(57)【要約】【課題】磁気遮蔽効果を向上させた超電導磁気勾配浮上システムを提供する。【解決手段】レーストラック形状の超電導コイル１の内側に概略長方形状の超電導磁気遮蔽体２ａが対向して配置され、その対向配置された超電導磁気遮蔽体２ａの間に鉄等に代表される強磁性体３が配置され、その強磁性体３を空間に浮上させるシステムを構成する。ここで、超電導磁気遮蔽体２ａは、超電導材料からなる超電導板を複数枚積層して構成されている。これによって、積層した超電導板の第１層（超電導コイル１側）の超電導板内の誘導電流が大きくなり、臨界電流を迎えて遮蔽効果が低減しても、第２層以下の領域において遮蔽効果を補足する誘導電流が発生し、超電導板を単層で配置した従来構成に比して大きな磁気遮蔽効果を期待することができる。【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ことにより、強磁性体を空間に浮上又は自らが空間に浮上する超電導磁気勾配浮上システムにおいて、
前記磁気遮蔽体として、超電導材料によって製作された板を複数枚積層させた複合体を用い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】
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ことにより、強磁性体を空間に浮上又は自らが空間に浮上する超電導磁気勾配浮上システムにおいて、
前記磁気遮蔽体として、断面形状を略コの字型又は略エの字型とした超電導板を用い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３】
請求項２記載の超電導磁気勾配浮上システムにおいて、
前記磁気遮蔽体は、超電導板を複数枚積層させた複合体であることを特徴とする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】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
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。このとき、外部からの磁場が強くなるに伴って発生する誘導電流の値は大きくなるが、無限に大きくなることができるわけではなく、超電導材料特有の臨界電流値を迎えると超電導状態を維持できなくなり、流れていた誘導電流は減衰して、遮蔽効果が低減することになる。そのため、より有効な磁気遮蔽効果を期待するには、超電導材料自体の特性改善を行うか、磁気遮蔽体としての構造を工夫することによって改善させる必要がある。
【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（以下、超電導磁気遮蔽体）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させたり、あるいは逆に自らが空間に浮上することのできるシステムである。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、鉄に代表される強磁性体を安定的に三次元浮上させことが可能となる。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。
【０００４】
図３に、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コイル１、超電導磁気遮蔽体１２，２２、強磁性体３から構成されている。超電導コイル１によって強力な磁場が発生するが、磁気遮蔽体１２，２２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、超電導磁気遮蔽体１２，２２の内側（超電導コイル１の内側）領域では、超電導磁気遮蔽体１２，２２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３は、中央位置から超電導磁気遮蔽体１２，２２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、上下方向についても同様に、強磁性体３の安定位置は中央になる。これによって、中央に配置された強磁性体３は、安定的に中央空間に完全に浮上することができる。これが磁気勾配浮上である。
【０００５】
本システムを構成するに当たっては、強力な磁石と有効な磁気遮蔽機能が要求されるが、前者は超電導磁石を使用することによって近年容易に満足の得られるものが達成できる。
これに対して、磁気遮蔽に関しては、従来一般的には超電導材料による板又は超電導バルクを敷き詰めることが考えられるが、現実には強力な超電導磁石の磁場を有効に遮蔽するには不充分な面があった。すなわち、磁気遮蔽を司る超電導材料による板又は超電導バルクが十分な磁気遮蔽をできないまま、内部に生じる遮蔽電流が大きくなり臨界電流値を超えて遮蔽機能が低減するという問題があった。
【０００６】
特に、磁気勾配浮上システムの大型化にあたっては、超電導磁気遮蔽体１２，２２も大きな物が必要となるが、超電導バルク体は大きな物を作ることが技術的に難しい。このため従来は、例えば図３（ａ）に示すように、超電導バルク体１２をタイル状に複数個並べた超電導磁気遮蔽体１２を使用することとなる。しかし、この際、超電導バルク体１２のつなぎ目では超電導電流が相互に流れることが出来ないため、全体としての遮蔽効果が薄れる上、つなぎ目から磁場が漏れて磁気遮蔽特性を悪化させてしまうこともある。
【０００７】
また、図３（ｂ）に示すように、１枚の大きな超電導板を用いた超電導磁気遮蔽体２２を使用することも考えられるが、この場合は磁気遮蔽性能が不十分となる。したがってどちらも超電導磁気勾配浮上システムに適用するには十分な遮蔽性能を発揮できなかった。
【０００８】
そこで本発明は、磁気遮蔽効果を向上させた超電導磁気遮蔽体を用いた磁気勾配浮上システムを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するためになされた請求項１記載の超電導磁気勾配浮上システムは、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ことにより、強磁性体を空間に浮上又は自らが空間に浮上するシステムであるが、磁気遮蔽体として、超電導材料によって製作された板を複数枚積層させた複合体を用いた。
【００１０】
このように複数枚の超電導材料からなる板を積層させることにより、第１層の超電導板内の誘導遮蔽電流が臨界電流を迎えて遮蔽効果が低減した後に、第２層の超電導板内に誘導遮蔽電流が発生し、以下、第３層以上存在する場合であっても同様に、第ｎ−１層の超電導板内の誘導遮蔽電流が臨界電流を迎えて遮蔽効果が低減した後に、第ｎ層の超電導板内に誘導遮蔽電流が発生するため、これらの相乗効果として有効な磁気遮蔽効果を発揮させることとなる。
【００１１】
この磁気遮蔽体として用いる「超電導材料によって製作された板を複数枚積層させた複合体」としては、多層超電導板を単独又は複数枚重ねることによって構成することが考えられる。なお、ここでいう「板」の概念には一般には「膜」と呼ばれているものも含めて考えることができる。つまり、超電導薄膜を多数積層することで「多層超電導膜」を構成した場合、これも本発明における複合体として用いることが可能である。例えば超電導体であるニオブチタンを銅などの安定材と共に薄い膜の多層構造に積層し磁場中での超電導特性を向上したものが知られており、比較的大面積のものも応用されている。したがって、このような比較的大面積の薄い膜（あるいは板）を何枚か重ね合わせれば、継ぎ目のない磁気遮蔽板の（見かけ上の）１枚板が構成されるため、これを磁気勾配浮上システムに適用することで、大きなループ電流が流れ磁気遮蔽特性は大幅に向上する。
【００１２】
一方、上記の目的を達成するためになされた請求項２記載の超電導磁気勾配浮上システムは、やはり、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ことにより、強磁性体を空間に浮上又は自らが空間に浮上するシステムであるが、磁気遮蔽体として、断面形状を略コの字型又は略エの字型とした超電導板を用いている。
【００１３】
このように磁気遮蔽体としての超電導板の断面形状を略コの字型又は略エの字型とすることによって、磁気遮蔽体の誘導電流密度が最も大きくなる端部における電流の流路断面積を増加して電流密度を低減せしめ、有効な磁気遮蔽効果を確保することができる。つまり、磁気遮蔽体全体を厚くしなくても端部だけ厚くすれば、同じ性能の超電導材料であっても遮蔽体としての全体性能は向上する。特に、厚さを確保することが困難な場合であっても、このように端部の見かけ上の厚さが確保できればよいので、現実的にも有効である。なお、例えば略コの字型に形成する手法としては、元々は平板状の超電導板の両端を折り曲げて形成してもよいし、最初から略コの字型に形成してもよい。
【００１４】
なお、磁気遮蔽体の断面形状を略コの字型又は略エの字型にすることによって、より広範囲の磁気遮蔽を行うことができ、超電導磁気勾配浮上システムの浮上特性を改善する効果も期待される。つまり、このように上下端の厚さを増やした場合には、単純な平板を用いた場合に比べて磁気遮蔽体のコイル側に閉じ込められていた磁場の一部が、磁気遮蔽体の磁性体側に導かれるため、同じ磁場発生源を用いた場合でもより多くの磁場を浮上安定特性に利用可能となるからである。
【００１５】
また、このような請求項２記載の構成を前提として、さらに磁気遮蔽体を、超電導板を複数枚積層させた複合体で構成することも考えられる（請求項３）。このようにすれば、遮蔽効果を有効に高めるとともに、超電導磁気勾配浮上システムの特性を向上させるという総合的な効果が期待される。
【００１６】
なお、多層超電導板は磁気遮蔽特性に異方性があり、板に垂直にかかる磁場中における臨界電流値は、平行にかかる磁場中における臨界電流値よりも低い。磁気勾配浮上システムで、磁気遮蔽体に電流が多く流れるのは上下端であるが、多層超電導板を単純に平板として重ねて用いた場合、この端部にかかる磁場が垂直磁場となり、遮蔽板の性能はあまり良くない領域で使用することとなる。板の上下端にて折り曲がるような形状とすることで、端部の磁場が多層超電導板に対する平行磁場になるため、超電導板そのものの性能が向上するという効果もある。
【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ことは言うまでもない。
【００１８】
［第１実施例］
図１（ａ）は、第１実施例の磁気勾配浮上システムの概略構成を示す説明図である。なお、図３に示した従来構成と同様の部分については、同様の番号を付してある。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、本実施例の磁気勾配浮上システムは、磁場発生用超電導コイル（以下、単に超電導コイル）１と、超電導磁気遮蔽体２ａとを備えている。超電導コイル１はレーストラック形状にされており、その内側に概略長方形状の超電導磁気遮蔽体２ａが対向して配置されている。そして、その対向配置された超電導磁気遮蔽体２ａの間に鉄等に代表される強磁性体３が配置され、その強磁性体３を空間に浮上させるシステムを構成する。
【００２０】
超電導コイル１によって強力な磁場が発生するが、超電導磁気遮蔽体２ａ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、超電導磁気遮蔽体２ａの内側（強磁性体３を配置する空間）領域では、超電導磁気遮蔽体に近い領域ほど磁場の弱い領域が形成され、該領域に配置された強磁性体３は、中央位置から超電導磁気遮蔽体２ａの方向に近づくと、中央に戻る方向に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、上下方向についても同様に、強磁性体の安定位置は中央になる。これによって、中央に配置された強磁性体３は、安定的に中央空間に完全に浮上することができる。これが、磁気勾配浮上システムの基本原理である。
【００２１】
ここで、本実施例の超電導磁気遮蔽体２ａは、超電導材料からなる超電導板を複数枚積層して構成されている。これによって、積層した超電導板の第１層（超電導コイル１側）の超電導板内の誘導電流が大きくなり、臨界電流を迎えて遮蔽効果が低減しても、第２層以下の領域において遮蔽効果を補足する誘導電流が発生し、超電導板を単層で配置した図３に示す従来の実施例に比して大きな磁気遮蔽効果を期待することができる。なお、本実施例では超電導材料としてニオブチタンを用いているが、酸化物高温超電導体でもその他の超電導材料でも同様に多層積層構成にして用いることができる。
【００２２】
［第２実施例］
図１（ｂ）は、第２実施例の磁気勾配浮上システムの概略構成を示す説明図である。なお、図１（ａ）に示した第１実施例の構成と同様の部分については、同様の番号を付してある。
【００２３】
第２実施例における超電導磁気遮蔽体２ｂは、その断面形状が略「コの字型」になるように形成されており、「コの字型」の開口部分がレーストラック形状の超電導コイル１に沿うように配置されている。略コの字型に形成する手法としては、元々は平板状の超電導板の両端を折り曲げて形成してもよいし、最初から略コの字型に形成してもよい。
【００２４】
このように端部において折り曲げ部４を有する超電導磁気遮蔽体２ｂを用いることにより、次のような有意な効果が得られる。つまり、超電導コイル１に電流を供給して磁場を強くするに伴い、超電導磁気遮蔽体２ｂ内に遮蔽電流が流れるが、この遮蔽電流は超電導磁気遮蔽体２ｂの端部で高い電流密度を発生することになる。これに対して本第２実施例の超電導磁気遮蔽体２ｂの構成においては、この電流密度が高くなる領域において折り曲げ部４を有していることにより、超電導磁気勾配浮上システムとして必要な空間を阻害することなく超電導磁気遮蔽体２ｂ内の電流密度を低減させることが可能となる。その結果、より有効な磁気遮蔽効果を期待することができる。
【００２５】
また、超電導磁気遮蔽体２ｂの断面形状が略コの字型であれば、より広範囲の磁気遮蔽を行うことができ、超電導磁気勾配浮上システムの浮上特性を改善する効果も期待される。つまり、上下端の厚さを増やした場合には、単純な平板を用いた場合に比べて（超電導磁気遮蔽体２ｂの）超電導コイル１側に閉じ込められていた磁場の一部が、（超電導磁気遮蔽体２ｂの）磁性体側に導かれるため、同じ磁場発生源を用いた場合でもより多くの磁場を浮上安定特性に利用可能となるからである。
【００２６】
［第３実施例］
図２（ａ）は、第３実施例の磁気勾配浮上システムに用いる超電導磁気遮蔽体２ｃの概略説明図である。なお、超電導磁気遮蔽体２ｃ以外の構成は第１あるいは第２実施例と同様なので、図示及び説明を省略する。
【００２７】
本実施例の超電導磁気遮蔽体２ｃは、第１実施例のように超電導材料からなる超電導板を複数枚積層して構成すると共に、第２実施例のように断面形状が略「コの字型」にされて端部に折り曲げ部４が形成されている。
このようにすれば、第１及び第２実施例の構成にてそれぞれ発揮される効果を併せ持つことができる。
【００２８】
また、多層超電導板は磁気遮蔽特性に異方性があり、板に垂直にかかる磁場中における臨界電流値は平行にかかる磁場中における臨界電流値よりも低い。磁気勾配浮上システムで、超電導磁気遮蔽体に電流が多く流れるのは上下端であるが、多層超電導板を単純に平板として重ねて用いた場合、この端部にかかる磁場が垂直磁場となり、遮蔽板の性能はあまり良くない領域で使用することとなる。そこで、本第３実施例のように多層超電導板を用いてその上下端にて折り曲がるような形状とすることで、端部の磁場が多層超電導板に対する平行磁場になるため、超電導板そのものの性能が向上するという効果も得られる。
【００２９】
なお、図２（ａ）に示す実施例では、超電導磁気遮蔽体２ｃの全体形状における断面形状が略「コの字型」にされていたが、例えば図２（ｂ），（ｃ）に示すように、超電導磁気遮蔽体２ｃの全体形状としては平板形状（断面形状「Ｉ型」とも表現できる）であるが、積層する超電導板の一部の断面形状が略「コの字型」にされていてもよい。例えば図２（ｂ）に示す超電導磁気遮蔽体２ｄでは、断面形状が略「コの字型」の超電導板が複数枚積層されたものが２組と、断面形状「Ｉ型」の超電導板が複数枚積層されたものが１組あり、それらを組み合せて全体の断面形状が「Ｉ型」に構成されている。また、図２（ｃ）に示す超電導磁気遮蔽体２ｅでは、断面形状が略「コの字型」の超電導板が複数枚積層されたものが１組と、断面形状「Ｉ型」の超電導板が複数枚積層されたものが１組あり、それらを組み合せて全体の断面形状が「Ｉ型」に構成されている。
【００３０】
これらいずれの場合においても、超電導板を積層することによる効果に加え、超電導磁気遮蔽体２ｄ，２ｅの端部においては超電導板の折り曲げ部４が存在することとなり、その部位での磁場は多層超電導板に対する平行磁場になるため、やはり超電導板そのものの性能が向上するという効果が得られる。
【００３１】
［その他の実施例］
（１）上記第２又は第３実施例では、超電導磁気遮蔽体２ｂ，２ｃの断面形状を略コの字型としたが、これは、超電導磁気遮蔽体の誘導電流密度が最も大きくなる端部における電流の流路断面積を増加して電流密度を低減せしめ、有効な磁気遮蔽効果を確保することを主な目的としている。したがって、同様の効果が得られる形状としては、例えば断面略「エの字型」であってもよい。つまり、これらの形状を採用することで、超電導磁気遮蔽体２ｂ、２ｃ全体を厚くしなくても端部だけ厚くすれば、同じ性能の超電導材料であっても遮蔽体としての全体性能は向上する。特に、厚さを確保することが困難な場合であっても、このように端部の見かけ上の厚さが確保できればよいので、現実的にも有効である。
【００３２】
（２）上記実施例では、磁気勾配浮上システムの構成として、超電導コイル１をレーストラック形状のコイルとし、超電導磁気遮蔽体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅの全体形状を平板として表現したが、超電導コイル１が円形で、超電導磁気遮蔽体２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅが円筒形状の場合についても全く同様の考え方を適用できる。この場合も、断面形状が略「コの字型」にされて端部に折り曲げ部を形成すれば、上述した第２実施例等の場合と同様の効果が得られる。
【００３３】
（３）上記実施例では、磁場発生用として超電導コイル１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によって構成してもよく、原理的には何ら変わりはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１、第２実施例の磁気勾配浮上システムの概略説明図である。
【図２】第３実施例の磁気勾配浮上システムに用いる超電導磁気遮蔽体の概略説明図である。
【図３】従来技術による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…磁場発生用超電導コイル
２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ，２ｅ，１２，２２…超電導磁気遮蔽体
３…強磁性体
４…折り曲げ部
【図１】
2004014847.tif 000003
【図２】
2004014847.tif 000004
【図３】
2004014847.tif 000005