JPH02309013A - 超電導磁気軸受 - Google Patents

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、超電導材のマイスナー効果により永久磁石に
対して生ずる反発力を利用して回転軸を支承する超電導
磁気軸受にかかり、特にスラスト支持用として構成され
るものに関する。

〈従来の技術〉 一般に、非接触で回転軸を支承する軸受として磁気軸受
や動圧や静圧を用いた流体軸受などがある。磁気軸受で
は、例えば永久磁石どうし、もしくは永久磁石と電磁石
とを対向配置させて、磁石の吸引力もしくは反発力によ
り、回転軸をアキシャル方向またはラジアル方間に支え
るように構成される。また、流体軸受では、回転軸の周
部に円筒部材を設け、両者間に油などの流体を封入する
構造で、流体の介在により回転軸をラジアル方向に支え
るものである。

これら磁気軸受どうしの組み合わせ、または磁気軸受と
流体軸受とを組み合わせて、回転軸のアキシャル荷重と
ラジアル荷重とを受けるように構成される。

ところで、近年においては、超１を導材のマイスナー効
果により永久磁石に対して生ずる反発力を利用する超電
導磁気軸受が考えられている。この超電導磁気軸受は、
磁気軸受と基本的に同じ考えであって、超電導材と永久
磁石とを対向配置させた構造である。

この超電導磁気軸受をスラスト支持用とする場合、回転
軸の端部に超電導材（または永久磁石）を取り付け、そ
れと対向する部位に永久磁石（または超電導材）を固定
配置すればよい。

〈発明が解決しようとする課題〉 しかしながら、上記スラスト支持用の超電導磁気軸受に
おいて、超電導材および永久磁石を、はぼ同一外径を有
する円柱形状（または角柱形状）に形成した場合、回転
軸のアキシャル荷重を受けることが可能であるものの、
ラジアル方向で回転軸が不安定なため、回転軸を回転さ
せると回転振れが生ずることになる。

このようなことから、従来、回転軸を非接触で支持する
場合、回転軸の両端においてスラスト支持用の軸受およ
びラジアル支持用の軸受がそれぞれ必要になるなど、回
転軸の支持構造が複雑になっていた。

本発明はこのような事情に浅みて創案されたもので、ア
キシャル荷重を受けることに加えて調心性を持たせるよ
うにし、回転軸を安定的に支持できるようにしながらも
、回転軸の支持構造を簡素化できるようにすることを目
的としている。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、このような目的を達成するために、回転軸の
端部および該端部に対向する部位のいずれか一方に設け
られる超電導材と、他方に設けられる永久磁石とを備え
たスラスト支持用の超電導磁気軸受において、次のよう
な構成をとる。

本発明の超電導磁気軸受は、前記超電導材、永久磁石の
いずれか一方が、他方の端部よりも大径の内径に設定さ
れた筒部を有する形状に形成されているとともに、前記
永久磁石の磁化方間が回転軸のアキシャル方向に対して
平行に配向された構成に特徴を有する。

く作用〉 上記構成によると、超電導材と永久磁石とのいずれか一
方の湾部開放側で他方の端部が囲まれるので、筒部の中
心に対して他方を保持させようとする力が働く。これが
回転軸の軸心を一定に保つ調心作用となる。

そこで、回転軸の両端部分に、例えば、本発明にかかる
超電導磁気軸受を配置すれば、スラスト支持のみならず
、ラジアル支持としても機能するため、回転軸の支持構
造が極めて簡単なものとなるゆ 〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する
。

第１図に本発明の一実施例を示している。本実施例では
、かかる超電導磁気軸受を回転軸の上下両端にそれぞれ
設けた例を挙げている。図に示すように、縦に配置され
た回転軸１の上端および下端には、回転軸１と同一直径
を有する球形の永久磁石２．３が取り付けられており、
この永久磁石２．３の磁化方向は、回転軸１のアキシャ
ル方向に対して平行に配向されている。そして、永久磁
石２．３それぞれに対向する位置に、円筒形の超電導材
４，５が固定配置されている。この超電導材４，５の内
径は永久磁石２．３の直径よりも大きな寸法に設定され
ている。即ち、永久磁石２と超電導材４との組み合わせ
、永久磁石３と超電導材５との組み合わせでそれぞれ超
電導磁気軸受が構成される。

この構造によると、超電導材４．５のマイスナー効果に
より永久磁石２，３を回転軸１のアキシャル方向に反発
するので、この反発力によって回転軸１のスラスト薄型
が支えられる。しかも、超電導材４．５が円筒形で、そ
の内径が球形の永久磁石２．３の直径よりも大きく、超
電導材４．５の開放側円筒部分が永久磁石２，３の端部
を囲んでいるので、超電導材４．５の永久磁石２．３に
対する反発力は、永久磁石２．３の中心向きにも働く。

そのために、永久磁石２．３および回転軸１の軸心が超
電導材４，５の軸心に対して一致するように保持される
ことになる。ところで、上記実施例のように回転軸ｌを
縦軸とした場合、回転軸１の重量を考慮して、下側に配
置する超電導磁気軸受の反発力を上側に配置する超電導
磁気軸受の反発力よりも大きく設定するのが望ましい。

次に、回転軸１を回転させたときの動作を説明する。

例えば、回転軸１の中央位置に例えばタービン部（図示
省略）を設け、このタービン部に向けてエアーを噴射さ
せることで回転軸１を回転制御するか、あるいは回転軸
１の周部にステッピングモータを配置して、このモータ
によって回転軸１を回転制御する。

このような手段にて回転軸１を回転させると、その上下
両端に配した超電導磁気軸受が上述したような理由によ
り回転軸１の回転軸心を一定に保つ自動調心機能を発揮
するので、従来のようにラジアル支持用の軸受を用いず
とも、回転軸１の回転を安定的に支えることができるよ
うになる。但し、永久磁石２，３の磁化方向を回転軸１
のラジアル方向に記聞した場合、回転軸１の副心性が得
られず、回転軸１が不安定になった。

ところで、第２図に示すように、回転軸ｌの一端側に上
述した超電導磁気軸受を、回転軸１の他端側にラジアル
支持用の磁気軸受または流体軸受６をそれぞれ配置した
回転軸支持構造として実施することも可能である。

また、上記構成において、球形の永久磁石２゜３を固定
部位に、円筒形の超電導材４．５を回転軸１にと、前記
とは逆にそれぞれ設けることも可能であるとともに、永
久磁石２．３を円筒形に、超電導材４，５を球形にする
ことも可能である。

さらに、第３図および第４図に示すように、永久磁石（
または超電導材）　２を円錐形または円柱形にし、超電
導材（または磁石）４を円錐形凹部４Ａまたは円柱形凹
部４Ｂを有する有底筒形に形成するようにしてもよく、
その場合でも上記実施例とほぼ同様の作用効果を有する
。

また、第５図に示すように、下方軸端部の球形部に動圧
溝を形成し、超電導磁気軸受に許容負荷以上のアキシャ
ル荷重がかかった場合に補助浮上刃を付加させることも
できる。

〈発明の効果〉 以上説明したように、本発明の超電導磁気軸受は、アキ
シャル荷重を受けることに加えて、回転軸の軸心を一定
に保つ調心機能を持つので、ラジアル支持用の軸受を用
いずとも、回転軸を安定に支持でき、その結果として、
簡素な構成の回転軸支持構造を実現できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の超電導磁気軸受を使用した
回転軸支持構造を示す断面図、第２図は本発明の他の応
用例である回転軸支持構造を示す断面図である。また、
第３図ないし第５図は本発明の他の実施例の超電導磁気
軸受を示す断面図である。 １・・・回転軸、　　　２．３・・・永久磁石、４．５
・・・超電導材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転軸の端部および該端部に対向する部位のいず
   れか一方に設けられる超電導材と、他方に設けられる永
   久磁石とを備えたスラスト支持用の超電導磁気軸受にお
   いて、 前記超電導材、永久磁石のいずれか一方が、他方の端部
   よりも大径の内径に設定された筒部を有する形状に形成
   されているとともに、前記永久磁石の磁化方向が回転軸
   のアキシャル方向に対して平行に配向されていることを
   特徴とする超電導磁気軸受。