JP2012143043A - Superconducting motor - Google Patents

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Ryoji Mizutani
良治 水谷
Yoshimasa Ohashi
義正 大橋
Nobuaki Okumura
暢朗 奥村
Kenji Ishida
賢司 石田
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Aisin Seiki Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a superconducting motor that efficiently cools superconducting coils to a desired cryogenic temperature while reducing variations in temperature of the superconducting coils.SOLUTION: The superconducting motor includes a rotatably arranged rotor, and a stator radially opposed to the rotor and having the coils. The superconducting motor includes a refrigerator 14 having capillaries 66 for conducting a low temperature refrigerant therein, and the capillaries 66 include a coil wrapping portion 100 wrapping the coil 36. The coil wrapping portion 100 has a side straight portion 102 disposed along and in thermal contact with a side plate portion 96 of a peripheral portion of the coil 36 directed to one side of the circumference of the stator, an opposite side straight portion 104 disposed along and in thermal contact with an opposite side plate portion 97 of the peripheral portion of the coil 36 directed to the other side of the circumference of the stator, a coupling portion 106 coupling both straight portions 102, 104.

Description

本発明は、超電導モータに関し、特に、内側に低温の冷媒を流す少なくとも1の細管を有する冷凍機を備える超電導モータに関する。   The present invention relates to a superconducting motor, and more particularly, to a superconducting motor including a refrigerator having at least one thin tube through which a low-temperature refrigerant flows.

従来から、冷凍機を備える超電導モータが考えられている。例えば、特開2010−178517号公報(特許文献1)には、超電導モータと、極低温発生部と、容器とを備える超電導モータ装置が記載されている。超電導モータは、回転可能な回転軸と、回転軸の外周部に配置された複数の永久磁石とを有する回転子と、固定子とを含む。固定子は、固定子鉄心のティース部に巻回された3相の超電導コイルを有する。極低温発生部は、極低温をコールドヘッドにおいて発生させる冷凍機を有する。このコールドヘッドと超電導モータの固定子の固定子鉄心とを伝熱可能につなぐ高い伝熱性を有する熱伝導部が設けられている。熱伝導部の冷却筒部は、極低温状態に冷却され、固定子鉄心の外周部と熱的に接触して、固定子鉄心を冷却する。容器は、超電導コイルを断熱させる真空断熱室を形成する。このため、超電導コイル側に熱侵入が発生したとしても、あるいは冷凍機の冷凍出力が追いつかないときでも、固定子鉄心が超電導コイルを低温状態に維持させるとされている。また、特許文献1の図3には、固定子鉄心のティース部と超電導コイルとの間に高い熱伝導率を有する熱伝導材を設けることが記載され、同じく図4には、固定子鉄心の外周部を包囲する熱伝導部に連接部を介して熱伝導材を連設することが記載されている。この構成により、極低温発生部によって冷却されたティース部を介して超電導コイルを冷却できる可能性はある。   Conventionally, a superconducting motor including a refrigerator has been considered. For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2010-178517 (Patent Document 1) describes a superconducting motor device including a superconducting motor, a cryogenic temperature generator, and a container. The superconducting motor includes a rotor having a rotatable rotating shaft and a plurality of permanent magnets arranged on the outer periphery of the rotating shaft, and a stator. The stator has a three-phase superconducting coil wound around the teeth of the stator core. The cryogenic temperature generator includes a refrigerator that generates cryogenic temperatures in the cold head. A heat conduction part having high heat conductivity is provided for connecting the cold head and the stator iron core of the superconducting motor stator so that heat can be transferred. The cooling cylinder portion of the heat conducting portion is cooled to a cryogenic state, and is in thermal contact with the outer peripheral portion of the stator core to cool the stator core. The container forms a vacuum heat insulating chamber that insulates the superconducting coil. For this reason, even if heat intrusion occurs on the superconducting coil side or the refrigeration output of the refrigerator cannot catch up, the stator core is supposed to maintain the superconducting coil in a low temperature state. Further, FIG. 3 of Patent Document 1 describes that a heat conductive material having high thermal conductivity is provided between the teeth portion of the stator core and the superconducting coil. Similarly, FIG. It is described that a heat conductive material is connected to a heat conductive portion surrounding an outer peripheral portion via a connecting portion. With this configuration, there is a possibility that the superconducting coil can be cooled via the tooth portion cooled by the cryogenic temperature generating portion.

また、国際公開第03/001127A1号パンフレット(特許文献2)には、圧縮機、高圧切換弁及び低圧切換弁を有する圧力制御手段と、室温端部と低温端部とを有する膨張圧縮部と、室温端部と低温端部とを有する蓄冷部とを備えて、被冷却対象に熱伝達する蓄冷型冷凍機が記載されている。蓄冷型冷凍機は、膨張圧縮部の低温端部と蓄冷部の低温端部とを連結し、被冷却対象まで延長した作動ガスの流路を設けている。また、パルス管冷凍機は、センサ類や半導体装置用の冷却手段として重要な役割を果たすとされている。   In addition, International Publication No. 03 / 001127A1 pamphlet (Patent Document 2) includes a pressure control means having a compressor, a high-pressure switching valve and a low-pressure switching valve, an expansion / compression section having a room temperature end and a low temperature end, A cold storage type refrigerator that includes a cold storage unit having a room temperature end and a low temperature end and transfers heat to the object to be cooled is described. The cold storage type refrigerator is connected to the low temperature end of the expansion / compression section and the low temperature end of the cold storage section, and is provided with a working gas passage extending to the object to be cooled. The pulse tube refrigerator is said to play an important role as a cooling means for sensors and semiconductor devices.

特開2010−178517号公報JP 2010-178517 A 国際公開第03/001127A1号パンフレットInternational Publication No. 03 / 001127A1 Pamphlet

上記の特許文献1に記載された超電導モータのように、従来は、超電導コイルを冷却する場合に、種々の方法で寒冷の伝達を行っているが、固体の熱伝導材を使用して超電導コイルを冷却する場合、熱伝導材の熱伝導率は有限であり、有限の長さを持つ熱伝導材に熱量を流した場合、流す熱量に比例した温度差が生じるため、冷却効率を向上させるのが難しい。このため、超電導コイルの冷却効率を向上させ、早期冷却を図り、安定した超電導状態を早期に発生させる面から改良の余地がある。   Conventionally, like the superconducting motor described in Patent Document 1, when cooling a superconducting coil, cold transmission is performed by various methods. However, a superconducting coil using a solid heat conducting material is used. The heat conductivity of the heat conducting material is finite, and when a heat amount is passed through a heat conducting material with a finite length, a temperature difference proportional to the amount of heat that flows will occur, so cooling efficiency will be improved. Is difficult. For this reason, there is room for improvement in terms of improving the cooling efficiency of the superconducting coil, achieving early cooling, and generating a stable superconducting state at an early stage.

また、超電導モータの冷却性を向上するために超電導コイルに直接熱伝導材を接触させ、熱伝導材により超電導コイルを冷却することも考えられる。ただし、超電導コイルは、ステータの軸方向に関する長さが大きくなりやすく、超電導コイルの軸方向の狭い範囲でのみ超電導コイルを冷却する場合には、超電導コイルの温度の偏りを小さくしつつ超電導コイルを冷却することが難しい。これに対して、超電導コイルの超電導状態の破綻を避けるために、超電導コイルを例えば77K等、通常の超電導状態を実現するための温度よりもさらに温度低下させる過冷却の手段を採用することも考えられる。ただし、この場合には、その分、冷凍機の消費電力が過大になる。このため、超電導コイルを均一に冷却する等、超電導コイルの温度の偏りを小さくしつ、超電導コイルを効率よく冷却する面から改良の余地がある。   Further, in order to improve the cooling performance of the superconducting motor, it is conceivable that the superconducting coil is directly brought into contact with the superconducting coil and the superconducting coil is cooled by the heat conducting material. However, the length of the superconducting coil in the axial direction of the stator tends to be large, and when the superconducting coil is cooled only in a narrow range in the axial direction of the superconducting coil, the superconducting coil is reduced while reducing the temperature deviation of the superconducting coil. Difficult to cool. On the other hand, in order to avoid the failure of the superconducting state of the superconducting coil, it is considered to adopt a supercooling means for lowering the temperature of the superconducting coil, for example, 77K, further lower than the temperature for realizing the normal superconducting state. It is done. However, in this case, the power consumption of the refrigerator becomes excessive accordingly. Therefore, there is room for improvement in terms of efficiently cooling the superconducting coil while reducing the temperature deviation of the superconducting coil, such as cooling the superconducting coil uniformly.

特許文献2には、単に蓄冷型冷凍機が記載されているだけであり、冷凍機を超電導モータの超電導コイルの冷却に使用することは開示されていない。   Patent Document 2 merely describes a regenerative refrigerator, and does not disclose the use of the refrigerator for cooling a superconducting coil of a superconducting motor.

本発明の目的は、超電導モータにおいて、超電導コイルの温度の偏りを小さくしつつ、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することにある。   An object of the present invention is to efficiently cool a superconducting coil to a desired cryogenic temperature while reducing the temperature deviation of the superconducting coil in a superconducting motor.

本発明に係る超電導モータは、回転可能に配置されたロータと、ロータの径方向に対向配置されたステータとを備え、ステータは、ステータコアと、超電導線材により構成される複数の超電導コイルとを含み、ステータコアは、環状のバックヨークと、バックヨークの径方向一端部に径方向に突出する複数のティースと、周方向に隣り合うティース間に設けられたスロットとを有し、複数の超電導コイルは、ティースに巻装されている超電導モータであって、内側に低温の冷媒を流す少なくとも1の細管を有する冷凍機をさらに備え、細管は、超電導コイルの周囲に配置されるコイル周囲配置部を含み、コイル周囲配置部は、細管に設けられ、ステータの軸方向片側から他側に向かうように、超電導コイルの外周部のうち、ステータの周方向片側に向く片側外周部に沿って配置され、片側外周部に熱接触する片側配置部と、ステータの軸方向片側から他側に向かうように、超電導コイルの外周部のうち、ステータの周方向他側に向く他側外周部に沿って配置され、他側外周部に熱接触する他側配置部と、片側配置部及び他側配置部同士をステータの軸方向の同じ側で連結する連結部とを有することを特徴とする超電導モータである。なお、本明細書及び特許請求の範囲全体で「熱接触」とは、互いに伝熱する部材を直接に接触させる他、熱伝導性のある部材を介して接触させる場合も含む。   A superconducting motor according to the present invention includes a rotor that is rotatably disposed and a stator that is disposed so as to face the rotor in a radial direction, and the stator includes a stator core and a plurality of superconducting coils that are composed of superconducting wires. The stator core has an annular back yoke, a plurality of teeth protruding radially at one end of the back yoke in the radial direction, and a slot provided between adjacent teeth in the circumferential direction, and the plurality of superconducting coils are And a superconducting motor wound around the teeth, further comprising a refrigerator having at least one thin tube through which a low-temperature refrigerant flows, and the thin tube includes a coil surrounding arrangement portion arranged around the superconducting coil. The coil peripheral arrangement portion is provided in the thin tube, and the circumferential direction of the stator out of the outer peripheral portion of the superconducting coil is directed from one axial side to the other side of the stator Of the superconducting coil in the outer circumferential portion of the superconducting coil, and the other side of the outer circumferential portion of the superconducting coil so as to be in thermal contact with the outer circumferential portion of the stator. The other side arrangement part which is arranged along the other side outer circumference part facing the side and is in thermal contact with the other side outer circumference part, and the connection part which couples the one side arrangement part and the other side arrangement parts to each other on the same side in the axial direction of the stator It is a superconducting motor characterized by having. In addition, the term “thermal contact” in the entire specification and claims includes not only direct contact between members that transfer heat to each other but also contact through members having thermal conductivity.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、片側配置部は、超電導コイルの外周部のうち、ステータの周方向片側に向く片側外周部に沿って軸方向に配置されており、他側配置部は、超電導コイルの外周部のうち、ステータの周方向他側に向く他側外周部に沿って軸方向に配置されている。   Moreover, in the superconducting motor according to the present invention, preferably, the one-side arrangement portion is arranged in the axial direction along the one-side outer circumferential portion facing the circumferential direction one side of the stator among the outer circumference portions of the superconducting coil, and is arranged on the other side. The portion is disposed in the axial direction along the outer peripheral portion of the superconducting coil along the other outer peripheral portion facing the other side in the circumferential direction of the stator.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル周囲配置部は、U字形に形成され、超電導コイルの外周部に嵌合されている。   In the superconducting motor according to the present invention, preferably, the coil peripheral arrangement portion is formed in a U shape and is fitted to the outer peripheral portion of the superconducting coil.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル周囲配置部は、超電導コイルの外周部に、ステータの軸方向他側から片側に向かうように嵌合されている。   In the superconducting motor according to the present invention, preferably, the coil peripheral arrangement portion is fitted to the outer peripheral portion of the superconducting coil so as to go from the other side in the axial direction of the stator to one side.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、連結部に設けられ、自由状態で最も曲率半径が小さくなる円弧部は、自由状態で、超電導コイルの外周部において、ステータの軸方向他端部に位置し、円弧部に対向する部分の曲率半径Rsよりも小さい内側の曲率半径Rcを有する。   In the superconducting motor according to the present invention, preferably, the arc portion provided in the connecting portion and having the smallest radius of curvature in the free state is in the free state and the other axial end portion of the stator in the outer peripheral portion of the superconducting coil. And has an inner radius of curvature Rc smaller than the radius of curvature Rs of the portion facing the arc portion.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル周囲配置部の自由状態で片側配置部及び他側配置部同士の内側の幅寸法Bcは、超電導コイルの片側外周部と他側外周部との幅寸法Bsよりも小さくしている。   Moreover, in the superconducting motor according to the present invention, preferably, the inner width dimension Bc between the one-side arranged portions and the other-side arranged portions in the free state of the coil surrounding arranged portions is the one-side outer peripheral portion and the other outer peripheral portion of the superconducting coil. It is made smaller than the width dimension Bs.

また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル周囲配置部は、超電導コイルの外周部に高熱伝導性接着剤により接合されている。また、好ましくは、高熱伝導性接着剤として、シリカ、アルミナ等の熱伝導性のよい材料等のフィラーを含有した接着剤とする。より好ましくは、低温脆性のない接着剤を使用する。   Moreover, in the superconducting motor according to the present invention, preferably, the coil peripheral arrangement portion is joined to the outer peripheral portion of the superconducting coil by a high thermal conductive adhesive. Preferably, the high thermal conductive adhesive is an adhesive containing a filler such as a material having good thermal conductivity such as silica and alumina. More preferably, an adhesive having no low temperature brittleness is used.

本発明に係る超電導モータによれば、冷凍機に設けられ、内側に低温の冷媒を流す少なくとも1の細管が、超電導コイルの周囲に配置されるコイル周囲配置部を含むので、コイル周囲配置部を超電導コイルに直接接触させることができ、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することができる。また、コイル周囲配置部は、超電導コイルの外周部のうち、ステータの軸方向の広い範囲にわたって接触して冷却することができる。このため、冷凍機の消費電力を過大にすることなく、超電導コイルを均一に冷却する等、超電導コイルの温度の偏りを小さくしつ、超電導コイルを効率よく冷却することができる。   According to the superconducting motor according to the present invention, the at least one thin tube that is provided in the refrigerator and allows the low-temperature refrigerant to flow inside includes the coil surrounding arrangement portion arranged around the superconducting coil. The superconducting coil can be directly contacted, and the superconducting coil can be efficiently cooled to a desired cryogenic temperature. Further, the coil peripheral arrangement portion can be cooled by contacting over a wide range in the axial direction of the stator in the outer peripheral portion of the superconducting coil. For this reason, it is possible to efficiently cool the superconducting coil while reducing the temperature deviation of the superconducting coil, such as cooling the superconducting coil uniformly without excessively consuming the power consumption of the refrigerator.

本発明の第1の実施の形態の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the axial direction which shows the superconducting motor of the 1st Embodiment of this invention. 図1のA−A断面の拡大図である。It is an enlarged view of the AA cross section of FIG. 第1の実施の形態で使用する冷凍機の基本構成を、細管をすべて直線状にした状態で示す図である。It is a figure which shows the basic composition of the refrigerator used in 1st Embodiment in the state which made all the thin tubes linear. 図3のB−B断面図である。It is BB sectional drawing of FIG. 図2のC部の拡大断面に対応する図である。It is a figure corresponding to the expanded cross section of the C section of FIG. 図1から細管の一部と、この細管に嵌合された1の超電導コイルとを取り出して示す斜視図である。It is a perspective view which takes out and shows a part of thin tube from FIG. 1, and the 1 superconducting coil fitted by this thin tube. 図6の超電導コイルに細管を嵌合させる直前の状態を示す図である。It is a figure which shows the state just before fitting a thin tube with the superconducting coil of FIG. 本発明から外れた比較例の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。It is sectional drawing along the axial direction which shows the superconducting motor of the comparative example remove | deviated from this invention. 図8のD−D断面図である。It is DD sectional drawing of FIG. 本発明の第2の実施の形態の超電導モータにおいて、細管の一部と、この細管に嵌合された1の超電導コイルとを取り出して示す図である。In the superconducting motor of the 2nd Embodiment of this invention, it is a figure which takes out and shows a part of thin tube and one superconducting coil fitted by this thin tube. 図10の超電導コイルに細管を嵌合させる直前の状態を示す図である。It is a figure which shows the state just before fitting a thin tube with the superconducting coil of FIG. 本発明の第3の実施の形態の超電導モータにおいて、細管の一部と、この細管に嵌合された1の超電導コイルとを取り出して示す図である。It is a figure which takes out and shows a part of thin tube and one superconducting coil fitted by this thin tube in the superconducting motor of the 3rd Embodiment of this invention. 図12の超電導コイルに細管を嵌合させる直前の状態を示す図である。It is a figure which shows the state just before fitting a thin tube with the superconducting coil of FIG. 本発明の第4の実施の形態の超電導モータを示す、図5に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 5 which shows the superconducting motor of the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施の形態の超電導モータを示す、図5に対応する図である。It is a figure corresponding to FIG. 5 which shows the superconducting motor of the 5th Embodiment of this invention.

[第1の実施の形態]
以下に、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
[First Embodiment]
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In this description, specific shapes, materials, numerical values, directions, and the like are examples for facilitating the understanding of the present invention, and can be appropriately changed according to the application, purpose, specification, and the like.

図1から図7は、本発明の第1の実施形態の超電導モータを示している。図1、図2に示すように、超電導モータ10は、モータ本体12と、モータ本体12を冷却するための冷凍機14とを備える。モータ本体12は、モータケース16と、モータケース16に回転可能に支持された回転軸18と、モータケース16の内側で回転軸18の外側に固定されることにより、回転可能に配置されたロータ20とを含む。また、モータ本体12は、モータケース16の内周面に固定されることにより、ロータ20の径方向外側に対向配置された略円筒状のステータ22とを含む。また、冷凍機14は、モータケース16に固定されている。なお、以下の説明では、特に断らない限り、回転軸18の中心軸Xに関し、これに沿う方向を軸方向といい、回転中心軸Xに対し直交する放射方向を径方向といい、回転中心軸Xを中心として描かれる円形に沿う方向を周方向という。   1 to 7 show a superconducting motor according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIGS. 1 and 2, the superconducting motor 10 includes a motor body 12 and a refrigerator 14 for cooling the motor body 12. The motor body 12 includes a motor case 16, a rotating shaft 18 rotatably supported by the motor case 16, and a rotor disposed rotatably by being fixed to the outside of the rotating shaft 18 inside the motor case 16. 20 and so on. The motor main body 12 includes a substantially cylindrical stator 22 that is fixed to the inner peripheral surface of the motor case 16 so as to be opposed to the radially outer side of the rotor 20. The refrigerator 14 is fixed to the motor case 16. In the following description, unless otherwise specified, the direction along the central axis X of the rotation shaft 18 is referred to as the axial direction, the radial direction perpendicular to the rotation central axis X is referred to as the radial direction, and the rotation central axis. A direction along a circle drawn around X is called a circumferential direction.

ロータ20は、例えば電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成される円筒状のロータコア24と、ロータコア24の外周面の等間隔複数個所に設けられた永久磁石26とを含む。すなわち、ロータコア24の外周面には、複数(図2に示す例では6個)の永久磁石26が露出した状態で周方向の等間隔に固定されている。永久磁石26は、径方向に着磁されており、その着磁方向を周方向に交互に異ならせている。このため、ロータ20の外周面には、N極とS極とが交互に配置されている。ただし、ロータ20に設けられる永久磁石26は、外周面に露出していなくてもよく、外周面近傍の内部に埋設されてもよい。このようなロータ20は、丸棒鋼材等からなる回転軸18の外周面に固定されている。   The rotor 20 includes, for example, a cylindrical rotor core 24 formed by laminating electromagnetic steel plates and integrally formed by caulking, welding, or the like, and permanent magnets 26 provided at a plurality of equally spaced positions on the outer peripheral surface of the rotor core 24. That is, a plurality of (six in the example shown in FIG. 2) permanent magnets 26 are fixed to the outer peripheral surface of the rotor core 24 at equal intervals in the circumferential direction. The permanent magnet 26 is magnetized in the radial direction, and the magnetization direction is alternately varied in the circumferential direction. For this reason, the N pole and the S pole are alternately arranged on the outer peripheral surface of the rotor 20. However, the permanent magnet 26 provided in the rotor 20 may not be exposed on the outer peripheral surface, and may be embedded in the vicinity of the outer peripheral surface. Such a rotor 20 is fixed to the outer peripheral surface of the rotary shaft 18 made of a round steel bar or the like.

回転軸18は、その両端部において、モータケース16の両端部を構成する円盤状のエンドプレート28,30に固定された軸受32により回転可能に支持されている。これにより、ステータ22の内部に回転磁界が生成されると、その影響を受けてロータ20が回転する。   The rotating shaft 18 is rotatably supported at both ends thereof by bearings 32 fixed to disk-shaped end plates 28 and 30 constituting both ends of the motor case 16. Thus, when a rotating magnetic field is generated inside the stator 22, the rotor 20 rotates under the influence.

ステータ22は、略円筒状をなす固定子鉄心であるステータコア34と、超電導コイルであるコイル36とを含む。すなわち、ステータコア34は、環状のバックヨーク38と、バックヨーク38の径方向一端部である、内周端部の周方向等間隔複数個所(図2に示す例では9個所)に径方向に突出するように設けられたティース40とを有する。また、ステータコア34は、バックヨーク38の内周部の周方向に隣り合うティース40間に設けられた、周方向複数個所(図示の例では9個所)等間隔位置のスロット42(図2)を有する。ステータコア34は、例えば複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してカシメ、接着、溶接等によって一体に組み付けて構成できる。ただし、ステータコアは、それぞれ1つのティースを有する複数の分割コアを円環状に連ねて配置してその外側から筒状の締結部材により締め付けることによって造られてもよい。上記の分割コアは、圧粉磁心により造られてもよい。   The stator 22 includes a stator core 34 that is a substantially cylindrical stator core, and a coil 36 that is a superconducting coil. That is, the stator core 34 protrudes in the radial direction at an annular back yoke 38 and a plurality of circumferentially equally spaced locations (9 locations in the example shown in FIG. 2) at the inner circumferential end, which is one radial end of the back yoke 38. And a tooth 40 provided to do so. In addition, the stator core 34 has slots 42 (FIG. 2) at equal intervals provided at a plurality of circumferential positions (9 positions in the illustrated example) provided between adjacent teeth 40 in the circumferential direction of the inner peripheral portion of the back yoke 38. Have. The stator core 34 can be configured by, for example, laminating a plurality of substantially annular electromagnetic steel plates in the axial direction and assembling them integrally by caulking, bonding, welding, or the like. However, the stator core may be manufactured by arranging a plurality of divided cores each having one tooth in a ring shape and fastening them with a cylindrical fastening member from the outside. The split core may be made of a dust core.

ステータコア34の複数のティース40には、超電導線材により構成される複数のコイル36が集中巻きで巻装されている。また、超電導線材は、後述する図6に示すように、断面矩形状の平角線をフラットワイズ状に巻くことでコイル36を構成している。例えば、コイル36は、平角線を略長円形の渦巻状に巻いたパンケーキ巻きに巻くことで構成される。ただし、コイル36の巻き方式はこのような構成に限定するものではなく、例えば、平角線をソレノイド巻きで巻くことで構成することもできる。また、超電導線材は、平角線に限定するものではなく、例えば断面形状が円形状でもよい。また、超電導線材には、例えば、イットリウム系超電導材料やビスマス系超電導材料を好適に使用できる。ただし、超電導線材を構成する超電導材料は、これらに限定されるものではなく、他の公知の超電導材料、あるいは、将来開発される、より高温で超電導特性を発現する超電導材料であってもよい。   A plurality of coils 36 made of a superconducting wire are wound around the plurality of teeth 40 of the stator core 34 by concentrated winding. Further, as shown in FIG. 6 described later, the superconducting wire constitutes a coil 36 by winding a rectangular wire having a rectangular cross section in a flatwise shape. For example, the coil 36 is configured by winding a flat wire around a pancake wound in a substantially oval spiral shape. However, the winding method of the coil 36 is not limited to such a configuration, and for example, it may be configured by winding a rectangular wire with a solenoid winding. Further, the superconducting wire is not limited to a rectangular wire, and for example, the cross-sectional shape may be circular. For the superconducting wire, for example, an yttrium superconducting material or a bismuth superconducting material can be suitably used. However, the superconducting material constituting the superconducting wire is not limited to these, and may be another known superconducting material or a superconducting material developed in the future and exhibiting superconducting characteristics at a higher temperature.

コイル36を構成する超電導線材は、絶縁被覆されていてもよい。これにより、コイル36として密着して巻回されたときに各ターン間での電気絶縁が確保される。ただし、超電導線材が絶縁被覆されていない場合、コイル36を形成するときに絶縁紙や絶縁フィルム等を挟みながらコイル状に巻くことで各ターン間の電気絶縁が確保されてもよい。   The superconducting wire constituting the coil 36 may be covered with insulation. Thereby, when it winds closely as the coil 36, the electrical insulation between each turn is ensured. However, when the superconducting wire is not covered with insulation, when the coil 36 is formed, electrical insulation between the turns may be ensured by winding the coil 36 while sandwiching insulating paper or an insulating film.

コイル36は、ステータコア34の複数個所に設けられるスロット42(図2)内に位置するスロット配置部44と、ステータコア34の軸方向両端面から軸方向外側へそれぞれ突出する両側のコイルエンド部46とを含む。各コイル36は、2つ置きごとのコイル36と直列接続されてU,V,Wの各相コイルを構成する。各相コイルの一端は、図示しない中性点において互いに接続され、各相コイルの他端は図示しない各相電流導入端子にそれぞれ接続されている。   The coil 36 includes slot arrangement portions 44 positioned in slots 42 (FIG. 2) provided at a plurality of locations of the stator core 34, and coil end portions 46 on both sides projecting axially outward from both axial end surfaces of the stator core 34. including. Each coil 36 is connected in series with every other coil 36 and constitutes a U, V, W phase coil. One end of each phase coil is connected to each other at a neutral point (not shown), and the other end of each phase coil is connected to each phase current introduction terminal (not shown).

また、図7に示すように、コイル36は、ステータ22の径方向に見た場合に略長円形の形状を有するように構成されている。すなわち、コイル36は、互いに略平行な板部96、97と、板部96、97の両端側に設けられ、コイルエンド部46を構成する断面略半円の部分円筒部98とを有する。   Further, as shown in FIG. 7, the coil 36 is configured to have a substantially oval shape when viewed in the radial direction of the stator 22. That is, the coil 36 includes plate portions 96 and 97 that are substantially parallel to each other, and a partial cylindrical portion 98 that is provided on both ends of the plate portions 96 and 97 and has a substantially semicircular cross section that constitutes the coil end portion 46.

また、図1に示すように、モータケース16は、ロータ20及びステータ22を収容するもので、円筒状の外周筒部48と、外周筒部48の軸方向両端部にその外周縁部が気密に結合された一対のエンドプレート28,30とを含む。外周筒部48及び各エンドプレート28,30は、例えばステンレス等の非磁性材料から構成される。なお、外周筒部48を片側のエンドプレート28(または30)と一体の部材により造ることもできる。   As shown in FIG. 1, the motor case 16 accommodates the rotor 20 and the stator 22, and the outer peripheral edge portion is airtight at the cylindrical outer peripheral cylindrical portion 48 and both axial end portions of the outer peripheral cylindrical portion 48. And a pair of end plates 28 and 30 coupled to each other. The outer peripheral cylinder part 48 and each end plate 28 and 30 are comprised from nonmagnetic materials, such as stainless steel, for example. In addition, the outer peripheral cylinder part 48 can also be made from a member integral with the end plate 28 (or 30) on one side.

外周筒部48内には、それぞれ円筒状をなす内筒部材50及び中間筒部材52がロータ20と同心に設けられている。内筒部材50及び中間筒部材52の軸方向両端部は、エンドプレート28,30の内面に気密状態を保持可能に連結されている。内筒部材50は、磁界の通過を妨げず且つ非導電性である非金属材料(例えばFRP等)により造られるのが好ましい。より好ましくは、内筒部材50は、低熱伝導率材料により造る。なお、内筒部材50は、基本的機能として、磁束を通す機能と、内筒部材50を含む空間密封部分での真空を保持できる機能とを有するものであればよく、非導電性材料を使用するものに限定されない。例えば、内筒部材50を構成する材料として、非磁性の低電気伝導率を有する材料(例えばステンレス)等も使用可能である。一方、中間筒部材52は、低熱伝導率材料(例えばFRP等)で造られるのが好ましく、低熱伝導率の非磁性材料で造られるのがより好ましい。   An inner cylinder member 50 and an intermediate cylinder member 52 each having a cylindrical shape are provided concentrically with the rotor 20 in the outer cylinder 48. Both end portions in the axial direction of the inner cylinder member 50 and the intermediate cylinder member 52 are connected to the inner surfaces of the end plates 28 and 30 so as to maintain an airtight state. The inner cylinder member 50 is preferably made of a non-metallic material (for example, FRP) that does not hinder the passage of the magnetic field and is non-conductive. More preferably, the inner cylinder member 50 is made of a low thermal conductivity material. In addition, the inner cylinder member 50 should just have a function which lets a magnetic flux pass as a basic function, and a function which can hold | maintain the vacuum in the space sealing part containing the inner cylinder member 50, and uses a nonelectroconductive material. It is not limited to what you do. For example, as the material constituting the inner cylinder member 50, a nonmagnetic material having low electrical conductivity (for example, stainless steel) can be used. On the other hand, the intermediate cylindrical member 52 is preferably made of a low thermal conductivity material (for example, FRP), and more preferably made of a nonmagnetic material having a low thermal conductivity.

内筒部材50は、ロータ20の最外接円の直径よりも若干大きい内径を有し、ロータ20の外周面との間に隙間が形成されている。また、内筒部材50と中間筒部材52との間には、筒状空間である第1真空室54が設けられている。第1真空室54内には、コイル36を含むステータ22が収容されている。ステータ22を構成するステータコア34の外周面は、中間筒部材52の内周面に固定されている。   The inner cylinder member 50 has an inner diameter slightly larger than the diameter of the outermost circle of the rotor 20, and a gap is formed between the inner cylinder member 50 and the outer peripheral surface of the rotor 20. A first vacuum chamber 54 that is a cylindrical space is provided between the inner cylinder member 50 and the intermediate cylinder member 52. In the first vacuum chamber 54, the stator 22 including the coil 36 is accommodated. The outer peripheral surface of the stator core 34 constituting the stator 22 is fixed to the inner peripheral surface of the intermediate cylinder member 52.

第1真空室54は、後で詳しく説明する冷凍機14を含めて超電導モータ10が組み立てられた後に、エンドプレート28,30もしくは外周筒部48等の第1真空室54及び第2真空室56の一方または両方と外側空間とに接する部材の少なくとも何れかに形成された図示しない空気抜き穴から真空引きされて、真空状態に維持される。このように、コイル36及びステータ22と接触しない内筒部材50及び熱伝導率が低い中間筒部材52で区画形成し、かつ、内部を真空とすることで、第1真空室54内に収容されたコイル36を含むステータ22への断熱性を高めることができる。   The first vacuum chamber 54 includes the first vacuum chamber 54 and the second vacuum chamber 56 such as the end plates 28 and 30 or the outer peripheral cylindrical portion 48 after the superconducting motor 10 is assembled including the refrigerator 14 described in detail later. A vacuum is drawn from an air vent hole (not shown) formed in at least one of the members in contact with one or both of the outer space and the outer space, and the vacuum state is maintained. In this way, the inner cylinder member 50 that does not contact the coil 36 and the stator 22 and the intermediate cylinder member 52 having a low thermal conductivity are partitioned and formed, and the interior is evacuated to be accommodated in the first vacuum chamber 54. Insulation to the stator 22 including the coil 36 can be improved.

さらに、中間筒部材52とモータケース16との間には、筒状空間からなる第2真空室56が形成されている。第2真空室56もまた、第1真空室54と同様に真空状態になっている。中間筒部材52には、第1真空室54と第2真空室56とを連通する穴を設けることが好ましい。これにより、第1真空室54内に収容されたコイル36を含むステータ22が第2真空室56によってもモータ外部と隔てられることで、コイル36を含むステータ22に対する断熱効果をより一層高めることができる。   Further, a second vacuum chamber 56 formed of a cylindrical space is formed between the intermediate cylinder member 52 and the motor case 16. Similarly to the first vacuum chamber 54, the second vacuum chamber 56 is also in a vacuum state. The intermediate cylinder member 52 is preferably provided with a hole that allows the first vacuum chamber 54 and the second vacuum chamber 56 to communicate with each other. Thereby, the stator 22 including the coil 36 accommodated in the first vacuum chamber 54 is separated from the outside of the motor also by the second vacuum chamber 56, thereby further enhancing the heat insulating effect on the stator 22 including the coil 36. it can.

また、超電導モータ10を構成するモータ本体12に、冷凍機14が固定されている。次に、図3、図4を用いて、冷凍機14の基本構成を説明する。図3は、本実施の形態で使用する冷凍機14の基本構成を、細管66をすべて直線状にした状態で示す図であり、図4は、図3のB−B断面図である。冷凍機14は、複数の冷媒ガス流通用の細管66を有する、フリーピストン式のスターリングクーラ型(FPSC型)としている。すなわち、冷凍機14は、一端側に設けられた冷凍機駆動源である圧力振動源58と、圧力振動源58に一端部が固定されるコールドヘッドと呼ばれる蓄冷器68と、他端側に設けられた位相制御器62と、位相制御器62に一端部が固定される第2ピストン収容部70と、蓄冷器68と第2ピストン収容部70との間に接続された複数の冷却部であり、伝熱性の良好な材料からなる複数の細管66とを含む。蓄冷器68は、内部に図示しない蓄冷材が設けられている。また、蓄冷器68及び第2ピストン収容部70は、外部を断熱材により覆われた断熱構造である。   A refrigerator 14 is fixed to the motor body 12 constituting the superconducting motor 10. Next, the basic configuration of the refrigerator 14 will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. 3 is a diagram showing the basic configuration of the refrigerator 14 used in the present embodiment in a state where all the thin tubes 66 are linear, and FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. The refrigerator 14 is a free piston type Stirling cooler type (FPSC type) having a plurality of thin tubes 66 for circulating refrigerant gas. That is, the refrigerator 14 is provided with a pressure vibration source 58 as a refrigerator driving source provided at one end side, a regenerator 68 called a cold head whose one end is fixed to the pressure vibration source 58, and a other end side. A plurality of cooling units connected between the regenerator 68 and the second piston accommodating unit 70, the second piston accommodating unit 70 having one end fixed to the phase controller 62, and the regenerator 68 and the second piston accommodating unit 70. And a plurality of capillaries 66 made of a material having good heat conductivity. The regenerator 68 is provided with a regenerator material (not shown) inside. The regenerator 68 and the second piston housing part 70 have a heat insulating structure in which the outside is covered with a heat insulating material.

冷凍機14は、圧力振動源58に設けられたシリンダ72内で直線的に往復移動する駆動ピストンである第1ピストン74を有し、このシリンダ72内の空間が蓄冷器68の内側を介して複数の細管66内に通じている。また、冷凍機14は、第2ピストン収容部70に設けたシリンダ76内でも直線的に往復移動する膨張ピストンまたは従動ピストンと呼ばれる第2ピストン78を有し、このシリンダ76内の空間が低温側熱交換部である複数の細管66内に通じている。複数の細管66を含む、第1ピストン74と第2ピストン78との間の内部空間に冷媒である冷媒ガス(例えば、Heガス)が封入されている。すなわち、各細管66は、内側に低温の冷媒ガスが流れるように構成されている。   The refrigerator 14 includes a first piston 74 that is a drive piston that linearly reciprocates in a cylinder 72 provided in the pressure vibration source 58, and the space in the cylinder 72 passes through the inside of the regenerator 68. The plurality of narrow tubes 66 communicate with each other. The refrigerator 14 also has a second piston 78 called an expansion piston or a driven piston that linearly reciprocates within a cylinder 76 provided in the second piston accommodating portion 70, and the space in the cylinder 76 is on the low temperature side. It leads to a plurality of thin tubes 66 that are heat exchange parts. A refrigerant gas (for example, He gas), which is a refrigerant, is sealed in an internal space between the first piston 74 and the second piston 78 including the plurality of thin tubes 66. That is, each narrow tube 66 is configured such that a low-temperature refrigerant gas flows inside.

また、圧力振動源58及び第2ピストン収容部70は、各ピストン74,78の移動方向が同一直線上となるように対向配置されている。第1ピストン74は、例えば圧力振動源58を構成する図示しないリニアモータ等の可動子と接続されており、リニアモータにより、第1ピストン74をシリンダ72内で往復駆動させる。第1ピストン74の往復駆動に伴って、圧力振動源58のシリンダ72内で冷媒ガスが圧力変動し、この圧力変動により、位相制御器62の内部に図示しないコイルスプリングもしくは板ばね等で構成されたバネによって懸架された第2ピストン78も従属的に往復移動する。この図示しないバネと第2ピストン78の重量と、第1ピストン74の往復移動による圧力変動によって、冷媒ガスの圧力変動と位置変動の位相差を調整することができる。また、位相制御器62の内部に、第2ピストン78の往復移動により生じる圧力変動を緩和する空間部を設けることにより、第2ピストン78を配置するシリンダ76内と連通して、冷媒ガスの圧力変動と位置変動の位相差を調整することができる。   Further, the pressure vibration source 58 and the second piston accommodating portion 70 are arranged to face each other so that the moving directions of the pistons 74 and 78 are on the same straight line. The first piston 74 is connected to a mover such as a linear motor (not shown) that constitutes the pressure vibration source 58, for example, and the first piston 74 is reciprocated within the cylinder 72 by the linear motor. As the first piston 74 is driven to reciprocate, the pressure of the refrigerant gas fluctuates in the cylinder 72 of the pressure vibration source 58. Due to this pressure fluctuation, the phase controller 62 is constituted by a coil spring or a leaf spring (not shown). The second piston 78 suspended by the spring also reciprocates in a dependent manner. The phase difference between the refrigerant gas pressure fluctuation and the position fluctuation can be adjusted by the weight of the spring (not shown) and the second piston 78 and the pressure fluctuation caused by the reciprocating movement of the first piston 74. In addition, by providing a space portion that relieves pressure fluctuation caused by the reciprocating movement of the second piston 78 in the phase controller 62, the pressure of the refrigerant gas communicates with the inside of the cylinder 76 in which the second piston 78 is disposed. The phase difference between fluctuation and position fluctuation can be adjusted.

第1ピストン74の往復移動に伴って、第2ピストン収容部70の細管66端部近傍で冷媒ガスが断熱膨張して冷却されるので、各細管66内部を流れる冷媒ガスも冷却される。このように、第1ピストン74と第2ピストン78との間で冷媒ガスの圧縮及び膨張が繰り返されることで、冷媒ガスが流れる各細管66が冷却される。   As the first piston 74 reciprocates, the refrigerant gas is adiabatically expanded and cooled in the vicinity of the end of the narrow tube 66 of the second piston housing portion 70, so that the refrigerant gas flowing inside each narrow tube 66 is also cooled. As described above, the compression and expansion of the refrigerant gas are repeated between the first piston 74 and the second piston 78, whereby each capillary 66 through which the refrigerant gas flows is cooled.

冷凍機14は、超電導線材からなるコイル36が超電導特性を発現する所望の極低温(例えば、約70K)まで冷却可能な冷却性能を有し、第1ピストン74のストロークを制御することによって冷却温度を調節できる。このために、図示しない制御部により、第1ピストン74のストロークが制御される。制御部は、超電導モータ10(図1)の負荷に応じて冷凍機14の冷却温度を制御するように構成することもできる。例えば、超電導モータ10の負荷の上昇に伴って冷却温度を低下させることもできる。超電導モータ10が電気自動車等の電動車両に走行用動力源として搭載される場合、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のため冷凍機14は小型で軽量のものであることが好ましい。上記のように冷凍機14に、FPSC型を使用する場合、小型化及び軽量化を図れる。   The refrigerator 14 has a cooling performance in which the coil 36 made of a superconducting wire can be cooled to a desired cryogenic temperature (for example, about 70 K) at which superconducting characteristics are exhibited, and the cooling temperature is controlled by controlling the stroke of the first piston 74. Can be adjusted. For this purpose, the stroke of the first piston 74 is controlled by a control unit (not shown). The control unit can also be configured to control the cooling temperature of the refrigerator 14 according to the load of the superconducting motor 10 (FIG. 1). For example, the cooling temperature can be lowered as the load of the superconducting motor 10 increases. When the superconducting motor 10 is mounted on an electric vehicle such as an electric vehicle as a driving power source, the refrigerator 14 is preferably small and light in order to limit installation space and reduce the vehicle weight. As described above, when the FPSC type is used for the refrigerator 14, the size and weight can be reduced.

本実施の形態では、このような基本構成を有する冷凍機14を、モータ本体12(図1)に固定している。すなわち、図1に示すように、超電導モータ10において、軸方向片側(図1の右側)に位置するエンドプレート28の周方向一部(図1の上部)には、冷凍機14を構成する圧力振動源58側の筒状の第1ブラケット60が固定され、片側のエンドプレート28において、圧力振動源58とは回転軸18の直径方向に関して反対側(図1の下側)には、冷凍機14を構成する位相制御器62側の筒状の第2ブラケット64が固定されている。また、蓄冷器68の一端部及び第2ピストン収容部70の一端部は、それぞれ第1ブラケット60または第2ブラケット64の内側を介して第1真空室54内に突出している。   In the present embodiment, the refrigerator 14 having such a basic configuration is fixed to the motor body 12 (FIG. 1). That is, as shown in FIG. 1, in the superconducting motor 10, the pressure constituting the refrigerator 14 is located on a part of the end plate 28 in the circumferential direction (upper part in FIG. 1) located on one side in the axial direction (right side in FIG. 1). A cylindrical first bracket 60 on the vibration source 58 side is fixed, and in the end plate 28 on one side, on the side opposite to the pressure vibration source 58 in the diameter direction of the rotary shaft 18 (the lower side in FIG. 1) 14 is fixed to the cylindrical second bracket 64 on the phase controller 62 side. In addition, one end of the regenerator 68 and one end of the second piston housing part 70 protrude into the first vacuum chamber 54 via the inside of the first bracket 60 or the second bracket 64, respectively.

また、図2に示すように、低温側熱交換部である複数の細管66の長さ方向中間部の2個所は、ステータコア34において、隣り合う2ずつのスロット42内にそれぞれ挿入されるように配置されている。すなわち、図5,6に示すように、各細管66は、長さ方向中間部に設けられ、コイル36の周囲に嵌合するように配置される、略U字形のコイル周囲配置部100を含む。このために、コイル周囲配置部100は、細管66の中間部に設けられ、互いに連結される片側配置部である片側直線部102、他側配置部である他側直線部104及び連結部106を有し、全体が略U字形に形成されている。このうち、片側直線部102は、ステータ22(図1)の軸方向片側(図1の右側、図6の左側)から軸方向他側(図1の左側、図6の右側)に向かうように、コイル36の外周部のうち、ステータ22の周方向片側(図5の上側、図6の裏側)に向く片側外周部である片側の板部96の外側面に沿って軸方向に配置され、片側板部96に熱接触している。   Further, as shown in FIG. 2, the two intermediate portions in the longitudinal direction of the plurality of thin tubes 66 that are the low temperature side heat exchange portions are respectively inserted into two adjacent slots 42 in the stator core 34. Has been placed. That is, as shown in FIGS. 5 and 6, each narrow tube 66 includes a substantially U-shaped coil peripheral arrangement portion 100 that is provided at an intermediate portion in the length direction and is arranged so as to fit around the coil 36. . For this purpose, the coil peripheral arrangement portion 100 is provided in the middle portion of the narrow tube 66, and includes the one-side straight portion 102 that is one-side placement portion that is connected to each other, And has a substantially U-shape as a whole. Among these, the one-side straight portion 102 is directed from one axial side of the stator 22 (FIG. 1) (right side of FIG. 1, left side of FIG. 6) to the other axial side (left side of FIG. 1, right side of FIG. 6). The coil 36 is disposed in the axial direction along the outer surface of the one-side plate portion 96 that is the one-side outer peripheral portion facing the one side in the circumferential direction of the stator 22 (the upper side in FIG. 5, the back side in FIG. 6). The one side plate portion 96 is in thermal contact.

また、他側直線部104は、ステータ22の軸方向片側(図1の右側、図6の左側)から軸方向他側(図1の左側、図6の右側)に向かうように、コイル36の外周部のうち、ステータ22の周方向他側(図6の表側)に向く他側外周部である他側の板部97の外側面に沿って軸方向に配置され、他側板部97に熱接触している。連結部106は、略半円形に設けられる円弧部108を含む。連結部106の全体が円弧部108により構成されるようにすることもできる。連結部106は、片側直線部102及び他側直線部104の一端同士を、ステータ22の軸方向の同じ側で連結している。このため、片側直線部102及び他側直線部104は、直線状で、回転軸18の回転中心軸Xと平行に配置されている。また、片側直線部102及び他側直線部104同士で、コイル36の外周部において、ステータ22の径方向に関する同位置に配置している。このため、各直線部102,104は、コイル36の巻き軸中心Oに対し略直交する仮想平面上に配置している。また、片側直線部102の他端は直接または細管66の別の部分を介して蓄冷器68に接続され、他側直線部104は直接または細管66の別の部分を介して第2ピストン収容部70に接続されている。このように、複数の細管66は、ステータ22の周方向の異なる複数個所に配置されたコイル36の外周部に嵌合される略U字形のコイル周囲配置部100をそれぞれ有する。   Further, the other side straight portion 104 of the coil 36 extends from one axial side of the stator 22 (right side in FIG. 1, left side in FIG. 6) to the other axial side (left side in FIG. 1, right side in FIG. 6). Among the outer peripheral portions, the outer peripheral portion 97 is disposed in the axial direction along the outer surface of the other side plate portion 97 that is the other outer peripheral portion facing the other side in the circumferential direction (front side in FIG. 6). In contact. The connecting portion 106 includes an arc portion 108 provided in a substantially semicircular shape. The entire connecting portion 106 may be constituted by the arc portion 108. The connecting portion 106 connects one ends of the one-side straight portion 102 and the other-side straight portion 104 on the same side in the axial direction of the stator 22. For this reason, the one-side straight portion 102 and the other-side straight portion 104 are linear and arranged in parallel with the rotation center axis X of the rotation shaft 18. Further, the one-side straight portion 102 and the other-side straight portion 104 are arranged at the same position in the radial direction of the stator 22 in the outer peripheral portion of the coil 36. For this reason, the straight portions 102 and 104 are arranged on a virtual plane substantially orthogonal to the winding axis center O of the coil 36. The other end of the one-side straight portion 102 is connected to the regenerator 68 directly or via another portion of the narrow tube 66, and the other-side straight portion 104 is connected to the second piston housing portion directly or via another portion of the thin tube 66. 70. As described above, the plurality of thin tubes 66 each have a substantially U-shaped coil peripheral arrangement portion 100 fitted to the outer peripheral portion of the coil 36 arranged at a plurality of different locations in the circumferential direction of the stator 22.

また、コイル周囲配置部100は、コイル36の外周部に、ステータ22の軸方向片側(図1の左側)から軸方向他側(図1の右側)に向かうように嵌合されている。具体的には、コイル周囲配置部100の蓄冷器68及び第2ピストン収容部70側である、各直線部102,104の他端側を先にした状態で、コイル36の外周部に、ステータ22の軸方向と平行な方向に沿って嵌合させている。ただし、コイル周囲配置部100は、このように嵌合する構成に限定するものではなく、例えば、ステータ22の内周側から外周側に向け、各コイル周囲配置部100をコイル36の外周部に嵌合させることもできる。   Further, the coil peripheral arrangement portion 100 is fitted to the outer peripheral portion of the coil 36 so as to be directed from one axial side (left side in FIG. 1) of the stator 22 to the other axial side (right side in FIG. 1). Specifically, in the state where the other end side of each linear part 102, 104, which is the regenerator 68 and the second piston housing part 70 side of the coil peripheral arrangement part 100, is first, It is fitted along a direction parallel to the axial direction of 22. However, the coil periphery arrangement | positioning part 100 is not limited to the structure fitted in this way, For example, each coil periphery arrangement | positioning part 100 is made to the outer peripheral part of the coil 36 toward the outer peripheral side from the inner peripheral side of the stator 22. It can also be fitted.

また、図7に示すように、コイル36の外周部の幅寸法をBsとし、細管66のコイル周囲配置部100の自由状態で、各直線部102,104同士の内側の幅寸法をBcとする場合を考える。また、細管66の連結部106に設けられ、自由状態で、最も内径が小さくなる円弧部108の内側の曲率半径をRcとし、コイル36の外周部において、ステータ22の軸方向他端部(図1の左端部、図7の右端部)に位置し、円弧部108に対向する部分である断面円弧形の部分円筒部98の外面の曲率半径をRsとする。この場合に、Bs>BcとRs>Rcとの一方または両方を満たすように各部の寸法を規制している。例えば、コイル周囲配置部100の自由状態で、円弧部108は、ステータ22の軸方向他端側の部分円筒部98の外面の曲率半径Rsよりも小さい内側の曲率半径Rc(<Rs)を有する。また、これに代えて、またはこれとともに、コイル周囲配置部100の自由状態で、片側直線部102及び他側直線部104同士の内側の幅寸法Bcは、コイル36の両側の板部96,97の外側の幅寸法Bsよりも小さくする(Bc<Bs)。   Further, as shown in FIG. 7, the width dimension of the outer peripheral portion of the coil 36 is Bs, and the inner width dimension of the linear portions 102 and 104 is Bc in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100 of the narrow tube 66. Think about the case. Further, the radius of curvature inside the circular arc portion 108 which is provided in the coupling portion 106 of the narrow tube 66 and has the smallest inner diameter in a free state is Rc, and the other axial end of the stator 22 (see FIG. Rs is the radius of curvature of the outer surface of the partial cylindrical portion 98 that is located at the left end portion of 1 and the right end portion of FIG. In this case, the dimension of each part is regulated so as to satisfy one or both of Bs> Bc and Rs> Rc. For example, in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100, the arc portion 108 has an inner curvature radius Rc (<Rs) smaller than the curvature radius Rs of the outer surface of the partial cylindrical portion 98 on the other axial end side of the stator 22. . Instead of or together with this, in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100, the inner width dimension Bc between the one-side straight portion 102 and the other-side straight portion 104 is the plate portions 96, 97 on both sides of the coil 36. Smaller than the outer width dimension Bs (Bc <Bs).

また、コイル周囲配置部100は、単にコイル36の外周部に嵌合させることで固定するだけでなく、コイル周囲配置部100をコイル36の外周部に、高熱伝導性接着剤により接合して固定することもできる。例えば、高熱伝導性接着剤として、シリカ、アルミナ等の熱伝導性のよい材料等のフィラーを含有した接着剤を使用し、より好ましくは、低温脆性がない、すなわち低温での、もろさがない接着剤を使用する。   Further, the coil peripheral arrangement portion 100 is not only fixed by being fitted to the outer peripheral portion of the coil 36, but is also fixed by joining the coil peripheral arrangement portion 100 to the outer peripheral portion of the coil 36 with a high thermal conductive adhesive. You can also For example, an adhesive containing a filler such as silica or alumina having a good thermal conductivity is used as the high thermal conductive adhesive. More preferably, the adhesive has no low temperature brittleness, that is, brittleness at low temperature. Use the agent.

このようなコイル周囲配置部100は、ステータコア34には接触していない。すなわち、各コイル周囲配置部100は、コイル36のみに接触している。このため、各細管66からは、寒冷がコイル36に、コイル周囲配置部100との接触部を通じて伝達される。このような構成では、ステータコア34に設けられたティース40の数と同数の細管66が設けられている。   Such a coil peripheral arrangement portion 100 is not in contact with the stator core 34. That is, each coil surrounding arrangement part 100 is in contact with only the coil 36. For this reason, the cold is transmitted from each thin tube 66 to the coil 36 through a contact portion with the coil peripheral arrangement portion 100. In such a configuration, the same number of narrow tubes 66 as the number of teeth 40 provided on the stator core 34 are provided.

また、この構成では、第2ピストン収容部70のモータケース16の外側に配置される端部により、高温側熱交換部が構成される。このような冷凍機14は、圧力振動源58と、高温側熱交換部と、蓄冷器68と、低温側熱交換部と、第2ピストン78(図3)とを備える。   Moreover, in this structure, the high temperature side heat exchange part is comprised by the edge part arrange | positioned on the outer side of the motor case 16 of the 2nd piston accommodating part 70. FIG. Such a refrigerator 14 includes a pressure vibration source 58, a high temperature side heat exchange unit, a regenerator 68, a low temperature side heat exchange unit, and a second piston 78 (FIG. 3).

このような超電導モータ10によれば、冷凍機14を構成し、内側に低温の冷媒ガスが流れる細管66のそれぞれが、コイル36の周囲に配置されるコイル周囲配置部100を含むので、コイル周囲配置部100をコイル36に直接接触させることができ、コイル36を所望の極低温に効率よく冷却することができる。また、コイル周囲配置部100は、コイル36の外周部のうち、ステータ22の軸方向の広い範囲にわたって接触して冷却することができる。このため、冷凍機14の消費電力を過大にすることなく、コイル36を均一に冷却する等、コイル36の温度の偏りを小さくしつ、コイル36を効率よく冷却することができる。すなわち、一般的に、超電導コイルでは、通常の常温で使用する電動モータのコイルを構成する銅線に比べて極端に熱伝導性が悪いため、均一に冷却することが難しい。これに対して、上記の構成を有する本実施の形態によれば、例えばコイル36において、コイルエンド部46だけを冷却する構成の場合と異なり、コイル36のスロット配置部44を効率よく冷却できて、超電導コイルであるコイル36の全体をより均一に冷却しやすくなる。すなわち、コイル36全体の温度分布の偏りを少なくしつつコイル36を効率よく冷却できる。   According to such a superconducting motor 10, each of the narrow tubes 66 that constitute the refrigerator 14 and in which the low-temperature refrigerant gas flows inside includes the coil surrounding arrangement portion 100 arranged around the coil 36. The arrangement part 100 can be brought into direct contact with the coil 36, and the coil 36 can be efficiently cooled to a desired cryogenic temperature. Moreover, the coil surrounding arrangement | positioning part 100 can contact and cool over the wide range of the axial direction of the stator 22 among the outer peripheral parts of the coil 36, and can be cooled. For this reason, the coil 36 can be efficiently cooled while reducing the temperature deviation of the coil 36, such as cooling the coil 36 uniformly, without excessively consuming the power consumption of the refrigerator 14. That is, in general, a superconducting coil is extremely poor in thermal conductivity as compared with a copper wire constituting a coil of an electric motor used at normal room temperature, and thus it is difficult to cool uniformly. On the other hand, according to the present embodiment having the above-described configuration, for example, in the coil 36, unlike the configuration in which only the coil end portion 46 is cooled, the slot arrangement portion 44 of the coil 36 can be efficiently cooled. The entire coil 36, which is a superconducting coil, can be cooled more uniformly. That is, the coil 36 can be efficiently cooled while reducing the deviation of the temperature distribution of the entire coil 36.

さらに、コイル周囲配置部100は、コイル36の外周部に嵌合されているので、細管66とコイル36との密着性を確保でき、コイル36の冷却効率を向上できるとともに、細管66をコイル36に容易に装着することができる。このため、細管66の取付性の向上を図れる。また、細管66がコイル36に支持されるので使用時に細管66をがたつきにくくして、コイル36を構成する超電導線材の構造を破壊しにくくできる。   Further, since the coil peripheral arrangement portion 100 is fitted to the outer peripheral portion of the coil 36, it is possible to ensure adhesion between the thin tube 66 and the coil 36, improve the cooling efficiency of the coil 36, and connect the thin tube 66 to the coil 36. Can be easily installed. For this reason, the attachment property of the thin tube 66 can be improved. Further, since the thin tube 66 is supported by the coil 36, the thin tube 66 is hardly rattled during use, and the structure of the superconducting wire constituting the coil 36 can be hardly broken.

また、熱容量の大きいステータコア34を介さずに細管66によりコイル36を冷却するので、消費電力を抑えながらコイル36を始動時に早期に冷却し、超電導状態に到達するまでの時間を短くできる。この結果、コイル36を所望の極低温に効率よく冷却するとともに、始動時に早期にコイル36の超電導状態を作り出すことができる。   In addition, since the coil 36 is cooled by the thin tube 66 without using the stator core 34 having a large heat capacity, the coil 36 is cooled early at the start-up while suppressing power consumption, and the time required to reach the superconducting state can be shortened. As a result, the coil 36 can be efficiently cooled to a desired cryogenic temperature, and a superconducting state of the coil 36 can be created early at the time of starting.

また、各細管66は、2ずつのスロット42内において、ステータ22の軸方向と平行方向に延設する延設部である片側直線部102及び他側直線部104を有し、それぞれの直線部102,104がスロット42内でコイル36にのみ接触している。このように、直線部102,104はバックヨーク38等でステータコア34に接触することがないので、より効率よく細管66からコイル36に寒冷を伝達して、始動時により早期にコイル36を冷却できる。   Each narrow tube 66 has a one-side straight portion 102 and an other-side straight portion 104 which are extended portions extending in a direction parallel to the axial direction of the stator 22 in two slots 42, and each straight portion 102 and 104 are in contact with only the coil 36 in the slot 42. Thus, since the straight portions 102 and 104 do not contact the stator core 34 by the back yoke 38 or the like, the cold can be transmitted from the narrow tube 66 to the coil 36 more efficiently, and the coil 36 can be cooled earlier at the time of starting. .

また、コイル36の外周部の幅寸法をBsとし、コイル周囲配置部100に設けた各直線部102,104同士の内側の幅寸法をBcとし、細管66の連結部106に設けられ、自由状態で、最も内径が小さくなる円弧部108の内側の曲率半径をRcとし、コイル36の外周部において、ステータ22の軸方向他端部に位置し、円弧部108に対向する部分である断面円弧形の部分円筒部98の外面の曲率半径をRsとした場合に、Bs>BcとRs>Rcとの一方または両方を満たすように各部の寸法を規制している。このため、コイル周囲配置部100とコイル36との接触圧や密着性を高くして、細管66をより容易にコイル36に固定することができる。また、円弧部108の曲率半径Rcを適切に調整することにより、コイル36を構成する緻密な超電導線材の内部構造の破壊を有効に防止しつつ、コイル36に細管66を十分に接触させることができる。   Further, the width dimension of the outer peripheral portion of the coil 36 is Bs, the inner width dimension between the linear portions 102 and 104 provided in the coil peripheral arrangement portion 100 is Bc, and the coil 36 is provided in the connecting portion 106 of the narrow tube 66, and is in a free state. The radius of curvature inside the circular arc portion 108 having the smallest inner diameter is Rc, and the cross-sectional circular arc is a portion located at the other axial end of the stator 22 and facing the circular arc portion 108 in the outer peripheral portion of the coil 36. When the radius of curvature of the outer surface of the shape partial cylindrical portion 98 is Rs, the dimensions of each portion are regulated so as to satisfy one or both of Bs> Bc and Rs> Rc. For this reason, the contact pressure and adhesion between the coil peripheral arrangement portion 100 and the coil 36 can be increased, and the narrow tube 66 can be fixed to the coil 36 more easily. In addition, by appropriately adjusting the radius of curvature Rc of the arc portion 108, the narrow tube 66 can be brought into sufficient contact with the coil 36 while effectively preventing the destruction of the internal structure of the dense superconducting wire constituting the coil 36. it can.

また、円弧部108の曲率半径Rcを適切に調整することにより、細管66とコイル36との密着性を調整できる。さらに、円弧部108に微細な切欠であるノッチ部等を設けることで、細管66とコイル36との密着性及び固定強度の調整を図ることもできる。また、超電導線材と細管66を構成する材料との熱膨張係数を調整することにより、コイル36と細管66との密着性を調整することもできる。   In addition, the adhesiveness between the narrow tube 66 and the coil 36 can be adjusted by appropriately adjusting the radius of curvature Rc of the arc portion 108. Furthermore, by providing a notch or the like which is a fine notch in the arc portion 108, it is possible to adjust the adhesion between the narrow tube 66 and the coil 36 and the fixing strength. Further, by adjusting the coefficient of thermal expansion between the superconducting wire and the material constituting the thin tube 66, the adhesion between the coil 36 and the thin tube 66 can be adjusted.

また、コイル周囲配置部100をコイル36の外周部に高熱伝導性接着剤により接合して固定した場合には、コイル周囲配置部100が点接触や線接触でコイル36の外周部に接触する場合でも、その間に介在される高熱伝導性接着剤により熱伝達性の向上を図れ、コイル36に対する冷却性の向上を図れる。また、コイル36に対し細管66をより強度よく固定することができる。   Further, when the coil peripheral arrangement portion 100 is fixed to the outer peripheral portion of the coil 36 by bonding with a high thermal conductive adhesive, the coil peripheral arrangement portion 100 contacts the outer peripheral portion of the coil 36 by point contact or line contact. However, the heat transfer property can be improved by the high heat conductive adhesive interposed therebetween, and the cooling property for the coil 36 can be improved. Further, the thin tube 66 can be fixed to the coil 36 with higher strength.

なお、図5に示すように、コイル36は、ティース40の外周部に電気絶縁性を有するインシュレータ110(図2では図示を省略する。)を介して接触させているが、このインシュレータ110を厚くしたり、熱伝導性の悪い材料により構成したり、熱伝導性を低下させる形状により構成することもできる。この構成によれば、コイル36からステータコア34への冷却経路を遮断して、コイル36に対する冷却性をより向上させることができる。例えば、熱伝導性を低下させる形状を有するインシュレータ110として、片側に櫛歯を有する櫛歯片の長さ方向両端を環状に結合したり、板部の両端を環状に結合したものの周方向複数個所に厚さ方向に貫通する孔部を形成したものを使用する。また、インシュレータ110として、ガラス繊維強化樹脂(GFRP)等の熱伝導性の悪い材料により構成することもできる。   As shown in FIG. 5, the coil 36 is brought into contact with the outer peripheral portion of the tooth 40 via an insulator 110 having electrical insulation (not shown in FIG. 2), but the insulator 110 is thick. Or a material with poor thermal conductivity, or a shape that reduces the thermal conductivity. According to this configuration, the cooling path from the coil 36 to the stator core 34 can be cut off, and the cooling performance for the coil 36 can be further improved. For example, as the insulator 110 having a shape that reduces the thermal conductivity, the longitudinal ends of a comb tooth piece having comb teeth on one side are connected in an annular shape, or both ends of a plate portion are connected in an annular shape in a plurality of circumferential directions. In this case, a hole having a hole penetrating in the thickness direction is used. Further, the insulator 110 can be made of a material having poor thermal conductivity such as glass fiber reinforced resin (GFRP).

また、インシュレータ110を、PE等の柔軟性のある材料により構成することで、コイル36と細管66との密着性や、コイル36の各ターン間の密着性を向上させて、コイル36の各ターンへの熱伝達性を向上することができ、かつ、緻密な超電導線材の内部構造の破壊をより有効に防止することもできる。   Further, by configuring the insulator 110 with a flexible material such as PE, the adhesion between the coil 36 and the thin tube 66 and the adhesion between the turns of the coil 36 are improved, and each turn of the coil 36 is improved. It is possible to improve the heat transfer property to and to more effectively prevent the destruction of the internal structure of the dense superconducting wire.

図8は、本発明から外れた比較例の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。図9は、図8のD−D断面図である。図8、図9に示す比較例の超電導モータ10は、上記の本実施の形態の構造において、冷凍機14(図1等)の代わりに、一対の冷凍機82をモータ本体12の両側に設けたような構造を有する。すなわち、各冷凍機82は、上記の冷凍機14と異なり、冷媒を流すための細管が設けられていないFPSC型であり、圧力振動源であるガス圧縮機84と、ガス圧縮機84に接続された冷却部である蓄冷器86とをそれぞれ有する。また、蓄冷器86は、エンドプレート28に固定された筒状のブラケット88の内側を通じて先端部が円板状の伝熱部材90に接触している。各伝熱部材90の片面はコイルエンド部46の軸方向外端部に接触している。   FIG. 8 is a cross-sectional view along the axial direction showing a superconducting motor of a comparative example deviating from the present invention. 9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. The superconducting motor 10 of the comparative example shown in FIGS. 8 and 9 is provided with a pair of refrigerators 82 on both sides of the motor main body 12 instead of the refrigerator 14 (FIG. 1 and the like) in the structure of the present embodiment. It has a structure like that. That is, unlike the above-described refrigerator 14, each refrigerator 82 is a FPSC type that is not provided with a thin tube for flowing a refrigerant, and is connected to a gas compressor 84 that is a pressure vibration source and the gas compressor 84. And a regenerator 86 as a cooling unit. The regenerator 86 is in contact with the disk-shaped heat transfer member 90 through the inside of a cylindrical bracket 88 fixed to the end plate 28. One surface of each heat transfer member 90 is in contact with the axially outer end portion of the coil end portion 46.

冷凍機82は、ガス圧縮機84の内部に設けられた図示しないシリンダ内でピストン(図示せず)が往復移動して冷媒ガスの圧縮及び膨張を繰り返し行うことで、蓄冷器86及び伝熱部材90を介して各コイル36を冷却する。このような構成でも、コイル36を冷却することが可能であるが、コイル36の全体を均一に冷却しやすくする面からは改良の余地がある。また、伝熱部材90は、内部に冷媒を流す細管を用いる構成と異なり、固体のみで冷却対象に伝熱するものであり、複数のコイル36を均一に冷却する面からは改良の余地がある。上記の本実施の形態によれば、このような改良すべき点をいずれも改良できる。   In the refrigerator 82, a piston (not shown) reciprocates in a cylinder (not shown) provided inside the gas compressor 84 to repeatedly compress and expand the refrigerant gas, whereby the regenerator 86 and the heat transfer member. Each coil 36 is cooled via 90. Even with such a configuration, the coil 36 can be cooled, but there is room for improvement in terms of facilitating uniform cooling of the entire coil 36. Further, the heat transfer member 90 is different from the configuration using a thin tube through which a refrigerant flows inside, and is a solid only and transfers heat to the object to be cooled, and there is room for improvement in terms of uniformly cooling the plurality of coils 36. . According to the present embodiment described above, any of these points to be improved can be improved.

なお、上記では、冷凍機14として、第2ピストン78が第1ピストン74の変位にしたがって、従属的に変位するパッシブ型の冷凍機14を説明した。ただし、冷凍機として、第1ピストン74が往復変位する場合に、その往復変位の1サイクルの位相の90〜120度程度ずらせた位相で第2ピストン78が変位するように、第2ピストン78側を強制的に変位させるリニアモータ等の第2駆動源を位相制御器62側に設けることもできる。この場合には、アクティブ型の冷凍機が構成され、さらなる省エネルギ化を図れる。   In the above description, the passive refrigerator 14 in which the second piston 78 is subordinately displaced according to the displacement of the first piston 74 has been described as the refrigerator 14. However, as a refrigerator, when the first piston 74 is reciprocally displaced, the second piston 78 side is displaced so that the second piston 78 is displaced at a phase shifted by 90 to 120 degrees of the phase of one cycle of the reciprocating displacement. A second drive source such as a linear motor for forcibly displacing can be provided on the phase controller 62 side. In this case, an active refrigerator is configured, and further energy saving can be achieved.

また、冷凍機14として、FPSC型以外の冷凍機を使用することもできる。例えば、冷凍機の設置スペース及び重量の制約が緩い場合、例えば、超電導モータ10が電車や船舶等の大型の移動体の動力源として、あるいは、設置位置が固定された機械の動力源として用いられる場合には、上記のように複数の細管を有し、極低温(例えば、約70K)まで冷却可能な冷却性能を有する冷凍機であれば、体格が大きくて重い冷凍機を用いることもできる。   In addition, a refrigerator other than the FPSC type can be used as the refrigerator 14. For example, when the restrictions on the installation space and weight of the refrigerator are loose, for example, the superconducting motor 10 is used as a power source for a large moving body such as a train or a ship, or as a power source for a machine whose installation position is fixed. In such a case, if the refrigerator has a plurality of thin tubes as described above and has a cooling performance capable of cooling to a very low temperature (for example, about 70 K), a refrigerator having a large physique can be used.

また、冷凍機として、それぞれ細管を有する、スターリング型パルス管冷凍機や、GM冷凍機等を使用することもできる。例えばパルス管冷凍機では、上記の第2ピストン収容部70の代わりに細管66と位相制御器62との間に接続されたパルス管を使用する。パルス管の内部にはピストンは設けない。このパルス管冷凍機において、圧力振動源58として、バルブ開閉の切換により圧力を振動させる構造を用いることもできる。また、GM冷凍機として、上記のFPSC型の冷凍機で、圧力振動源58として、回転型の圧縮機や、バルブ開閉の切換により圧力を振動させる構造を用いることもできる。また、この構造では、位相制御器62を省略して、細管66の圧力振動源58とは反対側の端部に接続された膨張圧縮部において膨張ピストンとしてディスプレーサを往復移動可能に設ける。ディスプレーサは、例えば冷凍機の作動中に、ステッピングモータ等のモータにより往復移動されるようにする。このように本発明では、冷凍機として内部に冷媒が流れる細管を有するものであれば、種々の種類の冷凍機を使用することができる。   In addition, as the refrigerator, a Stirling pulse tube refrigerator, a GM refrigerator, or the like each having a thin tube can be used. For example, in a pulse tube refrigerator, a pulse tube connected between the narrow tube 66 and the phase controller 62 is used in place of the second piston housing portion 70 described above. There is no piston inside the pulse tube. In this pulse tube refrigerator, a structure that vibrates the pressure by switching between valve opening and closing can also be used as the pressure vibration source 58. Further, as the GM refrigerator, the above-described FPSC type refrigerator, and the pressure vibration source 58 may be a rotary compressor or a structure that vibrates pressure by switching between valve opening and closing. In this structure, the phase controller 62 is omitted, and a displacer is provided as an expansion piston in a reciprocating manner in an expansion / compression section connected to the end of the narrow tube 66 opposite to the pressure vibration source 58. The displacer is moved back and forth by a motor such as a stepping motor during operation of the refrigerator, for example. As described above, in the present invention, various types of refrigerators can be used as long as the refrigerator has a thin tube through which a refrigerant flows.

[第2の実施の形態]
図10は、本発明の第2の実施の形態の超電導モータにおいて、細管の一部と、この細管に嵌合された1の超電導コイルとを取り出して示す図である。図11は、図10の超電導コイルに細管を嵌合させる直前の状態を示す図である。
[Second Embodiment]
FIG. 10 is a diagram showing a part of a thin tube and one superconducting coil fitted to the thin tube in the superconducting motor according to the second embodiment of the present invention. FIG. 11 is a view showing a state immediately before the thin tube is fitted to the superconducting coil of FIG.

図10に示すように、本実施の形態では、コイル36を、ステータ22(図1参照)の径方向に見た場合に略矩形の形状を有するように構成している。すなわち、コイル36は、互いに略平行な板部96,97と、各板部96,97の両側に略直交するように設けられ、コイルエンド部46を構成する第2板部112とを有する。   As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the coil 36 is configured to have a substantially rectangular shape when viewed in the radial direction of the stator 22 (see FIG. 1). That is, the coil 36 includes plate portions 96 and 97 that are substantially parallel to each other, and a second plate portion 112 that is provided so as to be substantially orthogonal to both sides of each plate portion 96 and 97 and constitutes the coil end portion 46.

また、コイル36の外周部の幅寸法をBsとし、細管66のコイル周囲配置部100の自由状態で、各直線部102,104同士の内側の幅寸法をBcとした場合に、Bs>Bcを満たすように各部の寸法を規制している。このため、コイル周囲配置部100とコイル36との接触圧や密着性を高くして、細管66をより容易にコイル36に固定することができる。   Further, when the width dimension of the outer peripheral portion of the coil 36 is Bs, and the width dimension inside the straight portions 102 and 104 is Bc in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100 of the narrow tube 66, Bs> Bc is satisfied. The dimensions of each part are regulated so as to satisfy. For this reason, the contact pressure and adhesion between the coil peripheral arrangement portion 100 and the coil 36 can be increased, and the narrow tube 66 can be fixed to the coil 36 more easily.

また、細管66の連結部106に設けられ、自由状態で、最も内径が小さくなる円弧部108の内側の曲率半径をRc1とした場合に、円弧部108の曲率半径Rc1を適切に調整することにより、コイル36を構成する緻密な超電導線材の内部構造の破壊を有効に防止しつつ、コイル36に細管66を十分に接触させることができる。なお、コイル周囲配置部100をコイル36の外周部に嵌合させた状態で、円弧部108の内側の曲率半径Rc2(図10)は、自由状態の曲率半径Rc1(図11)よりも大きくなる。その他の構成及び作用は、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態と同様である。   Further, when the curvature radius inside the circular arc portion 108 which is provided in the coupling portion 106 of the thin tube 66 and has the smallest inner diameter in a free state is Rc1, by appropriately adjusting the curvature radius Rc1 of the circular arc portion 108, The thin tube 66 can be sufficiently brought into contact with the coil 36 while effectively preventing the destruction of the internal structure of the dense superconducting wire constituting the coil 36. In addition, the curvature radius Rc2 (FIG. 10) inside the circular arc portion 108 is larger than the curvature radius Rc1 (FIG. 11) in the free state in a state where the coil peripheral arrangement portion 100 is fitted to the outer peripheral portion of the coil 36. . Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS.

[第3の実施の形態]
図12は、本発明の第3の実施の形態の超電導モータにおいて、細管の一部と、この細管に嵌合された1の超電導コイルとを取り出して示す図である。図13は、図12の超電導コイルに細管を嵌合させる直前の状態を示す図である。
[Third Embodiment]
FIG. 12 is a view showing a part of a thin tube and one superconducting coil fitted to the thin tube in the superconducting motor according to the third embodiment of the present invention. FIG. 13 is a view showing a state immediately before the thin tube is fitted to the superconducting coil of FIG.

本実施の形態では、上記の図10から図11に示した第2の実施の形態において、細管を構成するコイル周囲配置部100の連結部106は、円弧部108(図7)ではなく、楕円を半分にした形状の半楕円部114により全体が構成されている。また、コイル36の外周部の幅寸法をBsとし、細管66のコイル周囲配置部100の自由状態で、各直線部102,104同士の内側の幅寸法をBcとした場合に、Bs>Bcを満たすように各部の寸法を規制している。   In the present embodiment, in the second embodiment shown in FIGS. 10 to 11 described above, the connecting portion 106 of the coil surrounding arrangement portion 100 constituting the narrow tube is not an arc portion 108 (FIG. 7) but an elliptical portion. The whole is composed of a semi-elliptical portion 114 having a shape that is halved. Further, when the width dimension of the outer peripheral portion of the coil 36 is Bs, and the width dimension inside the straight portions 102 and 104 is Bc in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100 of the narrow tube 66, Bs> Bc is satisfied. The dimensions of each part are regulated so as to satisfy.

また、コイル周囲配置部100の自由状態で、半楕円部114の内側の頂部P(図13)と各直線部102,104との一端との間の、直線部102,104の直線方向(図13の左右方向)に関する長さa1を適切に調整することにより、コイル36を構成する緻密な超電導線材の内部構造の破壊を有効に防止しつつ、コイル36に細管66を十分に接触させることができる。また、半楕円部114に微細な切欠であるノッチ部等を設けることで、細管66とコイル36との密着性及び固定強度の調整を図ることもできる。その他の構成及び作用は、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態、または上記の図10から図11に示した第2の実施の形態と同様である。なお、連結部106は、円弧部108(図6,7,10,11)や、半楕円部114(図12,13)を含む形状以外の形状とすることもできる。   Further, in the free state of the coil peripheral arrangement portion 100, the linear direction of the straight portions 102, 104 between the top portion P (FIG. 13) inside the semi-elliptical portion 114 and one end of each of the straight portions 102, 104 (see FIG. By appropriately adjusting the length a1 with respect to the left and right direction of 13), it is possible to sufficiently bring the narrow tube 66 into contact with the coil 36 while effectively preventing the destruction of the internal structure of the dense superconducting wire constituting the coil 36. it can. Further, by providing a notch or the like which is a fine notch in the semi-elliptical part 114, it is possible to adjust the adhesion between the thin tube 66 and the coil 36 and the fixing strength. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1 to FIG. 7 or the second embodiment shown in FIG. 10 to FIG. In addition, the connection part 106 can also be made into shapes other than the shape containing the circular arc part 108 (FIG. 6, 7, 10, 11) and the semi-elliptical part 114 (FIGS. 12, 13).

[第4の実施の形態]
図14は、本発明の第4の実施の形態の超電導モータを示す、図5に対応する図である。本実施の形態の場合には、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態において、細管66の数を3倍とし、各コイル36の外周部ごとに、ステータ22の径方向(図14の左右方向)に関して離れるように3本のコイル周囲配置部100を嵌合させ、それぞれのコイル周囲配置部100の両端は、細管66の別の部分を介して蓄冷器68(図1参照)と第2ピストン収容部70(図1参照)とにそれぞれ接続している。このような構成によれば、コイル36に対する冷却性をさらに向上できる。その他の構成及び作用は、上記の第1の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態は、第1の実施の形態以外に、上記の図10から図11に示した第2の実施の形態、または図12から図13に示した第3の実施の形態に組み合わせることもできる。
[Fourth Embodiment]
FIG. 14 is a view corresponding to FIG. 5, showing a superconducting motor according to a fourth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, in the first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 described above, the number of the thin tubes 66 is tripled, and the radial direction of the stator 22 is set for each outer peripheral portion of each coil 36. The three coil peripheral arrangement portions 100 are fitted so as to be separated with respect to each other (in the left-right direction in FIG. 14), and both ends of each coil peripheral arrangement portion 100 are connected to the regenerator 68 (FIG. And the second piston housing part 70 (see FIG. 1). According to such a configuration, the cooling performance for the coil 36 can be further improved. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment. In addition to the first embodiment, this embodiment is the same as the second embodiment shown in FIGS. 10 to 11 or the third embodiment shown in FIGS. It can also be combined.

[第4の実施の形態]
図15は、本発明の第5の実施の形態の超電導モータを示す、図5に対応する図である。本実施の形態の場合には、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態において、コイル36の外周部に嵌合させるコイル周囲配置部100は、コイル36の外周部において、ステータ22の径方向に関する同位置ではなく、片側直線部102と他側直線部104とで、ステータ22の径方向に関して異なる位置に接触している。このために、コイル36の外周部の幅寸法である板部96,97の外側面同士の間の幅寸法Bs(図7参照)は、略U字形のコイル周囲配置部100の自由状態での直線部102,104同士の内側の幅寸法Bc(図7参照)以下としている(Bs≦Bc)。
[Fourth Embodiment]
FIG. 15 is a view corresponding to FIG. 5 and showing a superconducting motor according to a fifth embodiment of the present invention. In the case of the present embodiment, in the first embodiment shown in FIG. 1 to FIG. 7 described above, the coil peripheral arrangement portion 100 fitted to the outer peripheral portion of the coil 36 is Instead of the same position in the radial direction of the stator 22, the one-side straight portion 102 and the other-side straight portion 104 are in contact with different positions in the radial direction of the stator 22. For this reason, the width dimension Bs (see FIG. 7) between the outer surfaces of the plate parts 96 and 97, which is the width dimension of the outer peripheral part of the coil 36, is the free state of the substantially U-shaped coil peripheral arrangement part 100. The inner width dimension Bc (see FIG. 7) between the straight portions 102 and 104 is set to be equal to or smaller than Bs ≦ Bc.

また、各直線部102,104をコイル36に対し、コイル36の巻き軸Oに対し直交する仮想平面上に位置するように、コイル周囲配置部100をコイル36の外周部に嵌合した後、巻き軸Oに対し傾斜させるように、各直線部102,104の一方の位置をずらせるように、コイル周囲配置部100をねじってコイル36の外周部に固定している。また、図15に示すように、各直線部102,104のうち、他側直線部104のみは、周方向に隣り合う両側の2のコイル36の外周部に、互いの間に挟持されるように接触させている。すなわち、1の細管で2の超電導コイルを冷却する構成としている。その他の構成及び作用は、上記の図1から図7に示した第1の実施の形態と同様である。   Moreover, after fitting the coil periphery arrangement | positioning part 100 to the outer peripheral part of the coil 36 so that each linear part 102,104 may be located on the virtual plane orthogonal to the winding axis O of the coil 36 with respect to the coil 36, The coil peripheral arrangement portion 100 is twisted and fixed to the outer peripheral portion of the coil 36 so that one position of each of the linear portions 102 and 104 is shifted so as to be inclined with respect to the winding axis O. Further, as shown in FIG. 15, only the other-side straight portion 104 of the straight portions 102 and 104 is sandwiched between the outer peripheral portions of the two coils 36 on both sides adjacent to each other in the circumferential direction. Is in contact with In other words, the configuration is such that two superconducting coils are cooled by one thin tube. Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment shown in FIGS.

なお、上記の各実施の形態では、ステータがロータの径方向外側に対向配置されたインナーロータの構造に本発明を適用した場合を説明した。ただし、本発明は、これに限定するものではなく、ステータがロータの径方向内側に対向配置されたアウターロータの構造に本発明を適用することもできる。この場合、超電導コイルは、ステータコアの径方向一端部である外周端部に巻装される。   In each of the above-described embodiments, the case where the present invention is applied to the structure of the inner rotor in which the stator is disposed to face the outer side in the radial direction of the rotor has been described. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to the structure of an outer rotor in which a stator is disposed opposite to the inner side in the radial direction of the rotor. In this case, the superconducting coil is wound around the outer peripheral end which is one end in the radial direction of the stator core.

10 超電導モータ、12 モータ本体、14 冷凍機、16 モータケース、18 回転軸、20 ロータ、22 ステータ、24 ロータコア、26 永久磁石、28,30 エンドプレート、32 軸受、34 ステータコア、36 コイル、38 バックヨーク、40 ティース、42 スロット、44 スロット配置部、46 コイルエンド部、48 外周筒部、50 内筒部材、52 中間筒部材、54 第1真空室、56 第2真空室、58 圧力振動源、60 第1ブラケット、62 位相制御器、64 第2ブラケット、66 細管、68 蓄冷器、70 第2ピストン収容部、72 シリンダ、74 第1ピストン、76 シリンダ、78 第2ピストン、82 冷凍機、84 ガス圧縮機、86 蓄冷器、88 ブラケット、90 伝熱部材、96,97 板部、98 部分円筒部、100 コイル周囲配置部、102 片側直線部、104 他側直線部、106 連結部、108 円弧部、110 インシュレータ、112 第2板部、114 半楕円部。   10 Superconducting motor, 12 Motor body, 14 Refrigerator, 16 Motor case, 18 Rotating shaft, 20 Rotor, 22 Stator, 24 Rotor core, 26 Permanent magnet, 28, 30 End plate, 32 Bearing, 34 Stator core, 36 Coil, 38 Back Yoke, 40 teeth, 42 slots, 44 slot arrangement part, 46 coil end part, 48 outer peripheral cylinder part, 50 inner cylinder member, 52 intermediate cylinder member, 54 first vacuum chamber, 56 second vacuum chamber, 58 pressure vibration source, 60 First Bracket, 62 Phase Controller, 64 Second Bracket, 66 Thin Tube, 68 Regenerator, 70 Second Piston Housing, 72 Cylinder, 74 First Piston, 76 Cylinder, 78 Second Piston, 82 Refrigerator, 84 Gas compressor, 86 regenerator, 88 bracket, 90 heat transfer member, 9 , 97 plate portion, 98 partial cylindrical section, 100 a coil surrounding arrangement unit, 102 one straight portion, 104 the other side straight portion, 106 connection portion, 108 arc portion, 110 insulator, 112 second plate portion, 114 semi-elliptical portion.

Claims (7)

回転可能に配置されたロータと、
前記ロータの径方向に対向配置されたステータとを備え、
前記ステータは、ステータコアと、超電導線材により構成される複数の超電導コイルとを含み、
前記ステータコアは、環状のバックヨークと、前記バックヨークの径方向一端部に径方向に突出する複数のティースと、周方向に隣り合う前記ティース間に設けられたスロットとを有し、
前記複数の超電導コイルは、前記ティースに巻装されている超電導モータであって、
内側に低温の冷媒を流す少なくとも1の細管を有する冷凍機をさらに備え、
前記細管は、前記超電導コイルの周囲に配置されるコイル周囲配置部を含み、
前記コイル周囲配置部は、前記細管に設けられ、前記ステータの軸方向片側から他側に向かうように、前記超電導コイルの外周部のうち、前記ステータの周方向片側に向く片側外周部に沿って配置され、前記片側外周部に熱接触する片側配置部と、前記ステータの軸方向片側から他側に向かうように、前記超電導コイルの外周部のうち、前記ステータの周方向他側に向く他側外周部に沿って配置され、前記他側外周部に熱接触する他側配置部と、前記片側配置部及び前記他側配置部同士を前記ステータの軸方向の同じ側で連結する連結部とを有することを特徴とする超電導モータ。
A rotor arranged for rotation;
A stator disposed opposite to the rotor in the radial direction,
The stator includes a stator core and a plurality of superconducting coils composed of superconducting wires,
The stator core includes an annular back yoke, a plurality of teeth projecting radially at one end portion in the radial direction of the back yoke, and a slot provided between the teeth adjacent in the circumferential direction,
The plurality of superconducting coils are superconducting motors wound around the teeth,
Further comprising a refrigerator having at least one thin tube for flowing a low-temperature refrigerant inside;
The thin tube includes a coil surrounding arrangement portion arranged around the superconducting coil,
The coil peripheral arrangement part is provided in the thin tube, and along one outer peripheral part of the outer periphery of the superconducting coil that faces one side in the circumferential direction of the stator so as to go from one axial side of the stator to the other side. The other side of the outer periphery of the superconducting coil that faces the other side in the circumferential direction of the stator so as to go from the one side in the axial direction of the stator to the other side. An other side arrangement part arranged along the outer circumference part and in thermal contact with the other side outer circumference part, and a connecting part for connecting the one side arrangement part and the other side arrangement part on the same side in the axial direction of the stator. A superconducting motor characterized by comprising:
請求項1に記載の超電導モータにおいて、
前記片側配置部は、前記超電導コイルの外周部のうち、前記ステータの周方向片側に向く前記片側外周部に沿って軸方向に配置されており、
前記他側配置部は、前記超電導コイルの外周部のうち、前記ステータの周方向他側に向く前記他側外周部に沿って軸方向に配置されていることを特徴とする超電導モータ。
The superconducting motor according to claim 1,
The one-side arrangement portion is arranged in the axial direction along the one-side outer peripheral portion of the outer peripheral portion of the superconducting coil facing the one-side circumferential direction of the stator,
The said other side arrangement | positioning part is arrange | positioned in the axial direction along the said other side outer peripheral part which faces the circumferential direction other side of the said stator among the outer peripheral parts of the said superconducting coil, The superconducting motor characterized by the above-mentioned.
請求項1または請求項2に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル周囲配置部は、前記超電導コイルの外周部に嵌合されていることを特徴とする超電導モータ。
The superconducting motor according to claim 1 or 2,
The superconducting motor according to claim 1, wherein the coil peripheral arrangement portion is fitted to an outer peripheral portion of the superconducting coil.
請求項3に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル周囲配置部は、前記超電導コイルの外周部に、前記ステータの軸方向他側から片側に向かうように嵌合されていることを特徴とする超電導モータ。
In the superconducting motor according to claim 3,
The superconducting motor according to claim 1, wherein the coil peripheral arrangement portion is fitted to an outer peripheral portion of the superconducting coil so as to go from one side of the stator in the axial direction to the other side.
請求項1から請求項4のいずれか1に記載の超電導モータにおいて、
前記連結部に設けられ、自由状態で最も曲率半径が小さくなる円弧部は、自由状態で、前記超電導コイルの外周部において、前記ステータの軸方向他端部に位置し、前記円弧部に対向する部分の曲率半径Rsよりも小さい内側の曲率半径Rcを有することを特徴とする超電導モータ。
In the superconducting motor according to any one of claims 1 to 4,
An arc portion provided in the connecting portion and having the smallest radius of curvature in the free state is located at the other axial end portion of the stator in the free state and opposed to the arc portion in the outer peripheral portion of the superconducting coil. A superconducting motor having an inner radius of curvature Rc smaller than the radius of curvature Rs of the portion.
請求項1から請求項5のいずれか1に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル周囲配置部の自由状態で前記片側配置部及び前記他側配置部同士の内側の幅寸法Bcは、前記超電導コイルの前記片側外周部と前記他側外周部との幅寸法Bsよりも小さくしていることを特徴とする超電導モータ。
In the superconducting motor according to any one of claims 1 to 5,
The inner width dimension Bc between the one-side arrangement part and the other-side arrangement part in the free state of the coil peripheral arrangement part is smaller than the width dimension Bs between the one-side outer periphery part and the other-side outer periphery part of the superconducting coil. A superconducting motor characterized by
請求項1から請求項6のいずれか1に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル周囲配置部は、前記超電導コイルの外周部に高熱伝導性接着剤により接合されていることを特徴とする超電導モータ。
The superconducting motor according to any one of claims 1 to 6,
The superconducting motor according to claim 1, wherein the coil peripheral arrangement part is joined to an outer peripheral part of the superconducting coil by a high thermal conductive adhesive.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN108809052A (en) * 2018-06-22 2018-11-13 华北电力大学 A kind of superconducting motor using track type superconductive pellet stacked coils

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