JP2000120682A - 超電導磁気軸受装置 - Google Patents
超電導磁気軸受装置Info
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- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
- F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2361/00—Apparatus or articles in engineering in general
- F16C2361/55—Flywheel systems
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】超電導体が発熱し、局所的に超電導状態が壊れ
て支持力及び回転損失等の性能が低下するのを防止する
ことができる超電導磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】冷媒収容容器２５に真空ポンプ２６を接続
して、冷媒収容容器２５の内部を減圧し、冷媒の温度を
下げる。この温度を下げた冷媒を超電導磁気軸受２の超
電導体部１６の超電導体収容部材２２の内部に供給し、
超電導体２２を冷却して超電導状態を保持する。
て支持力及び回転損失等の性能が低下するのを防止する
ことができる超電導磁気軸受装置を提供する。 【解決手段】冷媒収容容器２５に真空ポンプ２６を接続
して、冷媒収容容器２５の内部を減圧し、冷媒の温度を
下げる。この温度を下げた冷媒を超電導磁気軸受２の超
電導体部１６の超電導体収容部材２２の内部に供給し、
超電導体２２を冷却して超電導状態を保持する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速回転を必要と
する流体機器や工作機械、又は余剰電力をフライホイー
ルの回転運動エネルギーに変換して貯蔵する電力貯蔵装
置等に適用される超電導磁気軸受装置に関する。
する流体機器や工作機械、又は余剰電力をフライホイー
ルの回転運動エネルギーに変換して貯蔵する電力貯蔵装
置等に適用される超電導磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導磁気軸受装置は、例えば余
剰電力を回転運動エネルギーに変換して貯蔵するフライ
ホイールが設けられた鉛直軸状の回転体、起動時に回転
体を軸方向に非接触支持するアキシアル磁気軸受、回転
体を軸方向及び径方向に非接触支持する超電導磁気軸
受、回転体を径方向に非接触支持する上下一対のラジア
ル磁気軸受、電力貯蔵時に回転体を高速回転させる電動
機等を備えており、これらがハウジングの内部に配置さ
れている。超電導磁気軸受は、回転体の下端に固定され
た永久磁石部と、この永久磁石部に対向して配置される
超電導体部とを備えている。永久磁石部は永久磁石とこ
れを支持する永久磁石支持部材とを備え、超電導体部は
超電導体とこれを収容する超電導体収容部材とを備えて
いる。超電導体はＹＢＣＯ系超電導体、すなわちＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-X からなるバルクの内部に常電導粒子（Ｙ
ＢａＣｕ）を均一に混在させたものであり、第２種超電
導状態が出現する環境下において、永久磁石から発せら
れる磁束を拘束してピン止めする。
剰電力を回転運動エネルギーに変換して貯蔵するフライ
ホイールが設けられた鉛直軸状の回転体、起動時に回転
体を軸方向に非接触支持するアキシアル磁気軸受、回転
体を軸方向及び径方向に非接触支持する超電導磁気軸
受、回転体を径方向に非接触支持する上下一対のラジア
ル磁気軸受、電力貯蔵時に回転体を高速回転させる電動
機等を備えており、これらがハウジングの内部に配置さ
れている。超電導磁気軸受は、回転体の下端に固定され
た永久磁石部と、この永久磁石部に対向して配置される
超電導体部とを備えている。永久磁石部は永久磁石とこ
れを支持する永久磁石支持部材とを備え、超電導体部は
超電導体とこれを収容する超電導体収容部材とを備えて
いる。超電導体はＹＢＣＯ系超電導体、すなわちＹＢａ
2 Ｃｕ3 Ｏ7-X からなるバルクの内部に常電導粒子（Ｙ
ＢａＣｕ）を均一に混在させたものであり、第２種超電
導状態が出現する環境下において、永久磁石から発せら
れる磁束を拘束してピン止めする。
【０００３】この超電導磁気軸受装置は、次のようにし
て起動される。まず、ラジアル磁気軸受及びアキシアル
磁気軸受を作動状態にし、回転体を径方向及び軸方向に
非接触支持して、所定の位置に浮上させる。次に、超電
導体部を永久磁石部に接近させ、超電導体収容部材の内
部に液体窒素等の冷媒を循環させて超電導体を所定の温
度まで冷却し、第２種超電導状態が出現する状態に保持
する。永久磁石から発せられる磁束が超電導体の内部に
侵入している状態で超電導体を第２種超電導状態にする
と、超電導体の内部に侵入していた磁束の多くがそのま
ま超電導体の内部のピン止め点にピン止めされて、超電
導体の内部に拘束される。次に、超電導体部を上昇させ
ると、超電導磁気軸受による軸方向上向きの支持力が徐
々に大きくなり、その分、アキシアル磁気軸受による支
持力が小さくなる。そして、アキシアル磁気軸受による
支持力が零になった時点で、超電導体部をその位置に停
止させる。これにより、回転体は超電導磁気軸受により
非接触支持されるので、アキシアル磁気軸受及びラジア
ル磁気軸受を非作動状態にし、電動機を駆動して回転体
を高速回転させる。このとき、超電導体に侵入した磁束
は、磁束分布が回転体の軸心に対して均一で不変である
限り、回転を妨げる抵抗にはならない。
て起動される。まず、ラジアル磁気軸受及びアキシアル
磁気軸受を作動状態にし、回転体を径方向及び軸方向に
非接触支持して、所定の位置に浮上させる。次に、超電
導体部を永久磁石部に接近させ、超電導体収容部材の内
部に液体窒素等の冷媒を循環させて超電導体を所定の温
度まで冷却し、第２種超電導状態が出現する状態に保持
する。永久磁石から発せられる磁束が超電導体の内部に
侵入している状態で超電導体を第２種超電導状態にする
と、超電導体の内部に侵入していた磁束の多くがそのま
ま超電導体の内部のピン止め点にピン止めされて、超電
導体の内部に拘束される。次に、超電導体部を上昇させ
ると、超電導磁気軸受による軸方向上向きの支持力が徐
々に大きくなり、その分、アキシアル磁気軸受による支
持力が小さくなる。そして、アキシアル磁気軸受による
支持力が零になった時点で、超電導体部をその位置に停
止させる。これにより、回転体は超電導磁気軸受により
非接触支持されるので、アキシアル磁気軸受及びラジア
ル磁気軸受を非作動状態にし、電動機を駆動して回転体
を高速回転させる。このとき、超電導体に侵入した磁束
は、磁束分布が回転体の軸心に対して均一で不変である
限り、回転を妨げる抵抗にはならない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のＹＢＣＯ系の超
電導体を用いた超電導磁気軸受は、超電導体が−１８３
℃以下で超電導状態になると考えられているので、上述
したように冷媒として液体窒素（常圧で−１９６℃のも
の）が多く使用されている。この超電導磁気軸受では、
超電導体の内部に侵入した永久磁石の磁束が超電導体に
ピン止めされている状態で、超電導体部を上昇させて浮
上力（軸方向上向きの支持力）を発生させた瞬間及び直
後に、超電導体にトラップされた周方向の磁束が不均一
になって超電導体が発熱し、局所的に超電導状態が壊れ
る虞れがある。また、回転体を回転させて永久磁石が回
転している時にも、永久磁石自体の周方向の磁束の不均
一性（ムラ）によって超電導体が発熱し、局所的に超電
導状態が壊れる虞れがある。このように局所的に超電導
状態が壊れる事態が生じると、支持力（回転体を軸方向
及び径方向に非接触支持する力）及び回転損失等の超電
導磁気軸受の性能が低下する。本発明はかかる事情に鑑
みてなされたものであり、超電導磁気軸受の超電導体が
発熱し、局所的に超電導状態が壊れて支持力及び回転損
失等の性能が低下するのを防止することができる超電導
磁気軸受装置を提供することを目的とする。
電導体を用いた超電導磁気軸受は、超電導体が−１８３
℃以下で超電導状態になると考えられているので、上述
したように冷媒として液体窒素（常圧で−１９６℃のも
の）が多く使用されている。この超電導磁気軸受では、
超電導体の内部に侵入した永久磁石の磁束が超電導体に
ピン止めされている状態で、超電導体部を上昇させて浮
上力（軸方向上向きの支持力）を発生させた瞬間及び直
後に、超電導体にトラップされた周方向の磁束が不均一
になって超電導体が発熱し、局所的に超電導状態が壊れ
る虞れがある。また、回転体を回転させて永久磁石が回
転している時にも、永久磁石自体の周方向の磁束の不均
一性（ムラ）によって超電導体が発熱し、局所的に超電
導状態が壊れる虞れがある。このように局所的に超電導
状態が壊れる事態が生じると、支持力（回転体を軸方向
及び径方向に非接触支持する力）及び回転損失等の超電
導磁気軸受の性能が低下する。本発明はかかる事情に鑑
みてなされたものであり、超電導磁気軸受の超電導体が
発熱し、局所的に超電導状態が壊れて支持力及び回転損
失等の性能が低下するのを防止することができる超電導
磁気軸受装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の本発明の超電導磁気軸受装置は、回転体に同心状に設
けられ、永久磁石とこれを支持する永久磁石支持部材と
を有した永久磁石部と、この永久磁石部に対向して配置
され、超電導体とこれを収容する超電導体収容部材とを
有した超電導体部と、前記超電導体収容部材の内部を循
環して前記超電導体を冷却する冷媒を収容した冷媒収容
容器とを備えた超電導磁気軸受装置において、前記冷媒
収容容器の内部を減圧して、前記冷媒の温度を下げる真
空ポンプを備えたことを特徴とする（請求項１）。冷媒
収容容器の内部を減圧すると冷媒の沸点が下がり、冷媒
の温度が下がる。これにより超電導体が十分に冷却され
ることになるので、超電導磁気軸受の支持力を発生させ
た瞬間から回転体を回転させている時に至るまで、超電
導体が発熱して局所的に超電導状態が壊れるのが防止さ
れ、超電導磁気軸受の支持力及び回転損失等の性能が低
下するのが防止される。
の本発明の超電導磁気軸受装置は、回転体に同心状に設
けられ、永久磁石とこれを支持する永久磁石支持部材と
を有した永久磁石部と、この永久磁石部に対向して配置
され、超電導体とこれを収容する超電導体収容部材とを
有した超電導体部と、前記超電導体収容部材の内部を循
環して前記超電導体を冷却する冷媒を収容した冷媒収容
容器とを備えた超電導磁気軸受装置において、前記冷媒
収容容器の内部を減圧して、前記冷媒の温度を下げる真
空ポンプを備えたことを特徴とする（請求項１）。冷媒
収容容器の内部を減圧すると冷媒の沸点が下がり、冷媒
の温度が下がる。これにより超電導体が十分に冷却され
ることになるので、超電導磁気軸受の支持力を発生させ
た瞬間から回転体を回転させている時に至るまで、超電
導体が発熱して局所的に超電導状態が壊れるのが防止さ
れ、超電導磁気軸受の支持力及び回転損失等の性能が低
下するのが防止される。
【０００６】請求項１記載の超電導磁気軸受装置は、前
記冷媒が液体窒素であってもよい（請求項２）。前記冷
媒として液体窒素、液体ヘリウム、液体水素等が考えら
れるが、液体ヘリウムは高価であり、設備が高くつき、
配管を液体窒素でさらに冷却する必要があるという問題
があり、液体水素は危険性があるという問題がある。液
体窒素は安価であり、取扱い性がよい。
記冷媒が液体窒素であってもよい（請求項２）。前記冷
媒として液体窒素、液体ヘリウム、液体水素等が考えら
れるが、液体ヘリウムは高価であり、設備が高くつき、
配管を液体窒素でさらに冷却する必要があるという問題
があり、液体水素は危険性があるという問題がある。液
体窒素は安価であり、取扱い性がよい。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明
の一実施形態に係る超電導磁気軸受装置を適用した電力
貯蔵装置を示す要部断面図、図２はその全体を示す断面
図である。この超電導磁気軸装置は、鉛直軸状の回転体
１、超電導磁気軸受２、上下一対のラジアル変位検出ユ
ニット３，４、上下一対のラジアル磁気軸受５，６、ア
キシアル変位センサ７、アキシアル磁気軸受８、上下一
対のフライホイール１３，１４、上下一対又は複数対の
タッチダウン軸受２７，２８及び内蔵型の電動機９を備
えており、これらが円筒状の上部ハウジング１０、中間
ハウジング１１、下部ハウジング１２の内部に配置され
ている。これら３つのハウジング１０、１１、１２は、
それぞれ複数の部材が上下方向に嵌め合わされて一体化
されており、回転体１は、各ハウジング１０、１１、１
２と同心状に配置されている。
て、添付図面を参照しながら詳述する。図１は、本発明
の一実施形態に係る超電導磁気軸受装置を適用した電力
貯蔵装置を示す要部断面図、図２はその全体を示す断面
図である。この超電導磁気軸装置は、鉛直軸状の回転体
１、超電導磁気軸受２、上下一対のラジアル変位検出ユ
ニット３，４、上下一対のラジアル磁気軸受５，６、ア
キシアル変位センサ７、アキシアル磁気軸受８、上下一
対のフライホイール１３，１４、上下一対又は複数対の
タッチダウン軸受２７，２８及び内蔵型の電動機９を備
えており、これらが円筒状の上部ハウジング１０、中間
ハウジング１１、下部ハウジング１２の内部に配置され
ている。これら３つのハウジング１０、１１、１２は、
それぞれ複数の部材が上下方向に嵌め合わされて一体化
されており、回転体１は、各ハウジング１０、１１、１
２と同心状に配置されている。
【０００８】アキシアル磁気軸受８は起動時に回転体１
を軸方向に非接触支持し、ラジアル磁気軸受５，６は回
転体１を径方向に非接触支持し、超電導磁気軸受２は回
転体１を軸方向及び径方向に非接触支持する。ラジアル
変位検出ユニット３，４は回転体１の径方向の変位を、
アキシアル変位センサ７は回転体１の軸方向の変位をそ
れぞれ検出して図示しない制御装置に出力する。制御装
置はこれに基づき、ラジアル磁気軸受５，６及びアキシ
アル磁気軸受８の各電磁石の制御電流の大きさを制御
し、これにより回転体１が目標位置に支持される。フラ
イホイール１３，１４は、余剰電力を回転運動エネルギ
に変換して貯蔵し、タッチダウン軸受２７，２８は非常
時に回転体１を支持する。
を軸方向に非接触支持し、ラジアル磁気軸受５，６は回
転体１を径方向に非接触支持し、超電導磁気軸受２は回
転体１を軸方向及び径方向に非接触支持する。ラジアル
変位検出ユニット３，４は回転体１の径方向の変位を、
アキシアル変位センサ７は回転体１の軸方向の変位をそ
れぞれ検出して図示しない制御装置に出力する。制御装
置はこれに基づき、ラジアル磁気軸受５，６及びアキシ
アル磁気軸受８の各電磁石の制御電流の大きさを制御
し、これにより回転体１が目標位置に支持される。フラ
イホイール１３，１４は、余剰電力を回転運動エネルギ
に変換して貯蔵し、タッチダウン軸受２７，２８は非常
時に回転体１を支持する。
【０００９】超電導磁気軸受２は、回転体１の下端部に
同心状に固定された環状の永久磁石部１５と、これに対
向して配置された環状の超電導体部１６とを備えてい
る。永久磁石部１５は、回転体１の下端部に同心状に固
定された銅製又はアルミニウム合金製の支持円板１７を
備えており、この支持円板１７の外周に、環状の希土類
磁石である永久磁石１８が環状の強磁性体１９を介して
複数個同心に固定されている。各永久磁石１８は径方向
の両端に磁極を有し、各永久磁石１８の径方向に相対す
る側の磁極が同極性になるように配置されている。
同心状に固定された環状の永久磁石部１５と、これに対
向して配置された環状の超電導体部１６とを備えてい
る。永久磁石部１５は、回転体１の下端部に同心状に固
定された銅製又はアルミニウム合金製の支持円板１７を
備えており、この支持円板１７の外周に、環状の希土類
磁石である永久磁石１８が環状の強磁性体１９を介して
複数個同心に固定されている。各永久磁石１８は径方向
の両端に磁極を有し、各永久磁石１８の径方向に相対す
る側の磁極が同極性になるように配置されている。
【００１０】超電導体部１６は、全体が下部ハウジング
１２の底壁１２ａを貫通して内部に導入された昇降部材
２０の上端に固定されている。この超電導体部１６は、
銅合金、非磁性ステンレス鋼等の非磁性体からなる超電
導体収容部材２１と、超電導体収容部材２１に収容され
た環状の超電導体２２とを備えている。超電導体収容部
材２１は有底筒を底板で塞いだものであり、中央部に環
状の空洞部２１ａが形成されている。そして、この空洞
部２１ａ内にこれより少し小径の超電導体２２が収容さ
れている。超電導体２２は、超電導体収容部材２１の上
端壁２１ｂと空隙Ａとを介して永久磁石１８と軸方向に
対向している。超電導体２２はＹＢＣＯ系超電導体、す
なわちＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X からなるバルクの内部に常
電導粒子（ＹＢａＣｕ）を均一に混在させたものであ
り、第２種超電導状態が出現する環境下において、永久
磁石１８から発せられる磁束を拘束してピン止めする。
１２の底壁１２ａを貫通して内部に導入された昇降部材
２０の上端に固定されている。この超電導体部１６は、
銅合金、非磁性ステンレス鋼等の非磁性体からなる超電
導体収容部材２１と、超電導体収容部材２１に収容され
た環状の超電導体２２とを備えている。超電導体収容部
材２１は有底筒を底板で塞いだものであり、中央部に環
状の空洞部２１ａが形成されている。そして、この空洞
部２１ａ内にこれより少し小径の超電導体２２が収容さ
れている。超電導体２２は、超電導体収容部材２１の上
端壁２１ｂと空隙Ａとを介して永久磁石１８と軸方向に
対向している。超電導体２２はＹＢＣＯ系超電導体、す
なわちＹＢａ2 Ｃｕ3 Ｏ7-X からなるバルクの内部に常
電導粒子（ＹＢａＣｕ）を均一に混在させたものであ
り、第２種超電導状態が出現する環境下において、永久
磁石１８から発せられる磁束を拘束してピン止めする。
【００１１】超電導体収容部材２１は、その外縁部２１
ｃを貫通して導入された冷媒供給管２３及び冷媒排出管
２４を介して冷媒収容容器２５に接続されている（図１
参照）。冷媒収容容器２５は超電導体部１６より上方の
位置に配置されており、冷媒としての液体窒素が収容さ
れている。冷媒収容容器２５はロータリー型の真空ポン
プ２６に接続されて内部が減圧されており、これにより
液体窒素の温度が下げられている。液体窒素は自然落下
し、冷媒供給管２３、超電導体収容部材２１の空洞部２
１ａ及び冷媒排出管２４内を循環する。図３は、冷媒収
容容器２５内の圧力と液体窒素の温度との関係を示した
グラフである。冷媒収容容器２５内の圧力が１０．７ｋ
Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）、３３．３ｋＰａ（２５０Ｔｏｒ
ｒ）、１０１．３ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）それぞれの
場合の液体窒素の温度は、６６Ｋ（−２０７℃）、７０
Ｋ（−２０３℃）、７７Ｋ（−１９６℃）である。図３
のグラフより冷媒収容容器２５内の圧力が１０ｋＰａ程
度になると液体窒素の温度が十分低くなることが判る。
ｃを貫通して導入された冷媒供給管２３及び冷媒排出管
２４を介して冷媒収容容器２５に接続されている（図１
参照）。冷媒収容容器２５は超電導体部１６より上方の
位置に配置されており、冷媒としての液体窒素が収容さ
れている。冷媒収容容器２５はロータリー型の真空ポン
プ２６に接続されて内部が減圧されており、これにより
液体窒素の温度が下げられている。液体窒素は自然落下
し、冷媒供給管２３、超電導体収容部材２１の空洞部２
１ａ及び冷媒排出管２４内を循環する。図３は、冷媒収
容容器２５内の圧力と液体窒素の温度との関係を示した
グラフである。冷媒収容容器２５内の圧力が１０．７ｋ
Ｐａ（８０Ｔｏｒｒ）、３３．３ｋＰａ（２５０Ｔｏｒ
ｒ）、１０１．３ｋＰａ（７６０Ｔｏｒｒ）それぞれの
場合の液体窒素の温度は、６６Ｋ（−２０７℃）、７０
Ｋ（−２０３℃）、７７Ｋ（−１９６℃）である。図３
のグラフより冷媒収容容器２５内の圧力が１０ｋＰａ程
度になると液体窒素の温度が十分低くなることが判る。
【００１２】この超電導磁気軸受装置は、次のようにし
て起動される。まず、ラジアル磁気軸受５，６及びアキ
シアル磁気軸受８を作動状態にし、回転体１を軸方向及
び径方向に非接触支持して、所定の運転位置に浮上させ
る。ここで、常温の超電導体部１６を永久磁石部１５に
対して所定の位置まで接近させ、超電導体部１６を永久
磁石１８の磁場中に保持した状態で、超電導体収容部材
２１に液体窒素を供給し、超電導体２２を所定の温度ま
で冷却して第２種超電導状態が出現する状態に保持す
る。このとき、永久磁石１８から発せられ、超電導体２
２に侵入した磁束は、超電導体２２のピン止め点にピン
止めされる。
て起動される。まず、ラジアル磁気軸受５，６及びアキ
シアル磁気軸受８を作動状態にし、回転体１を軸方向及
び径方向に非接触支持して、所定の運転位置に浮上させ
る。ここで、常温の超電導体部１６を永久磁石部１５に
対して所定の位置まで接近させ、超電導体部１６を永久
磁石１８の磁場中に保持した状態で、超電導体収容部材
２１に液体窒素を供給し、超電導体２２を所定の温度ま
で冷却して第２種超電導状態が出現する状態に保持す
る。このとき、永久磁石１８から発せられ、超電導体２
２に侵入した磁束は、超電導体２２のピン止め点にピン
止めされる。
【００１３】次に、超電導体部１６を上昇させると、超
電導磁気軸受２による軸方向上向きの支持力が徐々に大
きくなり、その分、アキシアル磁気軸受８による支持力
が徐々に小さくなる。そして、アキシアル磁気軸受８に
よる支持力が零になった時点で、超電導体部１６をその
位置に停止させる。これにより、回転体１の重量が超電
導磁気軸受２のみによって支持され、回転体１は超電導
磁気軸受２により運転位置に非接触支持されるので、ラ
ジアル磁気軸受５，６及びアキシアル磁気軸受８を非作
動状態にする。そして、電動機９を駆動して回転体１を
高速回転させる。このとき、超電導体２２に侵入した磁
束は、磁束分布が回転体１の軸心に対して均一で不変で
ある限り、回転を妨げる抵抗とはならない。なお、上記
起動方法によれば、回転体１は超電導体２２のピン止め
効果によりラジアル方向及びアキシアル方向に支持され
るので、基本的にはラジアル磁気軸受５，６及びアキシ
アル磁気軸受８による支持は不要であるが、このピン止
め効果による支持は外部からの振動に対するダンピング
性に乏しいため、これを向上させる目的で、ラジアル磁
気軸受５，６及びアキシアル磁気軸受８を併用すること
にしてもよい。
電導磁気軸受２による軸方向上向きの支持力が徐々に大
きくなり、その分、アキシアル磁気軸受８による支持力
が徐々に小さくなる。そして、アキシアル磁気軸受８に
よる支持力が零になった時点で、超電導体部１６をその
位置に停止させる。これにより、回転体１の重量が超電
導磁気軸受２のみによって支持され、回転体１は超電導
磁気軸受２により運転位置に非接触支持されるので、ラ
ジアル磁気軸受５，６及びアキシアル磁気軸受８を非作
動状態にする。そして、電動機９を駆動して回転体１を
高速回転させる。このとき、超電導体２２に侵入した磁
束は、磁束分布が回転体１の軸心に対して均一で不変で
ある限り、回転を妨げる抵抗とはならない。なお、上記
起動方法によれば、回転体１は超電導体２２のピン止め
効果によりラジアル方向及びアキシアル方向に支持され
るので、基本的にはラジアル磁気軸受５，６及びアキシ
アル磁気軸受８による支持は不要であるが、このピン止
め効果による支持は外部からの振動に対するダンピング
性に乏しいため、これを向上させる目的で、ラジアル磁
気軸受５，６及びアキシアル磁気軸受８を併用すること
にしてもよい。
【００１４】本発明の超電導磁気軸受装置においては、
従来より温度を下げた液体窒素により超電導体部１６の
超電導体２２を冷却しているので超電導体２２が十分に
冷却されており、超電導体部１６を上昇させて超電導磁
気軸受２による軸方向上向きの支持力（浮上力）を発生
させた瞬間及び直後に超電導体２２にトラップされた周
方向の磁束が不均一になった場合でも、超電導体２２が
発熱して超電導状態が壊れるのが防止される。そして、
回転体１を回転させて永久磁石１８が回転している時に
も、永久磁石１８自体の周方向の磁束の不均一によっ
て、超電導体２２が発熱して超電導状態が壊れることが
ない。
従来より温度を下げた液体窒素により超電導体部１６の
超電導体２２を冷却しているので超電導体２２が十分に
冷却されており、超電導体部１６を上昇させて超電導磁
気軸受２による軸方向上向きの支持力（浮上力）を発生
させた瞬間及び直後に超電導体２２にトラップされた周
方向の磁束が不均一になった場合でも、超電導体２２が
発熱して超電導状態が壊れるのが防止される。そして、
回転体１を回転させて永久磁石１８が回転している時に
も、永久磁石１８自体の周方向の磁束の不均一によっ
て、超電導体２２が発熱して超電導状態が壊れることが
ない。
【００１５】次に、本発明の超電導磁気軸受装置の超電
導磁気軸受２の性能を評価するために、図４の断面図に
示した測定装置を用い、超電導体を６６Ｋの液体窒素で
冷却した場合、７７Ｋの液体窒素で冷却した場合それぞ
れについて、以下のようにして超電導体と永久磁石との
間の磁気力を測定した。前記測定装置は、昇降部材３１
と、ひずみゲージ３５を介して昇降部材３１の上端に設
けられた回転体３０と、内周に超電導体３４を嵌め込ん
だ円筒部材３２とを備えている。まず、超電導体３４を
６６Ｋ又は７７Ｋの液体窒素で冷却し、第２種超電導状
態を出現させる。次に、回転体３０を昇降部材３１によ
り永久磁石３３が超電導体３４に対向する位置まで上昇
させる。これにより永久磁石３３の磁束の一部が超電導
体３４に侵入し、侵入した磁束が超電導体３４のピン止
め点にピン止めされる。この状態で、昇降部材３１によ
り回転体３０を軸方向に距離ｈだけ上昇させ、このとき
のひずみゲージ３５に加わる圧力を測定した。
導磁気軸受２の性能を評価するために、図４の断面図に
示した測定装置を用い、超電導体を６６Ｋの液体窒素で
冷却した場合、７７Ｋの液体窒素で冷却した場合それぞ
れについて、以下のようにして超電導体と永久磁石との
間の磁気力を測定した。前記測定装置は、昇降部材３１
と、ひずみゲージ３５を介して昇降部材３１の上端に設
けられた回転体３０と、内周に超電導体３４を嵌め込ん
だ円筒部材３２とを備えている。まず、超電導体３４を
６６Ｋ又は７７Ｋの液体窒素で冷却し、第２種超電導状
態を出現させる。次に、回転体３０を昇降部材３１によ
り永久磁石３３が超電導体３４に対向する位置まで上昇
させる。これにより永久磁石３３の磁束の一部が超電導
体３４に侵入し、侵入した磁束が超電導体３４のピン止
め点にピン止めされる。この状態で、昇降部材３１によ
り回転体３０を軸方向に距離ｈだけ上昇させ、このとき
のひずみゲージ３５に加わる圧力を測定した。
【００１６】図５はひずみゲージ３５に加わる圧力を測
定した結果を示したグラフであり、横軸は前記距離ｈ、
縦軸はひずみゲージに加わる力、すなわち磁気力であ
る。●は超電導体３３を６６Ｋの液体窒素で冷却した場
合、○は超電導体３３を７７Ｋの液体窒素で冷却した場
合である。グラフより６６Ｋの液体窒素を用いて冷却し
た方が、７７Ｋの液体窒素を用いて冷却した場合より磁
気力が向上していることが判る。これは、超電導磁気軸
受２の超電導体２２を７７Ｋで冷却すると、超電導磁気
軸受２の軸方向上向きの支持力を発生させた瞬間及び直
後に超電導状態の局所的な破壊が少ないので、従来の超
電導磁気軸受と比較して超電導磁気軸受２の支持力が向
上することを意味する。そして、前述したように、回転
体１を回転させた後も超電導状態が保持されるので、超
電導磁気軸受２の支持力の低下が防止される。
定した結果を示したグラフであり、横軸は前記距離ｈ、
縦軸はひずみゲージに加わる力、すなわち磁気力であ
る。●は超電導体３３を６６Ｋの液体窒素で冷却した場
合、○は超電導体３３を７７Ｋの液体窒素で冷却した場
合である。グラフより６６Ｋの液体窒素を用いて冷却し
た方が、７７Ｋの液体窒素を用いて冷却した場合より磁
気力が向上していることが判る。これは、超電導磁気軸
受２の超電導体２２を７７Ｋで冷却すると、超電導磁気
軸受２の軸方向上向きの支持力を発生させた瞬間及び直
後に超電導状態の局所的な破壊が少ないので、従来の超
電導磁気軸受と比較して超電導磁気軸受２の支持力が向
上することを意味する。そして、前述したように、回転
体１を回転させた後も超電導状態が保持されるので、超
電導磁気軸受２の支持力の低下が防止される。
【００１７】なお、前記実施形態においては、冷媒とし
て液体窒素を適用した場合につき説明しているがこれに
限定されるものではなく、液体ヘリウム、液体水素等を
用いることにしてもよい。但し、液体ヘリウムは高価で
あり、設備が高くつき、配管を液体窒素でさらに冷却す
る必要があるという問題があり、液体水素は危険性があ
るという問題がある。液体窒素は安価であり、取扱い性
がよいので、液体窒素を用いるのが好ましい。また、前
記実施形態においては、超電導磁気軸受２の永久磁石部
１５と超電導体部１６とを軸方向に対向させているが、
永久磁石部１５と超電導体部１６とを径方向に対向させ
てもよい。そして、前記実施形態においては、超電導体
２２を第２種超電導体で構成しているがこれに限定され
ず、第１種超電導体を使用することにしてもよい。さら
に、前記実施形態においては、本発明の超電導磁気軸受
装置を電力貯蔵装置に適用した場合につき説明している
がこれに限定されるものではなく、本発明の超電導磁気
軸受装置は他の装置にも適用することができる。
て液体窒素を適用した場合につき説明しているがこれに
限定されるものではなく、液体ヘリウム、液体水素等を
用いることにしてもよい。但し、液体ヘリウムは高価で
あり、設備が高くつき、配管を液体窒素でさらに冷却す
る必要があるという問題があり、液体水素は危険性があ
るという問題がある。液体窒素は安価であり、取扱い性
がよいので、液体窒素を用いるのが好ましい。また、前
記実施形態においては、超電導磁気軸受２の永久磁石部
１５と超電導体部１６とを軸方向に対向させているが、
永久磁石部１５と超電導体部１６とを径方向に対向させ
てもよい。そして、前記実施形態においては、超電導体
２２を第２種超電導体で構成しているがこれに限定され
ず、第１種超電導体を使用することにしてもよい。さら
に、前記実施形態においては、本発明の超電導磁気軸受
装置を電力貯蔵装置に適用した場合につき説明している
がこれに限定されるものではなく、本発明の超電導磁気
軸受装置は他の装置にも適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】以上のように、請求項１記載の超電導磁
気軸受装置によれば、冷媒収容容器の内部を減圧してい
るので、冷媒の沸点が下がり、冷媒の温度が下がる。こ
れにより超電導体が十分に冷却されることになるので、
超電導磁気軸受の支持力を発生させた瞬間から回転体の
回転時に至るまで、超電導体が発熱して超電導状態が壊
れるのが防止される。従って、従来の超電導磁気軸受と
比較して超電導磁気軸受の支持力及び回転損失等の性能
が向上する。
気軸受装置によれば、冷媒収容容器の内部を減圧してい
るので、冷媒の沸点が下がり、冷媒の温度が下がる。こ
れにより超電導体が十分に冷却されることになるので、
超電導磁気軸受の支持力を発生させた瞬間から回転体の
回転時に至るまで、超電導体が発熱して超電導状態が壊
れるのが防止される。従って、従来の超電導磁気軸受と
比較して超電導磁気軸受の支持力及び回転損失等の性能
が向上する。
【００１９】請求項２記載の超電導磁気軸受装置によれ
ば、冷媒が液体窒素であるので、安価で、取扱い性がよ
い。
ば、冷媒が液体窒素であるので、安価で、取扱い性がよ
い。
【図１】本発明の一実施形態に係る超電導磁気軸受装置
を適用した電力貯蔵装置を示す要部断面図である。
を適用した電力貯蔵装置を示す要部断面図である。
【図２】図１の全体を示す断面図である。
【図３】冷媒収容容器内の圧力と液体窒素の温度との関
係を示したグラフである。
係を示したグラフである。
【図４】超電導体と永久磁石との間の磁気力を測定する
装置を示す概略断面図である。
装置を示す概略断面図である。
【図５】永久磁石の磁束が超電導体にピン止めされてい
る状態で、超電導体を軸方向に上昇させた時の距離と磁
気力との関係を示したグラフである。
る状態で、超電導体を軸方向に上昇させた時の距離と磁
気力との関係を示したグラフである。
１ 回転体 ２ 超電導磁気軸受 １５ 永久磁石部 １６ 超電導体部 １７ 支持円板（永久磁石支持部材） １８ 永久磁石 ２１ 超電導体収容部材 ２２ 超電導体 ２３ 冷媒供給管 ２４ 冷媒排出管 ２５ 冷媒収容容器 ２６ 真空ポンプ
Claims (2)
- 【請求項１】回転体に同心状に設けられ、永久磁石とこ
れを支持する永久磁石支持部材とを有した永久磁石部
と、この永久磁石部に対向して配置され、超電導体とこ
れを収容する超電導体収容部材とを有した超電導体部と
からなる超電導磁気軸受と、前記超電導体収容部材の内
部を循環して前記超電導体を冷却する冷媒を収容した冷
媒収容容器とを備えた超電導磁気軸受装置において、 前記冷媒収容容器の内部を減圧して、前記冷媒の温度を
下げる真空ポンプを備えたことを特徴とする超電導磁気
軸受装置。 - 【請求項２】前記冷媒が液体窒素である請求項１記載の
超電導磁気軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289764A JP2000120682A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 超電導磁気軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10289764A JP2000120682A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 超電導磁気軸受装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000120682A true JP2000120682A (ja) | 2000-04-25 |
Family
ID=17747462
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10289764A Pending JP2000120682A (ja) | 1998-10-12 | 1998-10-12 | 超電導磁気軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000120682A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7002273B2 (en) | 2003-11-27 | 2006-02-21 | Nexans | Magnetic bearing |
| EP2336596A3 (en) * | 2009-12-17 | 2012-12-26 | Exelis Inc. | Enhanced damping using cryogenic cooling |
-
1998
- 1998-10-12 JP JP10289764A patent/JP2000120682A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7002273B2 (en) | 2003-11-27 | 2006-02-21 | Nexans | Magnetic bearing |
| EP2336596A3 (en) * | 2009-12-17 | 2012-12-26 | Exelis Inc. | Enhanced damping using cryogenic cooling |
| US8584816B2 (en) | 2009-12-17 | 2013-11-19 | Exelis, Inc. | Enhanced damping using cryogenic cooling |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051115 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051116 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060113 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20060711 |