JPH0681845A - 超電導軸受装置 - Google Patents

超電導軸受装置

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JPH0681845A
JPH0681845A JP23599992A JP23599992A JPH0681845A JP H0681845 A JPH0681845 A JP H0681845A JP 23599992 A JP23599992 A JP 23599992A JP 23599992 A JP23599992 A JP 23599992A JP H0681845 A JPH0681845 A JP H0681845A
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JP
Japan
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permanent magnet
rotating body
permanent magnets
magnet portion
magnetic flux
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Pending
Application number
JP23599992A
Other languages
English (en)
Inventor
Ryoichi Takahata
良一 高畑
Taisaku Hashimoto
泰作 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koyo Seiko Co Ltd
Original Assignee
Koyo Seiko Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C32/00Bearings not otherwise provided for
    • F16C32/04Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
    • F16C32/0406Magnetic bearings
    • F16C32/0408Passive magnetic bearings
    • F16C32/0436Passive 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
    • F16C32/0438Passive 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

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷容量および剛性を向上させる。回転体の
軸ぶれを防止して回転体を非接触状態で安定的に支持す
る。 【構成】 垂直軸状回転体1に同心状にかつ固定状に設
けた永久磁石部2と、この永久磁石部2の外周面に対し
て回転体1の半径方向に間隔をおいて対向するように配
置した超電導体3とを備えている超電導軸受装置であ
る。永久磁石部2は、回転体1の回転軸心方向に間隔を
おくように配置された複数の環状永久磁石5a、5b、5cを
備えている。隣接する永久磁石5a、5b、5cどうしの間、
および回転軸心方向の両端の永久磁石5a、5cの回転軸心
方向外側にそれぞれ強磁性体製環状ヨーク6を配置す
る。各永久磁石5a、5b、5cの回転軸心方向両端部が互い
に逆の極性の磁気を帯びている。隣接する2つの永久磁
石5a、5bおよび5b、5cのヨーク6を介して対向する端部
が同一の極性の磁気を帯びている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、たとえば高速回転を
必要とする流体機械や工作機械、余剰電力をフライホイ
ールの運動エネルギに変換して貯蔵する電力貯蔵装置、
またはジャイロスコープなどに適用される超電導軸受装
置に関する。
【0002】
【従来の技術と発明の課題】近年、回転体の高速回転と
高剛性を可能にした軸受装置として、非接触状態で回転
体を支持しうる超電導軸受装置が開発されている。
【0003】この種超電導軸受装置としては、たとえば
回転体に同心状に設けられ、かつ回転軸心方向両端部が
互いに逆の極性の磁気を帯びた1つの環状永久磁石と、
この永久磁石の端面に対して回転体の回転軸心方向に間
隔をおいて対向するように固定部に配置された環状超電
導体とを備えており、上記永久磁石が、上記回転体の回
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
に設けられ、上記超電導体が、上記永久磁石の磁束が所
定量侵入する離隔位置であってかつ上記回転体の回転に
よって侵入磁束の分布が変化しない位置に配置されてい
るものが考えられている。この超電導軸受装置では、永
久磁石部から発生する磁束を超電導体の内部に侵入させ
て拘束し、その結果いわゆるピン止め力によって、回転
体を固定部に対してアキシアル方向およびラジアル方向
に非接触状態で支持するようになっている。
【0004】ところが、上記のような超電導軸受装置で
は、超電導体に侵入する磁束の量が不足し、回転軸心方
向の剛性および負荷容量が不足するという問題がある。
しかも、剛性が不足するため回転体の軸ぶれが生じ、回
転体を非接触状態で安定的に支持することができないと
いう問題がある。
【0005】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。
【0006】
【課題を解決するための手段】第1の発明による超電導
軸受装置は、回転体に同心状にかつ固定状に設けられた
永久磁石部と、この永久磁石部の外周面に対して回転体
の半径方向に間隔をおいて対向するように配置された超
電導体とを備えており、上記永久磁石部が、上記回転体
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
ように設けられ、上記超電導体が、上記永久磁石部の磁
束が所定量侵入する離隔位置であってかつ上記回転体の
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
れている超電導軸受装置であって、上記永久磁石部が、
上記回転体の回転軸心方向に間隔をおくように配置され
た複数の環状永久磁石と、隣接する永久磁石どうしの
間、および回転軸心方向の両端の永久磁石の回転軸心方
向外側にそれぞれ配置された複数の強磁性体製環状ヨー
クとを備えており、各永久磁石の回転軸心方向両端部が
互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する2つの永久磁石
のヨークを介して対向する端部が同一の極性の磁気を帯
びているものである。
【0007】第2の発明による超電導軸受装置は、回転
体に同心状にかつ固定状に設けられた永久磁石部と、こ
の永久磁石部の端面に対して回転軸心方向に間隔をおい
て対向するように配置された超電導体とを備えており、
上記永久磁石部が、上記回転体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設けられ、上記超
電導体が、上記永久磁石部の磁束が所定量侵入する離隔
位置であってかつ上記回転体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ている超電導軸受装置
であって、上記永久磁石部が、上記回転体の半径方向に
間隔をおくように配置された複数の環状永久磁石と、隣
接する永久磁石どうしの間、ならびに半径方向の最内側
および最外側の永久磁石の半径方向内外両側にそれぞれ
配置された複数の強磁性体製環状ヨークとを備えてお
り、各永久磁石の半径方向両側部が互いに逆の極性の磁
気を帯び、隣接する2つの永久磁石のヨークを介して対
向する側部が同一の極性の磁気を帯びているものであ
る。
【0008】
【作用】第1および第2のいずれの発明の場合も、永久
磁石部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、回転体が非接触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。
【0009】また、第1および第2のいずれの発明の場
合も、強磁性体製ヨークの超電導体を向いた部分に磁束
が局所的に集中し、その結果超電導体に侵入する磁束量
が多くなる。このため、負荷容量および剛性が向上す
る。
【0010】
【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。なお、以下の説明において、対応する
部分には同一の符号を付してある。
【0011】図1は、第1実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【0012】図1において、超電導軸受装置は、垂直な
軸状の回転体(1) を備えている。回転体(1) には環状の
永久磁石部(2) が同心状にかつ固定状に設けられ、永久
磁石部(2) の外周面に対して回転体(1) の半径方向に間
隔をおいて対向するように、環状超電導体(3) が配置さ
れている。
【0013】永久磁石部(2) は、回転体(1) の周囲に嵌
め止められた、たとえば非磁性ステンレス鋼あるいは銅
からなる垂直筒状体(4) を備えている。筒状体(4) の下
端には外向きフランジ(4a)が一体に形成されている。そ
して、筒状体(4) の周囲に、複数の環状永久磁石(5a)(5
b)(5c)が、回転軸心方向に間隔をおいて嵌められてい
る。隣接する永久磁石(5a)(5b)(5c)どうしの間、および
上下両端の永久磁石(5a)(5c)の上下両側において、それ
ぞれ強磁性体製環状ヨーク(6) が筒状体(4) の周囲に嵌
められている。また、上端のヨーク(6) の上側におい
て、たとえば非磁性ステンレス鋼あるいは銅からなる固
定リング(7) が筒状体(4) の周囲に嵌め止められ、これ
により永久磁石(5a)(5b)(5c)およびヨーク(6) が固定さ
れている。各ヨーク(6) の外周縁部は各永久磁石(5)(5
a)(5b)(5c) の外周縁部よりも径方向外方に突出してい
る。各永久磁石(5a)(5b)(5c)は上下両端部が互いに逆の
極性の磁気を帯び、隣接する2つの永久磁石(5a)(5b)お
よび(5b)(5c)のヨーク(6) を介して対向する端部が同一
の極性の磁気を帯びている。たとえば、上端の永久磁石
(5a)の上端部はN極、下端部はS極の磁気を帯びてお
り、中央の永久磁石(5b)の上端部はS極、下端部はN極
の磁気を帯びており、下端の永久磁石(5c)の上端部はN
極、下端部はS極の磁気を帯びている。そして、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な
っている。
【0014】超電導体(3) は、イットリウム系高温超電
導体、たとえばYBaCuからなるバルクの内
部に常電導粒子(YBaCu)を均一に混在させ
たものからなり、永久磁石部(2) 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
(3) は、永久磁石部(2) 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体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ている。
【0015】超電導軸受装置のハウジング(図示略)内
に冷凍機(8) などにより温度制御ユニット(10)を介して
冷却される冷却ケース(11)が固定され、この冷却ケース
(11)に超電導体(3) が固定されている。
【0016】超電導軸受装置を作動させる場合、超電導
体(3) は冷却ケース(11)内に循環させられる適当な冷媒
によって冷却され、第2種超電導状態に保持される。こ
のため、回転体(1) の永久磁石部(2) から発せられる磁
束の多くが超電導体(3) の内部に侵入して拘束されるこ
とになる(ピンニング現象)。ここで、超電導体(3)は
その内部に常電導体粒子が均一に混在されているため、
超電導体(3) 内部への侵入磁束の分布が一定となり、超
電導体(3) に対して永久磁石部(2) とともに回転体(1)
が拘束される。そのため、回転体(1) は、きわめて安定
的に浮上した状態で、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。
【0017】永久磁石部(2) の隣接する永久磁石(5a)(5
b)および(5b)(5c)どうしの間、ならびに上下両端の永久
磁石(5a)(5c)の上下両側に、それぞれ強磁性体製ヨーク
(6)が配置されているので、図1に破線で示すように、
各永久磁石(5a)(5b)(5c)とその上下両側のヨーク(6) に
より磁気回路が形成され、各ヨーク(6) の外周縁部にお
いて磁束が局所的に集中する。したがって、超電導体
(3) に侵入する磁束の量が多くなり、その結果負荷容量
および剛性が向上する。
【0018】図2は、第2実施例の超電導軸受装置の主
要部を概略的に示している。
【0019】この場合、永久磁石部(20)は、回転体に同
心状にかつ固定状に設けられた、たとえば非磁性ステン
レス鋼あるいは銅からなる水平円板(21)を備えている。
円板(21)の内周縁部には筒状垂下壁(21a) が一体に形成
されている。そして、垂下壁(21a) の周囲に、複数の環
状永久磁石(22a)(22b)(22c) が、半径方向に間隔をおい
て配置されている。隣接する永久磁石(22a)(22b)および
(22b)(22c)どうしの間、ならびに半径方向の最内側およ
び最外側の永久磁石(22a)(22C)の内外両側にそれぞれ強
磁性体製環状ヨーク(23)が配置されている。また、半径
方向外側のヨーク(23)の周囲に、たとえば非磁性ステン
レス鋼あるいは銅からなる固定リング(24)が嵌め止めら
れ、これにより永久磁石(22a)(22b)(22c) およびヨーク
(23)が固定されている。各ヨーク(23)の下端部は各永久
磁石(22a)(22b)(22c) の下端部よりも下方に突出してい
る。各永久磁石(22a)(22b)(22c) は半径方向の両側が互
いに逆の極性の磁気を帯び、隣接する2つの永久磁石(2
2a)(22b)および(22b)(22c)のヨーク(23)を介して対向す
る側部が同一の極性の磁気を帯びている。たとえば、最
内側の永久磁石(22a) の内側部はS極、外側部はN極の
磁気を帯びており、中央の永久磁石(22b) の内側部はN
極、外側部はS極の磁気を帯びており、最外側の永久磁
石(22c) の内側部はS極、外側部はN極の磁気を帯びて
いる。そして、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なっている。
【0020】永久磁石部(20)の下端面に対して回転体
(1) の回転軸心方向に間隔をおいて対向するように環状
超電導体(25)が配置されている。超電導体(25)は、超電
導軸受装置のハウジング(図示略)内に固定され、かつ
冷凍機(8) などにより温度制御ユニット(10)を介して冷
却される冷却ケース(11)に固定されている。
【0021】この実施例の場合も、第1実施例について
説明したように、図2に破線で示すように、各永久磁石
(22a)(22b)(22c) とその半径方向の内外両側のヨーク(2
3)により磁気回路が形成され、各ヨーク(23)の下端部に
おいて磁束が局所的に集中する。したがって、超電導体
(25)に侵入する磁束の量が多くなり、したがって、負荷
容量および剛性が向上する。
【0022】上記2つの実施例においては、永久磁石の
数は3つであるが、これに限定されるものではなく、適
宜変更可能である。
【0023】
【発明の効果】第1および第2の発明によれば、上述の
ように、回転体を安定的に回転支持することができる。
また、超電導体に侵入する磁束の量が多くなるので、負
荷容量および剛性が向上する。したがって、回転体の軸
ぶれを防止して回転体を非接触状態で安定的に支持でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【図2】この発明の第2実施例を示す超電導軸受装置主
要部の概略縦断面図である。
【符号の説明】
1 回転体 2 永久磁石部 3 超電導体 5a、5b、5c 永久磁石 6 ヨーク 20 永久磁石部 22a 、22b 、22c 永久磁石 23 ヨーク 25 超電導体

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 回転体に同心状にかつ固定状に設けられ
    た永久磁石部と、この永久磁石部の外周面に対して回転
    体の半径方向に間隔をおいて対向するように配置された
    超電導体とを備えており、上記永久磁石部が、上記回転
    体の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化しな
    いように設けられ、上記超電導体が、上記永久磁石部の
    磁束が所定量侵入する離隔位置であってかつ上記回転体
    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
    されている超電導軸受装置であって、 上記永久磁石部が、上記回転体の回転軸心方向に間隔を
    おくように配置された複数の環状永久磁石と、隣接する
    永久磁石どうしの間、および回転軸心方向の両端の永久
    磁石の回転軸心方向外側にそれぞれ配置された複数の強
    磁性体製環状ヨークとを備えており、各永久磁石の回転
    軸心方向両端部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣接す
    る2つの永久磁石のヨークを介して対向する端部が同一
    の極性の磁気を帯びている超電導軸受装置。
  2. 【請求項2】 回転体に同心状にかつ固定状に設けられ
    た永久磁石部と、この永久磁石部の端面に対して回転軸
    心方向に間隔をおいて対向するように配置された超電導
    体とを備えており、上記永久磁石部が、上記回転体の回
    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
    に設けられ、上記超電導体が、上記永久磁石部の磁束が
    所定量侵入する離隔位置であってかつ上記回転体の回転
    によって侵入磁束の分布が変化しない位置に配置されて
    いる超電導軸受装置であって、 上記永久磁石部が、上記回転体の半径方向に間隔をおく
    ように配置された複数の環状永久磁石と、隣接する永久
    磁石どうしの間、ならびに半径方向の最内側および最外
    側の永久磁石の半径方向内外両側にそれぞれ配置された
    複数の強磁性体製環状ヨークとを備えており、各永久磁
    石の半径方向両側部が互いに逆の極性の磁気を帯び、隣
    接する2つの永久磁石のヨークを介して対向する側部が
    同一の極性の磁気を帯びている超電導軸受装置。
JP23599992A 1992-09-03 1992-09-03 超電導軸受装置 Pending JPH0681845A (ja)

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