JP2013065834A - Superconductive coil body and superconductive apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超電導コイル体および超電導機器に関し、より特定的には、磁気回路を構成する磁気回路部材を備える超電導コイル体および超電導機器に関する。 The present invention relates to a superconducting coil body and a superconducting device, and more specifically to a superconducting coil body and a superconducting device including a magnetic circuit member constituting a magnetic circuit.
従来、超電導線材を巻回して構成される超電導コイルが知られている(たとえば、特開2011−091094号公報(特許文献1)参照)。超電導コイルでは、電流を流すことにより磁界を発生させたときに、超電導線材の主表面を当該磁界の磁束線が貫通すると、超電導コイルの電気的特性が劣化するという問題がある。以下、より具体的に説明する。 2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting coil configured by winding a superconducting wire is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-091094 (Patent Document 1)). In a superconducting coil, when a magnetic field is generated by passing an electric current, if magnetic flux lines of the magnetic field penetrate the main surface of the superconducting wire, there is a problem that the electrical characteristics of the superconducting coil deteriorate. More specific description will be given below.
超電導コイルに交流電流を流すことで交流磁界が発生した場合に、ヒステリシス損、結合損失、渦電流損失などの、いわゆるACロスが発生する。このACロスの大きさは、磁界における磁束密度の大きさにより決まるが、同時に磁束線の超電導コイル(具体的には超電導線の主表面)に対する方向により当該損失(ACロス)の大きさは異なる。たとえば、磁束密度がある程度大きい領域では、超電導コイルを構成する超電導線材の主表面に対して垂直な方向の磁束は、当該主表面に対して水平な磁束よりも10倍以上大きな損失を発生させる場合がある。なお、ここで超電導線材の主表面とは、超電導線材がテープ状の線材である場合に、超電導線材の側面を構成する面のうち表面積の相対的に広い面を言う。 When an AC magnetic field is generated by passing an AC current through the superconducting coil, so-called AC loss such as hysteresis loss, coupling loss, and eddy current loss occurs. The magnitude of this AC loss is determined by the magnitude of the magnetic flux density in the magnetic field, but at the same time, the magnitude of the loss (AC loss) varies depending on the direction of the magnetic flux line with respect to the superconducting coil (specifically, the main surface of the superconducting wire). . For example, in a region where the magnetic flux density is high to some extent, the magnetic flux in the direction perpendicular to the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil causes a loss that is 10 times greater than the magnetic flux horizontal to the main surface. There is. Here, the main surface of the superconducting wire means a surface having a relatively large surface area among the surfaces constituting the side surface of the superconducting wire when the superconducting wire is a tape-like wire.
上述した特開2011−091094号公報では、超電導コイルを構成する超電導線材の主表面を、発生が予測される磁束線の伸びる方向に沿うように、超電導線材の巻回の中心軸に対して傾斜して配置することで、超電導線材の主表面を貫通する磁束線の割合を低減することが提案されている。 In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-091094, the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil is inclined with respect to the central axis of the winding of the superconducting wire so as to be along the direction in which the magnetic flux lines expected to be generated extend. It has been proposed to reduce the proportion of magnetic flux lines penetrating the main surface of the superconducting wire.
しかし、上述のように超電導コイルにおいて超電導線材の主表面の方向を調整するといった方法のみでは、超電導線材の主表面を貫通する磁束線の割合を十分に低減することができない場合があった。 However, there are cases where the ratio of magnetic flux lines penetrating the main surface of the superconducting wire cannot be sufficiently reduced only by adjusting the direction of the main surface of the superconducting wire in the superconducting coil as described above.
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、損失を低減することが可能な超電導コイル体および超電導機器を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting coil body and a superconducting device capable of reducing loss.
この発明に従った超電導コイル体は、超電導線材を巻回したコイル本体部と、磁気回路部材とを備える。磁気回路部材は、コイル本体部において、超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する表面と対向するように配置され、磁性体からなる。磁気回路部材は、コイル本体部の表面と対向する対向面と、対向面に連なり対向面と交差する方向に伸びる側面とを含む。側面は、コイル本体部に近い側の端部に位置し、超電導線材の主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部を有する。 A superconducting coil body according to the present invention includes a coil main body wound with a superconducting wire and a magnetic circuit member. A magnetic circuit member is arrange | positioned so that it may oppose the surface located in the end surface side which cross | intersects the main surface of a superconducting wire in a coil main-body part, and consists of a magnetic body. The magnetic circuit member includes a facing surface that faces the surface of the coil main body, and a side surface that extends in a direction that is continuous with the facing surface and intersects the facing surface. The side surface is located at an end portion on the side close to the coil main body portion, and has a flat portion extending along the direction in which the main surface of the superconducting wire extends.
この場合、コイル本体部と磁気回路部材とが磁気回路の一部を構成し、また、磁気回路部材の側面がコイル本体部寄りに平面部を有しているので、コイル本体部の表面と磁気回路部材の対向面とが対向する領域では、磁気回路部材からコイル本体部へ伸びる磁束線の向きを、コイル本体部の超電導線材の主表面に沿った方向へ効率的に規定することができる。つまり、コイル本体部の超電導線材の主表面と交差する端面側に、磁性体からなる磁気回路部材を配置することにより、コイル本体部を流れる電流の中心に対して磁束がその周囲を回ることができるように、コイル本体部および磁気回路部材を配置することになる。この結果、コイル本体部に流れる電流によって発生する磁束の向きを、上述のように超電導線材の主表面に沿った方向に誘導することができる。このため、コイル本体部において超電導線材の主表面を貫通するように延びる磁束線の割合を効果的に低減できる。したがって、超電導線材の主表面を貫通する磁束線の存在に起因する超電導コイルでの損失の発生を抑制できる。 In this case, the coil body portion and the magnetic circuit member constitute a part of the magnetic circuit, and the side surface of the magnetic circuit member has a flat portion closer to the coil body portion. In the region facing the facing surface of the circuit member, the direction of the magnetic flux lines extending from the magnetic circuit member to the coil body can be efficiently defined in a direction along the main surface of the superconducting wire of the coil body. That is, by arranging a magnetic circuit member made of a magnetic material on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire of the coil main body, the magnetic flux can go around the center of the current flowing through the coil main body. The coil body and the magnetic circuit member are arranged so as to be able to do so. As a result, the direction of the magnetic flux generated by the current flowing in the coil main body can be induced in the direction along the main surface of the superconducting wire as described above. For this reason, the ratio of the magnetic flux line extended so that the main surface of a superconducting wire may be penetrated in a coil main-body part can be reduced effectively. Therefore, generation | occurrence | production of the loss in a superconducting coil resulting from presence of the magnetic flux line which penetrates the main surface of a superconducting wire can be suppressed.
この発明に従った超電導機器は、上記超電導コイル体を備える。この場合、超電導コイル体における損失が抑制された、高効率な超電導機器を実現できる。 A superconducting device according to the present invention includes the superconducting coil body. In this case, a highly efficient superconducting device in which loss in the superconducting coil body is suppressed can be realized.
この発明によれば、超電導コイル体における損失の発生を効果的に抑制できる。 According to this invention, generation | occurrence | production of the loss in a superconducting coil body can be suppressed effectively.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1〜図4を参照して、本発明による超電導モータを説明する。
(Embodiment 1)
A superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1および図2を参照して、本発明による超電導モータ100は、回転子であるロータと、ロータの周囲に配置された固定子であるステータとを備える。ロータは、図1の紙面に垂直な長軸方向に延びる回転軸118と、当該回転軸118と接続され、この回転軸118の周囲に配置されたロータ軸116と、ロータ軸116の外表面に等間隔で配置された4つの永久磁石120とを含む。ロータ軸116の外表面は、その断面形状が円弧状になっている。ロータ軸116の外表面の周方向において等間隔に配置された永久磁石120は、その断面形状が四角形状となっている。永久磁石120は、図1の紙面に垂直な方向に、回転軸118の延在方向に沿って伸びるように配置されている。永久磁石120としては、たとえばネオジウム系磁石、サマリウム系磁石、フェライト系磁石などを用いることができる。
1 and 2, a
ロータの周囲には、図1に示すように超電導モータ100の固定子としてのステータが配置されている。ステータは、ステータヨーク121と、このステータヨーク121の内周側からロータに向けて突出するように形成されたステータコア123と、このステータコア123の外周を囲むように配置された超電導コイル体10と、この超電導コイル体を内部に保持する冷却容器107とを含む。
A stator as a stator of the
ステータヨーク121は、ロータ軸116の外周を取囲むように配置されている。ステータヨーク121の内側表面はその断面形状(回転軸118の延在方向に対して垂直な平面における断面形状)が円弧状になっている。超電導コイル体10はステータヨーク121の円弧状の内表面に沿うように配置されている。冷却容器107は、ステータコア123の一部が挿入された状態とできるように、超電導コイル体10の中心部に位置する領域に開口部を有している。すなわち、超電導コイル体10は、ステータコア123の外周を囲むように配置されている。
The
冷却容器107は、冷媒117と超電導コイル体10とを内部に保持する冷却容器内槽105と、この冷却容器内槽105の外周を囲むように配置された冷却容器外槽106とを含む。冷却容器外槽106と冷却容器内槽105との間には間隙が設けられ、当該間隙の内部は実質的に真空状態になっている。つまり冷却容器107は断熱容器となっている。
The cooling
超電導コイル体10は、図1〜図3に示すように、ステータコア123の外周を囲む内周コイル体12a、12bと、この内周コイル体12a、12bの外周側を囲むように配置された外周コイル体11a、11bと、内周コイル体12aの上部端面と、外周コイル体11aの上部端面との間を繋ぐように配置された第1磁性体13と、内周コイル体12bの下方端面と外周コイル体11bの下方端面との間を繋ぐように配置された第2磁性体14とを含む。内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bは、図3に示した中心軸16の周囲を環状に囲むように形成されている。内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bの表面は、上記中心軸16に対して所定角度(たとえば20°)傾斜した状態となるように、超電導コイル体10は形成されている。また異なる観点から言えば、図2に示す断面における超電導コイル体10の長手方向軸131は、ステータコアの中心軸130に対して所定角度(たとえば20°)傾斜した状態となるように配置されている。内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bはそれぞれテープ状の超電導線材15を巻回することにより構成されている。内周コイル体12a、12bは、互いに超電導線材15の端面(主表面と連なる端面)が対向するように積層配置されている。また、外周コイル体11a、11bも、互いに超電導線材15の端面(主表面と連なる端面)が対向するように積層配置されている。なお、ここでは内周コイル体12a、12bという2つのコイルが積層された構造を示しているが、内周コイル体を1つだけ配置する、あるいは3つ以上の内周コイル体を積層配置するようにしてもよい。また、外周コイル体11a、11bについても、1つだけ内周コイル体を配置する、あるいは3つ以上の外周コイル体を積層配置するようにしてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
第1磁性体13および第2磁性体14は、図2や図3に示すように、その断面形状が扇型のように屈曲した形状となっている。また、超電導コイル体10を平面視した場合(中心軸16に沿った方向から超電導コイル体10を見た場合)には、第1磁性体13および第2磁性体14はステータコア123の周囲を囲む形状(環状の形状)となっている。また、図4に示すように、外周コイル体11bと第2磁性体14とは接着剤などの接合剤29により接続固定されている。このような接合剤29は外周コイル体11aおよび内周コイル体12a、12bと、第2磁性体14および第1磁性体13との接続部にも配置されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the first
図2および図3に示すように、本発明による超電導モータ100を構成する超電導コイル体10においては、内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11b、第1磁性体13および第2磁性体14によって磁気回路が構成される。さらに、図4に示すように、第2磁性体14において、外周コイル体11bと対向する端面の端部は、外周コイル体11bにおいて第2磁性体14と対向する表面より外側に突出している。そして、このように突出した端部を含む凸部19は、図3に示すように第1磁性体13および第2磁性体14において内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bと対向する領域においてそれぞれ形成されている。このため、特に内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bと第1磁性体13および第2磁性体14との境界部において、周囲の磁束線を凸部19から第1磁性体13および第2磁性体14の内部に引き込むことができる。つまり、当該境界部において超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するような磁束線の発生を抑制できる。このため、超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するように磁束線が発生することに起因して超電導コイル体10での損失が大きくなり、結果的に超電導コイル体10の性能が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
As shown in FIGS. 2 and 3, in the
なお、図3および図4に示すように、第1磁性体13および第2磁性体14において、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bのいずれかと対向する端面と連なる側面14aの端部には、超電導線材15の主表面15a、15bの延びる方向に対して傾斜した表面部37が形成されている。当該表面部37は平坦面であってもよいし、図4などに示すように曲面状の形状を有していてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, in the first
(実施の形態2)
図5を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態2を説明する。なお、図5は図3に対応する。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 5 corresponds to FIG.
本発明による超電導モータの実施の形態2は、基本的には図1〜図4に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。具体的には、図5に示すように、本発明による超電導モータの実施の形態2においては、第1磁性体13が、2つの分離した磁性体23a、23bにより構成されている。磁性体23aは内周コイル体12aと接続されている。磁性体23bは外周コイル体11aと接続されている。そして磁性体23aと磁性体23bとの間には間隙28が形成されている。また、もう一方の磁性体である第2磁性体14も、2つの磁性体24a、24bにより構成されている。磁性体24aは内周コイル体12aと接続されている。磁性体24bは外周コイル体11bと接続されている。そして、磁性体24aと磁性体24bとの間には間隙28が形成されている。この間隙28の幅は十分狭く、たとえば0.1mm以上5mm以下であってもよい。
The superconducting motor according to the second embodiment of the present invention basically has the same structure as the superconducting motor shown in FIGS. 1 to 4, but the structure of the
このような構成の第1磁性体13および第2磁性体14によっても、間隙28の幅が十分狭いので超電導コイル体10において磁気回路を構成することができる。そして、図5に示した超電導コイル体10によっても、図1〜図4に示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
Also with the first
なお、超電導モータ100の装置構成によっては、第1磁性体13および第2磁性体14のいずれか一方のみを配置する、あるいは図5に示した磁性体23a、23b、24a、24bのうちの少なくともいずれか1つを配置するといった構成としてもよい。
Depending on the device configuration of the
(実施の形態3)
図6を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態3を説明する。なお、図6は図3に対応する。
(Embodiment 3)
A third embodiment of the superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 6 corresponds to FIG.
図6に示した超電導コイル体10を備える超電導モータは、基本的には図1〜図4に示した超電導モータ100と同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の形状が異なっている。すなわち、図6に示した超電導コイル体10においては、図1〜図4に示した超電導コイル体10と同様に、超電導コイル体10の中心軸16に対して、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bを構成する超電導線材15の主表面の向きが交差している。一方、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bにおいて第1磁性体13および第2磁性体14と対向する端面は、上記超電導コイル体10の中心軸16に対してほぼ垂直になっている。このような構成の超電導コイル体10によっても、上述した実施の形態1における超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
The superconducting motor provided with the
(実施の形態4)
図7を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態4を説明する。なお、図7は図3に対応する。
(Embodiment 4)
A fourth embodiment of the superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 corresponds to FIG.
本発明による超電導モータの実施の形態4は、図1〜図4に示す超電導モータ100と同様の構成を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。すなわち、本発明による超電導モータの実施の形態4においては、超電導コイル体10がコイル体21a、21bと、このコイル体21a、21bと接続された1つの磁性体23とにより構成されている。コイル体21a、21bは基本的には図3などに示した内周コイル体12a、12bまたは外周コイル体11a、11bと同様の構造を備える。また、磁性体23は、断面形状が図7に示すようにC型となっており、一方の端部がコイル体21aの上方端面に接続され、もう一方の端部がコイル体21bの下方端部に接続されている。磁性体23の上述した両端部においては、その外周側面がコイル体21a、21bの表面より外側に突出した凸部が形成されている。凸部の外周側面である表面部37は、図示したように曲面状であってもよいし、平面状であってもよい。このような断面形状を有する超電導コイル体10においては、コイル体21a、21bおよび磁性体23によって磁気回路が構成されている。
このような構成の超電導コイル体10によっても、図3などに示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
Also with the
(実施の形態5)
図8〜図11を参照して、本発明による超電導モータを説明する。
(Embodiment 5)
A superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図8および図9を参照して、本発明による超電導モータ100は、基本的には図1および図2に示した超電導モータ100と同様の構造を備える。すなわち、超電導モータ100は、回転子であるロータと、ロータの周囲に配置された固定子であるステータとを備える。ただし、ステータを構成する超電導コイル体10の構成が、図1および図2に示した超電導モータ100と異なっている。以下、図9〜図11を参照して、本実施の形態における超電導コイル体10を説明する。
Referring to FIGS. 8 and 9,
超電導コイル体10は、図9〜図11に示すように、ステータコア123の外周を囲む内周コイル体12a、12bと、この内周コイル体12a、12bの外周側を囲むように配置された外周コイル体11a、11bと、内周コイル体12aの上部端面と、外周コイル体11aの上部端面との間を繋ぐように配置された第1磁性体13と、内周コイル体12bの下方端面と外周コイル体11bの下方端面との間を繋ぐように配置された第2磁性体14とを含む。図9〜図11に示した超電導コイル体10では、第1磁性体13および第2磁性体14の形状が図1〜図4に示した超電導コイル体10と異なっている。
As shown in FIGS. 9 to 11, the
すなわち、図11に示すように、第2磁性体14において、外周コイル体11bと対向する端面と連なる側面14aの端部には、超電導線材15の主表面15a、15bの延びる方向と実質的に平行に伸びる平面部17が形成されている。当該平面部17は、図10に示すように第1磁性体13および第2磁性体14において内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bと対向する領域の側面においてそれぞれ形成されている。このため、特に内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bと第1磁性体13および第2磁性体14との境界部において、超電導線材15の主表面15a、15b(図11参照)に対してほぼ平行に磁力線が伸びるようにすることができる。つまり、当該境界部において超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するような磁束線の発生を抑制できる。このため、超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するように磁束線が発生することに起因して超電導コイル体10での損失が大きくなり、結果的に超電導コイル体10の性能が劣化するといった問題の発生を抑制できる。
That is, as shown in FIG. 11, in the second
また、図11に示すように、第2磁性体14の幅は外周コイル体11bの幅よりも広くなっているため、外周コイル体11bを構成する超電導線材15の主表面15a、15bよりも外側に突出した凸部19が第2磁性体14において形成されている。このような凸部19が第2磁性体14において形成されることにより、図2〜図4に示した超電導コイル体10と同様に、外周コイル体11bの周囲に存在する磁束線を当該凸部19から第2磁性体14の内部に引き込むことができる。この結果、外周コイル体11bを構成する超電導線材15の主表面15a、15bを磁束線が貫通する可能性をより確実に低減できる。
Further, as shown in FIG. 11, since the width of the second
なお、図12に示すように、第2磁性体14の幅を外周コイル体11bの幅とほぼ同じにしてもよい。また、第2磁性体14において、外周コイル体11bと対向する端面と連なる側面14aの端部には、超電導線材15の主表面15a、15bと実質的に同一平面上に位置する(実質的に主表面15a、15bと平行に伸びる)平面部17が形成されている。当該平面部17は、第1磁性体13および第2磁性体14において内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bと対向する領域の側面においてそれぞれ形成されている。このため、特に内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bと第1磁性体13および第2磁性体14との境界部において、図11に示した超電導コイル体10と同様に、超電導線材15の主表面15a、15b(図12参照)に対してほぼ平行に磁力線が伸びるようにすることができる。つまり、当該境界部において超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するような磁束線の発生を抑制できる。
In addition, as shown in FIG. 12, you may make the width | variety of the 2nd
(実施の形態6)
図13を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態6を説明する。なお、図13は図10に対応する。
(Embodiment 6)
A sixth embodiment of a superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 corresponds to FIG.
本発明による超電導モータの実施の形態6は、基本的には図8〜図11に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。具体的には、図13に示すように、本発明による超電導モータの実施の形態6においては、第1磁性体13が、2つの分離した磁性体23a、23bにより構成されている。磁性体23aは内周コイル体12aと接続されている。磁性体23bは外周コイル体11aと接続されている。そして磁性体23aと磁性体23bとの間には間隙28が形成されている。また、もう一方の磁性体である第2磁性体14も、2つの磁性体24a、24bにより構成されている。磁性体24aは内周コイル体12aと接続されている。磁性体24bは外周コイル体11bと接続されている。そして、磁性体24aと磁性体24bとの間には間隙28が形成されている。この間隙28の幅は十分狭く、たとえば0.1mm以上5mm以下であってもよい。
Embodiment 6 of the superconducting motor according to the present invention basically has the same structure as the superconducting motor shown in FIGS. 8 to 11, but the structure of the
このような構成の第1磁性体13および第2磁性体14によっても、間隙28の幅が十分狭いので超電導コイル体10において磁気回路を構成することができる。そして、図13に示した超電導コイル体10によっても、図8〜図11に示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
Also with the first
なお、超電導モータ100の装置構成によっては、図5に示した超電導コイル体10と同様に、第1磁性体13および第2磁性体14のいずれか一方のみを配置する、あるいは図13に示した磁性体23a、23b、24a、24bのうちの少なくともいずれか1つを配置するといった構成としてもよい。
Depending on the device configuration of the
(実施の形態7)
図14を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態7を説明する。なお、図14は図10に対応する。
(Embodiment 7)
A seventh embodiment of the superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 14 corresponds to FIG.
図14に示した超電導コイル体10を備える超電導モータは、基本的には図8〜図11に示した超電導モータ100と同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の形状が異なっている。すなわち、図14に示した超電導コイル体10においては、図8〜図11に示した超電導コイル体10と同様に、超電導コイル体10の中心軸16に対して、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bを構成する超電導線材15の主表面の向きが交差するように配置されている。一方、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bにおいて第1磁性体13および第2磁性体14と対向する端面は、上記超電導コイル体10の中心軸16に対してほぼ垂直になっている。このような構成の超電導コイル体10によっても、上述した実施の形態5における超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
The superconducting motor provided with the
(実施の形態8)
図15を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態8を説明する。なお、図15は図10に対応する。
(Embodiment 8)
With reference to FIG. 15, Embodiment 8 of the superconducting motor according to the present invention will be described. FIG. 15 corresponds to FIG.
本発明による超電導モータの実施の形態8は、図8〜図11に示す超電導モータ100と同様の構成を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。すなわち、本発明による超電導モータの実施の形態8においては、超電導コイル体10がコイル体21a、21bと、このコイル体21a、21bと接続された1つの磁性体23とにより構成されている。コイル体21a、21bは基本的には図10などに示した内周コイル体12a、12bまたは外周コイル体11a、11bと同様の構造を備える。また、磁性体23は、断面形状が図15に示すようにC型となっており、一方の端部がコイル体21aの上方端面に接続され、もう一方の端部がコイル体21bの下方端部に接続されている。磁性体23の上述した両端部においては、その外周側面が、コイル体21a、21bを構成する超電導線材15の主表面の延びる方向と実質的に同じ方向に延びる平面部17となっている。このような断面形状を有する超電導コイル体10においては、コイル体21a、21bおよび磁性体23によって磁気回路が構成されている。
Embodiment 8 of the superconducting motor according to the present invention has the same configuration as that of
このような構成の超電導コイル体10によっても、図10などに示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
Also with the
(実施の形態9)
図16および図17を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態9を説明する。なお、図17は図16の線分XVII−XVIIにおける断面模式図である。また、図16の線分III−IIIにおける超電導コイル体の断面形状は、図3に示した超電導コイル体の断面形状と同じである。
(Embodiment 9)
A ninth embodiment of the superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 is a schematic cross-sectional view taken along line XVII-XVII in FIG. Moreover, the cross-sectional shape of the superconducting coil body in line segment III-III in FIG. 16 is the same as the cross-sectional shape of the superconducting coil body shown in FIG.
本発明による超電導モータの実施の形態9は、基本的には図1〜図4に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。具体的には、図16および図17に示すように、本発明による超電導モータの実施の形態9においては、環状(たとえばレーストラック型あるい鞍型)の平面形状を有する外周コイル体11aおよび内周コイル体12aの上部端面の間を繋ぐよう配置された第1磁性体13が、複数の構成部材を接合することにより形成されている。なお、図16には図示していないが、外周コイル体11aと積層して配置された外周コイル体11bおよび内周コイル体12aと積層して配置された内周コイル体12b(図17参照)の下部端面間を繋ぐ様に、第2磁性体が配置されている。
Embodiment 9 of the superconducting motor according to the present invention basically has the same structure as the superconducting motor shown in FIGS. 1 to 4, but the structure of the
図16に示した第1磁性体13は、屈曲した形状を有する構成部材13a、13bと、ほぼ直線状に延びる構成部材13c、13dとを、接合部51において接合した構造となっている。それぞれの構成部材13a〜13dは磁性体からなり、上述した各実施の形態における第1磁性体13と同様に、任意の磁性体材料を用いて形成できる。
The first
たとえば、屈曲した形状を有する構成部材13a、13bについては、フェライトなどの軟磁性体を用いることで、複雑な形状の構成部材13a、13bを容易に形成できる。また、第1磁性体13において、構成部材13a〜13dのそれぞれについて、使用条件などを考慮して構成材料を変更してもよい。
For example, regarding the
また、図16では図示していない第2磁性体も、基本的に上述した第1磁性体13と同様の構造を有している。すなわち、第2磁性体は、屈曲した形状を有する2つの構成部材(図17の構成部材14bおよび当該構成部材14b実質的に同じ構造の構成部材)と、ほぼ直線状に延びる構成部材13c、13dとを、接合部において接合した構造となっている。
Also, the second magnetic body not shown in FIG. 16 basically has the same structure as the first
図17に示すように、超電導コイル体10の屈曲部では、超電導コイル体10の中心軸16に対して、内周コイル体12aより内周コイル体12bの方が当該中心軸16より離れた位置に配置されている。また、外周コイル体11a、11bについても、一方の外周コイル体11aより他方の外周コイル体11bの方が中心軸16より離れた位置に配置されている。さらに、図3および図17から分かるように、中心軸16に対する、超電導コイル体10の直線状部における内周コイル体12a、12bの内周側表面(超電導線材15の主表面)の傾斜方向は、図3に示した超電導コイル体10の直線状部と、図17に示した超電導コイル体の屈曲部とで逆方向になっている。
As shown in FIG. 17, in the bent portion of the
このような構成の超電導コイル体10によっても、図1〜図4に示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。さらに、第1磁性体13および第2磁性体の少なくともいずれか一方が、図16に示すように複数の構成部材13a〜13dを接合することにより構成されているので、超電導コイル体10の使用条件などを考慮して複数の構成部材13a〜13dのそれぞれの材質を適宜選択することができる。そのため、超電導コイル体10の特性について設計の自由度を大きくできる。さらに、ここの構成部材13a〜13dについて、それぞれの形状などに応じて材質や製造方法などを適宜選択できるので、超電導コイル体10を容易に製造できる。
Also with the
(実施の形態10)
図18〜図21を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態10を説明する。なお、図20は図18に示した超電導コイル体10の屈曲部を示す部分拡大模式図であり、図21は図20に示した超電導コイル体10の屈曲部の断面を示す模式図となっている。
(Embodiment 10)
A tenth embodiment of a superconducting motor according to the present invention will be described with reference to FIGS. 20 is a partially enlarged schematic view showing a bent portion of the
本発明による超電導モータの実施の形態10は、基本的には図16および図17に示した超電導コイル体10を用いた超電導モータと同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。具体的には、図18〜図21に示すように、本発明による超電導モータの実施の形態10においては、超電導コイル体10がいわゆる鞍型の形状を有しており、さらに、第1磁性体13が、2つの分離した磁性体23a、23bにより構成されている。磁性体23aは内周コイル体12と接続されている。磁性体23bは外周コイル体11と接続されている。そして磁性体23aと磁性体23bとの間には間隙が形成されている。
また、もう一方の磁性体である第2磁性体14も、2つの磁性体24a、24bにより構成されている。磁性体24aは内周コイル体12と接続されている。磁性体24bは外周コイル体11と接続されている。そして、磁性体24aと磁性体24bとの間には間隙が形成されている。この間隙の幅は十分狭く、図5に示した超電導コイル体10と同様に、たとえば0.1mm以上5mm以下であってもよい。
The second
上述した磁性体23a、23b、24a、24bのそれぞれは、図16に示した超電導コイル体10の第1磁性体13と同様に、複数の構成部材を接合部51において接合して形成されている。また、図18〜図21に示した外周コイル体11および内周コイル体12は、それぞれ超電導線材を積層して構成されていてもよく、また、図1〜図3に示した超電導コイル体10のように、超電導線材を巻回したコイル体を複数個積層した積層コイルであってもよい。
Each of the
磁性体23a、23bの間の隙間、および磁性体24a、24bの間の隙間は充分狭くなっているため、第1磁性体13および第2磁性体14によって磁気回路を構成することができる。そのため、図18〜図21に示した超電導コイル体10によっても、図16および図17に示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。
Since the gap between the
(実施の形態11)
図22を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態11を説明する。なお、図22は図16に対応する。
(Embodiment 11)
With reference to FIG. 22,
本発明による超電導モータの実施の形態11は、基本的には図16および図17に示した超電導コイル体10を用いた超電導モータと同様の構造を備えるが、超電導コイル体10の構造が異なっている。具体的には、図22に示すように、本発明による超電導モータの実施の形態11においては、超電導コイル体10の第1磁性体13(および図示しない第2磁性体)が、複数の構成部材を接合するのではなく、1つの部材として一体的に成型されている。
このような構成の超電導コイル体10によっても、図1〜図4に示した超電導コイル体10と同様の効果を得ることができる。さらに、このように第1磁性体13を単一の部材として構成することで、第1磁性体13の磁気的あるいは電気的特性が局所的に変化する(たとえば接合部など周囲と構造の異なる部分で当該特性が局所的に変わる)といった問題の発生を抑制できる。
Also with the
なお、第1磁性体13(あるいは第2磁性体)としては、たとえば磁性体粉末を成型後焼結した焼結体を用いることができる。また、第1磁性体13(あるいは第2磁性体)として、樹脂に磁性体粉末を混ぜて成型固化した複合体(樹脂中に磁性体粉末が分散配置された複合体)などを用いることができる。上述した第1磁性体あるいは第2磁性体の材料としてソフトフェライト材料を用いる場合、比較的飽和磁束密度が高く、駆動時の損失の小さい材料を用いることが望ましい。例えば、日立金属のMB28D、ML33D等がある。これら材料は焼結したものを用いても良いし、樹脂と混錬して成形したものを用いても良い。 As the first magnetic body 13 (or the second magnetic body), for example, a sintered body obtained by molding and sintering a magnetic powder can be used. In addition, as the first magnetic body 13 (or the second magnetic body), it is possible to use a composite (a composite in which the magnetic powder is dispersed in the resin) obtained by mixing and solidifying a magnetic powder in a resin. . When a soft ferrite material is used as the material of the first magnetic body or the second magnetic body described above, it is desirable to use a material having a relatively high saturation magnetic flux density and a small loss during driving. For example, Hitachi Metals MB28D, ML33D, etc. are available. Sintered materials may be used as these materials, or materials formed by kneading with resin may be used.
また、所定の形状にプレス加工した板状の磁性体(たとえば電磁鋼板)を複数枚積層して固定した積層体を第1磁性体13(または第2磁性体)として用いることもできる。また、上述した本発明の実施の形態1〜10における第1磁性体13および第2磁性体14を構成する材料としても、上述した焼結体、複合体あるいは積層体を用いることができる。
Further, a laminated body in which a plurality of plate-like magnetic bodies (for example, electromagnetic steel plates) pressed into a predetermined shape are stacked and fixed can also be used as the first magnetic body 13 (or the second magnetic body). Moreover, as the material constituting the first
ここで、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。 Here, although there is a part which overlaps with embodiment mentioned above, the characteristic structure of this invention is enumerated.
この発明に従った超電導コイル体10は、超電導線材15を巻回したコイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)と、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)とを備える。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)において、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置する表面(第1磁性体13または磁性体23と対向する表面であって、例えば内周コイル体12aの上部表面)と対向するように配置され、磁性体からなる。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)の表面と対向する対向面を含む。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)において、対向面の端部は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)の上記表面(第1磁性体13または磁性体23と対向する表面)より外側に突出して凸部19を構成している。
A
このようにすれば、超電導コイル体10の周囲に発生する磁束線を、磁気回路部材の上記対向面の端部(コイル本体部より外側に突出した凸部19)に引き込むように誘導できるので、当該磁束線が超電導線材15の主表面15a、15bを貫通する可能性を低減できる。したがって、超電導線材15の主表面15a、15bを貫通する磁束線の存在に起因する超電導コイル体10での損失の発生を抑制できる。
In this way, the magnetic flux lines generated around the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、対向面に連なり対向面と交差する方向に伸びる側面を含む。図1〜図7に示すように、当該側面は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近い側の端部に位置し、超電導線材15の主表面の伸びる方向に対して傾斜する傾斜部(表面部37)を有していてもよい。当該傾斜部における磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)の幅は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近づくにつれて大きくなっていてもよい。この場合、表面部37を含む凸部19に磁束線をより効果的に引き込むことができる。
In the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、対向面に連なり対向面と交差する方向に伸びる側面を含む。図8〜図15に示すように、当該側面は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近い側の端部に位置し、超電導線材15の主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部17を有していてもよい。この場合、コイル本体部と磁気回路部材とが対向する領域では、第1磁性体13および磁性体23から内周コイル体12a、12bまたはコイル体21a、21b側へ伸びる磁束線の向きを、図11に示すような超電導線材15の主表面15a、15bに沿った方向へ効率的に規定することができる。
In the
また、この発明に従った超電導コイル体10は、超電導線材15を巻回したコイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)と、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)とを備える。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)において、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置する表面(第1磁性体13または磁性体23と対向する表面であって、例えば内周コイル体12aの上部表面)と対向するように配置され、磁性体からなる。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)の表面と対向する対向面と、対向面に連なり対向面と交差する方向に伸びる側面とを含む。側面は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近い側の端部に位置し、超電導線材15の主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部17を有する。
In addition, the
この場合、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)と磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)とが磁気回路の一部を構成し、また、第1磁性体13や磁性体23などの磁気回路部材の側面がコイル本体部寄りに平面部17を有しているので、コイル本体部と磁気回路部材とが対向する領域では、第1磁性体13および磁性体23から内周コイル体12a、12bまたはコイル体21a、21b側へ伸びる磁束線の向きを、図11に示すような超電導線材15の主表面15a、15bに沿った方向へ効率的に規定することができる。このため、コイル本体部において超電導線材15の主表面を貫通するように延びる磁束線の割合を効果的に低減できる。したがって、超電導線材15の主表面15a、15bを貫通する磁束線の存在に起因する超電導コイル体10での損失の発生を抑制できる。なお、平面部17の長さ(磁束線の伸びる方向における長さ)は、たとえば超電導線材15の幅の10%以上100%以下とすることができる。
In this case, the coil main body (inner
上記超電導コイル体10では、図10、図11、図13〜図15などに示すように、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)において、対向面の端部(内周コイル体12a、12b、またはコイル体21a、21bと対向する表面の端部)が、コイル本体部の表面より外側に突出した凸部19となっていてもよい。内周コイル体12a、12bの表面からの凸部19の突出高さは、たとえば0.1mm以上であってもよい。この場合、超電導コイル体10の周囲に発生する磁束線を、磁気回路部材の上記対向面の端部(コイル本体部より外側に突出した凸部19)に引き込むように誘導できるので、当該磁束線が超電導線材15の主表面15a、15bを貫通する可能性を低減できる。なお、凸部19の突出高さ(たとえば内周コイル体12aの表面に対して垂直な方向における凸部19の高さ)は、可能な限り大きくすることが好ましい。そのため、たとえば超電導コイル体10が収納される冷却容器の内壁に接触する高さまで、凸部19の高さを高くしてもよい。
In the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13)は、図5や図13に示すように互いに間隙28を隔てて配置された複数の磁性体部材(磁性体23a、23b)からなっていてもよい。なお、上記間隙28が十分小さければ、当該間隙28から磁束線の漏れる程度は極めて小さいため、当該磁気回路部材(第1磁性体13)とコイル本体部(内周コイル体12a、12b)とにより磁気回路を構成することは可能である。また、間隙28は、超電導コイル体10から離れた位置に配置することで、超電導コイル体10近傍の磁束線の方向に影響を与えることなく、超電導コイル体10および第1磁性体13を通過する磁束密度の絶対値を小さくすることができる。つまり、損失を低減する効果がある。
In the
上記超電導コイル体10において、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)は、表面(内周コイル体12aの上部表面、コイル体21aの上部表面)と反対側に位置する他方表面(内周コイル体12bの下部表面、コイル体21bの下部表面)を含んでいる。上記超電導コイル体10は、コイル本体部における他方表面と対向するように配置され、磁性体からなる他の磁気回路部材(第2磁性体14)を備えていてもよい。
In the
この場合、上記コイル本体部を第1磁性体13および第2磁性体14によりはさむような構成とすることで、これらの部材により確実に磁気回路を構成することができる。
In this case, by configuring the coil main body portion to be sandwiched between the first
上記超電導コイル体10において、他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)の他方表面(内周コイル体12bの下部表面、コイル体21bの下部表面)と対向する他の対向面を含む。他の磁気回路部材(第2磁性体14)において、他の対向面の端部は、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)の他方表面(内周コイル体12bの下部表面、コイル体21bの下部表面)より外側に突出していてもよい。この場合、内周コイル体12bの下部表面またはコイル体21bの下部表面と第2磁性体14とが対向する領域において、磁束線を上記他の対向面の端部(コイル本体部より外側に突出した第2磁性体14の凸部19)に引き込むように誘導できる。このため、当該磁束線が超電導線材15の主表面15a、15bを貫通する可能性を低減できる。
In the
上記超電導コイル体10において、他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、他の対向面に連なり当該他の対向面と交差する方向に伸びる他の側面14aを含む。他の側面14aは、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近い側の端部に位置し、超電導線材15の主表面の伸びる方向に対して傾斜する傾斜部(表面部37)を有していてもよい。この場合、表面部37を含む凸部19に磁束線をより効果的に引き込むことができる。
In the
上記超電導コイル体10において、他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、他の対向面に連なり当該他の対向面と交差する方向に伸びる他の側面14aを含む。他の側面14aは、コイル本体部(内周コイル体12a、12b、コイル体21a、21b)に近い側の端部に位置し、超電導線材15の主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部17を有していてもよい。この場合、コイル本体部と第2磁性体14とが対向する領域では、第2磁性体14から内周コイル体12a、12bまたはコイル体21a、21b側へ伸びる磁束線の向きを、図11に示すような超電導線材15の主表面15a、15bに沿った方向へ効率的に規定することができる。
In the
上記超電導コイル体10において、他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、図5や図13に示すように、互いに間隙28を隔てて配置された複数の磁性体部材(磁性体24a、24b)からなっていてもよい。
In the
上記超電導コイル体10では、図7や図15に示すように磁気回路部材と他の磁気回路部材とは接続されて一体となっていてもよい(磁気回路部材および他の磁気回路部材が磁性体23として構成されていてもよい)。この場合、コイル本体部(コイル体21a、21b)と、磁気回路部材および他の磁気回路部材が一体となった磁性体23とにより、磁気回路を確実に形成することができる。このため、コイル本体部(コイル体21a、21b)に対して、超電導線材15の主表面を貫通するような磁束線が発生する可能性を低減できる。
In the
上記超電導コイル体10は、図1〜図6、図8〜図11、図13および図15に示すように、コイル本体部の外周を囲むように配置され、超電導線材15を巻回した外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)をさらに備えていてもよい。外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)は、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置する表面(外周コイル体11aの上部表面)と、当該表面と反対側に位置する他方表面(外周コイル体11bの下部表面)とを含む。磁気回路部材(第1磁性体13)は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)における上記表面(外周コイル体11aの上部表面)と対向する外周側対向面を含んでいてもよい。磁気回路部材(第1磁性体13)において、外周側対向面の端部は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)の表面より(外周側対向面の伸びる方向において)外側に突出していてもよい。他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)における他方表面と対向する他の外周側対向面を含んでいてもよい。他の磁気回路部材(第2磁性体14)において、他の外周側対向面の端部は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)の他方表面(外周コイル体11bの下部表面)より外側に突出していてもよい。
As shown in FIGS. 1 to 6, 8 to 11, 13 and 15, the
また、上記超電導コイル体10は、図8〜図14に示すように、コイル本体部の外周を囲むように配置され、超電導線材を巻回した外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)をさらに備えていてもよい。外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)は、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置する表面(外周コイル体11aの上部表面)と、当該表面と反対側に位置する他方表面(外周コイル体11bの下部表面)とを含んでいてもよい。磁気回路部材(第1磁性体13)は、外周側コイル本体部における表面(外周コイル体11aの上部表面)と対向する外周側対向面と、外周側対向面に連なり外周側対向面と交差する方向に伸びる外周側側面(外周コイル体11aと対向する第1磁性体13の部分の側面)とを含んでいてもよい。磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)において、外周側側面は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)に近い側の端部に位置し、外周側コイル本体部を構成する超電導線材15の主表面15a、15bの伸びる方向に沿って伸びる平面部17を有していてもよい。他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)における他方表面(外周コイル体11bの下部表面)と対向する他の外周側対向面と、他の外周側対向面に連なり他の外周側対向面と交差する方向に伸びる他の外周側側面とを含んでいてもよい。他の磁気回路部材(第2磁性体14)において、他の外周側側面は、図11に示すように、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)に近い側の端部に位置し、外周側コイル本体部を構成する超電導線材15の主表面15a、15bの伸びる方向に沿って伸びる平面部17を有していてもよい。
Further, the
この場合、コイル本体部(内周コイル体12a、12b)と外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)とが中心軸16を中心とした同心に配置され、またこれらのコイル本体部と外周側コイル本体部とをつなぐように磁気回路部材(第1磁性体13)および他の磁気回路部材(第2磁性体14)が配置されるので、これらのコイル本体部(内周コイル体12a、12b)、磁気回路部材(第1磁性体13)、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)、他の磁気回路部材(第2磁性体14)により磁気回路を形成することができる。この結果、コイル本体部および外周側コイル本体部を構成する超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するような磁束線の発生をより確実に抑制できるので、当該磁束線の存在に起因する損失の発生を抑制できる。
In this case, the coil main body (inner
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)および他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、複数の板状磁性体(たとえば電磁鋼板)を積層した積層体であってもよい。この場合、第1磁性体13、磁性体23、および第2磁性体14を、たとえば電磁鋼板を加工して形成できるので、第1磁性体13などを製造するために焼結のための熱処理などを行なう場合より、結果的に超電導コイル体10の製造コストを低減できる。
In the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)および他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、磁性体材料を焼結した焼結体であってもよい。この場合、磁性体材料を予め所定の形状に成型してから焼結することで、任意の形状の第1磁性体13、磁性体23、および第2磁性体14を得ることができる。したがって、第1磁性体13、磁性体23、および第2磁性体14の形状設計の自由度を大きくすることができる。
In the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)および他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、磁性体材料と樹脂との複合体であってもよい。この場合、樹脂に磁性体材料(たとえば磁性体材料からなる粉末)を含有させて任意の形状として固化する(たとえば型成形する)ことで、樹脂中に磁性体材料が分散配置された第1磁性体13など容易に得ることができる。
In the
上記超電導コイル体10において、磁気回路部材(第1磁性体13、磁性体23)および他の磁気回路部材(第2磁性体14)は、図16〜図21に示すように、複数の構成部材(たとえば図16に示す複数の構成部材13a〜13d)を接合した接合体であってもよい。この場合、第1磁性体13などについて、複数の構成部材をまず形成し、これらの構成部材を接合することで当該第1磁性体13を形成することができる。そのため、第1磁性体13などが複雑な形状であっても、成形しやすい部分ごとに構成部材13a〜13dとして製造できるので、結果的に複雑な形状の第1磁性体13などを容易に形成できる。
In the
また、超電導コイル体10の使用条件などを考慮して、構成部材13a〜13dごとに、材質や製法を変更することができる。その結果、超電導コイル体10を含む超電導機器の特性を向上させることができる。
Moreover, the material and manufacturing method can be changed for every
この発明に従った超電導機器としての超電導モータ100は、上記超電導コイル体10を備える。この場合、超電導コイル体10における損失が抑制された、高効率な超電導モータ100を実現できる。
A
(実施例)
本発明の効果を確認するため、以下のようなシミュレーションを行なった。具体的には、3種類の構成の超電導コイル体について、損失(いわゆるACロス)をシミュレーションにより算出し、最小のACロスの値を示す構成を実験的に求めた上で、当該ACロスの最小値を比較した。
(Example)
In order to confirm the effect of the present invention, the following simulation was performed. Specifically, the loss (so-called AC loss) is calculated by simulation for three types of superconducting coil bodies, and a configuration showing the minimum AC loss value is experimentally obtained. The values were compared.
(検討対象)
実施例の超電導コイル体:
図10に示した超電導コイル体10の構成を採用した。具体的には、内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bのターン数をすべて28、これらのコイル体を構成する超電導線材15のサイズを幅:4.65mm、厚み:0.31mm、コイル全長あたりの電気抵抗を1×10-5Ωとした。
(Consideration)
Example superconducting coil body:
The configuration of the
また、第1磁性体13および第2磁性体14のサイズとして、図10に示される外周コイル体11a、11b、内周コイル体12a、12bと対向する表面の幅を6.34mmとし、また、第1磁性体13および第2磁性体14の磁気的特性についてはシミュレーションに用いたソフトウェアに搭載されている電磁鋼板の物性ライブラリを用いた。
Further, as the sizes of the first
比較例1の超電導コイル体:
磁性体を用いず、超電導コイルを2段に分けて、さらに各段での超電導線材の主表面がコイルの中心軸に対してなす角度を変更し、磁束線の方向に極力沿うようにした。なお、上記実施例の超電導コイル体を構成する超電導線材と同様の条件の超電導線材を用い、また、各段での合計ターン数も上記実施例の超電導コイル体と同様とした。
Superconducting coil body of Comparative Example 1:
Without using a magnetic material, the superconducting coil was divided into two stages, and the angle formed by the main surface of the superconducting wire at each stage with respect to the central axis of the coil was changed so as to be as much as possible in the direction of the magnetic flux lines. A superconducting wire having the same conditions as the superconducting wire constituting the superconducting coil body of the above example was used, and the total number of turns at each stage was the same as that of the superconducting coil body of the above example.
比較例2の超電導コイル体:
上述した実施例の超電導コイル体と同様の条件の超電導線材を用いて、外周コイル体11a、11bと内周コイル体12a、12bとの断面形状が環状に配置された状態になるように、これらの外周コイル体11a、11bおよび内周コイル体12a、12bを配置した。これは、これらのコイル体により形成される磁束線が、図10に示した断面で見た場合に円形に近い配置となるようにするとともに、当該磁束線の伸びる方向とコイル体を構成する超電導線材の主表面とをできるだけ平行に配置するためである。そして、これらの外周コイル体11a、11bおよび内周コイル体12a、12bの周囲を4方向から囲むように板状の磁性体を配置した。これらの磁性体は、外部からの磁束線を引き寄せて上記コイル体へ外部からの磁束線が侵入しないようにするため設けられる。
Superconducting coil body of Comparative Example 2:
Using the superconducting wire under the same conditions as the superconducting coil body of the above-described embodiment, the outer
(検討方法)
上述した実施例および比較例1、2の系について、磁性体の配置やサイズ、さらにコイル体の配置などを適宜変更しながら、ACロスの値をシミュレーションにより求めた。なお、このときのシミュレーションの共通の条件としては、線材1本あたりの電流値:172A(波高値)、モータ回転速度735rpmといったものを用いた。また、シミュレーションで用いたソフトウェアはJMAGである。
(Examination method)
With respect to the systems of the above-described Examples and Comparative Examples 1 and 2, the AC loss value was obtained by simulation while appropriately changing the arrangement and size of the magnetic body and the arrangement of the coil body. In addition, as a common condition of the simulation at this time, a current value per wire rod: 172 A (crest value), a motor rotation speed of 735 rpm, and the like were used. The software used in the simulation is JMAG.
(結果)
上記のようなシミュレーションの結果、本発明の実施例の系においては最小のACロスの値が179Wとなった。一方、比較例1の系については最小のACロスの値が446W、比較例2の系については最小のACロスの値が238Wとなった。このように、本発明の実施例の系がACロスを最も低減できることが示された。
(result)
As a result of the above simulation, the minimum AC loss value was 179 W in the system of the example of the present invention. On the other hand, the minimum AC loss value for the system of Comparative Example 1 was 446 W, and the minimum AC loss value for the system of Comparative Example 2 was 238 W. Thus, it was shown that the system of the embodiment of the present invention can reduce the AC loss most.
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
この発明は、超電導コイルを用いた超電導モータなどの超電導機器に特に有利に適用される。 The present invention is particularly advantageously applied to superconducting equipment such as a superconducting motor using a superconducting coil.
10 超電導コイル体、11,11a,11b 外周コイル体、12,12a,12b 内周コイル体、13 第1磁性体、13a〜13d、14b 構成部材、14 第2磁性体、14a 側面、15 超電導線材、15a 主表面、16,130 中心軸、17 平面部、19 凸部、21a,21b コイル体、23,23a,23b,24a,24b 磁性体、28 間隙、29 接合剤、37 表面部、51 接合部、100 超電導モータ、105 冷却容器内槽、106 冷却容器外槽、107 冷却容器、116 ロータ軸、117 冷媒、118 回転軸、120 永久磁石、121 ステータヨーク、123 ステータコア、131 長手方向軸。
DESCRIPTION OF
Claims (20)
前記コイル本体部において、前記超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する表面と対向するように配置され、磁性体からなる磁気回路部材とを備え、
前記磁気回路部材は、前記コイル本体部の前記表面と対向する対向面を含み、
前記磁気回路部材において、前記対向面の端部は、前記コイル本体部の前記表面より外側に突出している、超電導コイル体。 A coil body wound with a superconducting wire,
In the coil main body portion, the magnetic circuit member is disposed so as to face the surface located on the end surface side intersecting with the main surface of the superconducting wire, and includes a magnetic body.
The magnetic circuit member includes a facing surface facing the surface of the coil main body,
In the magnetic circuit member, the end portion of the facing surface is a superconducting coil body that protrudes outward from the surface of the coil body portion.
前記側面は、前記コイル本体部に近い側の端部に位置し、前記超電導線材の前記主表面の伸びる方向に対して傾斜する傾斜部を有する、請求項1に記載の超電導コイル体。 The magnetic circuit member includes a side surface that extends in a direction that is continuous with the opposing surface and intersects the opposing surface,
2. The superconducting coil body according to claim 1, wherein the side surface has an inclined portion that is located at an end portion on a side close to the coil main body portion and is inclined with respect to a direction in which the main surface of the superconducting wire extends.
前記側面は、前記コイル本体部に近い側の端部に位置し、前記超電導線材の前記主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部を有する、請求項1に記載の超電導コイル体。 The magnetic circuit member includes a side surface that extends in a direction that is continuous with the opposing surface and intersects the opposing surface,
2. The superconducting coil body according to claim 1, wherein the side surface has a flat portion located at an end portion on a side close to the coil main body portion and extending along a direction in which the main surface of the superconducting wire extends.
前記コイル本体部における前記他方表面と対向するように配置され、磁性体からなる他の磁気回路部材を備える、請求項1〜4のいずれか1項に記載の超電導コイル体。 The coil body includes an other surface located on the opposite side of the surface,
The superconducting coil body according to any one of claims 1 to 4, further comprising another magnetic circuit member made of a magnetic body and disposed so as to face the other surface of the coil main body.
前記他の磁気回路部材において、前記他の対向面の端部は、前記コイル本体部の前記他方表面より外側に突出している、請求項5に記載の超電導コイル体。 The other magnetic circuit member includes another facing surface that faces the other surface of the coil body portion,
6. The superconducting coil body according to claim 5, wherein, in the other magnetic circuit member, an end portion of the other facing surface protrudes outward from the other surface of the coil main body portion.
前記他の側面は、前記コイル本体部に近い側の端部に位置し、前記超電導線材の前記主表面の伸びる方向に対して傾斜する傾斜部を有する、請求項6に記載の超電導コイル体。 The other magnetic circuit member includes another side surface extending in a direction intersecting with the other facing surface and continuing to the other facing surface,
The superconducting coil body according to claim 6, wherein the other side surface has an inclined portion that is located at an end portion on a side close to the coil main body portion and is inclined with respect to a direction in which the main surface of the superconducting wire extends.
前記他の側面は、前記コイル本体部に近い側の端部に位置し、前記超電導線材の前記主表面の伸びる方向に沿って伸びる平面部を有する、請求項6に記載の超電導コイル体。 The other magnetic circuit member includes another side surface extending in a direction intersecting with the other facing surface and continuing to the other facing surface,
The superconducting coil body according to claim 6, wherein the other side surface is located at an end portion on a side close to the coil main body portion and has a flat portion extending along a direction in which the main surface of the superconducting wire extends.
前記外周側コイル本体部は、前記超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する表面と、前記表面と反対側に位置する他方表面とを含み、
前記磁気回路部材は、前記外周側コイル本体部における前記表面と対向する外周側対向面を含み、
前記磁気回路部材において、前記外周側対向面の端部は、前記外周側コイル本体部の前記表面より外側に突出しており、
前記他の磁気回路部材は、前記外周側コイル本体部における前記他方表面と対向する他の外周側対向面を含み、
前記他の磁気回路部材において、前記他の外周側対向面の端部は、前記外周側コイル本体部の前記他方表面より外側に突出している、請求項5〜8のいずれか1項に記載の超電導コイル体。 It is arranged so as to surround the outer periphery of the coil body part, further comprising an outer coil side coil body part wound with a superconducting wire,
The outer peripheral coil body includes a surface located on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire, and the other surface located on the opposite side of the surface,
The magnetic circuit member includes an outer peripheral side opposing surface that opposes the surface of the outer peripheral coil body portion,
In the magnetic circuit member, an end portion of the outer peripheral side facing surface protrudes outward from the surface of the outer peripheral coil body portion,
The other magnetic circuit member includes another outer peripheral facing surface that faces the other surface of the outer peripheral coil body portion,
9. The other magnetic circuit member according to claim 5, wherein an end portion of the other outer peripheral facing surface protrudes outward from the other surface of the outer peripheral coil body portion. Superconducting coil body.
A superconducting device comprising the superconducting coil body according to claim 1.
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