JPH06200942A - 超伝導ベアリングアセンブリ - Google Patents
超伝導ベアリングアセンブリInfo
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- JPH06200942A JPH06200942A JP5246998A JP24699893A JPH06200942A JP H06200942 A JPH06200942 A JP H06200942A JP 5246998 A JP5246998 A JP 5246998A JP 24699893 A JP24699893 A JP 24699893A JP H06200942 A JPH06200942 A JP H06200942A
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- superconducting
- coil
- bearing assembly
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
- H02N15/04—Repulsion by the Meissner effect
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part
- F16C32/0438—Passive magnetic bearings with a conductor on one part movable with respect to a magnetic field, e.g. a body of copper on one part and a permanent magnet on the other part with a superconducting body, e.g. a body made of high temperature superconducting material such as YBaCuO
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
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- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 超伝導体の周囲の磁場を強くし、且つ超伝導
体の表面に入り込む磁束を最小限に抑える。 【構成】 臨界温度Ｔｃの超伝導材料にて、ベアリング
構造体３２を形成する。ベアリング構造体３２に対し
て、回転可能にコイル１０を並置する。冷却手段によっ
て、コイル１０及びベアリング構造体３２をＴｃ以下に
保持する。ベアリング構造体３２が超伝導状態となった
後で、電源１４からヒータ２２を用いてコイル１０に電
流を誘起する。 【効果】 コイルの励磁によって生じた磁場により、大
きな浮揚力が得られる。
体の表面に入り込む磁束を最小限に抑える。 【構成】 臨界温度Ｔｃの超伝導材料にて、ベアリング
構造体３２を形成する。ベアリング構造体３２に対し
て、回転可能にコイル１０を並置する。冷却手段によっ
て、コイル１０及びベアリング構造体３２をＴｃ以下に
保持する。ベアリング構造体３２が超伝導状態となった
後で、電源１４からヒータ２２を用いてコイル１０に電
流を誘起する。 【効果】 コイルの励磁によって生じた磁場により、大
きな浮揚力が得られる。
Description
【０００１】
【技術分野】本発明は、超伝導回転装置に関し、特に磁
束を排除するマイスナ効果によって浮揚力を得る超伝導
ベアリングに関する。
束を排除するマイスナ効果によって浮揚力を得る超伝導
ベアリングに関する。
【０００２】
【背景技術】高温超伝導体が発見され、この高温超伝導
体を利用した提案が多くなされている。ワイヤ状の高温
超伝導材料を、トランスの巻回部として（transformer
winding ）［タシロらによる米国特許第５，１０７，２
４０号参照］、超伝導磁石として［アッカーマン（Acke
rmann）らによる米国特許第５，１１３，１６５号参
照］、超伝導電流コネクタを形成するために［ラスカリ
ス（Laskaris ）らによる米国特許第４，８９５，８３
１号参照］、他の目的のために［ステファン（Stepha
n）らによる米国特許第４，９２３，８５０号参照］用
いると、効果的である。
体を利用した提案が多くなされている。ワイヤ状の高温
超伝導材料を、トランスの巻回部として（transformer
winding ）［タシロらによる米国特許第５，１０７，２
４０号参照］、超伝導磁石として［アッカーマン（Acke
rmann）らによる米国特許第５，１１３，１６５号参
照］、超伝導電流コネクタを形成するために［ラスカリ
ス（Laskaris ）らによる米国特許第４，８９５，８３
１号参照］、他の目的のために［ステファン（Stepha
n）らによる米国特許第４，９２３，８５０号参照］用
いると、効果的である。
【０００３】ワード（Ward）らによる米国特許第５，０
１５，６２２号には、超伝導ステッピングモータが開示
されている。この超伝導ステッピングモータでは、適宜
の励磁により、磁化された粒子がスタータの上に浮かん
で、スタータの表面を移動している。ロイド（Lloyd ）
らによる米国特許第５，０６６，６３８号及びサワダら
による米国特許第５，０９９，１６２号には、電気モー
タの巻回部に超伝導材料からなるコイルを使用すること
が開示されている。これら各特許において、超伝導巻回
部の支持構造は従来のベアリングと同様である。
１５，６２２号には、超伝導ステッピングモータが開示
されている。この超伝導ステッピングモータでは、適宜
の励磁により、磁化された粒子がスタータの上に浮かん
で、スタータの表面を移動している。ロイド（Lloyd ）
らによる米国特許第５，０６６，６３８号及びサワダら
による米国特許第５，０９９，１６２号には、電気モー
タの巻回部に超伝導材料からなるコイルを使用すること
が開示されている。これら各特許において、超伝導巻回
部の支持構造は従来のベアリングと同様である。
【０００４】ベアリングに高温超伝導体を用いることが
提案されている。このようなベアリングは、マイスナ効
果を利用して、磁力線源と超伝導面との間に安定した浮
揚力を得るものである。マイスナ効果は、磁力線によっ
て誘起された超伝導面上の循環電流により、磁力線が超
伝導面を透過することが阻止されるときに生じる反発で
ある。さらに、磁力線源が超伝導面に並置される時、磁
力線が超伝導面から発散され、磁気圧が磁力線源と超伝
導面との間に生じて浮揚力が生じる。
提案されている。このようなベアリングは、マイスナ効
果を利用して、磁力線源と超伝導面との間に安定した浮
揚力を得るものである。マイスナ効果は、磁力線によっ
て誘起された超伝導面上の循環電流により、磁力線が超
伝導面を透過することが阻止されるときに生じる反発で
ある。さらに、磁力線源が超伝導面に並置される時、磁
力線が超伝導面から発散され、磁気圧が磁力線源と超伝
導面との間に生じて浮揚力が生じる。
【０００５】マイスナ効果を利用したベアリングは、ム
ーン（Moon）らによる米国特許第４，９３９，１２０
号、ゴードン（Gordon）らによる米国特許第４，９５
６，５７１号、ウィークス２世（Weeks,II）らによる米
国特許第５，０６１，６７９号に開示されている。上記
各特許に開示されたベアリングでは、永久磁石が超伝導
面に並置されている。このような条件において（特に第
２種超伝導体）、ベアリングが極低温に冷却されたとき
に、磁力線が超伝導材料にトラップされてピンニング
（pinning ）動作が生じる。第１種超伝導体では、同様
な磁束の排除が、ピンニング現象が生じること無く見ら
れる。いずれの場合も、磁束の排除により生じた圧力
（浮揚力）は減少する。このように、浮揚圧力は上記構
造により得られるが、超伝導ベアリングのロード・ベア
リング特性は劣っている。
ーン（Moon）らによる米国特許第４，９３９，１２０
号、ゴードン（Gordon）らによる米国特許第４，９５
６，５７１号、ウィークス２世（Weeks,II）らによる米
国特許第５，０６１，６７９号に開示されている。上記
各特許に開示されたベアリングでは、永久磁石が超伝導
面に並置されている。このような条件において（特に第
２種超伝導体）、ベアリングが極低温に冷却されたとき
に、磁力線が超伝導材料にトラップされてピンニング
（pinning ）動作が生じる。第１種超伝導体では、同様
な磁束の排除が、ピンニング現象が生じること無く見ら
れる。いずれの場合も、磁束の排除により生じた圧力
（浮揚力）は減少する。このように、浮揚圧力は上記構
造により得られるが、超伝導ベアリングのロード・ベア
リング特性は劣っている。
【０００６】本発明の第１の目的は、改良された磁気ベ
アリングを提供することである。本発明の第２の目的
は、磁束の排除効果が強化された磁気ベアリングを提供
することである。本発明の第３の目的は、超伝導体の表
面に入り込む磁束を最小限にする磁気ベアリングを作動
させる方法を提供することである。
アリングを提供することである。本発明の第２の目的
は、磁束の排除効果が強化された磁気ベアリングを提供
することである。本発明の第３の目的は、超伝導体の表
面に入り込む磁束を最小限にする磁気ベアリングを作動
させる方法を提供することである。
【０００７】本発明の第４の目的は、永久磁石による磁
場よりも強い磁場を超伝導ベアリングに生成する手段を
提供することである。
場よりも強い磁場を超伝導ベアリングに生成する手段を
提供することである。
【０００８】
【発明の概要】超伝導ベアリングアセンブリは、超伝導
状態となり且つ超伝導構造体となるコイルフィールド源
を有する。コイルフィールド源は、相対的な回転運動が
可能となるように配置される。電源がコイルフィールド
源に電流を誘起する前に、ベアリング構造体及びコイル
フィールド源は極低温とされる。故に、マイスナ効果が
得られ、磁束の排除が超伝導構造体に見られる。また、
超伝導コイルから得られる磁場は、永久磁石の磁場に比
較して２倍乃至８倍の強度を有する。磁気圧は磁場の強
度の２乗に比例するので、永久磁石に比較して４倍乃至
８倍の磁気圧が得られる。
状態となり且つ超伝導構造体となるコイルフィールド源
を有する。コイルフィールド源は、相対的な回転運動が
可能となるように配置される。電源がコイルフィールド
源に電流を誘起する前に、ベアリング構造体及びコイル
フィールド源は極低温とされる。故に、マイスナ効果が
得られ、磁束の排除が超伝導構造体に見られる。また、
超伝導コイルから得られる磁場は、永久磁石の磁場に比
較して２倍乃至８倍の強度を有する。磁気圧は磁場の強
度の２乗に比例するので、永久磁石に比較して４倍乃至
８倍の磁気圧が得られる。
【０００９】
【実施例】上述したように、従来の超伝導ベアリング
は、磁場の発生源として永久磁石を用いていた。永久磁
石によって得られる浮揚圧は、自由空気磁気通路（free
airmagnetic paths ）に対しておよそ５０００ガウス
または０．５テスラの希土類磁石の最大磁場によって制
限される。これによって、磁気浮揚圧は約１０乃至２０
ニュートン／cm2 に制限される。
は、磁場の発生源として永久磁石を用いていた。永久磁
石によって得られる浮揚圧は、自由空気磁気通路（free
airmagnetic paths ）に対しておよそ５０００ガウス
または０．５テスラの希土類磁石の最大磁場によって制
限される。これによって、磁気浮揚圧は約１０乃至２０
ニュートン／cm2 に制限される。
【００１０】磁気浮揚圧力はシャフトの直径に比例する
ので、超伝導磁石の巻回部によって、小さいロータ（直
径２〜３cm）では２テスラまでの磁場が生成され、大き
なシャフト径では３〜４テスラまでの磁場が生成される
ことを、本発明は利用している。磁気浮揚圧は磁場の２
乗に比例するので、２テスラの磁場によって、バイアス
された希土類磁石・超伝導ベアリングに比較すると１６
倍の磁気浮揚圧及び浮揚力を生成することができる。な
お、本発明では、磁場の生成に超伝導コイル構造体を用
いているが、非超伝導コイル構造体（すなわち、導体）
をスタータとして用いることもできる。この場合、超伝
導コイル構造体と同一寸法で形成しても生じる磁場の強
度は小さくなる。
ので、超伝導磁石の巻回部によって、小さいロータ（直
径２〜３cm）では２テスラまでの磁場が生成され、大き
なシャフト径では３〜４テスラまでの磁場が生成される
ことを、本発明は利用している。磁気浮揚圧は磁場の２
乗に比例するので、２テスラの磁場によって、バイアス
された希土類磁石・超伝導ベアリングに比較すると１６
倍の磁気浮揚圧及び浮揚力を生成することができる。な
お、本発明では、磁場の生成に超伝導コイル構造体を用
いているが、非超伝導コイル構造体（すなわち、導体）
をスタータとして用いることもできる。この場合、超伝
導コイル構造体と同一寸法で形成しても生じる磁場の強
度は小さくなる。
【００１１】超伝導磁石の巻回部に電流を循環させるた
めに、巻回部が超伝導状態にあるときに電荷を有してい
なければならない。この動作を行う回路を図１に示す。
図１において、巻回部を閉じた超伝導コイル１０として
示す。コイル１０はエンクロージャ１２の内部に保持さ
れている。電源１４は、コイル１０に接して離間配置さ
れた１対の端子１８，２０にスイッチ１６を介して接続
されている。ヒータ２２は、コイル１０の端子１８，２
０間の巻線部２４に並置され、ヒータ源２６に接続され
ている。
めに、巻回部が超伝導状態にあるときに電荷を有してい
なければならない。この動作を行う回路を図１に示す。
図１において、巻回部を閉じた超伝導コイル１０として
示す。コイル１０はエンクロージャ１２の内部に保持さ
れている。電源１４は、コイル１０に接して離間配置さ
れた１対の端子１８，２０にスイッチ１６を介して接続
されている。ヒータ２２は、コイル１０の端子１８，２
０間の巻線部２４に並置され、ヒータ源２６に接続され
ている。
【００１２】ヒータ２２がヒータ源２６によって加熱さ
れると、コイルの巻線部２４では超伝導状態が失われて
端子１８，２０間に抵抗が現れる。スイッチ１６によっ
て電源１４が端子１８，２０及び抵抗状態の巻線部２４
に接続されると、電流が流れる。ヒータ源２６によって
ヒータ２２が加熱されている間は、コイル１０の残りの
部分が極低温に冷却されているにも拘らず、通常の状態
で流れ続ける。プロセッサ２８または同等のシーケンサ
が、電源１４、スイッチ１６及びヒータ源２６の動作を
制御する。
れると、コイルの巻線部２４では超伝導状態が失われて
端子１８，２０間に抵抗が現れる。スイッチ１６によっ
て電源１４が端子１８，２０及び抵抗状態の巻線部２４
に接続されると、電流が流れる。ヒータ源２６によって
ヒータ２２が加熱されている間は、コイル１０の残りの
部分が極低温に冷却されているにも拘らず、通常の状態
で流れ続ける。プロセッサ２８または同等のシーケンサ
が、電源１４、スイッチ１６及びヒータ源２６の動作を
制御する。
【００１３】コイル１０に所望の電流を循環させるため
に、巻線部２４が抵抗状態となるように、ヒータ２２は
最初は加熱される。スイッチ１６が閉じて電源１４が端
子１８，２０に電気的に接続されると、コイル１０に電
流が流れる。次に、プロセッサによってヒータ源２６を
遮断する。その後まもなくコイルの巻線部２４が超伝導
状態に近づいた時、スイッチ１６によって電源１４は端
子１８，２０から切り離され、コイル１０に電流が循環
する。
に、巻線部２４が抵抗状態となるように、ヒータ２２は
最初は加熱される。スイッチ１６が閉じて電源１４が端
子１８，２０に電気的に接続されると、コイル１０に電
流が流れる。次に、プロセッサによってヒータ源２６を
遮断する。その後まもなくコイルの巻線部２４が超伝導
状態に近づいた時、スイッチ１６によって電源１４は端
子１８，２０から切り離され、コイル１０に電流が循環
する。
【００１４】図２に、マイスナ効果を生ぜしむる磁束の
発生源としてコイル１０を用いた超伝導ベアリング構造
体を示す。コイル１０は、シャフト３０の下部に巻回さ
れている。シャフト３０は、高温超伝導ベアリング構造
体（ＨＴＳＣ）３２の円筒形の差込み部３１と嵌合して
いる。ベアリング構造体全体が超伝導状態となった後、
コイル１０が図１の回路によって励磁される間は、コイ
ル１０によって生じた磁力線はベアリング構造体３２を
貫通することができない。故に、磁力線は、ベアリング
構造体３２の差込み部３１の円筒面によって制約を受け
て、シャフト３０を上昇せしめて平衡状態に保つ磁気圧
を生じる。一方、図示しないが、コイル１０への接続及
びコイルにはめ込まれたヒータ２２（図示せず）への接
続は、シャフト３０の円周面上の接触パッドによって行
われる。
発生源としてコイル１０を用いた超伝導ベアリング構造
体を示す。コイル１０は、シャフト３０の下部に巻回さ
れている。シャフト３０は、高温超伝導ベアリング構造
体（ＨＴＳＣ）３２の円筒形の差込み部３１と嵌合して
いる。ベアリング構造体全体が超伝導状態となった後、
コイル１０が図１の回路によって励磁される間は、コイ
ル１０によって生じた磁力線はベアリング構造体３２を
貫通することができない。故に、磁力線は、ベアリング
構造体３２の差込み部３１の円筒面によって制約を受け
て、シャフト３０を上昇せしめて平衡状態に保つ磁気圧
を生じる。一方、図示しないが、コイル１０への接続及
びコイルにはめ込まれたヒータ２２（図示せず）への接
続は、シャフト３０の円周面上の接触パッドによって行
われる。
【００１５】図３に、中央に軸受け部３６を有するＨＴ
ＳＣベアリング構造体３４の一部が図示されている。ド
ーナッツ状のコイル３８の励磁により生じた磁力線は、
軸受け部３６及びＨＴＳＣベアリング構造体３４の水平
部分によって流されて、コイル３８を軸受け部３６を中
心とする中心位置に保持する。図２と同様に、ＨＴＳＣ
構造体３４が超伝導状態となった後でコイル３８は励磁
されるべきである。これによって、コイル３８によって
生成した磁力線のトラップが防止されて、浮揚磁気圧が
最大となる。
ＳＣベアリング構造体３４の一部が図示されている。ド
ーナッツ状のコイル３８の励磁により生じた磁力線は、
軸受け部３６及びＨＴＳＣベアリング構造体３４の水平
部分によって流されて、コイル３８を軸受け部３６を中
心とする中心位置に保持する。図２と同様に、ＨＴＳＣ
構造体３４が超伝導状態となった後でコイル３８は励磁
されるべきである。これによって、コイル３８によって
生成した磁力線のトラップが防止されて、浮揚磁気圧が
最大となる。
【００１６】図４において、複数のディスクリートＨＴ
ＳＣディスク４０は、シャフト４４に装着された回転コ
イル４２用のスラストベアリング構造体を形成する。コ
イル４２を中心としてディスク４０を等間隔に配置する
ことによって、コイル４２によって生じた磁場によりシ
ャフト４４は安定した浮揚状態に保持される。図５にお
いて、複数のディスクリートＨＴＳＣディスク４６は、
コイル５０が装着されたロータ４８を包囲するように支
持体４７に配置されている。よって、コイルによって生
じた磁場は、ロータ４８を囲む空間５２内に閉じこめら
れて安定した浮揚力を生成する。
ＳＣディスク４０は、シャフト４４に装着された回転コ
イル４２用のスラストベアリング構造体を形成する。コ
イル４２を中心としてディスク４０を等間隔に配置する
ことによって、コイル４２によって生じた磁場によりシ
ャフト４４は安定した浮揚状態に保持される。図５にお
いて、複数のディスクリートＨＴＳＣディスク４６は、
コイル５０が装着されたロータ４８を包囲するように支
持体４７に配置されている。よって、コイルによって生
じた磁場は、ロータ４８を囲む空間５２内に閉じこめら
れて安定した浮揚力を生成する。
【００１７】図６に、ロータ６０がＨＴＳＣ差込み部６
２を含む超伝導ロータベアリングシステムを図示する。
スタータ超伝導コイル６４は、円筒形の差込み空間６６
と開口６８とを有する。コイル６４の励磁により生成さ
れた磁力線は、ＨＴＳＣ差込み部６２の周囲に流され
て、ＨＴＳＣ差込み部６２を浮揚させる電磁気圧を生成
し、ＨＴＳＣ差込み部６２が差込み領域６６の周面に接
触することを防止している。コイル６４は固定部材とし
て示され、ＨＴＳＣ差込み部６２は回転部材として示さ
れているが、両者の相対的な配置は逆であっても超伝導
ロータベアリングシステムを形成することができる。
２を含む超伝導ロータベアリングシステムを図示する。
スタータ超伝導コイル６４は、円筒形の差込み空間６６
と開口６８とを有する。コイル６４の励磁により生成さ
れた磁力線は、ＨＴＳＣ差込み部６２の周囲に流され
て、ＨＴＳＣ差込み部６２を浮揚させる電磁気圧を生成
し、ＨＴＳＣ差込み部６２が差込み領域６６の周面に接
触することを防止している。コイル６４は固定部材とし
て示され、ＨＴＳＣ差込み部６２は回転部材として示さ
れているが、両者の相対的な配置は逆であっても超伝導
ロータベアリングシステムを形成することができる。
【００１８】上記の全ての構成において、電磁コイルが
循環電流にて電荷を備えたときにシステムの温度が転移
温度以下になっていることが大切である。これによっ
て、磁力線は、ＨＴＳＣ構造体によるトラップが防止さ
れて、ベアリング構造体に生成される浮揚力が最大にな
る。超伝導コイルは、極低温で超伝導特性を呈する材料
にて形成される。このような材料として、例えば、ニオ
ブ・チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）、ニオブ・錫（Ｎｂ−Ｓ
ｎ）、ＹＢＣＯ（イットリウム、バリウム、銅、酸素）
及びＢＳＣＣＯ（ビスマス、ストロンチウム、カルシウ
ム、銅、酸素）からなるワイヤや、永久電流スイッチを
含む超伝導ワイヤなどが用いられる。ＨＴＳＣ差込み部
やベアリング構造体は、ＹＢＣＯまたはＢＳＣＣＯにて
形成される。
循環電流にて電荷を備えたときにシステムの温度が転移
温度以下になっていることが大切である。これによっ
て、磁力線は、ＨＴＳＣ構造体によるトラップが防止さ
れて、ベアリング構造体に生成される浮揚力が最大にな
る。超伝導コイルは、極低温で超伝導特性を呈する材料
にて形成される。このような材料として、例えば、ニオ
ブ・チタン（Ｎｂ−Ｔｉ）、ニオブ・錫（Ｎｂ−Ｓ
ｎ）、ＹＢＣＯ（イットリウム、バリウム、銅、酸素）
及びＢＳＣＣＯ（ビスマス、ストロンチウム、カルシウ
ム、銅、酸素）からなるワイヤや、永久電流スイッチを
含む超伝導ワイヤなどが用いられる。ＨＴＳＣ差込み部
やベアリング構造体は、ＹＢＣＯまたはＢＳＣＣＯにて
形成される。
【００１９】実施例 磁気浮揚力を試すために、小型の低温超伝導フラットソ
レノイドが温度４．２Ｋにて１乃至２テスラの磁場を生
成するように設計される。図７に示す超伝導コイルは、
内径が３．２ｍｍ及び外径が２３．５ｍｍのニオブチタ
ンワイヤの４５３ターン及び２８層からなり、磁場の発
生源となっている。コイルは液体窒素温度でガウスメー
タにて調整されている。計算では、１００Ａの電流によ
って２テスラを上回る磁場が生成されることになってい
る。コイルは、コイルに作用する力を測定するロードセ
ルに取り付けられる。４つの歪ゲージがロードセルに取
り付けられて、トルクを測定器から除去している。
レノイドが温度４．２Ｋにて１乃至２テスラの磁場を生
成するように設計される。図７に示す超伝導コイルは、
内径が３．２ｍｍ及び外径が２３．５ｍｍのニオブチタ
ンワイヤの４５３ターン及び２８層からなり、磁場の発
生源となっている。コイルは液体窒素温度でガウスメー
タにて調整されている。計算では、１００Ａの電流によ
って２テスラを上回る磁場が生成されることになってい
る。コイルは、コイルに作用する力を測定するロードセ
ルに取り付けられる。４つの歪ゲージがロードセルに取
り付けられて、トルクを測定器から除去している。
【００２０】超伝導サンプルの変位は、一端が可動部に
固着された構造体の他端に固着された細いビームによっ
て測定される。超伝導サンプルは、可動ロッドに固定さ
れたサンプルホルダに配置される。ロッドの他端は、モ
ータを有する変換ステージに固定されている。液体ヘリ
ウム温度に冷却された後で、実験に入る前にロードセル
及び変位ゲージは調整される。
固着された構造体の他端に固着された細いビームによっ
て測定される。超伝導サンプルは、可動ロッドに固定さ
れたサンプルホルダに配置される。ロッドの他端は、モ
ータを有する変換ステージに固定されている。液体ヘリ
ウム温度に冷却された後で、実験に入る前にロードセル
及び変位ゲージは調整される。
【００２１】実験で用いられる超伝導サンプルは、日本
のムラカミ博士らによりジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス、巻２８、Ｌ１１２５、（１９８９）に記
載された溶融粉末溶融成長（melt-powder-melt-growth
）によって作製される。サンプルは、サンプル及びコ
イルの対称軸が直線となるようにコイルの上部に配置さ
れる。サンプルは磁場の無い状態で冷却される。温度が
液体ヘリウム温度に達した後で、ゲージは調整され、コ
イルに電流が流される。
のムラカミ博士らによりジャーナル・オブ・アプライド
フィジックス、巻２８、Ｌ１１２５、（１９８９）に記
載された溶融粉末溶融成長（melt-powder-melt-growth
）によって作製される。サンプルは、サンプル及びコ
イルの対称軸が直線となるようにコイルの上部に配置さ
れる。サンプルは磁場の無い状態で冷却される。温度が
液体ヘリウム温度に達した後で、ゲージは調整され、コ
イルに電流が流される。
【００２２】１ターンに流れる１００Ａに対して、２テ
スラの公称磁場は、３００ＮのＹＢＣＯ内に磁気浮揚力
（質量３０ｋｇを持ち上げることのできる力）を生成す
る。コイルに作用する力は、サンプルが第１種超伝導体
であった場合に示すヒステリシスを少しも示さない。実
験条件は、サンプルが理想的な超伝導体であると仮定し
て数値をシュミレーションしたものである。剛性の実験
結果及び計算値を比較すると、両者は非常に良く一致し
ている。データによって、磁力はコイルを流れる電流の
２乗にほぼ比例していることが示されている（図８参
照）。剛性は力に比例している（図９参照）。
スラの公称磁場は、３００ＮのＹＢＣＯ内に磁気浮揚力
（質量３０ｋｇを持ち上げることのできる力）を生成す
る。コイルに作用する力は、サンプルが第１種超伝導体
であった場合に示すヒステリシスを少しも示さない。実
験条件は、サンプルが理想的な超伝導体であると仮定し
て数値をシュミレーションしたものである。剛性の実験
結果及び計算値を比較すると、両者は非常に良く一致し
ている。データによって、磁力はコイルを流れる電流の
２乗にほぼ比例していることが示されている（図８参
照）。剛性は力に比例している（図９参照）。
【００２３】上記実施例は本発明を例示したにすぎな
い。当業者であれば、本発明の請求項から逸脱すること
なく、様々な適用例または変形例を導出することができ
る。
い。当業者であれば、本発明の請求項から逸脱すること
なく、様々な適用例または変形例を導出することができ
る。
【図１】本発明の超伝導コイルに通電するシステムの回
路構成図である。
路構成図である。
【図２】回転超伝導コイルを有するディスク状の超伝導
部材を有する超伝導ベアリングアセンブリの断面図であ
る。
部材を有する超伝導ベアリングアセンブリの断面図であ
る。
【図３】ドーナッツ形状の回転超伝導巻回部を有するＴ
字形の超伝導部材が組み込まれた超伝導ベアリングアセ
ンブリの断面図である。
字形の超伝導部材が組み込まれた超伝導ベアリングアセ
ンブリの断面図である。
【図４】ディスクリート超伝導ベアリングアセンブリを
備えた本発明を利用したスラストベアリングの斜視図で
ある。
備えた本発明を利用したスラストベアリングの斜視図で
ある。
【図５】高温超伝導差込み部を用いたロータリベアリン
グの断面図である。
グの断面図である。
【図６】高温超伝導ロータを浮揚状態に保持するスター
タ超伝導巻回部の構成図である。
タ超伝導巻回部の構成図である。
【図７】コイル及び超伝導体の配置図である。
【図８】図７の構造における電流と浮揚力との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
【図９】図７の構造における距離と浮揚力との関係を示
すグラフである。
すグラフである。
１０ コイル手段としてのコイル １４ 電力制御手段としての電源 ２８ プロセッサ ３２ 超伝導構造手段としての高温超伝導ベアリング構
造体
造体
Claims (10)
- 【請求項１】 所定温度Ｔｃ以下において超伝導状態と
なる超伝導構造手段と、 前記超伝導構造手段に対して相対的に移動可能に並置装
着されたコイル手段と、 前記超伝導構造手段を超伝導状態にし且つ前記超伝導状
態を保持する冷却手段と、 前記超伝導構造手段が前記超伝導状態となった後で前記
コイル手段に電流を誘起する電力制御手段と、を有し、 前記コイル手段を流れる前記電流によって生じた電磁場
により浮揚効果を得ることを特徴とする超伝導ベアリン
グアセンブリ。 - 【請求項２】 前記コイル手段は可動であり、前記超伝
導構造手段は固定されていることを特徴とする請求項１
に記載の超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項３】 前記超伝導構造手段は前記コイル手段と
嵌合する差込み部を有し、 前記コイル手段に誘起された電流によって、前記超伝導
構造手段の前記差込み部と磁気的に影響し合う電磁場を
生成し、前記コイル手段を安定した浮揚位置に保持する
ことを特徴とする請求項２記載の超伝導ベアリングアセ
ンブリ。 - 【請求項４】 前記超伝導構造手段は可動であり、前記
コイル手段は固定されていることを特徴とする請求項１
記載の超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項５】 前記コイル手段は前記超伝導構造手段を
中心として対称に配置され、 電流が前記コイル手段に誘起されたときに、前記電磁場
が前記超伝導構造手段を中心に生成され、前記超伝導構
造手段を安定した浮揚位置に保持することを特徴とする
請求項１記載の超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項６】 前記コイル手段は超伝導状態を示す導体
からなり、前記冷却手段は前記コイル手段を超伝導状態
に誘導するものであることを特徴とする請求項１に記載
の超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項７】 前記電力制御手段は、 前記コイル手段の一領域に並置され、加熱時に前記一領
域が超伝導状態となることを阻止する加熱手段と、 前記加熱手段を加熱する熱源手段と、 前記コイル手段に電流を誘起させる手段と、 前記コイル手段に電流を誘起しその後前記加熱手段の加
熱を停止するために前記加熱手段及び前記熱源手段を制
御する手段と、を有し、 前記加熱手段の加熱を停止したときに前記コイル手段の
前記一領域が超伝導状態となって前記コイル手段の電流
が超伝導状態となることを特徴とする請求項６に記載の
超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項８】 前記コイル手段はロータに装着され、前
記超伝導構造手段は前記コイル手段を包囲する複数の高
温超伝導差込み部からなることを特徴とする請求項１に
記載の超伝導ベアリングアセンブリ。 - 【請求項９】 回転可能に装着された超伝導コイルと、
高温超伝導材料からなるスタータと、からなる超伝導ベ
アリングアセンブリを動作させる方法であって、 前記スタータ及び前記コイルを転移温度に冷却する行程
と、 前記転移温度に達した後で磁場を生成するために前記コ
イルを励磁する行程と、を有することを特徴とする方
法。 - 【請求項１０】 コイルを含むスタータと、高温超伝導
材料からなるロータと、からなる超伝導ベアリングアセ
ンブリを動作させる方法であって、 前記ロータを転移温度に冷却する行程と、 前記転移温度に達した後で磁場を生成するために前記コ
イルを励磁する行程と、を有することを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US95972992A | 1992-10-13 | 1992-10-13 | |
| US07/959729 | 1992-10-13 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06200942A true JPH06200942A (ja) | 1994-07-19 |
Family
ID=25502339
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5246998A Pending JPH06200942A (ja) | 1992-10-13 | 1993-10-01 | 超伝導ベアリングアセンブリ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5517071A (ja) |
| JP (1) | JPH06200942A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5747426A (en) * | 1995-06-07 | 1998-05-05 | Commonwealth Research Corporation | High performance magnetic bearing systems using high temperature superconductors |
| JP2011524502A (ja) * | 2008-06-18 | 2011-09-01 | シェフラー テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト | 高温超伝導部材を備える磁気軸受 |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6416215B1 (en) | 1999-12-14 | 2002-07-09 | University Of Kentucky Research Foundation | Pumping or mixing system using a levitating magnetic element |
| US6758593B1 (en) | 2000-10-09 | 2004-07-06 | Levtech, Inc. | Pumping or mixing system using a levitating magnetic element, related system components, and related methods |
| US6608417B1 (en) | 2000-09-05 | 2003-08-19 | Global Trading & Technology, Inc. | Super conductive bearing |
| US7086778B2 (en) * | 2000-10-09 | 2006-08-08 | Levtech, Inc. | System using a levitating, rotating pumping or mixing element and related methods |
| DE102009049889A1 (de) * | 2009-10-20 | 2011-04-21 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Supraleitendes Lager und Verfahren zu dessen Montage |
| DE102010034258A1 (de) | 2010-08-13 | 2012-02-16 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Supraleitendes Magnetlager |
| RU197418U1 (ru) * | 2019-11-27 | 2020-04-23 | Игорь Анатольевич Руднев | Бесконтактный магнитный подшипник с обмоткой из высокотемпературных сверхпроводящих лент |
| CN115182929B (zh) * | 2022-08-03 | 2023-09-29 | 成都理工大学 | 一种全超导磁悬浮轴承 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH071739B2 (ja) * | 1986-11-18 | 1995-01-11 | 株式会社東芝 | 超電導トランス |
| US5099162A (en) * | 1987-07-22 | 1992-03-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Coil of superconducting material for electric appliance and motor utilizing said coil |
| FR2622020B1 (fr) * | 1987-10-20 | 1990-02-02 | Thomson Csf | Dispositif magnetometrique supraconducteur |
| US4914081A (en) * | 1988-01-15 | 1990-04-03 | American Telephone And Telegraph Company, At&T Bell Laboratories | Process for making metallized structure and article comprising structure |
| US4895831A (en) * | 1988-07-05 | 1990-01-23 | General Electric Company | Ceramic superconductor cryogenic current lead |
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| US5256637A (en) * | 1991-07-22 | 1993-10-26 | Mechanical Technology Inc. | Superconducting coil bearings for rotor load |
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| US5325002A (en) * | 1992-02-18 | 1994-06-28 | Electric Power Research Institute | Trapped-field, superconducting, induction-synchronous motor/generator having improved startup torque |
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-
1993
- 1993-10-01 JP JP5246998A patent/JPH06200942A/ja active Pending
-
1994
- 1994-10-25 US US08/329,132 patent/US5517071A/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5517071A (en) | 1996-05-14 |
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