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磁気浮上列車用超電導磁石

国内特許コード P07A012110
整理番号 /NO32916
掲載日 2007年12月14日
出願番号 特願平10-268328
公開番号 特開2000-102112
登録番号 特許第3732344号
出願日 平成10年9月22日(1998.9.22)
公開日 平成12年4月7日(2000.4.7)
登録日 平成17年10月21日(2005.10.21)
発明者
  • 古川 陽子
  • 福本 英士
  • 柴田 将之
  • 滝沢 照広
  • 寺井 元昭
  • 稲玉 哲
  • 水谷 隆
出願人
  • (株)日立製作所
  • 東海旅客鉄道(株)
  • (財)鉄道総合技術研究所
発明の名称 磁気浮上列車用超電導磁石
従来技術、競合技術の概要 磁気浮上列車は、車両に超電導コイルを利用した超電導磁石を搭載し、地上に並べた常電導コイルとの間に吸引力及び反発力を作用させて浮上力及び推進力を得るものである。図7により、側壁浮上方式の磁気浮上列車の車載コイルと地上コイルの配置を説明する。図7(a)は車両、及び車両を両側から挟み込んで案内するガイドウエイの模式的断面図、図7(b)はガイドウエイに固定されたコイルの模式図である。車両10には、その両側面に複数の超電導コイル11a,11bが並べて固定されている。また、ガイドウエイ13には、常電導コイルからなる浮上コイル14a,15a,14b,15b及び推進コイル16a,16bが車載超電導コイル11a,11bと各々対向するようにして固定配置されている。浮上コイル14a,15a,14b,15bは短絡コイルであって電源には接続されていない。一方、推進コイル16a,16bには、変電所から極性が周期的に変わるような電流が流され、車載超電導コイル11a,11bに吸引力及び反発力を交互に及ぼして車両10に推進力を与える。従来の磁気浮上列車用超電導磁石を図8に示す。図8(a)は超電導磁石の一部破断正面図、図8(b)はそのA-A’断面図である。超電導コイル1は、超電導コイル収納容器(以下、単に収納容器という)2内に配置され、収納容器2は輻射熱シールド3内に配置され、輻射熱シールド3は更に真空断熱容器4内に配置されている。収納容器2には支持部材5が固定され、収納容器2の表面には銅メッキ層6が形成されている。収納容器2は超電導コイル1を保持し固定する必要があるため、剛性及び強度の高いステンレス製であり、内部に液体ヘリウムの流路を設けて超電導コイル1を冷却している。磁気浮上列車を実用化する上での課題の一つは、超電導磁石のクエンチ(超電導破壊)をいかに防ぐかという点にある。クエンチの原因には、熱負荷、磁場変動等が考えられるが、特に熱負荷は、液体ヘリウム冷凍機の能力とも絡み、解決を最も急がれている課題である。熱負荷としては、伝導、輻射等による外部からの熱侵入の他、地上コイルの磁場変動を受けて生じる渦電流発熱や、渦電流と磁場が作用して生じる電磁力が引き起こす振動による摩擦発熱等が考えられ、従来もさまざまな対策がなされてきた。例えば、外部からの熱侵入に対しては、輻射熱シールド3や真空断熱容器4を設けることで、輻射熱や対流による熱侵入を防いでいる。渦電流発熱に対しては、超電導コイル収納容器2の表面に高純度の銅メッキ層6を形成したり、電気抵抗率の低いアルミニウムを被覆する等の対策が取られている。この低電気抵抗材料による収納容器のメッキあるいは被覆は、高速走行時の地上コイル磁場変動に対する渦電流発熱の低減策として特に有効であると考えられてきた。磁気浮上システムでは、列車の走行時には浮上コイル14a,15a,14b,15bを通過するのに伴う脈動磁場が常に超電導磁石に加わる。現在の設計によると、時速500kmでの走行時にはこの磁場変動の周波数は309Hzになる。この周波数では、磁場変動によって超電導磁石各部に生じる渦電流の大きさは、電気抵抗によらずインダクタンスで決まるため、磁石各部を構成する材料の電気抵抗値を変えても渦電流の値は変化しない。従って、電気抵抗値を低くするほど渦電流発熱を小さくできる。この知見をもとに液体ヘリウム冷却系での渦電流発熱を抑えるために取られた対策が、収納容器2に電気抵抗率の低い高純度の銅やアルミニウムをメッキ、あるいは被覆するという方法である。渦電流発熱低減策としては、このように低電気抵抗材料6を収納容器2に被覆する方法のほか、電磁力による振動に起因して2次的に生じる渦電流を低減するため、支持構造を工夫して振動を抑制する方法が取られている。
産業上の利用分野 本発明は、地上軌道側に設置された浮上コイル及び推進コイルと、車両に搭載された超電導磁石からなる磁気浮上列車システムに関する。
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、該超電導コイルを冷却し所定位置に固定する超電導コイル収納容器と、該超電導コイル収納容器表面に被覆又はメッキされた低電気抵抗材料層とを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記低電気抵抗材料層の厚さを部分的に変えたことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項2】 真空断熱容器と、該真空断熱容器内に配置された輻射熱シールドと、該輻射熱シールド内に配置された超電導コイル収納容器と、該超電導コイル収納容器内に配置された超電導コイルとを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記輻射熱シールドと前記真空断熱容器の一方もしくは両方を部分的に厚さの異なる低電気抵抗材料で構成したことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項3】 前記低電気抵抗材料の厚さを浮上方向上下で非対称にしたことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項4】 浮上方向上部の少なくとも一部分の低電気抵抗材料の厚さを浮上方向下部の低電気抵抗材料の厚さより厚くしたことを特徴とする請求項1又は2記載の磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項5】 超電導線を巻回した超電導コイルと、該超電導コイルを冷却し所定位置に固定する超電導コイル収納容器とを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記超電導コイル収納容器の表面に部分的に電気抵抗率の異なる低電気抵抗材料を設置し、前記低電気抵抗材料の電気抵抗率を浮上方向上下で非対称にしたことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項6】 超電導線を巻回した超電導コイルと、該超電導コイルを冷却し所定位置に固定する超電導コイル収納容器とを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記超電導コイル収納容器の表面に部分的に電気抵抗率の異なる低電気抵抗材料を設置し、浮上方向上部の少なくとも一部分の低電気抵抗材料の電気抵抗率を浮上方向下部の低電気抵抗材料の電気抵抗率よりも低くしたことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項7】 真空断熱容器と、該真空断熱容器内に配置された輻射熱シールドと、該輻射熱シールド内に配置された超電導コイル収納容器と、該超電導コイル収納容器内に配置された超電導コイルとを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記輻射シールドと真空断熱容器の一方もしくは両方を部分的に電気抵抗率の異なる低電気抵抗材料で構成し、前記低電気抵抗材料の電気抵抗率を浮上方向上下で非対称にしたことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
【請求項8】 真空断熱容器と、該真空断熱容器内に配置された輻射熱シールドと、該輻射熱シールド内に配置された超電導コイル収納容器と、該超電導コイル収納容器内に配置された超電導コイルとを含む磁気浮上列車用超電導磁石において、前記輻射シールドと真空断熱容器の一方もしくは両方を部分的に電気抵抗率の異なる低電気抵抗材料で構成し、浮上方向上部の少なくとも一部分の低電気抵抗材料の電気抵抗率を浮上方向下部の低電気抵抗材料の電気抵抗率よりも低くしたことを特徴とする磁気浮上列車用超電導磁石。
産業区分
  • 鉄道
  • 電子部品
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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