(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空円柱状に成形した第二種超電導体を内設し超電導状態を呈することが可能な中空円柱状固定部の外周にギャップを明けて前記中空円柱状固定部を包囲する磁気発生中空円柱状可動部を相対させたラジアル型超電導磁気軸受を、磁場中冷却し非超電導状態から超電導状態に遷移した、軸受荷重ゼロの状態から当該軸受の荷重性能限界に近い略最大荷重をかけて軸受に磁場履歴を与えた後、超電導応用装置の回転軸荷重をかけ前記磁気発生中空円柱状可動部をリリースし軸受を供用開始する事を特徴とする、第二種超電導体を用いた前記ラジアル型超電導磁気軸受を構成要素とする超電導応用装置の設計法。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導応用装置の設計方法によって設計された超電導応用装置。
【請求項３】
前記磁気発生中空円柱状可動部が永久磁石又は電磁石又は超電導磁石を有する請求項１に記載の超電導応用装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導磁気軸受を構成要素とする超電導応用装置の設計方法及びこの設計方法に依って設計・製作された超電導応用装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、第二種超電導体を用い、非接触で且つ回転可能な磁気円板に直結した回転体を磁気浮上させ軸支する超電導応用装置が知られている。たとえば、超電導磁気軸受を使用しフライホイールを非接触式で支持し回転させ、電力を回転の運動エネルギーに変換して貯蔵するＣＦＲＰフライホイール電力貯蔵装置がある。これら超電導応用装置を実用化するためには、超電導磁気軸受の超電導磁気浮上の特性を詳細に解明する事が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の超電導応用装置は、構成要素である超電導磁気軸受の超電導磁気浮上の特性を詳細に解明することなく、設計、製作が論議され設計・製作されて来た。そのため、製作された超電導応用装置の超電導磁気軸受にドリフト現象を生じ、設計で目論んだ通りの安定した超電導磁気浮上特性又は超電導磁気吊り下げ力特性が得られないと言う問題点があった。
【０００４】
本発明は、前記の事情に鑑みて為されたもので、その目的は、設計で目論んだ通りの安定した超電導磁気浮上特性又は超電導磁気吊り下げ力特性を有する超電導応用装置を製作できる超電導応用装置の設計方法及びこの設計方法によって製作された超電導応用装置を提供するところにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の超電導応用装置の設計方法は、上記の課題を解決するため、
中空円柱状に成形した第二種超電導体を内設し超電導状態を呈することが可能な中空円柱状固定部の外周にギャップを明けて前記中空円柱状固定部を包囲する磁気発生中空円柱状可動部を相対させたラジアル型超電導磁気軸受を、磁場中冷却し非超電導状態から超電導状態に遷移した、軸受荷重ゼロの状態から当該軸受の荷重性能限界に近い略最大荷重をかけて軸受に磁場履歴を与えた後、超電導応用装置の回転軸荷重をかけ前記磁気発生中空円柱状可動部をリリースし軸受を供用開始した際、磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフトが前記磁場履歴を与えない場合に較べ安定的である点を利用して、第二種超電導体を用いた前記ラジアル型超電導磁気軸受を構成要素とする超電導応用装置を設計・製作する事を特徴とする
【０００６】
【作用】
請求項１に記載の超電導応用装置の設計方法によれば、第二種超電導体を用いたラジアル型超電導磁気軸受を構成要素とし、当該軸受の供用開始前に前記磁場履歴を与える事によって磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフトを低減し、設計で目論んだ通りの安定した超電導磁気吊り下げ特性を有する超電導応用装置を設計・製作出来る。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１ないし図４は、本発明の請求項１に記載の超電導応用装置の構成要素である第二種超電導体を用いたラジアル型超電導磁気軸受の設計方法を説明するための図である。図１において、１は回転軸、２は中空円柱状に成形した第二種超電導体を内設した中空円柱状固定部である。この第二種超電導体はクライオスタット３に収納されている。回転軸１はこれと一体の磁気発生中空円柱状可動部４を有する。磁気発生中空円柱状可動部４は半径方向外方から中空円柱状固定部２を包囲する。この磁気発生中空円柱状可動部４はその内周部に環状磁石５，６，７を有する。この環状磁石５，６，７は上下方向に等間隔に並べられ、隣接する環状磁石の極性は互いに逆向きである。その磁気発生中空円柱状可動部４と中空円柱状固定部２とは均一な半径方向ギャップＧを開けて相対されている。中空円柱状固定部２の高さ方向の幾何学的中点Ｏ１と磁気発生中空円柱状可動部４の高さ方向の幾何学的中点Ｏ２とを水平方向に一致させた空間的位置を座標原点Ｏ３とし、磁気発生中空円柱状可動部４の中点Ｏ２を座標原点Ｏ３においてクライオスタット３に液体窒素を流して中空円柱状固定部２に内設の第二種超電導体を磁気発生中空円柱状可動部４が発生する磁場の中で磁場中冷却し、非超電導状態から超電導状態に遷移（以下説明上初期化と言う）させる。
【０００８】
図２は、第二種超電導体を用いたラジアル型超電導磁気軸受を初期化した直後の軸受荷重ゼロの状態から磁気発生中空円柱状可動部４の中点Ｏ２を図１の下方に当該軸受の荷重性能限界に近い略最大荷重に達すると思われる偏位（此処では便宜上３．５ｍｍとする）まで偏位させながら得られた磁気吊り下げ力（軸受荷重）特性を第一偏位特性Ｐ１と定義し図２に示した。続けて、磁気発生中空円柱状可動部４の中点Ｏ２を上方へ偏位させ座標原点に戻したときに得られた磁気吊り下げ力特性を第一偏位特性戻りＰＲ１と定義し、次に前記磁気発生中空円柱状可動部４の中点Ｏ２を再び下方に３．５ｍｍ偏位させながら得られた磁気吊り下げ力特性の第二偏位特性Ｐ２と定義し、これ以降、同様の操作を繰り返して得られた磁気吊り下げ力特性群をそれぞれ第ｎ偏位特性群Ｐｎと第ｎ偏位特性戻り群ＰＲｎと定義して、便宜上ｎ＝１０として得られた特性群を図２に示した。
【０００９】
図３では、図２において、磁気発生中空円柱状可動部４の中点Ｏ２が前記座標原点にあるとき前記中空円柱状固定部２を磁場中冷却し非超電導状態から超電導状態に初期化した後、軸受荷重３０ｋｇ重で磁気発生中空円柱状可動部４をリリースするのと等価な状態となる符号Ｐ１の立ち上がり途中で且つ磁気吊り下げ力（荷重）が３０ｋｇ重に達した時点（初期化後からここまでが磁場履歴に当たる）で荷重を３０ｋｇ重に保持させた時の偏位の時系列的変化を図３『第一偏位特性途中』に、前記初期化した後の符号Ｐ１の操作後、磁気吊り下げ力が略最大値に達した後、軸受荷重３０ｋｇ重で磁気発生中空円柱状可動部４をリリースするのと等価な状態となる軸受ＰＲ１の戻り操作の途中で且つ磁気吊り下げ力（荷重）が３０ｋｇ重に達した時点（初期化後からここまでが磁場履歴に当たる）で、荷重を３０ｋｇ重に保持させた時の偏位の時系列的変化を図３『第一偏位特性戻り途中』に、以下改めて都度初期化後、同様な操作を繰り返して夫々、図３『第三偏位特性途中』、『第三偏位特性戻り途中』、『第十偏位特性途中』に示した。この様に、図３の『第ｎ偏位特性途中』で３０ｋｇ重保持させた時の偏位の時系列変化量に較べ、図３の『第ｎ偏位特性戻り途中』で３０ｋｇ重保持させた時の方が、磁場履歴効果において優れ、偏位の時系列変化量が少ない。
【００１０】
図４では、前記超電導磁気軸受を初期化した後の符号Ｐ１の操作後、磁気吊り下げ力が略最大値に達した後、軸受荷重１０ｋｇ重で磁気発生中空円柱状可動部４をリリースするのと等価な状態となるＰＲ１の戻り操作の途中で且つ磁気吊り下げ力（荷重）が１０ｋｇ重に達した時点（初期化後からここまでが磁場履歴に当たる）で、荷重を１０ｋｇ重に保持させた時の偏位の時系列的変化を図４『第一偏位特性戻り途中（荷重１０ｋｇ重保持）』に、以下改めて都度初期化後、同様な操作を繰り返して夫々、図４『第一偏位特性戻り途中（荷重２０ｋｇ重保持）』、『第一偏位特性戻り途中（荷重３０ｋｇ重保持）』に図示した。この様に『第一偏位特性戻り途中』の同一条件でも、荷重１０ｋｇ重、２０ｋｇ重の荷重保持の場合の偏位の時系列変化量の方向は、荷重３０ｋｇ重保持の場合の偏位の時系列変化量の方向とは正負逆転して安全側にある。つまり、当該軸受の荷重性能の最大値が保有する、実際の軸受荷重（以下実荷重と言う）に対するマージンが大きい程、偏位の時系列変化が図１の上方に偏位し当該軸受の実荷重が増加しない限り安全側にあるので、予め当該軸受の荷重性能の略最大値の実荷重を想定した偏位変動を当該超電導応用装置全体のシステム設計に反映しておけば問題ない。
【００１１】
以上により、超電導応用装置において、図１に示した構造の第二種超電導体を用いたラジアル型超電導磁気軸受を構成要素とし、当該軸受の供用開始前に、図３において『第ｎ偏位特性戻り途中』に示した、磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフト特性を得た際に適用した、前記磁場履歴と同様の磁場履歴を与える事により、当該軸受の供用開始後の磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフトは、実用上十分に低減され、図４の説明において、考察したシステム設計で目論んだ通りの安定した超電導磁気吊り下げ特性を有する超電導応用装置を設計・製作出来ることが判明した。
【００１２】
【発明の効果】
請求項１，２，３に記載の発明は、以上説明したように構成したので製作された超電導応用装置は設計で目論んだ意図通りの超電導磁気吊り下げ力特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に記載の超電導応用装置の設計法を説明するための説明図であって、構成要素である第二種超電導体を用いたラジアル型超電導磁気軸受の中空円柱状固定部と磁気発生中空円柱状可動部とを示す部分断面図である。
【図２】図１に示す磁気発生中空円柱状可動部を座標原点に対し軸受の荷重性能限界に近い略最大荷重に達すると思われる偏位（此処では便宜上３．５ｍｍとする）まで偏位させた後、座標原点に偏位を戻す操作を便宜上１０回繰り返した過程において、中空円柱状固定部と磁気発生中空円柱状可動部との間に作用する超電導磁気吊り下げ力の履歴つまりは、磁場中冷却した図１のラジアル型超電導磁気軸受に与えた磁場履歴の説明図である。
【図３】図１のラジアル型超電導磁気軸受に相異なる磁場履歴を与えた際の供用開始後、超電導磁気軸受における超電導磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフト特性に与える影響を図示し、ドリフトを実用上十分に低減できる優れた磁場履歴を選択した説明図である。
【図４】超電導磁気吊り下げ位置の時系列的ドリフトを実用上十分に低減できる優れた磁場履歴を与えた場合においても、当該軸受の荷重性能の最大値が、実際の軸受荷重に対するマージンが大きい場合、偏位の時系列変化が図１の上方に偏位するが、安全側故に予め当該軸受の荷重性能の略最大値の実荷重を想定した偏位変動を当該超電導応用装置全体のシステム設計に反映しておけば問題ないことを説明した図である。
【符号の説明】
１・・・回転軸
２・・・中空円柱状固定部
３・・・クライオスタット
４・・・磁気発生中空円柱状可動部
５，６，７・・・環状磁石
Ｇ・・・ギャップ
Ｏ１・・・中空円柱状固定部２の高さ方向の幾何学的中点
Ｏ２・・・磁気発生中空円柱状可動部４の高さ方向の幾何学的中点
Ｏ３・・・座標原点
Ｐ１・・・第一偏位特性
Ｐ２・・・第二偏位特性
ＰＲ１・・・第一偏位特性戻り
ＰＲ２・・・第二偏位特性戻り
【図１】
0003784116.tif 000002
【図２】
0003784116.tif 000003
【図３】
0003784116.tif 000004
【図４】
0003784116.tif 000005