JP3397823B2 - 超電導軸受装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、高速回転を必
要とする流体機械や工作機械、余剰電力をフライホイー
ルの運動エネルギーに変換して貯蔵する電力貯蔵装置等
に用いられる、超電導体を利用した超電導軸受装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、超電導体を利用して、回転体（回
転軸）を非接触状態で軸支することにより高速回転を可
能とした超電導軸受装置が開発されている。当初は、図
３８に示すように、軸心を垂直にした回転体（回転軸）
３１に同心状に設けられ、且つ、回転体３１の軸心方向
に沿った両端部が互いに逆の極性を帯びた１つの環状永
久磁石３２と、この永久磁石３２の対向面に対して回転
軸心方向に間隔をおいて対向設置された環状超電導体３
３とを備えて構成されていた（例えば、特願平３−５１
４３０号）。尚、図３８中、３４は回転体３１に取付け
られた円板部、３５は環状永久磁石３２と円板部３４と
からなる永久磁石部、３６は超電導体３３が固設される
円板状支持体、３７は超電導体３３と円板状支持体３６
とからなる超電導体部、３８は冷却ケース、３９は温度
制御ユニット、４０は冷凍機を示している。

【０００３】従来の超電導軸受装置は、その後、負荷容
量および剛性を高めるために、図３９に示すように、磁
石の表面積を増やすべく、例えば２つのリング磁石３２
Ａ、３２Ｂを隣接して配置するものが提案されている。
また、更に載荷力を向上させるため、図４０に示すよう
に、２つのリング磁石３２Ａ、３２Ｂを軸方向に対して
逆に着磁した例もある。尚、図３９、図４０中、ａ＝ｂ
＝３０ｃｍに設定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報記載の従来技術によれば、小型の軸受装置であれば利
用可能な一体構造の環状永久磁石も、更に大型の軸受装
置に利用するには、製造上や着磁の上から困難となる不
具合がある。

【０００５】すなわち、大型の軸受装置を構成するに
は、一体構造で太径の環状永久磁石を製造する必要があ
る。一般に、エネルギー積が大きく強力な磁石として、
希土類磁石があり、中でも現在最も強力な希土類磁石と
してＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石が知られている。ところが、こ
の磁石は焼結法により製造されるため、形状が大きくな
ればなる程大きい成形機と大きい圧力が必要となり、現
在では直径φ＝１００ｍｍ程度の一体構造の環状永久磁
石が製造上の限界となっている。また、熱間圧延法によ
り製造されるＰｒ磁石（Ｐｒ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ）は、直
径φ＝１００ｍｍ以上の一体構造の環状永久磁石の製造
が可能である。ところが、太径の環状永久磁石を製造し
ても、磁力が大きいことから、円板部への装着が困難と
なる。更に、太径の環状永久磁石を装着するには、着磁
ヨークを含め大型になり過ぎるばかりか、着磁の際に生
ずる機械的エネルギーにより磁石の内部破壊や着磁ヨー
クの破壊等の虞があり、極めて危険である。その上、磁
石を移動させる場合も危険を伴うものである。

【０００６】そこで、図４１に示すように、太径の環状
永久磁石３２を、複数の磁石４１、４１、…が環状とな
るように周方向（円周に沿う方向）に接合することによ
り構成することが考えられる。ところが、このような環
状永久磁石３２においては、図４２に示すように、回転
方向での磁場の均一度が磁石４１、４１、…の継目部分
で悪化して磁束むらを生じ、軸受での回転エネルギー損
失が増大する不具合を生ずる。尚、環状に一体に形成さ
れた環状永久磁石の場合も、製造上、磁束むらは存在す
るため、上記と同様な不具合がある。

【０００７】また、図３９に示すように、複数の環状永
久磁石３２Ａ、３２Ｂを同心状に且つ互いに隣接して配
置することにより、磁束密度を高めて大きな磁場強度を
得ようとしても、図３９の矢印で示すように各環状永久
磁石３２Ａ、３２Ｂ内の磁束の向きが互いに平行である
ことから、磁石露出面から２ｍｍ離れた地点での磁束密
度の特性が、図４３に示されるように、双方の磁石３２
Ａ、３２Ｂの幅のＷ区間では磁束密度が平坦となり、磁
束密度の絶対量も最大で５ｋＧ（ガウス）しか得られ
ず、磁場強度の上でも限界を有する。磁石の磁場強度
は、超電導軸受装置の載荷力を左右し、大きい程、載荷
力が増大して大重量のフライホイールを支えることがで
き、負荷容量の増大を図ることが可能になる。

【０００８】そこで、本発明は、環状磁石による円周方
向（回転方向）の磁束むらを低減して円周方向における
表面磁束密度の均一性が向上し、更に環状磁石による磁
場強度を増大することができ、その結果、載荷力が増大
し高速回転に適応可能な、大型のシステムに構成できる
超電導軸受装置を提供することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本願第１請求項に係る超電導軸受装置は、回転体部
および固定体部の一方に装着される超電導体部と他方に
装着される磁石部とを備えて構成され、前記超電導体部
は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、この超電導体
を支持する支持体とから構成され、前記磁石部は、前記
回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えて構成さ
れ、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔を設けて対
向させて設置した超電導軸受装置において、前記環状磁
石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設し
ている。

【００１０】本願第２請求項に係る超電導軸受装置は、
前記環状磁石と前記超電導体部とが、前記回転体の軸心
方向で向き合うように配設されている。

【００１１】本願第３請求項に係る超電導軸受装置は、
前記環状磁石と前記超電導体部とが、前記回転体の半径
方向で向き合うように配設されている。

【００１２】本願第４請求項に係る超電導軸受装置は、
前記環状磁石が、複数の永久磁石を周方向に接合して構
成されている。

【００１３】本願第５請求項に係る超電導軸受装置は、
回転体部および固定体部の一方に装着される超電導体部
と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前記超
電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、この
超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁石部
は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えて
構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔を設
けて対向させて設置した超電導軸受装置において、前記
環状磁石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接して構成
するとともに、これら一組の環状磁石に、磁束の向きが
互いに斜めに向き合う方向に着磁した構成とされてい
る。

【００１４】本願第６請求項に係る超電導軸受装置は、
回転体部および固定体部の一方に装着される超電導体部
と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前記超
電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、この
超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁石部
は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えて
構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔を設
けて対向させて設置した超電導軸受装置において、前記
環状磁石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接するとと
もに、各々の環状磁石を、複数の磁石を周方向に接合し
て構成し、前記二つ一組の環状磁石に、磁束の向きが互
いに斜めに向き合う方向に着磁し、前記一組の環状磁石
の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設して
いる。

【００１５】本願第７請求項に係る超電導軸受装置は、
回転体部および固定体部の一方に装着される超電導体部
と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前記超
電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、この
超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁石部
は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えて
構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔を設
けて対向させて設置した超電導軸受装置において、前記
環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を
配設し、前記環状磁石と磁束拡散部材との間に非磁性層
を設けている。

【００１６】本願第８請求項に係る超電導軸受装置は、
回転体部および固定体部の一方に装着される超電導体部
と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前記超
電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、この
超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁石部
は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えて
構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔を設
けて対向させて設置した超電導軸受装置において、前記
環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を
配設し、この磁束拡散部材は、磁気異方性を備えてい
る。

【００１７】本願第９請求項に係る超電導軸受装置は、
前記磁束拡散部材内に、径方向に磁気抵抗が高くなる磁
気抵抗層を設けて、この磁束拡散部材に磁気異方性を備
えさせている。

【００１８】本願第１０請求項に係る超電導軸受装置
は、回転体部および固定体部の一方に装着される超電導
体部と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前
記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、
この超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁
石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備
えて構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔
を設けて対向させて設置した超電導軸受装置において、
前記超電導体部に対向する前記環状磁石の表面の径方向
の幅を、前記環状磁石に対向する前記超電導体部の表面
の径方向の幅と略等しく形成するとともに、前記環状磁
石の裏面の径方向の幅を、当該環状磁石の前記表面の径
方向の幅よりも大きく形成している。

【００１９】本願第１１請求項に係る超電導軸受装置
は、前記環状磁石の前記超電導体部に対向する側に、円
周方向に沿う溝を設けている。

【００２０】本願第１２請求項に係る超電導軸受装置
は、前記環状磁石の表面に磁性体により形成された板材
を設けた構成とされている。

【００２１】本願第１３請求項に係る超電導軸受装置
は、回転体部および固定体部の一方に装着される超電導
体部と他方に装着される磁石部とを備えて構成され、前
記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超電導体と、
この超電導体を支持する支持体とから構成され、前記磁
石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備
えて構成され、この環状磁石と前記超電導体部とを間隔
を設けて対向させて設置した超電導軸受装置において、
前記環状磁石として、径が異なり径方向に同極が対面す
るよう着磁された少なくとも２以上の環状磁石を配置す
るとともに、これらの環状磁石は、複数の永久磁石を周
方向に接合して構成され、更に、隣接する環状磁石の間
に、磁性体により形成された磁性体リングを介装してい
る。

【００２２】

【００２３】

【作用】したがって、本願第１請求項に係る発明によれ
ば、この種の超電導軸受装置において、前記環状磁石の
前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設してい
るので、環状磁石による円周方向の磁束むらが低減し、
円周方向における表面磁束密度の均一性が向上する。そ
してこの発明は、本願第２請求項に記載されているよう
に、前記環状磁石と前記超電導体部とが、前記回転体の
軸心方向で向き合うように配設されたり、また、本願第
３請求項に記載されているように、前記環状磁石と前記
超電導体部とが、前記回転体の半径方向で向き合うよう
に配設されている。本願第４請求項に係る発明によれ
ば、超電導軸受装置は、前記環状磁石が、複数の永久磁
石を周方向に接合して構成されているので、とりわけ環
状磁石を一体成形することができないような大型の装置
に用いられる。

【００２４】本願第５請求項に係る発明は、前記環状磁
石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接して構成すると
ともに、これら一組の環状磁石に、磁束の向きが互いに
斜めに向き合う方向に着磁しているので、環状磁石によ
る磁場強度がより一層増大する。

【００２５】そして、本願第６請求項に係る発明は、前
記環状磁石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接すると
ともに、各々の環状磁石を、複数の磁石を周方向に接合
して構成し、前記二つ一組の環状磁石に、磁束の向きが
互いに斜めに向き合う方向に着磁し、前記一組の環状磁
石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設し
ているので、すなわち、前記第１請求項と第５請求項の
構成を併せたものとしているので、環状磁石による円周
方向の磁束むらを低減して円周方向における表面磁束密
度の均一性が向上し、加えて、環状磁石による磁場強度
がより一層増大する。

【００２６】更に、本願第７請求項に係る発明は、前記
環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を
配設し、前記環状磁石と磁束拡散部材との間に非磁性層
を設けているので、円周方向における表面磁束密度の均
一性が更に向上する。

【００２７】本願第８請求項に係る発明は、前記環状磁
石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設
し、この磁束拡散部材は、磁気異方性を備えているの
で、円周方向の磁束密度の均一性が向上し、表面磁束密
度の低下も防止される。

【００２８】本願第９請求項に係る超電導軸受装置は、
前記磁束拡散部材内に、径方向に磁気抵抗が高くなる磁
気抵抗層を設けているので、環状磁石からの磁束は、磁
束拡散部材内を周方向には容易に流れるが、径方向には
流れにくくなり、磁束拡散部材から表面に出てくる磁束
量が多くなり、そしてこの磁束拡散部材に磁気異方性を
備えさせているので、円周方向の磁束密度の均一性が向
上し、表面磁束密度の低下も防止される。

【００２９】本願第１０請求項に係る発明は、前記超電
導体部に対向する前記環状磁石の表面の径方向の幅を、
前記環状磁石に対向する前記超電導体部の表面の径方向
の幅と略等しく形成するとともに、前記環状磁石の裏面
の径方向の幅を、当該環状磁石の前記表面の径方向の幅
よりも大きく形成しているので、環状磁石からの磁束は
裏面側から表面側に集中することになり、表面磁束密度
の大幅な向上が図られる。

【００３０】本願第１１請求項に係る発明は、前記第１
０請求項の発明に、更に環状磁石の前記超電導体部に対
向する側に円周方向に沿う溝を設けているので、環状磁
石からの磁束はより一層裏面側から表面側に集中するこ
とになり、表面磁束密度の大幅な向上が図られる。

【００３１】本願第１２請求項に係る発明は、前記第１
０請求項の発明に、更に前記環状磁石の表面に磁性体に
より形成された板材を設けているので、環状磁石による
円周方向の磁束むらが低減し、円周方向における表面磁
束密度の均一性が向上する。

【００３２】本願第１３請求項に係る発明は、前記環状
磁石として、径が異なり径方向に同極が対面するよう着
磁された少なくとも２以上の環状磁石を配置するととも
に、これらの環状磁石は、複数の永久磁石を周方向に接
合して構成され、更に、隣接する環状磁石の間に、磁性
体により形成された磁性体リングを介装したので、より
一層の磁場強度の向上が図られる。

【００３３】

【実施例】以下に本発明の第１実施例を図面に基づいて
説明する。

【００３４】図１は超電導軸受装置１の主要部を示す縦
断面図であり、この超電導軸受装置１は図示しないハウ
ジング内に設けられている。すなわち、ハウジング内に
は、ハウジングに支持固定された冷却ケース２が設けら
れ、この冷却ケース２上には円板状の支持体３が水平に
固定され、支持体３の円板中心部には、該支持体３およ
び冷却ケース２を貫通する挿通穴３ａが設けられてい
る。上記支持体３は銅により円板状に形成されている。
また、支持体３内には、複数の円板状の超電導体４が、
上記挿通穴３ａを中心とした円環状に埋設されている。
そして、支持体３と超電導体４とにより超電導体部５を
構成している。この実施例では、超電導体部５が固定体
部Ｂに、後述する磁石部８が回転体部Ａに、それぞれ設
けられている。

【００３５】上記超電導体４は、イットリウム系高温超
電導体、例えば、ＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_x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、後述する環状永久磁石（環状磁石）１１が発生
する磁束侵入を拘束する性質を有する。超電導体４の幅
は、環状永久磁石１１の幅（回転体７の径方向に沿う距
離）と略等しく設定されている。更に、超電導体４は、
後述する環状永久磁石１１と対面し、この環状永久磁石
１１からの磁束が所定量侵入する位置において、後述の
回転体７の回転により侵入磁束の分布が変化しない位置
で、離間して配設されている。

【００３６】また、ハウジング内には、回転体（実施例
では回転軸）７が垂直方向に配設され、下端側が上記挿
通穴３ａに挿通され、上端側には磁石部（実施例では永
久磁石部）８が設けられている。この磁石部８を前記回
転体７に固着することにより回転体部Ａを構成してい
る。

【００３７】磁石部８は、この実施例では、平円板状の
円板部９と環状永久磁石１１とシム（板材）１３とから
構成されている。円板部９は、例えば銅により形成さ
れ、上記円板状の支持体３と対面するよう水平に且つ一
体回転可能に回転体７に取付けられている。この円板部
９の下面には、回転体７の軸心に対して同心状に環状の
凹溝１０が形成され、この凹溝１０内に環状永久磁石１
１が配設されて固定されている。

【００３８】更に、上記環状永久磁石１１は、図２に示
すように、複数（本実施例では８分割）の磁石１２、１
２、…を周方向（円周に沿う方向）に順次接合すること
により構成され、本実施例では各磁石１２、１２、…は
Ｐｒ磁石により形成されている。また、前記超電導体部
５に対向する環状永久磁石１１の対向面（図中の下面）
には、図２および図３に示すように、薄板により環状に
形成されたシム１３が上記対向面を覆うように凹溝１０
内に嵌入して固定されている。このシム１３は磁束拡散
部材であって、本実施例では軟鉄により形成され、環状
永久磁石１１からの磁束が均一となるように磁束を拡散
する機能を有する。また、シム１３の板厚としては、例
えば図４に示す環状永久磁石１１の径方向（放射方向）
の幅寸法ｂが３０ｍｍの場合の特性を参考にして、幅ｂ
＝２０〜３０ｍｍでは０．５ｍｍ程度に形成されてい
る。また、シム１３の幅Ｗは環状永久磁石１１の幅ｂと
少なくとも同等か、それ以上に設定されている。同じ幅
に設定した場合のシム１３の表面の磁束密度の特性を図
５に示す。尚、図１中、１４はハウジング内の冷却ケー
ス２を冷却する冷凍機、１５は冷凍機１４の温度制御を
行なう温度制御ユニットを示す。

【００３９】このような超電導軸受装置１においては、
超電導体４が冷却ケース２内の循環冷媒により冷却さ
れ、超電導状態に保持される。そして超電導状態では、
回転体７の環状永久磁石１１からの磁束が超電導体４内
部に侵入し、超電導体４内部では、均一に混在された常
電導体粒子により超電導体４内部の侵入磁束分布が一定
となり、あたかも超電導体４に立設した仮想ピンに回転
体７の環状永久磁石１１が貫かれたように、回転体７が
環状永久磁石１１とともに超電導体４に拘束された状態
（ピンニング現象）で、環状永久磁石１１が浮上して回
転する。

【００４０】この場合、環状永久磁石１１が複数の磁石
１２、１２、…を接合して構成されているが、軟鉄製の
シム１３を環状永久磁石１１の超電導体部５との対面側
に配設したことにより、周方向に隣り合う磁石１２、１
２、…同士の継目で生ずる大きい磁束むら、すなわち磁
束密度の落ち込みが大きく緩和される。つまり、軟鉄製
のシム１３では、透磁率が高く方向性を有していないこ
とから、シム１３内の磁束が面内で適度に分散するた
め、図６に示すように、回転方向の継目部分での磁束密
度の変動を大幅に減少させることが可能となり、その結
果、回転体の回転エネルギー損失を減少させることがで
きる。これは、環状永久磁石１１を複数の磁石１２、１
２、…を接合して構成した場合に限らず、環状永久磁石
１１を一体形成した場合でも、製造上、磁束むらが生ず
るため、一体の環状永久磁石１１の場合もまた、周方向
の磁束むらを減少させるためには好適である。

【００４１】シム１３の板厚は、これが増す程に高い磁
束密度の均一性が得られるが、板厚が大きいと、環状永
久磁石の磁石面と超電導体との距離が離れ過ぎることに
なり、磁場強度が小さくなってしまう。このため、シム
１３の厚さとしては、先に示した図４のように、例え
ば、均一度の要求水準を±１００Ｇ以内にする場合に
は、０．５ｍｍ程度が望ましい。

【００４２】更に、軸受の力を左右するものとして、永
久磁石部の磁石の磁束密度の絶対値の大きさとともに磁
束密度に勾配を持たせることが必要であるが、シム１３
を配設することにより、図５に示すように、環状永久磁
石の径方向（放射方向）に大きな磁束の勾配が得られ
る。これは、軟鉄のシム１３の内部で磁束が径方向に偏
る性質を有するために生ずるものであり、これにより軸
受装置の剛性を更に向上させることができる。

【００４３】また、上記シム１３の径方向の幅Ｗとして
は、上記実施例では環状永久磁石１１の幅ｂと少なくと
も同等か、それ以上に設定したが、図７に示すように、
シム１３の幅Ｗを環状永久磁石１１の幅ｂよりも小さく
したり（Ｗ＜ｂ）、図８に示すように、シム１３の幅Ｗ
を環状永久磁石１１の幅ｂよりも大きく（Ｗ＞ｂ）する
ことも可能である。図７に示すシム１３の幅Ｗを小さく
した場合（Ｗ＜ｂ）には、シム１３がない磁石部分の磁
束の均一度は減少するが、シム１３が存在する磁石部分
の磁束の周方向における均一度は良好となる。また、シ
ム１３が存在する磁石部分では、磁束がシム１３に集中
するので、全体の磁束の径方向における勾配が大きくな
り、載荷力が向上する。反対に、図８に示すように、シ
ム１３の幅Ｗを大きく（Ｗ＞ｂ）した場合は、磁束の径
方向における勾配が僅かに低下するが、磁石部分の磁束
の周方向における均一度は確保され、特に性能的には問
題はない。

【００４４】以上のように一体に形成された環状磁石の
場合や、複数の磁石を環状に配置することにより環状磁
石を構成した場合でも、十分に周方向の磁束むらを解消
することができるとともに、径方向に磁束の勾配をも得
ることができるので、複数の磁石を環状に配置すること
により環状磁石を構成する場合は、環状磁石を分割して
製造することが可能となり、更に大径の環状磁石を得る
ことができ、載荷力の大きな大型の軸受装置を構成する
ことが可能となる。また、シムの存在により、磁石の飛
散を防止することができる。

【００４５】次に、本発明の第２実施例について説明す
る。尚、以下の各実施例では、上記第１実施例と重複す
る説明は省略し、実施構成の要点について説明する。

【００４６】軸受装置において大重量物を支えるには、
軸受の載荷力を増す必要がある。載荷力を増すには、超
電導体部での磁束密度を高めるとともに、径方向（放射
方向）に沿って磁束密度に勾配をつける必要がある。本
実施例ではこれを実現するため、図９ないし図１３、図
１５ないし図１７に示すように、円板部９に径の異なる
環状磁石１１Ａと１１Ｂを互いに隣接して設けたもので
ある。

【００４７】図９は永久磁石部８の要部の縦断面図を示
しており、円板部９の対向面内には、環状磁石１１Ａと
１１Ｂとが同心状に配設され、互いに隣接して設けられ
ている。また、図１０、図１１、図１２は双方の環状磁
石１１Ａ、１１Ｂの縦断面形状を示している。図１０に
示す環状磁石１１Ａ、１１Ｂは各々縦断面形状がひし形
に形成され、図１１に示す環状磁石１１Ａ、１１Ｂは各
々縦断面形状が正方形に形成されて、互いに面接触して
配設され、図１２に示す環状磁石１１Ａ、１１Ｂは各々
縦断面形状が五角形に形成されて、互いに面接触して配
設されたものである。また、これら双方の環状磁石１１
Ａ、１１Ｂの着磁方向（磁束の向き）は、各々の図に矢
印で示すように、内周側の環状磁石１１Ａでは斜め外方
に向くようになし、他方、外周側の環状磁石１１Ｂでは
斜め内方に向くように設けられている。つまり、一対の
環状磁石１１Ａと１１Ｂとの磁束の向きが互いに斜めに
ぶつかり合って、磁束密度が増大するように着磁されて
いる。

【００４８】次に、一組の環状磁石１１Ａ、１１Ｂより
磁束密度が高められることについて、図１２に示す場合
を例に採って説明する。一組の環状磁石１１Ａと１１Ｂ
から超電導体４に作用する磁束は、一組の環状磁石１１
Ａ、１１Ｂが斜め方向に着磁されているので、図１３に
矢印で示すように、各々の環状磁石１１Ａ、１１Ｂから
の磁束が互いに斜め方向にぶつかり合い、双方の磁束が
反発し合って、図１３に示すように空気中にて双方の磁
束が集中されることになり、双方の環状磁石１１Ａと１
１Ｂとの境界面における磁束密度が大幅に増大する。そ
の結果、図３９に示す従来のように、超電導体４に直交
する向きに着磁した場合に比べると、図１４に示すよう
に、一組の環状磁石１１Ａ、１１Ｂの露出面の幅方向Ｗ
の磁束密度が大幅に増加するとともに、磁石の幅方向す
なわち径方向の磁束密度の勾配も大きくなり、大きな載
荷力を得ることが可能となる。尚、この場合の磁束の測
定はＬ＝２ｍｍの地点で行なったものである。

【００４９】また、図１５に示すように、上述した一組
の環状磁石１１Ａと１１Ｂとの境界面後方部や、一組の
環状磁石１１Ａ、１１Ｂの超電導体４との対向面の内周
側や外周側に、超電導体４と直交する向きに着磁された
他の環状磁石１８、１９、２０を配設することにより、
空気中の磁束の拡散を防止し、より効率的に磁束の集中
を図ることができ、更に磁束密度を高めることが可能と
なる。尚、他の環状磁石の配置や着磁は、一組の環状磁
石の構造に対応して磁束の集中に最も効率のよい設け方
をすることが可能であり、図１５に示す態様に限定され
ることはない。

【００５０】更に、載荷力の増大を図るために、円板部
９に一組の環状磁石を複数設けた多重環状磁石構造とし
た場合について説明する。図１６および図１７は、一組
の環状磁石１１Ａ、１１Ｂと２１Ａ、２１Ｂを同心状に
多重に設けたものを示している。この場合も、各組の環
状磁石１１Ａ、１１Ｂと２１Ａ、２１Ｂは、磁束の向き
が互いに斜めに向き合うように着磁されており、双方の
磁束が集中して更に大きな載荷力が得られる。この多重
環状磁石構造においては、隣り合う各組の環状磁石１１
Ａ、１１Ｂと２１Ａ、２１Ｂの双方の露出面の磁極が、
図１６に示すように同じ向きの磁極としてもよく、また
図１７に示すように異なる向きの磁極とすることも可能
である。

【００５１】尚、上述した図９ないし図１３、図１６、
図１７に示す各組の環状磁石としては、各々一体構造の
環状磁石とすることも可能である。また、各々の環状磁
石を第１実施例のように、複数の永久磁石を周方向に接
合して環状に組合せることにより構成することも可能で
あり、この場合には更に大きな載荷力が得られるととも
に構成も容易となり、大型のシステムを構成する際に好
適である。

【００５２】次に、本発明の第３実施例について図１８
に基づいて説明する。本実施例では、図１８に示すよう
に、着磁方向が互いに斜め方向で向き合うように一組の
環状磁石１１Ａと１１Ｂを設け、これらの環状磁石１１
Ａ、１１Ｂを、複数の磁石１２を周方向に連結して構成
し、更にこれら双方の環状磁石１１Ａ、１１Ｂの露出面
である対向面（超電導体４に向合う面）に、一枚の環状
板に形成された軟鉄製のシム１３を配設した。この第３
実施例では、先の第１および第２実施例を組合せたもの
であり、その結果、磁束の集中により大きな磁場強度が
得られるので載荷力を増大することができ、同時に太径
で大型の軸受装置を構成することができる。とりわけ、
各環状磁石を複数の磁石により構成する際に、隣接磁石
間での磁場強度の落ち込みがシムにより大幅に減少し
て、環状磁石の周方向の磁場強度を均一にすることがで
きるので、大型のシステムに好適となる。

【００５３】尚、環状磁石を同心状に多重にする場合に
も本実施例を適用することは可能であり、更に大型のシ
ステムの場合に有利なものとなる。

【００５４】次に、本発明の第４実施例について説明す
る。本実施例の超電導軸受装置１は、図１９に示すよう
に、環状永久磁石１１とシム１３とを回転体７に強固に
固定したものである。

【００５５】通常、環状永久磁石１１とシム１３は、円
板部９に接着剤等により固定されるが、回転体７の回転
数が時には１分間に数千〜数万回転数という高速回転と
なり、このような高速回転時にはシム１３が外れてしま
う虞がある。そのため、本実施例では、シム１３の幅を
環状永久磁石１１の幅よりも大きく形成し、ネジ２３に
よる機械的な方法により、シム１３および環状永久磁石
１１を円板部９に固定している。また、ネジ２３により
取付ける際には、非磁性体からなる押え板２４を用いて
いる。すなわち、シム１３の超電導体４に対面する前面
の端部には段部を形成し、押え板２４には、シム１３の
前記段部に係合する段部を形成し、双方の段部による係
合によりシム１３が円板部９から外れない構造となって
いる。

【００５６】したがって、円板部９の高速回転時におい
ても、シム１３が円板部９から外れる虞を確実に阻止す
ることができる。

【００５７】尚、シム１３を直接ネジ止めすると、シム
１３にネジ止め用の穴加工をすることとなり、この穴の
存在により磁束むらを生じてしまうので、好ましくな
い。

【００５８】次に、本発明の第５実施例について説明す
る。本実施例の超電導軸受装置１は、図２０に示すよう
に、円板部９に径の異なる複数の環状永久磁石１１、１
１を配置するとともに、これらの環状永久磁石１１、１
１に、前記第４実施例の固定構造を施したものである。

【００５９】これは、図２１に示すように、隣接して環
状永久磁石１１、１１が配置され、これらの環状永久磁
石１１、１１の表面に連続したシム１３が設置される
と、一方の環状永久磁石１１から他方の環状永久磁石１
１にシム１３を通って磁束が流れるので、磁束がシム１
３の表面から出ずらくなる。そうすると、超電導体４に
作用する磁束が減少して、超電導軸受装置１の載荷力が
低減するので、図２１に示すような連続したシム１３を
用いた場合は、超電導軸受装置を大型システムに適用で
きないことになる。

【００６０】そこで、本実施例は、図２０に示すよう
に、シム１３と隣接する環状永久磁石１１、１１の間に
非磁性体を介装して、シム１３により形成される磁路を
遮断することにより、各環状永久磁石１１、１１のシム
１３から超電導体４に作用する磁束を増大させるように
したものである。本実施例でも、各シム１３は押え板２
４を介してネジ２３により円板部９に機械的に固定され
ており、更に押え板２４は非磁性体により形成されてい
る。そのため、隣接する環状永久磁石１１の間に介装さ
れる押え板２４により、隣接するシム１３の間の磁路が
遮断され、その結果、超電導体４に作用する磁束量が増
大して、超電導軸受装置を大型システムに適用すること
が可能となるものである。

【００６１】尚、本実施例では、シム１３の幅が環状永
久磁石１１の幅よりも大きい場合を例に採って説明した
が、磁束の勾配を高めるために、シム１３の幅を環状永
久磁石１１の幅よりも小さくする構造も可能である。

【００６２】次に、本発明の第６実施例について説明す
る。本実施例では、図２２に示すように、環状永久磁石
１１とシム１３との間に非磁性層を設けることにより、
永久磁石部８の周方向における表面磁束密度の均一性を
更に向上させるものである。

【００６３】すなわち、図２３に試験結果を示すよう
に、環状永久磁石１１とシム１３との間に非磁性層がな
い場合Ｃと、非磁性層がある場合Ｄとを比較してみる
と、非磁性層がある場合には、永久磁石部８の周方向に
おける表面磁束密度のむら率が減少していることが理解
できる。この場合、非磁性層としては、現実的には数ミ
リ以内であり、空気の他、樹脂、ステンレス、アルミニ
ュウム、銅、その他のものを設けるようにしてもよい。
また、シム１３が特に薄いものしか装着できない場合に
は、メッキ等により非磁性層を設けるようにしてもよ
い。

【００６４】次に、本発明の第７実施例を説明する。本
実施例では、前記環状磁石の前記超電導体部との対向面
に磁束拡散部材を配設するとともに、この磁束拡散部材
には、磁気異方性を備えさせたものである。ここで、磁
束拡散部材の磁気異方性とは、磁気的な性能が方向によ
って変ることを意味している。

【００６５】本実施例では、シム１３に磁気異方性を備
えさせたものであり、具体的には、図２４に示すよう
に、シム１３内部に径方向での磁気抵抗を高くすること
により、周方向の磁束密度の均一性を向上しつつ表面磁
束密度の低下を防止したものである。

【００６６】上述のように、環状永久磁石１１の表面に
シム１３を設置することにより周方向の磁束密度の均一
化を図ることが可能となり、更にシム１３を厚くすれ
ば、より一層の均一化を高めることができる。ところ
が、シム１３を厚くすれば、図２５の特性Ｉにて示され
るように、表面磁束密度が低下してしまう。そこで、図
２４に示すように、シム１３に磁気異方性を備えさせる
ことにより、つまりこの例では磁気抵抗を高める非磁性
層２５をシム１３の径方向に設けることにより、周方向
の磁束密度の均一性を高めつつ、表面磁束密度の低下を
防止することができるようにしたものである。

【００６７】図２４において、１１は環状永久磁石、１
３はシムを示す。シム１３には、径方向に、一定間隔ご
とに非磁性層２５が介装されている。各非磁性層２５
は、樹脂、アルミニュウム、空気等の非磁性体により構
成され、本実施例では６層の非磁性層が環状に設けら
れ、したがってシム１３は７重の環状のリングとなって
いる。尚、図中、ｄはシム１３の分断幅、ｅは非磁性層
２５の幅である。また、シム１３には１０００以上の透
磁率の磁性体が用いられ、非磁性層の透磁率は通常約１
であるため、非磁性層ではシム１３に比べて透磁率がす
こぶる低く、シム１３内での径方向への磁束の流れは極
めて悪くなる。その結果、環状永久磁石１１からの磁束
は、シム１３内を周方向には容易に流れるが、径方向に
は流れにくくなり、シム１３から表面に出てくる磁束量
が多くなる。

【００６８】すなわち、環状永久磁石１１の表面にシム
１３がない場合に比べ、シム１３がある場合には、図２
６に示すように、環状永久磁石１１のＮ極からの磁束
は、シム１３内を流れてＳ極に戻るため、シム１３表面
に出てくる磁束はシム１３がない場合に比べて減少す
る。これはシム１３内では磁束が径方向に流れ易いため
である。図２７は、シム１３がない場合（特性Ｆ）、非
磁性層２５のないシム１３を設けた場合（特性Ｇ）、非
磁性層２５のあるシム１３を設けた場合（特性Ｈ）につ
いて、シム１３の表面であるＥ面の表面磁束分布を示す
ものであり、非磁性層２５のないシム１３の場合（特性
Ｇ）は、シム１３がない場合（特性Ｆ）に比べ磁束密度
が減少し、非磁性層２５のあるシム１３を設けた場合
（特性Ｈ）は、シム１３がない場合（特性Ｆ）に対して
略同程度となる。この場合、シム１３には６層の非磁性
層２５を設けたので、前記Ｅ面の表面磁束分布特性とし
て径方向に凹凸の脈を生ずるが、回転方向、すなわち周
方向には一様な磁束密度となり、したがって周方向にお
ける磁束密度の均一性は十分に確保されることになり、
周方向の磁束密度の均一性を向上しつつ表面磁束密度の
低下を防止することが可能となる。

【００６９】尚、シム１３に設ける非磁性層２５として
は、シム１３を径方向に分断するように設けなくとも、
図２８に示すように、シム１３の環状永久磁石１１側の
一部を残して、断面が櫛歯状となるように非磁性層２６
を設けても、上述の場合と同様な効果を十分に発揮させ
ることができる。この場合、環状永久磁石１１付近にお
いては、シム１３内を磁束が流れるが、シム１３が飽和
するため流れる磁束は一部となり、殆どの磁束はシム１
３の表面に出てくることになる。

【００７０】また、非磁性層２５の層数や、シム１３の
前記分断幅ｅと非磁性層２５の幅ｄとの寸法の比率とし
ては、環状永久磁石１１の形状等によって任意に設定す
ることが可能である。

【００７１】更に、実施例において示した６層の非磁性
層とシムは、６層とも等分となるように設けたが、径方
向に対して、これら非磁性層とシムとの比率を変えても
よい。

【００７２】次に、本発明の第８実施例を説明する。本
実施例では、図２９、図３０、図３１に示すように、環
状永久磁石１１の断面形状を異ならしめることにより、
表面磁束密度を向上させたものである。

【００７３】図２９に示すものは、前記超電導体部に対
向する前記環状磁石の表面の径方向の幅を、前記環状磁
石に対向する前記超電導体部の表面の径方向の幅と略等
しく形成するとともに、前記環状磁石の裏面の径方向の
幅を、当該環状磁石の前記表面の径方向の幅よりも大き
く形成したものである。

【００７４】すなわち、本実施例において、環状永久磁
石１１の表面側の幅は、前述のように超電導体４の幅と
略同一であるが、この環状永久磁石１１の表面側の幅に
対し、裏面すなわち環状永久磁石１１の反対側の面を、
周方向に亘って大きく形成したものである。これによ
り、環状永久磁石１１からの磁束は、裏面側から表面側
に集中することになり、表面磁束密度の大幅な向上が図
られる。

【００７５】図３０に示すものは、図２９に示す形状の
環状永久磁石１１の表面に、径方向に起伏を設けた断面
構造となっている。本実施例では、断面形状が三角状の
３つの溝２８が周方向に亘って設けられており、したが
って環状永久磁石１１の表面には、それぞれ周方向に連
なり径が異なる４つの山が形成されている。この場合に
も、磁石の表面に磁束が集中することになるので、表面
磁束密度が大幅に向上する同様な効果が得られる。尚、
起伏の数や山の形状は任意に設定することができる。

【００７６】図３１に示すものは、図２９に示す形状の
環状永久磁石１１の表面に、磁性体からなるシム１３を
設置したものである。シム１３を設けることによって、
表面磁束密度の向上を図りつつ表面磁束密度の均一化を
達成することが可能となる。

【００７７】尚、上記図２９、図３０、図３１において
は、一つの環状永久磁石１１を使用した場合について説
明したが、環状永久磁石１１を多層化した場合でも同様
な効果を発揮することができる。

【００７８】以上、シム１３による表面磁束密度の均一
化の効果を中心に説明してきたが、磁石表面に付けるシ
ムの別の効果として、磁石の不可逆減磁を防ぐことが可
能となる点を上げることができる。すなわち、磁石が超
電導体のピンニング効果により浮上力を得ている状態
で、且つ、磁石が回転駆動されている状態では、磁石に
大きな減磁界が働いていることとなる。そして磁石の着
磁方向の厚みが薄く磁石のパーミアンスが小さいとき、
前記減磁界により不可逆減磁を生じてしまうことがあ
る。これに対して、前記シムは、前記減磁界を拡散し
て、磁束密度の集中を防ぎ、不可逆減磁を防ぐ働きをす
るものである。

【００７９】次に、本発明の第９実施例を説明する。本
実施例は、互いに隣接し径方向に着磁された環状永久磁
石１１、１１を用いた場合において、磁場強度の向上を
図ったものである。すなわち、図３２に示すように、互
いに径が異なりそれぞれ径方向に着磁された環状永久磁
石１１、１１を配置し、双方の環状永久磁石１１、１１
の間に軟磁性体からなる磁性体リング１３Ａを挟んで配
置した構造となっている。また、内周側の環状永久磁石
１１と外周側の環状永久磁石１１とは磁性体リング１３
Ａを挟んで同極が向き合っている。

【００８０】このような構造においては、各環状永久磁
石１１、１１のＮ極からの磁束は、図３２に矢印で示す
ように、磁性体リング１３Ａを通り、環状永久磁石１
１、１１の表面に現れて各々の環状永久磁石１１のＳ極
に戻る。この際、各環状永久磁石１１からの磁束は、磁
性体リング１３Ａによって絞られるため、環状永久磁石
１１の表面の磁束密度は大幅に増大する。

【００８１】この場合の表面磁束分布は、図３３の特性
Ｊで示すように、磁性体リング１３Ａの表面付近で磁束
密度が大きくなっている。磁束密度のピークの大きさや
ピークの幅については、磁性体リングの径方向の幅を変
化させることによって任意に可変させることが可能であ
る。

【００８２】このように、本実施例においては、磁束密
度のピークを大きくすることが可能であるが、これ以外
の効果として、磁性体リング１３Ａにより周方向の磁束
の均一化が図られるため、前述したシムの役目を果すこ
とができる。特に、本実施例の磁性体リング１３Ａで
は、前述したシムとは異なり、環状永久磁石１１と略同
等の厚みにすることができるため、周方向の磁束の均一
化を著しく向上させることができる。また、磁性体リン
グ１３Ａを介して隣接する環状永久磁石１１、１１の磁
極が同極となっているため、環状永久磁石１１、１１同
士の反発力は非常に弱まり、大型の環状永久磁石１１を
用いて組立てる場合でも、組立てを容易に行なうことが
できる。

【００８３】尚、本実施例では２つの環状永久磁石１１
の場合について説明したが、図３４に示すように、環状
永久磁石１１を多重（４重）にした場合も、同様に隣接
する環状永久磁石１１の極を同極にして磁性体リング１
３Ａを介装すれば、同様な効果が得られる。

【００８４】次に、本発明の第１０実施例について説明
する。前述した第１実施例の場合は、回転体７の荷重の
全てを軸方向で受ける形式の超電導軸受装置１である
が、本実施例の超電導軸受装置１は、図３５に示すよう
に、環状永久磁石１１と超電導体４とが回転体７の半径
方向で互いに向き合うように配設したものである。この
例の場合は、環状永久磁石１１と超電導体４を回転体７
の半径方向で互いに向き合うように配置することによ
り、環状永久磁石１１と超電導体４が回転体７の軸方向
において配置することができない場合にも実施が可能と
なり、これにより超電導軸受装置１全体を偏平な構造と
することができる。また、回転体７を周囲で支持する力
が強められることとなり、その結果、回転体７の軸倒れ
や偏心回転を確実に回避することができる。

【００８５】尚、本実施例のように、環状永久磁石１１
と超電導体４を半径方向で向き合う配置に加えて、前記
第１実施例のような半径方向で向き合う環状永久磁石１
１と超電導体４の配置を組み合わせることも可能であ
り、このように構成することにより双方の効果を得るこ
とができる。また、環状永久磁石１１は、１重に限らず
同心状に複数重ねて配設する構造にしてもよい。

【００８６】次に、本発明の第１１実施例について説明
する。本実施例では、図３６に示すように、回転体７の
軸心に対して所定の角度を有して、環状永久磁石１１と
超電導体４とを対面させるように双方を配置することに
より、回転体７の半径方向と軸方向との支持力を、最小
限一組の環状永久磁石１１と超電導体４とで兼用するこ
とができるように構成したものである。そのため、本実
施例では、図３６に示すように、円板部９の下側隅部に
環状永久磁石１１が設けられ、回転体７の軸心に対して
略４５゜傾いて対面するように、超電導体４がハウジン
グ２に設けられている。したがって、最小限一組の環状
永久磁石１１と超電導体４によっても、回転体７の重量
を支持することができるとともに、回転体７の軸倒れや
偏心回転を確実に阻止することができる。尚、環状永久
磁石１１は、１重に限らず同心状に複数重ねて配設する
構造にしてもよい。

【００８７】次に、本発明の第１２実施例を説明する。
本実施例では、超電導軸受装置１の軸受としての安定性
をさらによくするため、環状永久磁石を併用することに
より、軸方向と周方向との両方向の支持力を高めたもの
である。

【００８８】すなわち、本実施例では、図３７に示すよ
うに、環状永久磁石１１が超電導体４と回転体７の半径
方向で向き合うように、複数の環状永久磁石１１、１１
を隣接させて配設し、更に隣接する環状永久磁石１１、
１１の同極が向き合う構造となし、これらの環状永久磁
石１１、１１に対して径方向と軸方向においてそれぞれ
向き合う超電導体４Ａと４Ｂとを配置したものである。

【００８９】そして、複数の環状永久磁石１１、１１の
配置は、上述した図３２、図３４に示すような配置構造
となっており、径方向で超電導体４Ａと向き合う環状永
久磁石１１の表面にはシム１３を設置し、双方の環状永
久磁石１１の間には上述した磁性体リング１３Ａが介装
されている。

【００９０】したがって、径方向で向き合う超電導体４
Ａ、シム１３、環状永久磁石１１によりラジアル軸受を
構成し、また、軸方向で向き合う超電導体４Ｂと環状永
久磁石１１、磁性体リング１３Ａによりスラスト軸受が
構成され、環状永久磁石１１、１１を双方の軸受に兼用
することが可能となる。その結果、部品点数の削減を図
ることが可能になるとともに、軸方向と周方向との両方
向の支持力が強力となって、回転体７の軸倒れや偏心回
転が阻止され、また、載荷力に優れた効果を発揮する。
これにより、大型のシステムに好適な超電導軸受装置を
実現することが可能となる。

【００９１】尚、上述した実施例１ないし１２におい
て、超電導軸受装置は超電導体部５が固定体部Ｂに、磁
石部８が回転体部Ａに、それぞれ設けらている構造につ
いて説明したが、本発明は、逆に超電導体部５が回転体
部Ａに、磁石部８が固定体部Ｂに、それぞれ設けられる
構造であっても同様な作用効果を奏することができるも
のである。また、実施例では、磁石にＰｒ磁石を用いた
例のみ示したが、本発明はこれに限られず、他の全ての
永久磁石を使用することができることは勿論であり、更
に、電磁石、超電導コイル等、磁束を発生するもの全て
が適用可能であり、加えて、ピンニング効果により磁束
が封じ込められたいわば超電導体そのものを、回転体
部、固定体部に設置する磁石として、使用することもで
きるものである。

【００９２】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように、この種
の超電導軸受装置において、前記環状磁石の前記超電導
体部との対向面に磁束拡散部材を配設しているので、環
状磁石による円周方向の磁束むらが低減し、円周方向に
おける表面磁束密度の均一性が向上する。そして本発明
は、前記環状磁石が、複数の永久磁石を周方向に接合し
て構成されているので、とりわけ環状磁石を一体成形す
ることができないような大型の装置に用いられる。

【００９３】更に、本発明は、前記環状磁石を、径の異
なる二つの環状磁石を隣接して構成するとともに、これ
ら一組の環状磁石に、磁束の向きが互いに斜めに向き合
う方向に着磁しているので、環状磁石による磁場強度が
より一層増大する。

【００９４】そして、前記環状磁石を、径の異なる二つ
の環状磁石を隣接するとともに、各々の環状磁石を、複
数の磁石を周方向に接合して構成し、前記二つ一組の環
状磁石に、磁束の向きが互いに斜めに向き合う方向に着
磁し、前記一組の環状磁石の前記超電導体部との対向面
に磁束拡散部材を配設しているので、環状磁石による円
周方向の磁束むらを低減して円周方向における表面磁束
密度の均一性が向上し、加えて、環状磁石による磁場強
度がより一層増大する。

【００９５】また、本発明は、前記環状磁石の前記超電
導体部との対向面に磁束拡散部材を配設し、前記環状磁
石と磁束拡散部材との間に非磁性層を設けているので、
円周方向における表面磁束密度の均一性が更に向上す
る。

【００９６】一方、本発明は、前記環状磁石の前記超電
導体部との対向面に磁束拡散部材を配設し、この磁束拡
散部材は、磁気異方性を備えているので、円周方向の磁
束密度の均一性が向上し、表面磁束密度の低下も防止さ
れる。

【００９７】他方、本発明は、前記磁束拡散部材内に、
径方向に磁気抵抗が高くなる磁気抵抗層を設けているの
で、環状磁石からの磁束は、磁束拡散部材内を周方向に
は容易に流れるが、径方向には流れにくくなり、磁束拡
散部材から表面に出てくる磁束量が多くなり、そしてこ
の磁束拡散部材に磁気異方性を備えさせているので、円
周方向の磁束密度の均一性が向上し、表面磁束密度の低
下も防止される。

【００９８】加えて本発明は、前記超電導体部に対向す
る前記環状磁石の表面の径方向の幅を、前記環状磁石に
対向する前記超電導体部の表面の径方向の幅と略等しく
形成するとともに、前記環状磁石の裏面の径方向の幅
を、当該環状磁石の前記表面の径方向の幅よりも大きく
形成しているので、環状磁石からの磁束は裏面側から表
面側に集中することになり、表面磁束密度の大幅な向上
が図られる。

【００９９】更に、本発明は、前記環状磁石として、径
が異なり径方向に同極が対面するよう着磁された少なく
とも２以上の環状磁石を配置し、隣接する環状磁石の間
に空気層または固体部材を設けて構成され、例えば前記
隣接する環状磁石の間に、磁性体により形成された磁性
体リングを介装したので、より一層の磁場強度の向上が
図られる。

【０１００】このように、本発明は、この種の超電導軸
受装置において、環状磁石による円周方向の磁束むらを
低減して円周方向における表面磁束密度の均一性が向上
し、また、環状磁石による磁場強度がより一層増大する
ものであるから、高速回転を必要とする流体機械や工作
機械、余剰電力をフライホイールの運動エネルギーに変
換して貯蔵する電力貯蔵装置、とりわけ載荷力を要求さ
れる大型のシステムに適用することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係り、超電導軸受装置を
示す図２中のＩ−Ｉ矢視断面図である。

【図２】本発明の第１実施例に係り、永久磁石部の底面
を示す図１中のII−II矢視図である。

【図３】本発明の第１実施例に係り、永久磁石部の要部
を示す縦断面図である。

【図４】本発明の第１実施例に係り、シム１３の厚さと
磁束密度のむら率との関係を示す特性である。

【図５】本発明の第１実施例に係り、シム１３の幅と表
面磁束密度との関係を示す特性である。

【図６】本発明の第１実施例に係り、回転角度と表面磁
束密度との関係を示す図である。

【図７】本発明の第１実施例に係り、シムを示す永久磁
石部の縦断面図である。

【図８】本発明の第１実施例に係り、シムを示す永久磁
石部の縦断面図である。

【図９】本発明の第２実施例に係り、永久磁石部の要部
の縦断面図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
縦断面図である。

【図１１】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
縦断面図である。

【図１２】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
縦断面図である。

【図１３】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
縦断面図である。

【図１４】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
表面磁束密度の特性図である。

【図１５】本発明の第２実施例に係り、環状永久磁石の
縦断面図である。

【図１６】本発明の第２実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図１７】本発明の第２実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図１８】本発明の第３実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図１９】本発明の第４実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図２０】本発明の第５実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図２１】本発明の第５実施例に係り、シム内の磁束の
流れを示す永久磁石部の要部の縦断面図である。

【図２２】本発明の第６実施例に係り、永久磁石部およ
び超電導体部の縦断面図である。

【図２３】本発明の第６実施例に係り、環状永久磁石の
幅方向の表面磁束密度を示す特性図である。

【図２４】本発明の第７実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図２５】本発明の第７実施例に係り、表面磁束密度と
シムの厚さとの関係を示す特性図である。

【図２６】本発明の第７実施例に係り、磁束の流れを示
す概略図である。

【図２７】本発明の第７実施例に係り、表面磁束密度の
分布特性図である。

【図２８】本発明の第７実施例に係り、永久磁石部の他
の態様例を示す縦断面図である。

【図２９】本発明の第８実施例に係り、永久磁石部の縦
断面図である。

【図３０】本発明の第８実施例に係り、永久磁石部の他
の態様例を示す縦断面図である。

【図３１】本発明の第８実施例に係り、永久磁石部のそ
の他の態様例を示す縦断面図である。

【図３２】本発明の第９実施例に係り、永久磁石部を示
す縦断面図である。

【図３３】本発明の第９実施例に係り、表面磁束密度を
示す特性図である。

【図３４】本発明の第９実施例に係り、永久磁石部の他
の態様例を示す縦断面図である。

【図３５】本発明の第１０実施例に係り、超電導軸受装
置を示す縦断面図である。

【図３６】本発明の第１１実施例に係り、超電導軸受装
置を示す縦断面図である。

【図３７】本発明の第１２実施例に係り、超電導軸受装
置を示す縦断面図である。

【図３８】従来例に係り、超電導軸受装置の縦断面図で
ある。

【図３９】従来例に係り、永久磁石部の縦断面図であ
る。

【図４０】従来例に係り、永久磁石部の縦断面図であ
る。

【図４１】従来例に係り、永久磁石部の底面を示す図３
８中のIII−III矢視図である。

【図４２】従来例に係り、回転角度と表面磁束密度の関
係を示す特性図である。

【図４３】従来例に係り、環状永久磁石の幅の表面磁束
密度を示す特性図である。

【符号の説明】

１ 超電導軸受装置 ３ 支持体 ４ 超電導体 ５ 超電導体部 ７ 回転体 ８ 磁石部 １１Ａ，１１Ｂ 環状磁石 １３ 磁束拡散部材（シム） Ａ 回転体部 Ｂ 固定体部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 下田 達也 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 今泉 寛 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイ コーエプソン株式会社内 (72)発明者 樋笠 博正 香川県高松市木太町2911番地５ (72)発明者 石川 文彦 香川県高松市木太町７区2869−４ (56)参考文献 欧州特許出願公開467341（ＥＰ，Ａ １) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 32/04

Claims (13)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 回転体部および固定体部の一方に装着さ
   れる超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて構
   成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超
   電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成さ
   れ、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環
   状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導体
   部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装置
   において、 前記環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部
   材を配設したことを特徴とする超電導軸受装置。
2. 【請求項２】 前記環状磁石と前記超電導体部とが、前
   記回転体の軸心方向で向き合うように配設されたことを
   特徴とする請求項１記載の超電導軸受装置。
3. 【請求項３】 前記環状磁石と前記超電導体部とが、前
   記回転体の半径方向で向き合うように配設されたことを
   特徴とする請求項１記載の超電導軸受装置。
4. 【請求項４】 前記環状磁石が、複数の永久磁石を周方
   向に接合して構成されたことを特徴とする請求項１、２
   または３記載の超電導軸受装置。
5. 【請求項５】 回転体部および固定体部の一方に装着さ
   れる超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて構
   成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超
   電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成さ
   れ、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環
   状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導体
   部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装置
   において、 前記環状磁石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接して
   構成するとともに、これら一組の環状磁石に、磁束の向
   きが互いに斜めに向き合う方向に着磁したことを特徴と
   する超電導軸受装置。
6. 【請求項６】 回転体部および固定体部の一方に装着さ
   れる超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて構
   成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超
   電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成さ
   れ、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環
   状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導体
   部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装置
   において、 前記環状磁石を、径の異なる二つの環状磁石を隣接する
   とともに、各々の環状磁石を、複数の磁石を周方向に接
   合して構成し、前記二つ一組の環状磁石に、磁束の向き
   が互いに斜めに向き合う方向に着磁し、前記一組の環状
   磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部材を配設
   したことを特徴とする超電導軸受装置。
7. 【請求項７】 回転体部および固定体部の一方に装着さ
   れる超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて構
   成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超
   電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成さ
   れ、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環
   状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導体
   部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装置
   において、 前記環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部
   材を配設し、前記環状磁石と磁束拡散部材との間に非磁
   性層を設けたことを特徴とする超電導軸受装置。
8. 【請求項８】 回転体部および固定体部の一方に装着さ
   れる超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて構
   成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる超
   電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成さ
   れ、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする環
   状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導体
   部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装置
   において、 前記環状磁石の前記超電導体部との対向面に磁束拡散部
   材を配設し、この磁束拡散部材は、磁気異方性を備えて
   いることを特徴とする超電導軸受装置。
9. 【請求項９】 前記磁束拡散部材内に、径方向に磁気抵
   抗が高くなる磁気抵抗層を設けて、この磁束拡散部材に
   磁気異方性を備えさせたことを特徴とする請求項８記載
   の超電導軸受装置。
10. 【請求項１０】 回転体部および固定体部の一方に装着
    される超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて
    構成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる
    超電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成
    され、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする
    環状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導
    体部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装
    置において、 前記超電導体部に対向する前記環状磁石の表面の径方向
    の幅を、前記環状磁石に対向する前記超電導体部の表面
    の径方向の幅と略等しく形成するとともに、前記環状磁
    石の裏面の径方向の幅を、当該環状磁石の前記表面の径
    方向の幅よりも大きく形成したことを特徴とする超電導
    軸受装置。
11. 【請求項１１】 前記環状磁石の前記超電導体部に対向
    する側に、円周方向に沿う溝を設けたことを特徴とする
    請求項１０記載の超電導軸受装置。
12. 【請求項１２】 前記環状磁石の対向面に、磁束拡散部
    材を設けたことを特徴とする請求項１０または１１記載
    の超電導軸受装置。
13. 【請求項１３】 回転体部および固定体部の一方に装着
    される超電導体部と他方に装着される磁石部とを備えて
    構成され、前記超電導体部は、前記磁石部を浮上させる
    超電導体と、この超電導体を支持する支持体とから構成
    され、前記磁石部は、前記回転体部の軸心を同心とする
    環状磁石を備えて構成され、この環状磁石と前記超電導
    体部とを間隔を設けて対向させて設置した超電導軸受装
    置において、 前記環状磁石として、径が異なり径方向に同極が対面す
    るよう着磁された少なくとも２以上の環状磁石を配置す
    るとともに、これらの環状磁石は、複数の永久磁石を周
    方向に接合して構成され、 更に、隣接する環状磁石の間に、磁性体により形成され
    た磁性体リングを介装したこと を特徴とする超電導軸受
    装置。