JPH0886315A - 超電導軸受装置 - Google Patents

超電導軸受装置

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JPH0886315A
JPH0886315A JP24840994A JP24840994A JPH0886315A JP H0886315 A JPH0886315 A JP H0886315A JP 24840994 A JP24840994 A JP 24840994A JP 24840994 A JP24840994 A JP 24840994A JP H0886315 A JPH0886315 A JP H0886315A
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Atsushi Nakajima
厚 中島
Yoshio Miyagawa
祥雄 宮川
Takao Sudo
伯夫 須藤
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National Aerospace Laboratory of Japan
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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】 無制御で浮上力を向上させる。 【構成】 支持側の超電導体10と浮上側の永久磁石1
2、13を対向配置し、超電導体10側に第2の永久磁
石14を設け、浮上側の永久磁石12と逆極性に配置す
る。これによって超電導体10と永久磁石12の反発力
が増大して浮上力が向上し、浮上側は安定浮上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、無制御で安定浮上させ
るように剛性を高めた超電導軸受装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】液体窒素温度において超電導状態に達す
る高温超電導体は、外部磁場の大きさによって超電導体
から磁場を完全に排斥するマイスナー効果の支配する状
態と、磁場の一部が超電導体内に入り込んでピンニング
効果が混在する状態とが存在する。前者の場合は液体ヘ
リウムにより冷却された一般の超電導体と同様の性質を
発揮するが、後者の場合は超電導体部による反発力と共
にピンニングセンタ部による吸引力が発生する。
【0003】図6は従来の超電導軸受装置を示し、支持
側に高温超電導体1が設けられ、浮上側の軟鉄等の磁性
体2の下側の周辺部に円環状の永久磁石3が配置され、
中央部に円柱状の永久磁石4が配置されれており、周辺
部の永久磁石3はNS極性に、中央部の永久磁石4はこ
れと逆のSN極性に配設されている。従って、永久磁石
3、4の磁束分布は図6に示す磁束線図のように、マイ
スナー効果により超電導体1内には磁束は侵入できず、
軸方向に反発力を受けて永久磁石3、4及び磁性体2は
浮上する。
【0004】通常の使用状態において、超電導軸受装置
は上述のように浮上させて使用されるが、このとき必要
な浮上力を確保するためには数1000ガウスの磁場を
必要とする。従って、永久磁石3、4側が軸方向の反発
力により浮上している状態で、例えば横方向から力を加
えた場合に、高温超電導体1のピンニング効果による復
元力によって元の位置に戻るように力を受けるので、浮
上側の永久磁石3、4は安定して浮上することになる。
【0005】これは超電導体1と対向配置された永久磁
石3、4と逆の極性の起磁力の小さい疑似永久磁石が超
電導体1の内部に発生しているため、その吸引力によっ
て横方向の復元力が発生するからであり、永久磁石を対
向させて配置することにより、吸引力を制御して安定浮
上させるようにした制御型磁気軸受の復元力発生メカニ
ズムと同一である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、超電導
軸受装置は無制御で安定浮上することが最大の特徴であ
り、実用化に際してはこの安定力を向上させることが必
要不可欠である。一方、上述の従来例の超電導軸受装置
では、浮上側の永久磁石3、4と支持側の超電導体1の
形状寸法により浮上力及び復元力は制限されそれ以上の
安定力を得ることは難しい。
【0007】本発明の第1の目的は、浮上力復元力を向
上させた超電導軸受装置を提供することにある。
【0008】本発明の第2の目的は、任意に閉込める磁
束量を設定できる超電導軸受装置を提供することにあ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの第1発明に係る超電導軸受装置は、支持側の超電導
体と浮上側の第1の永久磁石とから成る超電導軸受装置
において、前記超電導体の内部又は近傍に第2の永久磁
石を付加し、該第2の永久磁石を前記第1の永久磁石と
逆極性に配置することによる反発力を利用して浮上力を
向上させることを特徴とする。
【0010】また、第2発明の超電導軸受装置は、支持
側の超電導体と浮上側の第1の永久磁石とから成る超電
導軸受装置において、前記超電導体の内部又は近傍に第
2の永久磁石を付加し、該第2の永久磁石を前記第1の
永久磁石と順極性に配置することによる吸引力を利用し
て復元力を向上させることを特徴とする。
【0011】第3発明の超電導軸受装置は、支持側の超
電導体と浮上側の第1の永久磁石とから成る超電導軸受
装置において、前記超電導体の内部又は近傍に第2の永
久磁石を付加して前記超電導体内部を貫通する磁束量を
変化させることにより、磁場冷却による閉込め磁束量を
所定値に設定することを特徴とする。
【0012】
【作用】上述の構成を有する第1発明の超電導軸受装置
は、支持側の超電導体の内部又は近傍に、浮上側の第1
の永久磁石と逆極性となるように第2の永久磁石を付加
する。
【0013】また、第2発明の超電導軸受装置は、支持
側の超電導体の内部又は近傍に、浮上側の第1の永久磁
石と順極性となるように第2の永久磁石を付加する。
【0014】また、第3発明の超電導軸受装置は、支持
側の超電導体の内部又は近傍に第2の永久磁石を付加
し、超電導体内を貫通する磁束量を変化させて磁場冷却
による閉込め磁束量を所定値に設定する。
【0015】
【実施例】本発明を図1〜図5に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図1は第1の実施例のスラスト軸受
の断面図を示し、支持側の超電導体10に対向する位置
に、浮上側の軟鉄等から成る円板状の磁性体11が配置
されており、磁性体11の超電導体10側に向いた面の
周辺部に円環状の永久磁石12が設けられ、中央部に円
柱状の永久磁石13が設けられている。このとき、永久
磁石12と13の極性は互いに逆極性となるように配置
されている。また、超電導体10の永久磁石12、13
に側に向いた面の裏面に別の円環状の永久磁石14が設
けられ、永久磁石14は永久磁石12に超電導体10を
挟んで相対する配置となり、互いの極性は逆極性に配置
されている。
【0016】永久磁石12、13からの磁束は従来例と
同様に分布し、マイスナー効果による反発力によって浮
上側の磁性体11は浮上する。同時に、高温超電導体1
0では、ピンニング効果により内部に生ずる疑似永久磁
石による吸引力により、復元力が発生し浮上は安定す
る。本実施例においては、超電導体10の裏面に浮上側
の永久磁石12と逆極性の第2の永久磁石14を設けた
ことにより、ピンニングセンタ部を通してより大きい反
発力が発生し、浮上力をより一層向上させることができ
る。
【0017】図2は第2の実施例のスラスト軸受の断面
図を示し、第1の実施例の第2の永久磁石14が逆極性
となるように配置され、これを第2の永久磁石15とし
て超電導体10の裏面に設けられている。
【0018】この場合は、浮上側の永久磁石12と第2
の永久磁石15とはピンニングセンタ部を介して吸引力
が発生するので、浮上側の磁性体11を軸方向と直角方
向に変位させた場合の復元力を向上させることになり、
安定浮上効果をより増大させることができる。
【0019】図3は第3の実施例のスラスト軸受の断面
図を示し、第2の永久磁石16が超電導体10の側面に
設けられている。
【0020】この場合も、浮上側の永久磁石12と逆極
性に配置すればより浮上力が向上し、同極性に配置すれ
ばより復元力が向上するように作用する。この配置にす
ることにより、軸受の剛性を一層高めることになり、よ
り安定した強固な浮上を実施することができる。
【0021】図4は第4の実施例を示し、ラジアル型軸
受の断面図である。中央に円柱状又は円筒状の超電導体
20が配置され、その周りを囲むように円環状の永久磁
石21、22が互いに逆極性に配置され、永久磁石21
の上側に軟鉄等の磁性体から成る円環状のヨーク23が
設けられ、また永久磁石21と22の間にヨーク24が
設けられ、更に永久磁石22の下側にヨーク25が設け
られている。これらのヨークにより永久磁石の磁束はヨ
ーク端に集中し、磁束密度を高めている。永久磁石2
1、22、ヨーク23、24、25の外径は同一寸法と
され、ヨーク23、24、25の内径が永久磁石21、
22の内径と同等かより小さくなっている。また、超電
導体20の下部には円柱状又は円環状の第2の永久磁石
26が永久磁石22と逆極性に設けられている。
【0022】超電導体20を囲む円環状の永久磁石2
1、22は、半径方向に反発力が軸方向に復元力が作用
し、安定に浮上することができる。この浮上側の永久磁
石21、22は半径方向及び軸方向の何れの方向に着磁
してもよいが、図4に示すように軸方向に着磁した円環
状の永久磁石21、22を、互いに逆の極性の磁極に組
み合わせて積層することにより復元力が発生する。永久
磁石及びヨークの積層を増すことによりより大きな復元
力、反発力が発生する。
【0023】超電導体20側に付加された第2の永久磁
石26はこの復元力を増大させるためのものであり、軸
方向に着磁した第2の永久磁石26を永久磁石22と逆
極性に配置することにより、永久磁石22、26同志の
反発力が加算されて、軸方向の復元力が増大することに
なる。
【0024】図5は第4の実施例における軸方向の変位
量dと復元力Nとの関係を測定した実測値によるグラフ
図であり、超電導体20側に第2の永久磁石26を付加
しない場合の従来方式による実測値Aと、第2の永久磁
石26を付加した場合の本発明による改良方式による実
測値Bとをグラフ化したものであり、このデータから明
らかなように、軸方向の復元力の大きさは、改良方式の
方が従来方式の場合の約2倍の値を示している。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように第1発明に係る超電
導軸受装置は、支持側の超電導体に付加した永久磁石と
浮上側の永久磁石との反発力により、浮上力が向上し安
定浮上する。
【0026】また、第2発明に係る超電導軸受装置は、
支持側の超電導体に付加した永久磁石と浮上側の永久磁
石の吸引力により、復元力が向上し安定浮上する。
【0027】また、第3発明に係る超電導軸受装置は、
支持側の超電導体に第2の永久磁石を付加することによ
り、磁場冷却による閉込め磁束量を所定値に設定する。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例の断面図である。
【図2】第2の実施例の断面図である。
【図3】第3の実施例の断面図である。
【図4】第4の実施例の断面図である。
【図5】復元力と軸方向変位のグラフ図である。
【図6】従来例の断面図である。
【符号の説明】
10、20 超電導体 11 磁性体 12、13、14、15、16、21、22、26 永
久磁石 23、24、25 ヨーク

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 支持側の超電導体と浮上側の第1の永久
    磁石とから成る超電導軸受装置において、前記超電導体
    の内部又は近傍に第2の永久磁石を付加し、該第2の永
    久磁石を前記第1の永久磁石と逆極性に配置することに
    よる反発力を利用して浮上力を向上させることを特徴と
    する超電導軸受装置。
  2. 【請求項2】 支持側の超電導体と浮上側の第1の永久
    磁石とから成る超電導軸受装置において、前記超電導体
    の内部又は近傍に第2の永久磁石を付加し、該第2の永
    久磁石を前記第1の永久磁石と順極性に配置することに
    よる吸引力を利用して復元力を向上させることを特徴と
    する超電導軸受装置。
  3. 【請求項3】 支持側の超電導体と浮上側の第1の永久
    磁石とから成る超電導軸受装置において、前記超電導体
    の内部又は近傍に第2の永久磁石を付加して前記超電導
    体内部を貫通する磁束量を変化させることにより、磁場
    冷却による閉込め磁束量を所定値に設定することを特徴
    とする超電導軸受装置。
  4. 【請求項4】 前記超電導体の内部又は近傍に第2の永
    久磁石を付加した状態で使用する請求項3の超電導軸受
    装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2886891A1 (en) * 2013-12-20 2015-06-24 Universidad Carlos III de Madrid High-performance radial gap superconducting magnetic bearing

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JPH04331815A (ja) * 1990-12-18 1992-11-19 Koyo Seiko Co Ltd 超電導軸受装置
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