JP2735653B2 - Superconducting rotating assembly - Google Patents

Superconducting rotating assembly

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JP2735653B2 JP1296013A JP29601389A JP2735653B2 JP 2735653 B2 JP2735653 B2 JP 2735653B2 JP 1296013 A JP1296013 A JP 1296013A JP 29601389 A JP29601389 A JP 29601389A JP 2735653 B2 JP2735653 B2 JP 2735653B2
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    • F16C32/0436Passive 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
    • F16C32/0438Passive 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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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は超伝導回転アッセンブリ、詳しくは第II種
超伝導体を用いた超伝導ベアリングに関するものでる。
米国政府は米国国立科学財団から1部を許諾されて本発
明の通常実施権を有する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a superconducting rotary assembly, and more particularly to a superconducting bearing using a type II superconductor.
The United States Government has certain licenses from the United States National Science Foundation and has general license to use the invention.

(技術背景) 従来の高速回転機器用ベアリングは摩耗、雑音、振動
および発熱問題を受けやすいことが知られている。最近
まで実用磁気ベアリングは永久磁石または電磁帰還形式
のいずれかであった。永久磁石ベアリングは固有の静不
安定性を有し、非磁性手段、例えば回転カップリングを
介して少なくとも自由度1に安定させる必要がある。帰
還基礎型磁気ベアリングは安定性を得るために精巧な位
置センサーおよび電子回路を必要とする。
BACKGROUND OF THE INVENTION It is known that conventional bearings for high speed rotating equipment are susceptible to wear, noise, vibration and heat generation problems. Until recently, practical magnetic bearings were either permanent magnet or electromagnetic feedback types. Permanent magnet bearings have inherent static instability and need to be stabilized to at least one degree of freedom via non-magnetic means, such as a rotating coupling. Feedback-based magnetic bearings require sophisticated position sensors and electronics to achieve stability.

上記先行技術は超伝導特性を考慮することによって磁
気ベアリング技術を改良しようとするものである。例え
ば、ベアリング部材もしくは回転部材またはそれら両者
を第I種超伝導状態に維持せしめることによりそれらの
間に磁気力を得かつ所要の浮揚度を得るものである。第
I種超伝導体は臨界印加磁場まで完全な反磁性を呈し、
該臨界点において超伝導性を消失するとともに当該試料
の磁化の強さが急激に上昇する。第I種超伝導ベアリン
グの実施例がエムスリー等の米国特許第3493274号およ
びバックホールドの米国特許第3026151号に見られる。
この種の装置において安定性を得るため、ベアリング構
造体は一般に機械的回転支持部材(例えばバックホール
ドのもの)または皿形もしくはその他の包囲型超伝導体
が用いられ、それらにより重量の最小化が図られ、横安
定性が制限される(エムスリー等のものを参照)。
The prior art seeks to improve magnetic bearing technology by considering superconducting properties. For example, by maintaining a bearing member and / or a rotating member or both in a class I superconducting state, a magnetic force is obtained therebetween and a required levitation is obtained. Type I superconductors exhibit complete diamagnetism up to the critical applied magnetic field,
At the critical point, the superconductivity disappears and the magnetization intensity of the sample sharply increases. Examples of Class I superconducting bearings are found in U.S. Pat. No. 3,493,274 to Ms. et al. And U.S. Pat.
To obtain stability in this type of device, the bearing structure is typically a mechanical rotating support (eg, of a back hold) or a dish or other enclosed superconductor, which minimizes weight. And limited lateral stability (see M3 et al.).

最近、液体窒素よりも高い温度で超伝導性を示す種々
の新しいセラミック組成物が発見された。これらの新し
い超伝導体は一般に30〜35テスラを超える高い臨界磁場
を有する第II種材料である。第I種超伝導体はその内部
から磁束を“排除”したものであるといってもよい。こ
れに対し、第II種超伝導体は多数の磁気力線中でその内
部に磁束を透過させることができるものである。そのよ
うな状況下で超伝導電流の循環が第II種超伝導体内で確
立される。これらは、順次実質的は磁場を発生し、該超
伝導体の表面上に浮揚せしめられた磁石に位置ピン止め
効果を生じせしめる。
Recently, various new ceramic compositions have been discovered that exhibit superconductivity at higher temperatures than liquid nitrogen. These new superconductors are Class II materials with high critical magnetic fields, typically above 30-35 Tesla. Class I superconductors may be said to have "excluded" magnetic flux from within. On the other hand, the type II superconductor is capable of transmitting magnetic flux inside a large number of lines of magnetic force. Under such circumstances, circulation of superconducting current is established in the type II superconductor. These in turn generate a substantial magnetic field, causing a magnet pinned above the surface of the superconductor to have a position pinning effect.

浮揚された超伝導ベアリングから得られる位置エネル
ギーに関する利点は10,000rpmの回転速度を得られるこ
とである。そのような速度を得るために先行技術は装置
全体を液体ヘリウム/窒素内に浸漬せしめることを示唆
しているが非実用的である。先行技術は“硬式サスペン
ション”により絶妙に回転子を平衡させる必要性を出来
るだけ回避したいようである。さらに、外部回転安定化
手段は出来れば省略したいようである。
An advantage with respect to potential energy obtained from the levitated superconducting bearing is that a rotational speed of 10,000 rpm can be obtained. Prior art suggests immersing the entire device in liquid helium / nitrogen to achieve such a rate, but is impractical. The prior art seems to want to avoid as much as possible the need for exquisite rotor balancing with "rigid suspension". Further, it seems that the external rotation stabilizing means should be omitted if possible.

(解決しようとする課題) 本発明の目的は高速度で回転しながら安定した横、垂
直および軸方向浮揚性を呈する超伝導回転アッセンブリ
を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a superconducting rotating assembly that exhibits stable lateral, vertical and axial buoyancy while rotating at high speed.

本発明のもう1つの目的は高速安定回転を行う、簡単
かつ安価な設計の超伝導回転アッセンブリを提供するこ
とにある。
It is another object of the present invention to provide a simple and inexpensive superconducting rotating assembly that performs high-speed stable rotation.

本発明のさらに他の目的は回転子にかなりの不平衡状
態を許容せしめる軟式サスペンション形超伝導回転アッ
センブリを提供することにある。
It is yet another object of the present invention to provide a soft-suspension superconducting rotary assembly that allows the rotor to have significant imbalance.

(本発明の要約) 上記目的に従って、支持されることなく安定に浮遊す
る回転部材を含む、非接触軟式サスペンション形超伝導
回転アッセンブリが開示される。このアッセンブリは第
II種超伝導性を示す材料から成り、対向配置される適宜
形状を有する第1および第2ベアリング手段を含む。対
向したベアリング手段に取り付けられる回転部材はその
両端部に磁石手段を有する。各磁石手段の北極および南
極を結ぶ軸部は回転部材の回転軸と同一直線上にある。
ベアリング手段を臨界超伝導温度又はそれ以下に維持す
る手段が設けられる。更に、回転部材を回転する手段が
設けられる。このようにして、各磁石手段が磁場により
浮揚せしめらて非接触位置で安定して回転せしめられる
とともに組み込まれたベアリング手段により磁気ピン止
め効果が生起せしめられる。
SUMMARY OF THE INVENTION In accordance with the above objects, a non-contact soft suspension superconducting rotating assembly is disclosed that includes a rotating member that stably floats without being supported. This assembly is
It includes first and second bearing means which are made of a material exhibiting class II superconductivity and are appropriately arranged facing each other. The rotating member attached to the opposing bearing means has magnet means at both ends. The shaft connecting the north and south poles of each magnet means is collinear with the rotation axis of the rotating member.
Means are provided for maintaining the bearing means at or below the critical superconducting temperature. Further, means for rotating the rotating member are provided. In this manner, each magnet means is levitated by the magnetic field and is stably rotated at the non-contact position, and the magnetic pinning effect is produced by the incorporated bearing means.

本発明を一実施例を示す添付図面とともに説明する。 The present invention will be described with reference to the accompanying drawings showing an embodiment.

(実施例) 第1図において、回転子10が各ベアリングブロック16
および18の穴12および14内に嵌合される。各ベアリング
ブロック16および18は銅またはアルミニウム軸受台20に
装着され、例えば液体窒素等の極低温液体内に浸漬され
る。4つのコイル22、24および26(1つは図示しな
い。)4つのコイルを駆動して回転子10が回転せしめら
れる。
(Embodiment) In FIG. 1, the rotor 10 is
And 18 are fitted into holes 12 and 14. Each bearing block 16 and 18 is mounted on a copper or aluminum bearing stand 20 and immersed in a cryogenic liquid such as liquid nitrogen. Four coils 22, 24 and 26 (one not shown) drive the four coils to rotate the rotor 10.

各ベアリングブロック16および18はその臨界温度以下
の温度に保持された場合第II種超伝導性を呈する材料か
ら構成される。ベアリングブロック16および18用の好ま
しい材料はYBa2Cu3Oxセラミック複合物である。その
他、タリウム、ビスマスまたは他のセラミックを基材と
する第II種超伝導性を呈する複合物を用いることができ
る。軸受台20用の好ましい材料は60/63アルミニウム合
金である。
Each bearing block 16 and 18 is composed of a material that exhibits Type II superconductivity when maintained at a temperature below its critical temperature. The preferred material for bearing blocks 16 and 18 is a YBa 2 Cu 3 Ox ceramic composite. In addition, a composite exhibiting Type II superconductivity based on thallium, bismuth or other ceramics can be used. The preferred material for the bearing pedestal 20 is a 60/63 aluminum alloy.

第2図に回転子10の断面を示す。該回転子10は好まし
くは円筒形の2つの浮揚磁石30および32を有し、該磁石
の北/南極軸は回転子10の中心線34に並べられている。
第3磁石36は中心線34と直交状に配向した極軸を有し、
磁場を発生して界磁コイル22、24および26等により回転
子10が回転可能とされる。磁石30および32は長尺シリン
ダ44と組み合わされる中空シリンダ40および42を介して
所定位置に保持される。シリンダ40、42および44は回転
子10が高速度で回転する際その形状を安定に維持するに
充分な強度を付与する適当な非磁性材料から構成され
る。例えば該非磁性材料としてポリカーボネイトおよび
他の同類のポリマー材料を用いてもよい。磁石30および
32は好ましくはサマリウムコバルトから形成されかつ第
2図に示すように直線双極子を呈するものである。その
他、希土類磁石、たとえばNd、B、Feを基材とする磁石
であってもよい。また、同様に磁石36は希土類材料また
はその他適当な永久磁石材料から構成したものであって
もよい。回転子10をその中心線の回りにできる限り平衡
させることが好ましいが、主にベアリングブロック16お
よび18によって行われる“軟式サスペンション”によっ
て高速操作において何ら特別の平衡操作を要求されな
い。言い換えれば、このサスペンションでは当該機器を
損傷することなく多少の“ぐらつき”が許容される。
FIG. 2 shows a cross section of the rotor 10. The rotor 10 has two levitating magnets 30 and 32, preferably cylindrical, whose north / south poles are aligned with the centerline 34 of the rotor 10.
The third magnet 36 has a polar axis oriented perpendicular to the center line 34,
A magnetic field is generated, and the rotor 10 can be rotated by the field coils 22, 24, 26, and the like. The magnets 30 and 32 are held in place via hollow cylinders 40 and 42 combined with a long cylinder 44. Cylinders 40, 42, and 44 are constructed from a suitable non-magnetic material that provides sufficient strength to maintain a stable shape as rotor 10 rotates at high speeds. For example, polycarbonate and other similar polymeric materials may be used as the non-magnetic material. Magnet 30 and
32 is preferably formed from samarium cobalt and exhibits a linear dipole as shown in FIG. In addition, a rare earth magnet, for example, a magnet based on Nd, B, or Fe may be used. Similarly, the magnet 36 may be made of a rare earth material or other suitable permanent magnet material. It is preferred that the rotor 10 be balanced as much as possible about its center line, but no special balancing operation is required at high speeds, primarily due to the "soft suspension" performed by the bearing blocks 16 and 18. In other words, this suspension allows some wobble without damaging the equipment.

第2図および第3図において、いま、第2図に示すア
ッセンブリ超伝導温度であるとみなすと、ベアリング穴
12および14内に回転子10を配置するとベアリング穴の壁
部に超伝導電流を誘起する。これらの超伝導電流は矢印
50で示され、矢印52で示される電磁反撥力を発生する。
これらの反撥力は磁石30および32を安定浮揚位置に持ち
上げかつ拘束するように動作する。各ベアリング穴の水
平側壁および端壁は共働して電磁ピン止め力によりそれ
と組み合わされた回転子磁石に平衡化作用を生起せしめ
る。重要なことは、各ベアリング穴の内面は回転子10が
回転した際磁束の極性に変化が見られないことである。
これは回転子10を不安定にせしめる回転磁石に変位トル
クを付与することを防止するので重要なことである。言
い換えれば、たとえ回転時であっても穴12が回転子10の
回転時に北極および南極を次々と経験し、妨害磁場によ
りトルクが発生すると当該装置は所望の高速度での回転
が妨害されることになる。第4図に示す試験から明らか
なように、第II種超伝導材料により発生される反撥力は
質量と関連した現象であることが分った。したがって、
各ベアリング穴に隣接する超伝導体の厚みが増大するに
つれてその近くの磁石にそれだけ大きな反撥力を生起さ
せることになる。しかしながら、上記曲線から明らかな
ように約5mmまたはそれ以上の厚みで反撥力の実質的な
増大が見られない。よって、ベアリング穴を包囲する厚
みtは回転子10に最大反撥力を保証するには少なくとも
5mmとすることが好ましい。これにより回転子10の最大
質量が決まる。
In FIGS. 2 and 3, if the assembly superconducting temperature shown in FIG.
Placing the rotor 10 in 12 and 14 induces a superconducting current in the wall of the bearing hole. These superconducting currents are indicated by arrows
It generates an electromagnetic repulsion force indicated by 50 and indicated by arrow 52.
These repelling forces operate to lift and restrain magnets 30 and 32 to a stable levitation position. The horizontal side walls and end walls of each bearing bore cooperate to create a balancing effect on the rotor magnet associated therewith by electromagnetic pinning forces. What is important is that the inner surface of each bearing hole shows no change in the polarity of the magnetic flux when the rotor 10 rotates.
This is important because it prevents applying a displacement torque to the rotating magnet that makes the rotor 10 unstable. In other words, even when rotating, the hole 12 experiences the north pole and the south pole one after another when the rotor 10 rotates, and if torque is generated by the disturbing magnetic field, the device is prevented from rotating at a desired high speed. become. As is clear from the test shown in FIG. 4, the repulsion generated by the type II superconducting material was found to be a mass-related phenomenon. Therefore,
As the thickness of the superconductor adjacent to each bearing hole increases, so will the resilience of the magnets near it. However, as is apparent from the above curve, no substantial increase in repulsion is observed at a thickness of about 5 mm or more. Therefore, the thickness t surrounding the bearing hole is at least in order to guarantee the rotor 10 the maximum repulsion.
Preferably, it is 5 mm. This determines the maximum mass of the rotor 10.

図示しないが、通常の使用において回転子10に多くの
種々の形式の構成部材が装着される。例えばレーザービ
ームと組み合わせて適当な目標物を走査するように使用
される多面ミラーが装着される。さらには光学データ蓄
積を行う小型ディスクが装着される。
Although not shown, many different types of components are mounted on rotor 10 in normal use. For example, a polygon mirror is used which is used in combination with a laser beam to scan an appropriate target. Further, a small disk for storing optical data is mounted.

ベアリングブロック16および18を支持する導伝性軸受
台20を設けることによって超伝導流体レベルを回転部材
から実質的に近づかないようにする。このようにして回
転部材10およびベアリングブロック16および18の上部は
真空中で超高速回転可能に装着される。軸受台20が液体
窒素内に浸漬された際、たとえそのような浸漬がベアリ
ングブロックから実質的に離れた場所で生じたとしても
該ベアリングブロック16および18は第II種超伝導特性を
得られることが分かった。
The provision of a conductive bearing stand 20 that supports the bearing blocks 16 and 18 keeps the superconducting fluid level substantially inaccessible to rotating components. In this way, the rotating member 10 and the upper portions of the bearing blocks 16 and 18 are mounted so as to be able to rotate at a very high speed in a vacuum. When the bearing pedestal 20 is immersed in liquid nitrogen, the bearing blocks 16 and 18 can obtain Type II superconducting properties, even if such immersion occurs substantially away from the bearing block. I understood.

第5図〜第7図に回転子10に回転運動を付与する装置
の概略構成を示す。第5図において2コイル駆動系が示
され、そこでは一方のコイルに対し他方のコイルを余弦
関数の関係をもって該2つのコイルに交流電流を加える
ことにより磁石36が回転せしめられる。第6図において
3コイル駆動系が示され、そこでは各コイルが120゜間
隔をもって配置され、位相差120゜をもって駆動され
る。第7図において4コイル駆動系が示され、そこでは
各コイルが互いに位相差90゜をもって駆動されることに
より回転磁場を生起し、回転子10を回転させる。上述し
た回転機は電磁エネルギーを使用するものであるが、回
転子10はその周辺部に歯部を設けるかまたはタービン羽
根を取り付けて高圧ガスジェットを用いて回転させるよ
うにしてもよい。
FIGS. 5 to 7 show a schematic configuration of an apparatus for imparting rotational motion to the rotor 10. FIG. FIG. 5 shows a two-coil drive system in which the magnet 36 is rotated by applying an alternating current to one coil with respect to the other coil in a cosine function relationship. FIG. 6 shows a three-coil drive system in which the coils are arranged at 120 ° intervals and driven with a phase difference of 120 °. FIG. 7 shows a four-coil drive system, in which each coil is driven with a phase difference of 90 ° to generate a rotating magnetic field, causing the rotor 10 to rotate. Although the above-described rotating machine uses electromagnetic energy, the rotor 10 may be provided with teeth at its peripheral portion, or may be fitted with turbine blades and rotated using a high-pressure gas jet.

第8A図、第8B図および第8C図に円形の第II種超伝導ベ
アリング機構72を示す。該機構72は回転子10の両端部に
それぞれオリフィス73を有する。第1図の回転アッセン
ブリに示すように、回転子10は両端部に磁石70を有す
る。この形態において、回転子/ベアリングアッセンブ
リは重力(第8C図参照)が何れの方向に配向されようと
も操作可能である。更に、第9A図および第9B図にベアリ
ング機構の変形例が示される。第9A図において、各磁石
70がベアリングブロック80の中心から発散する軸受台82
を取り囲んでいるリング磁石で置換されたものである。
第9B図において、各磁石70がベアリングブロック80から
発散する円錐形軸受台とかみ合っている凹状窪みを有す
る磁石で置換されたものである。
8A, 8B and 8C show a circular type II superconducting bearing mechanism 72. FIG. The mechanism 72 has orifices 73 at both ends of the rotor 10. As shown in the rotating assembly of FIG. 1, the rotor 10 has magnets 70 at both ends. In this configuration, the rotor / bearing assembly is operable regardless of the direction in which gravity (see FIG. 8C) is oriented. 9A and 9B show a modification of the bearing mechanism. In FIG. 9A, each magnet
Bearing stand 82 diverging from the center of bearing block 80
Is replaced by a ring magnet surrounding.
In FIG. 9B, each magnet 70 has been replaced by a magnet having a concave depression engaging a conical bearing pedestal emanating from bearing block 80.

試験例 直径1.5cmを有する数対のYBa2Cu3Oxベアリングブロッ
クが大気中950℃で焼結処理して製造される。各結晶が
不規則に配向されているとともに当該試料90℃K以上の
臨界温度Tcを得るため加圧酸素(20バール)中800℃で
2時間、後アニール処理された。
Test Example Several pairs of YBa 2 Cu 3 Ox bearing blocks having a diameter of 1.5 cm are manufactured by sintering at 950 ° C. in the atmosphere. Each crystal was irregularly oriented and was post-annealed at 800 ° C. for 2 hours in pressurized oxygen (20 bar) in order to obtain a critical temperature Tc of 90 ° K. or higher for the sample.

幾つかのベアリングブロックは第1図〜第3図に示す
形状を有するようにされた。ホール効果プローブを用い
て、浮揚永久磁石の下部の超伝導体の表面における標準
磁束密度が測定された。永久磁石の双極子が当該セラミ
ックベアリング表面と平行とされた場合、標準表面磁束
測定結果は0.07テスラのオーダーであった。標準電流符
号は2つの超伝導渦電流が各磁石の2つの磁極付近で超
伝導体として作用したことを示した。また、表面磁場測
定は典型的な第II種超伝導体である不完全磁束排斥効果
が浮揚時にみられたことを示した。
Some bearing blocks have been adapted to have the shape shown in FIGS. The standard magnetic flux density at the surface of the superconductor below the levitating permanent magnet was measured using a Hall effect probe. When the permanent magnet dipole was parallel to the ceramic bearing surface, the standard surface flux measurement was on the order of 0.07 Tesla. The standard current signature indicated that the two superconducting eddy currents acted as superconductors near the two poles of each magnet. In addition, surface magnetic field measurements showed that the incomplete flux rejection effect, which is a typical type II superconductor, was observed during levitation.

回転子の浮揚高さに関して顕著なヒステリシス性のふ
るまいが見られた。僅かな摂動力に対し、浮揚回転子は
横および垂直剛性を示した。回転子はコイルの近くに生
起した磁場により回転させられた。回転および非回転時
における超伝導体上の交番磁場および浮揚高さによる作
用効果は認識されなかった。しかしながら、1〜4Hzの
低周波数において、交番磁気力は超伝導ベアリングパッ
ドから時々回転子を追い出すような共振状態で磁気剛性
モードを励起した。高い周波数において回転子速度およ
び駆動磁場周波数の固定化が生じ、回転子速度が1200rp
m以上に増大した。低周波不安定性は実質的に共振周波
数で励磁を行って回転子を急速に運動させることにより
簡単に解消することができる。磁束ピン止め効果が回転
子における磁気力にヒステリシス効果を生起せしめるも
のと推量される。しかしながら、回転子は、一旦正しい
位置に置かれると、外力により該回転子を引き出さない
限り安定位置を保持する。
Significant hysteretic behavior was observed with respect to rotor fly height. For small perturbations, the levitating rotor exhibited lateral and vertical stiffness. The rotor was rotated by a magnetic field generated near the coil. The effects of the alternating magnetic field and the flying height on the superconductor during rotation and non-rotation were not recognized. However, at low frequencies of 1 to 4 Hz, the alternating magnetic force excites the magnetic stiffness mode in a resonant state that sometimes drives the rotor out of the superconducting bearing pad. At high frequencies, the rotor speed and drive field frequency become fixed, resulting in a rotor speed of 1200 rp
m or more. Low frequency instability can be easily eliminated by exciting the rotor at a substantially resonant frequency and causing the rotor to move rapidly. It is assumed that the flux pinning effect causes a hysteresis effect on the magnetic force in the rotor. However, once in position, the rotor will maintain a stable position unless the rotor is pulled out by an external force.

以上の説明は単に本発明の一実施例についてなおされ
たものと理解すべきである。本発明は当該技術分野の熟
練者により本発明から逸脱することなく種々に変形する
ことが出来る。従って、本発明は特許請求の範囲内に含
まれるあらゆる変形例および改良例を包含するものであ
る。
It is to be understood that the above description has been modified only with respect to one embodiment of the present invention. The present invention can be variously modified by those skilled in the art without departing from the present invention. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such modifications and improvements as fall within the scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の超伝導回転アッセンブリの等角斜視
図、 第2図は第1図の2−2断面図、 第3図は第1図に示された第II種超伝導体ベアリングの
拡大等角斜視図、 第4図は第II種超伝導ベアリングの厚みに対する反撥力
の変化を示すグラフ、 第5図は2コイル駆動式超伝導回転アッセンブリの原理
を示す図、 第6図は3コイル駆動式超伝導回転アッセンブリの原理
を示す図、 第7図は4コイル駆動式超伝導回転アッセンブリの原理
を示す図、 第8A図、第8B図および第8C図はともに上記超伝導回転ア
ッセンブリの軸受け機構の1例を示し、それぞれ該軸受
け機構の分解斜視図、部分断面図および外観斜視図、 第9A図および第9B図は上記超伝導回転アッセンブリの軸
受け機構の第2および第3実施例の部分断面図である。 10……回転子、12、14……穴、 16、18……ベアリングブロック、 20……軸受台、22、24、26……界磁コイル、 30、32……浮揚磁石、36……磁石、 40、42、44……中空シリンダ、 70……磁石、72……ベアリング機構、 73……オリフィス、80……ベアリングブロック、 82……軸受台。
FIG. 1 is an isometric perspective view of the superconducting rotary assembly of the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line 2-2 of FIG. 1, and FIG. 3 is a view of the type II superconductor bearing shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing a change in repulsion force with respect to the thickness of the type II superconducting bearing, FIG. 5 is a diagram showing the principle of a two-coil driven superconducting rotary assembly, FIG. FIG. 7 is a diagram showing the principle of a coil-driven superconducting rotary assembly, FIG. 7 is a diagram showing the principle of a four-coil driven superconducting rotary assembly, FIG. 8A, FIG. 8B and FIG. FIGS. 9A and 9B are an exploded perspective view, a partial cross-sectional view, and an external perspective view of the bearing mechanism, respectively. FIGS. 9A and 9B show the second and third embodiments of the bearing mechanism of the superconducting rotary assembly. It is a partial sectional view. 10 ... Rotor, 12, 14 ... Hole, 16, 18 ... Bearing block, 20 ... Bearing stand, 22, 24, 26 ... Field coil, 30, 32 ... Levitated magnet, 36 ... Magnet , 40, 42, 44 ... hollow cylinder, 70 ... magnet, 72 ... bearing mechanism, 73 ... orifice, 80 ... bearing block, 82 ... bearing stand.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−55038(JP,A) 特開 平1−234618(JP,A) 特開 平4−505695(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-64-55038 (JP, A) JP-A-1-234618 (JP, A) JP-A-4-505569 (JP, A)

Claims (12)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】超伝導臨界温度に又はそれ以下の温度に維
持せしめられることにより第II種超伝導性を示す材料か
ら成る、第1および第2ベアリング手段、 共通軸に沿って並べられる2つの端部も有し、各端部を
上記ベアリング手段と組み合わされた、回転部材、 上記回転部材の両端部にそれぞれ装着され、該回転部材
の共通軸と同一直線を成すようにされる極軸を有すると
ともに各ベアリング手段に対しそれぞれ磁極面を形成し
た、磁石手段、 上記第1および第2ベアリング手段を超伝導臨界温度又
はそれ以下の温度に維持せしめる手段、および 上記各磁石手段を浮揚せしめるとともに組み合わされた
第1および第2ベアリング手段を介して発生された反撥
磁場により安定した非接触位置で上記回転部材を回転せ
しめる回転手段から構成した、非接触軟式サスペンショ
ン超伝導回転アッセンブリ。
1. A first and a second bearing means comprising a material which exhibits a type II superconductivity by being maintained at or below a superconducting critical temperature, two bearings arranged along a common axis. A rotating member, each end of which is combined with the bearing means, a rotating member, and a polar axis mounted on each end of the rotating member so as to be co-linear with a common axis of the rotating member. Magnet means having a magnetic pole surface for each bearing means, means for maintaining the first and second bearing means at or below the superconducting critical temperature, and levitating and combining each magnet means Rotating means for rotating the rotating member at a stable non-contact position by a repelling magnetic field generated through the first and second bearing means. , The non-contact Rubber suspension superconducting rotating assembly.
【請求項2】回転手段が更に回転部材内に装着される付
加磁石手段、および該付加磁石手段と相互作用を行うこ
とにより上記回転部材を回転せしめるコイル手段を含
む、第1項記載の回転アッセンブリ。
2. The rotary assembly according to claim 1, wherein said rotating means further includes additional magnet means mounted within said rotating member, and coil means for interacting with said additional magnet means to rotate said rotating member. .
【請求項3】第1および第2ベアリング手段が端部を開
放した穴を有する半円筒形から成り、該穴に回転部材の
端部を受容し、該回転部材を円筒形とした、第1項記載
の回転アッセンブリ。
3. The method of claim 1, wherein the first and second bearing means comprise a semi-cylindrical shape having a hole with an open end, the hole receiving the end of the rotating member, and the rotating member being cylindrical. The rotation assembly according to the item.
【請求項4】温度維持手段が第1および第2ベアリング
手段と結合される伝導性軸受台手段を含み、該軸受台手
段により上記各ベアリング手段を超伝導温度に冷却せし
める熱伝達路を形成せしめた、第3項記載の回転アッセ
ンブリ。
4. The temperature maintaining means includes conductive bearing means coupled to the first and second bearing means, said bearing means forming a heat transfer path for cooling said bearing means to a superconducting temperature. 4. The rotating assembly according to claim 3, wherein:
【請求項5】第1および第2ベアリング手段を構成する
材料が端部を開放した穴の周囲に少なくとも5mmの厚み
を有する、第3項記載の回転アッセンブリ。
5. The rotating assembly according to claim 3, wherein the material comprising the first and second bearing means has a thickness of at least 5 mm around the open end hole.
【請求項6】回転手段が更に回転部材内に装着される付
加磁石手段、および該付加磁石手段と相互作用を行うこ
とにより上記回転部材を回転せしめるコイル手段を含
む、第5項記載の回転アッセンブリ。
6. A rotary assembly according to claim 5, wherein said rotating means further includes additional magnet means mounted within said rotating member, and coil means for interacting with said additional magnet means to rotate said rotating member. .
【請求項7】第1および第2ベアリング手段が一端を閉
鎖したオリフィスを有する円筒形から成り、これらのベ
アリング手段に回転部材の端部を包囲せしめた、第1項
記載の回転アッセンブリ。
7. The rotary assembly according to claim 1, wherein the first and second bearing means are cylindrical with orifices closed at one end, the bearing means surrounding the end of the rotating member.
【請求項8】第1および第2ベアリング手段が各オリフ
ィス内に配向した軸受台を含み、各磁石手段が上記軸受
台とかみ合いかつ上記オリフィス内に配置せしめて回転
部材を回転可能とした、第7項記載の回転アッセンブ
リ。
8. The method of claim 1, wherein the first and second bearing means include bearing stands oriented in each orifice, and each magnet means engages with the bearing stand and is disposed in the orifice to rotate the rotating member. A rotating assembly according to claim 7.
【請求項9】第1および第2ベアリング手段がオリフィ
ス内で中心に配向せしめられた円錐形軸受台を含み、各
磁石手段が上記円錐形軸受台と整合した円錐形窪みを有
するとともに回転部材を回転可能とした、第7項記載の
回転アッセンブリ。
9. The system of claim 1, wherein the first and second bearing means include a conical bearing rest orientated centrally within the orifice, each magnet means having a conical recess aligned with the conical bearing rest and a rotating member. The rotating assembly according to claim 7, wherein the rotating assembly is rotatable.
【請求項10】回転手段が更に回転部材内に装着される
付加磁石手段、および該付加磁石手段と相互作用を行う
ことにより上記回転部材を回転せしめるコイル手段を含
む、第7項記載の回転アッセンブリ。
10. The rotating assembly according to claim 7, wherein said rotating means further includes additional magnet means mounted within said rotating member, and coil means for interacting with said additional magnet means to rotate said rotating member. .
【請求項11】温度維持手段が第1および第2ベアリン
グ手段と結合される伝導性軸受台手段を含み、該軸受台
手段により上記各ベアリング手段を超伝導温度に冷却せ
しめる熱伝達路を形成せしめた、第7項記載の回転アッ
センブリ。
11. The temperature maintaining means includes conductive bearing means coupled to the first and second bearing means, said bearing means forming a heat transfer path for cooling said bearing means to a superconducting temperature. 9. The rotating assembly according to claim 7, wherein:
【請求項12】第1および第2ベアリング手段を構成す
る材料がオリフィスの周囲に少なくとも5mmの厚みを有
する、第11項記載の回転アッセンブリ。
12. The rotating assembly according to claim 11, wherein the material forming the first and second bearing means has a thickness around the orifice of at least 5 mm.
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