JPH0221607A - 超電導コイル装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、例えば磁気浮上車に搭載される超１１１４
コイル装置に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図、第４図は例えば実開昭６０−７８１０７号公報
に記載されている従来の超電導コイル装置を示すもので
、図において、超電導コイル（１）は、超電導線材（Ｉ
ａ）をレーストラック形状に巻回し、エポキシ樹脂など
で含浸して一体化されており、液体ヘリウム通路（２ｄ
）を備えた複数個の支持部材（２）で支持されて内槽（
３）に収容されている。内槽（３）は外板（３ａ）と側
板（３ｂ）、内板（３Ｃ）からなり、各々溶接などによ
って断面が矩形形状に形成され、内部に液体ヘリウムな
どの冷媒を貯蔵して超電導コイル（１）を冷却している
。

なお、磁気浮上車搭載用の超電導コイル装置の内槽（３
）の断面を矩形形状とじている理由は、車載の超電導コ
イル（１）と、後に説明される第２図に記載の地上コイ
ルとの距離を接近させれば、両者の磁気結合を密にして
エネルギーの有効利用が達成できることにある。第４図
に示す外板（３ａ）の表面と超電導コイル（１）の中心
間寸法（ｙ）や内槽（３）の左右方向幅寸法（旬を縮め
て地上コイル側に近づける努力がなされており、これら
寸法を最小にするために、内槽（３）を矩形形状にする
ことが一般に採用されているのである。

第３図におけるＷ１〜Ｗ９は超電導コイル（１）に通電
して磁石としたときに働く電磁力である。この電磁力は
レーストラック全周に発生するが、図示では１／４周分
のみ８分割してレーストラック局長方向の単位長さ当り
の平均分布荷重で示している。超電導コイル（１）に発
生するこれら電磁力のうち、半円形部に働く力Ｗ５〜Ｗ
９は円形状に放射縁上に働く力であるため、フープ力（
ｆｌとなって超電導コイル（１）と内槽（３）の引張り
剛性でバランスが保たれる。また、上下の直線部両辺間
に働く力Ｗｌ〜Ｗ５は外板（３ａ）に伝えられ、側板（
３ｂ）を介して袖強板（４）の引張り剛性でバランスが
保たれる。

第４図における力（５）は電磁力がコイル断面方向で働
いている状態を示すものであり、コイル幅方向に分布荷
重となっている。

第２図は、上記の超電導コイル製電が搭載される磁気浮
上車を示し、超電導コイル（１）やその他液体ヘリウム
を貯蔵するためのタンクなどを収納したタライオスタッ
ト（５）は車両の台枠（６）に固定され、台枠（６）上
には空気バネなどを介して車体（力が搭載される。地上
側には浮上用地上コイル（８）および挿通案内用地上コ
イル（９）が設置されている。

車両が走行中には超電導コイル（１）と浮上用地上コイ
ル（８）との間には車両を浮上させるための上下方向に
浮上刃が作用し、超電導コイル（１）と推進案内用地上
コイル（９）との間には車両前後方向に車両を推進させ
るだめの推進力および車両を軌道の中心に保つために車
両左右方向に案内力が働く。これを超電導コイル装置に
ついて説明すると、ンストラツク短辺方向に浮上刃、レ
ーストラック長辺方向に推進力、第４図において図示の
左右方向に案内力が働くことになる。このような力に対
して超電導コイル（１）が動かないように、超電導コイ
ル装置は製作時点において、コイル（１）と内槽（３）
間もしくは支持部材（２）間を強固に締めつけて組立ら
れる。しかし、超電導コイル装置は液体ヘリウム温度（
４，２Ｋ）まで冷却されるので、使用部材に熱収縮を生
じる。主な使用部材について述べると、超電導線材（１
ａ）は、銅とニオブチタン合金（以下ＮｂＴｉと記す）
でなるもの、支持部材（２）や内槽（３）は非磁性のス
テンレス鋼が一般に使用されている。また、超電導コイ
ル（１）は超電導線材（１ａ）をレーストラック形状に
巻線した後、エポキシ樹脂で一体含浸される。

これらの主な使用部材の常温（温度３００Ｋ）から液体
ヘリウム温度（４，２Ｋ）までの熱収縮率は第１表に示
す値である。なお、超１ｆ導線材についが計算で求めた
値である。

第　　１　　表 以上から超電４線材とステンレス鋼は同程淀の値である
が、エポキシ樹脂は他の部材に比べてはるかに熱収縮率
が太きい。

このような部材の組合せで構成される超電導コイル装置
の熱収縮を考えてみると、レーストラック長手方向につ
いては超電導コイル（１）がエポキシ樹脂で含浸されて
いても、レーストラック周長方向に超電導線材（１ａ）
が巻回されているので、エポキシ樹脂にほとんど影響を
うけずに超電導線材（１ａ）のみの熱収縮率が有効であ
る。このため、熱収縮率がほぼ同等の内槽（３）と超電
導コイル（１）間に熱収縮差による隙間や熱応力などは
発生することが少ない。しかし、コイル（１）の断面方
向については、第４図に示すとおり、Ｍ電導線材（１ａ
）が整列して積みあげられた形であり、エポキシ樹脂が
基盤目状の樹脂層（１ｂ）を形成する。したがって、超
電導コイル（１）の左右幅方向や上下厚み方向の熱収縮
量はエポキシ樹脂に影響されることが大であり、コイル
（１）は内槽（３）より収縮量が大きい。

このため、幅方向には支持部材（２）との間に隙間（δ
１）が生じる。δ１の値は１００μｍのオーダーである
。上下厚み方向にも隙間が生じるが、電磁力ｆＭＫよっ
て超電導コイル（１）が外板（３ａ）Ｋ押えつけられる
ので、内板（３ｃ）側に隙間（δ２）が生じる。しかし
、超電導コイル（１）は外板（３ａ）に電磁力（５）で
押しつげられているので、地上コイル（８）との間で発
生する浮上刃によって超電導コイル（１）と内槽（３）
との間で相対変位することはない。

〔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構成されている
ので、超電導コイルと内槽の側面との間にすきま（δｌ
）が発生するので、推進案内用地上コイルと超電導コイ
ルとの間で発生する案内力によってすきま（δｌ）の分
が動くため、超電導コイルの表面と内槽との接触によっ
て発生する摩擦熱や超電導コイルに作用する応力や振動
によって超電導コイルの超電導特性が破壊されることに
もなる。

この発明は上記課題を解決するためになされたもので、
超電導コイルが熱収縮しても案内力等で動くのを阻止す
ることができる超電導コイル装置を得ることを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超電導コイル装置は、超電導コイルの側
面と内槽側板との間にクサビ状の支持部材が挿入されて
いる。

〔作　用〕

この発明においては、超電導コイルに通電して磁石とし
た場合に、超電導コイルの外周方向に向って発生する電
磁力の一部がクサビ状の支持部材を介して超電導コイル
を左右方向に押しつけるように作用する。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例を示し、超電導コイル（１
）と内槽側板（３ｂ）との間にクサビ状の支持部材（１
２ａ”１（１２ｂ）が互いに逆向きに挿入されている。

この支持部材（１２ａＨ１２ｂ）は、超電導コイル（１
）と内槽内板（３ｃ）との間に挿入した支持部材（１２
ｃ）と共に、従来の超電導コイル装置と同様に、コイル
周長方向に複数個設置される。

（１２ｄ）は液体ヘリウム通路である。第１図に示す超
電導コイル装置を構成する各部品の材質は、超電導コイ
ル（１）と支持部材（１２ｂ）との間に熱収縮差による
左右方向のすきま（δｌ）ができることは従来説明のと
おりである。

次に上記構成のものの作用について説明する。

超電導コイル（１）に通１にシて磁石としたときに、電
磁力（５）がコイルの幅方向に分布荷重として外方に働
き、内槽外板（３ａ）を押えつける。

クサビ状の支持部材（１２ｂ）をコイル（１）に固定し
、他方の支持部材（１２ａ）を内槽側板（３ｂ）に固定
するように組立て、支持部材（１２ａ）と（１２ｂ）の
間は容易にすべるように組立てておく。

ここで、支持部材（１２ａ）（１２ｂ）のクサビ角度を
δ１とすると、内槽側板（３ｂ）には張力Ｗが働き、こ
の分力としてコイル（１）の左右方向に押付力ｐｚ＝Ｗ
−一θｌが発生し、内槽（３）内で力のバランスが保た
れる。

したがって、実際の運転状態、すなわち超電導コイル（
１）の励磁状態では、コイル（１）は両側面から支持部
材（１２ｂ）を介して押付力（Ｐ２）によって締めつけ
られることになる。コイル側面に熱収縮差による隙間（
δ１）がある場合、支持部材（１２ｂ）はｔｍ力により
コイル（１）と共に上方に変位するため、変位後は隙間
（δｌ）が無くなる。

上記の隙間（δｌ）を無くし、さらに超電導コイル（１
）を左右方向に締付ける力の大きさは、支持部材（１２
ａ）（１２ｂ）のクサビ角度θｌを適当な値に選ぶこと
により決定することができる。

結局、運転状態においては、超電導コイル（１）、支持
部材（１２ａ）（１２ｂ）および内槽（３）が製作時点
と同様に密着接触状態になって、案内力や車両振動など
の外力に起因する超電導コイル（１）の動きが防止でき
る。

なお、上記実施例ではクサビ形状の支持部材をコイルの
両側に配置したが、片側のみに配置しても同様の効果を
奏する。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明は、超電導コイルの外周方向に
向って発生する電磁力の分力を利用して、超電導コイル
を左右方向に押しつけるようにしたので、超電導コイル
が動くのを防止することができる。そうして、超電導コ
イルの動きを防止す托は、振動や外部からの力による超
電導破壊の可能性を小さくすることができ、より信頼性
の高い／電導コイル装置を得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の要部横断面図、第２図は
従来の磁気浮上車両システムの横断面図、第３図は従来
のＶ−ストラック形状の超電導コイル装置の一部断面平
面図、第４図は第３図のＩＶ　−１Ｖｉに沿う平面での
断面図である。 （１）φ・超電導コイル、（３）ｅ会内槽、（３ｂ）・
・側板、（１２ａ）（１２ｂ’ｌ　”　”支持部材。 なお、各必中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 巻回された超電導コイルを冷媒とともに断面が四角形状
   の内槽に収容し、上記超電導コイルと上記内槽との間に
   クサビ状の支持部材を挿入してなる超電導コイル装置。