JPS623967B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は超電導磁気浮上車等に使用される超電
導電磁石に関する。

超電導電磁石を用いた磁気浮上車に関しては近
年多くの研究開発が進み、小形軽量でしかも強力
な超電導電磁石が作られる様になつて来た。この
為超電導電磁石のアンペアターンが極度に上昇し
て来ており、又超電導電磁石の構造は地上側の浮
上用コイルに有効な磁束を流す必要性から全体と
してレーストラツク形つまり長円形構造とされ、
同時に出来るだけ有効に電磁石構造部と地上コイ
ルの浮上遊間を確保する為に超電導電磁石構造自
体の断面を偏平化し、そこで生じた予裕により電
磁石のアンペアターンが少なくても良い様にして
全体の消費電力も減じようと言う考えが発生して
来た。この様に超電導電磁石の構造がレーストラ
ツク形で断面偏平化されると、レーストラツク形
コイル本体の対辺コイル部間には例えば800KAT
の場合で26ton／ｍに達する巨大な反撥力が作用
し、レーストラツク形のコイル本体を円形状にし
ようとする作用力が働く。この様に26ton／ｍと
言う作用力は軽量化をのぞむ車両にとつて極めて
過大な作用力で、第１図に示す様に上記コイル本
体を収納保持すべく同じくレーストラツク形状に
構成した内槽１に対し特に長尺平行部を結ぶ様に
中央接続梁２及び端部接続梁３Ａ，３Ｂを配して
その変形を阻止しようとしても、その内部に収納
されたコイル本体に電磁力が作用するとわずかの
量ではあるが点線に示す様に内槽１が変形を生じ
てしまう。この様に内槽１がわずかの変形でも生
じると内部コイル本体の超電導状態のコイル心線
に影響をあたえ、超電導破壊いわゆるクエンチが
発生する。特にコイル本体に合せて内槽１も断面
偏平状とすると上記の如き変形が容易に生じやす
い事から超電導電磁石としては極めて不安定なも
のとなつて使いものにならない可能性がある。こ
の対策として内槽１を厚板で構成する事が考えら
れるが、せつかく偏平形にして寸法を減じた内槽
厚さを逆に増し、又せつかく努力して来た軽量化
をそこない、又厚板の内槽によると内部コイル本
体をスペーサを介して固定するのに密着性が悪く
なるなど別の面から成立しずらい構造となる事が
考えられる。

本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その
目的とする処は軽量で断面偏平形寸法に影響をあ
たえないで内槽を有効に強化せしめて、極めて安
定した高性能の超電導電磁石を提供しようとする
ことにある。

ここで本発明の実施例を説明する前に第２図、
第３図を用いて偏平断面超電導電磁石の一般構造
及び問題点についてやや詳述すると、第２図は偏
平断面超電導電磁石の基本断面を示しており、図
示の如き断面偏平状の内槽１は図示しないが真空
及び特殊断熱した外槽内部に収納保持されると共
に、その内槽１内部には超電導線を巻回しモール
ド等により固化固定したコイル本体５を収納保持
して、図示しないが下方に敷設された浮上用地上
側コイルと対向するようになつている。なおその
内槽１は内周壁１Ａと外周壁１Ｂとからなる２分
割構造で、上記コイル本体５にスペーサ６を取付
けてその外周を覆うべく該内外周壁１Ａ，１Ｂを
かぶせて溶接ビード４Ａ，４Ｂにより接合して、
全体としてレーストラツク形状に構成される。こ
こで一定間隙毎に取付けられたスペーサ６（第３
図参照）が内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂに対して
接触してコイル本体５に作用する電磁力を内層１
に伝え、コイル本体５と内槽１とが合成して強度
を有するようになる。又上記スペーサ６（図示し
ないが２分割にて作られてコイル本体５の外周に
囲設した状態で溶接等により組立てられてい
る。）には孔７及び溝８などが設けられ、内槽１
内に流し込まれる液体ヘリウムが上記孔７及び溝
８を通つて該内槽１内全域に亘りコイル本体５を
４〜５〓に冷却して超電導状態を保持するように
していると共に、気化したヘリウムガスが溝８等
を通つて上方に脱気し得るようになつている。

こうした構成の超電導電磁石において、スペー
サ６が一定の間隙毎に配されている事により、内
槽１のスペーサ６と接する部分では割合的に該ス
ペーサ６の形状に近い断面を保持可能であるが、
スペーサ６と接触しない部分では該内槽１が断面
偏平形である為に内外周壁１Ａ，１Ｂの曲率半径
の大きな部分１AA，１BAが変形しやすい性質を
どうしても有してしまう。第３図はレーストラツ
ク形の内槽１及びコイル本体５の彎曲部の断面を
示し、内槽１はスペーサ６が配された所ではほぼ
その断面形状を保持するが、スペーサ６が無い所
では点線のように変形を生じる。つまり前記第２
図で示した内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの１
AA，１BAに相当する部分が変形を生じやすいた
めに、コイル本体５に通電すると大きな電磁力が
作用することで、内槽１はスペーサ６の位置を節
にして第３図点線に示す如く外周壁１Ｂが外方に
座屈状に彎曲変形し、内周壁１Ａがスペーサ６の
位置を節にして直線に近い多角形状に変形してし
まう。これは一般に梁が部分変形を生じると有効
に強度を発揮出来なくなると云つた曲り梁理論に
よりほぼ説明の付く事であるが、スペーサ６の影
響が非常に強く出て来ているので曲り梁理論によ
り素直に解析するにはかなり困難な問題である。
しかしいずれにせよ内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂ
の１AA，１BAに相当する部分が極めて弱く、コ
イル本体５の補強効果を極めてわずかしか有して
いない事は明らかである。

ここで本発明の超電導電磁石の一実施例を第４
図の内槽断面により説明する。この第４図のもの
は前記第２図と同じ扁平断面構造の内槽１を有効
に補強し、軽量化、寸法制限有効断面強化、スペ
ーサの確実固定など超電導電磁石として必要なあ
らゆる条件を満足出来る機能を有すべく配慮され
ている。

即ち、この超電導電磁石の内槽１は内部に極低
温に冷却された液体ヘリウムを有しており何等か
の不都合により超電導状態がこわれると、コイル
本体５内部に流れていた電流が常電導化した部分
のコイルで発熱消費され、その熱によりコイル全
般が熱せられ、ほとんど全部のコイルが常電導化
し、その熱により冷却用液体ヘリウムが気化す
る。この気化したヘリウムガスは安全弁等で放出
されるが、どうしても内槽内の圧力は一時的に上
昇する。この為予想上昇圧力と内槽１の内容積と
の関係で圧力容器としての法的な規制を受ける事
があり、このため内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの
板厚は法的に一定厚以上である事が要求される。
この法的な必要最小板厚で内槽１を構成する事は
問題無く可能であるが、この板厚では第２図第３
図に示す様な内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの曲率
半径大なる部分１AA，１BAの変形を阻止する事
は困難である。しかし法的に要求される最小内槽
板厚によると、内外周壁１Ａ，１Ｂを溶接ビード
４Ａ，４Ｂにより接合して内槽１を構成する時に
該溶接収縮によりスペーサ６と内槽１とを確実に
密着固定する事が可能である。この為すでに述べ
た様に内槽１の板厚を増すと、重量増と共に、ス
ペーサ６と内槽１との密着性が悪くなり、かえつ
て電磁力によりスペーサ６の遊動を誘発し、これ
にてコイル本体５の超電導状態のコイル心線に影
響をあたえてクエンチを生じる危険性を有してい
る。

そこで第４図に示す本発明の超電導電磁石にお
いては、内槽１、その内外周壁１Ａ，１Ｂ相互組
立て溶接ビード４Ａ，４Ｂ及びコイル本体５並び
にスペーサ６は前記第２図のものと同様である。
ここで内部に断面偏平のコイル本体５をスペーサ
６を介して収納保持して断面偏平状に溶接組立ら
れた内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの曲率半径の小
さな隅部１AC，１AD及び１BC，１BDの各外面
にそれぞれ補強用板９Ａ，９Ｂ及び１０Ａ，１０
Ｂが重合して溶接されている。なおその各補強用
板９Ａ，９Ｂ及び１０Ａ，１０Ｂは前記曲率半径
の小さな隅部１AC，１AD及び１BC，１BDの各
外面に沿つて彎曲した断面円弧状板で、且つ内外
周壁１Ａ，１Ｂの互いに対向する曲率半径の大き
な部分１AA，１BA相互の対辺寸法より外側に殆
ど突出しない程度の幅及び肉厚のものが選定され
て、その各々の端部が両側の内槽周壁組立用溶接
ビード４Ａ，４Ｂと重ならない位置で溶接ビード
１１によりそれぞれ内外周壁１Ａ，１Ｂ外面に固
定されている。

而して本発明による超電導電磁石の内槽構造に
よる機能について説明すると、内槽１の内外周壁
１Ａ，１Ｂは圧力容器として法的に要求される最
小板厚で構成しているので、溶接ビード４Ａ，４
Ｂによる溶接組立時の溶接収縮が良好にできて、
スペーサ６が内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの内面
に強く接触固定され、スペーサ６は強力な電磁力
を内槽１に伝える時でも微小移動などを生ずるこ
とが全く無くなる。次に補強用板９Ａ，９Ｂ，１
０Ａ，１０Ｂは内槽１の偏平断面の隅部１AC，
１AC，１AD，１ADに配されていて、その各々
の端部が、特にスペース的に小さくしようと努力
をしている内槽１の対辺寸法即ち曲率半径の大な
る部分１AA，１BA部分より外方にほとんど出て
来ないので、数mmをも問題にしている内槽外形寸
法を全く変えずに補強が可能となる。

ここで前記断面偏平状の内槽１は大きな電磁力
を受けた時に内外周壁１Ａ，１Ｂの曲率半径の大
なる部分１AA，１BAが上下方向に変位して強度
的に問題となる可能性が高いので、その部分全体
の補強が必要であるが、前述の如く内槽１の外形
寸法の制限関係上それが無理であることから、前
述したように内槽１の内外周壁１Ａ，１Ｂの曲率
半径の小さな隅部１AC，１AD及び１BC，１BD
の各外面にそれぞれ補強用板９Ａ，９Ｂ及び１０
Ａ，１０Ｂを重合溶接しているが、その各補強用
板９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂを設けたことによ
り、その各補強用板９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ
の幅に相当する部分の板厚が増加するので、曲げ
力に対して剛性を発揮する有効断面が曲率半径の
大なる部分１AA，１BAの両側から中央寄りに拡
がり、この結果補強用板による断面増加以上に内
槽周壁の曲げ剛性が向上して、曲率半径の大なる
部分１AA，１BAの異常な上下方向変位をかなり
防止することができるようになる。

また内槽１が強力な電磁力により長手方向に両
側溶接ビード４Ａ，４Ｂを中立軸として曲げ力を
受ける時、該中立軸近辺は補強用板を設けて板厚
を増加しても該曲げに対する剛性の向上にはあま
り役にたたない。つまり強度剛性的に補強のきき
の悪い部分であつて、むしろ補強による板厚増加
は重量増を招くデメリツトが大きい。このために
前述の如く内周壁１Ａ側の補強用板９Ａ，９Ｂと
外周壁１Ｂ側の補強用板１０Ａ，１０Ｂとを分離
していることで、いたづらに重量増加を招くこと
がなく、ずべての断面が内槽強度の確保に有効に
作用するようになる。

またこの補強用板９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ
の取付溶接は溶接ビード１１の隅肉溶接の他に各
補強用板の中央に栓溶接などを行う事も可能であ
るが、内槽１を構成する上で溶接ビード４Ａ，４
Ｂ又は内槽１を縦に分割した場合に１AA，１BA
部に溶接部を配する事も有り得るが、これ等の溶
接ビード４Ａ，４Ｂと補強取付用の溶接ビード１
１は重なる事が無いので、溶接施工上欠陥が生じ
る危険が極めて少なく、又溶接ビード１１は必ず
しも連続溶接の必要性は無いが、内槽１のスペー
サ６への固定締付力を増加せしめるのに有効に作
用せしめる事が出来る。

本発明は以上詳述した如くなしたから、補強用
板の取付自体は割合単純であるが、その補強取付
により得る効果は極めて大きく、大容量の超電導
電磁石を安定に励磁継続せしめるのに極めて重要
な効果を得るだけでなく、超電導磁気浮上車に要
求される寸法の数mmを問題としての切りつめ、同
時にグラム単位の重量軽減要求と云つたことに対
して極めて重大な効果を得る事が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の超電導磁気浮上車用超電導電磁
石でレーストラツク状の内槽を有するものの内槽
側面説明図と通電励磁時の変形を示す説明図、第
２図は偏平断面を有する超電導電磁石の内槽の基
本断面図、第３図はコイル本体とスペーサと内槽
との関係をレーストラツク状の彎曲部について示
した断面図で合せて通電励磁時に生じる内槽の変
形をも示した説明図、第４図は本発明の一実施例
を示す偏平断面の強化形超電導電磁石内槽の基本
断面図である。 １……内槽、１Ａ，１Ｂ……内外周壁、２，３
Ａ，３Ｂ……内槽対辺間を結合する接合梁、４
Ａ，４Ｂ……内槽周壁組立て用溶接ビード、５…
…コイル本体、６……スペーサ、７……孔、８…
…溝、９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ……補強用
板、１１……補強取付用溶接ビード、１AA，１
BA……内槽の断面曲率半径大なる部分、１AC，
１AD……内槽の断面曲率半径小なる隅部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ モールド等により固化固定した断面偏平のコ
   イル本体をスペーサを介して内部に収納保持する
   断面偏平状に溶接組立られる内槽を用いた超電導
   電磁石において、前記内槽の断面偏平状周壁の曲
   率半径の小さな４隅部外面にそれぞれ補強用板
   を、これらが該内槽周壁の互いに対向する曲率半
   径の大きな部分相互の対辺寸法より外側に殆ど突
   出せず且つ前記内槽の周壁組立用溶接ビードと重
   ならない範囲で重合溶接して構成したことを特徴
   とするする超電導電磁石。