JPH11121223A - 超電導磁石装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】内槽容器の振動に伴なう構成部材間（超電導コ
イル、スペーサ、固定金具間）の接触面でのすべり摩擦
熱の発生を大幅に低減すること。 【解決手段】超電導コイル５を冷却材と共に収納して低
温状態に保持する内槽容器６の基本断面形状が、超電導
コイル５を励磁した際に発生する電磁力が作用する面を
曲線とし、かつ超電導コイル５の巻線中心付近の側面部
を直線とするような、曲線区間と直線区間との組合せか
らなる構成とし、曲線区間と直線区間との接続点17が、
超電導コイル５の巻線部端部よりも巻線中心に近くなる
位置とし、内槽容器６の側面部の直線区間に沿って、内
槽容器６と固定金具13との間、固定金具13とスペーサ14
との間、およびスペーサ14と超電導コイル５との間の各
構成部材間に、内槽容器６が振動する場合においても構
造的に構成部材相互が接触しない程度の隙間16を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば磁気浮上式
鉄道用車両（リニアモーターカー）の浮上、案内、推進
用の超電導磁石装置およびその製造方法に係り、特に車
両走行時の発熱を大幅に低減できる超電導コイル内槽容
器構造を有する超電導磁石装置およびその製造方法に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、磁気浮上式鉄道の走行駆動シス
テムは、例えば図７に断面図を示すように、車両の台車
１に搭載した浮上・案内・推進用の超電導磁石装置２に
対向して、断面Ｕ字形のガイドウェイ３に設置した地上
コイル４に、車両の走行速度に見合った周波数で交流通
電を行ない、車両を走行させる。

【０００３】この時、浮上・推進力の他に、地上コイル
４のピッチと走行速度によって決まる高調波の電磁変動
が、超電導磁石装置２に加わる。一方、超電導磁石装置
２は、例えば図８に部分詳細矢視図を示すように、低温
状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻き回した後、
線間をエポキシ樹脂等の樹脂で含浸した超電導コイル５
を収納している内槽容器６と、超電導コイル５を低温状
態に保持させる冷却材の冷却材補給タンク７と、外部か
らの輻射による熱侵入と電磁力を抑えるための輻射シー
ルド板８と、これら内槽容器６、冷却材補給タンク７、
輻射シールド板８を収納し、かつ断熱状態を保持するた
めに内部を真空状態としている外槽容器９とから構成さ
れ、車体１０の下部の台車１の両側に、支持筒１１によ
り取付けられている。

【０００４】また、冷却材補給タンク７には、補給ポー
ト、車上配管が連結されており、さらに輻射シールド板
８には、冷却用の液体窒素を流す輻射シールド板用冷却
管が設けられている。

【０００５】さらに、超電導磁石装置２の内槽容器６の
内部は、例えば図９に平面図を示すように、超電導コイ
ル５を低温状態に保持するため、その外表面周囲に冷媒
が流通できるような空間が確保され、超電導コイル５と
内槽容器６との中間には、超電導コイル５を拘束し、励
磁した時に発生する電磁力に対して充分な機械的な強度
を有する固定金具１３と、アルミニウム、アルミニウム
合金、銅、銅合金等の熱伝導性が良好なスペーサ１４と
から構成される支持部材が、超電導コイル５の周囲に一
定の間隔をおいて、分割して設置されている。

【０００６】なお、固定金具１３には、冷媒が流通する
のに支障がないように貫通孔が複数開けられている。ま
た、内槽容器６の内部は、冷却時に生ずる、内槽容器６
と超電導コイル５の構成部材の材料特性に応じた熱収縮
差を、構造的に確実に逃げる必要があるため、内槽容器
６と固定金具１３との間、固定金具１３とスペーサ１４
との間、スペーサ１４と超電導コイル５との間の各構成
部材間は、すべりを許容する構成になっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】さて、磁気浮上式鉄道
の走行駆動システムは、車両の台車１に搭載した浮上・
案内・推進用の超電導磁石装置２に対向して、断面Ｕ字
形のガイドウェイ３に設置した地上コイル４に、車両の
走行速度に見合った周波数で交流通電を行ない、車両を
走行させるものである。

【０００８】この時、浮上・推進力の他に、地上コイル
４のピッチと走行速度とによって決まる高調波の電磁変
動が、超電導磁石装置２に加わる。そのため、超電導コ
イル５が収納される内槽容器６が、その固有値付近の速
度域で走行する（共振周波数帯で加振される）場合に
は、曲げやねじりの変形が顕著となり、内槽容器６に収
納される超電導コイル５と固定金具１３との接触面で、
相対的なすべり挙動が発生する。

【０００９】このように、超電導コイル５と固定金具１
３との接触面にすべり挙動が生ずると、そのすべり量
ｌ、摩擦係数μ、固定（締付け）力Ｆの積で表わされる
機械的なすべり摩擦熱ΔＱが発生する。 ΔＱ＝μ・Ｆ・ｌ ところで、通常、超電導コイル５と固定金具１３との間
には、内槽容器６の組立て時の寸法を調整するスペーサ
１４が設置されており、この摩擦熱ΔＱは、主としてこ
のスペーサ１４周辺の接触面１５で発生することから、
スペーサ１４（発熱部）付近の超電導コイル５の温度上
昇を抑制する必要があるため、スペーサ１４の材料とし
ては、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等
の低温でも熱伝導性の良好なものが採用されている。

【００１０】しかしながら、スペーサ１４に熱伝導性の
良好な部材を採用することで、超電導コイル５の振動に
伴なう摩擦熱ΔＱによる含浸コイルの温度上昇を抑制し
て、コイルクエンチに至る振動限界を大幅に向上するこ
とができるものの、機械的なすべり摩擦熱を本質的に低
減することにはならない。

【００１１】このすべり摩擦熱ΔＱは、冷却材の蒸発量
を増加させるもので、振動が急激に大きくなり、冷凍機
の液化能力を超過する摩擦熱が発生する場合には、超電
導磁石装置２の冷凍機の液化特性の安定性が損なわれる
ことになる。

【００１２】しかしながら、摩擦熱ΔＱを引き起こす内
槽容器６の共振現象等による振動挙動は、超電導磁石装
置２の電磁気現象に関する構造に起因する本質的なもの
で、最近の研究によれば、その振動の大きさは、数ミク
ロンのオーダーであり、この振動をゼロにすることは困
難であると考えられている。

【００１３】従って、すべり摩擦熱ΔＱを低減するため
には、超電導コイル５を冷却、励磁した場合でも、１金
具当たり、数ｔｏｎｆ程度の大きさの固定（締付け）力
Ｆを確保すると共に、接触面の摩擦係数μをできるだけ
小さくすることが必要である。

【００１４】このようなことから、内槽容器６の断面構
成としては、超電導コイル５の巻線中心を対象とする円
形にすることが理想であるが、かかる構成では、地上コ
イル４と超電導コイル５の中心間距離が大きくなり、超
電導コイル５の起磁力を大きくしなければならなくな
り、超電導磁石装置２の構成上の制約から採用すること
ができない。

【００１５】そこで、内槽容器６の断面構成としては、
超電導コイル５の周囲４面を固定する（締付ける）こと
ができ、超電導磁石装置２の構成上の制約も満足する、
例えば図１０に断面図を示すような偏平だ円形構成が採
用されてきている。

【００１６】なお、図１０中、１２は固定金具１３に設
けられた冷却材の流通可能な貫通穴をそれぞれ示してい
る。しかしながら、図１０に示すような偏平だ円形の内
槽容器６構造では、側面部からの締付け力は、曲線半径
の小さい上下面に比べて、形状的に低くならざるを得
ず、車両走行時の振動が加わると、十分な固定（締付
け）力Ｆが確保できない側面部の巻線中心付近では、内
槽容器６の振動が小さい場合でも、局部的なすべり摩擦
熱ΔＱの発生が構造的に避けられない。

【００１７】本発明の目的は、内槽容器の振動に伴なう
構成部材間（超電導コイル、スペーサ、固定金具間）の
接触面でのすべり摩擦熱の発生を大幅に低減することが
でき、もって車両走行に伴なう冷却材の蒸発量が少な
い、安定度の高い超電導磁石装置およびその製造方法を
提供することにある。

【００１８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１の発明では、低温状態で電気抵抗がゼロ
となる超電導線を巻き回し、かつ線間を樹脂で含浸して
形成した超電導コイルを、冷却材と共に収納して低温状
態に保持する内槽容器と、内槽容器の外周側に配置さ
れ、主として外部からの熱侵入を遮る輻射シールド体
と、内槽容器および輻射シールド体を収納して、内部を
真空状態に保持する外槽容器と、超電導コイルを励磁し
た際に発生する電磁力に対して充分な機械的強度を有す
る固定金具、および熱伝導性が良好なスペーサから構成
され、内槽容器と超電導コイルとの間に設置されて当該
超電導コイルを内槽容器に支持する支持部材とから構成
される超電導磁石装置において、上記内槽容器の基本断
面形状が、超電導コイルを励磁した際に発生する電磁力
が作用する面を曲線とし、かつ超電導コイルの巻線中心
付近の側面部を直線とするような、曲線区間と直線区間
との組合せからなる構成とし、曲線区間と直線区間との
接続点が、超電導コイルの巻線部端部よりも巻線中心に
近くなる位置とし、内槽容器の側面部の直線区間に沿っ
て、内槽容器と固定金具との間、固定金具とスペーサと
の間、およびスペーサと超電導コイルとの間の各構成部
材間に、内槽容器が振動する場合においても構造的に構
成部材相互が接触しない程度の隙間を設けるようにして
いる。

【００１９】従って、請求項１の発明の超電導磁石装置
においては、内槽容器の基本断面形状が、超電導コイル
を励磁した際に発生する電磁力が作用する面を曲線と
し、超電導コイルの巻線中心付近の側面部を直線とし
て、曲線区間と直線区間との組合せからなる構成とし、
また曲線区間と直線区間との接続点が、超電導コイルの
巻線部端部よりも巻線中心に近くなるようにし、さらに
内槽容器、固定金具、スペーサ、超電導コイルの各構成
部材間に、内槽容器が振動する場合においても構造的に
構成部材相互が接触しない程度の隙間を設けて、固定金
具と内槽容器とを強固に固定することにより、内槽容器
の振動に伴なう構成部材間の接触面での局部的なすべり
摩擦熱の発生を大幅に低減することができる。

【００２０】これにより、例えば車両走行に伴なう冷却
材の蒸発量が少ない、すなわち冷凍機の液化能力に対し
て余裕を持った、安定度の高い超電導磁石装置を得るこ
とができる。

【００２１】また、請求項２の発明では、上記請求項１
の発明の超電導磁石装置において、スペーサにおける超
電導コイルの各角隅部に対応した部分が、他の部分より
も薄肉とするようにしている。

【００２２】従って、請求項２の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサにおける超電導コイルの各角隅部
に対応した部分が、他の部分よりも薄肉とすることによ
り、スペーサの超電導コイルに対する締付け力の分布を
偏り難くすることが可能となり、超電導コイルの巻線側
面部をより一層強固に固定することができる。

【００２３】さらに、請求項３の発明では、上記請求項
１の発明の超電導磁石装置において、スペーサを、断面
形状が長方形の超電導コイルの各面に対向するように４
分割して配置し、超電導コイルの各面を独立に固定する
ようにしている。

【００２４】従って、請求項３の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサを、断面形状が長方形の超電導コ
イルの各面に対向するように４分割して配置し、超電導
コイルの各面を独立に固定することにより、超電導コイ
ルの巻線中心付近の側面部の固定を、各面について均一
に行なうことができる。

【００２５】さらにまた、請求項４の発明では、上記請
求項３の発明の超電導磁石装置において、スペーサにお
ける超電導コイル側面位置の隙間配設部分に、冷却材を
流通させる穴等の流路を設置するようにしている。

【００２６】従って、請求項４の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサにおける超電導コイル側面位置の
隙間配設部分に、冷却材を流通させる流路を設置するこ
とにより、スペーサの温度上昇を抑えて、超電導コイル
の温度上昇を抑え、安定化を図ることができる。

【００２７】一方、請求項５の発明では、上記請求項２
乃至請求項４のいずれか１項の発明の超電導磁石装置に
おいて、スペーサのすべり面のうち、超電導コイルまた
は固定金具の少なくとも一方が接する面に、ＰＴＦＥ
（ポリテトラフルオルエチレン）等の高分子固体潤滑材
を配設するようにしている。

【００２８】従って、請求項５の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサのすべり面のうち、超電導コイル
または固定金具の少なくとも一方が接する面に、高分子
固体潤滑材を配設することにより、超電導コイルと固定
金具との接触面の摩擦係数を小さくして、機械的なすべ
り摩擦熱の発生を抑えることができる。

【００２９】また、請求項６の発明では、上記請求項２
乃至請求項４のいずれか１項の発明の超電導磁石装置に
おいて、スペーサのすべり面のうち、超電導コイルまた
は固定金具の少なくとも一方が接する面に、インジウ
ム、錫、鉛等の低融点金属材による固体潤滑材を配設す
るようにしている。

【００３０】従って、請求項６の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサのすべり面のうち、超電導コイル
または固定金具の少なくとも一方が接する面に、低融点
金属材による固体潤滑材を配設することにより、超電導
コイルと固定金具との接触面の摩擦係数を小さくして、
機械的なすべり摩擦熱の発生を抑えることができる。

【００３１】さらに、請求項７の発明では、上記請求項
６の発明の超電導磁石装置において、低融点金属材とし
ては、１μｍ〜２５μｍの厚さで形成するようにしてい
る。従って、請求項７の発明の超電導磁石装置において
は、低融点金属材の厚さを、１μｍ〜２５μｍ、好まし
くは６μｍ〜１２μｍ、より好ましくは１０μｍに形成
することにより、超電導コイルと固定金具との接触面の
摩擦係数を小さくして、機械的なすべり摩擦熱の発生を
抑えることができる。

【００３２】また、請求項８の発明では、上記請求項６
または請求項７の発明の超電導磁石装置において、低融
点金属材としては、メッキ法、超音波振動法、蒸着法、
爆着法のいずれかによって形成するようにしている。

【００３３】従って、請求項８の発明の超電導磁石装置
においては、低融点金属材を、メッキ法、超音波振動
法、蒸着法、爆着法のいずれかで形成することにより、
超電導コイルと固定金具との接触面の摩擦係数を小さく
して、機械的なすべり摩擦熱の発生を抑えることができ
る。

【００３４】さらに、請求項９の発明では、上記請求項
２乃至請求項４のいずれか１項の発明の超電導磁石装置
において、スペーサとしては、その表面をバフ研磨等の
研磨で鏡面状態とするようにしている。

【００３５】従って、請求項９の発明の超電導磁石装置
においては、スペーサの表面を、研磨で鏡面状態とする
ことにより、超電導コイルと固定金具との接触面の摩擦
係数を小さくして、機械的なすべり摩擦熱の発生を抑え
ることができる。

【００３６】一方、請求項１０の発明では、上記請求項
１の発明の超電導磁石装置を製造する方法において、内
槽容器および固定金具をあらかじめ複数に分割した構成
としておき、当該分割された各構成部材同士を、各構成
部材相互に所定の大きさの予圧縮力を印加させながら一
体に固定するようにしている。

【００３７】従って、請求項１０の発明の超電導磁石装
置の製造方法においては、内槽容器および固定金具を複
数に分割しておき、分割された各構成部材同士を、各構
成部材相互に所定の大きさの予圧縮力を印加させながら
一体に固定することにより、固定金具と内槽容器とをよ
り一層強固に固定することが可能となり、内槽容器の振
動に伴なう構成部材間の接触面でのすべり摩擦熱の発生
をより一層大幅に低減することができる。

【００３８】また、請求項１１の発明では、上記請求項
１０の発明の超電導磁石装置の製造方法において、分割
された各構成部材同士を、溶接により、または接着剤に
より一体に固定するようにしている。

【００３９】従って、請求項１１の発明の超電導磁石装
置の製造方法においては、分割された各構成部材同士
を、溶接、または接着剤で一体に固定することにより、
固定金具と内槽容器とをより一層強固に固定することが
できる。

【００４０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施の形態：請求項１、請求項２、請求項１
０、請求項１１に対応）本実施の形態の超電導磁石装置
９は、前記図８および図９に示した場合と同様に、低温
状態で電気抵抗がゼロとなる超電導線を巻き回し、かつ
線間を樹脂で含浸して形成した超電導コイル５を、冷却
材と共に収納して低温状態に保持する内槽容器６と、内
槽容器６の外周側に配置され、主として外部からの熱侵
入を遮る輻射シールド板８と、内槽容器６および輻射シ
ールド板８を収納して、内部を真空状態に保持する外槽
容器９と、超電導コイル５を励磁した際に発生する電磁
力に対して充分な機械的強度を有する固定金具１３、お
よび熱伝導性が良好な凹型断面形状のスペーサ１４から
なり、内槽容器６と超電導コイル５との間に設置されて
超電導コイル５を内槽容器６に支持する支持部材とから
構成している。

【００４１】一方、本実施の形態の超電導磁石装置９に
おける内槽容器６は、例えば図１に断面図を示すように
構成している。すなわち、前述したような局部的なすべ
り摩擦熱ΔＱの発生を確実に回避するために、ステンレ
ス鋼製の内槽容器６の基本断面形状が、超電導コイル５
を励磁した際に発生する電磁力が作用する上下面を曲線
とし、かつ超電導コイル５の巻線中心付近の側面部を直
線とするような、曲線区間と直線区間との組合せからな
る構成としている。

【００４２】また、曲線区間と直線区間との接続点１７
が、超電導コイル５の巻線部端部（図では上面端部）よ
りも巻線中心に近くなる位置としている。さらに、内槽
容器６の側面部の直線区間に沿って、内槽容器６と固定
金具１３との間、固定金具１３とスペーサ１４との間、
およびスペーサ１４と超電導コイル５との間の各構成部
材間に、内槽容器６が振動する場合においても構造的に
構成部材相互が接触しない数ｍｍ程度の隙間１６を設け
た構成としている。

【００４３】ここで、内槽容器６、およびその内部に収
納される固定金具１３は、断面形状が長方形の超電導コ
イル５の周囲４面を熱伝導性が高いスペーサ１４と共に
拘束可能なように、あらかじめ複数に分割した構成（本
例では２つ割り形状）としておき、この分割された各構
成部材同士を、構成部材相互に所定の大きさの予圧縮力
を印加させながら、例えば溶接により（接着剤でもよ
い）、両者を一体に固定する固定方法を採用することが
好ましい。

【００４４】また、熱伝導性が高いスペーサ１４は、ア
ルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の部材を
適用することが好ましい。さらに、内槽容器６は、曲線
区間と直線区間との組合せからなる、すなわち内槽容器
６側面部の直線区間に対向する範囲を除いた部分を拘束
するような凹型断面形状とすることが好ましい。

【００４５】さらにまた、超電導コイル５の固定力をさ
らに安定化させるために、例えば図２に概要図を示すよ
うに、スペーサ１４における、超電導コイル５の各角隅
部に対応した部分が、他の部分よりも薄肉化とすること
が好ましい。

【００４６】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、内
槽容器６の基本断面形状が、超電導コイル５を励磁した
際に発生する電磁力が作用する面を曲線とし、超電導コ
イル５の巻線中心付近の側面部を直線として、曲線区間
と直線区間との組合せからなる構成とし、また曲線区間
と直線区間との接続点１７が、超電導コイル５の巻線部
端部よりも巻線中心に近くなるようにし、さらに内槽容
器６、固定金具１３、スペーサ１４、超電導コイル５の
各構成部材間に、内槽容器６が振動する場合においても
構造的に構成部材相互が接触しない程度の隙間１６を設
けて、固定金具１３と内槽容器６とを強固に固定してい
ることにより、内槽容器６の振動に伴なう構成部材間で
のすべり摩擦熱の発生を大幅に低減することができる。

【００４７】また、内槽容器６および固定金具１３を２
つに分割しておき、分割された各構成部材同士を、各構
成部材相互に所定の大きさの予圧縮力を印加させながら
一体に固定していることにより、所定の大きさの締付け
力を確保して、固定金具１３と内槽容器６とをより一層
強固に固定することが可能となり、内槽容器６の振動に
伴なう構成部材間の接触面でのすべり摩擦熱の発生をよ
り一層大幅に低減することができる。

【００４８】さらに、スペーサ１４における超電導コイ
ル５の各角隅部に対応した部分が薄肉化していることに
より、スペーサ１４の超電導コイル５に対する締付け力
の分布を偏り難くすることが可能となり、超電導コイル
５の巻線中心付近の側面部をより一層強固に固定するこ
とができる。

【００４９】図３は、内槽容器６が固有値付近の共振周
波数帯で加振され、曲げやねじりの変形が生じた場合に
おける、冷却材の蒸発量と振動との関係について、本実
施の形態による超電導コイル５の巻線中心付近の側面部
を直線とした内槽容器６において、内槽容器６と固定金
具１３との間、固定金具１３とスペーサ１４との間、ス
ペーサ１４と超電導コイル５との間の、各構成部材間に
隙間１６を設置した構造（Ａ）と、従来例として超電導
コイル５の周囲４面を固定（締付け）する偏平だ円形の
内槽容器６の構造（Ｂ）とを比較して示す特性図であ
る。

【００５０】図３から、超電導磁石装置２の振動に伴な
う冷却材の蒸発量は、従来例の偏平だ円形の内槽容器６
の構造（Ｂ）の場合に比べて、本実施の形態の内槽容器
６の側面部を直線として、内槽容器６、固定金具１３、
スペーサ１４、超電導コイル５の各構成部材間に隙間１
６を設置した構造（Ａ）の場合の方が、著しく小さくで
きることがわかる。

【００５１】上述したように、本実施の形態の磁気浮上
式鉄道用の超電導磁石装置９では、内槽容器６の基本断
面形状が、超電導コイル５を励磁した際に発生する電磁
力が作用する上下面を曲線とし、かつ超電導コイル５の
巻線中心付近の側面部を直線とするような、曲線区間と
直線区間との組合せからなる構成とし、曲線区間と直線
区間との接続点１７が、超電導コイル５の巻線部端部よ
りも巻線中心に近くなる位置とし、さらに内槽容器６の
側面部の直線区間に沿って、内槽容器６と固定金具１３
との間、固定金具１３とスペーサ１４との間、およびス
ペーサ１４と超電導コイル５との間の各構成部材間に、
内槽容器６が振動する場合においても構造的に構成部材
相互が接触しない程度の隙間１６を設けるようにしてい
るので、超電導磁石装置２の車両走行による内槽容器６
の振動に伴なう構成部材間の接触面でのすべり摩擦熱の
発生を大幅に低減することができる。

【００５２】その結果、車両走行に伴なう冷却材の蒸発
量が少ない、すなわち冷凍機の液化能力に対して余裕を
持った、安定度の高い超電導磁石装置２を得ることが可
能となる。

【００５３】また、内槽容器６および固定金具１３を２
つに分割しておき、分割された各構成部材同士を、各構
成部材相互に所定の大きさの予圧縮力を印加させながら
一体に固定するようにしているので、所定の大きさの締
付け力を確保して、固定金具１３と内槽容器６とをより
一層強固に固定することができるため、内槽容器６の振
動に伴なう構成部材間の接触面でのすべり摩擦熱の発生
をより一層大幅に低減することが可能となる。

【００５４】さらに、スペーサ１４における超電導コイ
ル５の各角隅部に対応した部分が薄肉とするようにして
いるので、スペーサ１４の超電導コイル５に対する締付
け力の分布を偏り難くすることができるため、超電導コ
イル５の巻線中心付近の側面部をより一層強固に固定す
ることが可能となる。

【００５５】（第２の実施の形態：請求項３に対応）図
４は、本実施の形態の超電導磁石装置９における内槽容
器６の構成例を示す断面図であり、図１および図２と同
一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここで
は異なる部分についてのみ述べる。

【００５６】すなわち、本実施の形態の内槽容器６は、
図４に示すように、断面形状が長方形の超電導コイル５
の各面に対向するように、スペーサ１４を４分割して配
置して、超電導コイル５の各面を独立に固定しつつ、内
槽容器６の側面部の直線区間では、内槽容器６と固定金
具１３との間、固定金具１３とスペーサ１４との間、ス
ペーサ１４と超電導コイル５との間の各構成部材相互
が、内槽容器６が振動しても構造的に接触することのな
い隙間１６を設けた構成としている。

【００５７】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、熱
伝導性が良好なスペーサ１４を、断面形状が長方形の超
電導コイル５の各面に対向するように４分割して配置
し、超電導コイル５の各面を独立に固定していることに
より、超電導コイル５の巻線中心付近の側面部の固定
を、各面について均一に行なうことが可能となる。

【００５８】（第３の実施の形態：請求項４に対応）図
５は、本実施の形態の超電導磁石装置９における内槽容
器６に収納されるスペーサの構成例を示す斜視図であ
り、図４と同一部分には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００５９】すなわち、本実施の形態のスペーサ１４
は、図５に示すように、超電導コイル５の側面位置の隙
間１６を設けた部分に、冷却材を流通させる流路（例え
ば穴）１２を設置した構成としている。

【００６０】なお、図５中、１５はスペーサ１４が超電
導コイル５および固定金具１３と接する面（接触面）を
示している。次に、以上のように構成した本実施の形態
のスペーサ１４が収納された内槽容器６を備えた超電導
磁石装置９においては、スペーサ１４における超電導コ
イル５の側面位置の隙間１６配設部分に、冷却材を流通
させる流路１２を設置していることにより、スペーサ１
４の温度上昇を抑えて、超電導コイル５の温度上昇を抑
え、安定化を図ることが可能となる。

【００６１】（第４の実施の形態）図６は、本実施の形
態の超電導磁石装置９における内槽容器６の構成例を示
す断面図であり、図１および図２と同一部分には同一符
号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につ
いてのみ述べる。

【００６２】すなわち、本実施の形態の内槽容器６は、
図６に示すように、内槽容器６を小形化するために、超
電導コイル５を励磁した際に発生する電磁力が作用する
部分の中央部付近を直線とし、その直線区間において、
内槽容器６と固定金具１３との間、固定金具１３とスペ
ーサ１４との間、スペーサ１４と超電導コイル５との間
の各構成部材相互が、内槽容器６が振動しても構造的に
接触しない程度の隙間１６を設けた構成としている。

【００６３】ここで、固定金具１３は、作用する電磁力
に対して所定の強度を確保する必要性から、本実施の形
態では、固定金具１３の厚さを、前述した他の実施の形
態における固定金具１３の厚さよりも厚く設定すること
が好ましい。

【００６４】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、電
磁力が作用する部分の中央部付近を直線とし、その直線
区間において、各構成部材相互が、内槽容器６が振動し
ても構造的に接触しない程度の隙間１６を設けているこ
とにより、所定の固定力が確保されない部分での構成部
材間の接触面でのすべり摩擦熱の発生を、極めて有効に
抑制することが可能となる。

【００６５】（第５の実施の形態：請求項５に対応）本
実施の形態の超電導磁石装置９における内槽容器６は、
前述した実施の形態のスペーサ１４のすべり面のうち、
超電導コイル５または固定金具１３の少なくとも一方が
接する面１５に、極低温でも動摩擦係数μの小さいＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）等の高分子固体潤
滑材を、低摩擦材として挿入して配設した構成としてい
る。

【００６６】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、固
定金具１３、スペーサ１４、超電導コイル５の各接触面
に生ずるすべり摩擦熱ΔＱは、スペーサ１４のすべり面
の動摩擦係数μの大きさに比例するものと考えられるこ
とから、スペーサ１４における超電導コイル５または固
定金具１３の少なくとも一方が接する１５面に、極低温
でも動摩擦係数μの小さい高分子固体潤滑材を挿入して
いることにより、超電導コイル５と固定金具１３との接
触面の摩擦係数を小さくして、機械的なすべり摩擦熱の
発生を抑えることが可能となる。

【００６７】（第６の実施の形態：請求項５に対応）本
実施の形態の超電導磁石装置９における内槽容器６は、
前述した実施の形態のスペーサ１４のすべり面のうち、
超電導コイル５または固定金具１３の少なくとも一方が
接する１５面に、極低温でも動摩擦係数μの小さいＰＴ
ＦＥ（ポリテトラフルオルエチレン）等の高分子固体潤
滑材を、すべり面の冷却性を低下させない範囲で、低摩
擦材としてコーティング処理して配設した構成としてい
る。

【００６８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、固
定金具１３、スペーサ１４、超電導コイル５の各接触面
に生ずるすべり摩擦熱ΔＱは、スペーサ１４のすべり面
の動摩擦係数μの大きさに比例するものと考えられるこ
とから、スペーサ１４における超電導コイル５または固
定金具１３の少なくとも一方が接する面１５に、極低温
でも動摩擦係数μの小さい高分子固体潤滑材をコーティ
ング処理していることにより、超電導コイル５と固定金
具１３との接触面の摩擦係数を小さくして、機械的なす
べり摩擦熱の発生を抑えることが可能となる。

【００６９】（第７の実施の形態：請求項６乃至請求項
８に対応）本実施の形態の超電導磁石装置９における内
槽容器６は、前述した実施の形態のスペーサ１４のすべ
り面のうち、超電導コイル５または固定金具１３の少な
くとも一方が接する面１５に、インジウム、錫、鉛等の
低融点金属材による固体潤滑材を配設した構成としてい
る。

【００７０】ここで、低融点金属材としては、例えばメ
ッキ法、超音波振動法、蒸着法、爆着法のいずれかによ
って、１μｍ〜２５μｍ、好ましくは６μｍ〜１２μ
ｍ、より好ましくは１０μｍの厚さで形成することが望
ましい。

【００７１】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、固
定金具１３、スペーサ１４、超電導コイル５の各接触面
に生ずるすべり摩擦熱ΔＱは、スペーサ１４のすべり面
の動摩擦係数μの大きさに比例するものと考えられるこ
とから、スペーサ１４における超電導コイル５または固
定金具１３の少なくとも一方が接する面１５に、メッキ
法、超音波振動法、蒸着法、爆着法によって、より好ま
しくは１０μｍの厚さで、低融点金属材による固体潤滑
材を形成して配設していることにより、超電導コイル５
と固定金具１３との接触面の摩擦係数を小さくして、機
械的なすべり摩擦熱の発生を抑えることが可能となる。

【００７２】（第８の実施の形態：請求項９に対応）本
実施の形態の超電導磁石装置９における内槽容器６は、
前述した実施の形態のスペーサ１４のすべり面のうち、
超電導コイル５または固定金具１３の少なくとも一方が
接する面１５を、バフ研磨等の研磨で鏡面状態とした構
成としている。

【００７３】次に、以上のように構成した本実施の形態
の内槽容器６を備えた超電導磁石装置９においては、固
定金具１３、スペーサ１４、超電導コイル５の各接触面
に生ずるすべり摩擦熱ΔＱは、スペーサ１４のすべり面
の動摩擦係数μの大きさに比例するものと考えられるこ
とから、スペーサ１４における超電導コイル５または固
定金具１３の少なくとも一方が接する面１５を、バフ研
磨等の研磨で鏡面状態としていることにより、超電導コ
イル５と固定金具１３との接触面の摩擦係数を小さくし
て、機械的なすべり摩擦熱の発生を抑えることが可能と
なる。

【００７４】（第９の実施の形態）前記固定金具１３、
スペーサ１４、超電導コイル５の各接触面１５に生ずる
すべり摩擦熱ΔＱを低減させるために、前記第５乃至第
８の各実施の形態の方法を組合わせて、スペーサ１４の
すべり面の動摩擦係数μを低下することも可能である。

【００７５】（第１０の実施の形態）前記各実施の形態
では、固定金具１３とスペーサ１４とが、分離可能な構
成部材ということを前提にして説明しているが、ステン
レス鋼製の固定金具１３に、アルミニウム、銅等のよう
な熱伝導性の良好な材料を爆着法等で付着させて一体構
成とし、構成部材間のすべり面を減らして、発熱部を限
定した構成とすることも可能である。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、内
槽容器の基本断面形状が、超電導コイルを励磁した際に
発生する電磁力が作用する面を曲線とし、超電導コイル
の巻線中心付近の側面部を直線として、曲線区間と直線
区間との組合せからなる構成とし、また曲線区間と直線
区間との接続点が、超電導コイルの巻線部端部よりも巻
線中心に近くなるようにし、さらに内槽容器、固定金
具、スペーサ、超電導コイルの各構成部材間に、内槽容
器が振動する場合においても構造的に構成部材相互が接
触しない程度の隙間を設けて、固定金具と内槽容器とを
強固に固定するようにしているので、内槽容器の振動に
伴なう構成部材間（超電導コイル、スペーサ、固定金具
間）の接触面でのすべり摩擦熱の発生を大幅に低減する
ことができ、もって車両走行に伴なう冷却材の蒸発量が
少ない、安定度の高い超電導磁石装置およびその製造方
法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導磁石装置の第１の実施の形
態を示す断面図。

【図２】同第１の実施の形態の超電導磁石装置における
スペーサの構成例を示す概要図。

【図３】同第１の実施の形態の超電導磁石装置における
冷却材の蒸発量と振動との関係について従来例と比較し
て示す特性図。

【図４】本発明による超電導磁石装置の第２の実施の形
態を示す断面図。

【図５】本発明による超電導磁石装置の第３の実施の形
態を示す斜視図。

【図６】本発明による超電導磁石装置の第４の実施の形
態を示す断面図。

【図７】磁気浮上式鉄道の走行駆動システムの構成例を
示す断面図。

【図８】磁気浮上式鉄道用の超電導磁石装置の構成例を
示す部分詳細矢視図。

【図９】磁気浮上式鉄道用の超電導磁石装置に収納され
る内槽容器の構成例を示す図。

【図１０】従来の内槽容器の構成例を示す断面図。

【符号の説明】

１…台車、 ２…超電導磁石装置、 ３…ガイドウェイ、 ４…地上コイル、 ５…超電導コイル、 ６…内槽容器、 ７…冷却材補給タンク、 ８…輻射シールド板、 ９…外槽容器、 １０…車体、 １１…支持筒、 １２…貫通孔、 １３…固定金具、 １４…スペーサ、 １５…接触面、 １６…隙間、 １７…曲線区間と直線区間との接続点。

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 低温状態で電気抵抗がゼロとなる超電導
   線を巻き回し、かつ線間を樹脂で含浸して形成した超電
   導コイルを、冷却材と共に収納して低温状態に保持する
   内槽容器と、 前記内槽容器の外周側に配置され、主として外部からの
   熱侵入を遮る輻射シールド体と、 前記内槽容器および輻射シールド体を収納して、内部を
   真空状態に保持する外槽容器と、 前記超電導コイルを励磁した際に発生する電磁力に対し
   て充分な機械的強度を有する固定金具、および熱伝導性
   が良好なスペーサから構成され、前記内槽容器と超電導
   コイルとの間に設置されて当該超電導コイルを内槽容器
   に支持する支持部材と、 から構成される超電導磁石装置において、 前記内槽容器の基本断面形状が、前記超電導コイルを励
   磁した際に発生する電磁力が作用する面を曲線とし、か
   つ前記超電導コイルの巻線中心付近の側面部を直線とす
   るような、曲線区間と直線区間との組合せからなる構成
   とし、 前記曲線区間と直線区間との接続点が、前記超電導コイ
   ルの巻線部端部よりも巻線中心に近くなる位置とし、 前記内槽容器の側面部の直線区間に沿って、前記内槽容
   器と固定金具との間、前記固定金具とスペーサとの間、
   および前記スペーサと超電導コイルとの間の各構成部材
   間に、前記内槽容器が振動する場合においても構造的に
   構成部材相互が接触しない程度の隙間を設けるようにし
   たことを特徴とする超電導磁石装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の超電導磁石装置に
   おいて、 前記スペーサにおける前記超電導コイルの各角隅部に対
   応した部分が、他の部分よりも薄肉とするようにしたこ
   とを特徴とする超電導磁石装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載の超電導磁石装置に
   おいて、 前記スペーサを、断面形状が長方形の前記超電導コイル
   の各面に対向するように４分割して配置し、超電導コイ
   ルの各面を独立に固定するようにしたことを特徴とする
   超電導磁石装置。
4. 【請求項４】 前記請求項３に記載の超電導磁石装置に
   おいて、 前記スペーサにおける前記超電導コイル側面位置の隙間
   配設部分に、前記冷却材を流通させる穴等の流路を設置
   するようにしたことを特徴とする超電導磁石装置。
5. 【請求項５】 前記請求項２乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の超電導磁石装置において、 前記スペーサのすべり面のうち、前記超電導コイルまた
   は固定金具の少なくとも一方が接する面に、ＰＴＦＥ
   （ポリテトラフルオルエチレン）等の高分子固体潤滑材
   を配設するようにしたことを特徴とする超電導磁石装
   置。
6. 【請求項６】 前記請求項２乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の超電導磁石装置において、 前記スペーサのすべり面のうち、前記超電導コイルまた
   は固定金具の少なくとも一方が接する面に、インジウ
   ム、錫、鉛等の低融点金属材による固体潤滑材を配設す
   るようにしたことを特徴とする超電導磁石装置。
7. 【請求項７】 前記請求項６に記載の超電導磁石装置に
   おいて、 前記低融点金属材としては、１μｍ〜２５μｍの厚さで
   形成するようにしたことを特徴とする超電導磁石装置。
8. 【請求項８】 前記請求項６または請求項７に記載の超
   電導磁石装置において、 前記低融点金属材としては、メッキ法、超音波振動法、
   蒸着法、爆着法のいずれかによって形成するようにした
   ことを特徴とする超電導磁石装置。
9. 【請求項９】 前記請求項２乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の超電導磁石装置において、 前記スペーサとしては、その表面をバフ研磨等の研磨で
   鏡面状態とするようにしたことを特徴とする超電導磁石
   装置。
10. 【請求項１０】 前記請求項１に記載の超電導磁石装置
    を製造する方法において、 前記内槽容器および固定金具をあらかじめ複数に分割し
    た構成としておき、当該分割された各構成部材同士を、
    各構成部材相互に所定の大きさの予圧縮力を印加させな
    がら一体に固定するようにしたことを特徴とする超電導
    磁石装置の製造方法。
11. 【請求項１１】 前記請求項１０に記載の超電導磁石装
    置の製造方法において、 前記分割された各構成部材同士を、溶接により、または
    接着剤により一体に固定するようにしたことを特徴とす
    る超電導磁石装置の製造方法。