JPH05234749A - 磁気浮上列車用超電導装置 - Google Patents

磁気浮上列車用超電導装置

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JPH05234749A
JPH05234749A JP3941792A JP3941792A JPH05234749A JP H05234749 A JPH05234749 A JP H05234749A JP 3941792 A JP3941792 A JP 3941792A JP 3941792 A JP3941792 A JP 3941792A JP H05234749 A JPH05234749 A JP H05234749A
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superconducting coil
superconducting
temperature superconducting
refrigerator
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彰一 横山
Kenji Shimohata
賢司 下畑
Hideto Yoshimura
秀人 吉村
Tadatoshi Yamada
忠利 山田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 外部からの変動磁界による渦電流が生じにく
く、クエンチしにくい超電導コイルより構成され、信頼
性よく、構造の簡単な磁気浮上列車用超電導装置を得
る。 【構成】 真空容器10内に設置された複数個の高温超
電導コイル30を、液体ヘリウム温度以上、高温超電導
コイルの臨界温度の2分の1以下で冷却するとともに、
高温超電導コイル30の表面に金属部材よりなる伝導冷
却器50を設置し、この金属部材を渦電流が生じないよ
うに冷凍機40より遠い位置で切断した構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、磁気浮上鉄道用超電導
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図5は例えば低温工学協会誌(Vol.16,N
o.5,280〜291(1981))に示された従来の磁気浮上列車用
超電導装置である。図において、1は真空容器、2はこ
の真空容器1に囲まれている低温容器、2aはこの低温
容器に充填されている液体ヘリウム、3はこの低温容器
2の内部に取り付けられ4.2Kの液体ヘリウム2aで
冷却されているニオブ・チタン線の超電導コイルであ
る。
【0003】また、図6は例えば国際会議MT11論文
集(Vol.2,1366〜1370(1989))に示された従来の冷凍機
を用いた超電導装置である。図において、11は真空容
器、13はこの真空容器11の内部に取り付けられ、1
2Kで冷却されているニオブ・スズ線の超電導コイル、
14はこの超電導コイル13を冷却するための冷凍機、
15はこの冷凍機14が発生した寒冷を超電導コイル1
3に伝達するための、銅ブロックを用いた伝導冷却器で
ある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の磁気浮上列車用
超電導装置は、上記のように構成され、超電導コイル3
を液体ヘリウムで冷却しているため、4.2Kの低温で
冷却をしなければならず、4.2K以下の冷凍を発生す
るヘリウム液化機を用いなければならなかった。ヘリウ
ム液化機は冷凍効率が約1/1000と悪く、連続運転時間が
2000時間程度と信頼性も低い。また、表1に示すよう
に、従来の超電導コイルに用いられていたCu/NbT
i線の超電導の過渡的安定性、すなわち外部から熱擾乱
が短時間に加わって超電導コイルが常電導状態に転移
(以降クエンチと呼ぶ)する臨界エネルギ(Qmpz)は0.0
17mJと非常に小さいため、超電導線の微動等で少しの熱
擾乱が加わってもクエンチしやすいという問題があっ
た。
【0005】また、他の従来例のGM冷凍機で12Kで
冷却している超電導装置は、冷凍効率や信頼性は少し向
上するが、ニオブ・スズ線を用いているため、12Kで
運転している場合に臨界電流密度の温度特性において、
臨界温度(18k)に近いため、少しの温度上昇で臨界
電流密度が大きく低下し、小さな温度上昇によりクエン
チしやすい。さらにこの従来例は外部より変動磁界をう
けないため伝導冷却器は銅のブロックを用いているが、
磁気浮上列車用超電導装置は変動磁界を受けるので、こ
の従来例のような構造の磁気浮上列車用超電導装置では
変動磁界により渦電流が生じ、超電導コイルの温度が上
昇しクエンチに至るという問題があった。
【0006】本発明は、上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、冷凍機の効率や信頼性が高く、
また超電導コイルの安定性がよく、さらに外部からの変
動磁界による渦電流が生じにくく、クエンチしにくい磁
気浮上列車用超電導装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明に係る磁気浮上列
車用超電導装置は、真空容器内に設置された複数個の高
温超電導コイルを、液体ヘリウム温度以上、高温超電導
コイルの臨界温度の2分の1以下で冷却するとともに、
高温超電導コイルの表面に金属部材よりなる伝導冷却器
を設置し、この金属部材を渦電流が生じないように冷凍
機より遠い位置で切断したものである。
【0008】また、上記伝導冷却器は、櫛状の金属板を
有し、この金属板が高温超電導コイルの内部に埋め込ま
れている構成のものであってもよい。
【0009】また、本発明に係る別の磁気浮上列車用超
電導装置は、真空容器内に設置された複数個の高温超電
導コイルを、液体ヘリウム温度以上、高温超電導コイル
の臨界温度の2分の1以下で冷却するとともに、高温超
電導コイルの周囲に良熱伝導率で電気絶縁材であるセラ
ミックよりなる伝導冷却器を設置し、さらにこのセラミ
ックが高温超電導コイルの巻枠または支持材を兼ねた構
成としたものである。
【0010】
【作用】本発明の磁気浮上列車用超電導装置は、高温超
電導コイルを液体ヘリウム温度(4.2K)以上、臨界温度の
2分の1以下で冷却しているので超電導の過渡安定性が
良く、またGM冷凍機を用いることができるため冷凍機
の効率や信頼性が向上し、さらに金属部材よりなる伝導
冷却器は冷凍機より遠い位置で切断されているので、伝
導冷却器に外部からの変動磁界による渦電流が生じにく
く、超電導コイルの温度上昇が小さくクエンチしにく
い。
【0011】また、上記伝導冷却器として、櫛状の金属
板を有し、この金属板が高温超電導コイルの内部に埋め
込まれている構成のものを用いれば、外部からの変動磁
界に対して渦電流が生じにくく、さらに超電導コイル内
に埋め込まれているのでコイル内の温度分布が均一にな
りやすく冷却時間が速くなる。
【0012】また、本発明の別の磁気浮上列車用超電導
装置における伝導冷却器はセラミックで構成されている
ので、超電導コイルの温度が均一であり、変動磁界によ
る温度上昇がほとんどない。さらにこのセラミックが高
温超電導コイルの巻枠または支持材を兼ねているので、
構造が簡単になる。
【0013】
【実施例】実施例1.以下、本発明を図に基づいて説明
する。図1は、本発明の一実施例を示す構成図であり、
図2はこの実施例における熱伝導の回路図である。図に
おいて、10は真空容器、30はこの真空容器10の内
部に取り付けられ、20Kで冷却されている高温超電導
コイルであり、例えば銀被覆のBi系超電導テ−プ線
(臨界温度115K)を巻線したコイルであり、40はこの
高温超電導コイル30を冷却するためのGM冷凍機、5
0はこのGM冷凍機40が発生した寒冷を高温超電導コ
イル30に伝達するためのアルミテ−プを高温超電導コ
イル30の表面にすきまをあけて巻き、GM冷凍機40
より遠い位置で切っている伝導冷却器である。
【0014】上記磁気浮上列車用超電導装置において
は、例えばBi系銀シ−ステ−プ線を巻線した高温超電
導コイル30を液体ヘリウム温度以上、臨界温度(115K)
の2分の1以下の20Kで冷却しているので、冷凍機の
信頼性や効率が向上し、超電導コイルの安定性が向上す
る。具体的には、冷凍機において20Kの効率は4.2Kの
約5倍になり、2段GM冷凍機の長期運転の実績は 100
00時間以上であり、4.2Kヘリウム液化機に比べ信頼性が
高い。表1にこの発明における高温超電導コイルの安定
性を示す臨界エネルギ−を示す。
【0015】
【表1】
【0016】表1に示すように、従来の超電導コイル
(Cu/NbTi)の臨界エネルギQMPZは運転率(Jop/Jc)が
0.25において約0.017mJであるのに対し、高温超電導コ
イル(Ag/HTC)は運転率が0.9においてもQMPZは 20mJ
と約1000倍高い値となり、熱擾乱に対して安定であるこ
とが分かる。また、伝導冷却器50にアルミテ−プを用
い、高温超電導コイル30の表面に巻き付け、GM冷凍
機40より遠い位置で切っているので、高温超電導コイ
ルの温度分布はほぼ一定であり、外部からの変動磁界に
対して渦電流が生じにくく温度上昇が小さい。
【0017】なお、本発明に係わる高温超電導コイル3
0はBi系銀シ−ステ−プ線でできたコイルに限らず、
例えばTl系やY系の金属被覆超電導線であってもよ
く、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0018】また、本発明に係わる伝導冷却器50はア
ルミテ−プに限らず、例えば銅、銀、インジウムなどの
金属テ−プであってもよく、上記実施例と同様の効果を
奏する。また、伝導冷却器50は高温超電導コイル30
の表面に設置され、冷凍機40より遠い位置で切った金
属板であってもよい。
【0019】また、本発明に係わる冷凍機40はGM冷
凍機に限らず、例えばスタ−リング冷凍機などの冷凍機
であってもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
【0020】実施例2.図3は本発明の他の実施例を示
す超電導コイル部の内部を示す斜視図である。図におい
て、51は高温超電導コイル30の中に埋め込まれてい
る櫛状をした金属板であり、コイル表面に設けられた金
属部材と共に伝導冷却器50を構成する。
【0021】このように構成された磁気浮上列車用超電
導装置は、伝導冷却器50が櫛状をしているので、外部
からの変動磁界に対して渦電流が生じにくく、さらに超
電導コイル内に埋め込まれているのでコイル内の温度分
布が均一になりやすく、冷却時間が速くなる。
【0022】実施例3.図4は本発明のさらに他の実施
例を示す構成図である。図において、60は高温超電導
コイル30の支持材を兼ね、酸化マグネシウムでできて
いる伝導冷却器である。
【0023】このように構成された磁気浮上列車用超電
導装置は、伝導冷却器60が超電導コイル30の支持材
を兼ねているので構造が簡単になる。さらに電気絶縁材
である酸化マグネシウムを用いており、外部からの変動
磁界に対して渦電流が生じないので超電導コイルの温度
が上昇しない。
【0024】なお、本実施例に係わる伝導冷却器60は
酸化マグネシウムに限らず、例えば酸化ベリリウムや窒
化アルミなどの良熱伝導率で電気絶縁材であるセラミッ
クよりなる材料であってもよく、上記実施例と同様の効
果を奏する。
【0025】
【発明の効果】以上のように、本発明の磁気浮上列車用
超電導装置によれば、真空容器内に設置された複数個の
高温超電導コイルを、液体ヘリウム温度以上、高温超電
導コイルの臨界温度の2分の1以下で冷却するととも
に、高温超電導コイルの表面に金属部材よりなる伝導冷
却器を設置し、この金属部材を渦電流が生じないように
冷凍機より遠い位置で切断したので、運転温度が例えば
20Kであるように温度が高いので、GM冷凍機を採用
でき、冷凍機の効率や信頼性が向上し、真空中で冷却で
きるので低温容器が要らなくなり設計・製作が容易にな
る。また超電導コイルの臨界エネルギが3桁以上大きく
なり超電導の過渡安定性が大きくなり過渡熱擾乱でのク
エンチがしにくくなる。さらに超電導コイルの温度分布
が一定でかつ渦電流による超電導コイルの温度上昇が小
さくクエンチしにくくなるという効果がある。
【0026】また、上記伝導冷却器として、櫛状の金属
板を有し、この金属板が高温超電導コイルの内部に埋め
込まれている構成のものを用いれば、さらに超電導コイ
ルの温度分布が一定で、かつ外部からの変動磁界による
渦電流が生じにくいという効果がある。
【0027】また、本発明に係る別の磁気浮上列車用超
電導装置によれば、真空容器内に設置された複数個の高
温超電導コイルを、液体ヘリウム温度以上、高温超電導
コイルの臨界温度の2分の1以下で冷却するとともに、
高温超電導コイルの周囲に良熱伝導率で電気絶縁材であ
るセラミックよりなる伝導冷却器を設置し、さらにこの
セラミックが高温超電導コイルの巻枠または支持材を兼
ねた構成としたので、構造が簡単になる。さらに外部か
らの変動磁界に対して渦電流が生じないので超電導コイ
ルの温度が上昇しないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1による磁気浮上列車用超電導
装置を示す構成図である。
【図2】本発明の実施例1による磁気浮上列車用超電導
装置の熱伝導を示す回路図である。
【図3】本発明の実施例2に係わる超電導コイル部の内
部を示す斜視図である。
【図4】本発明の実施例3による磁気浮上列車用超電導
装置を示す構成図である。
【図5】従来の磁気浮上列車用超電導装置を示す構成図
である。
【図6】従来の超電導装置を示す構成図である。
【符号の説明】
10 真空容器 30 高温超電導コイル 40 GM冷凍機 50 伝導冷却器 51 金属板 60 伝導冷却器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 忠利 尼崎市塚口本町8丁目1番1号 三菱電機 株式会社中央研究所内

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器内に取り付けられた複数個の高
    温超電導コイル、この高温超電導コイルを、液体ヘリウ
    ム温度以上、上記高温超電導コイルの臨界温度の2分の
    1以下で冷却する冷凍機、及び上記高温超電導コイルの
    表面に設置され、かつ渦電流が生じないように上記冷凍
    機より遠い位置で切断されている、金属部材よりなる伝
    導冷却器を備えた磁気浮上列車用超電導装置。
  2. 【請求項2】 伝導冷却器は櫛状の金属板を有し、上記
    金属板が高温超電導コイルの内部に埋め込まれている請
    求項1記載の磁気浮上列車用超電導装置。
  3. 【請求項3】 真空容器内に取り付けられた複数個の高
    温超電導コイル、この高温超電導コイルを、液体ヘリウ
    ム温度以上、上記高温超電導コイルの臨界温度の2分の
    1以下で冷却する冷凍機、及び上記高温超電導コイルの
    周囲に設置され、かつ上記高温超電導コイルの巻枠また
    は支持材を兼ねた、良熱伝導率で電気絶縁材であるセラ
    ミックよりなる伝導冷却器を備えた磁気浮上列車用超電
    導装置。
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