JPH08107011A - 超電導磁石 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導磁石の振動による、超電導コイルを囲
むスペーサと固定部材との接触面での摩擦熱の発生を低
減することのできる超電導磁石を提供する。 【構成】 内槽容器６とスペーサ１４に囲まれた超電導
コイル５との間に、上下対称に２分割された固定部材１
３が配設されている。２分割された各固定部材１３同士
は間に空隙を保つようになっている。固定部材１３の超
電導コイル５の各角隅部に対応する部分に、円弧状断面
の内側逃げ溝１７および円弧状断面の外側逃げ溝１８が
形成されている。固定部材１３のスペーサ１４に接する
面には、内槽容器６に接する面に比較して低摩擦面とな
るように、固体潤滑材層２０が形成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は主に磁気浮上式鉄道車両
の浮上、案内、推進等に用いられる超電導磁石に係り、
とりわけ、超電導磁石の振動現象に伴う超電導コイルと
その固定部材間の滑り摩擦熱の発生を低減することので
きる超電導磁石に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より磁気浮上式鉄道車両の浮上、案
内、推進等に用いられる超電導磁石は、環状の超電導コ
イルを冷却材とともに環状の内槽容器内に収容したもの
が用いられている。このような超電導磁石においては、
超電導コイルと内槽容器との間に超電導コイルの全周を
囲む固定部材を配設し、さらに固定部材と超電導コイル
との間にスペーサを配設することによって、超電導コイ
ルを内槽容器内に固定支持している。

【０００３】また通常、固定部材は２分割されたものを
超電導コイルの横断面方向の両側から挟むように取付
け、しかる後、溶接等によって一体化したものが用いら
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような超電導磁石
を備えた磁気浮上式鉄道車両の推進は、地上コイルに車
両走行速度に対応した周波数の交流電流を流すことによ
って行われるが、このとき、超電導磁石の超電導コイル
には浮上・推進力の他に地上コイルのピッチと車両走行
速度で決まる高調波の電磁変動による加振力が加わるこ
とになる。

【０００５】このため、特に超電導コイルを含む超電導
磁石の固有振動数付近での加振力が加わる場合は、共振
現象によって超電導コイル外周を囲むスペーサと固定部
材との接触面で相対的な滑りが発生しやすくなる。この
ような滑りが発生した場合、スペーサと固定部材との間
で、接触面の摩擦係数μおよび滑り量ｌに比例した摩擦
熱ΔＱが発生する。

【０００６】このような摩擦熱の増加は超電導コイルの
温度上昇につながり、超電導コイルがコイルクエンチに
至る事態になりかねない。しかしながら、上述したよう
な電磁変動による加振力およびそれに起因する振動現象
は、超電導磁石の構造による本質的なものであると考え
られ、超電導磁石の振動自体を完全に抑制することは困
難である。

【０００７】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、超電導磁石の振動による、超電導コイルを
囲むスペーサと固定部材との接触面での摩擦熱の発生を
低減することのできる超電導磁石を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、内槽容器と、
この内槽容器内に冷却剤とともに収納された超電導コイ
ルと、前記超電導コイルを前記内槽容器内に固定支持す
るため、前記超電導コイル外面と前記内槽容器内面との
間に配設された固定部材と、この固定部材と前記超電導
コイルとの間に、前記超電導コイル外面を囲んで配設さ
れたスペーサと、を備えた超電導磁石において、前記固
定部材は２つ以上に分割され、分割された各部材同士が
空隙を保つように配設されていることを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】本発明によれば、まず超電導磁石をスペーサで
囲み、さらにその外周に、２つ以上に分割された固定部
材の各部材を各部材同士が空隙を保つように配置する。
次にこのようにスペーサおよび固定部材で囲まれた超電
導コイルを、固定部材が内槽容器内面に接するように内
槽容器内に取付ける。

【００１０】この際、固定部材が２つ以上に分割され、
分割された各部材同士が空隙を保つように配設されてい
ることと、固定部材の超電導コイルの各角隅部に対応す
る位置が逃げ溝によって薄肉化されていることから、内
槽容器内面からの締付力により固定部材が弾性変形する
自由度が高くなる。このため、スペーサに囲まれた超電
導コイルを内槽容器内に固定する場合、各面の固定部材
の締付力が有効に作用し、より強固に固定されることに
なる。このため、超電導磁石の一定振幅の単位振動サイ
クルに対して、固定部材のスペーサと接する面での相対
的な滑り量を少なくし、摩擦熱の発生を減少させること
ができる。

【００１１】

【実施例】次に図面を参照して本発明の一実施例につい
て説明する。図１は本発明による超電導磁石を用いる超
電導磁石装置を備えた磁気浮上鉄道の概念を示す図、図
２は図１に示す磁気浮上鉄道の超電導磁石装置の詳細を
示す図、図３は図２に示す超電導磁石装置の超電導磁石
の詳細を示す図、図４は図３に示す超電導磁石の断面図
であって、本発明による超電導磁石の一実施例の詳細を
示す図である。

【００１２】図１に示すように、本発明による超電導磁
石が用いられる磁気浮上式鉄道は、両側面に超電導磁石
装２が取付けられた車台１０を有する車体１と、この車
体１の超電導磁石装置２に一定間隔を置いて対向配置さ
れた地上コイル４を有するガイドウエイ３とを備えてい
る。

【００１３】車両１の車台１０側面の超電導磁石装置２
は、図２に示すように複数の超電導磁石１２を収容した
外槽容器９と冷却剤補給タンク７とからなり、車台１０
側面に支持筒１１によって取付けられている。外槽容器
９内の複数の超電導磁石１２は、外部からの輻射熱を防
ぐための輻射シールド板１８により覆われ、さらに外槽
容器９内は外部からの伝導熱を防ぐため真空状態に保た
れている。

【００１４】外槽容器９内の各超電導磁石１２は、図３
に示すように環状の内槽容器６と、この内槽容器６内に
冷却剤とともに収容される環状の超電導コイル５とを備
えている。内槽容器６と超電導コイル５との間は、冷却
剤が流通できるように一定の空間が形成されている。ま
た、超電導コイル５外面と内槽容器６内面との間には、
超電導コイル５を内槽容器６内に固定支持するための複
数の固定部材１３が、一定間隔を置いて配設されてい
る。さらに各固定部材１３と超電導コイル５との間に
は、超電導コイル５外面を囲むスペーサ１４が配設され
ている。

【００１５】次に図４を参照して、超電導磁石１２を構
成する内槽容器６、超電導コイル５、固定部材１３、お
よびスペーサ１４について詳細に説明する。図４に示す
ように、内槽容器６は、長方形断面の超電導コイル５に
対応した、偏平な楕円形状の断面を有している。

【００１６】超電導コイル５は、低温状態で電気抵抗が
ゼロとなる超電導線を巻回し、積層断面が長方形となる
ようにした後、エポキシ樹脂等で超電導線間を含浸して
固め、電気的に絶縁されたものである。

【００１７】超電導コイル５の周囲には、超電導コイル
５断面の長方形の各辺に対応する板状のスペーサ１４が
接触している。各スペーサ１４は、対応する超電導コイ
ル５断面の長方形の各辺のほぼ全長を覆うようになって
いる。これらのスペーサ１４は、超電導コイル５の固定
部材１３に囲まれた部分の冷却性を確保するため、銅、
アルミニウム等の熱伝導率の高い金属で構成されてい
る。

【００１８】固定部材１３は、図４の断面において、ス
ペーサ１４に囲まれた超電導コイル５と内槽容器６との
間の概略全体を占めるように形成されるとともに、上下
対称に２分割されている。２分割された各固定部材１３
同士は間に空隙を保つように配設されている。

【００１９】固定部材１３の超電導コイル５の各角隅部
に対応する部分には、円弧状断面の内側逃げ溝１７と、
この内側逃げ溝１７に対向する円弧状断面の外側逃げ溝
１８とが形成されている。なお、固定部材１３の外側逃
げ溝１８は、内側逃げ溝１７を十分な大きさに形成して
あれば、省略してもよい。また固定部材１３には、冷却
剤流通用の複数の貫通穴１９が適宜設けられている。

【００２０】また、固定部材１３は一般に金属材料から
なるが、そのスペーサ１４に接する面には、内槽容器６
に接する面に比較して低摩擦面となるように、固体潤滑
材層２０が形成されている固体潤滑材層２０の材質は、
好ましくはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）、
無電解ニッケル等の高分子固体潤滑材、またはインジウ
ム、鉛等の金属固体潤滑材であり、その層の厚さは１０
ミクロン程度である。

【００２１】次に以上のような構成よりなる本実施例の
作用について説明する。

【００２２】本実施例によれば、まず超電導磁石５の固
定部材１３で固定する部分をスペーサ４で囲み、さらに
その外周に、２分割された固定部材１３の各部材を図４
の上下方向から挟むように取付ける。次に、スペーサ１
４および固定部材１３が取付けられた超電導コイル５
を、固定部材１３が内槽容器６内面に接するように、内
槽容器６内に取付ける。

【００２３】この際、固定部材１３が２分割され、分割
された各部材同士が空隙を保つようになっており、しか
も固定部材１３には上述のような内側逃げ溝１７および
外側逃げ溝１８が形成されているため、内槽容器６内周
からの締付力により固定部材１３が弾性変形する自由度
が高くなる。

【００２４】このため、スペーサ１４に囲まれた超電導
コイル５を内槽容器６内に固定する場合、弾性変形され
た固定部材１３からの締付力Ｆによって、より強固に固
定することができる。したがって、超電導コイル５が固
定部材１３により強固に固定されることにより、内槽容
器６に発生する超電導磁石１２の一定振幅の単位振動サ
イクルに対して、固定部材１３のスペーサ１４と接する
面での相対的な滑り量ｌを少なくし、ΔＱ＝μＦｌで支
配される摩擦熱ΔＱの発生を減少させることができる。

【００２５】さらに、固定部材１３のスペーサ１４に接
する面が内槽容器６に接する面に比較して低摩擦面とな
っているため、固定部材１３のスペーサ１４に接する面
が低摩擦面となっていない場合に比べ、固定部材１３の
スペーサ１４に接する面での相対的な滑りに対する動摩
擦係数μが小さいので、発生する単位滑り量当たりの摩
擦熱ΔＱを減少させることができる。

【００２６】また、スペーサ１４が銅、アルミニウム等
の熱伝導率の高い金属で作られているため、固定部材１
３とスペーサ１４とが接する面で発生する摩擦熱は、ス
ペーサ１４から内槽容器６内の冷却剤に速やかに放熱さ
れるので、超電導コイル５への入熱量は非常に小さいも
のとなる。

【００２７】以上説明したように本実施例によれば、超
電導磁石１２の一定振幅の単位振動サイクルに対して、
固定部材１３のスペーサ１４と接する面での相対的な滑
り量を少なくし、かつ単位滑り量当たりの摩擦熱の発生
を減少させることができる。このため、超電導コイル５
を囲むスペーサ１４と固定部材１３との接触面での単位
振動サイクル当たりの摩擦熱の発生を大幅に低減するこ
とができる。

【００２８】図５は、本発明による超電導磁石の振動に
よる摩擦発熱量を、従来の超電導磁石と比較して示した
図である。図５において、横軸は超電導磁石の振動の振
幅（振動による変形量）を、縦軸は摩擦発熱量を表して
おり（振動周波数は一定）、本発明による超電導磁石が
従来のものに比べて振動による摩擦発熱量を大幅に低減
できることを示している。

【００２９】さらに、本実施例によれば、スペーサ１４
の熱伝導率が高いので、固定部材１３とスペーサ１４と
が接する面で発生した摩擦熱をスペーサ１４から内槽容
器６内の冷却剤に速やかに放熱することができる。

【００３０】したがって、超電導磁石１２の振動による
超電導コイル５の温度上昇を防止し、コイルクエンチに
対する耐クエンチ性の高い超電導磁石を提供することが
できる。

【００３１】なお、固定部材１３は、上述のような２分
割に限らず、超電導コイル５や内槽容器６の形状、固定
部材１３の材質等に応じて３分割、４分割あるいはそれ
以上に分割したものであってもよい。

【００３２】また、固体潤滑材層２０の材質は、上述の
ような高分子固体潤滑材に限らず、高分子固体潤滑材と
他の固体潤滑材を組合わせた複合固体潤滑材であっても
よく、またインジウム、鉛等の低融点金属の他、インジ
ウム−錫合金、鉛−錫合金等の合金による金属固体潤滑
材、あるいはこれらの金属固体潤滑材と他の固体潤滑材
を組合わせた複合固体潤滑材であってもよい。

【００３３】なお、固体潤滑材層２０の材質が上記低融
点金属等の機械的強度の低いものであっても、固体潤滑
材層２０はメッキ法、蒸着法、爆着法、超音波振動法等
の方法によって１０ミクロン程度の厚さで形成されるた
め、固定部材１３の固定力の低下につながることはな
い。また、上記インジウムは特に低温状態での熱伝導性
に優れているため、固体潤滑材層２０の材質として用い
ることにより、摩擦熱の放熱を促進する効果を有する。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
電導磁石の内槽容器に発生する一定振幅の単位振動サイ
クルに対して、固定部材のスペーサと接する面での相対
的な滑り量を抑制し、かつ単位滑り量当たりの摩擦熱の
発生を減少させることができる。したがって、超電導コ
イルを囲むスペーサと固定部材との接触面での一定振幅
の単位振動サイクル当たりの摩擦熱の発生を大幅に低減
することができ、超電導磁石の振動による超電導コイル
の温度上昇を防止し、コイルクエンチに対する耐クエン
チ性の高い超電導磁石を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導磁石を用いる超電導磁石装
置を備えた磁気浮上鉄道の概念を示す横断面図。

【図２】図１に示す磁気浮上鉄道の超電導磁石装置の詳
細を示す斜視図。

【図３】図２に示す超電導磁石装置の超電導磁石の詳細
を示す側面図。

【図４】図３に示す超電導磁石のＡ−Ａ線断面図であっ
て、本発明による超電導磁石の一実施例の詳細を示す
図。

【図５】本発明による超電導磁石の振動による摩擦発熱
量を、従来の超電導磁石と比較して示した図。

【符号の説明】

５ 超電導コイル ６ 内槽容器 １２ 超電導磁石 １３ 固定部材 １４ スペーサ ２０ 固体潤滑材層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山 下 知 久 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内槽容器と、 この内槽容器内に冷却剤とともに収納された断面多角形
   の超電導コイルと、 前記超電導コイルを前記内槽容器内に固定支持するた
   め、前記超電導コイル外面と前記内槽容器内面との間に
   配設された固定部材と、 この固定部材と前記超電導コイルとの間に、前記超電導
   コイル外面を囲んで配設されたスペーサと、を備えた超
   電導磁石において、 前記固定部材は２つ以上に分割され、分割された各部材
   同士が空隙を保つように配設されていることを特徴とす
   る超電導磁石。
2. 【請求項２】前記固定部材が、前記超電導コイルの各角
   隅部に対応した位置に、前記固定部材を薄肉化して弾性
   変形可能とする逃げ溝を有することを特徴とする請求項
   １記載の超電導磁石。
3. 【請求項３】前記固定部材の前記スペーサに接する面
   は、前記内槽容器に接する面に比較して低摩擦面となっ
   ていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   超電導磁石。
4. 【請求項４】前記固定部材の前記スペーサに接する面に
   は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）等の高分
   子固体潤滑材または高分子固体潤滑材による複合固体潤
   滑材の固体潤滑材層が形成され、これにより前記スペー
   サに接する面は前記内槽容器に接する面に比較して低摩
   擦面となっていることを特徴とする請求項３記載の超電
   導磁石。
5. 【請求項５】前記固定部材の前記スペーサに接する面に
   は、インジウム、鉛等の金属固体潤滑材または金属固体
   潤滑材による複合固体潤滑材の固体潤滑材層が形成さ
   れ、これにより前記スペーサに接する面は前記内槽容器
   に接する面に比較して低摩擦面となっていることを特徴
   とする請求項３記載の超電導磁石。
6. 【請求項６】前記固体潤滑材層は約１０μｍの厚さで形
   成されていることを特徴とする請求項４または請求項５
   記載の超電導磁石。
7. 【請求項７】前記固体潤滑材層は、前記固定部材の前記
   スペーサに接する面にメッキ法、蒸着法、爆着法、超音
   波振動法等によって形成されていることを特徴とする請
   求項４乃至請求項６のいずれかに記載の超電導磁石。