JPH07312885A

JPH07312885A - 超電導アクチュエータ

Info

Publication number: JPH07312885A
Application number: JP10098794A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Kuroda; 潔黒田; Takeshi Sakurai; 健桜井; Kiichi Komada; 紀一駒田
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1994-05-16
Filing date: 1994-05-16
Publication date: 1995-11-28

Abstract

(57)【要約】【目的】可動体の部品点数が少なく、移動中の可動体
の負荷を軽減し、かつ可動体とステータ部の位置関係を
制限しない。ドーナツ状の超電導体を用いて回転中の無
駄なエネルギ消費をなくし、かつ磁束の拡がりを抑え
る。線状に配置した複数の磁心に沿って可動体を移動可
能にする。【構成】可動体であるロータ部１１とステータ部１２
を備えた超電導アクチュエータ１０に関し、ステータ部
は環状に配置された複数の磁心１８とこれらの磁心１８
に巻かれた励磁コイル１９とにより構成され、ロータ部
は磁束ピン止め可能な、望ましくはドーナツ状の第１超
電導体１６を含みかつ複数の磁心に対向しながら回転可
能に設けられる。磁心１８に第１超電導体１６と同一材
料からなる磁束ピン止め可能な第２超電導体２３が第１
超電導体に対向して設けられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は超電導モータ、超電導リ
ニアアクチュエータ等に代表される超電導アクチュエー
タに関する。更に詳しくは、可動体及びステータ部の磁
心にそれぞれ超電導体を有する超電導アクチュエータに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、超電導アクチュエータとして、図
１６に示すように可動体としてのロータ部１とこのロー
タ部１の下方に設けられたステータ部２を備えた超電導
モータが IEEE TRANSACTION ON MAGNETICS（Vol.27, N
o.2, March (1991),2244）に開示されている。ロータ部
１は回転軸３が中心に固着された非磁性体からなる円板
状のロータ本体４と、このロータ本体４の回転軸３の周
囲に設けられた８個の円柱状の軟磁性体５とこれらの軟
磁性体５のそれぞれに嵌入された８個の環状の超電導体
６とを有する。またステータ部２は軟磁性体５がロータ
本体４とともに回転する軌跡に対向して固定円板７の上
に環状に配置された２４個の磁心８と、これらの磁心８
に巻かれた３組の励磁コイル９ａ，９ｂ，９ｃと、ロー
タ部１の回転軸３の下端を受ける軸受７ａとを有する。
励磁コイル９ａ，９ｂ，９ｃは、連続した３個の磁心８
を１ブロックとして８個のブロック間をそれぞれジグザ
グに通って図示しない電源端子につながっている。励磁
コイル９ｂは励磁コイル９ａより磁心を１つずらして励
磁コイル９ａと同様に巻かれ、励磁コイル９ｃは励磁コ
イル９ｂより更に磁心を１つずらして励磁コイル９ａと
同様に巻かれる。

【０００３】ロータ部１の回転軸３の下端をステータ部
２の軸受７ａに挿入し、超電導体６を臨界温度以下に冷
却する。この状態で、先ずステータ部２の励磁コイル９
ａ，９ｂ，９ｃにそれぞれ同一方向に直流電流を流して
２４個の磁心８に磁場を発生させると、この磁場が軟磁
性体５を貫いて超電導体６の内部に永久電流を発生させ
る。次いで励磁コイル９ａ〜９ｃに流していた直流電流
を切ると、超電導体６の永久電流によりロータ部１の軟
磁性体５に磁場が発生する。次に励磁コイル９ａ〜９ｃ
に再度直流電流を流す。このとき同一方向に流していた
３組の励磁コイルのうち１組のコイルには他の２組のコ
イルと逆方向に直流電流を流す。これにより磁心８には
３組のコイルに同一方向の直流電流を流した場合とは違
った変則的な磁場が磁心毎に生じ、この磁場と超電導体
６の永久電流により生じた軟磁性体５の磁場との斥力に
よりロータ部１がステータ部２から浮上し、しかも変則
的な磁場の発生により、ロータ部１は回転軸３を中心に
回転する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の超
電導アクチュエータでは、可動体であるロータ部に８個
の重い軟磁性体を用いるため、部品点数が多いばかり
か、回転負荷を増大させている。また図１７に示すよう
に軟磁性体５に磁場を発生させたときには、軟磁性体５
の全半径方向に磁束Φの回路が存在するため、軟磁性体
５の下部ではこれらの磁束Φが磁心８の上面より拡がっ
てしまい、軟磁性体５の磁束Φを有効に利用できない。
更にロータ部の磁場とステータ部の磁場との斥力がロー
タ部の回転駆動力であるため、ロータ部をステータ部の
下方に設けると、重力によりロータ部はステータ部と離
反してしまう問題点があった。

【０００５】本発明の目的は、可動体の部品点数が少な
く、移動中の可動体の負荷を軽減し、かつ可動体とステ
ータ部の位置関係に制限のない超電導アクチュエータを
提供することにある。

【０００６】本発明の別の目的は、ドーナツ状の超電導
体を用いて磁心の磁場を発生する面積より超電導体の面
積を広げることにより、可動体であるロータ部の回転中
の無駄なエネルギ消費をなくし、かつ磁束の拡がりを抑
える超電導アクチュエータを提供することにある。

【０００７】本発明の更に別の目的は、線状に配置した
複数の磁心に沿って可動体を移動することができる超電
導アクチュエータを提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】図１及び図４に示すよう
に、本発明の第１超電導アクチュエータ１０は環状に配
置された複数の磁心１８とこれらの磁心１８に巻かれた
励磁コイル１９とにより構成されたステータ部１２と、
磁束ピン止め可能な第１超電導体１６を含みかつ複数の
磁心に対向しながら回転可能に設けられた可動体である
ロータ部１１とを備え、その磁心１８に第１超電導体１
６と同一材料からなる磁束ピン止め可能な第２超電導体
２３が第１超電導体１６に対向して設けられる。

【０００９】図１４及び図１５に示すように、本発明の
第２超電導アクチュエータ４０は線状に配置された複数
の磁心４８とこれらの磁心に巻かれた励磁コイル４９と
を有するステータ部４２と、磁束ピン止め可能な第１超
電導体４６を含みかつ複数の磁心４８に対向しながら線
状に配置された磁心４８に沿って移動可能に設けられた
可動体４１とを備え、その磁心４８に第１超電導体と同
一材料からなる磁束ピン止め可能な第２超電導体５３が
第１超電導体４６に対向して設けられる。

【００１０】図１及び図１５に示すように、超電導体１
６，４６の着磁方向と逆向きにピン止めされた磁束を打
ち消すためにこの着磁方向と同方向の磁場を発生するソ
レノイド１５，４５を超電導体１６の周囲に間隔をあけ
て、又は可動体４６の移動経路に沿って設けることが好
ましい。これはピン止めされた磁束が打ち消された超電
導体部分にはマイスナ効果が現れ、励磁コイル１９，４
９から発生する磁場に対する斥力が高まり、回転速度又
は走行速度が増加するためである。このことを超電導体
１６を代表して図２及び図３により具体的に説明する。
図２（ａ）に示すような磁束ピン止め可能な超電導体１
６の上面に図２（ｂ）に示すように一定の距離Ｄをあけ
て２つの約３，３００Ｏｅの永久磁石２１，２１を置
き、超電導体１６を着磁すると、超電導体１６に着磁部
１６ａが生じ、図２（ｃ）に示すように磁石２１，２１
を除いても超電導体１６のピン止め効果により超電導体
上面の着磁部１６ａには着磁方向に７５０Ｏｅの磁束Φ
₁を生じる。一方、超電導体上面の着磁部の間の非着磁
部１６ｂには着磁方向と逆向きの２００Ｏｅの磁束Φ₂
を生じる。図２（ｄ）は超電導体１６の着磁部１６ａと
その間の非着磁部１６ｂの各上面部分の着磁の様子をグ
ラフ化したものである。超電導体１６の長さ方向はグラ
フの横軸に対応する。図３（ａ）に示すようにこの超電
導体１６に逆方向の磁束Φ₂を打ち消す程度の例えば永
久磁石２２を置き、磁場を再度かけた後、図３（ｂ）に
示すように磁石２２を除くと、図３（ｃ）に示すように
非着磁部１６ｂの上面部分は完全反磁性を示し、マイス
ナ効果を奏するようになる。

【００１１】

【作用】図１及び図５（ａ）に示す超電導体１６及び２
３を臨界温度以下に冷却した状態で、先ずステータ部１
２の複数の励磁コイル１９に同一方向に直流電流を流し
て環状に配置された複数の磁心１８全てに同一方向の磁
場を発生させると、図８（ａ），図８（ｂ）及び図５
（ｂ）に示すようにこの磁場により超電導体１６の下面
の着磁部には磁束Φ₁が、また超電導体２３の上面には
磁束Φ₄がそれぞれピン止めされる。このとき超電導体
１６の下面の着磁部間の非着磁部には着磁磁場と逆方向
に磁束Φ₂がピン止めされる。磁束Φ₁及びΦ₄の各ピン
止め方向は同一であって、超電導体１６及び２３の持つ
マイスナ効果もあり、超電導体１６と超電導体２３は引
力及び斥力によりつりあいを示し、可動体であるロータ
部１１はステータ部１２から浮上して保持される。次い
で励磁コイル１９に流していた直流電流を切って、図１
に示すソレノイド１５によりこの磁束Φ₂を打ち消す磁
場を一時的にかければ、図９（ａ），図９（ｂ）及び図
５（ｂ）に示すように磁束Φ₂が消磁し、超電導体１６
の下面部分には磁束Φ₁のみが、また超電導体２３の上
面部分には磁束Φ₄がピン止めされるようになる。説明
を簡単にするために、図９では超電導体２３及び磁束Φ
₄を省いている。次に複数のコイル１９に電流を流すこ
とにより、好ましくは複数の磁心１８を３の倍数にし、
３個の磁心を１ブロックとしてこのブロック毎のコイル
１９に３相交流電流を流すことにより、図５（ｃ）に示
すようにステータ部１２に回転磁場Ｒを発生させる。こ
こでステータ部１２の超電導体２３にはマイスナ効果が
あり、回転磁場Ｒは超電導体２３には侵入できないが、
初めにピン止めされた磁束Φ₁及びΦ₄の斥力及び引力に
よりロータ部１１は浮上した状態で、超電導体２３を除
く磁心１８の部分に発生した回転磁場Ｒにより回転す
る。

【００１２】超電導体１６を図４に示すドーナツ状に形
成すれば、図１０に示すように超電導体１６の周縁の半
径方向において磁束Φ₃が閉回路を構成するけれども、
超電導体１６のその他の部分においては磁束は閉回路を
構成しない。特に超電導体１６の周方向の着磁部間の非
着磁部は完全反磁性を示すマイスナ効果のため、磁場排
斥効果を生じ、その領域には超電導体に着磁した磁束Φ
₁を吸収する磁束は入り込めない。図１０において、１
６ｂは非着磁部を示す。この結果、図１７に示した従来
の超電導アクチュエータの超電導体６が磁束の漏れが多
かったものが、図４に示すドーナツ状の超電導体１６を
用いれば、超電導体の磁束の漏れを軽減でき、励磁コイ
ル１９の磁場により超電導体１６に生じるピン止めされ
た磁束を有効利用してロータ部１１の回転力を増加させ
ることができる。また、超電導体１６の磁束ピン止め効
果のために、超電導体の着磁部はそれ自体が磁石として
振る舞い、この着磁部と磁心とは磁心に生じた磁極に応
じて斥力のみならず互いに引力を生じるため、例えロー
タ部１１をステータ部１２の下方に配置してもロータ部
１１は落下しない。これにより例えばロータ部１１の中
心に回転軸１３を設けておけば、この回転軸１３を所望
の方向に制限なく設けることができ、かつ回転軸１３か
ら回転力を取出すことができる。更に、図１４に示すよ
うに第２超電導体５３を有する磁心４８を複数個線状に
配置し、磁心４８に可動体４１を載せて、励磁コイル４
９に上記と同様に電流を流せば、可動体４１を磁心４８
に沿って移動させることができる。

【００１３】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳し
く説明する。＜実施例１＞図１、図４〜図６に示すように、この例で
は超電導体１６は磁束ピン止め可能なＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ
_7-xからなり、ドーナツ状をなし、その内周部分には非
磁性体であるアルミニウムからなる円板状のロータ本体
１４が固着される。超電導体１６は外径が０．０５ｍ〜
０．２ｍ、外径：内径：厚み＝１：０．５〜０．７：
０．０８〜０．１２の寸法を有する。このロータ本体１
４の中心には回転軸１３が固着され、超電導体１６の外
周部分にはロータ本体１４と同じ材質の環状フレーム１
４ａが固着される。回転軸１３はロータ本体１４の下面
からは突出せず、上面からのみ突出する。回転軸１３、
ロータ本体１４、超電導体１６及びフレーム１４ａによ
り可動体であるロータ部１１が構成される。

【００１４】ロータ部１１の下方にはステータ部１２が
配置される。ステータ部１２は基台となる円板１７と、
この円板１７上に環状にかつ櫛歯状に固着された２４個
の磁心１８と、これらの磁心１８に巻かれた励磁コイル
１９とを有する。円板１７の周縁には取付孔１７ａが設
けられる。２４個の磁心１８は軟磁性体からなり、それ
ぞれの中心部には超電導体１６と同一材料からなる磁束
ピン止め可能な円柱状の超電導体２３が磁心１８を貫通
するように埋込まれる。埋込まれた超電導体２３の上面
は超電導体１６の下面に対向する（図５）。これらの磁
心１８は超電導体１６に対向して円板１７に固着され
る。具体的には超電導体１６の外周が磁心１８の外周
に、また超電導体１６の内周が磁心１８の内周にそれぞ
れ相対するように配置される。磁心１８に巻かれる励磁
コイル１９は、３相交流を流せるように３組のコイル１
９ａ，１９ｂ及び１９ｃにより構成される。コイル１９
ａは２４個の磁心のうち２個おきに８個の磁心にそれぞ
れ多数回巻かれ、コイル１９ｂはコイル１９ａを巻いた
磁心より１つずらした８個の磁心にそれぞれ多数回巻か
れ、コイル１９ｃはコイル１９ｂを巻いた磁心より更に
１つずらした８個の磁心にそれぞれ多数回巻かれる。図
１及び図４に示すように、回転軸１３が２４個の磁心１
８の環状中心になるように、ロータ部１１をステータ部
１２の上に配置する。この状態で環状フレーム１４ａの
外周に間隔をあけてソレノイド１５が設けられる。図４
にはソレノイド１５は省略してある。

【００１５】このような構成の超電導モータ１０を超電
導体１６及び２３の臨界温度以下に冷却する。例えば、
図１に示すフレーム１４ａと超電導体１６とロータ本体
１４で形成される凹部１１ａに液体窒素を満たし、磁心
１８の周囲を液体窒素で冷やす。この状態で励磁コイル
１９ａ〜１９ｃ全てに同一方向に直流電流を流し、全て
の磁心１８に図７に示すように磁場を発生させ、その磁
場でロータ部１１の冷却された超電導体１６及びステー
タ部１２の超電導体２３にそれぞれ磁束をピン止めさせ
る。図８（ａ），図８（ｂ）及び図５（ｂ）に示すよう
にピン止め効果により、超電導体１６の下面の着磁部に
７５０Ｏｅの磁束Φ₁が発生する一方、超電導体１６の
下面の着磁部間の非着磁部には着磁方向と逆向きに２０
０Ｏｅの磁束Φ₂が発生する。超電導体２３の上面には
１，３００ｅの磁束Φ₄が発生する。磁束Φ₁及びΦ₄の
各ピン止め方向は同一であって、超電導体１６と超電導
体２３は引力及び斥力によりつりあいを示し、ロータ部
１１は浮上して保持される。ここで、図１に示すソレノ
イド１５に電流を流してこの磁束Φ₂を打ち消す磁場を
超電導体１６の着磁方向と同方向にかける。これによ
り、実際に超電導体１６の下面にピン止めされている磁
束の超電導体の各部分における状況は図９（ａ），図９
（ｂ）及び図５（ｂ）に示すようになる。

【００１６】次いで、コイル１９ａ〜１９ｃに流してい
た直流電流を切った後、コイル１９ａ〜１９ｃに３相交
流電流を流し、櫛歯状の２４個の磁心１８に回転磁場を
生じさせる。この状況を図１１及び図１２に基づいて説
明する。図６、図７及び図１２では磁心１８及びコイル
１９の配置及び各磁場の発生状況を分かり易くするため
に、便宜的にロータ部１１をステータ部１２から上方に
浮かせた状態を示す。また図１２ではコイルを省略して
いる。

【００１７】図１１の上部に２４個の磁心のうち９個の
磁心１８ａ〜１８ｉと各磁心に巻かれたコイル１９ａ、
１９ｂ及び１９ｃを示す。前述したようにコイル１９ａ
は磁心１８ａ、１８ｄ及び１８ｇに巻かれ、コイル１９
ｂは磁心１８ｂ、１８ｅ及び１８ｈに巻かれ、コイル１
９ｃは磁心１８ｃ、１８ｆ及び１８ｉに巻かれる。コイ
ル１９ａには３相交流電流のうちＵ−相が、コイル１９
ｂにはＶ−相が、コイル１９ｃにはＷ−相がそれぞれ流
れる。Ｕ−相、Ｖ−相及びＷ−相は互いに１２０度位相
を異にする。図１１のこれらのコイル１９ａ〜１９ｃ及
び磁心１８ａ〜１８ｉの下方にはこれらのコイル及び磁
心によって生じる磁場のタイムチャートを磁心に対応さ
せて示す。タイムチャートのそれぞれの波形のたて軸は
磁場を、よこ軸は磁心の位置をそれぞれ示す。このタイ
ムチャートの波形（ａ）は図１２（ａ）に、波形（ｂ）
は図１２（ｂ）にそれぞれ対応する。

【００１８】図９（ａ）の磁束Φ₁に示される超電導体
１６のピーク磁場（７５０Ｏｅ）は本来Ｎ極とＳ極の両
磁極が一体となって超電導体１６にピン止めされた磁束
を意味するが、説明を簡単にするために、このピーク磁
場、即ち図９（ｂ）に示す超電導体１６の下面の各着磁
部の磁極の上向きを例えばＮ極とし、図１１の波形
（ａ）に示すコイル１９ａが巻かれる磁心１８ａ，１８
ｄ，１８ｇにＳ極が生じると仮定すると、コイル１９ｂ
が巻かれる磁心１８ｂ，１８ｅ，１８ｈ及びコイル１９
ｃが巻かれる磁心１８ｃ，１８ｆ，１８ｉはＮ極にな
る。従って、図１２（ａ）の状態では磁心１８ａ，１８
ｄ，１８ｇとこれらに対向する超電導体１６とは引力
（図１２（ａ）の実線矢印及び図９（ｂ）参照）を生
じ、それ以外の磁心１８ｂ，１８ｃ，１８ｅ，１８ｆ，
１８ｈ及び１８ｉと対向する超電導体１６とは斥力（図
１２（ａ）の破線矢印及び図９（ｂ）参照）を生じる。
時間の経過により、図１１の波形（ｂ）に示すコイル１
９ｃが巻かれる磁心１８ｃ，１８ｆ，１８ｉにＮ極が生
じ、それ以外の磁心にＳ極が生じると、図１２（ｂ）に
示すように磁心１８ｃ，１８ｆ，１８ｉとこれらに対向
する超電導体１６とは斥力（図１２（ｂ）の破線矢印）
を生じ、それ以外の磁心と対向する超電導体１６とは引
力（図１２（ｂ）の実線矢印）を生じる。図１１の符号
Ｐの破線に示すように、時間の経過とともに引力を生じ
る磁心の位置が変化するため、図１２（ｂ）に示すよう
にロータ部１１は矢印の方向に回転する。この例ではス
テータ部１２に生じた回転磁場と超電導体１６にピン止
めされた磁束の斥力及び引力によりロータ部１１はステ
ータ部１２から浮上した状態で約３８０ｒｐｍの回転数
で回転する。

【００１９】＜実施例２＞磁心の数を９個にした以外
は、実施例１と同様にロータ部及びステータ部を構成し
た。この超電導モータは実施例１と比して同じ電源周波
数で回転数が約２．６倍増加した。

【００２０】＜実施例３＞磁心の数を４８個にした以外
は、実施例１と同様にロータ部及びステータ部を構成し
た。この超電導モータは実施例１と比して同じ電源周波
数で回転数が約半分に減少した。

【００２１】＜実施例４＞図１３に示すロータ部３１を
用いた以外は実施例１と同一のステータ部（図示せず）
を用いて、実施例１と同様にしてロータ部３１を回転さ
せた。このロータ部３１は円板状のロータ本体３４とこ
のロータ本体と一体的に設けられた環状フレーム３４ａ
とロータ本体３４の中心に貫通して設けられた回転軸３
３を備える。この例では超電導体３６は小円板状に形成
され、ロータ本体３４の軸３３の周囲にあけられた８個
の円形の貫通孔３４ｂにそれぞれ丁度埋め込まれる。実
施例１のドーナツ状の超電導体１６と異なって、ロータ
本体３４の周方向にも磁束の漏れがみられたため、この
ロータ部３１を用いた超電導モータは実施例と比して同
じ電源周波数で回転トルクが約半分に減少した。

【００２２】＜実施例５＞図１４及び図１５に示すよう
に、この例では超電導アクチュエータ４０は、線状に配
置された複数の磁心４８とこれらの磁心に巻かれた励磁
コイル４９とを有するステータ部４２と、磁束ピン止め
可能な超電導体４６からなる可動体４１とを備える。可
動体４１、即ち超電導体４６は実施例１の超電導体１６
と同一材料により直方体に形成され、複数の磁心４８に
対向しながらこれらの磁心４８の配列方向に移動可能に
設けられる。複数の磁心４８は軟磁性体からなり、それ
ぞれの中心部には超電導体４６と同一材料からなる磁束
ピン止め可能な円柱状の超電導体５３が磁心４８を貫通
するように埋込まれる。図１５に示すように、埋込まれ
た超電導体５３の上面は超電導体４６の下面に対向す
る。複数の磁心４８は櫛歯状に直線的に設けられ、可動
体４１である超電導体４６の幅は磁心４８の幅に一致す
る。磁心４８に巻かれる励磁コイル４９は、３相交流を
流せるように実施例１と同様に３組のコイルにより構成
される。また可動体４１の移動経路である磁心４８に沿
ってソレノイド４５が設けられる。

【００２３】このような構成の超電導アクチュエータ４
０では、超電導体４６及び５３を臨界温度以下に冷却し
た状態で、先ずステータ部４２の複数の励磁コイル４９
に同一方向に直流電流を流して直線状に配置された複数
の磁心４８全てに同一方向の磁場を発生させると、図示
しないがこの磁場により超電導体４６の下面の着磁部及
び超電導体５３の上面に磁束がそれぞれピン止めされ
る。このとき超電導体４６の下面の着磁部間の非着磁部
には着磁磁場と逆方向に磁束がピン止めされる。超電導
体４６及び５３の磁束の各ピン止め方向は同一であっ
て、超電導体４６及び５３の持つマイスナ効果もあり、
超電導体４６と超電導体５３は引力及び斥力によりつり
あいを示し、可動体４１はステータ部４２から浮上して
保持される。

【００２４】次いで励磁コイル４９に流していた直流電
流を切って、図１５に示すソレノイド４５により超電導
体４６の下面の着磁部間の非着磁部に生じた着磁磁場と
逆方向の磁束を打ち消す磁場を一時的にかければ、この
磁束が消磁し、超電導体４６の下面の着磁部及び超電導
体５３の上面にのみ磁束がそれぞれピン止めされる。次
に複数のコイル４９に３相交流電流を流すと、実施例１
と同じ原理により櫛歯状の複数の磁心１８に可動体４１
をリニア方向に駆動する磁場が生じる。この例ではステ
ータ部４２に生じた駆動磁場と超電導体４６にピン止め
された磁束の斥力及び引力により可動体４１はステータ
部４２から浮上した状態で約６０ｍ／分の速度で走行す
る。

【００２５】なお、上記例では超電導体として、ＹＢａ
₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xからなる超電導体を挙げたが、磁束ピン止
め可能な超電導体であれば、これに限るものではない。
また、ロータ本体の材質としてアルミニウムを挙げた
が、ロータ本体にはアルミニウム合金の他、マグネシウ
ム、ベリリウム、チタンなどの非磁性体の低比重金属の
単体又は合金を用いることもでき、またロータ本体を超
電導体で形成してもよい。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の超電導アク
チュエータは、図１６に示した従来のものに比べて、磁
束ピン止め効果を利用するために可動体であるロータ部
に重い軟磁性体を使う必要がなく、また超電導体を環状
に加工する必要もない。ロータ本体、環状フレーム及び
回転軸に軽金属を用いれば、ロータ部の重量を従来のも
のより約５５％軽減できる。これにより部品点数を僅か
にしてロータ部の軽量化をはかることができ、同時にロ
ータ部の回転力を増加させることができる。本発明のロ
ータ部の超電導体はステータ部の磁心に対して引力と斥
力が働くため、ロータ部とステータ部の位置関係に制限
がなくなる。特に、超電導体をドーナツ状にすることに
より、磁場の引力と斥力の働く有効な面積が広くなり、
回転中の無駄なエネルギ消費をなくし、かつ磁束の拡が
りを抑えて大幅に回転力を向上することができる。

【００２７】また磁心に第２の超電導体を設けることに
より、励磁コイルに直流電流を流した後で、可動体がス
テータ部より浮上して保持される。これにより図１では
回転軸を軸受で支える必要がなくなり、回転抵抗のない
状態で可動体であるロータ部を回転させることができ
る。また図１４に示すように可動体を磁心の配列方向に
移動できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の超電導アクチュエータの中央縦断面
図。

【図２】（ａ）その超電導体の初期状態の断面図。（ｂ）その超電導体の上面に磁石を配置して磁場をかけ
ている状態を示す断面図。（ｃ）その着磁した超電導体の断面図。（ｄ）その超電導体の着磁上面の磁束を示す図。

【図３】（ａ）図２（ｃ）の超電導体の着磁方向と逆向
きに生じた磁束を打ち消すために磁石を配置して磁場を
かけている状態を示す断面図。（ｂ）その磁束が打ち消された超電導体の断面図。（ｃ）その超電導体の着磁上面の磁束を示す図。

【図４】本発明実施例の超電導アクチュエータのロータ
部及びステータ部の分解斜視図。

【図５】（ａ）磁心を励磁する前のロータ部及びステー
タ部の断面図。（ｂ）励磁コイルに直流電流を流した状態のロータ部及
びステータ部の断面図。（ｃ）励磁コイルに３相交流電流を流した状態のロータ
部及びステータ部の断面図。

【図６】そのロータ部及びステータ部を組合せた斜視
図。

【図７】そのロータ部の超電導体の初期着磁状態を示す
斜視図。

【図８】（ａ）その超電導体下面に最初に磁場をかけた
ときの着磁下面の磁束を示す図。（ｂ）その超電導体下面に最初に磁場をかけたときの磁
心とコイルと超電導体の展開断面図。

【図９】（ａ）図８の超電導体の着磁方向と逆向きに生
じた磁束が打ち消された着磁下面の磁束を示す図。（ｂ）その逆方向に生じた磁束を打ち消すときの磁心と
コイルと超電導体の展開断面図。

【図１０】その超電導体の周縁に生じた磁束を示す図。

【図１１】その励磁コイルを巻いた磁心に生じる磁場を
展開して示すタイムチャート。

【図１２】そのステータ部に回転磁場が生じる状況を示
すロータ部及びステータ部の斜視図。

【図１３】別の実施例の超電導アクチュエータのロータ
部の斜視図。

【図１４】更に別の実施例の超電導アクチュエータの斜
視図。

【図１５】図１４に示す超電導アクチュエータの中央縦
断面図。

【図１６】従来例の超電導アクチュエータのロータ部及
びステータ部の斜視図。

【図１７】その超電導体に生じた磁束を示す図。

【符号の説明】

１０，４０超電導アクチュエータ１１，３１ロータ部（可動体）１２，４２ステータ部１３，３３回転軸１５，４５ソレノイド１６，４６第１超電導体１８，４８磁心１９，４９励磁コイル２３，５３第２超電導体４１可動体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環状又は線状に配置された複数の磁心(1
8,48)と前記磁心(18,48)に巻かれた励磁コイル(19,49)
とにより構成されたステータ部(12,42)と、磁束ピン止め可能な第１超電導体(16,46)を含みかつ前
記複数の磁心(18,48)に対向しながら回転可能に又は線
状に配置された磁心(48)に沿って移動可能に設けられた
可動体(11,41)とを備えた超電導アクチュエータ(10,40)
であって、前記磁心(18,48)に前記第１超電導体(16,46)と同一材料
からなる磁束ピン止め可能な第２超電導体(23,53)が前
記第１超電導体(16,46)に対向して設けられたことを特
徴とする超電導アクチュエータ。
【請求項２】第１超電導体(16,46)の着磁方向と逆向
きにピン止めされた磁束(Φ₂)を打ち消すために前記着
磁方向と同方向の磁場を発生するソレノイド(15,45)が
前記可動体(11)の周囲に間隔をあけて又は前記可動体(4
1)の移動経路に沿って設けられた請求項１記載の超電導
アクチュエータ。
【請求項３】第１超電導体(16)がドーナツ状に形成さ
れ、前記超電導体(16)に対向して環状に複数の磁心(18)
を配置し、前記環状の磁心(18)は前記超電導体(16)の外
周及び内周に相応する外周及び内周を有する請求項１記
載の超電導アクチュエータ。
【請求項４】磁心(18,48)が３の整数倍環状に配置さ
れ、前記３の整数倍の磁心に３組の励磁コイル(19a,19
b,19c,49)が磁心毎に複数回巻かれ、かつ前記３組の励
磁コイルに３相交流電流を流すように構成された請求項
１記載の超電導アクチュエータ。