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A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 1 ) 1 1 I 發 明 之 m 景 1 1 1 本 發 明 大 致 關 於 磁 性 軸 承 的 設 計 〇 尤 其 j 本發 明關 於 超 —V 1 ! 導 集 合 體 中 至 少 有 . 個 晶 域 C- 軸 向 量 關 於 磁 性集 合體 的 參 請 先 1 閣 考 軸 成 特 殊 排 列 的 被 動 軸 承 糸 統 (P as si v e b e a r i n g 讀 背 1 I s y s t e m ) c 此晶域的排歹 j可以提供對好 ί不與起浮之軸承集 之 注 1 意 I 合 體 的 期 望 運 動 同 方 向 之 速 度 的 穩 定 力 0 事 項 1 I 再 1 磁 性 軸 承 结 構 係 其 中 一 個 軸 承 集 合 體 被 至 少一 個其 他 的 填 裝 寫 本 軸 承 集 合 ϋ 輕 輕 浮 起 之 被 動 軸 承 系 統 0 已 知 的磁 性軸 承 结 頁 1 | 構 為 包 括 永 久 磁 石 和 高 溫 超 導 體 (h i g η — t e ffl P e r a t u r e 1 1 I s U P e Γ C 0 n d u C to Γ S ·· HTSs)之組合的超導磁性軸承。超導磁 1 1 性 軸 承 的 一 般 類 型 包 括 線 性 磁 性 軸 承 和 旋 轉 磁性 軸承 〇 線 1 訂 性 磁 性 軸 承 統 包 括 由 第 二 個 磁 性 集 合 體 (導路集合體（ 1 | g U id e w ay a S S e m b 1 y ))輕輕浮起之第- -個磁性集合體（ 載 子 1 I 集 合 體 (c a r r i e r a S S e m b 1 y))， 其中之載子 集合體可由 I 1 1 導 路 集 合 體 引 導 並 相 對 於 其 作 線 性 蓮 動 〇 HTS材科可使用 L 厶、 於 載 子 集 合 體 或 導 路 集 合 體 〇 在 電 動 起 浮 1 1 (e 1 e c t Γ 0 d y n a mi C 1 e VI t a t I 0 Π -· EDL) 之 磁 浮 式交 通工 具 1 I (m a g n e t i c a 11 y 1 e v i t a t e d v e hi c i e s M a S - Lev) 中， 載 子 1 I 集 合 體 通 常 含 有 HTS材料Uo on 9 F r an C 1 s C · f 1 1 Su P e r c on d u C t in g L e V i t a t i on f 27 (j oh η y ί ley ά In C . 1 1 1 9 9 4 )) ο 第 三 種 類 型 的 超 導 磁 性 軸 承· 為 在 軸 承集 合體 的 没 1 1 有 實 質 相 對 運 動 的 轴 承 糸 統 0 此 種 類 型 的 袖 承為 敏感 儀 器 1 I 提 供 穩 定 置 的 器 臺 此 第 二 類 型 軸 承 的 應用 包括 為 光 1 I 學 設 餚 提 供 器 臺 及 為 電 子 顯 微 鏡 提 供 m 架 〇 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 4 -修正頁 A7 517597 B7 五、發明説明（2 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 線性磁性铀承的應用包括用於清潔室或真空加工糸統的 直線輸送器托板（linear conveyor pallet)。旋轉磁性軸 承包括，例如，可相對於至少一涸其他之磁性集合體（定 子集合體（stator assembly))旋轉之起浮的磁性集合體。 旋轉磁性軸承一般包括頸軸承至正推軸承。頸铀承包括位 於由HTS製得之定子集合體内部且具有中空圓茼形態之起 浮的磁性集合體。止推铀承包括位於由H TS材料製得之定 子集合體上方之起浮的磁性集合體。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 旋轉磁性軸承的應用包括飛輪能量貯存裝置，迴轉儀、 高速工具機、太空般的角動量輪、光學及紅外線装置的旋 轉掃瞄器、高速光學快門、離心機、徽切削軸承（ micromachine bearing)、低溫冷却器（cryocooler)白勺渦 輪機、大箭的低溫泵（c r y 〇 p u m p )、太空交通工具、地面系 統、般空器的引擎軸承、地下的瓦斯管線泵、製造織物的 高速鍵（spindle)、粒子束的所具（particle beam chopper) 及電腦磁片儲存装置。軸承可在不同的重力方向操作：在 止推軸承中，磁性集合體可如先前所述之起浮於定子集合 體的上方，或者磁性集合體可懸置於定子集合體的下方。 高溫超導軸承Μ長壽命、可靠性及低寄生铀承動力損失 (parasitic bearing power loss)著稱。第 I型的超導材 料通常使用於旋轉铀承条統。一種第I型超導材料的特殊 類型為1 - 2 - 3相的釔-錤-銅氧化物（Y B C 0 )熔融结構材料， 5D Y B a z C u 3 0 X -在第I型超導材料如Y B C ϋ中，各晶域（ c r y n t a 1 d 〇 m a i η )分成3個正交軸，M A、Β及C表示（參見 5 -修正賣 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 317597 A7 _B7_^_ 五、發明説明（3 ) ，例 Moon, Francis C y Super-conduct ins Levitation, 90, Figure 3-ll(John Wiley S< Sons I n e . 1 9 9 4)) ° 在 超導狀態下，各平面可承受的最大電流特別稱為臨界電流 或Jc° Jc成晶域平面（domain plane)、溫度，及於某種程 度下，成磁場的函數。在特殊超導平面，A-B、A-C或B-C ，的臨界電流，基本上在各方向皆相同：·磁向量正交於平 面上的電流，導守磁力的”右手定則”。磁向量的方向因此 被定義為正交於超導電流且在根據右手定則而定的方向上。 最大磁場向量為當晶域平面電流為J c時所產生的向量。晶 域c -铀向量係指平行於晶域之C方向，由A-B平面之超電流 (super-wrrent)Jc而來的的磁場向量。如HTS YBC0之類的 材料，傾向於在A-B平面上之Jc較在A-C或B-C平面上者有 一個數量級的增進。由於磁向量係正交於超電流，因此最 大的磁鏡（mirroring)和銷（pinning)發生於沿C -軸處。此 亦為在C方向之磁場加速過程中具有最大能量散逸的方向 。因此，總而言之，最大的阻尼和剛性可經由將C -軸對準 運動產生成停止的方向而達到。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 目前工業界己投注許多心血於Η T S軸承定子或導路材料 ，如YBC0，的製造上，Μ將HTS晶域的C-軸對準軸承推力 面的正方向（垂直對準策略）。參見，例如，W e i n b e r g e r等 人，1993年6月1日公佈之美國專利No.5,214,981。此項努 力的嘗試典型地與製造出在熔融结構產物中最大的可能晶 粒領域（g r a i n d 〇 in a U )相结合。本研究的目的在於得到可 能的最高升力（1 ί f t )，由於大多數H T S轴承的應用均已指 6 -修正霣 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 (4 ) 1 1 I 定 推 力 負 載 的 需 求 0 1 1 I 先 月U 要 求 的 垂 直 對 準 策 略 之 要 是 由於 HTS材料可用之低 1 I 的 J C 0 由 於 已 可 得 到 較 高 性 能 的 材 料， 因 此並 非所有潛在 請 先 \ \ 閱 的 軸 承 推 進 能 力 均 需 用 於 升 力 〇 另 外， 許 多Η T S釉承應用 讀 背 | I Μ 其 他 的 非 HTS支座（no η - HTS 3 U P P 0 r t ) 如 零剛 性永久磁石 之 注 1 I 意 1 I 系 統 (Z e r 0 s t i f f η e s S P e Γ IB an e η t ffl a g η e t s y s t e m )增強之 事 1 I _ 再 1 1 — 〇 現 在 已 可 使 用 額 外 的 推 進 或 升 力 邊際 (m a r g i η )於管理動 填 寫 本 裝 態 轉 子 〇 到 g 前 為 止 9 對 HTS軸承的高速經驗仍相當不足 頁 s^· 1 I t 因 此 對 配 合 高 速 轉 子 使 用 之 HTS軸承動力需求尚未完全 1 1 瞭 解 〇 1 1 垂 直 對 準 策 路 的 缺 點 包 括 軸 承 的 動剛 性 低、 動阻尼低、 1 訂 及 與 単 晶 粒 定 向 (U n i -q r a in 0 r i e η t a t i on )HTS 之製造相關 1 I 的 費 用 0 例 如 在 止 推 軸 承 系 統 » 其中 半 徑為 r且質量為Μ 1 1 I 的 永 久 磁 性 轉 子 在 超 導 磁 性 定 子 的 上方 旋 轉， 則存在一沿 1 1 座 標 標 X及中且含有示於方程式I 中之成份的振動力函數 F (X Φ ) 1 1 F (X Φ )= (M/g )(d2 X /d t2 )+ C ι ( d X /d t ) 1 I + k ι X + r Φ (C 2 ( d x /d t ) + k z x )( 方程 式I ) 1 1 I 其中 1 1 g = 重 力 1 1 C 1 = 定 子 的 軸 向 阻 尼 常 數 1 1 k ι = 定 子 的 蚰 向 刚 性 常 數 » 1 I c z = 定 子 的 徑 向 阻 尼 常 數 * 1 1 I K 2 — 疋 子 的 徑 向 剛 性 常 數 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Λ4規格（210X 297公釐） ♦正頁 ^17597 B7 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 五、 發明説明（5 ) 1 1 雖 然 垂 直 對 準 策 略 可 提 供 些 動 態支承 但 其 對 C 1 k 1及 1 1 I c2 成 份 的 影 m 却 極 小 〇 此 種 振 動 位 移 造 成 軸 承 % 統 的 能 量 1 1 損 失 〇 請 先 ! 1 閱 I 發 明 之 概 述 讀 背 1 I 1 I 本 發 明 Μ 於 磁 性 軸 承 裝 置 Μ 及 具 有 對 抗 不 與 起 浮 之 m 承 之 1 注 ί 集 合 體 的 期 望 運 動 同 方 向 之 速 度 之 稱 定 力 的 磁 性 軸 承 結 構 思 事 I 項 1- 的 製 造 方 法 〇 再 填 1 寫 本 發 明 關 於 種 磁 性 袖 承 的 結 構 包 括 含 有 至 少 __. 個 具 本 頁 1 有 支 承 面 且 含 有 多 數 個 晶 域 其 包 括 個 別 的 晶 域 C- 軸 向 量 1 1 t 之 超 導 磁 性 構 件 的 超 導 集 合 體 〇 磁 性 軸 承 結 構 更 包 括 至 1 1 少 含 有 一 個 具 相 對 於 支 承 面 的 推 力 面 且 包 含 方 向 垂 直 於 該 1 訂 推 力 面 之 參 考 軸 的 磁 性 構 件 之 磁 性 集 合 體 〇 超 導 磁 性 構 件 1 包 含 其 中 至 少 有 一 個晶域的C袖向量相對於磁性構件的參 1 1 考 蚰 成 移 角 配 置 的 晶 域 〇 此 梭 角 配 置 提 供 對 抗 磁 性 構 件 振 1 動 位 移 的 稱 定 力 〇 1 本 發 明 亦 關 於 一 種 經 由 使 在 超 導 集 合 體 中 之 超 導 磁 性 構 j j 件 具 有 多 數 個 晶 域 且 安 排 超 導 磁 性 構 件 使 得 到 少 有 一 I 1 個 晶 域 的 晶 域 C- 袖 向 量 排 列 相 對 於 磁 性 構 件 的 參 考 蚰 成 稜 1 1 角 配 置 而 提 供 至 少 一 個 稱 定 力 的 方 法 〇 1 1 本 發 明 在 提 供 有 效 能 量 貯 存 的 能 量 貯 存 系 統 特 別 有 效 〇 1 I 與 軸 承 % 統 相 關 連 的 損 失 典 型 地 為 在 旋 轉 貯 存 愤 械 中 主 要 1 1 I 的 損 失 機 構 〇 貯 存 能 量 轉 變 成 無 效 功 而 致 的 損 耗 代 表 了 此 1 1 等 裝 置 之 操 作 費 用 的 損 失 〇 » 1 1 發 明 的 本 身 以 及 進 '—' 步 百 的 和 伴 隨 的 優 點 將 參 照 Μ 1 1 本紙張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8 - 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 Α7 Β7五、發明説明（6 ) 下的詳细說明Μ及伴随的圖示作徹底瞭解。 圖示之簡單說明 圖1為根據本發明的止推軸承結構之横剖面的示意鬮。 圖2為晶域C-軸向量相對於圖〗中之參考袖之移角配置的 示'意圖。 圖3為根撺本發明之用於能量貯存糸統的軸承结構之横 剖面的示意圖。 圖4為敍述於圏3之軸承结構中晶域C -軸向虽對準的五棰 方式之示意圖。 圖5為根據本發明的頸軸承结構之横剖面的示意圖。 圖6為根據本發明之用於電動起浮（EDL)之磁浮式交通工 具（M a g - L e ν )之軸承結構的横剖面示意圖。 _7為圖1之軸承結構的剖視圖。 較佳具體例的說明 本發明關於一種軸承結構裝置Μ及一種具有低抗不與起 浮之軸承集合體的期望運動同方向之振動位移和速度之穩 定力的磁性軸承結構的製造方法。 如圖1所示》根據發明的止推袖结構10包括超専集合體 12及磁性集合體30。磁性集合體30係止推軸承结構10的旋 轉元件或起浮的集合體，且被作為定子元件的超導集合體 12懸置。超導集合體12包括含有一或多個超導磁性元件16 的超導磁性構件14。各超導磁性元件16含有一或多個晶域 18。各晶域18包括表示晶域C -袖向量方向的前頭20。磁性 集合體30包括含有一個永久磁石材製得之磁段（magnetic 本紙張尺度適用中國國家橾準（CNS〉A4規格（210X 297公鼇) -9 - -----------.λ------IT------J (請先閉請背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7_ 五、發明説明（7 ) seginent)34的磁性構件32。磁段34亦可由電磁構件或永久 磁石材料和電磁構件的組合製得。磁性集合體30由超導集 合體12懸置，使得磁性構件32的推力面36相對於超導磁性 構件14的支承面22。磁性構件32的參考軸38垂直於推力面 36。在示於圖1的止推軸承結構10中，參考軸38平行於起 浮之磁性集合體30的旋轉軸。 超導集合體12除了超導磁性構件14外尚可含有永久磁性 構件或電磁構件或電磁構件（未示於圚中）。或者，超専磁 性構件14可含有一個具多數個晶域18的超導磁性元件，作 為如圖1所示之含有多數個超導磁性之年16的另一種選擇 方式。第二種構造的選擇方式為®導磁性構件14含有超導 ^ 磁性元件16，其各有一個晶域18。第三種構造的選擇方式 為超導磁性構件14所含的某些超導磁性元件16有一個晶域 18，而其他的超導磁性元件16有多數個晶域18。 磁性14M由第E型高溫超導材料製得較佳。此等材料的 臨界溫度（Tc)通常在30kM上。第Π型高溫超導材料的實 施例包括高溫超導氧化物如鋇-鑭-銅氧化物（Ba-La-UcO) 、緦-钃-銅氧化物（Sr*-La-CuO)、釔-鋇-銅氧化物（YB C0) 、录基铜化物（mercurjr-based wprates) (Hg-Ba-Ca-CuO) 、鉈基飼化物（T hBa-Ca-CuO)及鉍-緦-鈣-銅氧化物（ B S S C 0 )。因此，例如，可用於制成磁性構性1 4的第]I型超 導材料基本上可選自La| xBaxCu04, (La^Ba山CuO^,

La2.xSrxCu04, YBa2Cu,Ov YBa2Cu, 5〇7 + x, YBa2Cu.,Ox, x, Bi2 (Sr, Ca), ,Cu209y, BidSr'Cah-^cuA.rBidSr'CahCUibwoBLSr'CaiCuA,:, 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -10 - (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 L·^. 經濟部中央標準局員工消費合作社印^ A7 B7 五、發明説明（8 )

Tl2Ba?CaCu2O10M, Tl^BaiCaCUjO^^qHgBa.Ca.Cu.O,,, ^^ ^ ff： 1 4 Μ ώ 基本上選自 Lai.esCuO·*、Lai.esSr〇.5Cu〇4、YBa2Cu3〇7、 BizSr2CaCu2〇B ' Bi2SrzCazCu3〇i〇 ' TlzBazCaCu2〇B Λ 丁12832〇3(^201()和}^832〇32(：113〇6 + 的材料製得較佳。超 導構件14W由YBa2Cu307製得最佳。 磁性集合體30除了永久磁石材料外尚可含有超導磁性材 料。磁性集合體30可具有任何止推袖承系統中之旋轉元件 的習知形態。典型的磁性集合體30為圓筒狀或圓盤狀。超 導集合體12可具有與磁性集合體30相當的型態。例如，圓 盤狀的磁性集合體30經由相當之圓盤狀的超導集合體12起 浮。 在此推軸承结構10中，振動位移包括如由方程式I所表 示的振動位移。換句話說，振動位移包括磁性構件32的位 移，其不與磁性構件32繞固定旋轉軸旋轉相關的角位移同 方向。因此，例如*振動位移可包括由轉子的不平衡而來 的位移。其可表現為轉子的進動（precessions)、振動（ vibrations)、或振通（oscillations)。 根據本發明*消除振動位移的毽定力由至少有個晶域C-_向量20關於參考蚰38成梭角配置的超導磁性元件16提供 之。如蹰2所示，當三度空間的角配置（angular disposition)o[滿足-90° <α<90° 時，晶域 C -軸向量 20 闞於參考軸3 8成梭角配置。 本發明尤其可有效地應用於提供配合能量貯存係統使用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐) -11- (讀先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明説明（9 ) 的有效軸承結構。使用飛輸的能量貯存糸統，無論是圓筒 或圓盤型態，均需配合高速操作之先進的非線性阻尼行為 。此對在超臨界速度的操作尤為重要。此種形態的軸承阻 尼將是非常非線性的，随位移的增加有持績增高的能量敗 逸。 如圖3所示*配合能量貯存糸統使用的軸承結構包括定 子集合體42及轉子集合頒60。轉子集合艄60為含有由永久 磁石材料製得之磁性構件62的飛輪。定子集合體42包括用 於冷却HTS材料的冷凍室（cryochamber)44，包含由多數個 超導磁性元件48而形成超導磁性元件之圓陣50或52的超導 磁性構件46。第一個超導磁性元件的陣列50叠於第二個超 導元件的陣列5 2的上方，K增加定子集合體的整體厚度的 性能。此種堆叠亦有平緩各晶域向量之統計變量（ statistical variations)的效果 ° 超導磁性元件48可横向放置K形成叠於第二圓陴52上方 之第一個超導磁性元件的圓陣50。或者，超導磁性元件48 可形成多數個陣列，其中第一陣列的元件被安置在與第二 陣列中的元件互相交錯的位置上，以形成磚牆的外型。不 管陣列的數目Μ及超専磁性元件的配置為何，超導磁性構 件46的支承面58相對於磁性構件62的推力面64。 轉子集合體60為圓盤狀且具有由永久磁石製得的磁性構 件62。各超導磁性元件48可含有一或多個晶域54。超導磁 性元件48Κ含有多數個晶域54較佳。超導磁性元件48中的 較佳晶域數在3及10間。磁性構件62可含有一或多個磁段（ 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) Α4規格（21〇Χ297公釐） ------；--,I-·β------tr------•線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 五、發明説明（ω A7 B7

件角 構梭 性成 tA 6 磁 6 導軸 超考 排參 安於 )°由關 中經56 圖明量 於發向 示本軸 未 C 磁 導 超。 ο ， 2 中 量 例 向 體軸 I 具 C 佳域 較 晶 的的 明置 發配 本度 域在 晶 〇 得力 使定 ， 穩 4 一 5 „ 域供 晶提14 的而件 中置構 46配性 角 列 系 I 具 含 包 經濟部中央標準局Μ工消費合作社印51 圖4顯示在圖3之岫承結構40的冷凍室44中之單列超専磁 性構件70、72、74、76或78之角度配置的五種可能組合的 代表性樣本。如已示於圖4中之各晶域C -軸向量56的角度 配置可在參考袖66的-90°及90°間變化。晶域C -軸向量 56的角度配置Μ在參考軸66的約-30°及約30°間變化較 佳。角度配置的較佳組合由第一、第二及第三超導磁性構 件70、72及74為代表。更佳的組合Κ第三超導磁性構件74 為代表。雖然晶域C -軸向量56的角度配置已在二度空間進 行敍述，但應瞭解晶域C -袖向量56的角度配置可擴展至三 度空間的多個方向。 如圆4所示*晶域C-軸向量56的排列可沿任何超導磁性 構件46的半徑關於參考軸66成方位角對稱或方位角不對稱 。在本發明的較佳具體例中，沿任何超導磁性構件4 6半徑 的”和向量方向”成方位角對稱，俾能使袖承反應力（ vesponse forces)在三度空間或對稱。和向虽方向係沿超 導磁性構件46之某半徑的所有C-蚰向量56總和的方向。因 此*例如，設若超導構件46沿某一特別的半徑僅含單一的 晶域54，則向量和方向可為一個C-袖向量58的方向。在本 發明的更佳具體例中，方位角對稱的和向量方向平行於磁 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公楚) -13- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

A7 B7 經濟部中央標準局員工消资合作社印製 五、 發明説明 〔U ) 1 1 性 構 件 62之 通 量 線 (f 1 u X 1 i n e S ) (未示於圖中） 的 斜 率 t 其 1 1 I 中 通 量 線 與 支 承 面 58相 交 〇 此 棰 組 態 具 有 最 大 的 剛 性 和 阻 1 1 尼 〇 ύ 1 1 1 或 者 9 可 排 列 晶 域 C- 蚰 向 最 20 使 其 角 度 配 置 Μ 超 導 磁 閱 讀 1 背 1 性 構 件 14之 半 徑 的 函 數 而 變 化 〇 此 外 t 磁 性 構 件 14可 含 有 ιέ 之 兩 個 Μ 上 之 ’晶 域 C- 軸 向 量 20 » 其 ”和向量角” 為 θ ^且構成 意 1 I 事 1 統 計 上 的 常 態 分 配 平 均 分 佈 值 大 致 等 於 Θ 1 其中約90¾ 項 1 填 的 晶 域 C- 軸 向 量 之 角 配 置 a 滿 足 Θ 1 - 15 〇 α Θ 1 + 5。 本 裝 的 關 係 式 〇 和 向 量 角 為 向 虽 的 和 方 向 相 對 於 參 考 軸 38的 角 頁 1 1 度 〇 較 佳 的 情 況 為 約 有 9 0 S：之晶域C -軸向量20的角配置α 1 I 滿 足 Θ 1 一 5 ° ^ C 1 έ θ 1 -5 〇 的 闞 係 式 〇 1 1 1 在 另 -~* 種 配 置 方 式 中 和 向 量 角 為 Θ 2之兩個K上的晶 1 訂 域 C- 軸 向 量 20可 隨 機 分 佈 > 其 中 晶 域 C- 軸 向 虽 2 0的 角 配 置 1 I α 滿 足 Θ 2 ~ 90 〇 a Θ 2 + 90 〇 的 關 係 式 〇 較 佳 的 情 況 為 1 1 \ 晶 域 C- 軸 向 量 20的 角 配 置 α 滿 足 Θ 2 一 10 〇 α Θ 2 + 10 〇 Γ 的 關 係 式 〇 1 在 另 一 種 排 列 方 法 中 可 安 排 晶 域 54使 得 沿 超 導 磁 性 構 I 件 4 6的 位 何 直 徑 上 9 晶 域 C- 蚰 向 虽 56之 和 向 Μ 的 方 向 平 行 1 1 於 所 徭 之 控 制 力 的 方 向 〇 例 如 超 導 磁 性 構 件 76或 78可 含 1 有 晶 域 向 虽 之 排 列 使 其 中 之 晶 域 C- 軸 向 虽 56形 成 '一 圓 維 的 1 I 晶 域 54 〇 此 等 設 計 中 轉 子 集 合 體 6 0配 置 於 磁 井 1 1 (m a g n e t 1 C W el 1 ) 中 且 白 3CL, 動 定 位 Μ 達 成 最 適 的 能 量 組 態 0 1 I 不 若 習 知 處 理 方 法 其 中 之 晶 域 C- 袖 向 量 56 . 般 平 行 於 參 考 1 I m 66 此 處 理 方 法 可 施 加 靜 箍 環 應 力 (s t a t i C ho 〇 P 1 1 s t re s S es)於軸承磁石， 其 在 袖 承 磁 石 的 設 計 上 必 需 要 加 以 1 I 考 應 〇 然 而 t 在 某 些 情 況 下 可 能 有 且 可 能 需 要 其 他 的 不 對 1 本紙反度適中阀囤家標孪（CNS〉Λ4规袼（2!0〆297公t ) j4 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、 發明説明 (12 1 1 1 稱 排 列 0 1 1 I 通 常 t 為 使 晶 域 C- 軸 向 量 56進 行 對 準 ) 將 各 HTS · 昆球根 1 1 I 據 其 完 成 之 反 Hfg 應 晶 域 C- •軸 向 量 56進 行 機 械 加 工 及 定 位 〇 因 請 先 1 1 此 > 在 超 導 磁 性 構 件 46 中 晶 域 54的 排 列 最 初 包 括 決 定 在 各 閱 讀 1 1 η 1 I 超 導 磁 性 元 件 48中 之 C- 軸 向 量 56之 方 向 的 分 布 〇 之 1 注 1 此 定 性 的 第 一 種 方 法 為 個 別 測 量 各 超 導 磁 性 構 件 48C- •軸 意 事 1 項 | 向 量 〇 定 性 的 第 二 種 方 法 為 測 量 在 不 同 爐 位 置 之 超 導 磁 性 再 填 〜1 構 件 48的 代 表 性 樣 本 9 由 於 在 爐 中 之 某 特 定 溫 度 範 圍 内 成 寫 本 頁 1 1 長 的 超 導 磁 性 構 件 48傾 向 於 擁 有 類 似 的 晶 域 C- 軸 分 布 〇 定 1 1 性 的 第 二 種 方 法 包 括 由 每 一 批 測 量 一 超 導 磁 性 構 件 48的 樣 1 | 本 並 根 據 晶 域 C- 蚰 的 期 望 方 向 由 該 樣 本 所 決 定 看 對 該 批 的 1 第 訂 所 有 晶 球 m 行 機 械 加 工 (或 装 置 )° 較 佳 的 定 性 方 ά 為 1 二 及 第 二 種 方 法 〇 使 用 含有 多 數 個 晶 域 的 超 専 磁 性 構 件 可 1 1 較 使 用 單 晶 域 的 超 導 磁 性 元件 使 定 性 的 正 確 性 更 不 重 要 〇 1. 此 外 使 用 較 小 的 晶 粒 尺 寸 kk 及 增 加 數 百 的 晶 域 C- 軸 向 量 1 分 佈 將 可 降 低 HTS材料的整體製造費用 ) | 因 此 1 在 定 子 集 合 體 42的 特 別 區 段 獲 得 期 望 之 晶 域 C- 軸 1 1 向 量 方 向 的 較 佳 方 法 係 期 望 的 晶 域 C- 軸 向 最 方 向 為 中 心 1 1 提 供 優 先 選 定 的 分 布 0 此 方 法 對 方 向 具 有 較 大 的 控 制 » 但 1 1 溜 要 在 集 合 體 中 的 定 性 及 管 理 〇 1 I 一 種 優 先 選 定 晶 域 C- 軸 向 量 56之 分 布 的 方 法 為 選 定 多 數 1 1 I 個 晶 域 参 其 晶 域 C- 軸 向 量 56在 離 期 望 的 晶 域 C- 軸 向 量 方 向 1 1 的 特 定 角 度 β 範 圍 内 作 随 機 分 布 » 使 得 随 機 分 布 的 和 向 量 1 1 方 向 大 約 為 期 望 的 晶 域 C- id} 糊 向 量 方 向 〇 同 時 期 望 角 度 β 可 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -15- 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A 7 B7 五、發明説明（13 ) 自0°變化至180° ，較佳的角度/3在2 0°及30°間。 目前製造熔融結構之HTS材料的方法詳细的記載於琨今 的文獻中，大多數的研究心力均集中在單晶球（ sinqle crystal pel lets)的成長上而有顯著的研究心力 擴展至預防晶球中額外晶域的自發成核。本發明將容許使 用含此等額外晶域的晶球，其目前被認為非最適選擇。 此外，本發明的穩定力亦會抵消圓維肜及圓筒形的進動 。在包含具有圓筒形態之轉子集合體60的軸承結構40中， 且轉子集合體6 0的高度及直徑比，Η及D分別如圖3所示， 在約3及約6之間，此圓简典型地如剛硬體般運作，但有迴 轉進動的傾向。其包括圓錐狀及圓茼狀運動，雖然圓維運 動較佔優勢，因進動的頻率為轉子角速度的函數。圓維進 動的壓緊作用係轉子不平衡的直接結果。本發明提共一棰 可實質地減低轉子對此壓緊作用之反應的穩定力。 本發明在圖5的頸袖承結構80及圖6的線性軸承结構100 中亦提供有穩定力。參見_5>項軸承结構100包括含有兩 '個位在一般圓筒形轉子集合體92相反端之超導磁性構件84 的定子集合體82。超導磁性構件84係安置使其支承一般圓 筒形轉子集合體92之兩相闞的磁性構件94，使各磁性構件 94的推力面98與超導磁性構件84的支承面90相對。轉子集 合體92可Κ平行於參考軸96的旋轉軸作旋轉運動。在頸軸 承結構80中，振動位移包括不與轉子集合體92縝固定的旋 轉軸作旋轉運動而來的角位移平行之轉子集合體92的位移 ，雖然轉子集合體92由定子集合體82懸置。因此，例如， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） -16- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^17597 A7 B7 經濟部中央標準灼Η工消費合作社印製 五、 發明説明 (W ) 1 1 振 動 位 移 可 包 括 來 i 磁 機械 的不 稱 定 轉 子 的 不 平 衡、或 1 1 外 部 的 陡 震 對 貯 存 糸 統 造成 的位 移 0 如 圖 5所示 抵 消此等 1 1 振 動 位 移 的 穩 定 力 由 在 超専 磁性 構 件 8 4的 晶 域 86 中 提供至 請 先 1 1 少 __· 個 關 於 參 考 軸 96成 梭角 配置 的 晶 域 C- 軸 向 量 88 而獲得 閱 讀 1 I Ff 1 | 之 〇 之 1 注 1 參 見 圖 6 本發明的軸承结構亦可使用於EDL Μ a g -L e v ° 意 事 1 項 1 在 此 情 況 載 子 集 合 體 1 0 2包含超導磁性構件1 04而 導路集 再 填 —1 合 體 11 2包含為電磁鐵的磁性構件1 1 4 〇 載 子 集 合 體 102起 寫 本 頁 装 1 浮 於 導 路 集 合 體 11 2上 使得磁性構性1 1 2的 推 力 面 1 16與 、〆 1 1 超 導 磁 性 構 件 102的支承面1 10相 對 〇 在 圖 6的軸承结構1 0 0 1 I 中 振 動 位 移 包 括 不 與 和載 子集 合 體 在 導 路 集 合 體 112上 1 1 訂 之 直 線 運 動 相 關 的 横 向 位移 同方 向 之 載 子 集 合 體 102的位 1 移 ϋ 因 此 例 如 9 振 動 位移 包括 由 磁 機 械 的 不 稱 定 而來的 1 1 位 移 如 结 合 的 下 傾 上 升振 動、 结 合 的 横 向 及 偏 ΠΠΪ 搖 振動以 1. 及 旋 轉 發 散 Ο 如 圖 6所示，抵消此等振動位移的控制力經 1 ，線- 由 在 超 導 磁 性 構 件 104的晶域106 中 提 供 至 少 一 個 關 於各個 I 磁 性 構 件 11 4的參考軸1 18成 稜角 配 置 的 晶 域 C- 軸 向 量108 1 1 而 獲 得 之 〇 I 1 晶 域 C- 軸 向 量 角 配 置 譜的 設計 irtyf 應 將 欲 被 控 制 力 控 制的振 1 I 動 位 移 向 虽 列 入 考 慮 〇 例如 ，參 見 _ 3 5及 6 振勤位移 1 I 向 Μ 根 據 袖 承 结 構 係 修 改成 如圖 3所示的止推軸承糸統、 1 1 如 圖 5所示的項軸承糸統或如圖6所 示 的 線 性 蚰 承 糸 統而有 1 1 所 不 同 〇 隨 著 分 別 正 交 於參 考軸 66 96 及 11 8之振動位移 1 1 向 量 大 小 的 增 加 施 加 增加 的阻 尼 以 停 止 不 期 望 的 住移向 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2Ϊ0Χ297公釐） -17- 五、發明説明（is A7 B7 被 量 能 少 極 許 容 應 但 ο 要 i 8 顯 愈 量 窗 移 位 1 有 具 子 轉 使 將 此 如 正 的 子 轉 在 而 因 除 移 被 子 轉 自 在量非 存能失 的有損 移没量 位全能 小完， 之或程 除少過 移極作 中操 其常 的 C J 低 較 有 ο 能 性 的 料 材 S T Η 應 為 應 亦 時 Ίί5 設 在 。 外 低此 常 承 軸 整 raw 於 用 地 效 有 可 域 晶 第 於 球 晶 S T Η 的 度 強 同 不 雜 曰比 '71 可 0 數 係到 尼達 阻 Μ 的 中 άΜ 望 子 期定 得TS 獲彳 以 統 糸 的 ml/ 身 結 的 Μ 期 性 特 他 其 及 點 優 的 明 發 本 之 明 說 算 在 明 發 本 明 說Μ 算 計 行 進 的 中 構 結 承 軸 推 止 MTU 由 圖 好於 最 示 埸 磁 據 根 係 於 由 算 計 0 果 效 簡 被 而 行 進 及 尼 胆 總 中 統 糸 實 真 在 ο 化 及 變 改 量 通 總 12據 線根 量別 通分 考係 參性 的剛 外 此 ο 定 而 度 梯 度 密 虽 通 件 構 性 磁 之 中 圖 為 7 圖 行之 進間 統14 糸 件 間構 空性 度磁 二 導 據超 根的 係分 算部 計 和 磁 導 超 於 置 懸 2 3 件 構 性 磁 中 7 圖 在 ο _ 寫 特 的 用 作 互 交 R /V 度 高 轉 I- 3 中 其 上 之 6 1* 件 元 性 η U Γ -----Γ--.--裝------訂----Κ--:線< I · (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 3 件 為 經濟部中央標準局Μ工消費合作社印取 式 方 知 習 度 Μ 高32 的件 構 性 構磁 性與 磁18 至域 6 1 1 晶 件的 元16 性件 磁元12 導性力 超磁移 由導位 , 超 - 域 晶 當 與 並 3κ 身 效 的 2 3 件 構 性 磁 對 石 磁 久 力永 移的 位型 之” 時 準 對為 法32 方件 的構 明性 發磁 本 蹄 馬 當時 定準 決對 據 根 較 比 相 ml/ 效 的 8 2 極 南 及 \—/ N /IV 極 北 示 所 圖 如 面 表 坦 平 之12 軸面 標表 極與 座20 Π 元 線性 量磁 通導 的超 32的 4L124 構I 性 磁 自 來 點 於 交 相 具 入 流 6 於 H 關 表 代 角 Θ 件 於 直 3 有 線 量 通 考 參 人 的 軸 標 座 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4规格（2!〇Χ297公釐）|3 經濟部中央標卒局員工消費合作社印^ A7 B7五、發明説明（16 ) 射通量角，或參考通量線120在點126處之切線130相對於 表面1 2 4的角度。β可根據在入射點處通最梯度的弧一切 線（arc-tangent)計算之。 如圖7所示，磁性構件32具有在X及Y座標方向的磁力分 量分別為Bx及By的磁場。卜座標_平行於參考軸38而X -座 標軸與在磁性構件32之磁極平面的線一致，使得X -及Y -座 標蚰相交於圖7中的點（0,0)。假定通量線122定義了中心 在點（0,0)且第一半徑為a和第二半徑為b之橢圓肜的部分 ，使得3及b滿足方程式Π : X2 /a2 +y 2 b2 =1 (方程式 II ) 本計算使用y = y _ r u η。在圖7中，a的值係由β x的值和磁性 構件3 2的形狀定義，而b的值係由B y的值和磁性構件3 2的 形狀定義。在圖7中，假定a: =3.00及b: =3.75。 當磁性構件32開始在超導磁性構件在14之上旋轉時的起 始位置，由具在X -座標蚰上之南極的起始位置，以（Xi.o) 表示，及其其在X -座標軸上之北極的起始位置，Μ (-X^O) 表示，參照之。作用在磁性構件32沿著X -座標軸由振動而 來的位移力128導致磁性構件32的位移（δ _x)，其中在第 一個時間點上，南極在X -座標軸的位置可Μ (X2,〇)表示， 而在第二個時間點上•北極在X-座標軸的位置可K (-X 2 , 0 )表示。假定磁性構件3 2的位移與整個糸統的比例 相較很小。 超導磁性元件1 6由多数個含有A -軸及C -軸的晶域所組成 。圖7中只示出一個晶域18。A -及C -軸相對於Y -座標軸的 -----^---.--於衣------ir----^---線 ♦ ί (請先閲讀背面之注意事項#填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS ) Α4規格（2IOXW7公釐） 經濟部中央標準局負工消費合作社印製 ^17597 A7 B7五、發明説明（l〇 習知位置示於圖中。換包話說，c-軸平行於γ-座標軸。α 角代表C-軸關於Α-軸的角配置關於Υ-座標軸的角度。 假設Bx和By由X的改變定義。此外*超導磁性元件16在 A-B平面的臨界電流Jc為A-C平面者的10倍。此計算並未將 通量經超導磁性元件124的自動遮蔽列入考慮。 假設位移力128造成δ _x: =0.2，則X2可由方程式Μ計 算之： X 2 ： =Χ 1 -Χ_ δ (方程式瓜） 因此 X2 : =2.55 By的改變（δ _By)成X位移的函數可由方程式IV計算之： 5 _By (i·) :=b/a((a2 -X22 ) - (a 2 - X12 ) ) (方程式IV ) 因此 δ —By: =0.476 假定超導磁性元件16在C -釉方向的臨界場（B<)滿足#<1 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 式磁 模専 導超 超’ 常此mpV 正因da式 在。f- 程 係埸re方 6 ^ ( ( 11 件臨 元的 性向 磁方 導軸 超C-定在 假其式 , 於程 外低方 此此由 。因M 式，16 係作件 0 操元 .. 的 下性虽 化 變 埸 磁 的 算 估 能 散 消 e Γ 切 之 處 6 2 11 點 在 ο 2 11 線 量 通 考 11參 ο於 =0行 : 平 mp量 da向 f-軸e - r c 此之 因中 其 在 值 化 變 的 量 通 中 承 軸 之 ο 3 線 δ 之 算 計 W ) 式 W 程式 於程 由方 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210Χ297公釐） A7 B7 經濟部中失標準局員工消費合作社印袋 五、 發明説明（18 ) 1 1 因 此 d e 1 t a _ f 1 u X =0 .505 1 1 | 由 習 知 方法提供的 阻 尼 對 由 本 發 明 提供 之 阻 尼 的 此 例 ( 1 1 d am p in g _ b e n e f i t) Μ 方 程 式 VI 表 示 之 • '—V 請 1 | 閱 I d c iiap ί ng^bene f i t 讀 背 1 1 ： =(5 _f 1 ux) 3 / ( δ _B y ) 3 -1 (方 程 式 VB ) 面 之 1 -1 1 因 此 d am P i n g _ be n e f i t : = 18 .832¾ 意 事 1 項 此 外 剛 性的改良可 經 由 假 設 剛 性 係 線性 行 為 而 證 實 因 再 1 η 久 1 此 剛 性 以 方程式VI表 示 本 頁 F-kX > (方 程 式 ) 1 1 其 中k為剛性係數。 1 | 此 外 假 定5 _B睏於 晶 域 18的 起 始 磁 埸相 當 小 〇 因 此 I 剛 1 1 訂 性 獲 益 比 (stiffness b e η e f it r at 1 0 )(s t i f f η e s S 一 be n e fit )可Μ方程式IX表示： I 1 s t iffness_be n e f i t 1 =1 / s i η ( θ ) -1 (方 程 式 IX ) 1 、線 因 此 stiffnes S _ be n e f i t : = 5 . 92¾ 1 '1 如 方 程 式VI及VD所 示 9 本 發 明 具 有 增加 的 阻 尼 和 剛 性 〇 1 1 随 著 在 相 同運轉高度 下 之 b/ a比的增加阻尼性能有顯著的 1 改 良 〇 此 對較大的運 轉 高 度 及 較 高 通 量梯 度 的 磁 石 亦 成 立0 1 I 例 如 較高性的軸 承 糸 統 來 白 ΡΛ 下 的輸 人 1 I a = 1.5； 1 1 b = 0.75 1 1 y _ r υ η = 0 . 5 0 1 1 δ _χ ： =0.20 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨OX297公釐） -21- 五、發明説明（19 ) A7 B7 IW比。化性 ， 類相良變制園 的統改的限範 18糸剛泛非利 域似的廣而專 晶類5¾作性謓 之的10例明申 行18及體說的 平域良 具為下 袖晶改佳視以 標之比較被受 座行尼 之應係 Y-平阻述 明圍 。 與示的所說範定 量顯0¾上 细的界 向果76M 詳明而 軸结了 對的發 ， C-算示可 述本語 之計顯解前解蓋 中· 果瞭此 瞭同 其較結應 因須的 用比算， 。必有 使相計然改且所 與統，當修，括 當糸較 及看所 ------^---„— R------訂------線—. < ί' (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央橾準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4規格（210X297公f ) 22

Claims (1)

1. 317597 A8 B8 C8 D8 I ,#•正本-长->· 申請專利範圍 1. 一種在磁性軸承系統中提供至少一個穗定力的方法， 款磁性軸承系统包括至少含有一個超導磁性構件（14、46 、84、104)之超導集合體（12、42、82、102)，該超導構 件具有支承面（22、58、90、110)，Μ及至少含有一個磁 性構件（32、62、94、114)的磁性集合體（30、60、92、 112)，該磁性構件具有相對於該支承面的推力面（36、64 、98、116)且包含方向垂直於該推力面的參考輸（38、66 、96、118)，其包括： 提供該超導磁性構件至少一個晶域（18、54、86、106); 安排該超導磁性構件，使得至少有一個晶域的晶域C-軸 向量排列（20、56、88、108)相對於該參考袖成稜角配置。 2. —種磁性輸承系統的结構，其包括： 一超導集合體（12、42、82、102)，其至少含有一個超 導磁性構件（14、46、84、104)，該超導構件具有一支承 面（22、58、90、110)以及至少一個晶域（18、54、86、 106)，而每一個該晶域包括各自之晶域C-輸向量（20、56 ' 88 ' 108)； 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一磁性性集合體（30、60、92、112)，其至少包含一個 磁性構件（32、62、94、114)，該磁性構件具有相對於該 支承面的推力面（36、64、98、116)且包含方向垂直於該 推力面的參考軸（38、66、96、118); 該结構有一種安排，其中該超導磁性構件包含至少一個 晶域C-袖向量排列係相對於該參考粬成梭角配置； 該項安排提供至少一涸穩定力。 -1- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ^17597 A8 B8 C8 · D8 六、申請專利範圍 3. 如申請專利範圍第2項的结構，其中該晶域C -軸向量 的和向量方向係在該穗定力之最大值的至少一個方向上。 4. 如申請專利範圍第2至3項中任一項之结構，其中該超 導磁性構件包含多數個超導磁性元件（16、48)。 5. 如申請專利範圃第2至3項中任一項之結構，其中該超 導磁性構件包括多數個超導磁性元件的陣列，其中第一個 陣列垂直地位於第二涸陣列之上。 6. 如申請專利範圍第2至3項中任一項之结構，其中沿著 超導磁性元件的任何陣列，晶域C-軸向量的和向量方向平 行於該穩定力之最大值的至少一個方向。 7. 如申請專利範圃第2至3項中任一項之结構，其中合向 量的方向平行於參考軸。 8. 如申請專利範圍第2至3項中任一項之结構，其中晶域 -C軸向量的晶域向量排列成圓錐型。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 9. 如申請專利範圍第2至3項中任一項之结構，其中各該 晶域C -袖向量具有相對於參考軸的角配置（angular disposition)oti，該向配置 αι 滿足- 90° <αι<90° 的關 係式。 10. 如申請專利範圍第2至3項中任一項之结構，其係懕 用於能量貯存系統（40)，其中： 該磁性集合體為轉子集合體： 該超専磁性集合體為安置Μ支承該轉子集合體的定子集 合體。 11. 如申請專利範圃第1項的方法，其中該晶域C-釉向量 一1一 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS〉Α4規格（210Χ297公釐） S17597 A8 B8 C8 · D8 六、申請專利範圍 的和向量方向係在該穩定力之最大值的至少一俚方向上。 _ 12.如申請專利範圍第1或11項中任一項之方法，其中該 超導磁性構件包含多數個超導磁性元件（16、48)。 13. 如申請專利範圍第1或11項中任一項之方法，其中該 超導磁性構件包括多數個超導磁性元件的陣列，其中第一 個陣列垂直地位於第二個陣列之上。 14. 如申請專利範圍第1或11項中任一項之方法，其中沿 著超導磁性元件的任何陣列，晶域C-軸向量的和向量方向 平行於該穗定力之最大值的至少一個方向。 15. 如申請專利範圃第1或11項中任一項之方法，其中合 向量的方向平行於參考袖。 16. 如申請專利範圍第1或11項中任一項之方法，其中晶 域-C袖向量的晶域向量排列成圓維型。 17. 如申請專利範圍第1或11項中任一項之方法，其中各 該晶域C -袖向量具有相對於參考袖的角配置（angular disposition)a 1，該角配置 〇f 1 滿足-90° <α ι<90β 的關 係式。 *裝 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2i〇X297公釐）