JP2972266B2 - Non-contact levitation device - Google Patents
Non-contact levitation deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は超電導体を用いた非接触浮上装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial application field) The present invention relates to a non-contact levitation device using a superconductor.
(従来の技術) 従来、超電導体による浮上現象としてはマイスナー効
果、およびサスペンション効果によるものが知られてい
る。マイスナー効果は超電導体が磁石の磁束を排除する
作用により浮上する。サスペンション効果は超電導体内
に侵入した磁束がピン止め効果により固縛されることに
より一定の間隔で浮上するものである。(Prior Art) Conventionally, as a floating phenomenon caused by a superconductor, those caused by the Meissner effect and the suspension effect are known. The Meissner effect floats due to the action of the superconductor to eliminate the magnetic flux of the magnet. The suspension effect is that the magnetic flux that has entered the superconductor is fixed by the pinning effect and floats at regular intervals.
(発明が解決しようとする問題点) マイスナー効果による浮上作用は、磁束とは別方向の
外力に対しては拘束力を持たないため、不安定である。
一方、サスペンション効果による浮上は、マイスナー効
果に比べて安定して浮上しているが、反面、移動するの
が難しいという問題がある。(Problems to be Solved by the Invention) The levitation action by the Meissner effect is unstable because it has no binding force against external force in a direction different from the magnetic flux.
On the other hand, levitation by the suspension effect is more stable than the Meissner effect, but has a problem that it is difficult to move.
本発明は、超電導体を用いて安定に浮上する構造を得
ることを目的とする。An object of the present invention is to obtain a structure that floats stably using a superconductor.
[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
導磁石とし、その内部に磁石を挿入して浮上させるもの
である。[Constitution of the Invention] (Means for Solving the Problems) In the present invention, a cylindrical superconductor made of an oxide-based superconducting material having a large critical current density and a large pinning effect is cooled to a superconducting state. Remove the external magnetic field after applying an external magnetic field strong enough to penetrate into the superconductor,
Alternatively, by applying a magnetic field to the cylindrical superconductor in the normal conducting state and cooling it to a superconducting state by removing the external magnetic field, the magnetic field may be introduced into the tubular superconductor made of an oxide-based superconducting material. The trap is made into a superconducting magnet, and the magnet is inserted into the inside to float.
(作用) 本発明で用いる超電導磁石は、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
は種々のものが使用できるが、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。(Operation) The superconducting magnet used in the present invention is manufactured in a tubular structure using an oxide-based superconducting material. Various oxide superconducting materials can be used, but the critical current density is large,
Those having a large pinning effect are desirable.
A bismuth-based superconducting material as shown in the figure is used.
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。In order to magnetize a cylindrical superconductor made of such a material, it is necessary to apply a magnetic field from the outside. An external magnetic field can be applied by cooling the cylindrical superconductor into a superconducting state, applying an external magnetic field strong enough to penetrate the inside of the superconductor, removing the external magnetic field, and then magnetizing the superconductor. There are two methods of trapping the magnetic field in the superconductor by removing the external magnetic field after cooling to a superconducting state by applying an external magnetic field while applying the external magnetic field.
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。As the external magnetic field, any of an electromagnet and a permanent magnet may be used as long as a magnetic field having a desired strength can be applied. Also,
The application of the external magnetic field may be performed from inside or outside the cylindrical body for the purpose. In order to form a superconducting magnet by applying an external magnetic field to the superconductor in this way, it is essential to use a superconducting material having a large critical current density and a strong pinning force.
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
方向には平行、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。Here, the cross-sectional shape of the cylindrical superconducting magnet may be a continuous shape such as a circle or a polygon. Further, it is possible to select the shape of the superconducting magnet according to the purpose, such as parallel, taper and curvature in the axial direction. However, in any of these shapes, it is necessary to have a shape and a structure that do not hinder the induced current flowing in the superconductor in a direction perpendicular to the external magnetic field when the external magnetic field is applied. Then, superconducting magnets of various shapes satisfying such conditions can be used.
本発明の非接触浮上構造での浮上現象の様子を第1図
に示す。筒状超電導体1は外部磁場の印加を含む磁化手
段により超電導磁石となっている。この筒状超電導体1
の内部に永久磁石2を挿入すると、常に軸方向にN・S
極を向けた状態で非接触で浮上静止する。第1図の
(a)は横、(b)は縦、(c)は斜めにした場合の浮
上の様子を示す。この図に示すように、浮上状態は筒状
超電導体の姿勢を縦、横、斜めの各位置に変えても一定
である。また、浮上静止した磁石に外力を与えても元の
位置に戻り静止する。FIG. 1 shows a state of a floating phenomenon in the non-contact floating structure of the present invention. The cylindrical superconductor 1 is a superconducting magnet by magnetizing means including application of an external magnetic field. This cylindrical superconductor 1
When the permanent magnet 2 is inserted inside the
Levitating and stationary without contact with the poles facing. FIG. 1 (a) shows a horizontal state, FIG. 1 (b) shows a vertical state, and FIG. As shown in this figure, the floating state is constant even when the posture of the cylindrical superconductor is changed to vertical, horizontal, and oblique positions. Also, even if an external force is applied to the levitating and stationary magnet, it returns to its original position and stands still.
筒状超電導体に挿入した磁石が軸方向に静止するの
は、磁石のN・S極と超電導体の残留磁場によるN・S
極が吸引反発するためである。また、直径方向における
静止は、超電導体のピン止め力が強いため、磁石から出
ている磁束の侵入を阻止しようとする力の反発によるも
ので、そのため磁石と超電導体の壁との間が等距離を保
って静止する。超電導体内部に磁石を静止させるための
条件として、(1)ピン留め力の大きい超電導材料であ
ること、(2)超電導体内に磁場が存在すること、が必
要である。The reason why the magnet inserted into the cylindrical superconductor is stationary in the axial direction is that the N / S pole of the magnet and the N / S due to the residual magnetic field of the superconductor.
This is because the poles repel the suction. Also, the stationary in the diameter direction is due to the repulsion of the force trying to prevent the intrusion of the magnetic flux coming out of the magnet due to the strong pinning force of the superconductor, so that the gap between the magnet and the wall of the superconductor is equal. Keep a distance and stand still. Conditions for stopping the magnet inside the superconductor include (1) a superconducting material having a large pinning force, and (2) the presence of a magnetic field in the superconductor.
筒状超電導体の断面形状としては、軸方向の断面形状
が一定のもの、軸方向の断面形状が変化しているものな
ど種々のものが使用できる。また、筒状超電導体の構造
としては、軸方向および周方向について、一体に作製し
たもの、ないしは電流の流れを妨げない構造であるなら
複数個の部材の組合せにより作製することもできる。As the cross-sectional shape of the cylindrical superconductor, various types can be used, such as those having a constant axial cross-sectional shape and those having a changed axial cross-sectional shape. The structure of the cylindrical superconductor may be integrally formed in the axial direction and the circumferential direction, or may be formed by a combination of a plurality of members if the structure does not hinder the flow of current.
以上の説明では、筒状超電導体の磁場分布は筒体軸方
向としたが、これは必ずしもこれにかぎるものでなく、
磁場分布を直径方向、ないしは軸方向および直径方向に
対して傾斜させた方向に作ることも、外部磁場の印加方
向を変えることによって可能である。さらに、複数の外
部磁場を適用することにより、磁場のピークが複数箇所
にある筒状超電導体とすることができる。このとき、磁
場の極性も自由に選択できる。また、浮上体について
も、永久磁石のかわりに、磁石化した超電導体を用いて
もよい。In the above description, the magnetic field distribution of the cylindrical superconductor is set in the axial direction of the cylindrical body, but this is not necessarily limited to this.
It is also possible to form the magnetic field distribution in the diametric direction or in a direction inclined with respect to the axial direction and the diametric direction by changing the application direction of the external magnetic field. Furthermore, by applying a plurality of external magnetic fields, a cylindrical superconductor having a plurality of magnetic field peaks can be obtained. At this time, the polarity of the magnetic field can be freely selected. As for the floating body, a magnetized superconductor may be used instead of the permanent magnet.
(実施例) 以下本発明の非接触浮上構造の実施例について図面に
基づいて説明する。酸化物系超電導材料を用いて円筒形
の超電導体を製作する。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、ここでは、第2図に示したような製法で作られる
ビスマス系超電導材料を用いる。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使用可能であ
る。(Example) Hereinafter, an example of the non-contact floating structure of the present invention will be described with reference to the drawings. A cylindrical superconductor is manufactured using an oxide superconducting material. As the oxide-based superconducting material, a material having a large critical current density and a large pinning effect is desirable. Here, a bismuth-based superconducting material produced by a manufacturing method as shown in FIG. 2 is used. Of course, other superconducting materials can be used as long as the required performance is satisfied.
第3図は本発明における非接触浮上現象を生じさせる
手段を示す。第3図(a)に示すように円筒形の超電導
体3を液体窒素4中に浸漬し、外側に電磁石5を配置し
た状態を示している。円筒状超電導体3は液体窒素4中
で超電導状態となっているが、この状態では磁石を内部
に挿入しても浮上しないで落下する。次に、電磁石5に
通電し、第3図(b)に示すように円筒状超電導体3に
軸方向の磁場を印加し、その後、磁場をとりさると、円
筒状超電導体3には第3図(c)に示すような分布の磁
場が残留する。この超電導体の軸方向の残留磁場の分布
は第4図に示すように中央部で強くなっている。また、
直径方向の残留磁場は第5図に示すように壁部がもっと
も強く中心部で低くなる分布を持っている。このような
残留磁場の存在する超電導体3中に、第3図(d)に示
すように、磁石7を投下すると、第3図(e)のよう
に、超電導体3の中央部に非接触浮上する。この浮上の
軸方向の位置は第4図に示されている残留磁場のピーク
の位置に対応する。したがって、電磁石5の位置を変更
して、磁場分布のピーク位置を変える事により磁石の静
止する位置も変えることができる。FIG. 3 shows a means for causing a non-contact levitation phenomenon in the present invention. FIG. 3A shows a state in which the cylindrical superconductor 3 is immersed in liquid nitrogen 4 and an electromagnet 5 is arranged outside. Although the cylindrical superconductor 3 is in a superconducting state in the liquid nitrogen 4, in this state, it does not float but falls even if a magnet is inserted inside. Next, an electric current is applied to the electromagnet 5 to apply an axial magnetic field to the cylindrical superconductor 3 as shown in FIG. 3 (b). A magnetic field having a distribution as shown in FIG. The distribution of the residual magnetic field in the axial direction of the superconductor is strong at the center as shown in FIG. Also,
As shown in FIG. 5, the residual magnetic field in the diametrical direction has a distribution in which the wall is strongest and lower at the center. As shown in FIG. 3D, when the magnet 7 is dropped into the superconductor 3 where such a residual magnetic field exists, as shown in FIG. Surface. The position in the axial direction of the levitation corresponds to the position of the peak of the residual magnetic field shown in FIG. Therefore, by changing the position of the electromagnet 5 and changing the peak position of the magnetic field distribution, the position where the magnet stops can be changed.
(応用) 本発明の非接触浮上装置は安定して、任意の位置に非
接触浮上させることができることから、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、キャリッジのロッ
ク装置、光照射により回転する撹はん装置、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、ディスプレイなどの幅広い分野への応用が考え
られる。(Application) Since the non-contact levitation device of the present invention can stably and non-contactly float at any position, non-contact bearings, positioning devices, various levitation transport devices, switches, support for magnetic heads, electromagnetic actuators, Antenna support device, spirit level, inkjet head, image forming, spring, lighting device support, wind direction changing device, heat drive engine, gyro, heating device support, floating head, various collision prevention devices, vibration prevention device, caster , Probing equipment for semiconductor device testing, magnetic tape guide, carriage locking device, stirring device rotated by light irradiation, temperature detection device, flow control valve, liquid coagulation device, semiconductor wafer, ball joint, gear, electromagnetic oscillation Dynamic planar scanning optical device, overcurrent cutoff device, floating mouse device, precision weighing device, satellite attitude control device, It can be applied to a wide range of fields such as displays.
[発明の効果] 本発明における浮上は立体空間内での浮上であり、浮
上高さが大きい。また、筒状超電導体の直径方向にも等
距離の浮上および静止が行われる。筒軸方向には磁場の
強さの分布を調整することにより静止位置を変化させる
ことができるなどの効果がある。[Effect of the Invention] The levitation in the present invention is levitation in a three-dimensional space, and the levitation height is large. In addition, floating and stationary at the same distance are performed in the diameter direction of the cylindrical superconductor. By adjusting the distribution of the magnetic field strength in the cylinder axis direction, there is an effect that the rest position can be changed.
第1図は本発明の非接触浮上構造の浮上現象の説明図、
第2図はビスマス系超電導材料の製法を示す図、第3図
は本発明における非接触浮上現象を生じさせる手段を示
す説明図、第4図は本発明の実施例の円筒状超電導体の
軸方向の残留磁場の分布、第5図は円筒状超電導体の直
径方向の磁場分布である。 1……筒状超電導体、2,7……永久磁石、3……円筒状
超電導体、4……液体窒素、5……電磁石、6……冷却
槽。FIG. 1 is an explanatory view of the floating phenomenon of the non-contact floating structure of the present invention,
FIG. 2 is a view showing a method for producing a bismuth-based superconducting material, FIG. 3 is an explanatory view showing a means for causing a non-contact levitation phenomenon in the present invention, and FIG. 4 is a shaft of a cylindrical superconductor of an embodiment of the present invention. FIG. 5 shows the distribution of the magnetic field in the diameter direction of the cylindrical superconductor. 1 ... cylindrical superconductor, 2, 7 ... permanent magnet, 3 ... cylindrical superconductor, 4 ... liquid nitrogen, 5 ... electromagnet, 6 ... cooling tank.
Claims (2)
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
内部に侵入する外部磁場を筒の軸方向に印加した後に前
記外部磁場を取り去るか、または、常電導状態にある前
記筒状超電導体に筒の軸方向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、前記筒状超電導体内に磁場を
トラップさせて磁場分布を形成した前記筒状超電導体内
部に磁化された物体を浮上させることを特徴とする非接
触浮上装置。The present invention relates to a method of cooling a cylindrical superconductor made of a superconducting material having a large pinning effect so that a superconducting state is obtained and then applying an external magnetic field penetrating into the superconductor in the axial direction of the cylinder, and then removing the external magnetic field. Or, by applying a magnetic field to the cylindrical superconductor in a normal conducting state and cooling it while applying an external magnetic field in the axial direction of the tube to remove the external magnetic field after the superconducting state is obtained, the magnetic field in the tubular superconductor is removed. A non-contact levitation apparatus characterized in that a magnetized object is levitated inside the cylindrical superconductor in which a magnetic field distribution is formed by trapping a magnetic field.
ピン止め効果の大きい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
る外部磁場を筒の軸方向に印加した後に前記外部磁場を
取り去るか、または、常電導状態にある前記筒状超電導
体に外部磁場を筒の軸方向に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
手段を前記筒状超電導体の複数箇所に対して行うことに
より、前記筒状超電導体内に複数の磁場をトラップさせ
て複数箇所にピークを有する磁場分布を形成したことを
特徴とする請求項1記載の非接触浮上装置。2. The cylindrical superconductor having the magnetic field distribution,
After cooling the cylindrical superconductor made of a superconducting material having a large pinning effect to make it superconductive and applying an external magnetic field penetrating into the superconductor in the axial direction of the cylinder, the external magnetic field is removed, or Applying an external magnetic field to the cylindrical superconductor in a state while applying the external magnetic field in the axial direction of the cylinder to make the superconducting state and then removing the external magnetic field to a plurality of locations of the cylindrical superconductor. The non-contact levitation apparatus according to claim 1, wherein a plurality of magnetic fields are trapped in the cylindrical superconductor to form a magnetic field distribution having peaks at a plurality of positions.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2071809A JP2972266B2 (en) | 1990-03-23 | 1990-03-23 | Non-contact levitation device |
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Publications (2)
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- 1990-03-23 JP JP2071809A patent/JP2972266B2/en not_active Expired - Lifetime
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