JPH03273884A - 非接触浮上装置 - 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】 ［発明の目的コ （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。

（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。

（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。

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。

［発明の構成コ （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。

（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
。

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。

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。

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。

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。

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ＮΦＳ極と超電導体の残留磁場によるＮ−８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。

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。

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。

（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、ビ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溝たせば使用可能である
。

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Ｓ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。

（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、浮上式ベツド、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ブロ
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攪はん装置、温度検知装置
、流量制御弁、液体凝固装置、半導体ウェハー、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、デイスプレィなどの幅広い分野への応用が考えら
れる。

［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。

【図面の簡単な説明】

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、Ｓ・・
・円筒状超電導体、４・・・液体窒素、５・・・電磁石
、６・・・冷却槽。 （ｂ） （ａ） （Ｃ） （ｅ） （ａ） 第３図 （Ｃ） （ｂ） （ｄ） 第４図 円筒内組 第５図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）筒状超電導体に磁場分布を作り、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。
2. （２）前記筒状超電導体が複数箇所に磁場分布のピーク
   を有することを特徴とする請求項１記載の非接触浮上装
   置。