JP5008297B2

JP5008297B2 - ラジアル型超電導磁気軸受システム

Info

Publication number: JP5008297B2
Application number: JP2005311372A
Authority: JP
Inventors: 博正樋笠
Original assignee: 博正樋笠
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: JP2007120569A

Description

本発明は、横軸または縦軸回転体を擁する諸々の回転機械に供用される超電導磁気軸受システムに関する。

これまでの代表的な超電導磁気軸受装置については、特開平４−１９１５２０、特開平７−３５１３８、特開平１０−０９８８９０、特開平１７−１３３９１３などに公知の記述があるが、爾来、超電導磁気軸受の回転軸々方向特性と回転軸半径方向特性を比較し特質を論じたものは無く、また、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持する事を特徴とする超電導磁気軸受システムについて論じたものも無い。

特開平４−１９１５２０号公報、特開平７−３５１３８号公報、特開平１０−０９８８９０号公報、特開平１７−１３３９１３号公報

諸々の横軸または縦軸回転機械に供用される超電導磁気軸受の適用設計に当たっては、多種ある超電導磁気軸受の中から回転機械システム全体として最適な組み合わせ配置を考案し、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持する事を特徴とする超電導磁気軸受システムとしての超電導磁気軸受の適用方式を提供する事を課題とする。

請求項１に記載のアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システムは、上記の課題を解決するため、

円環状に構成した第二種超電導バルクの円環高さ方向に積層した筒状第二種超電導集合体を冷媒に浸漬し超電導状態を発現できるよう包容し、金属製中空円柱状固定部の外周面に装着した中空円柱状固定部（以下、アウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸という）と、前記アウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸の外周面にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向する磁場発生用筒状永久磁石集合体を金属製筒状回転部の内周面に装着した筒状回転部（以下、アウターロータ・筒状永久磁石回転軸という）からなるアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受において、前記アウターロータ・筒状永久磁石回転軸が形成する磁場空間で主要な磁場分布を発現する筒状永久磁石の着磁方向を、当該筒の軸方向（以下、回転軸の軸方向という）に対し直角方向の筒状永久磁石回転軸断面の半径方向（以下、回転軸の半径方向という）に、回転中心線から外周方向を見た同一円周上には全て、回転中心から外周方向を見て画いた放射状線条の発散方向を正、集束方向を負として、前記放射状線条の正または負の何れかの方向に着磁方向を統一し、同一着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に多層積層する方式としたアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の軸方向の載荷力、剛性よりも回転軸の半径方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈し、異着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に一層毎着磁方向を正負交互に変えて多層積層する方式とした、アウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の半径方向の載荷力、剛性よりも回転軸の軸方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するので、以上の二方式によって夫々得られる前記回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受と回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を併用して、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持するため、前記二方式の軸受が、夫々、応分の機能を達成できる様、当該、横軸または縦軸アウターロータ回転機械回転軸の荷重分布、軸振動特性に基ずき、同回転軸ジャーナル部の適切な位置を選定し、且つ、適切な軸受特性に夫々調整したアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を回転軸の軸方向に分散、複数配置することを特徴とする。

請求項２に記載のインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システムは、上記の課題を解決するため、

円環状に構成した第二種超電導バルクの円環高さ方向に積層した筒状第二種超電導集合体を冷媒に浸漬し超電導状態を発現できるよう包容し、金属製中空円柱状固定部の内周面に装着した中空円柱状固定部（以下、インナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸という）と、前記インナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸の内周面にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向する磁場発生用筒状永久磁石集合体を金属製筒状回転部の外周面に装着した筒状回転部（以下、インナーロータ・筒状永久磁石回転軸という）からなるインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受において、前記インナーロータ・筒状永久磁石回転軸が形成する磁場空間で主要な磁場分布を発現する筒状永久磁石の着磁方向を、当該筒の軸方向（以下、回転軸の軸方向という）に対し直角方向の筒状永久磁石回転軸断面の半径方向（以下、回転軸の半径方向という）に、回転中心線から外周方向を見た同一円周上には全て、回転中心から外周方向を見て画いた放射状線条の発散方向を正、集束方向を負として、前記放射状線条の正または負の何れかの方向に着磁方向を統一し、同一着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に多層積層する方式としたインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の軸方向の載荷力、剛性よりも回転軸の半径方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈し、異着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に一層毎着磁方向を正負交互に変えて多層積層する方式とした、インナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の半径方向の載荷力、剛性よりも回転軸の軸方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するので、以上の二方式によって夫々得られる前記回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受と回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を併用して、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持するため、前記二方式の軸受が、夫々、応分の機能を達成できる様、当該、横軸または縦軸インナーロータ回転機械回転軸の荷重分布、軸振動特性に基ずき、同回転軸ジャーナル部の適切な位置を選定し、且つ、適切な軸受特性に夫々調整したインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を回転軸の軸方向に分散、複数配置することを特徴とする。

第二種超電導体を用いた高温超電導磁気軸受におけて、此れまで弱点とされた回転軸半径方向高載荷力・高剛性機能の発明活用により横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持する道を開拓した。これにより、高温超電導軸受の軸受性能はシステム的に著しい向上が計られ、今後の地球環境問題の改善並びに産業界の発展に貢献できる。

アウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システム。（実施例１）インナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システム。（実施例２）

図１は、アウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システムに本発明の請求項１が適用された場合の説明図である。
図１（ａ）は、横軸回転体を非接触で制振・安定支持する場合の適用例に当たり、水平に固定したアウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸（１）の外周にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向するアウターロータ・筒状永久磁石回転軸（２）がある。同図の回転軸半径方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（３）は、横軸回転体に対する載荷機能と横軸回転体の軸振動抑制機能を主として受け持ち、同図の回転軸々方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（４）は、横軸回転体の比較的小さい軸方向荷重に主として対応する。本適用例では、説明の便宜上、軸受（３），（４）は一所・短小に纏めて図示したが、実用に当たっては、横軸回転体の回転軸の荷重分布、軸振動特性に応じて、軸受（３），（４）夫々の応分の機能の達成に必要な同回転軸ジャーナル部の位置を選定して回転軸の軸方向に分散・複数配置すると共に、場合によっては大型化して機能を強化し、夫々載荷力、剛性、減衰を充足するものとする。
図１(b)は、縦軸回転体を非接触で制振・安定支持する場合の適用例に当たり、垂直に固定したアウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸（１）の外周にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向するアウターロータ・筒状永久磁石回転軸（２）がある。同図の回転軸々方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（４）は、縦軸回転体に対する載荷機能を主として受け持ち、同図の回転軸半径方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（３）は、縦軸回転体の軸振動抑制機能に主として対応する。本適用例では、説明の便宜上、軸受（３），（４）は一所・短小に纏めて図示したが、実用に当たっては、縦軸回転体の回転軸の荷重分布、軸振動特性に応じて、軸受（３），（４）夫々の応分の機能の達成に必要な同回転軸ジャーナル部の位置を選定して回転軸の軸方向に分散・複数配置すると共に場合によっては大型化して機能を強化し、夫々載荷力、剛性、減衰を充足するものとする。

図２は、インナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システムに本発明の請求項２が適用された場合の説明図である。
図２(a)は、横軸回転体を非接触で制振・安定支持する場合の適用例に当たり、水平に固定したインナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸（１）の内周にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向するインナーロータ・筒状永久磁石回転軸（２）がある。同図の回転軸半径方向高載荷力、高剛性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（３）は、横軸回転体に対する載荷機能と横軸回転体の軸振動抑制機能を主として受け持ち、同図の回転軸々方向高載荷力、高剛性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（４）は、横軸回転体の比較的小さい軸方向荷重に主として対応する。本適用例では、説明の便宜上、軸受（３），（４）は一所・短小に纏めて図示したが、実用に当たっては、横軸回転体の回転軸の荷重分布、軸振動特性に応じて、軸受（３），（４）夫々の応分の機能の達成に必要な同回転軸ジャーナル部の位置を選定して回転軸の軸方向に分散・複数配置すると共に場合によっては大型化して機能を強化し、夫々載荷力、剛性、減衰を充足するものとする。
図２(b)は、縦軸回転体を非接触で制振・安定支持する場合の適用例に当たり、垂直に固定したインナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸（１）の内周にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向するインナーロータ・筒状永久磁石回転軸（２）がある。同図の回転軸々方向高載荷力、高剛性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（４）は、縦軸回転体に対する載荷機能を主として受け持ち、同図の回転軸半径方向高載荷力、高剛性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受（３）は、縦軸回転体の軸振動抑制機能に主として対応する。本適用例では、説明の便宜上、軸受（３），（４）は一所・短小に纏めて図示したが、実用に当たっては、縦軸回転体の回転軸の荷重分布、軸振動特性に応じて、軸受（３），（４）夫々の応分の機能の達成に必要な同回転軸ジャーナル部の位置を選定して回転軸の軸方向に分散・複数配置すると共に場合によっては大型化して機能を強化し、夫々載荷力、剛性、減衰を充足するものとする。

１アウターロータ・タイプの（図１）／インナーロータ・タイプの（図２）中空円柱状クライオスタット固定軸
２アウターロータ・（図１）／インナーロータ・（図２）筒状永久磁石回転軸
３回転軸半径方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプの（図１）／インナーロータ・タイプの（図２）ラジアル型超電導磁気軸受
４回転軸々方向高載荷力・高剛性を呈するアウターロータ・タイプの（図１）／インナーロータ・タイプの（図２）ラジアル型超電導磁気軸受
５筒状第二種超電導集合体
６筒状永久磁石集合体

Claims

円環状に構成した第二種超電導バルクの円環高さ方向に積層した筒状第二種超電導集合体を冷媒に浸漬し超電導状態を発現できるよう包容し、金属製中空円柱状固定部の外周面に装着した中空円柱状固定部（以下、アウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸という）と、前記アウターロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸の外周面にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向する磁場発生用筒状永久磁石集合体を金属製筒状回転部の内周面に装着した筒状回転部（以下、アウターロータ・筒状永久磁石回転軸という）からなるアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受において、前記アウターロータ・筒状永久磁石回転軸が形成する磁場空間で主要な磁場分布を発現する筒状永久磁石の着磁方向を、当該筒の軸方向（以下、回転軸の軸方向という）に対し直角方向の筒状永久磁石回転軸断面の半径方向（以下、回転軸の半径方向という）に、回転中心線から外周方向を見た同一円周上には全て、回転中心から外周方向を見て画いた放射状線条の発散方向を正、集束方向を負として、前記放射状線条の正または負の方向に着磁方向を統一し、同一着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に多層積層する方式としたアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の軸方向の載荷力、剛性よりも回転軸の半径方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈し、異着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に一層毎着磁方向を正負交互に変えて多層積層する方式とした、アウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の半径方向の載荷力、剛性よりも回転軸の軸方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するので、以上の二方式によって夫々得られる前記回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受と回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を併用して、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持するため、前記二方式の軸受が、夫々、応分の機能を達成できる様、当該、横軸または縦軸アウターロータ回転機械回転軸の荷重分布、軸振動特性に基ずき、同回転軸ジャーナル部の適切な位置を選定し、且つ、適切な軸受特性に夫々調整したアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を回転軸の軸方向に分散、複数配置することを特徴とするアウターロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システム。
円環状に構成した第二種超電導バルクの円環高さ方向に積層した筒状第二種超電導集合体を冷媒に浸漬し超電導状態を発現できるよう包容し、金属製中空円柱状固定部の内周面に装着した中空円柱状固定部（以下、インナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸という）と、前記インナーロータ・タイプの中空円柱状クライオスタット固定軸の内周面にギャップを開けて同心非接触で磁気浮上し回転可能に対向する磁場発生用筒状永久磁石集合体を金属製筒状回転部の外周面に装着した筒状回転部（以下、インナーロータ・筒状永久磁石回転軸という）からなるインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受において、前記インナーロータ・筒状永久磁石回転軸が形成する磁場空間で主要な磁場分布を発現する筒状永久磁石の着磁方向を、当該筒の軸方向（以下、回転軸の軸方向という）に対し直角方向の筒状永久磁石回転軸断面の半径方向（以下、回転軸の半径方向という）に、回転中心線から外周方向を見た同一円周上には全て、回転中心から外周方向を見て画いた放射状線条の発散方向を正、集束方向を負として、前記放射状線条の正または負の方向に着磁方向を統一し、同一着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に多層積層する方式としたインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の軸方向の載荷力、剛性よりも回転軸の半径方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈し、異着磁方向の円環状永久磁石体を回転軸の軸方向に一層毎着磁方向を正負交互に変えて多層積層する方式とした、インナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受の軸受特性は、回転軸の半径方向の載荷力、剛性よりも回転軸の軸方向の載荷力、剛性の方が相対的に強大な回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するので、以上の二方式によって夫々得られる前記回転軸半径方向高載荷力・高剛性特性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受と回転軸々方向高載荷力・高剛性特性を呈するインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を併用して、横軸または縦軸回転体を非接触で制振・安定支持するため、前記二方式の軸受が、夫々、応分の機能を達成できる様、当該、横軸または縦軸インナーロータ回転機械回転軸の荷重分布、軸振動特性に基ずき、同回転軸ジャーナル部の適切な位置を選定し、且つ、適切な軸受特性に夫々調整したインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受を回転軸の軸方向に分散、複数配置することを特徴とするインナーロータ・タイプのラジアル型超電導磁気軸受システム。