JP2592430B2

JP2592430B2 - 搬送装置

Info

Publication number: JP2592430B2
Application number: JP2226042A
Authority: JP
Inventors: 伸之秋山
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-08-28
Filing date: 1990-08-28
Publication date: 1997-03-19
Anticipated expiration: 2012-03-19
Also published as: JPH04109803A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、旅客や遊園客等の輸送用或は半導体等の
電子部品製造用のクリーンルームにおける電子部品の運
搬用若しくはロケットの発射用推進装置等として好適な
搬送装置に係り、特に酸化物高温超電導体を利用した搬
送装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近時、磁石のもつ反撥力を利用して車輛を地上から特
定高さ浮上させ、この浮上状態で走行する磁気浮上式の
輸送手段が各種提案されている。

例えば旧日本国有鉄道時代から開発に着手し現在日本
総合鉄道技術研究所が開発を進めている超電導磁気浮上
列車、所謂リニアモータカー（以下JR方式とよぶ）とし
て、路面上に常電導コイルを線型に配列して軌道を形成
するとともに、車輛内に超電導コイル及びこれを冷却す
るヘリウム冷却機を搭載し、これらコイル間に発生する
磁極どうしの反撥力により浮上しながら推進するように
構成したものが知られている。

また、日本航空株式会社が開発中のもの（以下HSST方
式とよぶ）として、常電導コイルに強電流を流し、これ
によって発生する磁気的吸引力を利用して車体を吸引浮
上させ走行するように構成したものが知られている。

〔解決しようとする課題〕

ところで、前者のJR方式のものにあっては、超電導コ
イルを形成する超電導物質が極低温であり、液体ヘリウ
ム（沸点が零下269℃）を使用して超電導現象をおこし
ているが、ヘリウム（He）という元素が資源的にみて稀
少であると共に価格的にも高価なものであり、将来供給
量が多くを望めないという問題がある。しかも、またこ
のJR方式の場合、非常に強い磁場（例えば10テスラ（１
×10⁵ガウス）程度）を伴うので、人体その他への影響
や安全性等について大きな問題が残されている。

また、後者のHSST方式のものにあっては、強電流を必
要とするので、消費電力等の点で問題が大きい。

そこで、この発明は、上記した問題に鑑み、将来に向
け長時間に亙り安定した供給が見込め、しかも低コスト
での供給が可能な液体窒素ガスを冷却手段として用いる
ことができるとともに、極端に大きな磁場を発生させる
必要がなく、しかも消費電力を大幅に削減することが可
能であって、さらに大重量物を高く安定した状態で浮上
させることができる搬送装置を提供することを目的とす
るものである。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、この発明の請求項１に係る搬送装置は、永久磁
石で形成した軌道と、バルク状に形成するとともに超電
導相とこの超電動相内部に混在したピン止め力を発生さ
せる不純物相とを有する酸化物高温超伝導体を所定方向
に配設収納するとともに、その酸化物高温超伝導体を臨
界温度以下に冷却させるために液体窒素を特定温度に冷
却する冷却手段を備え、前記酸化物高温超伝導体による
前記ピン止め力により前記軌道上で浮上する浮上体と、
前記浮上体が進行方向から横方向へのずれるのを前記ピ
ン止め力で防止しながら前記軌道に沿って推進する推進
手段と、断熱容器内の液体窒素の液面が所定値よりも低
下するとこれを検知して前記断熱容器内へ補給する液面
制御手段と、前記断熱容器内の液体窒素の温度上昇を検
知して冷却する手段と、を有するものである。

また、この発明の請求項２に係る搬送装置は、電磁石
で形成した軌道と、バルク状に形成するとともに超電導
相とこの超電動相内部に混在したピン止め力を発生させ
る不純物相とを有する酸化物高温超伝導体を、所定方向
に配設収納するとともに、その酸化物高温超伝導体を臨
界温度以下に冷却させるために液体窒素を特定温度に冷
却する冷却手段を備え、前記酸化物高温超伝導体による
前記ピン止め力により前記軌道上で浮上する浮上体と、
この浮上体が進行方向から横方向へ、ずれるのを前記ピ
ン止め力で防止しながら前記軌道に沿って推進する推進
手段と、断熱容器内の液体窒素の液面が所定値よりも低
下するとこれを検知して前記断熱容器内へ補給する液面
制御手段と、前記断熱容器内の液体窒素の温度上昇を検
知して冷却する手段と、を有するものである。

〔作用〕

この発明の請求項１に係る搬送装置は、超電導体とし
て液体窒素の沸点（１気圧に於いて零下196℃）で臨界
温度以下に下げた酸化物高温超電導体を使用することに
より、地球上に無尽蔵にあり将来枯渇する虞れのない窒
素を液化させて冷却媒体として用いることができる。

また、請求項１に係る搬送装置は、軌道を形成する磁
石の上方に酸化物高温超電導体を配置し、かつこの酸化
物高温超電導体を冷却手段によってその臨界温度以下に
冷却させて超電導状態とすると、高温超電導体内の欠陥
部分（不純物相）に磁束が束縛・固定されてピン止めさ
れ、これによって発生するピン止め力により軌道を形成
する磁石上に酸化物高温超電導体を搭載した浮上体が浮
上し、推進手段によって無抵抗で軌道上を走行すること
ができる。

また、この請求項２に係る搬送装置によれば、超伝導
状態となった酸化物高温超電導体が、磁性体に毎回ピン
止めされ磁性体の上方で浮上状態に保持されるが、この
磁性体の直下にある常伝導コイルの励磁部位の移動動作
にともなって浮上体が前方側の磁性体に磁気的に吸引さ
れて前進・移動する。

〔実施例〕

以下この発明の実施例について添付図面を参照しなが
ら説明する。

第１図はこの発明に係る第１実施例の搬送装置を示す
ものであり、この実施例の搬送装置はジェットコースタ
ー用として使用されており、永久磁石で形成した軌道１
と、酸化物高温超電導体2,断熱容器3,冷却手段4,液面制
御手段５及び推進手段６を備えた浮上体７とから構成さ
れている。

軌道１は、走行する路面方向に沿って線型に配設され
た永久磁石から構成されており、各永久磁石は上下両面
側に磁極（この実施例では上面側にＮ極であるが、横面
がＮ・Ｓ極でもよい）が形成されたものが使用されてい
る。即ち、この実施例の軌道１は、第２図に示すよう
に、走行する路面方向に沿って同種の磁極が位置し、走
行方向と直行する幅方向に菰かく分割されて平行に配置
・組合された複数のもの1aから構成されており、これに
よって磁気勾配（dH/dZ）が大幅に高められている。そ
の結果、浮上体７を軌道１から浮上させるときの力、つ
まり次式で示す浮上体（Ｆ）がその磁気勾配の増大に伴
い大幅にアップするようになっている。

Ｆ＝Ｍ・（dH/dZ）（但し、M:磁化）また、この軌道を構成する永久磁石としては、この実
施例のものに限定されるものではない。例えば第３図に
示すように路面内を全てＳ極としたもの1bや、第４図に
示すように幅方向について交互に磁極の種類が異なるよ
うに配置した細幅状の永久磁石を組合せたもの1cでもよ
い。なお、この実施例の各永久磁石としては、浮上する
浮上体７を乗客を搭乗させた状態で所定高さに浮上させ
ることができるよう、数千ガウス程度の磁場を発生する
ものが使用されている。

酸化物高温超電導体２は、少なくとも窒素の沸点（零
下196℃）よりも高い臨界温度を有するとともに、第５
図に示すような内部に混在する欠陥部分（非超電導相）
2aで磁束12を拘束・固定し、大きなピン止め力を発生す
るようになっており、これにより浮上体７を軌道１から
一定高さ浮上させることができるようになっている。な
お、この酸化物高温超電導体２は、バルク（塊）状を有
しており、軌道に対応した方向に配列されて断熱容器３
内に収納され、超電導状態が保持されるようになってい
る。

断熱容器３は、外部の熱が内部に伝導するのを阻止す
るため断熱性の高い材料のものを用いて形成されてお
り、内部に所定の温度（例えば77K以下）程度に冷却さ
れた液体窒素８が一定の深さまで収容され、この液体窒
素８内に酸化物高温超電導体２が浸漬されている。

冷却手段４は、断熱容器３内の液体窒素８を常時所定
の温度以下に冷却保持してそと気化を防止すると共に77
K以下に冷却するものであり、連通管を介して断熱容器
２と連通されており、ポンプ等により作動し、電磁弁4a
を開いて一定温度に冷却された液体窒素８を断熱容器３
内へ送り出すようになっている。

液面制御手段５は、圧力センサ若しくは温度センサが
用いられており、断熱容器３内に少なくとも酸化物高温
超電導体２が完全に浸漬する深さまで液体窒素で満たさ
れてない場合にはこれを検知して所定の信号を冷却手段
４に出力し、ポンプ等を作動させるようになっている。

推進手段６は、軌道上で浮上する浮上体７を図示外の
ピン止め力で固定し、横ずれしないように規制させた状
態のまま軌道１に沿って水平移動させるものであり、こ
の実施例ではエンジン９により回転するプロペラ10が使
用されている。また、この実施例の推進手段６は、クラ
ッチ機構（図略）を介してプロペラを逆回転させ、制御
手段としても使用するようになっている。なお、この実
施例の推進手段ではガソリンエンジンを駆動源とするプ
ロペラを使用したが、特にこれに限定されるものではな
く、例えばガスタービンエンジン，ジェットエンジン等
を用いてもよい。

浮上体７は、断熱剤11で被包された下部側に断熱容器
３や冷却手段４を配設させているとともに、断熱容器３
等から充分離間した上部後部側に推進手段６が取付けら
れており、その推進手段６のエンジン９により断熱容器
３が加熱されるのを防止するようになっている。そし
て、この実施例の浮上体７は、ジェットコースタ用とす
るため上部に座席13が設置されている。

次に、この発明に係る第２実施例の搬送装置について
第６図〜第８図を参照しながら説明する。なお、この実
施例において第１実施例と同一部分には同一符号を付し
て重複説明を避ける。

この実施例の搬送装置は、公共輸送手段として従来の
レールを用いた鉄道の代替用として使用するものであ
り、軌道20と、酸化物高温超電導体2,断熱容器3,冷却手
段４及び液面制御手段５を備えた浮上体21と、推進手段
22とから構成されている。

軌道20は、平板略矩形状のものからなる磁性体を路面
上に走行方向に線型に配設した構成となっており、各磁
性体の下面側が推進手段22と接続されている。

浮上体21は、断熱性とともに磁気シールド性の良好な
材質のものにより形成された隔壁板23により上下各室に
分割されており、下部側には断熱容器３及びこれと連結
された冷却手段４が断熱剤11に被包された状態で収容さ
れている。また、この浮上体21の上部側には、乗客が着
座する座席24が多数配置されている。

推進手段22は、軌道20上で浮上する浮上体22をガイド
手段（図略）或いはピン止め力で横ずれしないように規
制・案内させた状態のまま軌道20に沿って水平移動させ
るものであり、この実施例では磁気的な吸引力により推
進するようになっている。この実施例の推進手段22は、
軌道20となる各磁性体の下面側に配設した常電導コイル
25と、コイル25に給電を行う電力ケーブル26と、この電
力ケーブル26と常電導コイル25との接続を図るリレース
イッチ27と、これらのリレースイッチ27の作動を制御す
る制御部28とから構成されている。

次に、この第２実施例の作用について説明する。

例えば、第７図に示すように、酸化物高温電導体２の
直下におる各常電導コイル25が制御部28によるリレース
イッチ27の開閉制御によって磁場を発生し、これによっ
て各磁性体も励磁されると、ピン止め力による反撥力に
より酸化物高温超電導体２及びこれを取付けている浮上
体21が軌道20から所定高さ浮上する。そしてこのとき、
つまりある時刻t₁のときに制御部28がリレースイッチ27
を制御し、例えば磁性体20hに対応する常電導コイルに
給電されるとともにその隣のOFF状態であった磁性体20i
に対応する常電導コイルへの給電が開始するものとす
る。すると、磁性体20iは着磁し磁場が形成されるとと
もに、磁性体20cが消磁するからそれまで発生していた
磁場が消滅する。従って、この磁場の変化を補償するよ
うに、つまり酸化物高温超電導体２のうち磁性体20iに
近接する部位には磁極Ｓが、また磁性体20hに近接する
部位には磁極Ｎが夫々発生し、これによって磁性体20i
との間で発生する引力が推進力となり右方へ前進する。
また磁性体20hとの間で発生する反撥力は浮上体21の前
部を浮上させる浮上力の一部となっている。このように
して浮上体２は時刻t₁から時間Δｔの間浮上した状態の
まま一定量前進する。

次に、次位の各リレースイッチに対し制御部28が同様
の制御を行い、第８図に示すように磁性体20jが着磁す
るとともに既に着磁していた磁性体20dが消磁されるの
で、先と同様にして浮上体21が浮上しながら一定量右方
へ前進する。また磁性体20dが消磁すると、20eの間で吸
引力が発生し右方へ動く。以下、同様の動作を繰り返し
ながら前進していく。

なお、この第２実施例の搬送装置に用いる推進機構と
して特にこの第７図及び第８図に示す構成のものに限定
されるものではない。

例えば、この推進機構として、第９図に示すように酸
化物高温超電導体２′を一定間隔保持して複数個２′−
1,2′−２設けるとともに、軌道20′側の前進方向部分
の磁性体を順次着磁させてもよい。例えば酸化物高温超
電導体２′の配置部位に対応する磁性体20′ａ〜20′ｃ
と20′ｇ〜20′ｉとを予め一定の磁極に着磁させてお
き、ここに上方から酸化物高温超電導体２′を降下させ
てくると、ピン止め力つまり反撥力が発生し、磁性体か
ら一定高まで降下したところで、即ちその浮上力が浮上
体の重力のバランスがとれた高さで浮上する。なお、こ
のとき酸化物高温超電導体２′の下面側には、所定の磁
極例えば磁性体の上面とは異種の磁極が形成されている
が、浮上力はその磁気的吸引力とは全く異り酸化物高温
超電導体に固有の現象として生ずるピン止め力に起因す
るものであり、これを利用して浮上させているものであ
る。また、このピン止め力は一旦磁石を近づけて超電導
体を磁化すると、磁性体から一定距離離間した位置にあ
る酸化物高温超電導体において、その超電導体を吸引も
排除もせずにそのままその位置に浮上させておく浮上力
だけにとどまらず、例えばこれよりも磁性体との間の距
離が増大しようとすると吸引しようとし、また減少しよ
うとすると斥けようとする吸引力若しくは斥力としても
作用するのである。従って、第９図において、磁性体2
0′d,20′ｊを夫々特定磁極で着磁すると同時に磁性体2
0′ａ及び20′ｇを消磁させると、各酸化物高温超電導
体２′−1,2′−２の前端部と磁性体との間に距離がそ
の磁性体20′d,20′ｊが着磁される直前の状態、つまり
例えば酸化物高温超電導体２′−１前端部と磁性体20′
ｃとの間の距離に比べ増大するので、吸引力が発生して
酸化物高温超電導体２′−１が右方へ前進するのであ
る。また酸化物高温超電導体２′−２についても同様で
ある。

このようにして、進行させようとする方向の磁性体を
順次着磁させると同時に通過し終わる最後の部分を消磁
することにより、浮上体を前進させることができる。

なお、この第９図においては、酸化物高温超電導体を
２個一定間隔保持して配置したが、特にこれに限定され
るものではない。例えば第10図に示すように、酸化物高
温超電導体２″−1,2″−2,…を密着して線型に配列す
るとともに、これに対応する磁性体において各酸化物高
温超電導体に対応する部分のものを夫々別種の磁極とな
るように着磁させておき、かつ進行側の境界部の磁性体
20″d,20″g,20″ｊ…を同時に逆種に磁極となるように
着磁状態を制御することにより、より一層効率的な推進
を行うことも可能である。

〔効果〕

以上説明してきたようにこの発明に係る搬送装置によ
れば、臨界温度が窒素の沸点零下196℃）以上である不
純物相（非超電導相）を混在した酸化物超電導体を用い
ることにより、地球上に無尽蔵に存在するともいえる窒
素の液化物を冷媒として用いて超電導現象を発生させ、
このときその酸化物高温超電導体がおこす特異な物性現
象であるピン止め力、つまり超電導コイルと異なり電気
エネルギーを全く必要とせず（消費電力が零）に発生す
る大きな超電導磁気浮上力を利用して浮上体を軌道上に
浮上させることができるので、従来のタイプのごとく大
きな磁力を発生することもなく、また大電力を表紙する
ということもなく、しかも低コストのものを提供するこ
とができる。しかも、またそのピン止め効果の特徴であ
るもう１つの力、即ちピン止め位置より一定距離の範囲
内で離間するときに発生する吸引力を利用して浮上物を
推進させるようにすれば、低騒音でしかも小電力での推
進が可能である。

また、この発明によれば、酸化物高温超電導体として
ピン止め効果を積極的に利用するため、欠陥部分、即ち
非超電導相が内部に混在してバルク状に形成したものを
積極的に用いており、これによって軌道側からの磁束を
がっちりと捕捉（トラップ）することができるから、単
純な磁石の反発による磁気浮上の場合に比べ浮上動作が
飛躍的に向上・安定するとともに、大重量物を浮上させ
ることが可能となるなど、従来タイプの超電導では期待
できなかった優れた効果を発揮することができるように
なる。

また、この発明によれば、浮上体が進行方向から横方
向へのずれるのをピン止め力で防止しながら軌道に沿っ
て推進するようになっており、これによって機械的なガ
イド部材を軌道に沿って配設する必要がなく、建設コス
トの削減を図ることもできる。

【図面の簡単な説明】第１図はこの発明に係る第１実施例の搬送装置を示す構
成図、第２図はこの発明の第１実施例に係る搬送装置の
軌道の構成を示す平面図、第３図及び第４図は夫々この
発明に係る軌道の変形例を示す平面図、第５図は第１図
に示す搬送装置に作用を示す説明図、第６図はこの発明
に係る第２実施例の搬送装置を示す構成図、第７図及び
第８図は第２実施例における推進作用を示す原理図、第
９図及び第10図は夫々この発明に係る他の推進原理を示
す原理図である。１……軌道（磁性体）、２……酸化物高温超電導体、2a
……不純物相、８……液体窒素、３……断熱容器、４……冷却手段、7,21……浮上体、 6,22……推進手段、５……液面制御手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】永久磁石で形成した軌道（１）と、バルク状に形成するとともに超電導相とこの超電動相内
部に混在したピン止め力を発生させる不純物相（2a）と
を有する酸化物高温超伝導体（２）を所定方向に配設収
納するとともに、その酸化物高温超伝導体（２）を臨界
温度以下に冷却させるための液体窒素（８）を特定温度
に冷却する冷却手段（４）を備え、前記酸化物高温超伝
導体（２）による前記ピン止め力により前記軌道上で浮
上する浮上体（７）と、前記浮上体（７）が進行方向から横方向へのずれるのを
前記ピン止め力で防止しながら前記軌道（１）に沿って
推進する推進手段（６）と、断熱容器内（３）の液体窒素（８）の液面が所定値より
も低下するとこれを検知して前記断熱容器（３）内へ補
給する液面制御手段（５）と、前記断熱容器内（３）の液体窒素（８）の温度上昇を検
知して冷却する手段と、を有することを特徴とする搬送
装置。
【請求項２】電磁石で形成した軌道（20）と、バルク状に形成するとともに超電導相とこの超電動相内
部に混在したピン止め力を発生させる不純物相（2a）と
を有する酸化物高温超伝導体（２）を、所定方向に配設
収納するとともに、その酸化物高温超伝導体（２）を臨
界温度以下に冷却させるための液体窒素（８）を特定温
度に冷却する冷却手段（４）を備え、前記酸化物高温超
伝導体（２）による前記ピン止め力により前記軌道（2
0）上で浮上する浮上体（21）と、この浮上体（21）が進行方向から横方向へのずれるのを
前記ピン止め力で防止しながら前記軌道（１）に沿って
推進する推進手段（22）と、断熱容器内（３）の液体窒素（８）の液面が所定値より
も低下するとこれを検知して前記断熱容器（３）内へ補
給する液面制御手段（５）と、前記断熱容器内（３）の液体窒素（８）の温度上昇を検
知して冷却する手段と、を有することを特徴とする搬送
装置。