(57)【要約】【課題】レールに沿って浮上体を浮上させて移動させる搬送システムへ適用される超電導磁気勾配浮上システムにおいて、浮上力・案内力特性を向上させ、システムの性能を向上させる。【解決手段】強磁性体レール１は、強磁性体の連続体ではなく、分割片となる強磁性体１ａが強磁性体レール１の長手方向に所定間隔で配置されて成る。つまり、強磁性体１ａ間には常磁性体としての空気が存在するため、超電導コイル２によって発生した強力な磁場は、強磁性体１ａ内において「強磁性体レール１の長手方向」に流れる磁束を大幅に低減させ、磁束の大部分を、強磁性体レール１の長手方向に垂直な方向、つまり浮上力や案内力を得るのに必要となる上下、左右方向に流すことができる。これによって、超電導コイル２の作る磁場が上下方向に流れ、十分な浮上安定特性を確保することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁場発生源と超電導材料からなる磁気遮蔽体を組み合わせて特殊な磁場分布空間を構成する浮上体と、鉄などの強磁性体レールとの間に安定的な相互電磁力作用を作り出すことにより、前記浮上体を空間に浮上させ、前記強磁性体レールに沿って移動させる超電導磁気勾配浮上システムにおいて
前記強磁性体レールを、
長手方向に沿って強磁性体と常磁性体とを交互に配置し、前記磁場発生源から発生されて前記強磁性体を通る磁束が前記強磁性体レールの長手方向に垂直な方向に形成されるよう構成したこと
を特徴とする超電導磁気勾配浮上システム。
【請求項２】
前記強磁性体レールの長手方向に隣接する１つの強磁性体と１つの常磁性体とで構成される１ピッチ中における前記強磁性体の割合は、３０％〜８０％であることを特徴とする請求項１に記載の超電導磁気勾配浮上システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導コイルに代表される磁場発生源と超電導材料からなる磁気遮蔽体を組み合わせて構成する超電導磁気勾配浮上システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
超電導材料の特徴の一つとして、外部からの磁場を遮蔽する機能がある。これは、例えば超電導材料によって形成した板を超電導状態にした後、外部から磁場を増加させると、磁場の侵入を妨げるために超電導板内部に発生する誘導電流が減衰しないため、磁気遮蔽効果が継続するためである。
【０００３】
このような磁気遮蔽効果を有効に利用する特殊なシステムとして、磁気勾配浮上システム（別名ミックスドミュー［Ｍｉｘｅｄ−μ］浮上システム）がある。磁気勾配浮上システムは、一般に強力な磁場を発生する超電導磁石と超電導材料からなる磁気遮蔽体を組み合わせることによって、対象となる空間に特殊な磁場分布を形成し、これによって該空間に強磁性体を浮上体として浮上させたり、あるいは逆に超電導磁石と超電導磁気遮蔽体を備える構成を浮上体として空間に浮上させることのできるシステムである。
【０００４】
一般に強磁性体は、磁場中に置くとより磁場の強い方向に引き寄せられ、結果的に磁場発生源に吸着してしまうものであるが、本システムでは、上記超電導磁気遮蔽体の効果により、空間内に特殊な磁場分布を作ることができ、アクティブな制御を要することなく、浮上体を安定的に三次元浮上させることが可能となる。
【０００５】
この浮上方式は、前記強磁性体をレールとして地上側に設置することで、超電導磁石と磁気遮蔽体から構成される浮上体を、安定的に浮上させ、レールに沿って移動させる搬送システムに応用することが可能である。このような現象は、超電導体による磁気遮蔽体を使用しない限り発生させることは不可能な事柄であり、磁気勾配浮上システムは今後の発展が期待される新しいシステムである。
【０００６】
図３に、超電導磁気勾配浮上システムに関する代表的な構成例を示す。この磁気勾配浮上システムは、磁場発生用の超電導磁界発生コイル（以下、超電導コイルと称す）１０２、磁気遮蔽体１０３、強磁性体１０１から構成されている。超電導コイル１０２によって強力な磁場が発生するが、磁気遮蔽体１０３を貫通しようとする磁場はその磁気遮蔽機能によって遮蔽される。これによって、磁気遮蔽体１０３の内側（超電導コイル１０２の内側）領域では、磁気遮蔽体１０３に近い領域ほど磁場の弱い領域が形成され、その領域に配置された強磁性体１０１は、中央位置から磁気遮蔽体１０３の方向に近づくと、中央に戻る方向へ磁気力が働くこととなり、左右方向の安定性が確保できる。また、上下方向については磁気遮蔽体１０３が無くても、強磁性体１０１の安定位置は中央になる。これによって、超電導コイル１０２、磁気遮蔽体１０３を備える浮上体は、中央に配置された強磁性体１０１との相互電磁力作用により、安定的に空間に完全に浮上することができる。これが超電導磁気勾配浮上である（例えば、非特許文献１参照。）。
【０００７】
【非特許文献１】
Ｄ．Ｉ．Ｊｏｎｅｓ，  Ａ．Ｗ．Ｐａｔｔｕｌｌｏ，  Ｒ．Ｊ．Ａ．Ｐａｕｌ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ  ｏｆ  ｅｄｄｙ−ｃｕｒｒｅｎｔ  ｅｆｆｅｃｔｓ  ｉｎ  ｔｈｅ  ｍｉｘｅｄ−ｍｕ  ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ，  Ｐｒｏｃ  １０ｔｈ  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ  Ｌｅｖｉｔａｔｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  Ｈａｍｂｕｒｇ，  Ｇｅｒｍａｎｙ，（１９８８）ｐｐ．３６１−３７０．
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した搬送システムへの適用を考えた場合、例えば強磁性体１０１を鉄のレールとして細長く配置する必要があるため、そのレールとしての強磁性体（以下、強磁性体レールとも称す。）１０１に沿って移動する浮上体側の超電導コイル１０２が作る磁束の大部分は強磁性体レール１０１を通じてレール長手方向に流れてしまう（図３に太い矢印で示した「磁束の流れ」参照。）。そのため、浮上力や案内力を得るために必要な上下方向や左右方向へは十分な量の磁束が流れない。このような状況では、超電導磁気勾配浮上方式を搬送システムとして適用しても、十分な浮上力・案内力を確保することができず、安定浮上が困難であった。
【０００９】
そこで本発明では、レールに沿って浮上体を浮上させて移動させる搬送システムへ適用される超電導磁気勾配浮上システムにおいて、浮上力・案内力特性を向上させ、システムの性能を向上させることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記の目的を達成するためになされた請求項１に係る超電導磁気勾配浮上システムは、磁場発生源（２：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて実施の形態中で用いた符号を付すが、この符号によって特許請求の範囲を限定することを意味するものではない。）と超電導材料からなる磁気遮蔽体（３）を組み合わせて特殊な磁場分布空間を構成する浮上体と、鉄などの強磁性体レール（１）との間に安定的な相互電磁力作用を作り出すことにより、浮上体を空間に浮上させ、強磁性体レール（１）に沿って移動させる超電導磁気勾配浮上システムであるが、強磁性体レール（１）を次のように構成した。すなわち、長手方向に沿って強磁性体（１ａ）と常磁性体（図１においては空気が該当する）とを交互に配置し、磁場発生源（２）から発生されて強磁性体（１ａ）を通る磁束が強磁性体レール（１）の長手方向に垂直な方向に形成されるよう構成したのである。
【００１１】
例えば図１においては、磁場発生源としての超電導コイル（２）を用いているが、直線部分（２ａ）に関しては、本来その直線部分に垂直な面内において磁束が発生する。しかし、鉄は空気に比べて１０００倍程度磁束を通し易いため、図３に示すように強磁性体レール１０１が連続体であると、その長手方向に沿って磁束が流れることとなる。
【００１２】
それに対して本発明においては、上記構成の強磁性体レール（１）を採用したことにより、強磁性体（１ａ）内において「強磁性体レール（１）の長手方向」に流れる磁束を大幅に低減させ、磁束の大部分を、「強磁性体レール（１）の長手方向に垂直な方向」、つまり浮上力や案内力を得るのに必要となる上下、左右方向に流すことが可能となる（図１に太い矢印で示した「磁束の流れ」参照。）。この結果、浮上力・案内力特性を大幅に向上させたシステムを実現できる。
【００１３】
なお、常磁性体としては種々のものを採用できるが、上述した空気の例でも説明したように常磁性体は強磁性体に比べて磁束を通しにくいので、常磁性体を挟んだ２つの強磁性体（１ａ）間では磁束が流れにくくなる。そして、磁場発生源（詳しくは、図１の場合であれば超電導コイル２の直線部分２ａ）から発生される磁束は、もともと強磁性体レール（１）の長手方向に垂直な方向に流れようとするものであるため、その方向への磁束の流れを確保できることとなる。
【００１４】
このような磁束の流れを確保する観点からは、強磁性体レール（１）の長手方向に隣接する１つの強磁性体（１ａ）と１つの常磁性体とで構成される１ピッチ中における強磁性体（１ａ）の割合として、例えば３０％〜８０％程度とすることが考えられる。さらに好ましくは、４０％〜７０％程度とすることが考えられる。
【００１５】
例えば渦電流の発生回避といった目的のために強磁性体を分割して間に絶縁体を配置することは公知の技術であるが、そのような目的のためであればその絶縁体は薄くてもかまわない。したがって、例えば強磁性体の割合が９０％や９５％といった程度で問題なく、また強磁性体部分が多い方が好ましいため、製作が難しいといった理由がなければ極力薄い絶縁体を用いるのが一般的である。
【００１６】
しかしながら、本発明の場合は磁束の流れを問題にしているため、常磁性体の割合が少なすぎる場合、逆に言えば強磁性体（１ａ）の割合が多すぎる場合には、間隔があったとしても強磁性体（１ａ）間で磁束が通り易くなり所期の目的を達成できなくなる。そのため、常磁性体を挟んで位置する強磁性体（１ａ）間での磁束の流れがなくなる、あるいは大幅に低減する程度まで常磁性体の割合を確保する必要がある。上述したように強磁性体の割合が９０％や９５％といった状態では浮上力・案内力特性の向上が見込まれないため、常磁性体の割合を少なくとも２０％程度、つまり強磁性体（１ａ）の割合を最大でも８０％程度に抑えないと実用性の面で問題があると考えられる。このように、渦電流の発生回避目的のために強磁性体を分割して間に絶縁体を配置する従前技術と本願発明とは、その着眼点から異なり、技術思想的にも異質のものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明が適用された実施例について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得る。
【００１８】
図１は、実施例の超電導磁気勾配浮上システムの概略構成を示す説明図である。本実施例では、強磁性体レール１に対して浮上した浮上体が、その強磁性体レール１に沿って移動する搬送システムへの適用を前提としている。
浮上体は、磁場発生源としての超電導磁界発生コイル（超電導コイル）２、磁気遮蔽体３を備えている。超電導コイル２はレーストラック形状にされており、その内側に、超電導材料によって形成された板又は超電導バルクを用いて形成された長方形状の磁気遮蔽体３が対向して配置されている。そして、その対向配置された磁気遮蔽体３の間に強磁性体レール１が配置される。なお、本実施例の場合には、強磁性体レール１は上下に２本配置されており、その２本の強磁性体レール１それぞれを両側から挟むように磁気遮蔽体３が計４つ配置されている。一方、超電導コイル２は左右にそれぞれ１つずつ配置されるが、上述のようにレーストラック形状であるため、上下にそれぞれ直線部分２ａが存在することとなる。この２つの直線部分２ａがそれぞれ２本の強磁性体レール１に対応する配置となる。
【００１９】
次に、強磁性体レール１の構成について説明する。本実施例の強磁性体レール１は、図３に示した従来構成の強磁性体レール１０１のように強磁性体の連続体ではなく、図１に示すように、分割片となる強磁性体１ａが強磁性体レール１の長手方向に所定間隔で配置されて成る構成である。つまり、強磁性体１ａ間には空気が存在することとなり、これが常磁性体に相当する。つまり、強磁性体レール１の長手方向において強磁性体１ａと常磁性体とが交互に配置されるようになっている。そして、本実施例の場合には、強磁性体レール１の長手方向に隣接する１つの強磁性体１ａと１つの常磁性体（この場合は空気）とで構成される１ピッチ中における強磁性体１ａの割合が５０％にされている。例えば厚さが１００ｍｍの強磁性体１ａであれば、その厚さと同じ１００ｍｍの間隔で強磁性体１ａを配置する。なお、この１００ｍｍという数値は一例であり、適宜、状況に応じた設計変更が可能である。また、１ピッチ中における強磁性体１ａの割合に関しても、５０％に限らず、例えば３０％〜８０％程度とすることが考えられる。さらに好ましくは、４０％〜７０％程度とすることが考えられる。
【００２０】
このように、強磁性体１ａが常磁性体（本実施例では空気）を間に挟んで配置される構成の強磁性体レール１を採用した結果、超電導コイル２によって発生した強力な磁場は、強磁性体１ａ内において「強磁性体レール１の長手方向」に流れる磁束を大幅に低減させ、磁束の大部分を、強磁性体レール１の長手方向に垂直な方向、つまり浮上力や案内力を得るのに必要となる上下、左右方向に流すことができる。（図１中の「磁束の流れ」参照。）。これは、常磁性体としての空気は強磁性体としての鉄に比べて１０００倍程度磁束を通しにくいので、図１において空気を隔てて存在する２つの強磁性体１ａ間では磁束が流れにくくなる。そして、磁場発生源である超電導コイル２（の直線部分２ａ）から発生される磁束は、もともと強磁性体レール１の長手方向に垂直な方向に流れようとするものであるため、上述した構成によって強磁性体レール１の長手方向に流れにくくなることで、本来の方向、つまり強磁性体レール１の長手方向に垂直な方向への磁束の流れを確保できることとなる。この結果、浮上力・案内力特性を大幅に向上させたシステムを実現できる。
【００２１】
［他の実施例］
（１）超電導コイルや磁気遮蔽体、強磁性体レールのバリエーションに関しては上記実施例に限定されず種々の態様が採用できる。例えば図２に示すように、超電導コイル２２を鞍型形状とし、磁気遮蔽体２３もその鞍型形状の超電導コイル２２に対応する形状にされている
この場合の強磁性体レール２１としては、図１に示す強磁性体レール１と同様の構成を採用することができるが、例えば、常磁性体として空気以外を用いてもよい。つまり、図１に示した強磁性体レール１は、連続体ではなく分割片の強磁性体１ａを所定間隔で配置してその間には何も介さないことによって、結果的にその間の空気を常磁性体として利用するものであった。しかし、例えば図２に示すように、コンクリートやプラスチック等の常磁性体からなる分割片を準備し、分割片の強磁性体１ａと交互に積層していくことで、連続体ではありながら、強磁性体１ａは連続して配置されない構成とすることも可能である。
【００２２】
なお、このような強磁性体レールを連続体として構成する場合、常磁性体の方は必ずしも分割片である必要はない。例えば常磁性体からなる櫛形の長尺固定枠を準備し、その櫛歯の間に鉄等の強磁性体をそれぞれ配置してもよい。このようにしても、強磁性体が常磁性体を間に挟んで配置される構成の強磁性体レールを実現できる。
【００２３】
（２）上記実施例では、磁場発生用として超電導コイル２を採用したが、必ずしも超電導材料によって構成する必要はなく、例えば常電導コイルや永久磁石、さらに着磁された超電導バルク材によって構成してもよく、原理的には何ら変わりはない。
【００２４】
（３）また、上記実施例では、図１に例示するように強磁性体レール１の長手方向に並ぶ強磁性体１ａは、ちょうど強磁性体レール１の長手方向に垂直な面で分割したような形状とされていたが、強磁性体レール１の長手方向に垂直な面から傾いた面で分割したような形状（平行四辺形等）としてもよい。これは、進行方向にかかる電磁力が浮上体の移動に伴って変動するのを防ぐための公知の手法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の超電導磁気勾配浮上システムの概略説明図である。
【図２】別実施例の概略説明図である。
【図３】従来技術による超電導磁気勾配浮上システムの概略説明図である。
【符号の説明】
１，２１…強磁性体レール、１ａ…強磁性体、２，２２…超電導磁界発生コイル、２ａ…直線部分、３，２３…磁気遮蔽体、１０１…（従来の）強磁性体レール、１０２…（従来の）超電導磁界発生コイル、１０３…（従来の）磁気遮蔽体。
【図１】
2004335541.tif 000003
【図２】
2004335541.tif 000004
【図３】
2004335541.tif 000005