JPH07217654A

JPH07217654A - 電力貯蔵装置およびその運転方法

Info

Publication number: JPH07217654A
Application number: JP5175367A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Higasa; 博正樋笠; Shoichi Yokoyama; 彰一横山; Noriyoshi Yabuuchi; 賀義藪内
Original assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-07-15
Filing date: 1993-07-15
Publication date: 1995-08-15

Abstract

(57)【要約】【目的】効率が良く実用性の高い電力貯蔵装置および
その運転方法を提供することを目的としている。【構成】永久磁石２とこの永久磁石に対向配置された
超電導体部３とを有する超電導磁気軸受、および球面ス
ラスト軸受６によりフライホイ−ル１が支持されるもの
である。また、上記電力貯蔵装置の運転に際して、超電
導磁気軸受と球面スラスト軸受の回転損失の和が最小に
なるように、高温超電導体部と永久磁石間の距離または
初期冷却時の上記高温超電導体部の位置を設定するもの
である。また、永久磁石はフライホイ−ルに固定されて
おり、高温超電導体部を移動させることにより上記永久
磁石との距離を調節して上記フライホイールの支持力を
得るように構成したものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温超電導磁気軸受を
用いたフライホイ−ル型電力貯蔵装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高温超電導体を用いた超電導磁気軸受に
よる電力貯蔵装置装置については、例えば図２３（第４
９回１９９３年度春季低温工学・超電導学会予稿集Ａ２
−１５）のような装置が試作されている。図において、
１は電力を回転エネルギ−として蓄積するためのフライ
ホイ−ル、２はフライホイ−ル１に取り付けられた永久
磁石、３は液体窒素で冷却された直方体形状の超電導体
を複数配置した超電導体部、４はフライホイ−ル１を回
転・減速するための発電電動機であり、４ａは固定子、
４ｂは回転子である。５はフライホイ−ルを上下駆動す
るためのハンドル、６ａは回転軸の振動を抑えるための
エア軸受である。

【０００３】ここで、超電導磁気軸受を用いた電力貯蔵
装置のしくみを説明する。高温超電導体３は約−２００
℃で抵抗がゼロすなわち超電導状態となる。この状態で
磁界勾配を有するたとえば永久磁石２などを近づけると
超電導体３内に磁界を遮蔽するように誘導電流が流れ
る。この誘導電流と永久磁石２のつくる磁界により両者
には反発力が生じる。超電導状態では抵抗がゼロである
ので、誘導電流は減衰しない。従って、この反発力は半
永久的に持続する。高温超電導体３はある磁界（下部臨
界磁界Ｈc1）を越えると超電導体３内に磁束が侵入しは
じめる。しかしピンニング力によりこの磁束を拘束する
特徴があるため上部臨界磁界Ｈc2まで超電導状態を保ち
続ける。従って、永久磁石２を更に近づけるとＨc2に近
づかない限り反発力は一般的に増加する。いったん侵入
した磁束は上記のように拘束され、超電導体３内には永
久磁石２をその位置で固定するような誘導電流が流れ、
永久磁石２は浮上する。例えば、リング状の永久磁石の
場合、周方向には磁界が一定であるので、浮上し固定さ
れている状態でも磁界が均一な方向には移動すなわち回
転が可能であり、非接触の軸受が構成できるので、回転
損失が極めて小さく、能動型磁気軸受のような位置制御
系が不要である。このような回転損失が小さい軸受によ
りフライホイ−ル１を支持し、回転エネルギ−を蓄積す
ることにより理想的な電力貯蔵が行える。しかし現時点
の技術や安全性を考慮すると機械軸受等を併用する可能
性が高くいかに併用する軸受の損失を低減するかという
検討が行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような電力貯蔵
装置では、超電導軸受の他にエア軸受６ａを併用してお
りエア軸受６ａの回転損失やエアを送るための動力損失
が大きいという問題があった。また、フライホイ−ル
１、永久磁石２、発電電動機４の回転子４ｂが一体とな
っており、浮上力を発生させるために重量、体積が大き
い回転体を移動しなければならず、移動距離により発電
電動機４の固定子４ａ、回転子４ｂの磁気中心がずれる
ため発電電動機４にアンバランス力が生じるという問題
があった。また、一般の断熱支持材では熱収縮により軸
受部のギャップが変化するという問題があった。また、
高温超電導体の形状が直方体もしくは円柱状のものを複
数配置し超電導体部３を構成しているため、円状に配置
した場合に、超電導体の占積率が低く無駄が多くなると
いう問題があった。

【０００５】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたものであり、効率が良く実用性の高い
電力貯蔵装置およびその運転方法を提供することを目的
としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１の発明
に係わる電力貯蔵装置は、永久磁石とこの永久磁石に対
向配置された超電導体部とを有する超電導磁気軸受、お
よび球面スラスト軸受によりフライホイ−ルが支持され
るものである。

【０００７】また、請求項２の発明に係わる電力貯蔵装
置の運転方法は、上記請求項１において、超電導磁気軸
受と球面スラスト軸受の回転損失の和が最小になるよう
に、高温超電導体部と永久磁石間の距離または初期冷却
時の上記高温超電導体部の位置を設定するものである。

【０００８】また、請求項３の発明に係わる電力貯蔵装
置は、永久磁石はフライホイ−ルに固定されており、高
温超電導体部を移動させることにより上記永久磁石との
距離を調節して上記フライホイールの支持力を得るよう
に構成したものである。

【０００９】また、請求項４の発明に係わる電力貯蔵装
置は、上記請求項３において、起動時にフライホイ−ル
の回転軸上部に差し込まれる芯出し冶具を備えたもので
ある。

【００１０】また、請求項５の発明に係わる電力貯蔵装
置は、上記請求項３において、起動時にフライホイ−ル
を収納している真空容器の側面から回転体の軸心を固定
する支持冶具を３本以上備えたものである。

【００１１】また、請求項６の発明に係わる電力貯蔵装
置は、超電導体部と永久磁石間の距離およびフライホイ
ールの振動を測定する変位計を上記超電導体部に備えた
ものである。

【００１２】また、請求項７の発明に係わる電力貯蔵装
置は、超電導体部は線膨張の絶対値が０．０５％以下の
断熱支持材により支持されているものである。

【００１３】また、請求項８の発明に係わる電力貯蔵装
置は、超電導磁気軸受の負荷荷重を測定するのに、バイ
アス荷重を加えた荷重計を超電導体部の支持材に取付け
たものである。

【００１４】また、請求項９の発明に係わる電力貯蔵装
置は、超電導磁気軸受の負荷荷重を測定する荷重計を真
空中に配置したものである。

【００１５】また、請求項１０の発明に係わる電力貯蔵
装置は、超電導体部を３×ｎ（ｎは整数）角形に成形さ
れた複数個の超電導体片を互いに密着させて組み合わせ
て構成したものである。

【００１６】また、請求項１１の発明に係わる電力貯蔵
装置は、反永久磁石側の超電導体部の低温容器との接触
面に冷却溝を設けたものである。

【００１７】また、請求項１２の発明に係わる電力貯蔵
装置は、超電導体部の冷媒と接触している面に冷却フィ
ンを設けたものである。

【００１８】また、請求項１３の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項１０において、隣接する超電導体片
間に熱良導部材を介在させたものである。

【００１９】また、請求項１４の発明に係わる電力貯蔵
装置は、超電導体部に穴を設けると共に、この穴を貫通
して低温容器の永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側
底板を固定する支持材を備えたものである。

【００２０】また、請求項１５の発明に係わる電力貯蔵
装置は、超電導体部の永久磁石との対向面に溝を設ける
と共に低温容器の永久磁石対向側上板に上記溝に嵌合す
る梁を設けたものである。

【００２１】また、請求項１６の発明に係わる電力貯蔵
装置は、低温容器の反永久磁石対向側底面に反超電導体
部方向に突出した放射状の梁を設けたものである。

【００２２】また、請求項１７の発明に係わる電力貯蔵
装置は、低温容器の反永久磁石対向側底板における超電
導体部との接触面に冷媒流通用の溝を設けたものであ
る。

【００２３】また、請求項１８の発明に係わる電力貯蔵
装置は、低温容器の反永久磁石対向側底板と超電導体部
との間に熱良導部材を介在させたものである。

【００２４】また、請求項１９の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項１８において、熱良導部材の冷媒と
の接触部に冷却フィンを設けたものである。

【００２５】また、請求項２０の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項１９において、熱良導部材は電気絶
縁材料で形成されているものである。

【００２６】また、請求項２１の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項１８または１９において、熱良導部
材が短冊状であり各短冊が電気絶縁されて放射状に配置
されているものである。

【００２７】また、請求項２２の発明に係わる電力貯蔵
装置は、超電導体部を冷凍機により伝導冷却するように
構成したものである。

【００２８】また、請求項２３の発明に係わる電力貯蔵
装置は、低温容器内に封入された冷媒を冷凍機を用いて
伝導冷却して超電導体部を冷却するように構成したもの
である。

【００２９】また、請求項２４の発明に係わる電力貯蔵
装置は、永久磁石は周方向に少なくとも一ヶ所の発生磁
界の１０分の１以下の磁界不均一を生じる部分を有する
ものである。

【００３０】また、請求項２５の発明に係わる電力貯蔵
装置は、請求項２４において、永久磁石がリング形状で
あり少なくとも一ヶ所半径方向に延びる隙間を設けたも
のである。

【００３１】また、請求項２６の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項２４において、永久磁石の超電導体
部との対向面に少なくとも一ヶ所半径方向に延びる溝ま
たは突起を設けたものである。

【００３２】また、請求項２７の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項２４において、永久磁石表面に少な
くとも一ヶ所半径方向に延びる磁性体の帯を設けたもの
である。

【００３３】また、請求項２８の発明に係わる電力貯蔵
装置は、上記請求項２４ないし２７において、永久磁石
は複数ヶ所の磁界不均一部分を有し、これらの磁界不均
一部分が周方向に均等に分布するように配置されている
ものである。

【００３４】また、請求項２９の発明に係わる電力貯蔵
装置の運転方法は、起動時に、所定の運転時間経過後ま
たは所定の永久磁石と超電導体部間の距離時に運転を停
止すると共に上記距離を変更し、再運転するものであ
る。

【００３５】また、請求項３０の発明に係わる電力貯蔵
装置の運転方法は、起動運転中に、所定の時間間隔で超
電導体部と永久磁石間の距離を変化させるものである。

【００３６】また、請求項３１の発明に係わる電力貯蔵
装置は、永久磁石の周囲を高張力繊維で固定したもので
ある。

【００３７】また、請求項３２の発明に係わる電力貯蔵
装置は、フライホイ−ルと永久磁石とで構成される回転
体の半径方向の変位を少なくとも３ヶ所で測定するよう
に構成したものである。

【００３８】

【作用】請求項１の発明における電力貯蔵装置は、永久
磁石とこの永久磁石に対向配置された超電導体部とを有
する超電導磁気軸受、および球面スラスト軸受によりフ
ライホイ−ルが支持されるので、低回転損失の軸受が構
成でき、フライホイ−ル浮上状態すなわち球面スラスト
軸受の負荷荷重がゼロの状態でラジアル方向に振動が生
じても球面スラスト軸受が支持できる。また、超電導体
の超電導状態が破壊してもスラスト軸受が球面のため直
ちに荷重を支持できる。

【００３９】請求項２の発明における電力貯蔵装置の運
転方法は、上記請求項１において、超電導磁気軸受と球
面スラスト軸受の回転損失の和が最小になるように、高
温超電導体部と永久磁石間の距離または初期冷却時の上
記高温超電導体部の位置を設定するので、低回転損失の
電力貯蔵装置の運転が実現できる。

【００４０】請求項３の発明における電力貯蔵装置は、
永久磁石はフライホイ−ルに固定されており、高温超電
導体部を移動させることにより上記永久磁石との距離を
調節して上記フライホイールの支持力を得るように構成
したので、体積の大きい回転体を移動する必要がなく、
回転体の機械的な位置が変化しないので、回転体に組み
込まれている発電電動機の位置が一定になりアンバラン
ス力を生じる心配がない。

【００４１】請求項４の発明における電力貯蔵装置は、
上記請求項３において、起動時にフライホイ−ルの回転
軸上部に差し込まれる芯出し冶具を備えたので、冷却時
および超電導体移動時に回転軸中心と磁気軸中心がずれ
ることがなく、また回転体が倒れないので、超電導体内
の磁化が周方向に均一になり回転損失を低減できる。

【００４２】請求項５の発明における電力貯蔵装置は、
上記請求項３において、起動時にフライホイ−ルを収納
している真空容器の側面から回転体の軸心を固定する支
持冶具を３本以上備えたので、重量のある回転体を支持
しやすい。

【００４３】請求項６の発明における電力貯蔵装置は、
超電導体部と永久磁石間の距離およびフライホイールの
振動を測定する変位計を上記超電導体部に備えたので、
回転体の振動および超電導磁気軸受のギャップを直接測
定でき信頼性が向上する。

【００４４】請求項７の発明における電力貯蔵装置は、
超電導体部は線膨張の絶対値が０．０５％以下の断熱支
持材により支持されているので、超電導体部を冷却した
際に超電導体部と永久磁石間の距離に変化を生じないの
で超電導磁気軸受けの負荷荷重や回転体の機械的位置を
一定に保てる。

【００４５】請求項８の発明における電力貯蔵装置は、
超電導磁気軸受の負荷荷重を測定するのに、バイアス荷
重を加えた荷重計を超電導体部の支持材に取付けたの
で、超電導磁気軸受に引っ張り荷重が加わったとしても
荷重計に引っ張り荷重が加わらず正確に測定ができる。

【００４６】請求項９の発明における電力貯蔵装置は、
超電導磁気軸受の負荷荷重を測定する荷重計を真空中に
配置したので、真空シ−ルの摩擦またはベロ−ズ等のバ
ネ定数を含まず、また、真空圧による引っ張り荷重が加
わらないので、正確な測定ができる。

【００４７】請求項１０の発明における電力貯蔵装置
は、超電導体部を３×ｎ（ｎは整数）角形に成形された
複数個の超電導体片を互いに密着させて組み合わせて構
成したので、超電導体の占積率が高く、例えば円筒状の
永久磁石に対応した形状の超電導体部を作りやすい。

【００４８】請求項１１の発明における電力貯蔵装置
は、反永久磁石側の超電導体部の低温容器との接触面に
冷却溝を設けたので、超電導体に発熱が生じても温度が
上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できる。

【００４９】請求項１２の発明における電力貯蔵装置
は、超電導体部の冷媒と接触している面に冷却フィンを
設けたので、超電導体に発熱が生じても温度が上昇しに
くく、初期冷却時間も短縮できる。

【００５０】請求項１３の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項１０において、隣接する超電導体片間に
熱良導部材を介在させたので、超電導体に発熱が生じて
も温度が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できる。

【００５１】請求項１４の発明における電力貯蔵装置
は、超電導体部に穴を設けると共に、この穴を貫通して
低温容器の永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側底板
を固定する支持材を備えたので、真空中でも低温容器の
永久磁石対向側上板が膨らみにくくなり板厚を薄くする
ことができ、超電導体部と永久磁石間の距離を小さくす
ることができる。

【００５２】請求項１５の発明における電力貯蔵装置
は、超電導体部の永久磁石との対向面に溝を設けると共
に低温容器の永久磁石対向側上板に上記溝に嵌合する梁
を設けたので、真空中でも低温容器の永久磁石対向側上
板が膨らみにくくなり板厚を薄くすることができ、超電
導体部と永久磁石間の距離を小さくすることができる。

【００５３】請求項１６の発明における電力貯蔵装置
は、低温容器の反永久磁石対向側底面に反超電導体部方
向に突出した放射状の梁を設けたので、冷却時の熱収縮
による歪や超電導体に加わる荷重による歪を避けること
ができる。

【００５４】請求項１７の発明における電力貯蔵装置
は、低温容器の反永久磁石対向側底板における超電導体
部との接触面に冷媒流通用の溝を設けたので、超電導体
に発熱が生じても温度が上昇しにくく、初期冷却時間も
短縮できる。

【００５５】請求項１８の発明における電力貯蔵装置
は、低温容器の反永久磁石対向側底板と超電導体部との
間に熱良導部材を介在させたので、超電導体に発熱が生
じても温度が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮でき
る。

【００５６】請求項１９の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項１８において、熱良導部材の冷媒との接
触部に冷却フィンを設けたので、超電導体に発熱が生じ
ても温度が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できる。

【００５７】請求項２０の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項１９において、熱良導部材は電気絶縁材
料で形成されているので、超電導体に発熱が生じても温
度が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮し、運転時に永
久磁石の磁界が変動しても渦電流が熱良導部材に流れな
いので、磁界変動による温度上昇がない。

【００５８】請求項２１の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項１８または１９において、熱良導部材が
短冊状であり各短冊が電気絶縁されて放射状に配置され
ているので、超電導体に発熱が生じても温度が上昇しに
くく、初期冷却時間も短縮でき、運転時に永久磁石の磁
界が変動しても渦電流が熱良導部材に流れないので、磁
界変動による温度上昇が小さい。

【００５９】請求項２２の発明における電力貯蔵装置
は、超電導体部を冷凍機により伝導冷却するように構成
したので、外部より冷媒を供給する必要がなく安定な冷
却が行える。

【００６０】請求項２３の発明における電力貯蔵装置
は、低温容器内に封入された冷媒を冷凍機を用いて伝導
冷却して超電導体部を冷却するように構成したので、ヒ
−トパイプのような効率の良い冷却が可能である。

【００６１】請求項２４の発明における電力貯蔵装置
は、永久磁石は周方向に少なくとも一ヶ所の発生磁界の
１０分の１以下の磁界不均一を生じる部分を有するの
で、磁束の変動により超電導体における磁束クリ−プの
エネルギ−低下分を補給でき、浮上力の低下を緩和する
ことができる。

【００６２】請求項２５の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項２４において、永久磁石がリング形状で
あり少なくとも一ヶ所半径方向に延びる隙間を設けたの
で、請求項２４と同様の効果が得られる。

【００６３】請求項２６の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項２４において、永久磁石の超電導体部と
の対向面に少なくとも一ヶ所半径方向に延びる溝または
突起を設けたので、請求項２４と同様の効果が得られ
る。

【００６４】請求項２７の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項２４において、永久磁石の超電導体部と
の対向面に少なくとも一ヶ所半径方向に延びる磁性体の
帯を設けたので、請求項２４と同様の効果が得られる。

【００６５】請求項２８の発明における電力貯蔵装置
は、上記請求項２４ないし２７において、永久磁石は複
数ヶ所の磁界不均一部分を有し、これらの磁界不均一部
分が周方向に均等に分布するように配置されているの
で、不均一磁界による超電導磁気軸受における周方向の
浮上力のアンバランスが集中すること無く均一化でき、
振動が抑制できる。

【００６６】請求項２９の発明における電力貯蔵装置の
運転方法は、起動時に、所定の運転時間経過後または所
定の永久磁石と超電導体部間の距離時に運転を停止する
と共に上記距離を変更し、再運転するので、磁束クリ−
プによる超電導体部と永久磁石の接触を防止でき、再起
動時に超電導磁気軸受特性を回復することができる。

【００６７】請求項３０の発明における電力貯蔵装置の
運転方法は、起動運転中に、所定の時間間隔で超電導体
部と永久磁石間の距離を変化させるので、磁束クリ−プ
による超電導体部と永久磁石の接触を防止でき、電力貯
蔵装置を停止させることなく超電導磁気軸受の特性を維
持できる。

【００６８】請求項３１の発明における電力貯蔵装置
は、永久磁石の周囲を高張力繊維で固定したので、遠心
力による応力を高張力繊維が支持するので永久磁石が破
壊しにくくフライホイ−ルに埋め込まなくてもよくなり
フライホイ−ルの最高回転数が上昇する。

【００６９】請求項３２の発明における電力貯蔵装置
は、フライホイ−ルと永久磁石とで構成される回転体の
半径方向の変位を少なくとも３ヶ所で測定するように構
成したので、複雑な構成の回転体における各部の振動を
確認することができる。

【００７０】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図をもとに説明
する。図１はこの発明の一実施例による電力貯蔵装置全
体の断面構成図である。また図２は請求項１、４、５、
６、７に記載された発明の一実施例を示す要部断面図で
ある。図において、１は電力を回転エネルギ−として蓄
積するためのフライホイ−ル、２はホルダー２ａにより
フライホイ−ル１に取り付けられた永久磁石、３は液体
窒素で冷却された超電導体部、４はフライホイ−ル１を
回転・減速するための発電電動機、６はフライホイ−ル
１の荷重の一部を支持する球面スラスト軸受、７は超電
導体部３を上下に移動するための駆動装置、８は超電導
体部３の冷却および超電導磁気軸受荷重変化時の回転体
の同軸度を保つためにフライホイール１の回転軸上部に
設けられた差込み式の芯出し治具すなわちセンタ−ピ
ン、９は超電導体部３の冷却および超電導磁気軸受荷重
変化時の回転体の同軸度を保つためのフライホイ−ル１
を支える支持治具すなわち支持棒、１０は超電導体部３
に設けられた非接触の変位計、１１は超電導体３を支持
するための断熱支持材、１４はフライホイ−ル１を真空
雰囲気にするための真空容器、１５は断熱支持材１１を
駆動しかつ真空を保つためのベロ−ズ、１６は超電導体
３を冷却するための冷媒である液体窒素のタンクであ
る。なお、図２では超電導体部３を支持している断熱支
持材１１を１本しか描いていないが実際には複数本、例
えば３本で支持している。

【００７１】次に動作について説明する。図１および２
に示すようにフライホイ−ル１は球面スラスト軸受６に
より支持され、センタ−ピン８および支持棒９により軸
心を固定している。超電導体部３は例えば約10mm程度、
永久磁石２の表面から離されている。この状態で、タン
ク１６に液体窒素を投入し超電導体部３を冷却する。超
電導体部３が十分冷却されたのちに、後述の実施例４で
詳細に説明するように、駆動装置７により超電導体部３
を永久磁石２に近づけることにより浮上力が発生し一方
球面スラスト軸受６の荷重は減少する。実施例２で詳し
く説明するが、所定の負荷荷重の位置すなわち永久磁石
２と超電導体部３間の距離で超電導体部３を固定してセ
ンタ−ピン８および支持棒９を外し、発電電動機４によ
りフライホイ−ル１を回転し電力を貯蔵する。電力を回
生するためには、発電電動機４を発電に切り替えること
によりフライホイ−ル１は減速し電力を取り出す。

【００７２】上記の電力貯蔵装置において、フライホイ
−ル１を支持する軸に超電導磁気軸受と球面スラスト軸
受６を併用している。現在の超電導磁気軸受ではラジア
ル方向の振動に対して十分なバネ定数が得られていない
ため、球面スラスト軸受６を併用することによりたとえ
球面スラスト軸受６の荷重がゼロであっても軸受部が球
面のためラジアル方向の振動が抑えられる。

【００７３】実施例２．図３は請求項２に記載の発明の
一実施例による軸受損失と超電導磁気軸受のギャップと
の関係を示す計算結果例である。なお、電力貯蔵装置の
構成は実施例１の場合と同様である。超電導磁気軸受と
球面スラスト軸受６において、超電導磁気軸受は低回転
損失であるが、永久磁石２の磁界不均一性やフライホイ
−ル１の振動により超電導体３の損失が発生する。図３
で分かるように、特に超電導体３を永久磁石２に近づけ
ると変位の３〜４乗に比例して損失が増加する、一方球
面スラスト軸受６の損失は負荷荷重の１乗に比例してお
り上述の変位に対し２乗以下に比例する。従って、この
ように超電導磁気軸受と球面スラスト軸受６を併用する
と、低損失化の最適値が存在する。そこで、請求項２に
述べたように、高温超電導体部３と永久磁石２間の距離
または初期冷却時の高温超電導体部３の位置を変えるこ
とにより超電導磁気軸受の負荷荷重を変化させて超電導
磁気軸受と球面スラスト軸受６の回転損失の和が最小に
なるような条件下で運転することにより、電力貯蔵装置
の効率が向上する。

【００７４】実施例３．なお、上記実施例１では、超電
導磁気軸受と球面スラスト軸受６を併用したが、図２に
示したように球面スラスト軸受６の下部に従来のボ−ル
ベアリング等のベアリング３１を配置すれば、球面スラ
スト軸受６の相対回転数が減らせるのでさらなる回転損
失低減が期待できる。

【００７５】実施例４．請求項３に記載の発明の一実施
例を図１をもとに説明する。超電導体部３を冷却後回転
体を浮上させるために上方に動かす。これまでは体積が
大きく重量のあるフライホイ−ル１等の回転体を移動し
ていたので、駆動装置が大がかりであった。また、一般
に電力貯蔵装置においても発電電動機により回転、減速
を行うので、この発電電動機４の固定子と回転子の位置
が軸方向に変化することは軸方向のアンバランス力が発
生し望ましくない。従って、本実施例では超電導体部３
が移動し、フライホイ−ル１等の回転体の機械的な位置
は固定されるので、発電電動機４の軸方向のアンバラン
ス力は発生しない。また超電導体部３は静止体であるの
で、移動を行い易く体積も前述の図１に示すようにフラ
イホイ−ル１に比べて大変小さい。

【００７６】実施例５．請求項４の発明の一実施例を図
１および図５の要部断面図をもとに説明する。図５にお
いて、１ａはフライホイ−ル１に取り付けられた回転
軸、８は回転軸１ａ上部に差し込まれる芯出し冶具すな
わちセンターピンである。次に動作について説明する。
図１においてフライホイ−ル１の荷重は超電導体部３の
冷却前では、球面スラスト軸受６により支持されてい
る。球面スラスト軸受６は荷重を１点で支持しているの
で、フライホイ−ル１はコマと同様にある程度回転しな
いと自立しないので、冷却前は超電導体部３の面と永久
磁石２の面は平行でない。従って、超電導体に対する磁
界は均一に加わっていない。この状態で冷却を行うと、
超電導体内に不均一磁界が閉じこめられ、さらに永久磁
石２に近づけると超電導体内の磁界の不均一度が増加す
る。この超電導体内の不均一磁界により磁石に加わる力
が不均一になり回転に対し磁気的な摩擦となり、また振
動が生じ回転損失は増大する。そこで、図５に示すよう
にセンタ−ピン８により冷却時に回転軸１ａを回転中心
に固定することにより超電導体部３と永久磁石２を平行
に維持できるので、超電導体内の磁界が不均一に閉じこ
められることがなくなる。そして、このセンタ−ピン８
を設置したまま超電導体部３を駆動することにより均一
な浮上力を得るので、所定の荷重を超電導体部３が支持
した状態でセンタ−ピン８を外してもフライホイ−ル１
は自立したままである。

【００７７】実施例６．請求項５の発明の一実施例を図
２をもとに説明する。上記実施例５ではフライホイ−ル
１の固定に回転軸１ａを固定するセンタ−ピン８を用い
たが、図２のように真空容器１４の側面からフライホイ
−ル１を直接支持する支持棒９を用いても同様の効果を
奏し、さらに上記実施例５ではセンタ−ピンの取付精度
によりフライホイ−ル１の同軸度が決まるが、この実施
例では支持棒９によるフライホイ−ル１の支持を３点で
行うことにより軸位置の調整が可能になるという効果も
ある。なお、センタ−ピン８と支持棒９を併用できるの
は言うまでもない。

【００７８】実施例７．次に、請求項６の発明の一実施
例について図２をもとに説明する。超電導体部３を移動
させる場合、超電導体部３と永久磁石２間の距離すなわ
ちギャップとフライホイ−ル１の振動を計測するには、
一般的には真空容器１４に超電導体部３の移動距離測定
用の変位計とフライホイ−ル１の振動測定用の変位計を
別々に取り付けることが考えられるが、この実施例のよ
うに変位計１０を超電導体部３に直接取り付けることに
よりギャップと振動を同時に測定でき、さらに実施例
４、５で述べた超電導体３と永久磁石２の平行度も測定
できる。なお、この実施例では変位計１０には渦電流式
変位計を用いた。これは超電導体部３が液体窒素で冷却
されるために例えばレ−ザ−干渉型変位計を用いると低
温状態で発振しないので使えないからであるが、渦電流
式に限るものではなく、容量式、差動トランス式、機械
式等、液体窒素温度で使用できるものであればよい。

【００７９】実施例８．なお、上記実施例７において、
変位計１０を超電導体部３に取り付ける際に銅やアルミ
ナ等の熱良導材料を介して取付けることにより、超電導
体部３の冷却時に変位計３内の温度差を少なくできるの
で、熱歪を受けにくくなり、変位計１０の特性が安定す
るという効果がある。

【００８０】実施例９．次に、請求項７の発明の一実施
例について図２をもとに説明する。超電導体部３を支持
する断熱支持材１１は室温部から低温部にわたり荷重を
支持しさらに断熱しなければならない。このような断熱
支持の材料としては一般にステンレス鋼やＧＦＲＰがよ
く用いられる。しかし、これらの材料の室温から液体窒
素温度（−２００℃）の線膨張はステンレス鋼で−０．
２７％、一般のＧＦＲＰ（ガラス繊維強化樹脂）では−
０．１７％である。熱侵入を考慮すると支持材の長さを
長くしなければならない。例えば、熱侵入量を１０Ｗ程
度にするために支持材の長さを２００ｍｍとした場合の
熱収縮は、ステンレス鋼を用いると約０．３ｍｍ、ＧＦ
ＲＰで約０．２ｍｍの収縮になる。運転時の超電導磁気
軸受のギャップが１ｍｍ程度であるので、この熱収縮に
より超電導磁気軸受の荷重負荷が１０％以上変化してし
まう。そこで、熱伝導率が低く線膨張の小さいクオ−ツ
ガラス繊維を用いたＦＲＰを支持材に適用した。このク
オ−ツガラス繊維を用いたＦＲＰは線膨張が＋０．０１
％程度であるので、上記のギャップにほとんど影響しな
い。

【００８１】実施例１０．上記実施例９では断熱支持材
１１にクオ−ツガラス繊維を用いたＦＲＰを適用した
が、クオ−ツガラスにかかわらずグラファイトでもよく
同様の効果を奏する。グラファイトの場合、室温から液
体窒素温度までの線膨張が−０．０５％程度である。

【００８２】実施例１１．次に、請求項８の発明の一実
施例について図４をもとに説明する。図において、１２
は超電導体部３の負荷荷重を測定するための荷重計であ
り、１３は荷重計１２にバイアス荷重を加えるための圧
縮負荷冶具である。また、図において断熱支持材１１や
圧縮負荷冶具１３等は各々１本しか描かれていないが実
際には各々３本で構成している。超電導体部３の負荷荷
重を測定するための荷重計１２は断熱支持材１１を介し
て取り付けられる。荷重計１２は圧縮力測定用である。

【００８３】次に動作について説明する。超電導体３は
実施例１で説明したように、超電導体３に磁束が侵入し
た場合外部の磁界を下げようとしても磁束を閉じこめて
いる状態を保とうとする。従って、永久磁石２に外力を
加え超電導体部３に近づけ超電導体に磁束を侵入させた
のちにこの外力を減少させても元の位置に戻らない。元
の位置に戻すためにはさらに引っ張り力を加える必要が
ある。従って、この荷重計１２には引っ張り力が加わる
ので測定ができない。また、圧縮、引っ張りの両用の荷
重計を使用した場合でも荷重計の取付軸の遊びすき間に
より圧縮から引っ張りに変わる変極点で測定の誤差が生
じる。そこで、荷重計１２に圧縮負荷冶具１３により圧
縮力のバイアス荷重を加え常に圧縮力が加わるようにし
た。特に荷重計を大気中に設置した場合には、先の超電
導磁気軸受の引っ張り力に加え、真空圧が加わり引っ張
り力が付加されるので、この圧縮負荷冶具１３が有効で
ある。

【００８４】実施例１２．なお、上記実施例１１におい
ては、圧縮負荷冶具１３は荷重計１２の両端部を棒状の
もので接続して圧縮荷重を加えているが、この冶具がお
もりであってもよく同様の効果を奏する。また、上記の
ような圧縮負荷冶具１３の場合は荷重に対して引っ張り
力が一定でない場合があるが、おもりを用いることによ
り一定圧力が加わるので、荷重計１２の出力が負荷荷重
に比例して得られるという効果もある。

【００８５】実施例１３．請求項９に記載の発明の一実
施例を図６をもとに説明する。この例では、複数の荷重
計１２が真空容器１４内に設置されており、これらの荷
重計１２の出力の合計が超電導体部３に加わる荷重を示
す。このように荷重計１２を真空容器１４内に設置する
ことにより、真空シ−ルの摩擦や図１で示すベロ−ズ１
５等のバネ定数を含まず、また、上記実施例１１で述べ
たような真空による引っ張り力は荷重計１２に加わらな
い。従って、超電導磁気軸受の荷重を直接測定できるの
で、正確な荷重測定ができる。なお、図では荷重計１２
が複数の場合について述べたが真空容器１４内で断熱支
持材１１を一つにまとめ、その荷重を測定してもよい。

【００８６】実施例１４．請求項１０に記載の発明の一
実施例を図７の超電導体部の上面図をもとに説明する。
図において、３ａは超電導体片であり、３ｂはこの超電
導体３ａを真空中で低温に冷却するための低温容器であ
る。３ｃは支持材、３ｄは低温容器底板に設けられた梁
であり、これらについては後の実施例で詳述する。

【００８７】図１で示したように、超電導体部３はリン
グ状の永久磁石２と対向して形成されるので、永久磁石
２と同様の形状が必要であるにもかかわらず、特性の良
い酸化物超電導体は現在のところ３０ｍｍから７０ｍｍ
程度の大きさである。従って、超電導体を加工し組み合
わせて超電導体部を構成している。対向する永久磁石２
がリング状であるので、超電導体部もこの形状に即した
構成にする必要がある。この場合、図７に示す本実施例
のように六角形に加工された超電導体片３ａを密着させ
て組み合わせることにより効率よく配置できるので、超
電導体片３ａの占積率をほぼ１００％にすることができ
る。また、各超電導体片３ａを密着させているので、超
電導体の作る磁界が周方向に均一であり、永久磁石２に
渦電流が生じにくくなるので回転損失が低減できる。

【００８８】なお、図７では６角形に加工された超電導
体片３ａを用いたが、例えば３角形に加工された超電導
体片を６個組み合わせて６角形としたものを用いてもよ
く、上記実施例と同様の効果が得られる。

【００８９】実施例１５．請求項１１に記載の発明の一
実施例を図８をもとに説明する。図８の左半分は超電導
体部の断面図であり、右半分は低温容器の一部を破断し
て示す側面図である。図において、３ｇは反永久磁石側
の超電導体３ａの低温容器３ｂとの接触面に設けられた
冷媒が通るための冷却溝であり、この図では明確ではな
いが、例えば図７に３ｄで示す梁のように放射状に設け
られている。このように超電導体３ａに溝３ｇを施すこ
とにより、低温容器３ｂに取り付けられた面にも、例え
ば液体窒素のような冷媒が入り込むので、超電導体３ａ
の初期冷却時において冷却時間が短くなる。また、超電
導体３ａに発熱が生じた場合でも、冷却効率がよいの
で、超電導体３ａの温度上昇が小さい。さらに、本実施
例では超電導体部の外周部と内周部を溝３ｇにより貫通
するので、内周部にも冷媒が満たされ、なお一層冷却効
率が良くなる。なお、図８において、３ｅは請求項１５
に係わり後の実施例で説明する低温容器３ｂの永久磁石
対向側上板に設けられた梁である。

【００９０】実施例１６．請求項１２に記載の発明の一
実施例を超電導体部の左側断面を示す図９をもとに説明
する。図において、１８は超電導体３ａの冷媒との接触
面に取り付けられた冷却フィンである。このように超電
導体３ａの表面に冷却フィンを設けているので、冷却の
表面積を２倍以上にすることができ、冷却効率を２倍以
上向上できる。なお、図９では冷却フィン１８が水平の
ものについて示したが、垂直のものにすれば対流により
冷却が促進されるので、なお一層冷却効率が向上する。

【００９１】実施例１７．請求項１３に記載の発明の一
実施例を超電導体部の断面を示す図１０をもとに説明す
る。図において、３ｈは超電導体片３ａの組み立てにお
いて隣接する超電導体片３ａ間に介在させた熱良導部材
であり、例えば銅や銀の高熱伝導率の金属である。酸化
物超電導体は熱伝導率がステンレスより低いので、初期
冷却時や超電導体に発熱が生じた場合に冷却が悪い。そ
こで、本実施例のように超電導体片３ａ間に高熱伝導率
の金属３ｈを挟み込ことにより、超電導体片３ａの平均
熱伝導率が向上し冷却効率が向上する。銅や銀の熱伝導
率は酸化物超電導体に比べ約４桁大きいので、３０ｍｍ
程度の超電導体片３ａの場合に０．３ｍｍの金属板３ｈ
を挟むだけで冷却熱量が２桁近く向上する。なお、図１
０において、３ｆは請求項１７の実施例として後述する
低温容器３ｂの反永久磁石対向側底板における超電導体
部３との接触面に設けられた冷媒流通用の溝である。

【００９２】実施例１８．なお、上記実施例１７におい
ては熱良導部材３ｈとして高熱伝導率の金属を用いた
が、一般に銅や銀などは電気抵抗も低い。従って、図１
に示したように永久磁石２が回転し変動磁界がこの金属
３ｈに加わった場合、渦電流が金属３ｈに発生し渦電流
損失が生じる。そこで、この金属３ｈが大きなル−プを
作らないように一部を切断することにより渦電流を切れ
ばよい。

【００９３】実施例１９．また、上記実施例１８におい
ては熱良導部材３ｈとして高熱伝導率の金属を用いその
一部を切断したが、渦電流損失をゼロにすることは困難
である。そこで、金属の変わりに高熱伝導率のセラミッ
ク例えば酸化マグネシウムや窒化アルミを用いれば、こ
れらの材料は電気的に絶縁材であるので、渦電流は生じ
ない。

【００９４】実施例２０．請求項１４に記載の発明の一
実施例を図７および図１１をもとに説明する。図におい
て、３ｃは超電導体３ａに設けられた穴を貫通して低温
容器３ｂの永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側底板
を固定する支持材である。図１に示したように、超電導
磁気軸受においては超電導体部３と永久磁石２の有効ギ
ャップをできるだけ大きく取るためには、上記低温容器
３ｂの上板を薄くしなければならない。しかし、この超
電導磁気軸受は真空中で使用しているので、低温容器３
ｂの内圧がたとえ大気圧であっても低温容器３ｂの上板
には差圧が１気圧加わっている。従って、上板はこの圧
力によりたわみを生じ上記の有効ギャップが減ってしま
う。また、この応力が許容値を越えれば低温容器３ｂは
破壊してしまう。そこで、超電導体３ａに穴加工を施
し、この穴を貫通して低温容器３ｂの上板と底板をつな
ぐ支持材３ｃを設置する。例えば実験によれば、低温容
器３ｂに１ヶ所支持材３ｃを設置することにより支持材
が無い場合に比べたわみ量が半分以下になった。

【００９５】実施例２１．請求項１５に記載の発明の一
実施例を図８をもとに説明する。図において、３ｅは低
温容器３ｂの永久磁石対向側上板に半径方向に放射状に
設けた複数の梁である。上記実施例２０では支持材３ｃ
を用いたが、本実施例では超電導体３ａの永久磁石との
対向面に溝加工を施し、これらの溝に嵌合する梁３ｅを
低温容器３ｂの上板に設けた。この例のように、梁３ｅ
を６ヶ所設けることにより上板のたわみ量が梁３ｅが無
い場合に比べ２分の１以下になった。なお、この例では
梁３ｅを６ヶ所設けた場合について説明したが、例えば
１ヶ所であっても効果があるのは言うまでもない。

【００９６】実施例２２．請求項１６に記載の発明の一
実施例を図７および図８をもとに説明する。図におい
て、３ｄは低温容器３ｂの反永久磁石対向側底面に反超
電導体部方向に突出して設けられた放射状の複数本の梁
である。低温容器３ｂの底板は上記実施例２１の上板に
比べて寸法上の制約が無いが、例えば低温容器にステン
レスを用いた場合、板厚を厚くすると熱歪のため変形が
生じてしまう。すなわちステンレスは熱伝導率が悪いた
め、初期冷却時において、液体窒素を直接低温容器３ｂ
に投入した場合に底板の内壁と真空側で大きな温度勾配
がついてしまう。この温度勾配により熱歪を受け低温容
器３ｂ全体が反り返ってしまう。この変形により図１の
超電導体部３と永久磁石２間のギャップが変化し超電導
体３ａに加わる永久磁石２の磁界分布が変化するので、
回転損失が増える。このような低温容器３ｂの熱歪を回
避するために、底板をできるだけ薄くし半径方向に放射
状に複数の梁３ｄを設けた。これにより初期冷却時にお
ける底板の温度分布が緩和され変形量が極めて小さくな
った。

【００９７】実施例２３．請求項１７に記載の発明の一
実施例を図１０をもとに説明する。図において、３ｆは
低温容器３ｂの反永久磁石対向側底板における超電導体
部３との接触面に設けられた冷媒流通用の溝であり、例
えば図７に示す梁３ｄのように放射状に複数本設けられ
ている。このように低温容器３ｂに冷媒流通用の溝３ｆ
を設けることにより上記実施例１５で示したように超電
導体３ａを加工する必要がなく、同様の効果が得られ
る。酸化物超電導体は一般にセラミック材であり機械加
工には不適当である。従って、この実施例のように低温
容器３ｂを加工する方が望ましい。

【００９８】実施例２４．請求項１８に記載の発明の一
実施例を図１２をもとに説明する。図において、１９は
超電導体３ａと低温容器３ｂの反永久磁石対向側底板の
間に介在させた熱良導部材であり、例えば銅などの金属
で形成されている。上記実施例２３では低温容器３ｂに
冷媒流通用の溝３ｆを設けたが、先に述べたように超電
導体３ａは熱伝導率が低いので、さらに冷却効率を向上
させるために、本実施例のように超電導体３ａの底面全
体を冷却するように高熱伝導率の部材１９を施す。ま
た、このように超電導体３ａの底面に高熱伝導率の部材
１９を施すことにより、初期冷却時や発熱時に超電導体
３ａの温度が均一化されるので、例えば超電導体３ａを
低温容器３ｂに固着しても超電導体３ａに熱歪が加わり
にくくなり熱サイクルによる超電導特性の劣化が生じに
くくなる。

【００９９】実施例２５．請求項１９に記載の発明の一
実施例を図１３をもとに説明する。図において、２０は
熱良導部材１９の冷媒との接触部に設けられた冷却フィ
ンである。この冷却フィン２０により、上記実施例の効
果に加え、限られた低温容器３ｂ内のスペ−スで熱良導
部材１９を十分に冷却することができるという効果が得
られる。

【０１００】実施例２６．請求項２０に記載の発明の一
実施例について説明する。上記実施例２４および２５で
は熱良導部材１９として銅などの金属を用いたが、先に
も述べた渦電流損失を生じないように高熱伝導率でかつ
電気絶縁材である酸化マグネシウムや窒化アルミなどの
セラミック系の材料を用いても同様の効果を奏し、さら
に運転時に永久磁石の磁界が変動しても渦電流が高熱伝
導率の部材に流れないので、渦電流による損失が無くな
るという効果がある。

【０１０１】実施例２７．請求項２１に記載の発明の一
実施例を図１４をもとに説明する。例えば永久磁石２の
周方向の磁界不均一がある状態で回転した場合に、熱良
導部材１９が周方向に短絡していれば渦電流が流れ損失
となる。そこで、本実施例では図のように熱良導部材１
９が短冊状であり各短冊１９が電気絶縁されて放射状に
配置されているので、電流は各短冊内で流れ周方向に一
周するような電流は流れない。すなわち、電流のパス幅
が小さくなり電流パスの抵抗が大きくなるので、渦電流
損失が軽減できる。

【０１０２】実施例２８．請求項２２に記載の発明の一
実施例を図１５をもとに説明する。図において、１７は
超電導体部３を伝導冷却する小型冷凍機、２３は超電導
体部３に密着支持する熱良導性の支持材である。このよ
うに超電導体部３を直接小型冷凍機１７で冷却している
ので、冷媒を供給する必要がなく、図１に示した液体窒
素タンク１６のような冷媒を蓄えておく容器が不要にな
るので、構造が簡単になる。また、連続運転が可能にな
り本装置の信頼性が向上する。

【０１０３】さらに、小型冷凍機１７の冷凍能力が定常
時熱侵入量より大きい場合には、所定の温度以下に保つ
ことができるので、超電導体部３を所定の温度で初期冷
却し超電導磁気軸受を動作させた後に、超電導体部３の
温度をさらに冷却することにより、磁束クリ−プを緩和
することができる。これは、磁束をトラップさせた際の
磁束のピンニングポテンシャルが低温にすることにより
向上し、さらに温度が低いので、熱擾乱が小さくなるた
めである。このように過冷却にする事により超電導磁気
軸受の剛性が高くなり振動に対して強くなる効果もあ
る。それは、低温にすることにより超電導体の臨界電流
密度が向上するので、磁束変化に対するロ−レンツ力が
増加するためである。

【０１０４】なお、本実施例では小型冷凍機１７の本体
が超電導体部３とともに移動するような構成であるが、
冷凍機本体を固定し、小型冷凍機１７に連結された低温
ステ−ジと超電導体部３の支持材２３を銅の編素線のよ
うな可動材を用いてつないだ構成でも実現できる。

【０１０５】実施例２９．請求項２３に記載の発明の一
実施例について説明する。超電導体部３を収納する低温
容器を備え、この低温容器に液体窒素などの冷媒を封入
することによりヒ−トパイプのような効率の良い冷却が
可能である。

【０１０６】実施例３０．請求項２４および２５に記載
の発明の一実施例を図１６および図１７をもとに説明す
る。図１６は永久磁石の超電導体部との対向面を示す平
面図である。また、図１７は請求項２４に記載の発明の
一実施例を説明するための永久磁石の周方向の磁界分布
を示す特性図である。図１６において、２ａは永久磁石
のホルダ−、２ｂ〜２ｅはこのホルダ−２ａに納めら
れ、リング形状をした各々１層目から４層目の永久磁
石、３０は永久磁石の周方向に磁界不均一部分を生じさ
せるために設けられた半径方向に延びる隙間である。図
１７において横軸θは周方向位置、縦軸Ｂは永久磁石の
作る磁界、ΔＢは磁界変化分をΔθはこのΔＢの生じる
周方向分を示している。図１６のように各磁石２ｂ〜２
ｅは半径方向に少なくとも一ヶ所隙間３０を設けてお
り、磁界は図１７のように変化する。実施例２９で述べ
たように、定常状態においては磁束クリ−プが生ずるの
でトラップしていた磁束が緩和してしまい、超電導体内
のエネルギ−が低下してしまう。そこで図１に示したよ
うに永久磁石２は超電導体部３と対向して回転してお
り、図１７のような磁界変化ΔＢを超電導体が受けると
超電導体に起電力が生じエネルギ−が再注入される。し
たがって、この起電力と磁束クリ−プによる損失が釣り
合ったところで、見かけの磁束クリ−プが無くなり永久
磁石２と超電導体部３のギャップは一定値を保ったまま
となる。しかし、この磁界変化は起電力に加えヒステリ
シス損失や局部的な渦電流損失を生じさせる。これらの
損失は回転損失になるだけではなく超電導体の温度上昇
を生じさせる。したがって、この磁界変化は磁束クリ−
プを緩和する程度に抑えなければならない。磁界変化の
最適値は超電導体の磁束ピンニングポテンシャルと許容
損失で決まるが、損失を重視する電力貯蔵装置では発生
磁界の１０％すなわち１０分の１以下が望ましい。

【０１０７】実施例３１．請求項２６に記載の発明の一
実施例を図１８をもとに説明する。図１８はホルダーを
１部破断して永久磁石を示す側面図であり、図の上方が
超電導体部との対向面である。図において、２ｆはリン
グ状永久磁石２ｂの超電導体部との対向面に設けられた
半径方向に延びる溝である。これは上記実施例３０が図
１６で示したように永久磁石２ｂに隙間３０を設けたの
に対し溝２ｆを設けたものである。隙間３０の場合は永
久磁石２を回転させた場合に遠心力で分離し偏重心量が
増加するので、回転体の振動を増加させる可能性が大き
い。そこで、本実施例のように溝２ｆを設けることによ
り同様の効果が得られ、永久磁石２ｂは一体であるの
で、遠心力に対しても強いものが得られる。

【０１０８】実施例３２．このように上記実施例３１で
は永久磁石２ｂの超電導体部との対向面に溝２ｆを設け
たが、遠心力に対しては突起を設けることによりさらに
強くなり同様の効果が得られる。また、突起にすること
により突起部が超電導体に近づくので、同程度の磁界変
化において溝に比べ突起部の形状は小さくできる。

【０１０９】実施例３３．請求項２７に記載の発明の一
実施例を図１９をもとに説明する。図において、２ｇは
永久磁石２ｂの超電導体との対向面に設けられた半径方
向に延びる磁性体の帯である。このように磁性体の帯２
ｇを埋め込むことにより磁界変化の影響が大きくなるの
で、上記実施例３１、３２と同程度の磁界変化に対し磁
性体２ｇの形状を小さくできる。

【０１１０】実施例３４．図１６は請求項２８に記載の
発明の一実施例を図１６をもとに説明する。図のように
リング状の永久磁石２ｂ〜２ｅに設けた複数の隙間３０
である磁界不均一部分をできるだけ周方向の対称位置に
分布するように配置した場合、この磁界不均一部分によ
り浮上力の不均一が生じても回転体のアンバランス力は
最小になり回転振動への影響は小さくなる。なお、この
実施例では、隙間３０による磁界不均一部分について述
べたが、実施例３２、３３で述べたように永久磁石に施
した複数の溝２ｆや突起、および複数の磁性体の帯２ｇ
についても同様に対称位置に分布するように配置するこ
とにより同様の効果を奏する。

【０１１１】実施例３５．図２０は請求項２９に記載の
発明の一実施例を運転パタ−ンを示すブロック図である
図２０をもとに説明する。このように超電導体部と永久
磁石からなる超電導磁気軸受において、初期の運転開始
時において超電導体部を冷却したのちに超電導体部と永
久磁石のギャップを縮めて浮上力を得、フライホイ−ル
を回転させ、所定の運転時間に達するとフライホイ−ル
を停止し超電導体部と永久磁石部のギャップを大きくし
たのちに超電導体部を昇温する。そして、再冷却を行い
初期の運転時と同様に超電導体部と永久磁石のギャップ
を縮めフライホイ−ルを回転させる。

【０１１２】超電導体に磁界を加え続けると上述のよう
に磁束クリ−プにより超電導体部と永久磁石のギャップ
がさらに縮まり、ついにはギャップがゼロとなり接触し
てしまう。これを防止するために運転を一担停止し、超
電導体を昇温、再冷却することにより超電導体の超電導
特性が初期値に戻る。この状態で、初期と同じ状態で運
転ができる。

【０１１３】なお、この実施例では、所定時間において
停止、昇温、再冷却、再起動を行うとしたが、超電導体
部と永久磁石のギャップを測定し、所定の値において上
記と同様に停止、昇温、再冷却、再起動を行ってもよ
い。

【０１１４】実施例３６．上記実施例では、昇温、再冷
却により超電導特性の回復を計ったが、実際には上記手
段における運転停止後、超電導体と永久磁石のギャップ
を超電導体の当初の磁化曲線に復帰できる一定値以上変
化させるだけでもほぼ同様の効果がある。すなわち、超
電導体の当初の磁化曲線における最外周つまり臨界電流
値の値を再現すればよいので、超電導体内の磁界を一定
量変化させることにより可能である。従って、本実施例
においては上記実施例における昇温、再冷却を省略でき
る。

【０１１５】実施例３７．請求項３０に記載の発明の一
実施例について説明する。上記実施例３５では、停止、
昇温、再冷却により超電導特性の回復を計ったが、例え
ば図１のように超電導磁気軸受と球面スラスト軸受６の
ような他の軸受を併用した場合には、運転を継続しなが
ら超電導体部３と永久磁石２間の距離すなわちギャップ
を変化させるだけで超電導特性の回復ができる。すなわ
ち他の軸受６に回転体の荷重を負荷させ、その間に超電
導体の特性回復を行うのである。このことにより、磁束
クリ−プ対策において電力貯蔵装置を停止させる必要が
なくなる。

【０１１６】実施例３８．請求項３１に記載の発明の一
実施例を図２１をもとに説明する。図において、２ａは
フライホイ−ル１に取り付けられた例えばカ−ボン繊維
等の高張力繊維を用いた永久磁石ホルダ−であり、リン
グ形状をした永久磁石２ｂはこの永久磁石ホルダ−２ａ
に納められている。このように永久磁石２ｂをカ−ボン
繊維で締め付け接着剤で固定した永久磁石ホルダ−２ａ
に収納したので、永久磁石２ｂの遠心力による応力をカ
−ボン繊維が支持し、破壊しにくくなる。すなわち、永
久磁石２ｂは引っ張り応力が非常に低く、例えば粉末焼
結の永久磁石が５ｋｇｆ／ｍｍ²程度であるのに対し鉄
類が５０ｋｇ／ｍｍ²程度と約１桁小さい。したがっ
て、永久磁石には回転の遠心力に対するサポ−トが必ず
必要になる。図１においてはフライホイ−ル１の中に永
久磁石２を埋め込む形状にしたが、この場合フライホイ
−ル１に永久磁石２の遠心力の応力が加わるので、この
フライホイ−ル１の最高回転数が単体に比べ低下する。
また、フライホイ−ル１に永久磁石２を埋め込むために
フライホイ−ル１を溝加工するので、この溝のエッヂ部
分に応力が集中し繰り返し運転を行う際の疲労進展を考
慮するとさらに最高回転数が低下する。本実施例では引
っ張り応力が約２００ｋｇｆ／ｍｍ²であるカ−ボン繊
維を用いた磁石ホルダ−２ａに永久磁石２ｂを配置した
ので、永久磁石２ｂの遠心力の応力は磁石ホルダ−２ａ
で支持でき、フライホイ−ル１の中に埋め込む必要がな
くなりフライホイ−ルの最高回転数が上昇するという効
果がある。

【０１１７】実施例３９．図２２は請求項３２に記載の
発明の一実施例を図２２をもとに説明する。図におい
て、２１ａ〜２１ｃはフライホイ−ル１の半径方向の振
動を測定するための変位計である。このようにフライホ
イ−ル１が複雑な形状をしているので、振動モ−ドも複
雑になる。特に図のような回転軸に細い部分が存在する
と半径の大きい部分の振動モ−ドに加え細い部分の振動
モ−ドが負荷する。したがって、全ての回転における振
動をモニタ−するためには各振動モ−ド位置での変位計
が必要である。本実施例では回転体の半径方向の変位を
少なくとも軸方向の３ヶ所で測定するので、複雑な構成
の回転体における各部の振動を確認することができる。

【０１１８】なお、上記実施例１〜１３をもとに説明し
た請求項１〜９の発明は超電導磁気軸受と球面スラスト
軸受によりフライホイ−ルが支持される場合について示
したが、請求項３〜９の発明は球面スラスト軸受により
フライホイ−ルが支持される場合にも適用できるもので
ある。また、請求項１０〜２９および請求項３１，３２
の発明についても同様である。

【０１１９】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、永久磁石とこの永久磁石に対向配置された超電導体
部とを有する超電導磁気軸受、および球面スラスト軸受
によりフライホイ−ルが支持されるので、低回転損失の
軸受が構成でき、フライホイ−ル浮上状態すなわち球面
スラスト軸受の負荷荷重がゼロの状態でラジアル方向に
振動が生じても球面スラスト軸受が支持できる。また、
超電導体の超電導状態が破壊してもスラスト軸受が球面
のため直ちに荷重を支持できるという効果がある。

【０１２０】また、請求項２の発明によれば、上記請求
項１において、超電導磁気軸受と球面スラスト軸受の回
転損失の和が最小になるように、高温超電導体部と永久
磁石間の距離または初期冷却時の上記高温超電導体部の
位置を設定するので、低回転損失の電力貯蔵装置の運転
が実現できるという効果がある。

【０１２１】また、請求項３の発明によれば、永久磁石
はフライホイ−ルに固定されており、高温超電導体部を
移動させることにより上記永久磁石との距離を調節して
上記フライホイールの支持力を得るように構成したの
で、体積の大きい回転体を移動する必要がなく、回転体
の機械的な位置が変化しないので、回転体に組み込まれ
ている発電電動機の位置が一定になりアンバランス力を
生じる心配がないという効果がある。

【０１２２】また、請求項４の発明によれば、上記請求
項３において、起動時にフライホイ−ルの回転軸上部に
差し込まれる芯出し冶具を備えたので、冷却時および超
電導体移動時に回転軸中心と磁気軸中心がずれることが
なく、また回転体が倒れないので、超電導体内の磁化が
周方向に均一になり回転損失を低減できるという効果が
ある。

【０１２３】また、請求項５の発明によれば、上記請求
項３において、起動時にフライホイ−ルを収納している
真空容器の側面から回転体の軸心を固定する支持冶具を
３本以上備えたので、重量のある回転体を支持しやすい
という効果がある。

【０１２４】また、請求項６の発明によれば、超電導体
部と永久磁石間の距離およびフライホイールの振動を測
定する変位計を上記超電導体部に備えたので、回転体の
振動および超電導磁気軸受のギャップを直接測定でき信
頼性が向上するという効果がある。

【０１２５】また、請求項７の発明によれば、超電導体
部は線膨張の絶対値が０．０５％以下の断熱支持材によ
り支持されているので、超電導体部を冷却した際に超電
導体部と永久磁石間の距離に変化を生じないので超電導
磁気軸受けの負荷荷重や回転体の機械的位置を一定に保
てるという効果がある。

【０１２６】また、請求項８の発明によれば、超電導磁
気軸受の負荷荷重を測定するのに、バイアス荷重を加え
た荷重計を超電導体部の支持材に取付けたので、超電導
磁気軸受に引っ張り荷重が加わったとしても荷重計に引
っ張り荷重が加わらず正確に測定ができるという効果が
ある。

【０１２７】また、請求項９の発明によれば、超電導磁
気軸受の負荷荷重を測定する荷重計を真空中に配置した
ので、真空シ−ルの摩擦またはベロ−ズ等のバネ定数を
含まず、また、真空圧による引っ張り荷重が加わらない
ので、正確な測定ができるという効果がある。

【０１２８】また、請求項１０の発明によれば、超電導
体部を３×ｎ（ｎは整数）角形に成形された複数個の超
電導体片を互いに密着させて組み合わせて構成したの
で、超電導体の占積率が高く、例えば円筒状の永久磁石
に対応した形状の超電導体部を作りやすいという効果が
ある。

【０１２９】また、請求項１１の発明によれば、反永久
磁石側の超電導体部の低温容器との接触面に冷却溝を設
けたので、超電導体に発熱が生じても温度が上昇しにく
く、初期冷却時間も短縮できるという効果がある。

【０１３０】また、請求項１２の発明によれば、超電導
体部の冷媒と接触している面に冷却フィンを設けたの
で、超電導体に発熱が生じても温度が上昇しにくく、初
期冷却時間も短縮できるという効果がある。

【０１３１】また、請求項１３の発明によれば、上記請
求項１０において、隣接する超電導体片間に熱良導部材
を介在させたので、超電導体に発熱が生じても温度が上
昇しにくく、初期冷却時間も短縮できるという効果があ
る。

【０１３２】また、請求項１４の発明によれば、超電導
体部に穴を設けると共に、この穴を貫通して低温容器の
永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側底板を固定する
支持材を備えたので、真空中でも低温容器の永久磁石対
向側上板が膨らみにくくなり板厚を薄くすることがで
き、超電導体部と永久磁石間の距離を小さくすることが
できるという効果がある。

【０１３３】また、請求項１５の発明によれば、超電導
体部の永久磁石との対向面に溝を設けると共に低温容器
の永久磁石対向側上板に上記溝に嵌合する梁を設けたの
で、真空中でも低温容器の永久磁石対向側上板が膨らみ
にくくなり板厚を薄くすることができ、超電導体部と永
久磁石間の距離を小さくすることができるという効果が
ある。

【０１３４】また、請求項１６の発明によれば、低温容
器の反永久磁石対向側底面に反超電導体部方向に突出し
た放射状の梁を設けたので、冷却時の熱収縮による歪や
超電導体に加わる荷重による歪を避けることができると
いう効果がある。

【０１３５】また、請求項１７の発明によれば、低温容
器の反永久磁石対向側底板における超電導体部との接触
面に冷媒流通用の溝を設けたので、超電導体に発熱が生
じても温度が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できる
という効果がある。

【０１３６】また、請求項１８の発明によれば、低温容
器の反永久磁石対向側底板と超電導体部との間に熱良導
部材を介在させたので、超電導体に発熱が生じても温度
が上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できるという効果
がある。

【０１３７】また、請求項１９の発明によれば、上記請
求項１８において、熱良導部材の冷媒との接触部に冷却
フィンを設けたので、超電導体に発熱が生じても温度が
上昇しにくく、初期冷却時間も短縮できるという効果が
ある。

【０１３８】また、請求項２０の発明によれば、上記請
求項１９において、熱良導部材は電気絶縁材料で形成さ
れているので、超電導体に発熱が生じても温度が上昇し
にくく、初期冷却時間も短縮し、運転時に永久磁石の磁
界が変動しても渦電流が熱良導部材に流れないので、磁
界変動による温度上昇がないという効果がある。

【０１３９】また、請求項２１の発明によれば、上記請
求項１８または１９において、熱良導部材が短冊状であ
り各短冊が電気絶縁されて放射状に配置されているの
で、超電導体に発熱が生じても温度が上昇しにくく、初
期冷却時間も短縮でき、運転時に永久磁石の磁界が変動
しても渦電流が熱良導部材に流れないので、磁界変動に
よる温度上昇が小さいという効果がある。

【０１４０】また、請求項２２の発明によれば、超電導
体部を冷凍機により伝導冷却するように構成したので、
外部より冷媒を供給する必要がなく安定な冷却が行える
という効果がある。

【０１４１】また、請求項２３の発明によれば、低温容
器内に封入された冷媒を冷凍機を用いて伝導冷却して超
電導体部を冷却するように構成したので、ヒ−トパイプ
のような効率の良い冷却が可能であるという効果があ
る。

【０１４２】また、請求項２４の発明によれば、永久磁
石は周方向に少なくとも一ヶ所の発生磁界の１０分の１
以下の磁界不均一を生じる部分を有するので、磁束の変
動により超電導体における磁束クリ−プのエネルギ−低
下分を補給でき、浮上力の低下を緩和することができる
という効果がある。

【０１４３】また、請求項２５の発明によれば、上記請
求項２４において、永久磁石がリング形状であり少なく
とも一ヶ所半径方向に延びる隙間を設けたので、請求項
２４と同様の効果が得られる。

【０１４４】また、請求項２６の発明によれば、上記請
求項２４において、永久磁石の超電導体部との対向面に
少なくとも一ヶ所半径方向に延びる溝または突起を設け
たので、請求項２４と同様の効果が得られる。

【０１４５】また、請求項２７の発明によれば、上記請
求項２４において、永久磁石表面に少なくとも一ヶ所半
径方向に延びる磁性体の帯を設けたので、請求項２４と
同様の効果が得られる。

【０１４６】また、請求項２８の発明によれば、上記請
求項２４ないし２７において、永久磁石は複数ヶ所の磁
界不均一部分を有し、これらの磁界不均一部分が周方向
に均等に分布するように配置されているので、不均一磁
界による超電導磁気軸受における周方向の浮上力のアン
バランスが集中すること無く均一化でき、振動が抑制で
きるという効果がある。

【０１４７】また、請求項２９の発明によれば、起動時
に、所定の運転時間経過後または所定の永久磁石と超電
導体部間の距離時に運転を停止すると共に上記距離を変
更し、再運転するので、磁束クリ−プによる超電導体部
と永久磁石の接触を防止でき、再起動時に超電導磁気軸
受特性を回復することができるという効果がある。

【０１４８】また、請求項３０の発明によれば、起動運
転中に、所定の時間間隔で超電導体部と永久磁石間の距
離を変化させるので、磁束クリ−プによる超電導体部と
永久磁石の接触を防止でき、電力貯蔵装置を停止させる
ことなく超電導磁気軸受の特性を維持できるという効果
がある。

【０１４９】また、請求項３１の発明によれば、永久磁
石の周囲を高張力繊維で固定したので、遠心力による応
力を高張力繊維が支持するので永久磁石が破壊しにくく
フライホイ−ルに埋め込まなくてもよくなりフライホイ
−ルの最高回転数が上昇するという効果がある。

【０１５０】また、請求項３２の発明によれば、フライ
ホイ−ルと永久磁石とで構成される回転体の半径方向の
変位を少なくとも３ヶ所で測定するように構成したの
で、複雑な構成の回転体における各部の振動を確認する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による電力貯蔵装置の全体
の構成を示す断面図である。

【図２】請求項１，４，５，６，７の発明の一実施例に
よる電力貯蔵装置の要部を示す断面図である。

【図３】請求項２の発明の一実施例を説明するための超
電導磁気軸受のギャップと軸受損失との関係を示すグラ
フである。

【図４】請求項８の発明の一実施例による電力貯蔵装置
の要部を示す断面図である。

【図５】請求項４の発明の一実施例による電力貯蔵装置
の要部を示す断面図である。

【図６】請求項９の発明の一実施例による電力貯蔵装置
の要部を示す断面図である。

【図７】請求項１０，１４，１６の発明の一実施例によ
る電力貯蔵装置の超電導体部を示す平面図である。

【図８】請求項１１，１５，１６の発明の一実施例によ
る電力貯蔵装置の超電導体部を一部破断して示す断面図
である。

【図９】請求項１２の発明の一実施例による電力貯蔵装
置の超電導体部の一部を示す断面図である。

【図１０】請求項１３，１７の発明の一実施例による電
力貯蔵装置の超電導体部を示す断面図である。

【図１１】請求項１４の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の超電導体部を示す断面図である。

【図１２】請求項１８の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の超電導体部の一部を示す断面図である。

【図１３】請求項１９の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の超電導体部の一部を示す断面図である。

【図１４】請求項２１の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の超電導体部を示す平面図である。

【図１５】請求項２２，２３の発明の一実施例による電
力貯蔵装置を示す断面図である。

【図１６】請求項２４，２５，２８の発明の一実施例に
よる電力貯蔵装置の永久磁石を示す平面図である。

【図１７】請求項２４の発明を説明するための永久磁石
の周方向磁界分布を示すグラフである。

【図１８】請求項２６の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の永久磁石を一部破断して示す側面図である。

【図１９】請求項２７の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の永久磁石を一部破断して示す側面図である。

【図２０】請求項２９の発明の一実施例を説明するため
の運転手順を示すブロック図である。

【図２１】請求項３１の発明の一実施例による電力貯蔵
装置の要部を示す断面図である。

【図２２】請求項３２の発明の一実施例による電力貯蔵
装置を示す断面図である。

【図２３】従来の超電導磁気軸受を用いた電力貯蔵装置
を示す断面図である。

【符号の説明】

１フライホイ−ル１ａ回転軸２永久磁石２ａ永久磁石ホルダ− ２ｂ〜ｅリング状永久磁石２ｆ溝２ｇ磁性体３超電導体部３ａ超電導体片３ｂ低温容器３ｃ支持材３ｄ低温容器底板の梁３ｅ低温容器上板の梁３ｆ低温容器の溝３ｇ超電導体の溝３ｈ熱良導体４発電電動機６球面スラスト軸受６ａエア軸受７駆動装置８センタ−ピン９支持棒１０軸方向の変位計１１断熱支持棒１２荷重計１３圧縮負荷冶具１４真空容器１６液体窒素タンク１７小型冷凍機１８、２０冷却フィン１９熱良導体２１ａ〜ｃ半径方向の変位計２３熱良導性支持材３０隙間３１ベアリング

【手続補正書】

【提出日】平成５年９月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９４】実施例２０．請求項１４に記載の発明の一
実施例を図７および図１１をもとに説明する。図におい
て、３ｃは超電導体３ａに設けられた穴を貫通して低温
容器３ｂの永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側底板
を固定する支持材である。図１に示したように、超電導
磁気軸受においては超電導体部３と永久磁石２の有効ギ
ャップをできるだけ大きく取るためには、上記低温容器
３ｂの上板を薄くしなければならない。しかし、この超
電導磁気軸受は真空中で使用しているので、低温容器３
ｂの内圧がたとえ大気圧であっても低温容器３ｂの上板
には差圧が１気圧加わっている。従って、上板はこの圧
力によりたわみを生じ上記の有効ギャップが減ってしま
う。また、この応力が許容値を越えれば低温容器３ｂは
破壊してしまう。そこで、超電導体３ａに穴加工を施
し、この穴を貫通して低温容器３ｂの上板と底板をつな
ぐ支持材３ｃを設置する。例えば実験によれば、低温容
器３ｂの半径方向に１ヶ所支持材３ｃを設置することに
より支持材が無い場合に比べたわみ量が半分以下になっ
た。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１０】実施例３４．請求項２８に記載の発明の一
実施例を図１６をもとに説明する。図のようにリング状
の永久磁石２ｂ〜２ｅに設けた複数の隙間３０である磁
界不均一部分をできるだけ周方向の対称位置に分布する
ように配置した場合、この磁界不均一部分により浮上力
の不均一が生じても回転体のアンバランス力は最小にな
り回転振動への影響は小さくなる。なお、この実施例で
は、隙間３０による磁界不均一部分について述べたが、
実施例３２、３３で述べたように永久磁石に施した複数
の溝２ｆや突起、および複数の磁性体の帯２ｇについて
も同様に対称位置に分布するように配置することにより
同様の効果を奏する。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１１】実施例３５．請求項２９に記載の発明の一
実施例を運転パタ−ンを示すブロック図である図２０を
もとに説明する。このように超電導体部と永久磁石から
なる超電導磁気軸受において、初期の運転開始時におい
て超電導体部を冷却したのちに超電導体部と永久磁石の
ギャップを縮めて浮上力を得、フライホイ−ルを回転さ
せ、所定の運転時間に達するとフライホイ−ルを停止し
超電導体部と永久磁石部のギャップを大きくしたのちに
超電導体部を昇温する。そして、再冷却を行い初期の運
転時と同様に超電導体部と永久磁石のギャップを縮めフ
ライホイ−ルを回転させる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者横山彰一尼崎市塚口本町８丁目１番１号三菱電機株式会社中央研究所内 (72)発明者藪内賀義長崎市丸尾町６番14号三菱電機株式会社長崎製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ルを備
える電力貯蔵装置において、永久磁石とこの永久磁石に
対向配置された超電導体部とを有する超電導磁気軸受、
および球面スラスト軸受により上記フライホイ−ルが支
持されることを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項２】超電導磁気軸受と球面スラスト軸受の回
転損失の和が最小になるように、高温超電導体部と永久
磁石間の距離または初期冷却時の上記高温超電導体部の
位置を設定することを特徴とする請求項第１項記載の電
力貯蔵装置の運転方法。
【請求項３】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、お
よび永久磁石とこの永久磁石に対向配置された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記永久磁石は
上記フライホイ−ルに固定されており、上記高温超電導
体部を移動させることにより上記永久磁石との距離を調
節して上記フライホイールの支持力を得るように構成し
たことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項４】起動時にフライホイ−ルの回転軸上部に
差し込まれる芯出し冶具を備えたことを特徴とする請求
項第３項記載の電力貯蔵装置。
【請求項５】起動時にフライホイ−ルを収納している
真空容器の側面から回転体の軸心を固定する支持冶具を
３本以上備えたことを特徴とする請求項第３項または第
２項記載の電力貯蔵装置。
【請求項６】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、お
よびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの永
久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フライ
ホイ−ルを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力貯
蔵装置において、上記超電導体部と永久磁石間の距離お
よび上記フライホイールの振動を測定する変位計を上記
超電導体部に備えたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項７】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、お
よびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの永
久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フライ
ホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力貯
蔵装置において、上記超電導体部は線膨張の絶対値が
０．０５％以下の断熱支持材により支持されていること
を特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項８】真空中にてエネルギ−を蓄えるフライホ
イ−ル、およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁
石とこの永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し
上記フライホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備
える電力貯蔵装置において、上記超電導磁気軸受の負荷
荷重を測定するのに、バイアス荷重を加えた荷重計を上
記超電導体部の支持材に取付けたことを特徴とする電力
貯蔵装置。
【請求項９】真空中にてエネルギ−を蓄えるフライホ
イ−ル、およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁
石とこの永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し
上記フライホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備
える電力貯蔵装置において、上記超電導磁気軸受の負荷
荷重を測定する荷重計を真空中に配置したことを特徴と
する電力貯蔵装置。
【請求項１０】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置において、上記超電導体部を３×ｎ（ｎは整
数）角形に成形された複数個の超電導体片を互いに密着
させて組み合わせて構成したことを特徴とする電力貯蔵
装置。
【請求項１１】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、反永久磁石側の
上記超電導体部の上記低温容器との接触面に冷却溝を設
けたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１２】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され冷媒が供給される低温容器に収
納された超電導体部とを有し上記フライホイールを荷重
支持する超電導磁気軸受を備える電力貯蔵装置におい
て、上記超電導体部の冷媒と接触している面に冷却フィ
ンを設けたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１３】隣接する超電導体片間に熱良導部材を
介在させたことを特徴とする請求項第１０項記載の電力
貯蔵装置。
【請求項１４】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記超電導体部
に穴を設けると共に、この穴を貫通して上記低温容器の
永久磁石対向側上板と反永久磁石対向側底板を固定する
支持材を備えたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１５】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記超電導体部
の永久磁石との対向面に溝を設けると共に上記低温容器
の永久磁石対向側上板に上記溝に嵌合する梁を設けたこ
とを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１６】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記低温容器の
反永久磁石対向側底面に反超電導体部方向に突出した放
射状の梁を設けたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１７】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記低温容器の
反永久磁石対向側底板における上記超電導体部との接触
面に冷媒流通用の溝を設けたことを特徴とする電力貯蔵
装置。
【請求項１８】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記低温容器の
反永久磁石対向側底板と上記超電導体部との間に熱良導
部材を介在させたことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項１９】熱良導部材の冷媒との接触部に冷却フ
ィンを設けたことを特徴とする請求項第１８項記載の電
力貯蔵装置。
【請求項２０】熱良導部材は電気絶縁材料で形成され
ていることを特徴とする請求項第１８項または第１９項
記載の電力貯蔵装置。
【請求項２１】熱良導部材が短冊状であり各短冊が電
気絶縁されて放射状に配置されていることを特徴とする
請求項第１８項または第１９項記載の電力貯蔵装置。
【請求項２２】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置において、上記超電導体部を冷凍機により伝導
冷却するように構成したことを特徴とする電力貯蔵装
置。
【請求項２３】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置され低温容器に収納された超電導体
部とを有し上記フライホイールを荷重支持する超電導磁
気軸受を備える電力貯蔵装置において、上記低温容器内
に封入された冷媒を冷凍機を用いて伝導冷却して上記超
電導体部を冷却するように構成したことを特徴とする電
力貯蔵装置。
【請求項２４】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置において、上記永久磁石は周方向に少なくとも
一ヶ所の発生磁界の１０分の１以下の磁界不均一を生じ
る部分を有することを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項２５】永久磁石がリング形状であり少なくと
も一ヶ所半径方向に延びる隙間を設けたことを特徴とす
る請求項第２４項記載の電力貯蔵装置。
【請求項２６】永久磁石の超電導体部との対向面に少
なくとも一ヶ所半径方向に延びる溝または突起を設けた
ことを特徴とする請求項第２４項記載の電力貯蔵装置。
【請求項２７】永久磁石表面に少なくとも一ヶ所半径
方向に延びる磁性体の帯を設けたことを特徴とする請求
項第２４項記載の電力貯蔵装置。
【請求項２８】永久磁石は複数ヶ所の磁界不均一部分
を有し、これらの磁界不均一部分が周方向に均等に分布
するように配置されていることを特徴とする請求項第２
４項ないし第２７項の何れかに記載の電力貯蔵装置。
【請求項２９】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置の運転方法において、起動時に、所定の運転時
間経過後または所定の上記永久磁石と上記超電導体部間
の距離時に運転を停止すると共に上記距離を変更し、再
運転することを特徴とする電力貯蔵装置の運転方法。
【請求項３０】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ルを
備え、このフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有する超電導
磁気軸受を含む複数の軸受により上記フライホイールを
荷重支持する電力貯蔵装置の運転方法において、起動運
転中に、所定の時間間隔で上記超電導体部と上記永久磁
石間の距離を変化させることを特徴とする電力貯蔵装置
の運転方法。
【請求項３１】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置において、上記永久磁石の周囲を高張力繊維で
固定したことを特徴とする電力貯蔵装置。
【請求項３２】エネルギ−を蓄えるフライホイ−ル、
およびこのフライホイ−ルに設けられた永久磁石とこの
永久磁石に対向配置された超電導体部とを有し上記フラ
イホイールを荷重支持する超電導磁気軸受を備える電力
貯蔵装置において、上記フライホイ−ルと上記永久磁石
とで構成される回転体の半径方向の変位を少なくとも３
ヶ所で測定するように構成したことを特徴とする電力貯
蔵装置。