特許 5991690 超伝導軸受装置および超伝導回転装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5991690

(24)【登録日】2016年8月26日

(45)【発行日】2016年9月14日

(54)【発明の名称】超伝導軸受装置および超伝導回転装置

(51)【国際特許分類】

   F16C 32/04 20060101AFI20160901BHJP

   F04D 13/02 20060101ALI20160901BHJP

【ＦＩ】

   F16C32/04 ZZAA

   F04D13/02 G

   F04D13/02 B

【請求項の数】8

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2012-250036(P2012-250036)

(22)【出願日】2012年11月14日

(65)【公開番号】特開2014-98424(P2014-98424A)

(43)【公開日】2014年5月29日

【審査請求日】2015年2月27日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度戦略的基盤技術高度化支援事業（超伝導ピン止め効果を応用した低発塵回転体の位置決め技術開発）に基づく特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000107941

【氏名又は名称】セイコー化工機株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】500273355

【氏名又は名称】有限会社マグネオ技研

(73)【特許権者】

【識別番号】599016431

【氏名又は名称】学校法人 芝浦工業大学

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】平櫛 真男

(72)【発明者】

【氏名】秋山 慎一

(72)【発明者】

【氏名】村上 雅人

【審査官】 岩谷 一臣

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−１８０２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−２８４９５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００７／０６９４３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特表２００４−５１１９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表平０６−５０３７０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２７２５３９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｃ３２／０４

Ｆ０４Ｄ１３／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転軸と、前記回転軸に固定された第１磁石部と、前記回転軸に前記第１磁石部から軸方向に所定間隔を隔てて固定された第２磁石部とを有する回転体部と、
前記第１磁石部と前記第２磁石部との間であって前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第１磁石部に対向する第１対向面と前記第２磁石部に対向する第２対向面とを有する超伝導体と、前記超伝導体を冷却することによりピン止め効果を発現させる冷却部とを有する固定体部とを備え、
前記第１磁石部は、前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第１対向面と対向する第１磁極面を有する第１永久磁石を有し、
前記第２磁石部は、前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第２対向面と対向する第２磁極面を有する第２永久磁石を有し、
前記第１永久磁石と、前記第２永久磁石が前記超伝導体を略直線状に貫く磁束線の一部が前記回転軸に平行な方向に対して傾斜されるように配置され、
前記第１磁極面の極性と前記第２磁極面の極性とが逆極性である、超伝導軸受装置。

【請求項2】

前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のそれぞれは円環状に形成され、
前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のそれぞれの中心に前記回転軸が配置される、請求項１に記載の超伝導軸受装置。

【請求項3】

前記第１永久磁石の内径をＤ_１１、外径をＤ_１２とし、
前記第２永久磁石の内径をＤ_２１、外径をＤ_２２とし、
（Ｄ_１１＋Ｄ_１２）／２の式で得られる第１仮想円直径をＤ_１３とし、
（Ｄ_２１＋Ｄ_２２）／２の式で得られる第２仮想円直径をＤ_２３としたとき、
前記第１仮想円直径Ｄ_１３は、前記第２仮想円直径Ｄ_２３より大きくされ、或いは、小さくされる、請求項２に記載の超伝導軸受装置。

【請求項4】

前記第１永久磁石の内側または外側に前記第１永久磁石と同心円状に配置され、前記第１対向面と対向する第３磁極面を有する円環状の第３永久磁石と、
前記第２永久磁石の内側または外側に前記第２永久磁石と同心円状に配置され、前記第２対向面と対向する第４磁極面を有する円環状の第４永久磁石とを有し、
前記第１磁極面の極性と前記第３磁極面の極性とが逆極性であり、
前記第２磁極面の極性と前記第４磁極面の極性とが逆極性である、請求項２または３に記載の超伝導軸受装置。

【請求項5】

前記冷却部は、冷媒が充填される円環状の断熱容器を有し、
複数の前記超伝導体が、前記断熱容器の内部に前記断熱容器の内壁面から離間して配置される、請求項１ないし４のいずれかに記載の超伝導軸受装置。

【請求項6】

請求項１ないし５のいずれかに記載の超伝導軸受装置と、
回転力を発生させる回転駆動部と、
前記回転力を前記回転体部に非接触で伝達する回転力伝達部とを備え、
前記回転力伝達部は、
前記回転軸に取り付けられた第１カップリング磁石と、
前記回転駆動部の出力軸に取り付けられ、前記第１カップリング磁石と引き合う第２カップリング磁石とを有する、超伝導回転装置。

【請求項7】

前記第１カップリング磁石と前記第２カップリング磁石との間隔を調整する間隔調整機構を備える、請求項６に記載の超伝導回転装置。

【請求項8】

前記回転軸の一方端部に前記第１カップリング磁石が取り付けられ、
前記回転軸の他方端部に液体を移送するインペラが取り付けられる、請求項６または７に記載の超伝導回転装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固定体部に対して回転体部を非接触で回転可能に支持する超伝導軸受装置およびこれを用いた超伝導回転装置に関する。

【背景技術】

【0002】

超伝導体の「ピン止め効果」とは、超伝導体内に入り込んだ磁束線が超伝導体内の常伝導部分（以下、「ピン止めセンター」という。）にトラップされ、超伝導体に加わる外部磁場が変化しようとしたとき、その変化を妨げる方向に力（以下、「ピン止め力」という。）が作用する現象をいう。

【0003】

特許文献１には、「ピン止め効果」を利用した超伝導磁気軸受装置が記載されている。この装置は、固定体部に装着された超伝導体部と、回転体部に装着された磁石部とを有しており、磁石部の磁束線が超伝導体部のピン止めセンターにトラップされている。したがって、超伝導体部と磁石部との位置関係が変化して、超伝導体部に加わる外部磁場が変化しようとすると、その変化を妨げる方向にピン止め力が作用して、固定体部と回転体部との位置関係が保持される。また、磁石部は、超伝導体部の一方面に対向して同心円状に配置された複数の環状永久磁石を有しており、環状永久磁石の中心に回転体部の軸が配置されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平８−２８４９５６（図１参照）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に記載された先行技術では、複数の環状永久磁石における超伝導体部と対向する磁極面の極性が、隣り合う２つの環状永久磁石間で逆になっており、磁石部が径方向（以下、「ラジアル方向」という。）に移動しようとすると、超伝導体部に加わる外部磁場が変化してピン止め力が発生する。しかし、環状永久磁石は超伝導体部の一方面側にのみ配置されているため、多くの磁束線を超伝導体部に効率よく貫通させることが困難であり、ラジアル方向におけるピン止め力を十分に得るためには、同心円状に配置される環状永久磁石の数を多くする必要があった。そのため、磁石部の最大外径が大きくなり、装置全体が大型化するという課題があった。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、装置の大型化を招くことなく、ラジアル方向のピン止め力を大きくすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明に係る超伝導軸受装置は、回転軸と、前記回転軸に固定された第１磁石部と、前記回転軸に前記第１磁石部から軸方向に所定間隔を隔てて固定された第２磁石部とを有する回転体部と、前記第１磁石部と前記第２磁石部との間であって前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第１磁石部に対向する第１対向面と前記第２磁石部に対向する第２対向面とを有する超伝導体と、前記超伝導体を冷却することによりピン止め効果を発現させる冷却部とを有する固定体部とを備え、前記第１磁石部は、前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第１対向面と対向する第１磁極面を有する第１永久磁石を有し、前記第２磁石部は、前記回転軸の周囲に配置され、かつ、前記第２対向面と対向する第２磁極面を有する第２永久磁石を有し、前記第１磁極面の極性と前記第２磁極面の極性とが逆極性である。

【0008】

この構成によれば、第１磁極面の極性と第２磁極面の極性とが逆極性であるため、第１磁極面および第２磁極面のいずれか一方（Ｎ極）から他方（Ｓ極）に向かう磁束線の多くを、超伝導体に対して略直線状に貫通させることができる。また、第１磁石部および第２磁石部が回転軸に対して固定されるので、第１磁石部と第２磁石部との間に作用する磁力によってこれらの間隔が変動することはなく、第１磁石部および第２磁石部の磁力を大きくして、超伝導体を貫通する磁束線の数を増大させることができる。したがって、特許文献１に記載された先行技術のように、ラジアル方向のピン止め力を増大させるために多くの環状永久磁石を用いる必要がない。

【0009】

前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のそれぞれは円環状に形成され、前記第１永久磁石および前記第２永久磁石のそれぞれの中心に前記回転軸が配置されてもよい。

【0010】

この構成では、円環状に形成された第１永久磁石および第２永久磁石のそれぞれの中心に回転軸が配置されるので、回転体部が回転するときには、超伝導体に加わる外部磁場が大きく変化することはない。したがって、回転方向におけるピン止め力の発生を抑えてエネルギー損失の少ない回転運動を得ることができる。

【0011】

前記第１永久磁石の内径をＤ_１１、外径をＤ_１２とし、前記第２永久磁石の内径をＤ_２１、外径をＤ_２２とし、（Ｄ_１１＋Ｄ_１２）／２の式で得られる第１仮想円直径をＤ_１３とし、（Ｄ_２１＋Ｄ_２２）／２の式で得られる第２仮想円直径をＤ_２３としたとき、前記第１仮想円直径Ｄ_１３が前記第２仮想円直径Ｄ_２３より大きくされ、或いは、小さくされることによって、前記超伝導体を略直線状に貫く磁束線の一部が前記回転軸に平行な方向に対して傾斜される。

【0012】

この構成では、回転体部がラジアル方向および軸方向のいずれの方向に移動するときでも、超伝導体に加わる外部磁場が変化する。したがって、回転体部のラジアル方向および軸方向の両方向の移動をピン止め力で抑制することができる。

【0013】

前記第１永久磁石の内側または外側に前記第１永久磁石と同心円状に配置され、前記第１対向面と対向する第３磁極面を有する円環状の第３永久磁石と、前記第２永久磁石の内側または外側に前記第２永久磁石と同心円状に配置され、前記第２対向面と対向する第４磁極面を有する円環状の第４永久磁石とを有し、前記第１磁極面の極性と前記第３磁極面の極性とが逆極性であり、前記第２磁極面の極性と前記第４磁極面の極性とが逆極性である。

【0014】

この構成では、第１磁極面の極性と第３磁極面の極性とが逆極性であり、第２磁極面の極性と第４磁極面の極性とが逆極性であるため、回転体部がラジアル方向に移動しようとすると、超伝導体に加わる外部磁場が大きく変化する。したがって、回転体部のラジアル方向への移動を、より大きなピン止め力で抑制することができる。また、第３磁極面および第４磁極面のいずれか一方から他方に向けて磁束線が延びるので、超伝導体を貫く磁束線の数が増大し、回転体部がラジアル方向に移動しようとするときのピン止め力をより大きくすることができる。

【0015】

前記冷却部は、冷媒が充填される円環状の断熱容器を有し、複数の前記超伝導体が、前記断熱容器の内部に前記断熱容器の内壁面から離間して配置される。

【0016】

この構成では、複数の超伝導体のそれぞれを、冷媒によって効率よく冷却することができる。

【0017】

上記課題を解決するために、本発明に係る超伝導回転装置は、上記のいずれかの超伝導軸受装置と、回転力を発生させる回転駆動部と、前記回転力を前記回転体部に非接触で伝達する回転力伝達部とを備え、前記回転力伝達部は、前記回転軸に取り付けられた第１カップリング磁石と、前記回転駆動部の出力軸に取り付けられ、前記第１カップリング磁石と引き合う第２カップリング磁石とを有する。

【0018】

この構成によれば、固定体部に対して回転体部を、超伝導体のピン止め効果を利用して非接触で支持でき、また、回転体部に対して回転駆動部の回転力を、回転力伝達部を介して非接触で伝達できる。したがって、回転部分の摩耗による発塵を抑制できる。また、回転部分における摩擦熱の発生を抑制でき、たとえば、超伝導回転装置を液体移送ポンプに適用する場合でも、移送される液体（薬品等）が摩擦熱の影響を受けるのを防止できる。

【0019】

前記第１カップリング磁石と前記第２カップリング磁石との間隔を調整する間隔調整機構を備えていてもよい。

【0020】

超伝導回転装置を組み立てる際には、まず、固定体部と回転体部との相対位置を仮決めし、その状態で超伝導体を冷却してピン止め効果を発現させる。その後、第１カップリング磁石と第２カップリング磁石との間隔を間隔調整機構で短くし、これらの間の吸引力を増大させる。すると、当該吸引力によって固定体部に対して回転体部が軸方向に移動し、超伝導体に加わる外部磁場が変化してピン止め力が発生し、当該ピン止め力によって、固定体部と回転体部との位置関係が安定的に保持される。上記構成によれば、第１カップリング磁石と第２カップリング磁石との間隔を間隔調整機構で簡単に調整することができるので、超伝導回転装置の組み立て作業性を向上することができる。

【0021】

前記回転軸の一方端部に前記第１カップリング磁石が取り付けられ、前記回転軸の他方端部に液体を移送するインペラが取り付けられてもよい。

【0022】

この構成は、超伝導回転装置をインペラを有するポンプに適用したものである。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、上記の構成によって、装置の大型化を招くことなく、ラジアル方向のピン止め力を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施形態に係る超伝導ポンプの構成を示す断面図である。

【図2】第１磁石部、第２磁石部、超伝導体および冷却部の構成を示す分解斜視図である。

【図3】第１磁石部、第２磁石部および超伝導体の位置関係を示す側面図である。

【図4】第１磁石部における磁場の強さを示すグラフである。

【図5】回転力伝達部の構成を示す斜視図である。

【図6】第１カップリング磁石と第２カップリング磁石との間隔を調整する方法を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照しながら説明する。以下の実施形態は、本発明に係る「超伝導回転装置」を超伝導ポンプ１０に適用するとともに、本発明に係る「超伝導軸受装置」を超伝導ポンプ１０の軸受部Ａに適用したものである。なお、以下の説明で用いる「上」および「下」の方向は、図１の紙面に対して上側を「上」、下側を「下」とするものであり、鉛直方向を意味するものではない。

【0026】

図１に示すように、超伝導ポンプ１０は、水および薬品等のような液体を移送するものであり、固定体部１２と、回転体部１４と、回転駆動部１６と、回転力伝達部１８とを備えている。

【0027】

図１に示すように、固定体部１２は、ポンプハウジング２０と、駆動部ハウジング２２と、間隔調整機構２３と、ポンプハウジング２０に組み込まれた超伝導体２４と、ポンプハウジング２０に組み込まれ、超伝導体２４を冷却する冷却部２６とを備えている。

【0028】

図１に示すように、ポンプハウジング２０は、第１ハウジング２０ａと、第２ハウジング２０ｂと、第３ハウジング２０ｃと、第１連結部２８とを有している。第１ハウジング２０ａは、インペラ３０および第１磁石部３２を収容する平面視略円形の第１収容室Ｓ１を有しており、第１ハウジング２０ａにおける上部の中央部には、第１収容室Ｓ１に液体を取り込む取込口３４ａが上下方向に延びて形成されている。また、第１ハウジング２０ａの側部には、第１収容室Ｓ１から液体を排出する排出口３４ｂが第１収容室Ｓ１の接線方向に延びて形成されている。そして、取込口３４ａおよび排出口３４ｂのそれぞれには、第１フランジ３６ａおよび第２フランジ３６ｂが接合されている。

【0029】

第２ハウジング２０ｂは、第１収容室Ｓ１の下方において超伝導体２４および冷却部２６を支持する部分であり、第２ハウジング２０ｂの中央部には、回転軸３８が挿通される貫通孔４０が上下方向に延びて形成されている。そして、第２ハウジング２０ｂにおける貫通孔４０の周囲には、超伝導体２４および冷却部２６を収容する収容部４２が形成されている。

【0030】

第３ハウジング２０ｃは、第２磁石部４４および第１カップリング磁石４６を収容する第２収容室Ｓ２を有しており、第３ハウジング２０ｃの側部には、第２収容室Ｓ２内の空気を外部に排出する排気孔４８が形成されている。

【0031】

第１連結部２８は、第３ハウジング２０ｃの下面の外周部に配置された環状の基部２８ａと、基部２８ａの内周部から下方に延びて形成された短管状の第１嵌合部２８ｂとを有している。また、基部２８ａには、間隔調整機構２３のボルト２５が螺合される複数のねじ孔２３ｂが周方向に間隔を隔てて設けられている。

【0032】

そして、第１ハウジング２０ａ、第２ハウジング２０ｂ、第３ハウジング２０ｃおよび第１連結部２８が、ボルト等の接続部材（図示省略）を用いて互いに接続されている。

【0033】

駆動部ハウジング２２は、回転駆動部１６を収容するハウジング２２ａと、ハウジング２２ａの上部に設けられた円盤状の台座２２ｂと、台座２２ｂの外周部に設けられた第２連結部５２とを有している。第２連結部５２は、台座２２ｂの上面の外周部に接合された環状の基部５２ａと、基部５２ａの上面の径方向中央部から上方に延びて形成され、第１嵌合部２８ｂの内側または外側（本実施形態では外側）に嵌合される短管状の第２嵌合部５２ｂとを有している。そして、基部５２ａにおける第２嵌合部５２ｂの外側には、間隔調整機構２３のボルト２５が挿通される複数の貫通孔２３ｃが周方向に間隔を隔てて設けられている。

【0034】

間隔調整機構２３は、回転力伝達部１８を構成する第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間隔を調整するものであり、複数のボルト２５と、複数のナット２７とを有している。複数のボルト２５のそれぞれは、第２連結部５２の貫通孔２３ｃに下方から挿通されるとともに、第１連結部２８のねじ孔２３ｂに螺合されている。複数のナット２７のそれぞれは、基部５２ａの上面に配置されるとともに、ボルト２５に螺合されている。そして、ボルト２５の頭部２５ａとナット２７とで基部５２ａが挟まれている。したがって、ねじ孔２３ｂに対するボルト２５のねじ込み長さを調整することによって、第１連結部２８と第２連結部５２との間隔を調整でき、ひいては第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間隔を調整できる。

【0035】

図２は、第１磁石部３２、第２磁石部４４、超伝導体２４および冷却部２６の構成を示す分解斜視図である。図２に示すように、超伝導体２４は、冷却されることによってピン止め効果を発現する第二種超伝導体（type 2 superconductor）であり、たとえば、イットリウム系酸化物超伝導体が超伝導体２４として用いられる。本実施形態では、複数（たとえば８個）の略円柱状の超伝導体２４が、第１磁石部３２と第２磁石部４４との間であって、かつ、貫通孔４０（図１）および回転軸３８（図１）の周囲に円環状に並べて配置されており、貫通孔４０の周囲の全周においてピン止め効果を発現できるようになっている。また、超伝導体２４は、第１磁石部３２に対向する円形の第１対向面２４ａと第２磁石部４４に対向する円形の第２対向面２４ｂ（図１）とを有しており、第１対向面２４ａおよび第２対向面２４ｂ（図１）のいずれか一方（Ｎ極）から他方（Ｓ極）に向けて磁束線が貫通するようになっている。なお、超伝導体２４の数および形状は特に限定されるものではなく、たとえば、略円弧状の平面視形状を有する複数の超伝導体２４が用いられてもよいし、１つの円環状の超伝導体２４が用いられてもよい。

【0036】

図２に示すように、冷却部２６は、超伝導体２４を冷却することによって、超伝導体２４にピン止め効果を発現させるものであり、液体窒素等の冷媒が充填される円環状の断熱容器（クライオスタット等）６０と、断熱容器６０の内周壁６０ａと外周壁６０ｂとの間に配置された仕切り壁６２とを有している。また、外周壁６０ｂにおける仕切り壁６２の一方面６２ａに近接する部分には、冷媒の供給口６４ａが形成されており、外周壁６０ｂにおける仕切り壁６２の他方面６２ｂに近接する部分には、冷媒の排出口６４ｂが形成されている。さらに、供給口６４ａおよび排出口６４ｂのそれぞれには、冷媒配管６６ａおよび６６ｂが接続されている。

【0037】

そして、図２に示すように、複数の超伝導体２４が、断熱容器６０の内部に断熱容器６０の内壁面から離間して円環状に配置されており、超伝導体２４における第１磁石部３２の下面と対向する第１対向面２４ａがスペーサ６８ａを介して断熱容器６０の上壁６０ｃに固定されており、超伝導体２４における第２磁石部４４の上面と対向する第２対向面２４ｂ（図１）がスペーサ６８ｂ（図１）を介して断熱容器６０の下壁６０ｄに固定されている。スペーサ６８ａ，６８ｂ（図１）のそれぞれは、合成樹脂等のような非磁性体で形成された円柱状または円盤状の部材であり、これらの直径は、第１対向面２４ａおよび第２対向面２４ｂ（図１）の直径よりも十分に小さく設計されている。したがって、複数の超伝導体２４のそれぞれと冷媒との接触面積を広く確保することが可能であり、供給口６４ａから供給された冷媒が排出口６４ｂから排出されるまでの間に、超伝導体２４のそれぞれを効率よく冷却することができる。

【0038】

図１に示すように、回転体部１４は、回転軸３８と、回転軸３８に固定された第１磁石部３２と、回転軸３８に第１磁石部３２から軸方向に所定間隔を隔てて固定された第２磁石部４４と、インペラ３０とを備えている。そして、回転軸３８、第１磁石部３２、第２磁石部４４および超伝導体２４等によって「超伝導軸受装置」としての軸受部Ａが構成されている。

【0039】

回転軸３８は、固定体部１２の中央部に上下方向に延びて配置された棒状の部材であり、回転軸３８の下端部外周面には、鍔部７０が径方向に突出して形成されており、回転軸３８の上端面には、雄ねじ部７２が軸方向に突出して形成されている。

【0040】

図３は、第１磁石部３２、第２磁石部４４および超伝導体２４の位置関係を示す側面図である。図３に示すように、第１磁石部３２は、回転軸３８の周囲に配置され、かつ、超伝導体２４の第１対向面２４ａと対向する第１磁極面７４ａを有する円環状の第１永久磁石７４と、第１永久磁石７４の内側または外側（本実施形態では外側）に第１永久磁石７４と同心円状に配置され、第１対向面２４ａと対向する第３磁極面７６ａを有する円環状の第３永久磁石７６と、合成樹脂等のような非磁性体で形成され、第１永久磁石７４と第３永久磁石７６との間に配置された円環状のスペーサ７８とを有している。第１磁極面７４ａの極性と第３磁極面７６ａの極性とは互いに逆極性であり、本実施形態では、第１磁極面７４ａがＳ極、第３磁極面７６ａがＮ極になっている。

【0041】

また、図３に示すように、第１磁石部３２は、第１永久磁石７４および第３永久磁石７６を保持するとともに、これらの磁力を増幅させるヨーク８０と、ヨーク８０を保持する保持部材８２とを有している。保持部材８２は、回転軸３８が挿入される貫通孔８２ａを有しており、回転軸３８の上部が貫通孔８２ａに圧入されることによって、回転軸３８の上部に第１磁石部３２が固定されている。そして、回転軸３８の雄ねじ部７２には、貫通孔８２ａの内径より大きい外径を有する雌ねじ部材８３が螺合されており、これにより第１磁石部３２の脱落が防止されている。

【0042】

図３に示すように、第２磁石部４４は、回転軸３８の周囲に配置され、かつ、超伝導体２４の第２対向面２４ｂと対向する第２磁極面８４ａを有する円環状の第２永久磁石８４と、第２永久磁石８４の内側または外側（本実施形態では外側）に第２永久磁石８４と同心円状に配置され、第２対向面２４ｂと対向する第４磁極面８６ａを有する円環状の第４永久磁石８６と、合成樹脂等のような非磁性体で形成され、第２永久磁石８４と第４永久磁石８６との間に配置されたスペーサ８８とを有している。第２磁極面８４ａの極性と第４磁極面８６ａの極性とは互いに逆極性であり、本実施形態では、第２磁極面８４ａがＮ極、第４磁極面８６ａがＳ極になっている。

【0043】

また、図３に示すように、第２磁石部４４は、第２永久磁石８４および第４永久磁石８６を保持するとともに、これらの磁力を増幅させるヨーク９０と、ヨーク９０を保持する保持部材９２とを有している。保持部材９２は、回転軸３８が挿入される貫通孔９２ａを有しており、回転軸３８の下部が貫通孔９２ａに圧入されることによって、回転軸３８の下部に第２磁石部４４が固定されている。そして、貫通孔９２ａの下部には、内径を拡径することによって段状の係止部９２ｂが形成されており、この係止部９２ｂに回転軸３８の鍔部７０が係止されている。

【0044】

図３に示すように、第１永久磁石７４の内径をＤ_１１、外径をＤ_１２とし、第２永久磁石８４の内径をＤ_２１、外径をＤ_２２とし、（Ｄ_１１＋Ｄ_１２）／２の式で得られる第１仮想円直径をＤ_１３とし、（Ｄ_２１＋Ｄ_２２）／２の式で得られる第２仮想円直径をＤ_２３としたとき、第１仮想円直径Ｄ_１３が第２仮想円直径Ｄ_２３より大きくされ、或いは、小さくされている（本実施形態では小さくされている）。また、第３永久磁石７６の内径をＤ_３１、外径をＤ_３２とし、第４永久磁石８６の内径をＤ_４１、外径をＤ_４２とし、（Ｄ_３１＋Ｄ_３２）／２の式で得られる第３仮想円直径をＤ_３３とし、（Ｄ_４１＋Ｄ_４２）／２の式で得られる第４仮想円直径をＤ_４３としたとき、第３仮想円直径Ｄ_３３が第４仮想円直径Ｄ_４３より大きくされ、或いは、小さくされている（本実施形態では小さくされている）。これにより、超伝導体２４を略直線状に貫く磁束線の一部が回転軸３８に平行な方向に対して傾斜されるようになっている。

【0045】

図４は、第１磁石部３２における磁場の強さを示すグラフである。図４に示すように、第１磁極面７４ａおよび第３磁極面７６ａからの離間距離Ｌが５ｍｍの点に測定ラインを設定し、当該測定ライン上における磁場の強さ（Ｇ）を測定すると、第１永久磁石７４と第３永久磁石７６との境界部に対応する点Ｐにおいて、磁場の強さ（Ｇ）が大きく変化する。また、図示していないが、第２永久磁石８４と第４永久磁石８６との境界部に対応する点においても、磁場の強さ（Ｇ）が大きく変化する。

【0046】

図３中の矢印で示すように、本実施形態では、第１磁石部３２および第２磁石部４４のいずれか一方（Ｎ極）から他方（Ｓ極）に向かう磁束線の多くを、超伝導体２４に対して略直線状に貫通させるとともに、回転軸３８に平行な方向に対して傾斜させることができ、回転体部１４（図１）がラジアル方向および軸方向のいずれの方向に移動するときでも、回転体部１４の移動をピン止め力で抑制することができる。また、第１磁石部３２と第２磁石部４４との間に作用する磁力によってこれらの間隔が変動することがないので、当該磁力を大きくして、超伝導体２４を貫通する磁束線の数を増大させることができる。さらに、図４に示すように、固定体部１２に対して回転体部１４がラジアル方向に移動するときには、超伝導体２４に加わる外部磁場が大きく変化するので、回転体部１４の移動をピン止め力で効果的に抑制することができる。したがって、ラジアル方向におけるピン止め力を十分に確保しつつ、同心円状に配置される永久磁石の数を少なくでき、装置全体を小型化することができる。

【0047】

図３に示すように、インペラ３０は、液体を吸引する吸引口３０ａと、当該液体を吐出する吐出口３０ｂとを有している。本実施形態では、第１磁石部３２の保持部材８２とインペラ３０とが一体的に形成されており、インペラ３０の中央部に雌ねじ部材８３が嵌り込む凹部３０ｃが形成されている。

【0048】

固定体部１２および回転体部１４における各構成部分の材質は、特に限定されるものではないが、耐食性が要求される部分については、耐食性合成樹脂、耐食性金属およびセラミック等を用いることが望ましい。耐食性合成樹脂としては、PTFE（ポリ４フッ化エチレン）、PFA（４フッ化エチレンとパーフロロアルキルビニルエーテルとの共重合体）、FEP（４フッ化エチレンと６フッ化プロピレンの共重合体）、PVdF（ポリフッ化ビニリデン：２フッ化樹脂）、ETFE（テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体）等のフッ素樹脂が好適である。

【0049】

図１に示すように、回転駆動部１６は、回転力を発生させる動力源となる部分であり、本実施形態では、モータが回転駆動部１６として用いられている。そして、回転駆動部１６がハウジング２２ａに収容されており、回転駆動部１６の出力軸１６ａがハウジング２２ａの上部に設けられた台座２２ｂの上面から突出されており、この出力軸１６ａに磁石保持部材１００を介して第２カップリング磁石１０２が取り付けられている。

【0050】

図５は、回転力伝達部１８の構成を示す斜視図である。図１に示すように、回転力伝達部１８は、回転駆動部１６で発生した回転力を回転体部１４に非接触で伝達する部分であり、いわゆるマグネットカップリングと称される部分である。回転力伝達部１８は、回転軸３８の下部に第２磁石部４４と共に固定された少なくとも１つ（本実施形態では６個）の第１カップリング磁石４６と、回転駆動部１６の出力軸１６ａに磁石保持部材１００を介して取り付けられた少なくとも１つ（本実施形態では６個）の第２カップリング磁石１０２とを有している。図５に示すように、第１カップリング磁石４６および第２カップリング磁石１０２は、軸方向において互いに対向する磁極面４６ａおよび１０２ａを有しており、これらの磁極面４６ａおよび１０２ａの極性は、互いに逆極性になっている。また、本実施形態では、隣り合う２つの第１カップリング磁石４６間で磁極面４６ａの極性が逆になっており、また、隣り合う２つの第２カップリング磁石１０２間で磁極面１０２ａの極性が逆になっている。したがって、第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間には、互いに引き合う吸引力が作用し、第２カップリング磁石１０２が回転されると、それに伴って第１カップリング磁石４６が回転される。

【0051】

図６は、第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間隔を調整する方法を示す断面図である。図６に示すように、超伝導ポンプ１０を組み立てる際には、まず、第１連結部２８の第１嵌合部２８ｂと第２連結部５２の第２嵌合部５２ｂとを嵌合し、第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間隔を間隔調整機構２３によって仮決めする。具体的には、第２連結部５２における第２嵌合部５２ｂの先端と第１連結部２８における基部２８ａの下面との間隔Ｈを完成時の長さよりも長くなるように仮決めする。続いて、冷却部２６の断熱容器６０に冷媒を供給し、複数の超伝導体２４のそれぞれを冷却して、これらにピン止め効果を発現させる。そして、第１カップリング磁石４６と第２カップリング磁石１０２との間隔を間隔調整機構２３で短くし、これらの間の吸引力を増大させる。すると、当該吸引力によって固定体部１２に対して回転体部１４が軸方向に移動し、超伝導体２４に加わる外部磁場が変化してピン止め力が発生する。このピン止め力によって固定体部１２と回転体部１４との位置関係が保持される。

【0052】

（他の実施形態）
上述の実施形態では、超伝導体２４を直線状に貫通する磁束線が回転軸３８に平行な方向に対して傾斜しているが、他の実施形態では、当該磁束線が傾斜していなくてもよい。この場合には、他の磁石部で発生する磁束線を超伝導体２４または他の超伝導体で捕捉することによって、軸方向のピン止め力を作用させるようにしてもよい。

【0053】

また、上述の実施形態では、本発明を超伝導ポンプ１０に適用しているが、他の実施形態では、本発明を超伝導攪拌機等のような他の超伝導回転装置に適用してもよい。本発明を超伝導攪拌機に適用する場合には、インペラ３０に代えて攪拌羽根が用いられる。

【0054】

そして、間隔調整機構２３の構成は適宜変更可能であり、たとえば、間隔調整を自動で行う場合には、送りねじ（ボールねじ等）および駆動モータ等で間隔調整機構が構成されてもよい。

【符号の説明】

【0055】

Ａ… 軸受部（超伝導軸受装置）
１０… 超伝導ポンプ（超伝導回転装置）
１２… 固定体部
１４… 回転体部
２４… 超伝導体
２４ａ… 第１対向面
２４ｂ… 第２対向面
２６… 冷却部
３０… インペラ
３２… 第１磁石部
３８… 回転軸
４４… 第２磁石部
７４… 第１永久磁石
７４ａ… 第１磁極面
８４ａ… 第２磁極面
８４… 第２永久磁石

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】