JP2646510B2 - 酸化物系超電導磁石 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は酸化物系超電導体を用いた超電導磁石に関す
る。

（従来の技術） 従来、超電導磁石としては、金属系および化合部系超
電導線材などを用いてコイル化したものが実用化されて
いる。超電導線材からなるコイルを、臨界温度以下に冷
却し、電流を流すことにより超電導磁石とするもので、
超電導状態になったコイルに電流供給後、コイル回路を
閉じても電流は流れ続ける。また、酸化物系超電導材料
を用いたものとしては、酸化物系超電導バルクを液体窒
素などで冷却後、外部から磁場を印加することにより磁
石化させることが知られている。

（発明が解決しようとする問題点） 現在、超電導磁石として実用化されている超電導磁石
は、金属系および化合物系超電導線材を用いたものであ
り、液体ヘリウムによる冷却が必要である。また、超電
導磁石の磁場分布はコイルの形状によって決まるため、
自由度が少ない。

本発明は液体窒素温度で使用可能で、磁場分布を自由
に設定できる超電導磁石を得ることを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は臨界電流密度が大きく、かつピン止め効果の
大きい酸化物系超電導材料からなる筒状超電導体を冷却
して超電導状態にしてから超電導体内部に侵入するほど
の強い外部磁場を印加した後に外部磁場を取り去るか、
または、常電導状態にある筒状超電導体に外部磁場を印
加しながら冷却することにより超電導状態にした後に外
部磁場を取り去るなどの手段により、酸化物系超電導材
料からなる筒状超電導体内に磁場をトラップさせ、超電
導磁石とする。筒状超電導体に印加する外部磁場を選択
することにより任意の箇所に任意の極性を備えた磁場分
布をもたせた超電導磁石とすることができる。

（作用） 本発明の超電導磁石について、第１図に示された筒状
超電導体で説明する。酸化物系超電導材料を用いて筒状
構造に製作する。酸化物系超電導材料としては臨界電流
密度が大きく、ピン止め効果の大きいものが望ましく、
たとえば、第２図に示したようなビスマス系超電導材料
などが用いられる。もちろん、このほかの超電導材料で
も要求される性能を満たせば用いることができる。筒状
に形成する方法としては粉末焼結法、厚膜法、薄膜法ほ
かの公知の手段があるが、中間加圧することで臨界電流
密度、ピン止め能力などの性能向上がはかれる材料につ
いては、冷間静水圧プレスなどで適宜に処理する。

このような材料で作られた筒状超電導体を磁石化する
ためには、外部から磁場を印加する必要がある。外部磁
場の印加の方法としては、筒状超電導体を冷却して超電
導状態にし、超電導体内部に侵入するほどの強い外部磁
場を印加した後に外部磁場を取り除くことにより磁石化
する方法と、常電導状態で外部磁場を印加しながら冷却
することにより超電導状態とした後に外部磁場を取り除
いて、超電導体内に磁場をトラップさせる方法の２通り
がある。

外部磁場としては電磁石と永久磁石のいずれを用いて
も、目的とする強さの磁場を印加できればよい。また、
外部磁場の印加は目的にあえば筒状体の内、外いずれか
らでも構わない。このようにして超電導体に外部磁場を
印加することによって超電導磁石化させるためには、臨
界電流密度が大きく、かつピン止め力の強い超電導材料
を用いることが不可欠である。

ここで、筒状超電導磁石の断面形状としては円または
多角形のように連続する形状であればよい。また、軸方
向にへ平行、テーパ、曲率など、目的に応じて超電導磁
石の形状を選定することが可能である。ただし、これら
のいずれの形状においても、外部磁場が印加されること
により超電導体内に外部磁場に直角方向に流れる誘導電
流を妨げないような形状及び構造とすることは必要であ
る。そして、このような条件が満たされる種々の形状の
超電導磁石が使用可能である。

本発明の筒状超電導体は超電導磁石として種々の目的
に使用できるが、第３図に示すように、超電導磁石とな
った筒状超電導体２の内部に永久磁石３を挿入した場
合、永久磁石３の磁力と超電導磁石の相互作用により、
安定して浮上させることができる。浮上させる位置は超
電導磁石の磁場分布により変えることができる。この超
電導磁石と永久磁石の相互作用による浮上効果は単純な
マイスナー効果や、単なる磁極の反発力と異なり、より
安定した浮上効果が得られる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について説明する。第４図は本
発明の実施例の超電導磁石の磁場分布と超電導磁石の断
面を示す図である。この例では、磁場分布４のピークが
筒状超電導体５の両端部にある。このような磁場分布を
持つ超電導磁石は、超電導体の両端部に外部磁界をそれ
ぞれ、同時あるいは順次に印加して作る。こうして作ら
れた超電導磁石は筒状体の両端部にＮ・Ｓ極性の向きが
そろった環状の永久磁石を設けたものに似た磁界を発生
する。

第５図は本発明の他の実施例の超電導磁石の磁場分布
と超電導磁石の断面を示す図である。磁場分布６のピー
クが筒状超電導体７の両端部にあるが、第４図に示した
場合とは異なり、磁場分布のピークの極性が逆となって
いる。このような磁場分布を持つ超電導磁石は、超電導
体の両端部に極性が逆向きの外部磁界を、同時ないしは
順次に印加して作る。こうして作られた超電導磁石は筒
状態の両端部にＮ・Ｓ極性の向きが逆向きの環状永久磁
石を設けたものに似た磁界を発生する。

第６図は傾斜した磁場分布８を有する、本発明の他の
実施例の超電導磁石の磁場分布と超電導磁石の断面を示
す図である。このような磁場分布を持つ超電導磁石は、
傾斜のついた外部磁場を印加することにより作ることが
できる。

以上、本発明の超電導磁石の実施例について述べた
が、超電導磁石を形成するときの外部磁界の印加方法を
変えることにより、このほかに種々の磁場分布をもつ超
電導磁石を作ることができる。例えば、筒状体の周方向
など任意の方向に作ることができる。また、筒状超電導
体以外の形状、例えば内部まで超電導体である円柱体に
対しても、同様の手段で任意の箇所に任意の極性をもた
せることができる。

（応用分野） 本発明の超電導磁石は、従来、永久磁石、電磁石など
が用いられてきた、各種の機器に利用することができ
る。また、本発明の超電導磁石と磁石のあいだの特殊な
浮上効果を利用し、非接触軸受、位置決め装置、各種浮
上搬送装置、スイッチ、磁気ヘッドの支持、電磁アクチ
ュエータ、アンテナの支持装置、水準器、インクジェッ
トヘッド、画像形成、ばね、照明装置支持、風向変更装
置、熱駆動エンジン、ジャイロ、加熱装置における支持
体、浮上式ヘッド、各種衝突防止装置、振動防止装置、
キャスター、半導体装置の試験用プロービング装置、磁
気テープガイドポスト、キャリッジのロック装置、光照
射により回転する攪はん装置、温度検知装置、流量制御
弁、液体凝固装置、半導体ウエハー、玉継手、歯車、電
磁揺動型平面走査光学装置、過電流遮断装置、浮上型マ
ウス装置、精密重量測定器、衛星の姿勢制御装置、など
の幅広い分野への応用が考えられる。

［発明の効果］ 本発明の超電導磁石では、外部磁場を複数箇所に印加
することにより、磁場印加に対応した磁場のピークを持
つ超電導磁石を得ることが可能である。また、方向の違
う極性を一つの超電導体に共存させることも可能であ
る。傾斜のついた外部磁場を印加することにより、超電
導磁石にも傾斜のついた磁場とすることが可能である。
このように本発明の超電導磁石では、外部磁場の印加状
態を変えることにより、目的にあわせた磁場を持つ超電
導磁石を作ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の超電導磁石の上面と断面を示
す図、第２図は本発明の超電導磁石に用いられる材料の
一例の製造方法を示す図、３図は本発明の超電導磁石内
におかれた磁石の浮上の説明図、第４図、第５図、第６
図は本発明の超電導磁石の実施例の磁場分布と断面を示
す図である。 1,2,5,7,9……筒状超電導体、３……永久磁石、4,6,8…
…磁場分布。

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化物系超電導体からなる筒状超電導体に
   たいして、外部磁場を印加することにより、該筒状超電
   導体内に磁場をトラップさせ、該筒状超電導体の任意の
   箇所に任意の極性を備えた磁場分布をもたせたことを特
   徴とする酸化物系超電導磁石。
2. 【請求項２】前記筒状超電導体の磁場分布が該筒状超電
   導体の軸方向に均一ないしは傾斜した磁場分布を有して
   いることを特徴とする請求項１記載の酸化物系超電導磁
   石。
3. 【請求項３】前記筒状超電導体が、該筒状超電導体の軸
   方向に一箇所ないし複数箇所のピークをもつ磁場分布を
   有していることを特徴とする請求項１記載の酸化物系超
   電導磁石。
4. 【請求項４】前記筒状超電導体の軸方向の断面形状が平
   行状であることを特徴とする請求項１記載の酸化物系超
   電導磁石。
5. 【請求項５】前記筒状超電導体の軸方向の断面形状がテ
   ーパ状であることを特徴とする請求項１記載の酸化物系
   超電導磁石。
6. 【請求項６】前記筒状超電導体の軸方向の断面形状が曲
   率を有していることを特徴とする請求項１記載の酸化物
   系超電導磁石。