JP2774304B2 - 超電導磁気軸受を付加した気体軸受 - Google Patents

超電導磁気軸受を付加した気体軸受

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JP2774304B2 JP1076418A JP7641889A JP2774304B2 JP 2774304 B2 JP2774304 B2 JP 2774304B2 JP 1076418 A JP1076418 A JP 1076418A JP 7641889 A JP7641889 A JP 7641889A JP 2774304 B2 JP2774304 B2 JP 2774304B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、冷却装置用ターボ膨脹機を初めとする各種
低温回転機器の軸受に適し、且つ超電導材料を用いて超
電導磁気軸受を付加した気体軸受に関する。
(従来の技術) 気体軸受は両部材間に気体が存在する隙間を残して、
負荷を与える構成となっている。気体軸受はオイル軸受
に較べて動作温度範囲が広く、無接触運動から耐久性に
富むという長所があることから、たとえば、代表的な気
体軸受は第5−8図の如き構成を有す。
第5−6図に示す例は、回転シャフト1のまわりに多
孔質のブッシュ2を両者間に小さな隙間を残すようにし
て配し、このブッシュ2の外周面に、その内周面に凹部
5を有するスリーブ3を嵌入する。スリーブ3に給気口
4を取付ける。この例では、吸気口4を介して圧縮空気
を環状の凹部5内に供給し、多孔質のブッシュ2を介し
て、シャフト1とブッシュ2との間の隙間に均一分布の
形で圧縮空気を入れ、シャフト1をブッシュ2に対し等
間隔となるよう浮上らせて軸受作用を得る。
第7図に示す例は、静圧スラスト軸受で、回転シャフ
ト6の下端に第1の円板7を固定させる。この第1の円
板7に対向させて多孔質の第2の円板8を配置させ、こ
の第2の円板8に空気だめ9とこれに通じる吸気口10を
有するカバー11を固定させている。この例では、吸気口
10からの圧縮空気は第2の円板の多孔部を通って絞られ
て空気の流れは均一分布となって両円板7、8間の隙間
に入り、この隙間内の気体の圧力により負荷を支える。
第8図に示す例は、テイルティングパットと名称され
る動圧軸受で、回転シャフト10のまわりに等間隔にパッ
ト12を円筒状のスリーブ13にピボット14を介して支持さ
せる。シャフト10の回転は、シャフト10まわりの空気を
シャフト10とパット12で作るくさび状すきまに引き込
み、動圧を作り、その気体の圧力により負荷を支える。
(本発明が解決しようとする課題) 気体軸受に用いる空気は、前述した如くオイルや水等
に比し利用できる温度域が広い。しかし、近年のよう
に、MHD発電、磁気浮上列車等に用いる超電導磁石の冷
却装置、或いは、レーザー、メーザー、パラメトリック
増巾器などの電子装置に用いる冷却装置は、時には、た
とえば、100K以下の極低温雰囲気下でシャフトを回転
し、且つこのシャフトを支える必要がある。
しかし、ヘリウム、ネオン等の気体でも、100K以下と
いった極低温では粘性の低下が著しく、気体による負荷
能力は小さくなる。加えて、たとえば、シャフト及びそ
のまわりのブッシュとの間の隙間寸法は、極低温による
両部材の熱膨張係数の差により常温時の隙間寸法を確保
することが難かしく、負荷能力の劣化をまねくこともあ
る。
それ故に、本発明は極低温下でも負荷能力の低下を防
ぐ気体軸受を提供することを解決すべき課題とする。
(課題を解決するための手段) 最近の新素材の開発は目をみはるものがあるが、超電
導材料について言えば、イットリウム・バリウム・銅・
酸素系;ランタノイド系各種希土類・バリウム・銅・酸
素系;ビスマス・ストロンチュウム・カルシウム・銅・
酸素系;タリウム・バリウム・カルシウム・銅・酸素系
の超電導材料は、高周波スパッタリングや化学気相法、
或いは他の蒸着法によりチタン等を含む焼結体の基板上
に生成可能となっている。この超電導材料は、極低温雰
囲気下で、電力損失なしに高密度の電流を流すことがで
きる外、磁界での完全反磁性特性により強磁気シールド
材となる。
本発明は、極低温雰囲気下で超電導材料が強磁気シー
ルド特性を示すことに着目し、これと磁石からなる部材
とを対向させて、気体軸受の気体の負荷能力を助成させ
ることを基本的考えとする。
この考えを具体化し、前述した本発明の課題を解決す
るために、本発明は、運動部材と、これに隙間を介して
対向する静止部材を有し、運動部材が永久磁石からな
り、静止部材が多孔質部材からなり、気体を多孔質部材
を介して隙間に給気させ且つ運動部材が回転自在なシャ
フトであり、静止部材はその表面が磁気シールド特性を
有する超電導材料からなることを特徴とする超電導磁気
軸受を付加した気体軸受を提供する。
さらに、本発明は、静止部材と、これに隙間を介して
対向する運動部材を有し、静止部材が多孔質部材の永久
磁石からなり、気体をを多孔質部材を介して隙間に給気
させ且つ運動部材が回転自在なシャフトであり、運動部
材はその表面が磁気シールド特性を有する超電導材料か
らなることを特徴とする超電導磁気軸受を付加した気体
軸受を提供する。
本発明は、又、永久磁石からなる運動部材まわりに隙
間を介してその表面が超電導材料からなるパット状の静
止部材を設けてなる超電導磁気軸受を付加した気体軸受
を提供する。
(作用) 常温領域では、永久磁石の磁力線は、超電導材によっ
てシールドされることはなく、通常の磁力線図を描く。
このため、静止部材と運動部材との間の隙間の気体の負
荷能力のみに応じた軸受となる。
周囲温度が極低温即ち超電導材が超電導状態に移ると
その内部から磁束を絞め出マイスナー効果を示す温度以
下になると、一方の部材が他方の部材から磁力に反発し
てその間に磁力による浮力を作り、極低温下で秀れた特
性を示す軸受となる。さらに、温度が下がり、気体の粘
性が低下して、気体軸受が作用しなくなっても、超電導
磁気軸受のみにより負荷を支えることができる。
(実施例) 第1図aに示す本発明の一例は、基本構成は第6図に
示す例と同じであるが、運動部材としての回転部材であ
るシャフト15を、たとえば、残留磁気及び保持力の大き
いアルニコ磁石、Fe−Cr−Co、フェライト、Nd−Fe系、
或いは、白金、コバルト系、サマリウム・コバルト系磁
石を埋め込み製作する。一方、静止部材であるブッシュ
16は、超電導材料であるいは多孔質超電導材料、または
非磁性体の内周面に超電導薄膜を形成したもので製作す
る。
本例では、マイスナー効果を示す遷移温度以上の雰囲
気下で、給気孔4からの気体は、ブッシュ16の多孔部を
通過してシャフト15まわりに均一に分散させて、シャフ
ト15をブッシュ16に対して等間隔に浮上させる。周囲温
度が超電導材料の遷移温度以下に下がると、ブッシュ16
の超電導材料により磁気シールドが成され、磁力線は第
1図aに矢印で示す如くなる。この結果、気体の粘性が
下がっても、気体の負荷能力に加えて、磁力的に反発力
による浮力が生じ、軸受としての働きを充分になす。
第1図bに示す本発明の一例は、基本構成は第6図に
示す例と同じであるが、静止部材であるブッシュ16を、
たとえば、残留磁気及び保持力の大きいアルニコ磁石、
Fe−Cr−Co、フェライト、Nd−Fe系、或いは、白金、コ
バルト系、サマリウム・コバルト系磁石を埋め込み製作
する。一方、運動部材であるシャフト15は、超電導材料
あるいは多孔質超電導材料、または非磁性体の内周面に
超電導薄膜を形成したもので製作する。
本例では、マイスナー効果を示す遷移温度以上の雰囲
気下で、給気孔4からの気体は、ブッシュ16の多孔部を
通過してシャフト15まわりに均一に分散させて、シャフ
ト15をブッシュ16に対して等間隔に浮上させる。周囲温
度が超電導材料の遷移温度以下に下がると、シャフト15
の超電導材料により磁気シールドが成され、磁力線は第
1図bに矢印で示す如くなる。この結果、気体の粘性が
下がっても、気体の負荷能力に加えて、磁力的に反発力
による浮力が生じ、軸受としての働きを充分になす。
第2図aに示す例は、基本的には第7図に示す例と同
じであるが、第1の円板17を永久磁石で、あるいは永久
磁石を埋め込んだ金属板で作り、第2の円板18の第1の
円板17に対向する面に超電導薄膜を生成する。この結
果、薄膜の遷移温度以上での使用は、従来と実質的に同
じであるが、しかし、該遷移温度以下に周囲温度が降下
すると、超電導薄膜が磁界で反磁性を示し、第1の円板
17からの磁力に反発し、第2図aに示す如き磁力線図と
なり、第1の円板17に浮力が生じ、極低温による気体粘
性の低下があっても、両円板17、18間の気体と共に軸受
としての必要な機能を果たす。
第2図bに示す例は、基本的には第7図に示す例と同
じであるが、第2の円板18を永久磁石で、あるいは永久
磁石を埋め込んだ金属板で作り、第1の円板17の第2の
円板18に対向する面に超電導薄膜を生成する。この結
果、薄膜の遷移温度以上での使用は、実質的に同じであ
るが、しかし、該遷移温度以下に周囲温度が降下する
と、超電導薄膜が磁界で反磁性を示し、第2の円板18か
らの磁力に反発し、第2図bに示す如き磁力線図とな
り、第1の円板17に浮力が生じ、極低温による気体粘性
の低下があっても、両円板17、18間の気体と共に軸受と
しての必要な機能を果たす。
第3図aに示す例は、第8図に示す動圧軸受と同一構
成であるが、回転シャフト19を磁石材であるいは磁石を
埋め込んだ金属体で成形し、パッド20の内面に超電導材
料の層を生成する。この例も、第1図と第2図の例と同
じ作用をするが、この場合、動圧軸受なので、シャフト
19が回転することによって気体軸受を形成する。したが
って、シャフト19の回転によってシャフト19とパッド20
との間に動圧が生じ、その圧力によってパッド20とシャ
フト19との間に小さな隙間を残してシャフトを支える。
周囲温度が下がり、超電導材料の遷移温度以下となる
と、超電導材料の層が反磁性の磁気シールド特性を示
し、第3図aの如き磁力線となり、パッド12に対する浮
力を作り、極低温下でも固体接触を起こすことなく負荷
を維持できる。
第3図bに示す例は、第8図に示す動圧軸受と同一構
成であるが、パッド20を磁石材であるいは磁石を埋め込
んだ金属体で成形し、シャフト19の外周面に超電導材料
の層を生成する。この例も、第1図と第2図の例と同じ
作用をするが、この場合、動圧軸受なので、シャフト19
が回転することによって気体軸受を形成する。したがっ
て、シャフト19の回転によってシャフト19とパッド20と
の間に動圧が生じ、その圧力によってパッド20とシャフ
ト19との間に小さな隙間を残してシャフトを支える。周
囲温度が下がり、超電導材料の遷移温度以下となると、
超電導材料の層の反磁性の磁気シールド特性を示し、第
3図bの如き磁力線となり、パッド12に対する浮力を作
り、極低温下でも固体接触を起こすことなく負荷を維持
できる。
第4図に示す例は、第3図に示す各パッドを改良し、
第3図に示す軸受を静圧型にするためのものである。勿
論、第4図のパッドを第3図aの各パッドと取替える必
要がある。磁石を持つシャフト19の周りの各パッド20の
内周面に超電導材料の層を設け、この層をシャフト19の
外周面に離間対向させる。ステム21に中央孔22を設け、
中央孔22をシャフト19に向けて開口させる。この例で
は、中央孔22を介して圧縮空気を送り、パッド20をシャ
フト19に対し静圧軸受とさせる。周囲温度が超電導材料
の遷移温度以下になると、第3図に示す如き磁力分布と
なってパッド20を磁気によってシャフト19に対し反発浮
上させる。このため、超低温下でも軸受としての機能を
損なわない。第3図bの各パッドと取換える時には、シ
ャフトの外周面に超電導材料の層を設け且つパッド19を
永久磁石又は磁石を埋込んだ金属体とすればよい。
(効果) 従来技術では極低温の雰囲気で負荷能力が減少し安定
な運転が実現できなかったことに対し、本発明によれは
極低温の雰囲気では、超電導材の磁気反発力によって減
少した気体の負荷能力を十分に補ない、常温から極低温
までの連続運動が可能となる。
また、本発明では常温で気体軸受として作用する部材
が極低温では磁気軸受としても作用するという本発明特
有の効果があり、特に別部材の磁気軸受を設けた場合と
比較し機器の簡略化、小型化等、本発明の効果は著し
い。
【図面の簡単な説明】
第1図aとbは本発明のラジアル気体軸受の一例の断面
図、第2図aとbは本発明の一例のスラスト気体軸受の
断面図、第3図aとbは本発明によるテルティングパッ
ド気体軸受の一例の断面図、第4図はパッドの一例の部
分断面図、第5図は従来例の縦断面図、第6図はその横
断面図、第7−8図は他の従来例の各断面図である。 図中: 15、19……シャフト 16……超電導材料の層を有するブッシュ 17、18……円板、20……パッド
フロントページの続き 審査官 一ノ瀬 覚 (56)参考文献 特開 平1−210615(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) F16C 32/00 - 32/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】運動部材と、これに隙間を介して対向する
    静止部材を有し、運動部材が永久磁石からなり、静止部
    材が多孔質部材からなり、気体を多孔質部材を介して隙
    間に給気させ且つ運動部材が回転自在なシャフトであ
    り、静止部材はその表面が磁気シールド特性を有する超
    電導材料からなることを特徴とする超電導磁気軸受を付
    加した気体軸受。
  2. 【請求項2】静止部材と、これに隙間を介して対向する
    運動部材を有し、静止部材が多孔質部材の永久磁石から
    なり、気体を多孔質部材を介して隙間に給気させ且つ運
    動部材が回転自在なシャフトであり、運動部材はその表
    面が磁気シールド特性を有する超電導材料からなること
    を特徴とする超電導磁気軸受を付加した気体軸受。
  3. 【請求項3】永久磁石からなる運動部材まわりに隙間を
    介してその表面が超電導材料からなるパット状の静止部
    材を設けてなる超電導磁気軸受を付加した気体軸受。
JP1076418A 1989-03-29 1989-03-29 超電導磁気軸受を付加した気体軸受 Expired - Lifetime JP2774304B2 (ja)

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