JP4808683B2 - Stabilizing method of magnetic bearing using high temperature superconducting bulk body and magnetic bearing thereof - Google Patents
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Description
本発明は、高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法及びその磁気軸受に関するものである。 The present invention relates to a method for stabilizing a magnetic bearing using a high-temperature superconducting bulk body and the magnetic bearing.
従来、超電導バルク体を利用した磁気軸受においては、超電導バルク体の磁気浮上特性が時間的に劣化するという問題がある。この現象があると回転軸が降下するという現象が発生する(下記特許文献1、非特許文献1参照)。
Conventionally, in a magnetic bearing using a superconducting bulk body, there is a problem that the magnetic levitation characteristics of the superconducting bulk body deteriorate with time. When this phenomenon occurs, a phenomenon occurs in which the rotating shaft descends (see
また、下記非特許文献2によれば、回転時に曝される磁場変動、例えば高温超電導バルク体が左右方向に変位することで、高温超電導バルク体が1回転する際に経験する磁場が変動することなどによって回転損失が生じて、浮上力に変化が生じることがある。
Further, according to the following Non-Patent
前者においては、予荷重法といって、あらかじめ軸受負担荷重より大きな荷重を与えて磁束クリープを促進させておくことで、通常の使用荷重での磁束クリープ量を減少させて、軸の降下を抑制する方法が提案されている。また、冷却温度を高温超電導バルク体の臨界温度以下で通常の使用温度より高い値に設定して荷重と磁場を付与した後、通常の使用温度に冷却することで予荷重法と同じ効果を発揮させるという過冷却法という方法が提案されている。 In the former, the preload method is called a preload method, in which a load larger than the bearing burden load is applied in advance to promote magnetic flux creep, thereby reducing the amount of magnetic flux creep under normal operating load and suppressing shaft descent. A method has been proposed. The same effect as the preload method can be achieved by setting the cooling temperature to a value lower than the critical temperature of the high-temperature superconducting bulk body and higher than the normal operating temperature, applying a load and magnetic field, and then cooling to the normal operating temperature. A method called a supercooling method is proposed.
図14は、従来のスラスト磁気軸受の一例を示す断面図である。 FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a conventional thrust magnetic bearing.
回転軸101に高温超電導バルク体102を適用し、軸受の浮上力や案内力となる電磁力を高温超電導バルク体102に作用させるために磁気発生装置を固定側に配置している。なお、105は高温超電導バルク体102を浸している冷媒である。
A high-temperature
これは高温超電導バルク体102でスラスト方向の荷重を支持する磁気軸受を表したもので、回転軸101のラジアル方向支持等については省略している。電磁石103にはソレノイド型のコイル104を用いている。電磁石103と高温超電導バルク体102との間に作用する電磁力の大きさは、高温超電導バルク体102の置かれた磁場の大きさと、その場所での磁場の変化率を乗じた磁気力場という指標で表すことができる。
This represents a magnetic bearing that supports a load in the thrust direction by the high-temperature
ここで、超電導体バルク体が発生する電磁力(軸方向)FZ について説明する。 Here, the electromagnetic force superconductor bulk body is generated for (axially) F Z will be described.
FZ ={(π2 Rd 4 )/〔Lcyl (Rd ,t)〕}×〔(Bz )(∂Bz /∂z)
ここで、Lcyl は超電導バルク体に流れる超電導シールド電流の自己インダクタンス、Rd は超電導バルク体の半径、tは超電導バルク体の厚さであり、(π2 Rd 4 )/〔Lcyl (Rd ,t)〕は、超電導バルク体の形状因子となる。Bz は超電導バルク体の置かれた空間の軸方向の磁場であり、∂Bz /∂zは磁場勾配(軸方向)、Bz (∂Bz /∂z)は磁気力場(軸方向)と呼ばれる超電導コイルの磁場分布を表す指標である。つまり、電磁石と超電導バルク体との間に作用する電磁力の大きさは、超電導バルク体の形状と磁気力場とで表すことができる。
F z = {(π 2 R d 4 ) / [L cyl (R d , t)]} × [(B z ) (∂B z / ∂z)
Here, L cyl is the self-inductance of the superconducting shield current flowing in the superconducting bulk body, R d is the radius of the superconducting bulk body, t is the thickness of the superconducting bulk body, and (π 2 R d 4 ) / [L cyl ( R d , t)] is a form factor of the superconducting bulk body. B z is the magnetic field in the axial direction of the space where the superconducting bulk body is placed, ∂B z / ∂z is the magnetic field gradient (axial direction), and B z (∂B z / ∂z) is the magnetic force field (axial direction) ) Is an index representing the magnetic field distribution of the superconducting coil. That is, the magnitude of the electromagnetic force acting between the electromagnet and the superconducting bulk body can be expressed by the shape of the superconducting bulk body and the magnetic force field.
図中では、磁場分布を実曲線、磁気力場の分布を破線で示している。これらのカーブは回転軸101の中心線上のZ方向成分を表したものである。浮上力を支持する目的で利用する場合は、このように高温超電導バルク体102が下に行くほど磁気力場が大きくなるので、それに従って浮上力となる電磁力が大きくなる位置を選択する。この場合、高温超電導バルク体102の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失があると、回転軸101を支持している高温超電導バルク体102が下がろうとするが、それに伴い磁気力が大きくなるため、浮上力が大きくなる。従って、短時間ではほぼ同じ位置を保つことが可能である。しかしながら、長時間運転により時間劣化や回転損失が進むと、高温超電導バルク体102の劣化の度合いが磁気力場の増加と釣り合わなくなる時点で突然、軸受に負荷されている荷重を支えられなくなり、回転軸101が瞬時に落下してしまう危険性がある。
In the figure, the magnetic field distribution is indicated by a solid curve, and the magnetic force field distribution is indicated by a broken line. These curves represent the Z direction component on the center line of the
図15に従来技術を模擬した高温超電導バルク体の回転実験の一例を示す。図15において、Gはコイル電流、Hは浮上力、Iは回転速度を示している。これは、高温超電導バルク体を回転体として配置し、固定側に超電導コイルを適用した磁気軸受において、高温超電導バルク体におよそ2.5kNの浮上力が発生している状態で、1000rpmで回転させて10分間の浮上力の変化をモニタしたものである。また、図16にはこの従来技術の模擬試験の結果のうち、浮上力の変化を拡大表示したものを示す。図16において、Jは浮上力、Kは回転速度を示している。 FIG. 15 shows an example of a rotation experiment of a high-temperature superconducting bulk body that simulates the prior art. In FIG. 15, G indicates the coil current, H indicates the levitation force, and I indicates the rotational speed. This is because a high-temperature superconducting bulk body is arranged as a rotating body, and in a magnetic bearing in which a superconducting coil is applied to the stationary side, the high-temperature superconducting bulk body is rotated at 1000 rpm with a levitation force of approximately 2.5 kN generated. The change in levitation force for 10 minutes is monitored. FIG. 16 shows an enlarged display of the change in levitation force among the results of the simulation test of the prior art. In FIG. 16, J indicates the levitation force, and K indicates the rotational speed.
図16において、高温超電導バルク体が回転を開始したA点から回転を停止したB点まで、浮上力は徐々に低下している。回転を停止したB点では浮上力は一定に落ち着いている。この実験は回転損失を模擬したような結果になっているが、この浮上力の低下がクリープによるものであったとしてもほぼ同じ傾向を示す。
上記したように、高温超電導バルク体を利用した磁気軸受においては、高温超電導バルク体の磁気浮上特性が時間的に劣化するという問題がある。この現象があると回転軸の降下現象が発生する。また、回転時に曝される磁場変動、例えば、高温超電導バルク体が左右方向に変位することで、高温超電導バルク体が1回転する際に経験する磁場が変動することなどによって回転損失が生じて浮上力が低下するという問題もある。 As described above, in the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body, there is a problem that the magnetic levitation characteristics of the high-temperature superconducting bulk body deteriorate with time. When this phenomenon occurs, the rotating shaft descends. Further, the magnetic field exposure during rotation, for example, displacement of the high-temperature superconducting bulk body in the left-right direction causes a rotational loss due to fluctuations in the magnetic field experienced when the high-temperature superconducting bulk body makes one rotation. There is also a problem that power is reduced.
更に、回転軸に高温超電導バルク体を適用し、軸受の浮上力や案内力となる電磁力を高温超電導バルク体に作用させるための磁気発生装置を固定側に配置した磁気軸受では、短時間運転では軸の降下がほとんど生じないが、長時間運転により時間劣化や回転損失が進むと、高温超電導バルク体の劣化の度合いが磁気力場の増加と釣り合わなくなる時点で突然、軸受に負荷されている荷重を支えられなくなり、回転軸が瞬時に落下する可能性がある。この現象は回転軸の破壊につながりかねない不安定挙動であり、大変危険である。 In addition, a magnetic bearing that uses a high-temperature superconducting bulk body on its rotating shaft and has a magnet generator on the fixed side that acts on the high-temperature superconducting bulk body to act on the high-temperature superconducting bulk body. However, the shaft does not almost drop, but if time degradation or rotation loss progresses due to long-term operation, the bearing is suddenly loaded when the degree of deterioration of the high-temperature superconducting bulk body does not balance with the increase in the magnetic force field. The load can no longer be supported, and the rotating shaft may drop instantaneously. This phenomenon is an unstable behavior that can lead to the destruction of the rotating shaft and is very dangerous.
本発明は、上記状況に鑑みて、高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、高温超電導バルク体の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失があっても、軸受能力が変動しない磁気軸受の安定化方法及びその磁気軸受を提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a magnetic bearing that uses a high-temperature superconducting bulk body. Even if there is a temporal deterioration in the magnetic levitation characteristics of the high-temperature superconducting bulk body or rotational loss, the magnetic bearing stability does not vary. It is an object of the present invention to provide a method and a magnetic bearing thereof.
本発明は、上記目的を達成するために、
〔1〕高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法において、回転軸に高温超電導バルク体を組み込み、この高温超電導バルク体に浮上力や案内力となる電磁力を作用させるための磁気発生装置を固定側に配置し、この磁気発生装置の発生する電磁力を調整することにより、前記高温超電導バルク体の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失が発生しても、軸受能力に変動を生じさせないようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides
[1] In a magnetic bearing stabilization method using a high-temperature superconducting bulk body, magnetism is generated by incorporating a high-temperature superconducting bulk body into the rotating shaft and applying an electromagnetic force as a levitation force or guide force to the high-temperature superconducting bulk body By arranging the device on the fixed side and adjusting the electromagnetic force generated by this magnetism generator, even if the magnetic levitation characteristics of the high-temperature superconducting bulk body deteriorate over time or the rotation loss occurs, the bearing capacity varies. It is characterized by not generating it.
〔2〕上記〔1〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法において、磁気軸受の負担荷重を検出して、その情報を利用して前記固定側に配置された磁気発生装置の磁場を調整して磁気軸受を安定化させることを特徴とする。 [2] In the method for stabilizing a magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body described in [1] above, a magnetic generator arranged on the fixed side by detecting a burden load of the magnetic bearing and using the information The magnetic bearing is adjusted to stabilize the magnetic bearing.
〔3〕上記〔1〕又は〔2〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法において、前記磁気発生装置が電磁石からなることを特徴とする。 [3] In the method for stabilizing a magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk material according to [1] or [2], the magnetism generator is made of an electromagnet.
〔4〕上記〔3〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法において、前記電磁石が超電導材料からなるコイルを有することを特徴とする。 [4] In the method for stabilizing a magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk material according to [3], the electromagnet includes a coil made of a superconducting material.
〔5〕高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、回転軸に組み込まれる高温超電導バルク体と、この高温超電導バルク体に浮上力や案内力となる電磁力を作用させるように固定側に配置した磁気発生装置と、この磁気発生装置の発生する電磁力を調整する電磁力調整手段とを具備することを特徴とする。 [5] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body, the high-temperature superconducting bulk body incorporated in the rotating shaft and the high-temperature superconducting bulk body are arranged on the fixed side so that the electromagnetic force as a levitation force and a guiding force acts on the high-temperature superconducting bulk body. It is characterized by comprising a magnetic generator and electromagnetic force adjusting means for adjusting the electromagnetic force generated by the magnetic generator.
〔6〕上記〔5〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、磁気軸受の負担荷重を検出する荷重検出手段と、この荷重検出手段の情報を利用して前記固定側に配置された磁気発生装置の磁場を調整する電磁力調整手段を具備することを特徴とする。 [6] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body described in [5] above, the load detecting means for detecting the load applied to the magnetic bearing and the information on the load detecting means are arranged on the fixed side. Electromagnetic force adjusting means for adjusting the magnetic field of the magnetism generator is provided.
〔7〕上記〔5〕又は〔6〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、前記磁気発生装置が電磁石であることを特徴とする。 [7] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk material according to [5] or [6], the magnetic generator is an electromagnet.
〔8〕上記〔5〕又は〔6〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、前記電磁石が超電導材料からなるコイルを具備することを特徴とする。 [8] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body according to [5] or [6], the electromagnet includes a coil made of a superconducting material.
〔9〕上記〔5〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、超電導磁気軸受の電磁力劣化を防止するための制御に使用する荷重検出器を超電導磁気軸受の磁場発生装置と分離して、荷重の変化分のみを検出するために別置したことを特徴とする。 [9] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk material described in [5] above, a load detector used for control for preventing electromagnetic force deterioration of the superconducting magnetic bearing is separated from the magnetic field generator of the superconducting magnetic bearing. In order to detect only the change in load, it is provided separately.
〔10〕上記〔9〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、前記荷重検出器を備える荷重検出部にスラスト軸受を設置して、このスラスト軸受を介して片持ち梁からなるカンチレバーの曲げを検出することによって回転体の上下方向の荷重変化を検出するようにしたことを特徴とする。 [10] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body described in [9] above, a thrust bearing is installed in a load detection unit including the load detector, and a cantilever made of a cantilever is interposed through the thrust bearing. It is characterized in that a load change in the vertical direction of the rotating body is detected by detecting the bending.
〔11〕上記〔9〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、前記荷重検出器を備える荷重検出部に磁気支持を利用して、前記回転体に接触することなく回転体を支持している上下方向の荷重変化を検出するようにしたことを特徴とする。 [11] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body according to [9] above, the rotating body is supported without contacting the rotating body by using a magnetic support for a load detection unit including the load detector. It is characterized in that a change in load in the vertical direction is detected.
〔12〕上記〔11〕記載の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受において、前記荷重検出器を備える荷重検出部の磁気支持に、永久磁石と磁性材による吸引力を用いるようにしたことを特徴とする。 [12] In the magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body described in [11] above, an attraction force by a permanent magnet and a magnetic material is used for magnetic support of a load detection unit including the load detector. And
本発明によれば、高温超電導バルク体の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失があっても、軸受能力が変動しない、安定した磁気軸受を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stable magnetic bearing in which the bearing capacity does not fluctuate even if the magnetic levitation characteristic of the high-temperature superconducting bulk body is temporally deteriorated or rotational loss occurs.
また、磁気軸受により支持されている回転体が大型化すると荷重検出精度が低下するといった問題点を解決し、回転体を支持する電磁力の大きさに影響を受けずに精度よく、電磁力の変化を検出することができる。 In addition, it solves the problem that the load detection accuracy decreases when the rotating body supported by the magnetic bearing is enlarged, and the electromagnetic force of the electromagnetic force is not affected by the magnitude of the electromagnetic force supporting the rotating body. Changes can be detected.
本発明の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の安定化方法は、回転軸に高温超電導バルク体を組み込み、この高温超電導バルク体に浮上力や案内力となる電磁力を作用させるための磁気発生装置を固定側に配置し、この磁気発生装置の発生する電磁力を調整することにより、前記高温超電導バルク体の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失が発生しても、軸受能力に変動を生じさせないようにした。 The method of stabilizing a magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body according to the present invention includes the generation of magnetism for incorporating a high-temperature superconducting bulk body into a rotating shaft and applying an electromagnetic force as a levitation force or a guiding force to the high-temperature superconducting bulk body. By arranging the device on the fixed side and adjusting the electromagnetic force generated by this magnetism generator, even if the magnetic levitation characteristics of the high-temperature superconducting bulk body deteriorate over time or the rotation loss occurs, the bearing capacity varies. It was made not to make it occur.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
図1は本発明の第1実施例を示す高温超電導バルク体を利用した磁気軸受を示す模式図である。 FIG. 1 is a schematic view showing a magnetic bearing using a high-temperature superconducting bulk body according to a first embodiment of the present invention.
この図において、1は架台、2はその架台1に配置される回転子2Aと電機子2Bとからなる電動・発電機(M/G)、3はその電動・発電機(M/G)2からつり下げられる回転軸、4はその回転軸3に組み込まれる高温超電導バルク体、4Aは真空断熱容器、4Bは高温超電導バルク体4を浸している冷媒、5は固定側に配置される磁気発生装置としての電磁石、5Aは電磁石5のコイル、6は電磁石架台、7はこの電磁石架台6内で回転軸の下端に配置されるフライホイール、8は電磁石5の下に配置される荷重検出器、9は第1のラジアル軸受、10は第2のラジアル軸受、11はバックアップ用スラスト軸受である。
In this figure, 1 is a pedestal, 2 is an electric motor / generator (M / G) composed of a
このように、回転軸3に高温超電導バルク体4を組み込み、軸受の浮上力や案内力となる電磁力を高温超電導バルク体4に作用させるために磁気発生装置としての電磁石5を固定側に配置した磁気軸受を例にとって説明する。
As described above, the high-temperature
これはスラスト方向に高温超電導バルク体4を用いた磁気軸受を適用した電力貯蔵用フライホイールの一例である。磁気発生装置としての電磁石5にはソレノイド型を用いている。スラスト方向の磁気軸受について述べるため、ラジアル方向磁気軸受9,10とバックアップ用スラスト軸受11については略号で示している。
This is an example of a power storage flywheel to which a magnetic bearing using the high-temperature
本発明では、磁気発生装置としての電磁石5の下に配置した荷重検出器8で磁気軸受が負担している軸受荷重を検知して、その荷重を変化させないように磁気発生装置としての電磁石5の通電電流値を調整する。これにより、高温超電導バルク体4の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失があっても、磁気軸受の発生力は安定しており、回転軸3の降下が発生することはない。
In the present invention, the
図5及び図6に示した従来技術の模擬実験に対して、本発明の適用例として超電導コイルの通電電流値を変化させて、浮上力を一定に保った実験を行った。 In contrast to the simulation experiments of the prior art shown in FIGS. 5 and 6, an experiment was conducted in which the energizing current value of the superconducting coil was changed and the levitation force was kept constant as an application example of the present invention.
図2は従来技術の模擬実験結果と本発明の適用例の模擬実験結果を併せて示す図である。図2において、Aは本発明の固定側のコイルの制御ありの場合の浮上力、Bは従来の制御なしの場合の浮上力、Cは回転速度を示している。 FIG. 2 is a diagram showing a result of a simulation experiment of the prior art and a simulation experiment result of an application example of the present invention. In FIG. 2, A is the levitation force with the control of the fixed coil of the present invention, B is the levitation force without the conventional control, and C is the rotational speed.
図3に本発明の適用例の詳細を示している。図3において、Dは浮上力、Eは超電導コイル電流、Fは超電導コイル電圧を示している。 FIG. 3 shows details of an application example of the present invention. In FIG. 3, D represents the levitation force, E represents the superconducting coil current, and F represents the superconducting coil voltage.
本実施例では、回転軸3の浮上力の低下をモニタして、磁気発生装置としての電磁石5の磁石のコイル5Aの通電電流を30秒から1分間隔で調整している。電圧の立ち上がっている箇所が電流を変化させたところである。このように荷重検出器8による荷重変化をモニタし、その荷重の変化に応じて浮上力を制御することで回転軸3の浮上力をほぼ一定に保つことが可能である。
In this embodiment, the decrease in the levitation force of the
図4は本発明の第2実施例を示す高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の荷重検出装置の上面図、図5は図4のA−A線断面図、図6は図4のB−B線断面図におけるカンチレバーを示す図、図7はそのカンチレバーに設けられる荷重検出装置の一例を示す図である。 4 is a top view of a load detecting device for a magnetic bearing using a high-temperature superconducting bulk body according to a second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. The figure which shows the cantilever in B sectional drawing, FIG. 7: is a figure which shows an example of the load detection apparatus provided in the cantilever.
これらの図において、20は固定部、21は回転体の回転軸、22はスラスト軸受であり、このスラスト軸受22は、玉、保持器からなるボールベアリング組立体24、ハウジング軌道盤24a、軸軌道盤24bで構成される。軸軌道盤24bを回転体の回転軸21に固定したリング23の構部分に嵌め合わせる。25は片持ち梁(カンチレバー)であり、26はそのカンチレバーに配置される荷重検出器である。これは、カンチレバー25の曲げを検出する歪ゲージでも良い。
In these drawings,
この荷重検出器26は、図7に示すように、カンチレバー25の根元部分に4アクティブゲージを配置する。
As shown in FIG. 7, the
ここで、歪み量εO =ε1 −ε2 +ε3 −ε4 において、ε1 ,ε2 ,ε3 ,ε4 の絶対値が等しく、ε1 とε3 が引張歪み、ε2 とε4 が圧縮歪みになるように結線すれば、1ゲージの場合4倍の歪み量を得ることができる。 Here, in the strain amount ε O = ε 1 −ε 2 + ε 3 −ε 4 , the absolute values of ε 1 , ε 2 , ε 3 , ε 4 are equal, ε 1 and ε 3 are tensile strains, ε 2 and ε If the wires are connected so that 4 becomes compressive strain, four times the amount of strain can be obtained in the case of 1 gauge.
この第2実施例では、上記した第1実施例のように磁気発生装置としての電磁石5の下に配置した荷重検出器8で磁気軸受が負担している軸受荷重を検知するのに代えて、荷重検出器26にスラスト軸受22を取り付けて、この固定側を片持ち梁(カンチレバー)25で支持して、その曲応力により、荷重を検出するようにした。この荷重検出器26のスラスト軸受22は負担荷重が小さいため、大きな抵抗にはならない利点がある。
In this second embodiment, instead of detecting the bearing load borne by the magnetic bearing with the
図8は本発明の第3実施例を示す高温超電導バルク体を利用した磁気軸受の荷重検出装置の断面図、図9は図8の上面図(C−C線位置より下側を見た状態の断面図)、図10は図8の底面図(A−A線位置より上側を見た状態の断面図)、図11は図8のB−B線位置より上側を見た状態の断面図、図12は図11のD−D線断面図、図13は磁石と鉄板との距離(X)と吸引力(F)との関係を示す図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view of a magnetic bearing load detection device using a high-temperature superconducting bulk body according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a top view of FIG. FIG. 10 is a bottom view of FIG. 8 (a cross-sectional view of the state above the position AA), and FIG. 11 is a cross-sectional view of the state above the position BB of FIG. 12 is a sectional view taken along the line DD of FIG. 11, and FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the distance (X) between the magnet and the iron plate and the attractive force (F).
これらの図において、30は固定部、31は固定部30から突出する基台、32は回転体の回転軸、33は回転軸32に固定される磁性材リング、34は複数のネオジウム磁石35を支持する支持体、36は支持体34の水平面内の位置を固定して、上下方向の自由度を許容するためのリニアガイド、37は基台31に配置され、リニアガイド36で案内される支持体34の上下方向の荷重を受ける荷重検出器である。
In these drawings, 30 is a fixed portion, 31 is a base projecting from the fixed
この実施例では、永久磁石(ネオジウム磁石35)と鉄(磁性材リング33)による吸引力を利用するようにしている。 In this embodiment, an attractive force by a permanent magnet (neodymium magnet 35) and iron (magnetic material ring 33) is used.
荷重検出器37に磁気を利用した非接触荷重伝達方式を採用することで、抵抗を全く排除することが可能となる。
By adopting a non-contact load transmission method using magnetism for the
より具体的には、φ20×10mmのネオジウム磁石(Neo48)35を支持体34としての固定側リング上に同心円上に10個配置する。なお、各磁石間には十分な離隔がとってあるので、磁力が相互に干渉しないようになっている。回転体側の回転軸32には磁性材リング33を設けておき、この磁性材リング33と固定側リング(支持体34)に固定したネオジウム磁石35との空隙が3mm程度となるように設定する。
More specifically, ten neodymium magnets (Neo48) 35 having a diameter of 20 × 10 mm are arranged concentrically on the stationary ring as the
図13に示すように、縦軸に吸引力F、横軸に磁石と鉄板との距離Xをとると、曲線aのようになる(磁石マグネットNeoMag通信2006年8月号、1/2ページ参照)。これから明らかなように、ネオジウム磁石35の1個当たりの磁性材リング33との吸引力は、空隙2〜4mmで9〜5kgf程度に変化する。したがって、磁気支持のばね定数は2kgf/mm程度となる。10個の並列ばねでは、20kgf/mmである。0.1mmの変位で2kgfの荷重変化が生じる。固定側リング(支持体34)に小容量で高精度な荷重検出器(荷重変換器)37を設置することで、荷重変化を検出して、非接触で電磁力変化を検出することができる。
As shown in FIG. 13, when the vertical axis represents the attractive force F and the horizontal axis represents the distance X between the magnet and the iron plate, a curve a is obtained (see Magnet Magnet NeoMag Communication August 2006 issue,
このように、本発明では、従来の発明において、電磁力を計測している荷重検出器を、固定側磁場発生装置から分離させて、電磁力の変化分のみを測定する荷重検出器を設置する。これにより、回転体質量、すなわち、回転体を支持する電磁力の大きさに影響を受けずに精度よく、電磁力の変化を検出することができる。 Thus, in the present invention, in the conventional invention, the load detector that measures the electromagnetic force is separated from the fixed-side magnetic field generator, and the load detector that measures only the change in the electromagnetic force is installed. . Thereby, the change of the electromagnetic force can be detected accurately without being affected by the mass of the rotating body, that is, the magnitude of the electromagnetic force that supports the rotating body.
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。 In addition, this invention is not limited to the said Example, Based on the meaning of this invention, a various deformation | transformation is possible and these are not excluded from the scope of the present invention.
本発明の高温超電導バルク体を利用した磁気軸受は、高温超電導バルク体の磁気浮上特性の時間的劣化や回転損失があっても、軸受能力が変動しない、安定した磁気軸受として利用可能である。 The magnetic bearing using the high-temperature superconducting bulk body of the present invention can be used as a stable magnetic bearing in which the bearing capacity does not fluctuate even if the magnetic levitation characteristics of the high-temperature superconducting bulk body deteriorate with time or rotation loss.
1 架台
2 電動・発電機(M/G)
2A 回転子
2B 電機子
3 回転軸
4 高温超電導バルク体
4A 真空断熱容器
4B 冷媒
5 磁気発生装置としての電磁石
5A 磁石のコイル
6 電磁石架台
7 フライホイール
8 荷重検出器
9 第1のラジアル軸受
10 第2のラジアル軸受
11 バックアップ用スラスト軸受
20,30 固定部
21,32 回転体の回転軸
22 スラスト軸受
23,33 磁性材リング
24 ボールベアリング組立体
24a ハウジング軌道盤
24b 軸軌道盤
25 片持ち梁(カンチレバー)
26 カンチレバーに配置される荷重検出器
31 固定部から突出する基台
34 複数のネオジウム磁石を支持する支持体
35 ネオジウム磁石
36 支持体に固定されるリニアガイド
37 荷重検出器
1 Stand 2 Motor / Generator (M / G)
26 A load detector disposed on the cantilever 31 A base projecting from the fixed portion 34 A support body supporting a plurality of
Claims (12)
(a)回転軸に組み込まれる高温超電導バルク体と、
(b)該高温超電導バルク体に浮上力や案内力となる電磁力を作用させるように固定側に配置した磁気発生装置と、
(c)該磁気発生装置の発生する電磁力を調整する電磁力調整手段とを具備することを特徴とする高温超電導バルク体を利用した磁気軸受。 In magnetic bearings using high-temperature superconducting bulk materials,
(A) a high-temperature superconducting bulk body incorporated in the rotating shaft;
(B) a magnetism generator arranged on the fixed side so that an electromagnetic force that acts as a levitating force or a guiding force acts on the high-temperature superconducting bulk body;
(C) A magnetic bearing using a high-temperature superconducting bulk body, comprising electromagnetic force adjusting means for adjusting an electromagnetic force generated by the magnetism generator.
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