JP3367068B2 - Superconducting bearing - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は超伝導ベアリングに関す
る。FIELD OF THE INVENTION This invention relates to superconducting bearings.

【０００２】[0002]

【従来の技術】米国特許第４，８９２，８６３号には超
伝導スラストベアリングが開示される。磁石はタイプＩ
あるいはタイプＩＩの超伝導材で作られたデイスク上に
配置される。デイスクがその臨界温度Ｔｃ以下に冷却さ
れると磁石から一部あるいはすべての磁束線が排除され
る。この磁束線の排除により磁石はデイスク上に浮揚す
る。外部負荷を受けたとき磁石はデイスクの面に向けて
移動を強いられる。磁束線の相互作用の結果、磁石の動
作を阻止する反力、即ち復元力が生じる。外部負荷が増
加するに応じて、反力も増加する。超伝導ジヤーナルベ
アリングについては、米国特許第４，７９７，３８６号
に円筒状磁石がタイプＩＩの超伝導材で作られた中空の
シリンダ内に配置される構成が示されている。2. Description of the Related Art U.S. Pat. No. 4,892,863 discloses a superconducting thrust bearing. Magnet is type I
Alternatively, it is placed on a disk made of type II superconducting material. When the disk is cooled below its critical temperature Tc, some or all of the magnetic flux lines are eliminated from the magnet. The elimination of the magnetic flux lines causes the magnet to levitate on the disk. When an external load is applied, the magnet is forced to move toward the disk surface. As a result of the interaction of the magnetic flux lines, a reaction force or a restoring force that prevents the operation of the magnet is generated. As the external load increases, the reaction force also increases. For superconducting journal bearings, U.S. Pat. No. 4,797,386 shows a configuration in which a cylindrical magnet is placed in a hollow cylinder made of Type II superconducting material.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】この場合ベアリングの
負荷容量は磁石の磁束密度に比例し、単位面積あたりの
磁束量として定義されるが、磁束密度が高くなると、ベ
アリングは大きな負荷を受けて動作することになり、負
荷容量は磁束密度を増加することにより有効に増大され
得る。In this case, the load capacity of the bearing is proportional to the magnetic flux density of the magnet and is defined as the amount of magnetic flux per unit area. When the magnetic flux density becomes high, the bearing receives a large load and operates. Therefore, the load capacity can be effectively increased by increasing the magnetic flux density.

【０００４】また上述の場合ベアリングの剛性は磁束密
度勾配に比例し、磁束密度勾配は磁性面に対し直角な距
離Ｘからの磁束密度変化として定義され、且つ磁束密度
勾配自体は磁性面からの距離を越える復元力の変化に比
例することになるが、ベアリングの高い剛性はロータを
正確に位置決め保持するために望まれる。In the above case, the rigidity of the bearing is proportional to the magnetic flux density gradient, the magnetic flux density gradient is defined as the change in the magnetic flux density from the distance X perpendicular to the magnetic surface, and the magnetic flux density gradient itself is the distance from the magnetic surface. Higher bearing stiffness is desired to keep the rotor accurately positioned, although it will be proportional to changes in restoring force over.

【０００５】更に制動がベアリングロータからの振動エ
ネルギを除去するために必要である。制動を伴わない場
合振動エネルギによりベアリングが揺動したり、可聴の
信号ノイズ、動作応力、疲労、パワーロス等の煩雑な現
象が生じることになる。Further braking is required to remove vibrational energy from the bearing rotor. When no braking is applied, vibration energy causes the bearing to oscillate, and complicated phenomena such as audible signal noise, operating stress, fatigue, and power loss occur.

【０００６】従つて本発明の目的は超伝導ベアリングの
負荷容量を増加することにある。本発明の別の目的は超
伝導ベアリングの剛性を上げることにある。本発明の他
の目的は超伝導ベアリングに制動を与えることにある。Accordingly, it is an object of the present invention to increase the load capacity of superconducting bearings. Another object of the present invention is to increase the rigidity of the superconducting bearing. Another object of the invention is to provide damping to superconducting bearings.

【０００７】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の目的は本発明によ
れば第１の磁束線を与える少なくとも１個の磁石装置
と、超伝導複合材で作られる少なくとも１個の部材とを
備え、複合材にはタイプＩＩの超伝導グラニユール、永
久磁石グラニユールおよび超伝導グラニユールと永久磁
石グラニユールとを結合するバインダが含まれ、永久磁
石グラニユールにより第２の磁束線が与えられ、超伝導
複合材でなる少なくとも１個の部材は磁石装置の近傍に
配置され、第２の磁束線が第１の磁束線と相互作用する
ように配列されてなる超伝導ベアリングにより実現され
る。According to the invention, the above object comprises at least one magnet device for providing a first magnetic flux line and at least one member made of a superconducting composite material. The material includes a type II superconducting granule, a permanent magnet granule, and a binder that couples the superconducting granule and the permanent magnet granule, and the permanent magnet granule imparts a second magnetic flux line to form a superconducting composite material. One member is arranged in the vicinity of the magnet device and is realized by a superconducting bearing in which the second magnetic flux lines are arranged so as to interact with the first magnetic flux lines.

【０００８】[0008]

【作用】請求項１の発明は第１の磁束線を与える少なく
とも１個の磁石装置と、超伝導複合材で作られる少なく
とも１個の部材とを備え、複合材にはタイプＩＩの超伝
導グラニユール、永久磁石グラニユールおよび超伝導グ
ラニユールと永久磁石グラニユールとを結合するバイン
ダが含まれ、永久磁石グラニユールにより第２の磁束線
が与えられ、超伝導複合材でなる少なくとも１個の部材
は磁石装置の近傍に配置され、第２の磁束線が第１の磁
束線と相互作用するように配列される構成をとることに
より負荷容量が大で、好適な剛性を有し、磁束線の増減
も有効に図られる超伝導ベアリングを提供する。請求項
２の発明は超伝導部材の表面が熱伝導性で導電性の金属
の薄手のシートにより覆設されることにより、ベアリン
グの振動エネルギが除去され、制動される超伝導ベアリ
ングを提供する。請求項３の発明は超伝導グラニユール
及び永久磁石グラニユールをバインダに加える工程と、
永久磁石グラニユールの磁極を実質的に同一方向に合致
させる工程と、バインダを加熱する工程と、加熱された
バインダをプレスする工程と、プレスされたバインダを
冷却する工程とを包有してなる構成をとることにより、
負荷容量が大で、好適な剛性を有し、磁束線の増減も有
効に図られる超伝導ベアリングを提供する。The invention of claim 1 comprises at least one magnet device for providing a first magnetic flux line and at least one member made of a superconducting composite material, wherein the composite material is a type II superconducting granule. A permanent magnet granule, and a binder for coupling the superconducting granule and the permanent magnet granule together, the second flux line being provided by the permanent magnet granule, and at least one member made of the superconducting composite material being in the vicinity of the magnet device. The second magnetic flux line is arranged so as to interact with the first magnetic flux line, so that the load capacity is large, the rigidity is favorable, and the increase / decrease of the magnetic flux line is effective. To provide superconducting bearings. A second aspect of the present invention provides a superconducting bearing in which vibration energy of the bearing is removed by damping the vibration energy of the bearing by covering the surface of the superconducting member with a thin sheet of heat conductive and conductive metal. The invention of claim 3 comprises the step of adding a superconducting granule and a permanent magnet granule to a binder,
A structure including a step of aligning the magnetic poles of the permanent magnet granules in substantially the same direction, a step of heating the binder, a step of pressing the heated binder, and a step of cooling the pressed binder. By taking
(EN) Provided is a superconducting bearing having a large load capacity, a suitable rigidity, and an effective increase / decrease of magnetic flux lines.

【０００９】[0009]

【実施例】図１は、超伝導部材１２と、特定の配列で積
層された永久磁石１６ａ、１６ｂ、１６ｃからなる積層
構造体１４とを有するスラストベアリング１０を示す。
積層構造体１４の一方の面は超伝導部材１２と対向す
る。永久磁石１６ａ、１６ｂ、１６ｃは磁極が交互にな
るよう配列される。従つて第１及び第３の永久磁石１６
ａ、１６ｃのＮ極および第２の永久磁石１６ｂのＳ極が
超伝導部材１２と対向する。両端（即ち第１および第
３）の永久磁石１６ａ、１６ｃのそれぞれのＮ極とＳ極
との間に磁束線が流れる。更にこの構成により、磁束線
が隣接する磁石の磁極間にも流れる。従つて第１の組の
磁束線は第１および第２の永久磁石１６ａ、１６ｂ間を
流れ、第２の組の磁束線は第２および第３の永久磁石１
６ｂ、１６ｃ間を流れる。このように永久磁石１６ａ、
１６ｂ、１６ｃを積層することにより単位面積当たりの
磁束線の数が増加される。この結果積層構造体１６ｂ、
１６ｃの一方の面におけるＮＳ極間で磁束密度が増加す
ると共に磁束線の長さが短くなり、磁束密度勾配が増加
する。1 shows a thrust bearing 10 having a superconducting member 12 and a laminated structure 14 consisting of permanent magnets 16a, 16b, 16c laminated in a specific arrangement.
One surface of the laminated structure 14 faces the superconducting member 12. The permanent magnets 16a, 16b, 16c are arranged so that their magnetic poles alternate. Accordingly, the first and third permanent magnets 16
The N poles of a and 16c and the S pole of the second permanent magnet 16b face the superconducting member 12. Magnetic flux lines flow between the north and south poles of the permanent magnets 16a and 16c at both ends (ie, the first and third). Further, with this configuration, the magnetic flux lines also flow between the magnetic poles of the adjacent magnets. Therefore, the first set of magnetic flux lines flows between the first and second permanent magnets 16a and 16b, and the second set of magnetic flux lines is the second and third permanent magnets 1a and 16b.
It flows between 6b and 16c. In this way, the permanent magnet 16a,
The number of magnetic flux lines per unit area is increased by stacking 16b and 16c. As a result, the laminated structure 16b,
As the magnetic flux density increases between the NS poles on one surface of 16c, the length of the magnetic flux line becomes shorter and the magnetic flux density gradient increases.

【００１０】磁束漏れを減少するため永久磁石１６ａ、
１６ｂ、１６ｃ間に非磁気シム１７が配置される。この
非磁気シム１７は低い温度歪みを有する非強磁性材料で
作られる。超伝導部材１２はメルトテクスチヤの超伝導
材料で作られる。この材料はタイプＩでも良いが、磁束
ピンニングのため安定性に優れているのでタイプＩＩの
超伝導材料であることが好ましい。In order to reduce magnetic flux leakage, the permanent magnet 16a,
A non-magnetic shim 17 is arranged between 16b and 16c. This non-magnetic shim 17 is made of a non-ferromagnetic material with low temperature distortion. Superconducting member 12 is made of a melt textured superconducting material. This material may be type I, but is preferably a type II superconducting material because it has excellent stability due to magnetic flux pinning.

【００１１】動作中、超伝導部材１２はその臨界温度Ｔ
ｃ（ＹＢａ_２Ｃｕ_２Ｏ_ｘでは９３°Ｋ）以下の温度まで
冷却される。動作温度が臨界温度Ｔｃ以下に減少される
に伴い、スラストベアリング１０の負荷容量および剛性
が大幅に増加される。これについてはビー．アール．ウ
エンバーガー等による超伝導科学技術（Ｓｕｐｅｒｃｏ
ｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．）（第３巻、ｐ．３８
１、１９９０）を参照されたい。液体窒素により超伝導
部材１２は７７°Ｋの温度まで冷却される。この結果磁
束ピンニング現象に伴い積層構造体１４が超伝導部材１
２上に浮揚される。積層構造体１４は超伝導部材１２の
面に直角な軸を中心に回転自在であるが、公称抵抗を受
けない限り超伝導部材１２の面を横切つて変位できな
い。変位が生じると、超伝導部材１２の内側に引き留め
られていた磁束の分布が変化する。一方超伝導部材１２
のタイプＩＩの超伝導材料がこのような変化に抵抗す
る。In operation, the superconducting member 12 has its critical temperature T
It is cooled to a temperature of c (93 ° K for YBa ₂ Cu ₂ O _x ) or lower. As the operating temperature is reduced to the critical temperature Tc or lower, the load capacity and the rigidity of the thrust bearing 10 are significantly increased. Bee about this. R. Superconductivity science and technology (Superco
nd. Sci. Technol. ) (Vol. 3, p. 38)
1, 1990). The liquid nitrogen cools the superconducting member 12 to a temperature of 77 ° K. As a result, the laminated structure 14 is replaced by the superconducting member 1 due to the magnetic flux pinning phenomenon.
Levitated above 2. The laminated structure 14 is rotatable about an axis perpendicular to the surface of the superconducting member 12, but cannot be displaced across the surface of the superconducting member 12 unless subjected to nominal resistance. When the displacement occurs, the distribution of the magnetic flux retained inside the superconducting member 12 changes. On the other hand, the superconducting member 12
Type II superconducting materials of the present invention resist such changes.

【００１２】スラストベアリング１０は、超伝導部材１
２と積層構造体１４との間で超伝導部材１２の面を被覆
する熱伝導性で導電性の薄手のシート１８により制動さ
れる。このシート１８は積層構造体１４からの磁束に対
し透磁性を示す。また好ましくはスラストベアリング１
０のロータが第１のベアリングの臨界周波数で回転され
るとき、超伝導部材１２と積層構造体１４との間に相対
的な振動が引起される。積層構造体１４はシート１８内
の磁界を変化させ、シート１８内に渦電流を生じさせ
る。この渦電流により積層構造体１４の磁界に対抗する
磁界が生ると共に、この渦電流により熱が発生され、こ
の熱は伝導されてシート１８を介し低温雰囲気で消失さ
れる。この熱の発生に伴い振動エネルギが消失し、延い
てはスラストベアリング１０が制動される。シート１８
は必ずしも超伝導部材１２全体に覆設しなくともよく、
且つ一連らなりでなくともよく、シート１８において渦
電流が生じるに充分な領域が確保されればよい。厚いシ
ートを採用する場合エネルギの消失を大にできるが、超
伝導部材１２と積層構造体１４との間隔が増大し、スラ
ストベアリング１０の負荷容量が低下する。シートは高
熱伝導性と高導電性を有する材料で作成される。熱膨張
率が低い材料を用いることが好ましいが、これが要求さ
れないこともある。シート１８は超伝導部材を熱しない
ように高熱伝導率を有していて、急速に熱が消滅され
る。仮にシート１８が低熱伝導率体で形成されている場
合、熱により超伝導部材１２が非超伝導状態に駆動さ
れ、超伝導特性、即ち磁束線の排除と押えつけ状態が消
失することとなる。従ってシート１８は熱伝導材で形成
することを要する。またシート１８の高導電性が渦電流
の発生を可能とする。積層構造体１４のエネルギ積はシ
ート１８内の渦電流を誘導するに充分な大きさであれば
よい。The thrust bearing 10 is a superconducting member 1.
It is damped by a thin thermally conductive and electrically conductive sheet 18 covering the surface of the superconducting member 12 between the two and the laminated structure 14. The sheet 18 is magnetically permeable to the magnetic flux from the laminated structure 14. Also preferably thrust bearing 1
When the zero rotor is rotated at the critical frequency of the first bearing, relative vibration is induced between the superconducting member 12 and the laminated structure 14. The laminated structure 14 changes the magnetic field in the sheet 18 to generate an eddy current in the sheet 18. A magnetic field that opposes the magnetic field of the laminated structure 14 is generated by this eddy current, and heat is generated by this eddy current, and this heat is conducted and dissipated in the low temperature atmosphere through the sheet 18. With the generation of this heat, the vibration energy disappears, and as a result, the thrust bearing 10 is braked. Sheet 18
Does not necessarily have to cover the entire superconducting member 12,
In addition, the sheet 18 does not have to be a series, and it is sufficient to secure a sufficient area in the sheet 18 for generating an eddy current. When a thick sheet is used, the energy can be largely lost, but the distance between the superconducting member 12 and the laminated structure 14 increases, and the load capacity of the thrust bearing 10 decreases. The sheet is made of a material having high thermal conductivity and high electrical conductivity. It is preferable to use a material having a low coefficient of thermal expansion, but this may not be required. The sheet 18 has a high thermal conductivity so as not to heat the superconducting member, and the heat is rapidly dissipated. If the sheet 18 is made of a material having a low thermal conductivity, the superconducting member 12 is driven into a non-superconducting state by heat, and the superconducting characteristics, that is, the elimination of magnetic flux lines and the holding state disappear. Therefore, the sheet 18 needs to be formed of a heat conductive material. Further, the high conductivity of the sheet 18 enables generation of eddy currents. The energy product of the laminated structure 14 may be large enough to induce an eddy current in the sheet 18.

【００１３】磁石の積層構成に代わる構成、あるいは磁
石の積層構成に加える構成として、超伝導部材内に磁性
グラニユールを挿入することによりベアリングの負荷容
量および剛性を増大し得る構成をとり得る。得られた複
合材はタイプＩＩの超伝導ベアリングの磁束ピニング現
象を磁性ベアリングとの優れた負荷容量および剛性と組
合わせる。As an alternative structure to the laminated structure of the magnets or a structure added to the laminated structure of the magnets, it is possible to increase the load capacity and rigidity of the bearing by inserting a magnetic granule into the superconducting member. The resulting composite combines the flux pinning phenomenon of Type II superconducting bearings with excellent load capacity and stiffness with magnetic bearings.

【００１４】図２に、タイプＩＩの超伝導材料のグラニ
ユールと永久磁石のグラニユールとバインダ（結合剤）
からなる複合材を作る方法をフローチヤートで示す。超
伝導グラニユールは極限タイプＩＩの超伝導材から作成
される（工程１００）。FIG. 2 shows the type II superconducting material granules and the permanent magnet granules and binder.
A flow chart shows how to make a composite material. Superconducting granules are made from an extreme type II superconducting material (step 100).

【００１５】極限タイプＩＩの超伝導材とは高い臨界温
度Ｔｃ、磁気的電気的特性の強い異方性、大きな上限臨
界磁界Ｈｕｃ、および大きな磁束ピニング現象を示すこ
とで知られる。好ましい超伝導材はＹＢａ_２Ｃｕ_２Ｏ_ｘ
のような１−２−３相イツトリウム−バリウム−銅酸化
物である。好適ではないが、Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕあ
るいはＴＩ Ｂａ−Ｃａ−Ｃｕ酸化物も代用できる。グ
リーンタイプＩＩの超伝導パウダは超伝導特性を得るた
めにメルトテクスチヤされる。メルトテクスチヤは当業
者には周知である。あるいはタイプＩＩの超伝導パウダ
は焼成してもよい。その結果得られたセラミツクは焼成
前の３ｍｍ以下のグレインサイズのグラニユールになる
まで粉砕される。一般に、大きなメルトテクスチヤされ
たグラニユールは小さなメルトテクスチヤされたグラニ
ユールより良好である。超伝導グラニユールは次に所定
の大きさの網目を有するスクリーンを通して篩別され、
所望のサイズのグラニユールが選択される。次に選択さ
れたグラニユールが焼き鈍しされる。The ultimate type II superconducting material is known to exhibit a high critical temperature Tc, a strong anisotropy of magnetic and electrical characteristics, a large upper critical magnetic field Huc, and a large magnetic flux pinning phenomenon. The preferred superconducting material is YBa ₂ Cu ₂ O _x
1-2-3 phase yttrium-barium-copper oxide. Although not preferred, Bi-Sr-Ca-Cu or TI Ba-Ca-Cu oxide can be substituted. Green type II superconducting powders are melt textured to obtain superconducting properties. Melt textures are well known to those skilled in the art. Alternatively, the Type II superconducting powder may be fired. The resulting ceramic is ground until it becomes a granule with a grain size of 3 mm or less before firing. Large melt textured granules are generally better than small melt textured granules. The superconducting granules are then screened through a screen with a mesh of a given size,
A granule of the desired size is selected. The selected granules are then annealed.

【００１６】永久磁石のグラニユールを得るため（工程
１０２）、強度の高い希土類の永久磁石を４ｍｍ以下の
グレインサイズまで粉砕する。希土類の永久磁石は好ま
しくはネオジム・鉄・ボロンあるいはサマリウム・コバ
ルトの種類であるが、ベアリング製造工程中に確実に磁
極を整合させるため、粉砕前に永久磁石のグレインを同
一方向に磁化する。この磁化工程は当業者には周知であ
る。超伝導グラニユールと永久磁石グラニユールとの比
は永久磁石の磁界強度または超伝導グラニユールにより
与えられる強度によつて変化える。In order to obtain a permanent magnet granule (step 102), a high strength rare earth permanent magnet is ground to a grain size of 4 mm or less. The rare earth permanent magnets are preferably of the type neodymium / iron / boron or samarium / cobalt, but the grains of the permanent magnets are magnetized in the same direction before grinding in order to ensure magnetic pole alignment during the bearing manufacturing process. This magnetizing process is well known to those skilled in the art. The ratio of the superconducting granules to the permanent magnet granules can vary depending on the magnetic field strength of the permanent magnets or the strength provided by the superconducting granules.

【００１７】バインダとしてはエマーソン＆カミング社
製のエコボンド（ＥＣＣＯＢＯＮＤ）２８５のような極
低温のエポキシ、あるいはスツルアス（ＳＴＲＵＥＲ
Ｓ）のような熱可塑性レジンが使用できる。極低温のエ
ポキシを使用すると、熱可塑性のレジンを使用する場合
より遥かに強い結合が得られる。従つて極低温のエポキ
シはジヤーナルベアリングに最適であり、熱可塑性のレ
ジンはスラストベアリングに最適である。超伝導グラニ
ユールのバインダに対する比はバインダを超伝導グラニ
ユールと結合させるに充分大きく、しかも超伝導グラニ
ユールの超伝導特性に干渉しない程度の大きさにする必
要がある。As the binder, an extremely low temperature epoxy such as ECOBOND 285 manufactured by Emerson & Cumming, or STRUAR is used.
Thermoplastic resins such as S) can be used. The use of cryogenic epoxies results in a much stronger bond than when using thermoplastic resins. Thus, cryogenic epoxies are best suited for journal bearings and thermoplastic resins are best suited for thrust bearings. The ratio of the superconducting granules to the binder must be large enough to combine the binder with the superconducting granules and yet not be large enough to interfere with the superconducting properties of the superconducting granules.

【００１８】調整されたサイズのメルトテクスチヤされ
たタイプＩＩの超伝導グラニユールはバインダと混合さ
れ、次にこの混合物が約１．０ｃｍ〜１．３ｃｍ中空円
筒状プレスのシリンダ内に溜まるまで注がれる（工程１
０４）。円筒状プレスには組込型の加熱コイルが具備さ
れる。アルミニウムプレートにより被覆された高強度の
永久磁石は、シリンダ内に磁界を発生させるためにプレ
スの底部に置かれる。The adjusted size melt textured Type II superconducting granules are mixed with a binder and then the mixture is poured until it collects in the cylinder of a hollow cylindrical press of about 1.0 cm to 1.3 cm ( Process 1
04). The cylindrical press is equipped with a built-in heating coil. A high strength permanent magnet covered by an aluminum plate is placed at the bottom of the press to create a magnetic field in the cylinder.

【００１９】次いで永久磁石のグラニユールがシリンダ
の円筒の円形領域に個々に目視で落下される（工程１０
６）。磁界により永久磁石のグラニユールがタイプＩＩ
の超伝導グラニユールとバインダとの混合体内に浸透せ
しめられる。永久磁石グラニユールがシリンダ内に落下
するに伴い、これらの磁極は外部からの磁界と整合する
（工程１０８）。この整合工程は全体の工程中で極めて
重要である。The permanent magnet granules are then individually visually dropped into the circular area of the cylinder of the cylinder (step 10).
6). Type II permanent magnet granule due to magnetic field
It is permeated into the mixture of superconducting granules and binder. As the permanent magnet granules fall into the cylinder, these poles align with the external magnetic field (step 108). This matching process is extremely important in the whole process.

【００２０】この結果得られた超伝導グラニユール、永
久磁石グラニユールおよびバインダの複合材は次に加熱
され、１ないし３トンの力で加圧される（工程１１
０）。熱可塑性レジンは１４０℃と１６０℃の間の温度
で６分間加熱され、一方極低温のエポキシは９０℃と９
５℃の間の温度で３０分間加熱される。次いで複合材は
外気温度で３ないし１０分間冷却される（工程１１
２）。The resulting composite of superconducting granules, permanent magnet granules and binder is then heated and pressed with a force of 1 to 3 tons (step 11).
0). The thermoplastic resin is heated at a temperature between 140 ° C and 160 ° C for 6 minutes, while the cryogenic epoxy is 90 ° C and 9 ° C.
Heat for 30 minutes at a temperature between 5 ° C. The composite is then cooled to ambient temperature for 3 to 10 minutes (step 11
2).

【００２１】超伝導複合材を作るためには、ＹＢａ_２Ｃ
ｕ_２Ｏ_ｘをメルトテクスチヤにし、２−３ｍｍの粒子サ
イズにした。超伝導グラニユールを混合体がプレス内に
約２ｃｍ溜まるまで中空の円筒状プレス内のアクリル系
熱可塑性のバインダに加えた。ネオジム・ボロン・鉄の
磁石グラニユールがプレスに加えられた。永久磁石グラ
ニユールの粒子サイズは９ｍｍであつた。永久磁石グラ
ニユールは４０００ガウスの磁界により整合された。複
合材は約１５０℃に加熱され、３トンの力でプレスさ
れ、約４分間冷却された。To make a superconducting composite material, YBa ₂ C
The u ₂ O _x was melt textured to a particle size of 2-3 mm. Superconducting granules were added to the acrylic thermoplastic binder in a hollow cylindrical press until the mixture accumulated in the press for about 2 cm. A neodymium-boron-iron magnet granule was added to the press. The particle size of the permanent magnet granules was 9 mm. The permanent magnet granules were aligned with a magnetic field of 4000 Gauss. The composite was heated to about 150 ° C., pressed with a force of 3 tons and cooled for about 4 minutes.

【００２２】図３においては、ジヤーナルベアリング３
０の永久磁石３２が中空シヤフト３４により囲繞され
る。シヤフト３４も超伝導複合材で作られたシリンダに
より囲繞される。永久磁石３２のグレインおよび中空シ
リンダ３８の永久磁石グラニユール３６の両方とも放射
方向に整合される。In FIG. 3, the journal bearing 3 is shown.
Zero permanent magnets 32 are surrounded by a hollow shaft 34. The shaft 34 is also surrounded by a cylinder made of superconducting composite material. Both the grains of the permanent magnet 32 and the permanent magnet granules 36 of the hollow cylinder 38 are radially aligned.

【００２３】図４には、複動スラストベアリング４０の
永久磁石の円筒状ペレツト４２はシヤフト４４の対向端
部に配置される。軸方向に磁化された円筒状ペレツト４
２は希土類材料で作られる。超伝導複合材で作られるデ
イスク４６は円筒状ペレツト４２と対向して配置され
る。デイスク４６の永久磁石グラニユール４８も軸方向
に整合されるため、円筒状ペレツト４２と永久磁石グラ
ニユール４８との間の磁気的な相互作用により磁気的な
反作用が生じる。In FIG. 4, the cylindrical pellet 42 of the permanent magnet of the double-acting thrust bearing 40 is located at the opposite end of the shaft 44. Axial magnetized cylindrical pellet 4
2 is made of rare earth material. A disk 46 made of superconducting composite material is placed opposite the cylindrical pellet 42. Since the permanent magnet granules 48 of the disk 46 are also axially aligned, the magnetic interaction between the cylindrical pellet 42 and the permanent magnet granules 48 causes a magnetic reaction.

【００２４】積層された磁石からなるベアリングの例を
他の図面に示す。An example of a bearing composed of stacked magnets is shown in another drawing.

【００２５】図５を参照するに、ジヤーナルベアリング
５０にはロータ５２およびステータとして機能する中空
シリンダ５４が包有される。中空シリンダ５４はＹＢａ
_２Ｃｕ_２Ｏ_ｘのようなタイプＩＩの超伝導材料かあるい
は上述した複合材料で作られる。またロータ５２は積層
構造体であり、複数の環形磁石５６ａ−５６ｆを有す
る。各環形磁石５６ａ−５６ｆはサマリウム・コバルト
磁石あるいはネオジム・鉄・ボロン磁石のような希土類
磁石である。環形磁石５６ａ−５６ｆは放射方向に磁化
され、磁極を交互にして積層される。非磁気シム５８が
磁束漏れを減少するために環形磁石５６ａ−５６ｆ間に
配設される。Referring to FIG. 5, the journal bearing 50 includes a hollow cylinder 54 that functions as a rotor 52 and a stator. The hollow cylinder 54 is YBa
_It is made of a Type II superconducting material such as ₂ Cu ₂ O _x or the composite materials described above. The rotor 52 is a laminated structure and has a plurality of ring magnets 56a-56f. Each ring magnet 56a-56f is a rare earth magnet such as a samarium / cobalt magnet or a neodymium / iron / boron magnet. The ring-shaped magnets 56a to 56f are magnetized in the radial direction and are laminated with alternating magnetic poles. A non-magnetic shim 58 is disposed between the ring magnets 56a-56f to reduce magnetic flux leakage.

【００２６】連結ロツド６０は環形磁石５６ａ−５６ｆ
の長手軸線を貫通して延びている。連結ロツド６０は透
磁率の高い材料で作られる。低速での使用の場合、環形
磁石５６ａ−５６ｆはエポキシにより連結ロツド６０に
付設できる。一方高速での使用には環形磁石５６ａ−５
６ｆは、連結ロツド６０の端部をボルト締めして環形磁
石５６ａ−５６ｆと非磁気シム５８とを互いに押し付け
るようにして連結ロツド６０に付設される。環形磁石５
６ａ−５６ｆの数及び幅はベアリングの負荷容量および
剛性条件に応じて変更し得る。薄い環形磁石５６ａ−５
６ｆにより磁束密度勾配が高くなり、その結果ベアリン
グの剛性が高くなる。磁石製造上の制限により環形磁石
５６ａ−５６ｆの厚さが制限されることは理解されよ
う。この制限にはグレインを整合し放射方向に磁石を磁
化する能力も含まれる。The connecting rod 60 is an annular magnet 56a-56f.
Extends through the longitudinal axis of the. The connecting rod 60 is made of a material having high magnetic permeability. For low speed use, the ring magnets 56a-56f may be attached to the connecting rod 60 with epoxy. On the other hand, for high speed use, ring magnet 56a-5
6f is attached to the connecting rod 60 by bolting the ends of the connecting rod 60 to press the ring magnets 56a-56f and the non-magnetic shim 58 against each other. Ring magnet 5
The number and width of 6a-56f may vary depending on the bearing load capacity and stiffness requirements. Thin ring magnet 56a-5
6f increases the magnetic flux density gradient, resulting in higher bearing rigidity. It will be appreciated that magnet manufacturing limitations limit the thickness of the ring magnets 56a-56f. This limit also includes the ability to match the grains and magnetize the magnets in the radial direction.

【００２７】ロータ５２は中空シリンダ５４内に挿入さ
れる。高い磁束密度および磁束勾配を得るため磁石と超
伝導体との間の間隙は小さくとる必要がある。保持スリ
ーブ６２がロータ５２内に環形磁石５６ａ−５６ｆを保
持するために使用される。ベアリングの最大の剛性およ
び容量は保持スリーブ６２がなくとも得られるが、高速
回転による連結ロツド６０の応力のため保持スリーブ６
２を使用する必要が生じる。保持スリーブ６２はベリリ
ウム銅あるいはインコネル７１８のような非強磁性で高
い強度を有する金属で作られる。代りに、保持スリーブ
６２はフイラメントを巻いたグラフアイトあるいはケブ
ラのような高強度のフアイバも作りうる。間隙および最
小磁石幅は、中空シリンダ５４の超伝導面で最大磁束密
度を得られるように保持スリーブの厚さに応じて制限さ
れる。The rotor 52 is inserted into the hollow cylinder 54. The gap between the magnet and the superconductor must be small to obtain high magnetic flux density and magnetic flux gradient. A retaining sleeve 62 is used to retain the annular magnets 56a-56f within the rotor 52. The maximum rigidity and capacity of the bearing can be obtained without the holding sleeve 62, but due to the stress of the connecting rod 60 due to the high speed rotation, the holding sleeve 6
The need arises to use 2. The retaining sleeve 62 is made of a non-ferromagnetic, high strength metal such as beryllium copper or Inconel 718. Alternatively, the retaining sleeve 62 could also be made of filament-wound graphite or high strength fiber such as Kevlar. The gap and minimum magnet width are limited depending on the thickness of the retaining sleeve to obtain maximum flux density at the superconducting surface of hollow cylinder 54.

【００２８】図６に示すジヤーナルベアリング７０は積
層磁石体７２を具備し、この積層磁石体７２は同極を対
向させた永久磁石７４ａ〜７４ｄでなる。またミユーメ
タルでなるシム７６が永久磁石７４ａ〜７４ｄ間に配設
され、積層磁石体はスリーブ７８によつて外囲される。
ベアリングの剛性は積層構造体内の磁石の数および幅に
より決定される。磁石をより薄手にした場合、磁界間ギ
ヤツプが大になる。ギヤツプが大になると磁束密度勾配
が高くなりベアリングの剛性も高くなる。The journal bearing 70 shown in FIG. 6 is provided with a laminated magnet body 72, and the laminated magnet body 72 is composed of permanent magnets 74a to 74d with the same poles facing each other. Further, a shim 76 made of miu metal is arranged between the permanent magnets 74a to 74d, and the laminated magnet body is surrounded by the sleeve 78.
The stiffness of the bearing is determined by the number and width of magnets in the laminated structure. If the magnet is made thinner, the gap between the magnetic fields becomes large. The larger the gear up, the higher the magnetic flux density gradient and the higher the rigidity of the bearing.

【００２９】図７にはシヤフトジヤーナルシステム８０
が示される。１対のタービン８４によつてシヤフト８２
が回転される。スラストベアリング８６によりシヤフト
８２の半径方向の負荷が支承され、スラストベアリング
８８によりシヤフト８２の軸方向の負荷が支承される。
ジヤーナルベアリング８６およびスラストベアリング８
８はコンプレツサ、ポンプおよび流速計のような他のタ
ーボ装置のシヤフトを支承可能である。ベアリングの負
荷容量、剛性および制動力は用途に従つて設計される。FIG. 7 shows a shaft journal system 80.
Is shown. A shaft 82 is provided by a pair of turbines 84.
Is rotated. The thrust bearing 86 bears the radial load of the shaft 82, and the thrust bearing 88 bears the axial load of the shaft 82.
Journal bearing 86 and thrust bearing 8
8 is capable of bearing shafts of other turbo equipment such as compressors, pumps and anemometers. The bearing load capacity, stiffness and braking force are designed according to the application.

【００３０】[0030]

【発明の効果】上述のように構成された本発明によれば
積層されたロータを備える超伝導ベアリングは負荷容量
および剛性を有効に高める。またこれらのベアリングは
振動エネルギを制動する好適な効果をも有する。超伝導
パウダおよび磁気グラニユールを含むベアリング部材も
負荷容量および剛性が高い点で有利である。更に各種の
形状およびサイズに容易に機械加工できる利点も有す
る。例えば単一のブランクはベアリングに機械加工でき
る。且つ公差を容易に制御できるので、単一のブランク
は簡単に取り付けできる利点を有する。公差は増加する
が２部材の場合より単一部材の公差はより容易に制御で
きる。従つて２以上の部材の場合より単一部材の場合相
対的に容易に整合が得られることになる。According to the present invention constructed as described above, the superconducting bearing having the laminated rotors effectively increases load capacity and rigidity. These bearings also have the positive effect of damping the vibrational energy. Bearing members including superconducting powders and magnetic granules are also advantageous for high load capacity and rigidity. It also has the advantage of being easily machined into various shapes and sizes. For example, a single blank can be machined into a bearing. And since the tolerances can be easily controlled, a single blank has the advantage of being easy to install. Tolerances increase, but the tolerances of a single member are easier to control than the two member case. Therefore, alignment is relatively easier to obtain with a single member than with two or more members.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】図１は磁極が交互となるよう積層された磁石を
使用する超伝導スラストベアリングの簡略図である。FIG. 1 is a simplified diagram of a superconducting thrust bearing that uses magnets stacked with alternating magnetic poles.

【図２】図２は超伝導複合材を作る工程のフローチヤー
トである。FIG. 2 is a flow chart of a process of making a superconducting composite material.

【図３】図３は図２に関連して説明した超伝導複合材で
作られるベアリングの実施例の簡略図である。FIG. 3 is a simplified diagram of an embodiment of a bearing made of the superconducting composite described in connection with FIG.

【図４】図４は図２に関連して説明した超伝導複合材で
作られるベアリングの実施例の簡略図である。4 is a simplified diagram of an embodiment of a bearing made of the superconducting composite material described in connection with FIG.

【図５】図５は磁極を交互にして積層した磁石を使用す
るジヤーナルベアリングの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a journal bearing which uses a magnet in which magnetic poles are alternately laminated.

【図６】図６は同じ磁極を対向させて積層した磁石を使
用するジヤーナルベアリングの断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view of a journal bearing that uses a magnet in which the same magnetic poles face each other and are stacked.

【図７】図７はベアリングシヤフトシステムの簡略図で
ある。FIG. 7 is a simplified diagram of a bearing shaft system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ スラストベアリング １２ 超伝導部材 １４ 積層構造体 １６ａ−１６ｃ 永久磁石 １７ 非磁気シム １８ シート ３０ ジヤーナルベアリング ３２ 永久磁石 ３４ 中空シヤフト ３６ 永久磁石グラニユール ３８ 中空シリンダ ４０ スラストベアリング ４２ 円筒状ペレツト ４４ シヤフト ４６ デイスク ４８ 永久磁石グラニユール ５０ ジヤーナルベアリング ５２ ロータ ５４ 中空シリンダ ５６ａ−５６ｆ 環形磁石 ５８ 非磁気シム ６０ 連結ロツド ６２ 保持スリーブ ６０ 連結ロツド ６２ 保持スリーブ ８０ シヤフト／ジヤーナルシステム ８２ シヤフト ８４ タービン ８６ ジヤーナルベアリング ８８ スラストベアリング 10 Thrust bearing 12 Superconducting material 14 Laminated structure 16a-16c permanent magnet 17 non-magnetic shims 18 sheets 30 Journal bearing 32 permanent magnet 34 Hollow shaft 36 Permanent Magnet Granule 38 hollow cylinder 40 thrust bearing 42 Cylindrical pellet 44 Shaft 46 Disk 48 Permanent Magnet Granule 50 journal bearing 52 rotor 54 hollow cylinder 56a-56f Ring magnet 58 Non-Magnetic Shim 60 connecting rod 62 retaining sleeve 60 connecting rod 62 retaining sleeve 80 Shaft / Journal System 82 Shaft 84 turbine 86 Journal Bearing 88 thrust bearing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マーシヤル ピー． サビル アメリカ合衆国 カリフオルニア州 90260 ラウンデール ユーコン アベ ニユー 15309 (56)参考文献 特開 平１−216119（ＪＰ，Ａ) 米国特許4892863（ＵＳ，Ａ) 米国特許4797386（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F16C 32/04 H01F 7/22 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Marsh Rupee. Savill, U.S.A. 90260, Rounddale, Yukon, Avenue, 15309 (56) Reference JP-A 1-216119 (JP, A) US Patent 4892863 (US, A) US Patent 4797386 (US, A) (58) Field of Inquiry .Cl. ⁷ , DB name) F16C 32/04 H01F 7/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 第１の磁束線を与える少なくとも１個の
磁石装置と、超伝導複合材で作られる少なくとも１個の
部材とを備え、複合材にはタイプＩＩの超伝導グラニユ
ール、永久磁石グラニユールおよび超伝導グラニユール
と永久磁石グラニユールとを結合するバインダが含ま
れ、永久磁石グラニユールにより第２の磁束線が与えら
れ、超伝導複合材でなる少なくとも１個の部材は磁石装
置の近傍に配置され、第２の磁束線が第１の磁束線と相
互作用するように配列されてなる超伝導ベアリング。1. A composite comprising at least one magnet device for providing a first magnetic flux line and at least one member made of a superconducting composite, the composite comprising a type II superconducting granule, a permanent magnet granule. And a binder for coupling the superconducting granules and the permanent magnet granules to each other, wherein the permanent magnet granules provide the second magnetic flux lines, and at least one member made of the superconducting composite material is disposed in the vicinity of the magnet device. A superconducting bearing in which the second magnetic flux lines are arranged to interact with the first magnetic flux lines. 【請求項２】 超伝導部材の表面が熱伝導性で導電性の
金属の薄手のシートにより覆設されてなる請求項１記載
の超伝導ベアリング。2. The superconducting bearing according to claim 1, wherein the surface of the superconducting member is covered with a thin sheet of heat conductive and conductive metal. 【請求項３】 超伝導グラニユール及び永久磁石グラニ
ユールをバインダに加える工程と、永久磁石グラニユー
ルの磁極を実質的に同一方向に合致させる工程と、バイ
ンダを加熱する工程と、加熱されたバインダをプレスす
る工程と、プレスされたバインダを冷却する工程とを包
有してなる請求項１記載の超伝導ベアリングを製造する
方法。3. The steps of adding superconducting granules and permanent magnet granules to a binder, aligning the magnetic poles of the permanent magnet granules in substantially the same direction, heating the binder, and pressing the heated binder. The method for manufacturing a superconducting bearing according to claim 1, further comprising the steps of: cooling the pressed binder.