JP3554070B2

JP3554070B2 - 超電導磁気軸受装置

Info

Publication number: JP3554070B2
Application number: JP08580395A
Authority: JP
Inventors: 紀夫伊東; 寛今泉; 順一郎篠崎; 博正樋笠
Original assignee: Seiko Epson Corp; Shikoku Research Institute Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Shikoku Research Institute Inc
Priority date: 1995-04-11
Filing date: 1995-04-11
Publication date: 2004-08-11
Anticipated expiration: 2019-08-11
Also published as: JPH08284956A

Description

【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や、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磁気軸受装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の超電導磁気軸受装置は、超電導体を利用して回転体（以下、回転軸を含む意味で用いる。）を非接触状態で軸支するものである。
【０００３】
電力貯蔵を目的としたフライホイール搭載型の超電導磁気軸受装置は、例えば平成４年電気学会全国大会会誌第８−１３４頁乃至第８−１３５頁の「８ＭＷＨ級高温超電導浮上式フライホイール電力貯蔵システムの概念設計」において、材料に炭素繊維入り強化プラスチック（ＣＦＲＰ）を使用した場合、フライホイール部は直径６．７ｍ、重量は１０３〜２５５トンに及ぶことが報告されている。
【０００４】
このような磁石と超電導体とのマイスナー効果による反発力を利用した非接触軸受装置において、マイスナー効果による反発力は極めて小さいので、実用的な軸受を構成することが困難であった。
【０００５】
そこで、マイスナー効果による反発力を補うものとして、特開平５−２７２５３９号公報に記載された超電導磁気軸受装置のように、永久磁石同士の反発力を付加したもの等が提案されたが、この超電導磁気軸受装置は、全ての力が反発力によって作用しているため、軸受としての剛性がなく、実用的でない。
【０００６】
その後、磁石と超電導体とのピン止め力を利用した軸受が開示された。ピン止め力を利用した軸受は、従来のものに比べて剛性はあるが、軸受として利用するには未だ剛性は不十分である。そこで、剛性を高めるために、磁石配置を工夫したもの（例えば、特開平０５−１８０２２５号等）や、磁気回路を改良したもの（例えば、特開平６−８１８４２号等）が提案されている。また更に、ラジアル剛性が低いために生ずる回転体の振れを抑えるべく、例えば特開平６−８１８４１号公報に記載された軸受装置のように、ラジアル方向から電磁石にて制御する方法も提案されている。
【０００７】
他方、磁石と超電導体を利用しないものとしては、平成５年度電気学会全国大会予稿集第１２−１５２頁乃至第１２−１５５頁に掲載されている磁気軸受装置が提案されている。この磁気軸受装置は、磁気軸受としてフライホイールのような重量物を支える場合に、軸受上部には吸引型の永久磁石を、軸受下部には反発型永久磁石を、組み合わせて使用し、更に、ピボット軸受を設けることにより、全体の剛性を確保するものである。そして、フライホイールの総荷重１００ｋｇのうち、９０％は上下の吸引、反発型の磁石で支え、残りの１０％の荷重をピボット軸受で支えており、重量の殆んどを磁石で支えている。この種の磁気軸受は、電磁石を用いないから、電力供給が不要となる利点がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前述した、超電導体を用いる磁気軸受装置において、特開平５−１８０２２５号公報や特開平６−８１８４２号公報で示されているものは、剛性はある程度向上するものの、非接触軸受の特長を生かす高速回転化を考えた場合、これでは剛性は未だ不十分であり、また、前述したような重量物を回転させるフライホイール型電力貯蔵装置への応用を考えたとき、絶対的な載荷力が不足するものである。更に、前記特開平６−８１８４１号公報に開示された装置は、軸受としてのラジアル剛性はある程度確保できるものの、これまた載荷力を増すことはできない。
【０００９】
他方、超電導体を使用しない前記磁気軸受装置においては、回転体は完全に非接触ではないので、つまりピボット軸受を使用しているために、ピボット軸受部が劣化することに起因する寿命がある。また、ピボット軸受で大重量のフライホイールを支えようとすると、高々１０％の荷重を支えるとしても、大重量となればその絶対値が大きくなり、ピボット軸受では支えられなくなる。この点、前述した実用的なフライホイール式電力貯蔵システムにおける８ＭＷＨ級モデルでは、フライホイール重量は１０３〜２５５トンに及ぶので、このモデルを前提にすると、１０％荷重でも１０トン以上となり、ピボット軸受では到底支えられないという現実がある。
【００１０】
更に、超電導体を使用しない前記磁気軸受装置は、反発力のみによる軸受のため、剛性がないので回転が安定しないという基本的な問題がある。
【００１１】
このように、従来の超電導軸受装置では絶対的な載荷力が不足するものであり、他方、超電導体を使用しない前記磁気軸受装置では前述した欠点を有する。
【００１２】
そこで、本発明は、従来の超電導軸受装置には別途磁気装置を付加することにより、また、従来の超電導体を使用しない磁気軸受装置には別途超電導体を用いることにより、つまり複合型の超電導磁気軸受装置として構成することにより、前記各々の欠点を解消することを目的とするものである。
【００１８】
上記目的を達成するために、本願第１請求項の発明は、回転体部に、当該回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えるとともに、固定体部には、当該固定体部の軸心を同心とする環状磁石を備え、
更に、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成するものであって、
前記回転体部と固定体部の双方の環状磁石は、径の異なるラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石で構成される超電導磁気軸受装置である。
【００２１】
本願第１請求項の発明は、超電導体を使用しない磁気軸受装置によって、すなわち、回転体部及び固定体部にそれぞれ設置した環状磁石によって、基本的には当該回転体部の軸方向の剛性と載荷力（浮上力）が発揮され、そして、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成することにより、径方向の剛性を補充して、回転が安定しないという磁気反発固有の欠点を解消することができたものである。
【００２２】
更に、本請求項の、前記回転体部と固定体部の双方の環状磁石は、径の異なるラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石で構成される点は、下記の知見に基づくものである。
【００２３】
すなわち、図１３（１）に示すように、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石を上下に配置する場合は、載荷力の観点からすると、大きな斥力（反発力）は得られない。また、上下、左右の方向に安定点は存在しない。そこで、図１３（２）に示すように、これを環状磁石として上下に対峙させた場合は、前記図１３（１）の場合よりも斥力は大きなものが得られるが、依然として安定点は存在しない。更に、同径の環状磁石を上下に対峙させるので、これを軸受に使用する場合は、非接触を保つためにある程度のギャップを必要とする。つまり、図１３（２）に示す環状磁石を磁気軸受として使用する場合は、ギャップを維持させるための軸方向の制御を行う必要がある。
【００２４】
この点、環状磁石を、径の異なるラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石で構成すると、つまり図１４に示すようなラジアル異方性磁石で構成すると、安定点を有し、且つ、軸方向の制御を不要とすることが可能となるものである。
【００２５】
図１４に示すラジアル異方性磁石を組み合わせた磁気回路においては、両者の距離が離れているときは吸引力が働き、両者の距離が近づくにつれて大きな折力が働く。すなわち、図１５に示すように、距離が離れているときの磁力線は両磁石を通るように形成され、その結果、引力となる。逆に、距離が近づくと、図１６に示すように、磁力線は個々の磁石ごとに閉じてしまい、その結果、斥力となる。図１７は、磁石間に働く力と磁石間隔との関係を示す図である。
【００２６】
前述した現象は、一般的な棒磁石でも同様のことが言えるものである。図１８において、磁石の距離が遠いときは、両者は、相手がＮ・Ｓ両極をもった磁気双極子に見えるので、両者の間には距離の４乗に反比例する双極子モーメントの相互作用のような引力が働く。そして、両者が近づくにつれて、その磁気的な重心位置のずれ（図中の符号ｄ）が無視できなくなる。つまり、距離の２乗に反比例する、単極子の相互作用のような斥力が、支配的となる。
【００２７】
ここで、ラジアル異方性の環状磁石の場合は、棒磁石の場合と異なり、半径方向に働く力が形状的に打ち消されるため、軸方向の力のみになる。また両者の磁気重心線が同一面内にあるときは、軸方向の力は消滅する。このように、遠距離で引力が、また、近距離で斥力が働くような場合は、その境目に安定点が存在し、この安定点から磁石がずれようとするときに、引きもどす力が働く。つまり、磁石は、軸方向において磁力によって拘束されていることになる。これを示すものが図１９で、縦軸はポテンシャル、横軸は双方の環状磁石の内外径の差であり、斜線内が拘束範囲である。
【００２８】
尚、半径方向のずれに対しては、ずれ量が大きくなるに伴い大きな磁力が働き、また、変位が小さければ小さな力しか働かないため、径方向に弱く拘束しておけば安定させることができる。
【００２９】
また、図１４に示すラジアル異方性環状磁石において、各磁石の径方向の幅をＷ１，Ｗ２、厚さをｈ１，ｈ２、磁石間隔をＺ、双方の環状磁石の内外径の差をΔｒとすると、これらの間で下記の関係にあることが判明している。
【００３０】
−０．５Ｍａｘ（ｈ１，ｈ２）≦Ｚ
０．１＜ｈ１／Ｗ１＜１００．１＜ｈ２／Ｗ２＜１０
０＜Δｒ≦−０．５Ｍａｘ（ｈ１，ｈ２）
（Ｗ１＋Ｗ２）／２を変えることにより安定点の位置が変る
発明者等は、前記知見に基づいて、次に示すラジアル異方性磁石の吸引反発特性を考察した。
【００３１】
すなわち、
１．概要
径の異なるラジアル異方性の環状磁石を組み合わせることによって、安定点をもつ磁気回路を構成し、変位に対する吸引・反発力の変化を磁場解析により求めた。
【００３２】
２．目的
一般に、磁気軸受は、回転体の底面と磁気軸受け下部に同極の磁石を突き合わせることにより回転体を浮上させ、制御コイルで軸受剛性を得ている。このような磁気回路は、２つの磁石の位置関係が如何なる場合であっても、反発力しか働かない。つまり、安定点が無い。このため、軸受剛性は制御コイルのみで確保する必要がでてくる。
【００３３】
ここでは、ラジアル異方性の磁石を組み合わせることによって、この安定点をもつ磁気回路を構成できることが解ったため、磁場解析によりその一例を示す。
【００３４】
３．解析モデル
磁石形状を図２０に示す。２つのラジアル異方性の環状磁石が同軸で、ある程度軸方向に離れた位置にある。個々の環状磁石の外周には２ｍｍ厚の軟磁性体のフープが嵌められている。この例では、小さい方の環状磁石が、他方の環状磁石の内側に嵌入できるように寸法が設定されている。このとき、軸方向の位置関係と磁石リング間の磁力を磁場解析により求めた。
【００３５】
４．解析結果
磁場解析により求めた、軸方向の変位と磁力の関係を図２１に示す。ここで、変位は２つの環状磁石が同一平面上に並んだときを原点とした。
【００３６】
図２１に示されるように、変位が１７ｍｍ程度の位置より小さいところでは大きな反発力が働き、例えば５ｍｍの位置では２７ｋｇｆの大きさになる。変位が１７ｍｍ程度より大きい位置では、前記の反発力に比べると小さな値ではあるが吸引力が働く。よって、変位が１７ｍｍ程度のところに安定点があり、且つ、大きな剛性のあることが解る。
【００３７】
５．結論
ラジアル異方性の環状磁石を組み合わせることによって、大剛性の安定点を持つ磁気回路をつくることができることが解った。
【００３８】
６．その他
磁石形状を適宜選定することによって、反発力と安定点を調整することができる。小さい方の環状磁石は、大きい環状磁石の内径よりも大きくても、また、小さくてもよく、更に、小さい方の磁石リングが他のものと同じ大きさになったときは吸引力のみ働くようになり、逆に十分に小さいとき、安定点の位置はより離れた位置になる。
【００３９】
尚、ここでは軟磁性体をつかっているが、これは安定点を得るために不可欠のものではなく、反発力と安定点の位置を調整するためのものである。また、軸受として使うときの回転損失を低減する効果がある。
【００４１】
本願第１請求項の発明は、永久磁石同士が軸方向の大剛性をもつため、超電導軸受の力を小さく配分しても、安定な系を実現できる。
【００４２】
【実施例】
図１は、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図であり、この超電導磁気軸受装置は、図示を省略したハウジング内に設けられている。すなわち、本実施例の超電導磁気軸受装置１は、ハウジング２に支持固定された冷却ケース３が設けられており、この冷却ケース３の内側には、円板状の支持体４が固定されている。前記支持体４は、銅又は他の金属材料によって形成されており、支持体４内には超電導体５が環状に埋設され、支持体４と超電導体５により超電導体部６を構成している。本実施例では、磁石部７が回転体部Ａに、超電導体部６が固定体部Ｂに、それぞれ設けられている。
【００４３】
前記超電導体５は、イットリウム系高温超電導体、例えばＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる基板の内部に、常電導粒子Ｙ_２Ｂａ_１Ｃｕ_１を均一に混在させたものから構成されており、後述する環状永久磁石８が発生する磁束の侵入を拘束する性質を有している。また、超電導体部６の半径方向の長さと、磁石部７の半径方向の長さは、略等しく設定されている。
【００４４】
更に、超電導体５は、環状永久磁石８，８と軸方向に対面し、この環状永久磁石８，８からの磁束が所定量侵入する位置において、回転体部Ａの回転により侵入磁束の分布が変化しない位置で、離間して配置されている。
【００４５】
前記回転体部Ａは、回転体９と、この回転体９に固着された前述の磁石部７とから構成され、更に磁石部７は、回転体部Ａの軸心を同心とする複数の環状永久磁石８，８及び、これら環状永久磁石８，８の間に装着された環状非磁性体とから構成されている。
【００４６】
本実施例では、環状永久磁石８は例えばＰｒ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ系の熱間加工方法で製造された永久磁石であり、これを、例えばチタン等の非磁性の強化材料からなる磁石固定部（図示を省略）に固定している。
【００４７】
このような超電導磁気軸受装置１においては、超電導体部６が冷却ケース３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、回転体部Ａの環状永久磁石８，８からの磁束が、超電導体内に均一に混在された常電導粒子を選択的に通るように侵入し、侵入した磁束の回りを流れる超電導電流によってその侵入路に固定されるため、回転体部Ａが環状永久磁石８，８とともに、あたかも磁束を介して超電導体に拘束されているような状態（ピンニング現象）になる。しかし、磁束密度が変化しない方向への磁石の移動は超電導体に束縛されないため、軸対象な磁気回路で構成された環状永久磁石８，８は回転方向への束縛が無く、スムーズに回転する。
【００４８】
本実施例では、前記回転体部Ａ及び固定体部Ｂの双方に、軸１１の方向に対向する補助磁石部１２，２２を、間隔を設けて配置している。すなわち、固定体部Ｂは、断面コ字形状を呈して、そのコ字形状の空間部内に回転体部Ａを収納している。前記補助磁石部１２は、回転体９の上部に、回転体部Ａの軸心を同心として環状に配置され、また、補助磁石部２２は、固定体部Ｂの上部の下面に、回転体部Ａの軸心を同心として環状に配置されており、そして、これら双方の補助磁石部１２，２２は、各々が軸方向に相互に吸引する方向に着磁されている。
【００４９】
更に、前記双方の補助磁石部１２，２２による吸引力Ｆ１は、回転体部Ａの重量Ｗとの間で、Ｆ１＜Ｗに設定されている。
【００５０】
このように、本実施例によれば、超電導体部と磁石部との間におけるピン止め力により基本的な載荷力を得ることができ、更に、上部における補助磁石部の吸引力によって、回転体重量の軽減と、当該吸引力により径方向の剛性を向上させることができるので、軸振れを抑えて、より高速に回転させることができるものとなる。
【００５１】
図２は、他の実施例に係る超電導磁気軸受装置の主要部を示す縦断面図である。本実施例では、双方の補助磁石部１２，２２を、回転体部Ａの軸心を同心とする複数の環状永久磁石１３，２３と、これら環状永久磁石１３，２３の間に装着された環状磁性体１４，２４とで構成した。
【００５２】
更に、磁石部７の環状永久磁石８，８と、前記双方の補助磁石部１２，２２の環状永久磁石１３，２３は、これらの着磁方向が環状磁性体を挟んで、互いに径方向（放射方向）に同極が向き合う方向に設けられている。このような構造においては、環状永久磁石のＮ極からの磁束は、環状磁性体を通り、それぞれの環状永久磁石のＳ極に戻る。この際、環状永久磁石からの磁束は、環状磁性体により絞られるため、環状永久磁石８，８の場合は前記超電導体部６に、また、環状永久磁石１３，２３の場合は他方に、それぞれ作用する磁束密度は大幅に増大するものとなる。
【００５３】
本実施例の場合も、前記双方の補助磁石部１２，２２による吸引力Ｆ１は、回転体部Ａの重量Ｗとの間で、Ｆ１＜Ｗに設定されている。
【００５４】
このように、本実施例によれば、上部における補助磁石部の吸引力と、下部における超電導体部及び磁石部のピン止め力がそれぞれ増大するので、載荷力が向上するとともに、径方向の剛性が大幅に増大し、軸振れを減少させることができる。
【００５５】
図３は、他の実施例に係る超電導磁気軸受装置の主要部を示す縦断面図である。本実施例では、回転体部Ａを薄型に形成し、磁石部７で前記補助磁石部を兼用するものである。これにより、磁石部７における磁束の有効利用を図ることができ、装置自体の省力化を図ることができる。更に、図２に示すように、永久磁石を２体（磁石部７と補助磁石部１２）にすると上下の磁気的中心がずれる危険性があり、中心軸が定まらないため回転のアンバランスが生じてしまうが、磁石部７が軸方向に対して一体化されているため、磁気的な中心が出しやすい。
【００５６】
また、前記補助磁石部２２と磁石部７による吸引力Ｆ１は、回転体部Ａの重量Ｗとの間で、Ｆ１＜Ｗに設定されている。
【００５７】
本実施例では、磁石部７の両側から発する磁束を有効利用しているので、磁束漏洩を極めて小さくすることが可能となる。従って、この磁束漏洩の減少効果は、近傍に与える弊害を低減することができる。例えば、外周側の磁束漏洩が多い場合は、外周近傍に磁性体を配置することが困難となり、場合によっては磁気遮断対策を必要とすることもあるが、磁束漏洩が少なければそのような対策を要しないので便宜である。
【００５８】
図４は、他の実施例に係る超電導磁気軸受装置の主要部を示す縦断面図である。本実施例では、回転体部Ａを外転型に形成し、超電導体部６と磁石部７をラジアル配置とする一方で、回転体部Ａの上下部において、回転体部Ａ及び固定体部Ｂの双方に、軸方向に対向する補助磁石部を二組、間隔を設けて配置している。
【００５９】
前記双方の補助磁石部は、一組の補助磁石部１２，２２の方が前記図２の場合と同様に、軸方向に相互に吸引するものであって、間に磁性体を装着した環状磁石にて形成されている。もう一組の補助磁石部１５，２５の方は、軸方向に相互に反発するものであって、上部のものと同様に、間に磁性体を装着した環状磁石にて形成されている。
【００６０】
更に、前記補助磁石部１２，２２は、吸引力Ｆ１を有し、また、前記補助磁石部１５，２５は、これらにより反発力Ｆ２を発揮する。そして、これらの最大吸引力Ｆ１及び最大反発力Ｆ２と、回転体部の重量Ｗとの間で、（Ｆ１＋Ｆ２）＜Ｗ
に設定されている。
【００６１】
本実施例によれば、超電導体部と磁石部とのピン止め力による剛性はラジアル配置で構成されるとともに、補助磁石部を二組設けてるので、載荷力を更に大きくすることができる。
【００６２】
更に、本実施例において、回転体部Ａは前述したように外転型であるため、内転型のものに比べ、次のような利点がある。外転型の場合は、大口径の軸受を構成する必要がある場合や、外径より回転出力を取り出すような用途にも好適である。内転型の場合は大口径の軸受を構成することが困難である。すなわち、内転型で大口径の軸受を形成すると、内外周差が大きくなってしまい、回転張力により回転体の中心部に応力が集中し破壊する虞を生じる。尚、この観点からは、外転型の場合も、前記磁石部の内外周の寸法差を可及的に小さくすることが好ましい。また、内転型の場合は、回転体の外側に固定体を配置しなければならないから、以外と組み立てにくいものであるが、外転型の場合はそのような不都合はない。
【００６３】
図５及び図６は、それぞれ図１及び図２に対応するものであって、回転体部Ａの補助磁石部１２と、固定体部Ｂの補助磁石部２２との磁石外径を異ならせることにより、軸の径方向の剛性を更に向上させたものである。
【００６４】
図７は、図１の超電導磁気軸受装置において、回転体部Ａの補助磁石部１２に代えて例えば鉄板３０等の、強磁性体で且つ引っ張り破壊応力が大きいものを用いたものである。このように、回転体部Ａに鉄板を用いた場合は、磁石よりも鉄板の方が引っ張り破壊応力が大きいので、回転速度を上げる必要性があるときに、機械強度不足の永久磁石に代えて鉄板等を使用するとよい。すなわち、本実施例の場合は、回転体部Ａに補助磁石部を用いないので、高速回転による補助磁石部の引っ張り強度破壊という事態を生じないので、実際上の適用範囲は極めて広いものである。尚、磁石部の磁束むらによる渦電流損失の影響を低減させるために、前記鉄板は硅素を含むものを用いるとよい。
【００６５】
図８は、図１の超電導磁気軸受装置において、双方の補助磁石部１２，２２の対向面に、鉄板等の強磁性体の薄板１６，２６を固着したものである。これにより、磁石表面の磁束密度分布とりわけ回転周方向の磁束密度を均一化することができ、従って、磁石部の表面磁束むらによるうず電流損を低減させることができる。
【００６６】
図９及び図１０は、回転体部Ａに、当該回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えるとともに、固定体部Ｂには、当該固定体部の軸心を同心とする環状磁石を備えた磁気軸受を示している。図９の場合は、回転体部Ａの環状磁石３５は、固定体部Ｂの環状磁石４５よりも径の小さいラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁されている。また、図１０の場合は、回転体部Ａの環状磁石３５は、固定体部Ｂの環状磁石４５よりも径の大きいラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁されている。
【００６７】
図１１は、回転体部Ａに、当該回転体部の軸心を同心とする環状磁石３５を備えるとともに、固定体部Ｂには、当該固定体部の軸心を同心とする環状磁石４５を備えて磁気軸受を構成し、更に、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成するものである。本実施例において、前記双方の環状磁石３５，４５は、径の異なるラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石で構成され、また、固定体部Ｂに超電導体部６を、回転体部Ａに磁石部７を、備えている。
【００６８】
このように構成することにより、超電導体を使用しない磁気軸受装置、すなわち、回転体部Ａ及び固定体部Ｂにそれぞれ設置した環状磁石３５，４５によって基本的には当該回転体部の軸方向の剛性と載荷力（浮上力）が発揮され、そして、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成することにより、径方向の剛性を補充して、回転が安定しないという磁気反発固有の欠点を解消することができるものである。
【００６９】
図１２は、回転体部Ａを外転型に構成したもので、前例同様、回転体部Ａに、当該回転体部の軸心を同心とする環状磁石３５を備えるとともに、固定体部Ｂには、当該固定体部の軸心を同心とする環状磁石４５を備えて磁気軸受を構成し、更に、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成するものである。本実施例においても、磁石と超電導体との間のピン止め力を利用することによって、軸方向の大幅な剛性向上を図ることができ、その結果、軸受の安定化を図ることができるものである。
【００７０】
以上の各実施例では、磁石はＰｒ−Ｆｅ−Ｂ−Ｃｕ系磁石を使用した例を示したが、本発明はこれに限らず、フェライト、アルニコ、或はネオジウム系、サマリウム系等、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、超電導体についてもイットリウム高温超電導体を例に示してきたが、磁石との間で復原力をもつことのできる、例えば希土類系の元素を含む（ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ）系等全ての超電導体が適用可能である。尚、ここで、ＲＥはＹ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｙｂからなる元素群から選ばれた１又は２以上の元素を表わす。
【００７１】
尚、前述した各実施例において、超電導軸受装置は超電導体部６が固定体部Ｂに、磁石部７が回転体部Ａに、それぞれ設けられ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６が回転体部Ａに、磁石部７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。
【００７４】
以上説明したように、本願第１請求項の発明においては、超電導体を使用しない磁気軸受装置によって、換言すると、回転体部及び固定体部にそれぞれ設置した環状磁石によって、基本的には当該回転体部の軸方向の剛性と載荷力（浮上力）が発揮されるものであり、更に、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成しているので、前記磁気軸受装置の径方向の剛性を補充することができ、これにより回転が安定しないという磁気反発型装置固有の欠点を解消することができるものである。
【００７５】
このように、本発明は、従来の超電導軸受装置には別途磁気装置を付加して複合型の超電導磁気軸受装置として構成することにより、超電導軸受装置のみでは足りなかった載荷力を補充することができる。また、従来の超電導体を使用しない磁気軸受装置には別途超電導体を用いて複合型の超電導磁気軸受装置として構成することにより、剛性を補充して、回転が安定しないという磁気反発型装置固有の欠点を解消することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図２】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図３】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図４】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図５】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置における補助磁石部の縦断面図である。
【図６】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置における補助磁石部の縦断面図である。
【図７】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図８】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置における補助磁石部の縦断面図である。
【図９】本発明で用いる磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図１０】本発明で用いる磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図１１】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図１２】本発明の他の実施例に係り、超電導磁気軸受装置の主要部の縦断面図である。
【図１３】上下に対向する永久磁石の縦断面図である。
【図１４】上下に対向する環状磁石の縦断面図である。
【図１５】上下に対向する環状磁石の縦断面図である。
【図１６】上下に対向する環状磁石の縦断面図である。
【図１７】磁石間に働く力と磁石間隔との関係を示す図である。
【図１８】上下に対向する永久磁石の縦断面図である。
【図１９】環状磁石相互の拘束範囲を示す図である。
【図２０】２つのラジアル異方性の環状磁石を示す図である。
【図２１】磁石間に働く力と磁石間隔との関係を示す図である。
【符号の説明】
Ａ回転体部
Ｂ固定体部
１超電導磁気軸受装置
２ハウジング
３冷却ケース
４支持体
５超電導体
６超電導体部
７磁石部
８環状永久磁石
９回転体
１１軸
１２補助磁石部
１３環状磁石
１４環状磁性体
１５磁石部
１６薄板
２２補助磁石部
２３環状磁石
２４環状磁性体
２５磁石部
２６薄板
３０鉄板
３５環状磁石
４５環状磁石

Claims

回転体部に、当該回転体部の軸心を同心とする環状磁石を備えるとともに、固定体部には、当該固定体部の軸心を同心とする環状磁石を備え、
更に、前記回転体部及び固定体部の一方に超電導体部を、他方に磁石部を、それぞれ備えて超電導軸受装置を構成するものであって、
前記回転体部と固定体部の双方の環状磁石は、径の異なるラジアル異方性磁石で、且つ、互いに同極が向き合う方向に着磁された磁石であることを特徴とする超電導磁気軸受装置。