JPH08340684A - 超電導磁気浮上装置 - Google Patents

超電導磁気浮上装置

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Publication number
JPH08340684A
JPH08340684A JP7171537A JP17153795A JPH08340684A JP H08340684 A JPH08340684 A JP H08340684A JP 7171537 A JP7171537 A JP 7171537A JP 17153795 A JP17153795 A JP 17153795A JP H08340684 A JPH08340684 A JP H08340684A
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JP
Japan
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flywheel
permanent magnet
iron
magnetic
superconducting
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Pending
Application number
JP7171537A
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English (en)
Inventor
Masao Nakajima
正男 中島
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.)
Hitachi Metals Ltd
Original Assignee
Sumitomo Special Metals Co Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Special Metals Co Ltd filed Critical Sumitomo Special Metals Co Ltd
Priority to JP7171537A priority Critical patent/JPH08340684A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 フライホイールに作用する渦電流損を低減で
き、さらに、極低温化による温度勾配が著しくかつ高速
回転時であっても、フライホイールに作用する強大な応
力に十分対応できる機械的強度を有した構成からなる超
電導磁気浮上装置の提供。 【構成】 極低炭素鋼で作成した基盤1の固定盤との対
向面に設けた溝内に、焼結永久磁石体リング3,4,5
を嵌入配置し、また最外周側面2の基盤厚みを少し厚く
したり、磁石体リング間に非磁性材を配置して、支持体
となしたことにより、3000rpm以上の高速回転時
の機械的応力を鋼製の基盤1で担うことができ、高性能
であるが比較的機械強度の低い永久磁石体リングを十分
に活用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、磁気軸受や電力貯蔵
装置などに広く利用できる超電導方式の磁気浮上装置に
おけるフライホイールの改良に係り、フライホイールを
永久磁石と直接接触する鉄又は鉄系材料にて補強したこ
とにより、高速回転時の機械的強度を確保するとともに
発生する渦電流の低減に有効な構成となし、高速回転時
のフライホイール特性の向上と信頼性の確保を可能にし
た超電導磁気浮上装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、超電導体の物理的特性を生か
した技術の研究が盛んに行われているが、特に最近で
は、磁気浮上効果及びピン止め効果による超電導浮上力
を利用した非接触の超電導浮上型回転装置は、原理的に
それがエネルギー不要、低摩擦、高速回転等を可能とす
るため、磁気軸受装置や、電力貯蔵装置用大型フライホ
イール等への利用が研究されている。
【0003】特に、液体窒素温度領域で超電導現象が得
られる酸化物超電導体の発見によって、冷却体として安
価で取扱いの容易な液体窒素が使用できるようになった
こと、及び強い超電導浮上力を持つ高温超電導バルク材
料が開発されたことが超電導体に対する浮上力を利用し
た研究の大きな契機となった。
【0004】フライホイールによる電力貯蔵は、電力を
回転エネルギーに蓄え、必要な時に電力として取り出し
て使用するものである。超電導フライホイールを大型化
すれば、より多くの電力貯蔵が可能となり、このような
装置の大型化は、永久磁石と超電導体の数を増やすこと
によって達成できる。さらに、強力な磁場でもって超電
導体を磁化することにより、磁気的により一層強力な超
電導磁石とすることによっても達成できる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】超電導磁気浮上装置に
おいて、超電導体はその周囲温度が臨界温度以下になる
と、超電導現象を起こし、永久磁石による磁場によって
磁化されて超電導磁石となり、永久磁石との間に反発ま
たは吸引作用が働き、磁気浮上が起こる。超電導体方式
フライホイールは、高速で回転するほど強大なエネルギ
ーを保有できる特長を持つが、フライホイールの外周及
び内周側面には強大な機械応力、特にその最内周部は著
しく、場合によっては構成要素たる永久磁石の機械強度
以上に達する応力が磁石に印加される危険性を有する。
【0006】永久磁石を組合せて単一または複合リング
状に構成したフライホイールを使用した磁気浮上装置で
は、その支持体として一般に軽量材質のアルミニウムが
使われている。支持体としてアルミニウム材からなる基
盤や結合材を用いた場合に、超電導体磁界による金属板
に作用する渦電流損は無視できず、さらにはフライホイ
ールにかかる回転中の機械応力は、発明者の試算によれ
ば永久磁石の機械強度以上の応力が磁石に印加される場
合もあり、3000rpm以上の高速回転時にフライホ
イールが機械的破損または破壊に至る危険性が十分、想
定される。
【0007】また、フライホイールが駆動回転中には、
超電導体の極低温化のための液体窒素効果により近傍ま
たは直接浸積にて超電導体対向側の磁石表面からのフラ
イホイール自体の温度勾配が著しく顕著になることも想
定される。この場合、フライホイールを構成する永久磁
石やその支持体に同時に著しい温度勾配が考えられ、支
持体がアルミニウムであると磁石との熱膨張係数差によ
り両者間に大きな歪応力が発生し、フライホイールの変
形や磁石の破損、磁石とアルミニウムとの接着などの接
合不良の原因ともなり、さらに磁気分布の乱れとなり回
転駆動時の振れを誘発しフライホイール特性の劣化を招
来する可能性がある。
【0008】この発明は、超電導磁気浮上装置のフライ
ホイールに関する上記の種々問題を解消することを目的
とし、フライホイールに作用する渦電流損を低減でき、
さらに、極低温化による温度勾配が著しくかつ高速回転
時であっても、フライホイールに作用する強大な応力に
十分対応できる機械的強度を有した構成からなる超電導
磁気浮上装置の提供を目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】この発明は、超電導体を
有する固定盤と、支持体にリング状永久磁石体を単数ま
たは複数同軸配置して形成したフライホイールとからな
る超電導磁気浮上装置において、永久磁石体の固定盤と
の非対向面側および/または外周側に直接接触する鉄又
は鉄系材料にてフライホイールを補強したことを特徴と
する超電導磁気浮上装置である。
【0010】また、この発明は、上記の構成において、
支持体を構成する基盤の少なくとも永久磁石との接触面
が鉄又は鉄系材料であることを特徴とする超電導磁気浮
上装置、永久磁石体がNd−Fe−B系またはPr−F
e−B系永久磁石であることを特徴とする超電導磁気浮
上装置を併せて提案する。
【0011】この発明において、超電導磁気浮上装置の
構成は、極低温化可能にした超電導体を有する固定盤に
対向させてフライホイールを配置する構成であれば公知
のいずれの構成でも良く、同様に超電導体は後述の永久
磁石体による良好な磁気浮上効果及び/又はピン止め効
果を達成する構成であればいずれの構成でも良く、円板
状の複数の超電導体を前記永久磁石に対向させて環状に
配置する等、要求される諸特性に応じて適宜選定するこ
とができる。超電導体としては、イットリウム系および
希土類系超電導体が適している。特に、YBa2Cu3
x、Bi2Sr2Ca2Cu3x等の酸化物高温超電導体が
用いられる。
【0012】永久磁石体としては、従来の鋳造磁石やフ
ェライト磁石等が用いられるが、特に超電導体への対向
面に強力な磁束を発生させ、装置の小型化を可能にする
最大エネルギー積の高いNd−Fe−B系やPr−Fe
−B系等の希土類永久磁石が好ましく、特に、−100
℃以下での低温磁気特性にすぐれたPr−Fe−B系磁
石が最適である。
【0013】永久磁石体を支持してフライホイールを形
成するための支持体には、例えば、基盤にリング状永久
磁石体を複数同軸配置するか、複数のリング状永久磁石
体を結合材にて一体化するか、あるいはさらにこれを基
盤に固着して形成するなど種々の構成が採用できる。
又、複数のリング状永久磁石体を超電導体に交互に異磁
極を対向させて配置することにより、一層強力な浮上力
が得られる。
【0014】この発明の特徴である支持体の補強は、永
久磁石体の固定盤との非対向面側および/または外周側
に直接接触する鉄又は鉄系材料にて行うもので、例え
ば、支持体を構成する基盤の少なくとも永久磁石との直
接接触面あるいは全てが鉄又は鉄系材料で構成された
り、また、結合材の最外周部のリング部材が鉄又は鉄系
材料にて構成されたり、実施例に示すごとく、基盤に磁
石リングが嵌入する溝構造となしたり、あるいは、フラ
イホイール最外周側面や最内周側面部は支持体の厚みを
大きくするなどの種々の構成を採用することにより、フ
ライホイールの機械強度の一層の向上および磁石体への
補強効果が期待できる。
【0015】例えば、図1のaに示すフライホイール
は、基盤1の超電導固定盤との対向面に設けた溝内に3
つのPr−Fe−B系焼結永久磁石体リング3,4,5
を嵌入配置してあり、最外周側面2の基盤厚みを少し厚
くして支持体となしてある。また、図1のbに示すフラ
イホイールは、上記構成に加えて永久磁石体リング3,
4,5間と最外周側面2にアルミニウムや樹脂からなる
非磁性材6を配置した構成である。図2に示すフライホ
イールは、図1のaの構成に加え、フライホイール自体
の機械強度の向上及び永久磁石体リング3,4,5と基
盤1の補強効果、並びに基盤1円周方向の引張り応力に
対する補強効果を目的として、基盤1の永久磁石体リン
グ3,4,5の着設部の溝を逆に凸状部7となした構成
である。
【0016】この発明において、補強あるいは基盤や結
合材に使用する鉄又は鉄系材料には、極低温下でも機械
強度面で優れたステンレス鋼などの低炭素鋼、あるいは
積層けい素鋼板、マルエージ鋼等が使用できる。
【0017】
【作用】フライホイールは、高速で回転するほど強大な
エネルギーを保有できる特長を持つが、高速回転である
ため外周及び内周側面には強大な機械応力、特にその最
内周部は著しく、特に3000rpm以上の高速回転時
にフライホイール自体の破壊などの安全面が問題となっ
て回転数の制限が必要になるが、この発明ではフライホ
イールの支持体を鉄または鉄系材料、特に、極低温下で
も機械強度面で優れたステンレス鋼などの低炭素鋼等で
補強するため、3000rpm以上の高速回転が可能に
なる。
【0018】この鉄または鉄系材料は、熱膨張係数がア
ルミニウムに比較して約半分であるため、磁石との間の
熱的機械歪がアルミニウムのそれに比して約半分とな
り、磁石との熱膨張係数差による接合、接着性を改善
し、特にNd−Fe−B系やPr−Fe−B系等の希土
類永久磁石との整合性がよく、フライホイールの信頼性
を高めることが可能である。又、上記希土類永久磁石
を、支持材を構成する鉄または鉄系材料と直接接触させ
て配置することにより、フライホイール周辺への漏洩磁
束を低滅することが可能で不要な漏洩磁界による予想外
の悪影響も回避でき間接的な磁気シールド効果が得られ
る。
【0019】高速回転のフライホイールにとって、超電
導体磁界による金属材料に作用する渦電流損は使用材料
の電気抵抗に左右されるが、鉄の場合はアルミニウムの
約3倍の固有抵抗を有することにより、発生する渦電流
を低減しその損失低下に有効であり、回転効率を高める
ことが可能である。また、隣接間が相互に異極性となる
ように配置された複数隣接リング磁石において、鉄系支
持材を併用することにより発生磁界の安定や高磁界分布
の確保も可能になる。
【0020】
【実施例】図1に示すこの発明によるフライホイール
は、基盤1を18Niマルエージ鋼で作成したもので、
3つのPr−Fe−B系焼結永久磁石体リング3,4,
5を超電導固定盤との対向面に設けた溝内に嵌入配置し
てあり、最外周側面2の基盤厚みを少し厚くして支持体
となし、最外周永久磁石体を外径200mm、内径17
0mm、厚み10mmとし、内側にリング状永久磁石2
個を同軸に配置してフライホイールを構成した。かかる
フライホイールを用いて、回転数12,000rpmに
て駆動したところ、最外周永久磁石体には約1,145
kg/cm2の円周方向の応力が作用したが、該基盤に
鉄製支持体を使用することにより、該基盤が機械的に永
久磁石への応力を吸収し焼結磁石の破壊を防止して、高
速回転が可能となった。
【0021】
【発明の効果】この発明は、フライホイールの主要構成
要素である永久磁石体の支持体として鉄または鉄系材料
を採用することによって、高速回転時に発生する機械応
力、熱的機械歪、渦電流損失などを低減し、フライホイ
ールの機械的および磁気的特性を大幅に改善することが
可能となるだけでなく、永久磁石材質も特に、高エネル
ギー積を保有するNd−Fe−B系焼結磁石や低温領域
磁気特性に優れたPr−Fe−B系焼結磁石を使用する
ことが可能となり、その効果は顕著で支持体と一体化し
た高性能フライホイール特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】a,bはこの発明によるフライホイール構成例
を示す縦断説明図である。
【図2】aはこの発明によるフライホイール構成例を示
す下面説明図であり、bはa図のB−B線における断面
図である。
【符号の説明】
1 基盤 2 最外周側面 3,4,5 焼結永久磁石体リング 6 非磁性材 7 凸状部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導体を有する固定盤と、支持体にリ
    ング状永久磁石体を単数または複数同軸配置して形成し
    たフライホイールとからなる超電導磁気浮上装置におい
    て、永久磁石体の固定盤との非対向面側および/または
    外周側に直接接触する鉄又は鉄系材料にてフライホイー
    ルを補強したことを特徴とする超電導磁気浮上装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、支持体を構成する基
    盤の少なくとも永久磁石との接触面が鉄又は鉄系材料で
    あることを特徴とする超電導磁気浮上装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、永久磁石体がNd−
    Fe−B系またはPr−Fe−B系永久磁石であること
    を特徴とする超電導磁気浮上装置。
JP7171537A 1995-06-13 1995-06-13 超電導磁気浮上装置 Pending JPH08340684A (ja)

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JP7171537A JPH08340684A (ja) 1995-06-13 1995-06-13 超電導磁気浮上装置

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JP7171537A JPH08340684A (ja) 1995-06-13 1995-06-13 超電導磁気浮上装置

Publications (1)

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JPH08340684A true JPH08340684A (ja) 1996-12-24

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ID=15924970

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Application Number Title Priority Date Filing Date
JP7171537A Pending JPH08340684A (ja) 1995-06-13 1995-06-13 超電導磁気浮上装置

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JP (1) JPH08340684A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108880087A (zh) * 2018-08-15 2018-11-23 中国电子科技集团公司第十六研究所 一种高温超导磁悬浮储能系统中的储能飞轮

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Effective date: 20040805

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20041125