JPH02256914A - 超電導磁気軸受を付加した気体軸受 - Google Patents

超電導磁気軸受を付加した気体軸受

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JPH02256914A
JPH02256914A JP1076418A JP7641889A JPH02256914A JP H02256914 A JPH02256914 A JP H02256914A JP 1076418 A JP1076418 A JP 1076418A JP 7641889 A JP7641889 A JP 7641889A JP H02256914 A JPH02256914 A JP H02256914A
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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、冷却装置用ターボ膨脹機を初めとする各種低
温回転機器の軸受に適し、且つ超電導材料を用いて超電
導磁気軸受を付加した気体軸受に関する。
(従来の技術) 気体軸受は側部材間に気体が存在する隙間を残して、負
荷を支える構成となっている。気体軸受はオイル軸受に
較べて動作温度範囲が広く、無接触運転から耐久性に富
むという長所があることから、たとえば、代表的な気体
軸受は第5−8図の如き構成を有す。
第5−6図に示す例は、回転シ中フトエのまわりに多孔
質のブツシュ2を両者間に小さな隙間を残すようにして
配し、このブツシュ2の外周面に、その内周面に凹部5
を有するスリーブ3を嵌入する。スリーブ3に給気口4
を取付ける。この例では、吸気口4を介して圧縮空気を
環状の凹部5内に供給し、多孔質のブツシュ2を介して
、シャフト1とブツシュ2との間の隙間に均一分布の形
で圧縮空気を入れ、シャツ)lをブツシュ2に対し等間
隔となるよう浮上らせて軸受作用を得る。
第7図に示す例は、静圧スラスト軸受で、回転シャフト
6の下端に第1の円板7を固定させる。
この第1の円板7に対向させて多孔質の第2の円板8を
配置させ、この第2の円板8に空気だめ9とこれに通じ
る吸気口10を有するカバー11を固定させている。こ
の例では、吸気口10からの圧縮空気は第2の円板の多
孔部を通って絞られて空気の流れは均一分布となって両
日trIi7.8間の隙間に入り、この隙間内の気体の
圧力により負荷を支える。
第8図に示す例は、テイルティングバットと名称される
動圧軸受で、回転シャフト10のまわりに等間隔にバッ
ト12を円筒状のスリーブ13にピボット14を介して
支持させる。シャフト10の回転は、シャフト10まわ
りの空気をシャフト10とバット12で作るくさび状す
きまに引き込み、動圧を作り、その気体の圧力により負
荷を支える。
(本発明が解決しようとする課題) 気体軸受に用いる空気は、前述した如くオイルや水等に
比し利用できる温度域が広い。しかし、近年のように、
MHD発電、磁気浮上列車等に用いる超電導磁石の冷却
装置、或いは、レーザー、メーザ−、パラメトリック増
中器などの電子装置に用いる冷却装置は、時には、たと
えば、100に以下の極低温雰囲気下でシャフトを回転
し、且つこのシャフトを支える必要がある。
しかし、ヘリウム、ネオン等の気体でも、100に以下
といった極低温では粘性の低下が著しく、気体による負
荷能力は小さくなる。加えて、たとえば、シャフト及び
そのまわりのブツシュとの間の隙間寸法は、極低温によ
る両部材の熱膨張係数の差により常温時の隙間寸法を確
保することが難かしく、負荷能力の劣化をまねくことも
ある。
それ故に、本発明は極低温下でも負荷能力の低下を防ぐ
気体軸受を提供することを解決すべき課題とする。
(課題を解決するための手段) 最近の新素材の開発は目をはみるものがあるが、超電導
材料について言えば、イツトリウム・バリウム・銅・酸
素系;ランタノイド系各種希土類・バリウム・銅・酸素
系;ビスマス・ストロンチュウム・カルシウム・銅・酸
素系;タリウム・バリウム・カルシウム・銅・酸素系の
超電導材料は、高周波スパッタリングや化学気相法、或
いは他の蒸着法によりチタン等を含む焼結体の基板上に
生成可能となっている。この超電導材料は、極低温雰囲
気下で、電力損失なしに高密度の電流を流すことができ
る外、磁界での完全反磁性特性により強磁気シールド材
となる。
本発明は、極低温雰囲気下で超電導材料が強磁気シール
ド特性を示すことに着目し、これと磁石からなる部材と
を対向させて、気体軸受の気体の負荷能力を助成させる
ことを基本的考えとする。
この考えを具体化し、前述した本発明の課題を解決する
た控に、本発明は、運動部材と、これに隙間を介して対
向する静止部材を有し、運動部材が永久磁石からなり、
静止部材はその表面が磁気シールド特性を有する超電導
材料からなることを特徴とする超電導磁気軸受を付加し
た気体軸受を提供する。
さらに、本発明は、静止部材と、これに隙間を介して対
向する運動部材を有し、静止部材が永久磁石からなり、
運動部材はその表面が磁気シールド特性を有する超電導
材料からなることを特徴とする超電導磁気軸受を付加し
た気体軸受を提供すりに隙間を介してその表面が超電導
材料からなるバット状の静止部材を設けてなる超電導磁
気軸受を付加した気体軸受を提供する。
(作用) 常温領域では、永久磁石の磁力線は、超電導材間の隙間
の気体のi荷能力のみに応じだ軸受となる。
周囲温度が極低温即ち超電導材が超電導状態に移るとそ
の内部から磁束を絞め出マイスナー効果を示す温度以下
になると、一方の部材が他方の部材から磁力に反発して
その間に磁力による浮力を作り、極低温下で秀れた特性
を示す軸受となる。
さらに、温度が下がり、気体の粘性が低下して、気体軸
受が作用しなくなっても、超電導磁気軸受のみにより負
荷を支えることができる。
(実施例) 第1図aに示す本発明の一例は、基本構成は第6図に示
す例と同じであるが、運動部材としての回転部材である
シャフト15を、たとえば、残留磁気及び保持力の大き
いアル−磁石、Fe−Cr4;o、フェライト、Nd 
−Fe系、或いは、白金、コバルト系、サマリウム・コ
バルト系磁石を埋め込み製作する。一方、静止部材であ
るブツシュ16は、超電導材料あるいは多孔質超電導材
料、または非磁性体の内周面に超電導薄膜を形成したも
ので製作する。
本例では、マイスナー効果を示す遷移温度以上の雰囲気
下で、給気孔4からの気体は、ブツシュ16の多孔部を
通過してシャフト15まわりに均一に分散させて、シャ
フト15をブツシュ16に対して等間隔に浮上させる。
周囲温度が超電導材料の遷移温度以下に下がると、プッ
、シュ16の超電導材料により磁気シールドが成され、
磁力線は第1図aに矢印で示す如くなる。この結果、気
体の粘性が下がっても、気体の負荷能力に加えて、磁力
的に反発力による浮力が生じ、軸受としての働きを充分
になす。
第1図すに示す本発明の一例は、基本構成は第6図に示
す例と同じであるが、静止部材であるブ人さいアル==
峨石、Fe−Cr−C0%フェライト、Nd −Fe系
、或いは、白金、コバルト系、サマリウム・コバルト系
磁石を埋め込み製作する。一方、運動部材であるシャフ
ト15は、超電導材料あるいは多孔質超電導材料、また
は非磁性体の内周面に超電導薄膜を形成したもので製作
する。
本例では、マイスナー効果を示す遷移温度以上の雰囲気
下で、給気孔4からの気体は、ブツシュ16の多孔部を
通過してシャフト15まわりに均一に分散させて、シャ
フト15をブツシュ16に第1図すに矢印で示す如くな
る。この結果、気体の粘性が下がっても、気体の負荷能
力に加えて、磁力的に反発力による浮力が生じ、軸受と
しての働きを充分になす。
第2図aに示す例は、基本的には第7図に示す例と同じ
であるが、第1の円板17を永久磁石で、あるいは永久
磁石を埋め込んだ金属板で作り、第2の円板18の第1
の円板17に対向する面に超電導薄膜を生成する。この
結果、薄膜の遷移温度以上での使用は、従来と実質的に
同じであるが、しかし、該遷移温度以下に周囲温度が降
下すると、超電導薄膜が磁界で反磁性を示し、第1の円
板17からの磁力に反発し、第2図aに示す如き磁力線
図となり、第1の円板17に浮力が生じ、極低温による
気体粘性の低下があっても、内円板17.18間の気体
と共に軸受としての必要な機能を果たす。
第2図すに示す例は、基本的には第7図に示す例と同じ
であるが、第2の円板18を永久磁石で、あるいは永久
磁石を埋め込んだ金属板で作り、第1の円板17の第2
の円板18に対向する面に超電導薄膜を生成する。この
結果、薄膜の遷移温度以上での使用は、実質的に同じで
あるが、しかし、該遷移温度以下に周囲温度が降下する
と、超電導薄膜が磁界で反磁性を示し、第2の円板18
からの磁力に反発し、第2図すに示す如き磁力線図とな
り、第1の円板17に浮力が生じ、極低温による気体粘
性の低下があっても、内円板17.18間の気体と共に
軸受としての必要なa能を果たす。
第3図aに示す例は、第8図に示す動圧軸受と同一構成
であるが、回転シャツ1−19を磁石材であるいは磁石
を埋め込んだ金属体で成形し、バンド20の内面に超電
導材料の層を生成する。この例も、第1図と第2図の例
と同じ作用をするが、この場合、動圧軸受なので、シャ
フト19が回転することによって気体軸受を形成する。
したがって、シャフト19の回転によってシャフト19
とパッド20との間に動圧が生じ、その圧力によってパ
ッド20とシャフト19との間に小さな隙間を残してシ
ャフトを支える。周囲温度が下がり、超電導材料の遷移
温度以下となると、超電導材料アつく一一ゝ の[6反磁性の磁気シールド特性を示し、第3図aの如
き磁力線となり、パッド12に対する浮力を作り、極低
温下でも固体接触を起こすことなく負荷を維持できる。
第3図すに示す例は、第8図に示す動圧軸受と同一構成
であるが、パッド20を磁石材であるいは磁石を埋め込
んだ金属体で成形し、シャフト19の外周面、に超電導
材料の層を生成する。この例も、第1図と第2図の例と
同じ作用をするが、この場合、動圧軸受なので、シャツ
)19が回転することによって気体軸受を形成する。し
たがって、シャフト190回転によってシャフトエ9と
パッド20との間に動圧が生じ、その圧力によってパッ
ド20とシャフト19との間に小さな隙間を残してシャ
フトを支える。周囲温度が下がり、超電導材料の遷移温
度以下となると、超電導材料の層の反磁性の磁気シール
ド特性を示し、第3図すの如き磁力線となり、パッド1
2に対する浮力を作り、極低温下でも固体接触を起こす
ことなく負荷を維持できる。
第4図に示す例は、第3図に示す各バンドを改良し、第
3図に示す軸受を静圧型にするためのものである。勿論
、第4図のパッドを第3図aの各パッドと取替える必要
がある。磁石を持つシャフト19の周りの各パッド20
の内周面に超電導材料の層を設け、この層をシャフト1
9の外周面に離間対向させる。ステム21に中央孔22
を設け、中央孔22をシャフト19に向けて開口させる
この例では、中央孔22を介して圧縮空気を送り、パッ
ド20をシャフト19に対し静圧軸受とさせる。周囲温
度が超電導材料の遷移温度以下になると、第3図に示す
如き磁力分布となってパッド20を磁気によってシャフ
ト19に対し反発浮上させる。このため、超低温下でも
軸受としての機能を損なわない。第3図すの各パッドと
取換える時には、シャフトの外周面に超電導材料の層を
設は且つパッド19を永久磁石又は磁石を埋込んだ金属
体とすればよい。
(効果) 従来技術では極低温の雰囲気で負荷能力が減少し安定な
運転が実現できなかったことに対し、本発明によれば極
低温の雰囲気では、超電導材の磁気反発力によって減少
した気体の負荷能力を十分に補ない、常温から極低温ま
での連続運転が可能となる。
また、本発明では常温で気体軸受として作用する部材が
極低温では磁気軸受としても作用するという本発明特有
の効果があり、他に別部材の磁気軸受を設けた場合と比
較し機器の簡略化、小型化等、本発明の効果は著しい。
【図面の簡単な説明】
第1図aとbは本発明のラジアル気体軸受の一例の断面
図、第2図aとbは本発明の一例のスラスト気体軸受の
断面図、第3図aとbは本発明によるチルティングパッ
ド気体軸受の一例の断面図、第4図はパッドの一例の部
分断面図、第5図は従来例の縦断面図、第6図はその横
断面図、第7−8図は他の従来例の各断面図である。 図中: 15.19・・・・・・シャフト 16・・・・・・超電導材料の層を有するブツシュ17
.18・・・・・・円板  20・・・・・・パッド代
理人 弁理士  桑  原  英  明第2図b

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)運動部材と、これに隙間を介して対向する静止部
    材を有し、運動部材が永久磁石からなり、静止部材はそ
    の表面が磁気シールド特性を有する超電導材料からなる
    ことを特徴とする超電導磁気軸受を付加した気体軸受。
  2. (2)静止部材と、これに隙間を介して対向する運動部
    材を有し、静止部材が永久磁石からなり、運動部材はそ
    の表面が磁気シールド特性を有する超電導材料からなる
    ことを特徴とする超電導磁気軸受を付加した気体軸受。
  3. (3)隙間に気体を強制的に供給する装置を有する請求
    項(1)又は(2)の気体軸受。
  4. (4)静止部材が多孔質部材からなり気体を多孔質部材
    を介して隙間に給気させ且つ運動部材が回転自在なシャ
    フトである請求項(1)又は(2)の気体軸受。
  5. (5)運動部材と静止部材とが板状である請求項(1)
    又は(2)の気体軸受。
  6. (6)永久磁石からなる運動部材まわりに隙間を介して
    その表面が超電導材料からなるバット状の静止部材を設
    けてなる超電導磁気軸受を付加した気体軸受。
JP1076418A 1989-03-29 1989-03-29 超電導磁気軸受を付加した気体軸受 Expired - Lifetime JP2774304B2 (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112727922A (zh) * 2020-12-24 2021-04-30 北华航天工业学院 一种降低摩擦损耗和提高静压支承性能的磁液双悬浮轴承涂层处理方法

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JPS6332514A (ja) * 1986-07-25 1988-02-12 Tokyo Electric Co Ltd レ−ザ−プリンタの走査速度ムラ補正方法

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