル(13)を介して支持ロッド(8)により支持されることを特徴とする超電導磁石装置を用いた電磁力支持装置の試験装置。
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