(57)【要約】【課題】発電動機と一体化された、簡単な構造の超電導磁気スラスト軸受を提供すること。【解決手段】固定コアＡ２０の円筒形状の断面形状をコの字形状に形成し、コの字形状の開口部を円筒形状の内側に向かって形成する。円筒形状に形成された回転コア３０を固定コアＡ２０の内側に、さらにその内側に固定コアＢ５０を配置する。回転コア３０には、固定コアＡ２０の突端部２２ａ、２２ｂに対向する位置に突端部３２ａ、３２ｂを設ける。回転コア３０の固定コアＢに対向する位置には、超電導コイル１０の巻き線方向に所定の間隔で形成された複数の磁束誘導路３６ａ，３６ｂを設ける。回転コア３０を回転可能かつ中心軸方向に移動可能に構成する。固定コアＢ５０には、電機子コア４０を超電導コイル１０の巻線方向に複数配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
中心軸が前記超電導コイルの中心軸と一致するように配置された円筒形状の第１固定コアと、
円筒形状に形成され、中心軸が前記超電導コイルの中心軸と一致するように前記第１固定コアの内側又は外側に配置された回転コアと、
前記超電導コイルの巻線方向に配置された、複数の電機子コイルを有する電機子コアと
を備え、
前記第１固定コアは、円筒形状の中心軸方向の断面形状がコの字形状で、かつ、そのコの字形状の開口部が中心軸と垂直方向となるように形成され、
前記超電導コイルは、前記コの字形状に形成された第１固定コアのコの字形状部分の内側に配置され、
前記回転コアは、前記第１固定コアのコの字形状の２つの突端部に対向した位置に突端部を有し、且つ、前記電機子コアに対向する位置に前記超電導コイルの巻線方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路を有し、前記第１固定コアに対して相対的に回転するとともに、前記第１固定コアの中心軸方向に移動可能に構成され、
前記電機子コアは、前記超電導コイルで発生され前記第１固定コアのコの字形状の２つの突端部のうちの一方の突端部から導出される磁束を前記回転コアの突端部へ導入するとともに、前記回転コアの突端部から導出される磁束経路の中に固定配置されていることを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記第１固定コアは、前記コの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成され、
前記電機子コアは、前記第１固定コアの２つの突端部の少なくとも一方に、取り付けられ、
前記回転コアは、前記突端部が前記第１固定コアの、２つの突端部に対向する位置に設けられ、前記突端部のうち、前記電機子コアに対向する突端部に、前記超電導コイルの巻線方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路が併設されていることを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項３】
請求項２に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記第１固定コアの２つの突端部のうち一方の突端部の中心軸方向の長さは、他方の突端部の長さよりも長くなるように形成され、
前記回転コアの前記突端部のうち前記第１固定コアの２つの突端部のうち中心軸方向の長さが長い方の突端部に対向する突端部の中心軸方向の長さは、他方の突端部の長さよりも長くなるように形成され、磁束誘導路は長さが長い方の突端部にのみ設けられ、
前記電機子コアは、前記第１固定コアの２つの突端部のうち中心軸方向の長さが長い方の突端部に設けられていることを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項４】
請求項１に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
円筒形状に形成され、中心軸が前記超電導コイルの中心軸と一致するように前記第１固定コアの内側に固定配置された第２固定コアを備え、
前記第１固定コアは、コの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成され、
第２固定コアは、前記電機子コアが一体に取り付けられた少なくとも１つの突端部を有し、
前記回転コアは、前記第１固定コアと前記第２固定コアとの間に配置され、前記第２固定コアに対向する面に回転方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路を有し、
前記磁束誘導路は、前記超電導コイルで発生され前記第１固定コアの２つの突端部のうち一端から導出される磁束を前記第２固定コアの前記突端部へ導入し、前記第２固定コアの前記突端部から導出される磁束を前記第１固定コアの他方の突端部へ導入することを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項５】
請求項４に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記第２固定コアの前記突端部は、２つの突端部からなり、
前記電機子コアは、前記第２固定コアの前記２つの突端部のうち少なくとも一方の突端部に一体的に取り付けられ、
前記回転コアは、前記第１固定コアの２つの突端部に対向する位置に突端部を有するとともに、電機子コアを取り付けた突端部に対向する位置に、中心軸に対して垂直方向に平行に、所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路を有していることを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項６】
請求項４に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記回転コアは、第１固定コアの前記突端部に対向する位置に突端部を有するとともに、中心軸の周囲方向に複数配置される一対の前記磁束誘導路を有し、
前記一対の磁束誘導路のうち一方の磁束誘導路は、前記第１固定コアの２つの突端部のうち一方の突端部から導出される磁束を前記第２固定コアへ導入する磁束誘導路を形成し、他方の磁束誘導路は、前記第２固定コアから導出される磁束を前記第１固定コアの２つの突端部の他方の突端部へ導入する磁束誘導路を形成し、さらに、前記電機子コアは第２固定コアの回転コアに対向する面に一体的に取り付けられたことを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項７】
請求項１に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
円筒形状に形成され、中心軸が前記超電導コイルの中心軸と一致するように前記第１固定コアの外側に固定配置された第２固定コアを備え、
前記第１固定コアは、コの字形状の開口部が円筒形状の外側に向かって形成され、
第２固定コアは、前記電機子コアが一体に取り付けられた少なくとも１つの突端部を有し、
前記回転コアは、前記第１固定コアと前記第２固定コアとの間に配置され、前記第２固定コアに対向する面に回転方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路を有し、
前記磁束誘導路は、前記超電導コイルで発生され前記第１固定コアの２つの突端部のうち一端から導出される磁束を前記第２固定コアの前記突端部へ導入し、前記第２固定コアの前記突端部から導出される磁束を前記第１固定コアの他方の突端部へ導入する磁束導入路を有することを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項８】
請求項７に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記回転コアは、第１固定コアの前記突端部に対向する位置に突端部を有するとともに、中心軸の周囲方向に複数配置される一対の前記磁束誘導路を有し、
前記一対の磁束誘導路のうち一方の磁束誘導路は、前記第１固定コアの２つの突端部のうち一方の突端部から導出される磁束を前記第２固定コアへ導入する磁束誘導路を形成し、他方の磁束誘導路は、前記第２固定コアから導出される磁束を前記第１固定コアの２つの突端部の他方の突端部へ導入する磁束誘導路を形成し、さらに、前記電機子コアは第２固定コアの回転コアに対向する面に一体的に取り付けられたことを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項９】
請求項１に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記第１固定コアは、コの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成され、
前記超電導コイルは、互いの巻線の中心軸が一致するように所定の間隔を設けて配置された一対の超電導コイルからなり、
前記第２固定コアは、円筒形状に形成され、中心軸が前記超電導コイルの中心軸と一致するように前記第１固定コアの内側で、かつ、前記一対の超電導コイルの間に配置されており、さらに、前記回転コアに対向する面に前記電機子コアが一体的に取り付けられており、
前記回転コアは、前記超電導コイルの中心軸の周囲方向に所定の間隔で設けられた一対の磁束誘導路を有し、前記一対の磁束誘導路のうち一方は、前記第１固定コアの２つの突端部のうち一方の突端部から導出される磁束を前記電機子コアを取り付けた前記第２固定コアへ導入する磁路を形成し、他方の突端部は、前記前記第２固定コアから導出される磁束を前記第１固定コアの２つの突端部の他方へ導入する磁路を形成することを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【請求項１０】
請求項９に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受において、
前記第１固定コアは、前記一対の超電導コイルと前記電機子コアとで形成される２つの空間に各々前記第１固定コアの全周に亘って突起部を有し、
前記回転コアは、前記突起部に対向する位置に凸部を有していることを特徴とする発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルを用いて、簡易な構造で、発電動機と磁気スラスト軸受とを一体化する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルを用いた磁気スラスト軸受は、大きなスラスト力を負担できることから、例えばエネルギー貯蔵のための大型のフライホイールの軸受などとして適用が進められている。ところが、フライホイールにエネルギを貯蔵するにはフライホイールを回転させたり、フライホイールの回転エネルギを電気エネルギとして取り出すための発電動機が不可欠である。
【０００３】
従来、この発電動機は、超電導コイルを用いた磁気スラスト軸受とはまったく別に設けられ、その回転軸にフライホイールの回転軸を直結させて作動させる構造となっていた。
特に、回転損失を低減させる必要があるフライホイールにおいては、回転体を真空中に納めることが多いため回転部に発熱のある設備は採用が難しい。したがって、発電動機には、構造が簡単で安価な誘導型の発電動機を用いることが困難であり、永久磁石を用いた同期型の発電動機を用いる必要があった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００１−３４３０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記同期型の発電動機を用いる技術では、フライホイールを用いたエネルギ貯蔵装置全体としては、構造が複雑になるとともにコスト高になるという問題があった。また、この発電動機は永久磁石を界磁に使用するものが多く、大型になると組み立てに伴う難しさとコストが嵩むという問題もあった。
【０００５】
さらに、発電動機として見た場合も、従来の設備ではスラスト軸受を必要とする場合には、発電動機とは別に用意する方法が一般的であり、構造的に複雑になるとともにコストの面からも問題があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、発電動機と一体化された、簡単な構造の超電導磁気スラスト軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
かかる問題を解決するためになされた請求項１に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受では、超電導コイル（１０：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）、第１固定コア（２０）、回転コア（３０）及び電機子コア（４０）を備えている。
【０００８】
第１固定コア（２０）は、中心軸が超電導コイル（１０）の中心軸と一致するように配置され、円筒形状の中心軸方向の断面形状がコの字形状で、かつ、そのコの字形状の開口部が中心軸と垂直方向となるように形成されている。
【０００９】
回転コア（３０）は、円筒形状に形成され、中心軸が超電導コイル（１０）の中心軸と一致するように第１固定コア（２０）の内側又は外側に配置されている。また、回転コア（３０）は、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ，２２ｂ）に対向した位置に突端部（３２ａ、３２ｂ）を有し、さらに、超電導コイル（１０）の巻線方向に所定の間隔で形成された複数の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を有する。
【００１０】
回転コア（３０）は、第１固定コア（２０）に対して相対的に回転するとともに第１固定コア（２０）の中心軸方向に移動可能に構成されている。
電機子コア（４０）は、電機子コイル（４２）を有し、超電導コイル（１０）の巻線方向に複数配置されている。また、電機子コア（４０）は、超電導コイル（１０）で発生され第１固定コア（２０）のコの字形状の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの一つの突端部から導出され、回転コア（３０）の突端部（３２ａ）および磁束誘導路（３６ａ）へ導入するとともに、回転コア（３０）の突端部（３２ｂ）および磁束誘導路（３６ｂ）を経由して突端部（２２ａ，２２ｂ）の他の突端部（２２ａ）に戻る磁束経路内に配置されている。
【００１１】
超電導コイル（１０）は、コの字形状に形成された第１固定コア（２０）のコの字部分の内側に配置されている。
このような発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受では、超電導コイル（１０）で発生された磁束が、コの字形状の第１固定コア（２０）によって形成される磁路を通り、コの字形状の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの一方の突端部（２２ａ）から外部へ導出される。
【００１２】
第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の一方の突端部（２２ａ）から外部へ導出された磁束は、その突端部（２２ａ）に対向する位置で回転コア（３０）の突端部（３２ａ）および磁束誘導路（３６ａ）へ導入される。
【００１３】
回転コア（３０）の突端部（３２ａ）および磁束誘導路（３６ａ）へ導入された磁束は、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの他方の突端部（２２ｂ）に対向する位置まで回転コア（３０）の円筒部を通り、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの他方の突端部（２２ｂ）に対向する位置で回転コア（３０）の突端部（３２ｂ）および磁束誘導路（３６ｂ）から外部へ導出され、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の他方の突端部（２２ｂ）へ導入される。
【００１４】
このようにして、第１固定コア（２０）と回転コア（３０）との間で、超電導コイル（１０）で発生された磁束を誘導する磁路が形成される。
また、電機子コア（４０）は、超電導コイル（１０）の巻線方向に配置された複数の電機子コイル（４２）を有しており、第１固定コア（２０）から導出される磁束を回転コア（３０）へ導入し、回転コア（３０）から導出される磁束を第１固定コア（２０）へ導入する位置、つまり、前述の第１固定コア（２０）と回転コア（３０）とで形成される磁路の途中に配置されている。
【００１５】
回転コア（３０）に設けられた、所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）が第１固定コア（２０）に対向する場所では、導入・導出される磁束密度は大きくなるため、電機子コア（４０）を貫通する磁束量は、回転コア（３０）の回転に伴って変化する。
【００１６】
したがって、電機子コア（４０）に回転コア（３０）の回転位置に併せて電流を供給すれば電動機に、また、電機子コアからの電流を取り出すことによって発電機として使用することができる。
【００１７】
さらに、回転コア（３０）の中心軸方向、つまりスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア（３０）に中心軸方向への微少なずれが生じる。この「ずれ」によって、磁路に磁気抵抗が発生することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア（３０）を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。
【００１８】
このとき、磁束の発生源として超電導コイル（１０）を用いているので、非常に強い磁束を発生することができ、電機子コイルを設置することで、フライホイールのスラスト軸受用コイルを発電動機の界磁発生源として共通利用でき、従来の様な回転機の追設が不要となる。
【００１９】
また、スラスト力が発生する発電動機においては、界磁を構成するコイルを利用して非接触の強力なスラスト支持機構が構成可能となる。
以上のように、超電導コイル（１０）、第１固定コア（２０）、回転コア（３０）及び電機子コア（４０）を一体化することにより簡単な構造で発電動機と磁気スラスト軸受を一体化した発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受とすることができる。
【００２０】
なお、磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）が「所定の間隔で形状変化を有する」とは、例えば、磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）が一定間隔で凸部を有していたり、歯車のような一定周期の凹凸形状となっていたりすることを意味している。
【００２１】
ところで、第１固定コア（２０）、回転コア（３０）あるいは電機子コア（４０）の形や配置位置には種々のものが考えられる、例えば、請求項２に記載のように、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の少なくとも一方に、中心軸の周囲方向に所定の間隔で形成した回した電機子コイル（４２）より構成される電機子コア（４０）を一体的に構成し、回転コア（３０）の電機子コア（４０）に対向する位置にのみ超電導コイル（１０）の巻線方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路（３６）を設けるようにしてもよい。
【００２２】
このようにすると、超電導コイルで発生する磁束は、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の一方から導出され、回転コア（３０）の突端部（３２ａ，４３ｂ）を介して第１固定コア（２０）の他方の突端部（２２ｂ）へ導入される。磁束誘導路を設けない突端部においては、磁束は全周に亘り第１固定コア（２０）の突端部（２２ａ）と回転コアの突端部（３２ａ）との間を通るため、安定したスラスト軸受け性能が期待できるとともに、回転コア（３０）の回転に伴い、磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）に対向した位置でより大きな磁束が電機子コイル（４２）を貫通し、回転に伴って電機子コイルを貫通する磁束量が変化するので、発電動機として機能させることができる。
【００２３】
さらに、請求項３に記載のように電機子コア（４０）に取り付けた突端部（２２ｂ）の中心軸方向の長さを長くして発電動機特性を確保することもできる。
このようにすると、スラスト軸受の設計と発電動機としての設計が比較的独立に行うことができる。
【００２４】
ところで、電機子コア（４０）を第１固定コア（２０）と一体的に構成する代わりに、回転コアの内側に第２固定コア（５０）を設け、第２固定コア（５０）に電機子コア（４０）を一体的に取り付け、第１固定コア（２０）と第２固定コア（５０）の中間に位置し両者を結ぶ磁束経路の役割を持たせた回転コア（３０）を設け、この回転コア（３０）の第２固定コア（５０）に対向する面に、回転方向に周期的に配置された磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を設けた構成とすることもできる。
【００２５】
すなわち、請求項４に記載のように、円筒形状に形成され、中心軸が超電導コイル（１０）の中心軸と一致するように第１固定コア（２０）の内側に固定配置された第２固定コア（５０）を設ける。また、第１固定コア（２０）をコの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成されるようにする。
【００２６】
さらに、第２固定コア（５０）には、電機子コア（４０）が一体に取り付けられた少なくとも１つの突端部（５２）を設け、回転コア（３０）を、第１固定コア（２０）と第２固定コア（５０）との間に配置する。
【００２７】
回転コア（３０）は、第２固定コア（５０）に対向する面に回転方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を有し、その磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）は、超電導コイル（１０）で発生され第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうち一端から導出される磁束を第２固定コア（５０）の突端部（５２）へ導入し、第２固定コア（５０）の突端部（５２）から導出される磁束を第１固定コア（２０）の他方の突端部（２２ｂ）へ導入する。
【００２８】
このようにすると、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の一方の突端部（２２ａ）から導出された磁束が回転コア（３０）の突端部（３２ａ）へ導入され、回転コア（３０）の磁束誘導路（３６ａ）を通過した後に、第２固定コア（５０）に導入されるとともに電機子コア（４０）を貫通する。
【００２９】
そして、第２固定コア（５０）に導入された磁束は電機子コア（４０）を貫通しながら回転コア（３０）の磁束誘導路（３６ｂ）を通過して、突端部（３２ｂ）から第１固定コア（２０）の他の突端部（２２ｂ）へ導入される。
【００３０】
このように、請求項４に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受では、第１固定コア（２０）−回転コア（３０）−第２固定コア（５０）−回転コア（３０）−第１固定コア（２０）という磁路が形成される。第２固定コア（５０）に出入りする磁束は電機子コア（４０）を貫通することになる。
【００３１】
回転コア（３０）の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）は、第２固定コア（５０）に対向する面において回転方向に形状の変化を持たせてあるため、回転コア（３０）の回転に伴って、対向する第２固定コア（５０）の回転コア側の面では、磁束の変化が発生する。すなわち、電機子コア（４０）の各電機子コイル（４２）に貫通する磁束量は時間とともに変化することになる。
【００３２】
つまり、請求項４に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受は、電動機として作動することになる。逆に、回転コアを回転させると、各電機子コイルからは位相の異なる電圧が発生することになるので発電機として作動させることもできる。
【００３３】
また、回転コア（３０）のスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア（３０）に中心軸方向への微少なずれが生じる。この「ずれ」によって、磁路に磁気抵抗が発生することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア（３０）を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。
【００３４】
したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。このとき、磁束の発生源として超電導コイル（１０）を用いているので、非常に強い磁束を発生することができる。したがって、磁気スラスト軸受として大きな荷重を支持することができる。
【００３５】
さらに、請求項５に記載のように、第２固定コア（５０）の突端部（５０）を２つの突端部（５２ａ，５２ｂ）からなるようにし、電機子コア（４０）を第２固定コア（５０）の２つの突端部（５２ａ，５２ｂ）のうち少なくとも一方の突端部に一体的に取り付ける。
【００３６】
また、回転コア（３０）には、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）に対向する位置に突端部（３２ａ，３２ｂ）を有するとともに、電機子コア（４０）を取り付けた突端部に対向する位置に、中心軸に対して垂直方向に平行に、所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路（３６ａ、３６ｂ）を設けるようにする。
【００３７】
このようにすると、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの一方の突端部（２２ａ）から導出された磁束は、回転コア（３０）の２つの突端部（３２ａ，３２ｂ）の一方の突端部(３２ａ)および磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）のうちの一方の磁束誘導路（３６ａ）を通過して第２固定コア（５０）の一方の突端部（５２ａ）に誘導される。
【００３８】
一方の突端部（５２ａ）に誘導された磁束は、第２固定コア（５０）の円筒部を通過して他方の突端部（５２ｂ）から導出され、回転コア（３０）の他方の磁束誘導路（３６ｂ）と突端部（３２ｂ）を通過して第１固定コア（２０）の他方の突端部（２２ｂ）から第１固定コア（２０）へ導入される。この間に、磁束は電機子コア（４０）の電機子コイル（４２）を貫通する。
【００３９】
このように、第１固定コア（２０）の突端部（２２ａ）−回転コア（３０）の突端部(３２ａ)−磁束誘導路（３６ａ）−第２固定コア（５０）の突端部（５２ａ）、第２固定コア（５０）の内部、突端部（５２ｂ）−回転コア（３０）の突端部(３２ｂ)−磁束誘導路（３６ｂ）−第１固定コア（２０）の突端部（２２ｂ）というように磁路がレーストラック状に形成される。回転コア（３０）が回転すると、誘導誘導路（３６ａ、３６ｂ）に回転方向に所定の周期があることから、電機子コイル（４２）を貫通する磁束量に変化が発生し、発電動機及び磁気スラスト軸受を構成することができる。
【００４０】
また、第２固定コア（５０）に突端部（５２ａ，５２ｂ）を設ける代わりに、請求項６に記載のように、回転コア（３０）に中心軸の周囲方向に複数配置されるクロー形状の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）の形状を変化させることもできる。
【００４１】
第１固定コア（２０）の二つの突端部（２２ａ，２２ｂ）のうち一方の突端部（２２ａ）から導出される磁束は、回転コア（３０）回転コアに導入され、磁束誘導路（３６ａ）を経由して、第２固定コア（５０）の回転コア（３０）に対向する面に一体的に取り付けた電機子コア（４０）の電機子コイル（４２）を貫通しながら第２固定コア（５０）に導入される。
【００４２】
第２固定コア（５０）の円筒部を通った磁束は、電機子コア（４０）の他の電機子コイル（４２）を貫通して、回転コア（３０）の他の磁束誘導路（３６ｂ）に入り、突端部（３２ｂ）を経て、他の突端部（２２ｂ）へ導出される。
【００４３】
このようにすると、クロー形状の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を持つ回転コア（３０）により電機子コイル（４２）を貫通する磁束の向きを交互に変化させることができるので、簡単な構成で効率のよい発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受とすることができる。
【００４４】
ところで、第１固定コア（２０）を回転コア（３０）の外側ではなく内側に配置するようにしても発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受を構成することができる。
すなわち、請求項７に記載のように、円筒形状に形成され、中心軸が超電導コイル（１０）の中心軸と一致するように第１固定コア（２０）の外側に固定配置された第２固定コア（５０）を設ける。また、第１固定コア（２０）は、コの字形状の開口部が円筒形状の外側に向かって形成されるようにする。
【００４５】
さらに、第２固定コア（５０）には、電機子コア（４０）が一体に取り付けられた少なくとも１つの突端部（５２）を設け、回転コア（３０）を、第１固定コア（２０）と第２固定コア（５０）との間に配置する。
【００４６】
回転コア（３０）は、第２固定コア（５０）に対向する面に回転方向に所定の間隔で形状変化を有する磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を有し、その磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）は、超電導コイル（１０）で発生され第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうち一端から導出される磁束を第２固定コア（５０）の突端部（５２）へ導入し、第２固定コア（５０）の突端部（５２）から導出される磁束を第１固定コア（２０）の他方の突端部（２２ｂ）へ導入する。
【００４７】
この場合には、超電導コイル（１０）の半径方向に第１固定コア（２０）、回転コア（３０）、第２固定コア（５０）の順に配置されることになるが、磁束の経路は請求項４に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受と同じことになる。
【００４８】
さらに、請求項８に記載のように、回転コア（３０）には、第１固定コア（２０）の突端部（２２ａ，２２ｂ）に対向する位置に突端部（３２ａ，３２ｂ）を有するとともに、中心軸の周囲方向に複数配置される一対の前記磁束誘導路（３６ａ、３６ｂ）を設ける。
【００４９】
また、一対の磁束誘導路（３６ａ、３６ｂ）のうち一方の磁束誘導路（３６ａ）は、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の突端部（２２ａ）から導出される磁束を第２固定コア（５０）へ導入する磁束誘導路を形成し、他方の磁束誘導路（３６ｂ）は、第２固定コア（５０）から導出される磁束を第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の他方の突端部（２２ｂ）へ導入する磁束誘導路を形成する。
【００５０】
さらに、電機子コア（４０）は第２固定コア（５０）の回転コア（３０）に対向する面に一体的に取り付けられるようにすると、超電導コイル（１０）の半径方向に第１固定コア（２０）、回転コア（３０）、第２固定コア（５０）の順に配置されることになるが、磁束の経路は請求項６に記載の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受と同じことになる。
【００５１】
ところで、回転コア（３０）を第１固定コア（２０）と第２固定コア（５０）との間に配置しなくても発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受を構成することができる。
すなわち、請求項９に記載のように、第１固定コア（２０）のコの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成されるようにし、超電導コイル（１０）を、互いの巻線の中心軸が一致するように所定の間隔を設けて配置された一対の超電導コイル（１０）から構成する。
【００５２】
第２固定コア（５０）を円筒形状に形成し、中心軸が超電導コイル（１０）の中心軸と一致するように第１固定コア（２０）の内側で、かつ、一対の超電導コイル（１０）の間に配置する。
【００５３】
回転コア（３０）には、超電導コイル（１０）の中心軸の周囲方向に配置されるクロー形状をした一対の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）を設ける。また、複数の電機子コイル（４２）からなる電機子コア（４０）は、第２固定コア（５０）の回転コア（３０）に対向する面に第２固定コア（５０）と一体的に取り付ける。
【００５４】
本構成により、固定側の設備と回転側の設備の境界が単純な一つの円筒面とすることが可能となり、現実の設備を設計する場合に有利となる。
第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうち一方の突端部（２２ａ）から導出される磁束は突端部（３２ａ）から回転コア（３０）に入り、一対の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）のうち一方の磁束誘導路（３６ａ）を経て、電機子コア（４０）を貫通しながら第２固定コア（５０）に導入される。他方の電機子コア（４０）を貫通しながら第２固定コア（５０）から導出される磁束は、磁束誘導路（３６ｂ）と突端部（３２ｂ）を経て、を第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）の他方へ導入する磁束誘導路を形成するようにする。
【００５５】
このような構成の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受では、一対の超電導コイル（１０）に対して同じ方向の電流を流すと、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの一方から導出された磁束は、その突端部（２２ａ）に対向する位置で回転コア（３０）に導入され、一対の磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）の一方の磁束誘導路（３６ａ）を介して電機子コア（４０）を貫通しながら第２固定コア（５０）へ導入される。
【００５６】
第２固定コア（５０）に導入された磁束は、第２固定コア（５０）の円筒部分を通過して一方の磁束誘導路（３６ａ）に対向する部分から電機子コア（４０）を貫通しながら回転コア（３０）に導出される。
【００５７】
回転コア（３０）へ導入された磁束は、回転コア（３０）の円筒部を通過して、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうち他方の突端部（２２ｂ）に対向する位置で第１固定コア（２０）へ導入される。
【００５８】
このように、第１固定コア（２０）−回転コア（３０）−第２固定コア（５０）−回転コア（３０）−第１固定コア（２０）という磁路が形成され、磁束は磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）と第２固定コア（５０）間を通過する際に電機子コア（４０）の電機子コイルを貫通する。
【００５９】
以上の構成により、回転体（３０）が回転すると、磁束誘導路（３６ａ，３６ｂ）に対向した第２固定コア（５０）の電機子コア（４０）を取り付けた面を貫通する磁束は、交互の極性が変化することになり、発電機もしくは電動機として利用することが可能となる。
【００６０】
さらに、回転コア（３０）の中心軸方向、つまりスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア（３０）の凸部と第１固定コア（２０）の突端部（２２ａ、２２ｂ）に中心軸方向への微少なずれが生じる。この「ずれ」によって、磁路に磁気抵抗が発生することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア（３０）を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。
【００６１】
このとき、磁束の発生源として超電導コイル（１０）を用いているので、非常に強い磁束を発生することができる。したがって、磁気スラスト軸受として大きな荷重を支持することができる。
【００６２】
さらに、磁気スラスト軸受としての性能を重視する場合には、請求項１０に記載のように、第１固定コア（２０）には、一対の超電導コイル（１０）と電機子コア（４０）とで形成される２つの空間に各々突起部（２４ａ，２４ｂ）を第１固定コア（２０）の全周に亘って設ける。
【００６３】
また、回転コア（３０）には、第１固定コア（２０）の突起部（２４ａ，２４ｂ）に対向する位置に凸部（３８ａ，３８ｂ）を設けるようにするとよい。
このようにすると、第１固定コア（２０）の２つの突端部（２２ａ、２２ｂ）のうちの一方の突端部（２２ａ）から導出されて回転コア（３０）の一対の突端部（３２ａ，３２ｂ）のうちの一方の突端部（３２ａ）へ導入される磁束は、一部は凸部（３８ａ）を経由して突起部（２４ａ）に入り、他の一部は回転コア（３０）を通過して磁束導入路（３６ａ）を経由して電機子コア（４０）を貫通しながら第２固定コア（５０）に入る。第２固定コア（５０）へ導入された磁束は、電機子コア（４０）を貫通しながら一対の磁束導入経路（３６ａ，３６ｂ）のうち他方の磁束導入経路（３６ｂ）へ導出される。磁束導入路（３６ｂ）へ導出された磁束は、突端部（３２ｂ）から第１固定コア（２０）の他方の突端部（２２ｂ）を経由して第１固定コア（２０）に導入される。同時に他方の突起部（２４ｂ）から、その突起部（２４ｂ）に対向する凸部（３８ｂ）へ導出された磁束は、上記磁束と合流して突端部（３２ｂ）経由で突端部（２２ｂ）から第１固定コア（２０）に導入される。
【００６４】
このように、第１固定コア（２０）と回転コア（３０）との間で磁束が誘導される磁路が、２つの突起部（２４ａ，２４ｂ）の分だけ増えるので、スラスト力が増加する。したがって、磁気スラスト軸受としての性能をより高めることができる。すなわち、より大きなスラスト荷重を支持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６５】
以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
（発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受１の構成）
図１（ａ）は、発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受１（以下、省略して磁気スラスト軸受１とも呼ぶ。）の概略の構造を示すための磁気スラスト軸受１の断面図である。
【００６６】
磁気スラスト軸受１は、図１（ａ）に示すように、超電導コイル１０、固定コアＡ２０、回転コア３０及び電機子コア４０を備えている。
超電導コイル１０は、ビスマス系線材やニオブ−チタン線材等の超電導材料で形成されており、後述するようにコの字形状に形成された固定コアＡ２０のコの字形状部分の内側に配置されている。
【００６７】
この超電導コイルを図示しない冷却装置で線材が超電導状態になる温度以下に冷却し、外部から電流を流すことによって、強い磁束を発生させることができる。
固定コアＡ２０は、Ｆｅ（フェライト）などの強磁性体材料を円筒形状に形成したものであり、中心軸が超電導コイル１０の中心軸と一致するように配置されている。
【００６８】
また、固定コアＡ２０は、円筒形状の中心軸方向の断面形状がコの字形状に形成され、さらに、そのコの字形状の開口部が中心軸と垂直方向となるように円筒形状の内側に向かって形成されている。
【００６９】
回転コア３０は、Ｆｅ（フェライト）などの強磁性体材料が円筒形状に形成されたものであり、中心軸が超電導コイル１０の中心軸と一致するように固定コアＡ２０の内側又は外側に配置されている。
【００７０】
また、回転コア３０には、固定コアＡ２０の突端部２２ａ，２２ｂに対向する位置に突端部３２ａ，３２ｂが設けられており、さらに超電導コイル１０の巻線方向に形状変化のある磁束誘導路３６ａ，３６ｂが設けられている。ただし、図１の構成例においては、突端部３２ａ，３２ｂと磁束誘導路３６ａ，３６ｂは、役割の説明上区分しているが同一の部材となっている。
【００７１】
さらに、回転コア３０は、固定コアＡ２０に対して相対的に回転するとともに固定コアＡ２０の中心軸方向に移動可能に構成されている。
固定コアＡ２０の突端部２２ａ，２２ｂに一体的に取り付けられる電機子コア４０は、超電導コイル１０の巻線方向に複数配置される電機子コイル４２を有している。
【００７２】
具体的には電機子コア４０は、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂに、中心軸の周囲方向に所定の間隔で形成された複数の電機子巻き線用のスロット４４に巻かれた電機子コイルから構成される。
【００７３】
また、電機子コア４０は、固定コアＡ２０から導出される磁束を回転コア３０へ導入し、回転コア３０から導出される磁束を固定コアＡ２０へ導入する位置、つまり、前述の固定コアＡ２０と回転コア３０とで形成される磁路の途中に配置され、導入・導出される磁束が貫通することになる。
【００７４】
（発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受１の作動と特徴）
このような発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受１において、超電導コイル１０に図１（ａ）の上側からみて時計回りに電流を流すと、超電導コイル１０で発生された磁束が、コの字形状の固定コアＡ２０によって形成される磁路を通り、コの字形状の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうちの一方の突端部２２ａから外部へ導出される。突端部２２ａから外部へ導出された磁束は、その突端部２２ａに対向する位置で回転コア３０の突端部３２ａすなわち磁束誘導路３６ａへ導入される。
【００７５】
回転コア３０の突端部３２ａへ導入された磁束は、回転コア３０を通り、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうちの他方の突端部２２ｂに対向する位置まで誘導され、他方の突端部２２ｂに対向する位置で回転コア３０の突端部３２ｂすなわち磁束誘導路３６ｂから固定コアＡ２０へ導出される。
【００７６】
このようにして、固定コアＡ２０と回転コア３０との間で、固定コアＡ２０の突端部２２ａ−回転コア３０の突端部３２ａ−磁束誘導路３６ａ−回転コア３０−回転コア３０の突端部３２ｂ−磁束誘導路３６ｂ−固定コアＡ２０の突端部２２ｂという磁路が形成される。
【００７７】
回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂは、磁束誘導路３６ａ，３６ｂの役割をもつため、回転方向に周期的に変化する形状となっている。このため回転コア３０の回転に伴い、電機子コイル４２を貫通する磁束量には変化が生じる。このため、電機子コイルから電力を取り出せば発電機として、逆に電機子コイルに位相に合わせた電流を供給すれば発動機として機能することになる。
【００７８】
さらに、回転コア３０の中心軸方向、つまりスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア３０に中心軸方向への微少なずれαが生じる。この「ずれα」によって、磁路の磁気抵抗が増加することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア３０を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。
【００７９】
このとき、磁束の発生源として超電導コイル１０を用いているので、非常に強い磁束を発生することができる。したがって、磁気スラスト軸受として大きな荷重を支持することができる。
【００８０】
以上のように、超電導コイル１０、固定コアＡ２０、回転コア３０及び電機子コア４０を一体化することにより簡単な構造で発電動機と磁気スラスト軸受を一体化した発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受とすることができる。
【００８１】
また、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂに一体的に電機子コア４０を取り付け、そこに電機子コイル４２を巻回しているので、固定コアＡ２０の突端部２２ａ、２２ｂの一方から導出され、回転コアを介して固定コアＡ２０の他方の突端部２２ｂへ導入される磁束が電機子コイル４２貫通する。
【００８２】
また、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂから導入あるいは導出される磁束は、回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂから回転コア３０へ導入あるいは導出されるので、その部分で強いスラスト力を発生することができる。
【００８３】
本構成によれば、電力の供給冷却が必要な超電導コイル１０及び電力の入力又は出力が必要な電機子コア４０を固定設備として構成することが可能である、つまり、それらを回転体とする必要がないので、回転体を冷却するための冷却装置や回転体に電力を入出力するためのスリップリングなどの複雑な電気設備を必要としない構造とすることができる。
【００８４】
［第２実施形態］
次に、第２実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受２（以下、省略して磁気スラスト軸受２とも呼ぶ。）について、図１（ｂ）に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受２の構成要素は、第１実施形態の磁気スラスト軸受１の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第１実施形態の磁気スラスト軸受１と異なる部分について説明する。
【００８５】
磁気スラスト軸受２は、図１（ｂ）に示すように、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂは、回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂとそれぞれ対向するよう形成される。
【００８６】
回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂのうち固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうち中心軸方向の長さが長い方の突端部２２ｂに対向する突端部３２ｂの中心軸方向の長さが他方の突端部３２ａの長さよりも長くなるように形成され、長さの長い方の突端部３２ｂのみ円周方向に形状変化を持たせた磁束誘導路３６ｂの機能を併設し、電機子コアも長さの長い方の突端部２２ｂにのみ一体的に取り付けた構造としている。
【００８７】
このような発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受２によれば、磁束は固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂの一方の突端部２２ａから導出され、回転コア３０の突端部３２ａから回転コア３０に入り、回転コア３０の突端部３２ｂすなわち磁束誘導路３６ｂから固定コアＡ２０の他方の突端部２２ｂへ導入される。長さが短い方の突端部２２ａ、突端部３２ａにおいては、磁束は全周に亘り固定コアの突端部２２ａと回転コアの突端部３２ａとの間を通るため、安定したスラスト軸受け性能が期待できるとともに、回転コア３０の回転に伴い電機子コイル４２を貫通する磁束に変化が生じるので、発電動機としての機能も確保できる。
【００８８】
［第３実施形態］
次に、第３実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受３（以下、省略して磁気スラスト軸受３とも呼ぶ。）について、図２（ａ）に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受３の構成要素は、第１実施形態の磁気スラスト軸受１の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第１実施形態の磁気スラスト軸受１と異なる部分について説明する。
【００８９】
磁気スラスト軸受３では、回転コア３０を挟むように固定コアＡ２０と固定コアＢ５０が設けられ、電機子コア４０は固定コアＢ５０に設けられた突端部５２ａ，５２ｂにそれぞれ一体的に取り付けられ、それぞれの中心軸が超電導コイル１０の中心軸と一致するように固定コアＡ２０の内側に配置されている。
【００９０】
回転コア３０は、固定コアＡ２０と電機子コア４０との間に配置されており、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂに対向する位置に円周方向に形状変化のない突端部３２ａ，３２ｂを持つとともに、固定コアＢ５０に対向する側に円周方向に形状変化のある平行に２つの磁束誘導路３６ａ、３６ｂが設けられている。
【００９１】
回転コア３０は、超電導コイル１０で発生され固定コアＡ２０の突端部２２ａから導出される磁束を突端部３２ａから導入し、磁束誘導路３６ａを経由して固定コアＢ５０の突端部５２ａに導入し、且つ、固定コアＢ５０の突端部５２ｂから磁束誘導路３６ｂを経由して突端部３２ｂから、固定コアＡ２０の突端部２２ｂへ導入する。磁束が、固定コアＢ５０の突端部５２ａ，５２ｂを通過する際に、電機子コア４０の電機子コイル４２を磁束が貫通することになる。
【００９２】
本構成では、回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂは、回転方向に周期的に変化する形状とはなっていないが、磁束誘導路３６ａ、３６ｂが周期的に変化する形状となっているため、回転コア３０の回転に伴い、固定コアＢ５０に取り付けた電機子コイル４２を貫通する磁束量には変化が生じる。このため、電機子コイルから電力を取り出せば発電機として、逆に電機子コイルに位相に合わせた電流を供給すれば発動機として機能することになる。
【００９３】
また、回転コア３０のスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア３０に中心軸方向への微少なずれαが生じる。この「ずれα」によって、磁路の磁気抵抗が増加することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア３０を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。
【００９４】
したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。このとき、磁束の発生源として超電導コイル１０を用いているので、非常に強い磁束を発生することができる。超電導コイル１０により非常に強い磁束を発生することができるので、磁気スラスト軸受として大きな荷重を支持することができる。
【００９５】
［第４実施形態］
次に、第４実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受４（以下、省略して磁気スラスト軸受４とも呼ぶ。）について、図３に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受４の構成要素は、第３実施形態の磁気スラスト軸受３の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第３実施形態の磁気スラスト軸受３と異なる部分について説明する。
【００９６】
磁気スラスト軸受４では、固定コアＢ５０に突端部５２ａ，５２ｂは設けられておらず、電機子コア４０は固定コアＢ５０の回転コア３０に対向する面に一体的に取り付けられている。
【００９７】
また、回転コア３０の磁束誘導路３６ａ，３６ｂはそれぞれが電機子コア４０に対向する位置に磁束を導くことができるように、円周方向に入り組んだクロー形状となっている。
【００９８】
一対の磁束誘導路３６ａ，３６ｂのうち一方の磁束誘導路３６ａは、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうち一方の突端部２２ａから導出され、突端部３２ａから回転コア３０に導入された磁束を固定コアＢ５０へ導入するための磁束誘導路を形成し、他方の磁束誘導路３６ｂは、固定コアＢ５０から導出される磁束を突端部３２ｂを経由して、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂの他方の突端部２２ｂへ導入する磁束誘導路を形成する。磁束誘導路３６ａ，３６ｂと固定コアＢ５０との間を磁束が行き来するときに電機子コア４０の電機子コイルには磁束が貫通することになる。
【００９９】
このようにな発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受４によれば、回転コア３０の回転に伴い、固定コアＢ５０に導入される磁束の向きは周期的に変化することになるので、簡単な構成で効率のよい発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受とすることができる。
【０１００】
［第５実施形態］
次に、第５実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受５（以下、省略して磁気スラスト軸受５とも呼ぶ。）について、図４に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受５の構成要素は、第４実施形態の磁気スラスト軸受４の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第４実施形態の磁気スラスト軸受４と異なる部分について説明する。
【０１０１】
磁気スラスト軸受５は、図４に示すように、固定コアＡ２０のコの字形状の開口部が円筒形状の外側に向かって形成されており、その開口部の内側に超電導コイル１０が配置されている。
【０１０２】
また、固定コアＡ２０の外側に回転コア３０が、さらにその外側に固定コアＢ５０が配置される。基本的に、各構成要素の役割は同じである。
このような発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受５によれば、発電動機としての直径が同じ場合、超電導コイル１０の直径を小さくすることができ、さらに、電機子コア４０の極数を増やすことができる。発電動機とスラスト軸受それぞれに要求される特性、ならびに使用される条件によって軸受のいずれを選択すれかを決めればよい。
【０１０３】
［第６実施形態］
次に、第６実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受６（以下、省略して磁気スラスト軸受６とも呼ぶ。）について、図５に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受６の構成要素は、第４実施形態の磁気スラスト軸受４の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第４実施形態の磁気スラスト軸受４と異なる部分について説明する。
【０１０４】
磁気スラスト軸受６は、図５に示すように、コの字形状の開口部が円筒形状の内側に向かって形成された固定コアＡ２０の内側に、一対の超電導コイル１０が互いの巻線の中心軸が一致するように所定の間隔を設けて配置されている。
【０１０５】
固定コアＢ５０は円筒形状に形成され、中心軸が超電導コイル１０の中心軸と一致するように固定コアＡ２０の内側で、かつ、一対の超電導コイル１０の間に配置される。
回転コア３０は、超電導コイル１０の中心軸の周囲方向に形状変化のある磁束誘導路３６ａ，３６ｂを有し、一対の磁束誘導路３６ａ，３６ｂのうち一方の磁束誘導路３６ａは、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうち一方の突端部２２ａから回転コア３０の突端部３２ａを経由して導入した磁束を定コアＢ５０へ導出する磁路を形成し、他方の磁束誘導路３６ａは、固定コアＢ５０から導出される磁束を回転コア３０の突端部３２ｂを経由して固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂの他方の突端部２２ｂへ導入する磁路を形成する。
【０１０６】
このような構成の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受６では、一対の超電導コイル１０に対して同じ方向の電流を流すと、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうちの一方の突端部２２ａから導出された磁束は、その突端部２２ａに対向する位置で回転コア３０の突端部３２ａを経由して一対の磁束誘導路３６ａ，３６ｂの一方の磁束誘導路３６ａへ導入される。
【０１０７】
導入された磁束は、固定コアＢ５０に導入され、さらに磁束誘導路３６ａ，３６ｂの一方の磁束誘導路３６ｂを経由して回転コア３０に入り、さらに回転コア３０の突端部３２ｂから固定コアＡ２０の他方の突端部２２ｂに対向する位置で固定コアＡ２０へ導入される。
【０１０８】
このように、固定コアＡ２０−回転コア３０−固定コアＢ５０−回転コア３０−固定コアＡ２０という磁路が形成される。固定コアＢ５０に磁束が出入りする際に、磁束は電機子コア４０の電機子コイル４２を貫通することになる。
【０１０９】
回転コア３０が回転すると、固定コアＢ５０の磁束誘導路３６ａ，３６ｂに対向する位置において出入りする磁束の量と向きが変わることになり、電機子コアから電力を取り出せば発電機として、電機子コア４０に位相に合わせた電流と供給すれば電動機として機能することになる。
【０１１０】
さらに、回転コア３０の中心軸方向、つまりスラスト方向に力が加わった場合には、回転コア３０に中心軸方向への微少なずれαが生じる。この「ずれα」によって、磁路に磁気抵抗が増加することになるので、この抵抗を減少させるように回転コア３０を加わった力と反対方向へ戻す力が発生する。したがって、磁気スラスト軸受の役割をも果たすことになる。
【０１１１】
このとき、磁束の発生源として超電導コイル１０を用いているので、非常に強い磁束を発生することができる。したがって、磁気スラスト軸受として大きな荷重を支持することができる。
【０１１２】
磁気スラスト軸受６の構成によれば固定設備と回転設備の境界が単純な円筒形状で可能となり、実際の設備を製作することが容易になるという利点がある。
［第７実施形態］
次に、第８実施形態の発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受７（以下、省略して磁気スラスト軸受７とも呼ぶ。）について、図６に基づき説明する。なお、磁気スラスト軸受７の構成要素は、第６実施形態の磁気スラスト軸受６の構成要素と共通する部分が多いので、共通する構成要素には同じ符号を付して説明を省略し、主に第６実施形態の磁気スラスト軸受６と異なる部分について説明する。
【０１１３】
磁気スラスト軸受７は、図６に示すように、固定コアＡ２０に、一対の超電導コイル１０と固定コアＢ５０、電機子コア４０とで形成される２つの空間に各々固定コアＡ２０の全周に亘って突起部２４ａ，２４ｂが形成されている。
【０１１４】
さらに、回転コア３０には、固定コアＡ２０の突起部２４ａ，２４ｂに対向する位置に凸部３８ａ，３８ｂが設けられている。
このような発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受７では、固定コアＡ２０の２つの突端部２２ａ、２２ｂのうちの一方の突端部２２ａから回転コア３０の突端部３２ａ，３２ｂのうち一方の突端部３２ａを経由して回転コア３０に入った磁束の一部は一対の磁束誘導路３６ａ，３６ｂのうちの一方の磁束誘導路３６ａを経由して、固定コアＢ５０へ導入され、残りの一部は突起部２４ａに対向する凸部３８ａから固定コアＡ２０の一方の突起部２４ａへ導入される。
【０１１５】
また、固定コアＢ５０へ導入された磁束は、一対の磁束誘導路３６ａ，３６ｂのうち他方の磁束誘導路３６ｂへ導出された磁束は、突端部３２ｂを経由して、固定コアＡ２０の他方の突端部２２ｂから固定コアＡ２０に入る。なお、突起部２４ｂから凸部３８ｂを経て、回転コア３０に導入された磁束は、上記磁束に合流して突端部３２ｂから固定コアの突端部２２ｂを経由して固定コアＡ２０に入る。
【０１１６】
つまり、発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受７では、固定コアＡ２０と回転コア３０との間で磁束が誘導される磁路が、２つの突起部２４ａ，２４ｂの分だけ増えるので、スラスト力が増加する。したがって、磁気スラスト軸受としての性能をより高めることができる。すなわち、より大きなスラスト荷重を支持することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】図１（ａ）は、発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受１の概略の構成、また、図１（ｂ）は、発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受２の概略の構成を示す断面図である。
【図２】図２は、発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受３の概略の構成を示す断面図である。
【図３】発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受４の概略の構成を示す断面図である。
【図４】発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受５の概略の構成を示す断面図である。
【図５】発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受６の概略の構成を示す断面図である。
【図６】発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受７の概略の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１，２，３，４，５，６，７…発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受（磁気スラスト軸受）、１０…超電導コイル、２０…固定コアＡ、２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ，５２ａ，５２ｂ…突端部、２４ａ，２４ｂ…突起部、３０…回転コア、３６ａ，３６ｂ…磁束誘導路、３８ａ，３８ｂ…凸部、４０…電機子コア、４２…電機子コイル、４４…スロット、５０…固定コアＢ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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