(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）超電導材料からなる固定部と、
（ｂ）磁石からなる浮上体とを備え、
（ｃ）前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有することを特徴とする超電導磁気浮上装置。
【請求項２】
（ａ）磁石からなる固定部と、
（ｂ）超電導材料からなる浮上体とを備え、
（ｃ）前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有することを特徴とする超電導磁気浮上装置。
【請求項３】
前記浮上体を垂直方向及び水平方向に浮上支持することを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項４】
前記磁石の数や磁極の向きを変えることによって、剛性やダンピングを任意に変化可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項５】
前記浮上体を前記固定部に対して相対変位させ超電導体表面の磁束線を歪ませることによって剛性及びダンピングを任意に変化可能であることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項６】
前記浮上体を前記固定部に対して非接触で相対変位可能であることを特徴とする請求項５記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項７】
前記浮上体を前記固定部と常に相対変位させ、剛性およびダンピングの効果を持続させることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項８】
前記浮上体を前記固定部と常に非接触で相対変位させることを特徴とする請求項７記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項９】
前記超電導材料が高Ｊｃと低Ｊｃの高温超電導材料であることを特徴とする請求項１又は２記載の超電導磁気浮上装置。
【請求項１０】
（ａ）超電導材料からなる固定部と、
（ｂ）磁石からなる浮上体とを備え、
（ｃ）前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有し、かつ前記浮上体の剛性を調整可能な第１の駆動装置と前記浮上体のダンピングを調整可能な第２の駆動装置とを具備することを特徴とする超電導磁気浮上装置システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接触支持が必要な様々な高速移動機器、高速回転機器、非接触搬送機器などへ応用される超電導磁気浮上装置及びそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
超電導磁気軸受を用いたフライホイール型の電力貯蔵装置は、電力会社など電力供給側における給電負荷の低減や余剰夜間電力の低損失状態での蓄積、さらには夏場の急激な電力需要への電力供給機器としての利用など大規模な利用方法が考えられる。
【０００３】
また、変電所レベルあるいは各家庭レベルにおいてエネルギーの有効な貯蔵と消費を行うことによって、将来的には低価格での電力利用を実現できる。
【０００４】
従来から提案されている同種の超電導磁気浮上装置として、超電導体と永久磁石とを対向させた構造、高Ｊｃ超電導体と低Ｊｃ超電導体とを一体化した超電導体と永久磁石とを組み合わせた構造、可動なダンピング材料を用いた構造等がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の超電導磁気浮上装置では、ダンピングを示す構造物を物理的に変位させることにより剛性やダンピングを変更していた。しかし、それらの超電導磁気軸受における剛性やダンピング向上のための機構は、永久磁石内蔵の浮上体と超電導体とのギャップ内に設置する必要があった。この場合、構造が複雑になることやロータの高速回転時での適用が困難であった。
【０００６】
また、従来の超電導磁気浮上装置の剛性やダンピングの値は、磁束クリープなどの熱的外乱のため徐々に減少する。これは、超電導体を用いている以上避けられないことである。したがって、従来の超電導磁気浮上装置を用いた場合、超電導磁気浮上装置の剛性やダンピングの値を変化させず、ロータを長期に渡って連続運転することはできなかった。
【０００７】
本発明は、上記状況に鑑みて、浮上体の剛性およびダンピングを調整できる機能を有する超電導磁気浮上装置及びそのシステムを提供することを目的とする。
【０００８】
【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、
〔１〕超電導磁気浮上装置において、超電導材料からなる固定部と、磁石からなる浮上体とを備え、前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有することを特徴とする。
【０００９】
〔２〕超電導磁気浮上装置において、磁石からなる固定部と、超電導材料からなる浮上体とを備え、前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有することを特徴とする。
【００１０】
〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記浮上体を垂直方向及び水平方向に浮上支持することを特徴とする。
【００１１】
〔４〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記磁石の数や磁極の向きを変えることによって、剛性やダンピングを任意に変化可能であることを特徴とする。
【００１２】
〔５〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記浮上体を前記固定部に対して相対変位させ、超電導体表面の磁束線を歪ませることによって剛性及びダンピングを任意に変化可能であることを特徴とする。
【００１３】
〔６〕上記〔５〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記浮上体を前記固定部に対して非接触で相対変位可能であることを特徴とする。
【００１４】
〔７〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記浮上体を前記固定部と常に相対変位させ、剛性およびダンピングの効果を持続させることを特徴とする。
【００１５】
〔８〕上記〔７〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記浮上体を前記固定部と常に非接触で相対変位させることを特徴とする。
【００１６】
〔９〕上記〔１〕又は〔２〕記載の超電導磁気浮上装置において、前記超電導材料が高Ｊｃと低Ｊｃの高温超電導材料であることを特徴とする。
【００１７】
〔１０〕超電導磁気浮上装置システムにおいて、超電導材料からなる固定部と、磁石からなる浮上体とを備え、前記浮上体と固定部とを相対的に水平方向に強制変位させることによって、前記超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませて前記浮上体を磁場を歪ませた状態で用いることにより、前記浮上体の剛性を調整できる機能を有し、かつ前記浮上体の剛性を調整可能な第１の駆動装置と前記浮上体のダンピングを調整可能な第２の駆動装置とを具備することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１〜図３は本発明の第１実施例を示す超電導磁気浮上装置の磁束線の挙動を示す図であり、浮上体を固定部に対して相対変位させ超電導体表面の磁束線を歪ませることによって剛性及びダンピングを任意に変化させることができる。
【００２０】
図１は浮上体が変位していない場合の磁束線の様子を示し、図２はその浮上体が水平方向に変位した場合の磁束線の挙動を示し、図３はその浮上体が垂直方向に変位した場合の磁束線の挙動を示している。
【００２１】
これらの図に示すように、超電導材料２２からなる固定部２１に対向して、永久磁石２４からなる浮上体２３を配置する。磁束線２５は永久磁石２４から超電導材料２２に作用する。
【００２２】
図２においては、浮上体２３がＸ方向に変位すると、磁束線２５は浮上体２３を−Ｘ方向に戻すように作用する。また、図３においては、浮上体２３が−Ｙ方向に変位すると、磁束線２５は浮上体２３をＹ方向に戻すように作用する。
【００２３】
このように、超電導材料２２表面の磁束線２５を歪ませ、超電導磁気浮上装置の剛性およびダンピングの強化を図ることができる。
【００２４】
一般に、超電導磁気浮上装置の剛性やダンピングの値は、磁束クリープなどの熱的外乱のため徐々に減少する。しかし、本発明の超電導磁気浮上装置では、浮上体または固定部を常に相対変位させることによって、剛性およびダンピングの効果を常に持続させることができる。また、同一方向のみならず逆方向に強制変位させることによっても、剛性およびダンピングを持続させることができる。
【００２５】
したがって、超電導材料特有の磁束クリープなどの熱的外乱による効果低減をなくすことができる。
【００２６】
本発明の超電導磁気浮上装置では、浮上体の静止時はもとより回転時においても本効果をロータに与えることができる。回転時には浮上体の振動が大きくなったときだけ本機能を働かせ、振動が治まったら本機能を解除することができる。
【００２７】
また、高速回転時でも本機能を作用させることができる。さらにできるだけエネルギー消費が少なくなるように剛性やダンピングを設定することができる。
【００２８】
図４は本発明の第２実施例を示す超電導磁気浮上装置の模式図である。
【００２９】
この実施例では、図４に示すように、複数の永久磁石３４からなる浮上体３３となし、超電導材料３２を固定部３１に組み込み、この固定部３１を複数の永久磁石３４と対向させて、この永久磁石３４を垂直方向および水平方向に浮上支持する構造にした。
【００３０】
したがって、永久磁石３４の個数や配列を変えることによって、剛性やダンピングを任意に変化させることが容易にできる。
【００３１】
図５は本発明の第３実施例を示す超電導磁気浮上装置の模式図である。
【００３２】
この実施例では、図５に示すように、固定部４１は高Ｊｃ超電導材料４２と低Ｊｃ超電導材料４３とからなる超電導材料からなり、その低Ｊｃ超電導材料４３と対向する複数の永久磁石４５からなる浮上体４４を配置している。
【００３３】
このように、高Ｊｃ超電導材料４２と低Ｊｃ超電導材料４３の高温超電導体を用いることにより、超電導磁気浮上装置の剛性やダンピングを更に向上させることができる。
【００３４】
図６は本発明の超電導磁気浮上装置システムの構成図である。
【００３５】
この図において、５１は固定部、５２はその固定部５１を構成する超電導材料、５３は浮上体、５４はその浮上体５３を構成する永久磁石、５５は固定部５１の浮上体５３と対向する側の表面に配置されるトルクセンサ、５６は永久磁石や電磁石などからなる駆動子、５７はその駆動子５６を駆動し、剛性を調整することができる第１の駆動装置、５８は浮上体５３の変位センサ、５９はダンピング装置（ダンピング制御子）、６０はダンピング装置５９を駆動する第２の駆動装置である。
【００３６】
そこで、超電導材料５２からなる固定部５１に取り付けられたトルクセンサ５５は、超電導材料５２からなる固定部５１の支持軸受と永久磁石５４からなる浮上体５３間のトルクを計測し、変位センサ５８は、浮上体５３の上下変位を計測するものである。
【００３７】
また、第１の駆動装置５７は、永久磁石（電磁石）などの駆動子５６で吸引反発力を発生させるために、駆動子５６を左右に変位させ、トルクセンサ５５で計測されるトルクを変化させるものである。
【００３８】
ダンピング装置５９は、浮上体５３にダンピングを与えるものであり、低Ｊｃ超電導体や金属などのダンピング材料で構成する。
【００３９】
第２の駆動装置６０は、ダンピング装置５９を上下左右に移動させ、ダンピング効果を調整するものである。
【００４０】
剛性を高めるため、第１の駆動装置５７によって、永久磁石からなる駆動子５６を下方に移動し、トルクセンサ５５が設定した値を示すようにすることができる。また、駆動子５６としては、電磁石を用いて、その電磁石の励磁電流を調整するようにしてもよい。
【００４１】
ところで、超電導材料の磁束クリープによって、時間経過とともにトルクが設定値より小さくなる。トルクが設定値より小さくなると、第１の駆動装置５７が働き、例えば、磁石からなる駆動子５６を更に左右方向に移動させる。このように、剛性が一定になるよう第１の駆動装置５７が機能する。
【００４２】
浮上体５３が下方に移動し、変位センサ５８がある値以上（ギャップが小）になると、浮上体５３が固定部５１などと接触する危険性が生じてくる。この場合、磁石などの駆動子５６を左右に移動させると、浮上体５３は固定部５１の超電導材料５２から上方向の力を受けることにより、剛性を一定に保つことができる。
【００４３】
そして、トルクセンサ５５の値を一定に保つよう第１の駆動装置５７を機能させることによって、剛性の値を一定に保つことができる。
【００４４】
浮上体５３が振動した場合、変位センサ５８でその変位を計測する。計測した値が一定値以上になると、第２の駆動装置６０が働き、変位が一定値以下になるまでダンピング装置５９を変位させる。この場合、ダンピング装置５９が低Ｊｃ超電導材料の場合は上下方向、金属などのダンピング材料の場合は上下方向にダンピング装置を移動させる。
【００４５】
また、振動が治まったことを変位センサ５８が検出すると、第２駆動装置６０はダンピング効果が小さくなる方向にダンピング装置５９を移動させ、エネルギー消費を小さくする。
【００４６】
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いて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００４８】
（Ａ）浮上体を外部から強制変位させることができる。また、非接触で浮上体に強制変位を与えることができるため、振動を抑えることができる。その振動が抑えられた後は強制変位を解除することができる。
【００４９】
（Ｂ）浮上体と固定部とを相対的に強制変位させることによって、永久磁石がつくる超電導材料表面近傍の磁場を積極的に歪ませることができる。これにより、浮上体の少しの変位に対しても超電導体表面で大きな磁場変動が生じ、結果的に超電導磁気浮上装置の剛性強化のみならずダンピング効果を同時に向上させることができる。
【００５０】
（Ｃ）浮上体を外部から非接触で強制変位させることができるため、浮上体静止時はもとより、回転時も磁気浮上の効果を適用でき、振動を抑えた後は、強制変位を解除することができる。
【００５１】
（Ｄ）更に、高Ｊｃ超電導材料だけ、あるいは高Ｊｃ超電導材料と低Ｊｃ超電導材料を一体化した超電導材料にも適用できるため、その利用は効果的である。
【００５２】
（Ｅ）本発明によって、本発明の超電導磁気浮上装置を用いたフライホイール型の電力貯蔵装置の実用化を図ることができる。
【００５３】
（Ｆ）本発明によって、これらのフライホイール型電力貯蔵装置の高速安定回転と低エネルギー損失を実現するため、これら機器の実用化に大きく寄与できる。
【００５４】
（Ｇ）更に、超電導磁気浮上装置を用いることによってフライホイール型電力貯蔵装置のみでなく、超電導磁気浮上装置を用いた低温機器や低温下で駆動可能なモータなどの多くの分野で、非接触かつエネルギー損失の少ない機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施例を示す超電導磁気浮上装置の磁束線の挙動を示す図（その１）である。
【図２】  本発明の第１実施例を示す超電導磁気浮上装置の磁束線の挙動を示す図（その２）である。
【図３】  本発明の第１実施例を示す超電導磁気浮上装置の磁束線の挙動を示す図（その３）である。
【図４】  本発明の第２実施例を示す超電導磁気浮上装置の模式図である。
【図５】  本発明の第３実施例を示す超電導磁気浮上装置の模式図である。
【図６】  本発明の超電導磁気浮上装置システムの構成図である。
【符号の説明】
２１，３１，４１，５１    固定部
２２，３２，５２    超電導材料
２３，３３，４４，５３    浮上体
２４，５４    永久磁石
２５    磁束線
３４，４５    複数の永久磁石
４２    高Ｊｃ超電導材料
４３    低Ｊｃ超電導材料
５５    トルクセンサ
５６    永久磁石や電磁石などからなる駆動子
５７    第１の駆動装置
５８    変位センサ
５９    ダンピング装置（ダンピング制御子）
６０    第２の駆動装置
【図１】
0003819260.tif 000002
【図２】
0003819260.tif 000003
【図３】
0003819260.tif 000004
【図４】
0003819260.tif 000005
【図５】
0003819260.tif 000006
【図６】
0003819260.tif 000007