JPH084898B2 - 超電導遠心鋳造機 - Google Patents

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、溶湯を撹拌するも
のがある。しかしながら、溶湯に対して効果のある撹拌
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。単にこの撹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、ベルト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じる溶湯撹拌用電磁撹拌装置を備え
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成さ
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撹拌するよ
うに構成することができる。また、前記固定側コイルを
超電導コイルとして構成し、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じ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］ 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撹拌すること
になる。

［発明の効果］ 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撹拌が
可能であり、磁気撹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ハウジン
グ５とさらにハウジンウ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
10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。一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I1、I2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、それを基に制御電流を作り
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
の電磁撹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撹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、
溶湯が撹拌される。

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
ライオスタット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を介して溶湯金属を鋳込んで中
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
と簡易なクライオスタット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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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. 【請求項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. 【請求項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撹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. 【請求項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。