JP2018026896A - 超伝導回転機 - Google Patents
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Abstract
Description
環状を為すコア部材と、
超伝導材料によって形成されたテープ状の部材からなり、コア部材の環状部分に巻き付けられた超伝導ワイヤーと
を備えた超伝導回転機であって、
コア部材が、互いに略平行な上面及び下面を有する平板環状に形成されるとともに、
テープ状を為す超伝導ワイヤーにおける、コア部材の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分が、その幅方向とコア部材の厚さ方向とが略平行となるように配された
ことを特徴とする超伝導回転機
を提供することによって解決される。
超伝導ワイヤーにおける、コア部材の内周面側に配される内側部分を案内するための内側突起部と、超伝導ワイヤーにおける、コア部材の外周面側に配される外側部分を案内するための外側突起部とで構成される内外一対の突起部の組を、コア部材の周回方向における複数箇所に設けるとともに、
それぞれの組の突起部における一側(環状を為すコア部材の周回方向における一側。以下同じ。)に、超伝導ワイヤーの上側部分及び下側部分が重なり、それぞれの組の突起部における他側(環状を為すコア部材の周回方向における他側。以下同じ。)に、超伝導ワイヤーの内側部分及び外側部分が重なる状態で、それぞれの組の突起部ごとに超伝導ワイヤーを巻き付ける
構成である。
内側突起部及び外側突起部の上端部を、コア部材の上面から上方に突出させて設け、
内側突起部及び外側突起部の下端部を、コア部材の下面から下方に突出させて設けるとともに、
内側突起部の上端部内面側及び下端部内面側、並びに、外側突起部の上端部外面側及び下端部外面側に、それぞれ断面半円状の嶺部を有することにより、それらの箇所で案内される超伝導ワイヤーが許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようにすると、好ましい。
テープ状を為す超伝導ワイヤー64における、コア部材80の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分を、その幅方向とコア部材80の厚さ方向とが略平行となるように配することによって、超伝導ワイヤー64に発生するACロスを小さく抑えることができる構成を備えたものとなっているが、当該構成を、図1〜9に示した超伝導モーターで採用することによって、さらに、
[1] 固定子70に設けられたコイル60の熱的安定性を高めて、コイル60の臨界電流の低減を抑えることができる、
[2] ローレンツ力の利用効率を高めることができる、
[3] コイル60の自己インダクタンスを抑えることができる、及び、
[4] 各相のコイル60の自己インダクタンスによる誘導電流の影響を抑えることができる、
という効果を奏することも可能になる。
本実施態様の超伝導モーターは、図1に示すように、永久磁石20,30が設けられた一対の回転子40,50と、超伝導ワイヤー64で形成されたコイル60が相ごとに設けられた固定子70とを備え、永久磁石20,30による磁場がコイル60を流れる電流に及ぼすローレンツ力の反力によって、固定子70の両側に配された一対の回転子40,50が回転子の回転中心線A1を中心として回転するようにしたアキシャルギャップ型のものとなっている。
回転子40と回転子50は、図1に示すように、固定子70を挟んで反対側(固定子70の上面側と下面側)に対向するように配置されている。回転子40の中心部と回転子50の中心部は、いずれも出力軸10に対して一体的に固定されており、回転子40及び回転子50に回転中心線A1回りの回転力が生じると、出力軸10が回転するようになっている。出力軸10は、シール軸受100を介して密閉容器90に回転可能な状態で取り付けられている。回転子40及び回転子50は、それぞれ後述する永久磁石20及び永久磁石30を設けることができるのであれば、その形態を特に限定されない。本実施態様の超伝導モーターにおいては、図2に示すように、回転子40及び回転子50は、いずれも回転中心線A1に対して回転対称な円盤状を為している。回転子40の下面には、永久磁石20が設けられており、回転子50の上面には、永久磁石30が設けられている。
本実施態様の超伝導モーターにおいて、固定子70は、図3に示すように、コア部材80と、コイル60とを備えたものとなっている。コイル60は、コア部材80にテープ状の超伝導ワイヤー64を巻き付けて形成されている。コア部材80は、図2に示すように、コア基体81と、磁性体コア82とで構成されている。コア基体81は、図4に示すように、回転中心線A1に垂直な円環状を為しており、その内周面に設けられた複数個の内側突起部81aと、その外周面に設けられた複数個の外側突起部81bとを有している。内側突起部81a及び外側突起部81bは、コイル60を形成する超伝導ワイヤー64をコア部材80に巻き付ける際に、超伝導ワイヤー64の上側部分64a(図5)及び下側部分64bが上下方向(z軸方向)に略平行となるように超伝導ワイヤー64を案内するためのものとなっている。内側突起部81aの個数及び外側突起部81bの個数は、それぞれ特に限定されないが、通常、同数とされる。本実施態様におけるコア基体81においては、図4に示すように、一の内側突起部81aと一の外側突起部81bとで形成される内外一対の突起部の組が、コア基体81の周回方向に沿って12箇所設けられている。コア基体81の中心部の開口部81cには、出力軸10(図1)が回転可能な状態で挿通される。
コイル60は、図3に示すように、固定子70を周回方向に分割する各位置に、回転子の回転中心線A1に対して回転対称となるように設けられている。複数個のコイル60は、複数の相に分かれて構成されており、相ごとに位相のずれた電流が流れるようになっている。コイル60の相数は、通常2相以上、好ましくは3相以上とされる。しかし、コイル60の相数を多くしすぎると、電子回路が複雑となってコストが増大するため、通常は、24相程度まで、好ましくは12相以下、より好ましくは6相以下とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいては、12個のコイル61a,61b,61c,61d,62a,62b,62c,62d,63a,63b,63c,63dを3相に設けている。具体的には、コイル61a,61b,61c,61dを第1相とし、コイル62a,62b,62c,62dを第2相とし、コイル63a,63b,63c,63dを第3相としている。同一位相のコイル60は、円環状を為す固定子70における対向する箇所に配されている。
本実施態様の超伝導モーターにおいては、図9に示すように、第1相から第3相までのコイル60(第1相のコイル61、第2相のコイル62、及び、第3相のコイル63)を、相ごとに互いに並列となるように接続している。各相を構成するコイル60には、相ごとに位相のずれた交流電流が流される。本実施態様において、コイル61,62,63を流れるそれぞれの電流は、互いに位相が120°ずつずれた状態となっている。本実施態様の超伝導モーターにおいては、既に述べた通り、各相のコイル60を複数本のコイル60によって構成している(第1相のコイル61を4本のコイル61a,61b,61c,61dで構成し、第2相のコイル62を4本のコイル62a,62b,62c,62dで構成し、第3相のコイル63を4本のコイル63a,63b,63c,63dで構成した)。これら12本のコイル61a,61b,61c,61d,62a,62b,62c,62d,63a,63b,63c,63dを、どのような回路で接続するのかについては特に限定されないが、本実施態様においては、以下のように配線を行っている。
本発明の超伝導回転機(超伝導モーター及び超伝導発電機)は、その用途を限定されるものではなく、様々な分野において好適に採用することができる。本発明の超伝導回転機は、出力効率が高いものであるため、大きな出力が要求される用途にも好適に採用することができる。このような用途としては、自動車、船舶、電車、航空機又は昇降機等の輸送機器又は移送機器における駆動機構としての用途や、風力発電や水力発電や火力発電等の各種発電機項としての用途が例示される。
20 永久磁石
30 永久磁石
40 回転子
41 環状溝
50 回転子
51 環状溝
60 コイル
64 超伝導ワイヤー
64a 上側部分
64b 下側部分
64c 内側部分
64d 外側部分
70 固定子
80 コア部材
81 コア基体
81a 内側突起部
81a1 嶺部
81a2 嶺部
81b 外側突起部
81b1 嶺部
81b2 嶺部
81c 開口部
81d 環状溝
81e 伝熱部
82 磁性体コア
82a 第一の磁性体コア
82b 第二の磁性体コア
90 密閉容器
100 シール軸受
110 冷熱供給源
120 断熱材
A1 出力軸の中心線(回転子の回転中心線)
Claims (6)
- 環状を為すコア部材と、
超伝導材料によって形成されたテープ状の部材からなり、コア部材の環状部分に巻き付けられた超伝導ワイヤーと
を備えた超伝導回転機であって、
コア部材が、互いに略平行な上面及び下面を有する平板環状に形成されるとともに、
テープ状を為す超伝導ワイヤーにおける、コア部材の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分が、その幅方向とコア部材の厚さ方向とが略平行となるように配された
ことを特徴とする超伝導回転機。 - 超伝導ワイヤーにおける、コア部材の内周面側に配される内側部分を案内するための内側突起部と、超伝導ワイヤーにおける、コア部材の外周面側に配される外側部分を案内するための外側突起部とで構成される内外一対の突起部の組が、コア部材の周回方向における複数箇所に設けられ、
それぞれの組の突起部における一側に、超伝導ワイヤーの上側部分及び下側部分が重なり、それぞれの組の突起部における他側に、超伝導ワイヤーの内側部分及び外側部分が重なる状態で、それぞれの組の突起部ごとに超伝導ワイヤーが巻き付けられた
請求項1に記載の超伝導回転機。 - 内側突起部及び外側突起部の上端部が、コア部材の上面から上方に突出して設けられ、
内側突起部及び外側突起部の下端部が、コア部材の下面から下方に突出して設けられるとともに、
内側突起部の上端部内面側及び下端部内面側、並びに、外側突起部の上端部外面側及び下端部外面側に、それぞれ断面半円状の嶺部を有することにより、それらの箇所で案内される超伝導ワイヤーが許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようにした
請求項2に記載の超伝導回転機。 - 内側突起部及び外側突起部の上端部及び下端部に設けられた上記嶺部が、コア部材の上面及び下面に対して45°の傾斜角度を有する請求項3に記載の超伝導回転機。
- 超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分の幅方向と、コア部材の厚さ方向との為す角度が、10°以下とされた請求項1〜4のいずれかに記載の超伝導回転機。
- 永久磁石が設けられた上下一対の回転子をさらに備え、
超伝導ワイヤーが巻き付けられたコア部材の上下に配された一対の回転子が、環状を為すコア部材の中心線を回転中心として回転可能に支持された
請求項1〜5のいずれかに記載の超伝導回転機。
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Family Applications (1)
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2016
- 2016-08-08 JP JP2016155465A patent/JP6800475B2/ja active Active
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