JPH04112669A - 制動装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、磁束侵入を許容する超伝導体を用いて回転体
を制動させる制動装置に関する。

〈従来の技術〉 従来から、回転体を制動するブレーキとして、例えば電
磁ブレーキやパウダーブレーキなどが知られているが、
いずれも磁気の吸引力を利用して制動するようになって
おり、制動時には物体どうしを接触させることによる摩
擦で回転抵抗力を与えている。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記従来の制動装置では、摩擦による摩耗や
発熱が発生し、経時的な部品交換が必要になる。

本発明はこのような事情に鑑みて創案されたもので、非
接触での制動として、半永久的に部品交換を必要としな
い制動装置の提供を目的としていス く課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成をとる。

第１の発明の制動装置は、超伝導体に対する永久磁石の
磁束侵入量を制御して、回転体に適宜な回転抵抗力を与
えることにより回転体を制動するものであって、 回転体に永久磁石または永久磁石の磁束侵入を許容する
超伝導体のいずれか一方を設け、それと対向する位置に
前記いずれか他方を配置し、前記回転体に設けられる一
方部材に対する他方部材の離間距離を変位手段で可変す
ることに特徴を有する。

第２の発明の制動装置は、超伝導体に対する永久磁石の
磁束侵入量を制御して、回転体に適宜な回転抵抗力を与
えることにより回転体を制動するものであって、 回転体に設けられかつ永久磁石の磁束侵入を許容する超
伝導体と、該超伝導体に対向配置される電磁石と、該電
磁石から発生する磁界強度を制御する制御手段とを具備
していることに特徴を有する。

く作用〉 本発明における超伝導体は、永久磁石や電磁石から発す
る磁束の侵入を許容する性質を持ついわゆる第２種超伝
導体である。この超伝導体は、永久磁石からの磁束が侵
入すると、永久磁石に対して相対離間位置を保つという
性質を持つ。ところで、超伝導体を回転させる場合、当
該超伝導体に侵入した磁束の分布が回転軸心に対して均
一で不変である限り、侵入磁束が回転抵抗にならない。

しかし、磁束の分布が回転軸心に対して不均一になると
、侵入磁束が回転抵抗となる。

つまり、本発明は、超伝導体への侵入磁束が回転抵抗と
なりうろことに着目して、制動装置への適用を考えたの
である。

本発明によると、永久磁石または電磁石から発っせられ
る磁束を超伝導体に侵入させるのであるが、永久磁石ま
たは電磁石と超伝導体とは回転体の回転によって相対位
置が常に変化するため、超伝導体における侵入磁束の分
布が回転軸心に対して不均一になり、結局、侵入磁束が
回転体の回転を妨げる抵抗となって回転体を制動するこ
とになる。

特に、この第１の発明では、超伝導体に対する侵入磁束
量を、変位手段で超伝導体と永久磁石との相対離間距離
を可変することによって調整するようにしている。

また、第２の発明では、超伝導体に対する侵入磁束量を
、制御手段で電磁石から発生させる磁界強度を可変する
ことによって調整するようにしている。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に第１の発明の第１実施例を示している。

図中、１は回転軸、２は回転軸１の軸端に取り付けられ
る円板状の永久磁石、３は永久磁石２に所定間隔離され
て平行に対向配置される円板状の超伝導体である。

４は回転軸１をラジアル方向およびアキシャル方向に非
接触で支持する気体軸受装置である。５はエア供給源で
あり、このエア供給源５がら供給されるエアは、回転軸
１の中央付近に設けられたタービン羽根６に対して吹き
つけられて回転軸ｌを回転駆動する。７は回転軸ｌの回
転数を検出する回転計である。

８は超伝導体３を保持する冷却槽で、この冷却１Ｂに充
填される液体窒素でもって超伝導体３が超伝導状態を呈
する【ｎ昇温度に保たれる。９はこの冷却槽８を上下方
向に昇鋒させるリフトで、このリフト９により回転軸１
に取り付けられた永久磁石２に対する超伝導体３の前間
距１ｈが任意に調整されるようになっている。このリフ
ト９が請求項（１）に記載の変位手段に相当する。

そして、永久磁石２としては、適当な磁界強度でかつ磁
界強度分布が適当にばらついたものが採用される。超伝
導体３は、イツトリウム系高温超伝導体、例えばＹＢ２
ｔ　Ｃｕｓ　ＯＸからなる基板の内部に常伝導粒子（Ｙ
ｚ　Ｂａｔ　Ｃｕ、）を均一に混在させたものからなり
、永久磁石から発っせられる磁束侵入を拘束する性質を
持ついわゆる第２種超伝導体である。

次に動作を説明する。

リフト９で冷却槽８を所定位置まで下降させることによ
り、回転軸１に取り付けられる永久磁石２に対して超伝
導体３を遠くに翻して、永久磁石２の磁束が超伝導体３
に全く関与しないようにしておく。この状態では、回転
軸１と一体の永久磁石２から発する磁束が超伝導体３に
全く関与しないので、回転軸１を所定の回転数で回転さ
せても回転抵抗を受けずに回転する。

このように回転している回転軸１を停止させるときは、
リフト９で冷却槽８ごと超伝導体３を持ち上げて回転軸
１の永久磁石２に対して接近させる。すると、永久磁石
２がまだ超伝導体３から比較的遠い位置に存在している
と、永久磁石２それぞれから発する磁束が僅かに超伝導
体３に侵入するもののほとんどが超伝導体３から反発す
る（マイスナー効果）。この状態では、回転抵抗力はほ
とんど働かない。そして、前記位置からさらに超伝導体
３を永久磁石２に接近させた位置では、永久磁石２から
発する磁束の一部が超伝導体３の内部に侵入することに
なる（トラップ現象）。この状態では、回転軸１０回転
によって磁界強度分布が不均一な永久磁石２の場合、超
伝導体３が受ける磁界強度が常に変化させられるため、
超伝導体３における侵入磁束の分布が回転軸心に対して
不均一になり、結局、侵入磁束が回転軸１の回転を妨げ
る抵抗となって回転軸１を徐々に停止させることになる
。

以上説明したような永久磁石２と超伝導体３とによる制
動作用を、第２図に示す実験結果に基づいて説明する。

この実験では、四種類の永久磁石２を用いた。

すなわち、四つの永久磁石２の磁界強度はいずれも約１
０００ガウスに設定されているが、回転に対する磁界強
度分布はそれぞれ約±２５ガウス、約±５０ガウス、約
±１００ガウス、約±２００ガウスとばらつきを持つ、
このような磁界強度分布のばらつきの異なる四種類の永
久磁石２を用意した。ちなみに、磁界強度分布のばらつ
き測定は、第１図において回転軸ｌの永久磁石２に対し
てホール素子を対向配置させ、回転軸ｌを回転させるこ
とにより行った。

そして、上記四種類の永久磁石を用いた場合について、
回転軸１を３００Ｑｒｐｍで回転させた状態にて制動開
始から完全に停止するまでに要する時間は次のとおりと
なった。まず、約±２５ガウスのばらつきを持つ永久磁
石２の場合、第２図中のａで示すように５０秒以上、約
±５０ガウスのばらつきを持つ永久磁石２の場合、第２
図中のｂで示すように約４０秒、約±１００ガウスのば
らつきを持つ永久磁石２の場合、第２図中のＣで示すよ
うに約３０秒、約±２００ガウスのばらつきを持つ永久
磁石２の場合、第２図中のｄで示すように約１５秒であ
る。

このように、永久磁石２の磁界強度が同一であっても回
転に対する磁界強度分布のばらつきが大きいもの程、制
動力が大きくなることが判った。

なお、上記実施例では、回転軸ｌに永久磁石２を、それ
と対向する位置に超伝導体３を配置した場合を例に挙げ
ているが、本発明はそれのみに限定されず、永久磁石２
と超伝導体３との取付状況を前記とは反対として実施す
ることができる。具体的に、第１の発明の第２実施例を
第３図に、第３実施例を第４図にそれぞれ示している。

すなわち、第２実施例では、第３図に示すように、回転
軸１の下端に円板状の超伝導体３を取り付け、それと軸
方向で相対するように一個（またはそれ以上）の永久磁
石２を設け′るとともに、この永久磁石２を超伝導体３
に対して遠近変位させる変位装置９ａを設けている。こ
の実施例の場合、超伝導体３への侵入磁装置を、変位装
置９ａで永久磁石２の変位量を可変することにより調節
するようになっている。第３実施例では、第４図に示す
ように、回転軸１の下端において、外周全周を覆うよう
にリング状の超伝導体３を取り付け、この超伝導体３の
円周上の一ケ所（またはそれ以上）に径方向で対向する
ように永久磁石２を配置するとともに、この永久磁石２
を超伝導体３に対して遠近変位させる変位装置９ａを設
けるようにしてもよい。

なお、上記第２、第３実施例において、永久磁石２を複
数個用いる場合、それぞれ超伝導体２に面する側の磁極
が隣り合うものに対して互いに異なるように配置される
。例えば、四個の永久磁石２を用いる場合において、任
意の一つの永久磁石２の超伝導体３に面する側をＮ極と
すると、それの両隣りに位置する永久磁石２の超伝導体
３に面する側をＳ極とし、１８０度対向する位置の永久
磁石２の超伝導体３に面する側をＮ極とするようにそれ
ぞれ設定される。このようにすれば、隣り合う永久磁石
２の磁界強度の士の方向が反対となるために、両者のＭ
！Ｌ場変比変化が大きくなって大きな回転抵抗力を産み
出すことになる。

第５図に第２の発明の第１実施例を示している。

第１図の気体軸受袋Ｗ４でもって支持される回転軸１の
下端に円板状の超伝導体３を取り付けて、この超伝導体
３に軸方向で対向するよう電磁石１０を配置するととも
に、この電磁石１０で発生する磁界強度を制御装置１１
にて可変制御させるようにしている。つまり、この場合
、超伝導体３に対する侵入磁束量は、制御装置１１にて
電磁石１０の磁界強度を可変することにより調整するよ
うになっている。

また、第６図に第２の発明の第２実施例を示している。

すなわち、ここでは、回転軸１の下端において、外周全
周を覆うようにリング状の超伝導体３を取り付けて、こ
の超伝導体３０円周上の任意の一ケ所（または数ケ所）
に径方向で対向するように電磁石１０を配置している。

そして、この場合、超伝導体３に対する侵入磁束量は、
制御装置１１にて電磁石１０の磁界強度を可変すること
により調整するようにしている。

このような第１．第２実施例の場合、回転している回転
軸１を制動するに際して、制御装置ＩＩにより電磁石１
０で発生させる磁界強度をコントロールすることにより
、回転軸１を徐々に停止させることができる。特に、複
数の電磁石１０を用いる場合には、隣り合う電磁石１ｏ
それぞれを互いに異なる磁極に磁化させることにより、
超伝導体３に対して与える磁場変化の差を大きくするこ
とができ、大きな回転抵抗力を得ることができるように
なる。

なお、上記実施例において、回転軸ｌの支持構造や駆動
形態については特に限定されず、種々なものが考えられ
る。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の制動装置によれば、物体
相互の摩擦をなくして回転体を制動させることができる
ので、摩耗や発熱が全くな（て済み、結局、部品交換が
不要で寿命向上に貢献できる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は第１の発明の第１実施例に係り、
第４図は制動装置の全体を示す縦断面図、第２図は回転
軸の回転数と停止時間との関係を表す図である。第３図
は第１の発明の第２実施例の要部を示す側面図、第４図
は第１の発明の第３実施例の要部を示す側面図である。 また、第５図は第２の発明の第１実施例の要部を示す側
面図、第６図は第２の発明の第２実施例の要部を示す側
面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）超伝導体に対する永久磁石の磁束侵入量を制御し
   て、回転体に適宜な回転抵抗力を与えることにより回転
   体を制動する制動装置であって、回転体に永久磁石また
   は永久磁石の磁束侵入を許容する超伝導体のいずれか一
   方を設け、それと対向する位置に前記いずれか他方を配
   置し、前記回転体に設けられる一方部材に対する他方部
   材の離間距離を変位手段で可変することを特徴とする制
   動装置。
2. （２）超伝導体に対する永久磁石の磁束侵入量を制御し
   て、回転体に適宜な回転抵抗力を与えることにより回転
   体を制動する制動装置であって、回転体に設けられかつ
   永久磁石の磁束侵入を許容する超伝導体と、該超伝導体
   に対向配置される電磁石と、該電磁石から発生する磁界
   強度を制御する制御手段とを具備していることを特徴と
   する制動装置。