JPS623563B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導磁気浮上車などに使われる超電
導電磁石における内槽の支持構造に関する。

現在、将来の交通機関として超電導磁気浮上車
の開発が行なわれている。この超電導磁気浮上車
に使用する超電導電磁石は、超電導コイルを格納
した内槽を真空容器である外槽内に支持してなる
構成で、その内槽は液体ヘリウムなどにより極低
温に保持され、しかも車両を浮上せしめる大きな
作用力を受ける。この為、真空な外槽と内槽との
間は熱絶縁を行う必要があると同時に強い力を受
けられる強力な支持構造で連結する必要がある。

つまり内槽と外槽との間の熱絶縁を良くする事
は内部の液体ヘリウムの消費と直接関係があり、
高価な液体ヘリウムの消費を減じることが出来れ
ば経費面上非常に有利であり、又この消費を少さ
くすれば液体ヘリウムの再液化冷凍機の容量も小
さく出来て車両全体重量を軽減するのに極めて有
利である。しかしながら、外槽に対して内槽は上
述の如く強力に連結支持する必要があり、このた
めに外槽と内槽との間を太い構造物で結合する
と、これは前に述べた熱絶縁を良好にせしめる事
と相互に矛盾した要求であつて、太い構造物は熱
伝導面でも当然良好となり、液体ヘリウムの消費
を増大することとなつてしまう。更にこの支持構
造物は地上から来る浮上反撥力や、車両推進用の
リニヤモーター推力によつてどうしても脈動する
ことから、非常に高い剛性を有するものでないと
共振等により各部が破損する危険性を有している
と同時に真空容器である外槽は大略大気温度であ
るに対して内槽は４〜５〓という極度に低い温度
である為、熱収縮が激しく生じ、高い剛性で保持
しようとする要求に対しても極度に矛盾する要求
が生じて来る。

従つて、上述の如き超電導電磁石における内槽
の真空容器である外槽内への支持は、熱絶縁性を
有し且つ内槽の熱収縮を許容しながら高い剛性で
該内槽を支持しなければならないと云つた矛盾す
る要求が多く、その要求を満足するには非常に困
難であつた。

そこで、本出願人は熱絶縁性を有し且つ特定の
方向に対しては高い剛性を持ちながらそれと直角
方向には割合柔い剛性を有する多重管方式の支持
カラムを複数個組合わせて用いることにより、上
述した要求を全て満足して、熱収縮を許容しなが
ら高い剛性で内槽を支持できる支持構造を考え
た。

その支持構造とは第１図と第２図に代表例とし
て示した多重管方式の支持カラムを多数個用いて
第３図に示す様に外槽内に内槽を支持する構造で
ある。なお、その第１図乃至第３図の詳細な説明
は後述するが、その第３図に示した様な支持構造
によると、非常に多数個の支持構造物を配する必
要があり、内槽と外槽の結合に多くの調整取付部
分を必要とするなどの問題があつた。

こゝで本発明の目的は一方向に高い剛性を有す
る支持カラムを四辺形状に組合わせることにより
２方向に高い剛性を発揮するようにして用いて真
空容器である外槽と内槽との間を結合することに
より、その支持構造を簡易化し得るようにしたも
のを提供する事にある。

こゝで本発明の構造を説明する前に上記第１図
〜第３図の構造について説明する。

第１図はステンレス等の強度の割合に熱伝導の
良くない金属により構成された金属多重管による
支持カラムの例で、１は真空容器である外槽、２
はこの外槽１の内側に取付けられた座で、この座
２に対し球面接手３を介してパイプ４の一端部が
結合され、このパイプ４の他端から外周に一定の
間隙をもつて折返された様な形状に溶接結合され
てパイプ５が取付けられ、更にそのパイプ５の一
端から折返す様な形状に溶接結合されてパイプ６
が取付けられ、このパイプ６の他端が端金具７と
溶接結合されて球面接手８を介して内槽９の外側
面部に取付けた座１０と結合されている。この様
な構成の支持カラムによると、短いスペース内に
非常に長いパイプによりしかも両端が球面接手に
より回動自在となつて、真空容器である外槽１と
内槽９との間をこの支持カラムの軸方向には高い
剛性で軸方向と直交する方向には低い剛性でもつ
て結合し得るようになるので、そうした支持機構
を複数個各々の取付方向を適当に選定すれば、内
槽９が温度変化により伸縮しても具合よく支持す
る事が可能で、しかもこの場合、非常にパイプ長
さが長いので外板部よりの侵入熱は低くおさえら
れ、また図示してないが外槽１と内槽９との間で
熱をシールドする液体N₂又はガス化したヘリウ
ムにより冷されたシールド板を貫通するので、そ
の貫通部でサーマルアンカーをとつてパイプ６の
途中を冷却するから熱侵入を低くする事が出来る
のである。

また、第２図は別な支持カラム構造例で、１
Ａ，１Ｂは真空容器である外槽の両側板で、その
両側板１Ａ，１Ｂ相互間にフランジを有する中心
軸１１と、フランジ付の中空軸１２が該中心軸端
から突出した細い軸部１１Ａで嵌合し且つねじ１
３で固定される。その中心軸１１と中空軸１２の
フランジに各々一端を嵌め込んでFRPなどの強
度が高くかつ熱絶縁の良好なパイプ成形材１４
Ａ，１４Ｂが取付けられ、そのパイプ成形材１４
Ａ，１４Ｂの他端にはステンレス等の熱伝導の悪
い強度の高い折返し材１５Ａ，１５Ｂがはめ込ま
れ、更にFRPなどのパイプ成形材１６Ａ，１６
Ｂがはめ込まれて中央のリング１７に結合されて
いる。このリング１７は内槽の強度部材９Ａに取
付けられている。この様な構造は更に何重にも構
成は可能ではあるが実際問題として熱侵入を防止
しながら必要な強度と剛性を保つ為とその重量の
制限との関係のバランスをにらみながらその折返
し回数は決定される。以上で構成される支持カラ
ムは真空容器である外槽の両側板１Ａ，１Ｂに中
心軸１１のフランジと固定金具１８により取付け
られて固定されている。なおその中心軸１１や固
定金具１８は常温であるが内槽側の強度部材９Ａ
は極低温に保持されている。この為に第１図の構
造の場合と同様に折返し材１５Ａ，１５Ｂの途中
で冷却されたシールド板（図示せず）とサーマル
アンカーをとり熱進入を低くおさえる様に配慮さ
れている。また、第２図の例では真空容器である
外槽の両側板１Ａ，１Ｂに中心軸１１と中空軸１
２とを取付け、リング１７を極低温の内槽側強度
部材９Ａに取付けているが、これは逆に中心軸１
１と中空軸１２を極低温側とし、リング１７を常
温側である外槽のはりなどに結合せしめる事も可
能であり、その選定は自由である。

しかして、この第２図に示す支持カラムの場合
軸方向にはねじ１３により初圧が加えられている
ので、温度が一部で低下しても各部材間でガタを
生じる様な熱収縮は防止され、軸方向にはかなり
高い剛性を有しており、軸直角方向には特に
FRPなどのパイプ成形材の剪断曲げ変形により
軸方向に比してかなり低い剛性となつている。こ
のために上述した様な真空容器である外槽と極低
温に冷却された内槽との間を該内槽の熱収縮を逃
げながら高い剛性で連結支持するのに極めて好都
合である。

こゝで第３図により上記第２図方式の支持カラ
ムを多数個用いて真空容器である外槽中に内槽を
支持する一例を説明すると、１Ｃは真空容器の外
槽で、１９は超電導コイル（図示せず）を収納し
たレーストラツク形状に構成された内槽を示して
いる。この様なレーストラツク形状の内槽は内部
に収納した強力な超電導コイルに通電すると、直
線距離の長い上下平行区間で非常に強い反撥力を
受けて変形力が生じるが、その変形を防止する為
に該内槽１９には上下平行部相互間にこの長手方
向に間隔を存して結合材２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ
を配して補強されている。この両端の結合材２０
Ａ及び２０Ｃに上記第２図に示すと同じ支持カラ
ム２１Ｃ，２１Ｄ及び２１Ｅ，２１Ｆが該内槽１
９の長手方向と直行する両側方向に向けて貫通す
る如く配され、その各々の両端が真空容器である
外槽１Ｃの両側板に結合し、中央部のリング１７
Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆが内槽１９の結合材
２０Ａ，２０Ｃに結合して取付けられている。ま
た中央の結合材２０Ｂには内槽１９の長手方向に
平行する方向に向けて貫通する如く支持カラム２
１Ａ，２１Ｂが配され、その各々の中央のリング
１７Ａ，１７Ｂが結合材２０Ｂと結合し、両端部
が真空容器である外槽１Ｃの両側板に支持された
支持梁２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄと結合し
て取付けられている。更に内槽１９の上下平行部
相互間の長手方向両端寄りに結合材２０Ａ，２０
Ｃと平行して支持カラム２１Ｇ，２１Ｈが配さ
れ、その両端が該内槽１９上下部に結合し、中央
のリング１７Ｇ，１７Ｈが真空容器である外槽の
両側板１Ａ，１Ｂよりの支持梁２２Ａ，２２Ｂに
結合して取付けられている。しかしてこの様な構
造によると、内槽１９の上下方向は支持カラム２
１Ｇ，２１Ｈで長手方向は支持カラム２１Ａ，２
１Ｂで、長手方向と直行する両側方向は支持カラ
ム２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆで支持される
と云つた具合に、内槽１９は三方向に組合された
複数の支持カラムにより支持されるようになり、
これにてローリング・ピツチング・ヨーイングに
対してもそれぞれ少なくとも２本の支持カラムの
高剛性の方向で支持されるので、内槽１９は確実
に支持拘束される。しかも内槽１９の収縮に対し
ては支持カラム２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１
Ｆ，２１Ｇ，２１Ｈが横方向変位に対して比較的
柔かく構成されている事から自由に変形を許容す
るので極めて合理的な内槽支持が可能となるので
ある。

以上の如く第２図の支持カラムを多数個用いて
第３図に示すように内槽を支持する構造とすれば
理想的な内槽支持が可能である事が明らかである
が、しかしながら支持カラムを配した各部位にお
いて支持方向が１方向しかとれぬので、支持カラ
ムを多数本設ける必要があり、そのため外槽との
取付箇所が多く、それらの位置調整にかなりの手
間を要する事となり、本発明の目的に示した様に
２方向支持の支持カラムの必要性が生じて来て、
手間をかけずに内槽支持ができる簡易構造の要求
が生じて来た。

こゝで第４図により本発明の一実施例を以下説
明する。第４図は第３図の例えば２１Ｇ又は２１
Ｈの支持カラム附近の断面を示したもので、真空
容器１Ｄに対し内槽１９Ａと超電導コイル３３が
断面により示されている。本図にはシールド板や
スーパーインシユレーシヨン等の構成上必要な部
材は図形を複雑化する為に省略して記入してない
が当然配されている事は言う迄もない。こゝで２
１Ｉ，２１Ｊ，２１Ｋ，２１Ｌに示された支持カ
ラムは第２図にて構造説明した支持カラムの半分
の構造構成を有しているので、特に詳細な説明は
しないが、この４個の支持カラム２１Ｉ，２１
Ｊ，２１Ｋ，２１Ｌの各両端は球面座２４Ａ，２
４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ及び２５Ａ，２５Ｂ，２５
Ｃ，２５Ｄとされている。この球面座の内２４
Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄが接合するように真
空容器である外槽１Ｄの両側板内面には座２６
Ａ，２６Ｂが設けられ、この両座２６Ａ，２６Ｂ
は上記支持カラム２１Ｉ，２１Ｊ，２１Ｋ，２１
Ｌの前後を間隔を存してはさむ様に設けられた２
枚のつなぎ板２８（片側図示せず）で連結されて
いる。またその一方の座２６Ｂは上下方向に幅広
とされ、且つその背面側の互いに出来るだけ上下
に離間した部位にそれぞれタツプ３４Ａ，３４Ｂ
を切つた一対の取付座２７Ａ，２７Ｂが一体に突
設され、その上下取付座２７Ａ，２７Ｂが真空容
器である外槽の側板に貫通せしめられて外槽の外
部の図示しない車両台車の強度部材にねじで強固
に保持されて、該座２６Ｂにかかる荷重を上下取
付座２７Ａ，２７Ｂを介して前記車両台車の強度
部材に受け持たせるようになつている。なお、上
記座２６Ｂの取付座２７Ａ，２７Ｂは真空容器で
ある外槽１Ｄの側板を貫通して居るが、この部分
で十分なる真空が保持出来る様に入念な溶接がな
される事は言う迄もない。また、上記残りの球面
座２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｄは座２９Ａ，
２９Ｂに接合されている。この座２９Ａ，２９Ｂ
は相互にボルト３０及びナツト３１により予圧が
あたえられた状態で内槽１９Ａに取付けられた座
３２Ａ，３２Ｂと溶接又はボルト等で取付けられ
ている。

而して、上述した構成の機能を説明すると、ボ
ルト３０及びナツト３１の調整及び座２６Ａ，２
６Ｂがつなぎ板２８により連結されているので、
適正なる圧縮力により４個の支持カラム２１Ｉ，
２１Ｊ，２１Ｋ，２１Ｌは圧縮され、座２９Ａ，
２９Ｂが極低温側に取付けられていても熱収縮等
でガタを生じる事は防がれている。又球面座２４
Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ，２５Ａ，２５Ｂ，
２５Ｃ，２５Ｄの作用で各支持カラム２１Ｉ，２
１Ｊ・２１Ｋ，２１Ｌに無理な曲げ力が作用する
事も防止される。こゝで超電導コイル３３に上下
方向の作用力が働くと、内槽１９Ａから座３２
Ａ，２９Ａまたは座３２Ｂ，２９Ｂを介して四辺
形状の上側２辺に配する支持カラム２１Ｉ，２１
Ｊ又は下側２辺に配する支持カラム２１Ｋ，２１
Ｌのいずれかの組みに圧縮力として作用し、その
圧縮力が両側の座２６Ａ，２６Ｂに、この両者相
互間距離を拡げようとする方向の分力と、両座２
６Ａ，２６Ｂを押し下げるか又は押し上げる方向
の分力として伝えられる。ここでその両座２６
Ａ，２６Ｂは相互につなぎ板２８により連結され
ているので、前記両者相互間距離を拡げようとす
る方向の分力は該つなぎ板２８により吸収され、
一方の座２６Ｂを押し下げるか又は押し上げる方
向の分力はそのまま直接上下一対の取付座２７
Ａ，２７Ｂを介して外部の車両台車強度部材に受
けられ、他方の座２６Ａを押し下げるか又は押し
上げる方向の分力は前記つなぎ板２８を介してそ
の長さを乗じたモーメントとして前記一方の座２
６Ｂに伝わつて、その座２６Ｂから前記上下一対
の取付座２７Ａ，２７Ｂを介して外部の車両台車
強度部材に受けられる。これで前記超電導コイル
３３の上下方向の作用力を強固に受け止めて内槽
の支持ができるようになる。

また超電導コイル３３に左右方向の作用力が働
くと、内槽１９Ａから座３２Ａ，３２Ｂ及び２９
Ａ，２９Ｂを介して四辺形状の一側２辺に配する
支持カラム２１Ｊ，２１Ｌ又は他側２辺に配する
支持カラム２１Ｉ，２１Ｋのいずれかの組みに圧
縮力として作用する。その一側２辺に配する支持
カラム２１Ｊ，２１Ｌに圧縮力が作用した場合に
は、その両者の圧縮力が一側の座２６Ｂに対して
互いに上下に対向する分力と、それぞれ該座２６
Ｂを一側外方に押出そうとする分力として作用
し、その上下に対向する分力は互いに相殺され、
それぞれ座２６Ｂを一側外方に押出そうとする分
力はそのまま該座２６Ｂから直接上下一対の取付
座２７Ａ，２７Ｂを介して外部の車両台車強度部
材に受け止められる。また他側２辺に配する支持
カラム２１Ｉ，２１Ｋに圧縮力が作用した場合に
は、その両者の圧縮力が他側の座２６Ａに対して
互いに上下に対向する分力と、それぞれ該座２６
Ａを他側外方に押出そうとする分力として作用
し、その上下に対向する分力は互いに相殺され、
それぞれ座２６Ａを他側外方に押出そうとする分
力はつなぎ板２８に引張り力として作用し、その
引張力が前記一側の座２６Ｂをから上下一対の取
付座２７Ａ，２７Ｂを介して外部の車両台車強度
部材に受けられる。これで前記超電導コイル３３
の左右方向の作用力を強固に受け止めて内槽の支
持ができるようになる。

次に超電導コイル３３に第４図でローリング方
向の作用力が働くと、内槽１９Ａから座３２Ａ，
３２Ｂ及び２９Ａ，２９Ｂを介して四辺形状の互
いに平行する２辺に配する支持カラム２１Ｉ，２
１Ｌ又は２１Ｊ，２１Ｋのいずれかの組みに圧縮
力として作用し、その圧縮力が両側の座２６Ａ，
２６Ｂに、この両者相互間距離を拡げようとする
方向の分力と、両座２６Ａ，２６Ｂの一方を押し
下げ他方を押し上げる方向の分力として伝えられ
る。ここでその両者相互間距離を拡げようとする
方向の分力はつなぎ板２８により吸収され、一方
の座２６を上下させる方向の分力はそのまま直接
上下一対の取付座２７Ａ，２７Ｂを介して外部の
車両台車強度部材に受けられ、他方の座２６Ａを
上下させる方向の分力は前記つなぎ板２８を介し
てその長さを乗じたモーメントとして前記一方の
座２６Ｂに伝わつて、その座２６Ｂから前記上下
一対の取付座２７Ａ，２７Ｂを介して外部の車両
台車強度部材に受けられる。これで前記超電導コ
イル３３のローリング方向の作用力を強固に受け
止めて内槽の支持ができるようになる。

次に第４図の図の垂直方向となる内槽１Ｄの長
手方向に力が作用すると、２１Ｉ，２１Ｊ，２１
Ｋ，２１Ｌの支持カラムの剪断曲げ変形と、それ
が或る限度以上に達すると球面座２４Ａ，２４
Ｂ，２４Ｃ，２４Ｄ及び２５Ａ，２５Ｂ，２５
Ｃ，２５Ｄの接触面での滑りにより、この方向の
力に対しては極めて低い抵抗力で逃げる事が可能
となる。

なお、この第４図に於いて座２６Ａと真空容器
である外槽１Ｄの側板との接続については溶接で
結合してもよく、またたヾ単に接触させただけで
もよく、該側板が真空による外気圧で内方に押さ
れているので、この側板変形を阻止する真空支持
棒としての作用をはたす事になり、必ずしも強固
な結合を必要としない。

また、上記第４図では一方座２６Ｂの取付座２
７Ａ，２７Ｂにより台車に支持する為に、両方の
座２６Ａ，２６Ｂの形が互に異なつているが、両
方の座共に力を受ける事が出来る様にするのであ
れば、両座は同じ形とし、つなぎ板２８は両端同
じ幅の帯構造で構成可能となる。

第５図は第４図に示した２方向支持カラム構造
を複数用いて内槽を支持した一例を示しており、
真空容器である外槽１Ｄに対し内槽１９Ａには第
３図と同様に結合材２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃが設
けられているが、３５Ａ，３５Ｂで示すものは第
４図に示したものと全く同じ４個の支持カラムを
組合せてなる２方向支持カラム構造で３５Ｃは上
記支持カラム構造３５Ａ又は３５Ｂを縦軸・横軸
両方向に90゜旋回して設けることにより左右方向
と上下方向力を受けられる様に構成した２方向支
持カラム構造で、この３５Ｃの場合ボルト３０Ａ
で連結された座２９Ｃ，２９Ｄが真空容器である
外槽１Ｄの両側板に結合されていて、長手方向・
上下方向力を受けられる様にしている。また、中
央の結合材２０が第４図のつなぎ板２８と同じ作
用を持たせ得るので座２９Ｃ，２９Ｄ間に設けた
ボルト３０Ａにより各支持カラムに圧縮力をあた
える事が可能となる。

なお、他の実施例として第１図の形態の両端に
接手を有する支持カラムを四辺形状に組合わせて
構成する事も考え得るが、両端の球面接手の分だ
け長さを損をするので若干構成上の不利はあるが
構成は可能である。

この他に第５図で中央の２方向支持カラム構造
３５Ｃの内側附近のすき間に内槽１９Ａの長手方
向と直交する両側方向の支持カラムを組込んで構
成すると、３方向支持カラム構造とする事が可能
で各種の組合せを考える事も可能である。

本発明は以上詳述した如く一方向に高い剛性を
有する支持カラムを四辺形状に組合わせて２方向
に高い剛性を発揮するようにして用いることによ
り、内槽と真空容器外槽との間の結合個所を大巾
に減少し得るようになり、超電導電磁石の構成の
簡易化と、その組立ての際の調整作業の大巾な簡
略化が図れ、製作の容易でしかも極めて合理的か
つ理想的構造を提供する事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は全金属性で両端に球面接手を有する支
持カラムの一例を示す断面図、第２図は金属性円
筒とFRP等の円筒を組合せて構成した支持カラ
ムの一例を示す断面図、第３図は第２図の支持カ
ラムにより内槽を支持した支持構造の一例を示す
説明図、第４図は本発明の一実施例を示す支持構
造の断面図、第５図は同本発明の一実施例の支持
構造を用いて内槽を支持した状態説明図である。 １，１Ｃ，１Ｄ……真空容器である外槽、１
Ａ，１Ｂ……外槽の両側板、２，１０……座、
３，８……球面接手、４，５，６……パイプ、７
……端金具、９，１９，１９Ａ……内槽、９Ａ…
…内槽強度部材、１１……中心軸、１１ａ……軸
部、１２……中空軸、１３……ねじ、１４Ａ，１
４Ｂ，１６Ａ，１６Ｂ……FRP等のパイプ成形
材、１５Ａ，１５Ｂ……折返し材、１７，１７
Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ，１７Ｅ，１７Ｆ，
１７Ｇ，１７Ｈ……リング、１８……固定金具、
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ……結合材、２１Ａ，２
１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ，２１Ｅ，２１Ｆ，２１
Ｇ，２１Ｈ，２１Ｉ，２１Ｊ，２１Ｋ，２１Ｌ…
…支持カラム、２２Ａ，２２Ｂ……外槽よりの支
持梁、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ，２３Ｄ……外槽
よりの支持梁、２４Ａ〜２４Ｄ，２５Ａ〜２５Ｄ
……球面座、２６Ａ，２６Ｂ……座、２７Ａ，２
７Ｂ……取付座、２８……つなぎ板、２９Ａ，２
９Ｂ，２９Ｃ，２９Ｄ……座、３０，３０Ａ……
ボルト、３１……ナツト、３２Ａ，３２Ｂ……
座、３３……超電導コイル、３４Ａ，３４Ｂ……
タツプ、３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ……２方向支持
カラム構造。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 超電導磁気浮上車等に用いられる超電導電磁
   石で、真空容器である外槽中に超電導コイルを収
   納した内槽を支持するものにおいて、圧縮方向に
   は剛性が高く横方向には剛性が低い多重管構造の
   ４本の支持カラムを相互に座を介して四辺形状に
   組合わせ、その四辺形状の一方の対角線上に位置
   する２つの座を相互につなぎ板により連結した状
   態で外槽の対向部に支持させると共に、他方の対
   角線上の２つの座を内槽の対向部に固定して該内
   槽を支持する構成としたことを特徴とする超電導
   電磁石における内槽支持構造。