(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浮上側の磁石を載荷する固定側酸化物超電導体に永久磁石を設け、磁気浮上特性を調整可能とするために、浮上側の磁石に固定側酸化物超電導体を介してかつその極性が同極となるようにして対向させ、前記永久磁石と前記固定側酸化物超電導体との間を上下方向に間隔を開けて磁気浮上特性を調整する構成としたことを特徴とする酸化物超電導磁気浮上装置。
【請求項２】
前記永久磁石は前記固定側酸化物超電導体の冷却温度における磁気力が常温における磁気力よりも向上する低温磁気特性を有する磁石であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物超電導磁気浮上装置。
【請求項３】
前記永久磁石がプラセオジュウム磁石であることを特徴とする請求項２に記載の酸化物超電導磁気浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置に関し、特に、回転又は可動の物体を非接触かつ無制御に支持可能な酸化物超電導磁気軸受装置に応用可能であり、低損失軸受として多様な用途が期待される。
【０００２】
【従来の技術】
酸化物超電導磁気軸受装置等の酸化物超電導磁気浮上装置を実用化するにあたっては、その支持する物体の特性、例えば、外形寸法、重量、慣性モーメント等と軸受特性等の磁気浮上特性、例えば、載荷力、剛性、減衰係数等との協調が問題となるが、従来の技術酸化物超電導磁気軸受装置では、その軸受特性を軸受製作後において工場又は据付現地で調整する機能が備えられていない。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
酸化物超電導磁気軸受装置においては、非接触かつ無制御に支持される物体が安定して定められた運動を継続させ不安定な状態に陥らないようにするために、物体の諸特性、例えば、外形寸法、重量、慣性モーメント、慣性主軸、回転バランス、運動による変形等に協調した軸受特性が求められる。物体が全く理想的に設計製作されることは通常考えられず、物体及び軸受について種々の現地調整が行われている。特に、酸化物超電導磁気軸受けを使用して支持された物体は、空間に浮上しているので、その物体の諸特性及び軸受け特性の影響が物体の運動に顕著に現われ、慎重な工場調整、現地調整が要求される。
【０００４】
このような不具合な状況を想定した場合、実際に不具合が発生したときには、従来の酸化物超電導磁気軸受装置は磁気浮上特性調整機能を具備していないので、酸化物超電導磁気軸受装置を再設計、再製作するしかなく、到底実用に供することが難しい。
【０００５】
そこで、本発明は、磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置を提供する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に記載の磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置は、浮上側の磁石を載荷する固定側酸化物超電導体に永久磁石を設け、磁気浮上特性を調整可能とするために、浮上側の磁石に固定側酸化物超電導体を介してかつその極性が同極となるようにして対向させ、前記永久磁石と前記固定側酸化物超電導体との間を上下方向に間隔を開けて磁気浮上特性を調整する構成としたことを特徴とする。
【０００８】
【作用】
本発明に係る磁気浮上特性調整機能を有する磁気浮上装置によれば、磁気浮上特性（軸受特性）を微調整することにより浮上物体の主として高さ位置を安定回転可能な好ましい位置にセッティング可能である。この場合、一般特性として装着した磁石量が多いほど、超電導体との距離が少ないほど材料を固定に考えれば、磁気浮上特性の載荷力が増加すると共に剛性も増大し、減衰係数は大きくなる。
【０００９】
【実施例】
【００１０】
【実施例１】
図１は酸化物超電導磁気浮上装置の原理を示すもので、固定側酸化物超電導体ＳＣをクライオスタット１内の液体窒素２に浸漬した状態が示され、固定側酸化物超電導体ＳＣは液体窒素２により冷却されている。この固定側酸化物超電導体ＳＣに回転可能又は可動可能に載荷される磁石としての永久磁石ＰＭ２を破線で示す位置から実線で示す位置に向かって接近させる。永久磁石ＰＭ２の上部には軸３等が設置される。なお、磁石というときは永久磁石、電磁石、超電導コイルを用いた超電導磁石、超電導体を用いた超電導磁石を含むものとする
ここで、永久磁石ＰＭ１と永久磁石ＰＭ２とは互いに同極同志が固定側酸化物超電導体ＳＣを介して向き合うものとする。永久磁石ＰＭ２を図１に示すように固定側酸化物超電導体ＳＣに接近させると、永久磁石ＰＭ２は固定側酸化物超電導体ＳＣから反発力を受け、この反発力は超電導磁気浮上特性の載荷力Ｎに相当する。この固定側酸化物超電導体ＳＣにより回転可能又は可動に浮上される物体、すなわち、永久磁石ＰＭ２はその自重と載荷力Ｎがバランスする永久磁石ＰＭ２と固定側酸化物超電導体ＳＣとの間の空間的ギャップ距離Ｈを開けて浮上できる。この実施例では、固定側酸化物超電導体ＳＣ、永久磁石ＰＭ２はともに円柱（又は円盤）状であり、図２は固定側酸化物超電導体ＳＣの載荷力と、永久磁石ＰＭ２と固定側酸化物超電導体ＳＣとの間の空間的ギャップ距離との関係を示す載荷力曲線図を示し、固定側酸化物超電導体ＳＣの半径を２２ｍｍとし、その厚さを２．５ｍｍと５．００ｍｍの２種類とし、かつ、永久磁石ＰＭ２の半径を１２．５ｍｍ、その厚さを２２．５ｍｍとした場合の載荷力特性結果を示している。この図２から明らかなように、固定側酸化物超電導体ＳＣの厚さを２．５ｍｍとした場合の載荷力Ｎ０は０．７単位であり、固定側酸化物超電導体ＳＣの厚さを５ｍｍとした場合の載荷力Ｎ１は０．８２単位であり、固定側酸化物超電導体ＳＣの厚さを変更することによって磁気浮上特性を調整できる。
【００１１】
次に、図３（ａ）に示すように固定側酸化物超電導体ＳＣに永久磁石ＰＭ１を設ける。その永久磁石ＰＭ１の形状は円柱（又は円盤）状で、その半径を２２ｍｍ、厚さを１０ｍｍとし、固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを液体窒素で冷却し、永久磁石ＰＭ２を図３（ｂ）に示すように固定側酸化物超電導体ＳＣに接近させる。この場合の磁気浮上特性が図４に示されている。図４において、ＦS-Pは固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ２の間に働く反撥力、ＦP-Pは永久磁石ＰＭ１と永久磁石ＰＭ２の間に働く反発力を表している。従って、永久磁石ＰＭ２が受ける全反撥力は、ＦS-P＋ＦP-Pである。図４から明かなように、図３（ａ）に示したように、固定側酸化物超電導体ＳＣに永久磁石ＰＭ１を装着したことによって、浮上側（回転側又は可動側）の永久磁石ＰＭ２を何ら増強することなく、浮上特性（軸受け特性）の載荷力が１．５６単位に増加し、浮上力特性（軸受け特性）の大幅の改善がみられた。
【００１２】
ここで、永久磁石ＰＭ１の厚さのみを３ｍｍに変更した場合の浮上力特性（軸受け特性）の載荷力を図５に示す。図５から明かなように、永久磁石ＰＭ１の厚さを３ｍｍに変更した場合、全反撥力ＦS-P＋ＦP-Pは０．８８単位に減少した。
【００１３】
すなわち、図２、図４、図５に示すように、浮上特性（軸受け特性）の載荷力特性の相互比較から、浮上側（回転側又は可動側）の永久磁石ＰＭ２を何ら変更することなく、浮上特性（軸受け特性）を調整することができる。
【００１４】
すなわち、固定側超電導体ＳＣに永久磁石ＰＭ１を装着することによって、軸受特性を大幅に改善することができる。その際、永久磁石ＰＭ１の厚さを変更又は調整（磁気量の調整、磁石の量と同じ意味で使用する）することによって、浮上特性（軸受け特性）を粗調整できる。この結果から、ＰＭ１とＳＣの間に空隙を設け、その空隙を調整することによって軸受特性の微調整ができることがいえる。結論として、永久磁石ＰＭ１を装着しその磁石量及びその位置を調整することにより、浮上物体の浮上位置を微調整できることがいえる。しかも、永久磁石ＰＭ１の磁石量は必要最低限に調整することができる。
【００１５】
この実施例では、固定側を変更することによって磁気浮上特性を変更調整することにしたが、浮上側（回転側又は可動側）の変更をいとわないならば、同様の調整機能を達成できる。
【００１６】
しかし、一般には、浮上側（回転側又は可動側）の再設計、再製作等の変更は、固定側に較べて経済的、技術的に困難と思われるので、固定側の実施例のみを記載したが、浮上側（回転側又は可動側）の変更が有利な場合はこの限りではない。
【００１７】
次に、浮上特性（軸受け特性）に関するもう一つの復元力特性に対する永久磁石ＰＭ１の影響について調べて見た結果を図６、図７に示す。
【００１８】
この復元力特性は、図３（ａ）、（ｂ）に示す永久磁石ＰＭ１を固定側酸化物超電導体ＳＣに接近させた後、水平方向に強制振動させた場合の水平方向の電磁力を評価したもので、永久磁石ＰＭ２の水平方向の位置を復元させる方向に電磁力が作用するか否かによる。ここで、図６は図４に対応しており、図７は図５に対応しており、復原力の負の値（斜線で示す領域の値）が大きいほど復元性、水平安定性が良いので、全載荷力をより大幅に改善した図６に較べて、図７に示した方が位置安定性の良いことがわかる。
【００１９】
従って、図４、図５に示す改善を行う場合、前述の調整方法によって、図６、７に示した復元力特性との二律背反性との協調を考慮して適応的な調整を図ることができることを附言する。
【００２０】
図３（ａ）に述べた永久磁石ＰＭ１は固定側酸化物超電導体ＳＣと共に液体窒素２によって冷却されるが、一般に永久磁石の物性は低温で磁気力が著しく低下する。しかしながら、図８に示すように、符号Ｐｒで示すプラセオジュウム磁石は他の稀土類磁石の磁気力が低温で低下する中で、例外的に低温で磁気力が増加している。従って、図３（ａ）に示す永久磁石ＰＭ１にはプラセオジュウム磁石を用いることによって、浮上特性（軸受け特性）の調整幅を拡大できることがわかる。なお、このプラセオジュウム磁石ＰＭ１に代えて、クライオスタット１の内部または外部から強力な電磁石によって固定側酸化物超電導体ＳＣ、永久磁石ＰＭ１と同等の作用を働かせることも考えられるが得策とはいえない。
【００２１】
【実施例２】
まず、図９（ａ）に示すように固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを重ねてセットして液体窒素２を用いて冷却する。次に、図９（ｂ）に示すように永久磁石ＰＭ１を固定側酸化物超電導体ＳＣから下方向に遠ざける。次に、図９（ｃ）に示すように永久磁石ＰＭ２を接近させると、この軸受けに図１０に示す載荷力が発生する。ここで、永久磁石ＰＭ１と永久磁石ＰＭ２との極性は上下逆とする（つまり、第１実施例と同様に永久磁石ＰＭ１と永久磁石ＰＭ２とは同極同士が固定側酸化物超電導体ＳＣを介して互いに対向するものとする。）なお、固定側酸化物超電導体ＳＣ、永久磁石ＰＭ１、永久磁石ＰＭ２の諸元は図４に示す場合と同一条件である。この図１０から明らかなように、この実施例の場合には、図２に示す場合に較べて載荷力が０．８２単位から１．０単位へ改善され、これは永久磁石ＰＭ１の厚さを変更することによって微調整可能である。
【００２２】
なお、本願発明は軸受けに利用するほか、磁気浮上列車等にも応用できる。この場合には地面に永久磁石を設置し、酸化物超電導体ＳＣを列車に設置する。
【００２３】
【発明の効果】
本発明に係わる磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置は、以上説明したように構成したので、磁気浮上特性の調整、改善を容易に図ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の酸化物超電導磁気浮上装置の載荷力特性を示すグラフである。
【図２】  図１に示す磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置の載荷力特性を示すグラフである。
【図３】  本発明の磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置の第１実施例を示し、（ａ）は固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを液体窒素に浸漬した状態を示し、（ｂ）は（ａ）に示す装置に永久磁石ＰＭ２を載荷した状態を示す図である。
【図４】  図３に示す磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置の載荷力特性を示すグラフである。
【図５】  図３に示す磁気浮上特性調整機能を有する酸化物超電導磁気浮上装置の永久磁石ＰＭ１の厚さを変更した場合の載荷力特性を示すグラフである。
【図６】  図４の載荷力特性に対応する復原力特性を示すグラフである。
【図７】  図５の載荷力特性に対応する復元力特性を示すグラフである。
【図８】  プラセオジュウム磁石の低温特性を他の稀土類磁石と比較した保持力特性図である。
【図９】  本発明の第２実施例を示す図であって、（ａ）は固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを接触させて液体窒素に浸漬した状態を示し、
（ｂ）は固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを離間させて液体窒素に浸漬した状態を示し、（ｃ）は固定側酸化物超電導体ＳＣと永久磁石ＰＭ１とを離間させて液体窒素に浸漬した状態で永久磁石ＰＭ２を載荷した状態を示す図である。
【図１０】  第２実施例の載荷力特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…クライオスタット
２…液体窒素
Ｎ…載荷力特性
ＰＭ１、ＰＭ２…永久磁石（磁石）
ＳＣ…固定側酸化物超電導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003669518.tif 000009
【図９】
0003669518.tif 000010
【図１０】
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