JP2737124B2 - 動力発生装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は磁界により動力を発生させる動力発生装置に
関するものである。 従来の技術 第９図は、従来の動力発生装置としてあげられる直流
モータの基本構成を示す斜視図である。この図におい
て、101は界磁石、102は電機子、103は電機子102に巻か
れたコイル、104はコイル103に流れる電流の極性を切り
替える整流子、105は整流子105に電流を供給するブラ
シ、106は電源、107はこのモータの回転軸である。 電源106により、電機子102に巻かれたコイル103に
は、ブラシ105、電機子102を通じて電流が供給され、電
機子102の両端で極性が反対となる磁界を発生する。コ
イル103に流れる電流は、ブラシ105と整流子104によっ
て極性が切り替えられ、電機子102に発生する磁界が切
り替えられて界磁石101との間に適当な反発あるいは吸
引の力を発生させて、電機子102は、回転軸107を中心に
回転する。 第10図は、従来の別の動力発生装置としてあげられる
リニア・モータの基本構成を示す側面図である。この図
において、111は界磁石、112は電機子、113は電機子112
に巻かれたコイル、114は電源である。これは、前記し
た直流モータを回転系ではなく、直線系に置き換えた構
成となっている。電源114により、電機子112に巻かれた
コイル113に電流が供給され、電機子112の両端で極性が
反対となる磁界を発生する。この位置において電機子11
2に発生する磁界は、界磁石111aに反発し、界磁石111h
に吸引するような極性に位置検出器（図示せず）によ
り、切り替えられる、この限界により、電機子112は図
の左方向に力を受けて移動する。電機子の位置112a、及
び112bにおいても、図示のごとく位置検出器により電機
子の位置に応じて電機子に発生する磁界が切り替えら
れ、電機子112は常に左方向に力を受けて移動を続け
る。 発明が解決しようとする問題点 従来の動力発生装置の一つである直流モータにおいて
は、回転部分に存在する整流子と非回転部分であるブラ
シが接触しているため、ここの部分に摩擦が生じ、回転
の駆動力に対して損失となったり、摩擦による疲労によ
り、整流子とブラシが接触不良を起こす。また、従来の
リニア・モータにおいては、接触もしくは非接触の位置
検出器を必要とし、接触の位置検出器の場合は場合は直
流モータと同様の問題点を有していた。また、非接触の
場合には、位置検出器として大規模な装置を必要とし
た。 本発明はかかる点に鑑み、非接触でかつ、簡単な構成
で安定したトルクの動力を得ることができる動力発生装
置を提供することを目的とする。 問題点を解決するための手段 本発明は、一部もしくは全部が超電導物質よりなる超
電導基盤と、磁石と、エネルギー供給装置を備えた動力
発生装置である。 作用 本発明は前記した構成により、エネルギー供給装置で
超電導基盤の超電導物質の一部を常電導状態とすること
により、前記超電導基盤もしくは前記磁石が移動を行な
う動力発生装置である。 実施例 第１図は本発明の動力発生装置の基本構成を示す側面
図である。第１図において、１は超電導体、２は永久磁
石、３はレーザ発振器、４はレーザ発振器３から発せら
れるレーザ光である。レーザ発振器３が駆動していない
状態において、マイスナー効果により超電導体１は、永
久磁石２により反発力を受けるだけで横方向に力を受け
ることはない。ここで、レーザ発振器３を駆動させてレ
ーザ光４を発すると、超電導体１のレーザ光４の照射さ
れた部分が励起または発熱により常電導状態に相転移す
る。こうして超電導体１は、超電導状態1a部の部分と常
電導状態部1bの部分に分かれる。常電導状態において
は、マイスナー効果を有しないから永久磁石２より発せ
られる磁束線の一部が常電導状態部1bを通る。すると、
超電導体１は矢印５の方向へ力を受けて動こうとする。 第２図は第１図において超電導体１が永久磁石２より
力を受ける原理を示す磁束分布図である。第２図におい
て、11は磁束線である。ここで、常電導状態部1bが何の
磁性も示さないものであれば、第２図（ａ）に示すよう
に常電導体部は無いものとみなすことができる。ここ
で、この超電導状態部1aが水平方向にのみ移動可能であ
れば、第２図（ｂ）に示す状態が一番安定であるので、
超電導状態部1aはこの状態になろうとして力（図中では
右向きの力）を受ける。この様子を理解し易くするため
に、第２図に簡単な磁束分布を示した。この図からも容
易に類推できるように、一般に、超電導体１と永久磁石
２との距離が短いほど、得られる駆動力が大きい。 なお、超電導物質によっては常電導状態において弱磁
性または強磁性を示すものもあるが、これらの場合でも
同じ向きの力を受けることは、第２図（ｃ）より、第２
図（ｄ）の方が安定であることからも明らかである。 ところで第１図において超電導体１が移動し始めた後
の動作について説明する。 常電導状態部1bは矢印５の示す方向へ移動するが、レ
ーザ光４の照射を受けない位置にくるため、温度が下が
って超電導状態へ相転移する。代わって常電導体部1bの
すぐ左隣にあった超電導体状態部の一部がレーザ光４の
照射を受ける領域に入り、常電導状態に相転移する。す
ると、超電導体１は移動したにも関わらず超電導状態部
1aと常電導状態部1bの分布は移動前と変わらず、再び超
電導体１は矢印５の方向へ力を受け、移動を続ける。 以上のようにこの実施例によると超電導体１はエネル
ギー供給源であるレーザ発振器３や永久磁石２とは非接
触で移動することができるので、駆動力に対する損失の
少ない運動を実現できる。 なお、この実施例においては、超電導体１に常電導状
態部1bを発生させるためにレーザ光を用いたが、任意の
加熱装置を用いて加熱することによってもよい。また、
ここでは永久磁石２によって界磁したが、コイル等によ
る電気磁石を用いてもよいことは言うまでもない。永久
磁石を用いれば、界磁において電力消費が生じない。電
気磁石を用いれば、この電気磁石に流す電流によって発
生する動力を調節することができる。また、動力を発生
するのに必要な部分にだけ界磁を行なうことにより、発
生する磁界を少なくすることができ、外部の機器に与え
る磁界の影響を最小限に抑えることもできる。また、電
気磁石を超伝導コイルにより構成すれば、電気抵抗が零
のために損失の少ない界磁が行えるほか、発生する強力
な磁界により、より強力な動力を発生させることができ
る。 第３図は本発明を回転モータに用いた実施例における
動力発生装置の斜視図である。26は回転軸、27は回転軸
26を中心に回転する回転盤、21は回転盤27の中にリング
状に設けられた超電導体、22は永久磁石、23はレーザ発
振器、24はレーザ発振器23より発せられたレーザ光が回
転盤に照射された位置を示すレーザスポット、25は回転
盤27の回転方向である。なお、この実施例においては、
レーザ発振器23より発せられるレーザ光により相転移し
た常電導体部21bの回りの超電導体部21aに、誘導電流が
発生して永久磁石22の発生する磁界を打ち消すことを防
ぐため、超電導物質23の幅はレーザ光スポット24の大き
さに比べて小さく設定した。 なお、この実施例においては、超電導物質23として
Ｙ、Ba、Cu、Ｏよりなるセラミツクスを用い、超電導状
態と常電導状態の混在を実現するために、冷却装置（図
示せず）により、温度を90Kに保っている。この材料の
製造方法としては、例えば以下に示すようにすればよ
い。まず原料粉末の粉砕、混合を行う。それを900℃の
空気中で５時間焼成した後粉砕し、それを３回繰り返す
ことにより、均一性を高める。その粉末を成型し、930
〜950℃の空気中または酸素中で５時間加熱することに
より焼結し、炉中で冷却する。 以上のように構成されたこの実施例の動作を以下に説
明する。レーザ発振器23よりレーザ光が発せられると、
レーザ光スポット24にレーザ光が供給され、このスポッ
ト内の超電導体21が常電導状態へ相転移する。こうして
常電導状態に相転移した部分が常電導状態部21bであ
り、残りの超電導体21の部分が超電導状態部21aであ
る。すると第１図に示したのと同じ原理で回転盤27は力
を受け、回転軸26を中心に回転方向25の向きにしたがっ
て回転を始める。 以上のようにこの実施例によれば非接触で回転盤を回
転させることができ、損失の少ないモータが実現でき
る。 なお、この実施例においては回転軸26を設けたが、回
転盤27がローラ等により回転運動を行える構造になって
いれば、必ずしも必要ではないことは言うまでもない。
また、永久磁石22は電気磁石で構成してもよいことは第
１図に示した実施例と同じである。 第４図は、本発明をリニア・モータに用いた実施例の
動力発生装置の側面図である。31は超電導物質よりなる
超電導体、32は永久磁石、33はレーザ光を導く光ファイ
バ、35はレンズ、34は光ファイバ33に導かれ、その端部
から発せられてレンズ35により調光されたレーザ光であ
る。ここで、超電導体31は、図中において水平方向にの
み移動可能に構成されている。 以上のように構成されたの実施例の動作を以下に説明
する。光ファイバ33により導かれたレーザ光はその端部
より発射され、レンズ35によって調光され、レーザ光34
となって超電導体31に達し、レーザ光34の照射を受けた
部分は超電導状態より常電導状態に転移する。このよう
にして、超電導体31は超電導状態部31aと常電導状態部3
1bに分かれる。ここにおいて各永久磁石32と超電導体31
の超電導状態部31aと常電導状態部31bの関係は第１図と
同じ状態であるので、故に超電導体31は右方向に力を受
けて移動する。 以上のようにこの実施例によると超電導体31はエネル
ギー供給源である光ファイバ33や永久磁石32とは非接触
で駆動することができるので、駆動力に対する損失の少
ない運動を実現できる。 なお、この実施例においては、ある光ファイバによっ
て照射される超電導体31の常電導状態部31bは、前記光
ファイバの接する永久磁石32ではなく、前記永久磁石の
３つ右となりの永久磁石32による磁界の影響を受ける位
置にある。これは細いレーザ光34を用いて比較的広い常
電導状態部31bを発生させるための一つの手段であり、
超電導状態部31aと常電導状態部31bと永久磁石32が第１
図に示した関係に位置すればどのような構成にしてもよ
い。 第５図（ａ）は本発明をレール・ガンに用いた一実施
例の動力発生装置の側面図及び斜視図である。第５図
（ａ）において、41は超電導物質よりなる弾丸、42aは
永久磁石、43はレーザ発振器、44はレーザ光、45はレン
ズ、46はレーザ光44を反射する反射鏡、47aは超電導弾
丸41を誘導するレールである。 なお、この実施例においては、レール47aはレーザ光4
4を遮らない位置（図の手前及び後方）に設けている。
また、透明な物質によるレールであればレーザ光44を遮
らない。 なお、超電導弾丸４を構成する超電導物質としては、
Nb、Al、Geよりなる合金、例えばNb_0.79（Al_0.73G
e_0.27）_0.21を用い、約4.2Kに冷却した。装置を宇宙空
間で使用する場合、場所によっては冷却装置を必要とせ
ずに装置を駆動させることができる。しかし、一般には
太陽光等により非常に激しい温度変化を受ける場所が多
いほか、安定した駆動力を得るために、安定した恒温機
能を持つ冷却システムの中で動作させることが望まし
い。 以上のように構成されたこの実施例の動作を以下に説
明する。但し、動力を発生する原理については第１、第
３、４図に示したものと同じであるので、ここでは省略
する。 第６図は、レール47a上を移動する超電導体とこの超
電導体に遮られるレーザ光の関係を示した動作説明図で
ある。同図（ａ）は、同図（ｂ）〜（ｅ）の誘導路上に
超電導体48が存在した場合に、この超電導体48が受ける
力の方向を示している。超電導体48は、レーザ光44が、
反射鏡46により、超電導体48が常電導状態で存在すべき
レール47a上の位置に正しく導かれているので、常に同
一である矢印49が示す向きの力を受ける。 ところで、同図（ｂ）〜（ｅ）からも明らかなよう
に、超電導体48の長さが、磁石部の有する磁石の配列間
隔に等しいかもしくはこれより長ければ、超電導体48の
進行方向に対して前方の部分は、レーザ光44を受けるべ
き、超電導体48の同方向に対して後方の部分に照射され
るレーザ光44を遮ることはない。従って、第５図（ａ）
に示す反射鏡46を使った実施例においては、最低限１つ
のレーザ発振器により、複数の部位において常電導状態
部を生成することができる。なお、この実施例において
は、レーザ発振器43は超電導体48の進行方向に対して前
方に設けているが、レーザ光44と超電導体48の常電導状
態部との位置関係は幾何学的なものがあり、レーザ発振
器43を超電導体48の進行方向に対して後方に設けてもよ
い。すなわち、レーザ光44の光路が、第５図（ａ）に示
すかたちになれば、レーザ発振器43を超電導体48の進行
方向に対して後方に設けても、先程と同様に、同方向に
対して後方の部分は、レーザ光44を受けるべき、超電導
体48の同方向に対して前方の部分に照射されるレーザ光
44を遮ることはない。 なお、第６図（ｂ）〜（ｅ）から更に明らかなよう
に、超電導体48の長さが、永久磁石42aの配列間隔の半
分より長ければ、常に超電導体48の一部が常電導状態と
なって永久磁石42aより力を受ける。これらの事実よ
り、超電導体48の長さは、永久磁石42aの配列間隔に等
しいか、この配列間隔の長さより短くかつ、この配列間
隔の半分より長いことが望ましいといえる。 また、レーザ光44の幅であるが、超電導体48の幅が永
久磁石42aとの距離に比べて小さければ、レール47a上で
の幅が、永久磁石42aの配列間隔の半分に等しくなれば
よい。しかしこのようにすると、大きな力を得るために
はレール47aと永久磁石42aとの距離は小さい方がよい、
超電導体48は有限の幅を持っている、レーザ光44はレー
ル47a部に垂直ではない角度で入射する等の理由で、実
際には正しく常電導状態部が形成されない。常電導状態
であるべき部分の一部が、前記の理由でレーザの照射を
受けない。これを防ぐためには、第５図（ａ）に示した
ように、レーザ光44の幅を前記長さより少し長めにして
やればよい。 以上のように、反射鏡46によってレーザ光を導くこと
により、レーザ光を導く光ファイバを必要としない構成
で動力発生装置が実現できる。また、この構成によれ
ば、どんなに多くの磁石を用いた構成としても、レーザ
発振器は一つで構成することが可能となる。 なお、この実施例では弾丸を超電導物質で構成した
が、弾丸を乗せた台車を超電導物質で構成し、これによ
って加速を行う構成とすれば、弾丸は非超電導物質でよ
い。また、反射鏡46には非磁性体を用いた方がよいこと
は言うまでもない。 第５図（ａ）では、永久磁石42aの並ぶ平面と同一平
面内でレーザ光を反射させるように設けた図を示した
が、これら２つの平面がレール47aを交線とする異なる
平面に存在するのが望ましい。第５図（ｂ）は、このよ
うにして反射鏡46が磁界に影響を与えにくく構成した実
施例である。なお、この実施例では超電導弾丸41を導く
ために、中空管47bを用いている。ここでは中空管は47b
は、例えばガラスのようなレーザ光を通過させる透明な
物質によるものであればよい。また、この実施例におい
ては、強力な動力を得るために、永久磁石42aの代わり
に超電導コイルによる超電導磁石42bを用いた。 第７図は、本発明を磁気浮上車に用いた実施例の動力
発生装置の側面図である。61は固定された超電導物質に
より舗装された超電導舗装路、62は超電導コイルよりな
る電気磁石、63はレーザ発振器、64はレーザ光、67は電
気磁石62を冷却する冷却装置、66は磁気浮上車、65は磁
気浮上車66の進行方向である。 なお、この実施例においては、超電導舗装路61を構成
する超電導物質としてSr、Ba、Ｙ、Cu、Ｏよりなるセラ
ミックスを、また、電気磁石62を構成する超電導コイル
としてはNb₃Snよりなる化合物を用いた。 以上のように構成されたこの実施例の動作を以下に説
明する。磁気浮上車66の電気磁石を駆動させると、電気
磁石62の１つの極が超電導舗装路61に面していれば、そ
の極性に関わらずマイスナー効果によって超電導舗装路
61と電気磁石62は反発し、ある程度の磁界が発生したと
ころで磁気浮上車66は浮上する。ちなみに、この実施例
においては図示のようにＮ極、Ｓ極が発生している。次
に、磁気浮上車の進行方向に設けたレーザ発振器63より
レーザ光64を超電導舗装路61に照射する。レーザ光64が
照射された超電導舗装路61の一部は前記した他の実施例
と同じく常電導状態に相転移し、超電導舗装路61は超電
導状態部1aと常電導状態部1bの２つの部分に分かれる。 すると、前記した実施例と同様な磁気浮上車66は65で
示される方向に力を受け、移動を始める。前記した他の
実施例においては超電導体側が移動したが、ここでは同
じ力を利用して磁石側が移動する点が他の実施例と異な
る。 なお、磁気浮上車66の制御は、電気磁石62の発生する
磁界の強さ、レーザ発振器63の出力、同発振器63のレー
ザ照射角度、同発振基63の照射するレーザ光64のビーム
径によって行うことができる。 以上のようにこの実施例によるとこの磁気浮上車66は
超電導舗装路61と非接触で駆動することができるので、
駆動力に対する損失の少ない運動を実現できる。また、
電気磁石62により磁気浮上車66と超電導舗装路61の距離
を制御し、走行中に磁気浮上車66と超電導舗装路61を接
触させることにより、磁気浮上車66に摩擦による制動力
を与えることもできる。 なお、この実施例においては磁気浮上車66の浮上及び
推進のための磁界を発生させるのに超電導コイルによる
電気磁石62を用いたが、充分な磁界が得られるならば、
常電導物質によるコイルや永久磁石を用いてもよい。 ところで、超電導舗装路61であるが、単に超電導物質
を表面に設けただけでは、超電導舗装路61上の常電導状
態部61bの周りに誘導電流が発生して常電導状態部61bに
磁束が入らず、推進のための動力が発生しない。そこ
で、超電導舗装路61にはこの誘導電流を防ぐ処置が必要
である。第８図は、誘導電流を防ぐ超電導舗装路の例を
示す図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図である。第
８図において71は超電導物質、72は動作環境で常電導状
態を示す常電導物質で、ここでは超電導物質71を常電導
物質72が格子状に分割することにより、誘導電流を抑え
ている。ちなみに、常電導物質72に囲まれた超電導物質
71の一片の大きさは、第７図におけるレーザ光64の超電
導舗装路61上でのスポットの大きさより小さいものであ
る。なお、超電導物質を常電導物質が分割する構造にな
っていれば、格子状に限らず、三角形や他の多角形の組
合せ等による分割形態としてもよいことは言うまでもな
い。 なお、前記した各実施例においては、超電導物質とし
て具体的な組成を示したが、超電導状態を示す物質であ
れば他の組成によるものでもよい。即ち、ここではセラ
ミックス、化合物、合金よりなる超電導物質を用いた
が、超電導を示す物質であれば他のものでもよい。 発明の効果 以上説明したように、本発明によれば、一部もしくは
全部が超電導物質よりなる超電導基盤と、磁石と、前記
超電導にエネルギーを与えるエネルギー供給装置を設け
ることにより、極めて簡単な構成で安定したトルクの動
力を得ることができる動力発生装置を実現することがで
きる。また、非接触で駆動するために駆動に対する摩擦
が生じず、駆動力に対する損失がない。また、摩擦によ
る疲労が駆動系を損傷することもない。また、従来のリ
ニア・モータにおける位置検出器のような大規模な装置
を必要としない。 このように本発明により、非接触でかつ、簡単な構成
で安定したトルクの動力を得ることができる動力発生装
置が実現でき、その実用的効果は大きい。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の動力発生装置の基本構成を示す側面
図、第２図は本発明の動力発生装置の原理を示す磁束分
布図、第３図は本発明を回転モータに用いた一実施例に
おける動力発生装置の斜視図、第４図は本発明をリニア
・モータに用いた一実施例における動力発生装置の側面
図、第５図（ａ）は本発明をレール・ガンに用いた一実
施例における動力発生装置の側面図、第５図（ｂ）は本
発明をレール・ガンに用いた他の実施例における動力発
生装置の斜視図、第６図は第５図（ａ）における実施例
の動作を示す側面図、第７図は本発明を磁気浮上車に用
いた一実施例における動力発生装置の側面図、第８図は
同実施例における超電導舗装路の構成の一例を示す図で
（ａ）は上面図、（ｂ）は断面図、第９図は従来の動力
発生装置の一例である直流モータの斜視図、第10図は同
例であるリニア・モータの側面図である。 １、21、31……超電導体、 1a、21a、31a、61a……超電導状態部、 1b、21b、31b、61b……常電導状態部、 ２、22、32、42a……永久磁石、 ３、23、43、63……レーザ発振器、 ４、34、44、64……レーザ光、 ５……超電導体移動方向、24……レーザ光スポット、 25……回転方向、26……回転軸、27……回転盤、 33……光ファイバ、35、45……レンズ、 41……超電導弾丸、42b……超電導磁石、46……反射
鏡、 47a……レール、47b……中空管、61……超電導舗装路、 62……電気磁石、65……進行方向、66……磁気浮上車、 71……超電導物質、72……常電導物質。

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．一定幅の超電導体の帯を有する回転盤と、前記回転
   盤にレーザ光を照射するレーザ発振器と、前記レーザ光
   が前記回転盤に照射されるレーザ光スポットの近傍に磁
   石を有し、前記レーザ光スポットの大きさが前記超電導
   体の帯幅よりも大きいことを特徴とする動力発生装置。