(57)【要約】  本発明は、超電導機械（１００）の冷媒導入管（３１０）を支持するための装置に関する。その装置は中空軸（３２０）を有し、その中空軸が第１の領域（３２０”）で超電導機械（１００）に結合可能であり、中空軸内部には、冷凍ユニット（２００）から超電導機械（１００）へ冷媒を案内するための冷媒導入管（３１０）が配置されている。中空軸（３２０）の第１の領域（３２０”）に磁気軸受（４００）が設けられて、半径方向の力が、従って減衰および／又はセンタリングの作用をする力が冷媒導入管（３１０）及ぼされるように配置されている。磁気軸受（４００）は第１の磁石円筒体（４１０）および第２の磁石円筒体（４２０）を含み、第１の磁石円筒体（４１０）が冷媒導入管（３１０）の外被に配置され、第２の磁石円筒体（４２０）が中空軸（３２０）の内面に配置されている。第１の磁石円筒体（４１０）はオーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導機械（１００）の冷媒導入管（３１０）、特に長い冷媒導入管を支持するための装置（３００）が中空軸（３２０）を有し、その中空軸が第１の領域（３２０”）で超電導機械（１００）に結合可能であり、中空軸内部には、冷凍ユニット（２００）から超電導機械（１００）へ冷媒を案内するための冷媒導入管（３１０）が配置され、冷媒導入管（３１０）が、中空軸（３２０）の第２の領域で冷凍ユニット（２００）と結合可能であって中空軸（３２０）に固定されており、
冷媒導入管（３１０）のために中空軸（３２０）の第１の領域（３２０”）に磁気軸受（４００）が設けられ、その磁気軸受は、半径方向の力が、従って減衰又はセンタリングのいずれか一方又は両方の作用をする力が冷媒導入管（３１０）に及ぼされるように配置されており、
磁気軸受（４００）が第１の磁石円筒体（４１０）および第２の磁石円筒体（４２０）を有し、第１の磁石円筒体（４１０）と第２の磁石円筒体（４２０）が半径方向において対向するように第１の磁石円筒体（４１０）が冷媒導入管（３１０）の外被に配置され、第２の磁石円筒体（４２０）が中空軸（３２０）の内面に配置されている装置において、
第１の磁石円筒体（４１０）が、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記良導電性材料が、銅、銀、金又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記良導電性材料が、９９．９体積パーセントの純度を有する高純度の銅、銀、金又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記良導電性材料が、極低温、特に７７°Ｋ以下の温度において１００μΩｃｍ2／ｍ以下、特に１０μΩｃｍ2／ｍ以下の比電気抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
前記第２の磁石円筒体（４２０）が、多数の軸方向に並べられて配置された同軸の永久磁石リング（４２１，４２２，４２３，４２４）からなることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
【請求項６】
前記中空軸（３２０）の内面と複数の同軸の永久磁石リング（４２１，４２２，４２３，４２４）との間に強磁性材料からなる１つの第２の円筒体が配置されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記複数の軸方向に並んでいる永久磁石リング（４２１，４２２，４２３，４２４）が、それぞれ強磁性材料からなる１つのリング（４５１，４５２）によって互いに隔てられていることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記冷媒導入管（３１０）が、中空軸（３２０）に対する相対的な機械的運動に対して減衰させられることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置の使用方法。
【請求項９】
前記機械的運動の減衰が、第１の磁石円筒体（４１０）の導電材料内に運動により誘導される渦電流によって行われることを特徴とする請求項８記載の装置の使用方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７の１つに記載の装置を有する超電導機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導機械の冷媒導入管を支持するための装置および方法に関する。特に、本発明は、請求項１の前文による超電導機械の長い冷媒導入管を支持する装置に関する。この前文によるこの種の装置は特許文献１から公知である。
【背景技術】
【０００２】
超電導回転子巻線を有する、例えば同期電動機又は同期発電機のような超電導機械は、７７Ｋの動作温度で超電導作用を発揮するＹＢＣＯおよびＢｉＳＣＯの如き材料において高温超電導が発見されて以来、経済的に使用可能である。このような超電導機械は、例えば特許文献１から公知である。
【０００３】
図１は、冷凍ユニット２００が結合されているこのような超電導機械１００の可能な構成を示す。超電導機械１００がこのような超電導機械として動作するためには、機械内に存在する超電導巻線が予め７７Ｋ以下の動作温度に冷却されなければならない。そのために、機械１００の回転軸として形成された回転子１１０の内部空間に適切な冷媒が導入される。そのために、この回転子内部空間は相応の手段３００を介して冷凍ユニット２００に結合されている。この冷凍ユニット２００は機械１００に直接結合されないのがよい。むしろ、熱漏れ、それに伴う超電導作用への影響が生じないように、周囲に対して回転子内部空間の適切な封止が保証されていなければならない。更に、軸線を中心に回転する回転子軸１１０と固定配置された冷凍ユニット２００との間の適切な封止も設けられなければならない。これは、相応に形成された中空軸３２０によって達成される。しかし、熱漏れ個所を回避するために、この中空軸３２０は、所定の断面積において相応に長く形成されていなければならない。中空軸３２０の内部には冷媒導入管３１０が存在し、この冷媒導入管３１０は、冷凍ユニット２００に固定結合されており、冷媒を冷凍ユニット２００から回転子１１０の中空室に案内する。中空軸３２０は、一方の側３２０”において、回転する回転子軸１１０に固定結合されている。他方の側３２０’には、回転する中空軸３２０と固定配置された冷媒導入管３１０との間に適切なシール装置が設けられている。冷媒導入管３１０の内部に、例えば所謂ヒートパイプ３１１を設けることができ、これらのヒートパイプは冷媒の本来の輸送を引き受ける。
【０００４】
中空軸３２０の内部では、冷媒導入管３１０が一方の側３２０'でシール装置によって支持され、それにより空間的に固定されている。他方の機械側３２０”では、冷媒導入管３１０が磁気軸受４００を介して空間的に固定されている。磁気軸受４００は、超電導軸受および／又は永久磁石軸受を基礎としている。超電導軸受は、超電導材料が高価で製造コストが高いので、非常に高コストである。他の欠点は、超電導軸受の機能を保証するために超電導材料を転移温度以下の温度に冷却することが必要であることにある。このことがこの軸受を故障しやすくし、機械１００内での軸受の空間的配置を制限する。永久磁石軸受は大きな重量を有し、同様に高コストである。永久磁石の重量は、機械側３２０”にある冷媒導入管３１０の端部に負担をかけ、従ってその端部の安定化を妨害する。不安定化を阻止するためには、冷媒導入管３１０および中空軸３２０が頑丈に構成されなければならない。これはコストを増大し、かつ機械特性の悪化を招く。
【０００５】
機械側３２０”に磁気軸受４００のない機械１００は、機械側３２０”で空間的な固定なしに自由に運動可能な冷媒導入管３１０をもたらす。冷媒導入管３１０が片側でのみ固定されて中空軸の他端で自由に運動可能であることによって、冷媒導入管３１０は振動を引きおこされることがある。超電導機械での中空軸３２０の丁度要求される長さにおいて、それにより生じる冷媒導入管３１０の共振周波数が、機械１００の回転周波数の動作範囲内にあることが有り得る。従って、機械１００の運転周波数として、この共振周波数は明確に回避されなければならない。そこで、冷媒導入管３１０における構造上の適切な手段によって、共振周波数を、回転軸１１０の回転周波数範囲外に、従って機械１００の許容動作範囲外に保つよう努力することができるが、しかし、これは、より高い回転数が要望されると同時に、超電導機械のより小さい構造体積や、それに伴い、より細い中空軸および冷媒導入管が要求されることによって、ますます困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３５８３４１号明細書
【特許文献２】独国特許出願公開第１０２３１４３４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って、本発明の課題は、小さい構造体積および高い回転数においても、冷媒導入管の共振周波数によって超電導機械の許容動作範囲が制限されることを回避する相応の装置および方法を提供することにあり、その際に、冷媒導入管における重い永久磁石を有する軸受又は高価な超電導体を有する軸受を省略しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴事項を有する冷媒導入管を支持するための装置、ならびに請求項８の特徴事項を有する当該装置の使用方法によって解決される。
【０００９】
冷媒導入管を支持するための本発明による装置および本発明による方法の有利な実施形態は、それぞれに割り当てた従属請求項により明らかにされている。その際に独立請求項の特徴事項は従属請求項の特徴事項と組み合わせることができ、また従属請求項同士の特徴事項は互いに組み合わせることができる。
【００１０】
超電導機械の冷媒導入管、特に長い冷媒導入管を支持するための本発明による装置は、１つの中空軸を含み、その中空軸は第１の領域で超電導機械に結合可能であり、中空軸内部には冷凍ユニットから超電導機械へ冷媒を案内するための冷媒導入管が配置されている。冷媒導入管は中空軸の第２の領域で冷凍ユニットと結合可能であって中空軸内に固定されている。冷媒導入管のために中空軸の第１の領域に磁気軸受が設けられ、その磁気軸受は、半径方向の力、従って減衰および／又はセンタリングの作用をする力が冷媒導入管に及ぼされるように配置されている。磁気軸受は第１の磁石円筒体および第２の磁石円筒体を有し、第１の磁石円筒体と第２の磁石円筒体とが半径方向において対向するように、第１の磁石円筒体が冷媒導入管の外被に配置され、第２の磁石円筒体が中空軸の内面に配置されている。第１の磁石円筒体は、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体である。
【００１１】
本発明のための基礎は、長期にわたって機能する能力のある機械を提供するためには、冷媒導入管の運動もしくは振動の減衰がなされれば十分であることを確認することにあった。純粋な永久磁石軸受又は超電導材料を有する磁石軸受を介する大きな力で、従って強力な固定で冷媒導入管のセンタリング作用が省略できる。オーム抵抗を有する良導電性材料、即ち非超電導材料の中に運動により誘導される渦電流は、冷媒導入管の自由端の振動を十分に大きく減衰させることを保証するのに十分である。従って、冷媒導入管の一端の振動による機械の破損のない確実な動作が永続的に保証されている。
【００１２】
良導電性材料は、銅、銀、金又はアルミニウムから構成することができる。アルミニウムは、例えば僅かな重量しか持たず、従って機械の有利な特性をもたらす。良導電性材料の薄い層さえあればよいので、これは簡単に低コストで製造可能である。
【００１３】
良導電性材料は９９．９体積％の純度を有する高純度の銅、銀、金又はアルミニウムから構成することができる。これらの材料は市販で入手可能であり、極低温で高い導電性を有する。この良導電性材料は極低温、特に７７°Ｋ以下の温度において１００μΩｃｍ2／ｍ以下、特に１０μΩｃｍ2／ｍ以下の比電気抵抗を有するとよい。それによって、冷媒導入管の運動時に良好な減衰のための渦電流を発生させるためには、ミリメートルからマイクロメートルの範囲の非常に薄い層で十分である。特に壁の薄い冷媒導入管における良導電性材料の僅かな付加的重量によって、重力に起因した冷媒導入管の曲がりを許容限界内に保つことができる。
【００１４】
第２の磁石円筒体は、多数の軸方向に並べられて配置された同軸の永久磁石リングから構成することができる。第２の磁石円筒体における複数の永久磁石リングは冷媒導入管の機械的負荷をもたらさず、前述した利点がそのまま維持される。永久磁石によって、簡単に、電気コイルを介する磁界発生時に必要であるような電気的費用なしに、良導電性材料からなる層に対する永久磁石の相対的な運動の際に、良導電性材料内に渦電流を発生させることができる。渦電流によって、所望の利点に関し以前に説明したように、運動の減衰が達成される。
【００１５】
中空軸の内面と、複数の同軸の永久磁石リングとの間には、強磁性材料からなる第２の円筒体を配置することができる。代替又は追加として、軸方向に並んでいる複数の永久磁石リングがそれぞれ強磁性材料からなるリングによって互いに隔てられているとよい。この強磁性材料は、冷媒導入管における良導電性材料からなる層への永久磁石の磁界の強められた作用、それゆえ強められた運動減衰を生じさせる。
【００１６】
上述の装置の本発明による使用方法は、冷媒導入管が中空軸に対する相対的な機械的運動に対して減衰させられることを含む。機械的運動の減衰は、第１の磁石円筒体の導電材料内に運動により誘導される渦電流によって行われる。その方法および装置は超電導機械において使用することができる。
【００１７】
冷媒導入管を支持するための方法に関連する利点、ならびに冷媒導入管を支持するための方法および装置の使用に関連する利点は、装置に関して既に述べた利点と同様である。
【００１８】
冷媒導入管が中空軸内で、一端は磁気軸受により、他端は既存のシール装置により支持されていることによって、中空軸内における冷媒導入管の両側固定が達成される。それによって、冷媒導入管の共振周波数が著しく高い周波数にシフトされ、従って超電導機械の動作範囲から離れたところにシフトされる。超電導機械に対して要求されるように、特に長い中空軸、従って長い冷媒導入管の場合には、この機械の許容動作範囲が制限されることが回避できる。好ましいことに、磁気軸受が、回転子軸に結合された中空軸の端部に設けられているか、又はそれどころか冷媒導入管も突入している回転子空所自体の内部にすら設けられているので、磁気軸受は、冷媒を内部に含む回転子のごく近傍に、従って非常に低温の領域内に存在する。しかし、このような７７°Ｋ以下の温度では、現在のところ磁気軸受しか使用できない。その上に磁気軸受は、従来型の機械式軸受に比べて損失が少ないという利点を有する。その機械構造のおかげで軸受の中空領域内に生じる極低温は、同時に次のために利用することができる。即ち、高純度の良導電性材料内での良好な導電性により運動の良好な減衰を達成することができ、それにより、ごく僅かしか良導電性材料を使用しなくてすむようにするために利用することができる。ごく僅かの良導電性材料は、ごく僅かの重力、従って冷媒導入管のごく僅かの重量負担および、場合によって生じる冷媒導入管のごく僅かな曲がりを意味する。
【００１９】
更に、冷媒導入管の外被に配置された第１の磁石円筒体と中空軸の内面に配置された第２の磁石円筒体とからなり、両磁石円筒体が半径方向において対向しているという磁気軸受の構成によって、冷媒導入管の簡単な組み込みも可能である。両磁石円筒体の間にはギャップがあるので、組み込み時に機械的な制限はない。むしろ、冷媒導入管は、従来と同様に大きな問題なしに中空軸に挿入することができ、こうして冷凍ユニットを超電導機械に結合することができる。
【００２０】
磁気軸受は、超電導機械の回転子軸のための冷媒と同一の空所内にあるので、その冷媒によって超電導の磁石円筒体も７７°Ｋ以下の温度に冷却することができる。しかし、超電導材料の代わりにオーム抵抗を有する良導電性材料を使用することによって、磁気軸受作用およびそれに伴う磁気軸受による冷媒導入管の運動の減衰が７７°Ｋ以下の動作温度においてようやく達成されるというわけではない。これは、冷凍機の故障時にも磁気軸受作用の信頼性を高める。
【００２１】
以下において、従属請求項の特徴事項による有利な発展的構成を有する本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて更に詳細に説明するが、これに本発明は限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は従来技術による冷却装置が結合された超電導機械の装置部分を示す。
【図２】図２はオーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体を備えた本発明による装置の磁気軸受の第１の実施形態を示す。
【図３】図３は図２に示された装置に類似し、僅かな構造変更を有する本発明による装置の磁気軸受の第２の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１は、改めて、冒頭に従来技術に関連して既に説明した冷凍ユニット２００を有する超電導機械１００の原理的構成を示す。本例では同期電動機１００であるこの機械は、特に中空軸３２０および冷媒導入管３１０である手段３００を介して、冷凍ユニット２００に結合されている。冷凍ユニットにおいて冷媒が７７Ｋに冷却されて、冷媒導入管３１０を介して同期電動機１００の回転子軸１１０に供給される。同期電動機１００における熱漏れを回避するために、中空軸３２０は相応に長く形成されている。中空軸は一方の側で、即ち領域３２０”で回転子軸１１０に固定結合されているので、中空軸は運転中に回転子１１０と同じ回転数で回転する。中空軸３２０内には冷媒導入管３１０が配置されている。同期電動機１００とは反対側の中空軸３２０の端部、即ち領域３２０’には、例えば磁性流体シール、ラビリンスシール又はすきまシールとして形成されているシール装置が設けられている。このシール装置は、回転子１１０およびそれに結合された中空軸３２０の内部の空間部を周囲に対して封止する。更に、このシール装置を通して、冷媒導入管３１０が案内され、従って支持および固定されている。中空軸３２０の外側で、冷媒導入管３１０は適切な方法で、例えばフランジ結合によって冷凍ユニット２００に結合されている。冷媒導入管３１０内の１つ或いは複数の所謂ヒートパイプ３１１を介して冷媒が冷凍ユニット２００から回転子軸１１０の内部に達し、そして逆に回転子軸１１０の内部から冷凍ユニット２００に達する。超電導機械の構成および動作態様に対するこれ以上の詳細説明は、ここでは省略する。これについては特許文献２を参照されたい。
【００２４】
図１に示されているように、従来技術によれば、中空軸３２０の機械側の端部３２０”に磁気軸受４００が設けられ、半径方向に反発する力、従ってセンタリング力が冷媒導入管３１０に作用するように配置されている。従来技術による磁気軸受４００は、純粋に永久磁石、又は超電導材料と相互作用をする永久磁石を基礎としている。この磁気軸受４００とシール装置内での支持とによって、以前は片側でのみ支持された冷媒導入管３１０が今や中空軸３２０の両側で支持および固定される。その付加的な固定によって、機械側で以前は自由に浮遊していた、従って振動性であった冷媒導入管３１０の端部が今や固定され、それにより冷媒導入管３１０の共振周波数がより高い周波数領域へシフトされる。しかし、従来技術においては、冷媒導入管３１０の両側固定によって超電導機械１００の動作範囲外への共振周波数のシフトが達成されるようにかつ超電導材料の使用時に極低温が存在するように磁気軸受が配置されていなければならないという点でのみ、中空軸３２０内における磁気軸受４００の正確な位置が重要である。磁気軸受４００は、好ましくは中空軸の端部、例えば中空軸と回転子軸との間のフランジに設けるか、又は回転子軸自体の内部に設けられる。
【００２５】
磁気軸受４００は、第１の磁石円筒体４１０と第２の磁石円筒体４２０とからなり、第１の磁石円筒体４１０は冷媒導入管３１０の外被に、第２の磁石円筒体４２０は中空軸３２０の内面に配置されている。両磁石円筒体４１０および４２０は、半径方向に対向するように配置されている。両磁石円筒体４１０および４２０の寸法は、第１の磁石円筒体４１０の外面と第２の磁石円筒体４２０の内面との間になおも隙間が存在するように選定されている。両磁石円筒体４１０，４２０は、それらの磁界がその隙間において互いに反発する力を生じるように方向が決められている。これらの反発力によって、冷媒導入管３１０は、第１の磁石円筒体４１０と一緒に第２の磁石円筒体の自由内部空間内で浮遊状態にされ、発生した反発力によってこの内部空間内でセンタリングされる。それによって冷媒導入管３１０が今や中空軸３２０内に両側で固定されていて、それによって冷媒導入管３１０の共振周波数がより高い周波数へシフトし、従って電動機１００の回転周波数範囲から遠ざかる。
【００２６】
以前に既に述べたように、磁気軸受４００に超電導材料を使用する場合、その軸受は極低温に冷却された空間領域内に配置されていなければならず、その軸受４００は冷凍機の故障又は遮断時には機能しない。これは、特に冷凍ユニット２００の故障時に機械１００および／又は冷媒導入管３１０の原状に復し難い変形から破壊に至るまでの故障をもたらし得る。純粋に永久磁石からなる磁気軸受４００を使用する場合には、永久磁石の相対的に大きい重量が冷媒導入管３１０の変形をもたらし得る。これを回避するためには、強化された材料の使用が必要であるが、これは高コストであり、しかも運転中の機械１００の特性悪化を招きかねない。
【００２７】
従来技術におけるこの問題を回避するために、冷媒導入管３１０の運動もしくは機械的振動の減衰が機械１００および／又は冷媒導入管３１０の破損を回避するに十分であるという認識が、冷媒導入管３１０の側での支持のために永久磁石も超電導材料も使用しないという本発明の着想をもたらした。重量低減およびより確かな運動減衰が、極低温よりも高い温度においても運転中の機械特性の改善をもたらし、また冷凍ユニット２００と結合された機械１００の故障し易さの低減ももたらす。
【００２８】
図２は冷媒導入管を支持するための本発明による装置の第１の実施形態を示し、この実施形態では第１の磁石円筒体４１０がオーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体である。この実施形態では中空軸３２０が、外被３２１、例えばＮＤＥ中空軸と、内被３２２とからなる。外被と内被との間には絶縁真空部が存在する。内被３２２内には、中空軸３２０の端部３２０’におけるシール装置を通して外側から挿入された冷媒導入管３１０が存在する。冷媒導入管内のヒートパイプ３１１を介して冷媒が中空軸の領域３２０”内に導入され、従ってそれに結合されている回転子軸１１０内にも導入される。強磁性流体からなるシール装置が冷媒導入管３１０を中空軸３２０の領域３２０’内で支持する。中空軸３２０のそれと反対の側３２０”には、本発明に従って、冷媒導入管３１０の外周に１つの円筒体を有する磁気軸受４００が設けられており、この円筒体はオーム抵抗を有する良導電性材料からなる。軸方向には、中空軸３２０の内面側の同じ個所に多数の永久磁石リングが軸方向に並べられて配置されている。これらの多数の磁気リングが第２の磁石円筒体４２０を形成し、第２の磁石円筒体４２０は、それの自由な内部空間内において、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる第１の円筒体４１０の運動を可能にする。第２の磁石円筒体４２０内における第１の円筒体４１０の運動は、或る特定の限界内で非接触にて可能であり、それによって冷媒導入管３１０と中空軸３２０もしくは回転子軸１１０との間では、放射を除き直接的な熱伝導は行われない。
【００２９】
領域３２０”の側での中空軸３２０に対する冷媒導入管３１０の相対的な運動もしくは機械的振動の際に、例えば第１の磁石円筒体４１０の永久磁石の空間的に変化する磁界によって、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる第２の磁石円筒体４２０の位置において、オーム抵抗を有する良導電性材料内に渦電流が発生し、それらの渦電流の磁界が第１の磁石円筒体４１０の磁界と相互作用をして運動もしくは機械的振動の減衰をもたらす。運動もしくは機械的振動の十分な減衰を達成するのに、軸受４００内における第１の磁石円筒体と第２の磁石円筒体との両側の永久磁石によって、又は超電導材料の使用によって得られるより大きな磁界を用いた固定もしくは支持は必要でない。オーム抵抗を有する良導電性材料内の渦電流およびそれらの渦電流の磁界は、冷媒導入管３１０の運動もしくは機械的振動の十分な減衰を達成するために十分であり、その十分な減衰は冷媒導入管３１０の原状に復し得ない機械的な破損を防止する。
【００３０】
超電導機械１００のための７７°Ｋ以下の運転温度に達したならば、円筒体４１０も非常に良好な導電状態になる。何故ならば、特に非常に純粋な金属に関するオーム抵抗は、低温において、温度にともなって極めて小さい値に減少するからである。それゆえ、運転温度では、以前の片側固定の、即ち片持ちの冷媒導入管３１０から、領域３２０”側での運動が強く減衰させられる両側支持の装置になる。運転中に、中空軸３２０および超電導性の第２の磁石円筒体４２０は、固定配置された冷媒導入管３１０およびそれに配置された第１の磁石円筒体４１０の周りを回転する。両磁石円筒体４１０および４２０の磁界によって生じる半径方向に作用する力が、中空軸３２０のこの端部３２０”においても冷媒導入管３１０の運動を減衰させる。
【００３１】
図３に示す実施例では、図２に示した磁気軸受と同じく、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる第１の磁石円筒体４１０と、多数の永久磁石リング４１０を有する第２の磁石円筒体４２０とから構成されている磁気軸受４００が、中空軸３２０の所謂ネックパイプフランジとして形成されている領域３２０”内の個所に配置されている。
【００３２】
図２および図３に示されている磁気軸受４００の両実施例は、特に、超電導機械１００への冷凍ユニット２００および冷媒導入管３１０の取付けが付加的な磁気軸受４００によって殆ど影響を及ぼされないという利点を有する。両円筒体４１０および４２０間の軸受ギャップを比較的大きく選ぶことができるので、中空軸３２０内への冷媒導入管３１０の挿入は、本発明による装置においても問題にならない。しかし、軸受作用を改善するために小さい軸受ギャップを選ぶこともできる。
【００３３】
個々の永久磁石リングの間に磁束案内のための複数の強磁性のリングを挿入することができる。個々の永久磁石リングは、Ｎｄ−Ｂ−Ｆｅ又はＳｍ−Ｃｏから構成することができる。これらの強磁性のリングと永久磁石リングとの間に、付加的に図２に示されていない強磁性材料からなる複数の薄板を挿入することができる。図２および図３に示された装置の場合に、磁気軸受４００の最適な作用のためには、空隙が個々の永久磁石リングの軸方向の幅Ｌの約０．１〜０．３倍に相当する高さを持つとよい。磁石円筒体の半径方向の厚さはほぼＬ／２〜４×Ｌの値であるとよい。例えば超電導の電動機又は発電機のような超電導機械の典型的な用途においては、冷媒導入管３１０の直径は１〜３ｃｍの値を有するであろう。それに応じて、永久磁石リングは約０．４〜１ｃｍの幅と０．２〜２．５ｃｍの半径方向厚さとを有するであろう。強磁性のリングは１〜４ｍｍの厚さを持ち、固定配置された第１の円筒体４１０と回転する第２の磁石円筒体４２０との間の空隙は０．７〜２．５ｍｍの高さを持つとよい。
【００３４】
第１の円筒体４１０を磁石円筒体と言う場合にも、これはその円筒体が永久磁石であることを意味せず、第２の磁石円筒体４２０に対する相対的な運動の際に発生される渦電流によって、冷媒導入管３１０の空間的な相対運動に反抗する磁界、即ちその相対運動を減衰させる磁界が発生させられることを意味する。従って、支持もしくは軸受４００の概念は、機械１００に対する冷媒導入管３１０の空間的な相対運動および回転に反抗するが、これを完全に阻止するのではない減衰装置として理解すべきである。そうではなく、回転子軸に対する中空軸の領域３２０”の側で発生する冷媒導入管３１０の機械的振動が減衰させられ、共振の場合に原状に復し得ない破損に至ることはない。
【００３５】
第２の磁石円筒体４２０は、永久磁石からなる構成に対する代替として、通電されるコイルもしくは導体ループ、又はその他の磁界発生装置も含み得る。本発明は、図２および図３に示された冷媒導入管を支持するための装置の実施例に限定されずに、むしろ互いに組み合わせること、および／又は図示されていないその他の実施形態と組み合わせこともできる。
【符号の説明】
【００３６】
１００        超電導機械
１１０        回転子(軸)
２００        冷凍ユニット
３００        装置
３１０        冷媒導入管
３１１        ヒートパイプ
３２０        中空軸
３２０’      端部（領域）
３２０”      端部（領域）
４００        磁気軸受
【図１】
2013539844.tif 000003
【図２】
2013539844.tif 000004
【図３】
2013539844.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成25年9月3日(2013.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導機械（１００）の冷媒導入管（３１０）を支持するための装置（３００）が中空軸（３２０）を有し、その中空軸が第１の領域（３２０"）で超電導機械（１００）に結合可能であり、中空軸内部には、冷凍ユニット（２００）から超電導機械（１００）へ冷媒を案内するための冷媒導入管（３１０）が配置され、冷媒導入管（３１０）が、中空軸（３２０）の第２の領域で冷凍ユニット（２００）と結合可能であって中空軸（３２０）に固定されており、
冷媒導入管（３１０）のために中空軸（３２０）の第１の領域（３２０"）に磁気軸受（４００）が設けられ、その磁気軸受は、半径方向の力が、従って減衰又はセンタリングのいずれか一方又は両方の作用をする力が冷媒導入管（３１０）に及ぼされるように配置されており、
磁気軸受（４００）が第１の磁石円筒体（４１０）および第２の磁石円筒体（４２０）を有し、第１の磁石円筒体（４１０）と第２の磁石円筒体（４２０）が半径方向において対向するように第１の磁石円筒体（４１０）が冷媒導入管（３１０）の外被に配置され、第２の磁石円筒体（４２０）が中空軸（３２０）の内面に配置されている装置において、
第１の磁石円筒体（４１０）が、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる円筒体であることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記良導電性材料が、銅、銀、金又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記良導電性材料が、９９．９体積パーセントの純度を有する高純度の銅、銀、金又はアルミニウムからなることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
前記良導電性材料が、極低温の温度において１００μΩｃｍ2／ｍ以下の比電気抵抗を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
前記第２の磁石円筒体（４２０）が、複数の軸方向に並べられて配置された同軸の永久磁石リングからなることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の装置。
【請求項６】
前記中空軸（３２０）の内面と複数の同軸の永久磁石リングとの間に強磁性材料からなる１つの第２の円筒体が配置されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記複数の軸方向に並んでいる永久磁石リングが、それぞれ強磁性材料からなる１つのリングによって互いに隔てられていることを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
前記冷媒導入管（３１０）が、中空軸（３２０）に対する相対的な機械的運動に対して減衰させられることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置の使用方法。
【請求項９】
前記機械的運動の減衰が、第１の磁石円筒体（４１０）の導電材料内に運動により誘導される渦電流によって行われることを特徴とする請求項８記載の装置の使用方法。
【請求項１０】
請求項１乃至７の１つに記載の装置を有する超電導機械。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
特許文献１の図２，３に示されるように、磁気軸受４００は、第１の磁石円筒体４１０と第２の磁石円筒体４２０とからなり、第１の磁石円筒体４１０は冷媒導入管３１０の外被に、第２の磁石円筒体４２０は中空軸３２０の内面に配置されている。両磁石円筒体４１０および４２０は、半径方向に対向するように配置されている。両磁石円筒体４１０および４２０の寸法は、第１の磁石円筒体４１０の外面と第２の磁石円筒体４２０の内面との間になおも隙間が存在するように選定されている。両磁石円筒体４１０，４２０は、それらの磁界がその隙間において互いに反発する力を生じるように方向が決められている。これらの反発力によって、冷媒導入管３１０は、第１の磁石円筒体４１０と一緒に第２の磁石円筒体の自由内部空間内で浮遊状態にされ、発生した反発力によってこの内部空間内でセンタリングされる。それによって冷媒導入管３１０が今や中空軸３２０内に両側で固定されていて、それによって冷媒導入管３１０の共振周波数がより高い周波数へシフトし、従って電動機１００の回転周波数範囲から遠ざかる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
領域３２０"の側での中空軸３２０に対する冷媒導入管３１０の相対的な運動もしくは機械的振動の際に、例えば第２の磁石円筒体４２０の永久磁石の空間的に変化する磁界によって、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる第１の磁石円筒体４１０の位置において、オーム抵抗を有する良導電性材料内に渦電流が発生し、それらの渦電流の磁界が第２の磁石円筒体４２０の磁界と相互作用をして運動もしくは機械的振動の減衰をもたらす。
運動もしくは機械的振動の十分な減衰を達成するのに、軸受４００内における第１の磁石円筒体と第２の磁石円筒体との両側の永久磁石によって、又は超電導材料の使用によって得られるより大きな磁界を用いた固定もしくは支持は必要でない。オーム抵抗を有する良導電性材料内の渦電流およびそれらの渦電流の磁界は、冷媒導入管３１０の運動もしくは機械的振動の十分な減衰を達成するために十分であり、その十分な減衰は冷媒導入管３１０の原状に復し得ない機械的な破損を防止する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
超電導機械１００のための７７°Ｋ以下の運転温度に達したならば、円筒体４１０も非常に良好な導電状態になる。何故ならば、特に非常に純粋な金属に関するオーム抵抗は、低温において、温度にともなって極めて小さい値に減少するからである。それゆえ、運転温度では、以前の片側固定の、即ち片持ちの冷媒導入管３１０から、領域３２０"側での運動が強く減衰させられる両側支持の装置になる。運転中に、中空軸３２０および強磁性の第２の磁石円筒体４２０は、固定配置された冷媒導入管３１０およびそれに配置された第１の磁石円筒体４１０の周りを回転する。両磁石円筒体４１０および４２０の磁界によって生じる半径方向に作用する力が、中空軸３２０のこの端部３２０"においても冷媒導入管３１０の運動を減衰させる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
図３に示す実施例では、図２に示した磁気軸受と同じく、オーム抵抗を有する良導電性材料からなる第１の磁石円筒体４１０と、多数の永久磁石リングを有する第２の磁石円筒体４２０とから構成されている磁気軸受４００が、中空軸３２０の所謂ネックパイプフランジとして形成されている領域３２０"内の個所に配置されている。
【国際調査報告】
2013539844.tif 000006
2013539844.tif 000007
2013539844.tif 000008
2013539844.tif 000009