JP4152898B2 - Bulk superconductor magnetizing device, magnetizing method and superconducting synchronous machine - Google Patents

Bulk superconductor magnetizing device, magnetizing method and superconducting synchronous machine Download PDF

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Description

本発明はバルク超電導体(高温超電導体)を着磁させる着磁装置およびその着磁方法、および前記着磁装置及び着磁方法を適用した超電導同期機に関する。   The present invention relates to a magnetizing device for magnetizing a bulk superconductor (high-temperature superconductor), a magnetizing method thereof, and a superconducting synchronous machine to which the magnetizing device and the magnetizing method are applied.

バルク超電導体は、超電導材料中にピン止め効果を示す非超電導相を分散して溶融成長させた高温超電導体の固まりである。バルク超電導体は大きな磁場を捕捉することができ、着磁させたのちに磁石として用いれば、高性能のモーターや発電機等に有効に利用することができる。   A bulk superconductor is a mass of high-temperature superconductors obtained by dispersing and growing a non-superconducting phase exhibiting a pinning effect in a superconducting material. A bulk superconductor can capture a large magnetic field and can be effectively used for a high-performance motor, a generator, or the like if it is used as a magnet after being magnetized.

上記バルク超電導体の着磁方法には、大別して静磁場着磁法とパルス着磁法がある。静磁場着磁法は着磁対象のバルク超電導体とは別個の超電導磁石を用意し、静磁場によってバルク超電導体を着磁させる。静磁場着磁法によれば、77ケルビンにおいて磁束密度4テスラを超える磁界をバルク超電導体に着磁させることができ、強い磁界を得ることができる。しかし、静磁場着磁法を行う着磁装置は装置の小型化に限界があり、バルク超電導体を組み込んだ機器において該バルク超電導体を着磁させるには不利であった。   The bulk superconductor magnetization methods are roughly classified into a static magnetic field magnetization method and a pulse magnetization method. In the static magnetic field magnetization method, a superconducting magnet is prepared separately from the bulk superconductor to be magnetized, and the bulk superconductor is magnetized by a static magnetic field. According to the static magnetic field magnetization method, a magnetic field exceeding a magnetic flux density of 4 Tesla at 77 Kelvin can be magnetized in the bulk superconductor, and a strong magnetic field can be obtained. However, a magnetizing apparatus that performs the static magnetic field magnetizing method has a limit in miniaturization of the apparatus, which is disadvantageous for magnetizing the bulk superconductor in a device incorporating the bulk superconductor.

これに対して、パルス着磁法は、バルク超電導体の側面にコイルを配置し、該コイルにパルス電流を流してパルス着磁させるものである。パルス着磁法を行う装置は静磁場着磁法の装置より一般に小型化が可能であり、大きさの面でバルク超電導体を組み込んだ機器において該バルク超電導体を着磁させるのに適している。   On the other hand, in the pulse magnetization method, a coil is arranged on the side surface of the bulk superconductor, and a pulse current is passed through the coil to cause pulse magnetization. An apparatus for performing the pulse magnetization method is generally smaller than an apparatus for the static magnetic field magnetization method, and is suitable for magnetizing the bulk superconductor in an apparatus incorporating the bulk superconductor in terms of size. .

以下に従来のバルク超電導体の着磁法を図面を用いて説明する。   A conventional method for magnetizing a bulk superconductor will be described below with reference to the drawings.

図12は従来のバルク超電導体の着磁装置(その1)の構成図である。   FIG. 12 is a configuration diagram of a conventional bulk superconductor magnetizing apparatus (part 1).

この図において、符号61はバルク超電導体を磁石として用いる機器、62は機器61内に設置された真空容器、63は真空容器62内に設置された冷媒容器、64は冷媒容器63内に設置された着磁コイル、65は着磁コイルの中空部に設置されたバルク超電導体、66は機器61の外に設置された電源、67は着磁コイル64と電源66とを接続する接続線、68は冷媒容器63に接続された冷媒配管、69は冷媒としての液体窒素である。70は冷媒配管68に設けられた接続線67のための貫通部である。   In this figure, reference numeral 61 is an apparatus using a bulk superconductor as a magnet, 62 is a vacuum container installed in the apparatus 61, 63 is a refrigerant container installed in the vacuum container 62, and 64 is installed in the refrigerant container 63. A magnetized coil; 65, a bulk superconductor installed in the hollow portion of the magnetized coil; 66, a power supply installed outside the device 61; 67, a connection line for connecting the magnetized coil 64 and the power supply 66; Is a refrigerant pipe connected to the refrigerant container 63, and 69 is liquid nitrogen as a refrigerant. Reference numeral 70 denotes a through portion for a connecting line 67 provided in the refrigerant pipe 68.

バルク超電導体65は冷媒配管68を通して冷媒容器63に入れられた液体窒素69によって超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却され、超電導の状態になる。この状態で電源66から接続線67を介して着磁コイル64に電流を流すようにすると、着磁コイル64は磁束がバルク超電導体65の外周から着磁コイル64の中空部を図面における垂直方向に通る磁場を発生する。この磁場をバルク超電導体65に磁束が侵入する第1(下部)臨界磁場と第2(上部)臨界磁場の間の磁場にすると、バルク超電導体65は磁化される。このバルク超電導体65の磁化された状態は電源66の電流を遮断した後も維持され、機器61の磁石として機能する。   The bulk superconductor 65 is cooled to a temperature lower than the critical temperature at which it is transferred to superconductivity by the liquid nitrogen 69 put in the refrigerant container 63 through the refrigerant pipe 68, and enters the superconducting state. In this state, when a current is passed from the power source 66 to the magnetizing coil 64 via the connection line 67, the magnetizing coil 64 has a magnetic flux extending from the outer periphery of the bulk superconductor 65 to the hollow portion of the magnetizing coil 64 in the vertical direction in the drawing. Generate a magnetic field that passes through When this magnetic field is set to a magnetic field between the first (lower) critical magnetic field and the second (upper) critical magnetic field in which the magnetic flux enters the bulk superconductor 65, the bulk superconductor 65 is magnetized. The magnetized state of the bulk superconductor 65 is maintained even after the current of the power supply 66 is cut off, and functions as a magnet of the device 61.

次に、従来のパルス着磁法によるバルク超電導体の着磁装置について説明する。   Next, a bulk superconductor magnetizing apparatus using a conventional pulse magnetizing method will be described.

図13は従来のパルス着磁法によるバルク超電導体の着磁装置(その2)の構成図である。   FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional bulk superconductor magnetizing apparatus (part 2) by a pulse magnetizing method.

図において、符号71は断熱容器、72は断熱容器71内のコールドヘッド、73は冷凍機、74は圧縮機、75は銅ブロック、76はバルク超電導体、77は着磁コイル、78は着磁用パルス電流を流すパルス電源である。パルス電源78は、直流可変電圧源79と切換スイッチ80とコンデンサ81とダイオード82とを有している。着磁コイル77はバルク超電導体76の外周を囲むように巻成されている。   In the figure, reference numeral 71 is a heat insulating container, 72 is a cold head in the heat insulating container 71, 73 is a refrigerator, 74 is a compressor, 75 is a copper block, 76 is a bulk superconductor, 77 is a magnetizing coil, and 78 is magnetized. This is a pulse power supply that allows a pulse current to flow. The pulse power supply 78 has a DC variable voltage source 79, a changeover switch 80, a capacitor 81, and a diode 82. The magnetizing coil 77 is wound so as to surround the outer periphery of the bulk superconductor 76.

図13の着磁装置において、バルク超電導体76は冷凍機73によって冷却されたコールドヘッド72により銅ブロック75を介して超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却されて超電導の状態になる。この状態で、パルス電源78ははじめに切換スイッチ80によって直流可変電圧源79とコンデンサ81を接続してコンデンサ81を充電し、次に、切換スイッチ80を切り換えてコンデンサ81と着磁コイル77を接続して着磁コイル77にパルス電流を流す。パルス電源78はこの動作を繰り返して着磁コイル77にパルス状のパルス電流を流す。   In the magnetizing apparatus of FIG. 13, the bulk superconductor 76 is cooled to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity via the copper block 75 by the cold head 72 cooled by the refrigerator 73, and enters a superconducting state. In this state, the pulse power supply 78 first connects the DC variable voltage source 79 and the capacitor 81 by the changeover switch 80 to charge the capacitor 81, and then switches the changeover switch 80 to connect the capacitor 81 and the magnetizing coil 77. Then, a pulse current is passed through the magnetizing coil 77. The pulse power supply 78 repeats this operation and causes a pulsed pulse current to flow through the magnetizing coil 77.

着磁コイル77にパルス電流が流されると、そのときどきの電流の大きさに比例して着磁コイル77の中空部を通る磁束が生成される。この磁束は超電導の状態になったバルク超電導体76によって捕捉され、バルク超電導体76が着磁される。バルク超電導体の76が捕捉する磁束の量は着磁コイル77に流されるパルス電流の大きさすなわちパルス電流の振幅に比例する。このパルス電流の振幅は直流可変電圧源79の電圧を変えることによってコンデンサ81の充電電圧が変わりそれによって変化する。したがって、直流可変電圧源79の電圧を高くするとバルク超電導体76が強く着磁される。
特許第3172611号公報 特開平10−12429号公報 特開平10−154620号公報 特開2001−110637号公報
When a pulse current is passed through the magnetizing coil 77, a magnetic flux passing through the hollow portion of the magnetizing coil 77 is generated in proportion to the magnitude of the current. This magnetic flux is captured by the bulk superconductor 76 in a superconducting state, and the bulk superconductor 76 is magnetized. The amount of magnetic flux captured by the bulk superconductor 76 is proportional to the magnitude of the pulse current flowing through the magnetizing coil 77, that is, the amplitude of the pulse current. The amplitude of the pulse current is changed by changing the voltage of the DC variable voltage source 79 and changing the charging voltage of the capacitor 81. Therefore, when the voltage of the DC variable voltage source 79 is increased, the bulk superconductor 76 is strongly magnetized.
Japanese Patent No. 3172611 Japanese Patent Laid-Open No. 10-12429 Japanese Patent Laid-Open No. 10-154620 JP 2001-110737 A

しかし、上記従来のパルス着磁法によるバルク超電導体の着磁は、77ケルビンにおいて磁束密度1テスラを超える磁界を着磁させることが困難であった。具体的には、従来のパルス着磁法によって磁束密度1テスラを超える磁界を着磁させるには、ヘリウムによって77ケルビン以下の温度に冷却しなければならなかった。   However, it is difficult to magnetize a bulk superconductor by the conventional pulse magnetization method described above, in which a magnetic field exceeding a magnetic flux density of 1 Tesla is obtained at 77 Kelvin. Specifically, in order to magnetize a magnetic field having a magnetic flux density exceeding 1 Tesla by the conventional pulse magnetizing method, it has been necessary to cool to a temperature of 77 Kelvin or less with helium.

このため、液体窒素によって簡易に冷却できる77ケルビンにおいて磁束密度1テスラを超える磁界を着磁させる装置・方法が従来から強く求められていた。   For this reason, there has been a strong demand for an apparatus and method for magnetizing a magnetic field exceeding a magnetic flux density of 1 Tesla in 77 Kelvin that can be easily cooled by liquid nitrogen.

加えて、従来のバルク超電導体の着磁装置・方法は、着磁効率が低いという問題があった。   In addition, the conventional bulk superconductor magnetizing apparatus / method has a problem of low magnetizing efficiency.

すなわち、従来のバルク超電導体の着磁装置・方法は、図12及び図13に示されているように、着磁コイルがバルク超電導体の側面外周に設置されており、磁束は着磁コイルの周囲に同心円状に発生して着磁コイルの中空部を通る。この場合に、着磁コイルとバルク超電導体の距離が長いため、着磁に利用される磁束が減少するという問題があった。   That is, in the conventional bulk superconductor magnetizing apparatus / method, as shown in FIG. 12 and FIG. 13, the magnetizing coil is installed on the outer periphery of the side surface of the bulk superconductor, and the magnetic flux is It occurs concentrically around the circumference and passes through the hollow portion of the magnetized coil. In this case, since the distance between the magnetizing coil and the bulk superconductor is long, there is a problem that the magnetic flux used for magnetizing decreases.

さらに、従来のバルク超電導体の着磁装置・方法は、図12及び図13から明らかなように、バルク超電導体の側面外周を着磁コイルで囲む構造であった。このため、着磁後にバルク超電導体を単体として取り出して永久磁石として利用するためには少なくともバルク超電導体を着磁コイルの中空部から抜き出す動きが必要であり、このため、バルク超電導体を利用する実機において複雑なバルク超電導体の支持機構を備える必要があり不便であった。   Furthermore, as is apparent from FIGS. 12 and 13, the conventional bulk superconductor magnetizing apparatus / method has a structure in which the outer circumference of the bulk superconductor is surrounded by a magnetizing coil. For this reason, in order to take out the bulk superconductor as a single unit after magnetization and use it as a permanent magnet, it is necessary to move at least the bulk superconductor from the hollow portion of the magnetized coil. For this reason, the bulk superconductor is used. In actual equipment, it was necessary to provide a complex bulk superconductor support mechanism, which was inconvenient.

そこで、本発明の解決しようとする課題は、液体窒素で冷却可能な77ケルビンの温度で磁束密度1テスラ以上の磁界を着磁することができ、かつ、着磁用磁束を効率よく利用でき、しかも、着磁後のバルク超電導体を単体として簡単に取り出して利用することができるバルク超電導体の着磁装置、着磁方法、および、それを利用した超電導同期機を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a magnetic field having a magnetic flux density of 1 Tesla or more can be magnetized at a temperature of 77 Kelvin that can be cooled with liquid nitrogen, and the magnetic flux for magnetization can be used efficiently. In addition, it is an object of the present invention to provide a bulk superconductor magnetizing apparatus, a magnetizing method, and a superconducting synchronous machine using the bulk superconductor which can be easily taken out and used as a single unit after being magnetized.

本発明の発明者は、十分に着磁されたバルク超電導体の磁場分布と同一の磁場分布を有する着磁用の磁界によってバルク超電導体を着磁させれば、効率よくバルク超電導体を着磁させることができるという知見を得て、本発明を発明したものである。本発明は、着磁対象のバルク超電導体の磁場分布と同一の磁場分布を有する着磁用磁界を発生させるために、バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に渦巻状に巻成した着磁コイルを用いる。   The inventors of the present invention efficiently magnetize a bulk superconductor by magnetizing the bulk superconductor with a magnetic field for magnetization having the same magnetic field distribution as that of a sufficiently magnetized bulk superconductor. The present invention has been invented based on the knowledge that it can be obtained. In order to generate a magnetic field for magnetization having the same magnetic field distribution as that of the bulk superconductor to be magnetized, the present invention has substantially the same shape as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the bulk superconductor crystal. A magnetized coil wound in a spiral shape is used.

すなわち、本願発明によるバルク超電導体の着磁装置は、バルク超電導体と、前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成した着磁コイルを有する着磁手段と、前記バルク超電導体をその結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持する支持手段と、を有することを特徴とするものである。 That is, the bulk superconductor magnetizing apparatus according to the present invention includes a bulk superconductor, a cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below a critical temperature at which the bulk superconductor is transferred to superconductivity, and the sufficiently magnetized bulk superconductor. The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding is a cross-sectional shape in the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor so as to generate a magnetic field for magnetic field distribution having substantially the same shape as the magnetic field distribution in which When substantially the magnetizing means having a magnetizing coil form wound to be the same shape, the bulk superconductor c-axis of the crystal of it parallel to the winding central axis and the bulk superconductor of the magnetizing coil And supporting means for supporting the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal so as to be aligned with the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetized coil. .

前記着磁コイルは、巻線の中心部が空洞にすることができる。   The magnetized coil may have a hollow center part of the winding.

また、前記着磁手段は、対をなす前記着磁コイルを有し、前記対をなす着磁コイルをそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が整合するように前記着磁コイルを設けており、前記支持手段は、前記バルク超電導体を前記着磁手段の前記着磁コイルの間に、前記バルク超電導体の結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線の中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持するようにすることができる。   The magnetizing means includes the magnetizing coils forming a pair, and the magnetizing coils of the pair are aligned in the direction perpendicular to the central axis and the central axes of the windings coincide with each other. The magnetizing coil is provided so that the cross-sectional shapes of the magnets are aligned, and the supporting means includes the bulk superconductor between the magnetizing coils of the magnetizing means and the c-axis of the bulk superconductor crystal. Is parallel to the central axis of the winding of the magnetizing coil, and the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor is a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetizing coil It can be supported in alignment.

前記支持手段は、前記着磁コイルに対して前記バルク超電導体を移動可能に支持するようにするのが好ましい。   The support means preferably supports the bulk superconductor so as to be movable with respect to the magnetized coil.

あるいは、前記着磁手段は、前記バルク超電導体に対して前記着磁コイルを相対的に移動可能に構成されているようにすることもできる。   Alternatively, the magnetizing means may be configured to be able to move the magnetizing coil relative to the bulk superconductor.

本願発明によるバルク超電導体の着磁方法は、バルク超電導体を、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成した着磁コイルの近傍に、前記バルク超電導体の結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状と整合するように配置する段階と、前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する段階と、前記着磁コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を発生する電流を流す段階と、を有することを特徴とするものである。 The method for magnetizing a bulk superconductor according to the present invention is to wind a bulk superconductor so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution having substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. In the vicinity of the magnetized coil wound so that the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the crystal is substantially the same as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor, The magnetization is such that the c-axis of the crystal is parallel to the winding center axis of the magnetizing coil, and the cross-sectional shape of the ab axis plane of the bulk superconductor crystal is perpendicular to the winding center axis of the magnetizing coil. Arranging the magnetic coil so as to match the cross-sectional shape of the magnetic coil, cooling the bulk superconductor to a temperature below a critical temperature for transition to superconductivity, and magnetic flux penetrates the bulk superconductor into the magnetized coil. Current to generate magnetic field It is characterized in that it has the steps, a.

前記着磁コイルは、巻線の中心部が空洞になっているようにすることができる。   The magnetized coil may be configured such that the central part of the winding is hollow.

前記着磁コイルは一対の着磁コイルからなり、前記対をなす着磁コイルはそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が整合するように配置され、前記バルク超電導体は前記着磁コイルの間に、その結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線の中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように配置されるようにすることができる。   The magnetizing coil is composed of a pair of magnetizing coils, and the magnetizing coils forming the pair have the same center axis of their windings and the cross sectional shape of the magnetizing coil in the direction perpendicular to the center axis is matched. The bulk superconductor is disposed between the magnetized coils, the c-axis of the crystal is parallel to the central axis of the winding of the magnetized coil, and the ab axis of the bulk superconductor crystal The planar cross-sectional shape may be arranged to match the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetized coil.

前記着磁コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を発生する電流を流した後に、前記バルク超電導体を前記臨界温度以下の温度に維持したまま前記着磁コイルに対して相対的に移動させる段階をさらに有するようにすることができる。   After passing a current that generates a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor through the magnetized coil, the bulk superconductor is moved relative to the magnetized coil while maintaining the temperature below the critical temperature. The method may further include a step of causing

本願発明による超電導同期機は、回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、前記バルク超電導体を駆動する電流を前記磁場生成手段のコイルに供給する交流電源と、磁場生成モードと交流電流供給モードとを切り換える切換スイッチと、を具備することを特徴とするものである。 In the superconducting synchronous machine according to the present invention, a disk is fixed to a rotation axis in a direction perpendicular to the rotation axis, and the c-axis of the crystal is arranged in parallel to the axial direction of the rotation axis in the circumferential direction of the disk. A plurality of bulk superconductors, a cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity, and a magnetic field distribution having substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor wearing the cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding as magnetizing generate a magnetic field was form wound to be substantially the same shape as the sectional shape of a-b axis plane of the crystal of the bulk superconductors A coil has a coil, and when the disk is at a predetermined rotation angle, the central axis of the coil winding is parallel to the c-axis of the bulk superconductor crystal and the ab axis of the bulk superconductor crystal The cross-sectional shape of the plane is perpendicular to the central axis of the coil winding Magnetic field generating means provided with the coil so as to match the cross-sectional shape of the direction, a magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field into which the magnetic flux enters the bulk superconductor to the coil, and the bulk superconductor An AC power source for supplying a current for driving the coil to the coil of the magnetic field generation means, and a changeover switch for switching between the magnetic field generation mode and the AC current supply mode.

本願発明による他の超電導同期機は、回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、
前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、前記超電導体が配置された前記円板を回転駆動する原動機と、磁場生成モードと発電モードとを切り換えるモード切換スイッチと、を具備することを特徴とするものである。
In another superconducting synchronous machine according to the present invention, a disk is fixed to a rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft,
A plurality of bulk superconductors arranged so that the c-axis of the crystal is parallel to the axial direction of the rotation axis in the circumferential direction of the disk, and the bulk superconductor is cooled to a temperature lower than a critical temperature at which the bulk superconductor is transferred to superconductivity. The cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding is such that a magnetic field for magnetic field distribution having substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the cooling means and the sufficiently magnetized bulk superconductor is generated. A coil wound so as to have substantially the same cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor, and when the disc is at a predetermined rotation angle, the central axis of the coil winding is The cross-sectional shape of the bulk superconductor crystal parallel to the c-axis and the cross-sectional shape of the ab-axis plane of the bulk superconductor crystal matches the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the coil winding. A magnetic field generating means provided with the coil on the coil; A magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field in which a magnetic flux penetrates into the bulk superconductor, a motor for rotationally driving the disk on which the superconductor is disposed, a magnetic field generation mode and a power generation mode. And a mode changeover switch for switching.

本願発明によるさらに他の超電導同期機は、回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、前記バルク超電導体を駆動する電流を前記磁場生成手段のコイルに供給する交流電源と、前記超電導体が配置された前記円板を回転駆動する原動機と、磁場生成モードと交流電流供給モードと発電モードとを切り換えるモード切換スイッチと、を具備することを特徴とするものである。 In still another superconducting synchronous machine according to the present invention, a disk is fixed to a rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft, and the c-axis of the crystal is parallel to the axial direction of the rotating shaft in the circumferential direction of the disk. A plurality of bulk superconductors arranged in such a manner, a cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity, and a magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor is approximately the same shape so the almost same shape cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding is the cross-sectional shape of a-b axis plane of the crystal of the bulk superconductor so as to generate a magnetizing field of the magnetic field distribution The coil has a coil, and when the disk is at a predetermined rotation angle, the central axis of the coil winding is parallel to the c-axis of the bulk superconductor crystal and the bulk superconductor crystal a -The cross-sectional shape of the b-axis plane is in the winding of the coil A magnetic field generating means provided with the coil so as to match a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the axis, a magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field into which the magnetic flux enters the bulk superconductor to the coil, AC power source for supplying current for driving the bulk superconductor to the coil of the magnetic field generation means, a motor for rotationally driving the disk on which the superconductor is disposed, a magnetic field generation mode, an AC current supply mode, and a power generation mode And a mode changeover switch for switching between and.

前記バルク超電導体の磁界の強さを検出するセンサーを具備し、前記センサーの信号を入力し前記バルク超電導体を着磁させる磁場生成モードに切り換える制御手段を有するようにすることができる。   A sensor for detecting the strength of the magnetic field of the bulk superconductor may be provided, and control means for switching to a magnetic field generation mode for inputting a signal of the sensor and magnetizing the bulk superconductor may be provided.

前記コイルは前記バルク超電導体を挟んで対をなし、対をなすコイルはそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状と整合するようにすることができる。   The coils form a pair with the bulk superconductor sandwiched between them, and the coils forming the pair have a cross-sectional shape of the magnetized coil in a direction perpendicular to the central axis in which the central axes of the windings coincide with each other. The cross-sectional shape of the ab axis plane of the body crystal can be matched.

前記コイル対の数は3の整数倍、前記バルク超電導体の数は2の整数倍とするのが好ましい。   The number of coil pairs is preferably an integer multiple of 3, and the number of bulk superconductors is preferably an integer multiple of 2.

本発明のバルク超電導体の着磁装置によれば、着磁コイルをバルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に巻成することにより、十分に着磁されたバルク超電導体が生じる磁場分布と同一形状の磁場分布を有する着磁用磁界を発生することができる。そして、上記着磁コイルに対して、バルク超電導体をその結晶のc軸が着磁コイルの巻線中心軸と平行となりかつバルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持し、着磁コイルに着磁用の電流を流すことにより、着磁されるバルク超電導体の磁場分布と同一の磁場分布の磁界によってバルク超電導体を磁化することができる。この結果、77ケルビンにおいてバルク超電導体に磁束密度1テスラ以上の磁界を発生させることができる。   According to the bulk superconductor magnetizing apparatus of the present invention, a sufficiently magnetized bulk is obtained by winding the magnetized coil in substantially the same shape as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor. It is possible to generate a magnetic field for magnetization having a magnetic field distribution having the same shape as the magnetic field distribution generated by the superconductor. Then, the bulk superconductor has a c-axis parallel to the winding central axis of the magnetized coil and a cross-sectional shape of the bulk superconductor ab axis plane of the magnetized coil. The magnetic field is the same as the magnetic field distribution of the magnetized bulk superconductor by flowing the magnetizing current through the magnetizing coil. The bulk superconductor can be magnetized by the distributed magnetic field. As a result, a magnetic field having a magnetic flux density of 1 Tesla or more can be generated in the bulk superconductor at 77 Kelvin.

その上、本発明のバルク超電導体の着磁装置によれば、着磁コイルと着磁対象のバルク超電導体を極めて近くに保持して、着磁用磁束をほとんど無駄なくバルク超電導体に貫通させることができる。これにより、磁束が着磁のために有効に利用される。さらに、着磁後に、着磁されたバルク超電導体を磁極方向と垂直な方向(側方方向)に平行移動させることによってバルク超電導体を着磁コイルの間から取り出し、永久磁石として利用することができる。これにより、バルク超電導体を利用する機器に簡単に組み込むことができ、バルク超電導体を利用する機器に幅広く適用することができる。   Moreover, according to the bulk superconductor magnetizing apparatus of the present invention, the magnetizing coil and the bulk superconductor to be magnetized are held very close to each other, and the magnetizing magnetic flux penetrates the bulk superconductor with little waste. be able to. Thereby, the magnetic flux is effectively used for magnetization. Furthermore, after magnetization, the bulk superconductor can be taken out from between the magnetized coils by translating the magnetized bulk superconductor in a direction (lateral direction) perpendicular to the magnetic pole direction, and used as a permanent magnet. it can. Thereby, it can be easily incorporated into a device using a bulk superconductor, and can be widely applied to devices using a bulk superconductor.

また、着磁コイルが巻線の中心部が空洞になっているバルク超電導体の着磁装置・着磁方法によれば、着磁コイルの材料を節約でき、かつ、着磁コイルが高温超電導体からなる場合に加工が困難な小径部分の巻線を形成することなく、十分に着磁されたバルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生させることができる。   Moreover, according to the magnetizing apparatus and magnetizing method of the bulk superconductor in which the coil is hollow at the center of the winding, the material of the magnetized coil can be saved, and the magnetized coil is a high temperature superconductor. It is possible to generate a magnetic field for magnetization having a magnetic field distribution substantially the same shape as a magnetic field distribution generated by a sufficiently magnetized bulk superconductor without forming a winding of a small diameter portion that is difficult to process in the case of .

本発明の超電導同期機は、回転軸に垂直に固定された円板上にその周方向にバルク超電導体を配置し、バルク超電導体に対向する位置の電機子コイルをバルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に巻成し、円板が所定の回転角度になったときにコイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつバルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状がコイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するようにすることにより、本発明の着磁装置を実現することができる。   In the superconducting synchronous machine of the present invention, a bulk superconductor is arranged in a circumferential direction on a disk fixed perpendicularly to a rotation axis, and an armature coil at a position facing the bulk superconductor is placed in a crystal of the bulk superconductor. The coil is wound substantially in the same shape as the cross-sectional shape of the b-axis plane, and the central axis of the winding of the coil is parallel to the c-axis of the crystal of the bulk superconductor when the disc has a predetermined rotation angle; The magnetizing device according to the present invention can be realized by matching the cross-sectional shape of the ab axis plane of the bulk superconductor crystal with the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the coil winding. it can.

しかも、円板が回転することにより、着磁されたバルク超電導体は簡単に永久磁石として利用できる。   Moreover, when the disc rotates, the magnetized bulk superconductor can be easily used as a permanent magnet.

これにより、同期機の電機子コイルを着磁コイルとして利用するとともに、駆動用あるいは発電用のコイルとしてそのまま利用することができる。すなわち、バルク超電導体を着磁した後に電機子コイルに制御された駆動用駆動用を流せば、超電導モーターとして利用でき、あるいは、バルク超電導体を着磁した後に回転軸を回転駆動することによって電機子コイルを発電用コイルとして利用することができる。このように本発明によれば、電機子コイルを着磁用コイル、駆動用コイル、発電用コイルとして兼用して利用することができるので、小型かつ高効率の超電導同期機を提供することができる。   As a result, the armature coil of the synchronous machine can be used as a magnetizing coil and can be used as it is as a driving or power generation coil. That is, if the drive for driving controlled by the armature coil is flowed after magnetizing the bulk superconductor, it can be used as a superconducting motor, or by rotating the rotary shaft after magnetizing the bulk superconductor. The child coil can be used as a power generation coil. As described above, according to the present invention, since the armature coil can be used as a magnetizing coil, a driving coil, and a power generating coil, a small and highly efficient superconducting synchronous machine can be provided. .

磁界センサーと制御手段を有する本発明の超電導同期機によれば、超電導同期機のバルク超電導体の磁力が低減すると、自動的にそれを検知して着磁モードヘ切り換えて、着磁することができる。   According to the superconducting synchronous machine of the present invention having the magnetic field sensor and the control means, when the magnetic force of the bulk superconductor of the superconducting synchronous machine is reduced, it can be automatically detected and switched to the magnetization mode to be magnetized. .

以下に本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below.

図1は本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置の構成を示している。   FIG. 1 shows the structure of a bulk superconductor magnetizing apparatus according to an embodiment of the present invention.

本実施形態の着磁装置1は、バルク超電導体2と、冷却手段3と、着磁手段4と、支持手段5を有している。   The magnetizing apparatus 1 according to the present embodiment includes a bulk superconductor 2, a cooling unit 3, a magnetizing unit 4, and a supporting unit 5.

バルク超電導体2は、高温超電導体のうち液体窒素で簡単に冷却できる77ケルビン付近で高磁場中でも高い臨界電流密度を示し超電導の状態が破れないRE−Ba−Cu−O超電導体(REはGd,Sm,Yなどの希土類元素)を用いるのが好ましい。   The bulk superconductor 2 is an RE-Ba-Cu-O superconductor (RE is Gd) which shows a high critical current density even in a high magnetic field near 77 Kelvin which can be easily cooled with liquid nitrogen among high-temperature superconductors and does not break the superconducting state Rare earth elements such as Sm, Y) are preferably used.

RE−Ba−Cu−O等のバルク超電導体は、原料中にピン止め効果を示す非超電導相を分散して溶融成長させた高温超電導体の固まり(バルク)である。バルク超電導体は高性能の永久磁石よりも大きな磁場を捕捉することができる。   A bulk superconductor such as RE-Ba-Cu-O is a mass (bulk) of a high-temperature superconductor obtained by dispersing and growing a non-superconducting phase exhibiting a pinning effect in a raw material. Bulk superconductors can capture a larger magnetic field than high performance permanent magnets.

本実施形態のバルク超電導体2は円柱状に形成され、側面にステンレスの側帯2aを有し、側帯2aの内部に酸化物超電導バルク材料2b(仕込み組成:DdBaCu6.9,70.9wt%、GdBaCu5.0,19.2wt%、Pt 0.5wt%、Ag 9.4wt%)を配置している。側帯2aは適宜省略し、あるいは破損防止の他の代替手段とすることができる。 The bulk superconductor 2 of this embodiment is formed in a columnar shape, has a side band 2a made of stainless steel on the side surface, and an oxide superconducting bulk material 2b (prepared composition: Dd 1 Ba 2 Cu 3 O 6.9) inside the side band 2a. , 70.9wt%, Gd 2 Ba 1 Cu 1 O 5.0, 19.2wt%, Pt 0.5wt%, are arranged Ag 9.4 wt%). The side band 2a may be omitted as appropriate, or may be another alternative means for preventing damage.

酸化物超電導バルク材料2bは、図1に示す方向に結晶のa,b軸及びc軸を有しているように成形する。すなわち、c軸が円柱の中心軸と平行となるように成形する。   The oxide superconducting bulk material 2b is formed so as to have crystal a, b axis and c axis in the direction shown in FIG. That is, the c-axis is shaped so as to be parallel to the center axis of the cylinder.

冷却手段3は、冷却装置3aと冷媒通路3bとを有している。冷却装置3aは内部に冷媒を有している。冷却通路3bは、配管あるいは支持手段5中に設けられた冷媒用の流路を含む。冷媒通路3bは、好ましくはバルク超電導体2の外周を循環し、バルク超電導体2を超電導の状態に転移する臨界温度以下の温度、すなわち本実施形態では77ケルビン以下の温度に冷却することができるように配設されている。   The cooling means 3 has a cooling device 3a and a refrigerant passage 3b. The cooling device 3a has a refrigerant inside. The cooling passage 3 b includes a refrigerant flow path provided in the pipe or the support means 5. The refrigerant passage 3b preferably circulates around the outer periphery of the bulk superconductor 2 and can be cooled to a temperature below the critical temperature at which the bulk superconductor 2 is transferred to the superconducting state, that is, a temperature of 77 Kelvin or less in this embodiment. It is arranged like this.

着磁手段4は、一対の着磁コイル4aと、着磁用のパルス電源4bと、接続線4cとを有している。接続線4cは着磁コイル4aとパルス電源4bの間及び着磁コイル4a同士の間を接続している。   The magnetizing means 4 has a pair of magnetizing coils 4a, a magnetizing pulse power source 4b, and a connection line 4c. The connection line 4c connects between the magnetizing coil 4a and the pulse power source 4b and between the magnetizing coils 4a.

着磁コイル4aは、バルク超電導体2(厳密には酸化物超電導バルク材料2b)の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に巻成されている。具体的には、着磁コイル4aは渦巻状に円形に巻かれた導線が多層状に形成されている。なお、「同形状」とは、相似の場合を含み、輪郭が同一であって寸法が異なっている場合を含む。   The magnetizing coil 4a is wound in substantially the same shape as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor 2 (strictly, the oxide superconducting bulk material 2b). Specifically, the magnetizing coil 4a is formed in a multi-layered shape with a spirally wound conducting wire. The “same shape” includes similar cases, including the same outline and different dimensions.

各渦巻状の銅線の中心を結ぶ線を「巻線の中心軸」と呼ぶ。帯状の銅線を渦巻状に巻成する場合は、渦巻の中心で渦巻面に垂直な線が巻線の中心軸となる。   A line connecting the centers of the spiral copper wires is referred to as a “winding central axis”. When a strip-shaped copper wire is wound in a spiral shape, a line perpendicular to the spiral surface at the center of the spiral is the central axis of the winding.

本実施形態のように、着磁コイル4aが対をなす場合は、対をなす着磁コイル4aの各着磁コイル4aの巻線中心軸が一致しかつ巻線の中心軸に垂直な方向の着磁コイル4aの横断面形状が整合するように配置する。なお本実施形態では、巻線の中心軸に垂直な方向の着磁コイル4aの横断面形状は円形であるので、各着磁コイル4aの巻線中心軸が一致すれば、各着磁コイル4aの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状は自動的に整合するが、例えば上記着磁コイル4aの横断面形状が四角形の場合は各着磁コイル4aの四角形の4辺が整合するように配置する。   When the magnetizing coils 4a are paired as in this embodiment, the winding center axes of the magnetizing coils 4a of the paired magnetizing coils 4a coincide and are perpendicular to the center axis of the windings. It arrange | positions so that the cross-sectional shape of the magnetizing coil 4a may match. In this embodiment, since the cross-sectional shape of the magnetizing coil 4a in the direction perpendicular to the central axis of the winding is circular, if the winding central axis of each magnetizing coil 4a matches, each magnetizing coil 4a. The cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding of the coil is automatically matched. Arrange as follows.

対をなす着磁コイル4aは、上述したように配置され、接続線4cによって着磁コイル4a同士、着磁コイル4aとパルス電源4bの間が直列的に接続されている。   The paired magnetizing coils 4a are arranged as described above, and the magnetizing coils 4a and the magnetizing coil 4a and the pulse power source 4b are connected in series by a connection line 4c.

パルス電源4bは、従来のパルス電源のように図示しない直流可変電圧源と切換スイッチとコンデンサとダイオードとを有している。パルス電源4bは、従来技術のところで既述したように、切換スイッチの切り換えによってパルス状の着磁電流を着磁コイル4aに流すことができるようになっている。   The pulse power supply 4b includes a DC variable voltage source, a changeover switch, a capacitor, and a diode (not shown) as in the conventional pulse power supply. The pulse power source 4b can flow a pulsed magnetizing current to the magnetizing coil 4a by switching the changeover switch, as already described in the prior art.

支持手段5は、バルク超電導体2をその酸化物超電導バルク材料の結晶のc軸が着磁コイル4aの巻線中心軸と平行となりかつバルク超電導体2の酸化物超電導バルク材料の結晶のa−b軸平面の断面形状が着磁コイル4aの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持する手段である。なお、バルク超電導体2と着磁コイル4aの大きさが異なるときは巻線の中心軸が一致し、断面形状の頂点や辺が中心軸に関して同一の半径方向線上にあるように支持する。   The support means 5 is formed by using a bulk superconductor 2 in which the c-axis of the oxide superconducting bulk material crystal is parallel to the winding central axis of the magnetizing coil 4a and the a- It is a means for supporting the cross-sectional shape of the b-axis plane so as to match the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetizing coil 4a. When the bulk superconductor 2 and the magnetizing coil 4a have different sizes, the central axes of the windings coincide with each other, and the top and sides of the cross-sectional shape are supported on the same radial line with respect to the central axis.

支持手段5は、好ましくはバルク超電導体2を保持した状態で、バルク超電導体2を着磁コイル4aの巻線中心軸に対して横断する方向に移動させることができるように構成されている。   The support means 5 is configured to be able to move the bulk superconductor 2 in a direction transverse to the winding central axis of the magnetized coil 4a, preferably while holding the bulk superconductor 2.

着磁装置1において、着磁するときは、支持手段5により、バルク超電導体2を着磁手段4の着磁コイル4aの間に、バルク超電導体2(酸化物超電導バルク材料2b)の結晶のc軸が着磁コイル4aの巻線の中心軸と平行となり、かつ、バルク超電導体2(酸化物超電導バルク材料2b)の結晶のa−b軸平面の断面形状が着磁コイル4aの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合する位置まで移動させ、その位置に支持する。   In the magnetizing apparatus 1, when magnetizing, the bulk superconductor 2 is sandwiched between the magnetizing coils 4 a of the magnetizing means 4 by the support means 5, and the bulk superconductor 2 (oxide superconducting bulk material 2 b) is crystallized. The c-axis is parallel to the central axis of the winding of the magnetizing coil 4a, and the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor 2 (oxide superconducting bulk material 2b) is the winding of the magnetizing coil 4a. It is moved to a position that matches the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of and is supported at that position.

一方、冷却手段3により、冷媒通路3bを通じて冷媒を送り、バルク超電導体2を超電導の状態に転移する臨界温度以下の温度に冷却する。   On the other hand, the cooling means 3 sends the refrigerant through the refrigerant passage 3b to cool the bulk superconductor 2 to a temperature below the critical temperature at which it transitions to the superconducting state.

その状態で、パルス電源4bにより、着磁用のパルス電流を着磁コイル4aに流し、着磁コイル4aに着磁用の磁界を発生させる。着磁コイル4aに第1臨界磁場と第2臨界磁場の間の磁場を発生する電流を流すと、バルク超電導体2は着磁される。   In this state, the pulse power supply 4b causes a magnetizing pulse current to flow through the magnetizing coil 4a, thereby generating a magnetizing magnetic field in the magnetizing coil 4a. When a current for generating a magnetic field between the first critical magnetic field and the second critical magnetic field is passed through the magnetizing coil 4a, the bulk superconductor 2 is magnetized.

図2は、着磁コイル4aによつて生成される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 2 shows the magnetic field distribution of the magnetic field generated by the magnetizing coil 4a.

図2(a)は対をなす着磁コイル4aとその間に支持されるバルク超電導体2の側面を示しており、図2(b)は着磁コイル4aによって発生される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 2A shows a pair of magnetizing coils 4a and side surfaces of the bulk superconductor 2 supported therebetween, and FIG. 2B shows a magnetic field distribution of the magnetic field generated by the magnetizing coils 4a. ing.

図2(b)に示すように、横断面円形の渦巻状に巻成された着磁コイル4aは、着磁用のパルス電流を流すと、円錐状の磁場分布の磁界を発生する。この円錐状の磁場は、円柱状のバルク超電導体2が十分に着磁された場合に発生する磁界と同一形状である。   As shown in FIG. 2B, the magnetizing coil 4a wound in a spiral shape having a circular cross section generates a magnetic field having a conical magnetic field distribution when a pulse current for magnetization flows. This conical magnetic field has the same shape as the magnetic field generated when the cylindrical bulk superconductor 2 is sufficiently magnetized.

このように磁場分布が同一形状の磁界によってバルク超電導体2を着磁させることにより、図3に示すように、着磁コイル4aに加えたパルス電流の大きさに比例して着磁の最大磁場が増加し、パルス電流のピーク値が3500アンペア付近で従来のパルス着磁法では得られなかった1テスラの最大捕捉磁束密度を超えることができる。   Thus, by magnetizing the bulk superconductor 2 with a magnetic field having the same magnetic field distribution, as shown in FIG. 3, the maximum magnetic field of magnetization is proportional to the magnitude of the pulse current applied to the magnetizing coil 4a. And the peak value of the pulse current can exceed the maximum trapped magnetic flux density of 1 Tesla, which was not obtained by the conventional pulse magnetization method, in the vicinity of 3500 amperes.

この着磁装置および着磁方法により、従来ヘリウム冷凍機や静静磁場着磁法を用いて1テスラを超える着磁を、液体窒素を用いてパルス着磁法によつて簡単かつ高効率で行うことができる。   With this magnetizing apparatus and magnetizing method, magnetization exceeding 1 Tesla using a conventional helium refrigerator or a static magnetic field magnetizing method is performed simply and with high efficiency by using a pulsed magnetizing method with liquid nitrogen. be able to.

また、本発明の着磁装置及び着磁方法によれば、着磁コイル4aとバルク超電導体2を極めて近傍に配置して着磁させることができ、着磁コイル4aによって発生された磁束が無駄なくバルク超電導体2の着磁用に使用され、高効率の着磁を行うことができる。   In addition, according to the magnetizing apparatus and the magnetizing method of the present invention, the magnetizing coil 4a and the bulk superconductor 2 can be arranged extremely close to each other and magnetized, and the magnetic flux generated by the magnetizing coil 4a is wasted. It is used for magnetization of the bulk superconductor 2 and can be magnetized with high efficiency.

さらに、本発明の着磁装置及び着磁方法によれば、着磁後に支持手段5を旋回あるいは並進的に移動させれば、着磁コイル4aの間からバルク超電導体2を取り出し、単体の永久磁石として利用することがてきる。これにより、着磁後に永久磁石として簡単に利用することができる機器を構成することができる。なお、バルク超電導体2の超電導の状態を維持するために、移動中および移動後も冷却手段3により、臨界温度(超電導遷移温度)以下の温度にバルク超電導体2を冷却する。   Furthermore, according to the magnetizing apparatus and the magnetizing method of the present invention, if the supporting means 5 is swung or translated after magnetizing, the bulk superconductor 2 is taken out from between the magnetizing coils 4a, and a single permanent member is obtained. It can be used as a magnet. Thereby, the apparatus which can be easily utilized as a permanent magnet after magnetization can be comprised. In order to maintain the superconducting state of the bulk superconductor 2, the bulk superconductor 2 is cooled to a temperature equal to or lower than the critical temperature (superconducting transition temperature) by the cooling means 3 during and after the movement.

上記実施形態では支持手段5が可動的手段であり着磁コイル4aが固定的手段であったが、要は着磁後のバルク超電導体2と着磁コイル4aを相対的に移動させられればよく、必要に応じて支持手段5を固定側とし着磁コイル4aを可動側としてもよい。   In the above embodiment, the support means 5 is a movable means and the magnetizing coil 4a is a fixed means. In short, it is sufficient that the bulk superconductor 2 and the magnetizing coil 4a after magnetization are relatively moved. If necessary, the support means 5 may be the fixed side and the magnetized coil 4a may be the movable side.

図4は、図1の着磁装置1の変形例である。   FIG. 4 is a modification of the magnetizing apparatus 1 of FIG.

図4において、図1と同一の部分は図1と同一の符号を付して重複する説明を省略する。   4, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals as those in FIG.

図4の着磁装置1’は、着磁コイル4a’が巻線の中心部が空洞になっている点が図1の着磁装置1と異なり、その他の構成は図1の着磁装置1と同一である。   The magnetizing device 1 'in FIG. 4 differs from the magnetizing device 1 in FIG. 1 in that the center of the winding of the magnetizing coil 4a' is hollow, and the other configuration is the magnetizing device 1 in FIG. Is the same.

着磁装置1’の着磁方法は、図1の着磁装置1と同様である。ただし、着磁コイル4a’が中心部空洞になっていることにより着磁の磁場分布が異なる。   The magnetization method of the magnetizing device 1 'is the same as that of the magnetizing device 1 of FIG. However, the magnetic field distribution of magnetization is different because the magnetizing coil 4a 'is a central cavity.

図5は着磁コイル4aによつて生成される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 5 shows the magnetic field distribution of the magnetic field generated by the magnetizing coil 4a.

図5(a)は対をなす巻線中心部が空洞の着磁コイル4a’とその間に支持されるバルク超電導体2の側面を示しており、図5(b)は着磁コイル4a’によって発生される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 5 (a) shows a magnetizing coil 4a ′ having a hollow center portion of a pair and a side surface of the bulk superconductor 2 supported therebetween, and FIG. 5 (b) is shown by the magnetizing coil 4a ′. The magnetic field distribution of the generated magnetic field is shown.

図5(b)に示すように、横断面円形の渦巻状に巻成され巻線中心部が空洞になった着磁コイル4a’は、着磁用のパルス電流を流すと、概略円錐状であるが頂部がわずかに窪んだ円錐台状の磁場分布の磁界を発生する。この円錐台状の磁場は、円柱状のバルク超電導体2が着磁された場合に発生する磁界と完全に同一形状ではないが、類似する磁場分布により図1の着磁装置1とほぼ同様に高効率の着磁を実現することができる。   As shown in FIG. 5 (b), the magnetizing coil 4a ′ wound in a spiral shape with a circular cross section and having a hollow winding central portion has a substantially conical shape when a magnetizing pulse current flows. It generates a magnetic field with a frustoconical magnetic field distribution with a slightly concave top. The frustoconical magnetic field is not completely the same shape as the magnetic field generated when the cylindrical bulk superconductor 2 is magnetized, but is similar to the magnetizing apparatus 1 of FIG. 1 due to the similar magnetic field distribution. Highly efficient magnetization can be realized.

本着磁装置1’のように、着磁コイル4a’が巻線の中心部が空洞になっている場合は、着磁コイルの材料を節約でき、かつ、高温超電導体の線材によって着磁コイルを形成するときに加工が困難な小径部分の巻線を巻くことなく巻線を形成することができ、かつ、着磁されたバルク超電導体の磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生することができるので、実用性の高い着磁装置・着磁方法を得ることができる。   When the center of the winding of the magnetizing coil 4a 'is hollow as in the magnetizing apparatus 1', the magnetizing coil material can be saved, and the magnetizing coil can be saved by the high-temperature superconductor wire. It is possible to form a winding without winding a winding of a small diameter portion that is difficult to process, and to magnetize a magnetic field distribution that is approximately the same shape as the magnetic field distribution of a magnetized bulk superconductor Since a magnetic field can be generated, a highly practical magnetizing apparatus and magnetizing method can be obtained.

以上の実施形態では円柱状のバルク超電導体と円柱状に巻成した着磁コイルについて説明した。しかし、十分に着磁されたバルク超電導体の磁場分布と同一の磁場分布を有する着磁用の磁界によってバルク超電導体を着磁させれば、効率よくバルク超電導体を着磁させることができるという技術的思想は任意の形状の超電導体に適用することができる。以下にその一例として棒状の直方体に形成したバルク超電導体を着磁する着磁装置について説明する。   In the above embodiment, a cylindrical bulk superconductor and a magnetized coil wound in a cylindrical shape have been described. However, if the bulk superconductor is magnetized by a magnetizing magnetic field having the same magnetic field distribution as that of a sufficiently magnetized bulk superconductor, the bulk superconductor can be efficiently magnetized. The technical idea can be applied to any shape of superconductor. As an example, a magnetizing apparatus that magnetizes a bulk superconductor formed in a rod-shaped rectangular parallelepiped will be described below.

図6は、棒状の直方体に形成したバルク超電導体を着磁する着磁装置を示している。   FIG. 6 shows a magnetizing apparatus that magnetizes a bulk superconductor formed in a rod-shaped rectangular parallelepiped.

本実施形態の着磁装置6は、バルク超電導体7と、冷却手段8と、着磁手段9と、支持手段10を有している。   The magnetizing device 6 of this embodiment has a bulk superconductor 7, a cooling means 8, a magnetizing means 9, and a supporting means 10.

バルク超電導体7は、全体として棒状の直方体に形成されている。実際にはサイコロ状のバルク超電導体を複数個接続して形成するが、全体として結晶のc軸が長さ方向に直交する方向に同一の向きを有するように形成する。   The bulk superconductor 7 is formed in a rod-shaped rectangular parallelepiped as a whole. In practice, a plurality of dice-shaped bulk superconductors are connected and formed so that the c-axis of the crystal as a whole has the same direction in a direction perpendicular to the length direction.

バルク超電導体7の材料は図1のバルク超電導体2と同一のものとすることができる。   The material of the bulk superconductor 7 can be the same as that of the bulk superconductor 2 of FIG.

冷却手段8は、冷却装置8aと冷媒通路8bとを有している。冷却装置8aは内部に冷媒を有している。冷却通路8bは、配管あるいは支持手段10中に設けられた冷媒用の流路を含む。冷媒通路8bは、好ましくはバルク超電導体7の外周を循環し、バルク超電導体7を超電導の状態に転移する臨界温度以下の温度に冷却することができるように配設されている。   The cooling means 8 has a cooling device 8a and a refrigerant passage 8b. The cooling device 8a has a refrigerant inside. The cooling passage 8 b includes a refrigerant flow path provided in the pipe or the support means 10. The refrigerant passage 8b is preferably circulated around the outer periphery of the bulk superconductor 7 so as to be cooled to a temperature equal to or lower than the critical temperature at which the bulk superconductor 7 is transferred to the superconducting state.

着磁手段9は、一対の着磁コイル9aと、着磁用のパルス電源9bと、接続線9cとを有している。接続線9cは着磁コイル9aとパルス電源9bの間及び着磁コイル9a同士の間を接続している。   The magnetizing means 9 has a pair of magnetizing coils 9a, a magnetizing pulse power supply 9b, and a connection line 9c. The connection line 9c connects between the magnetizing coil 9a and the pulse power source 9b and between the magnetizing coils 9a.

着磁コイル9aは、バルク超電導体7の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に巻成されている。具体的には、着磁コイル9aは輪郭が長方形で渦巻状に巻かれた導線が多層状に形成されている。なお、「同形状」とは、既述したように相似の場合を含む。   The magnetizing coil 9 a is wound in substantially the same shape as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal of the bulk superconductor 7. Specifically, the magnetizing coil 9a has a rectangular outline and a spirally wound conducting wire formed in a multilayer shape. The “same shape” includes similar cases as described above.

着磁コイル9aは、多層構造とすることなく、帯状の線材を渦巻状に単層に巻成することができる。   The magnetizing coil 9a can be wound in a single layer in a spiral shape without forming a multilayer structure.

各渦巻状の銅線の中心を結ぶ線を巻線の中心軸と呼ぶが、この場合は長さ方向の中心であって且つ渦巻状の銅線の中心(幅方向の中心)が巻線の中心軸となる。帯状の銅線を渦巻状に巻成する場合は、渦巻の中心(幅方向の中心)かつ長さ方向の中心を通り渦巻面に垂直な線が巻線の中心軸となる。   The line connecting the centers of the spiral copper wires is called the center axis of the winding. In this case, the center in the length direction and the center of the spiral copper wire (the center in the width direction) is the winding center axis. It becomes the central axis. When a strip-shaped copper wire is wound in a spiral shape, a line passing through the center of the spiral (the center in the width direction) and the center in the length direction and perpendicular to the spiral surface becomes the central axis of the winding.

本実施形態は着磁コイル9aが対をなすので、対をなす着磁コイル9aの各着磁コイル9aの巻線の中心軸が一致しかつ巻線の中心軸に垂直な方向の着磁コイル9aの横断面形状(概略長方形)が整合するように配置する。概略長方形の横断面が整合するというのは、巻線中心軸に対して長方形の頂点あるいは4辺が同一角度に位置することをいう。あるいは巻線中心軸から見たときに、両着磁コイル9aの横断面形状が一致するようにしてもよい。   In the present embodiment, since the magnetizing coils 9a make a pair, the magnetizing coils in the direction in which the central axes of the respective magnetizing coils 9a of the magnetizing coils 9a making a pair coincide and are perpendicular to the central axis of the windings. It arrange | positions so that the cross-sectional shape (generally rectangular shape) of 9a may match. The fact that the substantially rectangular cross section is aligned means that the vertex or four sides of the rectangle are located at the same angle with respect to the winding central axis. Alternatively, when viewed from the winding central axis, the cross-sectional shapes of the two magnetized coils 9a may match.

両着磁コイル9aは接続線9cによって直列的に接続され、さらにパルス電源9bに接続されている。   Both magnetized coils 9a are connected in series by a connection line 9c, and further connected to a pulse power supply 9b.

パルス電源9bは、従来のパルス電源のように図示しない直流可変電圧源と切換スイッチとコンデンサとダイオードとを有し、切換スイッチの切り換えによってパルス状の着磁電流を着磁コイル9aに流すことができるようになっている。   The pulse power supply 9b has a DC variable voltage source (not shown), a changeover switch, a capacitor, and a diode, as in the conventional pulse power supply, and allows a pulsed magnetizing current to flow through the magnetizing coil 9a by switching the changeover switch. It can be done.

支持手段10は、バルク超電導体7をその結晶のc軸が着磁コイル9aの巻線中心軸と平行となりかつバルク超電導体7の結晶のa−b軸平面の断面形状が着磁コイル9aの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持する手段である。   The supporting means 10 includes a bulk superconductor 7 in which the crystal c-axis is parallel to the winding central axis of the magnetizing coil 9a, and the cross-sectional shape of the crystal of the bulk superconductor 7 in the ab-axis plane is that of the magnetizing coil 9a. Means for supporting the winding so as to be aligned with the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding.

支持手段10は、好ましくはバルク超電導体7を保持した状態で、バルク超電導体7を着磁コイル9aの巻線中心軸に対して横断する方向に移動させることができるように構成される。   The support means 10 is preferably configured to be able to move the bulk superconductor 7 in a direction transverse to the winding central axis of the magnetized coil 9a while holding the bulk superconductor 7.

図7は、着磁コイル9aによって生成される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 7 shows the magnetic field distribution of the magnetic field generated by the magnetizing coil 9a.

図7(a)は対をなす着磁コイル9aとその間に支持されるバルク超電導体7を幅方向から見た側面を示しており、図7(b)は着磁コイル9aによって発生される磁界の磁場分布を示している。   FIG. 7A shows a pair of magnetized coils 9a and a bulk superconductor 7 supported between the magnetized coils 9a as viewed from the width direction, and FIG. 7B shows a magnetic field generated by the magnetized coils 9a. Shows the magnetic field distribution.

図7(b)に示すように、横断面が概略長方形の渦巻状に巻成された着磁コイル9aは、着磁用のパルス電流を流すと、長い畝状で長さ方向に直交する横断面が三角形の磁場を発生する。この長い畝状の磁場は、棒状の直方体のバルク超電導体7が十分に着磁された場合に発生する磁界と同一形状である。   As shown in FIG. 7 (b), the magnetizing coil 9a wound in a spiral shape having a substantially rectangular cross section has a long saddle shape and a crossing perpendicular to the length direction when a magnetizing pulse current flows. A magnetic field with a triangular surface is generated. This long bowl-shaped magnetic field has the same shape as the magnetic field generated when the rod-shaped rectangular parallelepiped bulk superconductor 7 is sufficiently magnetized.

このように磁場分布が同一形状の磁界によってバルク超電導体7を着磁させることにより、77ケルビンで1テスラの磁束密度を超える着磁を行うことができる。   Thus, by magnetizing the bulk superconductor 7 with a magnetic field having the same magnetic field distribution, magnetization exceeding a magnetic flux density of 1 Tesla can be performed with 77 Kelvin.

着磁後は、支持手段10を巻線の中心軸と直交する方向に移動させることにより、着磁されたバルク超電導体7を着磁コイル9aの間から簡単に取り出すことができ、永久磁石として利用することができる。   After magnetization, the magnetized bulk superconductor 7 can be easily taken out from between the magnetized coils 9a by moving the support means 10 in a direction perpendicular to the central axis of the winding, and as a permanent magnet Can be used.

上記着磁コイル9aにおいて、巻線の中心部を空洞とすることもできる。この場合は、着磁コイル9aが生じる畝状の磁場は、その頂部が少し窪むようになるが、概略着磁されたバルク超電導体7が生じる磁界の磁場分布と同一となる。この場合も、高効率でバルク超電導体7を着磁させることができるとともに、曲げ半径が小さい巻線中心部を巻くことを要しないので、製造容易な着磁装置6を得ることができる。   In the magnetized coil 9a, the center of the winding can be hollow. In this case, the bowl-shaped magnetic field generated by the magnetizing coil 9a is slightly depressed at the top, but is the same as the magnetic field distribution of the magnetic field generated by the substantially magnetized bulk superconductor 7. Also in this case, the bulk superconductor 7 can be magnetized with high efficiency, and since it is not necessary to wind the winding center portion with a small bending radius, it is possible to obtain a magnetizing device 6 that is easy to manufacture.

以上の実施形態は、すべて着磁コイルが対をなす実施形態について説明したが、一つの着磁コイルを用いてバルク超電導体を片側から着磁させることもできる。   In the above embodiments, all the magnetized coils are paired, but the bulk superconductor can be magnetized from one side using one magnetized coil.

以上は本発明の着磁装置および着磁方法についての説明であったが、次に本発明の着磁装置・着磁方法を利用した超電導同期機について以下に説明する。   The above is the description of the magnetizing device and the magnetizing method of the present invention. Next, the superconducting synchronous machine using the magnetizing device and the magnetizing method of the present invention will be described below.

図8は本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置を有する同期機の構成図、図9はそのバルク超電導体の部分を示す平面図である。   FIG. 8 is a block diagram of a synchronous machine having a bulk superconductor magnetizing device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a plan view showing a part of the bulk superconductor.

図8及び図9において、符号11は回転軸、12は回転軸11に垂直な方向に固定された円板、13は外側ケーシング、14は内側ケーシング、15は管、16は冷却手段を構成する冷媒生成機、17は着磁用のパルス電流を生成する着磁用電源、18は接続線、19A,19Bは軸受、20A,20Bはシール、21,21’〜26,26’は磁場生成手段の構成要素および駆動用コイルを兼ねる電機子コイル、27は冷却手段を構成する冷媒チャンバ、28は断熱部、29〜36は円板12に形成された穴、37〜44は穴29〜36にそれぞれ配置されたバルク超電導体、45は同期機を駆動するための交流電源、46は着磁をするための磁場生成モードと駆動運転をするための交流電流供給モードとを切り換える切換スイッチである。   8 and 9, reference numeral 11 is a rotating shaft, 12 is a disk fixed in a direction perpendicular to the rotating shaft 11, 13 is an outer casing, 14 is an inner casing, 15 is a pipe, and 16 is a cooling means. A refrigerant generator, 17 is a magnetizing power source for generating a magnetizing pulse current, 18 is a connection line, 19A and 19B are bearings, 20A and 20B are seals, and 21, 21 'to 26 and 26' are magnetic field generating means. The armature coil that also serves as the driving coil and the component, 27 is a refrigerant chamber constituting the cooling means, 28 is a heat insulating portion, 29 to 36 are holes formed in the disk 12, and 37 to 44 are holes 29 to 36. Bulk superconductors disposed respectively, 45 is an AC power source for driving the synchronous machine, and 46 is a changeover switch for switching between a magnetic field generation mode for magnetizing and an AC current supply mode for driving operation.

なお、円板12は本発明の着磁装置の支持手段に相当し、回転軸11に垂直な方向に固定され、その周方向に結晶のc軸が回転軸11と平行になるようにバルク超電導体37〜44を保持している。   The disk 12 corresponds to the support means of the magnetizing apparatus of the present invention, is fixed in a direction perpendicular to the rotating shaft 11, and bulk superconducting so that the c-axis of the crystal is parallel to the rotating shaft 11 in the circumferential direction. The body 37-44 is hold | maintained.

また、電機子コイル21,21’〜26,26’は、バルク超電導体37〜44の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状に巻成され、円板12が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸がバルク超電導体37〜44の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように設けられている。   The armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ are wound in substantially the same shape as the cross-sectional shape of the crystal of the bulk superconductors 37 to 44 on the ab axis plane, and the disk 12 is rotated at a predetermined rotation angle. The central axis of the winding of the coil is parallel to the c-axis of the crystal of the bulk superconductor 37 to 44, and the cross-sectional shape of the ab-axis plane of the crystal of the bulk superconductor is the winding of the coil It is provided so as to match the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis.

また、ここでは、内側ケーシング14の内部に磁界センサー(ここではホール素子)47を配置し、この磁界センサー47により検出されるバルク超電導体の磁力が所定値より下がると制御手段(制御器;PC)48を介して、自動的にを着磁モードに切り換えるようにしている。なお、円板12自体を冷却することができ、その場合には図示されていない冷却手段を別途付加する。   Further, here, a magnetic field sensor (here, a Hall element) 47 is arranged inside the inner casing 14, and when the magnetic force of the bulk superconductor detected by the magnetic field sensor 47 falls below a predetermined value, a control means (controller; PC ) 48 is automatically switched to the magnetized mode. In addition, the disk 12 itself can be cooled, and in that case, a cooling means (not shown) is added separately.

以下、そのバルク超電導体の着磁装置を有する同期機の動作について説明する。   The operation of the synchronous machine having the bulk superconductor magnetizing device will be described below.

まず、着磁のための磁場生成モードについて説明する。   First, the magnetic field generation mode for magnetization will be described.

円板12に取り付けられた8個のバルク超電導体37〜44は冷媒チャンバ27内の冷媒、例えば液体窒素によって超電導に転移する臨界温度以下に冷却される。   The eight bulk superconductors 37 to 44 attached to the disk 12 are cooled below the critical temperature at which they are transferred to superconductivity by the refrigerant in the refrigerant chamber 27, for example, liquid nitrogen.

その間に、磁場生成手段の要素であり内側ケーシング14の側面部に対向するように6個ずつ取り付けられている電機子コイル21,21’〜26,26’に対して、円板12を回転させ、例えば、電機子コイル21,21’とバルク超電導体37の中心を合わせる(このとき図9に示すように電機子コイル24,24’とバルク超電導体41の中心も合う)。   In the meantime, the disk 12 is rotated with respect to the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′, which are elements of the magnetic field generation means and are mounted six by six so as to face the side surface of the inner casing 14. For example, the centers of the armature coils 21 and 21 'and the bulk superconductor 37 are aligned (at this time, the centers of the armature coils 24 and 24' and the bulk superconductor 41 are also aligned).

この状態で電機子コイル21,21’に着磁用電源17から電流を流して(電機子コイル21,21’と電機子コイル24,24’に同時に電流を流すことが可能)、バルク超電導体37の周りにバルク超電導体37に磁束が侵入する第1臨界磁場と第2臨界磁場の間の磁場をつくる。そのようにすると、バルク超電導体37は磁化され、電機子コイル21と電機子コイル21’に流,していた着磁用電源17の電流を遮断した後もバルク超電導体37が磁化されたまま残りバルク超電導体37は磁石になる(バルク超電導体41も同時に磁化させることができる)。   In this state, current is supplied from the magnetizing power source 17 to the armature coils 21 and 21 ′ (current can be supplied to the armature coils 21 and 21 ′ and the armature coils 24 and 24 ′ simultaneously), and the bulk superconductor. A magnetic field between the first critical magnetic field and the second critical magnetic field in which the magnetic flux penetrates into the bulk superconductor 37 is created around 37. By doing so, the bulk superconductor 37 is magnetized, and the bulk superconductor 37 remains magnetized even after the current of the magnetizing power source 17 flowing through the armature coil 21 and the armature coil 21 'is cut off. The remaining bulk superconductor 37 becomes a magnet (the bulk superconductor 41 can also be magnetized simultaneously).

次に、円板12を回転させ、例えば、電機子コイル21,21’とバルク超電導体38の中心を合わせ(このとき電機子コイル24,24’とバルク超電導体42の中心も合う)、同様なことを前述した電流とは逆向きに流す。これにより、バルク超電導体38は磁石になる(バルク超電導体42も同時に磁化することが可能)。このようにしてバルク超電導体37,39,41,43を同じ極性、バルク超電導体38,40,42,44をそれらとは逆極性の磁石にする。   Next, the disk 12 is rotated, for example, the centers of the armature coils 21 and 21 ′ and the bulk superconductor 38 are aligned (at this time, the centers of the armature coils 24 and 24 ′ and the bulk superconductor 42 are also aligned). That is, the current flows in the opposite direction. Thereby, the bulk superconductor 38 becomes a magnet (the bulk superconductor 42 can also be magnetized at the same time). In this way, the bulk superconductors 37, 39, 41 and 43 are magnets having the same polarity, and the bulk superconductors 38, 40, 42 and 44 are magnets having opposite polarities.

このように本実施形態において、電機子コイル21,21’〜26,26’は、後述するように回転軸11を回転駆動する機能とともに、上述したようなバルク超電導体37〜44を磁化する機能も有している。   Thus, in the present embodiment, the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ have a function of magnetizing the bulk superconductors 37 to 44 as described above, together with a function of rotating the rotating shaft 11 as described later. Also have.

次に回転駆動のための交流電流供給モードについて説明する。   Next, an alternating current supply mode for rotational driving will be described.

バルク超電導体37〜44が着磁されると、切換スイッチ46を切り換えることにより、着磁用電源17から交流電源45に電流の供給源が変わり、交流電流供給モードになり、着磁されたバルク超電導体37〜44と電機子コイル21,21’〜26,26’間にフレミングの左手の法則による力が働き、超電導電動機としての機能を発揮する。そして、その駆動状態で、上記したように、バルク超電導体の磁力の強さが磁界センサー47と制御手段48によりモニターされ、磁力の強さが所定値より下がると、制御手段48により自動的にバルク超電導体の着磁モード(磁場生成モード)に切り換えることができる。   When the bulk superconductors 37 to 44 are magnetized, by switching the changeover switch 46, the current supply source is changed from the magnetizing power supply 17 to the AC power supply 45, and the AC current supply mode is set. A force according to Fleming's left-hand rule acts between the superconductors 37 to 44 and the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′, and functions as a superconducting motive. Then, in the driving state, as described above, the strength of the magnetic force of the bulk superconductor is monitored by the magnetic field sensor 47 and the control means 48, and when the strength of the magnetic force falls below a predetermined value, the control means 48 automatically It is possible to switch to the magnetization mode (magnetic field generation mode) of the bulk superconductor.

このように、本実施形態によれば、電機子コイル21,21’〜26,26’をバルク超電導体37〜44の着磁用とともに、着磁されたバルク超電導体37〜44の回転駆動用にも利用するようにしたので、超電導同期機を小型化することができる。   As described above, according to the present embodiment, the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ are used for magnetizing the bulk superconductors 37 to 44 and for rotating the magnetized bulk superconductors 37 to 44. Therefore, the superconducting synchronous machine can be miniaturized.

また、本実施形態の超電導同期機は、本発明による着磁装置を用いているので、高効率で強力な着磁を行えるなど本発明による着磁装置の特有の作用効果をすべて奏することができる。   In addition, since the superconducting synchronous machine of the present embodiment uses the magnetizing device according to the present invention, it is possible to achieve all of the specific effects of the magnetizing device according to the present invention, such as high-efficiency and powerful magnetization. .

次に他の実施形態による超電導同期機について説明する。   Next, a superconducting synchronous machine according to another embodiment will be described.

図10は上記他の実施形態による超電導同期機の構成を示している。図10において、図8の超電導同期機と同一の部分は図8と同一の符号を付して重複する説明を省略する。   FIG. 10 shows a configuration of a superconducting synchronous machine according to another embodiment. 10, the same parts as those of the superconducting synchronous machine of FIG. 8 are denoted by the same reference numerals as those of FIG.

本実施形態による超電導同期機は、本発明の着磁装置を有する発電機型の同期機である。   The superconducting synchronous machine according to the present embodiment is a generator-type synchronous machine having the magnetizing device of the present invention.

本実施形態の超電導同期機は、負荷49を有し、磁場生成モード(着磁モード)と発電モードとを切り換えるモード切り換えスィッチ50を有している。また、発電モード時に回転軸11を回転駆動する原動機51も備えている。   The superconducting synchronous machine of the present embodiment has a load 49 and a mode switching switch 50 that switches between a magnetic field generation mode (magnetization mode) and a power generation mode. Moreover, the motor | power_engine 51 which rotationally drives the rotating shaft 11 at the time of an electric power generation mode is also provided.

本実施形態の超電導同期機では、図8の超電導同期機と同様の磁場生成モード(着磁モード)により、バルク超電導体37〜44を着磁させる。   In the superconducting synchronous machine of this embodiment, the bulk superconductors 37 to 44 are magnetized by the same magnetic field generation mode (magnetization mode) as the superconducting synchronous machine of FIG.

発電モードは、バルク超電導体37〜44を着磁させた後に、モード切り換えスィッチ50を切り換えて発電モードとし、原動機51により回転軸11を回転駆動する。回転軸11を原動機51で回転駆動することにより、着磁されたバルク超電導体37〜44と電機子コイル21,21’〜26,26’の間でフレミングの右手の法則による電磁誘導作用により発電が行われる。このときに発生された電流は負荷49に供給され、仕事をすることができる。   In the power generation mode, after magnetizing the bulk superconductors 37 to 44, the mode switching switch 50 is switched to the power generation mode, and the rotary shaft 11 is rotationally driven by the prime mover 51. By rotating the rotary shaft 11 with the prime mover 51, power is generated between the magnetized bulk superconductors 37 to 44 and the armature coils 21, 21 'to 26, 26' by electromagnetic induction by the Fleming's right-hand rule. Is done. The current generated at this time is supplied to the load 49 and can work.

磁界センサー47はバルク超電導体37〜44の磁力を検出し、制御手段48は磁界センサー47の検出信号を入力し、バルク超電導体37〜44の磁力が所定の値より小さくなったときに、自動的に着磁モード(磁場生成モード)に切り換えてバルク超電導体37〜44を着磁するようにモード切り換えスィッチ50を制御する。   The magnetic field sensor 47 detects the magnetic force of the bulk superconductors 37 to 44, and the control means 48 inputs the detection signal of the magnetic field sensor 47, and automatically when the magnetic force of the bulk superconductors 37 to 44 becomes smaller than a predetermined value. Thus, the mode switching switch 50 is controlled so as to magnetize the bulk superconductors 37 to 44 by switching to the magnetization mode (magnetic field generation mode).

本実施形態によれば、電機子コイル21,21’〜26,26’をバルク超電導体37〜44の着磁用に使用するとともに、着磁されたバルク超電導体37〜44によって電流が発生する発電用コイルとしても利用するようにしたので、超電導同期機を小型化することができる。   According to this embodiment, the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ are used for magnetizing the bulk superconductors 37 to 44, and current is generated by the magnetized bulk superconductors 37 to 44. Since it is also used as a power generation coil, the superconducting synchronous machine can be miniaturized.

次にさらに他の実施形態による超電導同期機について説明する。   Next, a superconducting synchronous machine according to still another embodiment will be described.

図11は上記さらに他の実施形態による超電導同期機の構成を示している。図11において、図8の超電導同期機と同一の部分は図8と同一の符号を付して重複する説明を省略する。   FIG. 11 shows the configuration of a superconducting synchronous machine according to another embodiment. In FIG. 11, the same parts as those of the superconducting synchronous machine of FIG. 8 are denoted by the same reference numerals as those of FIG.

本実施形態による超電導同期機は、本発明の着磁装置を有し、磁場生成モード(着磁モード)と、交流電流供給モード(駆動モード)と、発電モードとを切り換えて運転することができる同期機である。   The superconducting synchronous machine according to the present embodiment has the magnetizing device of the present invention, and can be operated by switching between the magnetic field generation mode (magnetization mode), the alternating current supply mode (drive mode), and the power generation mode. It is a synchronous machine.

本実施形態の超電導同期機は、交流電源52と、負荷53と、モード切換スイッチ54と、制御手段55と、原動機56とを有している。   The superconducting synchronous machine of this embodiment has an AC power source 52, a load 53, a mode changeover switch 54, a control means 55, and a prime mover 56.

本実施形態の超電導同期機は、図8および図10の超電導同期機と同様の磁場生成モード(着磁モード)により、バルク超電導体37〜44を着磁させる。   The superconducting synchronous machine of this embodiment magnetizes the bulk superconductors 37 to 44 by the same magnetic field generation mode (magnetization mode) as the superconducting synchronous machine of FIGS.

モード切換スイッチ54の切り換えにより、交流電流供給モード(駆動モード)にある場合には、図8の超電導同期機と同様に、交流電源52から電機子コイル21,21’〜26,26’へ交流電流を供給し、着磁されたバルク超電導体37〜44との相互作用により超電導電動機として機能する。   When in the alternating current supply mode (driving mode) by switching the mode switch 54, the alternating current from the alternating current power source 52 to the armature coils 21, 21 'to 26, 26' is the same as in the superconducting synchronous machine of FIG. It functions as a superconducting motive by supplying electric current and interacting with the magnetized bulk superconductors 37-44.

一方モード切換スイッチ54の切換により、発電モードにある場合には、図10の超電導同期機と同様に、原動機56により回転軸11を積極的に回転駆動することにより、着磁されたバルク超電導体37〜44と電機子コイル21,21’〜26,26’の間でフレミングの右手の法則による電磁誘導作用により発電を行い、負荷53に電力を供給することができる。   On the other hand, in the power generation mode by switching the mode changeover switch 54, the magnetized bulk superconductor is positively driven by the prime mover 56 so as to rotate in the same manner as in the superconducting synchronous machine of FIG. Electric power is generated by electromagnetic induction action according to Fleming's right-hand rule between the armature coils 37, 44 and the armature coils 21, 21 ′ -26, 26 ′, and power can be supplied to the load 53.

本実施形態においても、発電モード又は電動モ一ドのいずれの場合においても、磁界センサー47がバルク超電導体37〜44の磁力の強さを検出し、制御手段55は磁界センサー47の検出信号を入力し、バルク超電導体37〜44の磁力がある値以下に低下した場合には、着磁モード(磁場生成モード)に切り換えてバルク超電導体37〜44を着磁するようにモード切換スイッチ54を制御する。   Also in this embodiment, the magnetic field sensor 47 detects the strength of the magnetic force of the bulk superconductors 37 to 44 in both the power generation mode and the electric mode, and the control means 55 outputs the detection signal of the magnetic field sensor 47. When the magnetic force of the bulk superconductors 37 to 44 is reduced below a certain value, the mode changeover switch 54 is switched so as to magnetize the bulk superconductors 37 to 44 by switching to the magnetization mode (magnetic field generation mode). Control.

なお、本実施形態のように横断面(結晶のa−b軸断面)が円形のバルク超電導体は十分に磁化されると円錐状の磁束密度分布になる。このとき電機子コイル21,21’〜26,26’が渦巻状に円形に巻成されていると、同期機の起電力が正弦波状になるという効果も生じる。逆に渦巻状の円形のコイルに電流を流したとき作られる磁場は円錐状の磁束密度を生成するので、これは前述したように十分磁化されたバルク超電導体の磁東密度分布と同じ形状であるので、バルク超電導体を効率よく磁化できるという効果を奏する。   Note that a bulk superconductor having a circular cross section (a-b axis cross section of the crystal) as in this embodiment has a conical magnetic flux density distribution when sufficiently magnetized. At this time, if the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ are spirally wound in a circular shape, an effect that the electromotive force of the synchronous machine becomes a sine wave shape also occurs. On the other hand, the magnetic field generated when a current is passed through a spiral circular coil generates a conical magnetic flux density, which has the same shape as the magnetic east density distribution of a fully magnetized bulk superconductor as described above. As a result, the bulk superconductor can be efficiently magnetized.

以上のように、本実施形態によれば、電機子コイル21,21’〜26,26’をバルク超電導体37〜44の着磁用に使用するとともに、着磁されたバルク超電導体37〜44の回転駆動用にも利用し、さらに着磁されたバルク超電導体37〜44によって電流が発生する発電用コイルとしても利用するようにしたので、多機能かつ小型化された超電導同期機を提供することができる。   As described above, according to the present embodiment, the armature coils 21, 21 ′ to 26, 26 ′ are used for magnetizing the bulk superconductors 37 to 44, and the magnetized bulk superconductors 37 to 44 are used. The multi-function and miniaturized superconducting synchronous machine is provided because it is also used as a power generating coil that generates current by the magnetized bulk superconductors 37 to 44. be able to.

なお、上記実施形態においては、コイル対の数は3、バルク超電導体の数は8になっているが、本願発明ではコイル対の数を3の整数倍、バルク超電導体の数を2の整数倍にするのが好ましい。この構成により、着磁するために電機子コイルと位置整合する一対のバルク超電導体以外のバルク超電導体は電機子コイルと位置整合せず、不均衡な力が生じないようにバランスされる。また、バルク超電導体と電機子コイルの位相がわずかずつずれるので、駆動用あるいは発電用として好適である。   In the above embodiment, the number of coil pairs is 3 and the number of bulk superconductors is 8, but in the present invention, the number of coil pairs is an integer multiple of 3, and the number of bulk superconductors is an integer of 2. It is preferable to double. With this configuration, bulk superconductors other than the pair of bulk superconductors that are aligned with the armature coils for magnetization are not aligned with the armature coils, and are balanced so that an unbalanced force does not occur. Further, since the phases of the bulk superconductor and the armature coil are slightly shifted, it is suitable for driving or power generation.

また、上記実施形態においては、電機子コイルが着磁コイルと駆動用コイルを兼ね、あいるは着磁コイルと発電用コイルを兼ね、あるいは着磁コイルと駆動用コイルと発電用コイルを兼ねているが、むろん駆動用コイルと発電用コイルとは別個に着磁コイルを用意してもよい。この場合においても、着磁効率が高く、また着磁後にバルク超電導体を移動させて永久磁石として簡単に利用することができるという作用効果を有する。   In the above embodiment, the armature coil serves as a magnetizing coil and a driving coil, or serves as both a magnetizing coil and a power generating coil, or serves as a magnetizing coil, a driving coil, and a power generating coil. Of course, a magnetizing coil may be prepared separately from the driving coil and the power generating coil. Even in this case, the magnetizing efficiency is high, and there is an effect that the bulk superconductor can be moved after the magnetizing and can be easily used as a permanent magnet.

本発明の超電導同期機によれば、強力な磁場によって大きなトルクを発生することができ、電力変換効率が高く、従来の超電導同期機を格段に小型軽量化することができる。   According to the superconducting synchronous machine of the present invention, a large torque can be generated by a strong magnetic field, the power conversion efficiency is high, and the conventional superconducting synchronous machine can be remarkably reduced in size and weight.

また、本発明は電気推進のプロペラを回す舶用高温超電導同期機において、着磁巻線と鉄芯レス電気子巻線との併用を可能にするものであり、その設計と製作に大きく貢献することができる。   In addition, the present invention enables the combined use of a magnetized winding and an iron core-less armature winding in a marine high-temperature superconducting synchronous machine that rotates an electric propeller. Can do.

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。   The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible based on the spirit of the present invention, and these are not excluded from the scope of the present invention.

本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置の構成図。The block diagram of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置と着磁用磁界の磁場分布の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the magnetic field distribution of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by one Embodiment of this invention, and the magnetic field for magnetization. パルス電流の強さとバルク超電導体による最大捕捉磁束密度の関係を示したグラフ。A graph showing the relationship between the intensity of pulsed current and the maximum trapped magnetic flux density by the bulk superconductor. 本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置の構成図。The block diagram of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by one Embodiment of this invention. 図4の実施形態によるバルク超電導体の着磁装置と着磁用磁界の磁場分布の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the magnetic field distribution of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by the embodiment of FIG. 4, and the magnetic field for magnetization. 本発明の一実施形態によるバルク超電導体の着磁装置の構成図。The block diagram of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by one Embodiment of this invention. 図6の実施形態によるバルク超電導体の着磁装置と着磁用磁界の磁場分布の関係を示した図。The figure which showed the relationship between the magnetic field distribution of the magnetization apparatus of the bulk superconductor by the embodiment of FIG. 6, and the magnetic field for magnetization. 本発明の一実施形態による超電導同期機の構成図。The block diagram of the superconducting synchronous machine by one Embodiment of this invention. 図8の超電導同期機のバルク超電導体と電機子コイルの位置関係を示した図。The figure which showed the positional relationship of the bulk superconductor and armature coil of the superconducting synchronous machine of FIG. 本発明の一実施形態による超電導同期機の構成図。The block diagram of the superconducting synchronous machine by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による超電導同期機の構成図。The block diagram of the superconducting synchronous machine by one Embodiment of this invention. 従来の着磁装置の構成図。The block diagram of the conventional magnetizing apparatus. 従来の着磁装置の構成図。The block diagram of the conventional magnetizing apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 着磁装置
2 バルク超電導体
2a 側帯
2b 酸化物超電導バルク材料
3 冷却手段
3a 冷凍装置
3b 冷媒通路
4 着磁手段
4a 着磁コイル
4b パルス電源
4c 接続線
5 支持手段
6 着磁装置
7 バルク超電導体
8 冷却手段
9 着磁手段
9a 着磁コイル
9b パルス電源
9c 接続線
10 支持手段
11 回転軸
12 円板
13 外側ケーシング
14 内側ケーシング
15 管
16 冷媒生成機
17 着磁用電源
18 接続線
19 軸受
20 シール
21 電機子コイル
21’ 電機子コイル
22 電機子コイル
22’ 電機子コイル
23 電機子コイル
23’ 電機子コイル
24 電機子コイル
24’ 電機子コイル
25 電機子コイル
25’ 電機子コイル
26 電機子コイル
26’ 電機子コイル
27 冷媒チャンバ
28 断熱部
29 穴
30 穴
31 穴
32 穴
33 穴
34 穴
35 穴
36 穴
37 バルク超電導体
38 バルク超電導体
39 バルク超電導体
40 バルク超電導体
41 バルク超電導体
42 バルク超電導体
43 バルク超電導体
44 バルク超電導体
45 交流電源
46 切換スイッチ
48 制御手段
49 負荷
50 モード切り換えスィッチ
51 原動機
52 交流電源
53 負荷
54 モード切換スイッチ
55 制御手段
56 原動機
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Magnetization apparatus 2 Bulk superconductor 2a Side band 2b Oxide superconducting bulk material 3 Cooling means 3a Refrigeration apparatus 3b Refrigerant passage 4 Magnetization means 4a Magnetization coil 4b Pulse power supply 4c Connection line 5 Support means 6 Magnetization apparatus 7 Bulk superconductor 8 Cooling means 9 Magnetizing means 9a Magnetizing coil 9b Pulse power supply 9c Connection line 10 Support means 11 Rotating shaft 12 Disc 13 Outer casing 14 Inner casing 15 Pipe 16 Refrigerating generator 17 Magnetizing power supply 18 Connection line 19 Bearing 20 Seal 21 Armature coil 21 'Armature coil 22 Armature coil 22' Armature coil 23 Armature coil 23 'Armature coil 24 Armature coil 24' Armature coil 25 Armature coil 25 'Armature coil 26 Armature coil 26 'Armature coil 27 Refrigerant chamber 28 Heat insulation 29 Hole 30 Hole 31 Hole 32 Hole 33 Hole 34 Hole 35 Hole 36 Hole 37 Bulk superconductor 38 Bulk superconductor 39 Bulk superconductor 40 Bulk superconductor 41 Bulk superconductor 42 Bulk superconductor 43 Bulk superconductor 44 Bulk superconductor 45 AC power supply 46 Changeover switch 48 Control means 49 Load 50 Mode changeover switch 51 Motor 52 AC power supply 53 Load 54 Mode changeover switch 55 Control means 56 Prime mover

Claims (15)

バルク超電導体と、
前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成した着磁コイルを有する着磁手段と、
前記バルク超電導体をその結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持する支持手段と、を有することを特徴とするバルク超電導体の着磁装置。
Bulk superconductors,
Cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity;
The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding has a cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the winding so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. Magnetizing means having a magnetizing coil wound so as to have substantially the same shape as the cross-sectional shape of the ab axis plane of the crystal;
In the bulk superconductor, the c-axis of the crystal is parallel to the winding center axis of the magnetizing coil, and the cross-sectional shape of the ab axis plane of the bulk superconductor crystal is the center axis of the winding of the magnetizing coil. A bulk superconductor magnetizing device comprising: support means for supporting the cross sectional shape in a direction perpendicular to the vertical direction.
前記着磁コイルは、巻線の中心部が空洞になっていることを特徴とする請求項1に記載のバルク超電導体の着磁装置。   2. The bulk superconductor magnetizing device according to claim 1, wherein the magnetizing coil has a hollow center part of the winding. 前記着磁手段は、対をなす前記着磁コイルを有し、前記対をなす着磁コイルをそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が整合するように前記着磁コイルを設けており、
前記支持手段は、前記バルク超電導体を前記着磁手段の前記着磁コイルの間に、前記バルク超電導体の結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線の中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように支持することを特徴とする請求項1または2に記載のバルク超電導体の着磁装置。
The magnetizing means includes the magnetizing coils forming a pair, and the magnetizing coils forming the pair cross the magnetizing coils in a direction in which the central axes of their windings coincide with each other and are perpendicular to the central axis. The magnetizing coil is provided so that the surface shape matches,
The supporting means includes the bulk superconductor between the magnetizing coils of the magnetizing means, the c-axis of the crystal of the bulk superconductor is parallel to the central axis of the winding of the magnetized coil, and the bulk superconducting The cross-sectional shape of the ab axis plane of the body crystal is supported so as to match the cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetized coil. Bulk superconductor magnetizer.
前記支持手段は、前記着磁コイルに対して前記バルク超電導体を移動可能に支持していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバルク超電導体の着磁装置。   The bulk superconductor magnetizing device according to any one of claims 1 to 3, wherein the supporting means supports the bulk superconductor to be movable with respect to the magnetizing coil. 前記着磁手段は、前記バルク超電導体に対して前記着磁コイルを相対的に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のバルク超電導体の着磁装置。   The magnetization of the bulk superconductor according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetizing means is configured to be able to move the magnetizing coil relative to the bulk superconductor. apparatus. バルク超電導体を、十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成した着磁コイルの近傍に、前記バルク超電導体の結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状と整合するように配置する段階と、
前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する段階と、
前記着磁コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を発生する電流を流す段階と、を有することを特徴とするバルク超電導体の着磁方法。
The bulk superconductor has a cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. The c-axis of the bulk superconductor crystal is wound around the magnetized coil in the vicinity of the magnetized coil wound so as to have substantially the same cross-sectional shape as the ab axis plane of the bulk superconductor crystal. Arranged so that the cross-sectional shape of the ab axis plane of the bulk superconductor crystal is aligned with the transverse cross-sectional shape of the magnetized coil in the direction perpendicular to the winding central axis of the magnetized coil, parallel to the central axis And the stage of
Cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature for transition to superconductivity;
Applying a current to generate a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor to the magnetized coil, and magnetizing the bulk superconductor.
前記着磁コイルは、巻線の中心部が空洞になっていることを特徴とする請求項6に記載のバルク超電導体の着磁方法。   The method for magnetizing a bulk superconductor according to claim 6, wherein the magnetized coil has a hollow center part of the winding. 前記着磁コイルは一対の着磁コイルからなり、前記対をなす着磁コイルはそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が整合するように配置され、前記バルク超電導体は前記着磁コイルの間に、その結晶のc軸が前記着磁コイルの巻線の中心軸と平行となりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記着磁コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように配置されることを特徴とする請求項6に記載のバルク超電導体の着磁方法。   The magnetizing coil is composed of a pair of magnetizing coils, and the magnetizing coils forming the pair have the same center axis of their windings and the cross sectional shape of the magnetizing coil in the direction perpendicular to the center axis is matched. The bulk superconductor is disposed between the magnetized coils, the c-axis of the crystal is parallel to the central axis of the winding of the magnetized coil, and the ab axis of the bulk superconductor crystal The method for magnetizing a bulk superconductor according to claim 6, wherein the planar cross-sectional shape is arranged so as to match the cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis of the winding of the magnetizing coil. 前記着磁コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を発生する電流を流した後に、前記バルク超電導体を前記臨界温度以下の温度に維持したまま前記着磁コイルに対して相対的に移動させる段階をさらに有することを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載のバルク超電導体の着磁方法。   After passing a current that generates a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor through the magnetized coil, the bulk superconductor is moved relative to the magnetized coil while maintaining the temperature below the critical temperature. The method for magnetizing a bulk superconductor according to any one of claims 6 to 8, further comprising: 回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、
前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、
前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、
前記バルク超電導体を駆動する電流を前記磁場生成手段のコイルに供給する交流電源と、
磁場生成モードと交流電流供給モードとを切り換える切換スイッチと、を具備することを特徴とする超電導同期機。
A plurality of bulk superconductors fixed to a rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft and arranged so that a c-axis of a crystal is parallel to an axial direction of the rotating shaft in a circumferential direction of the disk;
Cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity;
The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding has a cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the winding so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. A coil wound so as to have substantially the same cross-sectional shape as the ab plane of the crystal, and the central axis of the winding of the coil is the bulk superconductor when the disk is at a predetermined rotation angle The coil is parallel to the c-axis of the crystal and the cross-sectional shape of the ab-axis plane of the bulk superconductor crystal matches the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the coil winding. Provided magnetic field generating means;
A magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor into the coil;
An AC power supply for supplying a current for driving the bulk superconductor to the coil of the magnetic field generating means;
A superconducting synchronous machine comprising a changeover switch for switching between a magnetic field generation mode and an alternating current supply mode.
回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、
前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、
前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、
前記超電導体が配置された前記円板を回転駆動する原動機と、
磁場生成モードと発電モードとを切り換えるモード切換スイッチと、を具備することを特徴とする超電導同期機。
A plurality of bulk superconductors fixed to a rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft and arranged so that a c-axis of a crystal is parallel to an axial direction of the rotating shaft in a circumferential direction of the disk;
Cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity;
The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding has a cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the winding so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. cross-sectional shape of a-b axis plane of the crystal and having a coil form wound to be substantially the same shape, the central axis of winding of the coil when the disc is a predetermined rotation angle is the bulk superconductor The coil is parallel to the c-axis of the crystal and the cross-sectional shape of the ab-axis plane of the bulk superconductor crystal matches the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the coil winding. Provided magnetic field generating means;
A magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor into the coil;
A prime mover that rotationally drives the disk on which the superconductor is disposed;
A superconducting synchronous machine comprising a mode changeover switch for switching between a magnetic field generation mode and a power generation mode.
回転軸に該回転軸に垂直な方向に円板を固定し、前記円板の周方向に結晶のc軸が前記回転軸の軸方向と平行になるように配置した複数のバルク超電導体と、
前記バルク超電導体を超電導に転移する臨界温度以下の温度に冷却する冷却手段と、
十分に着磁された前記バルク超電導体が生じる磁場分布と概略同一形状の磁場分布の着磁用磁界を発生するように巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状とほぼ同形状になるように巻成したコイルを有し、前記円板が所定の回転角度のときに前記コイルの巻線の中心軸が前記バルク超電導体の結晶のc軸と平行になりかつ前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状が前記コイルの巻線の中心軸に垂直な方向の横断面形状と整合するように前記コイルを設けた磁場生成手段と、
前記コイルに前記バルク超電導体に磁束が侵入する磁場を生成する電流を供給する着磁用電源と、
前記バルク超電導体を駆動する電流を前記磁場生成手段のコイルに供給する交流電源と、
前記超電導体が配置された前記円板を回転駆動する原動機と、
磁場生成モードと交流電流供給モードと発電モードとを切り換えるモード切換スイッチと、を具備することを特徴とする超電導同期機。
A plurality of bulk superconductors fixed to a rotating shaft in a direction perpendicular to the rotating shaft and arranged so that a c-axis of a crystal is parallel to an axial direction of the rotating shaft in a circumferential direction of the disk;
Cooling means for cooling the bulk superconductor to a temperature below the critical temperature at which it is transferred to superconductivity;
The cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the winding has a cross-sectional shape perpendicular to the central axis of the winding so as to generate a magnetizing magnetic field having a magnetic field distribution substantially the same shape as the magnetic field distribution generated by the sufficiently magnetized bulk superconductor. A coil wound so as to have substantially the same cross-sectional shape as the ab plane of the crystal, and the central axis of the winding of the coil is the bulk superconductor when the disk is at a predetermined rotation angle The coil is parallel to the c-axis of the crystal and the cross-sectional shape of the ab-axis plane of the bulk superconductor crystal matches the cross-sectional shape in the direction perpendicular to the central axis of the coil winding. Provided magnetic field generating means;
A magnetizing power source for supplying a current for generating a magnetic field in which magnetic flux penetrates into the bulk superconductor into the coil;
An AC power supply for supplying a current for driving the bulk superconductor to the coil of the magnetic field generating means;
A prime mover that rotationally drives the disk on which the superconductor is disposed;
A superconducting synchronous machine comprising: a mode changeover switch for switching between a magnetic field generation mode, an alternating current supply mode, and a power generation mode.
前記バルク超電導体の磁界の強さを検出するセンサーを具備し、前記センサーの信号を入力し前記バルク超電導体を着磁させる磁場生成モードに切り換える制御手段を有していることを特徴とする請求項10〜12のいずれかに記載の超電導同期機。   A sensor for detecting a magnetic field strength of the bulk superconductor is provided, and control means for switching to a magnetic field generation mode for inputting a signal of the sensor and magnetizing the bulk superconductor is provided. Item 13. The superconducting synchronous machine according to any one of Items 10 to 12. 前記コイルは前記バルク超電導体を挟んで対をなし、対をなすコイルはそれらの巻線の中心軸が一致しかつ前記中心軸に垂直な方向の前記着磁コイルの横断面形状が前記バルク超電導体の結晶のa−b軸平面の断面形状と整合していることを特徴とする請求項11〜13のいずれかに記載の超電導同期機。   The coils form a pair with the bulk superconductor sandwiched between them, and the coils forming the pair have a cross-sectional shape of the magnetized coil in a direction perpendicular to the central axis in which the central axes of the windings coincide with each other. The superconducting synchronous machine according to any one of claims 11 to 13, wherein the superconducting synchronous machine is matched with a cross-sectional shape of an ab axis plane of a body crystal. 前記コイル対の数は3の整数倍、前記バルク超電導体の数は2の整数倍であることを特徴とする請求項14に記載の超電導同期機。   15. The superconducting synchronous machine according to claim 14, wherein the number of coil pairs is an integer multiple of 3, and the number of bulk superconductors is an integer multiple of 2.
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