JP3177847B2 - 超電導軸受装置 - Google Patents

超電導軸受装置

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JP3177847B2 JP40326390A JP40326390A JP3177847B2 JP 3177847 B2 JP3177847 B2 JP 3177847B2 JP 40326390 A JP40326390 A JP 40326390A JP 40326390 A JP40326390 A JP 40326390A JP 3177847 B2 JP3177847 B2 JP 3177847B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、磁束侵入を許容する
超電導体を用いた超電導軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】超電導軸受として、たとえば、特開昭６
３−２４３５２３号公報に示すようなものが知られてい
る。
【０００３】この超電導軸受は、第１種超電導体すなわ
ち磁束侵入を完全に阻止する超電導体を用いており、超
電導体の完全反磁性現象を利用したものである。この超
電導軸受は、超電導体からなる回転軸の両端を、それぞ
れ一方磁極の磁気を帯びた磁性体からなる１対の支持部
材の凹みにそれぞれ入れ、回転軸をアキシアル方向に非
接触支持するように構成されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の
超電導軸受では、上述したように、完全反磁性の性質を
利用して非接触支持を行なうものゆえ、反発方向と直交
する方向が不安定となるため、回転軸の両端を支持する
支持部材について、回転軸の両端を包み込む形状に加工
する必要があるとともに、回転軸の両端と支持部材との
間でアキシアル方向およびラジアル方向で対向する部分
を、磁化させる必要があり、製作、設計が面倒なもので
あった。
【０００５】この発明の目的は、上記の問題を解決し、
簡単な構造で回転の支持が行える超電導軸受装置を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】第１の発明による超電導
軸受装置は、回転体に同心状に設けられた円板状の永久
磁石部と、この永久磁石部の端面に対して回転体の回転
軸心方向に間隔をおいて対向するように配置された超電
導体とを備えており、上記永久磁石部が、複数の永久磁
石を有するものであって上記回転体の回転軸心の周囲の
磁束分布が回転によって変化しないように上記回転体に
設けられているとともに、隣接する永久磁石の近接する
磁極が同極となされており、上記超電導体が、その内部
に常電導粒子が混在させられているものであって上記永
久磁石部の磁束侵入を許容するようになされているとと
もに、上記永久磁石部の磁束が所定量侵入する離間位置
であってかつ上記回転体の回転によって侵入磁束の分布
が変化しない位置に配置されており、超電導体が冷却さ
れて超電導状態となったさいにその内部に侵入した永久
磁石部の磁束が拘束されるようになっているものであ
る。
【０００７】上記永久磁石部が、上記回転体の半径方向
に間隔をおいて配置された複数の環状の永久磁石と、こ
れらの間の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心
方向両端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、全ての永久
磁石の回転軸心方向の同一端部が同じ極性の磁気を帯び
ていることがある。
【０００８】上記永久磁石部が、半径方向に間隔をおい
て配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の非
磁性体とからなり、各永久磁石の半径方向両側部が互い
に逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向側部
が同じ極性の磁気を帯びていることがある。
【０００９】上記永久磁石部が、回転軸心方向に間隔を
おいて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間
の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両端
部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の
対向端部が同じ極性の磁気を帯びていることがある。
【００１０】第２の発明による超電導軸受装置は、回転
体に同心状に設けられた円板状の永久磁石部と、この永
久磁石部の外周面に対して回転体の半径方向に間隔をお
いて対向するように配置された超電導体とを備えてお
り、上記永久磁石部が、複数の永久磁石を有するもので
あって上記回転体の回転軸心の周囲の磁束分布が回転に
よって変化しないように上記回転体に設けられていると
ともに、隣接する永久磁石の近接する磁極が同極となさ
れており、上記超電導体が、その内部に常電導粒子が混
在させられているものであって上記永久磁石部の磁束侵
入を許容するようになされているとともに、上記永久磁
石部の磁束が所定量侵入する離間位置であってかつ上記
回転体の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置
に配置されており、超電導体が冷却されて超電導状態と
なったさいにその内部に侵入した永久磁石部の磁束が拘
束されるようになっているものである。
【００１１】上記永久磁石部が、半径方向に間隔をおい
て配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の非
磁性体とからなり、各永久磁石の半径方向両側部が互い
に逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向側部
が同じ極性の磁気を帯びていることがある。
【００１２】上記永久磁石部が、回転軸心方向に間隔を
おいて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間
の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両端
部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の
対向端部が同じ極性の磁気を帯びていることがある。
【００１３】
【作用】第１および第２のいずれの発明の場合も、永久
磁石部が、複数の永久磁石を有するものであって、隣接
する永久磁石の近接する磁極が同極となされているの
で、隣接する永久磁石の同じ極性の磁気同志が反発しあ
って磁束分布に歪みが生じる。したがって、永久磁石の
磁束が所定量侵入する離間位置であってかつ回転体の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に配置され
ている超電導体の内部に、多くの磁束が深く侵入する。
この状態において、超電導体を冷却して超電導状態にす
ると、回転体の永久磁石から発せられる磁束の多くが超
電導体の内部に深く侵入して拘束されることになる（ト
ラップ現象）。ここで、超電導体はその内部に常電導粒
子が均一に混在されているため、超電導体内部への侵入
磁束の分布が一定となり、そのため、あたかも超電導体
に立設した仮想ピンに回転体の永久磁石が貫かれたよう
になり、超電導体に対して回転体が拘束される。その結
果、回転体は、きわめて安定的に浮上した状態で、アキ
シアル方向およびラジアル方向に支持される。この状態
においては、永久磁石部を備える回転体をその軸心まわ
りに回転させることが可能である。このとき、超電導体
に侵入した磁束は、磁束分布が回転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。した
がって、超電導体に対して所定の位置に回転体を備える
永久磁石部を相対位置させるだけで、アキシアル方向お
よびラジアル方向に非接触で支持することができる。
【００１４】第１の発明の場合、回転体に円板状の永久
磁石部を設けて、その端面に対向するように超電導体を
配置するだけの簡単な構造で、回転体を安定的に回転支
持できる。
【００１５】第２の発明の場合も、回転体に円板状の永
久磁石部を設けて、その外周面に対向するように超電導
体を配置するだけの簡単な構造で、回転体を安定的に回
転支持できる。
【００１６】永久磁石部が、回転体の半径方向に間隔を
おいて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間
の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両端
部が互いに逆の極性の磁気を帯び、全ての永久磁石の回
転軸心方向の同一端部が同じ極性の磁気を帯びていれ
ば、永久磁石部の各端部において、複数の永久磁石の同
じ極性の磁気同志が反発しあい、回転軸心方向に磁束が
のびる。このため、第１の発明の場合、永久磁石部の端
面に対向するように配置された超電導体に侵入する磁束
が多くなり、超電導体が多くの磁束をトラップすること
により、負荷容量および剛性が向上する。
【００１７】永久磁石部が、半径方向に間隔をおいて配
置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の非磁性
体とからなり、各永久磁石の半径方向両側部が互いに逆
の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向側部が同
じ極性の磁気を帯びていれば、隣接する永久磁石の対向
側部において同じ極性の磁気同志が反撥しあい、回転軸
心方向および半径方向の両方向に磁束がふくらむ。この
ため、第１の発明の場合、永久磁石部の端面に対向する
ように配置された超電導体に侵入する磁束が多くなり、
上記同様、負荷容量および剛性が向上する。また、第２
の発明の場合も、永久磁石部の外周面に対向するように
配置された超電導体に侵入する磁束が多くなり、上記同
様、負荷容量および剛性が向上する。
【００１８】永久磁石部が、回転軸心方向に間隔をおい
て配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の非
磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両端部が
互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向
端部が同じ極性の磁気を帯びていれば、隣接する永久磁
石の対向端部において同じ極性の磁気同志が反撥しあ
い、回転軸心方向および半径方向の両方向に磁束がふく
らむ。このため、第１の発明の場合、永久磁石部の端面
に対向するように配置された超電導体に侵入する磁束が
多くなり、上記同様、負荷容量および剛性が向上する。
また、第２の発明の場合も、永久磁石部の外周面に対向
するように配置された超電導体に侵入する磁束が多くな
り、上記同様、負荷容量および剛性が向上する。
【００１９】
【実施例】以下、図面を参照して、この発明のいくつか
の実施例について説明する。なお、これらの実施例につ
いて、対応する部分には同一の符号を付している。
【００２０】図１は、第１実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００２１】超電導軸受装置は、垂直な軸状の回転体
(1) と超電導体(2) を備えている。回転体(1) には水平
円板状の永久磁石部(3) が同心状に設けられ、永久磁石
部(3)の下端面に対して回転体(1) の回転軸心方向に間
隔をおいて対向するように超電導体(2) が配置されてい
る。超電導体(2) は穴あき円板状をなし、その穴に回転
体(1) が隙間をあけて通されている。
【００２２】永久磁石部(3) は、半径方向に間隔をおい
て配置された複数の環状の永久磁石(4a)(4b)(4c)と、こ
れらの間の非磁性体(5) によって一体状に形成され、回
転体(1) に固定されている。各永久磁石(4a)(4b)(4c)は
上下両端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、全永久磁石
(4a)(4b)(4c)の同一端部は同じ極性の磁気を帯びてい
る。たとえば、全永久磁石(4a)(4b)(4c)の上端部はＮ
極、下端部はＳ極の磁気を帯びている。そして、回転軸
心の周囲の磁束分布が回転によって変化しないようにな
っている。
【００２３】超電導体(2) は、イットリウム系高温超電
導体、たとえばＹＢａ２Ｃｕ３Ｏｘからなる基板の内部
に常電導粒子（Ｙ２Ｂａ１Ｃｕ１）を均一に混在させた
ものからなり、永久磁石部(3) から発せられる磁束侵入
を拘束する性質を持つものである。そして、超電導体
(2) は、永久磁石部(3) の磁束が所定量侵入する離間位
置であってかつ上記回転体の回転によって侵入磁束の分
布が変化しない位置に配置されている。
【００２４】超電導軸受装置のハウジング（図示略）内
に冷凍機(20)などにより温度制御ユニット(21)を介して
冷却される冷却ケース(22)が固定され、この冷却ケース
(22)に超電導体(2) が固定されている。
【００２５】超電導軸受装置を作動させる場合、超電導
体(2) は冷却ケース(22)内に循環させられる適当な冷媒
によって冷却され、超電導状態に保持される。このた
め、回転体(1) の永久磁石部(3) から発せられる磁束の
多くが超電導体(2) の内部に侵入して拘束されることに
なる（トラップ現象）。ここで、超電導体(2) はその内
部に常電導体粒子が均一に混在されているため、超電導
体(2) 内部への侵入磁束の分布が一定となり、そのた
め、あたかも超電導体(2) に立設した仮想ピンに回転体
(1) の永久磁石部(3) が貫かれたようになり、超電導体
(2) に対して回転体(1) が拘束される。そのため、回転
体(1) は、きわめて安定的に浮上した状態で、アキシア
ル方向およびラジアル方向に支持されることになる。
【００２６】永久磁石部(3) の各端部において、複数の
永久磁石(4a)(4b)(4c)の同じ極性の磁気同志が反発しあ
い、永久磁石部に単一の永久磁石が設けられている場合
に比べて、回転軸心方向に磁束がのびる。このため、永
久磁石部(3) の下端面に対向するように配置された超電
導体(2) に侵入する磁束が多くなり、超電導体(2) が多
くの磁束をトラップすることにより、負荷容量および剛
性が向上する。
【００２７】上記の超電導体(2) の他に、図１に鎖線で
示す超電導体(6) が設けられてもよい。この第２の超電
導体(6) は永久磁石部(3) の外周面に対して半径方向に
間隔をおいて対向するように配置されており、この超電
導体(6) によっても回転体(1) が支持される。したがっ
て、軸受装置全体の剛性がさらに向上する。なお、この
超電導体(6) は、完全な環状体であってもよいし、環状
体の一部であってもよい。
【００２８】図２は、第２実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００２９】この場合、回転体(1) の永久磁石部(3) の
下端面、外周面および上端面にそれぞれ対向するように
超電導体(2)(6)(7)が設けられ、これらによって回転体
(1)が支持される。
【００３０】図３は、第３実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００３１】この場合も、永久磁石部(8) は、半径方向
に間隔をおいて配置された複数の環状の永久磁石(9a)(9
b)と、これらの間の非磁性体(10)によって一体状に形成
されているが、各永久磁石(9a)(9b)は半径方向両側部が
互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石(9a)(9
b)の対向側部が同じ極性の磁気を帯びている。たとえ
ば、内側の永久磁石(9a)の内側部はＮ極、外側部はＳ極
の磁気を帯び、外側の永久磁石(9b)の内側部はＳ極、外
側部はＮ極の磁気を帯びている。永久磁石が３個以上の
場合も同様である。
【００３２】第３実施例の場合、隣接する永久磁石(9a)
(9b)の対向側部において同じ極性の磁気同志が反撥しあ
うため、回転軸心方向および半径方向の両方向に磁束が
ふくらみ、永久磁石部(8) の下端面に対向するように配
置された超電導体(2) に侵入する磁束が多くなる。
【００３３】この場合も、永久磁石部(8) の外周面や上
端面に対向する超電導体を付加してもよい。
【００３４】図４は、第４実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００３５】この場合、永久磁石部(11)は、回転軸心方
向に間隔をおいて配置された複数の環状の永久磁石(12
a)(12b)と、これらの間の非磁性体(13)によって一体状
に形成されており、各永久磁石(12a)(12b)は回転軸心方
向両側部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久
磁石(12a)(12b)の対向端部が同じ極性の磁気を帯びてい
る。たとえば、上側の永久磁石(12a) の上端部はＮ極、
下端部はＳ極の磁気を帯び、下側の永久磁石(12b) の上
端部はＳ極、下端部はＮ極の磁気を帯びている。永久磁
石が３個以上の場合も同様である。
【００３６】第４実施例の場合も、隣接する永久磁石(1
2a)(12b)の対向端部において同じ極性の磁気同志が反撥
しあうため、回転軸心方向および半径方向の両方向に磁
束がふくらみ、永久磁石部(11)の下端面に対向するよう
に配置された超電導体(2) に侵入する磁束が多くなる。
【００３７】この場合も、永久磁石部(11)の外周面や上
端面に対向する超電導体を付加してもよい。
【００３８】図５は、第５実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００３９】この実施例は、第３実施例の超電導体(2)
のかわりに、永久磁石部(8) の外周面に対向する超電導
体(6) を設けたものである。
【００４０】この場合も、第３実施例について説明した
ように、回転軸心方向および半径方向の両方向に磁束が
ふくらみ、永久磁石部(8) の外周面に対向するように配
置された超電導体(6) に侵入する磁束が多くなる。
【００４１】図６は、第６実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【００４２】この実施例は、第４実施例の超電導体(2)
のかわりに、永久磁石部(11)の外周面に対向する超電導
体(6) を設けたものである。
【００４３】この場合も、第４実施例について説明した
ように、回転軸心方向および半径方向の両方向に磁束が
ふくらみ、永久磁石部(11)の外周面に対向するように配
置された超電導体(6) に侵入する磁束が多くなる。
【００４４】
【発明の効果】第１および第２の発明によれば、上述の
ように、簡単な構造で、回転体を安定的に回転支持する
ことができる。
【００４５】とくに第１の発明の場合、永久磁石部が、
回転体の半径方向に間隔をおいて配置された複数の環状
の永久磁石と、これらの間の非磁性体とからなり、各永
久磁石の回転軸心方向両端部が互いに逆の極性の磁気を
帯び、全ての永久磁石の回転軸心方向の同一端部が同じ
極性の磁気を帯びていることにより、負荷容量および剛
性を向上させることができる。
【００４６】第１および第２のいずれの発明の場合も、
永久磁石部が、半径方向に間隔をおいて配置された複数
の環状の永久磁石と、これらの間の非磁性体とからな
り、各永久磁石の半径方向両側部が互いに逆の極性の磁
気を帯び、隣接する永久磁石の対向側部が同じ極性の磁
気を帯びていることにより、負荷容量および剛性を向上
させることができる。また、永久磁石部が、回転軸心方
向に間隔をおいて配置された複数の環状の永久磁石と、
これらの間の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸
心方向両端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する
永久磁石の対向端部が同じ極性の磁気を帯びていること
により、負荷容量および剛性を向上させることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図２】この発明の第２実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図３】この発明の第３実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図４】この発明の第４実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図５】この発明の第５実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図６】この発明の第６実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【符号の説明】
(1) 回転体 (2) 超電導体 (3) 永久磁石部 (4a)(4b)(4c) 永久磁石 (5) 非磁性体 (6) 超電導体 (7) 超電導体 (8) 永久磁石部 (9a)(9b) 永久磁石 (10) 非磁性体 (11) 永久磁石部 (12a)(12b) 永久磁石 (13) 非磁性体

Claims (7)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転体に同心状に設けられた円板状の永
    久磁石部と、この永久磁石部の端面に対して回転体の回
    転軸心方向に間隔をおいて対向するように配置された超
    電導体とを備えており、上記永久磁石部が、複数の永久
    磁石を有するものであって上記回転体の回転軸心の周囲
    の磁束分布が回転によって変化しないように上記回転体
    に設けられているとともに、隣接する永久磁石の近接す
    る磁極が同極となされており、上記超電導体が、その内
    部に常電導粒子が混在させられているものであって上記
    永久磁石部の磁束侵入を許容するようになされていると
    ともに、上記永久磁石部の磁束が所定量侵入する離間位
    置であってかつ上記回転体の回転によって侵入磁束の分
    布が変化しない位置に配置されており、超電導体が冷却
    されて超電導状態となったさいにその内部に侵入した永
    久磁石部の磁束が拘束されるようになっている超電導軸
    受装置。
  2. 【請求項２】 上記永久磁石部が、上記回転体の半径方
    向に間隔をおいて配置された複数の環状の永久磁石と、
    これらの間の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸
    心方向両端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、全ての永
    久磁石の回転軸心方向の同一端部が同じ極性の磁気を帯
    びている請求項１の超電導軸受装置。
  3. 【請求項３】 上記永久磁石部が、半径方向に間隔をお
    いて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の
    非磁性体とからなり、各永久磁石の半径方向両側部が互
    いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向側
    部が同じ極性の磁気を帯びている請求項１の超電導軸受
    装置。
  4. 【請求項４】 上記永久磁石部が、回転軸心方向に間隔
    をおいて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの
    間の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両
    端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石
    の対向端部が同じ極性の磁気を帯びている請求項１の超
    電導軸受装置。
  5. 【請求項５】 回転体に同心状に設けられた円板状の永
    久磁石部と、この永久磁石部の外周面に対して回転体の
    半径方向に間隔をおいて対向するように配置された超電
    導体とを備えており、上記永久磁石部が、複数の永久磁
    石を有するものであって上記回転体の回転軸心の周囲の
    磁束分布が回転によって変化しないように上記回転体に
    設けられているとともに、隣接する永久磁石の近接する
    磁極が 同極となされており、上記超電導体が、その内部
    に常電導粒子が混在させられているものであって上記永
    久磁石部の磁束侵入を許容するようになされているとと
    もに、上記永久磁石部の磁束が所定量侵入する離間位置
    であってかつ上記回転体の回転によって侵入磁束の分布
    が変化しない位置に配置されており、超電導体が冷却さ
    れて超電導状態となったさいにその内部に侵入した永久
    磁石部の磁束が拘束されるようになっている超電導軸受
    装置。
  6. 【請求項６】 上記永久磁石部が、半径方向に間隔をお
    いて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの間の
    非磁性体とからなり、各永久磁石の半径方向両側部が互
    いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石の対向側
    部が同じ極性の磁気を帯びている請求項５の超電導軸受
    装置。
  7. 【請求項７】 上記永久磁石部が、回転軸心方向に間隔
    をおいて配置された複数の環状の永久磁石と、これらの
    間の非磁性体とからなり、各永久磁石の回転軸心方向両
    端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する永久磁石
    の対向端部が同じ極性の磁気を帯びている請求項５の超
    電導軸受装置。
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