JPH06504900A - 浮揚装置 - 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】 浮揚装置 〔発明の分野〕 本発明は、磁気浮揚装置全般に関し、特に本体を安定浮揚させるための磁気浮揚 装置に関する。

〔先行技術の説明〕

導体を通過する磁束が変化すると起電力が生じる。すなわち、導体と磁界との間 の相対運動によって導体は磁束をカットして導体に誘導起電力を生じさせる。磁 界の変化によって導体内に生じる電流はうず電流と呼ばれる。エネルギは通常う ず電流により熱となって消失される。同様に、動いている導体内のうず電流も磁 界と反応して運動を抑制し、減速させる。誘導電流は独自の磁界を前記磁界と反 対方向に生じさせる。

物体の磁気浮揚は、従来から各種の方法で行われてきた。この技術は現在磁気浮 揚列車に適用すべく開発中である。

ジュンズ（Ｇｅｕｎｓ　）民地による米国特許第３，３２７，２６５号には、磁 石を一定方向に整合させるために２個の孔を穿設した超伝導材の上に浮揚する磁 石が記載されている。

ワイフ（ｌｌｉｐｆ）氏による米国特許第３．５８９．３００号には、推進磁石 が連続導体内に誘導されるうず電流によって反発されて浮揚する磁気浮揚装置が 記載されている。この発明の場合、磁極を通る軸線は連続導体と同じ方向になる 。導体を短い棒や脚で構成し、該棒や脚に誘導されるうず電流により復元力を得 ることによって浮揚が安定する。

グダージャン（Ｇｕｄｅｒｊａｈｎ　）氏の米国特許第３，８９２．１８５号に は、非強磁性材料と強磁性材料とを組み合わせて案内路を形成した改良型磁気浮 揚装置が記載されている。前記案内路は、頂部、底部及び側部より成る溝型で、 浮揚がより確実で、揺動に対する抵抗力がより大きくなっている。溝の中央から の磁石のいかなる移動も全て復元力を生じ、磁石を平衡位置へ戻すことになる。

ギッルジ−（Ｇｙｏｙｒｇｙ）民地による米国特許第４，７９７．３８６号には 、永久磁石や電流により生じる磁界のいずれにも横安定性を誘導するために、超 伝導部材を使用することが記載されている。ギョルジー氏等の記載によれば、超 伝導材料を使用することにより、平面又は逆カップ型の超伝導部材の上における 横安定性が得られたとしている。

前述の全ての先行技術は、浮揚物体を平衡位置に保持しようとするもので、確実 な又は安定した浮揚を主題としている。ワイフ氏及びグダージャン氏の発明によ れば、前記案内路は、例えば、横安定浮揚を達成するために１以上の側部を有す る面など、幾何学的により複雑な形状のものに設計されることが必要である。ジ ュンズ民地及びギョルジー民地は、安定浮揚を得るために超伝導材を必要として いる。先行技術のいずれも、確実な浮揚を得るために磁石、導体間の相対運動方 向に対する磁石の配向の重要性を認識してはいない。

したがって、安定化のために、超伝導材や側壁を使用せずに平らな案内路の上で 確実な浮揚を達成する磁気浮揚装置が要請される。このような案内路は、より安 価に製造可能なはずであり、列車の磁気浮揚や、物体周辺における流体力学の研 究等に適用すれば有益であろう。

〔本発明の要約〕

本発明は物体の浮揚及び横安定性を備えた改良型磁気浮揚装置を提供するもので ある。「横１という語句は、磁石の極に又は極を中心に働く力に関するものであ る。「横安定」は「固定浮揚」及び「平衡ｊと同意語である。「減速力Ｊは磁石 と導体との間の相対運動に対する抵抗力に関する。この力は空気力学における抗 力に類似したものである。浮揚されるべき物体は平らな案内路上の平衡位置に保 持される。固定浮揚の少なくとも一部は、磁石と導体との間の相対運動方向と垂 直に磁極を通る軸線を向けることによって得られる。

〔図面の簡単な説明〕

第１図はここに説明する本発明の正面図である。

第２図は本発明の上面図である。

第３図は本発明の側面図である。

第４図は本発明の別の実施例を示す斜視図である。

第５図は長方形磁石の浮揚を示す正面図である。

第６図は複合磁石の浮揚を示す上面図である。

第７図は不均衡な複合磁石の浮揚を示す側面図である。

〔発明の詳細な説明〕

導体に誘導されるうず電流は反発力（浮揚力及び横力を含む）と減速力とを生じ させる。レンツの法則（Ｌｅｎｚ’ｓ　ｌａｗ）によれば、誘導電流は、いかな る瞬間にも磁束の変化に抗する方向に導体内を流れる。電流が変わればこの電流 に伴う磁束も正比例して変化し、逆電磁力を起こす。これは自己インダクタンス である。第１図において、この逆電磁力は磁石３２によって生じる磁束界の鏡像 であり、第１円板１０と第２円板２０と本体３０との間の反発力Ｆ及びＳ（第２ 図及び第３図）として概略で示す。減速力Ｒも同様に電磁界によって生じる。

第１−３図において、第１円板ｌＯは第２円板２０に対して並列関係にある。第 １円板１０及び第２円板２０は円筒形で同−直径及び同一厚さであることが望ま しい、第１円板１０及び第２円板２００両者は、各々の回転軸線１２及び２２を 介して原動機１４及び２４に接続する。該原動機は第１円板１０及び第２円板２ ０に回転駆動を伝達する。原動機は、第１円板１０及び第２円板２０を異なる回 転速度で駆動することができる。第１円板１０及び第２円板２０とここに記載す る全ての導体は、アルミニュウム又は銅等の非強磁性導体で構成することが望ま しい。黄銅も使用可能であるが、黄銅の導電率は低いので、反発力が弱くなる。

第１円板ｌＯ及び第２円板２０は第１図に矢印で示すように反対方向に回転する ように原動機によって駆動される０回転方向は本実施例の場合、横安定浮揚を得 るために重要である。

本体３０は回転円板１０及び２０相互間の上方に配置される。

図示の如く本体３０は円筒形でネオジム、はう素、鉄合金又はサマリウム、コバ ルト合金のような高エネルギ希土磁石３２である。

特に第１図において、磁石３２の両極を通る軸線は、図面の面に垂直な方向、又 は各円板１０及び２０の回転軸線と同じ方向に向る電位差は磁束の変化率に比例 する６反発力は、各導体が自己インダクタンス係数を有する場合に、電流の変化 率に比例する。

電ｍ誘導効果により、第１円板１０と磁石３２との間及び第２円板２０と磁石３ ２との間に反発力Ｆが生じる０回転円板が同程度の速度で回転すると、磁石３２ 上に対して各回転円板ＩＯ及び２０から作用する減速力は互いに直角に働き、回 転円板ｌＯ及び２０の間の上方にある磁石３２を安定させる。一方の円板のみが 回転すると、生じる減速力は磁石３２に対して軌道効果を生じ、重力で中断され るまで円板の回転方向と同じ方向に円板の軌道を回転する。

磁石３２と回転円板ｌＯ及び２０との間に相互作用が働き、磁極を通過する軸線 が円板１０及び２０の回転軸線１２及び２２と平行になるように磁石３２を整合 させる。このような横安定力は磁石３２を固定浮揚状態に保持する力である。磁 石３２の末端部からの磁束の均一性がこの平衡効果の基礎となっている。このよ うな安定化力は電磁誘導によって生じるものであり、磁石３２による磁束に反発 又は抵抗する。

両方の円板ｌＯ及び２０の回転方向が逆で、磁石３２が該回転円板１０と２０と の間の上方に配置される場合、減速力による効果で磁石３２を回転円板１０と２ ０との間に落として「ピンチ効果Ｊを生じる０円板ｌＯ及び２０が第１図に示す 方向に回転する時に回転円板１０及び２０の下方及び相互間に磁石３２を配置す ると、減速力によって磁石３２は回転円板１０及び２０相互間に引き上げられ、 同様な「ピンチ効果」が生じる。いかなる場合にも減速力によって引き上げられ たり下げられたりする磁石３２の寸法と該減速力との間には重要な関係がある。

その理由は、「ピンチ効果ｊの達成は、磁石を回転円板１０及び２０の上方に配 置した場合には減速力と反発力を越える重力とによって左右され、又磁石を回転 円板１０及び２０の下方に配置した場合には反発力を越える減速力と重力とによ って左右されるからである。

円板に対応する磁石の寸法と減速力の大きさとの間に関係があるようである０反 発力を越える程度の減速力を作ることは出来ないので、円板の寸法に比べて比較 的大きな磁石で「ピンチ効果Ｊを達成することは不可能であろう０回転円板１０ 及び２０の下方から重力に打ち勝って「ピンチ効果Ｊを得るためには、軽量な磁 石３２が必要である。

横方向安定浮揚を得るためには、磁石３２と導体との間の相対速度が、臨界速度 に達しなければならない。この臨界速度以下では安定性と浮揚はたちまち衰退す る。該臨界速度以上の速度では、逆起電力又は反発力は、一定又は速度とは無関 係となる。しかしながら、減速力は速度に左右され、実際のところ速度の増加と 共に減少する。サイエンス（Ｓｃｉｅｎｃｅ　）第２４３巻３５２頁に記載のｒ 物理学における浮揚Ｊ　（Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　）で 、イー・エイチ・プラント（Ｅ、Ｈ，Ｂｒａｎｄｔ）氏が説明しているように、 前述のことは、減速力が誘導中における導体内の抵抗損の結果である故である。

比較的遅い速度では、磁石３２の後端部が通過する前にうず電流が衰退するのに 比較的時間があるので、減速力はより大きくなり、比較的速い速度では、磁石３ ２の後端部が通過する前に磁石３２の前端部によって生じるうず電流が衰退する までの時間は少なくなる。同様に導体は導体内の抵抗の故に加熱される。

第４図においても同様に、アルミニニウム等の導電材で構成した案内路１１０に 対して速度Ｖで磁石１３２を移動させることによって、磁石１３２と案内路又は 導体１１０との間に相対運動を生じさせることができる。前述したように、磁石 １３２の磁極を通る軸線は案内路１１０の平面に対して平行かつ相対運動の方向 に対して直角で、相対運動方向と案内路１１０の長手方向とは同じ方向である。

磁石１３２が臨界速度に到達すると、その磁力は自己誘導反発力によって均衡を 保ち、磁石１３２は案内路１１０上に浮揚する。電磁誘導は、磁石１３２の末端 部又は磁極に安定力を生じさせるので、磁石１３２が案内路１１０を移動するに 際し、磁石１３２は均衡位置に安定して浮揚されることになる。

したがって両磁極を結ぶ線が、案内路１１０の平面に対して平行で運動方向に対 して垂直になるように磁石１３２を配置する時、案内路１１０が平坦つまり平面 で、−面的な導体で構成されていようとも、浮揚本体１３０は安定する。これに より、案内路１１Ｏの製造費は著しく軽減される。

案内路１１０上を移動する本体１３０を形成するために磁石１３２上に多様な物 体を取り付は可能であることがわかる。速度及び／又は磁束を増加させることに よって、又は本体１３０の質量を軽減することによって、比較的かさばる本体を 本発明装置によって浮揚可能である。案内路１１０が導電率の著しく高い品質の 材料で構成した場合、減速力を減じながら反発力も増加可能である。

〔例〕

ここで説明する本発明は、円板の材料や寸法、磁石の寸法及び磁石の幾何学的形 状を変えて実験した。この実験は並列に配置された二つの回転円板を使用して行 った。銅も実験したが、大部分はアルミニュウムの円板を使用した。これら二つ の材料共に、横安定浮揚が達成された。実験中は通常円筒形磁石を使用した。磁 石の直径は１／４インチから、３／８インチ、１７２インチ、３７４インチ、１ インチまで変えた。磁石の長さは１７５インチから１１７２インチまで変えた０ 通常円板は直径２インチで、厚さ３７４インチであった。磁石は円板の厚さより 短くても又は広くても浮揚した。

円筒形以外の幾何学的形状の磁石も実験したが、浮揚した０例えば、長方形の磁 石（第５図）、正方形及び環状磁石も浮揚した。

更に異なる寸法の円筒形磁石を相互に接続して浮揚させた（第６図）、第７図は 不均衡形の磁石の浮揚を示す、この実施例の場合、磁石２３２の磁極を通過する 軸線は円板ｌＯ及び２０の回転軸線に平行ではなくて鋭角を成す。

比較的小さくて軽量の磁石と同じ構成の大きくて重い磁石も、磁界を起こす表面 積が増加するので、はぼ同じ相対速度で浮揚する。臨界速度は円板の接線速度に 左右されるのであって、回転速度に左右されるのではないことが判明した。

誘導によって生じる反発力は、自己誘導を起こす磁界の鏡像なので、磁界力が比 較的強力な磁石により強力な反発力が生じる。

サマリウム−コバルト合金のエネルギ生産は、はぼ２６ミリオンガウス／オスト レフズ（ＭＧＯ）で、ネオジム−はう素−鉄合金の場合は約３５ＭＧＯである。

比較的弱い磁石の中ではバリニウムフェライト（３，５ＭＧＯ）とアルニコ（９ ＭＧＯ）を実験した。該磁石によって生じる磁界は弱すぎて磁気本体全体を浮揚 させることは出来なかった。説明中の本発明において浮揚を起こすのに使用する 磁界を生じさせるのに電磁コイル又は超伝導によって生じる磁界を使用可能であ る。

本発明の好適実施例を図示し、説明してきたが、前文及び請求の範囲に記載の本 発明の真髄を逸脱することなく各部材の詳細、構造及び構成において何等かの改 変が可能であることを理解されたい。

国際調査報告

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. （１）本体の横安定浮揚のための改良型磁気浮揚装置であって、該本体の少なく とも一部を形成し、二つの反対磁極から形成される磁束を生じさせる磁石装置と 、前記磁石装置に隣接する面を備えた導電性案内路とを有し、前記磁石装置が、 前記磁極を通る軸線が水平面に対して鋭角を成す平面内にあって、前記導電性案 内路の相対運動の方向に対して垂直になるように位置決めされ、前記浮揚装置が 、前記導電性案内路と磁石装置との間に相対的な運動を与えて導電性案内路にう ず電流を生じさせ、それによって前記磁石装置と導電性案内路との間に浮揚力と 横安定力とを生じさせるように操作可能であることを特徴とする磁気浮揚装置。
2. （２）前記導電性案内路が円板からなり、該円板がその中心を軸に回転可能であ ることを特徴とする請求項１記載の磁気浮揚装置。
3. （３）前記第１円板と並列に配置され、中心を軸に回転可能な第２円板を更に有 し、該第１円板及び第２円板がほぼ等しい速度で反対方向に回転したときうず電 流によって生じる浮揚力及び減速力が該円板相互間で前記磁石装置を安定化する ことを特徴とする請求項２記載の磁気浮揚装置。
4. （４）前記導電性案内路の前記表面が平面であることを特徴とする請求項１記載 の磁気浮揚装置。
5. （５）前記磁石装置が、円筒形、長方形、正方形、円環形又はこれらの組み合せ の中から選択された幾何学形状に形成されることを特徴とする請求項１記載の磁 気浮揚装置。
6. （６）前記磁石装置が、希出類磁石であることを特徴とする請求項１記載の磁気 浮揚装置。
7. （７）前記導電性案内路の前記表面が連続的であることを特徴とする請求項１記 載の磁気浮揚装置。
8. （８）前記導電性案内路が、アルミニュウム、銅、銀及び金より成るグループの 金属を包含することを特徴とする請求項１記載の磁気浮揚装置。
9. （９）前記磁石装置と前記導電性案内路との間の相対運動が、前記磁石装置と前 記本体全体の磁界強度に対する浮揚の条件に到達するのに必要な臨界速度を上回 ることを特徴とする請求項１記載の磁気浮揚装置。
10. （１０）前記磁石装置が電磁石であることを特徴とする請求項１記載の磁気浮揚 装置。
11. （１１）前記磁石装置が超伝導磁石であることを特徴とする請求項１の磁気浮揚 装置。
12. （１２）本体の横安定浮揚のための改良型磁気浮揚装置であって、該本体の少な くとも一部を形成し、二つの反対磁極から形成される磁束を生じさせる磁石装置 と、該磁石装置に隣接する面を有する導電性案内路とを有し、前記磁石装置を、 磁極間を通る軸線が水平面にあってかつ前記導電性案内路の相対運動の方向に対 して直角になるように位置決めし、 前記浮揚装置が、前記導電性案内路と磁石装置との間に相対的な運動を与えて導 電性案内路にうず電流を生じさせ、それによって前記磁石装置と導電性案内路と の間に浮揚力と横安定力とを生じさせるように操作可能であることを特徴とする 磁気浮揚装置。
13. （１３）前記導電性案内路が円板からなり、該円板がその中心を軸に回転可能で あることを特徴とする請求項１２記載の磁気浮揚装置。
14. （１４）中心を軸に回転可能で、前記第１円板と並列に配置される第２円板を更 に有し、該第１円板及び第２円板がほぼ等しい速度で反対方向に回転したときう ず電流によって生じる浮揚力及び減速力が該円板相互間で前記磁石装置を安定化 することを特徴とする請求項１３記載の磁気浮揚装置。
15. （１５）前記磁石装置が、円筒形、長方形、正方形、円環形又はそれらの組み合 せの中から選択された幾何学形状に形成されることを特徴とする請求項１２記載 の磁気浮揚装置。
16. （１６）前記導電性案内路の前記表面が連続的であることを特徴とする請求項１ ２記載の磁気浮揚装置。
17. （１７）前記導電性案内路が、アルミニュウム、銅、銀及び金より成るグループ の金属を包含することを特徴とする請求項１２記載の磁気浮揚装置。
18. （１８）前記磁石装置が電磁石であることを特徴とする請求項１２の磁気浮揚装 置。
19. （１９）前記磁石装置が超伝導磁石であることを特徴とする請求項１２の磁気浮 揚装置。
20. （２０）二つの反対磁極から形成される磁束を包含し、本体の少なくとも１部を 構成する磁石装置と、 中心を軸に回転し、平面を有する第１円板と、中心を軸に回転し、平面を有し、 前記磁石装置に隣接する平面を有する第２円板とを有し、 前記二つの磁極を通る軸線が水平面にあって、前記導電性案内路の相対運動方向 に垂直となるように前記磁石装置を位置決めし、 うず電流を該第１及び第２円板内に発生させるような運動を該第１及び第２円板 に対して該磁石装置に伝達し、該磁石装置と該第１及び第２円板との間に浮揚力 及び横安定力を生じさせるように作動可能であることを特徴とする本体を確実に 浮揚させるための改良型磁気浮揚装置。