DE112010005173T5 - Supraleitende oxidspule, supraleitender oxidspulenkörperund rotationsmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung stellt eine supraleitende Spule bereit, bei der es sich um eine supraleitende Oxidspule 10 handelt, die die Form eines Sattels hat und durch Wickeln eines supraleitenden Oxiddrahtes 11 in der Form eines Stadion-Ovals gebildet wird, und die einen gekrümmten Abschnitt 10b und einen geradlinigen Abschnitt 10a hat, die mit dem gekrümmten Abschnitt 10b verbunden sind. Mindestens in dem mittigen Abschnitt des geradlinigen Abschnitts 10a ist ein oberes Ende 10d im Vergleich zu einem unteren Ende 10e auf der Innenumfangsseite angeordnet. Mit der oben erwähnten Konfiguration kann die supraleitende Spule, die aus einem supraleitenden Oxiddraht gebildet wird, die Verschlechterung ihrer elektrischen Eigenschaften, die durch die Linien des magnetischen Kraftflußes verursacht wird, verhindern, wenn sie in einer Rotationsmaschine wie zum Beispiel einem Motor verwendet wird. Die Erfindung stellt außerdem eine supraleitende Spulenbaugruppe, die unter Verwendung der oben erwähnten supraleitenden Spulen gebildet wird, und eine Rotationsmaschine, die die oben erwähnte supraleitende Spule (supraleitende Spulenbaugruppe) enthält, bereit.

Description

• TECHNISCHES GEBIET
• Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Oxidspule, eine supraleitende Oxidspulenbaugruppe und eine Rotationsmaschine, insbesondere eine sattelförmige supraleitende Oxidspule, eine unter Verwendung der vorgenannten supraleitenden Oxidspule gebildete supraleitende Oxidspulenbaugruppe und eine Rotationsmaschine, die die vorgenannte supraleitende Oxidspulenbaugruppe enthält.
• ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
• Es ist eine supraleitende Spule offenbart worden (zum Beispiel in der veröffentlichten japanischen Patentanmeldung Tokukai 2002-110416 (Patentliteratur 1)), die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes gebildet wird, bei dem es sich um einen bandförmigen Supraleiter handelt. In Patentliteratur 1 ist ein Verbindungsverfahren bei einer supraleitenden Spule wie folgt offenbart: In dem Moment, wo eine Metallelektrode mit Verbindungsabschnitten von Elementen einer supraleitenden Spule, die jeweils eine große Anzahl von Windungen aufweisen, unter der Bedingung, daß die Metallelektrode mit den Verbindungsabschnitten in Kontakt gebracht wird, während die Metallelektrode mit Hilfe einer Verbindungs-Spannvorrichtung einer Kompressionskraft in Richtung der Wicklung ausgesetzt wird, metallurgisch verbunden wird, gehen die Verbindungsabschnitte eine metallurgische Verbindung miteinander ein.
• OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
• Technisches Problem
• Gemäß der oben genannten Patentliteratur 1 werden mehrere flach-runde supraleitende Spulen, die jeweils durch spiralförmiges Wickeln eines supraleitenden Drahtes hergestellt wurden, gestapelt, um miteinander verbunden zu werden. In der obigen Beschreibung meint der Begriff „gestapelt”, daß mehrere supraleitende Spulen in der Richtung senkrecht zu der Fläche, die durch die Enden der Breite des zu einer flach-runden Form gewickelten supraleitenden Drahtes gebildet wird, schichtweise übereinander gestapelt werden (die Fläche wird durch das Zusammenfügen der einzelnen Regionen des gewickelten supraleitenden Drahtes gebildet und wird im Weiteren als die „durch Enden gebildete Fläche” bezeichnet).
• Nehmen wir folgenden Fall als Beispiel. In diesem Fall enthält ein Motor, der eine Art von Rotationsmaschine ist, flach-runde supraleitende Spulen, die wie in Patentliteratur 1 beschrieben gestapelt sind. Die supraleitende Spule ist so gewickelt, daß sie die Region umgibt, die als ein Zahn des Rotors und Stators, die den Motor bilden, bekannt ist. Wenn die supraleitende Spule um den Zahn gewickelt und ein Strom in die supraleitende Spule eingespeist wird, so wirkt der Zahn als ein Elektromagnet. In diesem Fall verändert sich, wenn der in die supraleitende Spule fließende Strom Wechselstrom ist, die Polarität des durch den Zahn gebildeten Elektromagneten im zeitlichen Verlauf. Infolge dessen stoßen sich der Zahn des Rotors und der Zahn des Stators gegenseitig ab oder ziehen sich gegenseitig an. Dieses Phänomen dreht den Rotor und ermöglicht es dem Motor auf diese Weise zu funktionieren.
• Wenn in der supraleitenden Spule ein Strom fließt, so bildet sich um die supraleitende Spule ein Magnetfeld. Dabei verlaufen Linien eines magnetischen Kraftflußes um die supraleitende Spule. Die meisten der Linien des magnetischen Kraftflußes verlaufen entlang eines Weges, der von der supraleitenden Spule relativ entfernt ist. Folglich verlaufen sie durch das Innere des Zahnes. Ein Teil der Linien des magnetischen Kraftflußes verläuft jedoch entlang eines Weges innerhalb des oben angesprochenen Weges. Folglich verlaufen sie durch das Innere der supraleitenden Spule. Genauer gesagt, enthalten die Linien des magnetischen Kraftflußes, die durch das Innere der supraleitenden Spule verlaufen, Linien des magnetischen Kraftflußes, die in einer Richtung durch sie hindurch verlaufen, die die Breiten- und Längsachse der Spule kreuzt, insbesondere in einer Richtung entlang der Dicke des supraleitenden Drahtes, der die supraleitende Spule bildet (noch konkreter, in einer Richtung, die durch die Hauptfläche des supraleitenden Drahtes verläuft). Es ist bekannt, daß die Linien des magnetischen Kraftflußes, die durch die Hauptfläche des supraleitenden Drahtes verlaufen, die Stromleitungseigenschaften der supraleitenden Spule verschlechtern und dadurch Phänomene wie zum Beispiel Quenchen in der supraleitenden Spule verursachen. In der obigen Beschreibung meint der Begriff „Hauptfläche des supraleitenden Drahtes” die Hauptfläche, die durch die Breite und Länge des supraleitenden Drahtes gebildet wird.
• Von den supraleitenden Drähten kann insbesondere der Draht, der als ein supraleitender Oxiddraht bekannt ist, wie zum Beispiel der Draht, bei dem ein aus einem Oxid gebildeter Supraleiter mit einem Mantel aus Silber oder einem anderen Metall beschichtet ist, in einer Umgebung mit höherer Temperatur eingesetzt werden als ein supraleitender Metalldraht, der unter Verwendung eines Supraleiters hergestellt ist, der aus einem herkömmlicherweise verwendeten Metall besteht. Oder anders ausgedrückt. Wenn der supraleitende Oxiddraht verwendet wird, so kann die Ausrüstung zum Kühlen des supraleitenden Drahtes im Vergleich zu dem Fall vereinfacht werden, wo der supraleitende Metalldraht verwendet wird. Folglich haben Ingenieure und Forscher in den vergangenen Jahren insbesondere die praktische Anwendung des supraleitenden Oxiddrahtes weiterentwickelt. Die oben beschriebene Patentliteratur 1 offenbart nicht, welcher Draht – der supraleitende Metalldraht oder der supraleitende Oxiddraht – zum Herstellen der offenbarten supraleitenden Spule verwendet wird. Aber ungeachtet dessen, welcher Draht zum Herstellen der offenbarten supraleitenden Spule verwendet wird – der supraleitende Metalldraht oder der supraleitende Oxiddraht –, verläuft ein Teil der Linien des magnetischen Kraftflußes, das durch den Strom erzeugt wird, der in der supraleitenden Spule fließt, die in dem Rotor und dem Stator des Motors verwendet wird, durch die Hauptfläche des supraleitenden Drahtes, wenn die supraleitende Spule so konfiguriert ist, daß die Hauptfläche der Spule nahezu parallel zu der Achse in der Mitte des hohlen Abschnitts der supraleitenden Spule verläuft. Das heißt, selbst wenn der Motor eine supraleitende Spule enthält, die aus dem supraleitenden Oxiddraht besteht, der in einer Hochtemperaturumgebung verwendet werden kann, können sich aufgrund der Entstehung der oben beschriebenen Linien des magnetischen Kraftflußes die Stromleitungseigenschaften der supraleitenden Spule verschlechtern, wodurch der elektrische Wirkungsgrad der gesamten Maschine verringert werden kann.
• Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis des oben beschriebenen Problems. Eine Aufgabe der vorliegende Erfindung ist die Bereitstellung einer supraleitenden Spule, die aus einem supraleitenden Oxiddraht gebildet wird und die eine Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften infolge des Einflusses der Linien des magnetischen Kraftflußes verhindern kann, wenn sie in einer Rotationsmaschine wie zum Beispiel einem Motor verwendet wird. Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung einer supraleitenden Spulenbaugruppe, die unter Verwendung der oben erwähnten supraleitenden Spule gebildet wird, und einer Rotationsmaschine, die die oben erwähnte supraleitende Spule (oder supraleitende Spulenbaugruppe) enthält.
• Lösung des Problems
• Eine supraleitende Oxidspule der vorliegenden Erfindung ist eine supraleitende Oxidspule mit der Form eines Sattels, die durch Wickeln eines supraleitenden Oxiddrahtes in der Form eines Stadion-Ovals gebildet wird. Die supraleitende Oxidspule hat einen gekrümmten Abschnitt und einen geradlinigen Abschnitt, der mit dem gekrümmten Abschnitt verbunden ist. Mindestens in dem mittigen Abschnitt des geradlinigen Abschnitts ist das obere Ende der Spule im Vergleich zum unteren Ende der Spule auf der Innenumfangsseite der Spule angeordnet.
• In der obigen Beschreibung meint der Begriff „Form eines Sattels” eine Form, bei der, wie unten beschrieben, in einer supraleitenden Spule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes in der Form eines Stadion-Ovals gebildet wird, das obere Ende des Drahtes in einem Teil des Endabschnitts der Spule in der Längsrichtung (der Endabschnitt der Spule) nach oben gebogen ist. Das obere Ende ist ein Ende der Breite des supraleitenden Oxiddrahtes, der in der Form eines Stadion-Ovals gewickelt ist, und befindet sich auf der Oberseite, wenn die supraleitende Oxidspule an ihrem Platz sitzt. Oder anders ausgedrückt: Das obere Ende ist das Ende, wo der Draht eine konvexe Form bildet, indem er an dem Endabschnitt der Spule gebogen wird. Die durch Enden gebildete Fläche, die durch die zusammengefügten oberen Enden des gewickelten Drahtes gebildet wird, ist die durch obere Enden gebildete Fläche, die in der Seitenansicht eine konvexe Form hat. Gleichermaßen ist das untere Ende das andere Ende der Breite des supraleitenden Oxiddrahtes, der in der Form eines Stadion-Ovals gewickelt ist (das heißt, das untere Ende befindet sich auf der gegenüberliegenden Seite des oberen Endes), und befindet sich an der Unterseite, wenn die supraleitende Oxidspule an ihrem Platz sitzt. Oder anders ausgedrückt: Das untere Ende ist das Ende, wo der Draht eine konkave Form bildet, indem er an dem Endabschnitt der Spule gebogen ist. Die durch Enden gebildete Fläche, die durch die zusammengefügten unteren Enden des gewickelten Drahtes gebildet wird, ist die durch untere Enden gebildete Fläche, die in der Seitenansicht eine konkave Form hat.
• Bei der supraleitenden Oxidspule, die, wie oben beschrieben, in der Form eines Stadion-Ovals ausgebildet ist, wird die Region, wo der supraleitende Oxiddraht geradlinig verläuft, als ein geradliniger Abschnitt bezeichnet. Mindestens im mittigen Abschnitt des geradlinigen Abschnitts ist der Draht so gewickelt, daß sich das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite befindet. Oder anders ausgedrückt: Im mittigen Abschnitt ist die supraleitende Oxidspule so konfiguriert, daß die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes, der die supraleitende Oxidspule bildet, einen spitzen Winkel mit der Achse in der Mitte des hohlen Abschnitts der supraleitenden Oxidspule bildet. Wenn diese Konfiguration verwendet wird, so verläuft die Linie des magnetischen Kraftflusses, der durch den Strom erzeugt wird, der in dem supraleitenden Oxiddraht fließt, in der Richtung entlang der Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes. Oder anders ausgedrückt: Der Prozentsatz der Linien des magnetischen Kraftflusses, der in einer Richtung verläuft, die die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes passiert, wird verringert. Diese Verringerung kann eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften der Spule, die durch den supraleitenden Oxiddraht gebildet wird, verhindern. Es ist bevorzugt, daß der mittige Abschnitt, wo sich das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite befindet, eine Länge von mindestens der Hälfte der Gesamtlänge des geradlinigen Abschnitts, besonders bevorzugt mindestens 60% der Gesamtlänge des geradlinigen Abschnitts, aufweist.
• Bei der oben beschriebenen supraleitenden Oxidspule ist es bevorzugt, daß in dem gekrümmten Abschnitt das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite angeordnet ist. Der Begriff „gekrümmter Abschnitt” meint den oben beschriebenen Endabschnitt der Spule. Oder anders ausgedrückt: Der Begriff „gekrümmter Abschnitt” meint die Region, wohin sich jedes von beiden Enden des geradlinigen Abschnitts der supraleitenden Oxidspule, die die Form eines Stadion-Ovals hat, erstreckt, und die Region, die sich so biegt, daß die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes die Form eines Stadion-Ovals haben kann. Wie bei dem geradlinigen Abschnitt verläuft – wenn der gekrümmte Abschnitt eine Konfiguration hat, bei der sich das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite befindet – auch in dem gekrümmten Abschnitt die Linie des magnetischen Kraftflusses, der durch den Strom erzeugt wird, der in dem supraleitenden Oxiddraht fließt, in der Richtung entlang der Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes. Oder anders ausgedrückt: Der Prozentsatz der Linie des magnetischen Kraftflusses, der in einer Richtung verläuft, die die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes passiert, wird verringert. Diese Verringerung kann eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften der Spule, die durch den supraleitenden Oxiddraht gebildet wird, noch zuverlässiger verhindern.
• Bei der oben erwähnten supraleitenden Oxidspule ist es in einem Teil der Region eines Grenzabschnitts, der zwischen dem geradlinigen Abschnitt und dem gekrümmten Abschnitt angeordnet ist, bevorzugt, daß das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Außenumfangsseite angeordnet ist. Der supraleitende Oxiddraht hat zum Beispiel die folgende Struktur. In einem Beispiel wird zuerst ein Materialpulver eines Oxid-Supraleiters, wie zum Beispiel Bismut, hergestellt. Das Pulver wird mit einem Ummantelungsabschnitt aus Silber oder dergleichen beschichtet, um ein bandförmiges Element zu bilden. Das Element wird gesintert, um die Struktur zu vollenden. In einem weiteren Beispiel wird zuerst beispielsweise ein auf Yttrium basierender Sinterkörper mit der Form eines Dünnfilms hergestellt, bei dem es sich um einen supraleitenden Oxiddraht handelt. Eine Silbersputterschicht und dergleichen wird auf den Sinterkörper laminiert, um die Struktur zu vollenden. Mit der oben beschriebenen Struktur kann der supraleitende Oxiddraht schnell beschädigt werden, zum Beispiel kann er je nach dem Grad der Verformung oder des Biegens brechen. Folglich es ist schwierig, die supraleitende Spule so auszubilden, daß das obere Ende über den gesamten Umfang des supraleitenden Oxiddrahtes, der in der Form eines Stadion-Ovals gewickelt ist, im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite angeordnet werden kann, wie oben beschrieben. Um diese Schwierigkeit zu überwinden, ist in einem Teil der Region des Grenzabschnitts, der zwischen dem geradlinigen Abschnitt und dem gekrümmten Abschnitt angeordnet ist, das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Außenumfangsseite angeordnet, was eine Konfiguration ist, die im Vergleich zu der Konfiguration in den anderen Regionen umgekehrt ist. Wie oben beschrieben, ermöglicht das Bereitstellen einer Region, in der die Hauptfläche in einer Richtung geneigt ist, die der Richtung in den anderen Regionen entgegengesetzt ist, das Wickeln des supraleitenden Oxiddrahtes in einer solchen Weise, daß sich das obere Ende in den geradlinigen und gekrümmten Abschnitten im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite befindet. Diese Konfiguration kann der Dehnung entgegenwirken, die durch die mechanische Beanspruchung verursacht wird, die in dem supraleitenden Oxiddraht entsteht. Oder anders ausgedrückt: Wenn die oben beschriebene Konfiguration verwendet wird, so kann in dem supraleitenden Oxiddraht, der so gewickelt ist, daß seine Hauptfläche nicht parallel zu der Achse in der Mitte des hohlen Abschnitts der supraleitenden Oxidspule in den geradlinigen und gekrümmten Abschnitten verläuft, eine Beschädigung und dergleichen, die durch die innere mechanische Beanspruchung verursacht wird, verhindert werden. Selbst wenn das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende in einem Teil des Grenzabschnitts auf der Außenumfangsseite angeordnet ist, werden die elektrischen Eigenschaften der Spule kaum von der Linie des magnetischen Kraftflusses, der durch die supraleitende Oxidspule erzeugt wird, beeinflußt. Dadurch kann ein guter Zustand der elektrischen Eigenschaften der Spule gewährleistet werden.
• Die supraleitende Oxidspule der vorliegenden Erfindung kann auf eine Konfiguration angewendet werden, bei der eine einzelne supraleitende Oxidspule zum Beispiel auf einen Zahn eines Motors angewendet wird. Andererseits kann die Spule zum Herstellen einer supraleitenden Oxid-Spulenbaugruppe verwendet werden, die gebildet wird, indem mehrere supraleitende Oxidspulen so gestapelt werden, daß das untere Ende einer supraleitenden Oxidspule dem oberen Ende einer anderen supraleitenden Oxidspule zugewandt ist. In diesem Fall kann auch, wie oben beschrieben, eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften der supraleitenden Oxidspule verhindert werden – insbesondere dann, wenn die einzelnen Abschnitte, wie zum Beispiel der geradlinige Abschnitt und der gekrümmte Abschnitt, der einzelnen supraleitenden Oxidspulen die oben beschriebene Positionsbeziehung zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende einnehmen.
• Bei der oben beschriebenen supraleitenden Spulenbaugruppe ist es bevorzugt, daß der supraleitende Oxiddraht in jeder der supraleitenden Oxidspulen eine Hauptfläche aufweist, die in der Richtung geneigt ist, in der die mehreren supraleitenden Oxidspulen gestapelt sind, wobei der Neigungswinkel von einer supraleitenden Oxidspule zur nächsten verschieden ist. Die Linien des magnetischen Kraftflußes, der durch den Strom erzeugt wird, der in der supraleitenden Oxid-Spulenbaugruppe fließt, sind so geformt, daß sie im Grunde die supraleitenden Oxiddrähte der supraleitenden Oxidspulen einkreisen. Folglich variieren die Richtung und der Winkel der Linien des magnetischen Kraftflußes je nach der Region außerhalb des supraleitenden Oxiddrahtes. Dementsprechend können die gestapelten einzelnen supraleitenden Spulen eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften, die aus dem Verlauf der Linie des magnetischen Kraftflusses durch die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes resultiert, verhindern, indem der Winkel (der Neigungswinkel), in dem die Hauptfläche des supraleitenden Oxiddrahtes der supraleitenden Oxidspule, die in einer einzelnen Region angeordnet ist, in Richtung der Achse in der Mitte des hohlen Abschnitts der supraleitenden Oxidspule geneigt ist, entsprechend der Variation der Richtung und des Winkels der Linie des magnetischen Kraftflusses verändert wird. Der gleiche Effekt, der oben beschrieben wurde, kann auch bei einer Rotationsmaschine, wie zum Beispiel einem Motor, erreicht werden, der die oben beschriebene supraleitende Oxid-Spulenbaugruppe enthält.
• In der obigen Beschreibung meint der Ausdruck „Ändern des Neigungswinkels”, daß der oben beschriebene Neigungswinkel von einer der gestapelten mehreren supraleitenden Oxidspulen ein anderer ist als der Neigungswinkel von mindestens einer der anderen supraleitenden Oxidspulen. Wenn zum Beispiel drei oder mehr supraleitende Oxidspulen gestapelt sind, so enthält die oben beschriebene Situation den Fall, wo der Neigungswinkel von nur einer Spule ein anderer ist als der Neigungswinkel der anderen Spulen (oder anders ausgedrückt: Von den gestapelten mehreren supraleitenden Oxidspulen hat, während mehrere Spulen den gleichen Neigungswinkel haben, eine andere Spule einen anderen Neigungswinkel). Die oben erwähnte Situation beinhaltet auch den Fall, wo die Neigungswinkel sämtlicher supraleitender Oxidspulen voneinander verschieden sind.
• Vorteilhafte Effekte der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung kann eine sattelförmige supraleitende Oxidspule, die eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften verhindern kann, wenn sie zum Beispiel in einer Rotationsmaschine verwendet wird, sowie eine supraleitende Oxidspulenbaugruppe, die durch Stapeln der oben beschriebenen mehreren supraleitenden Oxidspulen gebildet wird, bereitstellen. Die vorliegende Erfindung kann außerdem eine Rotationsmaschine bereitstellen, die eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften verhindern kann, indem die oben erwähnte supraleitende Oxidspule oder die oben erwähnte supraleitende Oxidspulenbaugruppe in sie eingebaut wird.
• KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Teil (A) von 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die supraleitende Spule in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt, und Teil (B) von 1 ist eine Seitenansicht mit Blick in Richtung von Pfeil 1(B), der in Teil (A) von 1 zu sehen ist.
• 2 ist ein Schaubild, das das obere Ende und das untere Ende der supraleitenden Spule in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 3 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie III-III in 2.
• 4 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie IV-IV in 2.
• 5 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in 2.
• Teil (A) von 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie VI(A)-VI(A) in 1, Teil (B) von 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie VI(B)-VI(B) in 1 und Teil (C) von 6 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie VI(C)-VI(C) in 1.
• 7 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den auf Bismut basierenden supraleitenden Draht in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 8 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den supraleitenden Dünnfilmdraht in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die die Richtung der Linien des magnetischen Kraftflußes zeigt, der durch den Strom erzeugt wird, der in dem geradlinigen Abschnitt der supraleitenden Spule in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung fließt.
• 10 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen der supraleitenden Spule in Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 11 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XI-XI in 10.
• 12 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XII-XII in 10
• 13 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XIII-XIII in 10
• 14 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch die supraleitende Spulenbaugruppe in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
• 15 ist eine schematische Querschnittsansicht entlang der Linie XV-XV in 14
• Teil (A) von 16 ist ein Schaubild, das den Neigungswinkel der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes an der unteren Seite in 15 zeigt, Teil (B) von 16 ist ein Schaubild, das den Neigungswinkel der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes in der Mitte in 15 zeigt, und Teil (C) von 16 ist ein Schaubild, das den Neigungswinkel der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes an der oberen Seite in 15 zeigt.
• 17 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch einen Motor zeigt, der die supraleitende Spule in dieser Ausführungsform enthält.
• 18 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den Rotor zeigt, der in 17 gezeigt ist und der die supraleitende Spule enthält.
• 19 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch den Stator zeigt, der in 17 gezeigt ist und der die supraleitende Spule enthält.
• 20 ist ein vergrößertes Schaubild, das die Region zeigt, die durch die Strichlinie XX in 17 umschlossen wird.
• 21 ist ein vergrößertes Schaubild, das die Region zeigt, die durch die Strichlinie XXI in 17 umschlossen wird.
• BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
• Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. In den Ausführungsformen sind Komponenten, die die gleiche Funktion erfüllen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen, und Erläuterungen werden nur wiederholt, wenn es notwendig ist. Die Abmessungsverhältnisse in der Zeichnung stimmen nicht unbedingt mit denen der Erläuterung überein.
• Ausführungsform 1
• Eine supraleitende Spule 10 in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 10 erläutert. Wie in den Teilen (A) und (B) von 1 und in 2 gezeigt, ist die supraleitende Spule 10 in dieser Ausführungsform eine sattelförmige supraleitenden Spule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes 11 in der Form eines Stadion-Ovals gebildet wird. Oder anders ausgedrückt; In der Draufsicht hat die supraleitende Spule 10 die Form eines Stadion-Ovals.
• Die supraleitende Spule 10 hat geradlinige Abschnitte 10a, gekrümmte Abschnitte 10b und Grenzabschnitte 10c. Die geradlinigen Abschnitte 10a sind jeweils ein geradliniger Abschnitt, der sich in Längsrichtung erstreckt. Die gekrümmten Abschnitte 10b sind in der Draufsicht jeweils ein Abschnitt mit der Form einer Kurve (der Endabschnitt der Spule). Die Grenzabschnitte 10c sind jeweils zwischen dem geradlinigen Abschnitt 10a und dem gekrümmten Abschnitt 10b angeordnet und sind Regionen, die jeweils den geradlinigen Abschnitt 10a mit dem gekrümmten Abschnitt 10b verbinden.
• Wie in Teil (B) von 1 gezeigt, hat der gekrümmte Abschnitt 10b die Form eines Sattels, wobei ein unteres Ende 10e, das die Unterseite bildet, bogenförmig gekrümmt ist. Das untere Ende 10e ist ein Ende der Breite des gewickelten supraleitenden Drahtes 11, das heißt, das Ende an der Unterseite, die in dem Teil (B) von 1 gezeigt ist. Die durch Enden gebildete Fläche, die durch das Zusammenfügen der unteren Enden 10e gebildet wird, wird als die „durch untere Enden gebildete Fläche” bezeichnet. Das obere Ende 10d ist das andere Ende der Breite des gewickelten supraleitenden Drahtes 11, das heißt, das Ende an der Oberseite, die in dem Teil (B) von 1 gezeigt ist. Die durch Enden gebildete Fläche, die durch das Zusammenfügen der oberen Enden 10d gebildet wird, wird als die ”durch obere Enden gebildete Fläche” bezeichnet. Die in dem Teil (A) von 1 gezeigte supraleitende Spule 10 hat die Form eines Sattels, der gebildet wird, indem der supraleitende Draht so gewickelt wird, daß in einem Teil der Region des gekrümmten Abschnitts 10b das obere Ende 10d eine konvexe Form hat (das heißt, das untere Ende 10e hat eine konkave Form). Oder anders ausgedrückt: In einem Teil der Region des gekrümmten Abschnitts 10b ist der gesamte supraleitende Draht 11 so nach oben gebogen, daß sowohl das obere Ende 10d als auch das untere Ende 10e sich nach oben biegen können.
• 2 zeigt die Position des oberen Endes 10d und des unteren Endes 10e eines supraleitenden Drahtes 11, der in der supraleitenden Spule 10 enthalten ist, in der Draufsicht, wobei die anderen supraleitenden Drähte 11 und dergleichen weggelassen sind. In 2 zeigt die Mitte R die Mitte des Bogens, der durch den supraleitenden Draht an dem gekrümmte Abschnitt 10b gebildet wird.
• Wie in den 2 und 3 zu erkennen ist, befindet sich in dem gekrümmten Abschnitt 10b das obere Ende 10d auf der Innenumfangsseite (der Seite des hohlen Abschnitts, der durch die umschließende supraleitende Spule 10 gebildet wird) im Vergleich zum unteren Ende 10e. Genauer gesagt, ist in dem gekrümmten Abschnitt 10b die Distanz R10d zwischen dem oberen Ende 10d und der Mitte R kleiner als die Distanz R10e zwischen dem unteren Ende 10e und der Mitte R.
• Wie in den 2 und 4 zu erkennen ist, befindet sich in dem geradlinigen Abschnitt 10a auch das obere Ende 10d auf der Innenumfangsseite (der Seite des hohlen Abschnitts, der durch die umschließende supraleitende Spule 10 gebildet wird) im Vergleich zum unteren Ende 10e. Genauer gesagt, ist in dem geradlinigen Abschnitt 10a die Distanz R10d zwischen dem oberen Ende 10d und der Mitte R kleiner als die Distanz R10e zwischen dem unteren Ende 10e und der Mitte R.
• Wie in den 2 und 5 zu erkennen ist, befindet sich in dem Grenzabschnitt 10c das obere Ende 10d auf der Außenumfangsseite (der Seite gegenüber der Seite des hohlen Abschnitts, der durch die umschließende supraleitende Spule 10 gebildet wird) im Vergleich zum unteren Ende 10e. Genauer gesagt, ist in dem Grenzabschnitt 10c die Distanz R10d zwischen dem oberen Ende 10d und der Mitte R größer als die Distanz R10e zwischen dem unteren Ende 10e und der Mitte R.
• Wie in 2 gezeigt, sind die Positionen des oberen Endes 10d und des unteren Endes 10e mit Bezug auf die Distanz zur Mitte R, zum Beispiel in einem Teil der Region des Grenzabschnitts 10c, umgekehrt. Folglich gibt es in dem in 2 gezeigten Grenzabschnitt 10c an der Stelle, wo das obere Ende 10d das untere Ende 10e schneidet, eine Stelle, wo die Position des oberen Endes 10d mit der des unteren Endes 10e in einer den Umfang kreuzenden Richtung übereinstimmt. Oder anders ausgedrückt: Die Ebene, die an dieser Stelle durch das obere Ende 10d und das untere Ende 10e gebildet wird, verläuft parallel zu der Achse, die durch die Mitte R verläuft. An dieser Stelle ist die Distanz R10d zwischen dem oberen Ende 10d und der Mitte R die gleiche wie die Distanz R10e zwischen dem unteren Ende 10e und der Mitte R. Diese Stelle kann in dem Grenzabschnitt 10c oder in dem geradlinigen Abschnitt 10a oder in dem gekrümmten Abschnitt 10b existieren.
• Es ist bevorzugt, daß das obere Ende 10d die gleiche Länge wie das untere Ende 10e hat. Wenn diese Bauweise verwendet wird, so ist der supraleitende Draht 11 in dem gekrümmten Abschnitt 10b und dem Grenzabschnitt 10c so konfiguriert, daß seine Neigung allmählich variiert.
• Wenn der supraleitende Draht 11 wie oben beschrieben konfiguriert ist, so ist, wie in den Teilen (A) und (B) von 6 gezeigt, die Richtung der Neigung des supraleitenden Drahtes 11 in dem gekrümmten Abschnitt 10b der supraleitenden Spule 10 die gleiche wie in dem geradlinigen Abschnitt 10a. Wie in Teil (C) von 6 gezeigt, ist jedoch die Richtung der Neigung des supraleitenden Drahtes 11 in dem Grenzabschnitt 10c der supraleitenden Spule 10 derjenigen in dem gekrümmten Abschnitt 10b und dem geradlinigen Abschnitt 1 Da entgegengesetzt.
• Bei der in 1(A) gezeigten supraleitenden Spule 10 ist fast der gesamte Abschnitt des geradlinigen Abschnitts 10a so konfiguriert, wie es in der Querschnittsansicht in Teil (B) von 6 gezeigt ist, wo sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e befindet. Es ist bevorzugt, daß das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende mindestens in dem mittigen Abschnitt des geradlinigen Abschnitts 10a der supraleitenden Spule 10 auf der Innenumfangsseite 10e, wie oben beschrieben, angeordnet ist (zum Beispiel 60% oder mehr der Gesamtlänge des geradlinigen Abschnitts 10a). Ungeachtet dessen kann in der Region außerhalb des mittigen Abschnitts (der Region, die auf der Verlängerung des mittigen Abschnitts liegt) eine Region existieren, in der zum Beispiel die Hauptfläche des supraleitenden Drahtes 11, die durch das obere Ende 10d und das untere Ende 10e gebildet wird, parallel zu der Achse verläuft, die durch die Mitte des hohlen Abschnitts der supraleitenden Spule 10 verläuft. Oder anders ausgedrückt: in der Region außerhalb des mittigen Abschnitts (der Region, die auf der Verlängerung des mittigen Abschnitts liegt) kann eine Stelle existieren, in der zum Beispiel die Position des oberen Endes 10d mit der des unteren Endes 10e in der Richtung senkrecht zum Umfang übereinstimmt.
• Die obige Beschreibung kann auch auf den gekrümmten Abschnitt 10b angewendet werden. Der gesamte gekrümmte Abschnitt 10b kann eine Konfiguration haben, wie sie in der Querschnittsansicht von Teil (A) in 6 gezeigt ist, wo sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e befindet. Ungeachtet dessen kann ein Teil der Region in dem gekrümmten Abschnitt 10b eine Konfiguration haben, bei der sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e befindet. Des Weiteren kann in einem Teil der Region in dem gekrümmten Abschnitt 10b eine Stelle existieren, in der die Position des oberen Endes 10d mit der des unteren Endes 10e in einer den Umfang kreuzenden Richtung übereinstimmt.
• Die oben beschriebenen Begriffe ”des obere Ende 10d” und ”das untere Ende 10e” werden unter der Bedingung verwendet, daß die supraleitende Spule 10 auf einer flachen Ebene angeordnet wird, wie in 1(A) gezeigt. Das heißt, wenn die supraleitende Spule 10 in einen Zustand versetzt wird, der im Vergleich zu dem in 1 gezeigten Zustand umgekehrt ist (wenn sie so angeordnet wird, daß sich das obere Ende 10d an der Unterseite befindet und das untere Ende 10e sich an der Oberseite befindet), so befindet sich, in dem gekrümmten Abschnitt, die Oberseite im Vergleich zur Unterseite auf der Außenumfangsseite, und außerdem befindet sich in dem geradlinigen Abschnitt die Oberseite im Vergleich zur Unterseite auf der Außenumfangsseite. Trotz der obigen Beschreibung wird in der folgenden Beschreibung die Oberseite in Teil (A) von 1 als das obere Ende 10d und die Unterseite als das untere Ende 10e bezeichnet.
• Im Folgenden wird der supraleitende Draht 11 erläutert, der die supraleitende Spule 10 bildet. Der supraleitende Draht 11 ist ein sogenannter supraleitender Oxiddraht. Genauer gesagt, kann der Draht zum Beispiel durch den folgenden Prozeß hergestellt werden. Zuerst wird ein Materialpulver eines Oxid-Supraleiters wie zum Beispiel Bismut mit einem Ummantelungsabschnitt aus Silber oder dergleichen überzogen, um ein bandförmiges Element zu bilden, und dann wird das Element gesintert, um den Prozeß zu vollenden. Alternativ kann eine Struktur verwendet werden, die durch den folgenden Prozeß gebildet wird: Zuerst wird ein Substrat auf Nickelbasis hergestellt, das die Form einer langen Platte (die Form eines Streifen) hat, als Zweites wird auf dem Substrat zum Beispiel ein Oxid-Supraleiter auf Yttriumbasis, der einen supraleitenden Draht bildet, so ausgebildet, daß er die Form eines Dünnfilms hat, und als Drittes wird auf den Supraleiter eine Silbersputterschicht und dergleichen laminiert, um den Prozeß zu vollenden.
• Wie in 7 gezeigt, hat ein auf Bismut basierender supraleitender Draht mehrere Supraleiter 11a, die sich in Längsrichtung erstrecken, und einen Ummantelungsabschnitt 11b, der den gesamten Umfang der mehreren Supraleiter 11a bedeckt. Der Ummantelungsabschnitt 11b steht mit den Supraleitern 11a in Kontakt. Es ist bevorzugt, daß jeder der mehreren Supraleiter 11a ein auf Bismut basierender Supraleiter ist, der zum Beispiel die Zusammensetzung Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O hat. Insbesondere ist es am zweckmäßigsten, ein Material zu verwenden, das eine Bi-2223-Phase enthält, deren Zahlenwerte ungefähr das Atomverhältnis von (Bismut (Bi) und Blei (Pb):Strontium (Sr):Kalzium (Ca):Kupfer (Cu) angeben, das ungefähr 2:2:2:3 ist. Der Ummantelungsabschnitt 11b besteht zum Beispiel aus Silber oder Silberlegierung. Die mehreren Supraleiter 11a können durch einen einzelnen Supraleiter ersetzt werden.
• Wie in 8 gezeigt, hat ein supraleitender Dünnfilmdraht ein Substrat 11c, eine Zwischenschicht 11d, die direkt auf dem Substrat 11c angeordnet ist, eine supraleitende Schicht 11e, die direkt auf der Zwischenschicht 11d angeordnet ist, und eine Stabilisierungsschicht 11f, die direkt auf der supraleitenden Schicht 11e angeordnet ist.
• Das Substrat 11c besteht aus Metall, wie zum Beispiel Edelstahl, einer Nickellegierung (zum Beispiel Hastelloy) oder einer Silberlegierung. Die Zwischenschicht 11d ist zum Beispiel aus Yttriumoxid-stabilisiertem Zirkonoxid, Zeroxid, Magnesiumoxid oder Strontiumtitanat zusammengesetzt. Auf die Zwischenschicht 11d kann verzichtet werden.
• Die supraleitende Schicht 11e ist zum Beispiel aus einem Supraleiter auf RE123-Basis zusammengesetzt. Der Begriff „Supraleiter auf RE123-Basis” meint, daß in RE_xBa_yCu_zO_7-d „x” mindestens 0,7 und maximal 1,3 ist, „y” mindestens 1,7 und maximal 2,3 ist und „z” mindestens 2,7 und maximal 3,3 ist. Der Begriff „RE” in dem Supraleiter auf RE123-Basis meint, daß das Material ein Seltenerdenelement und/oder das Element Yttrium enthält. Zu den Arten des Seltenelements gehören zum Beispiel Neodym (Nd), Gadolinium (Gd), Holmium (Ho) und Samarium (Sm). Ein supraleitender Draht auf RE123-Basis hat den Vorteil, daß er bei der Temperatur von flüssigem Stickstoff (77.3 K) eine höhere kritische Stromdichte hat als ein auf Bismut basierender supraleitender Draht. Außerdem hat er den weiteren Vorteil, daß er bei niedrigen Temperaturen und in einem bestimmten Magnetfeld einen hohen kritischen Stromwert hat. Andererseits kann der Supraleiter auf RE123-Basis im Gegensatz zu dem auf Bismut basierenden Supraleiter nicht mit einem Ummantelungsabschnitt versehen werden. Infolge dessen wird der Supraleiter auf RE123-Basis durch ein Verfahren hergestellt, bei dem ein Dünnfilm-Supraleiter (ein supraleitendes Dünnfilmmaterial) auf einem texturierten Metallsubstrat entweder allein durch ein Gasphasenverfahren oder allein durch ein Flüssigphasenverfahren ausgebildet wird.
• Die Stabilisierungsschicht 11f ist eine Schicht, die dem Schutz der Oberfläche der supraleitenden Schicht 11e dient und aus Silber, Kupfer oder dergleichen zusammengesetzt ist. Auf die Stabilisierungsschicht 11f kann verzichtet werden.
• Wie in den 7 und 8 gezeigt, hat der supraleitende Draht 11 eine Oberseite 12, die das obere Ende 10d bildet, wenn der Draht in der Form eines Stadion-Ovals gewickelt ist, eine Unterseite 13, die das untere Ende 10e bildet, und Seitenflächen 14 und 15. Die Oberseite 12 und die Unterseite 13 sind Enden der Breite des supraleitenden Drahtes 11. Die Seitenflächen 14 und 15 sind die Hauptflächen des supraleitenden Drahtes, wie bereits beschrieben wurde. Das Wickeln des supraleitenden Drahtes 11 führt eine Vielzahl von Oberseiten 12 zusammen, wodurch die zuvor beschriebene durch obere Enden gebildete Fläche entsteht. Gleichermaßen entsteht durch das Zusammenfügen einer Vielzahl von Unterseiten 13 die zuvor beschriebene durch untere Enden gebildete Fläche. Die in den 7 und 8 gezeigten supraleitenden Drähte 11 können so gewickelt werden, daß die Oberseite und die Unterseite vertauscht sind.
• 9 ist ein Schaubild, das den Zustand zeigt, in dem Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 durch den Strom, der in dem supraleitenden Draht 11 fließt, in der Region erzeugt werden, die durch die Querschnittsansicht des geradlinigen Abschnitts 10a, die in Teil (B) von 6 dargestellt ist, gezeigt wird. Die in 9 gezeigten Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 zeigen Linien des magnetischen Kraftflußes, die, im Vergleich zu dem üblichen Fall, auf einer relativ inneren Seite als der Streufluß zwischen Linien des magnetischen Kraftflußes zirkulieren, die so erzeugt werden, daß sie den Umfang des supraleitenden Drahtes 11 umschließen. Wie in 9 gezeigt, bilden die Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112, der durch die supraleitenden Drähte 11 (die supraleitende Spule 10) erzeugt wird, jeweils eine Feldlinie, die von der Seite des unteren Endes 10e zur Seite des oberen Endes 10d geringfügig geneigt ist, wenn die supraleitende Spule 10 zum Beispiel auf den Rotor oder Stator, die einen Motor bilden, angewendet wird. Folglich werden, wie in 9 gezeigt, wenn sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende 10e auf der Innenumfangsseite (der Seite des hohlen Abschnitts, der durch die umschließende supraleitende Spule 10 gebildet wird) befindet, die Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 jeweils so gebildet, daß sie in der Richtung entlang der Hauptfläche 110 (derselben wie die Seitenfläche 15 in den 7 und 8) des supraleitenden Drahtes 11 verlaufen. Der Grund dafür ist, daß die Verlaufsrichtung der Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 fast parallel zur Erstreckungsrichtung der Hauptflächen 110 des supraleitenden Drahtes 11 ausgerichtet wird, weil die Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 jeweils eine Feldlinie bilden, die in Richtung der Seite des oberen Endes 10d geringfügig geneigt ist, wenn der supraleitende Draht 11 so konfiguriert ist, daß die Distanz zwischen den oberen Enden 10d kleiner ist als die Distanz zwischen den unteren Enden 10e.
• Wenn der oben beschriebene Zustand hergestellt wird, so kann der Prozentsatz der Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112, der in einer Richtung verläuft, die die Hauptflächen 110 des supraleitenden Drahtes 11 kreuzt (das heißt, die Richtung entlang der Richtung der Dicke des supraleitenden Drahtes 11, das heißt, die Richtung, die durch die Hauptflächen verläuft) verringert werden. Diese Verringerung kann eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften des supraleitenden Drahtes 11 (der supraleitenden Spule 10) verhindern.
• Bei der oben beschriebenen supraleitenden Spule 10 hat nicht nur der geradlinige Abschnitt 10a, sondern auch der gekrümmte Abschnitt 10b eine Konfiguration, bei der sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e befindet. Infolge dessen kann der gekrümmte Abschnitt 10b, wie schon der geradlinige Abschnitt 10a, eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften, die durch die Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 verursacht wird, verhindern. Infolge dessen kann die gesamte supraleitende Spule 10 eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften, die durch die Linien des magnetischen Kraftflußes 111 und 112 verursacht wird, zuverlässiger verhindern.
• Wie oben beschrieben, besteht der supraleitende Draht 11 jedoch aus einem Oxid-Supraleiter. Folglich ist es, wie beispielsweise im Fall von Keramik, schwierig, die Verarbeitung (das Wickeln der supraleitenden Spule 10) so auszuführen, daß der gesamte Umfang der herzustellenden supraleitenden Spule eine Konfiguration haben kann, bei der sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e befindet. Der Grund dafür ist, daß es schwierig ist, den supraleitenden Draht 11 in der Richtung der Breite der Hauptfläche des supraleitenden Drahtes 11 zu biegen. Wenn der supraleitende Draht 11 in der Richtung der Breite der Hauptfläche gebogen wird, wie oben beschrieben (Biegen über die Ränder), so wird der Oxid-Supraleiter, der den supraleitenden Draht 11 bildet, einer starken inneren Dehnung oder mechanischen Beanspruchung ausgesetzt, wodurch die Gefahr des Brechens des supraleitenden Drahtes 11 entsteht. Um also die mechanische Beanspruchung und Dehnung zu beseitigen, die im Inneren dadurch entsteht, daß das obere Ende 10d in dem geradlinigen Abschnitt 10a und dem gekrümmten Abschnitt 10b im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 10e angeordnet wird, wird die supraleitende Spule 10 so gebildet, daß sich das obere Ende 10d im Vergleich zum unteren Ende 10e mindestens in einem Teil der Region des Grenzabschnitts 10c auf der Außenumfangsseite befindet, wie oben beschrieben. Diese Konfiguration kontrolliert die Größenordnung der mechanischen Beanspruchung und Dehnung in der gesamten supraleitenden Spule 10.
• Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung der supraleitenden Spule 10 in dieser Ausführungsform anhand der 10 bis 13 erläutert. Wie in den 10 bis 13 gezeigt, wird zuerst ein Sockel 51 gebildet, der eine gekrümmte Oberfläche aufweist.
• Ein sattelförmiger Wickelrahmen 52, der die Form eines Stadion-Ovals hat, wird auf die gekrümmte Fläche 51a des Sockels 51 gelegt. Der Wickelrahmen 52 hat geradlinige Abschnitte 52a, gekrümmte Abschnitte 52b und Grenzabschnitte 52c, Die Grenzabschnitte 52c sind jeweils zwischen dem geradlinigen Abschnitt 52a und dem gekrümmten Abschnitt 52b angeordnet und sind Regionen, die jeweils den geradlinigen Abschnitt 52a mit dem gekrümmten Abschnitt 52b verbinden. In dem geradlinigen Abschnitt 52a und dem gekrümmten Abschnitt 52b befindet sich das obere Ende 52d im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite 52e. In dem Grenzabschnitt 52c befindet sich das obere Ende 52d im Vergleich zum unteren Ende 52e auf der Außenumfangsseite.
• Der supraleitende Draht 11 wird entlang des Wickelrahmens 52 auf die gekrümmte Fläche 51a des Sockels 51 gewickelt. Das Wickeln des supraleitenden Drahtes 11 auf die gekrümmte Fläche 51a kann die Form eines Sattels hervorbringen.
• Durch Ausführen des oben beschriebenen Prozesses kann die supraleitende Spule 10 in dieser in 1(A) gezeigten Ausführungsform hergestellt werden. Im Vergleich zu dem Fall, wo zuerst der supraleitende Draht 11 in der Form eines Stadion-Ovals gewickelt wird und dann die Form eines Sattels hineingepreßt wird, kann das oben beschriebene Herstellungsverfahren verhindern, daß in dem supraleitenden Draht 11 Risse entstehen.
• Ausführungsform 2
• Es folgt eine Erläuterung der supraleitenden Spulenbaugruppe 20 in Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung anhand der 14 bis 16. Wie in 14 gezeigt, wird die supraleitende Spulenbaugruppe 20 in dieser Ausführungsform durch Stapeln mehrerer supraleitender Spulen 10 in der in 1 gezeigten Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung gebildet. Genauer gesagt, werden die mehreren supraleitenden Spulen so gestapelt, daß das untere Ende (die durch untere Enden gebildete Fläche) einer supraleitenden Spule 10 dem oberen Ende (der durch obere Enden gebildeten Fläche) einer anderen supraleitenden Spule 10 zugewandt ist. In 14 entsprechen der geradlinige Abschnitt 10a, der gekrümmte Abschnitt 10b und der Grenzabschnitt 10c der gestapelten einzelnen supraleitenden Spulen 10 dem geradlinigen Abschnitt 20a, dem gekrümmten Abschnitt 20b bzw. dem Grenzabschnitt 20c der supraleitenden Spulenbaugruppe 20. Auch in den 14 bis 16 zeigt die Oberseite des Schaubildes die Seite des oberen Endes 10d der supraleitenden Spule 10 (des supraleitenden Drahtes 11), und die Unterseite des Schaubildes zeigt die Seite des unteren Endes 10e der supraleitenden Spule 10 (des supraleitenden Drahtes 11).
• Wenn die supraleitende Spulenbaugruppe 20 durch Stapeln mehrerer supraleitender Spulen 10 gebildet wird, so ist die Größenordnung des durch die supraleitende Spulenbaugruppe 20 erzeugten Magnetfeldes größer als die des durch eine einzelne supraleitende Spule 10 erzeugten Magnetfeldes. Folglich kann durch Verwendung der supraleitenden Spulenbaugruppe 20, die durch Stapeln mehrerer supraleitender Spulen 10 gebildet wird, in der Anwendung zum Beispiel auf den Stator und den Rotor eines Motors die Ausgangsleistung im Vergleich zu dem Fall erhöht werden, wo eine einzelne supraleitende Spule 10 verwendet wird.
• 14 zeigt die supraleitende Spulenbaugruppe 20, die durch Stapeln dreier supraleitender Spulen 10 gebildet wird. Die Anzahl der zu stapelnden supraleitenden Spulen 10 ist jedoch nicht auf drei beschränkt, und es kann jede beliebige Anzahl von supraleitenden Spulen 10 gestapelt werden.
• Wie bei der supraleitenden Spule 10 in Ausführungsform 1 haben in jeder der supraleitenden Spulen 10, aus denen die supraleitende Spulenbaugruppe 20 besteht, mindestens der mittige Abschnitt des geradlinigen Abschnitts und mindestens ein Teil der Region in dem gekrümmten Abschnitt jeweils eine Konfiguration, bei der sich das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite befindet. Außerdem hat ein Teil der Region des Grenzabschnitts eine Konfiguration, die im Vergleich zu der oben beschriebenen Konfiguration umgekehrt ist, das heißt, das obere Ende befindet sich im Vergleich zum unteren Ende auf der Außenumfangsseite. Folglich gibt es eine Stelle, wo die Position des oberen Endes mit der des unteren Endes in einer den Umfang kreuzenden Richtung übereinstimmt.
• Auch in diesem Fall bildet das Magnetfeld (die Linie des magnetischen Kraftflusses), das durch den Strom erzeugt wird, der in den einzelnen supraleitenden Spulen 10 der supraleitenden Spulenbaugruppe 20 fließt, eine Feldlinie, die geringfügig in Richtung der Seite des oberen Endes geneigt ist, wenn die supraleitende Spulenbaugruppe 20 zum Beispiel auf den Rotor und den Stator, die einen Motor bilden, angewendet wird. Genauer gesagt, ist, wie in 15 gezeigt, der Winkel der Verlaufsrichtung der Linie des magnetischen Kraftflusses 111 mit Bezug auf die Achse, die sich in 15 in der Vertikalen erstreckt (die Achse ist in 15 nicht gezeigt), an der Oberseite des Systems, das aus den gestapelten supraleitenden Drähten 11 zusammengesetzt ist, geringfügig größer als an der Unterseite.
• Das heißt, obgleich die einzelnen supraleitenden Spulen 10, aus denen die supraleitende Spulenbaugruppe 20 besteht, aus den supraleitenden Drähten 11 zusammengesetzt sein können, die alle so geneigt sind, daß die einzelnen supraleitenden Spulen 10 den gleichen Winkel in Richtung der Achse in der Mitte des hohlen Abschnitts haben, es ist besonders bevorzugt, daß die Neigungswinkel der Hauptflächen der gestapelten einzelnen supraleitenden Spulen 10 so eingestellt werden, daß sie sich voneinander unterscheiden.
• Die obige Beschreibung wird anhand der 15 und 16 ausführlicher erklärt. Teil (A) von 16 zeigt einen Winkel θ₁, den die Hauptfläche 110a des supraleitenden Drahtes 11 an der Unterseite in 15 mit dem Liniensegment bildet, das sich in 15 in der Horizontalen (die Strich-Punkt-Strich-Linie in 16) erstreckt. Gleichermaßen zeigt Teil (B) von 16 einen Winkel θ₂, den die Hauptfläche 110b des supraleitenden Drahtes 11 in der Mitte in 15 mit der Strich-Punkt-Strich-Linie in 16 bildet. Teil (C) von 16 zeigt einen Winkel θ₃, den die Hauptfläche 110c des supraleitenden Drahtes 11 an der Oberseite in 15 mit der Strich-Punkt-Strich-Linie in 16 bildet.
• Wie aus den 15 und 16 zu erkennen ist, bildet die Hauptfläche 110c der supraleitenden Spule 10 an der Oberseite in 15 einen kleineren Winkel mit der Achse, die sich in der Horizontalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a der supraleitenden Spule 10 an der Unterseite (oder anders ausgedrückt: Die Hauptfläche 110c bildet einen größeren Winkel mit der Achse, die sich in der Vertikalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a). Wenn diese Konfiguration verwendet wird, verläuft die Linie des magnetischen Kraftflusses 111, der durch den Strom erzeugt wird, der in den gestapelten supraleitenden Spulen 10 fließt, in den einzelnen Regionen in einer Richtung entlang der Hauptflächen 110a, 110b und 110c der supraleitenden Spulen (der supraleitenden Drähte 11), die der Linie des magnetischen Kraftflusses 111 zugewandt sind. Folglich wird für die gestapelten einzelnen supraleitenden Spulen 10 der Prozentsatz der Linie des magnetischen Kraftflusses 111, der in einer Richtung verläuft, die die Hauptflächen 110a, 110b und 110c der supraleitenden Drähte 11 kreuzt (das heißt, in der Richtung entlang der Richtung der Dicke der supraleitenden Drähte 11, das heißt, in der Richtung, die durch die Hauptflächen 110a, 110b und 110c verläuft), verringert. Diese Verringerung kann eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften der supraleitenden Drähte 11 (der supraleitenden Spulen 10) verhindern.
• In 15 befindet sich ein Abstandshalter 16 zwischen den gestapelten supraleitenden Drähten 11. Der Abstandshalter 16 besteht zum Beispiel aus FRP und verhindert einen elektrischen Kurzschluß zwischen den gestapelten supraleitenden Drähten 11. Der Abstandshalter 16 dient außerdem der Funktion, den Wirkungsgrad der Kühlung für den supraleitenden Draht zu erhöhen, indem er es dem Kühlmedium, wie zum Beispiel flüssigem Stickstoff, zum Kühlen des supraleitenden Drahtes erlaubt, in die Region zwischen den supraleitenden Drähten 11 zu strömen.
• Ausführungsform 3
• Es folgt eine Erläuterung eines Motors 140 in einer Ausführungsform der Rotationsmaschine der vorliegenden Erfindung anhand der 17 bis 21. Der Motor 140 ist mit einem Rotor 130 und einem Stator 120, der um den Rotor 130 herum angeordnet ist, versehen.
• Wie in den 17, 18 und 20 gezeigt, hat der Rotor 130 Elemente, die jeweils der in 14 gezeigten supraleitenden Spulenbaugruppe 20 ähneln, die durch Stapeln mehrerer supraleitender Spulen 10 (die jeweils aus dem supraleitenden Draht 11 bestehen) in Ausführungsform 1 gebildet wird, eine Drehwelle 118, Rotorkerne 113, eine Rotorwelle 116 und ein Kühlmedium 117. In dem Rotor 130 ist die Positionsbeziehung zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der supraleitenden Spulen 10 in den einzelnen Regionen die gleiche wie zuvor beschrieben.
• Die Rotorwelle 116 ist um die sich in Längsrichtung erstreckende Umfangsfläche der Drehwelle 118 gebildet. Zwischen den Rotorkernen 113 hat die Rotorwelle 116 eine Außenfläche mit einem bogenförmigen Querschnitt. Die Rotorkerne 113 erstrecken sich jeweils radial von dem mittigen Abschnitt in dem Querschnitt der Rotorwelle 116 (der mittige Abschnitt ist die Region, wo sich die Drehwelle 118 befindet), so daß sie von der Umfangsfläche der Rotorwelle 116 hervorstehen. Die supraleitenden Spulen 10 sind jeweils so angeordnet, daß sie den Rotorkern 113 umgeben und auf einer Linie mit der Umfangsfläche der Rotorwelle 116 liegen, die einen bogenförmigen Querschnitt aufweist. Das Kühlmedium 117 kühlt die supraleitenden Spulen 10. Die supraleitenden Spulen 10 und das Kühlmedium 117 sind in einem wärmeisolierten Behälter untergebracht.
• Der Stator 120 des Motors 140 ist um den Rotor 130 herum angeordnet. Wie in den 17, 19 und 21 gezeigt, hat der Stator 120 supraleitende Spulen 10 (die jeweils aus dem supraleitenden Draht 11 gebildet sind) in Ausführungsform 1, Statorjoche 121, ein Kühlmedium und einen Statorkern 123. In dem Stator 120 ist die Positionsbeziehung zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende der supraleitenden Spulen 10 in den einzelnen Regionen die gleiche wie zuvor beschrieben.
• Die Statorjoche 121 liegen jeweils auf der Außenseite des Umfangs des Rotorkerns 113. Die Statorjoche 121 haben jeweils eine Umfangsfläche, deren Querschnitt die Form eines Bogens hat. Die supraleitenden Spulen 10 sind jeweils so positioniert, daß sie auf einer Linie mit der Umfangsfläche des Statorjochs 121 liegen, deren Querschnitt die Form eines Bogens hat. Das Kühlmedium kühlt die supraleitenden Spulen 10. Die supraleitenden Spulen 10 und das Kühlmedium sind in einem wärmeisolierten Behälter untergebracht. Der wärmeisolierte Behälter hat eine Öffnung in der Mitte einer jeden der supraleitenden Spulen 10, so daß ein Teil des Statorkerns 123 positioniert werden kann. Der Statorkern 123 ist so konfiguriert, daß er die supraleitenden Spulen 10 umgibt und durch den mittigen Abschnitt der supraleitenden Spulen 10 verläuft.
• Wie in dem vergrößerten Schaubild in 20 gezeigt, haben mehrere supraleitende Drähte 11 (supraleitende Spulen 10), die so angeordnet sind, daß sie um den Umfang des Rotorkerns 113 des Rotors 130 herum gewickelt werden können, Hauptflächen 110a, 110b und 110c, deren Neigungswinkel mit Bezug auf die Achse, die sich in 20 in der Horizontalen erstreckt (oder die Neigungswinkel mit Bezug auf die in 20 gezeigte Seitenfläche 113a des Rotorkerns), voneinander verschieden sind. Genauer gesagt, wie aus den 15 und 16 in Ausführungsform 2 zu erkennen ist, bildet die Hauptfläche 110c der supraleitenden Spule 10 an der Oberseite einen kleineren Winkel mit der Achse, die sich in der Horizontalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a der supraleitenden Spule 10 an der Unterseite (oder anders ausgedrückt: Die Hauptfläche 110c bildet einen größeren Winkel mit der Rotorkern-Seitenfläche 113a, die sich in der Vertikalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a). Gleichermaßen haben, wie in dem vergrößerten Schaubild in 21 gezeigt, mehrere supraleitende Drähte 11 (supraleitende Spulen 10), die so angeordnet sind, daß sie um den Umfang des Statorkerns 123 des Stators 120 gewickelt werden können, Hauptflächen 110a, 110b und 110c, deren Neigungswinkel mit Bezug auf die Achse, die sich in 21 in der Horizontalen erstreckt (oder die Neigungswinkel mit Bezug auf die in 21 gezeigte Statorkern-Seitenfläche 123a), voneinander verschieden sind. Wie bei dem Rotor 130 bildet die Hauptfläche 110c der supraleitenden Spule 10 an der Oberseite einen kleineren Winkel mit der Achse, die sich in der Horizontalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a der supraleitenden Spule 10 an der Unterseite (oder anders ausgedrückt: Die Hauptfläche 110c bildet einen größeren Winkel mit der Statorkern-Seitenfläche 123a, die sich in der Vertikalen erstreckt, als die Hauptfläche 110a).
• Wie bei Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert, kann die Verwendung der oben beschriebenen Konfiguration verhindern, daß die Linie des magnetischen Kraftflusses 111 durch die supraleitenden Spulen 10 (die supraleitenden Drähte 11) in der Richtung entlang der Richtung der Dicke (der Richtung senkrecht zu den Hauptflächen) verläuft. Oder anders ausgedrückt: Diese Konfiguration kann eine Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften der supraleitenden Spulen 10 (der supraleitenden Drähte 11) verhindern. Der Grund dafür ist, daß, wie in den 20 und 21 gezeigt, die Verlaufsrichtung der Linie des magnetischen Kraftflusses 111, der durch den Strom erzeugt wird, der in den supraleitenden Spulen 10 fließt, einen größeren Neigungswinkel mit Bezug auf die Erstreckungsrichtung der Rotorkern-Seitenfläche 113a (der Statorkern-Seitenfläche 123a) an der Oberseite in den 20 und 21 hat als an der Unterseite. Oder anders ausgedrückt: Die Erstreckungsrichtung der Hauptfläche der supraleitenden Spule 10 (des supraleitenden Drahtes 11), die in den einzelnen Regionen angeordnet ist, liegt auf einer Linie mit der Verlaufsrichtung der Linie des magnetischen Kraftflusses 111, der der supraleitenden Spule 10 zugewandt ist.
• Wie oben erläutert, ist der Motor 140 als die Rotationsmaschine in Ausführungsform 3 mit der supraleitenden Spule 10 in Ausführungsform 1 ausgestattet. Oder anders ausgedrückt: Er enthält eine supraleitende Spule, die eine Verschlechterung seiner Leistung verhindern kann. Folglich kann eine Verschlechterung der Leistung des Motors 140 verhindert werden. Weil die supraleitende Spule 10 die Form eines Sattels hat, kann die Unterseite (das untere Ende) der supraleitenden Spule 10 auf die gekrümmte Fläche ausgerichtet werden. Infolge dessen kann der Motor 140 miniaturisiert werden.
• In dieser Ausführungsform wurde oben der Motor 140 mit dem Rotor 130 und dem Stator 120 als ein Beispiel der Rotationsmaschine erläutert. Die Rotationsmaschine der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht speziell auf einen Motor beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann beispielsweise auch auf einen Generator angewendet werden.
• Es ist zu beachten, daß die oben offenbarten Ausführungsformen in jeder Hinsicht nur veranschaulichend und nicht einschränkend sind. Der Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung ist durch den Schutzumfang der beiliegenden Ansprüche und nicht durch die oben beschriebenen Ausführungsformen definiert. Dementsprechend ist beabsichtigt, daß in die vorliegende Erfindung alle Revisionen und Modifizierungen aufgenommen werden, die unter den Geist und Schutzumfang fallen, der dem Schutzumfang der Ansprüche entspricht.
• Industrielle Anwendbarkeit
• Die vorliegende Erfindung eignet sich hervorragend als eine Technik zum Verhindern einer Verschlechterung der Stromleitungseigenschaften einer supraleitenden Spule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes gebildet wird, einer supraleitenden Spulenbaugruppe, die durch Stapeln mehrerer der oben erwähnten supraleitenden Spulen gebildet wird, und einer Rotationsmaschine, die die supraleitende Spule enthält.
• Bezugszeichenliste

10

supraleitende Spule

10a, 20a, 52a

geradliniger Abschnitt

10b, 20b, 52b

gekrümmter Abschnitt

10c, 20c, 52c

Grenzabschnitt

10d, 52d

oberes Ende

10e, 52e

unteres Ende

11

supraleitender Draht

11a

Supraleiter

11b

Ummantelungsabschnitt

11c

Substrat

11d

Zwischenschicht

11e

supraleitende Schicht

11f

Stabilisierungsschicht

12

Oberseite

13

Unterseite

14, 15

Seitenfläche

16

Abstandshalter

20

supraleitende Spulenbaugruppe

51

Sockel

51a

gekrümmte Fläche

52

Wickelrahmen

110, 110a, 110b, 110c

Hauptfläche

111, 112

Linie des magnetischen Kraftflusses

113

Rotorkern

113a

Ratorkern-Seitenfläche

116

Rotorwelle

117

Kühlmedium

118

Drehwelle

120

Stator

121

Statorjoch

123

Statorkern

123a

Statorkern-Seitenfläche

130

Rotor

140

Motor

• ZITIERUNGSLISTE
• Patentliteratur
• Patentliteratur 1: veröffentlichte japanische Patentanmeldung Tokukai 2002-110416.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• JP 2002-110416 [0002]

Claims (6)

1. Supraleitende Oxidspule mit der Form eines Sattels, die durch Wickeln eines supraleitenden Oxiddrahtes in der Form eines Stadion-Ovals gebildet wird, und die Folgendes umfaßt: (a) einen gekrümmten Abschnitt, und (b) einen geradlinigen Abschnitt, der mit dem gekrümmten Abschnitt verbunden ist, wobei mindestens in dem mittigen Abschnitt des geradlinigen Abschnitts das obere Ende der Spule im Vergleich zum unteren Ende der Spule auf der Innenumfangsseite der Spule angeordnet ist.
2. Supraleitende Oxidspule nach Anspruch 1, wobei in dem gekrümmten Abschnitt das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Innenumfangsseite angeordnet ist.
3. Supraleitende Oxidspule nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem Teil der Region eines Grenzabschnitts, der zwischen dem geradlinigen Abschnitt und dem gekrümmten Abschnitt angeordnet, das obere Ende im Vergleich zum unteren Ende auf der Außenumfangsseite angeordnet ist.
4. Supraleitende Oxid-Spulenbaugruppe, die durch Stapeln mehrerer der supraleitenden Oxidspulen nach Anspruch 1 gebildet wird.
5. Supraleitende Oxid-Spulenbaugruppe nach Anspruch 4, wobei der supraleitende Oxiddraht in jeder der supraleitenden Oxidspulen eine Hauptfläche hat, die in der Richtung geneigt ist, in der die mehreren supraleitenden Oxidspulen gestapelt sind, wobei der Neigungswinkel von einer supraleitenden Oxidspule zur anderen verschieden ist.
6. Rotationsmaschine, welche die supraleitende Oxidspule nach Anspruch 1 oder die supraleitende Oxid-Spulenbaugruppe nach Anspruch 4 umfaßt.

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