(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定部に対し所定の空隙を介して可動部を非接触で浮上させる磁気浮上装置において、
前記固定部又は前記可動部のどちらか一方に強力なピン止め力を有する超電導体、もう一方に強磁性体を配置し、前記超電導体を、永久磁石又は電磁石を用いた磁場中で臨界温度以下に冷却して超電導状態とし、或いはゼロ磁場中で臨界温度以下に冷却した前記超電導体に、前記永久磁石又は前記電磁石を用いて下部臨界磁界よりも高い磁界を印加し、前記超電導体にピン止めされた磁束を前記強磁性体に通すことにより発生する前記超電導体と前記強磁性体との間の磁気的吸引力を前記可動部の保持力として利用し、かつ前記空隙が所定の値以下となった場合には、前記磁気的吸引力が減少するような形状を有する前記強磁性体を備え、更に前記超電導体と前記強磁性体、前記空隙とで閉磁気回路を構成することにより前記磁束が一巡する経路の磁気抵抗を低減し、前記強磁性体が前記空隙内で前記ピン止めされた磁束を絞り込むよう、前記超電導体に対向する前記強磁性体の表面積を前記超電導体において磁束がピン止めされている領域の面積より小さくし、これにより前記所定の空隙以下では前記磁束の絞り込みがピン止め力により妨げられることにより前記磁気的吸引力の減少が発生するように構成し、前記超電導体と前記強磁性体との組み合わせで無制御かつ非接触で安定な浮上を行うことを特徴とする磁気浮上装置。
【請求項２】
前記強磁性体の前記超電導体に対向する面が前記超電導体表面上の前記磁束のピン止めされた領域から空隙長方向と垂直方向にずれており、これにより前記所定の空隙以下では前記磁束の歪曲がピン止め力により妨げられることにより前記磁気的吸引力の減少が発生することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項３】
前記強磁性体が、前記ピン止めされた磁束を前記超電導体表面上に位置する空隙内で絞り込み、かつ前記強磁性体の前記超電導体に対向する面が前記超電導体表面上の前記磁束のピン止めされた領域から空隙長方向と垂直方向にずれており、これにより前記所定の空隙以下では前記磁束を絞り込み、かつ前記磁束の歪曲がピン止め力により妨げられることにより前記磁気的吸引力の減少が発生することを特徴とする請求項１記載の磁気浮上装置。
【請求項４】
前記超電導体の前記強磁性体と対向する面と反対の面側に、前記ピン止めされた磁束と同じ方向の磁束を発生するバイアス用の永久磁石を配置して前記超電導体と前記強磁性体、前記空隙、前記永久磁石とで閉磁気回路を構成することにより、前記超電導体にピン止めされる磁束を増やし、前記超電導体と前記強磁性体との間の磁気的吸引力、及び前記所定の空隙以下での磁気的吸引力の減少の傾向を高め、前記可動部の浮上力及び安定性を向上させることを特徴とする請求項１、２又は３記載の磁気浮上装置。
【請求項５】
前記バイアス用の磁石が、前記永久磁石ではなく前記超電導体の外側あるいは側面に配置した電磁石からなる請求項４記載の磁気浮上装置。
【請求項６】
前記可動部が浮上状態にあるとき、前記バイアス用の電磁石に流す電流を変化させることにより前記超電導体内にピン止めされる磁束量を増減し、前記可動部の浮上力及び前記空隙を制御することを特徴とする請求項５記載の磁気浮上装置。
【請求項７】
前記バイアス用の電磁石を、前記超電導体の磁場中冷却時の磁界発生源としても使用することを特徴とする請求項５又は６記載の磁気浮上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、産業用や医療用のアクチュエータ、モータ、ロボット等に用いられる磁気軸受、非接触浮上装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導体のピン止め効果を利用し、超電導体の相方として永久磁石が必要であるというそれまでの常識を覆したものとして、本願の発明者によって既に提案されている特願平６−６１５４号がある。
【０００３】
この発明は、超電導体の相方に強磁性体を用いるもので、高温超電導磁気浮上装置に用いられる永久磁石を削減或いは不要とすることにより、浮上装置全体の低コスト化、高剛性化を図ったものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特願平６−６１５４号では、超電導体が一方向の磁界中で冷却されており、ピン止め磁束は超電導体のある面から反対面に貫いている。強磁性体が配置されるのは超電導体の片面であり、空隙を介して強磁性体を貫いたピン止め磁束は空間を大きく迂回し、超電導体の反対面へと一巡する、いわゆる開磁気回路となってしまっている。この場合、全磁気回路の磁気抵抗が高いため、強磁性体を貫く磁束数が少なく、したがって磁気的吸引力及び復元力が小さいという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決し、安定かつ強力な浮上・保持力が得られ、しかも安価で機械強度が高く、装置設計の自由度が高い磁気浮上装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、固定部に対し所定の空隙を介して可動部を非接触で浮上させる磁気浮上装置において、前記固定部又は前記可動部のどちらか一方に強力なピン止め力を有する超電導体、もう一方に強磁性体を配置し、前記超電導体を、永久磁石又は電磁石を用いた磁場中で臨界温度以下に冷却して超電導状態とし、或いはゼロ磁場中で臨界温度以下に冷却した前記超電導体に、前記永久磁石又は前記電磁石を用いて下部臨界磁界よりも高い磁界を印加し、前記超電導体にピン止めされた磁束を前記強磁性体に通すことにより発生する前記超電導体と前記強磁性体との間の磁気的吸引力を前記可動部の保持力として利用し、かつ前記空隙が所定の値以下となった場合には、前記磁気的吸引力が減少するような形状を有する前記強磁性体を備え、更に前記超電導体と前記強磁性体、前記空隙とで閉磁気回路を構成することにより前記磁束が一巡する経路の磁気抵抗を低減し、前記強磁性体が前記空隙内で前記ピン止めされた磁束を絞り込むよう、前記超電導体に対向する前記強磁性体の表面積を前記超電導体において磁束がピン止めされている領域の面積より小さくし、これにより前記所定の空隙以下では前記磁束の絞り込みがピン止め力により妨げられることにより前記磁気的吸引力の減少が発生するように構成し、前記超電導体と前記強磁性体との組み合わせで無制御かつ非接触で安定な浮上を行うようにしたものである。
【０００７】
【作用】
本発明によれば、上記したように、固定部あるいは可動部の、超電導体と相対する方に強磁性体を配置し、通常配置される永久磁石を省くことができる。また、鉄、ケイ素鋼のように安価で強度が高く、加工の容易な鋼部材を超電導体の相手として使用するので、浮上装置の低コスト化、機械強度の向上が可能となる。
【０００８】
加えて、磁気回路の磁気抵抗を低く抑えることができるため、ピン止め磁束を有効に利用することができ、浮上力や復元力の向上を図ることができる。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図を参照しながら詳細に説明する。
【００１０】
図１は本発明の第１の実施例を示す磁気浮上装置の斜視図であり、磁気軸受への応用例である。
【００１１】
この図に示すように、主に固定部１１０は強力なピン止め力を有する超電導体１１１と２つの永久磁石１１２ａ及び１１２ｂ、バックヨーク１１３とで構成される。一方、浮上体である可動部１２０はケイ素鋼板などの円盤形積層強磁性体１２１ａ及び１２１ｂ、棒状強磁性体１２２とで構成される。ただし、保冷容器と浮上体の回転駆動部分は図示していない。これらは、空隙を介して永久磁石１１２ａ、バックヨーク１１３、永久磁石１１２ｂ、超電導体１１１、円盤形積層強磁性体１２１ｂ、棒状強磁性体１２２、円盤形積層強磁性体１２１ａ、超電導体１１１のように、磁気的に閉ループを構成している。
【００１２】
円盤形積層強磁性体１２１ａ及び１２１ｂは、超電導体１１１と対向する部分の面積が、超電導体１１１内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、厚さを決定する。
【００１３】
このように構成することで、可動部１２０は、図１に示すように、回転自由、かつ所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に磁気軸受を構成することができる。また、磁路が閉じた構造となっているため、空隙部の磁束密度が高くなり、したがって浮上力や浮上安定性を高くすることができる。
【００１４】
なお、可動部１２０については透磁率を高くし、渦電流による損失を防止するため、円盤形積層強磁性体１２１ａ及び１２１ｂを用いたが、回転数が低く渦電流の発生が無視できたり、高透過率の必要がない場合は、鋼塊から切り出した円盤などを用いてもよい。
【００１５】
本実施例の磁気軸受は単独で用いても良いが、複数用いて、より浮上力の高い、或いは長尺の磁気軸受としても良い。
【００１６】
また、本実施例では漏れ磁束をできるだけ減らし、浮上力及び浮上安定性を高めるために、２つの永久磁石１１２ａ、１１２ｂ及びバックヨーク１１３を超電導体１１１の直上に配置しているが、これらは複数組配置しても良いし、一つの永久磁石と超電導体に接する２つのヨークとで構成しても良い。あるいはこれらを省いたり、永久磁石のみ、またはバックヨーク１１３のみとしても良い。
【００１７】
図２は本発明の第２の実施例を示す磁気浮上装置の斜視図であり、磁気浮上搬送装置への応用例である。
【００１８】
この図に示すように、主に固定部１３０は２つの歯部を持つレール形強磁性体１３１で構成される。一方、浮上体である可動部１４０は強力なピン止め力を有する超電導体１４１と２つの永久磁石１４２ａ及び１４２ｂ、バックヨーク１４３とで構成される。これらは、空隙を介して永久磁石１４２ｂ、バックヨーク１４３、永久磁石１４２ａ、超電導体１４１、レール形強磁性体１３１、超電導体１４１のように、磁気的に閉ループを構成している。ただし、保冷容器と搬送物であるワーク、駆動機構は図示していない。
【００１９】
レール形強磁性体１３１は、超電導体１４１と対向する部分の面積が、超電導体１４１内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、歯部の厚さを決定する
このように構成することで、可動部１４０は、図２に示すように、レール形強磁性体１３１の敷設方向に自由に移動可能、かつ所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。したがって、本実施例に別途駆動機構とワーク支持部を組み合わせれば、容易に磁気浮上搬送装置を構成することができる。
【００２０】
なお、可動部１４０の移動速度が速い場合などで固定部１３０、特にレール形強磁性体１３１の透磁率を高くし、渦電流による損失を防止する必要がある場合には、レール形強磁性体１３１の全体あるいは歯部を積層ケイ素鋼板製としても良い。
【００２１】
本実施例の磁気浮上装置は単独で用いても良いが、複数用いて、より浮上力の高い、或いは長尺の浮上装置としても良い。
【００２２】
また、本実施例では漏れ磁束をできるだけ減らし、浮上力及び浮上安定性を高めるために、２つの永久磁石１４２ａ、１４２ｂ及びバックヨーク１４３を超電導体１４１の直下に配置しているが、これらは複数組配置しても良いし、片面に多極着磁された一つの永久磁石と一つのバックヨーク、又は一つの永久磁石と超電導体に接する２つのヨークとで構成しても良い。あるいはこれらを省いたり、バックヨーク１４３のみとしても良い。
【００２３】
なお、本実施例では磁気回路はレール形強磁性体１３１を横に貫く形で構成されているが、永久磁石１４２ａ及び１４２ｂをレール形強磁性体１３１の長手方向に配置した磁気回路構成としても良い。
【００２４】
図３は本発明の第３の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図であり、磁気軸受への応用例である。
【００２５】
この図に示すように、主に固定部１５０は強力なピン止め力を有する超電導体１５１と軸方向に着磁された円柱形永久磁石１５２ａ及びリング形永久磁石１５２ｂ、バックヨーク１５３とで構成される。一方、浮上体である可動部１６０は中央に円柱形突起を持つカップ形強磁性体１６１で主に構成される。ただし、保冷容器と回転駆動機構、シャフトは図示していない。これらは、空隙を介して円柱形永久磁石１５２ａ、超電導体１５１、カップ形強磁性体１６１の中央の突起部１６１ａ、同外周部１６１ｂ、超電導体１５１、リング形永久磁石１５２ｂ、バックヨーク１５３のように、磁気的に閉ループを構成している。
【００２６】
カップ形強磁性体１６１の中央の突起部１６１ａ及び外周部１６１ｂは、超電導体１５１と対向する部分の面積が、超電導体１５１内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、直径及び厚さを決定する。
【００２７】
このように構成することで、可動部１６０は、図３に示すように、回転自由、かつ、所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に磁気軸受を構成することができる。
【００２８】
なお、本実施例では可動部１６０の回転により磁束を切ることはない。即ち、基本的にカップ形強磁性体１６１には渦電流が発生しないので、ケイ素鋼板の積層など渦電流対策を実施する必要がない。
【００２９】
本実施例の磁気軸受は単独で用いても良いが、２つを用いて別途回転機構の両端に配置した磁気軸受としても良い。
【００３０】
また、本実施例では漏れ磁束をできるだけ減らし、浮上力及び浮上安定性を高めるために、２つの永久磁石１５２ａ、１５２ｂ及びバックヨーク１５３を超電導体１５１の直上に配置しているが、この部分の変形は自由である。例えば、バイアス用として用いている永久磁石１５２ａ及び１５２ｂを省いてバックヨーク１５３のみ、または永久磁石のみとしても良い。
【００３１】
更に、本実施例ではカップ形強磁性体１６１の中央の突起及び外周部の両方で磁束を絞る形状としているが、これを片側のみとし、もう一方には磁束を絞る機構を持たせず単純に吸引力を働かせる形状としても良い。
【００３２】
図４は本発明の第４の実施例を示す磁気浮上装置の断面図であり、フライホイールへの応用例である。
【００３３】
この図に示すように、主に固定部１７０は強力なピン止め力を有する２つの超電導体１７１ａ及び１７１ｂと２つの円筒形永久磁石１７２ａ及び１７２ｂ、バックヨーク１７３とで構成される。一方、浮上体である可動部１８０は慣性体である強磁性体１８１、シャフト１８２とで構成される。ただし、保冷容器と回転駆動機構は図示していない。これらは、空隙を介して円筒形永久磁石１７２ａ、超電導体１７１ａ、強磁性体１８１、超電導体１７１ｂ、円筒形永久磁石１７２ｂ、バックヨーク１７３のように、磁気的に閉ループを構成している。
【００３４】
強磁性体１８１は、超電導体１７１ａ及び１７１ｂと対向する部分の面積が、超電導体１７１ａ及び１７１ｂ内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、厚さを決定する。
【００３５】
このように構成することで、可動部１８０は、図４に示すように、回転自由、かつ、所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易にフライホイール一体型磁気軸受を構成することができる。
【００３６】
本実施例では、可動部１８０の主な構成部品である強磁性体１８１は、回転強度の観点から一体物としているが、機械強度について問題がなく、或いは強磁性体１８１の回転で磁束を切ることにより発生する渦電流が問題になる場合には、強磁性体１８１の超電導体１７１ａ及び１７１ｂと対向する部分を積層セイ素鋼板や固有抵抗の高いフェライトなどで構成しても良い。
【００３７】
また、本実施例では漏れ磁束をできるだけ減らし、浮上力及び浮上安定性を高めるために、２つの円筒形永久磁石１７２ａ、１７２ｂ及びバックヨーク１７３を超電導体１７１ａ及び１７１ｂの直上に配置しているが、この部分の変形は自由である。例えば、永久磁石１７２ａ及び１７２ｂは必ずしも円筒形である必要はなく角柱形でも良いし、バイアス用として用いているこれらの円筒形永久磁石１７２ａ及び１７２ｂをはぶいてバックヨーク１７３のみ、または永久磁石のみとしても良い。
【００３８】
あるいは、本実施例では超電導体と永久磁石とで構成される吸引力の発生部を２つ用いているが、勿論これはより多く用いても良い。
【００３９】
更に、本実施例の磁気軸受は単独で用いても良いが、複数用いて、より浮上力の高い、或いは長尺の磁気軸受としても良い。
【００４０】
図５は本発明の第５の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図であり、宇宙空間などの無重力状態において使用される磁気軸受を示している。
【００４１】
この図に示すように、主に固定部１９０は全く同形の２つの支持部に分かれており、リング形に加工され強力なピン止め力を有する超電導体１９１ａ及び１９１ｂと、この超電導体１９１ａ及び１９１ｂを取り巻く形に等間隔で配置される永久磁石１９２ａ〜１９２ｆ、更に外側のバックヨーク１９３ａ及び１９３ｂとで構成される。なお、図中手前のカット部に配置されるべき永久磁石２つ、保冷容器、回転駆動機構は図示していない。一方、浮上体である可動部２００はケイ素鋼板などの円盤形積層強磁性体２０１ａ及び２０１ｂ、シャフト２０２とで構成される。これらは、それぞれの支持部において空隙を介して磁気的に閉ループを構成している。
【００４２】
円盤形積層強磁性体２０１ａ及び２０１ｂは、超電導体１９１ａ及び１９１ｂと対向する部分の面積が、超電導体１９１ａ及び１９１ｂ内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、その厚さを決定する。
【００４３】
このように構成することで、可動部２００は、図５に示すように、回転自由、かつ所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に磁気軸受を構成することができる。
【００４４】
なお、可動部２００については透磁率を高くし、渦電流による損失を防止するため円盤形積層強磁性体２０１ａ及び２０１ｂを用いたが、回転数が低く渦電流の発生が無視できたり高透磁率の必要がない場合は、鋼塊から切り出した円盤などを用いても良い。
【００４５】
本実施例の磁気軸受は単独で用いても良いが、複数用いて、より浮上力の高い、或いは長尺の磁気軸受としても良い。
【００４６】
本実施例では超電導体１９１ａ及び１９１ｂの直上に配置している永久磁石は各４つとしているが、特にその数量を限定するものではない。
【００４７】
また、本実施例では浮上力及び浮上安定性を高めるために、固定部１９０にバイアス用の永久磁石１９２ａ〜１９２ｆ、バックヨーク１９３ａ及び１９３ｂを具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク１９３ａ及び１９３ｂのみ、または永久磁石のみとしても磁気軸受を構成することができる。
【００４８】
更に、本実施例を縦型とする、あるいは、図５のような横型のままでも重力方向の吸引力を小さくするなどすれば、重力の働く環境でも使用が可能である。
【００４９】
図６は本発明の第６の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図であり、可動部の浮上力或いは浮上空隙の可変機構を持つ浮上装置の例である。
【００５０】
この図に示すように、主に固定部２１０は強力なピン止め力を有する円盤形超電導体２１１と、この円盤形超電導体２１１上に等間隔で配置される円弧形永久磁石２１２ａ〜２１２ｄ、円盤形バックヨーク２１３とで構成される。一方、浮上体である可動部２２０はカップ形強磁性体２２１とシャフト２２２とで構成される。ただし、保冷容器及び回転駆動機構は図示していない。これらは、それぞれの支持部において空隙を介して磁気的に閉ループを構成している。
【００５１】
カップ形強磁性体２２１は、円盤形超電導体２１１と対向する外周部分が、円盤形超電導体２１１内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域よりも小さい幅を持ち、かつ、その幅が連続的に変化する部分を円弧形永久磁石２１２ａ〜２１２ｄの個数分持っている。
【００５２】
このように構成することで、カップ形強磁性体２２１の回転により円弧形永久磁石２１２ａ〜２１２ｄ直下に位置する部分の幅が変化し、これによりカップ形強磁性体２２１に働く磁気的吸引力及び磁束を絞る効果が増減する。つまり、可動部２２０の浮上力或いは浮上空隙を可変にすることが可能となる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に浮上力或いは浮上空隙を可変にすることができる磁気浮上装置を構成することができる。
【００５３】
なお、本実施例では超電導体２１１の直上に配置している永久磁石は４つとしているが、特にその数量を限定するものではない。
【００５４】
更に、本実施例では浮上力及び浮上安定性を高めるために、固定部２１０にバイアス用の円弧形永久磁石２１２ａ〜２１２ｄ、円盤形バックヨーク２１３を具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク２１３のみ、または永久磁石のみとしても良い。
【００５５】
図７は本発明の第７の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図であり、アキシャル及びスラスト方向の剛性を高めた磁気軸受の例を示している。
【００５６】
この図に示すように、主に固定部２３０は円盤形超電導体２３１ａ及びリング形超電導体２３１ｂと、この超電導体２３１ａ及び２３１ｂの外側に配置される円盤形永久磁石２３２ａ及びリング形永久磁石２３２ｂ、更に外側を覆う形のバックヨーク２３３で構成される。一方、浮上体である可動部２４０はシャフトである棒状強磁性体２４１、円盤形強磁性体２４２とで構成される。ただし、保冷容器及び回転駆動機構は図示していない。
【００５７】
これらは、空隙を介して円盤形永久磁石２３２ａ、円盤形超電導体２３１ａ、棒状強磁性体２４１の先端部２４１ａ、円盤形強磁性体２４２、リング形超電導体２３１ｂ、リング形永久磁石２３２ｂ、バックヨーク２３３のように、磁気的に閉ループを構成している。
【００５８】
棒状強磁性体２４１と円盤形強磁性体２４２は、円盤形超電導体２３１ａ及びリング形超電導体２３１ｂと対向する部分の面積が、円盤形超電導体２３１ａ及びリング形超電導体２３１ｂ内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、その直径及び厚さを決定する。
【００５９】
このように構成することで、可動部２４０は、図７に示すように、回転自由、かつ、所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。また、先に示した実施例と異なり、主にアキシャル方向に支持力を発生する機構と、主にスラスト方向に支持力を発生する機構とを組み合わせることにより、可動部２４０の浮上剛性及び安定性を高めることができる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に高剛性と高安定性を図った磁気軸受を構成することができる。
【００６０】
なお、本実施例では可動部２４０の回転により磁束を切ることがない。即ち、基本的に棒状強磁性体２４１及び円盤形強磁性体２４２には渦電流が発生しないので、ケイ素鋼板の積層など渦電流対策を実施する必要がない。
【００６１】
本実施例の磁気軸受は単独で用いても良いが、複数用いて、より浮上力の高い、或いは長尺の磁気軸受としても良い。
【００６２】
また、本実施例では浮上力及び浮上安定性を高めるために、固定部２３０にバイアス用の円盤形永久磁石２３２ａ及びリング形永久磁石２３２ｂ、バックヨーク２３３を具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク２３３のみ、または永久磁石のみとしても磁気軸受を構成することができる。
【００６３】
図８は本発明の第８の実施例を示す磁気浮上装置の断面図である。
【００６４】
この実施例も、アキシャル及びスラスト方向の剛性をより高めた磁気軸受の例を示している。
【００６５】
この図に示すように、主に固定部２５０は、可動部２６０の回転中心と４５°の角度を持って配置される、強力なピン止め力を有する直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄと、この直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄの外側に配置される直方形永久磁石２５２ａ〜２５２ｄ、更に外側のバックヨーク２５３ａ及び２５３ｂで構成される。一方、浮上体である可動部２６０は円形断面を持つリング形強磁性体２６１ａ及び２６１ｂ、シャフトを兼ねる強磁性体２６２とで構成され、リング形強磁性体２６１ａ及び２６１ｂと強磁性体２６２とは溶接などにより固定してある。ただし、保冷容器と回転駆動機構は図示していない。
【００６６】
これらは、空隙を介して直方形永久磁石２５２ｃ、直方形超電導体２５１ｃ、リング形強磁性体２６１ｂ、強磁性体２６２、リング形強磁性体２６１ａ、直方形超電導体２５１ａ、直方形永久磁石２５２ａ、バックヨーク２５３ａの順で表されるループと、直方形永久磁石２５２ｄ、直方形超電導体２５１ｄ、リング形強磁性体２６１ｂ、強磁性体２６２、リング形強磁性体２６１ａ、直方形超電導体２５１ｂ、直方形永久磁石２５２ｂ、バックヨーク２５３ｂの順で表されるループのように、磁気的に２つの閉ループを構成している。
【００６７】
リング形強磁性体２６１ａ及び２６１ｂは、直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄと対向する部分の面積が、直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄ内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、その大きさを決定する。
【００６８】
このように構成することで、可動部２６０は、図８に示すように、回転自由、かつ、所定の空隙をもって安定に吊り下げられる。また、先に示した実施例と異なり、直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄを可動部２６０の回転中心と４５°の角度を持って配置することにより、可動部２６０のアキシャル方向とスラスト方向の浮上剛性及び安定性を高めることができる。したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に高剛性と高安定性を図った磁気軸受を構成することができる。
【００６９】
また、円形断面を持つリング形強磁性体２６１ａ及び２６１ｂと強磁性体２６２とを組み合わせるだけで可動部２６０を構成できるので、可動部の製作が非常に容易になる。しかし、可動部２６０の両端の形状は、特にこれと限定するものではない。
【００７０】
なお、本実施例も可動部２６０の回転により磁束を切ることがない。即ち、基本的にリング形強磁性体２６１ａ及び２６１ｂ、強磁性体２６２には渦電流が発生しないので、ケイ素鋼板の積層など渦電流対策を実施する必要がない。
【００７１】
また、本実施例では浮上力及び浮上安定性を高めるために、固定部２５０にバイアス用の直方形永久磁石２５２ａ〜２５２ｄ、バックヨーク２５３ａ及び２５３ｂを具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク２５３ａ及び２５３ｂのみ、または永久磁石のみとしても磁気軸受を構成することができる。勿論、バックヨーク２５３ａ、２５３ｂは一体物としても良い。
【００７２】
更に、直方形超電導体２５１ａ〜２５１ｄとバイアス用の直方形永久磁石２５２ａ〜２５２ｄは直方形である必要はなく、円柱形の物を用いても良い。
【００７３】
図９は本発明の第９の実施例を示す磁気浮上装置の断面図であり磁気軸受への応用例である。
【００７４】
この図に示すように、主に固定部２７０は強力なピン止め力を有する超電導体２７１ａ及び２７１ｂと軸方向に着磁された永久磁石２７２ａ及び２７２ｂ、バックヨーク２７３とで構成される。一方、浮上体である可動部２８０は、鼓形でその両端に複数の円形溝を彫って歯部を形成してある歯付き強磁性体２８１で構成される。ただし、保冷容器及び回転駆動機構は図示していない。
【００７５】
これらは、空隙を介して永久磁石２７２ａ、超電導体２７１ａ、歯付き強磁性体２８１の左端歯部２８１ａ、強磁性体２８１の内部、歯付き強磁性体２８１の右端歯部２８１ｂ、超電導体２７１ｂ、永久磁石２７２ｂ、バックヨーク２７３のように、磁気的に開ループを構成している。
【００７６】
強磁性体２８１の両端は、それぞれ超電導体２７１ａ及び２７１ｂと対向する部分の面積が磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、かつ歯部表面をできるだけ多くの磁束が通るよう、各歯の厚さ及び溝の幅、深さを決定する。
【００７７】
また、上述のような磁束を絞る効果と、磁束ピン止め領域の外側に強磁性体を配置して得られる磁束を引っ張る効果とを合わせ持つよう、強磁性体（歯付き）２８１の両端の直径を、永久磁石２７２ａ及び２７２ｂよりも大きくし、かつ、超電導体２７１ａ及び２７１ｂの磁束ピン止めしていない、あるいはピン止めされた磁束が十分に少ない表面に対向する、強磁性体（歯付き）２８１の両端部分にも歯を持たせている。
【００７８】
このように構成することで、可動部２８０は、図９に示すように、回転自由、かつ、所定の空隙を持って安定につり下げられる。
【００７９】
したがって、別途モータなどの回転駆動機構を本実施例に組み合わせることにより、容易に磁気軸受を構成することができる。
【００８０】
本実施例の磁気浮上装置は単独で用いてもよいが、複数用いて、より浮上力の高い、あるいは長尺の浮上装置としてもよい。
【００８１】
なお、本実施例でも可動部２８０の回転により磁束を切ることがない。即ち、基本的に強磁性体（歯付き）２８１の両端には渦電流が発生しないので、ケイ素鋼板の積層など渦電対策を実施する必要がない。
【００８２】
また、本実施例では浮上力及び浮上安定性を高めるために、固定部２７０にバイアス用の永久磁石２７２ａ、２７２ｂ及びバックヨーク２７３を具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク２７３のみ、または永久磁石のみとしても磁気軸受を構成することができる。
【００８３】
図１０は本発明の第１０実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図であり、磁気浮上搬送装置への応用例である。
【００８４】
この図に示すように、主に、固定部２９０は、ケイ素鋼板などの積層強磁性体２９１を４つと、これらを支持する支持台２９２とで構成される。一方、浮上体である可動部３００は強力なピン止め力を有する超電導体３０１と２つの永久磁石３０２ａ及び３０２ｂ、バックヨーク３０３とで構成される。ただし、駆動機構及び保冷容器は図示していない。
【００８５】
これらは空隙を介して永久磁石３０２ａ、超電導体３０１、積層強磁性体２９１、超電導体３０１、永久磁石３０２ｂ、バックヨーク３０３のように、磁気的にループを構成している。
【００８６】
積層強磁性体２９１は、超電導体３０１と対向する部分の面積が超電導体３０１内で磁束（図示せず）をピン止めしている領域の面積よりも小さくなるよう、かつ歯部表面をできるだけ多くの磁束が通るよう、各歯の厚さ及び歯間距離、高さを決定する。
【００８７】
また、上述のような磁束を絞る効果と、第９実施例のような磁束ピン止め領域の外側に強磁性体を配置するときの効果とを併せ持つよう、超電導体３０１の磁束をピン止めしていない、あるいはピン止めされた磁束が十分に少ない表面に対向する、固定部２９０の部分にも積層強磁性体２９１を配置している。
【００８８】
このように構成することで、可動部３００は、図１０に示すように、移動自由、かつ、所定の空隙を持って安定につり下げられる。
【００８９】
したがって、別途駆動機構とワーク支持部を組み合わせれば、容易に磁気浮上搬送装置を構成することができる。
【００９０】
なお、可動部３００の移動速度が遅い場合などで固定部２９０、特に積層強磁性体（歯部）２９１の透磁率が高い必要はなく、または、渦電流による損失を無視できる場合には、歯部２９１を鋼塊から切り出して製作してもよい。
【００９１】
本実施例の磁気浮上装置は単独で用いてもよいが、複数用いて、より浮上力の高い、あるいは長尺の浮上装置としてもよい。
【００９２】
また、本実施例では、漏れ磁束をできるだけ減らすために、２つの永久磁石３０２ａ、３０２ｂ及びバックヨーク３０３を超電導体３０１の直下に配置しているが、これを複数配置しても良いし、１つの永久磁石と超電導体に接する２つのヨークとで構成してもよい。
【００９３】
さらに、本実施例では、浮上力及び浮上安定性を高めるために、可動部３００にバイアス用の永久磁石３０２ａ及び３０２ｂ、バックヨーク３０３を具備しているが、これらを省いたり、バックヨーク３０３のみ、または永久磁石のみとしても良い。永久磁石の配置も、本実施例に限定するものではない。支持台２９２は強磁性と非磁性のどちらかの材料で製作してもよいことは言うまでもない。
【００９４】
上記実施例で示した超電導体と強磁性体とでなる磁気浮上装置を、電磁石と強磁性体、電磁石と永久磁石、超電導体と永久磁石、あるいは超電導体と電磁石とからなる通常の磁気浮上装置と組み合わせることで、装置全体における制御の簡略化、性能向上を図ることができることは言うまでもない。
【００９５】
また、一部の例を除き、可動部と固定部の役割を入れ替える、即ち、実施例で固定部と説明したものを可動部とし、可動部と説明したものを固定部としてもよい。
【００９６】
更に、上記実施例では超電導体の冷媒として液体窒素を使用しているが、超電導体の臨界温度が十分高ければ、その温度に応じて液体酸素等の別の冷媒を用いても良い。また、超電導体の臨界温度が常温よりも高い場合は、保冷容器及び冷媒は用いなくても良い。
【００９７】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００９８】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、少なくとも超電導体と強磁性体の組み合わせのみで、無制御で、非接触かつ安定な浮上を行うことができる。しかも、機械的強度が高く、シンプルで、かつ低コストであり、設計の自由度も大きな磁気浮上体装置を提供することができる。
【００９９】
特に、磁気浮上体装置を軸受として持つ電力貯蔵用フライホイールに、本発明を適用する場合、可動部であるフライホイールに永久磁石を取り付ける必要がない。
【０１００】
したがって、永久磁石の機械的強度でホイールの回転速度が限定されてしまうこともなくなり、その実用的効果は著大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す磁気浮上装置の斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す磁気浮上装置の斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図である。
【図４】本発明の第４の実施例を示す磁気浮上装置の断面図である。
【図５】本発明の第５の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図である。
【図６】本発明の第６の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図である。
【図７】本発明の第７の実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図である。
【図８】本発明の第８の実施例を示す磁気浮上装置の断面図である。
【図９】本発明の第９の実施例を示す磁気浮上装置の断面図である。
【図１０】本発明の第１０実施例を示す磁気浮上装置の一部を断面とした斜視図である。
【符号の説明】
１１０，１３０，１５０，１７０，１９０，２１０，２３０，２５０，２７０，２９０    固定部
１１１，１４１，１５１，１７１ａ，１７１ｂ，１９１ａ，１９１ｂ，２７１ａ，２７１ｂ，３０１    超電導体
１１２ａ，１１２ｂ，１４２ａ，１４２ｂ，１９２ａ〜１９２ｆ，２７２ａ，２７２ｂ，３０２ａ，３０２ｂ    永久磁石
１１３，１４３，１５３，１７３，１９３ａ，１９３ｂ，２３３，２５３ａ，２５３ｂ，２７３，３０３    バックヨーク
１２０，１４０，１６０，１８０，２００，２２０，２４０，２６０，２８０，３００    可動部
１２１ａ，１２１ｂ，２０１ａ，２０１ｂ    円盤形積層強磁性体
１２２，２４１    棒状強磁性体
１３１    レール形強磁性体
１５２ａ    円柱形永久磁石
１５２ｂ，２３２ｂ    リング形永久磁石
１６１，２２１    カップ形強磁性体
１６１ａ    カップ形強磁性体の中央の突起部
１６１ｂ    カップ形強磁性体の外周部
１７２ａ，１７２ｂ    円筒形永久磁石
１８１    強磁性体（慣性体）
１８２，２０２，２２２    シャフト
２１１，２３１ａ    円盤形超電導体
２１２ａ〜２１２ｄ    円弧形永久磁石
２１３    円盤形バックヨーク
２３１ｂ    リング形超電導体
２３２ａ    円盤形永久磁石
２４１ａ    棒状強磁性体の先端部
２４２    円盤形強磁性体
２５１ａ〜２５１ｄ    直方形超電導体
２５２ａ〜２５２ｄ    直方形永久磁石
２６１ａ，２６１ｂ    リング形強磁性体
２６２    強磁性体（兼シャフト）
２８１    強磁性体（歯付き）
２８１ａ    強磁性体の左端歯部
２８１ｂ    強磁性体の右端歯部
２９１    積層強磁性体
２９２    支持台
【図１】
0003571389.tif 000002
【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】
0003571389.tif 000007
【図７】
0003571389.tif 000008
【図８】
0003571389.tif 000009
【図９】
0003571389.tif 000010
【図１０】
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