高温超電導体による磁気浮上の原理を教えてください。

質問

高温超電導体による磁気浮上の原理を教えてください。
画像の装置は超電導により浮上するらしいのですが、その原理がわかりません。
シールディング効果を利用してるらしいのですが、どのようにして浮上するのでしょうか。

また、
「HTS bulk cooled at zero-field were used.」
の訳は
「ゼロ磁場で冷却されたHTSバルクを使用した。」
でいいのでしょうか。何か他の専門用語があるなら教えてください。

回答No.7

shokker02 · ベストアンサー

No.3,5,6 です。

＞これだと磁束はわざわざ強磁性体バーの方（私が貼り付けた画像のHTSバルクの下側）を
＞通らないでＮからＳへ流れて行くのではないかと思うのですが、
＞そのようなことはないのでしょうか？

詳しくは知りませんが、
棒磁石の周りに砂鉄を散らして磁力線を観察する図はよく見かけます、
あのように、遠くて弱いでしょうけど結構広い範囲に及んでいます。
その範囲内に強磁性体が入ると通りやすいココを通ろうとしますから、
「狭いエリアだけでループして遠くに届かない」ような事はないのでしょう。

今更ですが、
質問文＞「ゼロ磁場で冷却されたHTSバルクを使用した。」でいいのでしょうか。

特に問題ないと思います。専門用語があるのか、はわかりません。

ただ、特許広報のページに書かれてる
「常電導状態から超電導状態に変化する際に
磁界がかかった状態だとマズイので、
磁界がかかっていない状態で冷却し超電導状態になってから
永久磁石を近ずける必要がある」(若干要約)
との背景があるので、
前後の文章の流れ等がこれに反しないように注意すれば
いいと思います。

回答No.6

shokker02

No.3,5 です補足訂正です。

説明図では、浮上する様子を模して、
固定部分と浮上部分との間隔を変化させ（固定部分を上下させる）、
浮上部分が上向きに引っ張られる力を Electronic scale 電子秤？ で
計測してるようです。図４にそのグラフがあります。
距離 5～10mm 離れた位置に浮上力(吸引力)のピークがあって、近くても遠くても
浮上力は弱くなります。
グラフの数字は１～２グラムという単位ですから、この装置では実際に浮上させてないのでしょう。

この特許申請内容、「従来よりも強い浮上力を得られる」のがポイントでした、
図4a(破線)は従来方法、b(実線)がこの内容によるもの、の比較だという事です。

補足

ありがとうございます。

コメントの件はすみませんでした。

おかげでだいぶ理解が深まりました。

ただ、教えて頂いたサイトの図５を見る限り磁石の磁極は上下にＮ極とＳ極があるように見えます。
これだと磁束はわざわざ強磁性体バーの方（私が貼り付けた画像のHTSバルクの下側）を通らないでＮからＳへ流れて行くのではないかと思うのですが、そのようなことはないのでしょうか？

回答No.5

shokker02

No.3 です。控えめに書いたせいか、内容に触れず後の回答者さんへのコメントを
先にされるなど、無視された格好で面白くないですが。

質問の元になった文献が何者かわからないので断言しませんが、
No.3 に書いた引用URLの中身が実は同じモノではないかと思います。

そちらの内容を読むと...

図で、「浮上するのは図の下の部分であり、固定された上の部分から
「上方向に吸引浮上」します。
能動的な制御していないのに、吸着してしまわずにある程度の間隔が空き、
その位置で安定する、というのがこの技術のポイントです。

強力な磁石で吸引するだけだと、ひっついてしまいますが、
磁気遮蔽をうまく行い、至近距離では吸引力が（さほど）作用しないので
ある程度近づけば引き寄せられなくなる、というのが
No.4 さんも言われてる事です。

回答No.4

foobar

「HTS bulk cooled at zero-field were used.」は「ゼロ磁場中で冷却されたHTSバルクが使われた」でよいでしょう。
磁石（多分、磁極が左右に来ている？）の直下にゼロ磁束のHTSを置くことで、HTS近傍での磁束密度を下げることで、HTS下の少し離れた部分に磁束密度が高くなる空間を作って、強磁性体にこの空間に吸い込まれる力が作用する、ってのを使っているように思います。

補足

回答ありがとうございます。

「強磁性体にこの空間に吸い込まれる力が作用する」ってことは、強磁性体と磁石がくっつこうとしてしまって浮上しないように思うのですが。

回答No.3

shokker02

詳しくなく、回答でもなくてすみません。

これが関係しますかね...
http://jstore.jst.go.jp/cgi-bin/patent/advanced/pat/detail_pat.cgi?patid=15118&detail_id=25632
もっとも、これは「吸引浮上」ですけど。
吸引なんですが、能動的な制御無用で吸着してしまわずに
適当なギャップの位置で安定する、というのがポイントだとか？

ここのページは図も見られます、図３が質問文の図とソックリなんですが、
「どっちがどういう力で浮上する」のか確認された方がよろしいかと。

回答No.2

BASKETMM

質問者様
ご質問をいくつかに分けてください。
１．磁気浮上
２．超伝導
３．高温（超伝導）
４．一つ一つの単語
分かっておられることと、新たにお知りになりたいことを書いてくだされば、具体的な回答が集まると思います。

上記の項目について簡単な説明をすれば、(そんなことは知っていると云われるかも知れませんが）
１．磁石のSとS、NとNは反発しますから、車体に取り付けた磁石と線路側のの磁石の極を合わせれば、反発力で、浮上する。
片側は永久磁石でもよいが、反対側は、電磁石を使わなくては、制御が出来ない。電磁石はコイルに電流を流して作る。
電流が流れるから、損失が出る。
２．超伝導という現象があり、ある種の物体は、温度を絶対零度に近づけると抵抗がゼロになる。このようなもので電磁石のコイルを作ると、(抵抗がゼロであるから)電流を流しても損失がない。
３．絶対零度付近まで温度を下げるには、設備とエネルギーが必要である。そこで、あまり温度を下げないで、超伝導現象が起こすための研究が始まった。これを高温超伝導と呼ぶ。高温と云ってもマイナス１００度Ｃ より低い温度である。室温での超伝導は私に知る限り未だ実現されていない。

以上を前提として、ご質問を具体的に書いてください。

補足

すみません。英語で書かれた論文を理解しようとしているのですが、具体的に書きますと、
まず、この装置はactive control systemなしで浮上可能な装置だそうです。
画像の下のElectronic Scaleを使って浮上力を測定するという実験で、Ferromagnetic Barには鉄を使用しています。実験は小さなモデルを使って行っています。
実験の手順は
（１）車体の内側にHTSバルクを設置し、Electronic Scaleの上にFerromagnetic Barを置く。
（２）永久磁石の磁束がFerromagnetic Barに影響しない距離（100mm）まで車両を動かす。
（３）HTSバルクをzero-field、77Kで冷却し、超伝導状態になった後、永久磁石をHTSバルクの上に一定の距離を空けて設置する。
（４）車両はGapが0mmまで落ち、再びもとの位置（100mm）に戻る。Electronic Scaleにより浮上力が測定される。
というものです。
電磁石を使うとはどこにも書いてありませんでした。

それから「永久磁石からの磁束はHTSバルクのシールディング効果により、HTSバルクを避けるようにしてFerromagnetic Bar（鉄）に着く、これが、active control systemなしで浮上を続けることを可能にする。」と書いてありました。
これから私は浮上どころか、磁石と鉄がくっ付こうとするのではないかと思いました。しかし、それだとHTSバルクがある意味がないし、浮上もするはずがないので分からなくなっています。シールディング効果によって磁石の磁束がHTSバルクを避けることに何の意味があるのかもわかりません。

実際にはHTSバルクは永久磁石により多少磁化されるらしいのですがそれは浮上の特性が変わるというだけで、浮上のするかしないかということには関係ないと思いますし。

もう１つの質問は「zero-field」の日本語訳は「ゼロ磁場」でよいのかということです。

回答No.1

qaz_qwerty_me

多分・・・URLで説明しているマイスナー効果だと思います。

参考URL：

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%9E%E3%82%A4%E3%82%B9%E3%83%8A%E3%83%BC%E5%8A%B9%E6%9E%9C