JP3942845B2

JP3942845B2 - 超電導モータ

Info

Publication number: JP3942845B2
Application number: JP2001169022A
Authority: JP
Inventors: 望充小森
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2001-06-05
Filing date: 2001-06-05
Publication date: 2007-07-11
Anticipated expiration: 2021-06-05
Also published as: JP2002369494A

Description

【０００１】
【本発明の属する技術分野】
本発明は、超電導モータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、研究されている超電導磁気軸受は、支持軸受部分に超電導体、ロータ部分に永久磁石を使用している。
【０００３】
一方、近年、高温超電導体の製造技術が飛躍的に進歩し、高密度電流を持つ高温超電導体の大型バルク材の製造が可能となった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超電導磁気軸受は、支持軸受部分に超電導体、ロータ部分に永久磁石を用いるために、装置が大型になったり、制御の複雑さが問題となっていた。
【０００５】
また、上記以外にも従来の超電導モータには以下のような問題点があった。
【０００６】
（１）従来の超電導モータでは、駆動電流を磁場中冷却時の電流と同じ値を用いているため、より大きな剛性とダンピング効果を持たせることができない。また、駆動電流を磁場中冷却時の励磁電流と同じ値を用いているため、剛性やダンピングを向上させようとすると、より大容量の励磁電流が必要である。
【０００７】
（２）従来の超電導モータでは、駆動トルクの大きさは磁場中冷却時の励磁電流の大きさによって決まってしまう。したがって、駆動トルクの大きさを調整することもできない。
【０００８】
（３）従来の超電導モータにおけるロータは、超電導モータと同様に非接触状態で回転駆動可能であるが、駆動電流を磁場中冷却時の励磁電流と同じにしているため、最高回転速度は磁場中冷却時の励磁電流の大きさで決まってしまう。そのため、高速回転を得るためには、磁場中冷却時に大きな電流を必要とし、装置が大がかりになる。
【０００９】
（４）従来の超電導モータにおけるロータ回転時の安定性や振動の大きさは、磁場中冷却時の励磁電流の大きさで決まるため、大きな励磁電流を流すために大がかりな設備が必要になる。また、従来の超電導モータでは磁場中冷却後にロータ回転時の安定性を調整したり振動を任意の大きさに抑えることはできなかった。
【００１０】
（５）従来の超電導モータにおいて、超電導体からなるロータを用いた場合、駆動機構とは別にロータを支持するための軸受部や支持部が必要である。そのため、超電導モータ全体が複雑なシステムになり、比較的作製が難しいということがある。
【００１１】
（６）従来の超電導モータにおいては、ロータの浮上支持機構と駆動機構とは別なので、そのためモータ構成要素が多くなり小型化し難いという問題がある。
【００１２】
（７）従来の超電導モータにおいては、超電導体の冷却や電磁石への電力供給も含めて、エネルギー損失を考慮した装置は殆どない。よって、電力供給線から装置への熱侵入による発熱などによって、効率低下の問題がある。
【００１３】
（８）従来の超電導モータにおいては、磁場中冷却時の励磁電流と同じ駆動電流を用いるため、着磁の磁化の大きさは電磁石の電磁力で決まってしまう。そのため、大きな着磁を実現するため、比較的大がかりな設備が必要となる。
【００１４】
（９）従来の超電導モータにおける機械的に支持されたロータの回転トルクは、磁場中冷却時の励磁電流の大きさで決まり、回転トルクのむらは磁場中冷却時の電磁石のむらで決まる。そのため、回転トルクにむらがあると、トルクのむらがロータの振動を誘発するなどの問題がある。
【００１５】
そこで、本発明は、上記した高温超電導体が大きなピン止め力を持つために、常電導磁石と比べ強力な反射浮上力を有する点に着目し、この高温超電導体をロータとして用い、ステータにはそのロータを浮上させ、かつ回転支持する電磁石を用いることにより、無制御状態で非接触浮上が可能となり、また、非接触浮上により軸受損失が少なく、小型化と制御の容易さを図ることができる超電導モータを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕超電導モータにおいて、超電導体からなるロータと、このロータを浮上させる磁気軸受を兼ね、前記ロータを浮上させた状態で回転駆動可能な機能を有する、電磁石からなるステータとを具備し、前記磁気軸受の軸受剛性やダンピングを強化する超電導モータにおいて、前記磁気軸受の軸受剛性やダンピングの強化を、前記ステータの電磁石の駆動電流を磁場中冷却時の励磁電流より個々に増加または同時に増加させることにより行うことを特徴とする。
【００１７】
〔２〕上記〔１〕記載の超電導モータにおいて、前記超電導体はバルク材からなる高温超電導体であることを特徴とする。
【００１８】
〔３〕上記〔１〕記載の超電導モータにおいて、前記電磁石を、前記ロータの周りに超電導モータの中心点に対して８個対称的に配置することを特徴とする。
【００１９】
〔４〕上記〔１〕記載の超電導モータにおいて、前記ロータを円盤状に構成し、この円盤の円周に前記超電導体を配置し、この超電導体の上下に前記電磁石を配置することを特徴とする。
【００２０】
〔５〕上記〔１〕記載の超電導モータにおいて、前記超電導体のみを覆うように管を配置することを特徴とする。
【００２１】
〔６〕上記〔５〕記載の超電導モータにおいて、前記管の外側に断熱材を設けることを特徴とする。
【００２２】
上記したように、本発明によれば、バルク材からなる高温超電導体からなるロータを電磁石のステータで磁場中冷却して、磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流で回転駆動し、ピン止め力によってロータを浮上支持することができる。
【００２３】
したがって、ロータを完全に非接触状態で浮上させることができる。このとき、駆動電流を磁場中冷却時の電流より大きくすることによって、より大きな剛性とダンピング効果を持たせることができる。また、剛性やダンピングを向上させるために制御機構などは全く必要ない。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は本発明の第１実施例を示す超電導モータの基本的構成図であり、図１（ａ）はその断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【００２６】
これらの図において、１は超電導体、２は超電導体１からなるロータ、３はそのロータ２を中心として円周状に配置される電磁石、４は電磁石３からなるステータであり、超電導体１からなるロータ２を駆動するためには、磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流で回転駆動する。５は磁場中冷却時の磁束線を示している。
【００２７】
図２は本発明の第２実施例を示す超電導モータの構成図である。
【００２８】
この実施例では、超電導モータからなるロータ１１を円盤１２で構成し、その円盤１２の円周上に超電導体１３を配置し、その超電導体１３を挟むように上下に配置した電磁石１４を有するステータ１５を設けるようにしている。
【００２９】
図１と同様に、超電導体１３を電磁石１４で磁場中冷却して、磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流で回転駆動する。電磁石１４は円盤１２の上下に配置しているが上下どちらか一方のみでも同様の効果が得られる。
【００３０】
図３は本発明の第３実施例を示す超電導モータの構成図である。
【００３１】
この実施例の超電導モータは、液体窒素等の冷媒２２が流れる管２１の中に超電導体２３からなるロータ２４を入れ、管２１の外側に回転駆動用の電磁石２５を有するステータ２６を配置するようにしている。
【００３２】
ここでは、電磁石２５は管２１の周りに、図１に示すように、円周状に配置されている。図１と同様に、磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流によって超電導体２３からなるロータ２４を回転駆動する。ロータ２４のみが管２１内に存在するので、作製が容易なばかりでなく、小型化が可能である。
【００３３】
図４は本発明の第４実施例を示す超電導モータの構成図である。
【００３４】
この実施例の超電導モータは、図３と同様に、液体窒素などの冷媒２２が流れる管２１の中に超電導体２３からなるロータ２４を入れ、管２１の外側に回転駆動用の電磁石２５を有するステータ２６を配置する。
【００３５】
この実施例によれば、管２１の周りに断熱材２７を用いることによって、管２１内への熱侵入が抑えられるようにしている。
【００３６】
この実施例でも第１実施例と同様に磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流によって超電導体からなるロータを回転駆動する。
【００３７】
図５は本発明の第５実施例を示す超電導モータの構成図である。
【００３８】
図５は第１実施例と同様の超電導モータの構造に加えて、変位センサ６を取り付けるように構成した。よって、図１と同様に、磁場中冷却時の励磁電流より大きな駆動電流によって超電導体１からなるロータ２を回転駆動するが、回転時のロータ２の変位を変位センサ６で検出し、ロータ２の変位を制御するようにしている。
【００３９】
以下、具体例（実験例）について説明する。
【００４０】
図６は本発明の超電導磁気浮上ステッピングモータの実験装置の全体構成図である。
【００４１】
まず、計算機４３内のＤＳＰにより、ある特定周波数のパルス信号を４つの位相の異なったデジタル信号としてそれぞれ出力し、Ｄ／Ａコンバータ４２を用いてデジタル信号をアナログ電圧信号に変換する。次に、このアナログ信号を駆動回路４１に入力し、４つの位相の異なったパルス信号をそれぞれ増幅する。
【００４２】
このように構成することにより、超電導磁気浮上ステッピングモータ３１内部の電磁石３６（図７参照）にそれぞれパルス状の電流を流すことが可能となる。ここで、パルス波形の山の部分では正のコイル電流、谷の部分では負のコイル電流が流れるため、それぞれの絶対値が等しくなるように設定した。超電導磁気浮上ステッピングモータ３１では、駆動回路４１からの信号によって、電磁石３６の極（±電流）が切り替わることにより、ロータ３２の回転が実現できる。
【００４３】
図７は本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの構成図であり、図７（ａ）はそのモータの上面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【００４４】
超電導磁気浮上ステッピングモータ３１は、高温超電導体（以下、単に超電導体という）３３からなるロータ３２と、支持軸受機能を有する８つの電磁石（縦３３ｍｍ×幅２０ｍｍ×長さ２２．５ｍｍ）３６と、それを取り付けているヨーク３７により構成されている。電磁石３６は鉄芯３４を中心にコイル３５が５００巻回されており、４５°毎に計８個取り付けられている。ロータ３２は超電導体（直径９ｍｍ）３３を連結して長さ４６ｍｍとした。ロータ３２の質量は約１８ｇである。３８はステータ、３９はフレームである。
【００４５】
次に、浮上・回転駆動方法について説明する。
【００４６】
この超電導モータは構造上、能動的に完全非接触状態で浮上、回転が可能である。その浮上方法は、まず、ロータ３２を支持軸受中にしっかりと固定し、磁場中冷却を行い、ロータ３２の超電導体３３内に磁束をピン止めする。こうすることでロータ３２に反発力が生じ、浮上させることができる。また、回転駆動方法は電磁石３６を、はじめに超電導体３３に着磁させた状態から右に４５°励磁を切り替えると、それを追従するようにロータ３２も４５°回転する。これを繰り返すことにより回転駆動が可能になる。
【００４７】
図８（ａ）は超電導体にピン止めされた磁束の様子を示し、図８（ｂ）ではロータが変位したときピン止め力により超電導体が中心位置に戻ろうとする力が働くことを示す図である。なお、外部磁界は均一とする。
【００４８】
ここで、ロータ３２が中心から移動したときの超電導体３３内に侵入している磁束の様子を図８（ａ）に示す。この図よりロータ３２が右方向に移動しているにも関わらず、ロータ３２内部の超電導体３３に侵入している磁束分布はピン止め効果により変化していないことが分かる〔図８（ｂ）参照〕。この状態から超電導体３３にはピン止め力が働き、もとの状態に戻ろうとする。これによりロータ３２は、常時、能動的にステータ３８の中心に安定浮上することができる。
【００４９】
次に、電磁石の励磁を変化させたときの超電導体内部の磁束の様子を図９に示す。
【００５０】
ロータ３２が初期位置の段階〔図９（ａ）〕から電磁石３６の励磁パターンを時計方向に４５°回転させる〔図９（ｂ）〕と、超電導体３３内部の磁束は変化しないため、電磁石３６の励磁に合わせて、超電導体３３には吸引及び反発力が働く。その結果、ロータ３２は追従して時計方向に４５°回転することができる〔図９（ｃ）〕。
【００５１】
以下、その実験について説明する。
【００５２】
超電導体３３を極低温で磁場中冷却すると、超電導体３３内部に磁束を捕捉するピン止め効果が働く。このピン止め効果により得られるピン止め浮上力は、外部印加磁界による磁束と超電導体３３にピン止めされた磁束がずれることにより生成される。そこで、本発明ではロータ３２の自重により生成される磁束のずれによるピン止め力の浮上ではなく、ロータ３２の浮上前（冷却時）と浮上後で能動的に外部印加磁界（コイル３５の電流値）を変化させることにより、超電導体３３自身にピン止め力を生成させ、剛性を高める実験を行った。なお、本発明では実験を行う際、超電導体３３に磁束を捕捉するため実験装置全体を液体窒素中に入れ、磁場中冷却を行った。
【００５３】
次に、実験及びその考察を行う。
【００５４】
（ａ）冷却時１Ａにおける振動振幅特性
超電導体３３を浮上させる前に、コイル電流値を１Ａの状態で磁場中冷却し、浮上時にコイル電流値をそれぞれ１Ａ〜４Ａに変動させて実験を行った。
【００５５】
図１０は各回転数に対してのロータ３２のアキシャル方向での振幅（ｐｅａｋｔｏｐｅａｋ）を測定したものである。変位の測定にはレーザー変位計を用いた。
【００５６】
結果として、まず、浮上時に１Ａのままコイル電流値を変動させなかった時は、外部印加磁界が小さく、また、冷却時に１Ａであるから十分に磁束がピン止めされていないので、最大回転数は約６００ｒｐｍと高回転まで追従することはできなかった。さらに、６００ｒｐｍを越えると、ロータ３２は電磁石３６の励磁パターンに追従できなくなり、超電導体３３内にピン止めされた磁束と電磁石３６からの磁束が大幅にずれてしまいロータ３２は浮上力を失ってしまう。
【００５７】
また、コイル電流値１Ａ時ではどの回転数に対しても比較的大きな振幅が観察された。そこで、コイル電流値を２Ａ，３Ａと浮上前と浮上後に変動してみると、共にロータ３２は約９００ｒｐｍまで回転駆動が可能であることがわかった。また、各回転数における振幅も観察したところ、高回転になるほど振幅は同じ値に収束していくことが確認できた。
【００５８】
ここで、どの電流値に対しても言えることだが、低回転で振幅が大きくなっている。この理由として、１ステップ（４５°）回転するときに、このモータの構造上、始点部分では反発力、終点部分では吸引力が主にかかるため安定しているが、隣り合う電磁石３６の中間部分付近で吸引力または反発力が減少し、結果的に回転トルクが最も低くなってしまうことが考えられる。そのため、ロータ３２が１ステップ回転する際、中間付近でロータ３２が下方に下がるといった現象が起こってしまうのである。
【００５９】
しかし、高回転で駆動しているときは、ロータ３２の慣性力により１ステップの回転がスムーズかつ短時間で行えるため、アキシャル方向での振動振幅はほとんど無く、安定して回転駆動が行えるものと考えられる。コイル電流値２Ａと３Ａでは振幅特性を比較すると、コイル電流値３Ａを流した方が全体的に振動は抑えられているようだった。
【００６０】
しかし、コイル電流値を４Ａまで上げてしまうとモータを始動させてすぐに激しく振動を起こして、１５０ｒｐｍで回転が不可能となった。これは、磁場中冷却を１Ａの状態で行ったため、超電導体３３内部ではピン止めされている磁束は弱く、そこで外部印加磁界を強くかけると、ピン止めされた磁束と電磁石３６からの磁束のずれが大きくなり浮上力がうまく生成されないためと考えられる。そこで、コイル電流値を大きくすれば良いというわけではなく、適当な電流値の変動を行うことで、より効率的な回転が実現できることが分かった。結局、冷却時１Ａに対しては浮上時３Ａが妥当であると言える。
【００６１】
また、図１１は浮上後に各コイル電流値を変えたときのロータに加わる吸引力特性を解析により算出したものである。この図より電磁石３６のコイル電流値を大きくするとロータ３２に加わる吸引力も大きくなり、また、ロータ３２内部まで徐々に吸引力が加わってきていることが分かる。
【００６２】
（ｂ）冷却時２Ａにおける振動振幅特性
超電導体３３を浮上前にコイル電流値を２Ａの状態で磁場中冷却し、浮上時にコイル電流値をそれぞれ１Ａ〜４Ａに変動させたときの振動振幅特性を図１２に示す。
【００６３】
実験方法は上記と同様である。冷却時２Ａの場合では、どのコイル電流値に対しても大きな差は見られなかった。上記（ａ）の冷却時１Ａの場合と同様に回転数が上がるに連れて振幅は減衰していき、６００ｒｐｍ以降に関してはどの電流値でもほぼ安定していることがわかる。ここでは、冷却時の電流値より浮上後の電流値を下げる実験を行った。
【００６４】
能動的にピン止め力を得るためには浮上前と浮上後の磁束をずらすことにより生成されるため、冷却時より浮上時の電流値を下げることにより、ピン止め力を生成できる。この実験により、電流値を上げたときと下げたときの振幅はほぼ一定であることが分かった。
【００６５】
しかし、電磁石３６の電流値を上げることで吸引・反発力が向上するため、ロータ３２の回転トルクが高くなるので、低回転数から高回転数に対して安定して回転駆動を行うことができるためには、なるべくコイル電流値を高くした方がいいと思われる。しかし、冷却時２Ａの場合では問題はなかったが、上記（ａ）でも述べたが、あまり外部印加磁界を高くすると浮上力がうまく生成されないため、最適な電流値変動量を検討する必要がある。
【００６６】
図１３に上記（ａ）と同様に冷却時２Ａに対する各コイル電流値を変動したときのロータに加わる吸引力特性を示す。
【００６７】
冷却時１Ａの場合と比べ、コイル電流を大きくすると吸引力も増しているが、次第にロータ３２内部まで吸引が働くといったことはなかった。これはもともと超電導体３３に働いているピン止め力が大きいため、初めからある程度力が働いているためだと考えられる。
【００６８】
（ｃ）冷却時３Ａにおける振動振幅特性
超電導体を浮上前にコイル電流値を３Ａの状態で磁場中冷却し、浮上時にコイル電流値をそれぞれ１Ａ〜４Ａに変動させた時の振動振幅特性を図１４に示す。実験方法は上記（ａ）と同様である。
【００６９】
図１４に示すように、冷却時１Ａ，２Ａのときは高回転になるほど振幅は減衰していったが、冷却時３Ａでは浮上時１Ａ〜３Ａの場合において７５０ｒｐｍ付近から、０．５ｍｍと振幅が大きくなっていることが確認された。
【００７０】
これは冷却時３Ａに比べ、浮上時ではコイル電流値を小さくしたことで、高回転になると電磁石３６のコイル３５に流れるパルス電流が矩形波として信号がでておらず、立ち上がりと立ち下がり時において信号が遅れて出力されることが１つの原因だと考えられる。そのため、始めに低い電流値で設定しておくとパルス周波数が高くなるにつれてコイル３５に流れる電流値は更に低くなってしまい、外部印加磁界の減少により、モータの剛性が低くなったためだと思われる。
【００７１】
これに対し、コイル電流値を４Ａに増加することで浮上時に剛性を強くすることによって、高回転でも安定して回転駆動を行うことができた。また、冷却時３Ａの場合において、冷却時１Ａ，２Ａの時は最高回転数は９００ｒｐｍであったが、ここでは、最高回転数はどの電流値に対しても１０５０ｒｐｍまで追従することができた。これは、冷却時１Ａ，２Ａの時と比べ、高い電流で超電導体３３に磁場中冷却を行ったため、高いピン止め力が得られ、そのためロータ３２が浮上回転する際、モータの剛性が向上し高回転でも安定して回転駆動できたものだと考えられる。
【００７２】
以上のことから、冷却時、３Ａの場合ではコイル電流値を４Ａに変動して回転駆動を行った方がモータの特性は向上することが分かった。
【００７３】
図１５に冷却時３Ａに対する各コイル電流値を変動させたときのロータ３２に加わる吸引力特性を示す。
【００７４】
ここでも上記と同様にコイル電流値を増加すると吸引力も増加することが分かる。しかし、冷却時、１Ａ，２Ａの場合と比べて吸引力の分布が狭く表示されているのは、冷却時３Ａに対し電磁石３６のコイル電流が１Ａ〜３Ａまでと小さいため、電磁石３６からの吸引力は必然的に小さくなってしまい吸引力分布が狭まっているものと考えられる。だが、各部分においての吸引力は、冷却時、１Ａ，２Ａと比べ高い値が導出されていることが分かった。
【００７５】
上記から明らかなように、超電導体３３の浮上前と浮上後に外部印加磁界を変動させ能動的に反発浮上力を得ることで、より安定にかつ高速に回転駆動が可能である。特に、電流値の変動を行うにあたって浮上前の電流値と浮上後の電流値により、超電導体３３に生成されるピン止め力は大きく左右されるため、浮上前後においての各電流値変動に対してそれぞれ実験を試みることで、より剛性の高いモータが得られることが分かった。
【００７６】
なお、本発明の超電導モータにおけるロータは、非接触状態で回転駆動可能であるが、ロータを機械的な軸受で支持した状態でも、駆動電流を磁場中冷却時の励磁電流より大きくすることによって駆動トルクの大きさを調整することができる。
【００７７】
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００７９】
（Ａ）超電導体からなるロータを電磁石励磁により磁場中冷却するので、ピン止め力によってロータを浮上支持することができる。したがって、ロータは完全に非接触状態で浮上することができる。このとき、駆動電流を磁場中冷却時の電流より大きくすることによって、より大きな剛性とダンピング効果をもたせることができる。また、剛性やダンピングを向上させるために制御機構などは全く必要ない。
【００８０】
（Ｂ）駆動電流を磁場中冷却時の電流より大きくすることによって、駆動トルクを大きくすることができる。また、駆動電流を励磁電流より増加させることによって駆動トルクの大きさを調整することができる。
【００８１】
（Ｃ）ロータは、非接触状態で回転駆動可能であることに加えて、駆動電流を励磁電流より大きくすることによって駆動トルクの大きさを調整できるため、超高速で回転駆動できる。
【００８２】
（Ｄ）ロータは、駆動電流を励磁電流より大きくすることによって、ロータの安定性を調整できると同時に、ロータ回転時の振動を任意の大きさに抑えることができる。
【００８３】
（Ｅ）超電導体からなるロータのみを冷却すればよいため、冷媒が流れる管などに超電導体からなるロータを入れることで冷却が容易に行える。また、ロータの浮上支持と駆動とを同じ電磁石で行うため構造も簡単である。
【００８４】
（Ｆ）超電導体からなるロータのみを冷却すればよいため、ロータのみを冷媒が流れる管などに入れることによって冷却が可能である。また、ロータの浮上支持と駆動とを同じ電磁石で行うため構造も簡単であり、モータ構成要素が少なく済むという利点がある。以上の理由から、本発明の超電導モータは従来の超電導モータに比べて小型化に向いていると言える。
【００８５】
（Ｇ）超電導体からなるロータのみを冷却すればよいため、ロータのみを冷媒が流れる管などに入れ電磁石などは管の外に置くことができる。この場合、管内への熱侵入を容易に抑えることができるため、エネルギー損失が少なく効率の良いシステムを構成することができる。
【００８６】
（Ｈ）ロータは、磁場中冷却で着磁する以外に、パルス着磁などの方法によって任意の大きさに着磁することができる。この場合、駆動電流を変化させることで、上記と同様の効果が得られる。
【００８７】
したがって、本発明によれば、高速回転機器、低温冷媒用ポンプ、非接触回転機器などの更なる高トルク化、高安定化、低振動化、小型化などを押し進めることができる。これにより、本発明によって、超電導モータの更なる実用化が促進されると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す超電導モータの基本的構成図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す超電導モータの構成図である。
【図３】本発明の第３実施例を示す超電導モータの構成図である。
【図４】本発明の第４実施例を示す超電導モータの構成図である。
【図５】本発明の第５実施例を示す超電導モータの構成図である。
【図６】本発明の超電導磁気浮上ステッピングモータの実験装置の全体構成図である。
【図７】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの構成図である。
【図８】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの磁束とロータの様子を示す図である。
【図９】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの回転駆動時における磁束の様子を示す図である。
【図１０】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時における浮上後１Ａ〜４Ａのコイル電流をそれぞれ変動させたときの振動振幅特性を示す図である。
【図１１】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時１Ａにおける各コイル電流値でのロータに加わる吸引力特性を示す図である。
【図１２】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時２Ａにおける浮上後１Ａ〜４Ａのコイル電流をそれぞれ変動したときの振動振幅特性を示す図である。
【図１３】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時２Ａにおける各コイル電流値でのロータに加わる吸引力特性を示す図である。
【図１４】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時３Ａにおける浮上後１Ａ〜４Ａのコイル電流をそれぞれ変動したときの振動振幅特性を示す図である。
【図１５】本発明の実施例を示す超電導磁気浮上ステッピングモータの冷却時３Ａにおける各コイル電流値でのロータに加わる吸引力特性を示す図である。
【符号の説明】
１，１３，２３，３３超電導体
２，１１，２４，３２超電導体からなるロータ
３，１４，２５，３６電磁石
４，１５，２６，３８電磁石からなるステータ
５磁束線
６変位センサ
１２円盤
２１管
２２冷媒
２７断熱材
３１超電導磁気浮上ステッピングモータ
３４鉄芯
３５コイル
３７ヨーク
３９フレーム
４１駆動回路
４２Ｄ／Ａコンバータ
４３計算機

Claims

超電導体からなるロータと、該ロータを浮上させる磁気軸受を兼ね、前記ロータを浮上させた状態で回転駆動可能な機能を有する、電磁石からなるステータとを具備し、前記磁気軸受の軸受剛性やダンピングを強化する超電導モータにおいて、前記磁気軸受の軸受剛性やダンピングの強化を、前記ステータの電磁石の駆動電流を磁場中冷却時の励磁電流より個々に増加または同時に増加させることにより行うことを特徴とする超電導モータ。
請求項１記載の超電導モータにおいて、前記超電導体はバルク材からなる高温超電導体であることを特徴とする超電導モータ。
請求項１記載の超電導モータにおいて、前記電磁石を、前記ロータの周りに超電導モータの中心点に対して８個対称的に配置することを特徴とする超電導モータ。
請求項１記載の超電導モータにおいて、前記ロータを円盤状に構成し、該円盤の円周に前記超電導体を配置し、該超電導体の上下に前記電磁石を配置することを特徴とする超電導モータ。
請求項１記載の超電導モータにおいて、前記超電導体のみを覆うように管を配置することを特徴とする超電導モータ。
請求項５記載の超電導モータにおいて、前記管の外側に断熱材を設けることを特徴とする超電導モータ。