(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導体状態を呈することが可能な中空円柱状の固定部の半径方向外方にこの固定部を包囲する中空円柱状の磁気発生可動部をギャップを開けて相対させ、前記固定部の高さ方向の幾何学的中点と前記磁気発生可動部の高さ方向の幾何学的中点とを水平方向に一致させた空間的位置を座標原点とし、前記磁気発生可動部を前記座標原点から垂直方向に偏位させたときに、その偏位長に対する前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力の特性について、前記磁気発生可動部が前記座標原点にあるときに前記固定部を非超電導状態から超電導状態に初期化し、前記磁気発生可動部の磁界の影響が前記固定部に及ばない程度の指定位置まで前記磁気発生可動部を垂直方向に等速度で前記座標原点から偏位させた後、指定時間停止させ、その後に座標原点まで前記磁気発生可動部を等速度で移動させて電磁力の偏位特性を測定することを特徴とする超電導体の特性測定方法。
【請求項２】
前記固定部を冷却により初期化した時の偏位に対する磁界の状態と磁界の影響を受けた後の偏位に対する磁界の状態とを磁気履歴現象として測定するために、請求項１に記載の超電導体の特性測定方法を繰り返し実行することを特徴とする超電導体の特性測定方法。
【請求項３】
請求項１に記載の超電導体の特性測定方法を実行するために、超電導体状態を呈することが可能な中空円柱状の固定部の半径方向外方にギャップを開けてこの固定部を包囲する中空円柱状の磁気発生可動部の移動方向と移動速度と停止時間とをパーソナルコンピュータで指定することにより、前記磁気発生可動部の移動速度を等速制御する制御部に制御信号を送信して、前記モータにより前記磁気発生可動部に指定の動作を実行させると共に、固定部と磁気発生可動部との偏位を計測するためのセンサからの計測信号と前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力を計測するためのロードセルからの計測信号とを指定サンプリング周期で前記パーソナルコンピュータに取り込み、偏位と電磁力との関係を対応させて記録することを特徴とする超電導体の特性測定装置。
【請求項４】
前記パーソナルコンピュータにより超電導体の特性の測定の繰り返し回数を指定できることを特徴とする請求項３に記載の超電導体の特性測定装置。
【請求項５】
前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力を、前記磁気発生可動部を指定位置に保持した状態で時間的に連続して測定することを特徴とする請求項１に記載の超電導体の特性測定方法。
【請求項６】
請求項５に記載の超電導体の特性測定方法を実行するために、前記磁気発生可動部を指定位置に保持する制御装置を備えたことを特徴とする超電導体の特性測定装置。
【請求項７】
前記偏位を制御することにより前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用する電磁力を一定に保った状態で前記偏位の測定を時間的に連続して実施することを特徴とする請求項１に記載の超電導体の特性測定方法。
【請求項８】
請求項７に記載の超電導体特性測定方法を実行するために、前記偏位を制御して電磁力を一定に保持する制御装置を備えたことを特徴とする超電導体特性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導体の特性を評価するための特性測定方法およびその特性測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、超電導状態を呈することが可能な固定部に磁気発生可動部を手動により接近もしくは離隔させ、この時に固定部と磁気発生可動部との間に作用する電磁力の大きさの最大値を、各ギャップもしくは偏位について測定することにより超電導体の特性を評価する方法及びその装置が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
この種の超電導体特性測定方法および超電導体特性測定装置では、測定所要時間を厳密に規定していなかったために、時々刻々と変化する電磁力の測定においては再現性のあるデータが得られないといった問題があった。また、磁気発生可動部を手動により動していたので、その移動速度に個人差があり、従って、電磁力の測定に個人差が出る恐れがあった。また、磁気発生可動部の移動、測定を全て人力に頼っていたために非常に非効率的かつ測定結果の精度が悪いという問題があった。例えば、ギャップを連続的に変化させた時の電磁力の測定が連続的に行われず、その結果として固定部および磁気発生可動部との間に異物が入り込んたようなときなどにも、その影響かどうかを測定結果だけから判断することが困難になるなどの曖昧さがあった。また、固定部と磁気発生可動部とが円盤状のものにあっては、固定部と磁気発生可動部の面出しおよび平行配置が不十分であったために、固定部の配置の仕方によってギャップが変わることがあった。さらに、固定部と磁気発生可動部とが中空円柱状のもにあっては、固定部と磁気発生可動部の芯出し及び平行配置が不十分であったために、磁気発生可動部を固定部にかぶせる時に両者が接触し、電磁力が正確に測定できないことがあった。従来の超電導体の特性測定法では時間的な超電導体の特性変化を度外視していたために、長期間にわたって超電導応用装置に組み込まれ機能しなければならない超電導体の特性を測定するための評価法としては不十分であった。
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、超電導応用装置を設計製作するにあたって必要となる超電導体の特性を評価するための超電導体の特性測定方法を確立することおよびこの超電導体の特性測定を行うことための超電導体の特性測定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超電導体の特性測定方法は、上記の課題を解決するため、超電導体状態を呈することが可能な中空円柱状の固定部の半径方向外方にこの固定部を包囲する中空円柱状の磁気発生可動部をギャップを開けて相対させ、前記固定部の高さ方向の幾何学的中点と前記磁気発生可動部の高さ方向の幾何学的中点とを水平方向に一致させた空間的位置を座標原点とし、前記磁気発生可動部を前記座標原点から垂直方向に偏位させたときに、その偏位長に対する前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力の特性について、前記磁気発生可動部が前記座標原点にあるときに前記固定部を非超電導状態から超電導状態に初期化し、前記磁気発生可動部の磁界の影響が前記固定部に及ばない程度の指定位置まで前記磁気発生可動部を垂直方向に等速度で前記座標原点から偏位させた後、指定時間停止させ、その後に座標原点まで前記磁気発生可動部を等速度で移動させて電磁力の偏位特性を測定することを特徴とする。
【０００６】
請求項２に記載の超電導体の特性測定方法は、前記固定部を冷却により初期化した時の偏位に対する磁界の状態と磁界の影響を受けた後の偏位に対する磁界の状態とを磁気履歴現象として測定するために、請求項１に記載の超電導体の特性測定方法を繰り返し実行することを特徴とする。
【０００７】
請求項３に記載の超電導体の特性測定装置は、請求項１に記載の超電導体の特性測定方法を実行するために、超電導体状態を呈することが可能な中空円柱状の固定部の半径方向外方にギャップを開けてこの固定部を包囲する中空円柱状の磁気発生可動部の移動方向と移動速度と停止時間とをパーソナルコンピュータで指定することにより、前記磁気発生可動部の移動速度を等速制御する制御部に制御信号を送信して、前記モータにより前記磁気発生可動部に指定の動作を実行させると共に、固定部と磁気発生可動部との偏位を計測するためのセンサからの計測信号と前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力を計測するためのロードセルからの計測信号とを指定サンプリング周期で前記パーソナルコンピュータに取り込み、偏位と電磁力との関係を対応させて記録することを特徴とする。
【０００８】
請求項４に記載の超電導体の特性測定装置は、請求項３に記載のものにおいて、前記パーソナルコンピュータにより超電導体の特性の測定の繰り返し回数を指定できることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の超電導体の特性測定方法は、請求項１に記載のものにおいて、前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力を、前記磁気発生可動部を指定位置に保持した状態で時間的に連続して測定することを特徴とする。
【００１０】
請求項６に記載の超電導体の特性測定装置は、請求項５に記載の超電導体の特性測定方法を実行するために、前記磁気発生可動部を指定位置に保持する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１１】
請求項７に記載の超電導体の特性測定方法は、前記偏位を制御することにより前記固定部と前記磁気発生可動部との間に作用する電磁力を一定に保った状態で前記偏位の測定を時間的に連続して実施することを特徴とする。
【００１２】
請求項８に記載の超電導体特性測定装置は、請求項７に記載の超電導体特性測定方法を実行するために、前記偏位を制御して電磁力を一定に保持する制御装置を備えたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施例を図をもとに説明する。図１はこの発明の実施例による超電導体特性測定装置全体の構成図である。図１において１は圧縮・引張印加部、２は圧縮・引張印加部を動作させるための制御および圧縮・引張印加部からの信号を受信する計測制御部、３は計測制御部への制御プログラムの伝送および計測データの処理を行うデータ処理部である。４は超電導状態を呈することが可能な第２種超電導体からなる固定部、７はテーブル、９は磁気発生可動部、１０は磁気発生可動部を動かすためのクロスヘッド、１１は支持棒、１２は磁気発生可動部を支持棒に取り付けるための磁気発生可動部の取付部、１３は電磁力を測定するためのロードセルである。
【００１４】
圧縮・引張印加部１は機枠１Ａを有する。機枠１Ａの上部にはクロスヘッド１０に取り付けられたセンサ１０Ａに対向するセンサ１０Ｂが設けられている。クロスヘッド１０には図示を略す歯車機構が設けられている。この歯車機構は駆動機構１Ｂの一部を構成している。駆動機構１ＢはモータＭと、ボールネジ１Ｃとから大略構成されている。モータＭの出力軸にはプーリ１Ｄが取り付けられている。ボールネジ１Ｃにはプーリ１Ｅが取り付けられている。プーリ１Ｄとプーリ１Ｃとの間にはベルト１Ｆが掛け渡されている。データ処理部３はパーソナルコンピュータ３Ａとプリンタ３Ｂとから大略構成されている。
【００１５】
この超電導体の特性測定装置では、まず、図２に示すように、パーソナルコンピュータ３Ａにより計測値のサンプリング個数を設定し（Ｓ１）、次に制御目標値（偏位）を入力する（Ｓ２）。そして、実行指示を与えると、パーソナルコンピュータ３Ａは制御目標値を計測制御部２に向かって出力する（Ｓ３）。計測制御部２はこの制御目標値に基づいてモータＭを駆動し、これによりクロスヘッド１０が可動される。このクロスヘッド１０の可動によりセンサ１０Ｂの出力が変化する。このセンサ１０Ｂの検出出力は計測制御部２に入力される。計測制御部２はセンサ１０Ｂの検出値と制御目標値とを比較し（Ｓ４）、その検出値と制御目標値とが不一致のとき、モータＭの駆動を続行し（Ｓ５）、その検出値と制御目標値とが一致したとき、モータＭの駆動を停止した後（Ｓ６）、ロードセル１３からの計測値を読み取る（Ｓ７）。その計測値はパーソナルコンピュータ３Ａに読み込まれる。パーソナルコンピュータ３Ａはセンサ１０Ｂの検出値と計測値とを対応づけて記憶する。次に、計測制御部２はサンプリング個数と計測値読み込み回数とを比較し（Ｓ８）、サンプリング個数と計測値の読み込み回数とが不一致のときはＳ３に戻って計測値の読取りを続行し、設定したサンプリング個数と計測値読取り回数とが一致したときは、測定を終了する。
【００１６】
以下に、この超電導体の特性測定装置を用いての特性測定の実施例を説明する。
（実施例）
図３は本発明に係わる固定部４および磁気発生可動部９の詳細図を示す。その図３は、固定部４および磁気発生可動部９が中空円柱状である場合を示している。図３において、１７は第２種超電導体である。この第２種超電導体１７は固定部４の一部を構成している。磁気発生可動部９は半径方向外方から固定部４を包囲する。この磁気発生可動部９はその内周部に環状永久磁石１８を有する。これらの環状永久磁石１８は上下方向に等間隔に並べられている。その磁気発生可動部９と固定部４とは均一な半径方向ギャップＧ´を開けて相対されている。固定部４の高さ方向の幾何学的中点Ｏ１と磁気発生可動部９の高さ方向の幾何学的中点Ｏ２とを水平方向に一致させた空間的位置を座標原点Ｏ３とし、磁気発生可動部９を座標原点Ｏ３から偏位させたときに磁気発生可動部９と固定部４との間に電磁力が作用する。
【００１７】
本発明に係わる超電導体の特性測定方法はその電磁力の特性について、磁気発生可動部９が座標原点Ｏ３にあるときに、液体窒素１４を固定部４に供給してこの固定部４を冷却して非超電導状態から超電導状態に初期化し、次に磁気発生可動部９の磁界の影響が固定部４に及ばない程度の指定位置まで磁気発生可動部９を垂直方向に等速度で上方に偏位させた後、指定時間に停止させ、その後に座標原点Ｏ３まで磁気発生可動部９を等速度で移動させて電磁力の偏位特性Ｑを測定する測定方法である。図４は、この測定方法により測定された電磁力の偏位特性Ｑであり、縦軸は電磁力Ｆ（単位ｋｇｆ）、横軸は偏位（単位ｍｍ）である。具体的には、偏位を座標原点Ｏ３である０ｍｍから３０ｍｍまで５ｍｍ／ｍｉｎの等速度で拡大させた後、１０秒間偏位を保持し、その後に偏位を３０ｍｍから座標原点である０ｍｍまで５ｍｍ／ｍｉｎの等速度で縮小させて電磁力の偏位特性を得た。Ｑ１は偏位を等速度で拡大させたときの偏位特性であり、Ｑ２は偏位を等速度で縮小させたときの偏位特性である。この測定結果には再現性があり、客観的な超電導体特性測定を実現できるという効果がある。
【００１８】
この測定は、磁気履歴現象を把握する観点から繰り返し行うことが望ましい。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、超電導状態を呈することが可能な中空円柱状の固定部の半径方向外方にこの固定部を包囲する中空円柱状の磁気発生可動部をギャップを開けて相対させ、その固定部とその磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力の偏位特性であっても、偏位速度、停止時間および偏位速度を指定することにより、再現性および客観性のある超電導体特性測定が実現できるという効果がある。
【００２０】
また、請求項２に記載の発明によれば、固定部を冷却により初期化した時の偏位に対する磁界の状態と磁界の影響を受けた後の偏位に対する磁界の状態とを磁気履歴現象として測定できる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、磁気発生可動部の動作および計測を自動的に行う超電導体特性測定装置により、超電導体の特性測定を省力的かつ高精度に誰でも簡単に実施できるという効果がある。また、計測を連続的に実施することにより、その場で測定結果の真偽判定が可能となるという効果もある。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、測定を省力的かつ高精度に誰にでも簡単に実施できるという効果がある。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、超電導体特性測定において固定部と磁気発生可動部との間に作用して時々刻々と変化する電磁力を、磁気発生可動部を指定位置に保持した状態で時間的連続に測定することにより、超電導体特性の経時変化を考慮した超電導体の特性測定が実現できるという効果がある。
【００２４】
請求項６に記載の発明によれば、磁気発生可動部を指定位置に保持するための制御装置を備えた超電導体の特性測定装置により、超電導体の特性測定が省力的かつ高精度に誰にでも簡単に実施できるという効果がある。
【００２５】
請求項７に記載の発明によれば、偏位を制御することにより固定部と磁気発生可動部との間に作用する電磁力を一定に保った状態で、偏位の測定を時間的に連続して実施することにより、超電導体の特性の経時変化を考慮した超電導体の特性測定が実現できるという効果がある。
【００２６】
請求項８に記載の発明によれば、偏位を制御して固定部と磁気発生可動部との間に作用する電磁力を一定に保つ制御装置を備えた超電導体の特性測定装置により、超電導体の特性測定が省略的かつ高精度に誰にでも簡単に実施できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる超電導体の特性測定装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】本発明に係わる超電導体の特性測定装置の作動を説明するためのフロー図である。
【図３】実施例の固定部と磁気発生可動部との詳細構造の一例を示す図である。
【図４】本発明に係わる電磁力の測定方法により得られた偏位特性を示す図である。
【符号の説明】
４…固定部
９…磁気発生可動部
Ｇ’…半径方向ギャップ
【図１】
0003609190.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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