JPH01194875A - 超電導モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は超電導モータに関し、特に詳細には超電導体の
臨界温度の上下の温度差を利用して熱エネルギーを力学
的エネルギーである回転運動に変換することのできる超
電導モータに関するものである。

［従来の技術］ 従来、熱エネルギーを力学的エネルギーに変換するモー
タには種々のものが知られている。近年注目されている
モータの一例は形状記憶合金を利用したモータである。

このモータの原理は形状記憶合金の形状転移温度の上下
の温度差を利用して、形状記憶合金からできたモータの
回転子の重心を移動させることにより、回転子を回転さ
せるものである。熱エネルギーを力学的エネルギーに変
換するモータの特性の上で、重要な点は回転運動を得る
ために必要な温度領域、温度差、効率等である。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来のモータにおいては、回転
を得るに必要な低温度領域において、わずかな温度差を
力学的エネルギーに変換するのが困難であった。しかも
、エネルギーを変換することができたとしても大きな出
力（トルク）を得るようなモータは少なかった。上述し
た形状記憶合金を利用したモータでは、熱エネルギーの
一部は形状記憶合金の変形に使用され、機械的な伸縮を
利用して重心を移動して回転運動に変換する方式を取っ
ているために、モータの構造が複雑化するという問題点
があった。

そこで、本発明の目的は、上述した問題点を解消し、微
少な温度差による熱エネルギーを高効率で力学的エネル
ギーに変換することができ、トルクが高く、構造が簡略
化され、小型化したモータを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ かかる目的を達成するために、本発明は、回転運動可能
な超電導体と、超電導体の一部分と対向する磁極を有す
る磁石と、少なくとも超電導体の磁極と対向する領域の
一部分を完全反磁性状態に保持し、磁極と対向する他の
部分を臨界温度以上に加熱せしめ常磁性状態を作り出す
加熱手段とを具備し、完全反磁性状態の超電導体と磁極
との間に反発力を生ぜしめ超電導体を回転せしめるよう
に構成したことを特徴とする。

［作　用］ 本発明によれば、磁極間に位置する回転可能な超電導体
に、常磁性の状態と完全反磁性の状態とを作り出して、
完全反磁性の状態にある超電導体と磁極との間の反発力
により超電導体を回転することに構成したので、低温に
おいて超電導体の臨界温度の上下の温度差に起因する熱
エネルギーを回転運動である力学的エネルギーに変換す
ることができ、トルクが高く、構造が簡略化され、小型
化した超電導モータを提供することができる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

及ハ」 第１図は本発明実施例の超電導モータの概略構成例を示
す斜視図である。第２図（Ａ）　、　（Ｂ）および（Ｃ
）は、それぞれ本発明実施例における超電導モータの横
断面図および上面図である。

第１図に示したように、本実施例の超電導モータは、円
板状の超電導体からなる回転子１と、回転子１に対向し
て設けられ、回転子１に磁場を印加する磁極を有する磁
石２と、回転子ｌを加熱するヒータ３とから構成されて
いる。ＩＡは回転子１の回転軸である。以下の図面にお
いて、同一符号は同様の意味を表わす。

第１図に示した構成の超電導モータの作動原理を第２図
（Ａ）　、　（Ｂ）および（Ｃ）を参照しつつ説明する
。ここで、回転子１の温度は臨界温度ＴＣ以下であフて
完全反磁性の状態になっているものとする。回転子１が
Ｎ極とＳ極の両磁極間に配置されて、回転子１をヒータ
３を用いて加熱する場合を考察する。回転子１をヒータ
３を用いて部分的に加熱すると、回転子１の磁性は臨界
温度ＴＣ以上では完全反磁性の状態から常磁性の状態へ
と転移する。−万両［７１極間にあって、ヒータ３によ
って加熱されていない回転子１の磁性は完全反６７１性
の状態を保持する。さて、加熱された回転子１の常磁性
状態の部分は磁力線を通過するが、加熱されていない回
転子の完全反磁性の状態の部分は、６Ｈ４４からの磁力
線の侵入を拒むために、完全反磁性の状態にある回転子
の一部は磁石の磁極から反発されてトルクを受けて回転
する。

さて、回転子１が連続的に回転を続けるためには、最初
の変位によって磁界中に新しく進入する部分は、常磁性
の状態でなくてはならない。もしも最初の変位によって
、第２図（Ｂ）に示すような配置になったとすると、常
磁性状態の回転子１の両側に完全反磁性の部分ができて
しまうために、磁極からの反発力が均等となり、回転子
１は回転運動を続行することはできない。従って、回転
子は、第２図（八）に示したように不均等に回転子１を
加熱するのがよい。

このように回転子１を不均等に加熱すれば、最初の変位
によって、回転子１は常に第２図（Ａ）において右側の
完全反磁性の部分とｔｉｎ極との反発により回転運動を
続けることができる。

さらに、磁極の中央部を通過する加熱された回転子は、
すみやかに放熱し、常磁性の状態から完全反磁性の状態
へと転移する必要がある。このためには、磁場印加領域
（第２図（Ｃ）参照）を放熱に必要なだけ十分長くとっ
ておく必要がある。磁極の中央部を通過すると完全反磁
性の状態となわば、磁極と回転子１の完全反磁性の部分
との反発によって回転子１は回転することができる。放
熱等の熱交換の手段については後述する。超電導体の材
質はニオブ等の合金やＹ−Ｂａ−Ｃｕ−０等のセラミッ
クス焼結体を用いることができる。

磁石を電磁石とすれば、磁場の強さを制御することによ
りトルクを可変にすることができ、また磁極間の距離を
変化させてもｌ・ルクを可変にすることができる。

ヒータは３は熱源であれば、何でもよいし、回転子１の
回転状態に伴い、ヒータ３への熱の供給量を制御し゛て
もよい。本発明の応用例としては例えは太陽熱を利用し
たビルの屋上の回転デイスプレィ等があげられる。

第３図は５円板状の回転子ｌの表面に凹凸を設けて、放
熱、加熱効果を高めたものである。凹凸を設けて、放熱
効果を高めたので、印加磁場領域は狭くすることができ
る。

第４図は、回転子ｌの片側を冷却液４のような熱交換媒
体で冷却して、回転子１の完全反磁性の状態を保持する
ような構成としたものである。

第５図は、熱の付与を効率良く行うために回転子ｌとヒ
ータ３とを一体化したものである。磁場の印加領域は一
部分は常Ｆｌｎ性状態、他の部分は完全反磁性状態とな
るように、複数のヒータ３を順次加熱制御する。この場
合、回転子１の回転状態に伴い、各ヒータ３への熱の供
給量を制御する。

図においては軸とヒータよりなる回路に電源電圧をブラ
シ接触で与える構成によりこれを実現するものである。

第６図は、超電導体の部材５を回転＠６Ａに取イづけら
れた円板状の断熱材６に貼り付けて円周方向の断熱によ
り、超電導モータの熱効率を高めたものである。図示を
省略した加熱源によって、第１図の実施例と同様に超電
導体を加熱して、断熱材を回転させることができる。

第７図は、第５図に示した構成と同様に回転子１とヒー
タ３とを一体化したものである。この場合、回転子１を
プロペラ状にすることで、回転子１が回転することによ
り流体７を穆勤させることができる。回転子１がプロペ
ラ状であるために、ポンプの働きや、船の駆動も可能と
なる。流体７に冷却剤の役目を持たせ、回転子１の片側
に当てることにより第４図と同様の構成とすることがで
きる。

第８図は、円板状の回転子１を用いるのではなく、超電
導体微粒子を流体中に分散させた磁性流体８を用いるこ
とにより回転子１と同様の効果を生み出させるものであ
る。ずなわち、ヒータ３によフて加熱された磁性流体８
は常磁性状態となる。一方、加熱されていない完全反磁
性状態にある磁性流体８は磁極から反発を受けて回転す
る。

これによりデユープ９中を磁性流体８が循環することに
より、チューブ９内の羽根車ｌｏが回転する。従って回
転ＩＴｉＩＩＩＩＯＡからトルクを取り出すことがてき
る。ポンプ機構を必要としない簡易な熱交換器として利
用することでも大きな効果がある。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、磁極間に位置す
る回転可能な超電導体に、常磁性の状態と完全反磁性の
状態とを作り出して、完全反磁性の状態にある超電導体
と磁極との間の反発力により超電導体を回転することに
構成したので、低温において超電導体の臨界温度の上下
の温度差に起因する熱エネルギーを回転運動である力学
的エネルギーに変換することができ、トルクが高く、構
造が簡略化され、小型化した超電導モータを提供するこ
とができる。

機械的エネルギーの損失が少ないので効率が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の概略構成を示す斜視図、 第２図（Ａ）　、　（Ｂ）および（Ｃ）は本発明の実施
例の原理を示す横断面および上面図、 第３図は本発明の第１の変形例を示す断面図、第４図は
本発明の第２の変形例を示す断面図、第５図は本発明の
第３の変形例を示す斜視図、第６図は本発明の第４の変
形例を示す斜視図、第７図は本発明の第１の応用例を示
す斜視図、第８図は本発明の第２の応用例を示す断面図
である。 １・・・超電導回転子、 ＩＡ・・・回転軸、 ２・・・磁石、 ３・・・ヒータ、 ４　・・・冷却ン夜、 ５・・・超電導体の部材、 ６・・・断熱材、 ７・・・流体、 ８・・・磁性流体、 ９・・・チューブ、 ｌＯ・・・羽根車、 １０Ａ・・・回転軸。 ＩＡ回稚中山 番尤明″Ｌ１也イ列の軒セ見図 第１図 「−璽璽−］ 本禿朗ＯＸ埋【睨明す３図 第２図 木屑５日月のｆ：ぜじイ列０ずり一面　口笛３図 本茫明の変市Ｊりの寝昨面図 第４図 本ｉ１ａ月θ変ぜｔブダ弓０余牛ネ佑図第５図 ５便電尊体／）軒せ ４−、稽５ｐ月０づ〔干イ列θ斜オ唄し口笛６図 杏負５明０メｈ月弓イダ１」０４ントオ契しし弓第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）回転運動可能な超電導体と、該超電導体の一部分と
   対向する磁極を有する磁石と、少なくとも前記超電導体
   の前記磁極と対向する領域の一部分を完全反磁性状態に
   保持し、前記磁極と対向する他の部分を臨界温度以上に
   加熱せしめ常磁性状態を作り出す加熱手段とを具備し、 前記完全反磁性状態の超電導体と前記磁極との間に反発
   力を生ぜしめ前記超電導体を回転せしめるように構成し
   たことを特徴とする超電導モータ。 ２）前記超電導体を微粒子形状とし、かつ液体中に分散
   させた構成とすることを特徴とする請求項１記載の超電
   導モータ。