JPH01216119A

JPH01216119A - 超伝導磁気軸受

Info

Publication number: JPH01216119A
Application number: JP4084588A
Authority: JP
Inventors: Masatake Akaike; 正剛赤池; Fumio Kishi; 岸　文夫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1988-02-25
Filing date: 1988-02-25
Publication date: 1989-08-30

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は超伝導磁気軸受に関する。

［従来の技術］従来の軸受としては、ころがり軸受やすべり軸受が良く
知られている。また、その他の軸受として、磁界による
反発を利用した磁気軸受や空気等の流体を潤滑媒体とし
て用いた流体軸受がある。

一般に、軸受は摩擦損失、摩耗、したがって動力損失９
発熱などが少なく、軸を位置的に正しく保持し、振動騒
音が少ないことが望まれる。特に、高速回転を行なう機
械に供される軸受にあっては、上記事項は強く要請され
るものであった。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した各軸受は本質として、機械的な
接触、あるいは潤滑媒体を介した接触を有するものであ
り、軸の回転によって生ずる摩擦損失や摩耗を完全には
防止することはできない。

その結果、これら摩耗等によって軸受における発熱や軸
の振動等が発生し、軸受を適用した機器の構成や動作精
度等に悪影響を与えるという問題があった。

また、軸受を構成する各要素は、高い加工精度が要求さ
れるものであったり、特定の材料を必要とするものであ
る場合が多かった。

さらに、磁気軸受や流体軸受にあっては、磁界発生や流
体注入等のために、外部から何らかのエネルギーを付加
しなければならないということもあった。

一方、磁界の作用によって、物体を支持するという観点
において、超伝導現象の一つの特性であるマイスナー効
果は、以前から知られた現象であった。しかし超伝導状
態は極低温で生じるものであったため、極低温を実現す
る冷媒、例えば液体ヘリウムの希少性および冷却のため
の装置構成の多大さによってマイスナー効果の利用は阻
害されていた。

しかしながら、最近の酸化物高温超伝導体の出現によっ
て、冷媒として液体ヘリウムに代わって液体窒素を使用
できるようになり、マイスナー効果を利用した機器の実
現が可能なものとなってきた。

本発明は上述した観点に鑑みてなされたものであり、そ
の目的とするところは、軸受における機械的な、および
潤滑媒体を介した接触を排することが可能な超伝導磁気
軸受を提供することにある。

［課題を解決するための手段］そのために本発明では、回転軸の周囲に配置された永久
磁石を有する回転体と、回転体における永久磁石の少な
くとも一部を包囲する超伝導体を有した固定子とを具え
たことを特徴とする。さらに好適には永久磁石および超
伝導体は回転軸に関して対称に配置されたことを特徴と
する。

［作　用］以上の構成によれば、磁場中の超伝導体におけるマイス
ナー効果によって回転軸と固定子とが非接触状態で、回
転軸のスラスト方向の位置保持力を有する軸受が実現さ
れ、ざらにスラスト方向およびラジアル方向の位置保持
力を有する軸受も可能となる。

［実施例］以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す軸受の分解斜視図であ
り、また、第２図は第１図に示した軸受の外観斜視図、
第３図はその側断面図である。

これら図において、１は回転軸であり、２は回転軸１の
周囲に形成された円板状の回転体である０回転体２は、
複数に分割された扇状の永久磁石２Ａと、各永久磁石２
Ａを接合するための媒体となる、エポキシ樹脂あるいは
八り等の非磁性体２Ｂとから構成される。３および４は
超伝導体で形成される、それぞれ円板状の上固定子およ
び底面を具えた円筒状の下固定子であり、各々の中心に
は回転軸１を通すための穴を具える。また、上固定子３
および下固定子４には、ねじ５によって互いを固定する
ための穴およびねじ穴が設けられる。

回転体２は下固定子４に内包され、上固定子３が蓋の役
割をすることによって第２図に示す軸受が構成され、さ
らに、第３図からも解るように、各要素は回転軸１に関
して、対称な位置関係にある。

上記構成に基づく軸受作用について、第４図（＾）およ
び（Ｂ）を参照して説明する。

第４図（Ａ）および（Ｂ）は永久磁石２＾から生ずる磁
力線と固定子３および４との関係を示す図である。図か
ら解るように、永久磁石２＾の発生する磁力線は、非磁
性体２Ｂおよび中空部分に分布し、超伝導状態にある固
定子３および４にはマイスナー効果によって侵入できな
い。すなわち、固定子３および４はその表面に発生する
永久電流によって、永久磁石２Ａが発生する磁場をその
内部で打ち消すような磁場を発生させる。この結果、こ
の新たに発生した磁場と永久磁石２＾が発生する磁場と
の相互作用により、永久磁石２Ａと固定子３および４と
の間に反発力が生ずる。

この反発力および軸受構成の回転軸１に関する対称性に
よって、回転軸１を含む回転体２は、固定子３および４
と、回転軸１のスラスト方向およびラジアル方向で非接
触となり、機械的接触および潤滑媒体を介した接触を排
した軸受が可能となる。

ここで、第４図（＾）は永久磁石２Ａの厚みを輻方向に
厚くし、特にスラスト方向の軸位置保持力を高めたもの
であり、第４図（Ｂ）は同様にしてラジアル方向の軸位
置保持力を高めたものである。

また、本実施例においては、固定子３および４をＮｂ、
永久磁石２ＡをＳｍＣｏ、にて形成した軸受を、透明デ
ユアびん中の液体ヘリウム中に浸し、第３図に示すよう
に外部から回転軸１を回転させる実験を行ない、所望の
結果を得ることができた。

なお、本例において、回転体２の構成として複数の永久
磁石２Ａとこれらの接合を媒介する非磁性体２Ｂとを用
いたが、反発力が有効に作用する限りにおいて、非磁性
体２Ｂの代わりに通常の磁性体を用いてもよいし、ある
いは回転体を永久磁石のみで形成しても良い。

第５図は本発明の他の実施例を示す軸受の側断面図であ
る０本例においては、上固定子３および下固定子４の一
部を、それぞれ永久磁石３＾および４＾で構成し、回転
体２の一部を超伝導体２Ｃで構成したことを特徴とする
。

上記構成によっても第１の実施例で示したのと同様の作
用を生ずることは明らかであり、この実施例の構成は、
特にモータの一部の構成として用いられるのに最適であ
る。

なお、上述した軸受は流体軸受と異なり真空中でも使用
が可能である。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によれば、磁場
中の超伝導体におけるマイスナー効果によって回転軸と
固定子とが非接触状態で、回転軸のスラスト方向の位置
保持力を有する軸受が実現され、ざらにスラスト方向お
よびラジアル方向の位置保持力を有する軸受も可能とな
る。

この結果、摩擦による熱の発生や摩耗が生ぜず、しかも
構造が簡素なうえ潤滑油注入等の必要がなく、保守上の
利点を有する軸受を得ることができた。

また、接触抵抗が無いために高回転の機器に用いること
が可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の一実施例を示す
軸受のそれぞれ分解斜視図、外観斜視図および側断面図
、第４図（Ａ）および（Ｂ）は本実施例における軸受作用
を説明するための磁力線の分布と共に示される軸受の側
断面図、第５図は本発明の他の実施例を示す軸受の側断面図であ
る。１・・・回転軸、２・・・回転体、２＾、３Ａ、４＾・・・永久磁石、２Ｃ，２Ｄ・・・超伝導体、３・・・上固定子、４・・・下固定子、５・・・ねじ。第１図第２図第３図

Claims

【特許請求の範囲】１）回転軸の周囲に配置された永久磁石を有する回転体
と、該回転体における前記永久磁石の少なくとも一部を包囲
する超伝導体を有した固定子とを具えたことを特徴とする超伝導磁気軸受。２）回転軸の周囲に配置された超伝導体を有する回転体
と、該回転体における前記超伝導体の少なくとも一部を包囲
する永久磁石を有した固定子とを具えたことを特徴とする超伝導磁気軸受。３）前記永久磁石および前記超伝導体は前記回転軸に関
して対称に配置されたことを特徴とする請求項１または
２に記載の超伝導磁気軸受。４）モータの軸受として適用されることを特徴とする請
求項１ないし３のいずれかに記載の超伝導磁気軸受。