(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空に保持されるケーシング内に駆動回転される回転軸を備え、
回転軸にスラストカラーを固定し、
スラストカラーに永久磁石を取付け、
永久磁石に対して隙間を介在させて配置され且つ回転方向に対して等分割される超電導体を熱伝導板に取付け、
熱伝導板をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、
真空に保持される第２ケーシングに熱伝導板及び冷凍機を取り付けると共に第２ケーシングにたわみ導体を収容し、
第２ケーシングをケーシングに脱着自在に取り付け、
回転方向に対して等分割された超電導体を半径方向に分割し、
永久磁石は遠心力を保持する保持リングを介して同心状態の複数個のリング状をなし、超電導体の半径方向の分割部位を保持リングに対向させたことを特徴とする超電導磁気軸受装置。
【請求項２】
請求項１において、超電導体は、高温超電導バルク体であることを特徴とする超電導磁気軸受装置。
【請求項３】
請求項１に記載の超電導磁気軸受装置と、超電導磁気軸受装置の回転軸に固定したフライホイールとを備えたことを特徴とするフライホイール装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置に関し、例えば、電力貯蔵用フライホイール等に用いて好適である。
【０００２】
【従来の技術】
超電導磁気軸受装置は、永久磁石と超電導体とを用いて回転軸を磁気浮上により非接触で支持するように構成され、油膜を介した軸受に比べ、粘性抵抗等の回転損失の問題がない。このため、従来から、電力貯蔵用フライホイール等の軸受装置として種々適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年、超電導磁気軸受装置は大型化が図られ、磁気浮上のための永久磁石と超電導体も大型化が要求されてきている。しかし、超電導体は焼結部材で構成されているため、大型化すると一体型で成型することが困難であり、超電導磁気軸受装置の大型化には限度があるのが現状である。
【０００４】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる超電導体を備えた超電導磁気軸受装置及び超電導磁気軸受装置を用いたフライホイール装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための第１発明の超電導磁気軸受装置は、真空に保持されるケーシング内に駆動回転される回転軸を備え、回転軸にスラストカラーを固定し、スラストカラーに永久磁石を取付け、永久磁石に対して隙間を介在させて配置され且つ回転方向に対して等分割される超電導体を熱伝導板に取付け、熱伝導板をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、真空に保持される第２ケーシングに熱伝導板及び冷凍機を取り付けると共に第２ケーシングにたわみ導体を収容し、第２ケーシングをケーシングに脱着自在に取り付け、回転方向に対して等分割された超電導体を半径方向に分割し、永久磁石は遠心力を保持する保持リングを介して同心状態の複数個のリング状をなし、超電導体の半径方向の分割部位を保持リングに対向させたことを特徴とする。
また、第２発明の超電導磁気軸受装置は、第１発明において、超電導体は、高温超電導バルク体であることを特徴とする。
また、第３発明のフライホイール装置は、第１発明の超電導磁気軸受装置と、超電導磁気軸受装置の回転軸に固定したフライホイールとを備えたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１には本発明の実施形態例に係る超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置の断面、図２には超電導磁気軸受の詳細状況、図３には高温超電導バルク体の参考例を説明する図２中のIII-III 線矢視、図４及び図５には高温超電導バルクの実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視、図６には高温超電導バルク体の参考例を説明する図２中のIII-III 線矢視、図７及び図８には高温超電導バルクの実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視を示してある。また、図９には本発明の他の実施形態例に係る超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置の断面を示してある。
【００１２】
図１に示すように、下方が開放状態のケーシング１の下面部には固定側としての第２ケーシング２が取り付けられ、ケーシング１には回転軸３の上端が上部ラジアル軸受３１により回転自在に支持され、第２ケーシング２には回転軸３の下端が下部ラジアル軸受３２により回転自在に支持されている。回転軸３は上部軸５、中間軸６及び下部軸７で構成されている。上部軸５の下部フランジ5aと中間軸６の上部フランジ6aとの間には支持ディスク８が挟持されてボルト等により固定され、支持ディスク８の外周にはフライホイールリング９が固定されている。
【００１３】
中間軸６の下部フランジ6bと下部軸７の上部フランジ7aとの間には回転側としてのスラストカラー１０が挟持されてボルト等により固定され、スラストカラー１０の下面にはリング状の永久磁石５１が設けられている。永久磁石５１は、例えば、Nd系（ネオジウム系）磁石やPr系（プラセオジウム系）磁石が適用される。永久磁石５１の詳細は後述する。
【００１４】
第２ケーシング２の上面は、例えば、銅製の熱伝導板１５により形成され、第２ケーシング２の下面には冷凍機１６が取り付けられ、熱伝導板１５と冷凍機１６は、例えば、銅製のたわみ導体１７で接続されている。そして、たわみ導体１７は第２ケーシング２の内部に収容された状態になっている。
【００１５】
熱伝導板１５の永久磁石５１との対向面には超電導体である高温超電導バルク体１８が接合されている。第２ケーシング２の上面の対向面（高温超電導バルク体１８の上面）はスラスト密閉板４０に覆われて第２ケーシング２が密封される状態になっている。高温超電導バルク体１８は、例えば、Ｙ系（イットリウム系）超電導物質やGd系（ガドリウム系）超電導物質が適用される。回転軸３は、永久磁石５１及び高温超電導バルク体１８で構成される超電導磁気軸受３３によりスラスト方向に支えられて回転自在に支持されている。
【００１６】
ケーシング１の上方部には上部軸５の上部がロータとなる発電・電動機２２が設けられ、発電・電動機２２は充・放電によりフライホイールリング９が備えられた回転軸３の回転エネルギの入出力を行うようになっている。
【００１７】
ケーシング１の上部にはケーシング１内を真空状態にする真空排気口２３が設けられ、真空排気口２３を介してケーシング１内を真空状態にすることにより、回転軸３の風損を低減すると共に超電導磁気軸受３３の真空断熱が行われる。
【００１８】
一方、第２ケーシング２の側部には第２真空排気口２４が設けられ、第２真空排気口２４に対応するケーシング１の部位には補助真空排気口２５が設けられている。第２真空排気口２４は補助真空排気口２５に接続され、第２真空排気口２４及び補助真空排気口２５を介して第２ケーシング２内を真空状態にすることにより、超電導磁気軸受２１及びたわみ導体１７の真空断熱が行われる。第２真空排気口２４と補助真空排気口２５の接続は、ケーシング１に設けられた図示しないマンホールや作業穴を介して行われる。
【００１９】
尚、第２真空排気口２４をケーシング１内に開放し、真空排気口２３からケーシング１及び第２ケーシング２の真空排気を同時に行うことも可能である。
【００２０】
上述した超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置は、第２ケーシング２側に超電導磁気軸受３３や冷凍機１６、たわみ導体１７、回転軸３の一部等を外部で取り付け、必要な性能試験や気密性の確認を行った後、残りの回転軸３やケーシング１を上方から取り付け、フライホイール装置を組み立てる。そして、超電導磁気軸受３３の高温超電導バルク体１８と永久磁石５１との間に磁気反発力を発生させ、フライホイールリング９が備えられた回転軸３の重量を浮上により支持してスラスト方向に支持する。
【００２１】
ケーシング１内は真空状態にされているため、回転軸３の風損が低減され、また、回転軸３は超電導磁気軸受３３によりスラスト方向に支持されているため回転損失が低減され、回転効率が高い状態に維持されている。また、高温超電導バルク体１８は、第２ケーシング２内で真空断熱されたたわみ導体１７を介して冷凍機１６により熱伝導板１５で直接冷却されているため、冷却構造がコンパクトで冷凍損失を低減することができる。また、冷凍機１６及びたわみ導体１７等の冷却装置を超電導磁気軸受３３に隣接配置しているので、冷却経路上における侵入熱を最小とすることができる。
【００２２】
そして、第２ケーシング２により超電導磁気軸受３３、冷凍機１６及びたわみ導体１７を一体モジュール化してしているので、第２ケーシング２側で軸受部や冷凍機部、接続部等の組み立てや断熱材等の取付作業を単独に行った後に、第２ケーシング２をケーシング１に組み付けることができる。このため、冷凍機部の機器の取付け作業が容易に且つ高品質に実施でき、組み立て作業の容易化と高精度化を図ることが可能になる。また、これらの作業をフライホイール下部で行う必要がないので、困難な作業を最小にすることが可能になる。
【００２３】
更に、第２ケーシング２により超電導磁気軸受３３、冷凍機１６及びたわみ導体１７を一体モジュール化してしているので、第２ケーシング２を単独で真空状態にすることができ、フライホイール装置を組み立てる前に気密性のチェックや冷却試験、加振や荷重を付加してのスラスト軸受性能試験が大気雰囲気で可能になっている。このため、フライホイール装置を組み立てた後の信頼性が向上し、フライホイール装置を一度組み立てた後に、調整不良による分解・再組み立て作業を実施する事態を防止することができ、組み立て・メンテナンス作業の短縮を図ることができる。
【００２４】
図２に基づいて永久磁石５１を詳細に説明する。
【００２５】
図２に示すように、永久磁石５１は、リング状の内周永久磁石１１及びリング状の中周永久磁石１２及びリング状の外周永久磁石１３により構成され、内周永久磁石１１及び中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３は同心状態に備えられている。外周永久磁石１３の外側には外周側の保持リング５２が配置され、外周永久磁石１３と中周永久磁石１２との間には中周保持リング５３が配置され、中周永久磁石１２と内周永久磁石１１との間には内周保持リング５４が配置されている。内周永久磁石１１及び中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３の上面は磁性鉄板５５が配置され、保持リング５２及びボルト５６により内周永久磁石１１及び中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が磁性鉄板５５によってスラストカラー１０側に固定されている。
【００２６】
図３に基づいて高温超電導バルク体１８を詳細に説明する。
【００２７】
図３に示すように、高温超電導バルク体１８はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して１２等分に分割されて等分割片18a とされている。そして、各等分割片18a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。
【００２８】
上記構成の高温超電導バルク体１８は、１２個の等分割片18a により高温超電導バルク体１８を構成したので、大型の高温超電導バルク体１８とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体１８は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体１８を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００２９】
図４，図５，図７及び図８に基づいて高温超電導バルク体の実施形態例を説明し、図６に基づいて高温超電導バルク体の参考例を説明する。
【００３０】
図４に示すように、高温超電導バルク体４５はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して１２等分に分割されて等分割片45a とされている。更に、それぞれの等分割片45a は半径方向に二分割され、分割線45b は中周保持リング５３に対向する位置で直線状となり、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３に対向する状態に収められている。即ち、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が二分割された等分割片45a の二つに跨がることがなく、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片45a に収まる。そして、二分割された各等分割片45a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。尚、分割線45b の位置は内周保持リング５４に対向する位置にすることも可能である。
【００３１】
上記構成の高温超電導バルク体４５は、二分割された１２個の等分割片45a により高温超電導バルク体４５を構成したので、更に大型の高温超電導バルク体４５とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体４５は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。更に、分割線45b は中周保持リング５３に対向する位置で直線状となり、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が二分割された等分割片45a の二つに跨がることがないので、加工が複雑にならず、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片45a に収まり、安定した浮上特性を得ることができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体４５を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００３２】
また、高温超電導バルク体４５を１２等分して等分割片45a を構成したので、分割線45b を直線状としても中周保持リング５３に対向させることが可能である。また、分割線45b は中周保持リング５３に対向する位置となっているので、面積割合の差を抑制した状態で等分割片45a を半径方向に分割することができる。
【００３３】
図５に示すように、高温超電導バルク体４６はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して１２等分に分割されて等分割片46a とされている。更に、それぞれの等分割片46a は半径方向に三分割され、分割線46b,46c は中周保持リング５３及び内周保持リング５４にそれぞれ対向する位置で直線状となり、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３及び内周保持リング５４に対向する状態に収められている。即ち、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が三分割された等分割片46a の二つに跨がることがなく、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片46a に収まる。そして、三分割された各等分割片46a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。
【００３４】
上記構成の高温超電導バルク体４６は、三分割された１２個の等分割片46a により高温超電導バルク体４６を構成したので、極めて大型の高温超電導バルク体４６とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体４６は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。更に、分割線46b,46c は中周保持リング５３及び内周保持リング５４にそれぞれ対向する位置で直線状となり、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が三分割された等分割片46a の二つに跨がることがないので、加工が複雑にならず、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片46a に収まり、安定した浮上特性を得ることができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体４６を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００３５】
また、高温超電導バルク体４６を１２等分して等分割片46a を構成したので、分割線46b,46c を直線状としても中周保持リング５３及び内周保持リング５４に対向させることが可能である。
【００３６】
図６に示すように、高温超電導バルク体６１はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して６等分に分割されて等分割片61a とされている。そして、各等分割片61a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。
【００３７】
上記構成の高温超電導バルク体６１は、６個の等分割片61a により高温超電導バルク体６１を構成したので、大型の高温超電導バルク体６１とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体６１は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体６１を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００３８】
図７に示すように、高温超電導バルク体６２はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して６等分に分割されて等分割片62a とされている。更に、それぞれの等分割片62a は半径方向に二分割され、分割線62b は中周保持リング５３に対向する位置で中周保持リング５３に沿った円弧状となり、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３に対向する状態に収められている。即ち、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が二分割された等分割片62a の二つに跨がることがなく、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片62a に収まる。そして、二分割された各等分割片62a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。尚、分割線62b の位置は内周保持リング５４に対向する位置にすることも可能である。
【００３９】
上記構成の高温超電導バルク体６２は、二分割された６個の等分割片62a により高温超電導バルク体６２を構成したので、更に大型の高温超電導バルク体６２とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体６２は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。更に、分割線62b は中周保持リング５３に対向する位置で中周保持リング５３に沿った円弧状となり、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が二分割された等分割片62a の二つに跨がることがないので、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片62a に確実に収まり、安定した浮上特性を得ることができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体６２を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００４０】
また、分割線62b は中周保持リング５３に沿った円弧状となっているので、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３に対向する状態に確実に収めることができる。また、分割線62b は中周保持リング５３に対向する位置となっているので、面積割合の差を抑制した状態で等分割片62a を半径方向に分割することができる。
【００４１】
図８に示すように、高温超電導バルク体６３はドーナツ型の円盤状をなし、円周方向（回転軸３の回転方向）に対して６等分に分割されて等分割片63a とされている。更に、それぞれの等分割片63a は半径方向に三分割され、分割線63b,63c は中周保持リング５３及び内周保持リング５４にそれぞれ対向する位置で中周保持リング５３及び内周保持リング５４に沿った円弧状となり、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３及び内周保持リング５４に対向する状態に収められている。即ち、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が三分割された等分割片63a の二つに跨がることがなく、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片63a に確実に収まる。そして、三分割された各等分割片63a は隙間がない状態で熱伝導板１５に敷きつめられている。
【００４２】
上記構成の高温超電導バルク体６３は、三分割された６個の等分割片63a により高温超電導バルク体６３を構成したので、極めて大型の高温超電導バルク体６３とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体６３は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。更に、分割線63b,63c は中周保持リング５３及び内周保持リング５４にそれぞれ対向する位置で中周保持リング５３及び内周保持リング５４に沿った円弧状となり、内周永久磁石１１、中周永久磁石１２及び外周永久磁石１３が三分割された等分割片63a の二つに跨がることがないので、回転軸３が半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響は一つの等分割片63a に収まり、安定した浮上特性を得ることができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体６３を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００４３】
また、分割線62b は中周保持リング５３に沿った円弧状となっているので、回転軸３の半径方向の変動の範囲内で中周保持リング５３に対向する状態に確実に収めることができる。
【００４４】
図９に基づいて本発明の他の実施形態例に係る超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置を説明する。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【００４５】
図９に示すように、下方が開放状態のケーシング１の下面部には第２ケーシング２が取り付けられ、ケーシング１には回転軸３の上端及び下端が補助玉軸受４により回転自在に支持されている。回転軸３は、超電導磁気軸受２１によりスラスト方向及びラジアル方向に支えられて回転自在に支持されている。回転軸３は上部軸５、中間軸６及び下部軸７で構成されている。上部軸５の下部フランジ5aと中間軸６の上部フランジ6aとの間には支持ディスク８が挟持されてボルト等により固定され、支持ディスク８の外周にはフライホイールリング９が固定されている。
【００４６】
中間軸６の下部フランジ6bと下部軸７の上部フランジ7aとの間にはスラストカラー１０が挟持されてボルト等により固定され、スラストカラー１０の下面にはリング状の永久磁石５１が設けられている。また、下部軸７の外周には永久磁石リング１４が軸方向に４組設けられている。永久磁石５１及び永久磁石リング１４は、例えば、Nd系（ネオジウム系）磁石やPr系（プラセオジウム系）磁石が適用される。
【００４７】
第２ケーシング２の上面及び下部軸７との対向部は、例えば、銅製の熱伝導板１５により形成され、第２ケーシング２の下面には冷凍機１６が取り付けられ、熱伝導板１５と冷凍機１６は、例えば、銅製のたわみ導体１７で接続されている。そして、たわみ導体１７は第２ケーシング２の内部に収容された状態になっている。
【００４８】
熱伝導板１５の永久磁石５１及び外周永久磁石１２との対向面には高温超電導バルク体１８が接合され、熱伝導板１５の永久磁石リング１４との対向面にはラジアル高温超電導バルク体１９が接合されている。第２ケーシング２の上面及び下部軸７との対向面（高温超電導バルク体１８、ラジアル高温超電導バルク体１９の上面）は、密閉板４１により覆われて第２ケーシング２が密閉される状態になっている。高温超電導バルク体１８及びラジアル高温超電導バルク体１９は、例えば、Ｙ系（イットリウム系）超電導物質やGd系（ガドリウム系）超電導物質が適用される。
【００４９】
ケーシング１の上方部には上部軸５の上部がロータとなる発電・電動機２２が設けられ、発電・電動機２２は充・放電によりフライホイールリング９が備えられた回転軸３の回転エネルギの入出力を行うようになっている。
【００５０】
ケーシング１の上部にはケーシング１内を真空状態にする真空排気口２３が設けられ、真空排気口２３を介してケーシング１内を真空状態にすることにより、回転軸３の風損を低減すると共に超電導磁気軸受２１の真空断熱が行われる。
【００５１】
一方、第２ケーシング２の側部には第２真空排気口２４が設けられ、第２真空排気口２４に対応するケーシング１の部位には補助真空排気口２５が設けられている。第２真空排気口２４は補助真空排気口２５に接続され、第２真空排気口２４及び補助真空排気口２５を介して第２ケーシング２内を真空状態にすることにより、超電導磁気軸受２１及びたわみ導体１７の真空断熱が行われる。第２真空排気口２４と補助真空排気口２５の接続は、ケーシング１に設けられた図示しないマンホールや作業穴を介して行われる。
【００５２】
尚、第１実施形態例と同様に、第２真空排気口２４をケーシング１内に開放し、真空排気口２３からケーシング１及び第２ケーシング２の真空排気を同時に行うことも可能である。
【００５３】
上述した超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置は、第２ケーシング２側に超電導磁気軸受２１や冷凍機１６、たわみ導体１７、回転軸３の一部等を外部で取り付け、必要な性能試験や気密性の確認を行った後、残りの回転軸３やケーシング１を上方から取り付け、フライホイール装置を組み立てる。そして、超電導磁気軸受２１の高温超電導バルク体１８と永久磁石５１との間に磁気反発力を発生させ、フライホイールリング９が備えられた回転軸３の重量を浮上により支持してスラスト方向に支持すると共に、回転軸３のモーメントを支持してラジアル方向に支持する。
【００５４】
ケーシング１内は真空状態にされているため、回転軸３の風損が低減され、また、回転軸３は超電導磁気軸受２１によりスラスト方向及びラジアル方向に支持されているため回転損失が大幅に低減され、回転効率が極めて高い状態に維持されている。また、高温超電導バルク体１８及びラジアル高温超電導バルク体１９は、第２ケーシング２内で真空断熱されたたわみ導体１７を介して冷凍機１６により熱伝導板１５で直接冷却で一体的に冷却されているため、冷却構造がコンパクトで冷凍損失を低減することができる。また、冷凍機１６及びたわみ導体１７等の冷却装置を超電導磁気軸受２１に隣接配置しているので、冷却経路上における侵入熱を最小とすることができる。
【００５５】
そして、第２ケーシング２により超電導磁気軸受２１、冷凍機１６及びたわみ導体１７を一体モジュール化してしているので、第２ケーシング２側で軸受部や冷凍機部、接続部等の組み立てや断熱材等の取付作業を単独に行った後に、第２ケーシング２をケーシング１に組み付けることができる。このため、冷凍機部の機器の取付け作業が容易に且つ高品質に実施でき、組み立て作業の容易化と高精度化を図ることが可能になる。また、これらの作業をフライホイール下部で行う必要がないので、困難な作業を最小にすることが可能になる。
【００５６】
更に、第２ケーシング２により超電導磁気軸受２１、冷凍機１６及びたわみ導体１７を一体モジュール化してしているので、第２ケーシング２を単独で真空状態にすることができ、フライホイール装置を組み立てる前に気密性のチェックや冷却試験、加振や荷重を付加してのスラスト及びラジアル軸受性能試験が大気雰囲気で可能になっている。このため、フライホイール装置を組み立てた後の信頼性が向上し、フライホイール装置を一度組み立てた後に、調整不良による分解・再組み立て作業を実施する事態を防止することができ、組み立て・メンテナンス作業の短縮を図ることができる。
【００５７】
尚、図９に示した第２ケーシング２の内部とケーシング１の内部を開放状態に構成し、真空排気口２３からの真空排気により超電導磁気軸受２１の真空断熱を実施することも可能であり、この場合も、回転軸３は超電導磁気軸受２１によりスラスト方向及びラジアル方向に支持されて回転損失が低減され、回転効率が極めて高い状態に維持される。
【００５８】
図９に示したフライホイール装置の高温超電導バルク体１８も、図２に示したように、円周方向に等分割されて構成され、大型の高温超電導バルク体１８とすることが可能になる。また、高温超電導バルク体１８は円周方向に等分割されているので、回転軸３の回転方向に対して磁場のばらつきがなくなり、磁場変動が抑制されて回転損失を低減することができる。このため、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる高温超電導バルク体１８を備えた超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置とすることが可能になる。
【００５９】
また、図４乃至図８に示した高温超電導バルク体を適用することが可能であり、前述と同様に作用・効果を得ることができる。また、図９に示したフライホイール装置におけるラジアル高温超電導バルク体１９を適宜分割して構成することも可能である。
【００６０】
更に、超電導体を分割した超電導磁気軸受装置及びフライホイール装置としては、図１及び図９に示した構成に限定されるものではなく、永久磁石と超電導体とを用いて回転軸を磁気浮上により非接触で支持するように構成されたものであれば、本願発明を適用することが可能である。
【００６７】
【発明の効果】
第１発明の超電導磁気軸受装置は、真空に保持されるケーシング内に駆動回転される回転軸を備え、回転軸にスラストカラーを固定し、スラストカラーに永久磁石を取付け、永久磁石に対して隙間を介在させて配置され且つ回転方向に対して等分割される超電導体を熱伝導板に取付け、熱伝導板をたわみ導体を介して冷凍機に接続し、真空に保持される第２ケーシングに熱伝導板及び冷凍機を取り付けると共に第２ケーシングにたわみ導体を収容し、第２ケーシングをケーシングに脱着自在に取り付けたので、組立性を容易にした状態で大型の超電導体とすることが可能になり、磁場変動が抑制されて回転損失が低減され、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる超電導体を備えた超電導磁気軸受装置とすることができる。
【００６８】
そして、回転方向に対して等分割された超電導体を半径方向に分割したので、組立性を容易にした状態で更に大型の超電導体とすることが可能になる。
【００６９】
永久磁石は遠心力を保持する保持リングを介して同心状態の複数個のリング状をなし、超電導体の半径方向の分割部位を保持リングに対向させたので、組立性を容易にした状態で永久磁石が分割された超電導体の複数に跨がることがなく、半径方向に変動して磁場変動が生じても、磁場変動の影響を受けることがなく安定した浮上特性を得ることができる。
【００７０】
第３発明のフライホイール装置は、第１発明の超電導磁気軸受装置と、超電導磁気軸受装置の回転軸に固定したフライホイールとを備えたので、回転状況に悪影響を及ぼすことなく大型化に対応できる超電導体を備えた超電導磁気軸受装置を有するフライホイール装置とすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態例に係る超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置の断面図。
【図２】超電導磁気軸受の詳細図図。
【図３】  高温超電導バルク体の参考例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図４】  高温超電導バルク体の実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図５】  高温超電導バルク体の実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図６】  高温超電導バルク体の参考例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図７】  高温超電導バルク体の実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図８】  高温超電導バルク体の実施形態例を説明する図２中のIII-III 線矢視図。
【図９】本発明の他の実施形態例に係る超電導磁気軸受装置が適用されたフライホイール装置の断面図。
【符号の説明】
１  ケーシング
２  第２ケーシング
３  回転軸
４  補助玉軸受
５  上部軸
６  中間軸
７  下部軸
８  支持ディスク
９  フライホイールリング
１０  スラストカラー
１１  内周永久磁石
１２  中周永久磁石
１３  外周永久磁石
１４  永久磁石リング
１５  熱伝導板
１６  冷凍機
１７  たわみ導体
１８，４５，４６，６１，６２，６３  高温超電導バルク体
１９  ラジアル高温超電導バルク体
２１，３３  超電導磁気軸受
２２  発電・電動機
２３  真空排気口
２４  第２真空排気口
２５  補助真空排気口
３１  上部ラジアル軸受
３２  下部ラジアル軸受
４０  スラスト密閉板
４１  密閉板
５１  永久磁石
５２  保持リング
５３  中周保持リング
５４  内周保持リング
５５  磁性鉄板
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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