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【発明の名称】 高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式
【発明者】 【氏名】藤本 浩之

【氏名】上條 弘貴
【要約】 【課題】地上側のレールに相当する部分を強磁性体だけで構成できるような高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式を提供する。

【解決手段】高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、磁界発生源２とこの磁界発生源２の磁極方向が垂直方向に作用する高温超電導体からなる遮蔽体１とを備える移動体４と、強磁性体から構成される地上側レール３とを備え、磁界発生源２の幅は地上側レール３の幅よりは長くとり、地上側レール３と磁界発生源２が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体１の幅は磁界発生源２の幅よりは小さく、長手方向には磁界発生源２に対して長くするように配置する。よって、浮上力を増加するとともに、無制御での浮上力の安定領域を大きく確保することができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、（ａ）磁界発生源と該磁界発生源の磁極方向が垂直方向に作用する高温超電導体からなる遮蔽体とを備える移動体と、（ｂ）強磁性体から構成される地上側レールとを備え、（ｃ）前記磁界発生源の幅は前記地上側レールの幅よりは長くとり、前記地上側レールと前記磁界発生源が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体の幅は前記磁界発生源の幅よりは小さく、長手方向には前記磁界発生源に対して長くするように配置することを特徴とする高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式。
【請求項２】 請求項１記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源は永久磁石であることを特徴とする高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式。
【請求項３】 請求項１記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源の上方に前記高温超電導体を配置する第１の組み立て体と、前記磁界発生源の側方に前記高温超電導体を配置し、該高温超電導体を前記地上側レールを挟むように配置する一対の第２の組み立て体とを具備することを特徴とする高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式。
【請求項４】 高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、（ａ）磁界発生源と該磁界発生源の磁極方向が垂直方向に作用する高温超電導体からなる遮蔽体とを備える移動体と、（ｂ）底面に導電体が付設される強磁性体から構成される地上側レールと、（ｃ）前記移動体に搭載され、鉄芯に多相励磁されるコイルが装着される推進駆動装置とを備え、（ｄ）前記磁界発生源の幅は前記地上側レールの幅よりは長くとり、前記地上側レールと前記磁界発生源が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体の幅は前記磁界発生源の幅よりは小さく、長手方向には前記磁界発生源に対して長くするように配置することを特徴とする高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式。
【請求項５】 請求項４記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源の上方に前記高温超電導体を配置する第１の組み立て体と、前記磁界発生源の側方に前記高温超電導体を配置し、該高温超電導体を前記地上側レールを挟むように配置される一対の第２の組み立て体とを具備することを特徴とする高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、以下に開示されるものがあった。
【０００３】（１）大崎博之：「高温超電導バルク材の磁気浮上システムへの適用性」、平成８年電気学会全国大会、Ｓ．２０−５、１９９６．３（２）Ｄ．Ｉ．Ｊｏｎｅｓ，Ａ．Ｗ．Ｐａｔｔｕｌｌｏ，Ｒ．Ｊ．Ａ．Ｐａｕｌ：Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｄｄｙ−Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｅｆｆｅｃｔｓｉｎ ｔｈｅ Ｍｉｘｅｄ−ｍｕ Ｌｅｖｉｔａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ：１０ｔｈ Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙ Ｌｅｖｉｔａｔｅｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ（Ｍａｇｌｅｖ）、ｐ．３６１−３６９、１９８８．７（３）筒井幸雄、樋口俊郎：「高温超電導体と軟磁性体を用いた磁気浮上」、低温工学Ｖｏｌ．３０、Ｎｏ．５、ｐ．２３１−２３６、１９９５．５上記文献にも示されるように、鉄道をはじめとした輸送、搬送システムにおいて、磁気浮上技術を適用することにより騒音、摩擦の少ない非接触駆動システムの実現が期待されており、各種方式の研究が進められている。
【０００４】特に、高温超電導体の発見以来、反磁性効果やピン止め効果を利用した各種の超電導磁気浮上方式が提案され、小型モデルによる実験や数値解析が行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これらの超電導磁気浮上方式を鉄道に適用する場合には、輸送距離が長くなるため、建設コストやメンテナンスの点から地上側設備をできるだけ簡素化することが必要とされる。
【０００６】本発明は、このような状況に鑑みて、地上側のレールに相当する部分を強磁性体で構成できるような高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式を提供することを目的とする。
【０００７】
【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〕高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、磁界発生源（２）と、この磁界発生源（２）の磁極方向が垂直方向に作用する高温超電導体からなる遮蔽体（１）とを備える移動体（４）と、強磁性体から構成される地上側レール（３）とを備え、前記磁界発生源（２）の幅は前記地上側レールの幅よりは長くとり、前記地上側レール（３）と前記磁界発生源（２）が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体（１）の幅は前記磁界発生源（２）の幅よりは小さく、長手方向には前記磁界発生源（２）に対して長くするように配置するようにしたものである。
【０００８】〔２〕上記〔１〕記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源（２）は永久磁石である。
【０００９】〔３〕上記〔１〕記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源の上方に前記高温超電導体を配置する第１の組み立て体（１１）と、前記磁界発生源の側方に前記高温超電導体を配置し、この高温超電導体を前記地上側レールを挟むように配置する一対の第２の組み立て体（２１）とを具備するようにしたものである。
【００１０】〔４〕高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、磁界発生源とこの磁界発生源の磁極方向が垂直方向に作用する高温超電導体からなる遮蔽体とを備える移動体と、底面に導電体が付設される強磁性体から構成される地上側レールと、前記移動体に搭載され、鉄芯に多相励磁されるコイルが装着される推進駆動装置（５０）とを備え、前記磁界発生源の幅は前記地上側レールの幅よりは長くとり、前記地上側レールと前記磁界発生源が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体の幅は前記磁界発生源の幅よりは小さく、長手方向には前記磁界発生源に対して長くするように配置するようにしたものである。
【００１１】〔５〕上記〔４〕記載の高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式において、前記磁界発生源の上方に前記高温超電導体を配置する第１の組み立て体（４１）と、前記磁界発生源の側方に前記高温超電導体を配置し、この高温超電導体を前記地上側レールを挟むように配置する一対の第２の組み立て体（４２）とを具備するようにしたものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００１３】図１は本発明の原理を示す高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式の模式図である。
【００１４】この図において、１は高温超電導体、２はその高温超電導体の下部に固定される磁界発生源（例えば、永久磁石）、３はその高温超電導体の上方に固定される強磁性体からなる地上側レール、４は高温超電導体１と磁界発生源（例えば、永久磁石）が固定される移動体である。なお、図１において、矢印は磁界発生源（例えば、永久磁石）の磁極の方向を示している。
【００１５】ここで、磁界発生源２の幅は前記地上側レールである強磁性体３の幅よりは長くとり、前記地上側レールである強磁性体３と磁界発生源２が十字となるような配置にするとともに、前記遮蔽体である高温超電導体１の幅は前記磁界発生源２の幅よりは小さく、長手方向には磁界発生源２に対して長くするように配置する。
【００１６】このように、永久磁石２と強磁性体３に高温超電導体１を組み合わせることにより、高温超電導体３の磁気遮蔽効果を用いて磁束分布を整形することで、無制御の吸引浮上を実現する。つまり、磁束分布整形型の超電導磁気浮上方式について、小型モデルを用いた浮上力特性の基礎試験を行った。
【００１７】磁束分布整形型の磁気浮上方式でも、磁界発生源、高温超電導体、強磁性体の種類、配置、構成によりいくつかの方法が考えられている。
【００１８】本発明では、図１に示すように、強磁性体３のレールを地上側に置き、磁界発生源２と高温超電導体１から構成される移動体４との間の吸引力により浮上させる方式とした。磁界発生源２としては、永久磁石を使用し、高温超電導体１に対して垂直に磁束が印加するような磁極配置とした。高温超電導体１は、ゼロ磁界中で液体窒素により冷却（ゼロフィールドクール）された状態で、磁界発生源２から磁界を印加することにより、磁気遮蔽効果を持つようにした。
【００１９】この構成により、磁界発生源２からの磁束は、高温超電導体１の磁気遮蔽効果により整形され、一部が高温超電導体１を回り込み強磁性体３との間で吸引力を発生する。この効果は、高温超電導体１が強磁性体３から離れているときは、近づくにつれて吸引力は増加するが、さらに高温超電導体１が強磁性体３に近づくと、整形された磁束の回り込みが不十分になるため吸引力が減少し、浮上力に安定領域ができるため、無制御による安定浮上が実現できる。
【００２０】また、できるだけ浮上力を大きくとりつつ、浮上力の安定領域を確保するため、図１に示すように、永久磁石２の幅は強磁性体３より長くとり強磁性体３と永久磁石２が十字となるような配置にするとともに、高温超電導体１は、その幅を永久磁石２の幅より小さく、長手方向には永久磁石２に比べて長くするように配置した。
【００２１】以下、上記した磁束分布整形型の超電導磁気浮上方式について、小型モデルを用いた浮上力特性の基礎試験を行ったので説明する。
【００２２】試験は、ホット・フォージング法Ｂｉ系および溶融法Ｙ系高温超電導体、永久磁石、強磁性体を使用し、小型モデルによる浮上力特性の基礎試験、磁気遮蔽効果の評価試験を行った。試験に使用した高温超伝導体、永久磁石、強磁性体や試験装置、方法は、以下の通りである。
【００２３】磁束分布を整形するための遮蔽体である高温超電導体には、ホット・フォージング法Ｂｉ（２２２３）系および溶融法Ｙ（１２３）系超電導体の２種を使用した。
【００２４】ホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体は、約１００ｍｍ×約１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍの均質な超電導体から、３１ｍｍ×３１ｍｍ角、６３ｍｍ×３１ｍｍ角に加工したものを、単体や２枚、３枚重ねにして使用した。
【００２５】溶融法Ｙ系超電導体は、クラックや粒界のない均質な超電導体を用意する必要から、４６ｍｍφ、厚さ１５ｍｍの均質なバルク体から３０ｍｍ×３０ｍｍ角、厚さ２ｍｍのタイル状に加工したものを、単体やれんが積みに２層、３層重ねにして使用した。
【００２６】磁界発生源には、永久磁石、コイル、電磁石の使用が考えられる。今回の試験では、厚さ方向に着磁されたフェライト系の永久磁石を使用した。永久磁石の寸法は、５０ｍｍ×２０ｍｍ×１０ｍｍおよび５０ｍｍ×１０ｍｍ×６ｍｍで、液体窒素での初期冷却後の表面での最大磁界の大きさは、８２．５ｍＴおよび５４．７ｍＴである。
【００２７】地上側のレールに相当する強磁性体には、一般構造用圧延鋼材ＳＳ４１を使用した。強磁性体の寸法による浮上力特性への影響を把握するため、断面寸法の異なる４ｍｍ×８０ｍｍ×２ｍｍ、４ｍｍ×８０ｍｍ×４ｍｍ、８ｍｍ×８０ｍｍ×４ｍｍなど数種類の強磁性体を用意した。なお、強磁性体の長さは、すべて８０ｍｍとした。
【００２８】図２は本発明に係る試験装置の概略図であり、図２（ａ）はその試験装置の模式図、図２（ｂ）はその試験装置の浮上機構の配置図である。
【００２９】試験では、永久磁石、高温超電導体、強磁性体の配置は実際の浮上機構の配置（図１参照）の場合とは逆の構成とし、永久磁石と高温超電導体を入れた移動体が上下する構造とした。なお、軸方向は、図２に示すように強磁性体の長手方向をＸ軸、幅方向をＹ軸、上下方向をＺ軸とした。なお、図２において、矢印は永久磁石の磁極の方向を示している。
【００３０】浮上力の測定には、電子天秤１０１を使用し、ギャップの測定には、材料試験システムを使用した。
【００３１】浮上力特性試験は、以下の手順で行った。
【００３２】（１）測定条件にしたがって、移動体１０６に永久磁石１０５と高温超電導体１０４を所定の位置にセットし、材料試験システムに取り付け、強磁性体１０３を電子天秤１０１上にセットする。
【００３３】（２）移動体１０６を強磁性体１０３に近づけていき、接触（電子天秤の値が急激に増加）する直前の位置を、ギャップＧは０とする。
【００３４】（３）移動体１０６を強磁性体１０３から離して行き、電子天秤１０１の指示値に変化がなくなるまで充分に（１００ｍｍ以上）離し、その時点における電子天秤１０１の値を０とする。
【００３５】（４）高温超電導体１０４を冷却しない状態で、移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧと浮上力を測定しながら、移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧがなくなるまで近づけた後、同様に移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧと浮上力を測定しながら元の位置まで離して行く。
【００３６】（５）永久磁石１０５を一旦外し、高温超電導体１０４を液体窒素によりゼロフィールドクールした後、永久磁石１０５を高温超電導体１０４の上部に再度セットする。
【００３７】（６）高温超電導体１０４を冷却したままの状態で、上記（４）と同様に移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧと浮上力を測定し、移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧがなくなるまで近づけた後、同様に移動体１０６と強磁性体１０３間のギャップＧと浮上力を測定しながら元の位置まで離して行く。
【００３８】なお、測定は必要に応じて、高温超電導体１０４を冷却したままの状態で測定を繰り返し行い、再現性、クリープの影響などについても調べた。
【００３９】高温超電導体１０４の磁気遮蔽効果により、永久磁石１０５が発生する磁束分布を整形し、無制御での吸引浮上を実現しようとしているため、高温超電導体１０４による遮蔽効果が浮上力特性を左右することになる。そこで、試験に使用したホット・フォージング法Ｂｉ系および溶融法Ｙ系超電導体は、磁気遮蔽評価試験によりクラックや粒界のない均質な高温超電導体１０４であること確認して使用した。また、浮上力特性試験のときと同様に、永久磁石１０５と高温超電導体１０４で構成した移動体１０６について、その表面の磁界分布の測定も行った。
【００４０】高温超電導体１０４にクラックや粒界がないことを確認するための磁気遮蔽評価試験は、冷却した高温超電導体１０４にソレノイドコイルにより平行磁界を印加し、高温超電導体１０４表面の磁界分布をホール素子により測定した。
【００４１】また、浮上力特性試験を模擬した測定として、ゼロフィールクールされた高温超電導体１０４を永久磁石１０５の上部に置き、高温超電導体１０４表面の磁界分布をホール素子により測定した。
【００４２】次に、試験結果について説明する。
【００４３】浮上力特性試験に使用したホット・フォージング法Ｂｉ系および溶融法Ｙ系超電導体は、磁気遮蔽評価試験により、３０〜５０ｍＴ程度の磁界を印加した状態で、高温超電導体表面の磁界分布に局所的な乱れがなく、クラックや粒界のない均質な高温超電導体であることを確認した。
【００４４】高温超電導体と永久磁石を浮上力特性試験と同様の配置にした場合の磁気遮蔽評価試験の結果を示す。永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、高温超電導体はホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体（Ｘｓ＝６３ｍｍ、Ｙｓ＝３１ｍｍ、Ｚｓ＝１ｍｍ）を２枚重ね、永久磁石−超電導体間の距離を１０ｍｍとした場合について、超電導体表面から２ｍｍの位置の磁界分布を図３に示す。図３（ａ）は、冷却前で高温超電導体が常電導状態にあり遮蔽効果がない場合で、永久磁石の発生磁界を示すものである。図３（ｂ）は、液体窒素によりゼロフィールドクールされ、超電導状態にある高温超電導体に永久磁石をセットし、遮蔽効果がある場合である。また、図４には、永久磁石−高温超電導体間の距離を４ｍｍとして、高温超電導体への印加磁界が大きくなった場合を示す図である。
【００４５】図３（ａ）と図３（ｂ）から、冷却された高温超電導体の遮蔽効果により、永久磁石から発生する磁束が遮蔽されて、高温超電導体のある部分では磁界が小さくなり、高温超電導体からはずれた両側に磁界の大きな部分が分かれていることが分かる。しかし、遮蔽効果は、高温超電導体の材質や印加される磁界の大きさに影響されるため、図４に示すように、永久磁石−高温超電導体間の距離を小さくして印加される磁界を大きくすると、高温超電導体による遮蔽効果が充分でなくなり、高温超電導体のある部分の磁界も大きく、永久磁石のみの場合の磁界分布に近づいている。
【００４６】また、高温超電導体として臨界電流密度が大きく比較的高磁界まで磁気遮蔽効果が維持できる溶融法Ｙ系超電導体を用いた場合にも同様の測定を行った結果、ホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体を用いた場合と比べて、高温超電導体のある部分とない部分の磁界の強弱がはっきり現れることや、永久磁石−超電導体間の距離を小さくして印加磁界を大きくしても磁気遮蔽効果を維持できることが確かめられた。
【００４７】浮上力特性試験の結果として、永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、高温超電導体はホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体（Ｘｓ＝６３ｍｍ、Ｙｓ＝３１ｍｍ、Ｚｓ＝１ｍｍ）を２枚重ね、強磁性体は一般構造用圧延鋼材ＳＳ４１（Ｘｆ＝８０ｍｍ、Ｙｆ＝４ｍｍ、Ｚｆ＝４ｍｍ）とした場合において、永久磁石−超電導体間の距離を４ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍと変えて浮上力特性を測定した結果を、図５、図６および図７に示す。
【００４８】これらの図において、（ａ）は高温超電導体が冷却前で、遮蔽効果がない場合、（ｂ）は高温超電導体が超電導状態にあり遮蔽効果がある場合における、移動体−強磁性体間のギャップと浮上力の関係を示した。
【００４９】測定結果から、移動体と強磁性体間の浮上力特性は、永久磁石、高温超電導体、強磁性体の寸法、起磁力などの組合せにより、図７（ｂ）に示すように、移動体−強磁性体間のギャップの減少にともない増加していた浮上力が、ギャップの減少にともない浮上力も減少する安定領域のあることが確認できた。
【００５０】しかし、組合せによっては、図５に示すように高温超電導体の遮蔽効果がないときと同じ浮上力特性になる場合や、図６に示すようにギャップの減少にともない浮上力の増加が小さくなるだけで浮上力に安定領域がない場合もあった。また、浮上力に安定領域がある場合には、高温超電導体の遮蔽効果により強磁性体と永久磁石間の浮上力がかなり小さくなることや、移動体を強磁性体に近づけていく場合とと離していく場合とでは浮上力特性にヒステリシスが見られることが分かった。
【００５１】このように、永久磁石、高温超電導体、強磁性体の寸法、起磁力などの組合せにより浮上力に安定領域がある場合とない場合があることが分かった。そこで永久磁石の起磁力（永久磁石−超電導体間の距離Ｇｐｓを変えることで等価的な変更）、強磁性体の寸法などを変えた場合などについて、浮上力に安定領域があるかどうか、浮上力の大きさがどのように変化するかについて試験した。
【００５２】高温超電導体に印加される磁界の大きさにより、高温超電導体の磁気遮蔽効果が図３（ｂ）や図４に示すように変わるため、浮上力特性に影響する。そこで、永久磁石−超電導体間の距離を変えることにより、超電導体に印加される磁界の大きさを等価的に変えた場合の浮上力特性を測定した。
【００５３】測定結果として、永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、高温超電導体はホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体（Ｘｓ＝６３ｍｍ、Ｙｓ＝３１ｍｍ、Ｚｓ＝１ｍｍ）の２枚重ね、強磁性体は一般構造用圧延鋼材ＳＳ４１（Ｘｆ＝８０ｍｍ、Ｙｆ＝４ｍｍ、Ｚｆ＝４ｍｍ）とした場合において、永久磁石−超電導体間の距離を４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍ、１０ｍｍ、１２ｍｍ、１４ｍｍと変えて浮上力特性を測定した結果を、図８に示す。
【００５４】図８においては、高温超電導体を冷却しない状態の永久磁石と強磁性体間の浮上力の最大値Ａ（図７に示す点Ａの値）、高温超電導体を冷却し磁気遮蔽効果がある状態で移動体を近づけていくときの浮上力の極大値Ｂ〔図５（ｂ）から図７（ｂ）点Ｂの値〕、移動体が最も近づいたときの浮上力に極小値Ｃ〔図７（ｂ）点Ｃの値〕、移動体を離していくときの浮上力の極大値Ｄ〔図７（Ｄ）の値〕を示した。なお、浮上力に安定領域がなかった永久磁石−超電導体間の距離が４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍの場合には、高温超電導体を冷却しない状態の移動体と挟持性体間の浮上力の最大値Ａと、高温超電導体を冷却し、磁気遮蔽効果がある状態で移動体を近づけていくときの浮上力の最大値Ｂの値を示した。
【００５５】試験の結果から、永久磁石−超電導体間の距離が４ｍｍ、６ｍｍと小さく高温超電導体に印加される磁界が大きい場合には、磁気遮蔽効果が充分でなく、浮上力特性に安定領域が見られない。永久磁石−超電導体間の距離が１０ｍｍ以上になり印加磁界が小さくなると、高温超電導体の磁気遮蔽効果が有効に働いて、浮上力に安定領域ができることが分かった。しかし、強磁性体に作用する磁束が少なくなるため、得られる浮上力も永久磁石−超電導体間の距離の増加にともない減少してしまう。
【００５６】浮上力を大きくする方法の一つとして、強磁性体の寸法を大きくすることが考えられる。そこで、強磁性体の寸法を変えた場合の浮上力特性を測定した。
【００５７】測定結果として、永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、高温超電導体はホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体（Ｘｓ＝６３ｍｍ、Ｙｓ＝３１ｍｍ、Ｚｓ＝１ｍｍ）の２枚重ね、永久磁石−超電導体間の距離を１０ｍｍとした場合において、強磁性体の幅Ｙｆおよび高さＺｆを変えて浮上特性を測定した結果を、図９に示した。なお、強磁性体の長さＸｆは、８０ｍｍで一定とした。
【００５８】試験の結果から、強磁性体の断面寸法が大きくなると、浮上力が増加することが分かる。しかし、８０ｍｍ×８ｍｍ×１０ｍｍまで大きくした場合には浮上力に安定領域がなくなることから、断面寸法があまり大きくなり過ぎると磁束の整形効果が有効に働かなくなり、浮上力特性が悪くなるものと考えられる。
【００５９】高温超電導体の寸法が、浮上力特性にどんな影響を与えているのかを確かめるため、高温超電導体の寸法を変えた場合の浮上力特性について測定した。
【００６０】測定結果として、永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、強磁性体は一般構造用圧延鋼材ＳＳ４１（Ｘｆ＝８０ｍｍ、Ｙｆ＝４ｍｍ、Ｚｆ＝４ｍｍ）とした場合において、超電導体にホット・フォージング法Ｂｉ系超電導体（Ｘｓ＝３３ｍｍ、Ｙｓ＝３１ｍｍ、Ｚｓ＝１ｍｍ）の２枚重ねとしてＸ方向の長さを半分にして浮上力特性を測定した結果を、図１０に示した。
【００６１】試験の結果から、高温超電導体の寸法Ｘｓを６３ｍｍから３１ｍｍに短くした場合には、６３ｍｍの場合には浮上力に安定領域があった永久磁石−高温超電導体間の距離が１０ｍｍおよび１４ｍｍの場合でも、安定領域がなかった。これは、Ｘ軸方向への磁束の回り込みにより、充分な磁束の整形効果が得られないためと考えられる。
【００６２】磁気遮蔽効果の高い高温超電導体を用いれば永久磁石の起磁力が増加でき、浮上力も大きくすることができる可能性がある。そこで、高温超電導体として、溶融法Ｙ系超電導体を用いた場合の浮上力特性について測定した。
【００６３】測定結果として、永久磁石はフェライト系（Ｘｐ＝２０ｍｍ、Ｙｐ＝５０ｍｍ、Ｚｐ＝１０ｍｍ）、超電導体は溶融法Ｙ系超電導体（Ｘｓ＝３０ｍｍ、Ｙｓ＝３０ｍｍ、Ｚｓ＝２ｍｍ）１枚、強磁性体は一般構造用圧延鋼材ＳＳ４１（Ｘｆ＝８０ｍｍ、Ｙｆ＝４ｍｍ、Ｚｆ＝４ｍｍ）とした場合において、永久磁石−高温超電導体間の距離を０ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、６ｍｍ、８ｍｍと変えて浮上力特性を測定した結果を、図１１に示した。
【００６４】測定の結果から、高磁界まで磁気遮蔽効果が維持できるため、永久磁石−高温超電導体間の距離が１ｍｍと小さく、印加磁界が大きい場合でも、安定領域があった。しかし、磁気遮蔽効果が高いため、得られる浮上力は、最大で３ｇ程度までしか増加できなかった。また、永久磁石−高温超電導体間の距離が６ｍｍ以上では、使用した高温超電導体のＸｓが３０ｍｍと短いため、磁束の長手方向の回り込みにより浮上力に安定領域がなくなったものと考えられる。
【００６５】上記したように、本発明では高温超電導体の磁気遮蔽効果を用いて磁束分布を整形することで、無制御の吸引浮上を実現する磁束分布整形型の超電導磁気浮上方式の浮上力特性について基礎的な試験を行った。
【００６６】その結果、高温超電導体の磁気遮蔽効果により磁束分布が整形され、浮上力に安定領域があることを確認した。また、強磁性体、高温超電導体、永久磁石の寸法、種類、構成、起磁力などの組合せにより、安定領域がなくなることや、浮上力の最大値、安定領域の大きさなどこれらの組み合わせが浮上力特性に影響することを確かめられた。
【００６７】図１２は本発明の第１の実施例を示す高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式の模式図である。
【００６８】この図において、１０は移動体、１１は第１の組み立て体であり、この第１の組み立て体１１は、磁界発生源１２Ａ，１２Ｂと、その上側に配置される遮蔽体である高温超電導体１３Ａ，１３Ｂからなる。２１は第２の組み立て体であり、この第２の組み立て体は、磁界発生源２２Ａ，２２Ｂとこれらの側方の内側に配置される遮蔽体である高温超電導体２３Ａ，２３Ｂからなる。つまり、第１の組み立て体１１が９０度回転したような配置となっている。３１は強磁性体からなる地上側レールであり、この地上側レール３１は高温超電導体１３Ａ，１３Ｂの上方で、かつ高温超電導体２３Ａ，２３Ｂに挟まれるような配置となっている。つまり、第２の組み立て体２１は、移動体１０の幅方向を規制するガイドの機能を果たしている。なお、図１２において、矢印は磁界発生源の磁極の方向を示している。
【００６９】図１３は本発明の第２の実施例を示す高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式の模式図、図１４はその前方からみた磁気浮上方式の模式図、図１５は推進駆動装置の斜視図である。
【００７０】この図において、４０は移動体、４１は第１の組み立て体（第１実施例における１１と対応）、４２は第２の組み立て体（第１実施例における２１と対応）、４３は地上側のレールであり、強磁性体４３Ａの下面にアルミニウムや銅などの導電体４３Ｂを付設する。５０は移動体４０に搭載され、鉄芯５１の溝５２に装着される多相励磁されるコイル５３を有する推進駆動装置である。このコイル５３は、例えば、図示しないが３相ＶＶＶＦ電源が接続されたコイル５３Ｕ，５３Ｖ，５３Ｗから構成され、誘導モータの原理で推進力を得ることができる。なお、６０は移動体４０と推進駆動装置５０間に敷設される高機能性の絶縁体、６１は推進駆動装置５０と第１の組み立て体４１との電磁的遮蔽を行う絶縁体壁である。
【００７１】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。
【００７２】
【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。
【００７３】（１）永久磁石と強磁性体に高温超電導体を組み合わせることにより、高温超電導体の磁気遮蔽効果を用いて磁束分布を整形することで、無制御の吸引浮上を実現する高温超電導体の磁気遮蔽効果を利用した磁気浮上方式を構築することができる。
【００７４】（２）地上側レールは強磁性体であり、構造がシンプルな磁気浮上方式を構築することができる。
【００７５】（３）磁界発生源の幅は地上側レールの幅よりも長くとり、地上側レールと磁界発生源が十字となるような配置にするとともに、遮蔽体の幅は磁界発生源の幅より小さく、長手方向には磁界発生源に対して長くするように配置することで、浮上力を増加するとともに、無制御での浮上力の安定領域を大きく確保することができる。
【出願人】 【識別番号】０００１７３７８４
【氏名又は名称】財団法人鉄道総合技術研究所
【出願日】 平成１１年１月２６日（１９９９．１．２６）
【代理人】 【識別番号】１０００８９６３５
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 守 （外１名）
【公開番号】 特開２０００−２１７２０７（Ｐ２０００−２１７２０７Ａ）
【公開日】 平成１２年８月４日（２０００．８．４）
【出願番号】 特願平１１−１６７１３