JPH0421343A - アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、超電導体の非接触浮上現象を利用した電磁ア
クチュエータに関する。

（従来の技術） 従来、電気エネルギーを運動エネルギーに変化させる機
械としては電磁アクチュエータがある。

電磁アクチエータはある電界（磁界）の中で磁界（電界
）を変化させることにより、電気エネルギーを運動エネ
ルギーに変換するものであり、回転型、直線型等がある
。しかし、どの方式でも可動部分（可動子）を支持する
必要があり、その支持方法としては、機械式、電磁式、
空気式などがある。

（発明が解決しようとする問題点） このように電磁アクチュエータにおいては、回転型、直
線型のいずれも可動子を支持する必要がある。このため
に装置が構造的に複雑になり、可動子の支持部に摩擦等
のエネルギー損失が発生するなどの問題点が存在する。

本発明は構造が簡単でエネルギー損失の少ない電磁アク
チュエータを得ることを目的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するため、本発明の装置ではピン止め
力の強い超電導体に形成された磁場分布を利用する。本
発明の装置は、複数の極性の異なる磁場のピークをもつ
残留磁場が形成された筒状超電導体内に電磁石を内蔵し
た可動子の電磁石を含む部分を非接触浮上状態に配置す
るものである。

可動子に内蔵された電磁石の極性の変化に応して可動子
が上記磁場のピーク位置の間を往復動じて、エネルギー
変換が行なわれる。

（作用） 本発明の装置では残留磁場を形成することのできる筒状
超電導体を使用する。使用する超電導材料としては臨界
電流密度が大きく、ピン止め効果の大きいものが望まし
く、たとえば、第８図に製法を示したようなビスマス系
超電導材料などが用いられる。もちろん、このほかの超
電導材料でも要求される性能を満たせば用いることがで
きる。

超電導体を筒状に形成する方法としては粉末焼結法、厚
膜法、薄膜法はかの公知の手段があるが、中間加圧する
ことで臨界電流密度、ピン止め能力などの性能向上がは
かれる材料については、冷間静水圧プレスなどで適宜に
加圧処理する。

このような材料で作られた筒状超電導体に残留磁場を形
成するためには、外部から磁場を印加する必要がある。

外部磁場の印加の方法としては、筒状超電導体を冷却し
て超電導状態にし、超電導体内部に侵入するほどの強い
外部磁場を印加した後に外部磁場を取り除くことにより
超電導体内に磁束をトラップさせて残留磁場を形成する
方法、常電導状態で外部磁場を印加しながら冷却するこ
とにより超電導状態とした後に外部磁場を取り除いて残
留磁場を形成する方法などがある。

外部磁場としては電磁石と永久磁石のいずれを用いても
、目的とする強さの磁場を印加できればよい。また、外
部磁場の印加は目的にあえば筒状体の内、外いずれから
でも構わない。このようにして超電導体に外部磁場を印
加することによって超電導磁石化させるためには、臨界
電流密度が大きく、かつピン止め力の強い超電導材料を
用いる。

ここで、筒状超電導体の断面形状としては円または多角
形のように連続する形状であればよい。

また、軸方向には平行、テーバ、曲率など、目的に応じ
て筒状超電導体の形状を選定することが可能である。た
だし、これらのいずれの形状においても、外部磁場が印
加されることにより筒状超電導体内に外部磁場に直角方
向に流れる誘導電流を妨げないような形状及び構造とす
ることは必要である。そして、このような条件が満たさ
れる種々の形状の筒状超電導体が使用可能である。

本発明の装置で用いられている筒状超電導体内における
浮上現象を、第４図に示すような円筒状超電導体を例に
とり説明する。円筒状超電導体３は図に示すような残留
磁場が形成されている。この円筒状超電導体３の内部に
永久磁石４を挿入すると、第５図に示すように、永久磁
石４は筒状超電導体の磁界分布のもっとも磁界の強くな
っている筒状超電導体の中央部分に移動していき、中空
に非接触で浮上静止する。この浮上現象は円筒状超電導
体の向きには関係無く、円筒状超電導体が縦になっても
、斜めになっても同じ位置に浮上する。超電導筒体内に
挿入した磁石が軸方向に静止するのは、磁石のＮ・Ｓ極
と超電導体内の磁場によるＮ−８極が吸引反発するため
であり、直径方向における静止は、超電導体のピン止め
力が強いため、磁石から出ている磁束の侵入を阻止しよ
うとする力の反発によるもので、そのため磁石と超電導
体の壁との間が等距離を保って静止すると考えられる。

以上の説明の永久磁石の代わりに電磁石を用いても同様
な力が働き、非接触浮上する。

本発明の装置はこの非接触浮上現象を利用するものであ
り、本発明の装置では筒状超電導体に複数の極性の異な
る磁場のピークをもたせたものが用いられる。ここでは
円筒形状のものを例にとり説明する。第１図に示すよう
に円筒状超電導体１にピークの位置が一定距離はなれた
磁場の極性の異なる磁場分布を作る。このような分布を
形成するためには超電導体の磁束のピンニング力が強く
なければならない。このような磁場分布は両端に極性の
異なる磁場を加えることによって作ることができる。こ
うして作られた円筒状超電導体１の内部に電磁石２を挿
入するとピーク位置に浮上静止する。このとき、電磁石
２は回転できる状態であればどちらのピークの場所でも
浮上静止するが、回転が規制されていると極性に適合し
たどちらか一方のピーク位置に移動して浮上静止する。

電磁石の極性を反転させると、第３図に示すように、今
度は他のピーク位置へ移動して浮上静止する。

このように電磁石の回転が規制されていれば、極性を変
えるだけで円筒状超電導体内を移動する。

本発明の装置はこのような機構により作動する。

（実施例） 以下、実施例について図面に基づいて説明する。

第６図および第７図は本発明の装置の実施例の作動を示
す説明図である。残留磁場を形成した円筒状超電導体１
１は第１図の円筒超電導体と同様な残留磁場が形成され
ている。コイルからなる電磁石１２を内蔵した可動子１
３を円筒状超電導体１１内に挿入する。電磁石１２のコ
イルに電流を流すことにより１．電磁石１２を内蔵した
可動子１３は、円筒超電導体内の磁場分布に対応して一
方の磁場のピークのところに電磁石１２が位置するよう
に移動してゆき非接触浮上する。電磁石１２に流す電流
の向きを逆向きにすると、第７図に示すように、磁場の
ピークの逆向きのところに電磁石１２が位置するように
可動子１３が移動して静止する。

このように可動子１３に内蔵したコイル２に流す電流の
向きを変化させることにより、可動子１３は上下に運動
を繰り返すことになる。この運動の速度は電磁石１２に
流す電流の大きさと電流の向きの変換の速度による。ま
た、この運動において、電磁石１２を内蔵した可動子１
３は円筒状超電導体１１内に非接触で支持されることに
なり、電気エネルギーを効率よく運動エネルギーに変換
させることができる。

尚、可動子の極性を変化させるのとは逆に、可動子を永
久磁石とし、円筒状超電導体の磁場分布を外周に設置し
た電磁石により、極性を連続的に反転させることによっ
ても、アクチュエータとしてのはたらきが可能である。

［発明の効果コ 本発明は、以上説明したように円筒状超電導体を取り入
れ、アクチュエータ内の可動子を非接触で支持すること
ができる。そのため、従来、可動子を支持するために要
した複雑な構造が不用になる。また、非接触で支持する
ことにより、摩擦等のエネルギー損失が減り、電気エネ
ルギーを効率よく運動エネルギーに変換することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で用いる筒状超電導体の磁場分布の例を
示す図、第２図および第３図は第１図の超電導体内にお
ける電磁石の浮上の様子を示す図、第４図は１箇所のピ
ーク位置をもつ残留磁場を有する円筒状超電導体の磁場
分布を示す図、第５図は第４図の円筒状超電導体内にお
ける永久磁石の浮上を示す説明図、第６図および第７図
は本発明の実施例の装置の作動の説明図、第８図はビス
マス系超電導材料の製法の例を示す図である。 １．３．１１・・・円筒状超電導体、２．１２・・・電
磁石、４・・・永久磁石、ＩＳ・・・可動子、１４・・
・電流源。 復代理人　弁理士　豊田正雄 ・・、っ１ミ／ 第２図 第３図 Ｚ 第４図 第６図 第５図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の極性の異なる磁場のピークをもつ残留磁場
   が形成された筒状超電導体内に電磁石を内蔵した可動子
   の電磁石を含む部分を非接触浮上状態に配置したことを
   特徴とするアクチュエータ。