JP2011061994A - Superconducting rotating machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting rotating machine of high efficiency and high power which uses a superconducting bulk which is used as a rotating machine without being magnetized. <P>SOLUTION: The superconducting rotating machine includes a field having a magnetic field generating coil and a rotor comprising a superconducting bulk that shields a magnetic flux generated from the magnetic field generating coil, and a stator having an armature coil. The armature coil is arranged on the outer periphery side of the superconducting bulk. A plurality of superconducting bulk bodies are so arranged as to alternately form a shielding part of magnetic flux and a non-shielding part against the armature coil. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、超電導バルク体を用いた超電導回転機に関する。   The present invention relates to a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body.

永久磁石型の電動機（モータ）では、電機子巻線に交流を流すことにより発生する移動（回転）磁界によって、永久磁石からなる界磁磁極を有する回転子（ロータ）を回転させ、外部に機械的出力（動力）を取り出すことができる。逆に、永久磁石型の発電機では、水力、風力、蒸気力などの外力によって、永久磁石からなる界磁磁極を有する回転子を回転させて電機子巻線に電圧を発生させ、電力を取り出すことができる。電動機や発電機などの回転機においては、回転子の界磁磁極の磁場強度が強くなれば、回転機のトルク性能や効率を高めることができるが、一般には強力な永久磁石として知られているネオジウム磁石でも、その表面磁場強度は０．５Ｔ程度である。   In a permanent magnet type motor (motor), a rotor (rotor) having a field magnetic pole made of a permanent magnet is rotated by a moving (rotating) magnetic field generated by passing an alternating current through an armature winding, and the machine is externally connected. Power (power) can be taken out. Conversely, in a permanent magnet generator, an external force such as hydraulic power, wind power, or steam power rotates a rotor having a field magnetic pole made of a permanent magnet to generate a voltage in an armature winding, thereby extracting electric power. be able to. In rotating machines such as electric motors and generators, if the magnetic field strength of the magnetic field pole of the rotor is increased, the torque performance and efficiency of the rotating machine can be increased, but it is generally known as a strong permanent magnet. Even a neodymium magnet has a surface magnetic field strength of about 0.5T.

そこで、このような永久磁石にバルク状の超電導体（以下、超電導バルク体）を用いると、従来の永久磁石を越える非常に強力な磁場強度を得ることができる。例えば、非特許文献１には、超電導バルク体において表面磁場強度で１７Ｔが得られたことが開示されている。また、非特許文献１には、室温のボア空間を有する中空円筒形状の超電導マグネット装置を利用して、静磁場着磁法というプロセスで超電導バルク体を着磁していることも開示されている。静磁場着磁法では、最初に冷却前の超電導バルク体を中空円筒形状超電導マグネット装置のボア空間に配置し、超電導マグネット装置を所定の磁場まで励磁する。次に、超電導バルク体を臨界温度以下まで冷却する。その後、超電導マグネット装置を減磁する。このような過程を経ることにより、超電導バルク体には磁場がピン止めされるため、超電導バルク体は強力な磁石として作用する。   Therefore, when a bulk superconductor (hereinafter referred to as a superconducting bulk body) is used for such a permanent magnet, a very strong magnetic field strength exceeding that of a conventional permanent magnet can be obtained. For example, Non-Patent Document 1 discloses that a surface magnetic field strength of 17T was obtained in a superconducting bulk body. Non-Patent Document 1 also discloses that a superconducting bulk body is magnetized by a process called a static magnetic field magnetization method using a hollow cylindrical superconducting magnet apparatus having a bore space at room temperature. . In the static magnetic field magnetization method, a superconducting bulk body before cooling is first arranged in the bore space of a hollow cylindrical superconducting magnet device, and the superconducting magnet device is excited to a predetermined magnetic field. Next, the superconducting bulk body is cooled to below the critical temperature. Thereafter, the superconducting magnet device is demagnetized. Through such a process, a magnetic field is pinned to the superconducting bulk body, and thus the superconducting bulk body acts as a powerful magnet.

一方、超電導バルク体を用いた超電導回転機の例として、特許文献１には超電導電動機の例が提案され、特許文献２には超電導発電機の例が提案されている。上述のように、超電導バルク体は、着磁すると強力な磁石となるので、前記特許文献１及び２では、従来の電動機や発電機に使用されている永久磁石を超電導バルク体磁石に置き換えている。超電導バルク体は着磁されて磁石となるが、その着磁方法に関し、特許文献１や特許文献２では、静磁場着磁法ではなく、回転機に組み込んだ着磁用コイルを利用したパルス着磁法というプロセスで超電導バルク体を着磁している。パルス着磁法では、回転機に組み込んだ状態で超電導バルク体を臨界温度以下に冷却し、着磁用コイルにパルス電流を流して超電導バルク体を着磁するものである。超電導回転機としては、超電導線をコイルにして通電することで得られる磁束密度の高い磁石を利用するものが数多く提案されているが、特許文献１や特許文献２では、超電導コイルは超電導体が急激に常伝導体へと転移（クエンチ）し易いので出力に限界があり、超電導バルク体を着磁して磁石とした方が効率よく高い出力が得られるものとしている。また、特許文献１や特許文献２の回転機では、電機子をロータとし、超電導バルク体はステータという関係で構成されている。   On the other hand, as an example of a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body, Patent Document 1 proposes an example of a superconducting motor, and Patent Document 2 proposes an example of a superconducting generator. As described above, since a superconducting bulk body becomes a strong magnet when magnetized, in Patent Documents 1 and 2, permanent magnets used in conventional electric motors and generators are replaced with superconducting bulk body magnets. . The superconducting bulk body is magnetized to become a magnet. Regarding the magnetization method, in Patent Document 1 and Patent Document 2, pulse magnetization using a magnetizing coil incorporated in a rotating machine is used instead of the static magnetic field magnetization method. A superconducting bulk material is magnetized by a process called magnetic method. In the pulse magnetizing method, a superconducting bulk body is cooled to a critical temperature or lower while being incorporated in a rotating machine, and a pulse current is passed through a magnetizing coil to magnetize the superconducting bulk body. Many superconducting rotating machines that use magnets with high magnetic flux density obtained by energizing a superconducting wire as a coil have been proposed. However, in Patent Document 1 and Patent Document 2, a superconducting coil is a superconductor. Since it is easy to transition (quench) rapidly to a normal conductor, there is a limit to the output, and it is assumed that a high output can be obtained more efficiently by magnetizing a superconducting bulk body to be a magnet. Further, in the rotating machines of Patent Document 1 and Patent Document 2, the armature is a rotor and the superconducting bulk body is configured as a stator.

一方、特許文献３では、超電導モータにおいて、超電導バルク体をロータに使用することが開示されている。但し、前記超電導バルク体は、電磁石からなるステータと組み合わせた磁気軸受として利用されるものである。特許文献４には、超電導材料を使用した発電・駆動両用モータが開示され、ステータに界磁体を有し、界磁体には超電導界磁コイルあるいは超電導界磁バルクが使用できることが記載されている。しかし、超電導界磁バルクを界磁体とするには、超電導バルク体を着磁して磁石とする必要があるが、着磁方法等については記載されていない。   On the other hand, Patent Document 3 discloses that a superconducting bulk body is used as a rotor in a superconducting motor. However, the superconducting bulk body is used as a magnetic bearing combined with a stator made of an electromagnet. Patent Document 4 discloses a motor for both power generation and driving using a superconducting material, which describes that a stator has a field body, and a superconducting field coil or a superconducting field bulk can be used as the field body. However, in order to use a superconducting field bulk as a field body, it is necessary to magnetize the superconducting bulk body into a magnet, but no description is given of a magnetizing method or the like.

また、特許文献５、特許文献６、及び特許文献７には、複数の超電導バルク体をロータに設けた超電導同期機が開示されている。これらの特許文献５〜７に開示されている超電導バルク体は、いずれも着磁して磁石として使用されるものであり、特に、特許文献６及び特許文献７に記載の超電導同期機では、着磁に関しては着磁用コイルを有し、該着磁コイルが電磁子コイルや発電用コイルを兼ねる構成にして、小型かつ高効率を図っている。   Patent Document 5, Patent Document 6, and Patent Document 7 disclose a superconducting synchronous machine in which a plurality of superconducting bulk bodies are provided on a rotor. These superconducting bulk bodies disclosed in Patent Documents 5 to 7 are all magnetized and used as magnets. In particular, in the superconducting synchronous machines described in Patent Document 6 and Patent Document 7, With respect to the magnetism, a magnetizing coil is provided, and the magnetizing coil also serves as an electromagnetic coil and a power generating coil to achieve small size and high efficiency.

ところで、超電導体は、強力な磁石として利用できるが、遮蔽効果の高い磁気シールドとしても利用できる。超電導体による磁気シールドは、パーマロイやフェライトのような従来の材料では十分シールドできないような強い磁場を遮蔽しなければならないような設備に使用される。例えば、特許文献８、特許文献９、及び特許文献１０には、磁気共鳴診断撮影装置（ＭＲＩ）や磁気浮上列車（リニアモーターカー）等の超電導マグネットの機器や設備から磁気が外部にもれるのを防ぐために、酸化物超電導体バルク体を磁気シールド材として使用することが開示されている。   By the way, the superconductor can be used as a strong magnet, but can also be used as a magnetic shield having a high shielding effect. Magnetic shields with superconductors are used in equipment that must shield strong magnetic fields that cannot be shielded sufficiently by conventional materials such as permalloy and ferrite. For example, in Patent Literature 8, Patent Literature 9, and Patent Literature 10, magnetism is leaked to the outside from equipment and facilities of superconducting magnets such as a magnetic resonance diagnostic imaging apparatus (MRI) and a magnetic levitation train (linear motor car). In order to prevent this, it is disclosed that an oxide superconductor bulk body is used as a magnetic shielding material.

なお、電動機や発電機などの回転機では、超電導体はコイルやバルクで磁石として使用され、超電導回転機の漏れ磁場を遮蔽する以外には、一般的に超電導体の磁気シールドは使用されない。これに対して、特許文献１１には、超電導磁気シールドをモータに利用して回転させる超電導モータが開示されている。前記超電導モータでは、ソレノイドコイルを界磁コイルとし、円盤ロータ上に設けられた電機子に対して、電機子の半円部分をNi-Ti薄膜をAl,Cu等でラミネートしたフィルムで磁気シールドするものである。これによって、磁気シールドで覆われていない前記電機子巻線に流れる電流をロータの中心方向と放射方向に流れる電流成分の量を異ならせることができ、それで回転力を得ることが開示されている。   In a rotating machine such as an electric motor or a generator, a superconductor is used as a magnet in a coil or a bulk, and a magnetic shield of a superconductor is generally not used except for shielding a leakage magnetic field of a superconducting rotating machine. On the other hand, Patent Document 11 discloses a superconducting motor that rotates using a superconducting magnetic shield as a motor. In the superconducting motor, the solenoid coil is a field coil, and the armature provided on the disk rotor is magnetically shielded with a film obtained by laminating a semicircular portion of the armature with a Ni-Ti thin film made of Al, Cu or the like. Is. Accordingly, it is disclosed that the current flowing through the armature winding that is not covered with the magnetic shield can be made different in the amount of current component flowing in the center direction and the radial direction of the rotor, thereby obtaining a rotational force. .

特開平７−８７７２４号公報JP-A-7-87724 特開２００４−２３６４４６号公報JP 2004-236446 A 特開２００２−３６９４９４号公報JP 2002-369494 A 特開２００７−６０７４４号公報JP 2007-60744 A 特開２００５−２２４０００号公報JP-A-2005-224000 特開２００４−２３５６２５号公報JP 2004-235625 A 国際公開第２００７／２９８２３号International Publication No. 2007/29823 特開平１１−１２６９２７号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-126927 特開平１１−２７８９５２号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-278952 特開平７−１７７７４号公報JP 7-17774 A 特開平８−３１７６３１号公報JP-A-8-317631

M. Tomita, M. Murakami, Nature Vol.421, 517-520（2003）.M. Tomita, M. Murakami, Nature Vol.421, 517-520 (2003).

上述のように、超電導バルク体を用いた従来の超電導回転機は、一般的には超電導バルク体を強力な磁石として利用するものであったため、超電導バルク体を着磁するプロセス及び着磁装置が必要である。非特許文献１に記載されているような静磁場中で超電導バルク体を冷却する静磁場着磁法では、強力な磁石にすることができ、大きな磁場強度が得られやすいが、回転機に組み込んだ超電導バルク体を着磁することは難しいという問題がある。さらに、回転機の界磁磁極は一般的には単極ではなく多極であり、異極（Ｎ極及びＳ極）が交互に配置されているが、静磁場着磁法では異極を交互に着磁することはより困難である。   As described above, since the conventional superconducting rotating machine using a superconducting bulk body generally uses the superconducting bulk body as a powerful magnet, a process and a magnetizing apparatus for magnetizing the superconducting bulk body are provided. is necessary. In the static magnetic field magnetization method that cools the superconducting bulk body in a static magnetic field as described in Non-Patent Document 1, a strong magnet can be obtained, and a large magnetic field strength can be easily obtained. However, there is a problem that it is difficult to magnetize the superconducting bulk material. Furthermore, the field magnetic pole of a rotating machine is generally not a single pole but a multipole, and different poles (N pole and S pole) are alternately arranged. It is more difficult to magnetize.

一方、パルス着磁法を用いると、特許文献１や特許文献２に記載されているように、着磁コイルを予め機器に組み込んでおく場合や、あるいは特許文献６及び特許文献７に記載されているように、電機子コイルを着磁用コイルに利用する場合などでは、超電導バルク体を機器に組み込んだ状態で着磁することが可能となる。しかしながら、パルス着磁法では、静磁場着磁法に比べて着磁できる磁場強度が小さく、着磁された超電導バルク体の磁場分布を均一にするのが難しいという問題がある。その結果、超電導バルク体を界磁用磁石としても、高効率、高出力の回転機が、必ずしも得られない。   On the other hand, when the pulse magnetizing method is used, as described in Patent Document 1 and Patent Document 2, a case where a magnetizing coil is incorporated in a device in advance or described in Patent Document 6 and Patent Document 7 is used. As described above, when the armature coil is used as the magnetizing coil, it is possible to magnetize the superconducting bulk body in a state of being incorporated in the device. However, the pulse magnetization method has a problem that the magnetic field intensity that can be magnetized is smaller than that of the static magnetic field magnetization method, and it is difficult to make the magnetic field distribution of the magnetized superconducting bulk material uniform. As a result, even if the superconducting bulk body is used as a field magnet, a high-efficiency, high-power rotating machine cannot always be obtained.

また、上述の特許文献１１では、超電導バルク体ではないが、超電導フィルムの磁気シールドを利用して回転力を得るという、即ち、磁石としないで超電導体を利用しているが、前記超電導モータの構成では、十分な出力が得られず、効率も低いという問題がある。   Moreover, in the above-mentioned patent document 11, although it is not a superconducting bulk body, a rotational force is obtained using a magnetic shield of a superconducting film, that is, a superconductor is used instead of a magnet. In the configuration, there is a problem that sufficient output cannot be obtained and efficiency is low.

そこで、本発明は、上記の問題を解決し、超電導バルク体を用いた超電導回転機であって、超電導バルク体を着磁することなく回転機に利用し、高効率、高出力が得られる超電導回転機を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention solves the above problems and is a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body, which uses the superconducting bulk body for a rotating machine without magnetizing it, and can achieve high efficiency and high output. The object is to provide a rotating machine.

本発明者らは、磁場発生用コイルで発生し磁束が電機子コイルに入る前に、超電導バルク体で遮蔽して、磁束遮蔽部と磁束非遮蔽部とを交互に形成することにより、同期型の超電導回転機を構成できることを見出した。更に、前記超電導回転機に関し、高効率、高出力が得られる構成を見出した。即ち、本発明の超電導バルク体を用いた超電導回転機は、以下のとおりである。
（１）磁場発生用コイルと前記磁場発生用コイルから発生する磁束を遮蔽する超電導バルク体からなるロータとを有する界磁と、電機子コイルを有するステータと、を備え、前記電機子コイルが、前記超電導バルク体の外周側に配置され、前記超電導バルク体が、前記電機子コイルに対して前記磁束の遮蔽部と非遮蔽部とを交互に形成するように複数配設されていることを特徴とする超電導回転機。
（２）前記超電導バルク体は、回転方向に離散的に複数配置されており、前記非遮蔽部は、前記回転方向に離散的に配置された隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間であり、前記隙間が、前記磁場発生用コイルから遠方に比べて近傍が狭くなっていることを特徴とする上記（１）に記載の超電導回転機。
（３）前記超電導バルク体を動径方向に移動させる機構をさらに備えることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の超電導回転機。
（４）前記超電導バルク体の内部が空洞であることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の超電導回転機。
（５）前記超電導バルク体が複数個の要素部材からなり、個々の要素部材が動径方向に積層された積層構造を有し、かつ、隣り合う層ごとに要素部材間の境界面の位置がずれていることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の超電導回転機。
（６）前記超電導バルク体が、REBa2Cu3Ox相（REは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）のバルク体中にRE2BaCuO5相が４モル％〜４０モル％微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする上記（１）〜（５）のいずれかに記載の超電導回転機。
（７）前記超電導バルク体の結晶相のｃ軸が、動径方向に向いていることを特徴とする上記（１）〜（６）のいずれかに記載の超電導回転機。
（８）前記磁場発生用コイルは、互いに対向して配設された２つの磁場発生用コイルからなり、前記２つの磁場発生用コイルの間に、前記超電導バルク体が配置され、前記２つの磁場発生用コイルの磁場の向きが互いに逆向きであることをと特徴とする上記（１）〜（７）のいずれかに記載の超電導回転機。
（９）前記磁場発生用コイルが、超電導コイルであることを特徴とする上記（１）〜（８）のいずれかに記載の超電導回転機。
（１０）前記磁場発生用コイルに磁心を有ることを特徴とする上記（１）〜（９）のいずれかに記載の超電導回転機。 Before the magnetic flux generated in the magnetic field generating coil and the magnetic flux enters the armature coil, the inventors shield the superconducting bulk body and alternately form the magnetic flux shielding portion and the magnetic flux non-shielding portion, thereby obtaining a synchronous type. It was found that a superconducting rotating machine can be constructed. Furthermore, regarding the superconducting rotating machine, the present inventors have found a configuration capable of obtaining high efficiency and high output. That is, the superconducting rotating machine using the superconducting bulk material of the present invention is as follows.
(1) A field magnet having a magnetic field generating coil and a rotor made of a superconducting bulk body that shields magnetic flux generated from the magnetic field generating coil, and a stator having an armature coil, the armature coil comprising: A plurality of superconducting bulk bodies are arranged on the outer peripheral side of the superconducting bulk body so as to alternately form shielded portions and non-shielded portions of the magnetic flux with respect to the armature coil. Superconducting rotating machine.
(2) A plurality of the superconducting bulk bodies are discretely arranged in the rotation direction, and the non-shielding portion is a gap formed by adjacent superconducting bulk bodies arranged discretely in the rotation direction, The superconducting rotating machine according to (1), wherein the gap is narrower in the vicinity than the distance from the magnetic field generating coil.
(3) The superconducting rotating machine according to (1) or (2), further comprising a mechanism for moving the superconducting bulk body in a radial direction.
(4) The superconducting rotating machine according to any one of (1) to (3), wherein the inside of the superconducting bulk body is a cavity.
(5) The superconducting bulk body is composed of a plurality of element members, each element member has a laminated structure laminated in the radial direction, and the position of the boundary surface between the element members for each adjacent layer is The superconducting rotating machine according to any one of the above (1) to (4), characterized in that it is deviated.
(6) The superconducting bulk material is a REBa 2 Cu 3 O x phase (RE is one or more selected from rare earth elements), and the RE 2 BaCuO 5 phase is 4 mol% to 40 mol% fine. The superconducting rotating machine according to any one of the above (1) to (5), which is a dispersed oxide superconductor.
(7) The superconducting rotating machine according to any one of the above (1) to (6), wherein the c-axis of the crystal phase of the superconducting bulk body is oriented in the radial direction.
(8) The magnetic field generating coil includes two magnetic field generating coils disposed to face each other, the superconducting bulk body is disposed between the two magnetic field generating coils, and the two magnetic fields The superconducting rotating machine according to any one of (1) to (7) above, wherein the directions of the magnetic fields of the generating coils are opposite to each other.
(9) The superconducting rotating machine according to any one of (1) to (8), wherein the magnetic field generating coil is a superconducting coil.
(10) The superconducting rotating machine according to any one of (1) to (9), wherein the magnetic field generating coil has a magnetic core.

本発明の超電導回転機によれば、超電導バルク体を着磁するプロセスや着磁コイルを使用しなくてもよく、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。また、高効率、高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   According to the superconducting rotating machine of the present invention, it is not necessary to use a process or magnetizing coil for magnetizing the superconducting bulk body, and a superconducting rotating machine using the superconducting bulk body can be provided. In addition, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can obtain high efficiency and high output.

本発明の超電導回転機の第１実施形態を示す構成概略図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating a first embodiment of a superconducting rotating machine according to the present invention. 本発明の超電導回転機の第２実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 2nd Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 第１実施形態及び第２実施形態における超電導バルク体を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows the superconducting bulk body in 1st Embodiment and 2nd Embodiment. 本発明の超電導回転機の第２実施形態において、磁場発生用コイルが超電導バルク体の内側に配置した例を示す構成概略図である。In 2nd Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention, it is the structure schematic which shows the example which has arrange | positioned the coil for magnetic field generation inside the superconducting bulk body. 超電導バルク体で形成される隙間（非遮蔽部）を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows the clearance gap (non-shielding part) formed with a superconducting bulk body. 超電導バルク体が角柱板形状などの四角形状である場合の例を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows the example in case a superconducting bulk body is quadrangular shapes, such as a prismatic plate shape. 第２実施形態において、超電導バルク体に酸化物超電導体を用いた場合の例を示す構成概略図である。In 2nd Embodiment, it is a structure schematic which shows the example at the time of using an oxide superconductor for a superconducting bulk body. 本発明の超電導回転機の第３実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 3rd Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第４実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 4th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第５実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 5th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第６実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 6th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第７実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 7th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第８実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 8th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第９実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 9th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention. 本発明の超電導回転機の第１０実施形態を示す構成概略図である。It is the structure schematic which shows 10th Embodiment of the superconducting rotary machine of this invention.

以下に、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態における超電導回転機の構成例を示す図であり、図２は、本発明の第２実施形態における超電導回転機の構成例を示す図である。
図１においては、磁場発生用コイル１ａから発生する磁束２を電機子コイル３に対して遮蔽するために、超電導バルク体４が配設されている。また、図２においても、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生する磁束２を電機子コイル３に対して遮蔽するために、超電導バルク体４が配設されている。また、図１（ｂ）及び図２（ｂ）のいずれの場合においても、磁束２の遮蔽部５（超電導バルク体４）と非遮蔽部６とを交互に形成するように超電導バルク体４が複数配設されている。即ち、遮蔽部５及び非遮蔽部６は、超電導回転機の回転方向に交互に形成され、界磁を形成している。また、第１及び第２実施形態の超電導回転機では、超電導バルク体４はロータ（回転子）であり、電機子コイル３はステータとする。なお、図１及び図２において、ロータの回転軸、超電導バルク体４の固定材等は省略している。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a superconducting rotating machine in the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of the superconducting rotating machine in the second embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a superconducting bulk body 4 is disposed in order to shield the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coil 1 a from the armature coil 3. Also in FIG. 2, a superconducting bulk body 4 is disposed in order to shield the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coils 1 b and 1 c from the armature coil 3. Further, in both cases of FIG. 1B and FIG. 2B, the superconducting bulk body 4 is formed so that the shielding portions 5 (superconducting bulk body 4) and the non-shielding portions 6 of the magnetic flux 2 are alternately formed. A plurality are arranged. That is, the shielding part 5 and the non-shielding part 6 are alternately formed in the rotation direction of the superconducting rotating machine to form a field. In the superconducting rotating machines of the first and second embodiments, the superconducting bulk body 4 is a rotor (rotor), and the armature coil 3 is a stator. 1 and 2, the rotating shaft of the rotor, the fixing material for the superconducting bulk body 4, and the like are omitted.

このような構成にすることにより、超電導バルク体を着磁しなくても回転機に使用することができ、磁場発生用コイルで強力な磁場を発生させても、超電導バルク体による強い遮蔽効果で遮蔽部を形成できるので、強力な界磁が得られる。即ち、高効率、高出力の超電導回転機が得られ、例えば、高効率の発電機や高出力の電動機とすることができる。   With such a configuration, the superconducting bulk body can be used in a rotating machine without being magnetized, and even if a strong magnetic field is generated by a magnetic field generating coil, the superconducting bulk body has a strong shielding effect. Since the shielding part can be formed, a strong field can be obtained. That is, a high-efficiency, high-power superconducting rotating machine can be obtained. For example, a high-efficiency generator or a high-power motor can be obtained.

図３は、図１及び図２に示す超電導バルク体４の配置を示す図である。
図３に示すように、複数の超電導バルク体４を回転方向に隙間７を設けるように離散的に配設することにより、回転方向に遮蔽部５と非遮蔽部６とが交互に形成される。なお、図３は、回転方向に４つの超電導バルク体４が配設された例であり、遮蔽部５と非遮蔽部６とで構成する８極の界磁の例を示しているが、これよりも少ない極数、例えば、６極であってもよく、これよりも多い極数であってもよい。 FIG. 3 is a diagram showing the arrangement of the superconducting bulk body 4 shown in FIGS. 1 and 2.
As shown in FIG. 3, by disposing a plurality of superconducting bulk bodies 4 discretely so as to provide gaps 7 in the rotational direction, shielding portions 5 and non-shielding portions 6 are alternately formed in the rotational direction. . FIG. 3 shows an example in which four superconducting bulk bodies 4 are arranged in the rotational direction, and shows an example of an 8-pole field composed of a shielding part 5 and a non-shielding part 6. There may be a smaller number of poles, for example, six poles, or a larger number of poles.

図１に示す例では、磁場発生用コイル１ａを囲むように、磁場発生用コイル１ａの外周に超電導バルク体４が複数配設されている。また、電機子コイル３は、磁場発生用コイル１ａから発生する磁束の方向に合わせて回転軸方向に（図１（ａ）において磁場発生用コイル１ａの位置に対して上下に）分割部３ｃを境目に独立した２つの電機子コイル３ａ、３ｂからなる。即ち、電機子コイル３は、回転軸方向に２分割されている。このように第１実施形態では、磁場発生用コイル１ａから発生する両極の磁場（磁束２）を超電導回転機に利用することができる。なお、磁場発生用コイル１ａは、ロータとして超電導バルク体４と一体になって回転する構成であっても、ステータとして回転しないで固定された構成であっても、本発明の効果が得られる。   In the example shown in FIG. 1, a plurality of superconducting bulk bodies 4 are arranged on the outer periphery of the magnetic field generating coil 1a so as to surround the magnetic field generating coil 1a. Further, the armature coil 3 has a dividing portion 3c in the direction of the rotation axis in accordance with the direction of the magnetic flux generated from the magnetic field generating coil 1a (up and down with respect to the position of the magnetic field generating coil 1a in FIG. 1A). It consists of two armature coils 3a and 3b independent of the boundary. That is, the armature coil 3 is divided into two in the rotation axis direction. Thus, in 1st Embodiment, the magnetic field (magnetic flux 2) of the both poles which generate | occur | produces from the coil 1a for magnetic field generation can be utilized for a superconducting rotary machine. Even if the magnetic field generating coil 1a is configured to rotate integrally with the superconducting bulk body 4 as a rotor, or the configuration fixed without rotating as a stator, the effect of the present invention can be obtained.

次に、図１に示す超電導回転機の作動原理について説明する。該超電導回転機では、上述のように、磁場発生用コイル１ａは、複数配列された超電導バルク体４の内側の回転中心側に配設されており、複数配列された超電導バルク体４は、ロータとなる。このような構成において、不図示の冷却機構により超電導バルク体４を臨界温度以下に冷却した後、磁場発生用コイル１ａに電流を流し、磁束２を発生させると、臨界温度以下に冷却された超電導バルク体４は磁気遮蔽体として作用する。これにより、磁場発生用コイル１ａから発生した磁束２は、隣り合う超電導バルク体４によって形成される隙間の非遮蔽部６から外周に出る。このように、電機子コイル３に対して磁束２の遮蔽部５と非遮蔽部６とが交互に形成されることになる。そのため、超電導バルク体４の周囲に配設された電機子コイル３の位置では、周方向に磁場の強弱を繰り返すことになり、超電導回転機における磁極を形成し、界磁を形成することになる。   Next, the operating principle of the superconducting rotating machine shown in FIG. 1 will be described. In the superconducting rotating machine, as described above, the magnetic field generating coil 1a is arranged on the inner side of the rotation center of the superconducting bulk body 4 arranged in a plurality, and the superconducting bulk body 4 arranged in a plurality is arranged in the rotor. It becomes. In such a configuration, when the superconducting bulk body 4 is cooled below the critical temperature by a cooling mechanism (not shown) and then a current is passed through the magnetic field generating coil 1a to generate the magnetic flux 2, the superconducting cooled below the critical temperature. The bulk body 4 acts as a magnetic shield. As a result, the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coil 1a exits from the non-shielding portion 6 in the gap formed by the adjacent superconducting bulk body 4 to the outer periphery. As described above, the shield portions 5 and the non-shield portions 6 of the magnetic flux 2 are alternately formed on the armature coil 3. Therefore, at the position of the armature coil 3 disposed around the superconducting bulk body 4, the magnetic field is repeatedly increased and decreased in the circumferential direction, and a magnetic pole is formed in the superconducting rotating machine to form a field. .

一方、回転軸方向の上下では磁極の向きが異なるため、上述したように電機子コイル３は回転軸方向で２分割して構造になっている（図１（ａ）参照）。電動機の場合には、上下では電流方向を反対にして電機子コイル３に交流を流すことにより回転磁場が生じ、該回転磁場と前記界磁の磁極とが相互作用することによって、超電導バルク体４を含むロータが回転磁場に同期して回転する。また、発電機の場合には、外力により超電導バルク体４を含むロータが回転すると、界磁の磁極も回転することになり、電機子コイル３の位置の磁場強度が周期的に変動し、電磁誘導によって電機子コイル３に電圧が発生する。   On the other hand, since the direction of the magnetic pole is different between the upper and lower sides in the rotation axis direction, the armature coil 3 is divided into two in the rotation axis direction as described above (see FIG. 1A). In the case of an electric motor, a rotating magnetic field is generated by passing an alternating current through the armature coil 3 with the current direction opposite in the upper and lower directions, and the rotating magnetic field interacts with the magnetic pole of the field, whereby the superconducting bulk body 4. The rotor including is rotated in synchronization with the rotating magnetic field. In the case of a generator, when the rotor including the superconducting bulk body 4 is rotated by an external force, the magnetic poles of the field are also rotated, and the magnetic field strength at the position of the armature coil 3 is periodically changed. A voltage is generated in the armature coil 3 by induction.

以上のような構成にすると、超電導バルク体４は磁石として作用するのではなく、磁気遮蔽体として作用するので、超電導バルク体４を着磁するプロセスや着磁コイルを使用しなくてもよい超電導回転機とすることができる。また、磁場発生用コイル１ａから発生した磁束２は、隣り合う超電導バルク体４によって形成される隙間から高磁束密度に濃縮された状態で外に出ることになる。従って、電機子コイル３の位置で強い磁場を得ることができ、高効率、高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   With the configuration as described above, the superconducting bulk body 4 does not act as a magnet, but acts as a magnetic shield, so that it is not necessary to use a process for magnetizing the superconducting bulk body 4 or a magnetizing coil. It can be a rotating machine. Further, the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coil 1a goes out from the gap formed by the adjacent superconducting bulk body 4 in a state of being concentrated to a high magnetic flux density. Accordingly, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can obtain a strong magnetic field at the position of the armature coil 3 and can obtain high efficiency and high output.

また、図２に示す例では、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃが互いに対向して配設されており、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの間に超電導バルク体４が配設されている。また、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの磁場の向き（磁束の向き）は互い逆向きである。このように第２実施形態における第１実施形態との相違点は、２つの磁場発生用コイルが互いに対向して配設され、２つの磁場発生用コイルの間にロータである超電導バルク体が配置されている点である。なお、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃは、ロータとして超電導バルク体４と一体になって回転する構成であっても、ステータとして回転しないで固定された構成であっても、本発明の効果が得られる。   Further, in the example shown in FIG. 2, two magnetic field generating coils 1b and 1c are disposed to face each other, and the superconducting bulk body 4 is disposed between the two magnetic field generating coils 1b and 1c. Yes. The magnetic field directions (magnetic flux directions) of the two magnetic field generating coils 1b and 1c are opposite to each other. As described above, the second embodiment is different from the first embodiment in that two magnetic field generating coils are disposed to face each other, and a superconducting bulk body that is a rotor is disposed between the two magnetic field generating coils. It is a point that has been. Even if the two magnetic field generating coils 1b and 1c are configured to rotate integrally with the superconducting bulk body 4 as a rotor, or are configured to be fixed without rotating as a stator, the effect of the present invention. Is obtained.

次に、図２に示す超電導回転機の作動原理について説明する。該超電導回転機では、図２（ｂ）に示すように、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの間に複数の超電導バルク体４が離散的に配置されている。このような構成において、不図示の冷却機構により超電導バルク体４を臨界温度に以下に冷却した後に、対向して配設された磁場発生用コイル１ｂ、１ｃに対して互いに逆向きに電流を流し、磁場（磁束２）の向きが図２（ａ）に示すように互いに逆向きになるようにする。このようにすることによって、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの間に大きく反発した磁場が得られる。また、臨界温度以下に冷却された超電導バルク体４は磁気遮蔽体として作用し、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生した磁束２により生じる大きく反発した磁場が、離散的に配置された隣り合う超電導バルク体４によって形成される隙間の非遮蔽部６から濃縮されて外に出る。そのため、超電導バルク体４の周囲に配設された電機子コイル３の位置では、周方向に磁場の強弱を繰り返すことになり、超電導回転機における磁極を形成し、界磁を形成することになる。   Next, the operating principle of the superconducting rotating machine shown in FIG. 2 will be described. In the superconducting rotating machine, as shown in FIG. 2B, a plurality of superconducting bulk bodies 4 are discretely arranged between two magnetic field generating coils 1b and 1c. In such a configuration, after the superconducting bulk body 4 is cooled to a critical temperature below by a cooling mechanism (not shown), currents are passed in opposite directions to the magnetic field generating coils 1b and 1c arranged opposite to each other. The directions of the magnetic field (magnetic flux 2) are set to be opposite to each other as shown in FIG. By doing so, a magnetic field repelled greatly between the two magnetic field generating coils 1b and 1c is obtained. Further, the superconducting bulk body 4 cooled to a temperature lower than the critical temperature acts as a magnetic shield, and the magnetic field repelled greatly by the magnetic flux 2 generated from the two magnetic field generating coils 1b and 1c is adjacent to the discretely arranged magnetic field. It concentrates out from the non-shielding part 6 of the gap formed by the superconducting bulk body 4 that fits. Therefore, at the position of the armature coil 3 disposed around the superconducting bulk body 4, the magnetic field is repeatedly increased and decreased in the circumferential direction, and a magnetic pole is formed in the superconducting rotating machine to form a field. .

なお、図２に示す例では、隣り合う超電導バルク体４によって形成される隙間から出てくる磁極の向きは、回転軸方向で同じであるので、第１実施形態のように電機子コイル３を回転軸方向で２分割する必要はない。電動機の場合には、電機子コイル３に交流を流すと回転磁場が生じ、該回転磁場と前記界磁の磁極とが相互作用することによって、超電導バルク体４を含むロータが回転磁場に同期して回転する。また、発電機の場合には、外力により超電導バルク体４を含むロータが回転すると、界磁の磁極も回転することになり、電機子コイル３の位置の磁場強度が周期的に変動し、電磁誘導によって電機子コイル３に電圧が発生する。   In the example shown in FIG. 2, the direction of the magnetic pole coming out from the gap formed by the adjacent superconducting bulk bodies 4 is the same in the direction of the rotation axis, so that the armature coil 3 is mounted as in the first embodiment. There is no need to divide into two in the direction of the rotation axis. In the case of an electric motor, when an alternating current is passed through the armature coil 3, a rotating magnetic field is generated, and the rotating magnetic field and the magnetic pole of the field interact to synchronize the rotor including the superconducting bulk body 4 with the rotating magnetic field. Rotate. In the case of a generator, when the rotor including the superconducting bulk body 4 is rotated by an external force, the magnetic poles of the field are also rotated, and the magnetic field strength at the position of the armature coil 3 is periodically changed. A voltage is generated in the armature coil 3 by induction.

以上の構成にすると、超電導バルク体４は、磁石として作用するのではなく、磁気遮蔽体として作用するので、超電導バルク体４を着磁するプロセスや着磁コイルを使用しなくてもよい超電導回転機とすることができる。また、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生した磁束２は、隣り合う超電導バルク体４によって形成される隙間から高磁束密度に濃縮された状態で外に出ることになる。従って、電機子コイル３の位置で強い磁場を得ることができ、高効率、高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   With the above configuration, the superconducting bulk body 4 does not act as a magnet, but as a magnetic shield, so that the process of magnetizing the superconducting bulk body 4 and the superconducting rotation that does not require the use of a magnetizing coil can be used. Can be a machine. Further, the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coils 1b and 1c goes out from the gap formed by the adjacent superconducting bulk body 4 in a state of being concentrated to a high magnetic flux density. Accordingly, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can obtain a strong magnetic field at the position of the armature coil 3 and can obtain high efficiency and high output.

また、図２の破線で示しているように、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生する磁束２とは反対側に発生する、超電導回転機に利用されない磁束の影響を抑制するために、磁気遮蔽体４ｓを設けてもよい。さらに、図２に示す例では、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃは、ロータである超電導バルク体４の外側に配置されているが、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの位置は必ずしも外側である必要はない。例えば、図４に示すように、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃが、ロータである超電導バルク体４の内側にあってもよい。なお、図４は、超電導回転機から電機子コイル３を取り除いた場合の側面図を示しており、以下、側面図については、電機子コイル３を取り除いた場合の側面図として示す。   Further, as shown by the broken line in FIG. 2, in order to suppress the influence of the magnetic flux that is generated on the side opposite to the magnetic flux 2 generated from the magnetic field generating coils 1b and 1c and is not used in the superconducting rotating machine, A body 4s may be provided. Further, in the example shown in FIG. 2, the two magnetic field generating coils 1b and 1c are arranged outside the superconducting bulk body 4 which is a rotor, but the positions of the magnetic field generating coils 1b and 1c are not necessarily outside. There is no need. For example, as shown in FIG. 4, the two magnetic field generating coils 1 b and 1 c may be inside the superconducting bulk body 4 that is a rotor. 4 shows a side view when the armature coil 3 is removed from the superconducting rotating machine. Hereinafter, the side view is shown as a side view when the armature coil 3 is removed.

本発明に用いる超電導バルク体（例えば、第１実施形態や第２実施形態で用いる超電導バルク体４）は、磁気遮蔽効果を生じるものであれば特に材料系を限定するものではないが、磁気遮蔽効果が高い超電導材料が好ましい。超電導材料としては、金属超電導体、酸化物超電導体等が挙げられる。   The superconducting bulk body used in the present invention (for example, the superconducting bulk body 4 used in the first embodiment or the second embodiment) is not particularly limited as long as it produces a magnetic shielding effect. A superconductive material having a high effect is preferable. Examples of superconducting materials include metal superconductors and oxide superconductors.

金属超電導体としては、NbTi、Nb3Sn等が挙げられる。一方、酸化物超電導体の例としては、例えば、Bi-Sr-Ca-Cu-O系やRE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体が挙げられる。ここで、REは、希土類元素から選ばれた少なくとも１つの元素であり、例えば、Y,Eu,Gd,Dy,Er,Sm,La,Ce,Pr,Nd等である。酸化物超電導体の中で、REBa2Cu3Ox相（１２３相）のバルク体中にRE2BaCuO5相（２１１相）が微細分散した酸化物超電導体は、臨界電流密度が高くピン止め力が強いので、磁気遮蔽効果も高く、本発明に用いる超電導バルク体としてより好ましい。酸化物超電導体では、分散している２１１相の粒子（分散粒）がピン止め点として作用する。よって、そのピン止め効果を十分得るためには２１１相は４モル％以上であることがより好ましい。更に好ましくは６モル％以上である。 Examples of the metal superconductor include NbTi and Nb 3 Sn. On the other hand, examples of oxide superconductors include Bi-Sr-Ca-Cu-O-based and RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductors. Here, RE is at least one element selected from rare earth elements, such as Y, Eu, Gd, Dy, Er, Sm, La, Ce, Pr, and Nd. Among oxide superconductors, oxide superconductors in which the RE 2 BaCuO 5 phase (211 phase) is finely dispersed in the REBa 2 Cu 3 O x phase (123 phase) bulk are pinned with high critical current density. Since the force is strong, the magnetic shielding effect is also high, which is more preferable as the superconducting bulk material used in the present invention. In the oxide superconductor, dispersed 211-phase particles (dispersed particles) act as pinning points. Therefore, in order to sufficiently obtain the pinning effect, the 211 phase is more preferably 4 mol% or more. More preferably, it is 6 mol% or more.

また、酸化物超電導体では、超電導相である１２３相がマトリックスとなるので、通常、そのマトリックスに分散する２１１相は５０モル％未満となる。更に、２１１相が微細分散しているとピン止め効果が得られるが、２１１相が４０モル％以下であると、１２３相が良好な結晶性となり、より優れた遮蔽効果が得られる。更に好ましくは３５モル％以下である。   In the oxide superconductor, the 123 phase, which is a superconducting phase, is a matrix, and the 211 phase dispersed in the matrix is usually less than 50 mol%. Further, if the 211 phase is finely dispersed, a pinning effect can be obtained, but if the 211 phase is 40 mol% or less, the 123 phase has good crystallinity and a more excellent shielding effect can be obtained. More preferably, it is 35 mol% or less.

さらに、RE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体は、溶融法で結晶成長させて作製して得られる単結晶状の擬単結晶からなる酸化物超電導体がより好ましい。ここで、単結晶状の擬単結晶としているのは、単結晶の１２３相中に２１１相が例えば１μｍ程度の微細に分散した結晶相であるからである。よって、単結晶状の酸化物超電導体では、１２３相がバルク体全体で同一結晶方位に揃い、配向している。また、RE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体では、超電導相である１２３相の結晶のｃ軸を回転機の動径方向に向けた方が好ましい。特に、単結晶状のRE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の場合には、結晶のｃ軸を動径方向に向けた効果が顕著に表れる。   Further, the RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor is more preferably an oxide superconductor made of a single-crystal quasi-single crystal obtained by crystal growth by a melting method. Here, the reason why the single crystal quasi-single crystal is used is that the 211 phase is a finely dispersed crystal phase of, for example, about 1 μm in the 123 phase of the single crystal. Therefore, in the single-crystal oxide superconductor, the 123 phases are aligned and aligned in the same crystal orientation in the entire bulk body. In the RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor, it is preferable that the c-axis of the 123-phase crystal, which is a superconducting phase, be oriented in the radial direction of the rotating machine. In particular, in the case of a single crystal RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor, the effect of directing the c-axis of the crystal in the radial direction is prominent.

また、本発明に用いる磁場発生用コイル（例えば、第１実施形態の磁場発生用コイル１ａや第２実施形態の磁場発生用コイル１ｂ、１ｃ）は、磁場を発生できるものであれば特に制限を設けるものではないが、例えば、通常の電磁石として使用される銅、アルミニウム、銀や合金等の金属の線材をコイルにしたものが使用できる。更に、強磁場を発生できるものがより好ましく、例えば、超電導体の線材を使用したコイルがより好ましい。超電導体は電気抵抗がゼロで大きな電流を通電できるので、線材としてコイルに用いると強力な磁場を発生できる。超電導体の線材を用いたコイルとしては、例えば、NbTiやNb3Snなどの金属系超電導体の線材を用いたコイルやBi-Sr-Ca-Cu-O系やRE-Ba-Cu-O系の酸化物系超電導体の線材を用いたコイルが挙げられる。また、本発明の磁場発生用コイルの形状はパンケーキ状という単純形状での巻線でよいため、酸化物系超電導体のような脆性系材料の線材であっても比較的容易に巻線できるという利点もある。また、磁場発生用コイルに磁心を設けてもよい。 Further, the magnetic field generating coil used in the present invention (for example, the magnetic field generating coil 1a of the first embodiment and the magnetic field generating coils 1b and 1c of the second embodiment) is not particularly limited as long as it can generate a magnetic field. Although not provided, for example, a coil made of a metal wire such as copper, aluminum, silver or an alloy used as a normal electromagnet can be used. Furthermore, the thing which can generate | occur | produce a strong magnetic field is more preferable, for example, the coil which uses the wire of a superconductor is more preferable. Since a superconductor has a zero electric resistance and can pass a large current, it can generate a strong magnetic field when used as a wire in a coil. Examples of coils using superconductor wires include coils using metal superconductor wires such as NbTi and Nb 3 Sn, Bi-Sr-Ca-Cu-O systems and RE-Ba-Cu-O systems. And a coil using the oxide superconductor wire. In addition, since the magnetic field generating coil of the present invention may have a simple shape such as a pancake shape, even a brittle material such as an oxide superconductor can be wound relatively easily. There is also an advantage. A magnetic core may be provided in the magnetic field generating coil.

図５は、超電導バルク体によって形成される隙間の非遮蔽部を示す図である。上述のように、超電導バルク体を電機子コイル３に対して回転方向に離散的に配設することにより、図１の磁場発生用コイル１ａ（または図２の磁場発生用コイル１ｂ、１ｂ）から発生する磁束２の遮蔽部５と非遮蔽部６とを交互に形成する。ここで、非遮蔽部６を形成する、隣り合う超電導バルク体８ａ、８ｂによって形成される隙間が、磁場発生用コイルから遠方に比べて近傍が狭くなっている方が、より高効率、高出力の超電導回転機とすることができる。これは、磁場発生用コイルから発生する磁束密度が、磁場発生用コイルから離れるほど小さくなるので、前記のように非遮蔽部の隙間を磁場発生用コイルからの距離に合わせて変えることによって、均一な磁場を構成する界磁が得られるからである。   FIG. 5 is a diagram showing a non-shielding portion of a gap formed by the superconducting bulk body. As described above, the superconducting bulk body is discretely disposed in the rotation direction with respect to the armature coil 3, so that the magnetic field generating coil 1 a in FIG. 1 (or the magnetic field generating coils 1 b and 1 b in FIG. 2) is used. The shielding part 5 and the non-shielding part 6 of the generated magnetic flux 2 are alternately formed. Here, when the gap formed by the adjacent superconducting bulk bodies 8a and 8b forming the non-shielding portion 6 is narrower in the vicinity than the distance from the magnetic field generating coil, higher efficiency and higher output are obtained. The superconducting rotating machine can be used. This is because the magnetic flux density generated from the magnetic field generating coil decreases as the distance from the magnetic field generating coil decreases, so that by changing the gap of the non-shielding part according to the distance from the magnetic field generating coil as described above, it is uniform. This is because a field composing a magnetic field can be obtained.

図５（ａ）は、図１に示した第１実施形態における超電導バルク体４によって形成される隙間を示している。図５（ａ）に示すように、磁場発生用コイル１ａが隣り合う超電導バルク体８ａ、８ｂで囲まれた中央に位置するので、非遮蔽部となる隙間は、磁場発生用コイル１ａから近傍の隙間Ｓ1と磁場発生用コイル１ａから遠方の隙間Ｓ2との関係で、Ｓ1＜Ｓ2となる方が、より好ましくなる。なお、図５（ａ）に示す形状以外のものであっても、Ｓ1＜Ｓ2となるのであれば、形状は限定されない。 FIG. 5A shows a gap formed by the superconducting bulk body 4 in the first embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 5 (a), the magnetic field generating coil 1a is located at the center surrounded by the adjacent superconducting bulk bodies 8a and 8b, so that a gap serving as a non-shielding portion is located near the magnetic field generating coil 1a. It is more preferable that S 1 <S 2 in relation to the gap S 1 and the gap S 2 far from the magnetic field generating coil 1a. Even if the shape is other than the shape shown in FIG. 5A, the shape is not limited as long as S 1 <S 2 .

図５（ｂ）は、図２に示した第２実施形態における超電導バルク体４によって形成される隙間を示している。図５（ｂ）に示すように、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃが対向して配設され、隣り合う超電導バルク体８ａ、８ｂが２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃの間に配設されているので、非遮蔽部における回転軸方向の両端部の隙間Ｓ2が、中央部の隙間Ｓ1よりも小さくなる方が好ましい。即ち、Ｓ1＞Ｓ2の関係となるのが、より好ましい。なお、図５（ｂ）に示す形状以外のものであっても、Ｓ1＞Ｓ2となるのであれば、形状は限定されない。 FIG. 5B shows a gap formed by the superconducting bulk body 4 in the second embodiment shown in FIG. As shown in FIG. 5B, two magnetic field generating coils 1b and 1c are arranged to face each other, and adjacent superconducting bulk bodies 8a and 8b are arranged between the two magnetic field generating coils 1b and 1c. Therefore, it is preferable that the gap S 2 at both ends in the rotation axis direction in the non-shielding portion is smaller than the gap S 1 at the center. That is, it is more preferable that S 1 > S 2 . Even if the shape is other than the shape shown in FIG. 5B, the shape is not limited as long as S 1 > S 2 .

また、図１の第１実施形態及び図２の第２実施形態では、超電導バルク体４の形状は瓦状であり、超電導バルク体４が同心円を形成するように配設されているが、超電導バルク体の形状は、磁場発生用コイルの磁場を遮蔽できればよく、必ずしも瓦形状である必要はない。例えば、図６（ａ）に示すように、超電導バルク体９が離散的に配設され、磁束２の遮蔽部５と非遮蔽部６とが交互に形成されるならば、製作が容易な角柱板形状などの四角形状でもよい。また、超電導バルク体９が単結晶状のRE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体である場合には、図６（ｂ）に示すように、結晶のｃ軸を動径方向に向けた方がより好ましい。RE-Ba-Cu-O系酸化物超電導体の臨界電流密度は、結晶のｃ軸に対して垂直な面内で超電導電流が流れる場合が最も大きくなり、磁気遮蔽電流も同様であるので、同結晶のｃ軸を動径方向に向けた方がより高い磁気遮蔽効果が得られる。   Moreover, in 1st Embodiment of FIG. 1 and 2nd Embodiment of FIG. 2, the shape of the superconducting bulk body 4 is a tile shape, and it arrange | positions so that the superconducting bulk body 4 may form a concentric circle, The shape of the bulk body only needs to shield the magnetic field of the magnetic field generating coil, and does not necessarily need to be a roof tile shape. For example, as shown in FIG. 6A, if superconducting bulk bodies 9 are discretely arranged and shield portions 5 and non-shield portions 6 of magnetic flux 2 are alternately formed, a prismatic column that is easy to manufacture. A rectangular shape such as a plate shape may be used. Further, when the superconducting bulk body 9 is a single-crystal RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor, as shown in FIG. 6B, the c-axis of the crystal is directed in the radial direction. Is more preferable. The critical current density of the RE-Ba-Cu-O-based oxide superconductor is highest when the superconducting current flows in a plane perpendicular to the c-axis of the crystal, and the magnetic shielding current is the same. A higher magnetic shielding effect can be obtained when the c-axis of the crystal is directed in the radial direction.

図７は、第２実施形態において、超電導バルク体に、溶融法で作製した瓦形状の単結晶状のGd-Ba-Cu-O系酸化物超電導体を用い、結晶のｃ軸を動径方向に向けて周方向に４個離散的に配設した場合の超電導回転機を示す図である。図７に示すように、超電導バルク体１０に単結晶状のGd-Ba-Cu-O系酸化物超電導体を用いると、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生した磁場（磁束２）は、超電導バルク体１０の４箇所の隙間から濃縮して外側へ出る。界磁磁極としては、磁場の強い超電導バルク体１０によって形成される隙間部分と磁場の弱い超電導体部分とを合わせて計８極の磁極となる。超電導バルク体１０は、より効果的に磁気遮蔽できるので、磁場発生用コイル１ｂ、１ｃからより強い磁場を発生させて、また、界磁に磁場の強い部分と磁場の弱い部分との強弱をより明確にでき、より高効率、より高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   FIG. 7 shows a second embodiment in which a tile-shaped single-crystal Gd—Ba—Cu—O-based oxide superconductor manufactured by a melting method is used as a superconducting bulk body, and the c-axis of the crystal is in the radial direction. It is a figure which shows the superconducting rotary machine at the time of arranging four pieces discretely in the circumferential direction toward this. As shown in FIG. 7, when a single crystal Gd—Ba—Cu—O-based oxide superconductor is used for the superconducting bulk body 10, the magnetic field (magnetic flux 2) generated from the magnetic field generating coils 1b and 1c is superconducting. Concentrate from the four gaps in the bulk body 10 and go out. As the field magnetic poles, the gap portion formed by the superconducting bulk body 10 having a strong magnetic field and the superconductor portion having a weak magnetic field are combined to form a total of eight magnetic poles. Since the superconducting bulk body 10 can more effectively shield the magnetic field, the magnetic field generating coils 1b and 1c can generate a stronger magnetic field, and the field magnet can be more strongly and weakly strong. It is possible to provide a superconducting rotary machine using a superconducting bulk body that can be clearly defined and can obtain higher efficiency and higher output.

図８は、第３実施形態を示し、第１実施形態における超電導回転機とは超電導バルク体の形状が異なる超電導回転機を示す図である。なお、図８の上段は、第３実施形態の超電導回転機の断面図を示し、図８の下段は、該超電導回転機の側面図を示している。第１実施形態との相違点は、隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間が軸方向にわたって間隔が一定でない点である。なお、図５（ａ）に示したようなものであってもよい。第１実施形態のように、１つの磁場発生用コイル１ａが超電導バルク体４の内側に配設されている場合、図８（ａ）に示すように、隣り合う超電導バルク体１１によって形成される隙間が、磁場が強くなる中央部で狭くなっている。図８（ａ）に示す例は、隣り合う超電導バルク体１１によって形成される隙間の幅は連続的に変化しているが、図８（ｂ）に示すように、超電導バルク体１２の横幅を段階的に変化させてもよい。   FIG. 8 is a diagram showing a superconducting rotator in which the shape of the superconducting bulk body is different from that of the superconducting rotator in the first embodiment, showing the third embodiment. 8 shows a cross-sectional view of the superconducting rotating machine of the third embodiment, and the lower part of FIG. 8 shows a side view of the superconducting rotating machine. The difference from the first embodiment is that the gap formed by adjacent superconducting bulk bodies is not constant in the axial direction. It may be as shown in FIG. When one magnetic field generating coil 1a is arranged inside the superconducting bulk body 4 as in the first embodiment, it is formed by adjacent superconducting bulk bodies 11 as shown in FIG. The gap is narrow at the center where the magnetic field becomes stronger. In the example shown in FIG. 8A, the width of the gap formed by adjacent superconducting bulk bodies 11 changes continuously, but as shown in FIG. 8B, the lateral width of the superconducting bulk body 12 is increased. You may change in steps.

以上の構成とすると、磁束の非遮蔽部である隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間から出てくる磁場の軸方向の均一性が高まり、より高効率、より高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   With the above configuration, the superconducting bulk that increases the axial uniformity of the magnetic field that emerges from the gap formed by the adjacent superconducting bulk body that is the non-shielding part of the magnetic flux, resulting in higher efficiency and higher output. A superconducting rotating machine using a body can be provided.

図９は、第４実施形態を示し、第２実施形態における超電導回転機とは、超電導バルク体の形状が異なる超電導回転機を示す側面図である。第３実施形態と同様、第２実施形態との相違点は、隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間が軸方向にわたって間隔が一定でない点である。なお、図５（ｂ）に示したようなものであってもよい。第２実施形態のように、２つの磁場発生用コイル１ｂ、１ｃが超電導バルク体４の外側に配設されている場合、図９（ａ）に示すように、隣り合う超電導バルク体１３によって形成される隙間が、磁場発生用コイルから遠方になればなるほど狭くなっている。図９（ａ）に示す例は、隣り合う超電導バルク体１３によって形成される隙間の幅は連続的に変化しているが、図９（ｂ）に示すように、超電導バルク体１４の横幅を段階的に変化させてもよい。   FIG. 9 shows a fourth embodiment, and is a side view showing a superconducting rotator in which the shape of the superconducting bulk body is different from the superconducting rotator in the second embodiment. Similar to the third embodiment, the difference from the second embodiment is that the gap formed by adjacent superconducting bulk bodies is not constant in the axial direction. It may be as shown in FIG. When the two magnetic field generating coils 1b and 1c are arranged outside the superconducting bulk body 4 as in the second embodiment, they are formed by adjacent superconducting bulk bodies 13 as shown in FIG. The gap is narrower the further away from the magnetic field generating coil. In the example shown in FIG. 9A, the width of the gap formed by the adjacent superconducting bulk bodies 13 changes continuously, but as shown in FIG. 9B, the lateral width of the superconducting bulk body 14 is increased. You may change in steps.

以上の構成にすると、磁束の非遮蔽部である隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間から出てくる磁場の軸方向の均一性が高まり、より高効率、より高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   With the above configuration, the superconducting bulk that increases the axial uniformity of the magnetic field coming out from the gap formed by the adjacent superconducting bulk body that is the non-shielding part of the magnetic flux, and can obtain higher efficiency and higher output. A superconducting rotating machine using a body can be provided.

図１０は、第５実施形態を示し、第１実施形態または第２実施形態の超伝導回転機に、超電導バルク体が移動できる機構を備えた場合の動径方向の断面図である。第１実施形態や第２実施形態との相違点は、ロータを形成している超電導バルク体１６が動径方向に移動できる機構を有している点である。更に、電機子コイル１５も動径方向に移動できる機構を有していてもよい。超電導バルク体１６が動径方向に移動すると、磁場発生用コイルで発生させた磁場（磁束）を濃縮させて強い磁場を得ることができる。これは、まず、磁場発生用コイルで磁場を発生させ、その後に、不図示の駆動機構を用いて、超電導バルク体１６及び電機子コイル１５が動径方向に径が小さくなるように移動させることにより、磁場発生用コイルで予め発生させたより広範囲の磁場を濃縮することができ、磁極の磁場強度を強めることができる。以上の構成とすると、より高効率、より高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   FIG. 10 shows the fifth embodiment, and is a radial cross-sectional view when the superconducting rotating machine of the first embodiment or the second embodiment is provided with a mechanism capable of moving the superconducting bulk body. The difference from the first and second embodiments is that the superconducting bulk body 16 forming the rotor has a mechanism that can move in the radial direction. Furthermore, the armature coil 15 may also have a mechanism that can move in the radial direction. When the superconducting bulk body 16 moves in the radial direction, a strong magnetic field can be obtained by concentrating the magnetic field (magnetic flux) generated by the magnetic field generating coil. First, a magnetic field is generated by a magnetic field generating coil, and then the superconducting bulk body 16 and the armature coil 15 are moved so that their diameters are reduced in the radial direction by using a drive mechanism (not shown). This makes it possible to concentrate a wider range of magnetic fields previously generated by the magnetic field generating coil, and to increase the magnetic field strength of the magnetic poles. With the above configuration, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can obtain higher efficiency and higher output.

図１１は、第６実施形態を示し、第２実施形態の構成を回転軸方向で多段に組み合わせた超電導回転機を示す側面図である。なお、図示していないが、第１実施形態の構成を多段に組み合わせることも可能である。第２実施形態との相違点は、４つの磁場発生用コイル１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇが用いられ、回転軸方向に多段構成（３段構成）になっている点である。以上の構成とすると、より高効率、より高出力が得られる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができる。   FIG. 11 is a side view showing a superconducting rotating machine according to the sixth embodiment in which the configuration of the second embodiment is combined in multiple stages in the rotation axis direction. Although not shown, the configuration of the first embodiment can be combined in multiple stages. The difference from the second embodiment is that four magnetic field generating coils 1d, 1e, 1f, and 1g are used, and a multi-stage configuration (three-stage configuration) is provided in the rotation axis direction. With the above configuration, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can obtain higher efficiency and higher output.

図１２は、第７実施形態を示し、第２実施形態における超電導回転機とは超電導バルク体の構成が異なる超電導回転機を示す側面図である。なお、図示していないが、第１実施形態の超伝導回転機にこのような超電導バルク体を用いることも可能である。第２実施形態との相違点は、外観上は、第２実施形態と同様であるが、ロータを形成している超電導バルク体１７の内部が空洞１８になっており、超電導バルク体１７の中心部を、磁気遮蔽効果を損なわない範囲でくり抜いている。以上の構成とすると、磁気遮蔽効果を有する範囲内で、超電導バルク体の内部を取り除くことにより、超電導バルク体の機械的強度を維持しながら、磁気遮蔽効果の性能を低下させずに軽量化することが可能となる。   FIG. 12 is a side view showing a superconducting rotator in which the configuration of the superconducting bulk body is different from that of the superconducting rotator in the second embodiment, showing the seventh embodiment. Although not shown, it is also possible to use such a superconducting bulk body for the superconducting rotating machine of the first embodiment. The difference from the second embodiment is the same as the second embodiment in appearance, but the inside of the superconducting bulk body 17 forming the rotor is a cavity 18, and the center of the superconducting bulk body 17 is the same. The part is cut out in a range that does not impair the magnetic shielding effect. With the above configuration, the inside of the superconducting bulk body is removed within the range having the magnetic shielding effect, thereby reducing the weight without reducing the performance of the magnetic shielding effect while maintaining the mechanical strength of the superconducting bulk body. It becomes possible.

図１３は、第８実施形態を示し、第２実施形態における超電導回転機とは超電導バルク体の構成が異なる超電導回転機を示す図である。なお、図示していないが、第１実施形態の超伝導回転機にこのような超電導バルク体を用いることも可能である。第２実施形態との相違点は、ロータの１つである遮蔽部５が複数個の要素部材２０の超電導バルク体１９からなり、個々の要素部材２０が動径方向に積層された構造を有する点である。以上の構成とすると、製作が比較的容易な小型の超電導ブロック（要素部材２０）を用いて、性能を低下させずにより大型の回転機にも適用可能となる。更に、図１３に示すように、隣り合う層ごとに要素部材２０間の境界面の位置がずれるように積層された積層構造にすることにより、積層界面からの磁束漏れを抑制できるので、より高い磁気遮蔽効果が得られる。各要素部材２０の接合界面が超電導接合されている場合は磁束の漏れが少ないが、常電導体を接合体として常電導接合されている場合や絶縁体を接合体として接合されている場合には、磁束の漏れが多くなるので前記積層構造にする効果が大きい。   FIG. 13 is a diagram illustrating a superconducting rotator in which the configuration of the superconducting bulk body is different from that of the superconducting rotator in the second embodiment according to the eighth embodiment. Although not shown, it is also possible to use such a superconducting bulk body for the superconducting rotating machine of the first embodiment. The difference from the second embodiment is that the shielding portion 5 that is one of the rotors is composed of a superconducting bulk body 19 of a plurality of element members 20, and the individual element members 20 are stacked in the radial direction. Is a point. With the above configuration, a small superconducting block (element member 20) that is relatively easy to manufacture can be used, and can be applied to a larger rotating machine without lowering the performance. Furthermore, as shown in FIG. 13, by making a laminated structure in which the position of the boundary surface between the element members 20 is shifted for each adjacent layer, magnetic flux leakage from the laminated interface can be suppressed, which is higher. Magnetic shielding effect is obtained. When the junction interface of each element member 20 is superconducting, there is little leakage of magnetic flux. However, when the normal conductor is joined as a joined body, or when the insulator is joined as a joined body. Since the leakage of magnetic flux increases, the effect of making the laminated structure is great.

図１４は、第９実施形態を示し、第１実施形態及び第２実施形態における超電導回転機とは超電導バルク体の構成が異なる超電導回転機の回転軸方向から見た動径方向の断面図である。第１実施形態や第２実施形態との相違点は、ロータである超電導バルク体２１を８個にし、遮蔽部及び非遮蔽分を合わせて回転方向に１６分割に増加して、１６極の界磁とした点である。以上のように構成すると、より高効率、より高出力が得られ、電気吸引力の発生箇所が多くなるので大きなトルクが得られ、大型の回転機に適用する場合により好ましい。   FIG. 14 shows a ninth embodiment, and is a radial cross-sectional view of a superconducting rotating machine having a superconducting bulk body having a different configuration from the superconducting rotating machine in the first and second embodiments, as viewed from the rotational axis direction. is there. The difference from the first embodiment and the second embodiment is that the superconducting bulk body 21 that is a rotor is made eight, and the shielding part and the non-shielding part are combined to increase into 16 divisions in the rotation direction, and the 16 pole field is increased. This is the point of magnetism. When configured as described above, higher efficiency and higher output can be obtained, and a large torque can be obtained because the number of locations where the electric attractive force is generated increases, which is more preferable when applied to a large rotating machine.

図１５は、第１０実施形態に係る超電導回転機を示す図である。第１実施形態や第２実施形態との相違点は、超電導バルク体２２と磁場発生用コイル２３とを固定してともにロータとし、更に、超電導バルク体２２を２段に、磁場発生用コイル２３を３段に組み合わせて、８０極の界磁２４として点である。ここで、２段に配置した超電導バルク体を千鳥状に配列し、磁場発生用コイル２３に流れる電流２７の向きを交互に逆にして、それぞれの段における非遮蔽部からでる磁束の向きがＳ向き２５及びＮ向き２６とで逆になって段間の磁束の影響を受け難くしている。以上のように構成すると、更に大型の回転機に適用する場合に好ましい。   FIG. 15 is a diagram showing a superconducting rotating machine according to the tenth embodiment. The difference from the first embodiment and the second embodiment is that the superconducting bulk body 22 and the magnetic field generating coil 23 are fixed to form a rotor, and the superconducting bulk body 22 is further divided into two stages so that the magnetic field generating coil 23 is provided. Is a point as a field pole 24 of 80 poles. Here, the superconducting bulk bodies arranged in two stages are arranged in a staggered manner, and the directions of the currents 27 flowing in the magnetic field generating coils 23 are alternately reversed so that the direction of the magnetic flux from the non-shielding part in each stage is S. The direction 25 and the N direction 26 are reversed to make it difficult to be affected by the magnetic flux between the stages. The above configuration is preferable when applied to a larger rotating machine.

以上のように、本発明の第１〜第１０実施形態について説明したが、これらの形態を２つ以上組み合わせてもよい。例えば、第４実施形態で示した形状の超電導バルク体を第９実施形態で用いてもよく、第７実施形態で示した超電導バルク体を第５実施形態に用いてもよい。   As described above, although the first to tenth embodiments of the present invention have been described, two or more of these forms may be combined. For example, the superconducting bulk body having the shape shown in the fourth embodiment may be used in the ninth embodiment, and the superconducting bulk body shown in the seventh embodiment may be used in the fifth embodiment.

本発明によれば、超電導バルク体を着磁するプロセスを省略できる、超電導バルク体を用いた超電導回転機を提供することができるので、酸化物超電導体の工業上の利用範囲が拡大する。   According to the present invention, it is possible to provide a superconducting rotating machine using a superconducting bulk body that can omit the process of magnetizing the superconducting bulk body, so that the industrial application range of the oxide superconductor is expanded.

１ａ〜１ｇ 磁場発生用コイル
２ 磁束
３ 電機子コイル
３ａ 電機子コイルを分割した場合の上部の電機子コイル
３ｂ 電機子コイルを分割した場合の下部の電機子コイル
３ｃ 電機子コイルの分割部
４ 超電導バルク体
４ｓ 磁場発生用コイル１ｂ、１ｃから発生する磁束２とは反対側の磁束を遮蔽する遮蔽体
５ 遮蔽部（超電導バルク体４）
６ 非遮蔽部
７ 非遮蔽部の隙間
８ａ、８ｂ 超電導バルク体（遮蔽部）
９ 角柱板形状の超電導バルク体（遮蔽部）
１０ 瓦形状の単結晶状酸化物超電導体からなる超電導バルク体
１１ 超電導バルク体（隙間（非遮蔽部）が中央コイルから連続的に広くなっている）
１２ 超電導バルク体（隙間（非遮蔽部）が中央コイルからステップ状に広くなっている）
１３ 超電導バルク体（隙間（非遮蔽部）が両端コイルから中央に連続的に広くなっている）
１４ 超電導バルク体（隙間（非遮蔽部）が両端コイルから中央にステップ状に広くなっている）
１５ 移動できる機構を有する電機子コイル
１６ 移動できる機構を有する超電導バルク体
１７ 超電導バルク体
１８ 空洞
１９ 積層構造の超電導バルク体
２０ 超電導バルク体を構成する要素部材
２１ １６極の界磁を形成する超電導バルク体
２２ ８０極の界磁を形成する超電導バルク体
２３ ８０極の界磁を形成する磁場発生用コイル
２４ ８０極の界磁
２５ 磁束（Ｓ向き）
２６ 磁束（Ｎ向き）
２７ 電流 1a to 1g Magnetic field generating coil 2 Magnetic flux 3 Armature coil 3a Upper armature coil when armature coil is divided 3b Lower armature coil when armature coil is divided 3c Armature coil dividing portion 4 Superconductivity Bulk body 4s Shield for shielding magnetic flux opposite to magnetic flux 2 generated from magnetic field generating coils 1b and 1c 5 Shielding portion (superconducting bulk body 4)
6 Non-shielding part 7 Unshielded part gap 8a, 8b Superconducting bulk material (shielding part)
9 Superconducting bulk material with a prismatic plate (shielding part)
10 Superconducting bulk body made of tile-shaped single-crystal oxide superconductor 11 Superconducting bulk body (gap (non-shielding portion) continuously widens from central coil)
12 Superconducting bulk body (gap (non-shielding part) widens in steps from the central coil)
13 Superconducting bulk body (gap (non-shielding part) is continuously widened from both end coils to the center)
14 Superconducting bulk body (gap (non-shielding part) widens stepwise from both ends coil to the center)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 15 Armature coil which has a mechanism which can move 16 Superconducting bulk body which has a mechanism which can move 17 Superconducting bulk body 18 Cavity 19 Superconducting bulk body of laminated structure 20 Element member which comprises a superconducting bulk body 21 Bulk body 22 Superconducting bulk body forming 80 pole field 23 Magnetic field generating coil forming 80 pole field 24 80 pole field 25 Magnetic flux (S direction)
26 Magnetic flux (N direction)
27 Current

Claims (10)

磁場発生用コイルと前記磁場発生用コイルから発生する磁束を遮蔽する超電導バルク体からなるロータとを有する界磁と、
電機子コイルを有するステータと、を備え、
前記電機子コイルが、前記超電導バルク体の外周側に配置され、
前記超電導バルク体が、前記電機子コイルに対して前記磁束の遮蔽部と非遮蔽部とを交互に形成するように複数配設されていることを特徴とする超電導回転機。 A field having a magnetic field generating coil and a rotor made of a superconducting bulk body that shields magnetic flux generated from the magnetic field generating coil;
A stator having an armature coil,
The armature coil is disposed on the outer peripheral side of the superconducting bulk body,
A superconducting rotating machine, wherein a plurality of the superconducting bulk bodies are arranged so as to alternately form shielding portions and non-shielding portions of the magnetic flux with respect to the armature coil. 前記超電導バルク体は、回転方向に離散的に複数配置されており、前記非遮蔽部は、前記回転方向に離散的に配置された隣り合う超電導バルク体によって形成される隙間であり、前記隙間が、前記磁場発生用コイルから遠方に比べて近傍が狭くなっていることを特徴とする請求項１に記載の超電導回転機。   A plurality of the superconducting bulk bodies are discretely arranged in the rotation direction, and the non-shielding portions are gaps formed by adjacent superconducting bulk bodies discretely arranged in the rotation direction, and the gaps are The superconducting rotating machine according to claim 1, wherein the vicinity of the coil for generating a magnetic field is narrower than the distance from the coil for generating a magnetic field. 前記超電導バルク体を動径方向に移動させる機構をさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の超電導回転機。   The superconducting rotating machine according to claim 1, further comprising a mechanism for moving the superconducting bulk body in a radial direction. 前記超電導バルク体の内部が空洞であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 3, wherein the inside of the superconducting bulk body is hollow. 前記超電導バルク体が複数個の要素部材からなり、個々の要素部材が動径方向に積層された積層構造を有し、かつ、隣り合う層ごとに要素部材間の境界面の位置がずれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The superconducting bulk body includes a plurality of element members, each element member has a laminated structure in which the element members are laminated in the radial direction, and the position of the boundary surface between the element members is shifted for each adjacent layer. The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 4, wherein 前記超電導バルク体が、REBa2Cu3Ox相（REは希土類元素から選ばれる１種又は２種以上）のバルク体中にRE2BaCuO5相が４モル％〜４０モル％微細分散した酸化物超電導体であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の超電導回転機。 The superconducting bulk is an oxide in which the RE 2 BaCuO 5 phase is finely dispersed by 4 mol% to 40 mol% in the bulk of the REBa 2 Cu 3 O x phase (RE is one or more selected from rare earth elements). The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 5, wherein the superconducting rotating machine is a physical superconductor. 前記超電導バルク体の結晶相のｃ軸が、動径方向に向いていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 6, wherein a c-axis of a crystal phase of the superconducting bulk body is oriented in a radial direction. 前記磁場発生用コイルは、互いに対向して配設された２つの磁場発生用コイルからなり、前記２つの磁場発生用コイルの間に、前記超電導バルク体が配置され、前記２つの磁場発生用コイルの磁場の向きが互いに逆向きであることをと特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The magnetic field generating coil is composed of two magnetic field generating coils arranged opposite to each other, the superconducting bulk body is disposed between the two magnetic field generating coils, and the two magnetic field generating coils The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 7, wherein the directions of the magnetic fields are opposite to each other. 前記磁場発生用コイルが、超電導コイルであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the magnetic field generating coil is a superconducting coil. 前記磁場発生用コイルに磁心を有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の超電導回転機。   The superconducting rotating machine according to any one of claims 1 to 9, wherein the magnetic field generating coil has a magnetic core.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018061435A (en) * 2013-09-26 2018-04-12 ドミニオン オルタナティブ エナジー、エルエルシー Superconduction motor and dynamo-electric generator
WO2021140578A1 (en) * 2020-01-07 2021-07-15 須山弘次 Power generator using magnetic force shielding using superconductor, motor, and propulsion machine
FR3119043A1 (en) * 2021-01-21 2022-07-22 Safran PROTECTION OF THE COILS OF AN ELECTRIC MACHINE

Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02164258A (en) * 1988-12-16 1990-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Brushless motor
JPH0717774A (en) * 1993-06-22 1995-01-20 Railway Technical Res Inst Bonding structure of oxide superconductor, bonding method and magnetic shielding material
JPH0787724A (en) * 1993-09-15 1995-03-31 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk Superconducting motor
JPH07312885A (en) * 1994-05-16 1995-11-28 Mitsubishi Materials Corp Superconducting actuator
JPH08317631A (en) * 1995-05-15 1996-11-29 Toyota Motor Corp Superconducting motor
JPH11126927A (en) * 1997-10-24 1999-05-11 Dowa Mining Co Ltd Oxide superconducting magnetic shield material and its manufacture
JPH11278952A (en) * 1998-03-27 1999-10-12 Dowa Mining Co Ltd Oxide superconducter bonded body, its production and superconducting magnetic shielding material
JP2002369494A (en) * 2001-06-05 2002-12-20 Japan Science & Technology Corp Superconducting motor
JP2004236446A (en) * 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency Generator using high-temperature superconducting bulk material
JP2004235625A (en) * 2003-01-09 2004-08-19 Fukui Univ Magnetizing device for bulk superconductor, and magnetizing method and superconducting synchronous machine
JP2005224000A (en) * 2004-02-04 2005-08-18 Univ Of Fukui Superconducting synchronous machine
JP2007060744A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Motor for both power generation/driving and vehicle equipped with that motor
JP2007060747A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Superconducting motor and vehicle equipped with that motor
WO2007029823A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology Superconducting synchronous machine

Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02164258A (en) * 1988-12-16 1990-06-25 Matsushita Electric Ind Co Ltd Brushless motor
JPH0717774A (en) * 1993-06-22 1995-01-20 Railway Technical Res Inst Bonding structure of oxide superconductor, bonding method and magnetic shielding material
JPH0787724A (en) * 1993-09-15 1995-03-31 Imura Zairyo Kaihatsu Kenkyusho:Kk Superconducting motor
JPH07312885A (en) * 1994-05-16 1995-11-28 Mitsubishi Materials Corp Superconducting actuator
JPH08317631A (en) * 1995-05-15 1996-11-29 Toyota Motor Corp Superconducting motor
JPH11126927A (en) * 1997-10-24 1999-05-11 Dowa Mining Co Ltd Oxide superconducting magnetic shield material and its manufacture
JPH11278952A (en) * 1998-03-27 1999-10-12 Dowa Mining Co Ltd Oxide superconducter bonded body, its production and superconducting magnetic shielding material
JP2002369494A (en) * 2001-06-05 2002-12-20 Japan Science & Technology Corp Superconducting motor
JP2004235625A (en) * 2003-01-09 2004-08-19 Fukui Univ Magnetizing device for bulk superconductor, and magnetizing method and superconducting synchronous machine
JP2004236446A (en) * 2003-01-30 2004-08-19 Japan Science & Technology Agency Generator using high-temperature superconducting bulk material
JP2005224000A (en) * 2004-02-04 2005-08-18 Univ Of Fukui Superconducting synchronous machine
JP2007060744A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Motor for both power generation/driving and vehicle equipped with that motor
JP2007060747A (en) * 2005-08-22 2007-03-08 Sumitomo Electric Ind Ltd Superconducting motor and vehicle equipped with that motor
WO2007029823A1 (en) * 2005-09-09 2007-03-15 National University Corporation Tokyo University Of Marine Science And Technology Superconducting synchronous machine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6012067366; 鈴木達矢，　寺尾悠，　関野正樹，　大崎博之: '高温超電導コイルとバルク超電導磁気シールド材を併用した界磁を有する同期モータの研究' 第２１回電磁力関連のダイナミクスシンポジウム講演論文集 , 20090521, Ｐ．４６７-４７２, 電気学会 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018061435A (en) * 2013-09-26 2018-04-12 ドミニオン オルタナティブ エナジー、エルエルシー Superconduction motor and dynamo-electric generator
WO2021140578A1 (en) * 2020-01-07 2021-07-15 須山弘次 Power generator using magnetic force shielding using superconductor, motor, and propulsion machine
FR3119043A1 (en) * 2021-01-21 2022-07-22 Safran PROTECTION OF THE COILS OF AN ELECTRIC MACHINE
WO2022157441A1 (en) * 2021-01-21 2022-07-28 Safran Protection for the coils of an electric machine

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