JPH0549278A - 磁気浮上装置 - Google Patents

磁気浮上装置

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JPH0549278A
JPH0549278A JP3223328A JP22332891A JPH0549278A JP H0549278 A JPH0549278 A JP H0549278A JP 3223328 A JP3223328 A JP 3223328A JP 22332891 A JP22332891 A JP 22332891A JP H0549278 A JPH0549278 A JP H0549278A
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Hisayuki Kako
久幸 加来
Kensho Iwabuchi
憲昭 岩渕
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  • Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超電導体を用いた磁気浮上装置における超電
導体を貫通する磁束を、有効に利用し、反発浮上力を増
大させる。 【構成】 磁極2をそなえた下部構造体1と、この磁極
2に対向させてピン止め力の強い超電導体5をそなえた
浮上体4とを設け、前記浮上体4に超電導体5の上面と
側面を囲む磁性体6を設けている。この磁性体6の両側
を下部構造体1の磁極2に対向させて、超電導体を貫通
した磁束が磁性体を通って前記磁極に還流する磁気通路
を構成させている。 【効果】 超電導体を貫通した磁束の漏洩を極めて少な
くなり、超電導体中央部の磁束密度を大きくし、浮上力
を大きくする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導体をそなえた磁
気浮上装置に係り、とくに大きな重量の浮上および浮上
搬送装置を得られ、クリーンな環境にも好適に使用され
る磁気浮上装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】磁場の反発力や吸引力を利用して物体を
浮上させる磁気浮上装置においては、たとえばリニヤモ
ータのように、地上に設けたコイルが発生する磁界によ
り、このコイルと浮上体に設けたコイルあるいは永久磁
石との間に生じる反発力や吸引力が利用されている。こ
のように浮上体にコイルを設けることは浮上体自身が大
形になるため、浮上体に超電導体を使用することが考え
られ、たとえば特開平2ー237485号には浮上体お
よび固定側の一方に磁石を配置し、他方に磁束のピン止
め力が強い超電導体を設け、両者間に働く引力を利用し
て浮上させる装置が示されている。また、特開平2ー2
50305号には、超電導体からなる浮上体と、これを
浮上させる浮上用磁石とともに、浮上体を走行させる駆
動用磁石をそなえ、この浮上用磁石の磁極の方向と、駆
動用磁石の磁極の方向とが平行になるようにした超電導
磁気浮上装置が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかるに、特開平2ー
237485号の装置においては、磁束のピン止め力が
強い超電導体と磁石を対向させ、超電導体の温度を外部
から制御して、その間に働くフィッシング効果による引
力により重力に逆らって浮揚させるようにしているが、
原理的説明が述べられているだけで、浮上および走行装
置の具体的な構成は示されていない。また、特開平2ー
250305号には、反磁性形の磁気浮上装置におい
て、超電導体からなる浮上体を浮上させるとともに、走
行方向に対して直角方向の安定性すなわち横振れを抑制
するために、浮上用磁石として走行方向に対して長尺で
浮上方向の磁極を有する永久磁石を用い、走行方向に均
一な磁界を発生させて磁界分布を平滑化し、浮上体に捕
捉されている磁束分布の変化に伴うエネルギー損失すな
わち制動力をなくすようにしたものが示されており、こ
のような浮上体は超電導ペレットとして示されており、
駆動用磁石で走行させるが、浮上体に大きな荷重を加え
て走行させるための構成は考えられておらず、あくまで
実験的にペレットを浮上させた装置を示しているに過ぎ
ない。
【0004】
【課題を解決するための手段】このため、本発明は浮上
体の浮力を大きくするために、浮上体の超電導体を貫通
する磁束を有効に利用させるようにし、実際の磁気浮上
装置として使用できる装置を提供するもので、磁極をそ
なえた下部構造体と、前記磁極に対向して大きなピン止
め力を有する超電導体をそなえた浮上体とを設け、この
浮上体に超電導体を貫通した磁束が超電導体の両側に別
れて磁気通路を構成するようにした磁性体をそなえ、下
部構造体の磁極から浮上体の超電導体を貫通した磁束
が、前記磁気通路により下部構造体の磁極に還流し、超
電導体の中央部における磁束密度が大きくなるようにし
ている。
【0005】
【作用】磁束のピン止め力が強い超電導体は、図8に示
すように超電導体Aを永久磁石からなる磁極Bに近づけ
て距離dが小さくなると、図9に示すように反発力Fが
増大するとともに、磁束が超電導体に侵入しピン止め点
にトラップされる。この磁極として電磁石を用いた場合
は、励磁により磁極から発生させる磁界によって反発力
がコントロールされる。本発明はこのような装置におい
て、浮上体に設けた磁性体により超電導体を貫通した磁
束を超電導体の外側で分流させる磁気通路を形成し、分
流された磁束が前記磁気通路を通って下部構造体の磁極
に還流することにより、漏洩磁束をなくして有効に磁束
を利用し、浮上体の浮上および位置を安定にするもので
ある。
【0006】
【実施例】これを図に示す実施例について説明する。図
1は本発明の実施例を示す斜視図で、図2はそのX−X
線に沿う断面を示している。下部構造体1は、適当なピ
ッチで複数の磁極2を並設しており、それぞれの磁極に
コイル3をそなえている。4は浮上体で、前記下部構造
体1の磁極2の上面に図では5個の磁極に跨がって対向
させており、中央部に3個の磁極2b・2c・2dと対
向させた超電導体5と、この超電導体5の上部および両
側を囲み超電導体の両側で磁極2a・2eと対向する磁
性体6とで構成してある。7は浮上体4の両側に突出さ
せたアーム、8はアームに取り付けたギャップセンサ
で、下部構造体1の両側に設けた永久磁石9に対向させ
てある。なお超電導体5は、Cu酸化物高温超電導材料
ではMPMG(メルト・パウダー・メルト・グロース)
法やQMG(クエンチ・アンド・メルト・グロース)法
によって製造されたピン止め力の強い材料が用いられて
いる。この実施例における浮上体では、MPMG法で製
造したY−Ba−Cu−O系の超電導体と、3%Si−
Feからなる磁性体を用いた。
【0007】この装置を液体窒素によって77Kまで冷
却した状態で、コイル2a・2c・2eを図2に示す方
向に通電して励磁すると、磁極から発生する磁束は、図
2に示すように磁極2cから超電導体5を貫通したのち
磁性体6を介して磁極2a・2eに還流し、浮上体外部
への漏洩が極めて小さくなり、図3に示すように浮上体
4の中央部で磁束密度が最大になり、超電導体5を多く
の磁束が貫通して大きな反発力で浮上体4を浮上させ
る。この状態でコイル3の励磁をコイル2b・2d・2
fに切り替えると、磁極2dからの磁束と超電導体内部
にトラップされた磁束とがバランスする方向に滑らかに
移動し、コイルの励磁を順次切り替えることにより浮上
体4を磁極の切り替え方向に駆動させる。この走行時に
ギャップセンサ8の信号によりコイル3の電流を調整
し、浮上高さを大きくするときは超電導体5に加える磁
束密度を高め、浮上高さを小さくするときは磁束密度を
小さくする。また、この実施例では、浮上体4の両側に
突出させたアーム7にギャップセンサ8を設け、それぞ
れ浮上体の移動方向に配置した永久磁石9に対向させて
あるので、ギャップセンサの出力により浮上高さを一定
に保つように制御することができるとともに、浮上体4
が横方向に変位すると、浮上体の移動方向に対して超電
導体中の直角方向の磁束バランスが変わって抵抗力を生
じ、これに両側のアームと永久磁石との吸引力が加わっ
て有効に横ずれを防止する。なお、浮上体4の超電導体
5の幅と下部構造体1の磁極2の幅は、必ずしも同じで
ある必要はなく、浮上体が横方向に変位したときに超電
導体中の磁束の分布に変化を生じるようにしておけば、
浮上体の横方向のずれを防止できる。超電導体材料は、
実施例においてはMPMG法によるCu酸化物超電導材
料を用いたが、これに限られずたとえばQMG法による
Cu酸化物超電導体や、液体ヘリウム温度でピン止め力
の強い金属系のNb3Sn などの材料を用いることがで
きる。
【0008】図4は他の実施例を示すもので、図5はそ
のY−Y線に沿う断面図、図6はZ−Z線に沿う断面図
である。下部構造体1は、中央部に磁極を構成する長手
方向の永久磁石11を設け、この永久磁石は上面が一方
の極Nに着磁されている。12・13は永久磁石11を
挟んで両側に長手方向に配置した駆動磁極で、それぞれ
駆動コイル14・15を巻装している。4は浮上体で、
中央部に前記永久磁石11の上面に対向させた超電導体
5と、この超電導体の上部および周囲を囲む磁性体6で
構成しており、磁性体6の両側部は前記駆動磁極12・
13の上面に対向させている。浮上体4と下部構造体1
を別個に77Kまで冷却した後、浮上体4を下部構造体
1上に設置すると、永久磁石11のN極からの磁束が超
電導体5を貫通したのち、磁性体6により駆動磁極12
・13を介して永久磁石のS極に還流し、浮上体4を所
定の高さに浮上保持させる。この状態で3相巻線を構成
する駆動コイル14・15に通電すると、下部構造体の
駆動磁極12・13と浮上体4の磁性体6との間の推進
力により浮上体4を移動させる。
【0009】図7は別の実施例を示す断面図で、下部構
造体1は上面に永久磁石11を設けるとともに、この永
久磁石の両側に下向きに取り付けた駆動磁極12・13
を設け、浮上体4に前記永久磁石11と対向させた超電
導体5と、この超電導体の上面および側方を囲む磁性体
6をそなえ、磁性体6の両側を前記駆動磁極12・13
の下面に延長し、この延長部16・17を駆動磁極12
・13と対向させている。したがって、永久磁石11の
磁束は、超電導体5を貫通したのち磁性体6を左右に分
流して延長部16・17から駆動磁極12・13を介し
て永久磁石11に還流する。このときに延長部16・1
7と駆動磁極12・13との間に生じる磁気的吸引力が
浮上方向に作用し、永久磁石11の磁束と超電導体5に
よる浮上力に協動して浮上保持を確実にすることができ
る。浮上体4の浮上状態で駆動磁極と延長部のギャップ
を適当に保持させ、駆動コイル14・15の励磁により
浮上体を移動させる。また、駆動磁極12・13を横方
向に向け、相互に反対方向に設置させておけば、磁極と
延長部とのギャップを浮上に関係なく保持でき、磁性体
6と駆動磁極12・13との間に作用する吸引力を相刹
させることもできる。
【0010】
【発明の効果】このように本発明によれば、浮上体にピ
ン止め力の強い超電導体とともに、この超電導体を貫通
した磁束の通路を構成する磁性体を設けており、超電導
体を通る磁束の還流磁気通路を形成して磁束を有効に利
用し、中央部の磁束密度が最大になるようにしてあるの
で、浮上体を安定させるとともに、反発力を大きくし、
浮上体への荷重を大きくすることができ、重量物の搬送
を可能にしうる効果がある。なお、浮上体は下部構造体
のコイルを順次に切り替えることにより、非接触で移動
し、摺動部がないため発塵を生じることがなくクリーン
環境内における半導体ウエハーの搬送などにも用いるこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す斜視図である。
【図2】図1のX−X線に沿う断面図である。
【図3】図1における超電導体を通る磁束の分布特性曲
線図である。
【図4】他の実施例を示す斜視図である。
【図5】図4のY−Y線に沿う断面図である。
【図6】図4のZ−Z線に沿う断面図である。
【図7】別の実施例を示す断面図である。
【図8】超電導体の性質を説明するための略図である。
【図9】超電導体の反発力を示す特性曲線図である。
【符号の説明】
1 下部構造体 2 磁極 3 コイル 4 浮上体 5 超電導体 6 磁性体 7 アーム 8 ギャップセンサ 9 永久磁石 11 永久磁石 12・13 駆動磁極 14・15 駆動コイル 16・17 延長部

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 磁極をそなえた下部構造体と、前記下部
    構造体の磁極に対向させてピン止め力の強い超電導体を
    そなえた浮上体とを設け、前記浮上体に超電導体を貫通
    した磁束の磁気通路を構成する磁性体をそなえ、磁極か
    ら前記超電導体を貫通した磁束が、磁性体を介して前記
    磁極に還流し、超電導体の中央部で磁束密度が大きくな
    るようにしたことを特徴とする磁気浮上装置。
  2. 【請求項2】 並設した複数の磁極およびこの磁極に巻
    装したコイルをそなえた下部構造体と、前記下部構造体
    の磁極に対向させてピン止め力の強い超電導体をそなえ
    た浮上体とを設け、前記浮上体に超電導体を貫通した磁
    束の磁気通路を構成する磁性体をそなえ、下部構造体の
    コイルにより励磁された磁極から前記超電導体を貫通し
    た磁束が、磁性体を介して他の磁極を経て前記磁極に還
    流し、超電導体の中央部で磁束密度が大きくなるように
    したことを特徴とする磁気浮上装置。
  3. 【請求項3】 駆動方向に並設した複数の磁極およびこ
    の磁極に巻装したコイルをそなえた下部構造体と、前記
    下部構造体の磁極に対向させてピン止め力の強い超電導
    体をそなえた浮上体とを設け、前記浮上体に超電導体を
    貫通した磁束の磁気通路を構成する磁性体をそなえ、下
    部構造体のコイルにより励磁された磁極から前記超電導
    体を貫通した磁束が、磁性体を介して磁性体と対向する
    磁極に還流し、磁極のコイルを順次に励磁することによ
    り浮上体を移動させることを特徴とする磁気浮上装置。
  4. 【請求項4】 浮上方向に着磁された長手方向の永久磁
    石からなる磁極および駆動コイルを巻装した駆動磁極を
    そなえた下部構造体と、前記下部構造体の永久磁石に対
    向させてピン止め力の強い超電導体をそなえた浮上体と
    を設け、前記浮上体に超電導体を貫通した磁束の磁気通
    路を構成する磁性体をそなえ、永久磁石から超電導体を
    貫通した磁束が、磁性体と駆動磁極を介して永久磁石に
    還流し、超電導体の中央部で磁束密度が大きくなるよう
    にしたことを特徴とする磁気浮上装置。
  5. 【請求項5】 浮上方向に着磁された長手方向の永久磁
    石およびこの永久磁石の両側にそれぞれ駆動コイルを巻
    装して浮上方向とは反対方向または直角方向に設けた駆
    動磁極とをそなえた下部構造体と、前記下部構造体の永
    久磁石に対向させてピン止め力の強い超電導体をそなえ
    た浮上体とを設け、前記浮上体に超電導体を貫通した磁
    束の磁気通路を構成し、下部構造体の磁極と対向する延
    長部をそなえた磁性体を設け、永久磁石から超電導体を
    貫通した磁束が、磁性体の延長部を介して永久磁石に還
    流し、超電導体の中央部で磁束密度が大きくなるように
    したことを特徴とする磁気浮上装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012143867A (ja) * 2005-08-26 2012-08-02 Nikon Corp 保持装置、組立てシステム、スパッタリング装置、並びに加工方法及び加工装置
CN105990998A (zh) * 2015-01-28 2016-10-05 上海微电子装备有限公司 一种超导音圈电机
CN110341491A (zh) * 2019-05-22 2019-10-18 重庆佳迪达超导技术研究院有限公司 悬浮间距自稳定调节的磁悬浮系统及磁悬浮轨道运动装置

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