JP3192207B2 - 磁気軸受 - Google Patents
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C32/00—Bearings not otherwise provided for
- F16C32/04—Bearings not otherwise provided for using magnetic or electric supporting means
- F16C32/0406—Magnetic bearings
- F16C32/0408—Passive magnetic bearings
- F16C32/0436—Passive 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
- F16C32/0438—Passive 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
-
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2300/00—Application independent of particular apparatuses
- F16C2300/40—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions
- F16C2300/62—Application independent of particular apparatuses related to environment, i.e. operating conditions low pressure, e.g. elements operating under vacuum conditions
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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- Mechanical Engineering (AREA)
- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、軸に固着された永久磁
石製の磁場印加手段から超電導体製の軸受体に磁場を印
加して、前記磁場印加手段と軸受体との間に働く斥力に
よって軸を支持する磁気軸受に関するものである。
石製の磁場印加手段から超電導体製の軸受体に磁場を印
加して、前記磁場印加手段と軸受体との間に働く斥力に
よって軸を支持する磁気軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】軸受の技術は、接触式のものと非接触式
のものとに大別することができる。前者の接触式のもの
としては、例えば、ころを介して軸を支持するころ軸受
等が旧知であり、後者の非接触式のものとしては、空気
圧を利用するものや、磁力を利用するものが知られてい
る。
のものとに大別することができる。前者の接触式のもの
としては、例えば、ころを介して軸を支持するころ軸受
等が旧知であり、後者の非接触式のものとしては、空気
圧を利用するものや、磁力を利用するものが知られてい
る。
【０００３】磁力を利用する軸受としては、電磁石を使
用するものの他に、最近では、永久磁石と超電導体とを
組合わせて使用する磁気軸受も研究されている。非接触
式の軸受は、いずれも、機械的な接触による摩耗がない
という利点がある。しかし、電磁石を使用するものは、
コイルの発熱によってガスを発生するという難点があ
り、そのために、空気圧を利用するものと同様に、真空
環境で使用するには困難がある。
用するものの他に、最近では、永久磁石と超電導体とを
組合わせて使用する磁気軸受も研究されている。非接触
式の軸受は、いずれも、機械的な接触による摩耗がない
という利点がある。しかし、電磁石を使用するものは、
コイルの発熱によってガスを発生するという難点があ
り、そのために、空気圧を利用するものと同様に、真空
環境で使用するには困難がある。
【０００４】これに対して、永久磁石と超電導体とを組
合わせて使用する磁気軸受は、電磁石を使用するものと
は異なり、コイルの発熱によるガスの発生といった問題
がなく、真空環境での使用にも適するため、最近では、
実用化に向けて、盛んに研究がなされるようになってき
た。
合わせて使用する磁気軸受は、電磁石を使用するものと
は異なり、コイルの発熱によるガスの発生といった問題
がなく、真空環境での使用にも適するため、最近では、
実用化に向けて、盛んに研究がなされるようになってき
た。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これまで、
永久磁石と超電導体とを組合わせて使用する磁気軸受と
しては、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸
上に固着された永久磁石製の磁場印加手段と、この磁場
印加手段に対峙するように前記軸が挿通する軸受箱内に
配備された超電導体製の軸受体と、この軸受体を冷却し
て超電導状態にする冷却手段とを備え、超電導状態にあ
る前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段との
間に働く斥力によって前記軸を支持する構成のものが研
究されてきた。
永久磁石と超電導体とを組合わせて使用する磁気軸受と
しては、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸
上に固着された永久磁石製の磁場印加手段と、この磁場
印加手段に対峙するように前記軸が挿通する軸受箱内に
配備された超電導体製の軸受体と、この軸受体を冷却し
て超電導状態にする冷却手段とを備え、超電導状態にあ
る前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段との
間に働く斥力によって前記軸を支持する構成のものが研
究されてきた。
【０００６】ところが、超電導体は、常電導状態から超
電導状態に移行させるための冷却処理時に磁場が印加さ
れていると、その時に印加されている磁場と同方向に磁
化されるという性質がある。
電導状態に移行させるための冷却処理時に磁場が印加さ
れていると、その時に印加されている磁場と同方向に磁
化されるという性質がある。
【０００７】そのため、前述の構成の磁気軸受におい
て、軸受体に磁場印加手段が近接した状態で軸受体の冷
却処理を実行すると、冷却処理後の軸受体は、磁場印加
手段が作用させる磁場と同方向に磁化された状態になっ
て、結局、軸受体と磁場印加手段との間に所望の斥力が
得られなくなり、非接触の軸受としての機能が果たせな
くなるという問題が生じる。
て、軸受体に磁場印加手段が近接した状態で軸受体の冷
却処理を実行すると、冷却処理後の軸受体は、磁場印加
手段が作用させる磁場と同方向に磁化された状態になっ
て、結局、軸受体と磁場印加手段との間に所望の斥力が
得られなくなり、非接触の軸受としての機能が果たせな
くなるという問題が生じる。
【０００８】従って、超電導体を利用した磁気軸受の実
用化には、軸受体が不利に磁化されないように、軸受体
を常電導状態から超電導状態に冷却する技術の開発が不
可欠となり、この点が今後の課題とされていた。
用化には、軸受体が不利に磁化されないように、軸受体
を常電導状態から超電導状態に冷却する技術の開発が不
可欠となり、この点が今後の課題とされていた。
【０００９】本発明は、前記事情に鑑みてなされたもの
で、超電導体製の軸受体を常電導状態から超電導状態に
冷却処理する期間に該軸受体が磁場印加手段の影響で不
利に磁化されてしまうことがなく、したがって、超電導
状態にある軸受体と該軸受体に対峙する磁場印加手段と
の間には所望の斥力を得ることができて、非接触の軸受
としての実用化値の高い磁気軸受を提供することを目的
とする。
で、超電導体製の軸受体を常電導状態から超電導状態に
冷却処理する期間に該軸受体が磁場印加手段の影響で不
利に磁化されてしまうことがなく、したがって、超電導
状態にある軸受体と該軸受体に対峙する磁場印加手段と
の間には所望の斥力を得ることができて、非接触の軸受
としての実用化値の高い磁気軸受を提供することを目的
とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の磁気軸
受は、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸上
に固着された永久磁石製の磁場印加手段と、この磁場印
加手段に対峙するように前記軸が挿通する軸受箱内に配
備された超電導体製の軸受体と、この軸受体を冷却して
超電導状態にする冷却手段とを備えて、超電導状態にあ
る前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段との
間に働く斥力によって前記軸を支持するものである。
受は、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸上
に固着された永久磁石製の磁場印加手段と、この磁場印
加手段に対峙するように前記軸が挿通する軸受箱内に配
備された超電導体製の軸受体と、この軸受体を冷却して
超電導状態にする冷却手段とを備えて、超電導状態にあ
る前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段との
間に働く斥力によって前記軸を支持するものである。
【００１１】具体的には、前記軸受体を常電導状態から
超電導状態に移行させるための前記冷却手段による冷却
処理期間には前記軸を軸線方向に移動操作して、超電導
状態の時に磁場印加手段との間に所定の斥力を生ぜしめ
るために印加する磁場が前記軸受体に作用することを防
止する軸移動手段を装備したことを特徴とする。
超電導状態に移行させるための前記冷却手段による冷却
処理期間には前記軸を軸線方向に移動操作して、超電導
状態の時に磁場印加手段との間に所定の斥力を生ぜしめ
るために印加する磁場が前記軸受体に作用することを防
止する軸移動手段を装備したことを特徴とする。
【００１２】請求項２に記載の磁気軸受は、請求項１に
記載の磁気軸受を改善したもので、支持対象の軸には、
前記磁場印加手段が軸の軸線方向に沿って複数箇所に装
備される。
記載の磁気軸受を改善したもので、支持対象の軸には、
前記磁場印加手段が軸の軸線方向に沿って複数箇所に装
備される。
【００１３】そして、前記軸移動手段は、前記軸受体を
常電導状態から超電導状態に移行させるための前記冷却
手段による冷却処理期間に、超電導状態のときに印加す
べき磁場と逆向きの磁場が作用するように、軸受体に近
接する磁場印加手段を軸の移動によって切り換える。
常電導状態から超電導状態に移行させるための前記冷却
手段による冷却処理期間に、超電導状態のときに印加す
べき磁場と逆向きの磁場が作用するように、軸受体に近
接する磁場印加手段を軸の移動によって切り換える。
【００１４】
【作用】請求項１に記載の磁気軸受では、常電導状態か
ら超電導状態に移行させるための冷却処理期間には、磁
場印加手段が対応する軸受体から離間された状態に保持
されて、超電導状態の時に磁場印加手段との間に所定の
斥力を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理時に作
用することが防止される。
ら超電導状態に移行させるための冷却処理期間には、磁
場印加手段が対応する軸受体から離間された状態に保持
されて、超電導状態の時に磁場印加手段との間に所定の
斥力を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理時に作
用することが防止される。
【００１５】従って、互いに対峙する軸受体と磁場印加
手段との間に得るべき磁気反力が、軸受体を常電導状態
から超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱
められてしまうことがなく、軸受体とこれに対峙した磁
場印加手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で
支持することが可能になり、真空環境での使用に適した
磁気軸受の実用化が可能になる。
手段との間に得るべき磁気反力が、軸受体を常電導状態
から超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱
められてしまうことがなく、軸受体とこれに対峙した磁
場印加手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で
支持することが可能になり、真空環境での使用に適した
磁気軸受の実用化が可能になる。
【００１６】請求項２に記載の磁気軸受では、常電導状
態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体の基準の位置からず
れることによって、超電導状態の時に磁場印加手段との
間に所定の斥力を生ぜしめるために印加される磁場とは
逆向きの磁場が冷却処理時に作用し、冷却処理時の印加
磁場による磁化作用によって、冷却処理後の軸受体と磁
場印加手段とは、互いに同じ極性の磁極同士が対峙する
結果となり、これによって、互いに対峙する軸受体と磁
場印加手段との間に得るべき磁気反力が、強められる。
態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体の基準の位置からず
れることによって、超電導状態の時に磁場印加手段との
間に所定の斥力を生ぜしめるために印加される磁場とは
逆向きの磁場が冷却処理時に作用し、冷却処理時の印加
磁場による磁化作用によって、冷却処理後の軸受体と磁
場印加手段とは、互いに同じ極性の磁極同士が対峙する
結果となり、これによって、互いに対峙する軸受体と磁
場印加手段との間に得るべき磁気反力が、強められる。
【００１７】従って、軸受体とこれに対峙した磁場印加
手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で支持す
ることが可能になり、真空環境での使用に適した磁気軸
受の実用化が可能になる。
手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で支持す
ることが可能になり、真空環境での使用に適した磁気軸
受の実用化が可能になる。
【００１８】
【実施例】図１は、本発明に係る磁気軸受の一実施例の
構成を示したものである。この一実施例の磁気軸受は、
超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸１上に固
着された２つの永久磁石製の磁場印加手段２，３と、こ
の磁場印加手段２，３に対峙するように前記軸１が挿通
する軸受箱４内に配備された超電導体製の軸受体５，６
と、これらの軸受体５，６を冷却して超電導状態にする
冷却手段（図示略）と、この冷却手段によって前記軸受
体５，６を常電導状態から超電導状態に移行させる冷却
処理期間に前記軸１を軸線方向に移動操作する軸移動手
段８とを具備した構成で、超電導状態にある前記軸受体
５，６とこれらの軸受体に対峙する磁場印加手段２，３
との間に働く斥力によって前記軸１を支持する。
構成を示したものである。この一実施例の磁気軸受は、
超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸１上に固
着された２つの永久磁石製の磁場印加手段２，３と、こ
の磁場印加手段２，３に対峙するように前記軸１が挿通
する軸受箱４内に配備された超電導体製の軸受体５，６
と、これらの軸受体５，６を冷却して超電導状態にする
冷却手段（図示略）と、この冷却手段によって前記軸受
体５，６を常電導状態から超電導状態に移行させる冷却
処理期間に前記軸１を軸線方向に移動操作する軸移動手
段８とを具備した構成で、超電導状態にある前記軸受体
５，６とこれらの軸受体に対峙する磁場印加手段２，３
との間に働く斥力によって前記軸１を支持する。
【００１９】前記軸１は非磁性体で形成された中実の丸
軸で、一実施例の磁気軸受は前記軸１に対するスラスト
軸受として機能するものである。以下、一実施例の各構
成要素について詳述する。
軸で、一実施例の磁気軸受は前記軸１に対するスラスト
軸受として機能するものである。以下、一実施例の各構
成要素について詳述する。
【００２０】前記磁場印加手段２，３は、それぞれ軸１
の軸線方向に離間して装備されている。磁場印加手段２
は、２つのリング状の永久磁石２１，２２を組合わせた
構成である。そして、内側の磁石２１では、図１で上側
がＮ極，下側がＳ極に設定されている。また、外側の磁
石２２では、図１で上側がＳ極，下側がＮ極に設定され
ている。
の軸線方向に離間して装備されている。磁場印加手段２
は、２つのリング状の永久磁石２１，２２を組合わせた
構成である。そして、内側の磁石２１では、図１で上側
がＮ極，下側がＳ極に設定されている。また、外側の磁
石２２では、図１で上側がＳ極，下側がＮ極に設定され
ている。
【００２１】磁場印加手段３は、３つのリング状の永久
磁石３１，３２，３３を組合わせた構成である。そし
て、一番内側の磁石３１の外径は磁場印加手段２におけ
る磁石２１と等しくされ、中間の磁石３２の外径は磁場
印加手段２における磁石２２と等しくされている。しか
し、磁石３１の極性は、磁石２１とは逆で、図１で上側
がＳ極，下側がＮ極に設定されている。また、磁石３２
の極性は、磁石２２とは逆で、図１で上側がＮ極，下側
がＳ極に設定されている。また、磁石３３の極性は、図
１で上側がＳ極，下側がＮ極に設定されている。
磁石３１，３２，３３を組合わせた構成である。そし
て、一番内側の磁石３１の外径は磁場印加手段２におけ
る磁石２１と等しくされ、中間の磁石３２の外径は磁場
印加手段２における磁石２２と等しくされている。しか
し、磁石３１の極性は、磁石２１とは逆で、図１で上側
がＳ極，下側がＮ極に設定されている。また、磁石３２
の極性は、磁石２２とは逆で、図１で上側がＮ極，下側
がＳ極に設定されている。また、磁石３３の極性は、図
１で上側がＳ極，下側がＮ極に設定されている。
【００２２】これらの磁場印加手段２，３に使用する永
久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のもので、これらの磁場印
加手段２，３によって印加する磁場は、各磁場印加手段
２，３の表面部で３．７ｋＧ（ガウス）である。
久磁石は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ系のもので、これらの磁場印
加手段２，３によって印加する磁場は、各磁場印加手段
２，３の表面部で３．７ｋＧ（ガウス）である。
【００２３】前記軸受箱４は、前記軸受体５，６を固定
支持する支持枠であり、内径Ｄ0 ＝１００ｍｍ，軸線方
向の長さＬ0 ＝１５０ｍｍの非磁性体製の円筒体であ
る。
支持する支持枠であり、内径Ｄ0 ＝１００ｍｍ，軸線方
向の長さＬ0 ＝１５０ｍｍの非磁性体製の円筒体であ
る。
【００２４】前記軸受体５，６は、Ｙ1.8 Ｂａ2.4 Ｃｕ
3.4 Ｏx 組成の粉を、まず、５ｉｎｃｈの金型を使って
面圧１００トンで成型して直径が５インチで厚さが２０
ｍｍの円盤状の素材に形成し、この素材を所定の熱処理
後に、所定の切削加工を行うことによって、所望の寸法
形状にした。
3.4 Ｏx 組成の粉を、まず、５ｉｎｃｈの金型を使って
面圧１００トンで成型して直径が５インチで厚さが２０
ｍｍの円盤状の素材に形成し、この素材を所定の熱処理
後に、所定の切削加工を行うことによって、所望の寸法
形状にした。
【００２５】前記素材に行った熱処理は、まず、１１０
０℃で３０分保持した後、１０００℃から９３０℃まで
１℃／hourの温度勾配で冷却し、さらに、７００℃から
３００℃までは２００時間かけて徐冷するものである。
０℃で３０分保持した後、１０００℃から９３０℃まで
１℃／hourの温度勾配で冷却し、さらに、７００℃から
３００℃までは２００時間かけて徐冷するものである。
【００２６】以上の熱処理後の素材に対して、切削加工
を行い、軸受体５は、外径が１００ｍｍ、板厚Ｔ1 ＝２
０ｍｍの円盤状で、中央部には、軸１を挿通するための
孔５１と、磁場印加手段２を近接させるための座ぐり部
５２とを備えた構造とした。孔５１は直径Ｄ1 ＝２０ｍ
ｍで、座ぐり部５２は、直径Ｄ2 ＝５０ｍｍ、深さＬ1
＝１０ｍｍである。
を行い、軸受体５は、外径が１００ｍｍ、板厚Ｔ1 ＝２
０ｍｍの円盤状で、中央部には、軸１を挿通するための
孔５１と、磁場印加手段２を近接させるための座ぐり部
５２とを備えた構造とした。孔５１は直径Ｄ1 ＝２０ｍ
ｍで、座ぐり部５２は、直径Ｄ2 ＝５０ｍｍ、深さＬ1
＝１０ｍｍである。
【００２７】軸受体６は、外径が１００ｍｍ、板厚Ｔ2
＝２０ｍｍの円盤状で、中央部には、磁場印加手段３を
近接させるための座ぐり部６１を備えた構造とした。座
ぐり部６１は、直径Ｄ3 ＝７０ｍｍで、深さＬ2 ＝１０
ｍｍである。
＝２０ｍｍの円盤状で、中央部には、磁場印加手段３を
近接させるための座ぐり部６１を備えた構造とした。座
ぐり部６１は、直径Ｄ3 ＝７０ｍｍで、深さＬ2 ＝１０
ｍｍである。
【００２８】これらの軸受体５，６の材料特性は、２ｍ
ｍ角の試料として切り出して評価した結果、最大磁化が
１５００Ｇ（ガウス）であった。
ｍ角の試料として切り出して評価した結果、最大磁化が
１５００Ｇ（ガウス）であった。
【００２９】前記冷却手段は、図示はしていないが、液
体窒素を使ったガス冷却によって、前記軸受体５，６を
超電導状態まで冷却するものである。
体窒素を使ったガス冷却によって、前記軸受体５，６を
超電導状態まで冷却するものである。
【００３０】前記軸移動手段８は、詳細な構造は示して
いないが、前記軸１を把持する軸把持部８１と、該軸把
持部８１を軸１の軸線方向に進退操作する直線移動制御
装置８２とから構成されている。これらの軸把持部８１
および直線移動制御装置８２は、いずれも、公知の機構
を流用したものでよい。
いないが、前記軸１を把持する軸把持部８１と、該軸把
持部８１を軸１の軸線方向に進退操作する直線移動制御
装置８２とから構成されている。これらの軸把持部８１
および直線移動制御装置８２は、いずれも、公知の機構
を流用したものでよい。
【００３１】一実施例の軸移動手段８は、前記軸受体
５，６を常電導状態から超電導状態に移行させるための
冷却手段による冷却処理期間には、図２に示すように、
軸１を図１上で上方側に引き上げて、それぞれの磁場印
加手段２，３を対応する軸受体５，６から離間させる。
また、この一実施例の場合には、軸受体６に対する磁場
印加手段３を軸受体５に近接させた状態にする。
５，６を常電導状態から超電導状態に移行させるための
冷却手段による冷却処理期間には、図２に示すように、
軸１を図１上で上方側に引き上げて、それぞれの磁場印
加手段２，３を対応する軸受体５，６から離間させる。
また、この一実施例の場合には、軸受体６に対する磁場
印加手段３を軸受体５に近接させた状態にする。
【００３２】そして、軸受体５，６を常電導状態から超
電導状態に移行させるための冷却手段による冷却処理期
間が終了したら、軸移動手段８は、再び、軸１を引き下
げて、軸受体５には磁場印加手段２が接近して対峙し、
軸受体６には磁場印加手段３が接近して対峙する、通常
の使用時の状態に戻す。
電導状態に移行させるための冷却手段による冷却処理期
間が終了したら、軸移動手段８は、再び、軸１を引き下
げて、軸受体５には磁場印加手段２が接近して対峙し、
軸受体６には磁場印加手段３が接近して対峙する、通常
の使用時の状態に戻す。
【００３３】ところで、前述したように、超電導体は、
常電導状態から超電導状態に移行させるための冷却処理
時に磁場が印加されていると、その時に印加されている
磁場と同方向に磁化されるという性質があるが、一実施
例の磁気軸受では、常電導状態から超電導状態に移行さ
せるための冷却処理期間は、前記軸移動手段８による移
動操作によって、各磁場印加手段２，３をそれぞれの対
応する軸受体５，６から離間させた状態にする。そし
て、軸受体５においては、超電導状態のときに対峙する
磁場印加手段とは極性が逆向きの磁場印加手段３が近接
した状態で冷却が遂行され、また、軸受体６において
は、いずれの磁場印加手段も近接しない状態で冷却が遂
行される。
常電導状態から超電導状態に移行させるための冷却処理
時に磁場が印加されていると、その時に印加されている
磁場と同方向に磁化されるという性質があるが、一実施
例の磁気軸受では、常電導状態から超電導状態に移行さ
せるための冷却処理期間は、前記軸移動手段８による移
動操作によって、各磁場印加手段２，３をそれぞれの対
応する軸受体５，６から離間させた状態にする。そし
て、軸受体５においては、超電導状態のときに対峙する
磁場印加手段とは極性が逆向きの磁場印加手段３が近接
した状態で冷却が遂行され、また、軸受体６において
は、いずれの磁場印加手段も近接しない状態で冷却が遂
行される。
【００３４】即ち、何れの軸受体５，６においても、超
電導状態の時に磁場印加手段２，３との間に所定の斥力
を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理時に作用す
ることが防止され、前記軸受体５は、磁場印加手段３に
よる磁場が印加された状態で冷却されることによって、
超電導状態では図２に示したように、磁場印加手段３に
よる磁場と同方向に磁化された状態になる。また、軸受
体６は、磁場が印加されていない状態で冷却されること
によって、磁化されずに超電導状態になる。
電導状態の時に磁場印加手段２，３との間に所定の斥力
を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理時に作用す
ることが防止され、前記軸受体５は、磁場印加手段３に
よる磁場が印加された状態で冷却されることによって、
超電導状態では図２に示したように、磁場印加手段３に
よる磁場と同方向に磁化された状態になる。また、軸受
体６は、磁場が印加されていない状態で冷却されること
によって、磁化されずに超電導状態になる。
【００３５】そして、軸受体５，６を常電導状態から超
電導状態に移行させる冷却処理が終了して、軸移動手段
８によって軸１を元の状態に戻すと、前記軸受体５と磁
場印加手段２とは、冷却処理時における軸受体５の磁化
によって、同じ極性の磁極同士が接近することになり、
軸受体５と磁場印加手段２と間には、大きな斥力が発生
することになる。また、軸受体６は、磁場印加手段３に
よって印加される磁場によって新たに印加磁場と逆方向
に磁化され、その結果、軸受体６と磁場印加手段３との
間に所定の斥力が生じることになる。
電導状態に移行させる冷却処理が終了して、軸移動手段
８によって軸１を元の状態に戻すと、前記軸受体５と磁
場印加手段２とは、冷却処理時における軸受体５の磁化
によって、同じ極性の磁極同士が接近することになり、
軸受体５と磁場印加手段２と間には、大きな斥力が発生
することになる。また、軸受体６は、磁場印加手段３に
よって印加される磁場によって新たに印加磁場と逆方向
に磁化され、その結果、軸受体６と磁場印加手段３との
間に所定の斥力が生じることになる。
【００３６】以上の結果、一実施例の磁気軸受では、互
いに対峙する軸受体と磁場印加手段との間に得るべき磁
気反力が、各軸受体を常電導状態から超電導状態に移行
させるための冷却処理によって弱められてしまうことが
なく、各軸受体５，６とこれらの軸受体に対峙した磁場
印加手段２，３との間に働く斥力によって軸１を非接触
状態で支持することが可能になる。
いに対峙する軸受体と磁場印加手段との間に得るべき磁
気反力が、各軸受体を常電導状態から超電導状態に移行
させるための冷却処理によって弱められてしまうことが
なく、各軸受体５，６とこれらの軸受体に対峙した磁場
印加手段２，３との間に働く斥力によって軸１を非接触
状態で支持することが可能になる。
【００３７】実際の測定結果では、冷却処理時に軸移動
手段８によって各磁場印加手段２，３を対応する軸受体
５，６から離間させた一実施例では、軸受体５，６から
得られる反発力として２５ｋｇが測定されたのに対し
て、磁場印加手段２，３をそれぞれの軸受体５，６に接
近させたままで冷却処理した場合には、軸受体５，６か
ら得られる反発力の最大値は１２ｋｇ程度で、一実施例
の効果が絶大であることが確認された。
手段８によって各磁場印加手段２，３を対応する軸受体
５，６から離間させた一実施例では、軸受体５，６から
得られる反発力として２５ｋｇが測定されたのに対し
て、磁場印加手段２，３をそれぞれの軸受体５，６に接
近させたままで冷却処理した場合には、軸受体５，６か
ら得られる反発力の最大値は１２ｋｇ程度で、一実施例
の効果が絶大であることが確認された。
【００３８】図３は、本発明に係る磁気軸受の他の実施
例の構成を示したものである。この他の実施例の磁気軸
受は、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸１
００上に固着された６つの永久磁石製の磁場印加手段１
０１〜１０６と、これらの磁場印加手段１０１〜１０６
に対峙するように前記軸１００が挿通する軸受箱（図示
略）内に配備された超電導体製の軸受体１１０と、この
軸受体１００を冷却して超電導状態にする冷却手段（図
示略）と、この冷却手段によって前記軸受体１１０を常
電導状態から超電導状態に移行させる冷却処理期間に前
記軸１００を軸線方向に移動操作する軸移動手段８とを
具備した構成で、超電導状態にある前記軸受体１１０と
この軸受体１１０に対峙する各磁場印加手段１０１〜１
０６との間に働く斥力によって前記軸１００を支持す
る。
例の構成を示したものである。この他の実施例の磁気軸
受は、超電導体に磁場を印加するために支持対象の軸１
００上に固着された６つの永久磁石製の磁場印加手段１
０１〜１０６と、これらの磁場印加手段１０１〜１０６
に対峙するように前記軸１００が挿通する軸受箱（図示
略）内に配備された超電導体製の軸受体１１０と、この
軸受体１００を冷却して超電導状態にする冷却手段（図
示略）と、この冷却手段によって前記軸受体１１０を常
電導状態から超電導状態に移行させる冷却処理期間に前
記軸１００を軸線方向に移動操作する軸移動手段８とを
具備した構成で、超電導状態にある前記軸受体１１０と
この軸受体１１０に対峙する各磁場印加手段１０１〜１
０６との間に働く斥力によって前記軸１００を支持す
る。
【００３９】前記軸１００は非磁性体で形成された直径
１０ｍｍの中実の丸軸で、この他の実施例の磁気軸受は
前記軸１００に対するラジアル軸受として機能するもの
である。以下、一実施例の各構成要素について詳述す
る。
１０ｍｍの中実の丸軸で、この他の実施例の磁気軸受は
前記軸１００に対するラジアル軸受として機能するもの
である。以下、一実施例の各構成要素について詳述す
る。
【００４０】前記磁場印加手段１０１〜１０６は、Ｎｄ
−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石で、何れも同じ寸法のリング状
を呈しており、それぞれ軸１００の軸線方向に隣接して
装備されている。なお、各磁場印加手段の寸法は、内径
Ｄ5 ＝１０ｍｍ、外径Ｄ6 ＝２０ｍｍ、厚さＴ3 ＝８ｍ
ｍである。また、それぞれの磁場印加手段相互間では、
同じ磁極が隣接するように、各磁場印加手段毎に磁極方
向を設定している。例えば、一番上の磁場印加手段１０
１では、上側の磁極がＳで下側の磁極がＮであるのに対
し、二番目の磁場印加手段１０２では、上側の磁極がＮ
で下側の磁極がＳである。
−Ｆｅ−Ｂ系の永久磁石で、何れも同じ寸法のリング状
を呈しており、それぞれ軸１００の軸線方向に隣接して
装備されている。なお、各磁場印加手段の寸法は、内径
Ｄ5 ＝１０ｍｍ、外径Ｄ6 ＝２０ｍｍ、厚さＴ3 ＝８ｍ
ｍである。また、それぞれの磁場印加手段相互間では、
同じ磁極が隣接するように、各磁場印加手段毎に磁極方
向を設定している。例えば、一番上の磁場印加手段１０
１では、上側の磁極がＳで下側の磁極がＮであるのに対
し、二番目の磁場印加手段１０２では、上側の磁極がＮ
で下側の磁極がＳである。
【００４１】前記軸受体１１０は、外径Ｄ7 ＝５０ｍ
ｍ、内径Ｄ8 ＝２５ｍｍ、長さＬ3 ＝５０ｍｍの円筒体
で、Ｙ1.8 Ｂａ2.4 Ｃｕ3.4 Ｏx 組成の粉を金型を使っ
て所定寸法の円筒体に成型して、その後、一実施例と同
じ手順の熱処理を施したものである。この軸受体１１０
の材料特性は、２ｍｍ角の試料として切り出して評価し
た結果、最大磁化が１５００Ｇ（ガウス）で、一実施例
と同様であった。
ｍ、内径Ｄ8 ＝２５ｍｍ、長さＬ3 ＝５０ｍｍの円筒体
で、Ｙ1.8 Ｂａ2.4 Ｃｕ3.4 Ｏx 組成の粉を金型を使っ
て所定寸法の円筒体に成型して、その後、一実施例と同
じ手順の熱処理を施したものである。この軸受体１１０
の材料特性は、２ｍｍ角の試料として切り出して評価し
た結果、最大磁化が１５００Ｇ（ガウス）で、一実施例
と同様であった。
【００４２】なお、軸受体１１０と各磁場印加手段１０
１〜１０６との軸線方向の相対位置関係は、図３に示す
ように、軸受体１１０の端面から寸法Ｌ4 ＝１ｍｍだけ
中に入った位置に一番目の磁場印加手段１０１の端面が
くる状態を基準の位置関係としている。
１〜１０６との軸線方向の相対位置関係は、図３に示す
ように、軸受体１１０の端面から寸法Ｌ4 ＝１ｍｍだけ
中に入った位置に一番目の磁場印加手段１０１の端面が
くる状態を基準の位置関係としている。
【００４３】前記冷却手段は、一実施例の場合と同様
で、液体窒素を使ったガス冷却によって、前記軸受体１
１０を超電導状態まで冷却する。
で、液体窒素を使ったガス冷却によって、前記軸受体１
１０を超電導状態まで冷却する。
【００４４】前記軸移動手段８は、一実施例と同じ構成
のものである。ただし、この他の実施例では、軸移動手
段８は、前記軸受体１１０を常電導状態から超電導状態
に移行させるための冷却手段による冷却処理期間には、
図４に示すように、軸１００を図３上で磁場印加手段の
１個分（即ち、寸法Ｔ3 の分）だけ上方側に引き上げ
て、軸受体１１０の内周面に対峙している各磁場印加手
段を基準の位置関係の時よりも１個分ずらした状態にす
る。
のものである。ただし、この他の実施例では、軸移動手
段８は、前記軸受体１１０を常電導状態から超電導状態
に移行させるための冷却手段による冷却処理期間には、
図４に示すように、軸１００を図３上で磁場印加手段の
１個分（即ち、寸法Ｔ3 の分）だけ上方側に引き上げ
て、軸受体１１０の内周面に対峙している各磁場印加手
段を基準の位置関係の時よりも１個分ずらした状態にす
る。
【００４５】そして、軸受体１１０を常電導状態から超
電導状態に移行させるための冷却手段による冷却処理期
間が終了したら、軸移動手段８は、再び、軸１００を引
き下げて、元の基準の位置関係に戻す。
電導状態に移行させるための冷却手段による冷却処理期
間が終了したら、軸移動手段８は、再び、軸１００を引
き下げて、元の基準の位置関係に戻す。
【００４６】このようにすると、軸受体１１０は、基準
の位置関係の時（即ち、超電導状態で使用するとき）に
対峙する磁場印加手段とは極性が逆向きの磁場印加手段
が近接した状態で冷却が遂行されることになり、冷却処
理時における磁化作用によって、前記軸受体１１０は、
冷却処理が終了して超電導状態になった時には、図４に
示したように、基準の位置関係の時に対峙する各磁場印
加手段に対して同じ極性の磁極同士が接近することにな
り、軸受体１１０と各磁場印加手段１０１〜１０５と間
には、冷却処理時の磁化によってより大きな斥力が発生
することになる。なお、基準の位置関係において６番目
の磁場印加手段１０６が対峙する軸受体１１０の位置
は、冷却処理時に磁化されていないため、磁場印加手段
１０６によって印加される磁場によって新たに印加磁場
と逆方向に磁化され、その結果、所定の斥力を生じさせ
ることになる。
の位置関係の時（即ち、超電導状態で使用するとき）に
対峙する磁場印加手段とは極性が逆向きの磁場印加手段
が近接した状態で冷却が遂行されることになり、冷却処
理時における磁化作用によって、前記軸受体１１０は、
冷却処理が終了して超電導状態になった時には、図４に
示したように、基準の位置関係の時に対峙する各磁場印
加手段に対して同じ極性の磁極同士が接近することにな
り、軸受体１１０と各磁場印加手段１０１〜１０５と間
には、冷却処理時の磁化によってより大きな斥力が発生
することになる。なお、基準の位置関係において６番目
の磁場印加手段１０６が対峙する軸受体１１０の位置
は、冷却処理時に磁化されていないため、磁場印加手段
１０６によって印加される磁場によって新たに印加磁場
と逆方向に磁化され、その結果、所定の斥力を生じさせ
ることになる。
【００４７】以上の結果、図３に示した他の実施例の磁
気軸受でも、互いに対峙する軸受体と磁場印加手段との
間に得るべき磁気反力が、軸受体１１０を常電導状態か
ら超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱め
られてしまうことがなく、軸受体１１０とこれに対峙し
た磁場印加手段１０１〜１０６との間に働く斥力によっ
て軸１００を非接触状態で支持することが可能になる。
気軸受でも、互いに対峙する軸受体と磁場印加手段との
間に得るべき磁気反力が、軸受体１１０を常電導状態か
ら超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱め
られてしまうことがなく、軸受体１１０とこれに対峙し
た磁場印加手段１０１〜１０６との間に働く斥力によっ
て軸１００を非接触状態で支持することが可能になる。
【００４８】なお、本発明に係る磁気軸受において、軸
受体に使用する超電導体は、磁場印加手段との間により
大きな斥力を発生することが求められるため、磁場の印
加によって磁化されやすく、またピンニングポテンシャ
ル（磁束線のピン止め効果）の高いものが好ましく、適
正な材料としては、Ｙ系酸化物超電導体やＴl 系酸化物
超電導体などを挙げることができ、また、本願発明者の
研究によれば、Ｙ系およびＴl 系のいずれの酸化物超電
導体においても、結晶粒が大きいほうが特性が良く、部
分溶融法や溶融法を利用して結晶成長を行うことが好ま
しいという結果が判明している。このような研究成果か
ら、前述の実施例では、軸受体に使用する超電導体とし
て、Ｙ1.8 Ｂａ2.4 Ｃｕ3.4 Ｏx 組成の材料を選定した
が、本発明で軸受体に使用する超電導体は、実施例で使
用した酸化物超電導体、あるいは前述のＹ系およびＴl
系の酸化物超電導体に限定するものではない。
受体に使用する超電導体は、磁場印加手段との間により
大きな斥力を発生することが求められるため、磁場の印
加によって磁化されやすく、またピンニングポテンシャ
ル（磁束線のピン止め効果）の高いものが好ましく、適
正な材料としては、Ｙ系酸化物超電導体やＴl 系酸化物
超電導体などを挙げることができ、また、本願発明者の
研究によれば、Ｙ系およびＴl 系のいずれの酸化物超電
導体においても、結晶粒が大きいほうが特性が良く、部
分溶融法や溶融法を利用して結晶成長を行うことが好ま
しいという結果が判明している。このような研究成果か
ら、前述の実施例では、軸受体に使用する超電導体とし
て、Ｙ1.8 Ｂａ2.4 Ｃｕ3.4 Ｏx 組成の材料を選定した
が、本発明で軸受体に使用する超電導体は、実施例で使
用した酸化物超電導体、あるいは前述のＹ系およびＴl
系の酸化物超電導体に限定するものではない。
【００４９】また、以上に説明した実施例では、いずれ
も磁場印加手段を複数段に装備した構成としたが、磁場
印加手段を１段だけにすることも考えられる。
も磁場印加手段を複数段に装備した構成としたが、磁場
印加手段を１段だけにすることも考えられる。
【００５０】
【発明の効果】請求項１に記載の磁気軸受では、常電導
状態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体から離間された状態
に保持されて、超電導状態の時に磁場印加手段との間に
所定の斥力を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理
時に作用することが防止される。
状態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体から離間された状態
に保持されて、超電導状態の時に磁場印加手段との間に
所定の斥力を生ぜしめるために印加する磁場が冷却処理
時に作用することが防止される。
【００５１】従って、互いに対峙する軸受体と磁場印加
手段との間に得るべき磁気反力が、軸受体を常電導状態
から超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱
められてしまうことがなく、軸受体とこれに対峙した磁
場印加手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で
支持することが可能になり、真空環境での使用に適した
磁気軸受の実用化が可能になる。
手段との間に得るべき磁気反力が、軸受体を常電導状態
から超電導状態に移行させるための冷却処理によって弱
められてしまうことがなく、軸受体とこれに対峙した磁
場印加手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で
支持することが可能になり、真空環境での使用に適した
磁気軸受の実用化が可能になる。
【００５２】請求項２に記載の磁気軸受では、常電導状
態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体の基準の位置からず
れることによって、超電導状態の時に磁場印加手段との
間に所定の斥力を生ぜしめるために印加される磁場とは
逆向きの磁場が冷却処理時に作用し、冷却処理時の印加
磁場による磁化作用によって、冷却処理後の軸受体と磁
場印加手段とは、互いに同じ極性の磁極同士が対峙する
結果となり、これによって、互いに対峙する軸受体と磁
場印加手段との間に得るべき磁気反力が、強められる。
態から超電導状態に移行させるための冷却処理期間に
は、磁場印加手段が対応する軸受体の基準の位置からず
れることによって、超電導状態の時に磁場印加手段との
間に所定の斥力を生ぜしめるために印加される磁場とは
逆向きの磁場が冷却処理時に作用し、冷却処理時の印加
磁場による磁化作用によって、冷却処理後の軸受体と磁
場印加手段とは、互いに同じ極性の磁極同士が対峙する
結果となり、これによって、互いに対峙する軸受体と磁
場印加手段との間に得るべき磁気反力が、強められる。
【００５３】従って、軸受体とこれに対峙した磁場印加
手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で支持す
ることが可能になり、真空環境での使用に適した磁気軸
受の実用化が可能になる。
手段との間に働く斥力によって軸を非接触状態で支持す
ることが可能になり、真空環境での使用に適した磁気軸
受の実用化が可能になる。
【図１】本発明の一実施例の構成説明図である。
【図２】本発明の一実施例の作用説明図である。
【図３】本発明の他の実施例の構成説明図である。
【図４】本発明の他の実施例の作用説明図である。
１，１００ 軸 ２，３，１０１〜１０６ 磁場印加手段 ４ 軸受箱 ５，６ 軸受体 ８ 軸移動手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 39/00 F16C 32/04
Claims (2)
- 【請求項１】 超電導体に磁場を印加するために支持対
象の軸上に固着されたリング永久磁石製の磁場印加手段
と、この磁場印加手段に対峙するように前記軸が挿通す
る軸受箱内に配備された超電導体製の軸受体と、この軸
受体を冷却して超電導状態にする冷却手段と、前記軸を
上下に移動させる移動手段と、を備えて、超電導状態に
ある前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段と
の間に働く斥力によって前記軸を支持する磁気軸受であ
って、前記磁場印加手段である永久磁石は、径の異なる複数の
リング状磁石を同心円状に填め込んで、隣接するリング
状磁石の極性が互いに逆極性となるように配置したもの
であり、 前記軸受体を常電導状態から超電導状態に移行させるた
めの前記冷却手段による冷却処理期間には前記軸を軸線
方向に移動操作できる、ことを特徴とする磁気軸受。 - 【請求項２】 超電導体に磁場を印加するために支持対
象の軸上に固着されたリング状永久磁石製の磁場印加手
段と、この磁場印加手段に対峙するように前記軸が挿通
する軸受箱内に配備された超電導体製の軸受体と、この
軸受体を冷却して超電導状態にする冷却手段と、前記軸
を上下に移動させる移動手段と、を備えて、超電導状態
にある前記軸受体とこの軸受体に対峙する磁場印加手段
との間に働く斥力によって前記軸を支持する磁気軸受で
あって、支持対象の軸に、複数のリング状永久磁石が前記軸を中
心としての軸線方向に沿って隣接して装備され、隣接す
るリング磁石の相対する極性が互いに逆極性となるよう
に配置したものであり、 前記軸受体を常電導状態から超電導状態に移行させるた
めの前記冷却手段による冷却処理期間には、前記軸の移
動手段により軸を引き上げ、冷却終了後は引き下げる、
ことを特徴とする磁気軸受。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09779392A JP3192207B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 磁気軸受 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09779392A JP3192207B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 磁気軸受 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05299706A JPH05299706A (ja) | 1993-11-12 |
| JP3192207B2 true JP3192207B2 (ja) | 2001-07-23 |
Family
ID=14201692
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09779392A Expired - Fee Related JP3192207B2 (ja) | 1992-04-17 | 1992-04-17 | 磁気軸受 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3192207B2 (ja) |
-
1992
- 1992-04-17 JP JP09779392A patent/JP3192207B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05299706A (ja) | 1993-11-12 |
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