(57)【要約】【課題】超電導磁石の３次元曲げ振動モードの共振が走行速度領域内に存在しないようにするととともに、超電導磁石装置の重量を軽減し、実際の機器の実装効率を向上させることができる超電導磁石の台枠構造を提供する。【解決手段】超電導磁石の台枠構造において、超電導磁石１，２に沿って配置される台枠の側梁３，４の間に３本の台枠の横梁５，６，７を配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導磁石に沿って配置される台枠の側梁の間に３本の台枠の横梁を配置することを特徴とする超電導磁石の台枠構造。
【請求項２】
請求項１記載の超電導磁石の台枠構造において、左右３次曲げ振動モードの超電導磁石の共振周波数を、１５４Ｈｚ超過へシフトすることを特徴とする超電導磁石の台枠構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上式鉄道の車両に搭載される超電導磁石の台枠構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
かかる左右の超電導磁石の間には横梁を有する台枠が配置されるようになっている（下記特許文献１）。
【０００３】
従来、超電導磁気浮上式鉄道用超電導磁石は走行中に地上コイルからの高調波磁場により振動を受ける。この振動は、超電導磁石のヘリウム温度領域に熱負荷を与え、加えて信頼性や耐久性を損なう原因となる。
【０００４】
従来、実走行時の超電導磁石（ＳＣＭ）の振動特性を明らかにする目的で、ＳＣＭ−台車−ＳＣＭモデル（以下、実走行モデル）を作製して解析を行い、日の字浮上コイル模擬の電磁加振試験時と実走行時の振動特性の差異や外槽剛性や外槽−内槽間のばね定数を変化させた場合の特性等を明らかにしてきた（下記非特許文献１）。特に、日の字浮上コイルに起因した加振力で超電導磁石が振動する際の特性については、実験と解析の比較を行うことにより、その現象を説明することがほぼ可能なレベルとなった。その検討の中で、超電導磁石の左右振動については、超電導磁石自身の対策では不十分であり、他の検討ともあわせて、地上側コイルにおいて左右方向の加振力を低減する方向となっている。
【０００５】
以前、左右振動特性を向上させるための車両側の対策を検討する一環として、一つの方策として、台枠の横梁を４本から５本に変更し、台枠の左右剛性を向上させた場合のモデル（以下、５本梁モデルと呼ぶ、比較のため従来モデルは４本梁モデルと呼ぶこととする）を作製し、解析を実施した。その結果、左右振動について、従来の４本梁モデルと比較して振動が大きく低減されることがわかった（下記非特許文献２）。しかしながら、横梁を５本とすることは、左右振動低減に効果的であるが実際の機器配置等で困難な要素が大きい問題が残されている。また、台枠の横梁の本数を４本としたままで、横梁の剛性だけを変えたモデル（以下、改良４本梁モデルと呼ぶ）を作製して左右振動特性がどの程度向上するかも計算し、ある基準を定義することにより振動低減効果を見出す手法を提案し、振動低減対策のメリットが得られる可能性を見出した。
【特許文献１】特開平１１−２３４８１０号公報
【非特許文献１】日本ＡＥＭ学会誌  Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．４（２００４）ｐｐ．２７２−２７８
【非特許文献２】日本ＡＥＭ学会誌  Ｖｏｌ．１３，Ｎｏ．３（２００５）ｐｐ．２５２−２５７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、台枠の横梁の本数を４本又は５本としても、実際の機器配置等で困難な要素がある。つまり、横梁が多いだけ、実際の機器配置が制限されることになり、実装効率が低減する。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、超電導磁石の３次元曲げ振動モードの共振が走行速度領域内に存在しないようにするととともに、超電導磁石装置の重量を軽減し、実際の機器の実装効率を向上させることができる超電導磁石の台枠構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導磁石の台枠構造において、超電導磁石に沿って配置される台枠の側梁の間に３本の台枠の横梁を配置することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕上記〔１〕記載の超電導磁石の台枠構造において、左右３次曲げ振動モードの超電導磁石の共振周波数を、１５４Ｈｚ超過へシフトすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、左右３次曲げ振動モードの超電導磁石の共振周波数を、１５４Ｈｚ超過へシフトすることができる。
【００１１】
また、超電導磁石装置の重量を軽減し、実際の機器の実装効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の超電導磁石の台枠構造は、超電導磁石に沿って配置される台枠の側梁の間に３本の台枠の横梁を配置する。よって、超電導磁石の３次元曲げ振動モードの共振が走行速度領域内に存在しないようにするととともに、超電導磁石装置の重量を軽減し、実際の機器の実装効率を向上させることができる。
【実施例】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明の実施例を示す超電導磁石の台枠構造の平面模式図である。
【００１５】
これらの図において、１，２は左右に配置される超電導磁石、３，４は超電導磁石１，２に沿って配置される台枠の側梁、５，６，７は台枠の側梁３，４間に配置される台枠の横梁である。
【００１６】
今回のモデルは、台枠の横枠が５本である、つまり５本梁モデル（下記非特許文献２）を基本として、２本の台枠の横梁を削除し、かつ台枠の横梁の剛性を任意に変更できるように台枠の側梁と台枠の横梁の物性情報を独立に変更できるような改良を行った。なお、超電導磁石部分は改良していない。
【００１７】
図２はその超電導磁石の台枠構造の解析モデル外観図である。
【００１８】
解析モデル上の重量を表１に示す。
【００１９】
【表１】
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本発明の台枠の横梁の３本梁モデルは、従来からの４本梁モデルよりも約３０ｋｇ、５本梁モデルよりも約８０ｋｇの低減効果があることがわかる。
【００２０】
次に、解析結果について説明する。
【００２１】
（Ａ）固有値解析結果
調和応答解析に先立ち、固有値解析を行った。日の字加振による調和応答を行った際に出現する可能性が高い振動モードをその５本梁モデルと比較して図３〜図６に示す。
【００２２】
本発明の台枠の横梁の３本梁モデルの共振周波数はその５本梁モデルと比較して、数Ｈｚのみ下がる傾向にある。重量が軽くなることで周波数が上方にシフトするのと横梁の本数が少なくなることによる剛性の低下で周波数が下方にシフトするのを相殺していると推測される。特に、台枠の横梁の３本梁モデルの場合、時速５００ｋｍの加振周波数１５４Ｈｚ近傍においても、台枠の横梁の５本梁モデルに比して安定な状態にある。
【００２３】
（Ｂ）調和応答解析結果
調和応答解析は以下のように行った。
【００２４】
荷重は、図７に示す通り軌道側外槽表面の超電導コイル位置中心に加えた。
【００２５】
荷重条件は日の字浮上実走行とし、ｙ方向成分を明確にするために以下の荷重条件で解析した。
【００２６】
Ｆｙ＋Ｍｚ加振（両側加振）・・・ｙ方向成分に着目
Ｆｙ＋Ｍｙ加振（両側加振）・・・ｚ方向成分に着目
調和応答結果はＳＣＭ端部に着目した。（節点番号は、図１参照）
（１）Ｆｚ＋Ｍｙ加振
軌道側外槽表面の超電導コイル中心位置に、日の字実走行加振時のＦｚ及びＭｙ成分を荷重として入力した場合の解析結果を図８に示す。力の方向に合せてｚ方向に着目した。比較のために節点番号２５３における横梁の違いによる応答の結果を図９に示す。
【００２７】
図８，図９より、以下のことがわかる。
【００２８】
Ｆｚ＋Ｍｙ加振の場合には、台枠の横梁の本数にかかわらず共振周波数並びに共振時の振動加速度には大きな差は認められない。
【００２９】
（２）Ｆｙ＋Ｍｚ加振
軌道側外槽表面の超電導コイル中心位置に、日の字実走行加振時のＦｙ及びＭｚ成分を荷重として入力した場合の解析結果を図１０に示す。力の方向に合せてｙ方向に着目した。上記（１）と同様に、比較のために節点番号２５３における横梁の違いによる応答の結果を図１１に示す。
【００３０】
図１０，図１１より、以下のことがわかる。
【００３１】
３本梁モデルは、５本梁モデルほどの振動抑制効果はないが、走行時に蒸発量の増大が顕著に認められる左右３次曲げ振動モード（逆位相）が走行速度領域内に存在しないなど有効性は高い。特に、３本梁モデルでは周波数１８０Ｈｚあたりに共振周波数をシフトしていることが明らかである。
【００３２】
台枠の横梁の３本梁モデルの場合でも、その５本梁モデルと同様に左右３次曲げ振動モードの腹となる部分に横梁が存在することにより、振動を抑制する効果が大きいことが今回の解析で明らかとなった。
【００３３】
本発明の台枠の横梁の３本梁モデルの固有値解析及び調和応答解析結果から以下のことが明らかとなった。
【００３４】
固有値解析の結果より、従来の台枠の横梁の４本梁モデル及び５本梁モデルと比較して上下方向が主体となる振動モードは周波数がほとんど変わらない。
【００３５】
左右方向が主体となる振動モードは台枠の横梁の５本梁モデルの共振周波数に比較的近い傾向にある。
【００３６】
日の字浮上実走行時の加振力による調和応答解析を行った。
【００３７】
上下振動では、台枠の横梁の本数にかかわらず共振周波数並びに共振時の振動加速度には大きな差は認められない。
【００３８】
左右振動では、台枠の横梁の３本梁モデルは５本梁モデルほどの振動抑制効果はないが、実験時に蒸発量の増大が顕著に認められる左右３次曲げ振動モード（逆位相）の共振が走行速度領域内に存在しないなど有効性は高い。
【００３９】
このように、振動低減に寄与している横梁の効果を明らかにすることができた。今回の解析したモデルでは、重量を低減できる可能性があるなど有効性は高いと考えられる。仮に、台枠の横梁の３本梁モデルの場合には、支持脚８，９は図１４に示すような配置が考えられる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の超電導磁石の台枠構造は、重量を軽減し、かつ実際の機器の実装効率を向上させることができる超電導磁石の台枠構造として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施例を示す超電導磁石の台枠構造の平面模式図である。
【図２】本発明の実施例を示す超電導磁石の台枠構造の解析モデル外観図である。
【図３】台枠の固有値解析結果（その１）を示す図である。
【図４】台枠の固有値解析結果（その２）を示す図である。
【図５】台枠の固有値解析結果（その３）を示す図である。
【図６】台枠の固有値解析結果（その４）を示す図である。
【図７】台枠の荷重位置を示す図である。
【図８】本発明の超電導磁石の台枠の調和応答解析結果を示す図（その１）である（日の字浮上コイル加振）。
【図９】超電導磁石の台枠の横梁の本数の違いによる調和応答解析結果を示す図（その１）である（ノード２５３）。
【図１０】本発明の超電導磁石の台枠の調和応答解析結果を示す図（その２）である（日の字浮上コイル加振）。
【図１１】超電導磁石の台枠の横梁の本数の違いによる調和応答解析結果を示す図（その２）である（ノード２５３）。
【図１２】本発明の超電導磁石の台枠の横梁に支持脚がついた状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，２    超電導磁石
３，４    超電導磁石に沿って配置される台枠の側梁
５，６，７    台枠の側梁間に配置される台枠の横梁
８，９    支持脚
【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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【図１２】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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