JP2001099156A - 高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置 - Google Patents
高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置Info
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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
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- F16C37/00—Cooling of bearings
- F16C37/005—Cooling of bearings of magnetic bearings
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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
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- F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
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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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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
- Permanent Magnet Type Synchronous Machine (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 高温超電導磁気軸受装置の冷却構造を改善す
ること。 【解決手段】 真空に保持されるケーシング１９、２
０、２１、２２内に、回転駆動される回転軸３’、
４’，６’と、この回転軸に固定されたスラストカラー
５に組み込まれた内外周の永久磁石７、８及び同永久磁
石に対し隙間を存して配置された高温超電導バルク体１
０よりなる超電導スラスト軸受５０を収納してなる高温
超電導軸受装置において、永久磁石７、８に対向する面
と反対の高温超電導バルク体１０の背面を熱伝導板６１
に取り付け、熱伝導板６１をたわみ導体６２を介して冷
凍機６３に接続し、熱伝導板６１を断熱支持架台６４で
支持した。
ること。 【解決手段】 真空に保持されるケーシング１９、２
０、２１、２２内に、回転駆動される回転軸３’、
４’，６’と、この回転軸に固定されたスラストカラー
５に組み込まれた内外周の永久磁石７、８及び同永久磁
石に対し隙間を存して配置された高温超電導バルク体１
０よりなる超電導スラスト軸受５０を収納してなる高温
超電導軸受装置において、永久磁石７、８に対向する面
と反対の高温超電導バルク体１０の背面を熱伝導板６１
に取り付け、熱伝導板６１をたわみ導体６２を介して冷
凍機６３に接続し、熱伝導板６１を断熱支持架台６４で
支持した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は高温超電導磁気軸受
装置及び高温超電導フライホイール装置の冷却構造に関
し、電力貯蔵用フライホール等に用いて有用なものであ
る。
装置及び高温超電導フライホイール装置の冷却構造に関
し、電力貯蔵用フライホール等に用いて有用なものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】本願発明に関連する技術として、特願平
１０−３０２５８０号として提案した超電導フライホイ
ール装置を、図５を参照して説明する。図５は同超電導
フライホイール装置の回転軸に沿う断面図である。
１０−３０２５８０号として提案した超電導フライホイ
ール装置を、図５を参照して説明する。図５は同超電導
フライホイール装置の回転軸に沿う断面図である。
【０００３】図５において、１はＣＦＲＰ製のフライホ
イールリングであり、円板状の支持ディスク２の外周に
固定されている。３’は上部軸、４’は中間軸、６’は
下部軸であり、上記支持ディスク２は上部軸３’の下部
フランジと中間軸４’の上部フランジとの間に挾持さ
れ、複数のボルト（図示省略）によって固定されてい
る。
イールリングであり、円板状の支持ディスク２の外周に
固定されている。３’は上部軸、４’は中間軸、６’は
下部軸であり、上記支持ディスク２は上部軸３’の下部
フランジと中間軸４’の上部フランジとの間に挾持さ
れ、複数のボルト（図示省略）によって固定されてい
る。
【０００４】５は円板状のスラストカラーであり、上記
中間軸４’の下部フランジと下部軸６’の上部フランジ
との間に挾持され、複数のボルト（図示省略）によって
固定されている。上記スラストカラー５には、内周側か
ら順に、リング状の内周永久磁石７、中間リング９、リ
ング状の外周永久磁石８が固着され、上記上部軸３’、
中間軸４’、下部軸６’等からなる回転軸と一体で回転
するようになっている。上記スラストカラー５、内周永
久磁石７、外周永久磁石８及び中間リング９によって永
久磁石組立体を構成する。
中間軸４’の下部フランジと下部軸６’の上部フランジ
との間に挾持され、複数のボルト（図示省略）によって
固定されている。上記スラストカラー５には、内周側か
ら順に、リング状の内周永久磁石７、中間リング９、リ
ング状の外周永久磁石８が固着され、上記上部軸３’、
中間軸４’、下部軸６’等からなる回転軸と一体で回転
するようになっている。上記スラストカラー５、内周永
久磁石７、外周永久磁石８及び中間リング９によって永
久磁石組立体を構成する。
【０００５】１８は充・放電により本フライホイール装
置の回転エネルギの入出力を行う発電・電動機である。
置の回転エネルギの入出力を行う発電・電動機である。
【０００６】１０は上記内周、外周永久磁石７、８の下
方に微小間隙を存して対向して設置された高温超電導バ
ルク体、１１は液体窒素が収容される液体窒素溜めであ
り、同液体窒素溜め１１に外部Ｘから配管１２を経て液
体窒素が導入され、上記高温超電導バルク体１０と上記
永久磁石７、８との間に磁気反撥力を発生せしめること
により、上記回転軸、支持ディスク２及びフライホイー
ルリング１、永久磁石７、８及び中間リング９が固定さ
れたスラストカラー５等からなるロータ６０の重量を支
持し浮上させる超電導スラスト軸受５０を構成してい
る。１３は上記液体窒素溜め１１と外部Ｙとを接続する
配管で、液体窒素溜め１１内において外部からに侵入熱
で蒸発した窒素ガスを外部Ｙに排出するものである。
方に微小間隙を存して対向して設置された高温超電導バ
ルク体、１１は液体窒素が収容される液体窒素溜めであ
り、同液体窒素溜め１１に外部Ｘから配管１２を経て液
体窒素が導入され、上記高温超電導バルク体１０と上記
永久磁石７、８との間に磁気反撥力を発生せしめること
により、上記回転軸、支持ディスク２及びフライホイー
ルリング１、永久磁石７、８及び中間リング９が固定さ
れたスラストカラー５等からなるロータ６０の重量を支
持し浮上させる超電導スラスト軸受５０を構成してい
る。１３は上記液体窒素溜め１１と外部Ｙとを接続する
配管で、液体窒素溜め１１内において外部からに侵入熱
で蒸発した窒素ガスを外部Ｙに排出するものである。
【０００７】２１は上記ロータ６０の中央部が収納され
るケーシング、２０は上記発電・電動機１８が収納され
るケーシング、１９は上記ケーシング２０の上部を覆う
上部側のケーシング、２２は上記ケーシング２１の下部
を覆う下部側のケーシングであり、これらのケーシング
１９、２０、２１、２２は複数のボルト（図示省略）に
よって液体密に締め付け固定されることにより、その内
部が真空に保持されている。
るケーシング、２０は上記発電・電動機１８が収納され
るケーシング、１９は上記ケーシング２０の上部を覆う
上部側のケーシング、２２は上記ケーシング２１の下部
を覆う下部側のケーシングであり、これらのケーシング
１９、２０、２１、２２は複数のボルト（図示省略）に
よって液体密に締め付け固定されることにより、その内
部が真空に保持されている。
【０００８】２１’は上記中央部のケーシング２１の外
周に巻装された防護材、２３は上記ケーシング２０に設
けられた真空排気口であり、同排気口２３により、上記
ロータ６０が収納されているケーシング１９、２０、２
１、２２内の真空排気を図のＺ方向に行なうことによっ
て、ロータ６０の回転による風損の低減及び真空断熱を
行なうようになっている。
周に巻装された防護材、２３は上記ケーシング２０に設
けられた真空排気口であり、同排気口２３により、上記
ロータ６０が収納されているケーシング１９、２０、２
１、２２内の真空排気を図のＺ方向に行なうことによっ
て、ロータ６０の回転による風損の低減及び真空断熱を
行なうようになっている。
【０００９】３０は上記上部軸３’の上部側を支持する
上部ラジアル軸受、３１は同上部ラジアル軸受３０の外
側に設けられた上部ダンパスリーブ、３３は同上部ダン
パスリーブ３１内に形成された上部粘性流体室、３２
ａ、３２ｂは同上部粘性流体室３３内をシールする耐油
ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、上部軸受装置４１を構成する。
上部ラジアル軸受、３１は同上部ラジアル軸受３０の外
側に設けられた上部ダンパスリーブ、３３は同上部ダン
パスリーブ３１内に形成された上部粘性流体室、３２
ａ、３２ｂは同上部粘性流体室３３内をシールする耐油
ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、上部軸受装置４１を構成する。
【００１０】また、３６は上記下部軸６’の下部を支持
する下部ラジアル軸受、３７は同下部ラジアル軸受３６
の外側に設けられた下部ダンパスリーブ、３９は同下部
ダンパスリーブ３７内に形成された下部粘性流体室、３
８ａ、３８ｂは同下部粘性流体室３９内をシールする耐
油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、下部軸受装置４２を構成する。
する下部ラジアル軸受、３７は同下部ラジアル軸受３６
の外側に設けられた下部ダンパスリーブ、３９は同下部
ダンパスリーブ３７内に形成された下部粘性流体室、３
８ａ、３８ｂは同下部粘性流体室３９内をシールする耐
油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、下部軸受装置４２を構成する。
【００１１】上記上部軸受装置４１の上部ダンパスリー
ブ３１及び下部軸受装置４２の下部ダンパスリーブ３７
は外周側が開いたコの字状に形成されている。そして、
上記上部ダンパスリーブ３１の内面とケーシング１９の
内面との間には上記Ｏリング３２ａ、３２ｂが並行して
介装され、双方のＯリング３２ａ及び３２ｂの間には上
部粘性流体室３３が形成されている。また、上記下部ダ
ンパスリーブ３７の内面とケーシング２２の内面との間
には上記Ｏリング３８ａ及び３８ｂが並行して介装さ
れ、双方のＯリング３８ａ及び３８ｂの間には下部粘性
流体室３９が形成されている。
ブ３１及び下部軸受装置４２の下部ダンパスリーブ３７
は外周側が開いたコの字状に形成されている。そして、
上記上部ダンパスリーブ３１の内面とケーシング１９の
内面との間には上記Ｏリング３２ａ、３２ｂが並行して
介装され、双方のＯリング３２ａ及び３２ｂの間には上
部粘性流体室３３が形成されている。また、上記下部ダ
ンパスリーブ３７の内面とケーシング２２の内面との間
には上記Ｏリング３８ａ及び３８ｂが並行して介装さ
れ、双方のＯリング３８ａ及び３８ｂの間には下部粘性
流体室３９が形成されている。
【００１２】上記上部粘性流体室３３及び下部粘性流体
室３９にはケーシング１９に穿けられた上部供給口３４
及びケーシング２２に穿けられた下部供給口４０を経て
夫々供給された潤滑油（シリコン油等、他の粘性流体で
もよい）が充填されている。
室３９にはケーシング１９に穿けられた上部供給口３４
及びケーシング２２に穿けられた下部供給口４０を経て
夫々供給された潤滑油（シリコン油等、他の粘性流体で
もよい）が充填されている。
【００１３】また上記上部ラジアル軸受３０及び下部ラ
ジアル軸受３６はころがり軸受からなり、それぞれの内
輪が上部軸３’及び下部軸６’に固挿され、外輪が上部
ダンパスリーブ３１の内周面及び下部ダンパスリーブ３
７の内周面に固挿されている。
ジアル軸受３６はころがり軸受からなり、それぞれの内
輪が上部軸３’及び下部軸６’に固挿され、外輪が上部
ダンパスリーブ３１の内周面及び下部ダンパスリーブ３
７の内周面に固挿されている。
【００１４】従って、上記上部軸受装置４１は、上記上
部軸３’をころがり軸受からなる上部ラジアル軸受３０
で支持し、同上部ラジアル軸受３０をＯリング３２ａ、
３２ｂ及び上部粘性流体室３３内の潤滑油を介して支持
する弾性支持軸受に構成される。また、上記下部軸受装
置４２は、上記上部軸受装置４１と同様に、下部軸６’
を下部ラジアル軸受３６で支持し、同下部ラジアル軸受
３６をＯリング３８ａ、３８ｂ及び下部粘性流体室３９
内の潤滑油を介して支持する弾性支持軸受に構成され
る。
部軸３’をころがり軸受からなる上部ラジアル軸受３０
で支持し、同上部ラジアル軸受３０をＯリング３２ａ、
３２ｂ及び上部粘性流体室３３内の潤滑油を介して支持
する弾性支持軸受に構成される。また、上記下部軸受装
置４２は、上記上部軸受装置４１と同様に、下部軸６’
を下部ラジアル軸受３６で支持し、同下部ラジアル軸受
３６をＯリング３８ａ、３８ｂ及び下部粘性流体室３９
内の潤滑油を介して支持する弾性支持軸受に構成され
る。
【００１５】３５は上記上部軸３’の外周に固定された
ストッパ部であり、上記上部ラジアル軸受３０の上部に
接近して設けられている。同ストッパ部３５の下面と上
部ラジアル軸受３０の上側面との間隙は、上記超電導ス
ラスト軸受５０の動作不良時にこれのスラスト軸受部で
接触が生ずる前よりも先に同ストッパ部３５と上部ラジ
アル軸受３０とが接触できるような間隙に設定される。
ストッパ部であり、上記上部ラジアル軸受３０の上部に
接近して設けられている。同ストッパ部３５の下面と上
部ラジアル軸受３０の上側面との間隙は、上記超電導ス
ラスト軸受５０の動作不良時にこれのスラスト軸受部で
接触が生ずる前よりも先に同ストッパ部３５と上部ラジ
アル軸受３０とが接触できるような間隙に設定される。
【００１６】上記フライホイール装置の運転時におい
て、図６に示される運転モードのように、回転数の上昇
時Ａ→Ｂ間において発電・電動機１８により充電を行な
い、Ｂ→Ｃ間においては一定回転数で以って電力貯蔵を
行ない、回転数の下降時Ｃ→Ｄ間において放電を行な
う。
て、図６に示される運転モードのように、回転数の上昇
時Ａ→Ｂ間において発電・電動機１８により充電を行な
い、Ｂ→Ｃ間においては一定回転数で以って電力貯蔵を
行ない、回転数の下降時Ｃ→Ｄ間において放電を行な
う。
【００１７】また、上記フライホイール装置の通常運転
時においては、高速回転するロータ６０の重量によるス
ラスト荷重は上記超電導スラスト軸受５０にて支持する
ことによりロータ６０を浮上させながら回転せしめる。
そして、ラジアル荷重は、弾性支持軸受である上部軸受
装置４１及び下部軸受装置４２によって弾性的に支持さ
れる。
時においては、高速回転するロータ６０の重量によるス
ラスト荷重は上記超電導スラスト軸受５０にて支持する
ことによりロータ６０を浮上させながら回転せしめる。
そして、ラジアル荷重は、弾性支持軸受である上部軸受
装置４１及び下部軸受装置４２によって弾性的に支持さ
れる。
【００１８】上記超電導スラスト軸受が動作不良を生じ
て、ロータ６０が上部ラジアル軸受３０の端部で接触支
持されるタッチダウン状態となる際においては、ストッ
パ部３５が上部ラジアル軸受３０に接触し、ころがり軸
受からなる上部あるいは下部ラジアル軸受３０あるいは
３６は、Ｏリング３２ａ、３２ｂと上部粘性流体室３３
内の潤滑油からなるダンパ、あるいはＯリング３８ａ、
３８ｂと下部粘性流体室３９内の潤滑油からなるダンパ
を介して支持されているので、かかるタッチダウン時に
おける衝撃力が吸収される。これにより、超電導スラス
ト軸受５０を保護することができる。
て、ロータ６０が上部ラジアル軸受３０の端部で接触支
持されるタッチダウン状態となる際においては、ストッ
パ部３５が上部ラジアル軸受３０に接触し、ころがり軸
受からなる上部あるいは下部ラジアル軸受３０あるいは
３６は、Ｏリング３２ａ、３２ｂと上部粘性流体室３３
内の潤滑油からなるダンパ、あるいはＯリング３８ａ、
３８ｂと下部粘性流体室３９内の潤滑油からなるダンパ
を介して支持されているので、かかるタッチダウン時に
おける衝撃力が吸収される。これにより、超電導スラス
ト軸受５０を保護することができる。
【００１９】従って上記上部軸受装置４１及び下部軸受
装置４２は、通常運転時におけるラジアル荷重の支持を
行なうとともに、上記のような動作不良発生時における
衝撃力の吸収、緩和作用をなすことができる。
装置４２は、通常運転時におけるラジアル荷重の支持を
行なうとともに、上記のような動作不良発生時における
衝撃力の吸収、緩和作用をなすことができる。
【００２０】また、ロータ６０の増速時において危険速
度を超える際にはＯリング３２ａ、３２ｂ及び３８ａ、
３８ｂのダンピング作用によってロータ６０の軸振れを
抑制するので、過大な軸振動の発生を伴うことなく危険
速度を超えることができる。
度を超える際にはＯリング３２ａ、３２ｂ及び３８ａ、
３８ｂのダンピング作用によってロータ６０の軸振れを
抑制するので、過大な軸振動の発生を伴うことなく危険
速度を超えることができる。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】図５に示される超電導
フライホイール装置は液体窒素による冷却構造を有する
ため、下記の点に関して改善を行うこととする。 (1) 液体窒素の配管部及び支持架台からの侵入熱があ
り、冷却損失が生じる。 (2) 高温超電導バルク体を冷却する液体窒素封入の金属
箱から、永久磁石の変動磁場による渦電流発熱が生じ
る。 (3) こららの入熱に伴い、液体窒素が気化し、軸受箱に
気泡が溜まって冷却が不十分になる。 (4) Ｙ系高温超伝導体の臨界温度は９０Ｋであり、液体
窒素温度７７Ｋに対して１３Ｋの温度マージンしかな
い。
フライホイール装置は液体窒素による冷却構造を有する
ため、下記の点に関して改善を行うこととする。 (1) 液体窒素の配管部及び支持架台からの侵入熱があ
り、冷却損失が生じる。 (2) 高温超電導バルク体を冷却する液体窒素封入の金属
箱から、永久磁石の変動磁場による渦電流発熱が生じ
る。 (3) こららの入熱に伴い、液体窒素が気化し、軸受箱に
気泡が溜まって冷却が不十分になる。 (4) Ｙ系高温超伝導体の臨界温度は９０Ｋであり、液体
窒素温度７７Ｋに対して１３Ｋの温度マージンしかな
い。
【００２２】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に係る発明は、真空に保持されるケーシン
グ内に、回転駆動される回転軸と、上記回転軸に固定さ
れたスラストカラーに組み込まれた永久磁石及び同永久
磁石に対し隙間を存して配置された高温超電導体よりな
る超電導スラスト軸受を収納してなる高温超電導軸受装
置において、上記永久磁石に対向する面と反対の上記高
温超電導体の背面を熱伝導板に取り付け、上記熱伝導板
をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、上記熱伝導板を
断熱支持架台で支持してなることを特徴とする高温超電
導磁気軸受装置であり、請求項２に係る発明は、請求項
１に係る発明において、上記高温超電導体の外径が上記
永久磁石の外径より大きく、上記高温超電導体で上記熱
伝導板への磁気漏洩を抑える構造であることを特徴と
し、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明におい
て、上記熱伝導板の体積が大きく、同熱伝導板の蓄冷で
上記冷凍機の停止に対して上記高温超電導体の超電導状
態を一定期間保持する構造であることを特徴とする。
め、請求項１に係る発明は、真空に保持されるケーシン
グ内に、回転駆動される回転軸と、上記回転軸に固定さ
れたスラストカラーに組み込まれた永久磁石及び同永久
磁石に対し隙間を存して配置された高温超電導体よりな
る超電導スラスト軸受を収納してなる高温超電導軸受装
置において、上記永久磁石に対向する面と反対の上記高
温超電導体の背面を熱伝導板に取り付け、上記熱伝導板
をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、上記熱伝導板を
断熱支持架台で支持してなることを特徴とする高温超電
導磁気軸受装置であり、請求項２に係る発明は、請求項
１に係る発明において、上記高温超電導体の外径が上記
永久磁石の外径より大きく、上記高温超電導体で上記熱
伝導板への磁気漏洩を抑える構造であることを特徴と
し、請求項３に係る発明は、請求項１に係る発明におい
て、上記熱伝導板の体積が大きく、同熱伝導板の蓄冷で
上記冷凍機の停止に対して上記高温超電導体の超電導状
態を一定期間保持する構造であることを特徴とする。
【００２３】請求項４に係る発明は、請求項１に係る発
明において、上記高温超電導体及び上記熱伝導板を多層
断熱構造物で覆ったことを特徴とし、請求項５に係る発
明は、請求項４に係る発明において、上記多層断熱構造
物を更にガラス繊維強化プラスチックで覆ったことを特
徴とする。
明において、上記高温超電導体及び上記熱伝導板を多層
断熱構造物で覆ったことを特徴とし、請求項５に係る発
明は、請求項４に係る発明において、上記多層断熱構造
物を更にガラス繊維強化プラスチックで覆ったことを特
徴とする。
【００２４】請求項６に係る発明は、請求項１から５い
ずれかに係る発明の高温超電導磁気軸受装置と、同高温
超電導磁気軸受装置の上記回転軸に固定したフライホー
ルを備えることを特徴とする高温超電導フライホイール
装置である。
ずれかに係る発明の高温超電導磁気軸受装置と、同高温
超電導磁気軸受装置の上記回転軸に固定したフライホー
ルを備えることを特徴とする高温超電導フライホイール
装置である。
【００２５】
【発明の実施の形態】本発明の実施形態例に係る装置
を、図により説明する。図５に示した装置中の部材と同
一部材には同一符号を付す。
を、図により説明する。図５に示した装置中の部材と同
一部材には同一符号を付す。
【００２６】［第１実施形態例］図１を参照して、第１
実施形態例として、本発明を適用した電力貯蔵用の高温
超伝導フライホール装置を説明する。
実施形態例として、本発明を適用した電力貯蔵用の高温
超伝導フライホール装置を説明する。
【００２７】図１において、１はＣＦＲＰ製のフライホ
イールリングであり、円板状の支持ディスク２の外周に
固定されている。３’は上部軸、４’は中間軸、６’は
下部軸であり、上記支持ディスク２は上部軸３’の下部
フランジと中間軸４’の上部フランジとの間に挾持さ
れ、複数のボルト（図示省略）によって固定されてい
る。
イールリングであり、円板状の支持ディスク２の外周に
固定されている。３’は上部軸、４’は中間軸、６’は
下部軸であり、上記支持ディスク２は上部軸３’の下部
フランジと中間軸４’の上部フランジとの間に挾持さ
れ、複数のボルト（図示省略）によって固定されてい
る。
【００２８】５は円板状のスラストカラーであり、上記
中間軸４’の下部フランジと下部軸６’の上部フランジ
との間に挾持され、複数のボルト（図示省略）によって
固定されている。上記スラストカラー５には、内周側か
ら順に、リング状の内周永久磁石７、中間リング９、リ
ング状の外周永久磁石８、外周リング９’（図４参照）
が固着され、上記上部軸３’、中間軸４’、下部軸６’
等からなる回転軸と一体で回転するようになっている。
上記スラストカラー５、内周永久磁石７、外周永久磁石
８、中間リング９及び外周リング９’によって永久磁石
組立体を構成する。
中間軸４’の下部フランジと下部軸６’の上部フランジ
との間に挾持され、複数のボルト（図示省略）によって
固定されている。上記スラストカラー５には、内周側か
ら順に、リング状の内周永久磁石７、中間リング９、リ
ング状の外周永久磁石８、外周リング９’（図４参照）
が固着され、上記上部軸３’、中間軸４’、下部軸６’
等からなる回転軸と一体で回転するようになっている。
上記スラストカラー５、内周永久磁石７、外周永久磁石
８、中間リング９及び外周リング９’によって永久磁石
組立体を構成する。
【００２９】１８は充・放電により本フライホイール装
置の回転エネルギの入出力を行う発電・電動機である。
置の回転エネルギの入出力を行う発電・電動機である。
【００３０】１０は上記内周、外周永久磁石７、８の下
方に微小間隙を存して対向して設置されたＹ系等の高温
超電導バルク体である。これらの永久磁石組立体の対向
する面と反対の上記高温超電導バルク体１０の背面は銅
板等の熱伝導板６１に接合や接着等で取り付けられ、上
記熱伝導板６１は銅材等のたわみ導体６２を介して冷凍
機６３の吸熱端に直結されている。これにより、上記高
温超電導バルク体１０が冷凍機６３によって約５０Ｋ
等、所定温度まで冷却される。
方に微小間隙を存して対向して設置されたＹ系等の高温
超電導バルク体である。これらの永久磁石組立体の対向
する面と反対の上記高温超電導バルク体１０の背面は銅
板等の熱伝導板６１に接合や接着等で取り付けられ、上
記熱伝導板６１は銅材等のたわみ導体６２を介して冷凍
機６３の吸熱端に直結されている。これにより、上記高
温超電導バルク体１０が冷凍機６３によって約５０Ｋ
等、所定温度まで冷却される。
【００３１】更に、上記熱伝導体６１はＦＲＰ（繊維強
化プラスチック）等の断熱支持架台６４で支持されてい
る。
化プラスチック）等の断熱支持架台６４で支持されてい
る。
【００３２】上記外周永久磁石８の外径Ｄｐに対し、上
記高温超電導バルク体１０の外径ＤｂをＤｐ＜Ｄｂと、
大きくしてある。
記高温超電導バルク体１０の外径ＤｂをＤｐ＜Ｄｂと、
大きくしてある。
【００３３】上記高温超電導バルク体１０と上記永久磁
石７、８との間に磁気反撥力を発生せしめることによ
り、上記回転軸、支持ディスク２及びフライホイールリ
ング１、永久磁石７、８、中間リング９及び外周リング
９’が固定されたスラストカラー５等からなるロータ６
０の重量を支持し浮上させる超電導スラスト軸受５０を
構成している。
石７、８との間に磁気反撥力を発生せしめることによ
り、上記回転軸、支持ディスク２及びフライホイールリ
ング１、永久磁石７、８、中間リング９及び外周リング
９’が固定されたスラストカラー５等からなるロータ６
０の重量を支持し浮上させる超電導スラスト軸受５０を
構成している。
【００３４】ロータ６０の重量を磁気反撥力で浮上支持
する際の反力は、断熱支持架台６４にて断熱支持する。
する際の反力は、断熱支持架台６４にて断熱支持する。
【００３５】２１は上記ロータ６０の中央部が収納され
るケーシング、２０は上記発電・電動機１８が収納され
るケーシング、１９は上記ケーシング２０の上部を覆う
上部側のケーシング、２２は上記ケーシング２１の下部
を覆う下部側のケーシングであり、これらのケーシング
１９、２０、２１、２２は複数のボルト（図示省略）に
よって気密または液体密に締め付け固定されることによ
り、その内部が真空に保持されている。
るケーシング、２０は上記発電・電動機１８が収納され
るケーシング、１９は上記ケーシング２０の上部を覆う
上部側のケーシング、２２は上記ケーシング２１の下部
を覆う下部側のケーシングであり、これらのケーシング
１９、２０、２１、２２は複数のボルト（図示省略）に
よって気密または液体密に締め付け固定されることによ
り、その内部が真空に保持されている。
【００３６】２１’は上記中央部のケーシング２１の外
周に巻装された防護材、２３は上記ケーシング２０に設
けられた真空排気口であり、同排気口２３により、上記
ロータ６０及び超電導スラスト軸受５０が収納されてい
るケーシング１９、２０、２１、２２内の真空排気を図
のＺ方向に行なうことによって、ロータ６０の回転によ
る風損の低減及び真空断熱を行なうようになっている。
周に巻装された防護材、２３は上記ケーシング２０に設
けられた真空排気口であり、同排気口２３により、上記
ロータ６０及び超電導スラスト軸受５０が収納されてい
るケーシング１９、２０、２１、２２内の真空排気を図
のＺ方向に行なうことによって、ロータ６０の回転によ
る風損の低減及び真空断熱を行なうようになっている。
【００３７】上記ケーシング２２に、上記冷凍機６３が
その吸熱端を真空ケーシング内に置いて設置されてい
る。本例では複数台の冷凍機６３が等間隔で環状に配置
されている。
その吸熱端を真空ケーシング内に置いて設置されてい
る。本例では複数台の冷凍機６３が等間隔で環状に配置
されている。
【００３８】また、上記ケーシング２２に、上記断熱支
持架台６４が設置されている。
持架台６４が設置されている。
【００３９】従って、高温超電導バルク体１０は熱伝導
板６１、たわみ導体６２を介して冷凍機６３により直接
熱伝導にて冷却されると同時に、断熱支持架台６４にて
熱伝導パスを稼いでロータ重量を支持する構造となって
いるため、液体窒素による冷却で問題となる液体窒素配
管部及び支持架台からの侵入熱が低減できるとともに、
液体窒素の気化に伴う気泡貯りによる冷却不足の恐れが
解消した。また、熱伝導板６１と冷凍機６３との接続に
たわみ導体６２を用いているため、たわみ導体６２が冷
凍機６３の振動絶縁の役目を果たしている。
板６１、たわみ導体６２を介して冷凍機６３により直接
熱伝導にて冷却されると同時に、断熱支持架台６４にて
熱伝導パスを稼いでロータ重量を支持する構造となって
いるため、液体窒素による冷却で問題となる液体窒素配
管部及び支持架台からの侵入熱が低減できるとともに、
液体窒素の気化に伴う気泡貯りによる冷却不足の恐れが
解消した。また、熱伝導板６１と冷凍機６３との接続に
たわみ導体６２を用いているため、たわみ導体６２が冷
凍機６３の振動絶縁の役目を果たしている。
【００４０】また、熱伝導板６１が高温超電導バルク体
１０の永久磁石７、８と対向する面とは反対側に配置さ
れているため、永久磁石７、８の磁場が高温超電導バル
ク体１０で磁気シールドされ、渦電流損失の発生が抑え
られる。また、外周永久磁石８の外径Ｄｐより、高温超
電導バルク体１０の外径Ｄｂが大きいため、熱伝導板６
１への磁気漏洩が軽減できる。
１０の永久磁石７、８と対向する面とは反対側に配置さ
れているため、永久磁石７、８の磁場が高温超電導バル
ク体１０で磁気シールドされ、渦電流損失の発生が抑え
られる。また、外周永久磁石８の外径Ｄｐより、高温超
電導バルク体１０の外径Ｄｂが大きいため、熱伝導板６
１への磁気漏洩が軽減できる。
【００４１】更に、冷凍機６３を用いた冷却構造である
ため、冷却温度を５０Ｋまで下げることができた。これ
により、液体窒素による冷却の場合の７７Ｋに対して、
回転損失の低減及び反発力の増大を図ることができた。
ため、冷却温度を５０Ｋまで下げることができた。これ
により、液体窒素による冷却の場合の７７Ｋに対して、
回転損失の低減及び反発力の増大を図ることができた。
【００４２】図２は本発明の作用効果を示すために実施
した浮上特性試験用の高温超電導磁気軸受装置の概念図
であり、図１と同一部材には同符号を付してある。図３
中、スラストカラー５の下面に突出部５ａを設け、内周
永久磁石７、中間リング９及び外周永久磁石８の取り付
けに使用している。この突出部５ａは鉄等のスラストカ
ラー５に一体に形成したり、別物をスラストカラー５に
取り付けたものでも良い。また、図３では冷凍機６３を
ケーシング２２の中央部に１台設置しているが、図１と
同様、冷凍機６３を複数台設置することができる。
した浮上特性試験用の高温超電導磁気軸受装置の概念図
であり、図１と同一部材には同符号を付してある。図３
中、スラストカラー５の下面に突出部５ａを設け、内周
永久磁石７、中間リング９及び外周永久磁石８の取り付
けに使用している。この突出部５ａは鉄等のスラストカ
ラー５に一体に形成したり、別物をスラストカラー５に
取り付けたものでも良い。また、図３では冷凍機６３を
ケーシング２２の中央部に１台設置しているが、図１と
同様、冷凍機６３を複数台設置することができる。
【００４３】図３に、図２の浮上特性試験用装置で行っ
て得た試験データ例を示す。図３では、反発力と損失を
冷却温度８０Ｋにおける値を基準値（１．０）とした時
の比で示している。図３より、損失が大幅に低減し、ま
た、反発力つまり負荷能力が大幅に増大していることが
判る。
て得た試験データ例を示す。図３では、反発力と損失を
冷却温度８０Ｋにおける値を基準値（１．０）とした時
の比で示している。図３より、損失が大幅に低減し、ま
た、反発力つまり負荷能力が大幅に増大していることが
判る。
【００４４】更に、高温超電導バルク体１０を取り付け
ている熱伝導板６１の体積を大きくし、熱伝導板６１に
蓄冷させることにより、停電時等により冷凍機６３が停
止しても超電導状態を一定時間保持し、他の補助的軸受
を使用せずにロータ６０を安全に停止することができた
り、冷凍機６３の間欠運転による総合効率の改善を図る
ことができる。また、短時間の電力補償を行うフライホ
イール等の軸受に採用した場合は、停電等で冷凍機６３
が停止しても、短時間であれば高温超電導バルク体１０
の温度が臨界温度（Ｙ系では９０Ｋ等）以下になってい
るので、停電状態でも使用可能である。また、停電時に
フライホイールの回転エネルギを発電・電動機１８で電
力に変換し、これを冷凍機６３を動作させる冷却電力に
使用できる。
ている熱伝導板６１の体積を大きくし、熱伝導板６１に
蓄冷させることにより、停電時等により冷凍機６３が停
止しても超電導状態を一定時間保持し、他の補助的軸受
を使用せずにロータ６０を安全に停止することができた
り、冷凍機６３の間欠運転による総合効率の改善を図る
ことができる。また、短時間の電力補償を行うフライホ
イール等の軸受に採用した場合は、停電等で冷凍機６３
が停止しても、短時間であれば高温超電導バルク体１０
の温度が臨界温度（Ｙ系では９０Ｋ等）以下になってい
るので、停電状態でも使用可能である。また、停電時に
フライホイールの回転エネルギを発電・電動機１８で電
力に変換し、これを冷凍機６３を動作させる冷却電力に
使用できる。
【００４５】上記高温超電導バルク体１０は高温超電導
物質を溶融凝固して環状に一体成形したものであるが、
予め分割成形した複数個の高温超電導体を後から環状に
配置して一体化したものを使用することもできる。
物質を溶融凝固して環状に一体成形したものであるが、
予め分割成形した複数個の高温超電導体を後から環状に
配置して一体化したものを使用することもできる。
【００４６】上記熱伝導板６１及びたわみ導体６２とし
ては、銅及び銅合金やアルミニウム等、熱伝導率の良い
ものであれば、材料や構造には限定されない。また、た
わみみ導体６２として、熱伝導率の良い導線を複数本撚
って使用したり、たわみ性がある板材等を使用すること
もできる。
ては、銅及び銅合金やアルミニウム等、熱伝導率の良い
ものであれば、材料や構造には限定されない。また、た
わみみ導体６２として、熱伝導率の良い導線を複数本撚
って使用したり、たわみ性がある板材等を使用すること
もできる。
【００４７】更に、図１では冷凍機６３を複数台使用
し、個々の冷凍機に近い部分で熱伝導板６１をたわみ導
体６２で各冷凍機６３に直結しているが、冷凍機を１台
使用し、図２に示すように、熱伝導体６１の複数個所を
たわみ導体６２で冷凍機６３に直結しても良い。
し、個々の冷凍機に近い部分で熱伝導板６１をたわみ導
体６２で各冷凍機６３に直結しているが、冷凍機を１台
使用し、図２に示すように、熱伝導体６１の複数個所を
たわみ導体６２で冷凍機６３に直結しても良い。
【００４８】図１に戻り、３０は上記上部軸３’の上部
側を支持する上部ラジアル軸受、３１は同上部ラジアル
軸受３０の外側に設けられた上部ダンパスリーブ、３３
は同上部ダンパスリーブ３１内に形成された上部粘性流
体室、３２ａ、３２ｂは同上部粘性流体室３３内をシー
ルする耐油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。こ
れらにより、上部軸受装置４１を構成する。
側を支持する上部ラジアル軸受、３１は同上部ラジアル
軸受３０の外側に設けられた上部ダンパスリーブ、３３
は同上部ダンパスリーブ３１内に形成された上部粘性流
体室、３２ａ、３２ｂは同上部粘性流体室３３内をシー
ルする耐油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。こ
れらにより、上部軸受装置４１を構成する。
【００４９】また、３６は上記下部軸６’の下部を支持
する下部ラジアル軸受、３７は同下部ラジアル軸受３６
の外側に設けられた下部ダンパスリーブ、３９は同下部
ダンパスリーブ３７内に形成された下部粘性流体室、３
８ａ、３８ｂは同下部粘性流体室３９内をシールする耐
油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、下部軸受装置４２を構成する。
する下部ラジアル軸受、３７は同下部ラジアル軸受３６
の外側に設けられた下部ダンパスリーブ、３９は同下部
ダンパスリーブ３７内に形成された下部粘性流体室、３
８ａ、３８ｂは同下部粘性流体室３９内をシールする耐
油ゴム等の弾性体からなるＯリングである。これらによ
り、下部軸受装置４２を構成する。
【００５０】上記上部軸受装置４１の上部ダンパスリー
ブ３１及び下部軸受装置４２の下部ダンパスリーブ３７
は外周側が開いたコの字状に形成されている。そして、
上記上部ダンパスリーブ３１の内面とケーシング１９の
内面との間には上記Ｏリング３２ａ、３２ｂが並行して
介装され、双方のＯリング３２ａ及び３２ｂの間には上
部粘性流体室３３が形成されている。また、上記下部ダ
ンパスリーブ３７の内面とケーシング２２の内面との間
には上記Ｏリング３８ａ及び３８ｂが並行して介装さ
れ、双方のＯリング３８ａ及び３８ｂの間には下部粘性
流体室３９が形成されている。
ブ３１及び下部軸受装置４２の下部ダンパスリーブ３７
は外周側が開いたコの字状に形成されている。そして、
上記上部ダンパスリーブ３１の内面とケーシング１９の
内面との間には上記Ｏリング３２ａ、３２ｂが並行して
介装され、双方のＯリング３２ａ及び３２ｂの間には上
部粘性流体室３３が形成されている。また、上記下部ダ
ンパスリーブ３７の内面とケーシング２２の内面との間
には上記Ｏリング３８ａ及び３８ｂが並行して介装さ
れ、双方のＯリング３８ａ及び３８ｂの間には下部粘性
流体室３９が形成されている。
【００５１】上記上部粘性流体室３３及び下部粘性流体
室３９にはケーシング１９に穿けられた上部供給口３４
及びケーシング２２に穿けられた下部供給口４０を経て
夫々供給された潤滑油（シリコン油等、他の粘性流体で
もよい）が充填されている。
室３９にはケーシング１９に穿けられた上部供給口３４
及びケーシング２２に穿けられた下部供給口４０を経て
夫々供給された潤滑油（シリコン油等、他の粘性流体で
もよい）が充填されている。
【００５２】また上記上部ラジアル軸受３０及び下部ラ
ジアル軸受３６はころがり軸受からなり、それぞれの内
輪が上部軸３’及び下部軸６’に固挿され、外輪が上部
ダンパスリーブ３１の内周面及び下部ダンパスリーブ３
７の内周面に固挿されている。
ジアル軸受３６はころがり軸受からなり、それぞれの内
輪が上部軸３’及び下部軸６’に固挿され、外輪が上部
ダンパスリーブ３１の内周面及び下部ダンパスリーブ３
７の内周面に固挿されている。
【００５３】従って、上記上部軸受装置４１は、上記上
部軸３’をころがり軸受からなる上部ラジアル軸受３０
で支持し、同上部ラジアル軸受３０をＯリング３２ａ、
３２ｂ及び上部粘性流体室３３内の潤滑油を介して支持
する弾性支持軸受に構成される。また、上記下部軸受装
置４２は、上記上部軸受装置４１と同様に、下部軸６’
を下部ラジアル軸受３６で支持し、同下部ラジアル軸受
３６をＯリング３８ａ、３８ｂ及び下部粘性流体室３９
内の潤滑油を介して支持する弾性支持軸受に構成され
る。
部軸３’をころがり軸受からなる上部ラジアル軸受３０
で支持し、同上部ラジアル軸受３０をＯリング３２ａ、
３２ｂ及び上部粘性流体室３３内の潤滑油を介して支持
する弾性支持軸受に構成される。また、上記下部軸受装
置４２は、上記上部軸受装置４１と同様に、下部軸６’
を下部ラジアル軸受３６で支持し、同下部ラジアル軸受
３６をＯリング３８ａ、３８ｂ及び下部粘性流体室３９
内の潤滑油を介して支持する弾性支持軸受に構成され
る。
【００５４】３５は上記上部軸３’の外周に固定された
ストッパ部であり、上記上部ラジアル軸受３０の上部に
接近して設けられている。同ストッパ部３５の下面と上
部ラジアル軸受３０の上側面との間隙は、上記超電導ス
ラスト軸受５０の動作不良時にこれのスラスト軸受部で
接触が生ずる前よりも先に同ストッパ部３５と上部ラジ
アル軸受３０とが接触できるような間隙に設定される。
ストッパ部であり、上記上部ラジアル軸受３０の上部に
接近して設けられている。同ストッパ部３５の下面と上
部ラジアル軸受３０の上側面との間隙は、上記超電導ス
ラスト軸受５０の動作不良時にこれのスラスト軸受部で
接触が生ずる前よりも先に同ストッパ部３５と上部ラジ
アル軸受３０とが接触できるような間隙に設定される。
【００５５】上記フライホイール装置の運転時におい
て、図６に示される運転モードのように、回転数の上昇
時Ａ→Ｂ間において発電・電動機１８により充電を行な
い、Ｂ→Ｃ間においては一定回転数で以って電力貯蔵を
行ない、回転数の下降時Ｃ→Ｄ間において放電を行な
う。
て、図６に示される運転モードのように、回転数の上昇
時Ａ→Ｂ間において発電・電動機１８により充電を行な
い、Ｂ→Ｃ間においては一定回転数で以って電力貯蔵を
行ない、回転数の下降時Ｃ→Ｄ間において放電を行な
う。
【００５６】また、上記フライホイール装置の通常運転
時においては、高速回転するロータ６０の重量によるス
ラスト荷重は上記超電導スラスト軸受５０にて支持する
ことによりロータ６０を浮上させながら回転せしめる。
そして、ラジアル荷重は、弾性支持軸受である上部軸受
装置４１及び下部軸受装置４２によって弾性的に支持さ
れる。
時においては、高速回転するロータ６０の重量によるス
ラスト荷重は上記超電導スラスト軸受５０にて支持する
ことによりロータ６０を浮上させながら回転せしめる。
そして、ラジアル荷重は、弾性支持軸受である上部軸受
装置４１及び下部軸受装置４２によって弾性的に支持さ
れる。
【００５７】上記超電導スラスト軸受５０が動作不良を
生じて、ロータ６０が上部ラジアル軸受３０の端部で接
触支持されるタッチダウン状態となる際においては、ス
トッパ部３５が上部ラジアル軸受３０に接触し、ころが
り軸受からなる上部あるいは下部ラジアル軸受３０ある
いは３６は、Ｏリング３２ａ、３２ｂと上部粘性流体室
３３内の潤滑油からなるダンパ、あるいはＯリング３８
ａ、３８ｂと下部粘性流体室３９内の潤滑油からなるダ
ンパを介して支持されているので、かかるタッチダウン
時における衝撃力が吸収される。これにより、超電導ス
ラスト軸受５０を保護することができる。
生じて、ロータ６０が上部ラジアル軸受３０の端部で接
触支持されるタッチダウン状態となる際においては、ス
トッパ部３５が上部ラジアル軸受３０に接触し、ころが
り軸受からなる上部あるいは下部ラジアル軸受３０ある
いは３６は、Ｏリング３２ａ、３２ｂと上部粘性流体室
３３内の潤滑油からなるダンパ、あるいはＯリング３８
ａ、３８ｂと下部粘性流体室３９内の潤滑油からなるダ
ンパを介して支持されているので、かかるタッチダウン
時における衝撃力が吸収される。これにより、超電導ス
ラスト軸受５０を保護することができる。
【００５８】従って上記上部軸受装置４１及び下部軸受
装置４２は、通常運転時におけるラジアル荷重の支持を
行なうとともに、上記のような動作不良発生時における
衝撃力の吸収、緩和作用をなすことができる。
装置４２は、通常運転時におけるラジアル荷重の支持を
行なうとともに、上記のような動作不良発生時における
衝撃力の吸収、緩和作用をなすことができる。
【００５９】また、ロータ６０の増速時において危険速
度を超える際にはＯリング３２ａ、３２ｂ及び３８ａ、
３８ｂのダンピング作用によってロータ６０の軸振れを
抑制するので、過大な軸振動の発生を伴うことなく危険
速度を超えることができる。
度を超える際にはＯリング３２ａ、３２ｂ及び３８ａ、
３８ｂのダンピング作用によってロータ６０の軸振れを
抑制するので、過大な軸振動の発生を伴うことなく危険
速度を超えることができる。
【００６０】［第２実施形態例］図４を参照して、本発
明の第２実施形態例を説明する。図４に示す装置は、図
１に示した高温超電導フライホイール装置に、多層断熱
構造物７０とＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）
カバー７１を追加したものであり、図１と同一部材には
同符号を付してある。但し、図４は高温超電導バルク体
１０付近のみ示し、他の部分は図１と同じである。
明の第２実施形態例を説明する。図４に示す装置は、図
１に示した高温超電導フライホイール装置に、多層断熱
構造物７０とＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）
カバー７１を追加したものであり、図１と同一部材には
同符号を付してある。但し、図４は高温超電導バルク体
１０付近のみ示し、他の部分は図１と同じである。
【００６１】図４において、高温超電導バルク体１０及
び熱伝導板６１を多層断熱構造物７０で囲み、更に、多
層断熱構造物７０の上からＧＦＲＰカバー７１で高温超
電導バルク体１０及び熱伝導板６１を覆っている。
び熱伝導板６１を多層断熱構造物７０で囲み、更に、多
層断熱構造物７０の上からＧＦＲＰカバー７１で高温超
電導バルク体１０及び熱伝導板６１を覆っている。
【００６２】多層断熱構造物７０は例えばAl箔を多層に
してポリエステル繊維で包み、外部からの輻射侵入熱を
防止する構造のものであり、スーパーインシュレーショ
ンと呼ばれるものがある。
してポリエステル繊維で包み、外部からの輻射侵入熱を
防止する構造のものであり、スーパーインシュレーショ
ンと呼ばれるものがある。
【００６３】高温超電導バルク体１０及び熱伝導板６１
が多層断熱構造物７０で覆われた構造であるため、外部
からの輻射侵入熱が大幅に低下する。例えば、１０層の
多層断熱構造物を用いれば、約１／１０の輻射侵入熱低
減が可能となる。
が多層断熱構造物７０で覆われた構造であるため、外部
からの輻射侵入熱が大幅に低下する。例えば、１０層の
多層断熱構造物を用いれば、約１／１０の輻射侵入熱低
減が可能となる。
【００６４】また、多層断熱構造物７０が更にＧＦＲＰ
カバー７１で覆われた構造であるため、輻射侵入熱の低
減を更に防止するとともに、高温超電導バルク体１０、
熱伝導板６１及び多層断熱構造物７０を保護することが
できる。
カバー７１で覆われた構造であるため、輻射侵入熱の低
減を更に防止するとともに、高温超電導バルク体１０、
熱伝導板６１及び多層断熱構造物７０を保護することが
できる。
【００６５】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、請求項１
に係る発明の高温超電導磁気軸受装置は、真空に保持さ
れるケーシング内に、回転駆動される回転軸と、上記回
転軸に固定されたスラストカラーに組み込まれた永久磁
石及び同永久磁石に対し隙間を存して配置された高温超
電導体よりなる超電導スラスト軸受を収納してなる高温
超電導軸受装置において、上記永久磁石に対向する面と
反対の上記超電導体の背面を熱伝導板に取り付け、上記
熱伝導板をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、上記熱
伝導板を断熱支持架台で支持してなることを特徴とする
ので、高温超電導体は熱伝導板とたわみ導体を介して冷
凍機により直接熱伝導にて冷却されると同時に、断熱支
持架台にて熱伝導パスを稼いでロータ重量を支持する構
造となっているから、液体窒素による冷却で問題となる
液体窒素配管部及び支持架台からの侵入熱が低減できる
とともに、液体窒素の気化に伴う気泡貯りによる冷却不
足の恐れが解消できる。また、たわみ導体が冷凍機の振
動絶縁の役目を果たす。また、熱伝導板が高温超電導体
の永久磁石と対向する面とは反対側に配置されているた
め、永久磁石の磁場が高温超電導体で磁気シールドさ
れ、渦電流損失の発生が抑えられる。更に、冷凍機を用
いた冷却構造であるため、冷却温度を例えば５０Ｋまで
下げることができ、液体窒素による冷却の場合の７７Ｋ
に対して、回転損失の低減及び反発力の増大を図ること
ができる。
に係る発明の高温超電導磁気軸受装置は、真空に保持さ
れるケーシング内に、回転駆動される回転軸と、上記回
転軸に固定されたスラストカラーに組み込まれた永久磁
石及び同永久磁石に対し隙間を存して配置された高温超
電導体よりなる超電導スラスト軸受を収納してなる高温
超電導軸受装置において、上記永久磁石に対向する面と
反対の上記超電導体の背面を熱伝導板に取り付け、上記
熱伝導板をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、上記熱
伝導板を断熱支持架台で支持してなることを特徴とする
ので、高温超電導体は熱伝導板とたわみ導体を介して冷
凍機により直接熱伝導にて冷却されると同時に、断熱支
持架台にて熱伝導パスを稼いでロータ重量を支持する構
造となっているから、液体窒素による冷却で問題となる
液体窒素配管部及び支持架台からの侵入熱が低減できる
とともに、液体窒素の気化に伴う気泡貯りによる冷却不
足の恐れが解消できる。また、たわみ導体が冷凍機の振
動絶縁の役目を果たす。また、熱伝導板が高温超電導体
の永久磁石と対向する面とは反対側に配置されているた
め、永久磁石の磁場が高温超電導体で磁気シールドさ
れ、渦電流損失の発生が抑えられる。更に、冷凍機を用
いた冷却構造であるため、冷却温度を例えば５０Ｋまで
下げることができ、液体窒素による冷却の場合の７７Ｋ
に対して、回転損失の低減及び反発力の増大を図ること
ができる。
【００６６】請求項２に係る発明の高温超電導磁気軸受
装置は、上記高温超電導体の外径が上記永久磁石の外径
より大きいので、高温超電導体が上記熱伝導板への磁気
漏洩を抑え、熱伝導板への磁気漏洩が軽減できる。
装置は、上記高温超電導体の外径が上記永久磁石の外径
より大きいので、高温超電導体が上記熱伝導板への磁気
漏洩を抑え、熱伝導板への磁気漏洩が軽減できる。
【００６７】請求項３に係る発明の高温超電導磁気軸受
装置は、上記熱伝導板の体積が大きいので、熱伝導板に
多く蓄冷させることができ、この蓄冷により、停電時等
で冷凍機が停止しても超電導状態を一定時間保持し、他
の補助的軸受を使用せずにロータを安全に停止すること
ができたり、冷凍機の間欠的運転による総合効率の改善
を図ることができる。また、短時間の電力補償を行うフ
ライホイール等の軸受に採用した場合は、停電等で冷凍
機が停止しても、短時間であれば高温超電導体の温度が
臨界温度以下になっているので、停電状態でも使用可能
である。また、停電時にフライホイールの回転エネルギ
を発電・電動機で電力に変換することで、冷凍機の冷却
電力に使用できる。
装置は、上記熱伝導板の体積が大きいので、熱伝導板に
多く蓄冷させることができ、この蓄冷により、停電時等
で冷凍機が停止しても超電導状態を一定時間保持し、他
の補助的軸受を使用せずにロータを安全に停止すること
ができたり、冷凍機の間欠的運転による総合効率の改善
を図ることができる。また、短時間の電力補償を行うフ
ライホイール等の軸受に採用した場合は、停電等で冷凍
機が停止しても、短時間であれば高温超電導体の温度が
臨界温度以下になっているので、停電状態でも使用可能
である。また、停電時にフライホイールの回転エネルギ
を発電・電動機で電力に変換することで、冷凍機の冷却
電力に使用できる。
【００６８】請求項４に係る発明の高温超電導磁気軸受
装置は、上記高温超電導体及び上記熱伝導板を多層断熱
構造物で覆ったので、高温超電導体への外部からの輻射
侵入熱を大幅に低減することができる。
装置は、上記高温超電導体及び上記熱伝導板を多層断熱
構造物で覆ったので、高温超電導体への外部からの輻射
侵入熱を大幅に低減することができる。
【００６９】請求項５に係る発明の高温超電導磁気軸受
装置は、上記多層断熱構造物を更にガラス繊維強化プラ
スチックで覆ったので、輻射侵入熱の低減を一層防止す
るとともに、高温超電導体、熱伝導板及び多層断熱構造
物を保護する。
装置は、上記多層断熱構造物を更にガラス繊維強化プラ
スチックで覆ったので、輻射侵入熱の低減を一層防止す
るとともに、高温超電導体、熱伝導板及び多層断熱構造
物を保護する。
【００７０】請求項６に係る発明の高温超電導フライホ
イールは、請求項１から５いずれかに係る発明の高温超
電導磁気軸受装置と、同高温超電導磁気軸受装置の上記
回転軸に固定したフライホールを備えるので、上記各高
温超電導磁気軸受装置が有する効果を有し、電力貯蔵等
に有用である。
イールは、請求項１から５いずれかに係る発明の高温超
電導磁気軸受装置と、同高温超電導磁気軸受装置の上記
回転軸に固定したフライホールを備えるので、上記各高
温超電導磁気軸受装置が有する効果を有し、電力貯蔵等
に有用である。
【図１】本発明の第１実施形態例に係る高温超電導フラ
イホール装置を示す断面図。
イホール装置を示す断面図。
【図２】浮上特性試験に用いた装置の概念図。
【図３】浮上特性試験データの例を示す図。
【図４】本発明の第２実施形態例に係る高温超電導フラ
イホール装置を示す図。
イホール装置を示す図。
【図５】超電導フライホイール装置の関連技術を示す断
面図。
面図。
【図６】超電導フライホイール装置の作用説明図。
１ フライホイールリング ２ 支持ディスク ３’ 上部軸 ４’ 中間軸 ５ スラストカラー ６’ 下部軸 ７ 内周永久磁石 ８ 外周永久磁石 １０ 高温超電導バルク体 １９、２０、２１、２２ ケーシング ５０ 超電導スラスト軸受 ６０ ロータ ６１ 熱伝導板 ６２ たわみ導体 ６３ 冷凍機 ７０ 多層断熱構造物 ７１ ガラス繊維強化プラスチック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 正晴 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 河島 裕 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 宇仁菅 繁 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 Ｆターム(参考） 3J102 AA01 BA03 BA18 CA07 DA02 DA22 GA09 GA19 5H607 AA02 AA12 BB01 BB02 DD03 DD07 DD08 EE41 GG01 GG17 GG25 5H621 JK11 JK15 JK17 JK19
Claims (6)
- 【請求項１】 真空に保持されるケーシング内に、回転
駆動される回転軸と、上記回転軸に固定されたスラスト
カラーに組み込まれた永久磁石及び同永久磁石に対し隙
間を存して配置された高温超電導体よりなる超電導スラ
スト軸受を収納してなる高温超電導軸受装置において、
上記永久磁石に対向する面と反対の上記高温超電導体の
背面を熱伝導板に取り付け、上記熱伝導板をたわみ導体
を介して冷凍機に接続し、上記熱伝導板を断熱支持架台
で支持してなることを特徴とする高温超電導磁気軸受装
置。 - 【請求項２】 上記高温超電導体の外径が上記永久磁石
の外径より大きく、上記高温超電導体で上記熱伝導板へ
の磁気漏洩を抑える構造であることを特徴とする請求項
１記載の高温超電導磁気軸受装置。 - 【請求項３】 上記熱伝導板の体積が大きく、同熱伝導
板の蓄冷で上記冷凍機の停止に対して上記高温超電導体
の超電導状態を一定期間保持する構造であることを特徴
とする請求項１記載の高温超電導磁気軸受装置。 - 【請求項４】 上記高温超電導体及び上記熱伝導板を多
層断熱構造物で覆ったことを特徴とする請求項１記載の
高温超電導磁気軸受装置。 - 【請求項５】 上記多層断熱構造物を更にガラス繊維強
化プラスチックで覆ったことを特徴とする請求項４記載
の高温超電導磁気軸受装置。 - 【請求項６】 請求項１から５いずれかに記載の高温超
電導磁気軸受装置と、同高温超電導磁気軸受装置の上記
回転軸に固定したフライホールを備えることを特徴とす
る高温超電導フライホイール装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28150699A JP3337440B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28150699A JP3337440B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001099156A true JP2001099156A (ja) | 2001-04-10 |
| JP3337440B2 JP3337440B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=17640144
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28150699A Expired - Fee Related JP3337440B2 (ja) | 1999-10-01 | 1999-10-01 | 高温超電導磁気軸受装置及び高温超電導フライホイール装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3337440B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087706A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
| JP2004242490A (ja) * | 2002-11-18 | 2004-08-26 | Harris Corp | 単極装置及び電圧変換方法 |
| US7002273B2 (en) | 2003-11-27 | 2006-02-21 | Nexans | Magnetic bearing |
| JP2008304045A (ja) * | 2007-06-11 | 2008-12-18 | Toshiba Corp | 超電導フライホイールシステム |
| US20150054366A1 (en) * | 2012-04-03 | 2015-02-26 | Babcock Noell Gmbh | Scalable device and arrangement for storing and releasing energy |
| WO2016182746A1 (en) * | 2015-05-11 | 2016-11-17 | General Electric Company | Superconducting magnet cooling system |
| JP2016211714A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 超電導フライホイール蓄電システム用超電導磁気軸受 |
| JP2020078243A (ja) * | 2012-04-03 | 2020-05-21 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 入れ子型ロータオープンコアフライホイール |
-
1999
- 1999-10-01 JP JP28150699A patent/JP3337440B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004087706A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | 冷凍機冷却型超電導磁石装置 |
| JP2004242490A (ja) * | 2002-11-18 | 2004-08-26 | Harris Corp | 単極装置及び電圧変換方法 |
| US7002273B2 (en) | 2003-11-27 | 2006-02-21 | Nexans | Magnetic bearing |
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| US20150054366A1 (en) * | 2012-04-03 | 2015-02-26 | Babcock Noell Gmbh | Scalable device and arrangement for storing and releasing energy |
| CN106678276A (zh) * | 2012-04-03 | 2017-05-17 | 巴布科克诺尔有限公司 | 用于存储和释放能量的装置 |
| US9899894B2 (en) * | 2012-04-03 | 2018-02-20 | Babcock Noell Gmbh | Scalable device and arrangement for storing and releasing energy |
| JP2020078243A (ja) * | 2012-04-03 | 2020-05-21 | ザ・ボーイング・カンパニーＴｈｅ Ｂｏｅｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ | 入れ子型ロータオープンコアフライホイール |
| WO2016182746A1 (en) * | 2015-05-11 | 2016-11-17 | General Electric Company | Superconducting magnet cooling system |
| CN106298152A (zh) * | 2015-05-11 | 2017-01-04 | 通用电气公司 | 超导磁体冷却系统 |
| JP2016211714A (ja) * | 2015-05-13 | 2016-12-15 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 超電導フライホイール蓄電システム用超電導磁気軸受 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3337440B2 (ja) | 2002-10-21 |
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