JP2016149485A - Superconducting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、超電導機器に関し、より特定的には、容器の内部に超電導コイルを保持している超電導機器に関する。 The present invention relates to a superconducting device, and more particularly to a superconducting device holding a superconducting coil inside a container.
従来、超電導線材を巻回して構成される超電導コイルを容器の内部に保持した超電導機器が知られている(たとえば、特開2013−222928号公報参照)。超電導コイルを保持する容器は、たとえば超電導コイルを保持する内槽容器と、当該内槽容器の外周を囲むように配置された外槽容器とを含む。この内槽容器を外槽容器に対して位置決めするため、内槽容器都外槽容器の双方に接触するよう配置される支持部材が用いられる。 2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting device in which a superconducting coil configured by winding a superconducting wire is held inside a container is known (see, for example, JP-A-2013-222928). The container holding the superconducting coil includes, for example, an inner tank container holding the superconducting coil and an outer tank container arranged so as to surround the outer periphery of the inner tank container. In order to position the inner tub container with respect to the outer tub container, a support member is used which is disposed so as to contact both the inner tub container and the outer tub container.
ここで、内槽容器、外槽容器、および外槽容器に対して内槽容器を位置決めするための支持部材などの材料としては、十分な機械的強度を得るためFRP(Fiber Reinforced Plastic)を用いる場合がある。 Here, as a material for the inner tank container, the outer tank container, and the support member for positioning the inner tank container with respect to the outer tank container, FRP (Fiber Reinforced Plastic) is used in order to obtain sufficient mechanical strength. There is a case.
上記のように超電導コイルを保持する容器の材料としてFRPを用いる場合、当該FRPを構成する繊維(たとえばグラスファイバーやカーボンファイバーなど)の熱伝導率が比較的高いため、外部から超電導コイルへの熱侵入が問題となる。とくに、内槽容器と外槽容器との間を実質的に真空として断熱容器を構成する場合には、上記支持部材が外部からの熱の侵入経路となる。このような熱侵入の影響を打ち消すため、超電導コイルの運転時に超電導コイルを冷却するため多大な電力が必要となる。そのため、当該支持部材を介した超電導コイルへの熱侵入を抑制することが求められていた。 When FRP is used as a material for a container for holding a superconducting coil as described above, the heat from the outside to the superconducting coil is relatively high because the fiber (for example, glass fiber or carbon fiber) constituting the FRP has a relatively high thermal conductivity. Intrusion becomes a problem. In particular, when the heat insulating container is configured by substantially vacuuming the inner tank container and the outer tank container, the support member serves as a heat intrusion path from the outside. In order to counteract the influence of such heat penetration, a great amount of electric power is required to cool the superconducting coil during operation of the superconducting coil. Therefore, it has been required to suppress heat intrusion into the superconducting coil via the support member.
そこで、上記のような課題を解決するために、超電導コイルへの熱侵入を抑制することが可能な超電導機器を提供することを目的とする。 Then, in order to solve the above subjects, it aims at providing the superconducting apparatus which can suppress the heat | fever penetration | invasion to a superconducting coil.
本発明の一態様に係る超電導機器は、超電導コイルと、内槽容器と、外槽容器と、支持部材とを備える。内槽容器は、超電導コイルを保持する。外槽容器は、内槽容器の外側に配置される。支持部材は、内槽容器を外槽容器に対して支持する。支持部材は、第1の母材中に、第1の母材より熱伝導率の低い第1の繊維が配置された第1の材料を含む。外槽容器は、第2の母材中に、第2の母材より熱伝導率の高い第2の繊維が配置された第2の材料を含む。 A superconducting device according to an aspect of the present invention includes a superconducting coil, an inner tank container, an outer tank container, and a support member. The inner tank container holds the superconducting coil. The outer tank container is disposed outside the inner tank container. The support member supports the inner tank container with respect to the outer tank container. The support member includes a first material in which first fibers having lower thermal conductivity than the first base material are arranged in the first base material. An outer tank container contains the 2nd material by which the 2nd fiber whose heat conductivity is higher than the 2nd base material is arranged in the 2nd base material.
上記によれば、支持部材を介した超電導コイルへの熱侵入を抑制することができる。 According to the above, heat penetration into the superconducting coil via the support member can be suppressed.
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.
本発明の一態様に係る超電導機器100は、超電導コイル10と、内槽容器1と、外槽容器2と、支持部材3とを備える。内槽容器1は、超電導コイル10を保持する。外槽容器2は、内槽容器1の外側に配置される。支持部材3は、内槽容器1を外槽容器2に対して支持する。支持部材3は、第1の母材32中に、第1の母材32より熱伝導率の低い第1の繊維31が配置された第1の材料を含む。外槽容器2は、第2の母材中に、第2の母材より熱伝導率の高い第2の繊維が配置された第2の材料を含む。
A
このようにすれば、内槽容器1と外槽容器2との間をつなぐ支持部材3を、熱伝導率を相対的に低くした第1の材料により構成するので、たとえば内槽容器1や外槽容器2と同じ材料により支持部材3を構成した場合より、支持部材3を介した内槽容器1への熱の侵入を抑制できる。このため、超電導コイル10の運転時に当該超電導コイル10を冷却するための電力消費を抑制できる。
In this case, the
上記超電導機器100において、第1の母材32および第2の母材を構成する材料はエポキシ樹脂であってもよく、第1の繊維31はパラ型アラミド繊維であってもよい。第2の繊維は、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、およびポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維からなる群から選択される少なくとも1つであってもよい。
In the
この場合、パラ型アラミド繊維は十分低い熱伝導率を有しているとともに強度も十分高いため、熱伝導率が相対的に小さくまた十分な強度を有する支持部材3を得ることができる。一方、外槽容器2を構成する第2の材料として、エポキシ樹脂に上記のような繊維を配置した材料(FRP)を用いることで、支持部材3より相対的に熱伝導率が高くなり、外槽容器2における温度勾配の発生を抑制できる。このため、外槽容器2における霜付きの発生や、温度勾配に起因する熱応力の発生を抑制できる。
In this case, since the para-type aramid fiber has a sufficiently low thermal conductivity and a sufficiently high strength, the
上記超電導機器100において、支持部材3の熱伝導率は0.07W/m・K以上0.3W/m・K以下であってもよく、外槽容器2の熱伝導率は、0.35W/m・K以上54W/m・K以下であってもよい。
In the
この場合、支持部材3を介した超電導コイル10への熱侵入を十分抑制できるとともに、外槽容器2における霜付きや熱応力の発生を十分に抑制できる。
In this case, heat intrusion into the
上記超電導機器100では、第1の材料における第1の繊維31の含有率は、30体積%以上90体積%以下であってもよく、第2の材料における第2の繊維の含有率は、30体積%以上90体積%以下であってもよい。
In the
この場合、支持部材3において十分低い熱導電率と十分な強度とを両立できる。また、外槽容器2においても、相対的に高い熱伝導率と十分な強度とを両立できる。
In this case, the
上記超電導機器100において、内槽容器1は内槽角部を含んでいてもよい。外槽容器2は内槽容器の内装角部と対向する位置に外槽角部を含んでいてもよい。支持部材3は、内槽角部と外槽角部との間に配置されていてもよい。
In the
この場合、超電導機器100の組み立て時などにおいて、支持部材3の位置決めを容易に行うことができる。
In this case, when the
上記超電導機器100では、支持部材3における第1の繊維31の延在方向は、支持部材3が内槽容器1を外槽容器2に対して支持するときに支持部材3に加えられる力の印加方向に対して交差する方向であってもよい。
In the
この場合、支持部材3の第1の繊維31の延在方向に交差する方向に沿って、支持部材3に応力が加えられるので、当該第1の繊維31の延在方向に沿って応力が加えられる場合より支持部材3の耐久性を高めることができる。
In this case, since stress is applied to the
上記超電導機器100において、支持部材3は、内槽容器1の周囲を囲むように複数配置されてもよい。
In the
この場合、外槽容器2に対して内槽容器1を安定して支持することができる。
上記超電導機器100において、内槽容器1は、外槽容器2と同じ材料により構成されていてもよい。この場合、超電導コイル10の冷却時などに内槽容器1と外槽容器2との温度変化に起因する変形量の差異が極端に大きくなることを防止できる。
In this case, the
In the
上記超電導機器100において、内槽容器1の熱伝導率は、支持部材3の熱伝導率より高くてもよい。また、外槽容器2の熱伝導率は、支持部材3の熱伝導率より高くてもよい。この場合、内槽容器1や外槽容器2において温度分布に起因する歪や変形などの発生を抑制できる。
In the
上記超電導機器100において、支持部材3は、内槽容器1を外槽容器2に対して相対的に移動可能に支持してもよい。この場合、内槽容器1と外槽容器2とで温度変化に起因する変形が起きたときに、支持部材3と内槽容器1および外槽容器2との接触部に過大な応力が発生することを抑制できる。
In the
[本発明の実施形態の詳細]
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、その説明は繰り返さない。
[Details of the embodiment of the present invention]
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 the description thereof will not be repeated.
以下、図1〜図4を参照して、本発明の実施の形態について説明する。まず、本実施の形態に係る超電導機器の構成を説明する。図1〜図4に、本実施の形態に係る超電導機器が、超電導モータとして構成された場合を例示する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. First, the configuration of the superconducting device according to the present embodiment will be described. 1 to 4 illustrate a case where the superconducting device according to the present embodiment is configured as a superconducting motor.
図1を参照して、本実施の形態による超電導機器100は、超電導コイルを内部に保持する内槽容器1が支持部材3を介して外槽容器2の内部に保持された構成を有する超電導モータであって、回転子であるロータ40と、ロータ40の周囲に配置された固定子であるステータ50とを備える。ロータ40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。
Referring to FIG. 1,
ロータ40の周囲には、図1に示すように超電導機器100の固定子としてのステータ50が配置されている。ステータ50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40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10と、この超電導コイル10を内部に保持する冷却容器20とを含む。
Around 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20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20は、冷媒117と超電導コイル10とを内部に保持する内槽容器1と、この内槽容器1の外周を囲むように配置された外槽容器2とを含む。外槽容器2と内槽容器1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20は断熱容器となっている。
The cooling
異なる観点から言えば、図1を参照して、超電導機器100は、超電導コイル10を格納し、冷媒117が満たされた内槽容器1と、該内槽容器1を真空中に保持して、内槽容器1の外周囲に真空断熱層を形成する外槽容器2との二層構造を備える。内槽容器1および外槽容器2の材料としては、例えば、金属やFRPを用いてもよいが、特にFRPを用いることが好ましい。内槽容器1および外槽容器2の材料を、電気絶縁性を有するFRPとした場合には、超電導コイル10に交流電流を通電させたときにも、内槽容器1および外槽容器2に誘導電流が流れて発熱することはなく、超電導機器100の冷却効率を向上できる。
From a different point of view, referring to FIG. 1, the
内槽容器1は、冷媒117に浸漬させた超電導コイル10を内部に格納可能とする任意の構造を採用できるが、図1〜図3に示すように、超電導機器100が超電導モータとして構成される場合には、ステータ50を構成する超電導コイル10を格納する内槽容器1と外槽容器2とを、ステータ50内に配置することができる。該ステータ50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40に向けて突出するように形成されたステータコア123とを含み、超電導コイル10は、上述のようにステータコア123の外周を囲むように配置できる。図1の超電導機器100には、6つの超電導コイル10が、6つのステータコア123の外周をそれぞれ取り囲むように配置されている。ステータコア123は内槽容器1および外槽容器2の外部に配置されている。
Although the
図2に、内槽容器1および外槽容器2の内部構造の概略図を示す。内槽容器1は、6つの超電導コイル10を格納するとともに、各超電導コイル10の中空部、かつ内槽容器1の外部にステータコア123を配置するように、構成することができる。このとき、外槽容器2は、内槽容器1と外槽容器外部とを真空断熱可能なように、構成できる。つまり、外槽容器2は内部を真空に保った状態で、内槽容器1を支持できる。これにより、外部の温度変化に対して内槽容器1内の温度制御を容易にすることができる。
In FIG. 2, the schematic of the internal structure of the
内槽容器1と外槽容器2とを接続するように配置された部材としては、例えば、超電導コイル10と外槽容器2外部とを電気的に接続するための電流リード、内槽容器1と外部冷凍機との間で冷媒を循環させるための冷媒配管、内槽容器1と外槽容器2との相対的な位置を規定するための支持部材などが挙げられる。図3を参照して、たとえば外槽容器2の端部には、上記電流リードと電気的に接続された端子41や、上記冷媒配管から延びた外管67、68が配置される。
As a member arranged so as to connect the
このとき、電流リードおよび冷却配管は、内槽容器1または外槽容器2の相対的な変形を許容可能なように構成されるのが好ましい。これは、超電導機器100の運転開始時には、内槽容器1に冷媒を注入することにより内槽容器1は収縮し、超電導機器100外部の環境温度の変化によっては外槽容器2が熱膨張あるいは収縮するためである。よって、例えば、冷却配管としてはベローズ配管等のフレキシブル管を採用するのが好ましい。また、電流リードと内槽容器1または外槽容器2との接続部には変形可能な接続構造を採用することが考えられる。この場合、電流リードおよび冷却配管は内槽容器1を支持することが可能な強度および構成を有さない。
At this time, the current lead and the cooling pipe are preferably configured so as to allow relative deformation of the
その結果、支持部材は、上述のような容器の変形時にも十分な支持強度を有するのが好ましい。さらに、支持部材は超電導コイル10への外部からの熱侵入の経路にもなり得るため、できるだけ熱伝導率が低いことが好ましい。図4〜図7を参照して、本実施の形態に係る超電導機器100において、支持部材3は、円柱状の形状であって、第1の母材中に、第1の母材より熱伝導率の低い第1の繊維が配置された第1の材料により構成される。第1の繊維はパラ型アラミド繊維である。第1の母材を構成する材料は、第1の繊維より熱伝導率の高い任意の材料を用いることができるが、たとえば樹脂、特にエポキシ樹脂を用いる。支持部材3における第1の繊維の含有率は、30体積%以上90体積%以下とすることができる。当該第1の繊維の含有率の下限は、好ましくは40体積%以上、さらに好ましくは45体積%以上であり、第1の繊維の含有率の上限は、好ましくは80体積%以下、さらに好ましくは70体積%以下である。
As a result, the support member preferably has sufficient support strength even when the container is deformed as described above. Furthermore, since the support member can also be a path for heat penetration from the outside into the
また、上記支持部材3の熱伝導率は、0.07W/m・K以上0.3W/m・K以下となっている。さらに、支持部材3の熱伝導率は、好ましくは0.1W/m・K以上0.25W/m・K以下、より好ましくは0.15W/m・K以上0.2W/m・K以下である。このように、支持部材3をパラ型アラミド繊維を含有するFRPにより構成することで、十分な強度と共に低い熱伝導率を有する支持部材3を得ることができる。
The
一方、外槽容器2は、第2の母材中に、第2の母材より熱伝導率の高い第2の繊維が配置された第2の材料により構成される。第2の繊維は、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、およびポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維からなる群から選択される少なくとも1つであってもよい。第2の母材を構成する材料は、第2の繊維より熱伝導率の低い任意の材料を用いることができるが、たとえば樹脂、たとえば支持部材3と同じ樹脂であるエポキシ樹脂を用いる。すなわち、外槽容器2は第2の材料としてのFRPにより構成されてもよい。外槽容器2を構成する第2の材料における第2の繊維の含有率は、30体積%以上90体積%以下とすることができる。当該第2の繊維の含有率の下限は、好ましくは40体積%以上、さらに好ましくは45体積%以上であり、第2の繊維の含有率の上限は、好ましくは80体積%以下、さらに好ましくは70体積%以下である。また、上記外槽容器2の熱伝導率は0.35W/m・K以上54W/m・K以下である。さらに、外槽容器2の熱伝導率は、好ましくは0.5W/m・K以上35W/m・K以下である。このようにすれば、外槽容器2の熱伝導率をある程度大きくすることで、外槽容器2での霜付や熱応力の発生を抑制できる。さらに、内槽容器1についても、上記外槽容器2と同様の材料により構成されていてもよい。
On the other hand, the
また、支持部材3は、内槽容器1と外槽容器2とを、相対的に移動可能とするように支持することができる。具体的には、支持部材3は内槽容器1と外槽容器2とのそれぞれと摺動可能に接触した状態で配置されている。支持部材3は、その外観が実質的に円柱状である。支持部材3は、その中心軸(円柱状の支持部材3の延在方向に延びる中心軸)が、内槽容器1の重心に向かう方向に沿うように配置されている。また、支持部材3の上記中心軸が、内槽容器1および外槽容器2の摺動面(支持部材3と接触する面)と平行になるように、支持部材3は配置されている。
Further, the
これにより、内槽容器1に冷媒を注入して内槽容器1が熱収縮した場合や、環境温度の変化によって外槽容器2が熱膨張した場合にも、支持部材3は内槽容器1と外槽容器2とを相対的に移動可能(摺動可能)に支持することで、容器変形に伴う歪みが支持部材3に蓄積されるのを防ぐことができる。また、内槽容器1および外槽容器2と支持部材3とは固着することなく摺動可能に接触しているので、内槽容器1および外槽容器2と支持部材3とが固定されている場合のように、内槽容器1および外槽容器2と支持部材3との接続部に、上記熱収縮などに起因する応力が集中するといった問題の発生を防止できる。
Accordingly, the
さらに、内槽容器1と外槽容器2とは、支持部材3と接触して摺動する摺動面を含み、該摺動面は内槽容器1の重心に向かって延びるように設けられるのが好ましい。例えば内槽容器1が収縮した場合に、収縮する方向は重心に向かう方向となる。このとき、内槽容器1が収縮する方向である重心に向かう方向に沿って摺動面が形成されていれば、当該摺動面に沿って内槽容器1と支持部材3(および外槽容器2)とが容易に移動できる。このように内槽容器1を支持部材3および外槽容器2に対して摺動可能とすることで、支持部材3への歪みの蓄積を効果的に抑制できる。なお、内槽容器1および外槽容器2の摺動面は、内槽容器1上および外槽容器2の表面上に直接形成されてもよいし、いずれかの容器と接続される別体の部材(たとえば図5に示した摺動面部材5)によって形成されてもよい。本発明の実施の形態においては、別体の部材によって形成された摺動面も、その別体の部材が内槽容器1に接続していれば、「内槽容器1の摺動面」と呼び、外槽容器2に接続していれば、「外槽容器2の摺動面」と呼ぶ。
Furthermore, the
また、上記支持部材3は、内槽容器1および外槽容器2のそれぞれの摺動面を挟んで内槽容器1の角部(内槽角部)と外槽容器2の角部(外槽角部)とが対向する位置に設けることができる。つまり、上記摺動面は、内槽容器1の重心に向かって延びるように、かつ、内槽容器1と外槽容器2との対向する角部に設けることができる。これにより、摺動面が内槽容器1および外槽容器2の角部以外に設けられた場合よりも、構造および組立方法を簡易にすることができる。このとき、上記のように摺動面を構成できる位置は、図1〜図5に示すような構造の内槽容器1および外槽容器2を用いる場合には、2箇所存在する。
The
すなわち、上記摺動面を配置できる位置の一つは、図4および図5を参照して、外槽容器2の端面65、66と、外槽容器2の内周側側壁との接合部である角部であり、もう一つは、図8および図9を参照して、外槽容器2の外周筺体64と、ステータコア123(図1参照)を配置するための開口部の側壁71との接合部である角部である。
That is, one of the positions where the sliding surface can be arranged is a joint portion between the end surfaces 65 and 66 of the
支持部材3と摺動面とを、図4および図5の構成としたときの、支持部材3の組立方法は、例えば次の方法を採ることができる。まず、内槽容器1と、内槽容器1の外周囲に真空断熱領域を有するように構成され、組み立てられた外槽容器2とを準備する。このとき、外槽容器2の両端面65,66は封止されていない状態である。次に、内槽容器1と外槽容器2とを、外槽容器2の一方の端面を底面として直立させ、頂面となった側の内槽容器1の内周角部に支持部材3を配置する。次に、支持部材3を挟んで、内槽容器1の摺動面と対向する外槽容器2の摺動面を形成するように、摺動面部材5を配置する。摺動面部材5を配置した後、端面(たとえば端面65または端面66)を封止する。このとき、支持部材3は、内槽容器1の摺動面または外槽容器2の摺動面の一方と固着してもよい。さらに、他方の端面に対しても同様の方法で支持部材3を組み立てることができる。
As the method of assembling the
一方、支持部材3と摺動面とを、図8および図9の構成としたときの、支持部材3の組立方法は、例えば次の方法を採ることができる。まず、内槽容器1と、内槽容器1の外周囲に真空断熱領域を有するように構成され、組み立てられた外槽容器2とを準備する。このとき、外槽容器2の外周筺体64は封止されていない状態である。次に、内槽容器1と外槽容器2とを外槽容器2の一方の端面を底面として直立させ、外槽容器2の外周筺体64側でかつ超電導機器100の重心側角部(外周筺体64と側壁71との接合部である角部)に摺動面部材5を配置する。摺動面部材5は内槽容器1の摺動面と対向する外槽容器2の摺動面を形成する。例えば、組み合わせることで円環状となる半円状の2つの摺動面部材5を用いることができる。次に、内槽容器1の摺動面と、摺動面部材5の摺動面との間に、支持部材3を配置する。支持部材3を配置した後、外槽容器2の外周筺体64を封止する。このときも、支持部材3は、内槽容器1の摺動面または外槽容器2の摺動面の一方と固着してもよい。さらに、他方の端面に対しても同様の方法で支持部材3を組み立てることができる。
On the other hand, when the
なお、摺動面部材5の材料としては、任意の材料を採用できるが、好ましくは、外槽容器2と熱膨張係数が同等な材料とする。これにより、上述のような容器の熱収縮または熱膨張が起きた際に、外槽容器2と摺動面部材5との界面での応力発生を抑制することができる。
In addition, although arbitrary materials can be employ | adopted as a material of the sliding
支持部材3は、好ましくは、上述のように円柱状の形状を有する。この場合、円柱の軸方向は、すでに述べたように上記摺動面と並行に、かつ、超電導機器100の重心に向かう方向に向くよう設けられることが好ましい。また、図7を参照して、支持部材3は、球状の形状を有してもよい。これにより、支持部材3と、内槽容器1および外槽容器2との接触面積を小さく抑え、支持部材3を介して外槽容器2から内槽容器1への熱侵入を抑制することができる。
The
さらに、図6および図7を参照して、上記摺動面は、支持部材3を保持する凹部4を有してもよい。凹部4は、内槽容器1の摺動面および外槽容器2の摺動面の少なくとも一方に設けてもよい。凹部4は、支持部材3の形状に合わせて、内槽容器1の重心方向への内槽容器1と外槽容器2との相対的な摺動を妨げず、かつ、摺動可能な方向に対し垂直方向には支持部材3が移動できないように設けることができる。特に、本実施の形態のように、超電導機器100としての超電導モータに本発明の一態様に係る超電導機器を適用したときには内槽容器1にトルクがかかるが、凹部4を設けることにより、ロータ軸116の回転方向への、外槽容器2に対する内槽容器1の相対的位置ずれを抑制できる。
Furthermore, referring to FIGS. 6 and 7, the sliding surface may have a
さらに、図10〜図12に示すように、内槽容器1の周囲を環状に囲むように複数の支持部材3を配置するため、環状のリング部材15を外槽容器2の角部に配置してもよい。当該リング部材15の内周側には、間隔を隔てて複数の凸部16が形成されている。当該凸部16の表面上にそれぞれ摺動面部材5が配置されている。摺動面部材5上には支持部材3がそれぞれ配置されている。支持部材3は摺動面部材5と接触する側とは反対側において内槽容器1の摺動面と接触している。このようなリング部材15を用いることで、支持部材3の組み付けを容易に行うことができる。また、組み付けを容易にするという観点から、摺動面部材5と支持部材3とを接着部材などにより接合しておいてもよい。また、図1〜図9に示した超電導機器においても、支持部材3を内槽容器1側の摺動面または外槽容器2側の摺動面の少なくともいずれかと接合しておいてもよい。
Further, as shown in FIGS. 10 to 12, an
また、図11に示すように、支持部材3においては、第1の母材32中に配置された第1の繊維31(パラ型アラミド繊維)の延在方向は、支持部材3が内槽容器1を外槽容器2に対して支持するときに支持部材3に加えられる力の印加方向に対して交差する方向(すなわち、内槽容器1の摺動面から外槽容器2の摺動面に向かう方向に対して交差する方向)であることが好ましい。ここでは、たとえば第1の繊維31は支持部材3の中心軸の周りを周回するように同心円状に配置されていてもよい。このようにすれば、第1の繊維31の表面に交差する方向に圧縮応力が加えられることになり、第1の繊維31の延在方向に沿った方向から圧縮応力を加えられる場合より支持部材3の耐久性を高めることができる。
Moreover, as shown in FIG. 11, in the supporting
また、支持部材3としては、上述のように円筒状や球状などの形状であってもよいが、図13に示すように直方体状の形状であってもよい。この場合、支持部材3の第1の表面33が外槽容器2の摺動面に接触し、第2の表面34が内槽容器1の摺動面に接触するように、支持部材3を配置することができる。当該第1の表面33または第2の表面34は、外槽容器2または内槽容器1の摺動面に接合されていてもよい。また、このような第1の表面33および第2の表面34が形成されていれば、支持部材3における他の部分の表面は平面ではなく曲面状であってもよい。支持部材3の形状は、上記のような円筒状、球状、直方体状など、任意の形状とすることができる。また、図13に示した支持部材3においては、第1の表面33に沿った方向に延びるように(層状に)第1の繊維が配置されていてもよい。
The
また、支持部材3の第1の母材はエポキシ以外の樹脂、例えばPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)、PPS(ポリフェニレンサルファイド)、66ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。その場合は射出成形による成形を用いて支持部材3を作製しても良く、第1の繊維はフィラー状のパラ型アラミド短繊維であってもよい。外槽容器2の第2の母材はエポキシ以外の樹脂、例えばPEEK、PPS、66ナイロン等の熱可塑性樹脂を用いてもよい。その場合は射出成形による成形を用いて外槽容器2を作製しても良く、第2の繊維はフィラー状のガラス短繊維、ポリエチレン短繊維、およびポリパラフェニレンベンズオキサゾール短繊維であっても良い。
The first base material of the
以上のように、本実施の形態に係る超電導機器は、内槽容器1を外槽容器2に対して支持する支持部材3を構成する材料として、外槽容器2を構成する材料より低い熱伝導率を有する材料(具体的にはパラ型アラミド繊維を含有するFRP)を用いているので、内槽容器1と外槽容器2との相対的な位置を保持するのに十分な強度の支持部材3を得られるとともに、外槽容器2から支持部材3を介して内槽容器1側への熱の侵入を効果的に抑制できる。
As described above, the superconducting device according to the present embodiment has a lower thermal conductivity than the material constituting the
また、上述した超電導機器では、内槽容器1と外槽容器2とを摺動可能に支持する支持部材を備えることにより、支持部材の変形を抑制し、支持部材の強度低下を抑制できる。さらに、内槽容器1と外槽容器2の摺動面は、内槽容器1の重心方向に延びているため、熱変形に起因して支持部材や内槽容器1、外槽容器2などに応力が加えられることを抑制できる。
Moreover, in the superconducting apparatus mentioned above, by providing the support member which supports the
今回開示された実施の形態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実施の形態ではなく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。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.
本発明の超電導機器は、たとえば超電導モータに、特に有利に適用される。 The superconducting device of the present invention is particularly advantageously applied to, for example, a superconducting motor.
1 内槽容器
2 外槽容器
3 支持部材
4 凹部
5 摺動面部材
10 超電導コイル
15 リング部材
16 凸部
20 冷却容器
31 第1の繊維
32 第1の母材
40 ロータ
50 ステータ
64 外周筺体
65,66 端面
67,68 外管
71 側面
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
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記超電導コイルを保持する内槽容器と、
前記内槽容器の外側に配置された外槽容器と、
前記内槽容器を前記外槽容器に対して支持する支持部材とを備え、
前記支持部材は、第1の母材中に、前記第1の母材より熱伝導率の低い第1の繊維が配置された第1の材料を含み、
前記外槽容器は、第2の母材中に、前記第2の母材より熱伝導率の高い第2の繊維が配置された第2の材料を含む、超電導機器。 A superconducting coil;
An inner vessel holding the superconducting coil;
An outer tank container disposed outside the inner tank container;
A support member for supporting the inner tank container with respect to the outer tank container,
The support member includes a first material in which a first fiber having a thermal conductivity lower than that of the first base material is disposed in the first base material,
The outer tub container is a superconducting device including a second material in which a second fiber having higher thermal conductivity than the second base material is disposed in a second base material.
前記第1の繊維はパラ型アラミド繊維であり、
前記第2の繊維は、ガラス繊維、ポリエチレン繊維、およびポリパラフェニレンベンズオキサゾール繊維からなる群から選択される少なくとも1つである、請求項1に記載の超電導機器。 The material constituting the first base material and the second base material is an epoxy resin,
The first fiber is a para-aramid fiber,
2. The superconducting device according to claim 1, wherein the second fiber is at least one selected from the group consisting of glass fiber, polyethylene fiber, and polyparaphenylene benzoxazole fiber.
前記外槽容器の熱伝導率は、0.35W/m・K以上54W/m・K以下である、請求項1または請求項2に記載の超電導機器。 The support member has a thermal conductivity of 0.07 W / m · K to 0.3 W / m · K,
The superconducting device according to claim 1 or 2, wherein the outer tank container has a thermal conductivity of 0.35 W / m · K or more and 54 W / m · K or less.
前記第2の材料における前記第2の繊維の含有率は、30体積%以上90体積%以下である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の超電導機器。 The content of the first fiber in the first material is 30% by volume or more and 90% by volume or less,
The content rate of the said 2nd fiber in a said 2nd material is a superconducting apparatus of any one of Claims 1-3 which are 30 volume% or more and 90 volume% or less.
前記外槽容器は前記内槽容器の前記内槽角部と対向する位置に外槽角部を含み、
前記支持部材は、前記内槽角部と前記外槽角部との間に配置されている、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の超電導機器。 The inner tank container includes an inner tank corner,
The outer tank container includes an outer tank corner at a position facing the inner tank corner of the inner tank container,
The superconducting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the support member is disposed between the inner tank corner and the outer tank corner.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101913011B1 (en) | 2016-12-19 | 2018-10-29 | 창원대학교 산학협력단 | Flexible support apparatus for superconducting magnet in superconducting rotating machine |
RU2735953C1 (en) * | 2020-05-15 | 2020-11-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Method for cryostatting of superconducting windings of a brushless dc motor |
-
2015
- 2015-02-13 JP JP2015026267A patent/JP2016149485A/en active Pending
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