以下、本発明が適用された実施形態につい� ��図面を用いて説明する。なお、本発明の実� ��の形態は、下記の実施形態に何ら限定され� ��ことはなく、本発明の技術的範囲に属する� ��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� ��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� �スト軸受1の断面図である。

 磁気スラスト軸受1は、図1(a)に示すよう� �、超電導コイル10、固定コアA20、回転コア30� ��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� �ブ-チタン線材等の超電導材料で形成されて� ��り、後述するようにコの字形状に形成され� ��固定コアA20のコの字形状部分の内側に配置� ��れている。

 この超電導コイルを図示しない冷却装置� ��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� ��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� ��うに配置されている。

 また、固定コアA20は、円筒形状の中心軸� ��向の断面形状がコの字形状に形成され、さ� ��に、そのコの字形状の開口部が中心軸と垂� ��方向となるように円筒形状の内側に向かっ� ��形成されている。

 回転コア30は、Fe(フェライト)などの強磁� ��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� �ように固定コアA20の内側又は外側に配置さ� �ている。

 また、回転コア30には、固定コアA20の突� �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� ��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(a)の構成例において� �、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。

 さらに、回転コア30は、固定コアA20に対� �て相対的に回転するとともに固定コアA20の� �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� �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。

 具体的には電機子コア40は、固定コアA20� �2つの突端部22a、22bに、中心軸の周囲方向に� ��定の間隔で形成された複数の電機子巻き線� ��のスロット44に巻かれた電機子コイルから� �成される。

 また、電機子コア40は、固定コアA20から� �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� ��る位置、つまり、前述の固定コアA20と回転� ��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� �。

 (発電動機一体型超電導磁気スラスト軸受1� �作動と特徴)
 このような発電動機一体型超電導磁気スラ� ��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� ��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� ��わち磁束誘導路36aへ導入される。

 回転コア30の突端部32aへ導入された磁束� �、回転コア30を通り、固定コアA20の2つの突� �部22a、22bのうちの他方の突端部22bに対向す� �位置まで誘導され、他方の突端部22bに対向� �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。

 このようにして、固定コアA20と回転コア3 0との間で、固定コアA20の突端部22a-回転コア3 0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� �端部22bという磁路が形成される。

 回転コア30の突端部32a,32bは、磁束誘導路3 6a,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� �磁束量には変化が生じる。このため、電機� �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� �給すれば発動機として機能することになる� �

 さらに、回転コア30の中心軸方向、つま� �スラスト方向に力が加わった場合には、回� �コア30に中心軸方向への微少なずれαが生じ� ��。この「ずれα」によって、磁路の磁気抵� �が増加することになるので、この抵抗を減� �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。

 このとき、磁束の発生源として超電導コ� ��ル10を用いているので、非常に強い磁束を� �生することができる。したがって、磁気ス� �スト軸受として大きな荷重を支持すること� �できる。

 以上のように、超電導コイル10、固定コ� �A20、回転コア30及び電機子コア40を一体化す� ��ことにより簡単な構造で発電動機と磁気ス� ��スト軸受を一体化した発電動機一体型超電� ��磁気スラスト軸受とすることができる。

 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� ��子コイル42を巻回しているので、固定コアA2 0の突端部22a、22bの一方から導出され、回転� �アを介して固定コアA20の他方の突端部22bへ� �入される磁束が電機子コイル42貫通する。

 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� ��導出されるので、その部分で強いスラスト� ��を発生することができる。

 本構成によれば、電力の供給冷却が必要� ��超電導コイル10及び電力の入力又は出力が� �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。

 [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� ��ト軸受2とも呼ぶ。)について、図1(b)に基づ� ��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� ��成要素と共通する部分が多いので、共通す� ��構成要素には同じ符号を付して説明を省略� ��、主に第1実施形態の磁気スラスト軸受1と� �なる部分について説明する。

 磁気スラスト軸受2は、図1(b)に示すよう� �、固定コアA20の2つの突端部22a、22bは、回転� ��ア30の突端部32a,32bとそれぞれ対向するよう� ��成される。

 回転コア30の突端部32a,32bのうち固定コアA 20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。

 このような発電動機一体型超電導磁気ス� ��スト軸受2によれば、磁束は固定コアA20の2� �の突端部22a、22bの一方の突端部22aから導出� �れ、回転コア30の突端部32aから回転コア30に� ��り、回転コア30の突端部32bすなわち磁束誘� �路36bから固定コアA20の他方の突端部22bへ導� �される。長さが短い方の突端部22a、突端部32 aにおいては、磁束は全周に亘り固定コアの� �端部22aと回転コアの突端部32aとの間を通る� �め、安定したスラスト軸受け性能が期待で� �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。

 [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� ��ト軸受3とも呼ぶ。)について、図2に基づき� ��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� ��要素と共通する部分が多いので、共通する� ��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� �る部分について説明する。

 磁気スラスト軸受3では、回転コア30を挟� ��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� �部52a,52bにそれぞれ一体的に取り付けられ、� ��れぞれの中心軸が超電導コイル10の中心軸� �一致するように固定コアA20の内側に配置さ� �ている。

 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� �突端部22a、22bに対向する位置に円周方向に� �状変化のない突端部32a,32bを持つとともに、� ��定コアB50に対向する側に円周方向に形状変� ��のある平行に2つの磁束誘導路36a、36bが設け られている。

 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,52 b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。

 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� ��いないが、磁束誘導路36a、36bが周期的に変� ��する形状となっているため、回転コア30の� �転に伴い、固定コアB50に取り付けた電機子� �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。

 また、回転コア30のスラスト方向に力が� �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� �って、磁路の磁気抵抗が増加することにな� �ので、この抵抗を減少させるように回転コ� �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� ��果たすことになる。このとき、磁束の発生� ��として超電導コイル10を用いているので、� �常に強い磁束を発生することができる。超� �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。

 [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� ��ト軸受4とも呼ぶ。)について、図3に基づき� ��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� ��要素と共通する部分が多いので、共通する� ��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� �る部分について説明する。

 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� ��的に取り付けられている。

 また、回転コア30の磁束誘導路36a,36bはそ� ��ぞれが電機子コア40に対向する位置に磁束� �導くことができるように、円周方向に入り� �んだクロー形状となっている。

 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、22 bのうち一方の突端部22aから導出され、突端� �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� �入する磁束誘導路を形成する。磁束誘導路36 a,36bと固定コアB50との間を磁束が行き来する� ��きに電機子コア40の電機子コイルには磁束� �貫通することになる。

 このような発電動機一体型超電導磁気ス� ��スト軸受4によれば、回転コア30の回転に伴� ��、固定コアB50に導入される磁束の向きは周� ��的に変化することになるので、簡単な構成� ��効率のよい発電動機一体型超電導磁気スラ� ��ト軸受とすることができる。

 [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� ��ト軸受5とも呼ぶ。)について、図4に基づき� ��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� ��要素と共通する部分が多いので、共通する� ��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� �る部分について説明する。

 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� �の外側に向かって形成されており、その開� �部の内側に超電導コイル10が配置されている 。

 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� ��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� ��ることができ、さらに、電機子コア40の極� �を増やすことができる。発電動機とスラス� �軸受それぞれに要求される特性、ならびに� �用される条件によって軸受のいずれを選択� �れかを決めればよい。

 [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� ��ト軸受6とも呼ぶ。)について、図5に基づき� ��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� ��要素と共通する部分が多いので、共通する� ��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� �る部分について説明する。

 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� �って形成された固定コアA20の内側に、一対� �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。

 固定コアB50は円筒形状に形成され、中心� ��が超電導コイル10の中心軸と一致するよう� �固定コアA20の内側で、かつ、一対の超電導� �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� �有し、一対の磁束誘導路36a,36bのうち一方の� ��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� ��端部32aを経由して導入した磁束を定コアB50� ��導出する磁路を形成し、他方の磁束誘導路3 6aは、固定コアB50から導出される磁束を回転� ��ア30の突端部32bを経由して固定コアA20の2つ� ��突端部22a、22bの他方の突端部22bへ導入する� ��路を形成する。

 このような構成の発電動機一体型超電導� ��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� ��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� ��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。

 導入された磁束は、固定コアB50に導入さ� ��、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� ��コア30の突端部32bから固定コアA20の他方の� �端部22bに対向する位置で固定コアA20へ導入� �れる。

 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� �成される。固定コアB50に磁束が出入りする� �に、磁束は電機子コア40の電機子コイル42を� ��通することになる。

 回転コア30が回転すると、固定コアB50の� �束誘導路36a,36bに対向する位置において出入� ��する磁束の量と向きが変わることになり、� ��機子コアから電力を取り出せば発電機とし� ��、電機子コア40に位相に合わせた電流と供� �すれば電動機として機能することになる。

 さらに、回転コア30の中心軸方向、つま� �スラスト方向に力が加わった場合には、回� �コア30に中心軸方向への微少なずれαが生じ� ��。この「ずれα」によって、磁路に磁気抵� �が増加することになるので、この抵抗を減� �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。

 このとき、磁束の発生源として超電導コ� ��ル10を用いているので、非常に強い磁束を� �生することができる。したがって、磁気ス� �スト軸受として大きな荷重を支持すること� �できる。

 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7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� ��ト軸受7とも呼ぶ。)について、図6に基づき� ��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� ��要素と共通する部分が多いので、共通する� ��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� �る部分について説明する。

 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。

 さらに、回転コア30には、固定コアA20の� �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� ��スト軸受7では、固定コアA20の2つの突端部22 a、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� �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� �経由して、固定コアB50へ導入され、残りの� �部は突起部24aに対向する凸部38aから固定コ� �A20の一方の突起部24aへ導入される。

 また、固定コアB50へ導入された磁束は、� ��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� ��に合流して突端部32bから固定コアの突端部2 2bを経由して固定コアA20に入る。

 つまり、発電動機一体型超電導磁気スラ� ��ト軸受7では、固定コアA20と回転コア30との� ��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� �る。したがって、磁気スラスト軸受として� �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� �きる。