JPH04165119A

JPH04165119A - 超電導軸受装置

Info

Publication number: JPH04165119A
Application number: JP29325690A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Takahata; 良一高畑; Hirotomo Kamiyama; 拓知上山; Kazuo Rokkaku; 和夫六角
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1990-10-29
Filing date: 1990-10-29
Publication date: 1992-06-10
Anticipated expiration: 2015-07-24
Also published as: JP3069745B2

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】産業上の利用分野この発明は、磁束侵入を許容する超ｒｌ導体を用いた超
電導軸受装置に関する。。

従来の技術超電導軸受として、たとえば、特開昭６３−２４３５２
３号公報に示すようなものが知られている。

この超電導軸受は、第１種超電導体すなわち磁束侵入を
完全に阻止する超電導体を用いており、超電導体の完全
反磁性現象を利用したものである。この超電導軸受は、
超電導体からなる回転軸の両端を、それぞれ一方磁極の
磁気を帯びた磁性体からなる１対の支持部祠の凹みにそ
れぞれ入れ、回転軸をアキシアル方向に非接触支持する
ように構成されている。

ところで、この従来の超電導軸受では、上述したように
、完全反磁性の性質を利用して非接触支持を行なうもの
ゆえ、反発方向と直交する方向が不安定となるため、回
転軸の両端を支持する支持部祠について、回転軸の両端
を包み込む形状に加工する必要があるとともに、回転軸
の両端と支持部祠との間でアキシアル方向およびラジア
ル方向で対向する部分を、磁化させる必要があり、製作
、設計が面倒なものであった。

そこで、本出願人は、簡単な構成で安定的に回転の支持
が行なえる超電導軸受として、回転軸に取付けられた永
久磁石と、これに対向するように配置される超電導体と
からなり、上記永久磁石が、上記回転軸の回転軸心の周
囲の磁束分布が回転によって変化しないように」二記回
転軸に取付けられたものであり、上記超電導体が、上記
永久磁石の磁束侵入を許容するもので、上記永久磁石の
磁束が所定量侵入する離間位置であってかつ上記回転軸
の回転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に配置
されるものである超電導軸受を提案した（特願（＋ｚ　
２−１８８６０゛３シ、　、！、、　、１１（０゜発明が解決しようとする課題上記のような超電導軸受はたとえば高真空ポンプの軸受
装置などに適用できるか、この場合、超電導軸受の運転
を開始する前に、超電導体と磁気すｄ１受の相え１位置
を決定する機構がないため、超電導軸受の運転効率が悪
いという問題がある。

また、超電導体が万一常電導化（クエンチ）した場合、
回転軸およびそのまイっりの部品が破損するという問題
がある。

この発明の目的は、上記の問題を解決した超電導軸受装
置を提供することにある。

課題を解決するための手段この発明による超電導軸受装置は、ケーシングの内側に軸方向および半径方向の移動ならび
に回転ができるように配置された回転軸が、超電導軸受
により非接触状態に回転支持されるようになされており
、上記超電導軸受が、上記回転軸に取イ＝３けられた永
久磁石と、これに対向するように上記ケーシングに取付
けられた超電導体とからなり、上記永久磁石が、上記回
転軸の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によ−って変化
しないように上記回転軸に取付けられたものであり、上
記超電導体が、上記永久磁石の磁束侵入を許容するもの
で、上記永久磁石の磁束が所定量侵入する離間位置であ
ってかつ上記回転軸の回転によって侵入磁束の分布が変
化しない位置にくるようにケーシングに取付けられてい
る超電導軸受装置であって、上記ケーシングに、上記回転軸との相対位置を設定する
ための初期位置決め機構が設けられていることを特徴と
するものである。

好ましくは、ケーシングまたは回転軸に、転がり軸受で
構成されるタッチダウン軸受が設けられている。

作　　　用超電導軸受の超電導体に侵入した永久磁石の磁束による
拘束作用でもって、永久磁石と超電導体とが所定の間隔
をあけて対向した状態で保持される。この状態において
は、永久磁石を備える回転軸をその軸心まわりに回転さ
せることが可能である。このとき、超電導体に侵入した
磁束は、磁束分布が回転軸心に対して均一で不変である
限り、回転を妨げる抵抗とはならない。

したがって、超電導体に対して所定の位置に回転軸に備
える永久磁石を相対位置させるだけで、アキシアル方向
およびラジアル方向に非接触で支持することができる。

超電導軸受の運転を開始する前に、初期位置決め機構に
より、ケーシングの超電導体と回転軸の永久磁石の相対
位置を設定することができる。そして、この相対位置を
適当に設定することにより、超電導軸受の効率の良い運
転か可能になる。

ケーシングまたは回転軸に、転がり軸受で構成されるタ
ッチダウン軸受が設けられていれば、超電導軸受が万一
クエンチした場合でも、回転軸およびそのまわりの部品
の破損が防止される。

実　　施　　例以下、図面を参照して、この発明の実施例について説明
する。

図面は超電導軸受装置の全体構成を概略的に示しており
、この軸受装置は、垂直に配置されるケーシング（１）
と、ケーシング（１）内の中心に非接触状態に回転支持
される垂直な回転軸（２）とを備えている。

ケーシング（１）は、複数の部品から構成されており、
全体として下端が開口した厚肉円筒状をなす。ケーシン
グ（１）内の上下中央部に回転軸（２）を高速回転させ
るための高周波モータ（３）が設けられ、その上下に回
転軸（２）を非接触状態に支持するための超電導軸受（
４）　（５）が設けられている。

モータ（３）は、ケーシング（１）に設けられたステー
タ（６）と、回転軸（２）に設けられたロータ（７）と
から構成されている。

上部超電導軸受（４）は、次のように構成されている。

ケーシング（１）内に、環状で中空の冷却ケース（８）
が固定されている。ケース（８）の中心にはこれを上下
に貫通する貫通穴（９）が形成され、この穴（９）に回
転軸（２）が隙間をあけて通されている。ケース（８）
の穴（９）の部分の内周壁の上下中央部に環状凹みぞ（
１０）が形成され、このみぞ（１０）の底の部分の内径
が穴（９）の内径よりかなり大きくなっている。穴あき
円板状の永久磁石（１１）が回転軸（２）に固定され、
ケース（８）のみぞ（９）に隙間をあけてはまるように
なっている。この磁石（Ｉ１）は、上端に一方磁極（例
えばＮ極）の磁気を、下端に他方磁極の磁気（例えばＳ
極）をそれぞれ帯びたものであり、回転軸（２）の回転
軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化しないように
回転軸（２）に取付けられている。ケース（８）内のみ
ぞ（９）の上側の壁の上面に、環状の上部超電導体（１
２）が固定されている・。ケース（８）内のみぞ（９）
の下側の壁の下面に、環状の下部超電導体（Ｉ３）が固
定されている。これらの超電導体（１２）（１３）は、
イー　　７　　＝ットリウム系高温超電導体、たとえばＹＢａ２Ｃｕ　３
０　ｘからなる基板の内部に常電導粒子（Ｉ２　Ｂａ＋
　Ｃｕｔ　）を均一に混在させたものからなり、永久磁
石（１１）から発せられる磁束侵入を拘束する性質を持
つものである。そして、超電導体（＋２）　（１３）は
、永久磁石（１１）の磁束が所定量侵入する離間位置で
あって、回転軸（２）の回転によって侵入磁束の分布が
変化しない位置にくるようにケース（８）に取付けられ
ている。

なお、ケース（８）の少なくともみぞ（９）の部分の壁
とその上下の超電導体（１２）（１３）に対応する内周
壁の部分は、非磁性体より構成されている。

下部超電導軸受（５）の構成は上部超電導軸受（４）と
同様であり、同じ部分には同一の符号を付している。

上下の超電導軸受（４）（５）のケース（８）は、ケー
シング（１）内に通された連通管（Ｉ４）によって連通
させられている。上部のケース（８）にはケーシング（
１）を貫通して外部にのびる冷却剤導入管（１５）が、
下部のケース（８）には同様の冷却剤排出管（Ｉ６）が
それぞれ接続されている。上部のケース゛（８）の冷却
剤導入管（１５）は冷凍機などを備えた冷却装置（１８
）の冷却剤往き管（吐出管）（１９）に、下部のケース
（８）は冷却装置（１８）の冷却剤戻り管（吸込管）　
（２０）にそれぞれ接続されている。そして、冷却装置
（１８）により、たとえば液体窒素などの冷却剤が往き
管（１９）、導入管（＋５）、上部のケース（８）、連
通管（１４）、下部のケース（８）、排出管（Ｉ６）お
よび戻り管（２０）を通して循環させられ、ケース（８
）内に満たされる冷却剤によって超電導体（１２）（１
３）が冷却される。

このため、超電導体（１２）　（１３）が超電導状態に
なって、回転軸（２）の永久磁石（ＩＩ）から発せられ
る磁束の多くが超電導体（１２）　（１３）の内部に侵
入して拘束されることになる（トラップ現象）。

ここで、超電導体（１２）　（１３）はその内部に常電
導粒子が均一に混在されているため、超電導体（］２）
（＋３）内部への侵入磁束の分布が一定となり、そのた
め、あたかも超電導体（１２）　（Ｈ）に立設した仮想
ピンに回転軸（２）の永久磁石（１１）が貫かれたよう
になり、超電導体（＋２）　（１３）に対して回転軸（
２）が拘束される。そのため、回転軸（２）は、きわめ
て安定的に浮上１．た状態で、アキシアル方向およびラ
ジアル方向に支持されることになる。

ケーシング（１）内の上部および下部に環状の保護部材
（２１）（２２）が固定され、これらに対応して、回転
軸（２）の上部および下部に１対のセラミック転がり軸
受よりなるタッチダウン軸受（２３）（２４）かそれぞ
れ設けらオドＣいる。保護部（」（２１）（２２）の内
周面に浅い現状みそ（２５）（２６）か形成されており
、このみぞ（２５）＜２６）の内側の部分にタッチダウ
ン軸受（２３）　（２４）か隙間をあけて配置されてい
る。タッチダウン軸受（２３）（２４）は、ラジアル６
；１重とアキシアルｆ；：ｊΦを受けられるものであり
、たとえば正面組合セまたは背面組合せの１対のアンギ
ュラ玉軸受よりなる。

運転中に、万一、超電導軸受（４）（５）の超電導体（
＋２）（＋３）が常電導化１−で支持力がなくなったよ
うな場合、上下のタッチダウン軸受（２３）（２４）か
ケーシング（１）の保護部十Ａ　（２１）（２２）に接
触し、これによって回転軸（２）が回転支持される。こ
のため、回転軸（２）およびそのまわりの部品の破損か
防「１−１される。

」、記の超電導軸受装置には、次のように、運転前にケ
ーシング（１）と回転軸＜２）の相’ｔ＝Ｊ位置を設定
するだめの初期位置決め装置（２７）か設けられている
。

ゲージング（１〉の下部間「１対部に、公知の適宜な手
段により昇降させられる昇降部材（２８）が設けらイ１
°Ｃいる。昇降部材（２８）の上端面に円錐状の突起（
２９）が設けられ、これに対向する回転軸（２）の下端
面にこの突起（２９）がはまる円錐穴（３０）が形成さ
れている。また、回転軸（２）のＬ端面に円錐状の突起
（３１）が設けられ、これに対向するケーシング（１）
の上壁の下面にこの突起（３１）かはまる円錐穴（３２
）が形成されている。

運転時には、昇降部材（２８）は下方の運転位置までド
降（２、ており、前記のように超電導軸受（４）（５）
によって回転軸（２）が支持されることによ一〕］− リ、昇降部材（２８）の突起（２９）が回転軸（２）の
円錐穴（３０）の壁から離れるとともに、回転軸（２）
の突起（３１）がケーシング（１）の円錐穴（３２）の
壁から離れている。また、回転軸（２）はゲージング（
１）のほぼ中心に支持された状態で回転し、永久磁石（
１１）はケース（８）のみそく９）内のほぼ上ド中央に
支持されている。

停止時には、通常、冷却装置（１８）からの冷却剤の供
給も停止している。このため、超電導体（１２）（１３
）は常電導状態になり、支持力かなくなっている。この
ため、回転軸（２）は、タッチダウン軸受（２３）　（
２４）を介してゲージング（１）に支持された状態で停
止している。

このような停止状態の軸受装置は、次のようにして運転
状態にされる。

まず、昇降部材（２８）を上方の設定位置まで上昇させ
る。昇降部ＪｒＡ’（２８）か上昇すると、まず、昇降
部材（２８）の突起（２９）が回転軸（２）の円錐穴（
３０〉に密接して、回転軸（２）が上に持ち上げられ、
回転軸（２）の突起（３１）かケーシング（１）の円錐
穴（３２）に密接して、回転軸（２）および昇降部材（
２８）が停止する。このように昇降部＋−１（２３）お
よび回転軸（２）の円錐状の突起（２９）（３］）が回
転軸り２）およびケーシング（１）の円錐穴（３０）（
３２）にはまることにより、回転軸（２）かゲージング
（１）の中心に位置決めされる。また、このとき、永久
磁石（１１）はケース（８）のみそ（９）の上側の壁に
接近し、この壁から永久磁石（１１）の上面までの距離
はみぞ（９）のｆ側の壁から永久磁石（１１）の下面ま
での距離より小さくなっている。

このように回転軸（２）が位置決めされたならば、冷却
装置（１８）により超電導軸受（４）（５）に冷却剤を
循環させて、超電導体（１２）　（＋３）を冷却する。

超電導体（１２）（１３）が冷却されて超電導状態にな
ると、前述のように支持力が発生ずるので、昇降部材（
２８）を運転位置まで下降させて、これによる支持をな
くす。昇降部材（２８）による支持力がなくなると、回
転軸（２）は自重で若干下降して、超電導軸受（４）（
５’）の磁気反発力およびピン止め力と釣合う位置に停
止する。これにより、永久磁石（１１）がケース（８）
のみぞ（９）内のほぼ上下中央に支持され、回転軸（２
）が前述のように非接触状態に支持されるので、モータ
（３）により回転軸（２）を回転させて、運転を開始す
る。

超電導軸受（４）　（５）の構成などは、上記実施例の
ものに限らず、適宜変更可能である。超電導軸受には、
回転軸の外周に円筒状の永久磁石が取付けられて、その
一端に一方磁極の磁気を、他端に他方磁極の磁気をそれ
ぞれ帯びており、この永久磁石の周囲に円筒状、部分円
筒状または板状の超電導体が配置される形式のものもあ
るが、このような超電導軸受を使用した超電導軸受装置
にもこの発明は適用できる。

発明の効果この発明の超電導軸受装置によれば、上述のように、簡
単な構造の超電導軸受で回転軸を安定的に支持すること
ができるとともに、運転前にケーシングと回転軸の相対
位置を適当に設定して、効率の良い運転をすることがで
きる。

また、ケーシングまたは回転軸に、転がり軸受で構成さ
れるタッチダウン軸受を設けることにより、超電導軸受
が万一常電導化した場合でも、回転軸およびそのまわり
の部品の破損を防１１−することができる。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の実施例を示す超電導軸受装置の概略
縦断面図である。　　　　゛（１）・・・ケーシング、
（２）・・・回転軸、（４）（５）・・・超電導軸受、
（１１）・・・永久磁石、（１２）（！３）・・・超電
導体、（２３）　（２４）・・・タッチダウン軸受、（
２７）・・・初期位置決め装置。以　　上

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ケーシングの内側に軸方向および半径方向の移動
ならびに回転ができるように配置された回転軸が、超電
導軸受により非接触状態に回転支持されるようになされ
ており、上記超電導軸受が、上記回転軸に取付けられた
永久磁石と、これに対向するように上記ケーシングに取
付けられた超電導体とからなり、上記永久磁石が、上記
回転軸の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化
しないように上記回転軸に取付けられたものであり、上
記超電導体が、上記永久磁石の磁束侵入を許容するもの
で、上記永久磁石の磁束が所定量侵入する離間位置であ
ってかつ上記回転軸の回転によって侵入磁束の分布が変
化しない位置にくるようにケーシングに取付けられてい
る超電導軸受装置であって、上記ケーシングに、上記回転軸との相対位置を設定する
ための初期位置決め機構が設けられていることを特徴と
する超電導軸受装置。
（２）上記ケーシングまたは回転軸に、転がり軸受で構
成されるタッチダウン軸受が設けられていることを特徴
とする請求項（１）の超電導軸受装置。