JPH03234341A - 超電導遠心鋳造機 - 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］ 本発明は、超電導コイルを用いた同期モータ方式で回転
力を得る遠心鋳造機、特に立型遠心鋳造機に関する。

［従来の技術］ 従来の立型遠心鋳造機では、スラストベアリング等の回
転支持手段によって支持されるとともにモータからベル
ト駆動される回転枠体内に円筒状の金型モールドを保持
し、高速回転中の金型モールド内に溶融金属を鋳込んで
中空体が鋳造される。しかし、その回転伝達にベルト駆
動等の方式を用いているため、回転むらや振動、さらに
は騒音を減少させるには限度がある。

また、最近このような遠心鋳造機には、鋳造品の品質を
高めるために、溶湯が流れ込む金型モールドの左右に回
転磁界を発生する電磁装置を設け、溶湯を攪拌するもの
がある。しかしながら、溶湯に対して効果のある攪拌の
ために必要とする回転磁場を生み出すには大きな電流が
必要である、単にこの攪拌目的だけにこのような電磁装
置を設けるにはコスト的にもそしてスペース的にもかな
りの負担を強いていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明の第１の課題は、ヘルド動力・伝達などの機械的
な機械的な接触に基づく回転力の伝達に代わる高速で高
精度の回転力伝達を実現する遠心鋳造機を提供すること
である。

さらに本発明の第２の課題は、コスト的及びスペース的
に優れた利点を生しる溶湯攪拌用電磁攪拌装置を備える
ことである。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の課題は、スラスト軸受手段上に縦配置された
円筒状の回転枠と、前記回転枠を回転させる駆動手段と
を備え、前記駆動手段が前記回転枠の外周部に附設され
た複数の回転側コイルと前記回転枠の外周を取り巻くよ
うに配設された固定側コイルとから構成される同期モー
タ方式で運転され、前記固定側コイルまたは前記回転側
コイルが永久電流を流している超電導コイルで構威され
ている超電導遠心鋳造機によって解決される。

さらに上記第２の課題を解決するために、本発明によれ
ば、前記回転枠体に設けられた回転コイルの少なくとも
一部をその磁力線が、好ましくは磁気ガイド手段を通じ
て回転枠内に入り込んで内部の溶湯を磁気攪拌するよう
に構威することができる。また、前記固定側コイルを超
電導コイルとして構威し、回転枠にさらにガイドコイル
を設け、ガイドコイルが前記回転枠の回転に伴って流れ
る誘導電流により生しる磁力と超電導コイルである固定
側コイルとの磁気反発により回転枠を自動調芯すること
もできる。

［作　用１ 上述の本発明による超電導遠心鋳造機によれば、まず補
助ローラに支持された回転枠は回転側コイルと固定側コ
イルの一方に三相交流電流を流し、他方のコイルである
超電導コイルによって形成される直流磁場との相互作用
で、つまり同期モータの原理で回転力が得られ、回転を
始める。この回転数は三相交流電流の周波数を変化させ
ることにより、つまり周波数を大きくするほど大きな回
転数が得られる。上述のガイドコイルを設ける構成を採
用している場合、回転と同時に超電導コイルとガイドコ
イルとの磁気反発により回転枠を自動調芯できる。また
回転コイルに交流電流が流れていると、この電流による
回転磁場が金型モールド内の溶湯を磁気攪拌することに
なる。

［発明の効果１ これにより、本発明による超電導遠心鋳造機では、同期
モータの原理による高速で高精度の回転力を非接触で金
型モールドに伝達することができる。さらには、回転源
に用いられているコイルの磁場を利用した磁気攪拌が可
能であり、磁気攪拌のコスト及びスペースの問題を解消
することができる。

その他の特徴及びその作用・効果は以下に記載する図面
を用いての実施例の説明とともに明らかにされるだろう
。

［実施例］ 第１図には、本発明による立型超電導鋳造機の実施例が
模式的に示されている。基台３上のスラスト軸受２に回
転支持されている円筒状の回転枠１は、実質的にはその
内側に装着されている円筒状の金型モールド４とその金
型モールド４を収容している同じく円筒状のノ＼ウジン
グ５とさらにハウジング５内に設けられている複数の回
転側コイル６を備えている。この回転側コイル６は、第
２図からよく理解できるように回転枠１の周方向に一定
ピッチで配設されている。この回転側コイル６は常電導
コイルとして形成されており、ここでは詳しく図示され
ていない集電シュー７を含む給電手段を介して給電され
る。この回転枠１の外周面を取り囲むように回転側コイ
ルに対応して固定側コイル８が配設されている。この固
定側コイル８は永久電流が流れている超電導コイル８と
して形成されているため給電の必要はないが、後で述べ
られるような冷却カプセルつまりクライオスタット９の
中に収納されている。

金型モールド４の鋳込み側には中心孔を設けたバンド１
０が装着されており、この中心孔には、ホッパ１１がそ
の下端開口部を金型モールド４の内部へ向けるようして
挿入されており、このホッパ１１から溶湯が金型モール
ド４内に鋳込まれる。

前記超電導コイル８は、第３図に示すように、超電導材
料からなる超電導コイルが内槽容器１２に収納され、そ
の内槽容器１２がさらに外槽容器１３に収納されている
。内槽容器１２は図外の液体ヘリウムタンクや冷凍機と
接続され常に内槽内が液体ヘリウムで満たされるように
構成されている。さらに外槽容器１３内には液体窒素が
供給されているとともに外槽容器自体は輻射シールド板
や多層断熱材からなる壁体で構成されており、外部の熱
が内槽容器内に及ぶことを防止している。

この超電導コイル８を超電導状態にするには、内槽内部
を液体ヘリウム温度にした後、外部電源から通電する。

そして電流をそのまま流しておくために、常電導から超
電導へコイルを切り換える永久電流スイッチが用いられ
る。−旦コイルが超電導状態になればその周囲温度を超
電導転移温度以下に保つことにより超電導状態が維持さ
れ、このコイルに電力を供給する必要はない。

この超電導鋳造機では、回転側コイル８は常電導コイル
として形成されて交流が供給され、固定側コイル８は超
電導コイルとして形成されて永久電流が流れており、こ
の２つで実質的に同期モータを構成している。

つまり、第３図に示すように超電導コイル８と回転側コ
イル６が向かい合って配設されている場合、超電導コイ
ルから磁界が回転コイルの方に向かっている。ここで隣
合う回転側コイル６ａと回転側コイル６ｂに互いに逆向
きの電流を流すと、このコイル６ａと６ｂの隣合う辺で
は、電流１１，１２が同じ方向に流れる。この回転側コ
イルの電流が超電導コイル８の磁界を横切ると、回転側
コイルは矢印の方に力を受け、回転枠１が移動、つまり
回転することになる。

さらに回転側コイル６ｂと６ｃが超電導コイルの磁界に
さしかかると電流の向きを点線のように変えれば、同様
に回転側コイル、つまり回転枠は回転力を与えられる。

このことから、回転側コイルに三相交流電流を供給し、
その周波数を速度に同期させることで回転枠を連続して
回転することができる。回転制御装置は回転枠の位置と
速さを常に検出し、それを基に制ｗＪ電流を作り出す。

また、第４図から明らかなように、回転中の回転枠のふ
れを防止するために、回転側コイル６の内側に銅または
アルミニウムで作られたガイドコイル１４が設けられて
いる。このガイドコイルが超電導コイル８上を通過する
とガイドコイル内には電流が誘導され、このガイドコイ
ル１４は一時的に超電導コイル８が作り出す磁極とは反
対方向の磁極をもつ磁石となる。このことによって、超
電導コイル８と浮上コイル７との間には磁気的な反発力
が働き、この力で回転枠を自動調芯することも可能であ
る。

さらに、遠心鋳造においては、鋳造組織の改善のための
電磁攪拌のために回転駆動のための回転側コイル６を利
用する。本発明による鋳造機では、回転駆動の目的で回
転側コイルに大電流の３相交流電流を流しており、この
際生じる磁場を電磁攪拌目的に使用するため、その磁場
をできるだけ金型モールド内の溶湯に方向付けるように
、好ましくは超電導材料で形成された磁気シールド板を
回転側コイル６の周辺に配設している。これにより、金
型モールド内の溶湯内に効率よく回転磁場が発生し、溶
湯が攪拌される。

また、この回転枠１は鋳造作業中にはかなりの高温に達
するため、回転枠１と超電導コイルを収納しているクラ
イオスタンド９との間の隙間空間の開放端の一方には詳
しくは図示されていない冷却媒体吹き出しダクト１５が
、そして他方の開放端には吸い込みダクト１６が設けら
れており、その隙間空間に強制的に冷却媒体を貫流させ
ることにより回転枠からクライオスタットへの熱伝達を
抑制している。

また、金型モールド４は鋳造製品によって交換しなけれ
ばならないため、金型モールド４は回転枠１のハウジン
グ５に対してカセット式に交換可能に構成されており、
回転側コイル６やガイドコイル１４などの部材が種々の
金型モールド毎に設ける必要のないように工夫されてい
る。

さらに、ガイドコイル１４を補助する目的で電磁石で構
成された補助ガイドコイルを設けるなら、この電磁石の
磁界を制御することによるさらに正確な調芯が可能とな
るとともに、さらにこれを発展させて考えると回転枠１
を必要の場合円運動以外の非円運動させることも可能で
ある。その場合、常に回転枠の位置を検出センサをその
検出信号に基づいて補助ガイドコイルの磁界強度を制御
する制御手段が必要となる。

次にこの超電導鋳造機の運転過程を説明する。

回転側コイル６に駆動制御電流が供給されると、前述し
たような同期モータと同じ作用により回転枠１が回転を
始める。回転枠１が回転すると、超電導コイル８とガイ
ドコイル１４との磁気反発作用により自動調芯される。

しかも、回転枠１の回転が速くなればなるほど、すなわ
ちガイドコイル１４が超電導コイル８の磁界を横切る速
度が大きくなればなるほど、前述したように超電導コイ
ル８とガイドコイル１４との間の磁気反発力が大きくな
るため、高速回転時にも回転枠２は回転ふれのない確実
に自動調芯された回転が保証される。

このようにして、安定して高速回転する回転枠の金型モ
ールド４内にホッパ１１を介して溶融金属を鋳込んで中
空体を鋳造する。

鋳造完了後は、回転枠１を停止させ、鋳造された中空体
を取り出す。

この実施例では、超電導コイルのために液体ヘリウムを
用いたクライオスタットを設けているが、安定した常温
、もしくは高温の超電導材料が供給された場合、もっと
簡易なりライオスタンドを用いることができるし、場合
によれば全く冷却装置を省くことも可能である。その場
合は、占有空間の激減のため回転側に超電導コイルを配
置することが容易となり、回転する回転枠に対する給電
手段が不用となる。さらに安価な超電導材料が供給され
るなら、磁気反発や磁気吸引あるいはマイスナ効果を利
用したスラスト軸受手段を採用することができ、このこ
とにより回転枠は完全に非接触状態で回転駆動すること
も可能となる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係わる超電導遠心鋳造機の実施例を示し
、第１図は概略的な全体構成図、第２図は横断面図、第
３図は超電導コイルの断面構造図、第４図は超電導コイ
ルの他のコイルに及ぼす作用を示す原理図である。 （１）・・・回転枠、（２）・・・スラスト軸受、（４
）・・・金型モールド、（６）・・・回転側コイルユニ
ット、（７）・・・集電シュー、（８）・・・固定側コ
イル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、スラスト軸受手段上に縦配置された円筒状の回転枠
   （１）と、前記回転枠（１）を回転させる駆動手段とを
   備え、前記駆動手段が前記回転枠（１）の外周部に附設
   された複数の回転側コイル（６）と前記回転枠（１）の
   外周を取り巻くように配設された固定側コイル（８）と
   から構成される同期モータ方式で運転され、前記固定側
   コイル（８）または前記回転側コイル（６）が永久電流
   を流している超電導コイルで構成されていることを特徴
   とする超電導遠心鋳造機。 ２、前記固定側コイル（８）が超電導コイルとして構成
   されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導遠
   心鋳造機。 ３、前記回転枠体（１）に設けられた回転側コイル（６
   ）の少なくとも一部はその磁力線が回転枠内に入り込ん
   で内部の溶湯を磁気攪拌するように磁気ガイド手段を備
   えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の超電
   導遠心鋳造機。 ４、前記回転枠（１）にはさらにガイドコイル（１４）
   が設けられ、前記ガイドコイル（１４）が前記回転枠の
   回転に伴って流れる誘導電流により生じる磁力と前記超
   電導コイル（８）との磁気反発により回転枠（１）が自
   動調芯されることを特徴とする請求項１又は２に記載の
   超電導遠心鋳造機。