JPH09178280A - 極低温冷却装置 - Google Patents
極低温冷却装置Info
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- JPH09178280A JPH09178280A JP33959195A JP33959195A JPH09178280A JP H09178280 A JPH09178280 A JP H09178280A JP 33959195 A JP33959195 A JP 33959195A JP 33959195 A JP33959195 A JP 33959195A JP H09178280 A JPH09178280 A JP H09178280A
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- Japan
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- cooling
- electric motor
- refrigerator
- circuit
- magnetic field
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 超伝導磁石装置の外部磁界の影響を受けずに
安定して極低温冷却装置を運転すること。 【解決手段】 極低温冷却装置内で使用する電動機の回
転軸方向を、超伝導磁石装置から発生する外部磁界の方
向に対して略同軸方向となるように艤装配置したこと。
安定して極低温冷却装置を運転すること。 【解決手段】 極低温冷却装置内で使用する電動機の回
転軸方向を、超伝導磁石装置から発生する外部磁界の方
向に対して略同軸方向となるように艤装配置したこと。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超伝導磁石装置に
付随する極低温冷却装置に関する。この極低温冷却装置
は、例えば超伝導式磁気浮上鉄道の車輌（リニアモータ
ーカー）に車載された超伝導磁石装置を冷却する車輌用
極低温冷却装置として適用できる。
付随する極低温冷却装置に関する。この極低温冷却装置
は、例えば超伝導式磁気浮上鉄道の車輌（リニアモータ
ーカー）に車載された超伝導磁石装置を冷却する車輌用
極低温冷却装置として適用できる。
【０００２】
【従来の技術】従来における超伝導式磁気浮上鉄道車輌
（リニアモーターカー）に車載される極低温冷却装置
は、特公平７−９２２８７号公報に示されるものがあ
る。このものについて、図５を用いて説明する。
（リニアモーターカー）に車載される極低温冷却装置
は、特公平７−９２２８７号公報に示されるものがあ
る。このものについて、図５を用いて説明する。
【０００３】図 において、１０１は車輌、１０２は車
内空間、１０３は椅子、１０４は台車、１０５−１、１
０５−２は車輌を推進−浮上させるための超伝導磁石装
置、１０６は冷凍機である。冷凍機１０６は、内部に作
動流体を有し、作動流体の圧縮変動と変位変動の位相差
に基づいて冷凍を発生させるものであり、発生された冷
凍は超伝導磁石装置１０５−１、１０５−２に供給さ
れ、超伝導磁石が冷却されて超伝導状態となる。
内空間、１０３は椅子、１０４は台車、１０５−１、１
０５−２は車輌を推進−浮上させるための超伝導磁石装
置、１０６は冷凍機である。冷凍機１０６は、内部に作
動流体を有し、作動流体の圧縮変動と変位変動の位相差
に基づいて冷凍を発生させるものであり、発生された冷
凍は超伝導磁石装置１０５−１、１０５−２に供給さ
れ、超伝導磁石が冷却されて超伝導状態となる。
【０００４】上記従来の極低温冷却装置の艤装配置の概
略図を図６に示す。
略図を図６に示す。
【０００５】図６において、１０７は冷凍機用電動機、
１０７ａは冷凍機用電動機１０７の回転軸、１０５−
１、１０５−２は車輌の両側に配置された超伝導磁石装
置、１０８は電動機の回転軸１０７ａに連結され超伝導
磁石装置１０５−１、１０５−２を冷却する冷凍機であ
る。又、超伝導磁石装置１０５−１、１０５−２は、そ
の周囲に強力な磁場を形成する。その磁界の方向は、図
６において符号Ａで示す矢印方向である。また、冷凍機
用電動機１０７の回転軸１０７ａの軸方向は、図６にお
いて符号Ｂで示す矢印方向である。従って、超伝導磁石
装置による外部磁界方向と冷凍機用電動機の回転軸方向
とでなす角θは約９０°（直角）である。
１０７ａは冷凍機用電動機１０７の回転軸、１０５−
１、１０５−２は車輌の両側に配置された超伝導磁石装
置、１０８は電動機の回転軸１０７ａに連結され超伝導
磁石装置１０５−１、１０５−２を冷却する冷凍機であ
る。又、超伝導磁石装置１０５−１、１０５−２は、そ
の周囲に強力な磁場を形成する。その磁界の方向は、図
６において符号Ａで示す矢印方向である。また、冷凍機
用電動機１０７の回転軸１０７ａの軸方向は、図６にお
いて符号Ｂで示す矢印方向である。従って、超伝導磁石
装置による外部磁界方向と冷凍機用電動機の回転軸方向
とでなす角θは約９０°（直角）である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の極低温冷却装置
は上記の如く構成されている。ここで、一般的な三相電
動機（以下、電動機と称する。）により生じる磁界と超
伝導磁石装置から発生する磁界との関係について、図
７、図８を用いて説明する。図７は、図６におけるＣ−
Ｃ断面から見た電動機の内部構造の概略図であり、図８
は電動機に三相交流電流（ｉA 、ｉB 、ｉC ）をかけた
場合の電動機の回転位置と回転磁界の方向を１す図であ
る。図７において、電動機は、その内部に回転子１０９
及び複数（この場合は３個）の固定子コイル１１０−１
〜１１０−３を有する。固定子コイル１１０−１〜１１
０−３は、その外側に配置された鉄芯１１１に彫り込ま
れた溝内にそれぞれその両端を埋め込む形で配置されて
いる。固定子で発生した磁界は回転子の中心部に向かっ
て流れて回転子に回転力を誘起させる構成であるため、
固定子で発生する磁界は回転子の回転軸芯方向に対して
常にほぼ直角方向（軸直角方向）に発生する。これは、
図７において符号Ｄで示す矢印で示してある。また、一
方、超伝導磁石装置から発生する外部磁界の方向は、図
７において符号Ａで示す矢印方向である。この外部磁界
の方向も、回転子の回転軸芯方向に対して直角方向（軸
直角方向）である。このように、電動機の内部磁界方向
と超伝導磁石装置の外部磁界方向とが一致すると、電動
機の内部磁界が乱される。図７に示される状態である
と、固定子コイル１１０−１〜１１０−３から発生する
磁界は、超伝導磁石装置から発生する磁界に強く影響を
受け、１回転（３６０°）回転する間に、図に示すよう
に内部磁界Ｄが外部磁界Ａによって増加されたり、減少
されたりして内部磁界強度が常に外部磁界により変動さ
せられてしまう。このような磁場変動により電動機の回
転力に対する抵抗力がかかる。そのため電動機は、この
外部磁界による抵抗力に打ち勝つだけの駆動電力を必要
とする。外部磁界の影響が弱い場合には電動機の駆動電
力を増加させることによりこの影響を解消できるが、外
部磁界の影響が非常に強くなると、それに打ち勝つだけ
の駆動電力が供給できず、過負荷となって電動機が焼き
つく、或いは安全電気ブレーカーがとんでしまう。
は上記の如く構成されている。ここで、一般的な三相電
動機（以下、電動機と称する。）により生じる磁界と超
伝導磁石装置から発生する磁界との関係について、図
７、図８を用いて説明する。図７は、図６におけるＣ−
Ｃ断面から見た電動機の内部構造の概略図であり、図８
は電動機に三相交流電流（ｉA 、ｉB 、ｉC ）をかけた
場合の電動機の回転位置と回転磁界の方向を１す図であ
る。図７において、電動機は、その内部に回転子１０９
及び複数（この場合は３個）の固定子コイル１１０−１
〜１１０−３を有する。固定子コイル１１０−１〜１１
０−３は、その外側に配置された鉄芯１１１に彫り込ま
れた溝内にそれぞれその両端を埋め込む形で配置されて
いる。固定子で発生した磁界は回転子の中心部に向かっ
て流れて回転子に回転力を誘起させる構成であるため、
固定子で発生する磁界は回転子の回転軸芯方向に対して
常にほぼ直角方向（軸直角方向）に発生する。これは、
図７において符号Ｄで示す矢印で示してある。また、一
方、超伝導磁石装置から発生する外部磁界の方向は、図
７において符号Ａで示す矢印方向である。この外部磁界
の方向も、回転子の回転軸芯方向に対して直角方向（軸
直角方向）である。このように、電動機の内部磁界方向
と超伝導磁石装置の外部磁界方向とが一致すると、電動
機の内部磁界が乱される。図７に示される状態である
と、固定子コイル１１０−１〜１１０−３から発生する
磁界は、超伝導磁石装置から発生する磁界に強く影響を
受け、１回転（３６０°）回転する間に、図に示すよう
に内部磁界Ｄが外部磁界Ａによって増加されたり、減少
されたりして内部磁界強度が常に外部磁界により変動さ
せられてしまう。このような磁場変動により電動機の回
転力に対する抵抗力がかかる。そのため電動機は、この
外部磁界による抵抗力に打ち勝つだけの駆動電力を必要
とする。外部磁界の影響が弱い場合には電動機の駆動電
力を増加させることによりこの影響を解消できるが、外
部磁界の影響が非常に強くなると、それに打ち勝つだけ
の駆動電力が供給できず、過負荷となって電動機が焼き
つく、或いは安全電気ブレーカーがとんでしまう。
【０００７】故に、本発明は、上記実情に鑑みてなされ
たものであり、電動機が外部磁界により影響を受けず、
安定して回転力を供給できることを技術的課題とするも
のである。
たものであり、電動機が外部磁界により影響を受けず、
安定して回転力を供給できることを技術的課題とするも
のである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記技術的課題を解決す
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
は、予冷冷凍機用電動機の回転軸に連結され前記冷凍機
用電動機により供給される回転運動を利用して冷凍を発
生する予冷冷凍機と、前記予冷冷凍機から発生する冷凍
により予冷された冷却媒体をジュールトムソン膨張させ
て極低温冷凍を発生するジュールトムソン回路中に配置
され、圧縮機用電動機の回転軸に連結して駆動すること
により前記冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記ジュール
トムソン回路から発生する極低温冷凍により超伝導状態
となる超伝導磁石装置と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮
機を冷却する冷却回路中に配置され、前記冷却回路が保
有する熱を外部に放熱する放熱器と、前記冷却回路中に
配置され、循環ポンプ用電動機の回転軸に連結して駆動
することにより前記冷却回路内の冷却媒体を循環させる
循環ポンプと、前記放熱器に対面し、ファン用電動機の
回転軸に連結して駆動することにより前記放熱器に送風
するファンとを有する極低温冷却装置において、前記少
なくとも１つの電動機の回転軸の配置方向は、前記超伝
導磁石装置から発生する外部磁界方向に対して略同軸方
向であることを特徴とする、極低温冷却装置としたこと
である。
るために、本発明の請求項１において講じた技術的手段
は、予冷冷凍機用電動機の回転軸に連結され前記冷凍機
用電動機により供給される回転運動を利用して冷凍を発
生する予冷冷凍機と、前記予冷冷凍機から発生する冷凍
により予冷された冷却媒体をジュールトムソン膨張させ
て極低温冷凍を発生するジュールトムソン回路中に配置
され、圧縮機用電動機の回転軸に連結して駆動すること
により前記冷却媒体を圧縮する圧縮機と、前記ジュール
トムソン回路から発生する極低温冷凍により超伝導状態
となる超伝導磁石装置と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮
機を冷却する冷却回路中に配置され、前記冷却回路が保
有する熱を外部に放熱する放熱器と、前記冷却回路中に
配置され、循環ポンプ用電動機の回転軸に連結して駆動
することにより前記冷却回路内の冷却媒体を循環させる
循環ポンプと、前記放熱器に対面し、ファン用電動機の
回転軸に連結して駆動することにより前記放熱器に送風
するファンとを有する極低温冷却装置において、前記少
なくとも１つの電動機の回転軸の配置方向は、前記超伝
導磁石装置から発生する外部磁界方向に対して略同軸方
向であることを特徴とする、極低温冷却装置としたこと
である。
【０００９】上記技術的手段によれば、超伝導磁石装置
から発生する磁界方向に対して電動機の回転軸の方向が
略同軸方向となるように電動機を配置した。従って、超
伝導磁石装置から発生する外部磁界方向は、電動機の回
転軸に対して略軸水平方向となり、軸直角方向とはなら
ない。このため電動機は外部磁界の影響を受けずに安定
して回転することができる。
から発生する磁界方向に対して電動機の回転軸の方向が
略同軸方向となるように電動機を配置した。従って、超
伝導磁石装置から発生する外部磁界方向は、電動機の回
転軸に対して略軸水平方向となり、軸直角方向とはなら
ない。このため電動機は外部磁界の影響を受けずに安定
して回転することができる。
【００１０】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項２において講じた技術的手段は、予冷冷凍機用
電動機と、前記予冷冷凍機用電動機の回転軸に連結され
前記冷凍機用電動機により供給される回転運動を利用し
て冷凍を発生する予冷冷凍機と、前記予冷冷凍機から発
生する冷凍により予冷された冷却媒体をジュールトムソ
ン膨張させて極低温冷凍を発生するジュールトムソン回
路と、圧縮機用電動機と、前記圧縮機用電動機の回転軸
に連結され前記ジュールトムソン回路内の冷却媒体を圧
縮する圧縮機と、前記ジュールトムソン回路から発生す
る極低温冷凍により超伝導状態となる超伝導磁石装置
と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却回路
と、循環ポンプ用電動機と、前記循環ポンプ用電動機の
回転軸に連結され前記冷却回路内の冷却媒体を循環させ
る循環ポンプと、前記冷却回路内に配置され前記冷却回
路が保有する熱を外部に放熱する放熱器と、ファン用電
動機と、前記放熱器に対面し前記ファン用電動機の回転
軸に連結され前記放熱器に送風するファンとを有する極
低温冷却装置において、前記少なくとも１つの電動機の
回転軸の軸方向と前記超伝導磁石装置から発生する外部
磁界方向とでなす角は、０°〜６０°であることを特徴
とする、極低温冷却装置としたことである。
の請求項２において講じた技術的手段は、予冷冷凍機用
電動機と、前記予冷冷凍機用電動機の回転軸に連結され
前記冷凍機用電動機により供給される回転運動を利用し
て冷凍を発生する予冷冷凍機と、前記予冷冷凍機から発
生する冷凍により予冷された冷却媒体をジュールトムソ
ン膨張させて極低温冷凍を発生するジュールトムソン回
路と、圧縮機用電動機と、前記圧縮機用電動機の回転軸
に連結され前記ジュールトムソン回路内の冷却媒体を圧
縮する圧縮機と、前記ジュールトムソン回路から発生す
る極低温冷凍により超伝導状態となる超伝導磁石装置
と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却回路
と、循環ポンプ用電動機と、前記循環ポンプ用電動機の
回転軸に連結され前記冷却回路内の冷却媒体を循環させ
る循環ポンプと、前記冷却回路内に配置され前記冷却回
路が保有する熱を外部に放熱する放熱器と、ファン用電
動機と、前記放熱器に対面し前記ファン用電動機の回転
軸に連結され前記放熱器に送風するファンとを有する極
低温冷却装置において、前記少なくとも１つの電動機の
回転軸の軸方向と前記超伝導磁石装置から発生する外部
磁界方向とでなす角は、０°〜６０°であることを特徴
とする、極低温冷却装置としたことである。
【００１１】上記技術的手段によれば、電動機の回転軸
は、超伝導磁石装置から発生する外部磁界方向に対して
０°から６０°の角度をもって配置されている。このよ
うな角度範囲とすることにより、電動機の内部で発生す
る磁界が超伝導磁石装置から発生する外部磁界により受
ける影響をかなり低減することができる。そのため電動
機の回転が外部磁界に影響されることはない。
は、超伝導磁石装置から発生する外部磁界方向に対して
０°から６０°の角度をもって配置されている。このよ
うな角度範囲とすることにより、電動機の内部で発生す
る磁界が超伝導磁石装置から発生する外部磁界により受
ける影響をかなり低減することができる。そのため電動
機の回転が外部磁界に影響されることはない。
【００１２】上記技術的課題を解決するために、本発明
の請求項３において講じた技術的手段は、予冷冷凍機用
電動機の回転軸に連結され前記冷凍機用電動機により供
給される回転運動を利用して冷凍を発生する予冷冷凍機
と、前記予冷冷凍機から発生する冷凍により予冷された
冷却媒体をジュールトムソン膨張させて極低温冷凍を発
生するジュールトムソン回路中に配置され、圧縮機用電
動機の回転軸に連結して駆動することにより前記冷却媒
体を圧縮する圧縮機と、前記ジュールトムソン回路から
発生する極低温冷凍により超伝導状態となる超伝導磁石
装置と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却
回路中に配置され、前記冷却回路が保有する熱を外部に
放熱する放熱器と、前記冷却回路中に配置され、循環ポ
ンプ用電動機の回転軸に連結して駆動することにより前
記冷却回路内の冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前
記放熱器に対面し、ファン用電動機の回転軸に連結して
駆動することにより前記放熱器に送風するファンとを有
する極低温冷却装置において、前記少なくとも１つの電
動機の回転軸方向と前記超伝導磁石装置から発生する外
部磁界方向とでなす角は、前記電動機の内部で発生する
内部磁界が前記超伝導磁石装置から発生する外部磁界の
影響を受けて電動機の回転力に抵抗力を与えた際に、前
記電動機の許容電力範囲内で前記抵抗力を解消可能であ
る角度範囲内である、極低温冷却装置としたことであ
る。
の請求項３において講じた技術的手段は、予冷冷凍機用
電動機の回転軸に連結され前記冷凍機用電動機により供
給される回転運動を利用して冷凍を発生する予冷冷凍機
と、前記予冷冷凍機から発生する冷凍により予冷された
冷却媒体をジュールトムソン膨張させて極低温冷凍を発
生するジュールトムソン回路中に配置され、圧縮機用電
動機の回転軸に連結して駆動することにより前記冷却媒
体を圧縮する圧縮機と、前記ジュールトムソン回路から
発生する極低温冷凍により超伝導状態となる超伝導磁石
装置と、前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却
回路中に配置され、前記冷却回路が保有する熱を外部に
放熱する放熱器と、前記冷却回路中に配置され、循環ポ
ンプ用電動機の回転軸に連結して駆動することにより前
記冷却回路内の冷却媒体を循環させる循環ポンプと、前
記放熱器に対面し、ファン用電動機の回転軸に連結して
駆動することにより前記放熱器に送風するファンとを有
する極低温冷却装置において、前記少なくとも１つの電
動機の回転軸方向と前記超伝導磁石装置から発生する外
部磁界方向とでなす角は、前記電動機の内部で発生する
内部磁界が前記超伝導磁石装置から発生する外部磁界の
影響を受けて電動機の回転力に抵抗力を与えた際に、前
記電動機の許容電力範囲内で前記抵抗力を解消可能であ
る角度範囲内である、極低温冷却装置としたことであ
る。
【００１３】超伝導磁石装置から発生する外部磁界の方
向が電動機の回転軸に対して軸直角方向でない場合、電
動機の内部磁界強度は少なからず外部磁界の影響を受け
る。しかし、電動機の回転軸方向と外部磁界の方向との
なす角がある一定範囲内であれば、外部磁界に基づく抵
抗力は電動機の所要電力を増加させることで打ち消すこ
とが可能である。このため電動機の内部磁界は外部磁界
により乱されてはいるが、電動機の回転に影響を及ぼす
ことはない。尚、一定範囲内のなす角は、外部磁界の強
さ、使用する電動機の許容電力により種々変化するもの
である。
向が電動機の回転軸に対して軸直角方向でない場合、電
動機の内部磁界強度は少なからず外部磁界の影響を受け
る。しかし、電動機の回転軸方向と外部磁界の方向との
なす角がある一定範囲内であれば、外部磁界に基づく抵
抗力は電動機の所要電力を増加させることで打ち消すこ
とが可能である。このため電動機の内部磁界は外部磁界
により乱されてはいるが、電動機の回転に影響を及ぼす
ことはない。尚、一定範囲内のなす角は、外部磁界の強
さ、使用する電動機の許容電力により種々変化するもの
である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。
面に基づいて説明する。
【００１５】（実施形態例１）図１は、本発明の一実施
形態例における、極低温冷却装置２０の艤装配置の概略
図である。図において、予冷冷凍器用電動機１、１’は
その回転軸として１ａ、１’ａを有しており、回転軸１
ａ、１’ａはそれぞれ予冷冷凍機２、２’に連結してい
る。予冷冷凍機２、２’はそれぞれ導管３、３’によっ
て超伝導磁石装置４、４’に連結している。５は圧縮機
用電動機であり、その回転軸５ａに圧縮機６が連結され
ている。圧縮機６は、ＪＴ（ジュールトムソン、以下同
じ）弁７、７’を含むジュールトムソン回路８、８’
（図１において、点線で示す。）の一部に介装され、ジ
ュールトムソン回路８、８’の内部に封入されているヘ
リウム等の冷却作動媒体を供給し、また加熱された冷却
媒体を吸入する役割を果たす。９は循環ポンプ内蔵型の
冷却水循環ポンプ用電動機であり、その回転軸９ａの回
転により循環ポンプが駆動する。冷却水循環ポンプ用電
動機９は、ポンプが内蔵された構成であるため、それ自
身が冷却回路１０（図１において、２点鎖線で示す。）
の一部に介装される。冷却回路１０は、冷凍機２、
２’、圧縮機６を冷却するための回路である。１１、１
１’は空冷ファンモータであり、その回転軸１１ａ、１
１’ａにファン１２、１２’が連結されている。ファン
１２、１２’は、それぞれに対面したラジエタ１３、１
３’を冷却するためのものであり、ラジエタ１３、１
３’は冷却回路１０の一部に介装される。１４は台車で
ある。台車１４は、超伝導磁石装置４、４’を固定支持
する固定部１４ａ、１４’ａ、固定部１４ａと１４’ａ
とを連結し、前記した各部品（冷凍機、圧縮機、冷却水
循環ポンプ、ファンモータ）を艤装する艤装部１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆからなる。１４ｂはフ
ァンモータ１１’を、１４ｃは予冷冷凍機２’及び予冷
冷凍機用電動機１’を、１４ｄは圧縮機６及び圧縮機用
電動機５を、１４ｅはポンプ内蔵型の冷却水循環ポンプ
用電動機９及び予冷冷凍機２及び予冷冷凍機用電動機１
を、１４ｆはファンモータ１１を、それぞれ艤装してい
る。
形態例における、極低温冷却装置２０の艤装配置の概略
図である。図において、予冷冷凍器用電動機１、１’は
その回転軸として１ａ、１’ａを有しており、回転軸１
ａ、１’ａはそれぞれ予冷冷凍機２、２’に連結してい
る。予冷冷凍機２、２’はそれぞれ導管３、３’によっ
て超伝導磁石装置４、４’に連結している。５は圧縮機
用電動機であり、その回転軸５ａに圧縮機６が連結され
ている。圧縮機６は、ＪＴ（ジュールトムソン、以下同
じ）弁７、７’を含むジュールトムソン回路８、８’
（図１において、点線で示す。）の一部に介装され、ジ
ュールトムソン回路８、８’の内部に封入されているヘ
リウム等の冷却作動媒体を供給し、また加熱された冷却
媒体を吸入する役割を果たす。９は循環ポンプ内蔵型の
冷却水循環ポンプ用電動機であり、その回転軸９ａの回
転により循環ポンプが駆動する。冷却水循環ポンプ用電
動機９は、ポンプが内蔵された構成であるため、それ自
身が冷却回路１０（図１において、２点鎖線で示す。）
の一部に介装される。冷却回路１０は、冷凍機２、
２’、圧縮機６を冷却するための回路である。１１、１
１’は空冷ファンモータであり、その回転軸１１ａ、１
１’ａにファン１２、１２’が連結されている。ファン
１２、１２’は、それぞれに対面したラジエタ１３、１
３’を冷却するためのものであり、ラジエタ１３、１
３’は冷却回路１０の一部に介装される。１４は台車で
ある。台車１４は、超伝導磁石装置４、４’を固定支持
する固定部１４ａ、１４’ａ、固定部１４ａと１４’ａ
とを連結し、前記した各部品（冷凍機、圧縮機、冷却水
循環ポンプ、ファンモータ）を艤装する艤装部１４ｂ，
１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆからなる。１４ｂはフ
ァンモータ１１’を、１４ｃは予冷冷凍機２’及び予冷
冷凍機用電動機１’を、１４ｄは圧縮機６及び圧縮機用
電動機５を、１４ｅはポンプ内蔵型の冷却水循環ポンプ
用電動機９及び予冷冷凍機２及び予冷冷凍機用電動機１
を、１４ｆはファンモータ１１を、それぞれ艤装してい
る。
【００１６】上記した各電動機、即ち予冷冷凍機用電動
機１、１’、圧縮機用電動機５、循環ポンプ用電動機
９、ファン用電動機１１、１１’のそれぞれの回転軸
は、図１より明らかなように、図示上下方向になるよう
に配置されている。
機１、１’、圧縮機用電動機５、循環ポンプ用電動機
９、ファン用電動機１１、１１’のそれぞれの回転軸
は、図１より明らかなように、図示上下方向になるよう
に配置されている。
【００１７】上記のように構成された極低温冷凍装置に
おいて、まずその動作について説明する。
おいて、まずその動作について説明する。
【００１８】予冷冷凍機用電動機１、１’が駆動し、そ
の回転力が予冷冷凍機２、２’に伝達され、予冷冷凍機
２、２’が冷凍を発生する。冷凍の発生方法は、一般的
に、圧縮室を形成する圧縮ピストン及び膨張室を形成す
るディスプレーサを備え、作動媒体の圧縮工程と膨張工
程とに位相差をつけてピストン及びディスプレーサを往
復駆動させることにより、スターリングサイクルを構成
し、これにより冷凍を取り出す方法が用いられる。この
ようにして発生した冷凍は、ジュールトムソン回路８、
８’内のヘリウム等の冷却媒体に受け渡される。ジュー
ルトムソン回路８、８’は、圧縮機６から予冷冷凍機
２、２’の低温発生部を通過し、ＪＴ弁７、７’を介し
て超伝導磁石装置４、４’に入り、再び予冷冷凍機２、
２’を経由して圧縮機６に戻る回路構成である。従っ
て、予冷冷凍機２、２’を通過した後のジュールトムソ
ン回路内の冷却媒体の温度はほぼ５Ｋ程度の低温とな
り、その後ＪＴ弁７、７’により膨張してさらに温度降
下し、最終的に約４Ｋとなり、超伝導磁石装置４、４’
を冷却する。
の回転力が予冷冷凍機２、２’に伝達され、予冷冷凍機
２、２’が冷凍を発生する。冷凍の発生方法は、一般的
に、圧縮室を形成する圧縮ピストン及び膨張室を形成す
るディスプレーサを備え、作動媒体の圧縮工程と膨張工
程とに位相差をつけてピストン及びディスプレーサを往
復駆動させることにより、スターリングサイクルを構成
し、これにより冷凍を取り出す方法が用いられる。この
ようにして発生した冷凍は、ジュールトムソン回路８、
８’内のヘリウム等の冷却媒体に受け渡される。ジュー
ルトムソン回路８、８’は、圧縮機６から予冷冷凍機
２、２’の低温発生部を通過し、ＪＴ弁７、７’を介し
て超伝導磁石装置４、４’に入り、再び予冷冷凍機２、
２’を経由して圧縮機６に戻る回路構成である。従っ
て、予冷冷凍機２、２’を通過した後のジュールトムソ
ン回路内の冷却媒体の温度はほぼ５Ｋ程度の低温とな
り、その後ＪＴ弁７、７’により膨張してさらに温度降
下し、最終的に約４Ｋとなり、超伝導磁石装置４、４’
を冷却する。
【００１９】冷却回路１０は、循環ポンプ内蔵型の循環
ポンプ用電動機９から各予冷冷凍機、圧縮機を経由して
戻る構成となっている。冷却回路１０の途中には、ラジ
エタ１３、１３’が介装されており、ラジエタ１３、１
３’に対面した位置にあるファン１２、１２’により送
風され、冷却回路１０内の熱を外部に放出する。
ポンプ用電動機９から各予冷冷凍機、圧縮機を経由して
戻る構成となっている。冷却回路１０の途中には、ラジ
エタ１３、１３’が介装されており、ラジエタ１３、１
３’に対面した位置にあるファン１２、１２’により送
風され、冷却回路１０内の熱を外部に放出する。
【００２０】上記動作を連続的に行うことにより、超伝
導磁石装置４、４’の超伝導状態が維持される。
導磁石装置４、４’の超伝導状態が維持される。
【００２１】このような極低温冷却装置において、超伝
導磁石装置４、４’の付近には、強力な磁界が発生す
る。発生した外部磁界の方向は、図１の４ａで示す矢印
方向であり、各電動機の回転軸に対して同軸方向（軸水
平方向）である。このように、超伝導磁石装置から発生
する外部磁界の方向に対して同軸方向（軸水平方向）に
なるように各電動機の回転軸を配置することにより、外
部磁界の軸直角方向成分をほぼ０にすることができる。
外部磁界が各電動機の磁界を乱すのは、外部磁界が電動
機の回転軸の軸直角方向から進入してくる場合であるの
で、本実施形態においては、各電動機が外部磁界の影響
を受けることはなく、各電動機は外部磁界に回転を阻害
されることなく、安定して回転することができる。
導磁石装置４、４’の付近には、強力な磁界が発生す
る。発生した外部磁界の方向は、図１の４ａで示す矢印
方向であり、各電動機の回転軸に対して同軸方向（軸水
平方向）である。このように、超伝導磁石装置から発生
する外部磁界の方向に対して同軸方向（軸水平方向）に
なるように各電動機の回転軸を配置することにより、外
部磁界の軸直角方向成分をほぼ０にすることができる。
外部磁界が各電動機の磁界を乱すのは、外部磁界が電動
機の回転軸の軸直角方向から進入してくる場合であるの
で、本実施形態においては、各電動機が外部磁界の影響
を受けることはなく、各電動機は外部磁界に回転を阻害
されることなく、安定して回転することができる。
【００２２】図２、図３は、超伝導磁石装置等から発生
する外部磁界強度の変化による電動機の所要電力の変化
を示したグラフである。図２は、上記実施形態例に示し
た通りの、外部磁界方向と電動機の回転軸の軸方向とが
同軸方向であるように電動機を配置した場合のものであ
り、図３は、従来技術のように、外部磁界方向と電動機
の回転軸の軸方向とが軸直角方向であるように電動機を
配置した場合のものである。これより、図３の場合、即
ち従来のように電動機の回転軸に対して外部磁界が軸直
角方向に進入している場合は、外部磁界強度が大きくな
るにつれて電動機の所要電力が大きくなっていることが
わかる。これは、上記したように、外部磁界が電動機の
内部磁界を乱すために余分な負荷が電動機にかかり、そ
のため所定の回転力を得るために電動機の所要電力が増
加するために起こるものである。一方、図２の場合、即
ち本実施形態のように電動機の回転軸に対して外部磁界
が軸水平方向に進入している場合は、外部磁界強度が大
きくなっても電動機の所要電力はほぼ一定である。従っ
て、外部磁界強度がいくら大きいものでも、電動機の回
転運動に影響することはない。
する外部磁界強度の変化による電動機の所要電力の変化
を示したグラフである。図２は、上記実施形態例に示し
た通りの、外部磁界方向と電動機の回転軸の軸方向とが
同軸方向であるように電動機を配置した場合のものであ
り、図３は、従来技術のように、外部磁界方向と電動機
の回転軸の軸方向とが軸直角方向であるように電動機を
配置した場合のものである。これより、図３の場合、即
ち従来のように電動機の回転軸に対して外部磁界が軸直
角方向に進入している場合は、外部磁界強度が大きくな
るにつれて電動機の所要電力が大きくなっていることが
わかる。これは、上記したように、外部磁界が電動機の
内部磁界を乱すために余分な負荷が電動機にかかり、そ
のため所定の回転力を得るために電動機の所要電力が増
加するために起こるものである。一方、図２の場合、即
ち本実施形態のように電動機の回転軸に対して外部磁界
が軸水平方向に進入している場合は、外部磁界強度が大
きくなっても電動機の所要電力はほぼ一定である。従っ
て、外部磁界強度がいくら大きいものでも、電動機の回
転運動に影響することはない。
【００２３】（実施形態例２）図４は、本発明におけ
る、他の実施形態例を示す極低温冷凍装置の艤装配置の
概略図である。図において、１４は電動機、１４ａは電
動機の回転軸である。
る、他の実施形態例を示す極低温冷凍装置の艤装配置の
概略図である。図において、１４は電動機、１４ａは電
動機の回転軸である。
【００２４】上記のように構成された極低温冷凍装置に
おいては、電動機の回転軸は超伝導磁石装置から発生し
た外部磁界の方向２ａとある角度θをもって艤装配置さ
れている。そのため超伝導磁石から発生した外部磁界の
方向成分は、同軸方向成分と軸直角方向成分とに分解さ
れる。電動機の回転に影響を及ぼすものは、外部磁界の
軸直角方向成分であるため、角度θが０°以外の場合
は、外部磁界により電動機の磁界が少なからず乱される
ことになる。しかし、外部磁界の影響による電動機の所
要電力の上昇が、電動機の許容電力の範囲内であれば、
電動機の回転自体に影響は及ぼさない。通常の電動機を
使用する場合、角度θが６０°以内であれば電動機の軸
直角方向にながれる磁界は許容範囲内に収まり、電動機
の回転軸は過負荷なく回転する。このように、本実施形
態によれば、電動機の許容電力範囲内で任意に配置角度
を設定可能なため、電動機が外部磁界に影響されずに回
転するばかりでなく、さらに電動機の配置の自由度が増
すという効果も有する。
おいては、電動機の回転軸は超伝導磁石装置から発生し
た外部磁界の方向２ａとある角度θをもって艤装配置さ
れている。そのため超伝導磁石から発生した外部磁界の
方向成分は、同軸方向成分と軸直角方向成分とに分解さ
れる。電動機の回転に影響を及ぼすものは、外部磁界の
軸直角方向成分であるため、角度θが０°以外の場合
は、外部磁界により電動機の磁界が少なからず乱される
ことになる。しかし、外部磁界の影響による電動機の所
要電力の上昇が、電動機の許容電力の範囲内であれば、
電動機の回転自体に影響は及ぼさない。通常の電動機を
使用する場合、角度θが６０°以内であれば電動機の軸
直角方向にながれる磁界は許容範囲内に収まり、電動機
の回転軸は過負荷なく回転する。このように、本実施形
態によれば、電動機の許容電力範囲内で任意に配置角度
を設定可能なため、電動機が外部磁界に影響されずに回
転するばかりでなく、さらに電動機の配置の自由度が増
すという効果も有する。
【００２５】尚、本実施形態において示した電動機１４
及びその回転軸１４ａは、本発明における、予冷冷凍機
用電動機、圧縮機用電動機、循環ポンプ用電動機、ファ
ン用電動機を含むことは言うまでもない。
及びその回転軸１４ａは、本発明における、予冷冷凍機
用電動機、圧縮機用電動機、循環ポンプ用電動機、ファ
ン用電動機を含むことは言うまでもない。
【００２６】以上、本発明の実施形態について説明した
が、これらに限定されることはなく、例えば外部磁界に
最も影響される電動機についてのみ、その電動機の回転
軸を外部磁界方向と同軸方向にするなど、適宜必要部分
についてのみ本発明の技術を行うこととしてもよい。
が、これらに限定されることはなく、例えば外部磁界に
最も影響される電動機についてのみ、その電動機の回転
軸を外部磁界方向と同軸方向にするなど、適宜必要部分
についてのみ本発明の技術を行うこととしてもよい。
【００２７】
【発明の効果】請求項１の発明は、以下の如く効果を有
する。
する。
【００２８】電動機の回転軸を、超伝導磁石装置から発
生する外部磁界方向に対して同軸方向に艤装配置した。
これにより、電動機の内部の磁界が超伝導磁石装置から
発生する外部磁界によって殆ど乱されることがなく、電
動機の過負荷の防止、電動機の所要電力の増加の防止が
達成される。また、外部磁界の影響を防止するための磁
気遮蔽手段も不必要であり、安定した高効率で高性能の
極低温冷却装置とすることができる。
生する外部磁界方向に対して同軸方向に艤装配置した。
これにより、電動機の内部の磁界が超伝導磁石装置から
発生する外部磁界によって殆ど乱されることがなく、電
動機の過負荷の防止、電動機の所要電力の増加の防止が
達成される。また、外部磁界の影響を防止するための磁
気遮蔽手段も不必要であり、安定した高効率で高性能の
極低温冷却装置とすることができる。
【００２９】請求項２の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００３０】電動機の回転軸を、超伝導磁石装置から発
生する外部磁界方向に対して０°〜６０°の角度範囲内
となるように艤装配置した。このように配置することに
より、外部磁界により電動機が受ける回転抵抗を低下さ
せることができ、電動機の有する許容電力範囲内で安定
して電動機を運転させることができる。また、外部磁界
方向に対して０°〜６０°の角度範囲内で自由に電動機
を艤装配置することができるので、配置設計の自由度が
増加する。
生する外部磁界方向に対して０°〜６０°の角度範囲内
となるように艤装配置した。このように配置することに
より、外部磁界により電動機が受ける回転抵抗を低下さ
せることができ、電動機の有する許容電力範囲内で安定
して電動機を運転させることができる。また、外部磁界
方向に対して０°〜６０°の角度範囲内で自由に電動機
を艤装配置することができるので、配置設計の自由度が
増加する。
【００３１】請求項３の発明は、以下の如く効果を有す
る。
る。
【００３２】電動機の回転軸を、超伝導磁石装置から発
生する外部磁界方向に対し、電動機が外部磁界の影響を
受けてその回転力に抵抗がかかる際に電動機の許容電力
の範囲内でかかった抵抗を解消できる角度範囲内におい
て艤装配置した。外部磁界が電動機の回転に及ぼす抵抗
力は、電動機の回転軸と外部磁界方向とでなす角が大き
くなるほど大きくなる。従って、予め外部磁界と電動機
の回転軸とでなす角と、そのときの電動機の所要電力と
の関係を調査しておけば、電動機の所要電力が許容電力
の範囲内に収まる角度範囲内において、電動機を艤装配
置させればよい。これにより、安定して電動機を回転さ
せることができ、かつこのように設定した角度範囲内で
自由に電動機を艤装配置することができ、配置設計の自
由度が増加する。
生する外部磁界方向に対し、電動機が外部磁界の影響を
受けてその回転力に抵抗がかかる際に電動機の許容電力
の範囲内でかかった抵抗を解消できる角度範囲内におい
て艤装配置した。外部磁界が電動機の回転に及ぼす抵抗
力は、電動機の回転軸と外部磁界方向とでなす角が大き
くなるほど大きくなる。従って、予め外部磁界と電動機
の回転軸とでなす角と、そのときの電動機の所要電力と
の関係を調査しておけば、電動機の所要電力が許容電力
の範囲内に収まる角度範囲内において、電動機を艤装配
置させればよい。これにより、安定して電動機を回転さ
せることができ、かつこのように設定した角度範囲内で
自由に電動機を艤装配置することができ、配置設計の自
由度が増加する。
【図１】本発明の第１実施形態における、極低温冷却装
置の艤装配置の概略図である。
置の艤装配置の概略図である。
【図２】本発明の第１実施形態における、電動機の所要
電力と外部磁界強度との関係を示すグラフである。
電力と外部磁界強度との関係を示すグラフである。
【図３】図２のグラフと比較するものであり、従来の艤
装配置における、電動機の所要電力と外部磁界強度との
関係を示すグラフである。
装配置における、電動機の所要電力と外部磁界強度との
関係を示すグラフである。
【図４】本発明の第２実施形態における、電動機の配置
と外部磁界の方向とを示す概略図である。
と外部磁界の方向とを示す概略図である。
【図５】極低温冷却装置を車輌に搭載したときの正面図
である。
である。
【図６】従来の極低温冷却装置において、冷凍機の艤装
配置を示した概略図である。
配置を示した概略図である。
【図７】電動機の内部断面を示す概略図である。
【図８】電動機の内部磁界と外部磁界との関係を示す図
である。
である。
１、１’ 予冷冷凍機用電動機 ２、２’ 予冷冷凍機 ３、３’ 導管 ４、４’ 超伝導磁石装置 ５ 圧縮機用電動機 ６ 圧縮機 ７、７’ ＪＴ弁 ８、８’ ジュールトムソン回路 ９ 循環ポンプ内蔵型の循環ポンプ用電動機 １０ 冷却回路 １１、１１’ ファン用電動機 １２、１２’ ファン １３、１３’ ラジエタ １４ 台車 ２０ 極低温冷却装置
Claims (3)
- 【請求項１】 予冷冷凍機用電動機と、前記予冷冷凍機
用電動機の回転軸に連結され前記冷凍機用電動機により
供給される回転運動を利用して冷凍を発生する予冷冷凍
機と、 前記予冷冷凍機から発生する冷凍により予冷された冷却
媒体をジュールトムソン膨張させて極低温冷凍を発生す
るジュールトムソン回路と、 圧縮機用電動機と、前記圧縮機用電動機の回転軸に連結
され前記ジュールトムソン回路内の冷却媒体を圧縮する
圧縮機と、 前記ジュールトムソン回路から発生する極低温冷凍によ
り超伝導状態となる超伝導磁石装置と、 前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却回路と、 循環ポンプ用電動機と、前記循環ポンプ用電動機の回転
軸に連結され前記冷却回路内の冷却媒体を循環させる循
環ポンプと、 前記冷却回路内に配置され前記冷却回路が保有する熱を
外部に放熱する放熱器と、 ファン用電動機と、前記放熱器に対面し前記ファン用電
動機の回転軸に連結され前記放熱器に送風するファンと
を有する極低温冷却装置において、 前記少なくとも１つの電動機の回転軸の軸方向は、前記
超伝導磁石装置から発生する外部磁界方向に対して略同
軸方向であることを特徴とする、極低温冷却装置。 - 【請求項２】 予冷冷凍機用電動機と、前記予冷冷凍機
用電動機の回転軸に連結され前記冷凍機用電動機により
供給される回転運動を利用して冷凍を発生する予冷冷凍
機と、 前記予冷冷凍機から発生する冷凍により予冷された冷却
媒体をジュールトムソン膨張させて極低温冷凍を発生す
るジュールトムソン回路と、 圧縮機用電動機と、前記圧縮機用電動機の回転軸に連結
され前記ジュールトムソン回路内の冷却媒体を圧縮する
圧縮機と、 前記ジュールトムソン回路から発生する極低温冷凍によ
り超伝導状態となる超伝導磁石装置と、 前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却回路と、 循環ポンプ用電動機と、前記循環ポンプ用電動機の回転
軸に連結され前記冷却回路内の冷却媒体を循環させる循
環ポンプと、 前記冷却回路内に配置され前記冷却回路が保有する熱を
外部に放熱する放熱器と、 ファン用電動機と、前記放熱器に対面し前記ファン用電
動機の回転軸に連結され前記放熱器に送風するファンと
を有する極低温冷却装置において、 前記少なくとも１つの電動機の回転軸の軸方向と前記超
伝導磁石装置から発生する外部磁界方向とでなす角は、
０°〜６０°であることを特徴とする、極低温冷却装
置。 - 【請求項３】 予冷冷凍機用電動機と、前記予冷冷凍機
用電動機の回転軸に連結され前記冷凍機用電動機により
供給される回転運動を利用して冷凍を発生する予冷冷凍
機と、 前記予冷冷凍機から発生する冷凍により予冷された冷却
媒体をジュールトムソン膨張させて極低温冷凍を発生す
るジュールトムソン回路と、 圧縮機用電動機と、前記圧縮機用電動機の回転軸に連結
され前記ジュールトムソン回路内の冷却媒体を圧縮する
圧縮機と、 前記ジュールトムソン回路から発生する極低温冷凍によ
り超伝導状態となる超伝導磁石装置と、 前記予冷冷凍機及び前記圧縮機を冷却する冷却回路と、 循環ポンプ用電動機と、前記循環ポンプ用電動機の回転
軸に連結され前記冷却回路内の冷却媒体を循環させる循
環ポンプと、 前記冷却回路内に配置され前記冷却回路が保有する熱を
外部に放熱する放熱器と、 ファン用電動機と、前記放熱器に対面し前記ファン用電
動機の回転軸に連結され前記放熱器に送風するファンと
を有する極低温冷却装置において、 前記少なくとも１つの電動機の回転軸方向と前記超伝導
磁石装置から発生する外部磁界方向とでなす角は、前記
電動機の内部で発生する内部磁界が前記超伝導磁石装置
から発生する外部磁界の影響を受けて電動機の回転力に
抵抗力を与えた際に、前記電動機の許容電力範囲内で前
記抵抗力を解消可能である角度範囲内である、極低温冷
却装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33959195A JP3653836B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 極低温冷却装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33959195A JP3653836B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 極低温冷却装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09178280A true JPH09178280A (ja) | 1997-07-11 |
| JP3653836B2 JP3653836B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=18328932
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33959195A Expired - Fee Related JP3653836B2 (ja) | 1995-12-26 | 1995-12-26 | 極低温冷却装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3653836B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002712A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷式冷凍機の駆動制御装置 |
| WO2014061893A1 (ko) * | 2012-10-18 | 2014-04-24 | 제주대학교 산학협력단 | 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프 |
-
1995
- 1995-12-26 JP JP33959195A patent/JP3653836B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008002712A (ja) * | 2006-06-20 | 2008-01-10 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 蓄冷式冷凍機の駆動制御装置 |
| WO2014061893A1 (ko) * | 2012-10-18 | 2014-04-24 | 제주대학교 산학협력단 | 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프 |
| KR101441875B1 (ko) * | 2012-10-18 | 2014-09-19 | 제주대학교 산학협력단 | 극저온 냉매 강제순환용 초전도 극저온 펌프 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3653836B2 (ja) | 2005-06-02 |
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