JPH0886703A

JPH0886703A - 超電導軸受部の回転損失測定装置

Info

Publication number: JPH0886703A
Application number: JP7012204A
Authority: JP
Inventors: Hiromasa Higasa; 博正樋笠; Ryoichi Takahata; 良一高畑; Hirotoyo Miyagawa; 裕豊宮川
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd; Shikoku Research Institute Inc; Shikoku Electric Power Co Inc
Priority date: 1994-07-22
Filing date: 1995-01-30
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2018-12-10
Also published as: JP3477524B2

Abstract

(57)【要約】【目的】超電導軸受部を構成する環状永久磁石部およ
び環状超電導体部の最適の仕様を決める作業を簡単にす
る。【構成】回転体１と、回転体１に同心状に着脱自在に
取付けられた環状永久磁石部17、22および永久磁石部1
7、22と対向するように固定部に着脱自在に取付けられ
た環状超電導体部26、34よりなる超電導軸受部２、３を
備えている。超電導軸受部２、３と軸方向に離隔しかつ
互いに異なる２つの高さ位置にそれぞれ設けられて回転
体１の互いに直交する２つのラジアル方向の位置を制御
するラジアル方向磁気軸受部４、５を備えている。回転
体１を固定部に対して非接触状態に浮上させる永久磁石
６、７と、回転体１に設けられたロータ８および固定部
に設けられてロータ８周囲に配置されたステータ９より
なる回転駆動用電動機10と、回転体１の回転速度を検出
する回転速度センサ11を備えている。

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
貯蔵装置に備えられている超電導軸受部の回転損失測定
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】電力貯蔵
装置として、本出願人は、先に、回転体と、回転体に固
定状に設けられたフライホイールと、回転体に設けられ
たロータおよび固定部に設けられてロータの周囲に配置
されたステータよりなる回転駆動用電動機と、回転体に
同心状にかつ固定状に設けられた環状永久磁石部および
永久磁石部と対向するように配置された環状超電導体部
よりなる超電導軸受部とを備えた電力貯蔵装置を提案し
た（特開平４−３７０４１７号参照）。

【０００３】このような電力貯蔵装置において、停電時
にフライホイールに貯蔵された運動エネルギを電気エネ
ルギとして効率良く取出すためには、超電導軸受部の回
転損失を小さくする必要がある。

【０００４】ところが、超電導軸受部の回転損失測定装
置は存在しないのが現状である。したがって、フライホ
イールに貯蔵された運動エネルギを電気エネルギとして
効率良く取出すための超電導軸受部における環状永久磁
石部および環状超電導体部の最適の仕様を決めるために
は、実際の電力貯蔵装置を運転し、電動機を停止させて
フライホイールに貯蔵された運動エネルギを電気エネル
ギとして取出す作業を、超電導軸受部における環状永久
磁石部および環状超電導体部の仕様を種々変更して行う
必要がある。その結果、作業が面倒であるという問題が
ある。

【０００５】この発明の目的は、上記問題を解決した超
電導軸受部の回転損失測定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
受部の回転損失測定装置は、回転体と、回転体に同心状
に取付けられた環状永久磁石部および永久磁石部と対向
するように固定部に取付けられた環状超電導体部よりな
る超電導軸受部と、超電導軸受部と軸方向に離隔しかつ
互いに異なる２つの高さ位置にそれぞれ設けられて回転
体の互いに直交する２つのラジアル方向の位置を制御す
るラジアル方向磁気軸受部と、回転体を固定部に対して
非接触状態に浮上させる磁石と、回転体に設けられたロ
ータおよび固定部に設けられてロータの周囲に配置され
たステータよりなる回転駆動用電動機と、回転体の回転
速度を検出する回転速度センサとを備えているものであ
る。

【０００７】

【作用】上記のように構成されている装置によれば、次
のようにして超電導軸受部の回転損失が測定される。す
なわち、磁石により回転体を固定部に対して非接触状態
で浮上させた後、ラジアル方向磁気軸受部により回転体
の固定部に対するラジアル方向の相対的位置を決め、つ
いで回転駆動用電動機を作動させて回転体を所定の回転
数で回転させる。その後、電動機を停止させて回転体を
自由回転させ、このときの回転速度変化を回転速度セン
サで検出し、そのデータを用いて第１の回転損失を求め
る。

【０００８】一方、磁石により回転体を固定部に対して
非接触状態で浮上させた後、ラジアル方向磁気軸受部に
より回転体の固定部に対するラジアル方向の相対的位置
を決め、ついで超電導軸受部の環状超電導体部の超電導
体を冷却して超電導状態に保持し、さらに回転駆動用電
動機を作動させて回転体を上記と同じ回転数で回転させ
る。その後、電動機を停止させて回転体を自由回転さ
せ、このときの回転速度変化を回転速度センサで検出
し、そのデータを用いて第２の回転損失を求める。

【０００９】そして、第２の回転損失から第１の回転損
失を減ずることにより、超電導軸受部の回転損失が求め
られる。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照して
説明する。

【００１１】図１はこの発明による超電導軸受部の回転
損失測定装置の全体構成を概略的に示す。

【００１２】図１において、超電導軸受部の回転損失測
定装置は、垂直な軸状の回転体(1)と、ラジアル方向超
電導軸受部(2) と、アキシアル方向超電導軸受部(3)
と、２つの超電導軸受部(2)(3)と軸方向に離隔しかつ互
いに異なる２つの高さ位置にそれぞれ設けられて回転体
(1) の互いに直交する２つのラジアル方向の位置を制御
するラジアル方向磁気軸受部(4)(5)と、回転体(1) を図
示しない固定部に対して非接触状態に浮上させる永久磁
石(6)(7)と、２つのラジアル方向磁気軸受部(4)(5)間に
おいて回転体(1) に設けられたロータ(8) および固定部
に設けられてロータ(8) の周囲に配置されたステータ
(9) よりなる回転駆動用電動機(10)と、回転体(1) の回
転速度を検出する回転速度センサ(11)とを備えている。

【００１３】回転体(1) の上下両部分と図示しない固定
部との間に、それぞれタッチダウン軸受(12)(13)が配置
されている。下側のタッチダウン軸受(13)よりも下方の
高さ位置において、回転体(1) の周囲に水平環状板(14)
が固定状に設けられている。そして、回転速度センサ(1
1)は水平環状板(14)の回転速度を検出するように、水平
環状板(14)の下方に配置されている。

【００１４】回転体(1) の上端部に永久磁石部取付け用
の水平円板(15)が着脱自在に固定されている。水平円板
(15)の周縁に立上がり壁(16)が一体に形成されている。
水平円板(15)の立上がり壁(16)の内周面に、回転体(1)
と同心状に第１の環状永久磁石部(17)が着脱自在に取付
けられている。環状永久磁石部(17)は、たとえば銅から
なりかつ立上がり壁(16)の内周面に着脱自在に固定され
た垂直円筒状体(18)を備えている。垂直円筒状体(18)の
下端には内向きフランジ(19)が一体に形成されている。
垂直円筒状体(18)内において、内向きフランジ(19)上に
複数の環状永久磁石(20)が環状スペーサ(21)を介して上
下方向に並ぶように配置されて垂直円筒状体(18)に固定
されている。

【００１５】水平円板(15)の下面に、回転体(1) と同心
状に第２の環状永久磁石部(22)が着脱自在に取付けられ
ている。環状永久磁石部(22)は、たとえば銅からなりか
つ水平円板(15)の下面に着脱自在に固定された水平円環
状板(23)を備えている、水平円環状板(23)の下面に、回
転体(1) と同心状に複数の環状凹溝(24)が形成されてお
り、これらの凹溝(24)内にそれぞれ環状永久磁石(25)が
嵌められて固定されている。

【００１６】図示しない固定部に、第１の環状超電導体
部(26)が、回転体(1) と同心状となるように着脱自在に
取付けられている。第１の環状超電導体部(26)は、環状
の水平部(27)と、水平部(27)の内周縁に連なって下方に
伸び、かつ第１の環状永久磁石部(17)と対向する垂直部
(28)とよりなる環状体(29)を備えている。環状体(29)の
垂直部(28)に環状中空部(30)が形成され、この中に垂直
円筒状第２種超電導体(31)が配置されている。環状体(2
9)に、その内部の中空部(30)と連通するように、冷却流
体供給管(32)および同排出管(33)が接続されている。冷
却流体供給管(32)および同排出管(33)は、図示しない温
度制御ユニットを介して冷却装置等に接続されている。
そして、冷却装置により冷却流体供給管(32)、中空部(3
0)および冷却流体排出管(33)を介して、たとえば液体窒
素からなる冷却流体が循環させられ、中空部(30)内に満
たされる冷却流体により超電導体(31)が冷却される。

【００１７】また、第２の環状永久磁石部(22)の下方に
おいて、図示しない固定部に、第２の環状超電導体部(3
4)が、回転体(1) と同心状となるように着脱自在に取付
けられている。第２の環状超電導体部(34)は、水平環状
体(35)を備えている。水平環状体(35)に環状中空部(36)
が形成され、この中に水平円環状第２種超電導体(37)が
配置されている。環状体(35)に、その内部の中空部(36)
と連通するように、冷却流体供給管(38)および同排出管
(39)が接続されている。冷却流体供給管(38)および同排
出管(39)は、図示しない温度制御ユニットを介して冷却
装置等に接続されている。そして、冷却装置により冷却
流体供給管(38)、中空部(36)および冷却流体排出管(39)
を介して、たとえば液体窒素からなる冷却流体が循環さ
せられ、中空部(36)内に満たされる冷却流体により超電
導体(37)が冷却される。

【００１８】そして、第１の環状永久磁石部(17)と第１
の環状超電導体部(26)とによりラジアル方向超電導軸受
部(2) が構成され、第２の環状永久磁石部(22)と第２の
環状超電導体部(34)とによりアキシアル方向超電導軸受
部(3) が構成されている。

【００１９】回転体(1) の互いに直交する２つのラジア
ル方向に伸びる軸をＸ軸およびＹ軸とすると、２つのラ
ジアル方向磁気軸受部(4)(5)は、それぞれＸ軸方向の制
御形磁気軸受(A) と、Ｙ軸方向の制御形磁気軸受(B) と
よりなる。両磁気軸受部(4)(5)の磁気軸受(A)(B)は、そ
れぞれＸ軸およびＹ軸上に、回転体(1) を両側から吸引
するように配置された２つの電磁石(A1)(A2)(A3)(A4)(B
1)(B2)(B3)(B4)を備えている。電磁石(A1)〜(A4)(B1)〜
(B4)の近傍には、それぞれ１つのラジアル方向変位セン
サ(X1)(X2)(X3)(X4)(Y1)(Y2)(Y3)(Y4)が配置されてい
る。各磁気軸受(A)(B)において２個の変位センサ(X1)(X
2)(X3)(X4)は、回転体(1) をＸ軸方向の両側から挟み、
この部分の回転体(1) のＸ軸方向の変位を検出する。残
りの２個の変位センサ(Y1)(Y2)(Y3)(Y4)は、回転体(1)
をＹ軸方向の両側から挟み、この部分の回転体(1) のＹ
軸方向の変位を検出する。

【００２０】回転体(1) の下方に、昇降自在の昇降体(4
0)が設けられている。回転体(1) の下面および昇降体(4
0)の上面にそれぞれ永久磁石(6)(7)が取付けられてい
る。回転体(1) に取付けられた永久磁石(6) の下端と、
昇降体(40)に取付けられた永久磁石(7) の上端とは同一
の極性の磁気を帯びている。そして、昇降体(40)を上昇
させることにより、２つの永久磁石(6)(7)の磁気反発力
によって回転体(1) が固定部に対して浮上させられるよ
うになっている。

【００２１】次に、超電導軸受部の回転損失を測定する
方法について説明する。

【００２２】まず、昇降体(40)を上昇させることによ
り、回転体(1) および昇降体(40)の２つの永久磁石(6)
(7)の磁気反発力によって回転体(1) を固定部に対して
非接触状態で浮上させた後、２つのラジアル方向磁気軸
受部(4)(5)により回転体(1) の固定部に対するラジアル
方向の相対的位置を決める。ついで、回転駆動用電動機
(10)を作動させて回転体(1) を所定の回転数で回転させ
る。その後、電動機(10)を停止させて回転体(1) を自由
回転させ、このときの回転速度変化を回転速度センサ(1
1)で検出し、そのデータを用いて第１の回転損失を求め
る。

【００２３】また、上記と同様にして、回転体(1) を固
定部に対して非接触状態で浮上させた後、２つのラジア
ル方向磁気軸受部(4)(5)により回転体(1) の固定部に対
するラジアル方向の相対的位置を決める。ついで、ラジ
アル方向超電導軸受部(2) の第１の環状超電導体部(26)
およびアキシアル方向超電導軸受部(3) の第２の環状超
電導体部(34)における環状体(29)(35)の中空部(30)(36)
内にそれぞれ冷却流体を循環させ、これにより超電導体
(31)(37)を冷却して第２種超電導状態にし、この状態で
保持する。さらに、回転駆動用電動機(10)を作動させて
回転体(1) を上記と同じ回転数で回転させる。その後、
電動機(10)を停止させて回転体(1) を自由回転させ、こ
のときの回転速度変化を回転速度センサ(11)で検出し、
そのデータを用いて第２の回転損失を求める。

【００２４】そして、第２の回転損失から第１の回転損
失を減ずることにより、超電導軸受部(2)(3)の回転損失
が求められる。

【００２５】上記実施例において、ラジアル方向超電導
体軸受部(2) の第１環状永久磁石部(17)では、水平円板
(15)の立上がり壁(16)の内周面に固定された垂直円筒状
体(18)の内周面に環状永久磁石(20)が配置されているの
で、回転損失の測定にあたり、電動機(10)により回転体
(1) を高速回転させた場合にも、遠心力により永久磁石
(20)が破壊されるのが防止される。ラジアル方向超電導
軸受部(2) が、水平円板(15)の立上がり壁(16)に取付け
られた第１環状永久磁石部と、その周囲に配置された第
１環状超電導体部とよりなり、第１環状永久磁石部が、
立上がり壁(16)の外周面に固定された垂直円筒状体の外
周面に配置された環状永久磁石を備えていると、回転損
失の測定時に回転体(1) を高速回転させた場合、遠心力
により環状永久磁石が破壊されたり、垂直円筒状体から
外れたりする。

【００２６】上記実施例においては、昇降体(40)にも永
久磁石(7) が取付けられているが、これに代えて電磁石
を取付けておいてもよい。

【００２７】図２は、この発明の回転損失測定装置によ
り回転損失が測定された超電導軸受部を用いた電力貯蔵
装置を示す。

【００２８】図２において、電力貯蔵装置は、図示しな
い真空チャンバ内に配置される垂直軸状の回転体(50)
と、回転体(50)の高さの中間部に固定状に設けられた非
磁性体からなるフライホイール(51)と、図示しない固定
部とフライホイール(51)との間に設けられた第１および
第２の２つの超電導軸受部(52)(53)と、フライホイール
(51)の上方および下方にそれぞれ設けられて回転体(50)
の互いに直交する２つのラジアル方向の位置を制御する
ラジアル方向磁気軸受部(54)(55)と、回転体(50)を高速
回転させる高周波電動機のような回転駆動用電動機(56)
と、運転開始時に回転体(50)の固定部に対するラジアル
方向およびアキシアル方向の位置を決定する初期位置決
め機構(57)と、回転体(50)の上下両端部と固定部との間
にそれぞれ設けられたタッチダウン軸受(58)(59)とを備
えている。

【００２９】フライホイール(51)は、水平円板状部(60)
と、その周縁に回転体(50)と同心状に一体に形成された
円筒状の立上がり部(61)とよりなり、立上がり部(61)の
内周面に回転体(50)と同心状に第１の環状永久磁石部(6
2)が設けられている。第１環状永久磁石部(62)は、フラ
イホイール(51)の立上がり部(61)の内周面に上下方向に
間隔をおいて複数の環状凹溝(63)が形成され、各環状凹
溝(63)内に環状永久磁石(64)が嵌められて固定されるこ
とにより形成されている。

【００３０】フライホイール(51)の水平円板状部(60)の
下面に、回転体(50)と同心状に第２の環状永久磁石部(6
5)が設けられている。第２環状永久磁石部(65)は、フラ
イホイール(51)の水平円板状部(60)の下面に回転体(50)
と同心状に複数の環状凹溝(66)が形成され、各環状凹溝
(66)内に環状永久磁石(67)が嵌められて固定されること
により形成されている。第１および第２環状永久磁石部
(62)(65)の環状永久磁石は、それぞれ回転体(50)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
設けられている。

【００３１】図示しない固定部に、第１の環状超電導体
部(68)が、回転体(50)と同心状となるように設けられて
いる。第１の環状超電導体部(68)は、環状の水平部(69)
と、水平部(69)の内周縁に連なって下方に伸び、かつ第
１の環状永久磁石部(62)と対向する垂直部(70)とよりな
る環状体(71)を備えている。環状体(71)の垂直部(70)に
環状中空部(72)が形成され、この中に垂直円筒状第２種
超電導体(73)が配置されている。環状体(71)に、その内
部の中空部(72)と連通するように、冷却流体供給管(74)
および同排出管(75)が接続されている。冷却流体供給管
(74)および同排出管(75)は、図示しない温度制御ユニッ
トを介して冷却装置等に接続されている。そして、冷却
装置により冷却流体供給管(74)、中空部(72)および冷却
流体排出管(75)を介して、たとえば液体窒素からなる冷
却流体が循環させられ、中空部(72)内に満たされる冷却
流体により超電導体(73)が冷却される。

【００３２】また、第２の環状永久磁石部(65)の下方に
おいて、図示しない固定部に、第２の環状超電導体部(7
6)が、回転体(50)と同心状となるように設けられてい
る。第２の環状超電導体部(76)は、水平環状体(77)を備
えている。水平環状体(77)に環状中空部(78)が形成さ
れ、この中に水平円環状第２種超電導体(79)が配置され
ている。環状体(77)に、その内部の中空部(78)と連通す
るように、冷却流体供給管(80)および同排出管(81)が接
続されている。冷却流体供給管(80)および同排出管(81)
は、図示しない温度制御ユニットを介して冷却装置等に
接続されている。そして、冷却装置により冷却流体供給
管(80)、中空部(78)および冷却流体排出管(81)を介し
て、たとえば液体窒素からなる冷却流体が循環させら
れ、中空部(78)内に満たされる冷却流体により超電導体
(79)が冷却される。

【００３３】第１および第２環状超電導体部(68)(76)の
第２種超電導体(73)(79)は、それぞれイットリウム系超
電導体、たとえばＹＢａ₂Ｃｕ₃Ｏ_7-xからなるバルク
の内部に常電導粒子（Ｙ₂Ｂａ₁Ｃｕ₁）を均一に混在
させたものからなり、第２種超電導状態が出現する環境
下において、永久磁石(64)(67)から発せられる磁束侵入
を拘束する性質を有するものである。そして、両超電導
体(73)(79)は、それぞれ永久磁石(64)(67)の磁束が所定
量侵入する離隔位置であってかつ回転体(50)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。

【００３４】そして、第１の環状永久磁石部(62)と第１
の環状超電導体部(68)とにより第１の超電導軸受部(52)
が構成され、第２の環状永久磁石部(65)と第２の環状超
電導体部(76)とにより第２の超電導軸受部(53)が構成さ
れている。

【００３５】回転体(50)の互いに直交する２つのラジア
ル方向に伸びる軸をＸ軸およびＹ軸とすると、２つのラ
ジアル方向磁気軸受部(54)(55)は、それぞれＸ軸方向の
制御形磁気軸受(A) と、Ｙ軸方向の制御形磁気軸受(B)
とよりなる。両磁気軸受部(54)(55)の磁気軸受(A)(B)
は、それぞれＸ軸およびＹ軸上に、回転体(50)を両側か
ら吸引するように配置された２つの電磁石(A1)(A2)(A3)
(A4)(B1)(B2)(B3)(B4)を備えている。電磁石(A1)〜(A4)
(B1)〜(B4)の近傍には、それぞれ１つのラジアル方向変
位センサ(X1)(X2)(X3)(X4)(Y1)(Y2)(Y3)(Y4)が配置され
ている。各磁気軸受(A)(B)において２個の変位センサ(X
1)(X2)(X3)(X4)は、回転体(50)をＸ軸方向の両側から挟
み、この部分の回転体(50)のＸ軸方向の変位を検出す
る。残りの２個の変位センサ(Y1)(Y2)(Y3)(Y4)は、回転
体(50)をＹ軸方向の両側から挟み、この部分の回転体(5
0)のＹ軸方向の変位を検出する。

【００３６】回転駆動用電動機(56)は、フライホイール
(51)の立上がり部(61)に囲まれた部分において回転体(5
0)に設けられたロータ(84)および固定部に設けられてロ
ータ(84)の周囲に配置されたステータ(85)よりなる。

【００３７】初期位置決め機構(57)は次のように構成さ
れている。すなわち、回転体(50)の下端面の中心部に上
方に向かって狭まったテーパ穴（図示略）が形成されて
いる。回転体(50)の下方に、昇降自在の昇降体(82)が設
けられており、昇降体(82)の上端面の中心部に下方に向
かって狭まったテーパ穴（図示略）が形成されている。
昇降体(82)のテーパ穴内に、その大端径よりも大きな直
径を有するボール(83)が配置されている。そして、昇降
体(82)と、回転体(50)および昇降体(82)のテーパ穴と、
ボール(83)とにより初期位置決め機構(57)が構成されて
いる。

【００３８】このような構成において、停止状態の電力
貯蔵装置は、次のようにして運転状態にされる。

【００３９】まず、真空チャンバ内を真空状態にした
後、初期位置決め機構(57)の昇降体(82)を上昇させるこ
とにより回転体(50)のアキシアル方向およびラジアル方
向の位置決めを行なう。また、磁気軸受部(54)(55)によ
っても回転体(50)のラジアル方向の位置決めを行なう。
このように回転体(50)が位置決めされたならば、冷却装
置により各中空部(72)(78)内に冷却流体を循環させて各
超電導体(73)(79)を冷却し、第２種超電導状態に保持す
る。すると、各超電導軸受部(52)(53)の永久磁石(64)(6
7)から発せられる磁束の多くが超電導体(73)(79)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、各超電導体(73)(79)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(73)(79)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(73)(79)に立設したピンに永久磁石(64)(67)が貫
かれたようになり、超電導体(73)(79)に対して永久磁石
(64)(67)とともに回転体(50)が拘束される。したがっ
て、回転体(50)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(73)(79)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
を妨げる抵抗とならない。超電導体(73)(79)が冷却され
て第２種超電導状態になると、支持力が発生するので、
初期位置決め機構(57)の昇降体(82)を下降させて、これ
による支持をなくす。初期位置決め機構(57)による支持
がなくなると、回転体(50)は自重により若干下降して、
超電導軸受部(52)(53)の磁気力、つまり磁気反発力およ
びピン止め力と釣り合う位置に停止する。そして、回転
体(50)が電動機(56)により高速回転させられ、余剰電力
がフライホイール(51)の運動エネルギに変換されて貯蔵
される。

【００４０】上記電力貯蔵装置において、第１超電導体
軸受部(52)の第１環状永久磁石部(62)では、フライホイ
ール(51)の立上がり部(61)の内周面に環状永久磁石(64)
が配置されているので、電動機(56)により回転体(50)を
高速回転させた場合にも、遠心力により永久磁石(64)が
破壊されるのが防止される。また、立上がり部(61)の外
周面がＣＦＲＰ（複合繊維強化プラスチック）等で補強
されていれば、より効果的である。第１超電導軸受部
が、フライホイール(51)の立上がり部(61)の外周面に設
けられた第１環状永久磁石部と、その周囲に配置された
第１環状超電導体部とよりなり、第１環状永久磁石部
が、立上がり部に固定された環状永久磁石を備えている
と、電力貯蔵時に回転体(50)を高速回転させた場合、遠
心力により環状永久磁石が破壊されたり、立上がり部(6
1)から外れたりする。

【００４１】図３〜図９は、電力貯蔵装置における超電
導軸受部の変形例を示す。以下の説明において、図２に
示すものと同一物および同一部分には同一符号を付して
重複する説明を省略する。なお、図３〜図９において
は、回転体、フライホイール、永久磁石および超電導体
のみを概略的に示している。

【００４２】図３において、フライホイール(51)の水平
円板状部(60)の下方において固定部には、水平円環状永
久磁石(90)が配置されている。フライホイール(51)の水
平円板状部(60)に取付けられた各環状永久磁石(67)の下
端部は互いに同一極性の磁気を帯びており、水平円環状
永久磁石(90)の上端部は環状永久磁石(67)の下端部と同
一極性の磁気を帯びている。したがって、回転体(50)
は、永久磁石(90)(67)どうしの磁気反発力によってもア
キシアル方向に支持される。

【００４３】図４において、フライホイール(51)の水平
円板状部(60)の上面に、回転体(50)と同心状に複数の環
状凹溝(91)が形成され、各環状凹溝(91)内に環状永久磁
石(92)が嵌められて固定されることにより環状永久磁石
部(93)が形成されている。また、フライホイール(51)の
立上がり部(61)に囲まれた部分において、固定部に回転
体(50)と同心状に環状超電導体部(94)が設けられてい
る。超電導体部(94)は、回転体(50)と同心状とされた肉
厚の大きな円筒状第２種超電導体(95)を備えている。そ
して、超電導体部(94)の外周面と立上がり部(61)の永久
磁石部(62)とにより第１の超電導軸受部(96)が形成さ
れ、超電導体部(94)の下面と水平円板状部(60)の永久磁
石部(93)とにより第２の超電導軸受部(97)が形成されて
いる。すなわち、超電導体(95)は、２つの超電導軸受部
(96)(97)の超電導体を兼ねている。

【００４４】図５において、フライホイール(100) は水
平円板状部(101) とその周縁に一体に形成されかつ回転
体(50)と同心状とされた垂下部(102) とよりなる。フラ
イホイール(100) の水平円板状部(101) の上面に、回転
体(50)と同心状に複数の環状凹溝(103) が形成され、各
環状凹溝(103) 内に環状永久磁石(104) が嵌められて固
定されることにより第１の永久磁石部(111) が形成され
ている。また、垂下部(102) の内周面に上下方向に間隔
をおいて複数の環状凹溝(105) が形成され、各環状凹溝
(105) 内に環状永久磁石(106) が嵌められて固定される
ことにより第２の永久磁石部(112) が形成されている。
フライホイール(100) の水平円板状部(101) の上方にお
いて、固定部に環状超電導体部(107) が設けられてい
る。環状超電導体部(107) は水平円環状第２種超電導体
(108) を備えている。また、フライホイール(100) の垂
下部(102) に囲まれた部分において、固定部に回転体(5
0)と同心状に環状超電導体部(109) が設けられている。
超電導体部(109) は、回転体(50)と同心状とされた円筒
状第２種超電導体(110) を備えている。そして、第１永
久磁石部(111) と環状超電導体部(107) とにより第１の
超電導軸受部(113) が構成され、第２永久磁石部(112)
と環状超電導体部(109) とにより第２の超電導軸受部(1
14) が構成されている。

【００４５】なお、図５において、フライホイール(10
0) の水平円板状部(101) の上方において、固定部に
は、超電導体(108) を備えた超電導体部(107) に代えて
水平円環状永久磁石が配置されることもある。この場
合、フライホイール(100) の水平円板状部(101) に取付
けられた各環状永久磁石(104) の上端部を互いに同一極
性の磁気を帯びたものとし、水平円環状永久磁石の下端
部を環状永久磁石(104) の上端部と異なった極性の磁気
を帯びたものとする。したがって、回転体(50)は、永久
磁石(104) どうしの磁気吸引力によってもアキシアル方
向に支持される。

【００４６】図６において、フライホイール(100) の水
平円板状部(101) の下面に、回転体(50)と同心状に複数
の環状凹溝(115) が形成され、各環状凹溝(115) 内に環
状永久磁石(116) が嵌められて固定されることにより永
久磁石部(117) が形成されている。また、フライホイー
ル(100) の垂下部(102) に囲まれた部分において、固定
部に回転体(50)と同心状に環状超電導体部(118) が設け
られている。超電導体部(118) は、回転体(50)と同心状
とされた肉厚の大きな円筒状第２種超電導体(119) を備
えている。そして、超電導体部(118) の上面と水平円板
状部(101) の永久磁石部(117) とにより第１の超電導軸
受部(120) が形成され、超電導体部(118) の外周面と垂
下部(102) の永久磁石部(112) とにより第２の超電導軸
受部(121) が形成されている。すなわち、超電導体(11
9) は、２つの超電導軸受部(120)(121)の超電導体を兼
ねている。

【００４７】図７において、フライホイール(125) は、
水平円板状部(126) と、高さの中央部が水平円板状部(1
26) の周縁に一体に形成されかつ回転体(50)と同心状と
された円筒状部(127) とよりなる。フライホイール(12
5) の水平円板状部(126) の上面に、回転体(50)と同心
状に複数の環状凹溝(128) が形成され、各環状凹溝(12
8) 内に環状永久磁石(129) が嵌められて固定されるこ
とにより永久磁石部(130)が形成されている。また、円
筒状部(127) の上半部および下半部の内周面に、それぞ
れ上下方向に間隔をおいて複数の環状凹溝(131)(132)が
形成され、各環状凹溝(131)(132)内に環状永久磁石(13
3)(134)が嵌められて固定されることにより永久磁石部
(135)(136)が形成されている。円筒状部(127) の下半部
に囲まれた部分において、固定部に回転体(50)と同心状
に環状超電導体部(137) が設けられている。超電導体部
(137) は、回転体(50)と同心状とされた円筒状第２種超
電導体(138) を備えている。そして、永久磁石部(136)
と超電導体部(137) とにより超電導軸受部(139) が構成
されている。また、フライホイール(125) の円筒状部(1
27) の上半部に囲まれた部分において、固定部に回転体
(50)と同心状に環状超電導体部(140) が設けられてい
る。超電導体部(140) は、回転体(50)と同心状とされた
肉厚の大きな円筒状第２種超電導体(141) を備えてい
る。そして、超電導体部(140) の下面と水平円板状部(1
26) の永久磁石部(130) とにより超電導軸受部(142) が
形成され、超電導体部(140) の外周面と円筒状部(127)
の上半部の永久磁石部(135) とにより超電導軸受部(14
3) が形成されている。すなわち、超電導体(141) は、
２つの超電導軸受部(142)(143)の超電導体を兼ねてい
る。

【００４８】図８において、フライホイール(125) の水
平円板状部(126) の下面に、回転体(50)と同心状に複数
の環状凹溝(144) が形成され、各環状凹溝(144) 内に環
状永久磁石(145) が嵌められて固定されることにより永
久磁石部(146) が形成されている。円筒状部(127) の上
半部に囲まれた部分において、固定部に回転体(50)と同
心状に環状超電導体部(147) が設けられている。超電導
体部(147) は、回転体(50)と同心状とされた円筒状第２
種超電導体(148) を備えている。そして、永久磁石部(1
35) と超電導体部(147) とにより超電導軸受部(149) が
構成されている。また、フライホイール(125) の円筒状
部(127) の下半部に囲まれた部分において、固定部に回
転体(50)と同心状に環状超電導体部(150) が設けられて
いる。超電導体部(150) は、回転体(50)と同心状とされ
た肉厚の大きな円筒状第２種超電導体(151) を備えてい
る。そして、超電導体部(150) の上面と水平円板状部(1
26) の永久磁石部(146) とにより超電導軸受部(152) が
形成され、超電導体部(150) の外周面と円筒状部(127)
の下半部の永久磁石部(136) とにより超電導軸受部(15
3) が形成されている。すなわち、超電導体(151) は、
２つの超電導軸受部(152)(153)の超電導体を兼ねてい
る。

【００４９】図９において、フライホイール(125) の水
平円板状部(126) の上下両面に、それぞれ回転体(50)と
同心状に複数の環状凹溝(128)(144)が形成され、各環状
凹溝(128)(144)内に環状永久磁石(129)(145)が嵌め入れ
られて固定されることにより永久磁石部(130)(146)が形
成されている。円筒状部(127) の上半部および下半部に
囲まれた部分において、それぞれ固定部に回転体(50)と
同心状に環状超電導体部(140)(150)が設けられている。
各超電導体部(140)(150)は、回転体(50)と同心状とされ
た肉厚の大きな円筒状第２種超電導体(141)(151)を備え
ている。そして、水平円板状部(126) の上下両面の永久
磁石部(130)(146)と超電導体部(140) の下面および超電
導体部(150) の上面とにより超電導軸受部(142)(152)が
構成されている。また、円筒状部(127) の上半部および
下半部の永久磁石部(135)(136)と各超電導体部(140)(15
0)の外周面とにより超電導軸受部(143)(153)が形成され
ている。すなわち、各超電導体(141)(151)は、２つの超
電導軸受部(142)(143)(152)(153)の超電導体を兼ねてい
る。

【００５０】図２〜図９においては、フライホイールに
超電導軸受部を構成する永久磁石部が設けられている
が、さらに貯蔵エネルギを増加させるために、永久磁石
部が設けられているフライホイールとは別個に、回転体
にフライホイールが固定状に設けられていてもよい。ま
た、図２〜図９においては、フライホイールに超電導軸
受部を構成する永久磁石部が設けられているが、回転体
に、永久磁石部を設けるための部材とフライホイールと
が別々に固定状に設けられていてもよい。さらに、図
１、図２、図４、図６〜図９においては、回転体は、ラ
ジアル方向およびアキシアル方向のいずれの方向にも超
電導軸受部で支持されるようになっているが、両方向の
うちいずれかの方向には、永久磁石の磁気反発力や磁気
吸引力を用いた磁気軸受で支持されるようになっていて
もよい。

【００５１】

【発明の効果】この発明の超電導軸受部の回転損失測定
装置によれば、上述のようにして、超電導軸受部の回転
損失を求めることができるので、超電導軸受部を備えた
実際の装置、たとえば電力貯蔵装置に組み込む前に、超
電導軸受部を構成する環状永久磁石部および環状超電導
体部の最適の仕様を決めることができる。したがって、
従来のように、超電導軸受部を備えた実際の装置、たと
えば電力貯蔵装置を、超電導軸受部を構成する環状永久
磁石部および環状超電導体部の仕様を種々変更して運転
する必要がないので、超電導軸受部を構成する環状永久
磁石部および環状超電導体部の最適の仕様を決める作業
が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による超電導軸受部の回転損失測定装
置の全体構成を概略的に示す斜視図である。

【図２】この発明による装置で回転損失を測定した超電
導軸受部を備えた電力貯蔵装置の全体構成を概略的に示
す斜視図である。

【図３】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第１の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図４】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第２の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図５】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第３の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図６】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第４の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図７】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第５の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図８】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第６の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【図９】電力貯蔵装置の超電導軸受部の第７の変形例を
概略的に示す部分垂直断面図である。

【符号の説明】

(1) 回転体 (2) ラジアル方向超電導軸受部 (3) アキシアル方向超電導軸受部 (4) ラジアル方向磁気軸受部 (5) ラジアル方向磁気軸受部 (6) 永久磁石 (7) 永久磁石 (8) ロータ (9) ステータ (10) 回転駆動用電動機 (11) 回転速度センサ (17) 第１の環状永久磁石部 (22) 第２の環状永久磁石部 (26) 第１の環状超電導体部 (34) 第２の環状超電導体部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者高畑良一大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内 (72)発明者宮川裕豊大阪市中央区南船場三丁目５番８号光洋精工株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体と、回転体に同心状に取付けられ
た環状永久磁石部および永久磁石部と対向するように固
定部に取付けられた環状超電導体部よりなる超電導軸受
部と、超電導軸受部と軸方向に離隔しかつ互いに異なる
２つの高さ位置にそれぞれ設けられて回転体の互いに直
交する２つのラジアル方向の位置を制御するラジアル方
向磁気軸受部と、回転体を固定部に対して非接触状態に
浮上させる磁石と、回転体に設けられたロータおよび固
定部に設けられてロータの周囲に配置されたステータよ
りなる回転駆動用電動機と、回転体の回転速度を検出す
る回転速度センサとを備えている超電導軸受部の回転損
失測定装置。