JPH0751971B2

JPH0751971B2 - 軸受装置

Info

Publication number: JPH0751971B2
Application number: JP3065762A
Authority: JP
Inventors: 宗昭芝山; 良一高畑; 拓知上山
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPH04300419A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軸受装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、回転体の高速回転と高剛性を可能
にした軸受装置として、非接触状態で回転体を支持しう
る超電導軸受装置が考えられている。

【０００３】そして、本出願人は、先に、回転体に取付
けられた永久磁石と、これに対向するように配置される
超電導体とを備えており、上記永久磁石が、上記回転体
の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化しない
ように上記回転体に設けられ、上記超電導体が上記永久
磁石の磁束侵入を許容するもので、上記永久磁石の磁束
が所定量侵入する離間位置であってかつ上記回転体の回
転によって侵入磁束の分布が変化しない位置に配置され
ている超電導軸受装置を提案した（特願平２−２９３２
５６号参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な超電導軸受装置では、回転体が高周波電動機により回
転させられると、回転体にアキシアル方向および／また
はラジアル方向の振動が発生し、しかもその減衰性能が
悪いという問題がある。その結果、回転体を高速回転を
させることができないという問題がある。

【０００５】この発明の目的は、上記の問題を解決した
軸受装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】第１の発明の軸受装置
は、回転体と、回転体を固定部に対して非接触状態で支
持する軸受部とを備えた軸受装置であって、回転体の周
囲に環状永久磁石部が同心状に配置され、環状永久磁石
部に、回転体の回転軸心方向を向いた磁束が存在する環
状磁気ギャップが全周にわたって形成され、回転体に、
環状あるいは円板状導体が同心状にかつ固定状に設けら
れ、環状あるいは円板状導体が永久磁石部の磁気ギャッ
プ内を移動しうるようになされているものである第２の
発明の軸受装置は、回転体と、回転体を固定部に対して
非接触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であっ
て、回転体の周囲に環状永久磁石部が同心状に配置さ
れ、環状永久磁石部に、回転体の半径方向を向いた磁束
が存在する環状磁気ギャップが全周にわたって形成さ
れ、回転体に、回転軸心と平行な円筒状導体が同心状に
かつ固定状に設けられ、円筒状導体が永久磁石部の磁気
ギャップ内を移動しうるようになされているものであ
る。

【０００７】第３の発明の軸受装置は、回転体と、回転
体を固定部に対して非接触状態で支持する軸受部とを備
えた軸受装置であって、回転体の周囲に複数の永久磁石
部が周方向に間隔をおいて同心状に配置され、各永久磁
石部に、回転体の回転軸心方向を向いた磁束が存在する
磁気ギャップが形成され、回転体に、環状あるいは円板
状不良導体が同心状にかつ固定状に設けられ、環状ある
いは円板状不良導体に、回転軸心方向から見て８の字状
でかつその交差部において互いに絶縁されている多数の
導線が、その長さ方向を回転体の半径方向に向けかつ周
方向に間隔をおいて取付けられ、導線が永久磁石部の磁
気ギャップ内を移動しうるようになされているものであ
る。

【０００８】第４の発明の軸受装置は、回転体と、回転
体を固定部に対して非接触状態で支持する軸受部とを備
えた軸受装置であって、回転体の周囲に複数の永久磁石
部が周方向に間隔をおいて同心状に配置され、各永久磁
石部に、回転体の半径方向を向いた磁束が存在する磁気
ギャップが形成され、回転体に、回転軸心と平行な円筒
状不良導体が同心状にかつ固定状に設けられ、円筒状不
良導体に、回転体の半径方向から見て８の字状でかつそ
の交差部において互いに絶縁されている多数の導線が、
その長さ方向を回転体の回転軸心方向を向けかつ周方向
に間隔をおいて取付けられ、導線が永久磁石部の磁気ギ
ャップ内を移動しうるようになされているものである。

【０００９】第５の発明の軸受装置は、回転体と、回転
体を固定部に対して非接触状態で支持する軸受部とを備
えた軸受装置であって、回転体の周囲に複数の永久磁石
部が周方向に間隔をおいて同心状に配置され、各永久磁
石部に、回転体の回転軸心方向を向いた磁束が存在する
磁気ギャップが形成され、回転体に、環状不良導体が同
心状にかつ固定状に設けられ、環状不良導体に環状導体
部が取付けられ、環状導体部が、回転軸心と平行な複数
の円筒状導体が互いに絶縁状態となるように同心状に積
層されることにより形成され、導体部が永久磁石部の磁
気ギャップ内を移動しうるようになされているものであ
る。

【００１０】第６の発明の軸受装置は、回転体と、回転
体を固定部に対して非接触状態で支持する軸受部とを備
えた軸受装置であって、回転体の周囲に複数の永久磁石
部が周方向に間隔をおいて同心状に配置され、各永久磁
石部に、回転体の半径方向を向いた磁束が存在する磁気
ギャップが形成され、回転体に、回転軸心と平行な円筒
状不良導体が同心状にかつ固定状に設けられ、円筒状不
良導体に環状導体部が取付けられ、環状導体部が、複数
の環状導体が互いに絶縁状態となるように回転軸心方向
に積層されることにより形成され、導体部が永久磁石部
の磁気ギャップ内を移動しうるようになされているもの
である。

【００１１】第７の発明の軸受装置は、回転体に同心状
にかつ固定状に設けられた環状の永久磁石部と、永久磁
石部と対向するように配置された環状超電導体部とを備
えており、環状超電導体部が、互いに近接して配置され
た複数の塊状超電導体を備えており、各塊状超電導体
が、永久磁石部の発する磁束の侵入を許容し、かつ超電
導状態で侵入磁束を拘束しうるものであり、すべての超
電導体のうちの少なくとも１つの超電導体の磁束拘束力
が他の残りのものの磁束拘束力よりも小さくなされてい
るものである。

【００１２】

【作用】第１の発明の軸受装置の場合、回転体がラジア
ル方向に移動すると、環状あるいは円板状導体も回転体
とともにラジアル方向に移動するが、このとき導体に与
えられている磁束が変化するので、導体には、この磁束
の変化を妨げる向きに磁束を生じさせるうず電流が流れ
る。したがって、導体には上記移動の速度に比例して方
向が逆向きの電磁力が発生し、粘性的な力として上記移
動を制限する。すなわち、制動作用が生じる。

【００１３】一方、環状永久磁石部に、回転体の回転軸
心方向を向いた磁束が存在する環状磁気ギャップが全周
にわたって形成されているので、環状あるいは円板状導
体が回転体とともに回転したとしても、この回転によっ
ては磁束の変化は生じない。したがって、回転に対する
制動作用が生じるのを防止できる。

【００１４】第２の発明の軸受装置の場合、回転体がア
キシアル方向に移動すると、円筒状導体も回転体ととも
にアキシアル方向に移動するが、第１の発明の場合と同
様に、上記移動の速度に比例する制動力を生じる。さら
に、第１の発明の場合と同様に、回転に対する制動作用
が生じるのを防止できる。

【００１５】第３の発明の軸受装置の場合、回転体がラ
ジアル方向に移動すると、回転体に固定状に設けられた
環状あるいは円板状不良導体に取付けられている８の字
状の導線も回転体とともにラジアル方向に移動する。こ
のとき、導線における交差部の両側の環状部分が受ける
磁束の変化の量が異なるので起電力差が生じる。このた
め、磁束変化の不均一を妨げる向きに磁束を生じさせる
うず電流が流れる。したがって、導線には上記移動の速
度に比例して方向が逆向きの電磁力が発生し、粘性的な
力として上記移動を制限する。すなわち、制動作用が生
じる。

【００１６】一方、導線が回転体とともに同軸的に正常
に回転した場合によって導線に流れるうず電流は、交差
部の両側の環状部分において同じ向きとなるので、これ
らの電流は互いに打ち消し合う。したがって、回転に対
する制動作用が生じるのを防止できる。

【００１７】第４の発明の軸受装置の場合、回転体がア
キシアル方向に移動すると、導線も回転体とともにアキ
シアル方向に移動するが、第３の発明の場合と同様に、
上記移動に対する制動作用が生じる。さらに、第３の発
明の場合と同様に、回転に対する制動作用が生じるのを
防止できる。

【００１８】第５の発明の軸受装置の場合、回転体がラ
ジアル方向に移動すると、回転体に固定状に設けられた
環状不良導体に取付けられている環状導体部も回転体と
ともにラジアル方向に移動する。このとき、環状導体部
の円筒状導体を貫く磁束の量が変化し、導体には、磁束
の変化を妨げる方向の誘導起電力が発生する。この誘導
起電力の向きは導体の接線方向であるので、導体の周方
向に電流が流れ、ジュール損が生じて制動力が発生す
る。すなわち、ラジアル方向の振動に対する減衰作用が
生じる。

【００１９】一方、環状導体部が回転体とともに正常に
回転した場合にも、環状導体部の円筒状導体を貫く磁束
の量が変化し、導体には、磁束の変化を妨げる方向の誘
導起電力が発生するが、この誘導起電力の向きは半径方
向であり、導体どうしは半径方向に絶縁されているの
で、この方向には電流が流れない。したがって、回転に
対する制動力が発生するのを防止できる。

【００２０】第６の発明の軸受装置の場合、回転体がア
キシアル方向に移動すると、環状導体部も回転体ととも
にアキシアル方向に移動するが、第５の発明の場合と同
様に、導体に電流が流れて制動力が生じ、アキシアル方
向の振動に対する減衰作用が生じる。さらに、第５の発
明の場合と同様に、回転に対する制動力が発生するのを
防止できる。

【００２１】第７の発明の軸受装置の場合、回転体がラ
ジアル方向および／またはアキシアル方向に振動する
と、磁束拘束力が小さい超電導体では、その内部に侵入
した磁束が上記振動に合わせて動くことになる。これに
対し、磁束拘束力の大きい超電導体では、基本的に磁束
の動きを止める力が働く。したがって、制動作用が生じ
る。

【００２２】

【実施例】以下、この発明の実施例を、図面を参照して
説明する。なお、全図面を通じて同一物および同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。

【００２３】図１はこの発明の軸受装置を適用した第１
の実施例の超電導軸受装置の全体構成を概略的に示し、
図２および図３はその要部を拡大して示す。

【００２４】超電導軸受装置は、垂直な軸状の回転体
(1) を備えている。回転体(1) は、駆動用高周波電動機
(2) で高速回転させられるようになっている。電動機
(2) は、回転体(1) の上端部に取付けられたロータ(3)
と、その周囲に配置されかつ図示しない支持体に取付け
られたステータ(4) とよりなる。

【００２５】回転体(1) には、水平円板状永久磁石部
(5) が同心状に設けられている。永久磁石部(5) は、回
転体(1) に固定状に設けられた、たとえば銅からなる水
平円板(6) を備えている。円板(6) の上下両面にそれぞ
れ回転体(1) と同心状に環状凹みぞ(7) が形成されてお
り、これらの凹みぞ(7) 内にそれぞれ環状永久磁石(8)
が嵌められて固定されている。永久磁石(8) は、回転体
(1) の回転軸心の周囲の磁束分布が回転によって変化し
ないように設けられている。

【００２６】円板(6) の上下両側に、円板(6) の上下両
面に対して回転軸心方向に間隔をおいて対向するよう
に、それぞれ環状超電導体部(9) が配置されている。超
電導体部(9) は、たとえば銅からなる穴あき水平円板(1
0)と、穴あき円板(10)の穴(10a) の周囲の環状部分に、
永久磁石(8) と対向し、かつ周方向に等間隔をおいて互
いに近接して埋設されている複数の円板状超電導体(11)
とよりなる。そして、穴あき円板(10)の穴(10a) に回転
体(1)が隙間をあけて通されている。

【００２７】円板状超電導体(11)は、イットリウム系高
温超電導体、たとえばＹＢａ_２Ｃｕ_３Ｏ_ｘからなる基板
の内部に常電導粒子（Ｙ_２Ｂａ_１Ｃｕ_１）を均一に混在
させたものからなり、永久磁石(8) から発せられる磁束
侵入を拘束する性質を持つものである。そして、超電導
体(2) は、永久磁石(8) の磁束が所定量侵入する離間位
置であってかつ上記回転体(1) の回転によって侵入磁束
の分布が変化しない位置に配置されている。

【００２８】超電導軸受装置のハウジング（図示略）内
に冷凍機などにより温度制御ユニットを介して冷却され
る冷却ケース(12)が固定され、この冷却ケース(12)に上
下の超電導体部(9) が固定されている。なお、図１にお
いては、上側の超電導体部(9) を固定する冷却ケース(1
2)は省略されている。

【００２９】超電導軸受装置を作動させる場合、各超電
導体(11)は冷却ケース(12)内に循環させられる適当な冷
媒によって冷却され、超電導状態に保持される。このた
め、回転体(1) の永久磁石(8) から発せられる磁束の多
くが超電導体(11)の内部に侵入して拘束されることにな
る（ピンニング現象）。ここで、超電導体(11)はその内
部に常電導体粒子が均一に混在されているため、超電導
体(11)内部への侵入磁束の分布が一定となり、そのた
め、あたかも超電導体(11)に立設した仮想ピンに回転体
(1) の永久磁石(8) が貫かれたようになり、超電導体(1
1)に対して永久磁石(8) とともに回転体(1) が拘束され
る。そのため、回転体(1) は、きわめて安定的に浮上し
た状態で、アキシアル方向およびラジアル方向に支持さ
れることになる。このとき、超電導体(11)に侵入した磁
束は、磁束分布が回転軸心に対して均一で不変である限
り、回転を妨げる抵抗とはならない。

【００３０】下側のケースの下方に、回転体(1) のラジ
アル方向の振動減衰装置(13)と、アキシアル方向の振動
減衰装置(14)とが設けられている。

【００３１】回転体(1) のラジアル方向の振動減衰装置
(13)は、回転体(1) の周囲に同心状に配置された環状永
久磁石部(15)を備えている。環状永久磁石部(15)は、図
２に示すように、上下両端部が逆の極性の磁気を帯びて
いる環状永久磁石(16)と、その上下両端面に取付けられ
て内周縁部が永久磁石(16)の内周縁部よりも回転体(1)
側に突出した上下１対の環状継鉄(17)とよりなり、永久
磁石(16)と上下の継鉄(17)とで磁気回路が形成され、上
下の継鉄(17)の突出縁部間に全周にわたる磁気ギャップ
(18)が形成されている。永久磁石(16)は、たとえば上端
部がＮ極、下端部がＳ極の磁気を帯びており、磁気ギャ
ップ(18)内には下向きの磁束が存在している。

【００３２】回転体(1) に水平円板状導体(19)が同心状
にかつ固定状に設けられている。水平円板状導体(19)の
周縁寄りの所定幅部分は永久磁石部(15)の磁気ギャップ
(18)内を移動しうるようになされている。

【００３３】回転体(1) のアキシアル方向の振動減衰装
置(14)は、回転体(1) の周囲に同心状に配置され環状永
久磁石部(21)を備えている。環状永久磁石部(21)は、図
３に示すように、半径方向の両側部が逆の極性の磁気を
帯びている環状永久磁石(22)と、その内外両周面に取付
けられて上縁部が永久磁石(22)の上縁部よりも上方に突
出した内外１対の環状継鉄(23)とよりなり、永久磁石(2
2)と両継鉄(23)とで磁気回路が形成され、両継鉄(23)の
突出縁部間に全周にわたる磁気ギャップ(24)が形成され
ている。永久磁石(22)は、たとえば内周側部がＮ極、外
周側部がＳ極の磁気を帯びており、磁気ギャップ(24)内
には半径方向外向きの磁束が存在している。

【００３４】回転体(1) に水平円板状で周縁部に軸心方
向と平行な円筒状下方突出壁(26)が一体に形成された導
体(25)が同心状にかつ固定状に設けられている。水平円
板状導体(25)の円筒状下方突出壁(26)の所定幅部分は永
久磁石部(21)の磁気ギャップ(24)内を移動しうるように
なされている。

【００３５】この超電導軸受装置の運転中に、回転体
(1) がラジアル方向に移動すると、振動減衰装置(13)の
水平円板状導体(19)も回転体(1) とともにラジアル方向
に移動する。ところが、このとき導体(19)に与えられて
いる磁束が変化するので、導体(19)には、この磁束の変
化を妨げる向きに磁束を生じさせるうず電流が流れる。
したがって、導体(19)には上記移動の振幅の２乗と速度
に比例するジュール損を生じ、制動作用が生じる。この
ため、回転体(1) のラジアル方向の振動が減衰される。

【００３６】一方、環状永久磁石部(15)に、回転体(1)
の回転軸心方向を向いた磁束が存在する環状磁気ギャッ
プ(18)が全周にわたって形成されているので、環状導体
部(19)が回転体(1) とともに回転したとしても、この回
転によっては導体(19)に与えられている磁束の変化は生
じない。したがって、回転に対する制動作用が生じるの
を防止できる。

【００３７】また、回転体(1) がアキシアル方向に移動
すると、振動減衰装置(14)の水平円板状導体(25)の円筒
状下方突出壁(26)が回転体(1) とともにアキシアル方向
に移動するが、上記ラジアル方向の移動が生じた場合と
同様に、制動作用が生じる。したがって、回転体(1) の
アキシアル方向の振動が減衰される。さらに、ラジアル
方向の振動減衰装置(13)の場合と同様に、回転体(1) 回
転に対する制動作用が生じるのを防止できる。

【００３８】

【具体的実験例】永久磁石部(5) の水平円板(6) の直径
を１００ｍｍとし、永久磁石部(5) を含んだ回転体(1)
の重量を１ｋｇとしておいた。また、アキシアル方向の
振動減衰装置(14)の水平円板状導体(25)として直径５０
ｍｍ、厚さ２ｍｍで、円筒状下方突出壁(26)の厚さ２ｍ
ｍ、回転軸心方向の長さ１０ｍｍの銅板からなるものを
用いた。さらに、永久磁石(22)として外径８０ｍｍ、内
径６０ｍｍ、表面磁束密度が４０００ガウスのものを使
用し、上下方向の長さが５ｍｍ、ギャップ(24)の長さが
４ｍｍの永久磁石部(21)を作製した。

【００３９】そして、永久磁石部(5) と超電導体部(9)
の相対的位置決めを行った後超電導体(11)を冷却して超
電導状態に保持した。このときの永久磁石部(5) と超電
導体部(9) の間の距離Ｚは２ｍｍであった。その後、回
転体(1) に、上下方向に２ｋｇｆの荷重を負荷して瞬間
的に除荷し、永久磁石部(5) と超電導体部(9) の間の距
離変化と時間との関係を測定することにより、アキシア
ル方向の減衰性能を調べた。その結果を図４に示す。こ
のときの減衰係数を求めたところ０．２５Ｎｓ／ｍｍで
あった。

【００４０】比較のために、アキシアル方向の振動減衰
装置を備えていないことを除いては上記と同様の超電導
軸受装置を使用し、上記と同様に減衰性能を調べた。そ
の結果を図５に示す。また、減衰係数を求めたところ１
０^-3Ｎｓ／ｍｍであった。

【００４１】図６はこの発明の軸受装置を適用した第２
の実施例の超電導軸受装置の要部を示し、図７および図
８はその一部を拡大して示す。

【００４２】この実施例において、回転体(1) のラジア
ル方向の振動減衰装置(30)は、回転体(1) の周囲に周方
向に間隔をおいて同心状に配置された複数の永久磁石(3
1)を備えている。各永久磁石(31)はＣ字状で、磁気ギャ
ップ(32)を備えている。永久磁石(31)における磁気ギャ
ップ(32)を挾んで対向する面は、互いに逆の極性の磁気
を帯びている。たとえば、上側の面がＮ極の磁気を帯
び、下側の面がＳ極の磁気を帯びており、磁気ギャップ
(32)内には下向きの磁束が存在している。

【００４３】回転体(1) に、水平円板状不良導体(33)が
同心状にかつ固定状に設けられている。円板状不良導体
(33)における周縁寄りの環状部分に、上下方向から見て
８の字状でかつその交差部において互いに絶縁されてい
る多数の導線(34)が、その長さ方向を回転体(1) の半径
方向に向けかつ周方向に間隔をおいて埋設されている。
そして、導線(34)が磁気ギャップ(32)内を移動しうるよ
うになされている。正常位置において、導線(34)の立体
交差部が永久磁石(31)のＮ極とＳ極とを結ぶ直線上にく
るようになっている。

【００４４】回転体(1) のアキシアル方向の振動減衰装
置(35)は、回転体(1) の周囲に周方向に間隔をおいて同
心状に配置された複数の永久磁石(36)を備えている。各
永久磁石(36)はＣ字状で、磁気ギャップ(37)を備えてい
る。永久磁石(36)における磁気ギャップ(37)を挾んで対
向する面は、互いに逆の極性の磁気を帯びている。たと
えば、内側の面がＮ極の磁気を帯び、外側の面がＳ極の
磁気を帯びており、磁気ギャップ(37)内には半径方向内
向きの磁束が存在している。

【００４５】回転体(1) に、水平円板状で周縁部に円筒
状下方突出壁(39)が一体に形成された不良導体(38)が同
心状にかつ固定状に設けられている。下方突出壁(39)
に、回転体(1) の半径方向から見て８の字状でかつその
交差部において互いに絶縁されている多数の導線(34)
が、その長さ方向を上下方向に向けかつ周方向に間隔を
おいて埋設されている。そして、導線(34)が磁気ギャッ
プ(37)内を移動しうるようになされている。正常位置に
おいて、導線(34)の立体交差部が永久磁石(34)のＮ極と
Ｓ極とを結ぶ直線上にくるようになっている。

【００４６】この超電導軸受装置の運転中に、回転体
(1) がラジアル方向に移動すると、振動減衰装置(30)の
水平円板状不良導体(33)も回転体(1) とともにラジアル
方向に移動するので、８の字状導線(34)もラジアル方向
に移動する。この移動が図８右側への移動である場合、
導線(34)に与えられている磁束が変化するので、この磁
束の変化を妨げるように、導線(34)の図８右側の環状部
分(34a) には、図８に実線矢印Ａで示す方向のうず電流
が流れ、他方の環状部分(34b) には図８に実線矢印Ｂで
示す方向のうず電流が流れる。その結果、導線(34)には
上記移動の方向とは逆向きの電磁力が発生し、制動作用
が生じる。このため、回転体(1) のラジアル方向の振動
が減衰される。

【００４７】一方、導線(34)が回転体(1) とともに、た
とえば図８の上側に回転している場合にも導線(34)に与
えられている磁束は変化するが、この変化を妨げるよう
に、導線(34)の図８上側部分には、図８に破線矢印Ｃで
示す方向のうず電流が流れ、下側部分には、図８に破線
矢印Ｄで示す方向のうず電流が流れる。ところが、これ
らの電流は互いに打ち消し合うので、回転に対する制動
作用が生じるのを防止できる。

【００４８】また、回転体(1) がアキシアル方向に移動
すると、水平円板状不良導体(38)の円筒状下方突出壁(3
9)も回転体(1) とともにアキシアル方向に移動するが、
ラジアル方向の振動減衰装置(30)の場合と同様にして制
動作用が生じ、回転体(1) のアキシアル方向の振動が減
衰される。さらに、ラジアル方向の振動減衰装置の場合
と同様に、回転に対する制動作用が生じるのを防止でき
る。

【００４９】

【具体的実験例】アキシアル方向の振動減衰装置(35)の
水平円板状不良導体(38)として直径５０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍで、円筒状下方突出壁(39)の厚さ２ｍｍ、回転軸心方
向の長さ１０ｍｍのポリカーボネート板からなるものを
用いた。また、８の字状導線(34)は、長さ２ｍｍ、幅
０．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅製テープ線材である。
さらに、永久磁石(36)として断面が１０×１０ｍｍ、表
面磁束密度が２０００ガウス、磁気ギャップ(37)の長さ
が４ｍｍのものを使用し、周方向に間隔をおいて６個配
置した。

【００５０】そして、上記第１の実施例の実験例と同様
にして、アキシアル方向の減衰性能を調べた。その結果
を図９に示す。このときの減衰係数を求めたところ０．
０２Ｎｓ／ｍｍであった。

【００５１】図１０はこの発明の軸受装置を適用した第
３の実施例の超電導軸受装置の要部構成を概略的に示
し、図１１および図１２はその一部を拡大して示す。

【００５２】この実施例において、回転体(1) のラジア
ル方向の振動減衰装置(41)は、第２の実施例と同様に、
磁気ギャップ(32)を挾んで回転軸心方向に間隔をおいて
対向する面が互いに逆の極性の磁気を帯びている永久磁
石(31)と、水平円板状不良導体(33)の周縁寄りの環状部
分に取付けられた環状導体部(42)を備えている。導体部
(42)は、回転軸心と平行な複数の円筒状導体(43)が互い
に絶縁状態となるように同心状に積層されることにより
形成されたものである。そして、導体部(42)が永久磁石
(31)の磁気ギャップ(32)内を移動しうるようになされて
いる。

【００５３】回転体(1) のアキシアル方向の振動減衰装
置(45)は、第２の実施例と同様に、磁気ギャップ(37)を
挾んで半径方向に間隔をおいて対向する面が互いに逆の
極性の磁気を帯びている永久磁石(36)と、水平円板状不
良導体(38)の円筒状下方突出壁(39)の下縁寄りの環状部
分に取付けられた環状導体部(46)とを備えている。ま
た、第２の実施例と同様に、すべての永久磁石(36)の磁
気ギャップ(37)を挾んだ外側の面および内側の面はそれ
ぞれ同じ極性の磁気を帯びている。導体部(46)は、複数
の環状導体(47)が互いに絶縁状態となるように上下方向
に積層されることにより形成されたものである。そし
て、導体部(46)が永久磁石(36)の磁気ギャップ(37)内を
移動しうるようになされている。

【００５４】この超電導軸受装置の運転中に、回転体
(1) がラジアル方向に移動すると、振動減衰装置(41)の
水平円板状不良導体(33)も回転体(1) とともにラジアル
方向に移動するので、環状導体部(42)もラジアル方向に
移動する。このとき、環状導体部(42)の円筒状導体(43)
を貫く磁束の量が変化し、導体(43)には、磁束の変化を
妨げる方向の誘導起電力が発生する。この誘導起電力の
向きは導体(43)の接線方向であるので、導体(43)の周方
向に電流が流れ、ジュール損が生じて制動力が発生す
る。すなわち、回転体(1) のラジアル方向の振動に対す
る減衰作用が生じる。

【００５５】一方、環状導体部(42)が回転体(1) ととも
に正常に回転した場合にも、環状導体部(42)の円筒状導
体(43)を貫く磁束の量が変化し、導体(43)には、磁束の
変化を妨げる方向の誘導起電力が発生するが、この誘導
起電力の向きは半径方向であり、導体(43)どうしは半径
方向に絶縁されているので、この方向には電流が流れな
い。したがって、回転に対する制動力が発生するのを防
止できる。

【００５６】また、回転体(1) がアキシアル方向に移動
すると、水平円板状不良導体(38)の円筒状下方突出壁(3
9)も回転体(1) とともにアキシアル方向に移動するが、
ラジアル方向の振動減衰装置(41)の場合と同様にして制
動作用が生じ、回転体(1) のアキシアル方向の振動が減
衰される。さらに、ラジアル方向の振動減衰装置の場合
と同様に、回転に対する制動作用が生じるのを防止でき
る。

【００５７】

【具体的実験例】アキシアル方向の振動減衰装置(45)の
水平円板状不良導体(38)として直径５０ｍｍ、厚さ２ｍ
ｍで、円筒状下方突出壁(39)の厚さ２ｍｍ、回転軸心方
向の長さ１０ｍｍのポリカーボネート板からなるものを
用いた。また、厚さ０．５ｍｍの銅製の環状導体(47)を
絶縁性を有する接着剤で積層状に貼合わせることにより
環状導体部(46)を形成し、これを下方突出壁(39)に取付
けた。さらに、永久磁石(36)として断面が１０×１０ｍ
ｍ、表面磁束密度が２０００ガウス、磁気ギャップ(37)
の長さが４ｍｍのものを使用し、周方向に間隔をおいて
６個配置した。

【００５８】そして、上記第１の実施例の実験例と同様
にして、アキシアル方向の減衰性能を調べた。その結果
を図１３に示す。このときの減衰係数を求めたところ
０．０２Ｎｓ／ｍｍであった。

【００５９】図１４はこの発明の軸受装置を適用した第
４の実施例の超電導軸受装置の要部構成を概略的に示
す。

【００６０】この実施例において、環状超電導体部(9)
が、穴あき円板(10)の穴(10a) の周囲の環状部分に、永
久磁石(8) と対向し、かつ周方向に等間隔をおいて互い
に近接して複数ずつ埋設されている２種類の円板状超電
導体(50)(51)を備えている。２種類の超電導体(50)(51)
は、たとえば交互に配される。一方の超電導体(50)は、
イットリウム系高温超電導体、たとえばＹＢａ_２Ｃｕ_３
Ｏ_ｘからなる基板の内部に常電導粒子（Ｙ_２Ｂａ_１Ｃｕ
_１）を均一に混在させたものからなり、超電導状態にお
いて永久磁石(8) から発せられる侵入磁束の拘束力は大
きい。他方の超電導体(51)は、たとえばＹＢａ_２Ｃｕ_３
Ｏ_ｘからなる基板の内部に常電導粒子（Ｙ_２Ｂａ_１Ｃｕ
_１）を不均一に混在させたものからなり、超電導状態に
おいて永久磁石(8) から発せられる侵入磁束の拘束力は
小さい。

【００６１】たとえば、超電導体(50)(51)を超電導状態
に保持しておき、これに永久磁石(8) を接近、離間させ
ると、両者間の反発力は、磁束拘束力の大きい超電導体
(50)の場合、図１５に示すようになり、磁束拘束力の小
さい超電導体(51)の場合、図１６に示すようになる。そ
して、このときの減衰係数ｃは、次式で表される。

【００６２】ｃ＝τＰ／２π²Δｚ²＝ΔＦτ／２π²Δｚ但し、τは周期、Ｐは１往復当たりのエネルギ消費、ｚ
は１往復当たりの移動距離、ΔＦは反発力の平均的なず
れ（図１５および図１６参照）を示す。

【００６３】したがって、磁束拘束力の小さい超電導体
(51)の場合の減衰係数は、磁束拘束力の大きい超電導体
(50)に比べて大きくなると考えられる。

【００６４】このため、回転体(1) がアキシアル方向に
振動した場合の減衰係数は、大きい磁束拘束力を有する
超電導体(50)だけを用いた場合に比べて大きくなる。こ
れと同様に、回転体(1) がラジアル方向に振動した場合
の減衰係数も、大きい磁束拘束力を有する超電導体(50)
だけを用いた場合に比べて大きくなる。

【００６５】

【具体的実験例】上記第１の実施例の実験例と同様にし
て、アキシアル方向の減衰性能を調べた。その結果を図
１７に示す。

【００６６】上記第１〜第３の実施例において、最も効
果的なものは第１の実施例の装置であり、最も簡便なも
のは第３の実施例の装置である。そして、回転体の質量
や、振動したさいの偏心度を考慮して、上記第１〜３の
いずれかの実施例の装置を選択するのがよい。

【００６７】また、上記第１〜第３の実施例において
は、回転体を非接触状態で支持する軸受部が、永久磁石
部と超電導体部とよりなる超電導軸受であるが、これに
代えて、軸受部として通常の電磁石を用いた磁気軸受を
使用してもよい。

【００６８】

【発明の効果】この発明の軸受装置によれば、上述のよ
うに、回転体の振動が減衰される。したがって、回転体
を高速回転させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明を適用した第１の実施例の超電導軸受
装置の全体構成を概略的に示す一部切欠き斜視図であ
る。

【図２】ラジアル方向の振動減衰装置を示す拡大垂直断
面図である。

【図３】アキシアル方向の振動減衰装置を示す拡大垂直
断面図である。

【図４】第１の実施例の装置を用いて行った具体的実験
の結果を表すグラフである。

【図５】従来の装置を用いて行った具体的実験の結果を
表すグラフである。

【図６】この発明を適用した第２の実施例の超電導軸受
装置の要部を示す斜視図である。

【図７】ラジアル方向の振動減衰装置を示す拡大垂直断
面図である。

【図８】一部を省略して示す図７のVIII−VIII線矢視図
である。

【図９】第２の実施例の装置を用いて行った具体的実験
の結果を表すグラフである。

【図１０】この発明を適用した第３の実施例の超電導軸
受装置の要部を示す斜視図である。

【図１１】ラジアル方向の振動減衰装置を示す拡大垂直
断面図である。

【図１２】アキシアル方向の振動減衰装置を示す拡大垂
直断面図である。

【図１３】第３の実施例の装置を用いて行った具体的実
験の結果を表すグラフである。

【図１４】この発明を適用した第４の実施例の超電導軸
受装置の超電導体部を示す平面図である。

【図１５】磁束拘束力の大きい超電導体を超電導状態に
保持しておき、これに永久磁石を接近、離間させた場合
の両者間の距離と反発力との関係を表すグラフである。

【図１６】磁束拘束力の小さい超電導体を超電導状態に
保持しておき、これに永久磁石を接近、離間させた場合
の両者間の距離と反発力との関係を表すグラフである。

【図１７】第４の実施例の装置を用いて行った具体的実
験の結果を表すグラフである。

【符号の説明】

１回転体１５環状永久磁石部１８磁気ギャップ１９水平円板状導体２１環状永久磁石部２４磁気ギャップ２６下方突出壁（円筒状導体）３１永久磁石３２磁気ギャップ３３水平円板状不良導体３４導線３６永久磁石３７磁気ギャップ３９下方突出壁（円筒状不良導体）４２環状導体部４３環状導体４６環状導体部４７環状導体５０磁束拘束力の大きい超電導体５１磁束拘束力の小さい超電導体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に環状永久磁石部が同心状に配置され、環
状永久磁石部に、回転体の回転軸心方向を向いた磁束が
存在する環状磁気ギャップが全周にわたって形成され、
回転体に、環状あるいは円板状導体が同心状にかつ固定
状に設けられ、環状あるいは円板状導体が永久磁石部の
磁気ギャップ内を移動しうるようになされている軸受装
置。
【請求項２】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に環状永久磁石部が同心状に配置され、環
状永久磁石部に、回転体の半径方向を向いた磁束が存在
する環状磁気ギャップが全周にわたって形成され、回転
体に、回転軸心と平行な円筒状導体が同心状にかつ固定
状に設けられ、円筒状導体が永久磁石部の磁気ギャップ
内を移動しうるようになされている軸受装置。
【請求項３】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に複数の永久磁石部が周方向に間隔をおい
て同心状に配置され、各永久磁石部に、回転体の回転軸
心方向を向いた磁束が存在する磁気ギャップが形成さ
れ、回転体に、環状あるいは円板状不良導体が同心状に
かつ固定状に設けられ、環状あるいは円板状不良導体
に、回転軸心方向から見て８の字状でかつその交差部に
おいて互いに絶縁されている多数の導線が、その長さ方
向を回転体の半径方向に向けかつ周方向に間隔をおいて
取付けられ、導線が永久磁石部の磁気ギャップ内を移動
しうるようになされている軸受装置。
【請求項４】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に複数の永久磁石部が周方向に間隔をおい
て同心状に配置され、各永久磁石部に、回転体の半径方
向を向いた磁束が存在する磁気ギャップが形成され、回
転体に、回転軸心と平行な円筒状不良導体が同心状にか
つ固定状に設けられ、円筒状不良導体に、回転体の半径
方向から見て８の字状でかつその交差部において互いに
絶縁されている多数の導線が、その長さ方向を回転体の
回転軸心方向を向けかつ周方向に間隔をおいて取付けら
れ、導線が永久磁石部の磁気ギャップ内を移動しうるよ
うになされている軸受装置。
【請求項５】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に複数の永久磁石部が周方向に間隔をおい
て同心状に配置され、各永久磁石部に、回転体の回転軸
心方向を向いた磁束が存在する磁気ギャップが形成さ
れ、回転体に、環状不良導体が同心状にかつ固定状に設
けられ、環状不良導体に環状導体部が取付けられ、環状
導体部が、回転軸心と平行な複数の円筒状導体が互いに
絶縁状態となるように同心状に積層されることにより形
成され、導体部が永久磁石部の磁気ギャップ内を移動し
うるようになされている軸受装置。
【請求項６】回転体と、回転体を固定部に対して非接
触状態で支持する軸受部とを備えた軸受装置であって、
回転体の周囲に複数の永久磁石部が周方向に間隔をおい
て同心状に配置され、各永久磁石部に、回転体の半径方
向を向いた磁束が存在する磁気ギャップが形成され、回
転体に、回転軸心と平行な円筒状不良導体が同心状にか
つ固定状に設けられ、円筒状不良導体に環状導体部が取
付けられ、環状導体部が、複数の環状導体が互いに絶縁
状態となるように回転軸心方向に積層されることにより
形成され、導体部が永久磁石部の磁気ギャップ内を移動
しうるようになされている軸受装置。
【請求項７】回転体に同心状にかつ固定状に設けられ
た環状の永久磁石部と、永久磁石部と対向するように配
置された環状超電導体部とを備えており、環状超電導体
部が、互いに近接して配置された複数の塊状超電導体を
備えており、各塊状超電導体が、永久磁石部の発する磁
束の侵入を許容し、かつ超電導状態で侵入磁束を拘束し
うるものであり、すべての超電導体のうちの少なくとも
１つの超電導体の磁束拘束力が他の残りのものの磁束拘
束力よりも小さくなされている軸受装置。