JPH0697050B2 - 超電導軸受装置 - Google Patents
超電導軸受装置Info
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- JPH0697050B2 JPH0697050B2 JP5143291A JP5143291A JPH0697050B2 JP H0697050 B2 JPH0697050 B2 JP H0697050B2 JP 5143291 A JP5143291 A JP 5143291A JP 5143291 A JP5143291 A JP 5143291A JP H0697050 B2 JPH0697050 B2 JP H0697050B2
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- Japan
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- permanent magnet
- superconductor
- magnetic flux
- bearing device
- rotating body
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- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【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、ジャイロスコープ、ま
たは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などに適用される超電導軸受装
置に関する。
必要とする流体機械や工作機械、ジャイロスコープ、ま
たは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、固定部分に対して回
転体を非接触状態で支持しうる超電導軸受装置が開発さ
れている。
転体を非接触状態で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、回転体に同
心状にかつ固定状に設けられるとともに、環状永久磁石
を有する円板状永久磁石部と、この永久磁石部の回転軸
心方向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配置された環状超電導体部とを備え
ているものが考えられる。
心状にかつ固定状に設けられるとともに、環状永久磁石
を有する円板状永久磁石部と、この永久磁石部の回転軸
心方向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配置された環状超電導体部とを備え
ているものが考えられる。
【０００４】ところが、環状永久磁石の超電導体部と対
向する面の表面磁束密度に周方向のばらつきが生じるこ
とは避け得ない。したがって、磁石表面の磁束密度の乱
れの全振幅に比例して逆トルクが発生し、回転体の回転
を妨げる抵抗となる。また、浮上力が一様ではないため
運転時に回転体にふれが発生するという問題がある。さ
らに、環状永久磁石の重量が、周方向にばらついている
場合も運転時に回転体にふれが発生するという問題があ
る。その結果、回転体を非接触状態で安定的に支持でき
ないという問題がある。
向する面の表面磁束密度に周方向のばらつきが生じるこ
とは避け得ない。したがって、磁石表面の磁束密度の乱
れの全振幅に比例して逆トルクが発生し、回転体の回転
を妨げる抵抗となる。また、浮上力が一様ではないため
運転時に回転体にふれが発生するという問題がある。さ
らに、環状永久磁石の重量が、周方向にばらついている
場合も運転時に回転体にふれが発生するという問題があ
る。その結果、回転体を非接触状態で安定的に支持でき
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。
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】こ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円
板状永久磁石部と、この永久磁石部に対して間隔をおい
て対向するように配置された環状超電導体部とを備えた
超電導軸受装置であって、上記永久磁石部が環状永久磁
石を備えており、永久磁石が、環状永久磁石本体の超電
導体部と対向する面における表面磁束密度の大きい部分
が削られて凹所が形成されるとともに、この凹所内に非
磁性体粉末が充填されることにより形成され、永久磁石
の超電導体部と対向する面の表面磁束密度、および重量
が全周にわたって均一になされているものである。
受装置は、回転体に同心状にかつ固定状に設けられた円
板状永久磁石部と、この永久磁石部に対して間隔をおい
て対向するように配置された環状超電導体部とを備えた
超電導軸受装置であって、上記永久磁石部が環状永久磁
石を備えており、永久磁石が、環状永久磁石本体の超電
導体部と対向する面における表面磁束密度の大きい部分
が削られて凹所が形成されるとともに、この凹所内に非
磁性体粉末が充填されることにより形成され、永久磁石
の超電導体部と対向する面の表面磁束密度、および重量
が全周にわたって均一になされているものである。
【０００７】上記において、表面磁束密度および重量が
全周にわたって均一という状態は、完全に均一な状態だ
けをいうのではなく、ほぼ均一な状態も含むものとす
る。
全周にわたって均一という状態は、完全に均一な状態だ
けをいうのではなく、ほぼ均一な状態も含むものとす
る。
【０００８】
【作用】この発明によれば、環状永久磁石本体の超電導
体部と対向する面における表面磁束密度の大きい部分が
削られることにより、超電導体部と永久磁石本体との間
隔増大効果と、この部分での永久磁石本体の厚み減少効
果が相乗されて磁束密度が小さくなる。したがって、永
久磁石の超電導体部と対向する面の表面磁束密度が全周
にわたって均一になされる。しかも、凹所内に非磁性体
粉末が充填されることによって、永久磁石の重量も全周
にわたって均一になされる。
体部と対向する面における表面磁束密度の大きい部分が
削られることにより、超電導体部と永久磁石本体との間
隔増大効果と、この部分での永久磁石本体の厚み減少効
果が相乗されて磁束密度が小さくなる。したがって、永
久磁石の超電導体部と対向する面の表面磁束密度が全周
にわたって均一になされる。しかも、凹所内に非磁性体
粉末が充填されることによって、永久磁石の重量も全周
にわたって均一になされる。
【０００９】
【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。
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。
【００１０】図１はこの発明の実施例の超電導軸受装置
の全体構成を概略的に示し、図２はその要部を拡大して
示す。
の全体構成を概略的に示し、図２はその要部を拡大して
示す。
【００１１】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) は、駆動用高周波電動機
(2) で高速回転させられるようになっている。電動機
(2) は、回転体(1) の上端部に取付けられたロータ(3)
と、その周囲に配置されかつ図示しない支持体に取付け
られたステータ(4) とよりなる。
(1) を備えている。回転体(1) は、駆動用高周波電動機
(2) で高速回転させられるようになっている。電動機
(2) は、回転体(1) の上端部に取付けられたロータ(3)
と、その周囲に配置されかつ図示しない支持体に取付け
られたステータ(4) とよりなる。
【００１２】回転体(1) の周囲には、環状超電導体部
(5) が上下に間隔をおいて配置されている。超電導体部
(5) は、たとえば銅からなる穴あき水平円板(6) と、穴
あき円板(6) の穴(6a)の周囲の環状部分に、周方向に等
間隔をおきかつ互いに近接して埋設されている複数の円
板状超電導体(7) とよりなる。全ての円板状超電導体
(7) の体積は等しくなっている。そして、穴あき円板
(6) の穴(6a)に回転体(1) が隙間をあけて通されてい
る。
(5) が上下に間隔をおいて配置されている。超電導体部
(5) は、たとえば銅からなる穴あき水平円板(6) と、穴
あき円板(6) の穴(6a)の周囲の環状部分に、周方向に等
間隔をおきかつ互いに近接して埋設されている複数の円
板状超電導体(7) とよりなる。全ての円板状超電導体
(7) の体積は等しくなっている。そして、穴あき円板
(6) の穴(6a)に回転体(1) が隙間をあけて通されてい
る。
【００１３】超電導軸受装置のハウジング（図示略）内
に冷凍機などにより温度制御ユニットを介して冷却され
る冷却ケース(8) が固定され、この冷却ケース(8) に上
下の超電導体部(5) が固定されている。
に冷凍機などにより温度制御ユニットを介して冷却され
る冷却ケース(8) が固定され、この冷却ケース(8) に上
下の超電導体部(5) が固定されている。
【００１４】回転体(1) の上下の環状超電導体部(5) の
間の部分には、両超電導体部(5) と間隔をおいて水平円
板状永久磁石部(9) が同心状に設けられている。永久磁
石部(9) は、回転体(1) に固定状に設けられた、たとえ
ば銅からなる水平円板(10)を備えている。円板(10)の上
下両面にそれぞれ回転体(1) と同心状に環状凹みぞ(11)
が形成されており、これらの凹みぞ(11)内にそれぞれ環
状永久磁石(12)が嵌められて固定されている。
間の部分には、両超電導体部(5) と間隔をおいて水平円
板状永久磁石部(9) が同心状に設けられている。永久磁
石部(9) は、回転体(1) に固定状に設けられた、たとえ
ば銅からなる水平円板(10)を備えている。円板(10)の上
下両面にそれぞれ回転体(1) と同心状に環状凹みぞ(11)
が形成されており、これらの凹みぞ(11)内にそれぞれ環
状永久磁石(12)が嵌められて固定されている。
【００１５】永久磁石(12)は、図２に示すように、環状
永久磁石本体(13)の超電導体部(5)と対向する面におけ
る所要箇所が削られて凹所(13a) が形成され、この凹所
(13a) 内に、たとえば銅からなる非磁性体粉末(14)が接
着剤とともに充填され、永久磁石(12)の超電導体部(5)
と対向する面の表面磁束密度、および重量が全周にわた
って均一になされているものである。
永久磁石本体(13)の超電導体部(5)と対向する面におけ
る所要箇所が削られて凹所(13a) が形成され、この凹所
(13a) 内に、たとえば銅からなる非磁性体粉末(14)が接
着剤とともに充填され、永久磁石(12)の超電導体部(5)
と対向する面の表面磁束密度、および重量が全周にわた
って均一になされているものである。
【００１６】超電導体部(5) の円板状超電導体(7) は、
イットリウム系高温超電導体、たとえばＹＢａ２Ｃｕ３
Ｏｘからなる基板の内部に常電導粒子（Ｙ２Ｂａ１Ｃｕ
１）を均一に混在させたものからなり、永久磁石(12)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(7) は、永久磁石(12)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(1) 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。
イットリウム系高温超電導体、たとえばＹＢａ２Ｃｕ３
Ｏｘからなる基板の内部に常電導粒子（Ｙ２Ｂａ１Ｃｕ
１）を均一に混在させたものからなり、永久磁石(12)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(7) は、永久磁石(12)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(1) 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。
【００１７】超電導軸受装置を作動させる場合、各超電
導体(7) は冷却ケース(8) 内に循環させられる適当な冷
媒によって冷却され、超電導状態に保持される。このた
め、回転体(1) の永久磁石(12)から発せられる磁束の多
くが超電導体(7) 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(7) 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(7) 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(7) に立設した仮想ピンに回転体
(1) の永久磁石(12)が貫かれたようになり、超電導体
(7) に対して永久磁石(12)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。このとき、超電導体(7) 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。
導体(7) は冷却ケース(8) 内に循環させられる適当な冷
媒によって冷却され、超電導状態に保持される。このた
め、回転体(1) の永久磁石(12)から発せられる磁束の多
くが超電導体(7) 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(7) 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(7) 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(7) に立設した仮想ピンに回転体
(1) の永久磁石(12)が貫かれたようになり、超電導体
(7) に対して永久磁石(12)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。このとき、超電導体(7) 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。
【００１８】
【具体的実験例】超電導軸受装置の運転時における超電
導体部(5) と永久磁石(12)との間隔が２ｍｍに設定され
るものと想定し、まず、凹所(13a) を形成する前の環状
永久磁石本体(13)の表面から２ｍｍ離れた位置での磁束
密度の周方向の分布を測定したところ、図３に示すよう
に、平均値よりも５％程度大きくなっている部分が存在
した。
導体部(5) と永久磁石(12)との間隔が２ｍｍに設定され
るものと想定し、まず、凹所(13a) を形成する前の環状
永久磁石本体(13)の表面から２ｍｍ離れた位置での磁束
密度の周方向の分布を測定したところ、図３に示すよう
に、平均値よりも５％程度大きくなっている部分が存在
した。
【００１９】また、この環状永久磁石本体(13)の任意の
１カ所における永久磁石本体(13)表面からの距離と、磁
束密度との関係を調べたところ、図４に示すような結果
が得られた。図４を見れば、永久磁石本体(13)の表面か
らの距離が、２ｍｍから２．５ｍｍに増大すると、磁束
密度が１０％程度減じることがわかる。
１カ所における永久磁石本体(13)表面からの距離と、磁
束密度との関係を調べたところ、図４に示すような結果
が得られた。図４を見れば、永久磁石本体(13)の表面か
らの距離が、２ｍｍから２．５ｍｍに増大すると、磁束
密度が１０％程度減じることがわかる。
【００２０】したがって、永久磁石本体(13)の上下方向
の厚みが減少することによる磁束密度低減効果を考慮
し、磁束密度の大きい部分に０．４ｍｍ程度の深さを有
する凹所(13a) を形成した。この状態で、永久磁石本体
(13)の凹所(13a) を形成しなかった部分の表面から２ｍ
ｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を測定したと
ころ、図５に示すように、磁束密度のばらつきは平均値
の±１％以下となっており、磁束密度が全周にわたって
均一化されていた。
の厚みが減少することによる磁束密度低減効果を考慮
し、磁束密度の大きい部分に０．４ｍｍ程度の深さを有
する凹所(13a) を形成した。この状態で、永久磁石本体
(13)の凹所(13a) を形成しなかった部分の表面から２ｍ
ｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を測定したと
ころ、図５に示すように、磁束密度のばらつきは平均値
の±１％以下となっており、磁束密度が全周にわたって
均一化されていた。
【００２１】その後、凹所(13a) 内に、銅の粉末(14)を
接着剤とともに余剰に充填し、周方向の重量分布を測定
しながら余剰の部分を研削して永久磁石(12)を得た。
接着剤とともに余剰に充填し、周方向の重量分布を測定
しながら余剰の部分を研削して永久磁石(12)を得た。
【００２２】上記実施例において、超電導体としては、
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
導体を用いてもよい。この場合、回転体は、超電導体の
完全反磁性現象を利用して回転体が非接触状態で支持さ
れる。
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
導体を用いてもよい。この場合、回転体は、超電導体の
完全反磁性現象を利用して回転体が非接触状態で支持さ
れる。
【００２３】また、上記実施例においては、回転体に同
心状に設けられた円板状永久磁石部と、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
うに配置された環状超電導体部とを備えた超電導軸受装
置が示されているが、この発明は、回転体に同心状に設
けられた円板状永久磁石部と、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
に配置された環状超電導体部とを備えた超電導軸受装置
にも適用できる。
心状に設けられた円板状永久磁石部と、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
うに配置された環状超電導体部とを備えた超電導軸受装
置が示されているが、この発明は、回転体に同心状に設
けられた円板状永久磁石部と、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
に配置された環状超電導体部とを備えた超電導軸受装置
にも適用できる。
【００２４】
【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、環状永久磁石の表面磁束密度が全周にわた
って均一になされているので、運転時に生じる逆トルク
を低減し、回転体の回転の妨げとなるのを防止すること
ができる。したがって、永久磁石の重量が全周にわたっ
て均一になされていることと相俟って、運転時に回転体
にふれが発生するのを防止でき、回転体を非接触状態で
安定的に支持できる。
述のように、環状永久磁石の表面磁束密度が全周にわた
って均一になされているので、運転時に生じる逆トルク
を低減し、回転体の回転の妨げとなるのを防止すること
ができる。したがって、永久磁石の重量が全周にわたっ
て均一になされていることと相俟って、運転時に回転体
にふれが発生するのを防止でき、回転体を非接触状態で
安定的に支持できる。
【図１】この発明の実施例を示す超電導軸受装置の概略
一部切欠き斜視図である。
一部切欠き斜視図である。
【図２】この発明の実施例の超電導軸受装置の永久磁石
を拡大して示す断面図である。
を拡大して示す断面図である。
【図３】凹所を形成する前の永久磁石本体における表面
から２ｍｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を表
すクラフである。
から２ｍｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を表
すクラフである。
【図４】凹所を形成する前の永久磁石本体表面からの距
離と磁束密度との関係を表すグラフである。
離と磁束密度との関係を表すグラフである。
【図５】凹所を形成した後の永久磁石本体における表面
から２ｍｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を表
すクラフである。
から２ｍｍ離れた位置での磁束密度の周方向の分布を表
すクラフである。
１ 回転体 ５ 環状超電導体部 ９ 永久磁石部 １２ 環状永久磁石 １３ 環状永久磁石本体 １３ａ 凹所 １４ 非磁性体粉末
Claims (1)
- 【請求項１】 回転体に同心状にかつ固定状に設けられ
た円板状永久磁石部と、この永久磁石部に対して間隔を
おいて対向するように配置された環状超電導体部とを備
えた超電導軸受装置であって、 上記永久磁石部が環状永久磁石を備えており、永久磁石
が、環状永久磁石本体の超電導体部と対向する面におけ
る表面磁束密度の大きい部分が削られて凹所が形成され
るとともに、この凹所内に非磁性体粉末が充填されるこ
とにより形成され、永久磁石の超電導体部と対向する面
の表面磁束密度、および重量が全周にわたって均一にな
されている超電導軸受装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143291A JPH0697050B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導軸受装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5143291A JPH0697050B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導軸受装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05240247A JPH05240247A (ja) | 1993-09-17 |
| JPH0697050B2 true JPH0697050B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=12886771
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5143291A Expired - Fee Related JPH0697050B2 (ja) | 1991-03-15 | 1991-03-15 | 超電導軸受装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0697050B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-15 JP JP5143291A patent/JPH0697050B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05240247A (ja) | 1993-09-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19950613 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |