JP5310914B1 - Superconducting equipment - Google Patents

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Abstract

【課題】損失を低減することが可能な、磁気回路部材を備える超電導コイル体および超電導機器を提供する。
【解決手段】超電導コイル体10を備える超電導機器において、超電導コイル体10は、超電導線材15を巻回したコイル本体部と、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置するコイル本体部の表面と対向するように配置された、磁性体からなる磁気回路部材とを含み、超電導コイル体10の中心軸と超電導線材15の前記主表面とがなす角度が、10°以上である。
【選択図】図3
A superconducting coil body and a superconducting device including a magnetic circuit member capable of reducing loss are provided.
In a superconducting device including a superconducting coil body, the superconducting coil body is composed of a coil main body around which a superconducting wire is wound, and a coil main body located on an end surface side intersecting with a main surface of the superconducting wire. The angle formed by the central axis of the superconducting coil body 10 and the main surface of the superconducting wire 15 is 10 ° or more, including a magnetic circuit member made of a magnetic material disposed so as to face the surface.
[Selection] Figure 3

Description

この発明は、超電導機器に関し、より特定的には、磁気回路を構成する磁気回路部材を備える超電導機器に関する。   The present invention relates to a superconducting device, and more particularly to a superconducting device including a magnetic circuit member constituting a magnetic circuit.

従来、超電導線材を巻回して構成される超電導コイルが知られている(たとえば、特開2011−091094号公報(特許文献1)参照)。超電導コイルでは、電流を流すことにより磁界を発生させたときに、超電導線材の主表面を当該磁界の磁束線が貫通すると、超電導コイルの電気的特性が劣化するという問題がある。以下、より具体的に説明する。   2. Description of the Related Art Conventionally, a superconducting coil configured by winding a superconducting wire is known (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-091094 (Patent Document 1)). In a superconducting coil, when a magnetic field is generated by passing an electric current, if magnetic flux lines of the magnetic field penetrate the main surface of the superconducting wire, there is a problem that the electrical characteristics of the superconducting coil deteriorate. More specific description will be given below.

超電導コイルに交流電流を流すことで交流磁界が発生した場合に、ヒステリシス損、結合損失、渦電流損失などの、いわゆるACロスが発生する。このACロスの大きさは、磁界における磁束密度の大きさにより決まるが、同時に磁束線の超電導コイル(具体的には超電導線の主表面)に対する方向により当該損失(ACロス)の大きさは異なる。たとえば、磁束密度がある程度大きい領域では、超電導コイルを構成する超電導線材の主表面に対して垂直な方向の磁束は、当該主表面に対して平行な磁束よりも10倍以上大きな損失を発生させる場合がある。なお、ここで超電導線材の主表面とは、超電導線材がテープ状の線材である場合に、超電導線材の側面を構成する面のうち表面積の相対的に広い面を言う。   When an AC magnetic field is generated by passing an AC current through the superconducting coil, so-called AC loss such as hysteresis loss, coupling loss, and eddy current loss occurs. The magnitude of this AC loss is determined by the magnitude of the magnetic flux density in the magnetic field, but at the same time, the magnitude of the loss (AC loss) varies depending on the direction of the magnetic flux line with respect to the superconducting coil (specifically, the main surface of the superconducting wire). . For example, in a region where the magnetic flux density is large to some extent, the magnetic flux in the direction perpendicular to the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil generates a loss that is 10 times or more larger than the magnetic flux parallel to the main surface. There is. Here, the main surface of the superconducting wire means a surface having a relatively large surface area among the surfaces constituting the side surface of the superconducting wire when the superconducting wire is a tape-like wire.

上述した特開2011−091094号公報では、超電導コイルを構成する超電導線材の主表面を、発生が予測される磁束線の伸びる方向に沿うように、超電導線材の巻回の中心軸に対して傾斜して配置することで、超電導線材の主表面を貫通する磁束線の割合を低減することが提案されている。   In the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-091094, the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil is inclined with respect to the central axis of the winding of the superconducting wire so as to be along the direction in which the magnetic flux lines expected to be generated extend. It has been proposed to reduce the proportion of magnetic flux lines penetrating the main surface of the superconducting wire.

特開2011−091094号公報JP 2011-091094 A

しかしながら、発明者らが検討している磁気回路部材を備える超電導コイルに関して、超電導電材の巻回の中心軸に対して超電導線材の主表面を傾斜させる傾斜角度の影響に関しては、上記特開2011−091094号公報では何ら開示も示唆もされていない。磁気回路部材を備える超電導コイルでは、当該磁気回路部材の存在により磁束線の分布が影響を受けるため、上述した傾斜角度について損失を低減するための好ましい範囲やその影響に関して新たな検討が必要である。   However, regarding the superconducting coil provided with the magnetic circuit member examined by the inventors, the influence of the inclination angle that inclines the main surface of the superconducting wire with respect to the central axis of the winding of the superconducting material is described in JP-A-2011-2011. No disclosure or suggestion is made in Japanese Patent No. 091094. In a superconducting coil provided with a magnetic circuit member, the distribution of magnetic flux lines is affected by the presence of the magnetic circuit member, and therefore, a new examination is necessary regarding the preferable range for reducing the loss and the influence of the above-described inclination angle. .

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、損失を低減することが可能な、磁気回路部材を備える超電導コイル体および超電導機器を提供することである。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting coil body and a superconducting device provided with a magnetic circuit member capable of reducing loss. That is.

この発明に従った超電導機器は、超電導コイル体を備える超電導機器において、超電導コイル体は、超電導線材を巻回したコイル本体部と、超電導線材の主表面と交差する端面側に位置するコイル本体部の表面と対向するように配置された、磁性体からなる磁気回路部材とを含み、超電導コイル体の中心軸と超電導線材の前記主表面とがなす第1の角度が、10°以上である。超電導コイル体は、コイル本体部の外周を囲むように配置され、超電導線材を巻回した外周側コイル本体部をさらに含む。外周側コイル本体部は、超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する表面を有する。磁気回路部材は、外周側コイル本体部における表面と対向する外周側対向面を含む。超電導コイル体の中心軸と、外周側コイル本体部の超電導線材の主表面とがなす第2の角度が、10°以上である。 The superconducting device according to the present invention is a superconducting device comprising a superconducting coil body, wherein the superconducting coil body is a coil body portion wound with a superconducting wire, and a coil body portion located on the end surface side intersecting the main surface of the superconducting wire. The first angle formed by the central axis of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire is 10 ° or more. The superconducting coil body is disposed so as to surround the outer periphery of the coil main body, and further includes an outer peripheral coil main body around which the superconducting wire is wound. The outer peripheral side coil main body has a surface located on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire. A magnetic circuit member contains the outer peripheral side opposing surface which opposes the surface in an outer peripheral side coil main-body part. The second angle formed by the central axis of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire of the outer coil body is 10 ° or more.

この場合、コイル本体部と磁気回路部材とが磁気回路の一部を構成し、また、磁気回路部材の側面がコイル本体部寄りに平面部を有しているので、コイル本体部の表面と磁気回路部材の対向面とが対向する領域では、磁気回路部材からコイル本体部へ伸びる磁束線の向きを、コイル本体部の超電導線材の主表面に沿った方向へ効率的に規定することができる。つまり、コイル本体部の超電導線材の主表面と交差する端面側に、磁性体からなる磁気回路部材を配置することにより、コイル本体部を流れる電流の中心に対して磁束がその周囲を回ることができるように、コイル本体部および磁気回路部材を配置することになる。この結果、コイル本体部に流れる電流によって発生する磁束の向きを、上述のように超電導線材の主表面に沿った方向に誘導することができる。このため、コイル本体部において超電導線材の主表面を貫通するように延びる磁束線の割合を効果的に低減できる。したがって、超電導線材の主表面を貫通する磁束線の存在に起因する超電導コイルでの損失の発生を抑制できる。   In this case, the coil body portion and the magnetic circuit member constitute a part of the magnetic circuit, and the side surface of the magnetic circuit member has a flat portion closer to the coil body portion. In the region facing the facing surface of the circuit member, the direction of the magnetic flux lines extending from the magnetic circuit member to the coil body can be efficiently defined in a direction along the main surface of the superconducting wire of the coil body. That is, by arranging a magnetic circuit member made of a magnetic material on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire of the coil main body, the magnetic flux can go around the center of the current flowing through the coil main body. The coil body and the magnetic circuit member are arranged so as to be able to do so. As a result, the direction of the magnetic flux generated by the current flowing in the coil main body can be induced in the direction along the main surface of the superconducting wire as described above. For this reason, the ratio of the magnetic flux line extended so that the main surface of a superconducting wire may be penetrated in a coil main-body part can be reduced effectively. Therefore, generation | occurrence | production of the loss in a superconducting coil resulting from presence of the magnetic flux line which penetrates the main surface of a superconducting wire can be suppressed.

さらに、上記角度を10°以上とすることで、超電導コイル体におけるACロスの発生を効果的に抑制でき、臨界電流値も向上させることができる。ここで、上記角度を10°以上としたのは、当該角度を10°以上とした範囲で本発明による超電導コイル体でのACロスの低減効果がより顕著になるためである。   Furthermore, by setting the angle to 10 ° or more, the occurrence of AC loss in the superconducting coil body can be effectively suppressed, and the critical current value can be improved. Here, the reason why the angle is set to 10 ° or more is that the effect of reducing the AC loss in the superconducting coil body according to the present invention becomes more prominent in the range where the angle is set to 10 ° or more.

この発明によれば、超電導機器において、超電導コイル体を構成する超電導線材の主表面を、超電導線材の巻回の中心軸に対して傾斜させることで、ACロスの発生を効果的に抑制できる。   According to the present invention, in the superconducting device, the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil body is inclined with respect to the central axis of the winding of the superconducting wire, thereby effectively suppressing the occurrence of AC loss.

発明による超電導機器の実施の形態1を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows Embodiment 1 of the superconducting apparatus by invention. 図1に示した超電導機器を構成する超電導コイル体が格納された冷却容器を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the cooling container in which the superconducting coil body which comprises the superconducting apparatus shown in FIG. 1 was stored. 図2に示した超電導コイル体の部分断面模式図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional schematic diagram of the superconducting coil body shown in FIG. 2. 図3に示した超電導コイル体の部分拡大断面模式図である。FIG. 4 is a partial enlarged cross-sectional schematic view of the superconducting coil body shown in FIG. 3. 本発明による超電導機器の実施の形態2を構成する超電導コイル体の部分断面模式図である。It is a partial cross section schematic diagram of the superconducting coil body which comprises Embodiment 2 of the superconducting apparatus by this invention. 図4に示した超電導コイル体の部分断面模式図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional schematic diagram of the superconducting coil body shown in FIG. 4. 本発明の実施例1を説明するための特性図である。It is a characteristic view for demonstrating Example 1 of this invention.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

(実施の形態1)
図1および図2を参照して、本実施の形態に係る超電導機器100は、回転子であるロータと、ロータの周囲に配置された固定子であるステータとを備える。ロータは、図1の紙面に垂直な長軸方向に延びる回転軸118と、当該回転軸118と接続され、この回転軸118の周囲に配置されたロータ軸116と、ロータ軸116の外表面に等間隔で配置された4つの永久磁石120とを含む。ロータ軸116の外表面は、その断面形状が円弧状になっている。ロータ軸116の外表面の周方向において等間隔に配置された永久磁石120は、その断面形状が四角形状となっている。永久磁石120は、図1の紙面に垂直な方向に、回転軸118の延在方向に沿って伸びるように配置されている。永久磁石120としては、たとえばネオジウム系磁石、サマリウム系磁石、フェライト系磁石などを用いることができる。
(Embodiment 1)
Referring to FIGS. 1 and 2, superconducting device 100 according to the present embodiment includes a rotor that is a rotor and a stator that is a stator disposed around the rotor. The rotor includes a rotation shaft 118 extending in a major axis direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1, a rotor shaft 116 connected to the rotation shaft 118 and disposed around the rotation shaft 118, and an outer surface of the rotor shaft 116. And four permanent magnets 120 arranged at equal intervals. The outer surface of the rotor shaft 116 has an arc shape in cross section. The permanent magnets 120 arranged at equal intervals in the circumferential direction of the outer surface of the rotor shaft 116 have a quadrangular cross-sectional shape. The permanent magnet 120 is arranged so as to extend along the extending direction of the rotating shaft 118 in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. As the permanent magnet 120, for example, a neodymium magnet, a samarium magnet, a ferrite magnet, or the like can be used.

ロータの周囲には、図1に示すように超電導機器100の固定子としてのステータが配置されている。ステータは、ステータヨーク121と、このステータヨーク121の内周側からロータに向けて突出するように形成されたステータコア123と、このステータコア123の外周を囲むように配置された超電導コイル体10と、この超電導コイル体を内部に保持する冷却容器107とを含む。本実施の形態に係る超電導機器においては、ステータコア123が6箇所に等間隔に配置されており、それぞれのステータコア123を囲むように超電導コイル体10が設けられている。つまり、3相6スロットのステータとして、6つの超電導コイル体10が等間隔に配置されている。   Around the rotor, a stator is disposed as a stator of the superconducting device 100 as shown in FIG. The stator includes a stator yoke 121, a stator core 123 formed so as to protrude from the inner peripheral side of the stator yoke 121 toward the rotor, a superconducting coil body 10 disposed so as to surround the outer periphery of the stator core 123, And a cooling container 107 that holds the superconducting coil body therein. In the superconducting device according to the present embodiment, the stator cores 123 are arranged at six equal intervals, and the superconducting coil body 10 is provided so as to surround each stator core 123. That is, six superconducting coil bodies 10 are arranged at equal intervals as a three-phase six-slot stator.

ステータヨーク121は、ロータ軸116の外周を取囲むように配置されている。ステータヨーク121の内側表面はその断面形状(回転軸118の延在方向に対して垂直な平面における断面形状)が円弧状になっている。超電導コイル体10はステータヨーク121の円弧状の内表面に沿うように配置されている。冷却容器107は、ステータコア123の一部が挿入された状態とできるように、超電導コイル体10の中心部に位置する領域に開口部を有している。すなわち、超電導コイル体10は、ステータコア123の外周を囲むように配置されている。   The stator yoke 121 is disposed so as to surround the outer periphery of the rotor shaft 116. The inner surface of the stator yoke 121 has an arcuate cross-sectional shape (a cross-sectional shape in a plane perpendicular to the extending direction of the rotating shaft 118). Superconducting coil body 10 is arranged along the arcuate inner surface of stator yoke 121. The cooling container 107 has an opening in a region located at the center of the superconducting coil body 10 so that a part of the stator core 123 can be inserted. That is, the superconducting coil body 10 is disposed so as to surround the outer periphery of the stator core 123.

冷却容器107は、冷媒117と超電導コイル体10とを内部に保持する冷却容器内槽105と、この冷却容器内槽105の外周を囲むように配置された冷却容器外槽106とを含む。冷却容器外槽106と冷却容器内槽105との間には間隙が設けられ、当該間隙の内部は実質的に真空状態になっている。つまり冷却容器107は断熱容器となっている。   The cooling container 107 includes a cooling container inner tank 105 that holds the refrigerant 117 and the superconducting coil body 10 therein, and a cooling container outer tank 106 that is disposed so as to surround the outer periphery of the cooling container inner tank 105. A gap is provided between the cooling vessel outer tub 106 and the cooling vessel inner tub 105, and the inside of the gap is substantially in a vacuum state. That is, the cooling container 107 is a heat insulating container.

超電導コイル体10は、図1〜図3に示すように、ステータコア123の内周を囲む内周コイル体12a、12bと、この内周コイル体12a、12bの外周側を囲むように配置された外周コイル体11a、11bと、内周コイル体12aの上部端面と、外周コイル体11aの上部端面との間を繋ぐように配置された第1磁性体13と、内周コイル体12bの下方端面と外周コイル体11bの下方端面との間を繋ぐように配置された第2磁性体14とを含む。内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bは、テープ状の超電導線材15を巻回して構成されている。このように内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11b並びに第1磁性体13および第2磁性体14を配置することにより、超電導線材15を流れる電流によって発生する磁束を、第1磁性体13および第2磁性体14によって、超電導線材15の主表面に平行な方向に引き延ばすことができる。この結果、磁束が超電導線材15の主表面を貫通することを抑制することができる。内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bは、図3に示した中心軸16の周囲を環状に囲むように形成されている。つまり、中心軸16は、超電導線材15の巻回の中心軸である。   As shown in FIGS. 1 to 3, the superconducting coil body 10 is disposed so as to surround the inner peripheral coil bodies 12 a and 12 b surrounding the inner periphery of the stator core 123 and the outer peripheral side of the inner peripheral coil bodies 12 a and 12 b. The first magnetic body 13 arranged to connect the outer peripheral coil bodies 11a, 11b, the upper end face of the inner peripheral coil body 12a, and the upper end face of the outer peripheral coil body 11a, and the lower end face of the inner peripheral coil body 12b And a second magnetic body 14 arranged to connect the lower end surface of the outer peripheral coil body 11b. The inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are formed by winding a tape-shaped superconducting wire 15. By arranging the inner coil bodies 12a and 12b, the outer coil bodies 11a and 11b, the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14 in this way, the magnetic flux generated by the current flowing through the superconducting wire 15 is changed to the first magnetic body. The body 13 and the second magnetic body 14 can be extended in a direction parallel to the main surface of the superconducting wire 15. As a result, the magnetic flux can be prevented from penetrating the main surface of the superconducting wire 15. The inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are formed so as to surround the central axis 16 shown in FIG. That is, the central axis 16 is a central axis for winding the superconducting wire 15.

内周コイル体12a、12bは、互いに超電導線材15の端面(主表面と連なる端面)が対向するように積層配置されている。また、外周コイル体11a、11bも、互いに超電導線材15の端面(主表面と連なる端面)が対向するように積層配置されている。なお、ここでは内周コイル体12a、12bという2つのコイルが積層された構造を示しているが、内周コイル体を1つだけ配置する、あるいは3つ以上の内周コイル体を積層配置するようにしてもよい。また、外周コイル体11a、11bについても、1つだけ外周コイル体を配置する、あるいは3つ以上の外周コイル体を積層配置するようにしてもよい。   The inner peripheral coil bodies 12a and 12b are laminated so that the end surfaces of the superconducting wire 15 (end surfaces connected to the main surface) face each other. Further, the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are also laminated so that the end surfaces (end surfaces continuous with the main surface) of the superconducting wire 15 are opposed to each other. In addition, although the structure where two coils called the inner periphery coil bodies 12a and 12b are laminated | stacked is shown here, only one inner circumference coil body is arrange | positioned, or three or more inner circumference coil bodies are laminated and arranged. You may do it. In addition, only one outer coil body may be arranged for the outer coil bodies 11a and 11b, or three or more outer coil bodies may be laminated.

内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bにおける超電導線材15の主表面は、上記中心軸16に対して10°以上の角度を持って傾斜した状態となるように、形成されている。つまり、中心軸16と、超電導線材15の主表面とがなす角度(図3の角度θ)は10°以上となっている。また、当該角度θは、好ましくは30°以上であり、より好ましくは、当該角度θは30°以上45°以下である。また異なる観点から言えば、図2に示す断面における超電導コイル体10の長手方向軸131は、ステータコアの中心軸130に対して上記角度θで傾斜するように形成されている。   The main surfaces of the superconducting wire 15 in the inner coil bodies 12a and 12b and the outer coil bodies 11a and 11b are formed so as to be inclined at an angle of 10 ° or more with respect to the central axis 16. . That is, the angle (angle θ in FIG. 3) formed by the central axis 16 and the main surface of the superconducting wire 15 is 10 ° or more. The angle θ is preferably 30 ° or more, and more preferably the angle θ is 30 ° or more and 45 ° or less. From another point of view, the longitudinal axis 131 of the superconducting coil body 10 in the cross section shown in FIG. 2 is formed so as to be inclined at the angle θ with respect to the central axis 130 of the stator core.

このとき、超電導線材15を流れる電流に起因する磁束線の一部は、超電導線材15を中心として、通常超電導コイル体10よりも比較的外側を廻ることによりステータヨーク121の内部を通過する。しかし、一部の磁束線は漏れ磁束となって、上記磁束線よりも比較的内側を廻り、冷却容器内槽105内部に侵入して超電導線材15の内部を貫通する。超電導線材15を貫通した漏れ磁束は、ACロスを引き起こし、超電導コイル体10の電流特性を劣化させ、超電導機器の電気効率を低下させる可能性がある。   At this time, a part of the magnetic flux lines resulting from the current flowing through the superconducting wire 15 passes through the stator yoke 121 by turning around the superconducting wire 15 and relatively outside the normal superconducting coil body 10. However, some of the magnetic flux lines become leakage magnetic flux, go relatively inside the magnetic flux lines, enter the inside of the cooling vessel inner tank 105 and penetrate the inside of the superconducting wire 15. Leakage magnetic flux penetrating through the superconducting wire 15 may cause AC loss, degrade the current characteristics of the superconducting coil body 10, and reduce the electrical efficiency of the superconducting device.

これに対し、超電導線材15の主表面を、中心軸16に対して上記の角度θで傾斜させることにより、ステータコア123の側面から超電導コイル体10側に漏れ出た漏れ磁束を、磁気回路部材(たとえば第2磁性体14)に引き寄せるとともに超電導線材15の周囲を周回させる、あるいは漏れ磁束を、ステータコア123の先端部124の端部と、隣接する他のステータコアの先端部の端部との間の開口部に向けて流れるようにガイドすることができる。この結果、漏れ磁束が超電導線材15の主表面を貫通することを抑制することができる。   In contrast, by inclining the main surface of the superconducting wire 15 with respect to the central axis 16 at the angle θ described above, the leakage magnetic flux leaking from the side surface of the stator core 123 to the superconducting coil body 10 side is reduced to the magnetic circuit member ( For example, the magnetic material is attracted to the second magnetic body 14) and circulates around the superconducting wire 15, or leakage magnetic flux is caused between the end of the tip 124 of the stator core 123 and the end of the tip of the other adjacent stator core. It can guide so that it may flow toward an opening part. As a result, leakage magnetic flux can be prevented from penetrating the main surface of superconducting wire 15.

ここで、具体的には、上記角度θが10°未満であった場合には、特にステータコア123の側面から超電導コイル体10側に漏れ出た漏れ磁束の一部が超電導コイル体10の超電導線材15を貫通してしまうため、ACロスが発生する。また、上記漏れ磁束の一部は、第2磁性体14に引き寄せられてその延在方向が変わった結果、同じ冷却容器内槽に隣接して設けられた別の超電導コイル体10にまで到達する場合がある。一方、上記角度が10°以上であれば、冷却容器内槽に侵入した漏れ磁束は第2磁性体14内を通ってステータコア123の先端部124側(たとえば隣接する他のステータコアの先端部の端部との間の開口部)に抜けるため、漏れ磁束が超電導線材15を貫通することを抑制できる。特に、30°以上45°以下の角度θでは、より効果的に漏れ磁束が超電導線材15の主表面を貫通することを抑制でき、ACロスを低減できる。なお、実際の超電導機器では、構造の制約上、上記角度θ(傾斜角)を45°以上として超電導コイル体10を形成することは、超電導機器の大型化を伴うため、好ましくない。つまり、上記角度θは45°以下が好ましい。   Here, specifically, when the angle θ is less than 10 °, a part of the leakage magnetic flux leaking from the side surface of the stator core 123 to the superconducting coil body 10 side is particularly superconducting wire rod of the superconducting coil body 10. AC loss occurs. Further, a part of the leakage magnetic flux is attracted to the second magnetic body 14 to change its extending direction, and as a result, reaches another superconducting coil body 10 provided adjacent to the same cooling vessel inner tank. There is a case. On the other hand, if the angle is 10 ° or more, the leakage magnetic flux that has entered the cooling vessel inner tank passes through the second magnetic body 14 and is on the tip end 124 side of the stator core 123 (for example, the end of the tip end of another adjacent stator core). And the leakage magnetic flux can be prevented from penetrating through the superconducting wire 15. In particular, at an angle θ of 30 ° or more and 45 ° or less, it is possible to more effectively prevent leakage magnetic flux from penetrating the main surface of the superconducting wire 15 and reduce AC loss. In an actual superconducting device, it is not preferable to form the superconducting coil body 10 with the angle θ (inclination angle) of 45 ° or more due to structural limitations because the superconducting device is increased in size. That is, the angle θ is preferably 45 ° or less.

図1の例では、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bの超電導線材15の主表面は、互いに平行としている。これにより、それぞれの超電導線材15を流れる電流による磁束密度ベクトルが打ち消し合うことができ、超電導線材15の主表面を貫通する磁束を低減することができる。一方で、超電導線材15の主表面は、超電導線材に対する漏れ磁束の影響が許容される限りにおいて、内周コイル体12a、12bと外周コイル体11a、11bとで平行でなくてもよい。この場合、内周コイル体12a、12bの超電導線材15の主表面と、外周コイル体11a、11bの超電導線材15の主表面とは、超電導コイル体10の中心軸に対して、それぞれ上記範囲内の傾斜角を取ることが好ましい。   In the example of FIG. 1, the main surfaces of the superconducting wires 15 of the inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are parallel to each other. Thereby, the magnetic flux density vector by the electric current which flows through each superconducting wire 15 can cancel each other, and the magnetic flux which penetrates the main surface of superconducting wire 15 can be reduced. On the other hand, the main surface of the superconducting wire 15 may not be parallel between the inner coil bodies 12a and 12b and the outer coil bodies 11a and 11b as long as the influence of leakage magnetic flux on the superconducting wire is allowed. In this case, the main surface of the superconducting wire 15 of the inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the main surface of the superconducting wire 15 of the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are within the above ranges with respect to the central axis of the superconducting coil body 10, respectively. It is preferable to take an inclination angle of.

第1磁性体13および第2磁性体14は、図2や図3に示すように、その断面形状が扇型のように屈曲した形状とすることもできる。また、超電導コイル体10を平面視した場合(中心軸16に沿った方向から超電導コイル体10を見た場合)には、第1磁性体13および第2磁性体14はステータコア123の周囲を囲む形状(環状の形状)となっていてもよい。また、図4に示すように、外周コイル体11bと第2磁性体14とは接着剤などの接合剤29により接続固定することができる。このような接合剤29は外周コイル体11aおよび内周コイル体12a、12bと、第2磁性体14および第1磁性体13との接続固定にも用いることができる。第1磁性体13および第2磁性体14を構成する材料は、磁性体であれば任意の材料を採用可能であり、それぞれ異なる磁性体を採用してもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14 may have a cross-sectional shape bent like a fan shape. Further, when the superconducting coil body 10 is viewed in plan (when the superconducting coil body 10 is viewed from the direction along the central axis 16), the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14 surround the periphery of the stator core 123. It may be a shape (annular shape). Further, as shown in FIG. 4, the outer peripheral coil body 11b and the second magnetic body 14 can be connected and fixed by a bonding agent 29 such as an adhesive. Such a bonding agent 29 can also be used for connecting and fixing the outer coil body 11 a and the inner coil bodies 12 a and 12 b to the second magnetic body 14 and the first magnetic body 13. Any material can be adopted as the material constituting the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14 as long as they are magnetic bodies, and different magnetic bodies may be employed.

図2および図3に示すように、本発明による超電導機器100を構成する超電導コイル体10においては、内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11b、第1磁性体13および第2磁性体14によって磁気回路が構成される。さらに、図4に示すように、第2磁性体14において、外周コイル体11bと対向する端面の端部は、外周コイル体11bにおいて第2磁性体14と対向する表面より外側に突出している。そして、このように突出した端部を含む凸部19は、図3に示すように第1磁性体13および第2磁性体14において内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bと対向する領域においてそれぞれ形成されている。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the superconducting coil body 10 constituting the superconducting device 100 according to the present invention, inner coil bodies 12a and 12b, outer coil bodies 11a and 11b, a first magnetic body 13 and a second magnetic body. The body 14 constitutes a magnetic circuit. Further, as shown in FIG. 4, in the second magnetic body 14, the end portion of the end surface facing the outer coil body 11 b protrudes outward from the surface facing the second magnetic body 14 in the outer coil body 11 b. And the convex part 19 containing the edge part which protruded in this way opposes the inner periphery coil bodies 12a and 12b and the outer periphery coil bodies 11a and 11b in the 1st magnetic body 13 and the 2nd magnetic body 14, as shown in FIG. It is formed in each area to be.

このため、特に内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bと第1磁性体13および第2磁性体14との境界部において、周囲の磁束線を凸部19から第1磁性体13および第2磁性体14の内部に引き込むことができる。つまり、当該境界部において超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するような磁束線の発生を抑制できる。このため、超電導線材15の主表面15a、15bを貫通するように磁束線が発生することに起因して超電導コイル体10での損失が大きくなり、結果的に超電導コイル体10の性能が劣化するといった問題の発生を抑制できる。   For this reason, especially in the boundary part of inner peripheral coil body 12a, 12b and outer peripheral coil body 11a, 11b, the 1st magnetic body 13, and the 2nd magnetic body 14, the surrounding magnetic flux line is changed from the convex part 19 to the 1st magnetic body 13. And it can be pulled into the second magnetic body 14. That is, generation of magnetic flux lines that penetrate the main surfaces 15a and 15b of the superconducting wire 15 at the boundary portion can be suppressed. For this reason, the loss in the superconducting coil body 10 is increased due to the generation of magnetic flux lines so as to penetrate the main surfaces 15a and 15b of the superconducting wire 15, and as a result, the performance of the superconducting coil body 10 deteriorates. The occurrence of such problems can be suppressed.

なお、図2および図3に示すように、第1磁性体13および第2磁性体14において、内周コイル体12a、12bおよび外周コイル体11a、11bのいずれかと対向する端面と連なる側面14a(図4参照)の端部には、超電導線材15の主表面15a、15bの延びる方向に対して傾斜した表面部37が形成されている。当該表面部37は平坦面であってもよいし、図3などに示すように曲面状の形状を有していてもよい。   As shown in FIGS. 2 and 3, in the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14, a side surface 14a (continuous to the end surface facing either one of the inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the outer peripheral coil bodies 11a and 11b) A surface portion 37 inclined with respect to the extending direction of the main surfaces 15a and 15b of the superconducting wire 15 is formed at the end of the superconducting wire 15 (see FIG. 4). The surface portion 37 may be a flat surface or may have a curved shape as shown in FIG.

(実施の形態2)
図5および図6を参照して、本発明による超電導機器の実施の形態2を説明する。本実施の形態2に係る超電導機器は、基本的には図1〜図4に示した超電導機器と同様の構造を備え、同様の効果を得ることができるが、超電導コイル体の構造のみ異なっている。
(Embodiment 2)
A second embodiment of the superconducting device according to the present invention will be described with reference to FIGS. The superconducting device according to the second embodiment basically has the same structure as the superconducting device shown in FIGS. 1 to 4 and can obtain the same effect, but only the structure of the superconducting coil body is different. Yes.

具体的には、超電導コイル体10を構成する内周コイル体12aおよび12bの間に中間磁気回路部材42が配置されている。中間磁気回路部材42の平面形状は、内周コイル体12a、12bと同様に円環状であって、その幅(図6の左右方向における幅)は、内周コイル体12a、12bのいずれの厚さよりも大きくなっている。中間磁気回路部材42を構成する材料は、磁性体であれば任意の材料を採用することができるが、第1磁性体13または第2磁性体14を構成する材料と同じ材料を用いることが好ましい。   Specifically, the intermediate magnetic circuit member 42 is disposed between the inner peripheral coil bodies 12 a and 12 b constituting the superconducting coil body 10. The planar shape of the intermediate magnetic circuit member 42 is annular like the inner peripheral coil bodies 12a and 12b, and the width (the width in the left-right direction in FIG. 6) is any thickness of the inner peripheral coil bodies 12a and 12b. It is bigger than that. Any material can be adopted as the material constituting the intermediate magnetic circuit member 42 as long as it is a magnetic body, but it is preferable to use the same material as that constituting the first magnetic body 13 or the second magnetic body 14. .

内周コイル体12aと内周コイル体12bとは、当該コイルの中心軸から見た径方向における厚さは異なっていてもよい。具体的には、内周コイル体12bの厚さは、内周コイル体12aの厚さより小さくなっていてもよい。内周コイル体12a、12bの接続部には段差部が形成される。   The inner peripheral coil body 12a and the inner peripheral coil body 12b may have different thicknesses in the radial direction viewed from the central axis of the coil. Specifically, the thickness of the inner peripheral coil body 12b may be smaller than the thickness of the inner peripheral coil body 12a. A step portion is formed at the connection portion between the inner peripheral coil bodies 12a and 12b.

このとき、各内周コイル体12a、12bは、超電導線材15のターン数が異なるため、各内周コイル体12a、12bを流れる電流に起因する磁束密度ベクトルが相殺されず、超電導線材15の主表面を通過する磁束線の割合が大きくなる。この結果、当該段差部において大きな損失が発生する。   At this time, since the number of turns of the superconducting wire 15 is different between the inner peripheral coil bodies 12a and 12b, the magnetic flux density vector caused by the current flowing through the inner peripheral coil bodies 12a and 12b is not canceled out. The proportion of magnetic flux lines passing through the surface increases. As a result, a large loss occurs in the stepped portion.

そこで、本実施の形態では、内周コイル体12aと12bとの間に、中間磁気回路部材42を配置することにより、内周コイル体12aと内周コイル体12bとのうちの一方に流れる電流に起因する磁束線の方向が、他方の内周コイル体に直接的な影響を与えないようにすることができる。このため、ターン数の異なる内周コイル体12a、12bを積層配置しても、当該内周コイル体12a、12bを構成する超電導線材15の主表面を通過する磁束線の割合が増加することを抑制できる。   Therefore, in the present embodiment, by arranging the intermediate magnetic circuit member 42 between the inner peripheral coil bodies 12a and 12b, the current flowing in one of the inner peripheral coil body 12a and the inner peripheral coil body 12b. It is possible to prevent the direction of the magnetic flux lines resulting from the above from directly affecting the other inner coil body. For this reason, even if the inner peripheral coil bodies 12a and 12b having different numbers of turns are stacked, the ratio of the magnetic flux lines passing through the main surface of the superconducting wire 15 constituting the inner peripheral coil bodies 12a and 12b increases. Can be suppressed.

さらに、ステータコアの中心軸130により近い位置に配置される内周コイル体12bの厚さを、相対的に上記中心軸130から離れた位置に配置される内周コイル体12aの厚さより小さくすることにより、内周コイル体12bをステータコアの中心軸130から出来るだけ離れた位置に配置できる。このため、内周コイル体12bの主表面を漏れ磁束が貫通する可能性を低減できる。   Further, the thickness of the inner peripheral coil body 12b disposed at a position closer to the central axis 130 of the stator core is made smaller than the thickness of the inner peripheral coil body 12a disposed relatively far from the central axis 130. Thus, the inner peripheral coil body 12b can be arranged at a position as far as possible from the center axis 130 of the stator core. For this reason, the possibility that the leakage magnetic flux penetrates the main surface of the inner peripheral coil body 12b can be reduced.

また、図5および図6に示した例では、超電導コイル体10は、外周コイル体11aと外周コイル体11bとの間にも中間磁気回路部材41を有している。中間磁気回路部材41の平面形状は、外周コイル体11a、11bと同様に円環状であって、その幅(図6の左右方向における幅)は、外周コイル体11a、11bのいずれの厚さよりも大きくなっている。中間磁気回路部材41を構成する材料は、磁性体であれば任意の材料を採用することができるが、中間磁気回路部材42と同様に、第1磁性体13または第2磁性体14を構成する材料と同じ材料を用いることが好ましい。   In the example shown in FIGS. 5 and 6, the superconducting coil body 10 has an intermediate magnetic circuit member 41 between the outer coil body 11a and the outer coil body 11b. The planar shape of the intermediate magnetic circuit member 41 is annular like the outer coil bodies 11a and 11b, and the width (the width in the left-right direction in FIG. 6) is greater than the thickness of any of the outer coil bodies 11a and 11b. It is getting bigger. Any material can be adopted as the material constituting the intermediate magnetic circuit member 41 as long as it is a magnetic material. However, similarly to the intermediate magnetic circuit member 42, the first magnetic material 13 or the second magnetic material 14 is constituted. It is preferable to use the same material as the material.

また、外周コイル体11a、11bの間に中間磁気回路部材41を備えることにより、内周コイル体12a、12bの間に中間磁気回路部材42を配置した場合と同様に、外周コイル体11aと外周コイル体11bとのうちの一方に流れる電流に起因する磁束線の方向が他方の内周コイル体に与える直接的な影響を、効果的に低減することができる。つまり、外周コイル体11bの厚さを、外周コイル体11aの厚さより小さくしても、外周コイル体11a、11bを構成する超電導線材15の主表面を通過する磁束線の割合が増加することを抑制できる。   Further, by providing the intermediate magnetic circuit member 41 between the outer peripheral coil bodies 11a and 11b, the outer peripheral coil body 11a and the outer peripheral coil body 11a are arranged in the same manner as when the intermediate magnetic circuit member 42 is disposed between the inner peripheral coil bodies 12a and 12b. The direct influence which the direction of the magnetic flux line resulting from the electric current which flows into one of the coil bodies 11b has on the other inner periphery coil body can be reduced effectively. That is, even if the thickness of the outer coil body 11b is smaller than the thickness of the outer coil body 11a, the ratio of the magnetic flux lines passing through the main surface of the superconducting wire 15 constituting the outer coil bodies 11a and 11b is increased. Can be suppressed.

また、図5および図6に示した超電導コイル体10を備える本発明の超電導機器100は、超電導コイル体10の中心軸16に対して10°以上の角度θ(傾斜角)を持って超電導線材15が巻回されているため、図1〜図4などに示した超電導機器と同様に、超電導コイル体10における損失が抑制され、高効率化が可能となる。   The superconducting device 100 of the present invention including the superconducting coil body 10 shown in FIGS. 5 and 6 has a superconducting wire having an angle θ (inclination angle) of 10 ° or more with respect to the central axis 16 of the superconducting coil body 10. Since 15 is wound, the loss in the superconducting coil body 10 is suppressed as in the superconducting equipment shown in FIGS.

以下、上述した実施の形態と重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。   Hereinafter, although there is a portion overlapping with the above-described embodiment, characteristic configurations of the present invention will be listed.

この発明に従った超電導機器は、超電導コイル体10を備える超電導機器であって、超電導コイル体10は、超電導線材15を巻回したコイル本体部と、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置するコイル本体部の表面と対向するように配置された、磁性体からなる磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)とを含み、超電導コイル体10の中心軸と超電導線材15の主表面とがなす角度θが、10°以上である。   A superconducting device according to the present invention is a superconducting device including a superconducting coil body 10, and the superconducting coil body 10 is an end face side intersecting with a coil main body wound with a superconducting wire 15 and a main surface of the superconducting wire 15. And a magnetic circuit member (first magnetic body 13 and second magnetic body 14) made of a magnetic material and disposed so as to face the surface of the coil main body portion located at the center of the superconducting coil body 10 and the superconductivity The angle θ formed by the main surface of the wire 15 is 10 ° or more.

この場合、コイル本体部と磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)とが磁気回路の一部を構成する。また、図5などに示すように磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)の側面がコイル本体部寄りに平面部を有しているので、コイル本体部の表面と磁気回路部材の対向面とが対向する領域では、磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)からコイル本体部へ伸びる磁束線の向きを、コイル本体部の超電導線材15の主表面に沿った方向へ効率的に規定することができる。つまり、コイル本体部の超電導線材15の主表面と交差する端面側に、磁性体からなる磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)を配置することにより、コイル本体部を流れる電流の中心に対して磁束がその周囲を回ることができるように、コイル本体部および磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)を配置することになる。この結果、コイル本体部に流れる電流によって発生する磁束の向きを、上述のように超電導線材15の主表面に沿った方向に誘導することができる。このため、コイル本体部において超電導線材15の主表面を貫通するように延びる磁束線の割合を効果的に低減できる。したがって、超電導線材15の主表面を貫通する磁束線の存在に起因する超電導コイルでの損失の発生を抑制できる。   In this case, the coil body and the magnetic circuit members (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) constitute a part of the magnetic circuit. Further, as shown in FIG. 5 and the like, since the side surfaces of the magnetic circuit members (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) have a flat portion near the coil main body, the surface of the coil main body and the magnetic circuit In the region facing the opposing surface of the member, the direction of the magnetic flux lines extending from the magnetic circuit member (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) to the coil main body is set to the main surface of the superconducting wire 15 of the coil main body. It is possible to define efficiently in the direction along. That is, by arranging the magnetic circuit members (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) made of a magnetic material on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire 15 of the coil main body portion, the coil main body portion flows. The coil body and the magnetic circuit members (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) are arranged so that the magnetic flux can go around the current center. As a result, the direction of the magnetic flux generated by the current flowing through the coil body can be guided in the direction along the main surface of the superconducting wire 15 as described above. For this reason, the ratio of the magnetic flux lines extending so as to penetrate the main surface of the superconducting wire 15 in the coil main body can be effectively reduced. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of loss in the superconducting coil due to the presence of magnetic flux lines penetrating the main surface of the superconducting wire 15.

さらに、上記角度θを10°以上とすることで、超電導コイル体におけるACロスの発生を効果的に抑制でき、臨界電流値も向上させることができる。   Furthermore, by setting the angle θ to 10 ° or more, the generation of AC loss in the superconducting coil body can be effectively suppressed, and the critical current value can be improved.

上記超電導コイル体の中心軸と超電導線材15の主表面とがなす角度θは、30°以上が好ましく、より好ましくは45°以下である。ここで、上記角度θの好ましい範囲として30°以上としたのは、当該角度θが30°以上であれば、臨界電流値が充分大きくなると同時に、ACロスの低減効果をより確実に得ることができるためである。また、当該角度θの上限を45°としたのは、当該角度θを45°超えとすると、超電導コイル体を構成する超電導線材15を巻回する作業がやり難くなるとともに、超電導コイル体のサイズ(占有面積)が大きくなりすぎるため、超電導機器の設計の自由度が小さくなるという問題が顕著になるためである。   The angle θ formed by the central axis of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire 15 is preferably 30 ° or more, and more preferably 45 ° or less. Here, the preferable range of the angle θ is set to 30 ° or more. If the angle θ is 30 ° or more, the critical current value becomes sufficiently large and the effect of reducing the AC loss can be obtained more reliably. This is because it can. In addition, the upper limit of the angle θ is set to 45 °. If the angle θ exceeds 45 °, the work of winding the superconducting wire 15 constituting the superconducting coil body becomes difficult and the size of the superconducting coil body is reduced. This is because (occupied area) becomes too large, and the problem that the degree of freedom in designing the superconducting device becomes small becomes significant.

コイル本体部は、超電導線材15を巻回した第1のコイル(内周コイル体12a)と、当該第1のコイルに積層され、超電導線材15を巻回した第2のコイル(内周コイル体12b)とを有していてもよい。超電導コイル体10は、第1のコイルと第2のコイルとの間に配置された中間磁気回路部材42をさらに含んでいてもよい。中間磁気回路部材42は磁性体からなっていてもよい。   The coil main body includes a first coil (inner coil body 12a) wound with the superconducting wire 15 and a second coil (inner coil body) laminated on the first coil and wound with the superconducting wire 15. 12b). Superconducting coil body 10 may further include an intermediate magnetic circuit member 42 disposed between the first coil and the second coil. The intermediate magnetic circuit member 42 may be made of a magnetic material.

この場合、第1のコイル(内周コイル体12a)と第2のコイル(内周コイル体12b)との間でターン数が異なる場合であっても、第1のコイルと第2のコイルとのうちの一方に流れる電流に起因する磁束線の方向が、他方のコイルに直接的な影響を与えることを防止できる。   In this case, even if the number of turns is different between the first coil (inner peripheral coil body 12a) and the second coil (inner peripheral coil body 12b), the first coil and the second coil It is possible to prevent the direction of the magnetic flux lines caused by the current flowing in one of the coils from directly affecting the other coil.

超電導コイル体は、コイル本体部の外周を囲むように配置され、超電導線材15を巻回した外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)をさらに含んでいてもよい。外周側コイル本体部は、超電導線材15の主表面と交差する端面側に位置する表面を有していてもよい。磁気回路部材(第1磁性体13および第2磁性体14)は、外周側コイル本体部における上記表面と対向する外周側対向面を含んでいてもよい。超電導コイル体の中心軸と、外周側コイル本体部の超電導線材15の主表面とがなす角度θが、10°以上であってもよい。   The superconducting coil body may be disposed so as to surround the outer periphery of the coil main body, and may further include an outer coil body (outer coil bodies 11a and 11b) around which the superconducting wire 15 is wound. The outer peripheral coil body may have a surface located on the end face side that intersects the main surface of the superconducting wire 15. The magnetic circuit members (the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14) may include an outer peripheral facing surface that faces the surface of the outer peripheral coil body. The angle θ formed by the central axis of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire 15 of the outer coil body may be 10 ° or more.

この場合、コイル本体部(内周コイル体12a、12b)と外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)とが中心軸16を中心とした同心に配置され、またこれらのコイル本体部と外周側コイル本体部とをつなぐように磁気回路部材(第1磁性体13)が配置されるので、これらのコイル本体部(内周コイル体12a、12b)、磁気回路部材(第1磁性体13)、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)、さらには図6に示す他の磁気回路部材(第2磁性体14)により磁気回路を形成することができる。この結果、コイル本体部および外周側コイル本体部を構成する超電導線材15の主表面を貫通するような磁束線の発生をより確実に抑制できるので、当該磁束線の存在に起因する損失の発生を抑制できる。   In this case, the coil main body (inner peripheral coil bodies 12a and 12b) and the outer peripheral coil main body (outer coil bodies 11a and 11b) are arranged concentrically around the central axis 16, and these coil main bodies and Since the magnetic circuit member (first magnetic body 13) is arranged so as to connect to the outer peripheral side coil main body portion, these coil main body portions (inner peripheral coil bodies 12a and 12b) and magnetic circuit member (first magnetic body 13) are arranged. ), The outer coil body (outer coil bodies 11a and 11b), and another magnetic circuit member (second magnetic body 14) shown in FIG. 6 can form a magnetic circuit. As a result, it is possible to more reliably suppress the generation of magnetic flux lines that penetrate the main surface of the superconducting wire 15 that constitutes the coil main body portion and the outer coil body portion. Can be suppressed.

さらに、超電導コイル体の中心軸16と、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)の超電導線材15の主表面とがなす上記角度θを10°以上とすることで、外周側コイル本体部におけるACロスの発生を効果的に抑制でき、臨界電流値も向上させることができる。ここで、上記角度θを10°以上としたのは、当該角度θを10°以上とした範囲で本発明による超電導コイル体でのACロスの低減効果がより顕著になるためである。   Furthermore, by setting the angle θ formed by the central axis 16 of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire 15 of the outer coil body (outer coil bodies 11a and 11b) to be 10 ° or more, the outer coil body The occurrence of AC loss in the portion can be effectively suppressed, and the critical current value can be improved. Here, the reason why the angle θ is set to 10 ° or more is that the effect of reducing the AC loss in the superconducting coil body according to the present invention becomes more prominent in the range where the angle θ is set to 10 ° or more.

超電導コイル体の中心軸と、外周側コイル本体部(外周コイル体11a、11b)の超電導線材15の主表面とがなす角度θは、好ましくは30°以上であり、より好ましくは45°以下である。ここで、上記角度θの好ましい範囲として30°以上としたのは、当該角度θが30°以上であれば、外周側コイル本体部における臨界電流値が充分大きくなると同時に、ACロスの低減効果をより確実に得ることができるためである。また、当該角度θの上限を45°としたのは、当該角度θを45°超えとすると、外周側コイル本体部を構成する超電導線材15を巻回する作業がやり難くなるとともに、超電導コイル体のサイズ(占有面積)が大きくなりすぎるため、超電導機器の設計の自由度が小さくなるという問題が顕著になるためである。   The angle θ formed by the central axis of the superconducting coil body and the main surface of the superconducting wire 15 of the outer coil body (outer coil bodies 11a and 11b) is preferably 30 ° or more, more preferably 45 ° or less. is there. Here, the preferable range of the angle θ is set to 30 ° or more. If the angle θ is 30 ° or more, the critical current value in the outer coil body becomes sufficiently large, and at the same time, the AC loss reduction effect is achieved. It is because it can obtain more reliably. The upper limit of the angle θ is set to 45 °. If the angle θ exceeds 45 °, the operation of winding the superconducting wire 15 constituting the outer coil body is difficult and the superconducting coil body. This is because the size (occupied area) becomes too large, and the problem that the degree of freedom of design of the superconducting device becomes small becomes remarkable.

本発明の効果を確認するために、以下のようなシミュレーションを行った。具体的には、実施の形態1に係る超電導機器において、ステータコア123の中心軸130に対する、超電導線材15の主表面の傾斜角とACロスとの関係をシミュレーションにより評価した。   In order to confirm the effect of the present invention, the following simulation was performed. Specifically, in the superconducting device according to Embodiment 1, the relationship between the inclination angle of the main surface of the superconducting wire 15 and the AC loss with respect to the central axis 130 of the stator core 123 was evaluated by simulation.

(評価対象)
図1に示す、本実施の形態1の超電導機器を採用した。具体的には、内周コイル体12a、12b、外周コイル体11a、11bのターン数(巻き数)をすべて14とし、これらのコイル体を構成する超電導線材15のサイズを幅:4.65mm、厚み:0.31mm、コイル全長あたりの電気抵抗を1×10-5Ωとした。また、図1に示した隣接するステータコア123の先端部124の間に形成される開口部の幅(スロット開口幅)を、10mmとした。
(Target of evaluation)
The superconducting device of the first embodiment shown in FIG. 1 is employed. Specifically, the number of turns (the number of turns) of the inner peripheral coil bodies 12a and 12b and the outer peripheral coil bodies 11a and 11b are all 14, and the size of the superconducting wire 15 constituting these coil bodies is a width: 4.65 mm, Thickness: 0.31 mm, and electrical resistance per coil full length was 1 × 10 −5 Ω. Further, the width of the opening (slot opening width) formed between the front end portions 124 of the adjacent stator cores 123 shown in FIG.

また、第1磁性体13および第2磁性体14のサイズとして、図3に示される外周コイル体11a、11b、内周コイル体12a、12bと対向する表面の幅を6.34mmとし、また、第1磁性体13および第2磁性体14の磁気的特性についてはシミュレーションに用いたソフトウェアに搭載されている電磁鋼板の物性ライブラリを用いた。   Further, as the sizes of the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14, the width of the surface facing the outer peripheral coil bodies 11a and 11b and the inner peripheral coil bodies 12a and 12b shown in FIG. 3 is 6.34 mm, and For the magnetic characteristics of the first magnetic body 13 and the second magnetic body 14, a physical property library of electrical steel sheets mounted on the software used for the simulation was used.

(検討方法)
上述した実施例について、ステータコアの中心軸に対する、超電導線材の主表面の傾斜角を適宜変更しながら、ACロスおよび臨界電流値をシミュレーションにより求めた。なお、シミュレーションの条件としては、線材1本当たりの電流値を159A(波高値)、モータ回転速度735rpmといったものを用いた。また、シミュレーションで用いたソフトウェアはJMAGである。
(Examination method)
For the above-described example, the AC loss and the critical current value were obtained by simulation while appropriately changing the inclination angle of the main surface of the superconducting wire with respect to the central axis of the stator core. As the simulation conditions, a current value per wire rod of 159 A (crest value), a motor rotation speed of 735 rpm, and the like were used. The software used in the simulation is JMAG.

(結果)
図7を参照して、上記のようなシミュレーションの結果、傾斜角が10°以上で、ACロスの低減と同時に、臨界電流値Icの増加が認められた。なお、図7の横軸はコイル角度(図3に示した角度θあるいは傾斜角:単位はdeg.)を示し、左側の縦軸はACロス(単位:W)、右側の縦軸は臨界電流値Ic(単位:A)を示す。
(result)
Referring to FIG. 7, as a result of the simulation as described above, an increase in the critical current value Ic was recognized at the same time as the AC loss was reduced when the inclination angle was 10 ° or more. 7 represents the coil angle (angle θ shown in FIG. 3 or tilt angle: unit is deg.), The left vertical axis is AC loss (unit: W), and the right vertical axis is the critical current. The value Ic (unit: A) is indicated.

図7を参照して、臨界電流値は傾斜角30°まで増加する傾向にあり、傾斜角が30°以上50°に至るまでの範囲では臨界電流値と傾斜角との間に顕著な相関は見られなかった。一方、ACロスは、傾斜角を10°から40°に増加させるに伴い顕著な減少傾向が見られた。一方、傾斜角40°以上でACロスの減少傾向は傾斜角10°以上40°以下の範囲に比べて顕著ではなくなった。なお、実際の超電導機器では、構造の制約上、45°以上の傾斜角で超電導コイル体を形成することは好ましくない。   Referring to FIG. 7, the critical current value tends to increase up to an inclination angle of 30 °, and there is a significant correlation between the critical current value and the inclination angle in the range of the inclination angle from 30 ° to 50 °. I couldn't see it. On the other hand, the AC loss showed a remarkable decreasing tendency as the inclination angle was increased from 10 ° to 40 °. On the other hand, the tendency of decreasing AC loss at an inclination angle of 40 ° or more is not so remarkable as compared with the range of an inclination angle of 10 ° or more and 40 ° or less. In an actual superconducting device, it is not preferable to form a superconducting coil body at an inclination angle of 45 ° or more due to structural limitations.

つまり、超電導線材の主表面を、ステータコアの中心軸(すなわち超電導コイル体10の中心軸)に対して傾斜角10°以上、好ましくは30°以上45°以下とすることで、超電導機器におけるACロスを低減でき、臨界電流値を増加させることができることが示された。   That is, the main surface of the superconducting wire has an inclination angle of 10 ° or more, preferably 30 ° or more and 45 ° or less with respect to the central axis of the stator core (that is, the central axis of the superconducting coil body 10). It was shown that the critical current value can be increased.

実施例1から、超電導コイル体を構成する超電導線材の主表面の傾斜角を最適化することで、超電導機器におけるACロスの低減、および臨界電流値の向上が実現できることが分かった。しかし、超電導コイル体周囲のステータの形状によって、漏れ磁束の発生の仕方も変化し、上記傾斜角の最適値も変わってくる可能性がある。そこで、ステータコアにおいて、超電導コイル体を含む冷却容器より内周側に位置し、ステータコアと接続している先端部124(図2参照)によって規定される開口部に着目した。つまり、本実施例では、開口部の大きさ(スロット開口幅)がACロスと臨界電流値に与える影響をシミュレーションにより評価した。   From Example 1, it was found that by reducing the inclination angle of the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil body, it is possible to reduce the AC loss and improve the critical current value in the superconducting device. However, depending on the shape of the stator around the superconducting coil body, the way in which leakage magnetic flux is generated may change, and the optimum value of the tilt angle may also change. Therefore, the stator core is focused on the opening defined by the front end portion 124 (see FIG. 2) located on the inner peripheral side of the cooling container including the superconducting coil body and connected to the stator core. That is, in this example, the influence of the size of the opening (slot opening width) on the AC loss and the critical current value was evaluated by simulation.

(評価対象)
本実施の形態1に係る超電導機器と同様の構成を評価対象とした。また、開口部の大きさ(スロット開口部)として10mm、27mm、44mmの3種類の条件を用いて解析した。
(Target of evaluation)
The same configuration as that of the superconducting device according to the first embodiment was evaluated. The analysis was performed using three types of conditions of 10 mm, 27 mm, and 44 mm as the size of the opening (slot opening).

(検討方法)
上記実施例1と同様の手法でシミュレーションを行った。
(Examination method)
A simulation was performed in the same manner as in Example 1 above.

(結果)
上記のようなシミュレーションの結果、上記のようにスロット開口幅を変更しても、ACロスおよび臨界電流値の値はほとんど変化しなかった。つまり、スロット開口幅はACロスおよび臨海電流値に対してほとんど影響しないことが示された。
(result)
As a result of the simulation as described above, even if the slot opening width was changed as described above, the AC loss and the critical current value were hardly changed. That is, it was shown that the slot opening width has little influence on the AC loss and the sea current value.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の超電導機器は、超電導コイル体を用いた超電導機器などに特に有利に適用される。   The superconducting device of the present invention is particularly advantageously applied to a superconducting device using a superconducting coil body.

10 超電導コイル体、11a,11b 外周コイル体、12a,12b 内周コイル体、13 第1磁性体、14 第2磁性体、14a 側面、15 超電導線材、15a、15b 主表面、16,130 中心軸、17 平面部、29 接合剤、37 表面部、41,42 中間磁気回路部材、100 超電導機器、105 冷却容器内槽、106 冷却容器外槽、107 冷却容器、116 ロータ軸、117 冷媒、118 回転軸、120 永久磁石、121 ステータヨーク、123 ステータコア、131 長手方向軸。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Superconducting coil body, 11a, 11b Outer coil body, 12a, 12b Inner coil body, 13 1st magnetic body, 14 2nd magnetic body, 14a Side surface, 15 Superconducting wire, 15a, 15b Main surface, 16, 130 Central axis , 17 plane portion, 29 bonding agent, 37 surface portion, 41, 42 intermediate magnetic circuit member, 100 superconducting equipment, 105 cooling vessel inner tank, 106 cooling vessel outer vessel, 107 cooling vessel, 116 rotor shaft, 117 refrigerant, 118 rotations Shaft, 120 permanent magnet, 121 stator yoke, 123 stator core, 131 longitudinal axis.

Claims (4)

超電導コイル体を備える超電導機器において、
前記超電導コイル体は、超電導線材を巻回したコイル本体部と、
前記超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する前記コイル本体部の表面と対向するように配置された、磁性体からなる磁気回路部材とを含み、
前記超電導コイル体の中心軸と、前記超電導線材の前記主表面とがなす第1の角度が、10°以上であり、
前記超電導コイル体は、前記コイル本体部の外周を囲むように配置され、超電導線材を巻回した外周側コイル本体部をさらに含み、
前記外周側コイル本体部は、前記超電導線材の主表面と交差する端面側に位置する表面を有し、
前記磁気回路部材は、前記外周側コイル本体部における前記表面と対向する外周側対向面を含み、
前記超電導コイル体の中心軸と、前記外周側コイル本体部の前記超電導線材の主表面とがなす第2の角度が、10°以上である、超電導機器。
In superconducting equipment comprising a superconducting coil body,
The superconducting coil body includes a coil main body wound with a superconducting wire,
A magnetic circuit member made of a magnetic material, disposed to face the surface of the coil main body located on the end surface side intersecting with the main surface of the superconducting wire,
Wherein a center axis of the superconducting coil body, said main surface and a first angle between said superconducting wire state, and are more than 10 °,
The superconducting coil body is disposed so as to surround the outer periphery of the coil main body, and further includes an outer peripheral coil main body around which the superconducting wire is wound,
The outer periphery side coil body has a surface located on the end face side intersecting with the main surface of the superconducting wire,
The magnetic circuit member includes an outer peripheral side opposing surface that opposes the surface of the outer peripheral coil body portion,
Wherein a center axis of the superconducting coil body, the main surface is a second angle between the superconducting wire of the outer circumferential side coil main body portion, Ru der 10 ° or more, a superconducting apparatus.
前記第1の角度が30°以上である、請求項1に記載の超電導機器。 The superconducting device according to claim 1, wherein the first angle is 30 ° or more. 前記第1の角度が45°以下である、請求項1または請求項2に記載の超電導機器。 The superconducting device according to claim 1 or 2, wherein the first angle is 45 ° or less. 前記コイル本体部は、
前記超電導線材を巻回した第1のコイルと、
前記第1のコイルに積層され、前記超電導線材を巻回した第2のコイルとを有し、
前記超電導コイル体は、前記第1のコイルと前記第2のコイルとの間に配置された中間磁気回路部材をさらに含む、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の超電導機器。
The coil body is
A first coil wound with the superconducting wire;
A second coil laminated on the first coil and wound with the superconducting wire,
The superconducting device according to any one of claims 1 to 3, wherein the superconducting coil body further includes an intermediate magnetic circuit member disposed between the first coil and the second coil.
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