JP4335190B2 - 超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式 - Google Patents

Description

本発明は、超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式に関するものである。

超電導体の磁気遮蔽効果を利用することにより、磁界発生源より発生した磁界を整形し、強磁性体レールとの間で安定的な吸引浮上を行う磁気浮上方式は、地上側構成物を強磁性体のみに簡略化できる利点があることから、現在まで様々な研究が行われている。

これらの研究の中では、より多くの浮上力を得るための一般的な手段として、磁界発生源から発生させる磁界を強くするという手段が非常によく用いられている。
特許第３２８０３３４号公報 鈴木聡一郎、高尾智明、新納章太、山口昌克、上條弘貴、藤本浩之：「Ｙ系バルクのシールド効果を用いた吸引浮上力特性」、平成１６年電気学会全国大会、講演論文集５電気機器５−０３１

しかしながら、超電導体が遮蔽できる磁界の強さには、超電導体の材質や製造時の品質等により決定される限界があり、前記のように磁界発生源から発生させる磁界を強くした場合、超電導体に印加される磁界が超電導体が遮蔽できる磁界の強さの限界を著しく上回り、必要な磁界整形効果が得られず、安定浮上に必要な浮上力特性が得られないという問題があった。

また、前記浮上方式の中でよく使用されている第２種超電導体と呼ばれる超電導体は、磁界ピン留め効果により常電導状態から超電導状態になった時に内部に存在する磁界を保持し続けようとする性質があるため、前記浮上方式のように磁気遮蔽効果を利用するためには、超電導体に印加される磁界が無い状態で冷却を行い、常電導状態から超電導状態にする必要がある。

そのため、磁界発生源として永久磁石を用いる場合、超電導体から永久磁石を十分に離した状態で超電導体を常電導状態から超電導状態にし、その後所定の位置に永久磁石を設置する必要があるが、この際に、超電導体と永久磁石の間に強い反発力が生じ、永久磁石の設置が困難となる問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、磁界発生源の設置が容易であり、かつ安定浮上に必要な浮上力特性を得ることができる移動体の磁気浮上方式を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕移動体の磁気浮上方式において、構造物によって支持される、強磁性体からなる長尺のレールと、このレールの下方に対向して配置され、前記レールの長尺方向に長い薄板状の超電導体と、この超電導体の側面および下方を包みこむ形状の強磁性体と、この強磁性体の下方に位置し、前記レールに直交する様に配置され、前記超電導体に垂直に対向する磁極を有する磁界発生源と、前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体的に固定される移動体とを備え、前記長尺のレールに対して前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体となって前記移動体を磁気浮上させて移動させるようにしたものである。

〔２〕上記〔１〕記載の移動体の磁気浮上方式において、前記長尺のレールの両側に、薄板状の超電導体と、この超電導体の側面および裏側を包みこむ形状の強磁性体と、この強磁性体の裏側に位置し、前記レールに直交する様に配置され、前記超電導体に垂直に対向する磁極を有する磁界発生源とを前記移動体に一体的に固定することを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が永久磁石であることを特徴とする。

〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が超電導バルク磁石であることを特徴とする。

〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が電磁石であることを特徴とする。

本発明の磁気浮上方式は、安定浮上に必要な磁界整形効果が得られるため浮上力と安定浮上できる浮上力ギャップを大きくすることができ、また、磁界発生源に働く反発力を小さくことができる。

本発明の移動体の磁気浮上方式は、構造物によって支持される、強磁性体からなる長尺のレールと、このレールの下方に対向して配置され、前記レールの長尺方向に長い薄板状の超電導体と、この超電導体の側面および下方を包みこむ形状の強磁性体と、この強磁性体の下方に位置し、前記レールに直交する様に配置され、前記超電導体に垂直に対向する磁極を有する磁界発生源と、前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体的に固定される移動体とを備え、前記長尺のレールに対して前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体となって前記移動体を磁気浮上させて移動させるようにしたものである。よって、安定浮上に必要な磁界整形効果を獲得し、また、磁界発生源に働く反発力を低減させ、構成物の設置および固定を簡単にすることができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施例の磁気浮上装置の斜視模式図、図２は本発明の第１実施例の磁気浮上装置を有する移動体の断面図である。

これらの図において、１は構造物（図示なし）によって支持された強磁性体からなるレール、２はレール１の下方に対向するように位置した遮蔽体である薄板状の超電導体、３は超電導体２の側面および底面を包み込むように設置される強磁性体、４は強磁性体３から一定の距離の場所にレールと直交するように設置される磁界発生源、５は超電導体２と強磁性体３と磁界発生源４が一定の位置関係を保つように固定し、その一定の位置関係を保ったままでの移動を可能とする移動体、６は強磁性体３と磁界発生源４との間を固定する固定部材、７は磁界発生源４と移動体５との間を支持する支持部材であり、この移動体５はレール１の下方でレール１に吸引される形で浮上する。

ここで、磁界発生源４から発生した縦方向の磁界が、超電導体２と強磁性体３により整形され、遮蔽体である超電導体２の近傍で周辺より磁界の弱い箇所が生じることにより、移動体５がレール１と接近すると吸引力が減少し、離れると吸引力が増加するという位置復元力が得られ、安定浮上を行うことができる。

このように構成した本実施例の磁気浮上装置では、磁界発生源４から発生した縦方向の磁界が強磁性体３に集中することにより、強磁性体３が無い場合と比較してレール１に到達する磁界が強くなるため、浮上力が増加する。

また、磁界発生源４から発生した磁界が強磁性体３に集中することにより、強磁性体３が無い場合と比較して遮蔽体である超電導体２に印加される磁界が減少するため、超電導体２が遮蔽できる磁界の強さの限界が低い場合においても、十分な遮蔽効果が得られ、安定浮上できる浮上力ギャップを広く確保することができる。

また、遮蔽体である超電導体２に印加される磁界が減少することにより、磁界発生源４が受ける反発力が減少するため、磁界発生源４の設置および固定を容易にすることができる。

図３は本発明の磁気浮上方式の実験装置の模式図であり、図３（ａ）は実験装置の断面正面図、図３（ｂ）は強磁性体（レール）、超電導体（バルク）及び磁界発生源（永久磁石）の配置を示す上面図である。

この図において、１１は強磁性体からなるレール（Ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｂａｒ）、１２は遮蔽体である超電導体（バルク）、１３は遮蔽体である超電導体１２の側面および上方を包みこむ形状の強磁性体、１４は磁界発生源としての永久磁石、１５は液体窒素容器であり、遮蔽体である超電導体（バルク）１２、遮蔽体である超電導体１２の側面および下方を包みこむ形状の強磁性体１３、磁界発生源としての永久磁石１４および液体窒素容器１５は移動体（図示なし）に固定される。１６は強磁性体からなるレール１１の下部に配置される電子天秤である。

図４は本発明の実施例の浮上力特性図である。この図において、横軸は強磁性体レールと移動体の間の距離（ｍｍ）、縦軸は浮上力（ｇ）である。

この図から明らかなように、移動体に働く浮上力は、従来例では図４の破線ａの様に小さいものであったが、本発明の実施例では、図４の実線ｂの様に著しく増加した。

また、上記実施例では、磁界発生源４として永久磁石を使用した場合について述べたが、電磁石や超電導バルク磁石などの他の磁界発生源を用いても良い。

図５は本発明の第２実施例を示す磁気浮上方式の模式図である。

この図において、２０は移動体、２１は第１の組み立て体であり、この組み立て体２１は、磁界発生源２２Ａ，２２Ｂと、その上側に配置される遮蔽体である超電導体２３Ａ，２３Ｂ，その超電導体２３Ａ，２３Ｂの側面および下方を包みこむ形状の強磁性体２４Ａ，２４Ｂからなる。３１は第２の組み立て体であり、この組み立て体３１は、磁界発生源３２Ａ，３２Ｂと、これらの側方の内側に配置される遮蔽体である超電導体３３Ａ，３３Ｂと、その超電導体３３Ａ，３３Ｂを包みこむ形状の強磁性体３４Ａ，３４Ｂからなる。つまり、第１の組み立て体２１が９０度回転したような配置となっている。４１は構造体によって支持される強磁性体からなるレールであり、このレール４１は超電導体２３Ａ，２３Ｂの上方で、かつ超電導体３３Ａ，３３Ｂに挟まれるような配置となっている。

つまり、第２の組み立て体３１は、移動体２０の幅を規制するガイドの機能を果たしている。なお、図５において、矢印は磁界発生源の磁極の方向を示している。

図６は本発明の第３実施例を示す磁気浮上方式の模式図、図７はその前方からみた磁気浮上方式の模式図、図８はその推進駆動装置の斜視図である。

これらの図において、５０は移動体、５１は第１の組み立て体（図５における実施例の２１と対応）、５２は第２の組み立て体（図５における実施例の３１と対応）、５３は構造体によって支持されるレールであり、強磁性体５３Ａの下面にアルミニウムや銅などの導電体５３Ｂを付設する。６０は移動体５０に搭載され、鉄芯６１の溝６２に装着される多相励磁されるコイル６３を有する推進駆動装置である。このコイル６３は、例えば、図示しないが３相ＶＶＶＦ電源が接続されたコイル６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗから構成され、誘導モータの原理で推進力をことができる。

なお、７０は移動体５０と推進駆動装置６０間に敷設される高機能性の絶縁体、７１は推進駆動装置６０と第１の組み立て体５１との電磁的遮蔽を行う絶縁体壁である。

なお、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き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。

本発明の移動体の磁気浮上方式は、磁気浮上式の鉄道車両や電車や物流移動体などの移動体の磁気浮上に好適である。

本発明の第１実施例の磁気浮上装置の斜視図である。 本発明の第１実施例の磁気浮上装置を有する移動体の断面図である。 本発明の磁気浮上方式の実験装置の模式図である。 本発明の実施例の浮上力特性図である。 本発明の第２実施例を示す磁気浮上方式の模式図である。 本発明の第３実施例を示す磁気浮上方式の模式図である。 図６の前方からみた磁気浮上方式の模式図である。 図６の推進駆動装置の斜視図である。

符号の説明

１，１１，４１，５３ レール
２，，２３Ａ，２３Ｂ，３３Ａ，３３Ｂ 超電導体（遮蔽体）
３，１３，２４Ａ，２４Ｂ，３４Ａ，３４Ｂ，５３Ａ 強磁性体
４，２２Ａ，２２Ｂ，３２Ａ，３２Ｂ 磁界発生源
５，２０，５０ 移動体
６ 強磁性体と磁界発生源との間の固定部材
７ 磁界発生源と移動体との間の支持部材
１２ 超電導体（バルク）
１４ 永久磁石（磁界発生源）
１５ 液体窒素容器
１６ 強磁性体からなるレールの下部に配置される電子天秤
２１，５１ 第１の組み立て体
３１，５２ 第２の組み立て体
５３Ｂ 導電体
６０ 推進駆動装置
６１ 鉄芯
６２ 溝
６３，６３Ｕ，６３Ｖ，６３Ｗ コイル
７０ 移動体と推進駆動装置間に敷設される高機能性の絶縁体
７１ 推進駆動装置と第１の組み立て体との電磁的遮蔽を行う絶縁体壁

Claims (5)

1. （ａ）構造物によって支持される、強磁性体からなる長尺のレールと、
   （ｂ）該レールの下方に対向して配置され、前記レールの長尺方向に長い薄板状の超電導体と、
   （ｃ）該超電導体の側面および下方を包みこむ形状の強磁性体と、
   （ｄ）該強磁性体の下方に位置し、前記レールに直交する様に配置され、前記超電導体に垂直に対向する磁極を有する磁界発生源と、
   （ｅ）前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体的に固定される移動体とを備え、
   （ｆ）前記長尺のレールに対して前記超電導体と前記強磁性体と前記磁界発生源とが一体となって前記移動体を磁気浮上させて移動させるようにしたことを特徴とする移動体の磁気浮上方式。
2. 請求項１記載の移動体の磁気浮上方式において、前記長尺のレールの両側に、薄板状の超電導体と、該超電導体の側面および裏側を包みこむ形状の強磁性体と、該強磁性体の裏側に位置し、前記レールに直交する様に配置され、前記超電導体に垂直に対向する磁極を有する磁界発生源とを前記移動体に一体的に固定することを特徴とする移動体の磁気浮上方式。
3. 請求項１又は２記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が永久磁石であることを特徴とする移動体の磁気浮上方式。
4. 請求項１又は２記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が超電導バルク磁石であることを特徴とする移動体の磁気浮上方式。
5. 請求項１又は２記載の移動体の磁気浮上方式において、前記磁界発生源が電磁石であることを特徴とする移動体の磁気浮上方式。

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