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【発明の名称】 磁気浮上列車の緊急消磁装置
【発明者】 【氏名】千葉 知雄
【住所又は居所】茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会社日立製作所原子力事業部内

【氏名】五十嵐 基仁
【住所又は居所】名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内

【氏名】桑野 勝之
【住所又は居所】名古屋市中村区名駅一丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内
【要約】 【課題】左右の超電導コイルの一方側にクエンチを発生した時、左右に働く力を低減することにある。

【解決手段】超電導コイル２１〜２８に設けた複数の永久電流スイッチ３１〜３４で閉回路をなし、超電導コイル例えば２１がクエンチしても、左右の超電導コイル２１，２２に流れる電流が同一のため、左右に働く力は発生しないと共に、永久電流スイッチが少なくなり、永久電流スイッチが原因のクエンチ確率を下げることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 磁気浮上列車の台車の左右に複数個の超電導磁石をなす超電導コイルを配置し、これらの超電導コイルを直列に接続し、前記超電導コイルに永久電流スイッチを接続し、対向する前記超電導コイル及び永久電流スイッチの一方側が不能になった時、他方側の前記永久電流スイッチを動作させ、他方の前記超電導コイル側の磁力を消磁する緊急消磁装置において、対向する前記超電導コイルと前記永久電流スイッチとの間に閉回路を形成するように前記超電導コイルの各々と前記永久電流スイッチとを接続することを特徴とする磁気浮上列車の緊急消磁装置。
【請求項２】 前記閉回路は対向する前記超電導コイルの各々の端子間に並列に前記永久電流スイッチと保護抵抗とを接続することを特徴とする請求項１に記載した超電導磁石の緊急消磁装置。
【請求項３】 複数個の前記閉回路を直列に接続することを特徴とする請求項１に記載した磁気浮上列車の緊急消磁装置。
【請求項４】 磁気浮上列車の台車の左右に複数個の超電導磁石をなす超電導コイルを配置し、これらの前記超電導コイルを直列に接続し、前記超電導コイルに永久電流スイッチを接続し、対向する前記超電導コイル及び前記永久電流スイッチの一方側が不能になった時、他方側の前記永久電流スイッチを動作させ、他方の前記超電導コイル側の磁力を消磁する緊急消磁装置において、複数個の前記超電導コイルを直列に接続し、対向する前記超電導コイルと前記永久電流スイッチとの間に閉回路をなすように前記超電導コイルの各々の端子間に前記永久電流スイッチを接続することを特徴とする磁気浮上列車の緊急消磁装置。
【請求項５】 前記閉回路は前記永久電流スイッチに並列に保護抵抗を接続することを特徴とする請求項１に記載した磁気浮上列車の緊急消磁装置。
【請求項６】 磁気浮上列車の台車の左右に複数個の超電導磁石をなす超電導コイルを配置し、これらの超電導コイルを直列に接続し、前記超電導コイルに永久電流スイッチを接続し、対向する前記超電導コイル及び永久電流スイッチの一方側が不能になった時、他方側の前記永久電流スイッチを動作させ、他方の前記超電導コイル側の磁力を消磁する緊急消磁装置において、対向する前記超電導コイルと前記永久電流スイッチとの間に閉回路を形成するように前記超電導コイルの各々と前記永久電流スイッチとを接続し、前記台車を挟んで対向する複数の前記超電導コイルと前記超電導コイルとの間を超電導渡り線で接続し、複数の前記超電導渡り線を集合して前記台車に設けた配管に収納することを特徴とする磁気浮上列車の緊急消磁装置。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、磁気浮上列車に用いられる超電導磁石の緊急消磁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】側面浮上式の超電導磁気浮上列車は推進、浮上及び案内を列車側面に設置した超電導磁石にて行っている。超電導磁石は磁力を発生させる超電導コイルと永久電流状態に保つ永久電流スイッチから構成されている。
【０００３】走行中に一つの超電導コイルが何らかの原因で超電導状態が崩れる（以下、クエンチと称する）と、電流が急激に減衰し、数秒で磁力を失ってしまう。磁力が無くなると対向する超電導コイルに働く反発力を抑えることが出来なくなるため、超電導磁石に進行方向の左右に大きな力が働くこととなる。この左右に働く力を低減するためには、対向する超電導コイルに流れる電流を減衰させる必要がある。
【０００４】従来はコイル中間部に設けた電圧端子とコイル両端に発生する電圧によりコイルクエンチを検出し、対向する超電導コイルの永久電流スイッチ（以下、ＰＣＳと称する）のヒータに通電し、片側の超電導コイルがクエンチすることにより発生する左右に働く力を低減させていた。
【０００５】しかし、ＰＣＳによる消磁は時定数が数１０秒であり、コイルクエンチの数秒と比較すると時定数が長く、左右に働く力が発生してしまう問題であった。その解決策として、特開平６−２０８９２２号公報に述べられているような放電管を採用し、循環電流を流すことにより強制消磁するシステムが提案されたが、系統の耐電圧が高くなるなどの問題があった。
【０００６】また、クエンチにより液体ヘリウムが減少し、片側全ての超電導コイル(ＳＣＭ)をクエンチさせなければならないという観点から、特開平６−２５３４１０号公報では対向するコイルの冷却系統を同一とすることを提案している。冷却系統を同一とすることで、真空リークを原因とするクエンチはほぼ同一時刻に発生させることが出来る可能性があるが、機械的な摩擦発熱を原因とするクエンチは同時に発生するとは限らないので、左右に働く力の低減には冷却系統を同一とするだけでは不十分であるという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、超電導コイルの左右に働く力をまったく発生させることなく対向消磁が可能な磁気浮上列車用の緊急消磁装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するために、本発明では左右に対向する超電導コイルを直列に接続した一系統を、永久電流状態に投入することを特徴とする。
【０００９】即ち、対向する超電導コイルを直列に接続し、一系統の永久電流状態に投入することにより、片側の超電導コイルがクエンチした時に必ずもう一方の超電導コイルの電流も減衰するため、本質的に左右に働く力は発生しない。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を下記に説明する。
（実施例１）本発明による実施例１を図１ないし図４に示す。磁気浮上列車１００は、車体１の下部両側に超電導磁石５を装備した台車４が配置され、地上側ガイドウェイ２に設置された推進コイル３と外槽５Ａ内の超電導磁石５をなす超電導コイル１０の磁気相互作用により、同期して推進する構成となっている。従来は超電導コイル１０と永久電流スイッチ９の各１個が電気的に永久電流状態となっていたが、本発明では対向する左右の超電導コイル例えば２１，２２が台車中に設置された超電導渡り線１１により直列に接続され、一つの永久電流スイッチ９が永久電流状態になっている。永久電流スイッチ９の設置場所は片側の超電導磁石に設置するか若しくは台車中に設置する。この実施例１では台車中に設置している。尚、超電導磁石の上部液溜中に設置することも可能である。１Ｂは液体ヘリウムを貯える液体ヘリウムタンクである。
【００１１】図２及び図３は同期側面浮上方式における超電導磁気浮上式列車の超電導磁石５の配置構成を示すものである。超電導磁石５は進行方向に４個の超電導コイル２１，２３，２５，２７が並び、対向する超電導コイル２２，２４，２６，２８を合わせて８個で構成されている回路図である。対向する超電導コイル２１，２２と永久電流スイッチ３１と備えた閉電流ループ回路Ａつまり閉回路を構成している。
【００１２】閉電流ループ回路Ａは永久電流スイッチ３１を開くと永久電流状態が保持される。同様に超電導コイル２３，２４、永久電流スイッチ３２及び超電導コイル２５，２６、永久電流スイッチ３３及び超電導コイル２７，２８、永久電流スイッチ３４は各々に閉電流ループ回路Ｂ，Ｃ，Ｄを構成し、前述と同様に閉電流ループ回路Ｂ，Ｃ，Ｄは永久電流状態に保持される。
【００１３】この実施例1において、図２，３において超電導磁石５を起動時には、永久電流スイッチ３１ないし３４を閉じて、起動電流ｉは矢印方向に閉電流ループ回路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄを経由して流れる。超電導磁石５が定格電流に成ると、永久電流スイッチ３１ないし３４を開放して、閉電流ループ回路Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内に永久電流ｉ２を流して、各超電導コイル２１ないし２８により電磁力を発生させる。
【００１４】この状態で例えば超電導コイル２１にクエンチが発生した場合は、同一閉電流ループ回路Ａ中の超電導コイル２２に流れる電流も減衰し、自然に対向する超電導コイル２２も消磁することとなる。磁力は左右同時に減衰するため左右に力は働かないので、磁気浮上列車１００が左右に揺れるのを防止できる。尚、ＰＣＳクエンチ時はＰＣＳに並列に設置された保護抵抗器２９に電流が流れることにより電流が減衰する。
【００１５】また閉電流ループ回路Ａには一対の超電導コイル２１，２２に１個の永久電流スイッチ３１しか使用していないので、従来技術では１個の超電導コイルに対して１個の永久電流スイッチを使用していたのに比べて、永久電流スイッチを少なくした分だけ閉電流ループ回路Ａを小型化することができると同時に、コストを低減することができる。更に永久電流スイッチのクエンチになる可能性が低くなった。
【００１６】一方、左右の超電導渡り線１１は超電導コイルの磁場が減衰してはならないことから、超電導線を用いて行う。すると左右を接続する配管は液体ヘリウムの温度でなければならないため、両側を液体ヘリウムで満たされた配管で接続することとなる。超電導コイルを永久電流状態に保持する永久電流スイッチは接続配管の途中、つまり台車中に設置しても良く、若しくは片側の超電導コイルに設置し、接続線のみを接続することで対応できる。
【００１７】図４に本実施例の超電導渡り線１１の配置を示すものである。左右の超電導コイル例えば２１．２２及び２３，２４をつなぐ台車４中に超電導渡り線１１を配置する必要がある。この場合、超電導コイル例えば２１，２２及び２３，２４の超電導渡り線１１を台車４の枠梁４Ａの１本に纏めて設置することで、渡り線用配管を減らし、熱侵入量を低減することが出来る。この点は超電導コイル例えば２５，２６及び２７，２８も超電導渡り線１１を台車４の枠梁４Ａの１本に纏めて設置し、前述と同様な効果を達成している。
【００１８】前述において台車４に沿って超電導渡り線１１を配線すれば、最短距離で対向する超電導コイル同志間を接続できるので、電流損失を低減できる。
【００１９】また４対の超電導コイルの超電導渡り線を１箇所に集めて設置してもよいことは云までもない。尚、配管からのリークの際に全ての液体ヘリウムが無くなってしまう事を防ぐため、ヘリウム低温系統は２系統以上に分割する。具体的には対向する超電導コイルを一系統としてまとめる。
【００２０】本発明による超電導磁石は台車と超電導磁石が一体となっており、配管等の施工が簡易的に出来ることを特徴とする。尚、台車上に永久電流スイッチを設置することにより振動・衝撃によるクエンチを避けることができる。
【００２１】また、クエンチによる液体ヘリウムの減少により走行が不可能となるという問題に対しては、超電導磁石の循環系統を複数に分けることにより対応できる。具体的には進行方向に２系統に分け、対向する超電導コイルの冷却系統を同一とすることで、クエンチが発生しなかった健全なコイル部の液体ヘリウムの減少を避けることが出来る。
【００２２】また、クエンチの原因として真空断熱層へのリークによる熱伝達率増加により液体ヘリウムが減少するというものが考えられる。これに対しては真空槽を対向する超電導コイルで同一とし、進行方向に関しては別にするという方策をとることにより、片側の超電導コイルが同時クエンチという最大の荷重条件をさけることが出来る。尚、本実施例では進行方向に４個の超電導コイルが並んだ超電導磁石を想定したが、当然その個数は何個でも本発明が適用できる。
【００２３】また、本実施例は側面浮上方式鉄道を想定したが、本発明は案内方向に超電導磁石を使う全ての推進機関に適用できる。尚、案内を３個以上の複数個の超電導コイルで行う場合は、その案内に必要な分の超電導コイルを直列に接続して、一つの永久電流回路とすることにより左右に働く力を低減することが出来る。
【００２４】このように本発明によると、永久電流スイッチの個数を減らすことが出来、永久電流スイッチが原因のクエンチの確率を下げる効果がある。
（実施例２）図５に本発明による実施例２を示す。超電導コイル２１と２２及び２３と２４及び２５と２６及び２７と２８が対向する超電導磁石において、超電導磁石間に永久電流スイッチ４１，４２，４３，４４及び保護抵抗器２０を設置する。超電導コイルの通電時は永久電流スイッチ４１，４２，４３，４４をオフ状態つまり抵抗が発生している状態に保持し、超電導コイル２１〜２８に通電を行う。
【００２５】通電終了後、永久電流スイッチ４１〜４４をオン状態つまり抵抗ゼロの状態とすることにより、循環電流が流れ、永久電流状態となる。ここで、各接続線は電流減衰をなくすため超電導線で接続されている。但し、通常の状態では超電導スイッチ４２及び４３及び４４には電流が流れていない。これは循環電流が永久電流スイッチ４１にのみ流れるからである。
【００２６】ここで走行時に、例えば超電導コイル２１がクエンチした場合、超電導コイル２１と永久電流スイッチ４１及び超電導コイル２２及び永久電流スイッチ４２を閉回路とする永久電流回路の電流が減衰し、超電導コイル２１及び２２以外の超電導コイルは影響を受けない。但し、クエンチが発生するまで電流が流れていなかった永久電流スイッチ４２に電流が流れることとなる。
【００２７】また、例えば超電導コイル２３がクエンチした場合、超電導コイル２３と永久電流スイッチ４２及び超電導コイル２４及び永久電流スイッチ４３を閉回路とする永久電流回路の電流が減衰し、超電導コイル２３及び２４以外の超電導コイルは影響を受けない。このようにどの超電導コイルがクエンチしても、対向する超電導コイルと同時に電流減衰し、他のコイルへ影響を及ぼさないことが分かる。
【００２８】ところで、永久電流スイッチのクエンチを想定すると４個ある永久電流スイッチの内、４２，４３，４４がクエンチしても、元々と電流が流れていないため永久電流状態に変化がない。永久電流スイッチ４１がクエンチしたときのみ永久電流状態が破れ、超電導コイル２１と２２が対向消磁することとなる。つまり、本発明による回路では閉回路を構成するある特定の永久電流スイッチがクエンチした時のみ消磁が起こり、それ以外の永久電流スイッチがクエンチした場合は消磁が起らないことになる。
【００２９】従来の超電導コイルでは永久電流スイッチと超電導コイルが各１個で閉回路を形成していたため、例えば永久電流スイッチ一個のクエンチの確率をＰとするとＮコイルで一つの超電導磁石を構成する場合、少なくとも一つの超電導コイルが消磁する確立Ｑ１は１−（１−Ｐ）Ｎと計算されるが、本実施例２ではある特定の永久電流スイッチがクエンチしないと消磁が起こらないため、その確率Ｑ２はＰとなり、例えばＰを１％、Ｎ＝８とすると、Ｑ１は７．７％に対して、Ｑ２は１％となり、安全性が大きく向上することが分かる。
【００３０】このように本発明では、永久電流スイッチの個数を減らすことが出来、永久電流スイッチが原因のクエンチ確率を下げる効果がある。
【００３１】
【発明の効果】以上のように、本発明によると、クエンチによる磁力は左右同時に減衰するため左右に力は働かず、磁気浮上列車が左右に揺れるのを防止できる。また永久電流スイッチの個数を減らすことが出来、永久電流スイッチが原因のクエンチ確率を下げる効果がある。
【出願人】 【識別番号】０００００５１０８
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
【住所又は居所】東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地
【識別番号】３９００２１５７７
【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社
【住所又は居所】愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号
【出願日】 平成１３年１０月１日（２００１．１０．１）
【代理人】 【識別番号】１０００６８５０４
【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男 （外１名）
【公開番号】 特開２００３−１１１２１１（Ｐ２００３−１１１２１１Ａ）
【公開日】 平成１５年４月１１日（２００３．４．１１）
【出願番号】 特願２００１−３０５１４４（Ｐ２００１−３０５１４４）