(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線を巻回した超電導コイルと、前記超電導コイルの外周を包囲して設けられた環状の内槽と、前記内槽の環状内側の対向する壁面間に渡して設けられた内槽ビームと、前記内槽と前記内槽ビームとを包囲して設けられた輻射シールド板と、前記内槽と前記内槽ビームと輻射シールド板との全体を包囲して設けられた外槽と、前記外槽の地上コイル側の外表面に接して設置された集電コイルとを有してなる磁気浮上式列車用の超電導磁石において、
前記超電導コイルのコイル面の位置を前記内槽の中心位置から地上コイル側にずらして配置し、前記集電コイルを前記外槽の外表面から離して設置したことを特徴とする磁気浮上式列車用の超電導磁石。
【請求項２】
超電導線を巻回した超電導コイルと、前記超電導コイルの外周を包囲して設けられた環状の内槽と、前記内槽の環状内側の対向する壁面間に渡して設けられた内槽ビームと、前記内槽と前記内槽ビームとを包囲して設けられた輻射シールド板と、前記内槽と前記内槽ビームと輻射シールド板との全体を包囲して設けられた外槽と、前記外槽の地上コイル側の外表面に接して設置された集電コイルとを有してなる磁気浮上式列車用の超電導磁石において、
前記内槽の断面形状を前記超電導コイルのコイル軸方向を短径とする長円形とし、前記外槽を前記内槽に近付けて配置することにより、前記集電コイルを前記外槽の外表面から離して設置したことを特徴とする磁気浮上式列車用の超電導磁石。
【請求項３】
前記内槽ビームの少なくとも地上コイル側のビーム面と、該内槽ビーム面に対向する前記輻射シールド板の板面とを地上コイルの反対側に後退させて形成し、前記外槽の地上コイル側の外表面のうち、前記内槽の環状内側に対向する部分の外表面を地上コイルの反対側に凹ませて形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の磁気浮上式列車用の超電導磁石。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気浮上式列車用の超電導磁石に係り、特に、集電コイルを備えた車両側の超電導磁石に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気浮上式列車用の車両側の超電導磁石は、車両の台車の両側に載置されるものである。このような車両側の超電導磁石は、超電導線を長円環状（レーストラック状）に巻回した超電導コイルを内槽に収納し、その内槽を空隙を介して輻射シールド板で包囲し、さらに全体を外槽に収納して形成される。また、超電導コイルに作用する求心方向の電磁力を内槽で受けるため、レーストラック状の内槽の対向する長辺の壁面間に内槽ビームを渡して形成される。内槽ビームは、レーストラック状の内槽の対向する長辺の長さに応じて、例えば、１つの内槽に２〜４組程度備えられている。また、内槽の断面は超電導コイルのコイル断面形状に合わせて円形又は長円形に形成されているから、例えば、内槽ビームは内槽の断面の台車側と地上コイル側の弧状部に位置させて配置された２本のビームを一組として形成されている。また、内槽が荷重支持体によって固定されている場合には、コイルのねじれを防ぐため、台車側と地上コイル側の２本のビーム間を広くすることにより剛性を高めている。そして、輻射シールド板は内槽ビームをも包囲するように設けられる。
【０００３】
また、車上電源を得るため、台車の両側に設置される超電導コイルに対面するように設けられた地上コイルの磁界を利用して電力を得る集電コイルを、外槽の地上コイル側の外表面に接して配置している。すなわち、磁気浮上列車の走行方向に沿って連続して配置された多数の地上コイルが発生する磁界を、磁気浮上列車が通過すると、集電コイルに高周波磁界が作用し、これにより集電コイルに電流が流れるので、これを車上用の電力として利用することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術によると、前述した高周波磁場によって超電導磁石の外槽表面に渦電流が流れるため、その渦電流によって発生する磁場により、その高周波磁場が減殺され、集電コイルの集電能力を大きく低下させるという問題がある。
【０００５】
このような渦電流の影響を低減するため、超電導磁石の外槽表面と集電コイルとの間を離すことが考えられるが、単に超電導磁石の外槽表面と集電コイルとの間を離すことは、超電導磁石と地上コイルとを離すことにつながり、浮上力を低下させることになるから好ましくない。
【０００６】
そこで、集電コイル側の外槽表面を内槽側に凹ませて、集電コイルと外槽表面との間隙を大きくすることが考えられる。しかし、内槽と外槽との位置関係は、一般に最小化されていることから、長円環状の内槽に対向する外槽表面を凹ませることはできないのは致し方ない。また、内槽ビームは、超電導コイルの電磁力により内槽全体がねじれるのを防ぐため、超電導コイルのコイル面に直交する方向の内槽の幅（径）にビーム幅を広げて十分な剛性を持たせるようにしている。したがって、内槽ビームに対向する位置の外槽の外表面は凹ませることができない。特に、内槽ビームに対向する外槽表面は、内槽に対向するレーストラック状の外槽表面を短絡するような形になるから、その部分を介して渦電流が流れやすくなるため、渦電流による高周波磁場を十分に低減することができないという問題がある。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、超電導磁石の外槽表面に発生する渦電流により集電コイルの集電能力が低下するのを低減することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、超電導線を巻回した超電導コイルと、この超電導コイルの外周を包囲して設けられた環状の内槽と、この内槽の環状内側の対向する壁面間に渡して設けられた内槽ビームと、内槽と内槽ビームとを包囲して設けられた輻射シールド板と、内槽と内槽ビームと輻射シールド板との全体を包囲して設けられた外槽と、外槽の地上コイル側の外表面に配置された集電コイルとを有してなる磁気浮上式列車用の超電導磁石を前提とする。そして、超電導コイルのコイル面の位置を内槽の中心位置から地上コイル側にずらして配置し、集電コイルを前記外槽の外表面から離して設置することを特徴とする。
【０００９】
このように形成することにより、超電導コイルのコイル面の位置と地上コイルとの距離関係を保持しつつ、外槽の外表面の位置を地上コイルから離すことができ、その分だけ集電コイルを外槽表面からはなすことができるから、渦電流による逆向きの高周波磁界の影響を低減できるので、集電コイルの集電能力の低下を低減できる。
【００１１】
また、内槽の断面形状を超電導コイルのコイル軸方向を短径とする長円形とし、外槽を内槽に近付けて配置することにより、集電コイルを外槽の外表面から離して設置しても同様に上記課題を解決することができる。この場合、内槽のねじれ変形に対する剛性が低下するので、内槽の台車側の外表面部等にねじれ剛性を高める補強部材を設けることが好ましい。
【００１２】
これらに加えて、内槽ビームの少なくとも地上コイル側のビーム面と、内槽ビーム面に対向する輻射シールド板の板面とを地上コイルの反対側に後退させて形成し、外槽の地上コイル側の外表面のうち、内槽の環状内側に対向する部分の外表面を地上コイルの反対側に凹ませて形成することが好ましい。これによれば、一層、集電コイルに作用する外槽表面の渦電流による高周波磁界を十分に低減できるので、集電能力を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。図１、２、３に、本発明に係る超電導磁石の基本形態を示す。図１は、台車の両側に設置される超電導磁石の斜視図である。図１において、超電導磁石１は、外槽２と、外槽２に設けた穴部４と、集電コイル５とを有している。集電コイル５は、図中に破線で例示したように、８の字状に巻回したコイルを保護材で矩形の板状に形成し、外槽２の地上コイル側の外表面に対面して近接配置されている。図２は、図１の超電導磁石を地上コイル側からみた図である。図３（ａ）は、図２の線IIIａ−IIIａにおける断面図であり、図３（ｂ）は、図２の線IIIｂ−IIIｂにおける断面図である。図３に示すように、外槽２の内部には、超電導コイル７と、超電導コイル７を収納する容器である内槽８と、内槽８の変形を防止する内槽ビーム９と、内槽８と内槽ビーム９を覆う輻射シールド板１０とが収納されている。そして、図３（ａ）に示すように、内槽ビーム９で支持された内槽８の内側で、超電導コイル７、内槽８、内槽ビーム９などが存在する部分を除いて、集電コイル５から外槽２の表面を遠ざけるように外槽２に穴部４が形成されている。
【００１４】
超電導コイル７は、超電導物質からなる線材を巻回して、長円環状すなわちレーストラックの形に形成され、２つの円弧部（半円）を繋ぐ２つの直線部を有する形状とされている。このように形成された超電導コイル７は図示していない支持部材により内槽８の内部に支持されている。内槽８の内部には、液体ヘルウムが充填されて、極低温状態（例えば、絶対温度４．２°K）に保たれている。輻射シールド板１０には液体窒素が充填されて、絶対温度７８°K近傍に冷却され、輻射シールド板１０と内槽８との間は真空断熱されている。また、輻射シールド板１０及び内槽８は、超電導コイル７と同様なレーストラックの形状とされている。なお、輻射シールド板１０は、内槽８を覆う直方体形状のものを用いてもよい。外槽２の外形は、ほぼ直方体形状をしており、内部を真空状態に保ち、外部と断熱するようになっている。
【００１５】
内槽ビーム９は、内槽８が電磁力によって変形することを防ぐための補強梁であり、レーストラック形状の内槽８の両直線部の内側に渡して設置されている。そして、内槽ビーム９は、超電導コイル７と内槽８の剛性中立軸の位置に合わせて設置されている。図３の形態においては、超電導コイル７の剛性中立軸と、内槽８の剛性中立軸は、一致しており、図において上下の超電導コイル７及び内槽８の断面中心を通る面上にある。この剛性中立軸に合わせて、内槽ビーム９は内槽８の幅（超電導コイル７のコイル面に直行する方向の内槽の径）に対応させて２点で支持するように、二股に分かれた端部を有するビームが適用されている。そして、断面は図４に示すように長方形に形成して、内槽８の厚みよりも薄く形成されている。そして、輻射シールド板１０の内槽ビーム９に対向する部分の板面を凹ませて凹部２２が形成されている。同様に、外槽２の内槽ビーム９に対向する部分の外表面を凹ませて凹部２３が形成されている。これにより、内槽ビーム９に対向する部分の外槽２の外表面が、集電コイル５から離されている。
上述したように、図１〜３の基本形態によれば、外槽２に穴部４を設けるだけでなく、内槽ビーム９を内槽８の幅よりも細くして、ビーム面を集電コイル５の設置位置から遠ざけ、これに合わせて輻射シールド板１０と外槽２にそれぞれ凹部２２，２３を形成したことから、図１から明らかなように、外槽２の集電コイル５側の外表面に長手方向に渡って連続した凹み部が形成され、この凹み部においては集電コイル５と外槽２の外表面との空隙が大きくなる。その結果、外槽２の外表面、特に凹み部に流れる渦電流が低減され、さらにその渦電流により生ずる高周波磁界が集電コイル５に及ぼす影響が低減されるから、渦電流による集電コイル５の集電能力の低下を減じて、集電能力を向上することができる。
【００１６】
ここで、内槽ビーム９に加わる電磁力について説明する。電磁力は、超電導コイル７の環状中心から外側に広がろうとする力として、内槽ビーム９に力を及ぼすので、まず、応力集中が起こらないように、内槽ビーム９と内槽８との接続形状にすることが好ましい。そこで、前述したように、超電導コイル７と内槽８の剛性中立軸の位置に内槽ビーム９のビーム中心を配置し、接続端部を二股にすることが好ましい。そして、電磁力による変形に耐えることができる断面積が必要となる。一方、できるだけ外槽２の外表面を集電コイル５から遠ざけるために、内槽ビーム９を細くすることが望ましい。そこで、図４に示すように、断面形状を長方形として十分な断面積を確保するようにする。このような断面形状とすることにより、同時に、内槽２に加わるねじりモーメントにより内槽ビーム９にかかる曲げに耐えることができる。
【００１７】
図５，６に、本発明の第１の実施の形態の超電導磁石の要部構成図を示す。図５は、超電導コイル７と内槽２８と内槽ビーム２９の部分を拡大して示した図であり、図３（ｂ）に対応する断面図である。図６は、図５の線ＶＩ−ＶＩにおける断面図である。それらの図において、図１〜３の基本形態と同様の機能、構成を有するものには同一符号を付して説明を省略する。
【００１８】
この実施形態が基本形態と異なる点は、超電導コイル７と外槽２の外表面とを近付けるために内槽２８の幅（超電導コイル７のコイル面に直交する方向の内槽の径）を更に小さくしたことにある。これにより、超電導コイル７と地上コイルとの間隔を広げることなく、外槽２の外表面と地上コイルとの間隔を広げることができるから、その分だけ集電コイル５と外槽２の外表面との間隔を広げて、渦電流の影響を低減することができる。但し、内槽２８の幅を小さくすると、その方向の剛性が低下するので、内槽２８の台車側に補強２０を設けることが好ましい。
【００１９】
また、基本形態と同様に、内槽ビーム２９の地上コイル側のビーム面は、凹ませて形成されている。但し、内槽ビーム２９の台車側のビーム面は、補強２０の面位置に合わせて太く形成されている。これにより、内槽ビーム２９の剛性中立軸は、超電導コイル７の剛性中立軸よりも台車側にずれている。したがって、内槽２８の剛性中立軸に対して電磁力がかかる位置がずれ、その分だけ大きなねじりモーメントが内槽２８に働くことになる。そこで、内槽ビーム２９の曲げ剛性を高くするため、内槽ビーム２９の断面形状を、図６に示すように、Ｈ型とすることが好ましいが、これに限られるものではない。
【００２０】
このように、第１の実施形態によれば、内槽２８の幅を小さくした分だけ集電コイル５と外槽２５の外表面との間隔を広げて、渦電流の影響を低減することができる。また、内槽ビーム２９の地上コイル側を凹ませることにより、基本形態と同様に、内槽ビーム２９に対向する部分の輻射シールド板１０に凹部２２を形成することができ、内槽ビーム２９に対向する部分の外槽２の凹部２３が集電コイル５から離れた分、その部分の外槽２の外表面に流れる渦電流が減るとともに、その部分の外槽２の外表面から集電コイル５が離されるので、渦電流の影響を低減でき、一層、渦電流による集電コイル５の集電能力の低下を減ずることができ、集電能力の効率向上をはかることができる。
【００２１】
図７に、第２の実施の形態の超電導磁石の要部構成図を示す。同図は、超電導コイル７と内槽８と内槽ビーム９の部分を拡大して示した図であり、図３（ｂ）に対応する断面図である。この実施形態が図３の基本形態と異なる点は、超電導コイル７の中心を内槽８に対して地上コイル側に偏心させた点にある。その他の点は図３と同一である。
【００２２】
この実施の形態によれば、超電導コイル７を内槽８に対して地上コイル側に偏心させた分だけ、超電導コイル７と地上コイルとの間隔を広げることなく、つまり浮上力を低減することなく、外槽２の外表面と地上コイルとの間隔を広げることができるから、渦電流の影響を低減して、集電コイルの集電能力を向上することができる。この場合も、内槽８の剛性中立軸と超電導コイル７の剛性中立軸がずれるため、内槽ビームの曲げ剛性を高くする必要が生じる場合がある。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、渦電流が流れる外槽表面と集電コイルとの空隙ないし間隔を大きくすることができるため、集電コイルに及ぼす渦電流の影響を低減でき、渦電流による集電コイルの集電能力の低下を減ずることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る基本形態の超電導磁石と集電コイルの斜視図である。
【図２】図１の基本形態の超電導磁石の地上コイル側からの側面図である。
【図３】（ａ）は図２の線IIIａ-IIIａにおける断面図、（ｂ）は図２の線IIIｂ-IIIｂにおける断面図である。
【図４】図３（ｂ）の線IV−IVにおける断面図である。
【図５】本発明に係る第１の実施の形態の超電導コイルと内槽と内槽ビームの関係を示す図である。
【図６】図５の線VI−VIにおける断面図である。
【図７】本発明に係る第２の実施の形態の超電導コイルと内槽と内槽ビームの関係を示す図である。
【符号の説明】
１  超電導磁石
２  外槽
４  穴部
５  集電コイル
７  超電導コイル
８，２８  内槽
９，２９  内槽ビーム
１０  輻射シールド板
２０  補強
２２，２３  凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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