JPH10325415A - Magnet part reinforcing structure of superconduction magnetic bearing device - Google Patents

Magnet part reinforcing structure of superconduction magnetic bearing device

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JPH10325415A
JPH10325415A JP6744798A JP6744798A JPH10325415A JP H10325415 A JPH10325415 A JP H10325415A JP 6744798 A JP6744798 A JP 6744798A JP 6744798 A JP6744798 A JP 6744798A JP H10325415 A JPH10325415 A JP H10325415A
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JP
Japan
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magnet
bearing device
hoop
magnetic bearing
reinforcing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP6744798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Junichiro Shinozaki
順一郎 篠崎
Yutaka Takano
豊 高野
Fusao Akiyama
房夫 秋山
Shigeo Sasamori
繁雄 笹森
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.)
NIPPON FUKUGOU ZAIRYO KK
Seiko Epson Corp
Original Assignee
NIPPON FUKUGOU ZAIRYO KK
Seiko Epson Corp
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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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
    • 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
    • F16C15/00Construction of rotary bodies to resist centrifugal force

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the magnet part reinforcing structure of a superconduction magnetic bearing device to improve a compression force exerted on a magnet part on the inner peripheral side. SOLUTION: In a magnet part reinforcing structure, a magnet part mounted on the rotary body part B of a superconduction magnetic bearing device is provided with annular permanent magnetic 10 and 10 concentric to the axis of a rotary body part and a reinforcing member 5 to radially and peripherally compress the annular permanent magnet is mounted on the outer peripheral side of the annular permanent magnet. The reinforcing member 5A is an annular member made of carbon fiber-contained reinforced plastic(CFRP), and the reinforcing member 5A is the magnetic part reinforcing structure of a magnetic bearing device having fibers in a peripheral direction and fibers in a radial direction.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、超電導体を用いた
超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造に関し、特に、例
えば、超高速な回転動作を必要とする遠心分離機や各種
流体機械、工作機械、余剰電力をフライホイールの回転
エネルギーに変換して貯蔵する電力貯蔵装置等に最適な
ものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a magnet reinforcing structure for a superconducting magnetic bearing device using a superconductor, and more particularly to, for example, a centrifuge, various fluid machines, and machine tools requiring an ultra-high-speed rotation operation. It is most suitable for an electric power storage device or the like that converts surplus electric power into rotational energy of a flywheel and stores it.

【0002】[0002]

【従来の技術】超電導現象を利用して、回転体(以下、
回転軸を含む意味で用いる。)を非接触状態で軸支する
ことにより、高効率且つ高速回転を可能とした超電導磁
気軸受装置は、固定体部に装着される超電導体部と、回
転体部に固着された永久磁石を有する磁石部とを備え、
固定された超電導体部に対して、回転体部の磁石部を、
磁気浮上させ、互いに所定の間隔で向き合うようにして
構成されており、回転体部の回転動作時には、この回転
体部とともに磁石部が回転するように設けられている。
2. Description of the Related Art Using a superconducting phenomenon, a rotating body (hereinafter referred to as a rotating body)
Used to include the rotation axis. The superconducting magnetic bearing device, which is capable of high-speed and high-speed rotation by pivotally supporting the non-contact state, has a superconductor part mounted on the fixed body part and a permanent magnet fixed to the rotating body part. With a magnet part,
For the fixed superconductor part, the magnet part of the rotating body part is
It is configured to be magnetically levitated so as to face each other at a predetermined interval, and is provided so that the magnet unit rotates together with the rotator when the rotator rotates.

【0003】この磁石部の永久磁石としては、Pr−F
e−B−Cu系の熱間加工方法により製造された永久磁
石や、Nd−Fe−B系の焼結磁石が、一般的に用いら
れている。ところが、前者の引張強度は、24Kg/m
2を上限とし、後者の引張強度は、8Kg/mm2を上
限としており、磁石の引張強度は比較的に低いことが知
られている。他方、これらの磁石の圧縮強度は、略10
0Kg/mm2となっており、極めて高いことが知られ
ている。
The permanent magnet of this magnet portion is Pr-F
Permanent magnets manufactured by an e-B-Cu hot working method and sintered Nd-Fe-B magnets are generally used. However, the former tensile strength is 24 kg / m
It is known that the upper limit is m 2 and the tensile strength of the latter is 8 kg / mm 2 , and the tensile strength of the magnet is relatively low. On the other hand, the compressive strength of these magnets is about 10
0 kg / mm 2 , which is known to be extremely high.

【0004】従って、回転動作時に、磁石部の回転破壊
を回避するために、回転遠心力によって磁石に生じる引
っ張り力を、この引張強度内に収める必要があり、その
結果回転数が制約されていた。
Therefore, in order to avoid the rotational destruction of the magnet part during the rotation operation, it is necessary to keep the tensile force generated in the magnet by the rotational centrifugal force within this tensile strength, and as a result, the number of rotations is restricted. .

【0005】そこで、本発明者等は、予め磁石部に、遠
心力の作用方向に対して、逆方向に圧縮するストレスを
与えておいて、見掛け上の引張強度を向上させることに
より、高速回転を可能とした磁石部の補強構造を既に提
案している(特願平7−29490号、同7−5620
8号、同7−74066号、同7−81446号)。
[0005] The inventors of the present invention have previously applied a compressive stress to the magnet portion in a direction opposite to the direction of action of the centrifugal force to improve the apparent tensile strength, thereby achieving high-speed rotation. (Japanese Patent Application Nos. 7-29490 and 7-5620).
No. 8, No. 7-74066, No. 7-81446).

【0006】すなわち、前述したように、回転体部に固
着される磁石は、その引張強度は比較的に低い一方、圧
縮強度は略100Kg/mm2と極めて高い。そこで、
本発明者等は、この点に着目し、磁石に予め圧縮力を付
与しておくことを基本とし、単に圧縮力の付与のみなら
ず、付与された圧縮力が、回転の際の遠心力により減少
させられるのを可及的に阻止することができる構成(装
置及び方法)を提案した。
That is, as described above, the magnet fixed to the rotating body has a relatively low tensile strength, but has an extremely high compressive strength of about 100 kg / mm 2 . Therefore,
The present inventors have paid attention to this point, and based on applying a compressive force to the magnet in advance, not only applying the compressive force but also the applied compressive force by centrifugal force at the time of rotation A configuration (apparatus and method) that can prevent the reduction as much as possible has been proposed.

【0007】この圧縮力を供給する補強部材は、磁石部
の外周に装着されたリング形状のフープであり、このフ
ープは、永久磁石よりも可能な限り比重が小さくて、回
転時に自身に生じる回転遠心力の悪影響を被ることが少
なく、且つ引張破壊強度の大きい材料により構成され、
更に、このフープによる永久磁石の半径方向及び周方向
のそれぞれの圧縮力を、前記回転体部の停止時に磁石の
圧縮破壊応力より小さい適切な値に設定したものであ
る。すなわち、最適な応力状態は、回転停止時に、磁石
部の磁石をフープにより限界の圧縮強度まで圧縮すると
ともに、フープ自体には余裕が有るような引張応力を持
たせるようにすることが望ましい。つまり、このフープ
の応力の余裕量は、磁石が回転動作時の遠心力により破
壊される回転数において、フープ自体に作用する遠心力
による引張応力や磁石からの引張応力の合計より、大き
くなければならない。
The reinforcing member for supplying the compressive force is a ring-shaped hoop mounted on the outer periphery of the magnet portion. The hoop has a specific gravity as small as possible than that of the permanent magnet, and a rotation generated by itself during rotation. It is made of a material that is less affected by the centrifugal force and has a large tensile breaking strength.
Further, the respective compressive forces of the hoop in the radial direction and the circumferential direction of the permanent magnet are set to appropriate values smaller than the compressive fracture stress of the magnet when the rotating body is stopped. That is, it is desirable that the optimal stress state be such that when the rotation is stopped, the magnet of the magnet part is compressed to the limit compressive strength by the hoop, and the hoop itself is given a tensile stress that allows a margin. In other words, the margin of the stress of this hoop must be larger than the sum of the tensile stress due to the centrifugal force acting on the hoop itself and the tensile stress from the magnet at the rotation speed at which the magnet is destroyed by the centrifugal force during the rotation operation. No.

【0008】このようにして、先に提案したものは、少
なくとも回転体部の磁石部は、回転体部の軸心を同心と
する環状永久磁石を備え、そして、前記環状永久磁石の
外周側に、当該環状永久磁石を半径方向及び周方向に圧
縮するリング状のフープを装着した構成からなる装置及
び方法であり、高速回転化に対応できるだけでなく、永
久磁石の外形状を大きくしても、磁石の機械的強度を向
上させることができるので、磁石の大型化が図れ、載荷
力の大きな超電導磁気軸受装置を得ることができた。
As described above, in the above-mentioned proposal, at least the magnet section of the rotating body section includes an annular permanent magnet having the axis of the rotating body section concentric, and is provided on the outer peripheral side of the annular permanent magnet. An apparatus and method having a configuration in which a ring-shaped hoop that compresses the annular permanent magnet in the radial direction and the circumferential direction is provided.The apparatus and method can cope with high-speed rotation, and even if the outer shape of the permanent magnet is increased, Since the mechanical strength of the magnet can be improved, the size of the magnet can be increased, and a superconducting magnetic bearing device having a large loading force can be obtained.

【0009】また、このフープ部材としては、磁石に比
べて比重が軽く、引張り強度が高い炭素繊維入り強化プ
ラスチック(CFRP)を用いている。CFRPは、高
強度異方性材料で、フィラメントワインディング法で作
られ、機械加工で精密な寸法に仕上げられてフープにな
る。
As the hoop member, a carbon fiber-reinforced plastic (CFRP) having a lower specific gravity and a higher tensile strength than a magnet is used. CFRP is a high-strength anisotropic material, made by a filament winding method, machined to precise dimensions and turned into a hoop.

【0010】更に、このようなフープ部材を、多重化し
て、各フープが分担する付与圧縮力を軽減させるととも
に、磁石部へのフープ装着作業を容易にしたものも提案
されている。
[0010] Furthermore, there has been proposed a structure in which such hoop members are multiplexed to reduce the applied compressive force shared by each hoop and to facilitate the work of attaching the hoop to the magnet portion.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】ところが、フープを多
重化した構造においては、CFRP製のフープ部材自体
の特性として、半径方向の耐応力性が低いので、外周の
補強部材から、内周の磁石部に供給する圧縮力が制約さ
れる不都合が生じていた。
However, in a structure in which hoops are multiplexed, the hoop member itself made of CFRP has low resistance to stress in the radial direction. The disadvantage is that the compressive force supplied to the part is restricted.

【0012】すなわち、多重フープの最も内周側のフー
プは、その外周側のフープから供給される圧縮力を合計
した力が加わることになり、半径方向の圧縮応力が大き
くなる傾向にある。
That is, the innermost hoop of the multiple hoop receives a total of the compressive forces supplied from the outer hoop, and the radial compressive stress tends to increase.

【0013】そこで、環状永久磁石を半径方向及び周方
向に圧縮する補強部材を装着した磁石部補強構造におい
て、半径方向の耐応力性が向上すればより一層補強性能
が高まるのではないかと考えて、本発明を完成させた。
In view of the above, it is considered that in a magnet part reinforcing structure equipped with a reinforcing member for compressing the annular permanent magnet in the radial direction and the circumferential direction, if the stress resistance in the radial direction is improved, the reinforcing performance may be further enhanced. The present invention has been completed.

【0014】すなわち、本発明は、磁石部の外周に装着
するリング状補強部材として、周方向の炭素繊維のほか
に、半径方向の炭素繊維を備えた耐応力性が高いものを
用いることによって、より内周側の磁石部に付与する圧
縮力を向上することができる超電導磁気軸受装置の磁石
部補強構造を提供すること目的としている。
That is, according to the present invention, as the ring-shaped reinforcing member mounted on the outer periphery of the magnet portion, in addition to the circumferential carbon fibers, a high stress-resistant member having radial carbon fibers is used. It is an object of the present invention to provide a magnet portion reinforcing structure of a superconducting magnetic bearing device capable of improving a compressive force applied to a magnet portion on the inner peripheral side.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】本願第1請求項に記載し
た発明は、超電導磁気軸受装置の回転体部に装着される
磁石部に、当該回転体部の軸心を同心とする環状永久磁
石を備え、前記環状永久磁石の外周側には、当該環状永
久磁石を半径方向及び周方向に圧縮する補強部材を装着
した磁石部補強構造において、前記補強部材は、炭素繊
維入り強化プラスチック(CFRP)製のリング状の部
材であり、前記炭素繊維は、円周方向の繊維と、半径方
向の繊維とを備えている構成の超電導磁気軸受装置の磁
石部補強構造である。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a ring-shaped permanent magnet having a magnet portion mounted on a rotating body portion of a superconducting magnetic bearing device and having an axial center of the rotating body portion concentric. Wherein a reinforcing member for compressing the annular permanent magnet in the radial and circumferential directions is mounted on an outer peripheral side of the annular permanent magnet, wherein the reinforcing member is made of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP). The carbon fiber is a magnet part reinforcing structure of a superconducting magnetic bearing device having a configuration in which the carbon fiber includes a circumferential fiber and a radial fiber.

【0016】本願第2請求項に記載した発明は、前記請
求項1記載の発明において、前記リング状の補強部材
は、多重に設けられるとともに、少なくとも、最内周の
補強部材に、円周方向の炭素繊維と、半径方向の炭素繊
維とが備えられている構成の超電導磁気軸受装置の磁石
部補強構造である。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the ring-shaped reinforcing members are provided in a multiplex manner, and at least the innermost circumferential reinforcing member is provided in the circumferential direction. Of the superconducting magnetic bearing device having a configuration in which the carbon fibers and the radial carbon fibers are provided.

【0017】本願第3請求項に記載した発明は、前記請
求項1記載の発明において、前記補強部材は、炭素繊維
を縦横に交差して織った円弧状の布を、複数積層して形
成される構成の超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造で
ある。
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the reinforcing member is formed by laminating a plurality of arc-shaped cloths woven by vertically and horizontally intersecting carbon fibers. This is a structure for reinforcing a magnet portion of a superconducting magnetic bearing device having the following configuration.

【0018】本願第4請求項に記載した発明は、前記請
求項1記載の発明において、前記補強部材は、繊維を放
射方向と円周方向に配列して織った円盤状の織物を、複
数積層して形成される構成の超電導磁気軸受装置の磁石
部補強構造である。
According to a fourth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the reinforcing member comprises a plurality of disk-shaped woven fabrics in which fibers are woven in a radial direction and a circumferential direction. This is a structure for reinforcing a magnet part of a superconducting magnetic bearing device having a configuration formed as follows.

【0019】本願第5請求項に記載した発明は、前記請
求項1記載の発明において、前記補強部材は、周方向の
弾性率(ED)が、10,000〜25,000〔Kg
/mm2〕、径方向の弾性率(Er)が、2,000〜
6,000〔Kg/mm2〕である構成の超電導磁気軸
受装置の磁石部補強構造である。
According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the reinforcing member has an elastic modulus (ED) in a circumferential direction of 10,000 to 25,000 [Kg
/ Mm 2 ], and the elastic modulus (Er) in the radial direction is 2,000 to
The superconducting magnetic bearing device has a structure of 6,000 [Kg / mm 2 ].

【0020】本願第6請求項に記載した発明は、前記請
求項2記載の発明において、多重に設けられた補強部材
間に、チタン合金製の中間リング部材を介装した構成の
超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造である。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a superconducting magnetic bearing device according to the second aspect of the present invention, wherein an intermediate ring member made of a titanium alloy is interposed between multiple reinforcing members. It is a magnet part reinforcement structure.

【0021】このように、環状永久磁石を半径方向及び
周方向に圧縮する補強部材を装着した磁石部補強構造に
おいて、円周方向及び半径方向の炭素繊維を配置したフ
ープを配設することにより、炭素繊維が円周方向に巻回
された通常のフープだけの場合に比べ、半径方向の耐応
力性が向上し、より一層補強性能が高まるものである。
とりわけ、最内周の補強部材に、円周方向の炭素繊維
と、半径方向の炭素繊維とが備えられているものを用い
ると、半径方向の耐応力性能を、より一層向上させるこ
とができる。また、補強部材は、炭素繊維を縦横に交差
して織った円弧状の布を、複数積層して形成したり、或
いは、繊維を放射方向と円周方向に配列して織った円盤
状の織物を、複数積層して形成することにより、容易に
実施化することができる。更に、補強部材は、周方向の
弾性率(ED)が、10,000〜25,000〔Kg
/mm2〕、径方向の弾性率(Er)が、2,000〜
6,000〔Kg/mm2〕のとき、高速回転が可能に
なる。この場合、縦糸と横糸との配分比率を変えたり、
それぞれのヤング率の異なる繊維を組み合わせること
で、希望する特性を調整して得ることができる。また、
多重に設けられた補強部材間に、チタン合金製の中間リ
ング部材を介装すると、良好な組立て性や、圧縮力伝達
の均一性を確保することができる。更には、チタン自身
の比重が小さいことから、高速回転における遠心力に拠
る悪影響(応力増加)が少なくて済む。
As described above, in the magnet part reinforcing structure equipped with the reinforcing member for compressing the annular permanent magnet in the radial direction and the circumferential direction, by disposing the hoop in which the circumferential and radial carbon fibers are arranged, As compared with the case where only carbon fibers are wound around the normal hoop, the stress resistance in the radial direction is improved, and the reinforcing performance is further enhanced.
In particular, when the innermost reinforcing member is provided with the circumferential carbon fibers and the radial carbon fibers, the stress resistance in the radial direction can be further improved. Further, the reinforcing member is formed by laminating a plurality of arc-shaped cloths woven by intersecting carbon fibers vertically and horizontally, or a disk-shaped woven cloth woven by arranging the fibers in the radial direction and the circumferential direction. Can be easily implemented by forming a plurality of layers. Further, the reinforcing member has a circumferential elastic modulus (ED) of 10,000 to 25,000 [Kg
/ Mm 2 ], and the elastic modulus (Er) in the radial direction is 2,000 to
When it is 6,000 [Kg / mm 2 ], high-speed rotation becomes possible. In this case, change the distribution ratio between the warp and the weft,
By combining fibers having different Young's moduli, desired properties can be adjusted and obtained. Also,
When an intermediate ring member made of a titanium alloy is interposed between the multiple reinforcing members, good assemblability and uniformity of compressive force transmission can be ensured. Furthermore, since the specific gravity of titanium itself is small, the adverse effect (increase in stress) due to the centrifugal force during high-speed rotation can be reduced.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下に、本発明を図1ないし図8
に示す具体例に基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS.
A description will be given based on the specific example shown in FIG.

【0023】図1は、本例の磁石部補強構造を用いた超
電導磁気軸受装置を示し、この超電導磁気軸受装置にお
ける主要部の概略構成を説明する一部破断した斜視図で
ある。この超電導磁気軸受装置は、超電導体部が装着さ
れた固定体部Aと、磁石部1が装着された回転体部Bと
から構成され、超電導体部を備えた固定体部Aに対し
て、磁石部1を備えた回転体部Bが、間隔を設けて向き
合い、回転可能に配設された形式の超電導軸受装置であ
る。
FIG. 1 is a partially broken perspective view showing a superconducting magnetic bearing device using the magnet portion reinforcing structure of the present embodiment, and illustrating a schematic configuration of a main part of the superconducting magnetic bearing device. This superconducting magnetic bearing device is composed of a fixed body part A with a superconductor part mounted thereon and a rotating body part B with a magnet part 1 mounted thereon. This is a superconducting bearing device of a type in which a rotating body portion B provided with a magnet portion 1 faces each other at intervals and is rotatably disposed.

【0024】この超電導体部は、従来公知の構造を備
え、図示を省略した冷却ケースに収納されている。この
冷却ケースの外径側には、銅又は他の金属材料により形
成された環状の支持体が固定され、この支持体の内部
に、超電導体が環状に埋設されている。また、この冷却
ケース内には、冷媒が循環通流され、この冷媒により、
冷却ケース内を、超電導体が超電導状態を維持できる所
定の低温に、維持している。
The superconductor portion has a conventionally known structure and is housed in a cooling case (not shown). An annular support made of copper or another metal material is fixed to the outer diameter side of the cooling case, and a superconductor is buried annularly inside the support. In this cooling case, a refrigerant is circulated and circulated.
The inside of the cooling case is maintained at a predetermined low temperature at which the superconductor can maintain the superconducting state.

【0025】また、この超電導体は、イットリウム系高
温超電導体、例えばYBa2Cu3xからなる基板の内
部に、常電導粒子Y2Ba1Cu1を均一に混在させて形
成され、内部を流れる超電導電流により、磁石部1が発
生する磁束の侵入路を、拘束する性質を有している。
This superconductor is formed by uniformly mixing normal conducting particles Y 2 Ba 1 Cu 1 inside a substrate made of an yttrium-based high-temperature superconductor, for example, YBa 2 Cu 3 O x. It has the property of restricting the intrusion path of the magnetic flux generated by the magnet part 1 due to the flowing superconductive current.

【0026】更に、超電導体部は、磁石部1と、軸方向
において所定の距離を設けて、対面して配置されてい
る。すなわち、これらの両者の離間距離は、この磁石部
1から生じる磁束が超電導体内に所定量、侵入できると
同時に、回転体部Bが回転しても、侵入した磁束の分布
状態が変化しない距離に設けられている。
Further, the superconductor portion is disposed facing the magnet portion 1 at a predetermined distance in the axial direction. That is, the separation distance between the two is set to a distance at which the magnetic flux generated from the magnet portion 1 can enter the superconductor by a predetermined amount, and at the same time, even if the rotating body portion B rotates, the distribution state of the entered magnetic flux does not change. Is provided.

【0027】前記回転体部Bは、主に磁石部1から構成
され、この磁石部1は、図示を省略した軸の軸端に嵌着
される嵌着部を有するハブ4と、このハブ4の外周に固
着された磁石リング体2と、この磁石リング体2の外周
に固着され、磁石リング体2を圧縮補強するフープ5
(5A,5B)とから構成されている。
The rotating part B is mainly composed of a magnet part 1, and the magnet part 1 has a fitting part fitted to the shaft end of a shaft (not shown), And a hoop 5 fixed to the outer periphery of the magnet ring body 2 to compress and reinforce the magnet ring body 2.
(5A, 5B).

【0028】前記ハブ4は、アルミ素材を用いて、所定
外径の円盤形状に形成され、その中央には、所定内径の
嵌着部が設けられている。また、このハブ4には、図示
を省略したが、放射状の均等間隔に12本のねじ孔が設
けられ、任意のねじ孔にボルト等を装着することによ
り、実際の回転動作時等に、回転体Aの回転バランスを
調整できるようにしている。
The hub 4 is formed of an aluminum material into a disk shape having a predetermined outer diameter, and a fitting portion having a predetermined inner diameter is provided at the center thereof. Although not shown, the hub 4 is provided with twelve screw holes at radially equal intervals, and a bolt or the like is attached to any of the screw holes so that the hub 4 can rotate during actual rotation operation. The rotation balance of the body A can be adjusted.

【0029】また、磁石リング体2は、回転体部Bの軸
心を同心とし、且つ隣接する磁石の着磁方向が相互に半
径方向に反発する4つの環状永久磁石10,10と、最
内周側の環状永久磁石10の内側、及び各環状永久磁石
10,10間、最外周側の環状永久磁石10の外側に介
在された環状の軟磁性体ヨーク4aとから構成され、こ
れらの各環状永久磁石10が形成する磁気回路は、軸対
称となっている。
The magnet ring body 2 has four annular permanent magnets 10 and 10 which are concentric with the axis of the rotating body part B and whose adjacent magnets repel each other in the radial direction. An annular soft magnetic yoke 4a is provided inside the peripheral annular permanent magnet 10, between the annular permanent magnets 10, and between the annular outer permanent magnets 10, and outside the outermost annular permanent magnet 10. The magnetic circuit formed by the permanent magnet 10 is axially symmetric.

【0030】尚、この磁石リング体2の構成は、このよ
うに径方向に反発着磁された環状磁石を透磁性体ヨーク
を介して多重化したものや、単一の磁石により形成され
たものでも良く、後述する各具体例においては、基本的
に同一構成とされるので、説明を省略することにする。
The configuration of the magnet ring body 2 is such that the ring magnets repelled and magnetized in the radial direction are multiplexed via a magnetically permeable yoke or formed by a single magnet. However, in each of the specific examples described later, the configuration is basically the same, and thus the description will be omitted.

【0031】また、本具体例においては、前記環状永久
磁石10として、例えば、Pr−Fe−B−Cu系の熱
間加工方法で製造された永久磁石を、また、環状の軟磁
性体ヨーク4aには純鉄等の軟鉄を用いて形成してい
る。
In this embodiment, a permanent magnet manufactured by, for example, a Pr—Fe—B—Cu hot working method is used as the annular permanent magnet 10, and the annular soft magnetic yoke 4 a Is formed using soft iron such as pure iron.

【0032】従って、このような構造においては、ある
2つの環状永久磁石10,10のN極からの磁束は、環
状の軟磁性体ヨーク4aを通過して、それぞれの環状永
久磁石10,10のS極に戻ることになり、各環状永久
磁石10,10が生成する磁束は、環状軟磁性体ヨーク
4aにより絞られ集中化されるので、前記超電導体部に
到達する磁束密度は、大幅に増大することができる。
Accordingly, in such a structure, the magnetic flux from the N poles of the two annular permanent magnets 10, 10 passes through the annular soft magnetic yoke 4a, and the magnetic fluxes of the respective annular permanent magnets 10, 10 are formed. Returning to the S pole, the magnetic flux generated by each of the annular permanent magnets 10, 10 is constricted and concentrated by the annular soft magnetic yoke 4a, so that the magnetic flux density reaching the superconductor portion is greatly increased. can do.

【0033】そして、この超電導磁気軸受装置の動作時
においては、超電導体部が、冷却ケース内を循環する冷
媒により冷却され、超電導状態に維持される。この超電
導状態において、回転体部Bの環状永久磁石10からの
磁束は、超電導体内に均一に混在された常電導粒子を選
択的に通るように侵入するとともに、この侵入した磁束
の回りを超電導電流が流れることによって、磁束の侵入
路が一定に固定される。従って、回転体部Bが環状永久
磁石10とともに、あたかも磁束を介して超電導体に拘
束されているような状態(ピンニング現象)となる。し
かし、磁束密度が変化しない方向への磁石の移動は超電
導体に束縛されないので、軸対称な磁気回路により構成
された環状永久磁石10は、回転方向への束縛を受けず
にスムーズに回転することができる。
During the operation of the superconducting magnetic bearing device, the superconducting portion is cooled by the refrigerant circulating in the cooling case, and is maintained in a superconducting state. In this superconducting state, the magnetic flux from the annular permanent magnet 10 of the rotating body portion B penetrates so as to selectively pass the normal conducting particles uniformly mixed in the superconductor, and the superconducting current flows around the penetrated magnetic flux. Flows, the entry path of the magnetic flux is fixed at a constant level. Accordingly, the rotating body portion B, together with the annular permanent magnet 10, is in a state (pinning phenomenon) as if it were restrained by a superconductor via a magnetic flux. However, since the movement of the magnet in the direction in which the magnetic flux density does not change is not restricted by the superconductor, the annular permanent magnet 10 constituted by the axially symmetric magnetic circuit rotates smoothly without being restricted in the rotational direction. Can be.

【0034】また、フープ5は、炭素繊維入り強化プラ
スチック(CFRP)を用いて形成され、磁石リング体
2の外側に装着されて、該磁石リング体2を圧縮補強す
るフープであり、このフープ5から内方の磁石部1に圧
縮力を供給することにより、磁石部1の遠心力による引
張り破壊を可能な限り抑制し、回転体Aの高回転動作を
可能にしている。
The hoop 5 is formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP), is mounted on the outside of the magnet ring 2 and compresses and reinforces the magnet ring 2. By supplying a compressive force to the inner magnet unit 1 from above, the tensile destruction due to the centrifugal force of the magnet unit 1 is suppressed as much as possible, and a high rotation operation of the rotating body A is enabled.

【0035】このように、各フープ5が炭素繊維入り強
化プラスチック(CFRP)を用いて形成されるので、
幅の広い1個のCFRPのみを用いたものに比べて、よ
り高い圧縮力を内方の磁石リング体2に供給し、それぞ
れのフープの応力を同程度に平坦化できて、より回転性
能を向上できるようにしている。すなわち、例えば、3
重のフープを磁石部に装着した場合には、図2に示すよ
うに、最内周のフープに、−20Kg/mm2を超える
半径方向の圧縮応力の生じることが、計算等によって予
測できる。
As described above, since each hoop 5 is formed using carbon fiber reinforced plastic (CFRP),
Compared to the case of using only one wide CFRP, a higher compressive force is supplied to the inner magnet ring body 2 and the stress of each hoop can be flattened to the same extent, and the rotation performance can be further improved. So that it can be improved. That is, for example, 3
When a heavy hoop is attached to the magnet part, it can be predicted by calculation or the like that a radial compressive stress exceeding −20 Kg / mm 2 is generated in the innermost hoop, as shown in FIG.

【0036】更に、本具体例においては、このフープ5
は、リング状に形成されたフープの多重構造であり、後
に詳述するように、最内周のフープを織物フープ5Aと
している。
Further, in this specific example, the hoop 5
Is a multi-layer structure of hoops formed in a ring shape, and as described later in detail, the innermost hoop is a fabric hoop 5A.

【0037】また、通常のフープ5Bは、図3(1),
(2)に示すように、周方向に炭素繊維を巻回させ、樹
脂固定した異方性材料のCFRPが用いられている。こ
のCFRPは、その繊維方向に対して横方向から力に対
する強度は低く、フープ5Bとしての耐応力限度は、約
20Kg/mm2程度でしかない。従って、この限界内
に納めるために、外側のフープから供給される圧縮力を
制約することになり、フープ5全体として、内周側の磁
石部に供給できる圧縮力も、同様に制約されることにな
る。
The normal hoop 5B is shown in FIG.
As shown in (2), an anisotropic material CFRP in which carbon fibers are wound in a circumferential direction and fixed with a resin is used. This CFRP has a low strength against a force in the transverse direction with respect to the fiber direction, and the stress resistance limit of the hoop 5B is only about 20 kg / mm 2 . Therefore, the compression force supplied from the outer hoop is restricted in order to stay within this limit, and the compression force that can be supplied to the magnet part on the inner peripheral side as a whole of the hoop 5 is similarly restricted. Become.

【0038】そこで、最内周のフープを、織物フープ5
Aとすることによって、半径方向の耐圧縮応力性能を、
約25〜30Kg/mm2に向上させ、上述した制約を
解消できるようにしている。
Then, the innermost hoop is replaced with the woven hoop 5
A, the compressive stress resistance performance in the radial direction is
It is improved to about 25 to 30 Kg / mm 2 so that the above-mentioned restriction can be eliminated.

【0039】以下に、各フープに用いられている軸対称
直交異方性材料である炭素繊維入り強化プラスチック
(CFRP)及び、炭素繊維入り強化プラスチック織物
(CFRP織物)の材料特性を、以下に示す。
The material properties of carbon fiber-reinforced plastic (CFRP), which is an axisymmetric orthotropic material used for each hoop, and carbon fiber-reinforced plastic fabric (CFRP fabric) are shown below. .

【0040】[0040]

【表1】 [Table 1]

【0041】また、本具体例のPr磁石は、密度[g/
cm3]が7.4、ポアソン比が0.24、ヤング率
(E[×1011Pa])が1.34である。
The Pr magnet of this embodiment has a density [g / g
cm 3 ] is 7.4, Poisson's ratio is 0.24, and Young's modulus (E [× 10 11 Pa]) is 1.34.

【0042】更に、本具体例の最内周フープとして用い
られる織物CFRPを用いた織物フープ5Aは、図4
(1),(2)に示すように、従来のフープと同様な外
形状に形成され、周方向及び径方向に炭素繊維を所定に
配分した構成に設けられている。
Further, the woven fabric hoop 5A using the woven fabric CFRP used as the innermost hoop of this embodiment is shown in FIG.
As shown in (1) and (2), it is formed in an outer shape similar to a conventional hoop, and provided in a configuration in which carbon fibers are distributed in a predetermined manner in a circumferential direction and a radial direction.

【0043】すなわち、以下に説明する各工程手順、各
治具を用いて製作されている。
That is, it is manufactured using each process procedure and each jig described below.

【0044】まず、図5に示すように、図示を省略した
専用のCFRP織り機を用いており、このCFRP織り
機の内部で、炭素繊維が、一定の曲率半径で、且つ径方
向にも炭素繊維を配分した所定幅及び高さのベルト形状
に織られ、CFRP織り機の吐出口から、原素材5Cと
して吐出される。そして、螺旋状に吐出された原素材5
Cを、自動的に巻き取って、重ねて、従来と同様に、型
を用いて樹脂固定される。
First, as shown in FIG. 5, a dedicated CFRP loom (not shown) is used. Inside the CFRP loom, carbon fibers have a constant radius of curvature and a carbon The fibers are woven in a belt shape having a predetermined width and height in which fibers are distributed, and are discharged as a raw material 5C from a discharge port of a CFRP loom. Then, the raw material 5 discharged in a spiral shape
C is automatically wound up, stacked, and fixed with a resin in the same manner as in the related art.

【0045】また、本例においては、原素材の厚みを厚
くすると、プラスチックの充填が難しくなるという問題
が生じるので、5mm厚の素材を4枚重ねて、20mm
厚さの母材(図6(1)の符号5D)を製作している。
すなわち、まず、互いの接着表面を、ハンドブラスト加
工して、均一な平坦面にし、次に、各面に、接着剤を塗
って、加圧式に接着し、最後に、自然放置して、完成さ
せている。
Further, in this example, if the thickness of the raw material is increased, there is a problem that the filling of the plastic becomes difficult.
A base material having a thickness (5D in FIG. 6A) is manufactured.
That is, first, the surfaces to be bonded to each other are hand-blasted to make a uniform flat surface, then each surface is coated with an adhesive and bonded by pressure, and finally left naturally to complete Let me.

【0046】更に、図6(1)に示すように、半径方向
の繊維密度が高く、高い性能を望める母材の内周側を、
フープ5Aとして、切出して用いている。
Further, as shown in FIG. 6 (1), the fiber density in the radial direction is high, and
Cut out and used as hoop 5A.

【0047】すなわち、母材5Dの内周径は、予め、製
作するフープ5Aの内周径よりも僅かに小さく設定され
る一方、その外周径は、同フープ5Aの外周径よりも所
定幅だけ大きく設定されている。
That is, the inner diameter of the base material 5D is previously set slightly smaller than the inner diameter of the hoop 5A to be manufactured, while its outer diameter is a predetermined width smaller than the outer diameter of the hoop 5A. It is set large.

【0048】そして、この母材5Dの内周側の部分を切
出して、フープ5Aとしているので、図6(2)に示す
ように、単位体積当たりの径方向の繊維密度が十分に高
くなり、性能の向上を望めるようにしている。
Then, since the inner peripheral portion of the base material 5D is cut out to form the hoop 5A, the radial fiber density per unit volume becomes sufficiently high as shown in FIG. The performance can be improved.

【0049】更に、図7(1),(2)に示すように、
最内周フープとして用いられる織物フープ5Aに、円盤
織物5a,5aを複数積層したものも好適である。円盤
織物5aは、繊維を放射方向と円周方向に配列して織っ
た円盤状の織物であり、放射方向及び円周方向に大きい
応力が発生した時に、この放射方向及び円周方向の繊維
によって対応することができる。また、本例の織物フー
プ5Aは、円盤織物5a,5aを複数積層して形成され
るので、フープ自体の成形性が容易であり、更に、円盤
状の各層が完結した独立のものであるため、これらを複
数積層することにより、端面に切断端のない耐応力性に
優れたフープを得ることができる。
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B,
It is also preferable that a plurality of disk fabrics 5a, 5a are laminated on the fabric hoop 5A used as the innermost hoop. The disc woven fabric 5a is a disc-shaped woven fabric in which fibers are arranged in a radial direction and a circumferential direction and woven. When a large stress is generated in the radial direction and the circumferential direction, the fibers in the radial direction and the circumferential direction are used. Can respond. Moreover, since the fabric hoop 5A of this example is formed by laminating a plurality of disc fabrics 5a, 5a, the moldability of the hoop itself is easy, and furthermore, each disc-shaped layer is a complete independent one. By laminating a plurality of these, it is possible to obtain a hoop excellent in stress resistance having no cut end on the end face.

【0050】また、このフープ5Aと磁石リング体2と
の間、及び、各フープ5A,5Bとの間には、中間リン
グ部材3が介在されており、この中間リング部材3に高
強度、低比重なチタン合金を用いることによって、良好
な組立て性や、圧縮力伝達の均一性を確保し、遠心力の
悪影響を小さくすることができる。
An intermediate ring member 3 is interposed between the hoop 5A and the magnet ring 2 and between the hoops 5A and 5B. By using a titanium alloy having a high specific gravity, good assemblability and uniformity of compressive force transmission can be ensured, and adverse effects of centrifugal force can be reduced.

【0051】すなわち、まず、組立て時において、フー
プをスライド移動させて組み付けるので、フープ及び中
間リング部材3自体の損傷を防止する必要から、十分な
硬度を有し、組立てが容易且つ各部品同士が密着できる
ように、表面をなめらかに加工できる必要がある。ま
た、組立て後には、フープによる圧縮力を内側の磁石部
に十分に伝達できるように、ヤング率が小さく、更に、
その回転動作時には、それ自体の自重による回転遠心力
等によって、応力増加に悪影響を与えないように、比重
が小さい必要がある。また更に、高い応力に耐えるとと
もに、その許容応力の範囲においては、塑性変形をせず
に、弾性特性を示し、応力状態の変動が少ないことも重
要である。
That is, first, at the time of assembling, the hoop is slid and assembled, so that it is necessary to prevent damage to the hoop and the intermediate ring member 3 itself. The surface must be able to be processed smoothly so that it can be in close contact. Also, after assembling, the Young's modulus is small so that the compressive force by the hoop can be sufficiently transmitted to the inner magnet part.
At the time of the rotation operation, the specific gravity needs to be small so as not to adversely affect the increase in stress due to the rotational centrifugal force due to its own weight. Further, it is important that the material can withstand high stress, exhibit elastic characteristics without plastic deformation within the allowable stress range, and have a small variation in stress state.

【0052】これらの条件において、鉄系素材は、比重
が大きく、アルミ系素材は、硬度の面で不十分である一
方、これらの素材に対して、鉄並の高強度でヤング率と
比重が約半分のチタン系素材は有望であり、例えば、6
バナジウム,4アルミ組成のチタニウム合金が好まし
い。
Under these conditions, the iron-based material has a large specific gravity, and the aluminum-based material has an insufficient hardness. On the other hand, the Young's modulus and the specific gravity of these materials are as high as that of iron at a high strength. About half of titanium materials are promising, for example, 6
Preference is given to titanium alloys of vanadium, 4 aluminum composition.

【0053】また、このチタン合金は、非常に難削性の
材料として知られているが、まず、型鍛造により、ラフ
な形を作り、次に、研削加工することにより、十分に実
用的な所要寸法・形状に製作できることを確認してい
る。
Although this titanium alloy is known as a very difficult-to-cut material, first, a rough shape is formed by die forging, and then a sufficiently practical material is obtained by grinding. It has been confirmed that it can be manufactured to the required dimensions and shapes.

【0054】従って、このようなチタン合金を用いた中
間リング部材3によって、磁石部の外周側に装着される
多重フープ5A,5Bから、磁石リング体2に供給され
る圧縮力を均一化するようにしている。
Accordingly, the intermediate ring member 3 using such a titanium alloy makes the compression force supplied to the magnet ring 2 from the multiple hoops 5A and 5B mounted on the outer peripheral side of the magnet portion uniform. I have to.

【0055】そして、このような多重フープ5A,5B
は、磁石リング体2の外径に基づき、予めフープ5の内
径を所定形状に減少させて形成し、これらの径差、つま
り、締め代分だけ、フープ5を拡径して、磁石リング体
2の外周に装着して、所定の圧縮力を内方の磁石リング
体2に供給するようにしており、各フープの装着には、
図8に示すような、発明者等が先に提案した組立て治具
11が用いられる。
Then, such multiple hoops 5A and 5B
Is formed by reducing the inner diameter of the hoop 5 in advance to a predetermined shape based on the outer diameter of the magnet ring body 2, and expanding the hoop 5 by the difference between these diameters, that is, the closing margin, and 2 to supply a predetermined compressive force to the inner magnet ring body 2.
As shown in FIG. 8, an assembling jig 11 previously proposed by the inventors or the like is used.

【0056】すなわち、この組立て治具11は、超電導
磁気軸受装置の磁石部1を構成する磁石リング体2を同
心に載置するベース治具12と、この磁石リング体2に
同心に載置され、所定の外形状に形成されたガイド治具
13と、フープ5を後押し中間フープ41を介して装着
方向に押圧して移動させる押圧治具14とから構成され
ている。
That is, the assembling jig 11 is mounted concentrically with the magnet ring 2 constituting the magnet portion 1 of the superconducting magnetic bearing device, and is concentrically mounted on the magnet ring 2. A guide jig 13 having a predetermined outer shape, and a pressing jig 14 for pressing the hoop 5 through the intermediate hoop 41 in the mounting direction and moving it.

【0057】そして、これらのベース治具12及びガイ
ド治具13の間に、超電導磁気軸受装置の磁石部2をセ
ットし、前記CFRP製リング状のフープ5を、後押し
中間フープ41とともに円筒形状の押圧治具14を用い
て、ガイド治具13の上方から押し入れ、このガイド治
具13によりフープ5を損傷させずに所定の締め代分だ
け拡径しながら、フープ5を磁石リング体2の外周に装
着して、超電導磁気軸受装置の磁石リング体2を製作す
ることができる。
Then, the magnet portion 2 of the superconducting magnetic bearing device is set between the base jig 12 and the guide jig 13, and the CFRP ring-shaped hoop 5 is formed into a cylindrical shape together with the boosting intermediate hoop 41. Using the pressing jig 14, the guide jig 13 is pushed in from above and the hoop 5 is expanded by a predetermined tightening margin without damaging the hoop 5 by the guide jig 13, and the hoop 5 is moved around the outer periphery of the magnet ring 2. And the magnet ring 2 of the superconducting magnetic bearing device can be manufactured.

【0058】以上説明したように、本具体例によれば、
環状永久磁石を半径方向及び周方向に圧縮する補強部材
を装着した磁石部補強構造において、炭素繊維が円周方
向に巻回された通常のフープだけの場合に比べ、内周側
に円周方向及び半径方向の炭素繊維を配置したフープを
配設することにより、半径方向の耐応力性が向上し、よ
り一層補強性能が高まるものである。従って、特に、大
重量フライホイールを高速回転させ、この回転エネルギ
ーによって電力貯蔵する電力貯蔵装置に用いる超電導磁
気軸受装置には、本具体例は最適な構成である。
As described above, according to this example,
In the magnet part reinforcing structure equipped with a reinforcing member that compresses the annular permanent magnet in the radial direction and the circumferential direction, the inner circumferential side is closer to the inner circumferential side than in the case of only a normal hoop in which carbon fibers are wound in the circumferential direction. By disposing the hoop in which the carbon fibers are arranged in the radial direction, the stress resistance in the radial direction is improved, and the reinforcing performance is further enhanced. Therefore, this embodiment is particularly suitable for a superconducting magnetic bearing device used in a power storage device that rotates a heavy flywheel at a high speed and stores power using the rotational energy.

【0059】更に、本具体例においては、フープを多重
に装着し、単一のフープによって所定の圧縮力を供給す
ることに比べて、各多重フープから供給される合計した
圧縮力が、所定量になればよいので、各フープが分担す
る圧縮力、つまり、各フープの締め代を小さくすること
ができる。従って、このように各多重フープの締め代を
減少できるので、各フープに対応したガイド治具の拡径
ガイド面部の傾斜角度を小さくしてフープが剪断破壊す
ることを低減させたり、全体の高さ寸法を短縮したりし
てコンパクト化を図ることができるとともに、治具製作
を容易化することができる。
Further, in the present embodiment, the total compression force supplied from each multiplex hoop is smaller than the predetermined amount of compression force supplied from each multiplex hoop, as compared with the case where a plurality of hoops are mounted and a single hoop supplies a predetermined compression force. Therefore, the compression force shared by each hoop, that is, the interference of each hoop can be reduced. Therefore, since the interference of each multiple hoop can be reduced in this way, the inclination angle of the diameter-enlarged guide surface of the guide jig corresponding to each hoop can be reduced to reduce the shear breakage of the hoop or to reduce the overall height. The size can be reduced by reducing the size, and the jig can be easily manufactured.

【0060】また更に、このフープの多重化により、各
フープの応力分布が均一化され、このフープの応力分布
の均一化と平坦化により、最少量の補強材で有効に補強
できて、破壊し難い構造を提供でき、これにより装置の
安全性と信頼性を向上させることができる。
Further, by multiplexing the hoops, the stress distribution of each hoop is made uniform, and by equalizing and flattening the stress distribution of the hoops, it is possible to effectively reinforce with a minimum amount of reinforcing material, and to break down. A difficult structure can be provided, which can improve the safety and reliability of the device.

【0061】また、磁石にはPr−Fe−B−Cu系磁
石を使用した具体例を示したが、本発明はこれに限ら
ず、フェライト、アルニコ、或はネオジウム系、サマリ
ウム系等、他の全ての永久磁石を使用することができる
ことは勿論である。更に、超電導体についても、イット
リウム高温超電導体を始めとして、例えば希土類系の元
素を含む(RE−Ba−Cu−O)系等全ての超電導体
が適用可能である。尚、ここで、REはY,Sm,E
u,Gd,Dy,Ho,Er,Ybからなる元素群から
選ばれた1又は2以上の元素を表わす。
Although a specific example using a Pr-Fe-B-Cu magnet as a magnet has been described, the present invention is not limited to this, and other magnets such as ferrite, alnico, neodymium, and samarium may be used. Of course, all permanent magnets can be used. Further, as the superconductor, any superconductor such as a (RE-Ba-Cu-O) -based superconductor including a rare-earth element can be applied, including the yttrium high-temperature superconductor. Here, RE is Y, Sm, E
represents one or more elements selected from the group consisting of u, Gd, Dy, Ho, Er, and Yb.

【0062】更に、具体例において、フープによる周巻
き圧縮力が、回転体部Bの非回転時において100Kg
/mm2以下となるように設定したが、本発明はこれに
限られずに、用いられる磁石が有する圧縮破壊の限界応
力を超えない圧縮力を付与するものである。また、磁石
のフープとしては、CFRPのほかにも、例えばグラス
ファイバー強化プラスチック(GFRP)を用いる等、
磁石よりも比重が小さく、且つ引張破壊の限界強度が大
きい材料を適宜に用いることができるものである。
Further, in the specific example, the circumferential winding compression force by the hoop is 100 kg when the rotating body B is not rotating.
/ Mm 2 or less, but the present invention is not limited to this, and applies a compressive force that does not exceed the critical stress of compressive failure of the magnet used. As a hoop of the magnet, besides CFRP, for example, glass fiber reinforced plastic (GFRP) is used.
A material having a specific gravity lower than that of a magnet and having a large critical strength for tensile fracture can be appropriately used.

【0063】[0063]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、超電導
磁気軸受装置の回転体部に装着される磁石部に、当該回
転体部の軸心を同心とする環状永久磁石を備え、前記環
状永久磁石の外周側には、当該環状永久磁石を半径方向
及び周方向に圧縮する補強部材を装着した磁石部補強構
造において、前記補強部材は、炭素繊維入り強化プラス
チック(CFRP)製のリング状の部材であり、前記炭
素繊維は、円周方向の繊維と、半径方向の繊維とを備え
ている構成の超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造であ
り、円周方向及び半径方向の炭素繊維を配置し複数積層
して形成したフープや、放射方向と円周方向に配列して
織った円盤状の織物を複数積層して形成したフープを配
設すると、炭素繊維が円周方向に巻回された通常のフー
プだけの場合に比べ、半径方向の耐応力性が向上し、よ
り一層補強性能を高めることができる。
As described above, the present invention provides a superconducting magnetic bearing device in which a magnet mounted on a rotor is provided with a ring-shaped permanent magnet whose axis is concentric with the rotor. In a magnet part reinforcing structure in which a reinforcing member that compresses the annular permanent magnet in a radial direction and a circumferential direction is mounted on an outer peripheral side of the permanent magnet, the reinforcing member is a ring-shaped carbon fiber-reinforced plastic (CFRP). A carbon fiber, wherein the carbon fiber is a magnet part reinforcing structure of a superconducting magnetic bearing device having a configuration in which a circumferential fiber and a radial fiber are provided, and the carbon fiber in the circumferential direction and the radial direction are arranged. When a hoop formed by laminating a plurality of layers and a hoop formed by laminating a plurality of disk-shaped fabrics woven in a radial direction and a circumferential direction are arranged, the carbon fibers are wound in the circumferential direction. Compared to a normal hoop only It can be improved stress of radial, enhancing further reinforcing performance.

【0064】このように、本発明によれば、磁石部によ
り一層の圧縮力を付与できるので、磁石部の回転破壊耐
性力が向上でき、より回転数の向上をはかるこことがで
きるものである。
As described above, according to the present invention, more compressive force can be applied to the magnet portion, so that the rotation resistance of the magnet portion can be improved, and the rotational speed can be further improved. .

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の具体例に係り、超電導磁気軸受装置の
主要部を示す一部破断した概略斜視図である。
FIG. 1 is a partially broken schematic perspective view showing a main part of a superconducting magnetic bearing device according to a specific example of the present invention.

【図2】本具体例に係り、多重フープ装着後の非回転時
における回転体部の半径方向の各箇所の応力状態を示す
グラフである。
FIG. 2 is a graph showing a stress state at each position in a radial direction of a rotating body when the multiple hoop is not rotated according to the specific example.

【図3】本具体例に係り、(1)は、通常フープ部材の
側面図、(2)は、同フープ部材の平面図である。
FIG. 3 is a side view of a normal hoop member, and FIG. 3 (2) is a plan view of the hoop member.

【図4】本具体例例に係り、(1)は、織物フープ部材
の側面図、(2)は、同フープ部材の平面図である。
FIG. 4 is a side view of a textile hoop member, and FIG. 4 (2) is a plan view of the hoop member.

【図5】本具体例例の織物フープ部材の原素材の製作を
示す概略斜視図である。
FIG. 5 is a schematic perspective view showing the production of the raw material of the woven hoop member of the specific example.

【図6】本具体例例の織物フープ部材の製作過程のもの
で、(1)は、母材の使用部分を示す概略斜視図、
(2)は、径方向の繊維密度を説明する概念図である。
6 (a) and 6 (b) show a process of manufacturing a woven hoop member of this specific example, and (1) is a schematic perspective view showing a used portion of a base material;
(2) is a conceptual diagram illustrating the fiber density in the radial direction.

【図7】本具体例例に係り、(1)は、織物フープ部材
の構成部材たる個々の円盤織物を示す斜視図、(2)
は、円盤織物を積層してなる織物フープ部材を示す斜視
図である。
FIG. 7 is a perspective view showing an individual disk woven fabric as a constituent member of a woven hoop member according to the specific example, and (2).
FIG. 3 is a perspective view showing a woven hoop member formed by laminating disk woven fabrics.

【図8】本具体例に係り、組立て治具を用いて補強部材
を組み立てる状態を示す縦断側面図である。
FIG. 8 is a longitudinal sectional side view showing a state in which a reinforcing member is assembled using an assembling jig according to this specific example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

A 固定体部 B 回転体部 1 磁石部 2 磁石リング体 3 中間リング部材 4 ハブ 4a 軟磁性体ヨーク 5 フープ 5A 織物フープ 5a 円盤織物 5B 通常フープ 10 環状永久磁石 11 組立て治具 12 ベース治具 13 ガイド治具 14 押圧治具(後押しパイプ状治具) 41 後押し中間フープ Reference Signs List A Fixed body part B Rotating body part 1 Magnet part 2 Magnet ring body 3 Intermediate ring member 4 Hub 4a Soft magnetic yoke 5 Hoop 5A Fabric hoop 5a Disk fabric 5B Normal hoop 10 Ring permanent magnet 11 Assembly jig 12 Base jig 13 Guide jig 14 Pressing jig (pushed pipe-shaped jig) 41 Pushed intermediate hoop

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋山 房夫 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 日 本複合材料株式会社横浜研究所内 (72)発明者 笹森 繁雄 神奈川県横浜市磯子区新中原町1番地 日 本複合材料株式会社横浜研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Fukuo Akiyama 1 Shin-Nakahara-cho, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Japan Inside the Yokohama Research Laboratory (72) Inventor Shigeo Sasamori Shinnaka, Isogo-ku, Yokohama-shi, Kanagawa 1 Haramachi Japan Composite Materials Co., Ltd.

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 超電導磁気軸受装置の回転体部に装着さ
れる磁石部に、当該回転体部の軸心を同心とする環状永
久磁石を備え、前記環状永久磁石の外周側には、当該環
状永久磁石を半径方向及び周方向に圧縮する補強部材を
装着した磁石部補強構造において、 前記補強部材は、炭素繊維入り強化プラスチック(CF
RP)製のリング状の部材であり、前記炭素繊維は、円
周方向の繊維と、半径方向の繊維とを備えていることを
特徴とする超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造。
A magnet unit mounted on a rotating body of a superconducting magnetic bearing device includes an annular permanent magnet concentric with the axis of the rotating body, and an outer peripheral side of the annular permanent magnet includes the annular permanent magnet. In a magnet part reinforcing structure equipped with a reinforcing member for compressing a permanent magnet in a radial direction and a circumferential direction, the reinforcing member is made of carbon fiber-reinforced plastic (CF
RP) is a ring-shaped member, wherein the carbon fibers include circumferential fibers and radial fibers, wherein the magnet portion reinforcing structure of the superconducting magnetic bearing device is provided.
【請求項2】 前記リング状の補強部材は、多重に設け
られるとともに、少なくとも、最内周の補強部材に、円
周方向の炭素繊維と、半径方向の炭素繊維とが備えられ
ていることを特徴とする請求項1記載の超電導磁気軸受
装置の磁石部補強構造。
2. The ring-shaped reinforcing member is provided in a multiplex manner, and at least the innermost circumferential reinforcing member is provided with a circumferential carbon fiber and a radial carbon fiber. 2. A structure for reinforcing a magnet part of a superconducting magnetic bearing device according to claim 1.
【請求項3】 前記補強部材は、炭素繊維を縦横に交差
して織った円弧状の布を、複数積層して形成したもので
あることを特徴とする請求項1記載の超電導磁気軸受装
置の磁石部補強構造。
3. The superconducting magnetic bearing device according to claim 1, wherein the reinforcing member is formed by laminating a plurality of arc-shaped cloths woven by intersecting carbon fibers vertically and horizontally. Magnet reinforcement structure.
【請求項4】 前記補強部材は、繊維を放射方向と円周
方向に配列して織った円盤状の織物を、複数積層して形
成したものであることを特徴とする請求項1記載の超電
導磁気軸受装置の磁石部補強構造。
4. The superconducting member according to claim 1, wherein the reinforcing member is formed by laminating a plurality of disk-shaped woven fabrics in which fibers are arranged in a radial direction and a circumferential direction. Magnet part reinforcement structure of magnetic bearing device.
【請求項5】 前記補強部材は、周方向の弾性率(E
D)が、10,000〜25,000〔Kg/mm2〕、
径方向の弾性率(Er)が、2,000〜6,000
〔Kg/mm2〕であることを特徴とする請求項1記載
の超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造。
5. The reinforcing member has an elastic modulus (E) in a circumferential direction.
D) is 10,000 to 25,000 [Kg / mm 2 ],
The elastic modulus (Er) in the radial direction is 2,000 to 6,000
2. The structure for reinforcing a magnet part of a superconducting magnetic bearing device according to claim 1, wherein [Kg / mm 2 ].
【請求項6】 多重に設けられた補強部材間に、チタン
合金製の中間リング部材を介装したことを特徴とする請
求項2記載の超電導磁気軸受装置の磁石部補強構造。
6. The structure for reinforcing a magnet part of a superconducting magnetic bearing device according to claim 2, wherein an intermediate ring member made of a titanium alloy is interposed between the reinforcing members provided in multiple layers.
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