JP5399088B2 - 磁気浮上式回転体の回転推進装置 - Google Patents
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Description
本発明は、上記状況に鑑みて、発電部の構造を簡素化するとともに、1万回転数に及ぶ超高速回転を実現できる磁気浮上式回転体の回転推進装置を提供することを目的とする。
〔1〕磁気浮上式回転体の回転推進装置において、二磁極軸を形成する永久磁石を有するプラスチック、非磁性金属、又はプラスチックと非磁性金属の組み合わせからなる回転体本体と、外周部に配置される非磁性体を有する回転体と、この回転体の内部の回りに配置される永久磁石と、前記回転体の非磁性体の内部又は外部に配置され、非磁性多孔質によって推進気体を緩衝し、前記回転体自体を制御できる多孔質部材と、前記推進気体を吹き付けるノズルと、前記回転体の非磁性体の内部に配置される前記多孔質部材に前記ノズルからの推進気体が吹きかけられる前記非磁性体に形成される穴を具備することを特徴とする。
ここでは、本発明を発電装置とした例として説明するが、これに限定されるものではなく、モータなどを含む磁気浮上式回転体の回転推進装置として構成したものである。
図1は本発明の実施例を示す高温超電導体により浮上させた二磁極軸回転体を有する円筒型発電装置の模式図、図2はその円筒型発電装置の二磁極軸回転体の正面を示す図面代用の写真、図3はその円筒型発電装置の二磁極軸回転体の構造を示す図である。
図3において、上記したように、円筒型発電装置の二磁極軸回転体10は、中心部および下部を構成する第1の回転体要素Aと、その第1の回転体要素Aに組み合わせられる発電部Bと、上部を構成する第2の回転体要素Cとからなる。
この発電部Bが上記した第1の回転体要素Aに組み合わせられる。
第2の回転体要素Cは、内部の下部に外径50mm、内径40mm、高さ15cmのアクリルパイプ31と、そのアクリルパイプ31の上部に外径50mm、内径30mm、高さ5mm、0.33Tのリング状永久磁石32と、外径50mm、内径30mm、厚さ5mmのアクリル・リング・プレート33と、外径50mm、内径30mm、厚さ5mm、0.33Tのリング状永久磁石34と、これらのアクリルパイプ31とリング状永久磁石32とアクリル・リング・プレート33とリング状永久磁石34の外周に外径70mm、内径50mm、高さ30mmのアクリルパイプ35とから構成されている。
回転部の寸法は外径70mm、高さ70mmであり、発電部Bを除く重量は475gである。
回転体は上記した各種の径のアクリルパイプを組み合わせて構成された。各アクリルパイプ間の固定は単に摩擦のみで行われている。図3に示した3つの部分に分割された部分の固定はカプトンテープで行った。
この図において、41は外径50mm、内径40mm、高さ10mmのアクリルパイプ、42はそのアクリルパイプ41上に配置されるバッファプレート(プラスチック片)、43は2枚の薄板磁石(幅20mm、高さ10mm、厚さ2mm、44は直径3mm、高さ10mmのアクリル棒、45はバッファスポンジ(スポンジ片)、46は外径70mm、内径64mm、高さ10mmのアクリルパイプ、47はアクリルパイプ46に形成された直径3mmの穴である。
このように、発電部Bは、1つの外枠アクリルパイプ(外径70mm、内径64mm、高さ10mm)46と、1つの内枠アクリルパイプ(外径50mm、内径40mm、高さ10mm)41と、アクリル棒(直径3mm、長さ10mm)44と、16枚の薄板状永久磁石(Nd、0.23T、幅20mm、高さ10mm、厚さ2mm、2g)43と、8枚のバッファプレート(プラスチック片)42と8スポンジ片(バッファスポンジ)45とから構成されている。
1つの外枠アクリルパイプ46の内側に等間隔に8極の磁石が配置できるように、アクリル棒44を8本等間隔で配置し、アクリル接着剤で接着した。
回転体をツインバルクヘッド機構(回転体を上下から支持するヘッド内にそれぞれ高温超電導バルク体を組み込んだ機構であり、詳細は、上記非特許文献1及び2参照)のヘッド間に設置し、アクリル円板(外径60mm,内径30mm,厚さ5mm)を挿入し、回転体の永久磁石によって70K(セット温度)で磁場中冷却を行った。
図5は本発明の実施例を示す回転子、ノズル及びコイルの模式図である。
この図に示すように2つのノズル51は、回転体の側面に対向するように配置した。
ここでは、U型コイル61はパーマロイ(鉄とニッケルの合金)コア62と銅線63(径0.5mm、長さ2m)から構成されている。
ノズル51にエアードレインを接続した後、(低圧)2連排出口付き空気コンプレッサー(低圧2口最高圧0.5MPa)に、専用ウレタンホース(外径9mm、内径5mm)を専用ジョイントでそれぞれ接続した。なお、64はツインバルクヘッドシステムのヘッド、65はアクリルカバーを示している。
試験は2回行った。2回目の試験中、11809(rpm)で発電部が破壊した。
図6(b)に示された初期の不安定状態は、ビデオ観察から、回転開始から7秒後から17秒まで発生した後に急激に安定化し、その後は非常に安定して高速回転した。
図10(a)においては、アルミニウム管(外径70mm、内径64mm、厚さ10mm)内に8つの穴および4極の薄板状の永久磁石、内部にスポンジリングを充填した構造の場合、8つの穴の場合は、短時間(15秒たらず)で400Hzを超えた〔4つの穴の場合は、短時間(15秒たらず)で380Hzを超えた〕。また、図10(b)においても同様に、アルミニウム管内に8つの穴および8極の薄板状永久磁石の場合、短時間(10秒たらず)で最大で0.11(V)を記録した。なお、アルミニウム管内に8つの穴および4極の薄板状永久磁石の場合は、さらに、短時間(20秒たらず)で最大で0.115(Hz)を出力することができた。
図12(a)においては、アルミニウム管内に8つの穴および8極の薄板状の磁石(0.14T)で、空気コンプレッサー(低圧2口最高圧0.3MPa)によるノズルによる場合は、短時間(20秒たらず)で最大で860(Hz)、空気コンプレッサー(低圧2口最高圧0.25MPa)によるノズルによる場合は、短時間(25秒たらず)で最大で760(Hz)を出力することができた。
ここで、アクリルパイプからアルミニウム管に材料を変更して発電部(回転機構部)の材質の変形をなくしても高速回転に成功したことから、材質の膨張収縮の影響は少ないと考えられるが、回転遠心力からの破壊を回避できる強度を有する材質であれば、セルフコントロールの機能に自体の遠心力あるいは風力により微小な膨張収縮を付加してもよい。
図13は本発明の更なる他の実施例を示す高温超電導体により浮上させた二磁極軸回転体を有する円筒型発電装置(外付けスポンジ)の駆動状態を示す図面代用写真であり、図13(a)は停止している状態、図13(b)は回転駆動している状態を示す図である。
図14は本発明の他の実施例を示すアルミニウム管に外付けのスポンジを有する4極の薄板状の磁石を有する円筒型発電装置の出力特性図であり、図14(a)は時間に対する出力周波数特性図、図14(b)は時間に対する出力電圧特性図である。
上記したように、本発明によれば、磁気浮上式発電機の回転推進装置において、外周部に配置される非磁性体(アクリル樹脂やアルミニウム)を有する回転体と、この回転体の内部の回りに配置される薄板状磁石と、前記回転体の非磁性体の内部又は外部に配置され、多孔質によって推進気体を緩衝し、前記回転体自体が質量保存の法則とエネルギー保存の法則を基本としてセルフコントロールできる機能を有する多孔質部材(スポンジ)と、前記推進気体を吹き付けるノズルとを具備するようにした。
(1)プラスチックビーズ集合体を充填する。
(2)セグメント磁石内にプラスチック集合体経路を形成する。
(3)磁石−プラスチック集合体−磁石の積層構造により気体経路を形成する。その場合、例えば繊維強化プラスチック基材の接着方法(上記特許文献3参照)を利用することができる。
(4)支え構造枠(例えば、スポーク構造)にする。
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。
2 上部の高温超電導バルク体ヘッド
3,4 スペーサ
5 第1の固定台
10,91 磁気浮上式回転体
A 第1の回転体要素
B 発電部
C 第2の回転体要素
11,13 円柱状永久磁石
12,14,16,18,19,20,21,25,31,33,35,41,46,71,81 アクリルパイプ
15,17,32,34 リング状永久磁石
22,42 バッファプレート(プラスチック片)
74 緩衝用スポンジ
23 薄板状永久磁石
24,45 バッファスポンジ
43 2枚の薄板磁石
44 アクリル棒
47,76,85 穴
51,77,78,86,87 ノズル
52 ステンレスパイプ
53 PPジョイント
54 PPチューブ
61,66 2つの形状のコイル
62 パーマロイ(鉄とニッケルの合金)コア
63 銅線
64 ツインバルクヘッドシステムのヘッド
65 アクリルカバー
72,82 スポンジリング
73 4極の薄板状磁石
75,84,92 アルミニウム管
83 8極の薄板状磁石
93 帯状の外付けスポンジ
Claims (2)
- (a)二磁極軸を形成する永久磁石を有するプラスチック、非磁性金属、又はプラスチックと非磁性金属の組み合わせからなる回転体本体と、
(b)外周部に配置される非磁性体を有する回転体と、
(c)該回転体の内部の回りに配置される永久磁石と、
(d)前記回転体の非磁性体の内部又は外部に配置され、非磁性多孔質によって推進気体を緩衝し、前記回転体自体を制御できる多孔質部材と、
(e)前記推進気体を吹き付けるノズルと、
(f)前記回転体の非磁性体の内部に配置される前記多孔質部材に前記ノズルからの推進気体が吹きかけられる前記非磁性体に形成される穴を具備することを特徴とする磁気浮上式回転体の回転推進装置。 - 請求項1記載の磁気浮上式回転体の回転推進装置において、前記穴が等間隔に2個以上で形成されることを特徴とする磁気浮上式回転体の回転推進装置。
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