(57)【要約】【課題】一次コイルへの通電により二次コイルに磁気的反発力を発生させ、浮上コイルを安定した状態で浮上させる。【解決手段】複数のコイルを並設した駆動台上に、１つの浮上用のコイルを接離自在に配置し、駆動台側のコイルと浮上用のコイルのいずれか一方を両端が電源に接続された一次コイル、他方を超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとし、これら一次コイルと二次コイルの軸線方向を垂直方向とし、浮上用のコイルを駆動台上の中央位置に載置すると共に、該浮上用のコイルの中心軸線を中心点とする周方向に複数の駆動台側のコイルを等角度間隔をあけて配置し、一次コイルへの通電により発生する磁束と反発する磁束を二次コイルに発生させて、磁束の反発力により浮上用のコイルを浮上させ、該浮上用のコイルを周方向に配置している駆動台側のコイルとの反発力で中心位置に浮上保持する構成としている。【選択図】図６
2007325410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを並設した駆動台上に浮上用のコイルを接離自在に配置し、
前記駆動台側のコイルと前記浮上用のコイルのいずれか一方を両端が電源に接続された一次コイル、他方を超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとし、これら一次コイルと二次コイルの軸線方向を垂直方向とし、
前記浮上用のコイルを前記駆動台上に載置すると共に、該浮上用のコイルの載置位置及びその外周位置に複数の前記駆動台側のコイルを配置し、
前記一次コイルへの通電により発生する磁束と反発する磁束を二次コイルに発生させて、磁束の反発力により浮上用のコイルを浮上させ、該浮上用のコイルを駆動台側のコイルとの反発力で浮上保持する構成としていることを特徴とする超電導アクチュエータ。
【請求項２】
前記駆動台側の複数のコイルを両端が電源に接続された複数の一次コイルとする一方、前記浮上用のコイルを超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとし、
駆動台側の複数の一次コイルへの通電で前記浮上用の二次コイルを浮上させて駆動台の所定位置に浮上させている請求項１に記載の超電導アクチュエータ。
【請求項３】
前記駆動台側の複数のコイルを夫々超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとする一方、前記浮上用のコイルを電源に接続した一次コイルとし、
浮上用の一次コイルへの通電で前記駆動台側の二次コイルに磁束を発生させて、該浮上用の一次コイルを浮上させて駆動台の所定位置に浮上させている請求項１に記載の超電導アクチュエータ。
【請求項４】
前記電源に接続する一次コイルを常電導線あるいは超電導線から形成している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導アクチュエータ。
【請求項５】
前記浮上用のコイルを前記駆動台の中心位置に配置すると共に、前記駆動台の周縁に沿って前記駆動台側のコイルを配置し、該駆動台側のコイルと前記浮上用のコイルとの反発力で前記浮上用のコイルが前記駆動台から落下するのを防止している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導アクチュエータ。
【請求項６】
前記浮上用のコイルは１つとし、前記駆動台側の複数のコイルの外径は浮上用のコイルの外径以下として、該浮上用のコイルと対向配置する駆動台側のコイルを囲んで密に配置し、あるいは、
前記浮上用のコイルと対向位置の中心には駆動台側にコイルを配置せず、前記中心を囲む周方向で且つ大径の前記浮上コイルとの間で互いに反発する磁束を発生させる位置に駆動台側のコイルを配置している請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の超電導アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気浮上装置に関し、詳しくは、一次コイルへの通電により二次コイルに一次コイルに発生する磁束と反対方向の磁束を発生させて反発力を生じさせ、この反発力により浮上コイルを浮上させるものであり、この浮上を観察することで教材用またはデモ用装置とし、あるいは、反発力を利用した産業用途のアクチュエータとする。
【背景技術】
【０００２】
従来、磁気によって物体を浮上させる装置が提供されている。
例えば、バルク超電導体を永久磁石の上に浮上させる実験が行われたり、また、特開平５−１５０１０号公報（特許文献１）では、図１５に示す磁気浮上式走行装置１が提供されている。走行車２が浮上走行する軌道３は、該軌道３上に軌道の長さ方向と直交する方向に所定パターンに磁束が分布する磁場を形成するための永久磁石４が複数個敷設して構成されている一方、走行車２には塊状の高温超電導体（図示せず）が設けられている。このような構成とすることにより、永久磁石４によって発生する磁束と反対方向の磁束が走行車２内の高温超電導体に発生し、該高温超電導体が永久磁石４に反発して、走行車２が軌道３上に浮上する。
なお、磁気浮上式走行装置１には、走行車２を軌道３上を移動させるためにリニア誘導モータ固定子等も設けている。
【０００３】
しかしながら、特許文献１で提供されている磁気浮上式走行装置１では、走行車２の浮上に寄与する磁束の発生源が永久磁石４であるため、この磁束の大きさが常に一定である。よって、この構造をアクチュエータに用いようとしても、浮上する側の高温超電導体を固定側の永久磁石４に対して離反あるいは近接する方向に移動させることはできない。
【０００４】
また、前記磁気浮上式走行装置１を超電導の性能を示すための教材用として設ける場合、装置が大掛かりとなって教材用としては不適切である。また、永久磁石と高温超電導体を１つずつ取り出して高温超電導体が永久磁石上で浮上する教材用装置を設けたとしても、高温超電導体が一定高さで浮上し続けるだけであり、さらに、浮上した高温超電導体を安定した状態で一定位置に浮上させておくには、高温超電導体にガイド軸を通す等して支持する必要がある。このような装置では、学習者の興味を引き付けるには不十分である。
【特許文献１】特開平５−１５０１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、一次コイルへの通電により二次コイルに磁気的反発力を発生させ、浮上用のコイルを安定した状態で浮上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するため、本発明は、複数のコイルを並設した駆動台上に浮上用のコイルを接離自在に配置し、
前記駆動台側のコイルと前記浮上用のコイルのいずれか一方を両端が電源に接続された一次コイル、他方を超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとし、これら一次コイルと二次コイルの軸線方向を垂直方向とし、
前記浮上用のコイルを前記駆動台上に載置すると共に、該浮上用のコイルの載置位置及びその外周位置に複数の前記駆動台側のコイルを配置し、
前記一次コイルへの通電により発生する磁束と反発する磁束を二次コイルに発生させて、磁束の反発力により浮上用のコイルを浮上させ、該浮上用のコイルを駆動台側のコイルとの反発力で浮上保持する構成としていることを特徴とする超電導アクチュエータを提供している。
【０００７】
前記構成によれば、一次コイルへの通電により磁束が発生すると、一次コイルと対向配置させた二次コイルには、一次コイルに発生した磁束を打ち消すような電流が流れて、一次コイルに発生した磁束と反対方向の磁束が発生する。これにより、浮上用のコイルを磁気的反発力により駆動台側のコイルと離反する方向に移動させることができる。
また、二次コイルを超電導線により形成しているため、超電導線の両端を接続した接続部以外は抵抗がなく、二次コイルに一旦電流が流れると長時間流れ続け、浮上用のコイルを駆動台側のコイルから離反した所定の位置に留めておくことができる。
【０００８】
前記駆動台側の複数のコイルを両端が電源に接続された複数の一次コイルとする一方、前記浮上用のコイルを超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとする場合、
駆動台側の複数の一次コイルへの通電で前記浮上用の二次コイルを浮上させて駆動台の所定位置に浮上させている。
【０００９】
前記構成によれば、駆動台側の一次コイルへの通電により浮上させた浮上用の二次コイルが所定位置からズレそうになると、二次コイルを浮上させるために通電した一次コイルの周囲に配置した一次コイルへ通電することにより、位置ズレしようとする二次コイルと周囲の一次コイルとの間に磁気的反発力が生じ、二次コイルを元の位置に戻すことができる。これにより、浮上させた二次コイルを支持部材を用いることなく常に所定位置に安定した状態で浮上させておくことができる。
また、駆動台側の一次コイルへの通電を切り替えることにより、浮上用の二次コイルを垂直方向だけでなく水平方向へも移動させることができる。
【００１０】
一方、前記駆動台側の複数のコイルを夫々超電導線の両端を接続して閉回路とした二次コイルとする一方、前記浮上用のコイルを電源に接続した一次コイルとする場合、
浮上用の一次コイルへの通電で前記駆動台側の二次コイルに磁束を発生させて、該浮上用の一次コイルを浮上させて駆動台の所定位置に浮上させている。
【００１１】
前記構成によれば、駆動台の所定位置に配置した浮上用の一次コイルに通電すると、一次コイルと該一次コイルに対向配置された駆動台側の二次コイルとの間に磁気的反発力が生じ、一次コイルが浮上する。この浮上した一次コイルが所定位置から位置ズレすると、所定位置の二次コイルに対して一次コイルの位置ズレ方向に隣接する二次コイルに一次コイルの磁束を打ち消そうとする磁束が発生し、今度は一次コイルと所定位置の二次コイルに隣接する二次コイルとの間に磁気的反発力が発生する。この反発力により一次コイルを元の所定位置に戻して、一次コイルを所定位置に安定した状態で浮上させることができる。
【００１２】
また、前記一次コイルへの通電量調節手段を備え、浮上用のコイルの浮上高さを調節可能としている。
前記構成によれば、浮上用のコイルの浮上に寄与する磁束を永久磁石ではなく（一次）コイルによって発生させているため、一次コイルへの通電量を変えることにより発生する磁束の大きさも変えることができ、これにより一次コイルと二次コイルとの離間距離を変えることができる。
即ち、一次コイルへの通電量を大きくすれば浮上用のコイルが駆動台に対して離反方向へ移動する一方、一次コイルへの通電量を小さくすれば浮上用のコイルが一次コイルに対して近接する方向へ移動する。よって、一次コイルへの通電量を周期的に変化させると、浮上用のコイルを往復直線運動させて動力を得ることができる。
【００１３】
また、本発明の超電導アクチュエータを教材用とした場合、浮上用のコイルが一定位置で浮上しているだけでなく、一次コイルに通電する電流値を変化させることにより、浮上用のコイルが駆動台に対して離反および近接方向に移動するため、学習者の関心を惹きつけることができる。
さらに、一次コイルと接続する電源は定電圧電源装置でよいが、本発明の超電導アクチュエータを教材用とする場合には、電源を乾電池としていることが好ましい。これにより、高価な定電圧電源装置ではなく日常的に用いられている乾電池でも浮上用のコイルを浮上させることができ、超電導の優れた性能を示すことができる。
【００１４】
前記電源に接続する一次コイルを常電導線あるいは超電導線から形成している。
前記一次コイルを超電導線から形成すると、一次コイルを小さくでき、超電導アクチュエータ自体も小型化することができる。
また、一次コイルに発生した磁束は二次コイルに発生した逆方向の磁束により打ち消されるため、一次コイルにかかる磁場が小さくなり、超電導線からなる一次コイルへ通電できる電流値を大きくすることができる。
一方、一次コイルを常電導線から形成すれば、冷却構造をなくして装置を簡易なものとすることができる。
【００１５】
前記超電導線としては、例えば、ビスマス系超電導線が好適に用いられる。ビスマス系超電導線は７７ケルビン程度で十分に超電導状態となるため、液体水素、液体窒素等をためた冷却容器内に収容しておくことで所要時間、超電導状態を維持することができる。
【００１６】
前記二次コイルを形成する超電導線は両端を半田付けにより接続し、該接続部における抵抗をＲ、前記二次コイルのインダクタンスをＬとし、前記二次コイルに電流が流れ続ける時間を表す時定数Ｌ／Ｒを０．１ミリ秒以上に設定している。
詳細には、二次コイルに蓄積されるエネルギーはＥｓは、
Ｅｓ＝１／２×Ｌ×Ｉ２（Ｌは二次コイルのインダクタンス、Ｉは電流値）、
二次コイルで消費されるエネルギーＥｃは、
Ｅｃ＝Ｒ×Ｉ２×時間（Ｒは二次コイルの接続部における抵抗）であり、
電流が１／ｅ（ｅは自然対数の底）まで減衰する時間はＬ／Ｒで表される。
二次コイルを超電導線により形成することにより時定数Ｌ／Ｒを０．１ミリ秒以上に設定でき、時定数Ｌ／Ｒで設定した０．１ミリ秒以上の間は、二次コイルに電流を流し続けることができ、二次コイルを十分長い時間浮上させておくことができる。
例えば、時定数Ｌ／Ｒで設定した０．１ミリ秒以上としておけば、本発明の超電導アクチュエータを加振機に利用でき産業用として用いることができる。
また、時定数Ｌ／Ｒを１秒以上１時間以下とすると、本発明の超電導アクチュエータを用いた授業等において、浮上用のコイルが徐々に下降するのを観察することができる。
なお、二次コイルのインダクタンスＬを小さくすると、時定数Ｌ／Ｒが小さくなり二次コイルに流れる電流が短時間で低下して浮上用のコイルが下降するため、目視で簡単に浮上用のコイルの下降を観察することができる。
また、時定数Ｌ／Ｒを１時間以上に設定して、教材用ではなく産業用の超電導アクチュエータとしてもよい。
【００１７】
また、本発明の超電導アクチュエータは前記二次コイルを超電導温度に冷却する冷却手段を備えている。
本発明の超電導アクチュエータを超電導の性能を示す教材用とする場合、予め一次コイルと二次コイルを冷却手段となる冷却容器内に収容して超電導温度まで冷却しておき、一次コイルへ通電して浮上用のコイルが浮上した状態を冷却容器から取り出して生徒等の学習者に見せることができる。
なお、冷却容器自体を透明な素材により形成しておけば、一次コイルと二次コイルを冷却容器に収容したままでも浮上用のコイルが浮上した状態を見せることができるため、このような場合には、一次コイルと二次コイルを冷却手段から取り出し可能としておく必要はない。
【００１８】
また、浮上用のコイルを二次コイルとする場合、前記冷却手段は前記二次コイルに付設されており、前記二次コイルに追従して移動させる構成としてもよい。
特に、一次コイルが常電導線からなる場合には、一次コイルを冷却する必要がないため、二次コイルのみを冷却手段により冷却しておけばよく、冷却手段も二次コイルの移動に追従する構成としてもよい。二次コイルは電源に接続されていない閉回路であるため、該二次コイルのみを例えば冷却容器に収容する構成とすれば、装置自体を簡易な構造とすることができる。
【００１９】
前記浮上用のコイルを前記駆動台の中心位置に配置すると共に、前記駆動台の周縁に沿って前記駆動台側のコイルを配置し、該駆動台側のコイルと前記浮上用のコイルとの反発力で前記浮上用のコイルが前記駆動台から落下するのを防止していることが好ましい。
前記構成によれば、浮上用のコイルが常に駆動台の中心位置に浮上しているため、外観がよく教材用やデモ用装置として最適である。
また、駆動台の周縁に沿って配置したコイルにより浮上用のコイルが駆動台から落下するのを確実に防止することができる。
【００２０】
前記浮上用のコイルは１つとし、前記駆動台側の複数のコイルの外径は浮上用のコイルの外径以下として、該浮上用のコイルと対向配置する駆動台側のコイルを囲んで密に配置し、あるいは、
前記浮上用のコイルと対向位置の中心には駆動台側にコイルを配置せず、前記中心を囲む周方向で且つ大径の前記浮上コイルとの間で互いに反発する磁束を発生させる位置に駆動台側のコイルを配置していることが好ましい。
【００２１】
前記構成によれば、駆動台側のコイルを小径としているため、浮上用のコイルが少しでも所定位置からズレると浮上用のコイルと駆動台側の中心位置周辺のコイルとの間に磁気的反発力が発生し、浮上用のコイルを所定位置に戻すことができる。
特に、浮上用のコイルと対向位置の中心に駆動台側のコイルを配置していない場合には、中心位置における反発力が周囲で発生する反発力より小さいため、浮上用のコイルをより確実に所定位置で浮上させておくことができる。
【００２２】
前記駆動台側のコイルのうち、浮上用のコイルと同一軸線上に配置したコイルよりも周囲に配置したコイルの巻数を大としていることが好ましい。
駆動台側のコイルを一次コイル、浮上用のコイルを二次コイルとして、浮上用のコイルと同一軸線上に配置したコイルよりも周囲に配置したコイルの巻数を大とすると、一次コイルに均一な電流を通電しても同一軸線上のコイルよりも周囲のコイルに大きな磁束が発生する。よって、同一軸線上よりも周囲の方で一次コイルと二次コイルとの間に大きな反発力が発生し、浮上用のコイルは反発力の小さな位置に安定した状態で浮上する。
【発明の効果】
【００２３】
前述したように、本発明によれば、一次コイルへの通電により磁束が発生すると、一次コイルと対向配置させた二次コイルには、一次コイルに発生した磁束を打ち消すような電流が流れて、一次コイルに発生した磁束と反対方向の磁束が発生する。これにより、浮上用のコイルを磁気的反発力により駆動台と離反する方向に移動させることができる。
また、二次コイルを超電導線により形成しているため、超電導線の両端を接続した接続部以外は抵抗がなく、二次コイルに一旦電流が流れると長時間流れ続け、二次コイルを所定の離反位置に留めておくことができる。
さらに、駆動台側に設けた複数のコイルに生じる反発力により、所定位置から位置ズレしようとする浮上用のコイルを所定位置に戻すことができるため、保持部材を用いることなく浮上用のコイルを安定した状態で浮上させることができる。
本発明の超電導アクチュエータは簡易な構造により超電導の性能を確認できるため、教材用として適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図８は、本発明の第１実施形態を示し、超電導アクチュエータ１０は、教材用として超電導の性能を目視的に示すものであり、複数のコイル２１を並設した駆動台２０と、該駆動台２０上に接離自在に配置する１つの浮上用のコイル３０と、該浮上用のコイル３０と接続した電源４０とからなる。即ち、本実施形態では電源４０と接続した浮上用のコイル３０を一次コイル、該浮上用のコイル３０に対向配置した駆動台２０側のコイル２１を二次コイルとしている。
【００２５】
前記駆動台２０には、図２に示すように、超電導線からなるコイル２１をＸ方向およびＹ方向に７個ずつマトリクス状に並列させて収容した断熱材からなる冷却容器２２を埋設している。即ち、駆動台２０の中心に配置したコイル２１Ａに隣接するコイル２１Ｂは、コイル２１Ａの中心点Ｏに対して周方向に９０度の等角度間隔をあけて配置し、コイル２１Ｂの外周側に隣接するコイル２１Ｃは中心点Ｏに対して周方向に４５度の等角度間隔をあけて配置し、さらに、コイル２１Ｃの外周側に隣接するコイル２１Ｄは、中心点Ｏに対して周方向に３０度の等角度間隔をあけて配置している。駆動台２０の周縁に沿って配置したコイル２１は浮上させたコイル３０が駆動台２０から落下するのを防止するために設けている。
駆動台２０に冷却容器２２を埋設した状態で、コイル２１の軸線は垂直方向となっている。
【００２６】
駆動台２０側のコイル２１はビスマス系超電導線からなる超電導コイルであり、内径７０ｍｍ、外径１００ｍｍ、高さ１０ｍｍ、巻き数１００ターンのダブルパンケーキコイルであり、コイル２１を形成する超電導線の両端を銀によって溶接して閉回路としている。なお、コイル２１の超電導線の両端を半田付けしてもよい。
コイル２１を収容した冷却容器２２は、その上面を駆動台２０の上面に露出させている。なお、冷却容器２２には冷媒となる液体窒素を液体窒素タンクから供給したり、気化した窒素を排除するための配管を接続しているが図示を省略している。また、本実施形態では、１つの冷却容器２２に複数の一次コイル２１を並列配置で複数収容しているが、１つの冷却容器２２にコイル２１を１つずつ収容してもよい。
【００２７】
一方、浮上用のコイル３０も超電導線からなり、図３に示すように、断熱性を有する冷却容器３１に収容しており、冷却容器３１の底壁内面に接触するように配置している。該冷却容器３１にコイル３０を収容した状態で、コイル３０の軸線は垂直方向となっている。
コイル３０もビスマス系超電導線からなる超電導コイルであり、内径７０ｍｍ、外径１６０ｍｍ、高さ１０ｍｍ、巻き数３００ターンのダブルパンケーキコイルであり、コイル３０を形成する超電導線の両端をリード線３２を介して電源４０に接続している。即ち、浮上用のコイル３０の外径を駆動台２０側のコイル２１の外径よりも大きく設定している。なお、図３ではリード線３２の図示を省略しているが、リード線３２を冷却容器３１を貫通させて外部に引き出している。
なお、浮上用のコイル３０は移動するものであるため冷却容器３１には冷媒の供給等を行うための配管は接続しておらず、液体窒素等の冷媒が不足した場合には補充可能な構成としている。
また、本実施形態では浮上用のコイル３０を１つとしているが、複数個の浮上用のコイル３０を駆動台２０上に浮上させてもよい。
【００２８】
図４は超電導アクチュエータ１０の回路図であり、電源４０は複数の１．５Ｖの乾電池４１を並列に接続している。
本実施形態では、駆動台２０側のコイル２１（二次コイル）の半田付け部における抵抗ｒｃを３Ω、保護抵抗ｒｐを０．５Ω、乾電池４１の内部抵抗ｒｉを０．５Ω、浮上用のコイル３０（一次コイル）に接続したリード線３２の配線抵抗ｒｗを０．０１Ωとしている。また、各乾電池４１に対してそれぞれスイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４…を設けている。
まず、スイッチＳＷ１をオンすると、浮上用のコイル３０に流れる電流値はＶ／（ｒｐ＋ｒｉ＋ｒｗ）＝１．５／０．５＋０．５＋０．０１≒１．５Ａとなる。
この状態で、スイッチＳＷ２をオンすると、コイル３０に流れる電流値はＶ／（１／（１／（ｒｐ＋ｒｉ）＋１／（ｒｐ＋ｒｉ））＋０．０１）＝１．５／（１／（１／（０．５＋０．５）＋１／（０．５＋０．５））＋０．０１）≒３．０Ａとなる。
即ち、電源４０は、オンするスイッチの個数を増やすことでコイル３０に流れる電流値を大きくし、逆にオンするスイッチの個数を減らすことでコイル３０に流れる電流値を小さくすることができる（通電量調節手段）。
【００２９】
超電導アクチュエータ１０を作動させる際には、まず、図５に示すように、浮上用のコイル３０の中心軸線が駆動台２０の中心位置に配置したコイル２１Ａの中心点Ｏと一致するように、浮上用のコイル３０を駆動台２０の中央に載置する。
この状態で、浮上用のコイル３０及び駆動台２０側のコイル２１を超電導温度にまで冷却した後、電源４０のスイッチをオンして、浮上用のコイル３０に所要の電流を流すと、図６に示すように、浮上用のコイル３０の周りに矢印で示す磁束Ｆ１が発生する。すると、駆動台２０側のコイル２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃでは、磁束Ｆ１を打ち消そうとする磁束Ｆ２を発生させるように誘導電流が流れる。これにより、浮上用のコイル３０が駆動台２０側のコイル２１に反発し、駆動台２０の中心位置で上方へ浮上する。駆動台２０側のコイル２１は超電導線からなるため、半田付けした接続部以外は抵抗がなく、極めて低抵抗であるため、一旦電流が流れると長時間流れ続け、浮上用のコイル３０が所要高さで浮上した状態で維持される。
【００３０】
前記のように駆動台２０の中心位置に浮上した浮上用のコイル３０が中心位置から位置ズレしそうになると、図７に示すように、コイル３０の位置ズレ側に配置されたコイル２１Ｄにもコイル３０の磁束Ｆ１を打ち消そうとする磁束Ｆ２が生じる。このコイル２１Ｄに新たに発生した磁束Ｆ２によりコイル３０を駆動台２０の中心位置に押し戻して、再びコイル３０を中心位置で浮上させ続けることができる。
【００３１】
また、水平状態で浮上したコイル３０が図８に示すように傾くと、コイル３０の下方に下がった側では、コイル３０とコイル２１との距離が近くなるため、距離が近くなったコイル３０とコイル２１との間に生じていた反発力が大きくなる。よって、コイル３０の下方に下がった側が上方に押し戻され、再びコイル３０が水平状態で安定して浮上する。
【００３２】
駆動台２０側のコイル２１に流れる電流が減衰するまでの時間について説明すると、コイル２１に蓄積されるエネルギーはＥｓ＝１／２×Ｌ×Ｉ２（Ｌはコイル２１のインダクタンス、Ｉは電流値）、コイル２１で消費されるエネルギーはＥｃ＝Ｒ×Ｉ２×時間（Ｒはコイル２１の接続部における抵抗）であり、電流が１／ｅ（ｅは自然対数の底）まで減衰する時間はＬ／Ｒで表される。即ち、コイル２１のインダクタンスＬを大きく、抵抗Ｒを小さくすればコイル２１に長時間電流を流し続けることができる。
本実施形態では、コイル２１の抵抗を５０ｎΩ、インダクタンスを１０ｍＨとして約７０時間電流が流れ続け、浮上用のコイル３０を浮上させることができる構成としている。
なお、電流値は時間の経過と共に徐々に低下するため、浮上用のコイル３０は時間の経過と共に駆動台２０側に下降する。
【００３３】
さらに、図６（Ａ）に示した状態で、浮上用のコイル３０に通電する電流値を下げると、コイル３０の周りに発生する磁束Ｆ１が小さくなり、図６（Ｂ）に示すように、駆動台２０側のコイル２１との間に発生する磁気的反発力が小さくなって、浮上用のコイル３０が駆動台２０側に下降する。このように浮上用のコイル３０に通電する電流値を変えることにより、浮上用のコイル３０を上下方向に移動させることができ、コイル３０を往復直線運動させることができる。
【００３４】
なお、本実施形態では、浮上用のコイル３０を電源４０と接続したままコイル３０を浮上させているが、コイル３０は超電導線からなり、一旦通電すると長時間流れ続けるため、コイル３０に通電した後、電源４０との接続を切り離し、コイル３０を閉回路として電流を流し続けて浮上させてもよい。
【００３５】
図９及び図１０は、第１実施形態の変形例を示す。
本変形例では、駆動台２０の中心位置にコイル２１を配置していない点で前記第１実施形態と相違する。即ち、前記第１実施形態の駆動台に対して中心位置のコイル２１を１つ取り外している。
【００３６】
図１０に示すように、コイル３０に通電して、駆動台２０の中心位置に浮上用のコイル３０を浮上させると、駆動台２０の中心位置にコイル２１を配置していないため、中心位置ではコイル３０に反発力が発生せず、コイル３０と周囲のコイル２１との間でのみ反発力が発生する。よって、浮上したコイル３０は周囲のコイルから中央に向けて反発力を受け、コイル３０を中心位置で安定した状態で浮上させることができる。
なお、他の構成及び作用効果は第１実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３７】
図１１乃至図１３は、本発明の第２実施形態を示す。
本実施形態の超電導アクチュエータ１０’では、駆動台２０’側のコイル２１’を常電導線により形成しており、各コイル２１’をそれぞれ電源５０に接続している。一方、浮上用のコイル３０’は超電導線により形成しており、超電導線の両端を接続して閉回路としている。即ち、本実施形態では、駆動台２０’側のコイル２１’を一次コイルとする一方、浮上用のコイル３０’を二次コイルとしている。
【００３８】
浮上用のコイル３０’は第１実施形態と同様の冷却容器３１’に収容して所要の極低温まで冷却しているが、駆動台２０’側のコイル２１’は常電導線により形成しているため、冷却容器に収容せず、駆動台２０’に直接埋設して、コイル２１’の軸線方向の上端を駆動台２０’の上面に露出させている。
駆動台２０’側のコイル２１’と接続した電源５０には通電量制御手段を設けており、該通電量制御手段によりどのようなタイミングでいずれのコイル２１’へ通電するかを制御すると共に、その際の通電量の値を制御可能としている。
【００３９】
浮上用のコイル３０’の中心軸線が駆動台２０’の中心位置に配置したコイル２１’の中心点Ｏと一致するように、浮上用のコイル３０’を駆動台２０’の中央に載置し、浮上用のコイル３０’を超電導温度にまで冷却した後、電源５０のスイッチをオンして、浮上用のコイル３０’に対向するコイル２１Ａ’、２１Ｂ’、２１Ｃ’に所要の電流を流す。
すると、図１２に示すように、通電したコイル２１’の周りに矢印で示す磁束Ｆ１が発生し、浮上用のコイル３０’では、磁束Ｆ１を打ち消そうとする磁束Ｆ２を発生させるように誘導電流が流れる。これにより、浮上用のコイル３０’が駆動台２０’側のコイル２１’に反発し、駆動台２０’の中心位置で上方へ浮上する。
【００４０】
前記のように駆動台２０’の中心位置に浮上した浮上用のコイル３０’が中心位置から位置ズレしそうになると、図１３に示すように、コイル３０’の位置ズレ側に配置されたコイル２１Ｄ’に大きな電流を通電すると共に、反対側のコイル２１Ｃ’への通電をオフする。
すると、コイル２１Ｄ’への通電により生じた大きな磁束Ｆ１によりコイル２１’とコイル３０’との間に磁気的反発力が生じ、コイル３０’が反発力が小さくなった中心点Ｏ側に押し戻される。コイル３０’が中心位置に戻った瞬間に元の通電に切り替えて、コイル３０’を駆動台２０’の中心位置に浮上させ続けることができる。
なお、本実施形態においても、駆動台側のコイルを超電導線により形成してもよい。
【００４１】
図１４は、第２実施形態の変形例を示す。
本変形例では、駆動台２０’側のコイル２１’の巻き数を均一としておらず、中央位置のコイルから外周側のコイルへいくに従って巻き数を多くしている。本変形例では、中央位置のコイル２１Ａ’の巻き数を１００ターン、コイル２１Ｂ’の巻き数を１２０ターン、コイル２１Ｃ’の巻き数を１４０ターン、コイル２１Ｄ’の巻き数を１６０ターンとしている。
【００４２】
前記構成によれば、電源から各コイル２１’に均一な電流を通電しても、中央位置のコイル２１Ａ’よりも周囲のコイル２１’に大きな磁束が発生して、中央位置のコイル２１Ａ’よりも周囲のコイル２１’と浮上用のコイル３０’との間で大きな磁気的反発力を生じさせることができる。これにより浮上用のコイル３０’を反発力の小さな中心位置で浮上させることができる。
なお、他の構成及び作用効果は第２実施形態と同様のため、同一の符号を付して説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明の超電導アクチュエータは、超電導の性能を示すための教材用として好適に用いられ、また、搬送装置、鉄道車両、遊園地等におけるアトラクション、シリンダーやモータ、加振機、スピーカ等の産業用としても用いることができる。さらに、建物を一定位置に浮上させて免震構造を構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の第１実施形態の超電導アクチュエータを示す斜視図である。
【図２】駆動台を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＡ−Ａ線断面図である。
【図３】冷却容器に収容した浮上用のコイルを示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】超電導アクチュエータの回路図である。
【図５】駆動台に浮上用のコイルを載置した状態を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】（Ａ）（Ｂ）は駆動台の中心位置に浮上用のコイルを浮上させた状態を示す図面である。
【図７】駆動台の中心位置から位置ズレする浮上用のコイルを中心位置に戻す方法を示す図面である。
【図８】浮上中に傾いた浮上用のコイルを水平状態に戻す方法を示す図面である。
【図９】第１実施形態の変形例の駆動台を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。
【図１０】変形例の駆動台の中心位置に浮上用のコイルを浮上させた状態を示す図面である。
【図１１】本発明の第２実施形態の超電導アクチュエータを示す斜視図である。
【図１２】駆動台の中心位置に浮上用のコイルを浮上させた状態を示す図面である。
【図１３】駆動台の中心位置から位置ズレする浮上用のコイルを中心位置に戻す方法を示す図面である。
【図１４】第２実施形態の変形例を示す図面である。
【図１５】従来例を示す図面である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  超電導アクチュエータ
２０  駆動台
２１  コイル（二次コイル）
２１’  コイル（一次コイル）
２２  冷却容器
３０  浮上用のコイル（一次コイル）
３０’  浮上用のコイル（二次コイル）
３１  冷却容器
４０、５０  電源
【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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