JP5332869B2 - Rotor and stator - Google Patents

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Description

本発明は、超電導コイル、超電導機器、ロータおよびステータに関するものである。   The present invention relates to a superconducting coil, a superconducting device, a rotor, and a stator.

超電導体は、電気抵抗が極めて低いためエネルギー損失が小さく、かつ電流密度が高いため、省エネルギー技術としても期待されている。このため超電導技術の応用分野として、超電導モータで駆動する電気自動車の開発が進められている。   Superconductors are also expected as energy-saving technologies because of their extremely low electrical resistance, low energy loss, and high current density. For this reason, electric vehicles driven by superconducting motors are being developed as an application field of superconducting technology.

通常の電気自動車用モータ用のコイルには銅線が用いられている。しかし銅線は電気抵抗により発熱する。このため銅線に流すことができる電流値は制限されている。したがって、銅線を用いたコイルの場合は比較的小さなサイズを維持したままで大きなトルク(回転力)を得ることが困難である。一方、超電導体は電気抵抗が極めて低いため、損失を最小限に保ちながら大きな電流を流すことができる。このため超電導コイルは大きなトルクを連続して得ることができるとともに、バッテリのエネルギーを効率よく使用することができる。したがって超電導コイルは省エネルギーに寄与できる。   Copper wires are used for coils for ordinary electric vehicle motors. However, copper wire generates heat due to electrical resistance. For this reason, the electric current value which can be sent through a copper wire is restrict | limited. Therefore, in the case of a coil using a copper wire, it is difficult to obtain a large torque (rotational force) while maintaining a relatively small size. On the other hand, since the superconductor has an extremely low electric resistance, a large current can flow while keeping the loss to a minimum. For this reason, the superconducting coil can continuously obtain a large torque and can efficiently use the energy of the battery. Therefore, the superconducting coil can contribute to energy saving.

上述のように超電導コイルは駆動力が大きい上に省エネルギーに寄与できることから、自動車の中でも小型の乗用車のみならず、バス、トラックなどの大型車へ応用するための開発が進められている。電気自動車における超電導モータ装置としては、たとえば以下の特許文献1に開示された態様のものが考えられる。   As described above, since the superconducting coil has a large driving force and can contribute to energy saving, development for application to not only a small passenger car but also a large vehicle such as a bus and a truck is underway. As a superconducting motor device in an electric vehicle, for example, the one disclosed in Patent Document 1 below can be considered.

特開2005−86913号公報JP 2005-86913 A

一般的に、超電導モータを冷却する冷媒を供給するために、たとえば外部から冷媒配管などを配置すれば、冷媒配管を保冷する手段が必要になるため冷却設備が大型化、複雑化する。そこで特許文献1では、液体を貯留するタンクの内部に超電導モータを収容し、当該液体で超電導モータを冷却する構成を有する電気自動車用の超電導モータ装置が開示されている。このようにすれば、超電導モータは、収容されたタンクの内部に貯留された液体(液体窒素など)により冷却されるため、外部から冷却設備を接続する必要がなくなる。このため、装置の大型化を抑制できるとともに、超電導モータを冷却する効率が向上する。   Generally, in order to supply a refrigerant for cooling a superconducting motor, for example, if a refrigerant pipe or the like is arranged from the outside, a means for keeping the refrigerant pipe is required, so that the cooling equipment becomes large and complicated. Therefore, Patent Document 1 discloses a superconducting motor device for an electric vehicle having a configuration in which a superconducting motor is accommodated in a tank storing liquid and the superconducting motor is cooled by the liquid. In this way, since the superconducting motor is cooled by the liquid (liquid nitrogen or the like) stored in the accommodated tank, it is not necessary to connect a cooling facility from the outside. For this reason, while being able to suppress the enlargement of an apparatus, the efficiency which cools a superconducting motor improves.

ところで、超電導モータには、モータを構成するロータおよびステータのそれぞれにおいて、磁場が強い領域が存在する。この磁場が強い領域とは、ロータおよびステータのそれぞれにおける超電導コイルが作る磁場が集中する領域である。図5は、従来の超電導モータのロータとステータが構成される領域の断面図である。言い換えれば図5は、後述する図1の線分V−Vにおける断面図である。   By the way, the superconducting motor has a region where the magnetic field is strong in each of the rotor and the stator constituting the motor. The region where the magnetic field is strong is a region where the magnetic field generated by the superconducting coils in each of the rotor and the stator is concentrated. FIG. 5 is a cross-sectional view of a region where a rotor and a stator of a conventional superconducting motor are formed. In other words, FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG.

モータ本体部30を示す図5にて丸点線で囲まれた領域1aは、図5の中心部に存在するロータのロータコイル11が巻回されたロータコア13の側部において、もっとも外側の領域(外周側)である。また図5中にて丸点線で囲まれた領域1bは、ロータの外周部に存在するステータのステータコイル21が巻回されたステータコア23の側部において、もっとも内側の領域(中央側)である。これらの領域は、発明者がシミュレーションなどを用いて検討したところ、磁場の強度が高くなりやすい。   A region 1a surrounded by a round dotted line in FIG. 5 showing the motor main body 30 is an outermost region (on the side of the rotor core 13 around which the rotor coil 11 of the rotor existing in the center of FIG. 5 is wound ( The outer peripheral side). In FIG. 5, a region 1b surrounded by a dotted line is the innermost region (center side) in the side portion of the stator core 23 around which the stator coil 21 of the stator existing around the rotor is wound. . These regions tend to increase the strength of the magnetic field when the inventor studied using simulations and the like.

ここで、超電導コイルに磁場が印加されると、当該超電導コイルの電流特性が劣化する(たとえば臨界電流値が低下する)。そして、磁場のなかでも特に、超電導コイルの幅方向や長軸方向に交差する方向、特に超電導コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向(より具体的には超電導線材の主表面を貫通する方向)に加わる磁場は、当該超電導コイルの電流特性を劣化させ、当該超電導コイルにおいてクエンチングなどの現象が起きる原因となる。図5に示す従来のモータ本体部30においては、領域1a、1bにロータコイル11やステータコイル21が配置されている。このため、領域1a、1bに配置されたロータコイル11やステータコイル21の部分には、強い磁場が印加されることになるので、ロータコイル11やステータコイル21においてクエンチングなどの現象が起きる可能性が高くなる。しかし特許文献1においては、この点に関して開示も示唆もされておらず、また上記問題に対する対策なども何ら言及されていない。   Here, when a magnetic field is applied to the superconducting coil, the current characteristics of the superconducting coil deteriorate (for example, the critical current value decreases). And in the magnetic field, in particular, the direction crossing the width direction and the long axis direction of the superconducting coil, especially the direction along the thickness direction of the superconducting wire constituting the superconducting coil (more specifically, penetrating the main surface of the superconducting wire) The magnetic field applied to the superconducting coil deteriorates the current characteristics of the superconducting coil and causes a phenomenon such as quenching in the superconducting coil. In the conventional motor main body 30 shown in FIG. 5, the rotor coil 11 and the stator coil 21 are arranged in the areas 1a and 1b. For this reason, since a strong magnetic field is applied to the portions of the rotor coil 11 and the stator coil 21 disposed in the regions 1a and 1b, a phenomenon such as quenching may occur in the rotor coil 11 and the stator coil 21. Increases nature. However, Patent Document 1 neither discloses nor suggests this point, nor mentions any countermeasures against the above problem.

本発明は、以上の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、電気特性の劣化を抑制することが可能な超電導コイル、および当該超電導コイルを用いた超電導機器を提供することである。さらに当該超電導機器を構成するロータ、ステータを提供することである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a superconducting coil capable of suppressing deterioration of electrical characteristics and a superconducting device using the superconducting coil. Furthermore, it is providing the rotor and stator which comprise the said superconducting apparatus.

本発明に係る超電導コイルは、レーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルであって、レーストラック型コイルの内径が、積層方向の一方端から他方端に向けて徐々に大きくなる。なお、ここで内径とは、レーストラック型コイルの内周側側面の間の幅であり、特にレーストラック型コイルの互いに対向する1対の長辺方向に延在する直線部の間隔をいう。すなわち、言い換えれば上記内径とは、レーストラック型コイルを形成する1対の対向する直線部の内周側側面間の最短距離をいう。   The superconducting coil according to the present invention is a superconducting coil in which a plurality of racetrack coils are stacked, and the inner diameter of the racetrack coil gradually increases from one end to the other end in the stacking direction. Here, the inner diameter is the width between the inner peripheral side surfaces of the racetrack type coil, and particularly the interval between a pair of long sides facing each other in the racetrack type coil. That is, in other words, the inner diameter refers to the shortest distance between the inner peripheral side surfaces of a pair of opposing linear portions that form a racetrack coil.

上述したように、超電導コイルは、たとえば超電導モータなどの超電導機器に用いた際に、磁場の相対的に強い領域に配置すれば、特に超電導コイルの厚み方向における磁場により、電気特性が劣化する可能性がある。このため、超電導コイルは、磁場の強い領域には配置せず、磁場の弱い領域に配置することが好ましい。   As described above, when the superconducting coil is used in a superconducting device such as a superconducting motor, the electrical characteristics can be deteriorated by the magnetic field in the thickness direction of the superconducting coil, if it is disposed in a relatively strong magnetic field region. There is sex. For this reason, it is preferable that the superconducting coil is not disposed in a region where the magnetic field is strong, but is disposed in a region where the magnetic field is weak.

ここで、本発明による超電導コイルを超電導モータなどの超電導機器に適用する場合、超電導モータを構成するロータやステータのコアの周囲を巻回するように当該超電導コイルを配置する。そして、上述のようにロータコアの側部においてもっとも外側の領域やステータコアの側部においてもっとも内側の領域など、コアの一方端部近傍に磁場の強い領域が形成される。本発明による超電導コイルでは、当該超電導コイルを構成する複数のレーストラック型コイルの内径が、上述のように積層方向の一方端から他方端に向けて徐々に大きくなる。そのため、上記磁場の強い領域が、超電導コイルにおいて他方端側の内周部に配置されるように、超電導コイルを設置することができる。このようにすれば、磁場の強い領域を避けるように超電導コイルを配置することになる。この結果、強い磁場の影響により超電導コイルの電気的特性が劣化する可能性を低減できる。   Here, when the superconducting coil according to the present invention is applied to a superconducting device such as a superconducting motor, the superconducting coil is arranged so as to be wound around the rotor or stator core constituting the superconducting motor. As described above, a region having a strong magnetic field is formed in the vicinity of one end of the core, such as the outermost region on the side of the rotor core and the innermost region on the side of the stator core. In the superconducting coil according to the present invention, the inner diameters of the plurality of racetrack coils constituting the superconducting coil gradually increase from one end to the other end in the stacking direction as described above. Therefore, the superconducting coil can be installed so that the region where the magnetic field is strong is arranged in the inner peripheral portion on the other end side in the superconducting coil. If it does in this way, a superconducting coil will be arranged so that a field with a strong magnetic field may be avoided. As a result, it is possible to reduce the possibility that the electrical characteristics of the superconducting coil deteriorate due to the influence of a strong magnetic field.

さらに、本発明による超電導コイルの他方端側の内径を大きくする一方、一方端側については内径を相対的に小さくしているので、一方端側でのレーストラック型コイルのターン数を十分大きくすることができる。このため、超電導コイルの内径を一律に大きくする場合より、超電導コイルの外周が占める体積に対する超電導体の体積の割合を向上させることができる。   Further, while the inner diameter of the superconducting coil according to the present invention is increased on the other end side, the inner diameter is relatively decreased on the one end side, so that the number of turns of the racetrack coil on one end side is sufficiently increased. be able to. For this reason, the ratio of the volume of the superconductor with respect to the volume which the outer periphery of a superconducting coil occupies can be improved rather than the case where the internal diameter of a superconducting coil is enlarged uniformly.

すなわち、超電導機器のサイズを一定にした場合、磁場の強い領域に対して超電導コイルを設けなければ、当該超電導機器における超電導コイルの占める体積である占積率が低下する。占積率が低下すれば、当該超電導機器における超電導コイルにより発生する磁力の強度が低下し、結果的に超電導機器の性能の低下を招く。したがって、当該超電導機器における超電導コイルの占積率を向上することが好ましい。   That is, when the size of the superconducting device is constant, if the superconducting coil is not provided in the region where the magnetic field is strong, the space factor that is the volume occupied by the superconducting coil in the superconducting device is reduced. If the space factor is lowered, the strength of the magnetic force generated by the superconducting coil in the superconducting device is lowered, and as a result, the performance of the superconducting device is lowered. Therefore, it is preferable to improve the space factor of the superconducting coil in the superconducting device.

そこで、たとえば磁場の強い領域においては、当該磁場の強い領域がレーストラック型コイルを構成する輪環形状の内部(空洞部分)に収まるように超電導コイルを配置する。すなわち、当該超電導コイルが磁場の強い領域の外側を取り囲むように配置する。このとき、当該超電導コイルは磁場の強い領域を通ることなく、磁場の強い領域の外部の領域を通るように配置される。つまり、当該超電導コイルは磁場の強い領域の外側の領域を通るため、内径が大きくなる。また、磁場の弱い領域については、当該領域について上記のように超電導コイルを避けるように配置する必要がない。このため、上記の磁場の強い領域の外周側を通る超電導コイルに比べて当該超電導コイルの内径を小さくすることができる。このように、磁場の強さに応じて超電導コイルの内径を変化させることができる。したがって、積層方向の一方端側から他方端側に向けて徐々に磁場が強くなる場合、積層されるレーストラック型コイルは、一方端側から他方端側に向けて内径が徐々に大きくなることが好ましい。   Therefore, for example, in a region where the magnetic field is strong, the superconducting coil is arranged so that the region where the magnetic field is strong falls within the ring-shaped interior (hollow portion) constituting the racetrack coil. That is, the superconducting coil is disposed so as to surround the outside of the region where the magnetic field is strong. At this time, the superconducting coil is arranged so as to pass through a region outside the strong magnetic field region without passing through the strong magnetic field region. That is, since the superconducting coil passes through a region outside the region where the magnetic field is strong, the inner diameter becomes large. Moreover, it is not necessary to arrange | position about the area | region where a magnetic field is weak so that a superconducting coil may be avoided about the said area | region as mentioned above. For this reason, the inner diameter of the superconducting coil can be made smaller than that of the superconducting coil passing through the outer periphery of the region where the magnetic field is strong. Thus, the inner diameter of the superconducting coil can be changed according to the strength of the magnetic field. Therefore, when the magnetic field gradually increases from one end side to the other end side in the stacking direction, the inner diameter of the stacked racetrack coil gradually increases from one end side to the other end side. preferable.

このようにすれば、レーストラック型コイルが磁場の強い領域を通ることを抑制することができるとともに、レーストラック型コイルの占積率を低下させずに確保することができる。このため、当該超電導コイルは、強い磁場が印加されることに起因する電気特性の劣化を抑制し、かつ適用された超電導機器において十分な性能を発揮することができる。   If it does in this way, while being able to suppress a race track type coil passing through the field where a magnetic field is strong, it can secure without reducing the space factor of a race track type coil. For this reason, the said superconducting coil can suppress deterioration of the electrical property resulting from a strong magnetic field being applied, and can exhibit sufficient performance in the applied superconducting apparatus.

なお、上述した超電導コイルにおいては、上記一方端側におけるレーストラック型コイルと上記他方端側におけるレーストラック型コイルとで、複数のレーストラック型コイルのターン数がそれぞれ異なることが好ましい。   In the superconducting coil described above, it is preferable that the number of turns of the plurality of racetrack coils is different between the racetrack coil on the one end side and the racetrack coil on the other end side.

上述したように磁場の大きさに応じてレーストラック型コイルの内径を調整する場合は、たとえば積層されるレーストラック型コイルの外径を等しくする。ここで外径とは、レーストラック型コイルのレーストラック形状の外周部の幅であり、互いに対向する1対の長辺方向に延在する直線部の外周部の間隔をいう。   As described above, when adjusting the inner diameter of the racetrack coil according to the magnitude of the magnetic field, for example, the outer diameters of the laminated racetrack coils are made equal. Here, the outer diameter is the width of the outer periphery of the racetrack shape of the racetrack coil, and refers to the interval between the outer periphery of the linear portions extending in the pair of long sides facing each other.

このとき、各レーストラック型コイルにおけるターン数を変化させることにより、たとえばターン数が少ないレーストラック型コイルについては内径が大きくなり、ターン数が多いレーストラック型コイルについては内径が小さくなる。したがって、ターン数を調整することにより、レーストラック型コイルの内径を調整することができる。レーストラック型コイルの内径を調整することにより、上述したように、超電導コイルの電気特性の劣化を抑制することができる。   At this time, by changing the number of turns in each racetrack type coil, for example, the racetrack type coil having a small number of turns has an increased inner diameter, and the racetrack type coil having a larger number of turns has a smaller inner diameter. Accordingly, the inner diameter of the racetrack coil can be adjusted by adjusting the number of turns. By adjusting the inner diameter of the racetrack coil, as described above, it is possible to suppress deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil.

なお、上述した超電導コイルにおいては、一方端側におけるターン数が、他方端側におけるターン数よりも多いことが好ましい。上述したように、レーストラック型コイルの内径にかかわらず外径を等しくする場合には、ターン数を変化させることにより、内径を変化させることができる。したがって、積層方向の一方端側から他方端側に向けて徐々に磁場が強くなる場合、一方端側においてターン数を大きくすることにより内径を小さくし、他方端側においてターン数を少なくすることにより内径を大きくすることができる。このようにすれば、一方端側のターン数の多いレーストラック型コイルによりコイルの占積率を向上させると同時に、他方端側の内径の大きいレーストラック型コイルにより、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化を抑制できる。   In the superconducting coil described above, the number of turns on one end side is preferably larger than the number of turns on the other end side. As described above, when the outer diameter is made equal regardless of the inner diameter of the racetrack coil, the inner diameter can be changed by changing the number of turns. Therefore, when the magnetic field gradually increases from one end side to the other end side in the stacking direction, the inner diameter is reduced by increasing the number of turns on one end side, and the number of turns is decreased on the other end side. The inner diameter can be increased. In this way, the space factor of the coil is improved by the race track type coil having a large number of turns on one end side, and at the same time, the race track type coil having a large inner diameter on the other end side is used to improve the superconducting coil by the influence of the magnetic field. Deterioration of electrical characteristics can be suppressed.

上述した超電導コイルを用いた超電導機器は、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化が抑制されるとともに、超電導コイルの占積率の低下も抑制されている。このため、高い性能の超電導機器を実現できる。   In the superconducting equipment using the above-described superconducting coil, the deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil due to the influence of the magnetic field is suppressed, and the decrease in the space factor of the superconducting coil is also suppressed. For this reason, a high-performance superconducting device can be realized.

本発明におけるロータは、レーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルを用いたロータである。上記ロータに用いられる複数のレーストラック型コイルの内径は、ロータの中央側から外周側に向けて徐々に大きくなる。ロータの中央側から放射状に突出するように延びるロータコアを有する。上記ロータコアと、外周側においてロータコアに巻回されるレーストラック型コイルとの間に間隙を有する。 The rotor in the present invention is a rotor using a superconducting coil in which a plurality of racetrack coils are laminated. The inner diameters of the plurality of racetrack coils used in the rotor gradually increase from the center side to the outer periphery side of the rotor. The rotor core extends so as to project radially from the center side of the rotor. There is a gap between the rotor core and the racetrack coil wound around the rotor core on the outer peripheral side.

上述した超電導機器としては、たとえば電気自動車用モータを挙げることができる。上述したように、モータを構成するロータの、当該レーストラック型コイルが巻回されたロータコアの側部において、最も外側の領域(外周側)の磁場が強くなる。そこで、磁場が強いロータの外周側の領域におけるレーストラック型コイルの内径を、ロータの中央側の領域におけるレーストラック型コイルの内径よりも大きくし、レーストラック型コイルが磁場の強い領域を避けて通るように配置する。このようにすれば、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化を抑制できる。   As the above-described superconducting device, for example, a motor for an electric vehicle can be cited. As described above, the magnetic field in the outermost region (outer peripheral side) of the rotor constituting the motor becomes stronger at the side of the rotor core around which the racetrack coil is wound. Therefore, the inner diameter of the race track type coil in the outer peripheral region of the rotor having a strong magnetic field is made larger than the inner diameter of the race track type coil in the central region of the rotor so that the race track type coil avoids the region having a strong magnetic field. Arrange to pass. In this way, deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil due to the influence of the magnetic field can be suppressed.

上記ロータに用いられる複数のレーストラック型コイルは、ロータの中央側におけるターン数が、ロータの外周側におけるターン数よりも多いことが好ましい。   The plurality of racetrack coils used in the rotor preferably have a greater number of turns on the center side of the rotor than on the outer periphery side of the rotor.

レーストラック型コイルの内径を、ロータの中央側から外周側に向けて徐々に大きくするために、ロータの外周側の領域におけるレーストラック型コイルのターン数を、ロータの中央側の領域におけるレーストラック型コイルのターン数よりも少なくする。言い換えれば、ロータの中央側におけるターン数を、ロータの外周側におけるターン数よりも多くする。このためにはたとえば、積層されるレーストラック型コイルの外径を外周側も中央側もほぼ一定とし、ロータの外周側におけるターン数を少なくし、ロータの中央側におけるターン数を多くする。このようにすれば、ロータの外周側におけるレーストラック型コイルの内径が、ロータの中央側におけるレーストラック型コイルの内径よりも大きくなる。   In order to gradually increase the inner diameter of the racetrack type coil from the center side to the outer side of the rotor, the number of turns of the racetrack type coil in the outer side region of the rotor is changed to the race track in the central side region of the rotor. Use less than the number of turns of the mold coil. In other words, the number of turns on the center side of the rotor is made larger than the number of turns on the outer peripheral side of the rotor. For this purpose, for example, the outer diameter of the laminated racetrack coil is made substantially constant on both the outer peripheral side and the central side, the number of turns on the outer peripheral side of the rotor is reduced, and the number of turns on the central side of the rotor is increased. In this way, the inner diameter of the racetrack coil on the outer periphery side of the rotor is larger than the inner diameter of the racetrack coil on the center side of the rotor.

このようにしてたとえば、ロータの外周側の領域においては、磁場の強い領域を避けて当該磁場の強い領域よりもレーストラック型コイルの径方向に関する外側のみをレーストラック型コイルが通るように配置する。このようにすれば、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化を抑制できる。   Thus, for example, in the region on the outer peripheral side of the rotor, the race track type coil is arranged so that only the outer side in the radial direction of the race track type coil passes through the region outside the strong magnetic field and avoids the strong magnetic field region. . In this way, deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil due to the influence of the magnetic field can be suppressed.

本発明に係るステータは、レーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルを用いたステータである。上記ステータに用いられる複数のレーストラック型コイルの内径は、ステータの外周側から中央側に向けて徐々に大きくなる。上記ステータの中央側に突出するように延びるステータコアを有する。上記ステータコアと、中央側においてステータコアに巻回されるレーストラック型コイルとの間に間隙を有する。 The stator according to the present invention is a stator using a superconducting coil in which a plurality of racetrack coils are laminated. The inner diameters of the plurality of racetrack coils used in the stator gradually increase from the outer peripheral side to the center side of the stator. A stator core extending to project toward the center of the stator; There is a gap between the stator core and the racetrack coil wound around the stator core on the center side.

モータを構成するステータは、ロータよりも外周側に存在する。このため上述したように、ステータの、当該レーストラック型コイルが巻回されたステータコアの側部において、最も内側の領域(中央側)の磁場が強くなる。そこで、磁場が強いステータの中央側の領域におけるレーストラック型コイルの内径を、ステータの外周側の領域におけるレーストラック型コイルの内径よりも大きくし、レーストラック型コイルが磁場の強い領域を避けて通るように配置する。このようにすれば、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化を抑制できる。   The stator which comprises a motor exists in the outer peripheral side rather than a rotor. For this reason, as described above, the magnetic field in the innermost region (center side) becomes stronger in the side portion of the stator core around which the racetrack coil is wound. Therefore, the inner diameter of the racetrack coil in the central region of the stator where the magnetic field is strong is made larger than the inner diameter of the racetrack coil in the outer region of the stator, so that the racetrack coil avoids the region where the magnetic field is strong. Arrange to pass. In this way, deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil due to the influence of the magnetic field can be suppressed.

上記ステータに用いられる複数のレーストラック型コイルは、ステータの外周側におけるターン数が、ステータの中央側におけるターン数よりも多いことが好ましい。   The plurality of racetrack coils used in the stator preferably have a greater number of turns on the outer periphery side of the stator than on the center side of the stator.

磁場が強いステータの中央側の領域におけるレーストラック型コイルのターン数を、ステータの外周側の領域におけるレーストラック型コイルのターン数よりも少なくする。言い換えれば、ステータの外周側におけるターン数を、ステータの中央側におけるターン数よりも多くする。このためにはたとえば、積層されるレーストラック型コイルの外径を外周側も中央側もほぼ一定とし、ステータの中央側におけるターン数を少なくし、ステータの外周側におけるターン数を多くする。このようにすれば、ステータの中央側におけるレーストラック型コイルの内径が、ステータの外周側におけるレーストラック型コイルの内径よりも大きくなる。   The number of turns of the racetrack type coil in the region on the center side of the stator where the magnetic field is strong is made smaller than the number of turns of the racetrack type coil in the region on the outer periphery side of the stator. In other words, the number of turns on the outer peripheral side of the stator is made larger than the number of turns on the center side of the stator. For this purpose, for example, the outer diameter of the racetrack coil to be laminated is made substantially constant on both the outer peripheral side and the central side, the number of turns on the central side of the stator is reduced, and the number of turns on the outer peripheral side of the stator is increased. In this way, the inner diameter of the race track type coil on the center side of the stator becomes larger than the inner diameter of the race track type coil on the outer periphery side of the stator.

このようにしてたとえば、ステータの中央側の領域においては、磁場の強い領域を避けて当該磁場の強い領域よりもレーストラック型コイルの径方向に関する外側のみをレーストラック型コイルが通るように配置する。このようにすれば、磁場の影響による超電導コイルの電気特性の劣化を抑制できる。   Thus, for example, in the region on the center side of the stator, the race track type coil is arranged so as to pass only the outer side in the radial direction of the race track type coil than the strong magnetic field region, avoiding the strong magnetic field region. . In this way, deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil due to the influence of the magnetic field can be suppressed.

本発明によれば、超電導コイルにおける磁場の影響による電気特性の劣化を抑制するとともに、当該超電導コイルを用いた超電導機器における性能の劣化を抑制できる。さらに当該超電導機器を構成するロータ、ステータにおける性能の劣化も抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, while suppressing the deterioration of the electrical property by the influence of the magnetic field in a superconducting coil, the deterioration of the performance in the superconducting apparatus using the said superconducting coil can be suppressed. Furthermore, the performance deterioration in the rotor and the stator which comprise the said superconducting apparatus can also be suppressed.

本発明の各実施の形態に係るモータの概略構成図である。It is a schematic block diagram of the motor which concerns on each embodiment of this invention. 本発明の実施の形態1に係るモータの断面の態様を示す、図1の線分II−IIにおける概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in line segment II-II of FIG. 1 which shows the aspect of the cross section of the motor which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るモータの断面の態様を示す、図1の線分III−IIIにおける概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in line segment III-III of FIG. 1 which shows the aspect of the cross section of the motor which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明に係るモータのコイルに用いる超電導線材を65Kで使用した際に当該超電導線材に加わる垂直磁場の大きさと、当該超電導線材の臨界電流の大きさとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the magnitude | size of the perpendicular magnetic field added to the said superconducting wire when the superconducting wire used for the coil of the motor which concerns on this invention is used at 65K, and the magnitude | size of the critical current of the said superconducting wire. 従来から用いられるモータの断面の態様を示す、図1の線分V−Vにおける概略断面図である。It is a schematic sectional drawing in the segment VV of FIG. 1 which shows the aspect of the cross section of the motor used conventionally.

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施の形態について説明する。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, elements having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

(実施の形態1)
図1、図2を参照して、本発明の実施の形態1に係るモータ100は、回転子であるロータ10と、ロータ10の周囲に配置されたステータ20とからなるモータ本体部30と、ロータ10の回転を出力する負荷に接続される出力軸18とを備える。出力軸18は回転するため、ベアリング35によりステータ20に回転可能に固定される。
(Embodiment 1)
With reference to FIG. 1 and FIG. 2, the motor 100 according to the first embodiment of the present invention includes a motor main body 30 that includes a rotor 10 that is a rotor and a stator 20 that is disposed around the rotor 10. And an output shaft 18 connected to a load that outputs the rotation of the rotor 10. Since the output shaft 18 rotates, the output shaft 18 is rotatably fixed to the stator 20 by a bearing 35.

ロータ10は、出力軸18の長軸方向に延びる外周面の周囲に形成されたロータ軸16を含む。また、ロータ10は、ロータ軸16の、出力軸18に交差する断面における中央部分(出力軸18が配置されている領域)から放射状に、ロータ軸16の外周面から突出するように延びるロータコア13と、ロータコア13に巻回されたロータコイル11とを含んでいる。ステータ20は、ロータ軸16の、出力軸18に交差する断面において、ロータ10の周囲を囲むように配置されており、磁界を発生させるステータコイル21と、ステータコイル21を含むステータ20の本体をなすステータコア23とを含んでいる。   The rotor 10 includes a rotor shaft 16 formed around an outer peripheral surface extending in the long axis direction of the output shaft 18. The rotor 10 extends from the rotor shaft 16 so as to protrude radially from the outer peripheral surface of the rotor shaft 16 radially from a central portion (region where the output shaft 18 is disposed) in a cross section intersecting the output shaft 18. And the rotor coil 11 wound around the rotor core 13. The stator 20 is disposed so as to surround the rotor 10 in a cross section intersecting the output shaft 18 of the rotor shaft 16, and includes a stator coil 21 that generates a magnetic field, and a main body of the stator 20 including the stator coil 21. And a stator core 23 formed.

ロータ10における各ロータコイル11は、図1に示すように、各ロータコア13の長手方向の側面を覆うようにレーストラック形状をなすように複数回巻回(ターン)されたレーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルである。各ロータコイル11を構成するレーストラック型コイルは、パンケーキ巻きされることにより、レーストラック型コイルとしての態様をなしている。ステータ20における各ステータコイル21も同様に、図2に示すようにロータ10の配置される方向に(すなわちモータ本体部30の中央側に)ステータコア23が突出する領域を覆うように複数回巻回(ターン)されたレーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルである。各ステータコイル21を構成するレーストラック型コイルは、パンケーキ巻きされることにより、レーストラック型コイルとしての態様をなしている。なお、図1においては図を見やすくするため、図2に示したステータコア23やステータコイル21、コイル冷却容器17などについては図示を省略している。   As shown in FIG. 1, each rotor coil 11 in the rotor 10 includes a plurality of racetrack coils that are wound (turned) a plurality of times so as to form a racetrack shape so as to cover the longitudinal side surface of each rotor core 13. It is a superconducting coil laminated one by one. The race track type coil constituting each rotor coil 11 is configured as a race track type coil by being pancake-wound. Similarly, each stator coil 21 in the stator 20 is wound a plurality of times so as to cover the region in which the stator core 23 protrudes in the direction in which the rotor 10 is arranged (that is, on the center side of the motor main body 30) as shown in FIG. A superconducting coil in which a plurality of (turned) racetrack coils are stacked. The race track type coil constituting each stator coil 21 is configured as a race track type coil by being pancake-wound. In FIG. 1, the stator core 23, the stator coil 21, the coil cooling container 17, and the like shown in FIG.

図1、図2に示すように、モータ100において、ロータコイル11ではレーストラック型コイルが4層積層されており、ステータコイル21ではレーストラック型コイルが3層積層されている。ロータコイル11およびステータコイル21を構成する複数個のレーストラック型コイルは、超電導線材により形成された超電導コイルである。したがって当該レーストラック型コイルを冷却するために、図2に示すように、レーストラック型コイルの巻回される周囲にコイル冷却容器17が配置される。異なる観点から言えば、コイル冷却容器の内部にロータコイル11またはステータコイル21が配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, in the motor 100, four layers of racetrack type coils are laminated on the rotor coil 11, and three layers of racetrack type coils are laminated on the stator coil 21. The plurality of racetrack coils constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21 are superconducting coils formed of a superconducting wire. Therefore, in order to cool the racetrack type coil, as shown in FIG. 2, a coil cooling container 17 is disposed around the racetrack type coil. If it says from a different viewpoint, the rotor coil 11 or the stator coil 21 is arrange | positioned inside the coil cooling vessel.

図2に示すように、モータ本体部30のロータコイル11は、4層積層されたレーストラック型コイルのそれぞれの内径が異なる。同様に、ステータコイル21は、3層積層されたレーストラック型コイルのそれぞれの内径が異なる。なお、図2に示すロータコイル11の4層積層されたレーストラック型コイルのそれぞれの外径はほぼ等しく、ステータコイル21の3層積層されたレーストラック型コイルのそれぞれの外径もほぼ等しい。   As shown in FIG. 2, the rotor coil 11 of the motor main body 30 has different inner diameters of the racetrack type coils laminated in four layers. Similarly, the stator coil 21 has different inner diameters of the racetrack type coils laminated in three layers. Note that the outer diameters of the four-layered racetrack type coils of the rotor coil 11 shown in FIG. 2 are substantially equal, and the outer diameters of the three-layered racetrack type coils of the stator coil 21 are also substantially equal.

ロータ10には、ロータコア13の外周側(ステータ20が配置される側)に、図2中に丸点線で囲まれた高磁場領域1aが存在する。同様にステータ20には、ステータコア23の中央側(ロータ10が配置される側)、すなわち図2中に丸点線で囲まれた高磁場領域1bが存在する。上述したようにロータコイル11およびステータコイル21では、それぞれ複数個積層されたレーストラック型コイルの内径が異なる。ロータコイル11については、ロータ10の外周側に向かうほどレーストラック型コイルの内径が大きくなっているので、複数個積層されたレーストラック型コイルを構成する超電導線材が高磁場領域1aを通らないように配置されている。またステータコイル21についても同様に、ステータ20の中央側に向かうほどレーストラック型コイルの内径が大きくなっているので、複数個積層されたレーストラック型コイルを構成する超電導線材が高磁場領域1bを通らないように配置されている。   In the rotor 10, a high magnetic field region 1 a surrounded by a round dotted line in FIG. 2 exists on the outer peripheral side of the rotor core 13 (the side where the stator 20 is disposed). Similarly, the stator 20 has a high magnetic field region 1b surrounded by a round dotted line in FIG. 2 at the center side of the stator core 23 (the side where the rotor 10 is disposed). As described above, the rotor coil 11 and the stator coil 21 have different inner diameters of the racetrack coils that are stacked in plural. As for the rotor coil 11, since the inner diameter of the racetrack type coil increases toward the outer peripheral side of the rotor 10, the superconducting wire constituting the laminated racetrack type coil does not pass through the high magnetic field region 1a. Is arranged. Similarly, since the inner diameter of the race track type coil increases toward the center side of the stator 20 with respect to the stator coil 21, the superconducting wire constituting the plurality of laminated race track type coils forms the high magnetic field region 1b. It is arranged not to pass.

ロータコイル11においてはロータコア13の中央側(出力軸18側)から外周側(ステータ20側)に向けて、徐々に磁場が大きくなり、ロータコア13の外周側に高磁場領域1aが存在する。ステータコイル21においてはステータコア23の外周側から中央側(ロータ10が配置される側)に高磁場領域1bが存在する。これらの領域は、ロータコイル11およびステータコイル21の両方から比較的近い領域である。   In the rotor coil 11, the magnetic field gradually increases from the center side (output shaft 18 side) of the rotor core 13 toward the outer peripheral side (stator 20 side), and the high magnetic field region 1 a exists on the outer peripheral side of the rotor core 13. In the stator coil 21, the high magnetic field region 1 b exists from the outer peripheral side of the stator core 23 to the center side (side on which the rotor 10 is disposed). These regions are regions that are relatively close to both the rotor coil 11 and the stator coil 21.

超電導線材からなるロータコイル11やステータコイル21が高磁場領域1aや高磁場領域1bを通るように配置されれば、当該高磁場領域1a、1bにおいて、当該コイルに磁場が印加される。このなかでも特に垂直磁場、すなわちコイルを構成する超電導線材の長手方向および幅方向に交差する方向(すなわち厚み方向(高さ方向)に沿った方向)に加わる磁場は、超電導コイルの電気特性を劣化させる(つまり臨界電流値を低下させる)。したがって、図2に示すように、ロータコイル11やステータコイル21が、それぞれ高磁場領域1aや高磁場領域1bを通らないように配置(巻回)されることが好ましい。このようにすれば、ロータコイル11では、高磁場領域1aの高い磁場により電気特性が劣化する可能性が低減される。このため、ロータコイル11に関して、高い電気特性を確保する(つまり高い臨界電流値を維持する)ことができる。同様に、ステータコイル21も、高磁場領域1bの高い磁場により電気特性が劣化する可能性が低減される。このため、ステータコイル21に関して、高い電気特性を確保することができる。   If the rotor coil 11 and the stator coil 21 made of a superconducting wire are arranged so as to pass through the high magnetic field region 1a and the high magnetic field region 1b, a magnetic field is applied to the coil in the high magnetic field regions 1a and 1b. Among these, the vertical magnetic field, that is, the magnetic field applied in the direction intersecting the longitudinal direction and the width direction of the superconducting wire constituting the coil (that is, the direction along the thickness direction (height direction)) deteriorates the electrical characteristics of the superconducting coil. (That is, the critical current value is lowered). Therefore, as shown in FIG. 2, it is preferable that the rotor coil 11 and the stator coil 21 are arranged (wound) so as not to pass through the high magnetic field region 1a and the high magnetic field region 1b, respectively. If it does in this way, in rotor coil 11, possibility that an electrical property will deteriorate by a high magnetic field of high magnetic field field 1a is reduced. For this reason, high electrical characteristics can be secured for the rotor coil 11 (that is, a high critical current value can be maintained). Similarly, the possibility that the electrical characteristics of the stator coil 21 deteriorate due to the high magnetic field in the high magnetic field region 1b is also reduced. For this reason, high electrical characteristics can be secured for the stator coil 21.

しかし、たとえば高磁場領域1a、1bを超電導コイルが通らないようにするために、たとえばロータコイル11やステータコイル21を構成するレーストラック型コイルの積層数(ターン数)を単純に減少させれば、モータにおける超電導コイルの占有率が低下し、結果的にロータコイル11やステータコイル21に流れる超電導電流による磁場の強さが低下する。すると、同一の大きさの超電導電流を流したとしても発生する磁場の大きさが減少するため、モータ100の出力が低下する。このため、ロータコイル11やステータコイル21を構成するレーストラック型コイルの占積率を減少させないことが好ましい。ロータコイル11やステータコイル21を構成するレーストラック型コイルの占積率を減少させず、ほぼ一定に保てば、当該モータ100が超電導コイルの電気特性の劣化を抑制することができる。   However, for example, in order to prevent the superconducting coils from passing through the high magnetic field regions 1a and 1b, for example, if the number of laminations (number of turns) of the race track type coils constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21 is simply reduced. As a result, the occupation ratio of the superconducting coil in the motor decreases, and as a result, the strength of the magnetic field due to the superconducting current flowing in the rotor coil 11 and the stator coil 21 decreases. Then, even if a superconducting current having the same magnitude is passed, the magnitude of the generated magnetic field is reduced, and the output of the motor 100 is lowered. For this reason, it is preferable not to decrease the space factor of the race track type coils constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21. If the space factor of the race track type coils constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21 is not reduced and kept constant, the motor 100 can suppress the deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil.

レーストラック型コイルの占積率を減少させないためには、レーストラック型コイルの積層数を減少させないことが好ましい。このため、図2に示すように、高磁場領域1aや高磁場領域1bを取り囲むようにレーストラック型コイルを配置することが好ましい。たとえばロータコイル11を構成する4層積層されたレーストラック型コイルのうち、ロータコイル11の積層方向(図2の中央側と外周側とを結ぶ方向)に関して高磁場領域1aが存在する、レーストラック型コイルの外周側の2層分の領域について、レーストラック型コイルをまったく配置しない場合は、ロータコイル11のレーストラック型コイルの占積率はレーストラック型コイル2層分になる。これに対して図2のように、ロータコイル11の積層方向に関して高磁場領域1aが存在する、外周側の2層分の領域に関しても、高磁場領域1aを避けるように、すなわち高磁場領域1aを外側から取り囲むように巻回されたレーストラック型コイルを配置する。このようにすれば、当該ロータコイル11のレーストラック型コイルの占積率はレーストラック型コイル4層分になる。したがって、積層方向に関する高磁場領域1aの外周側についても、レーストラック型コイルを配置することにより、当該レーストラック型コイルの占積率を向上させる結果、当該モータの十分な出力を確保することができる。   In order not to reduce the space factor of the racetrack type coil, it is preferable not to reduce the number of layers of the racetrack type coil. For this reason, as shown in FIG. 2, it is preferable to arrange a racetrack coil so as to surround the high magnetic field region 1a and the high magnetic field region 1b. For example, a racetrack in which a high magnetic field region 1a is present in the stacking direction of the rotor coil 11 (the direction connecting the center side and the outer periphery side in FIG. 2) among the four-layered racetrack type coils constituting the rotor coil 11. When no racetrack type coil is arranged in the two-layer region on the outer peripheral side of the die coil, the space factor of the racetrack type coil of the rotor coil 11 is equivalent to two racetrack type coils. On the other hand, as shown in FIG. 2, the high magnetic field region 1a is present in the stacking direction of the rotor coil 11, and the region of two layers on the outer peripheral side is also avoided so as to avoid the high magnetic field region 1a. A racetrack coil wound around the outside is disposed. By doing so, the space factor of the race track type coil of the rotor coil 11 is equivalent to four layers of the race track type coil. Therefore, by arranging the race track type coil also on the outer peripheral side of the high magnetic field region 1a in the stacking direction, the space factor of the race track type coil is improved, so that sufficient output of the motor can be ensured. it can.

したがって高磁場領域1aがロータコア13の外周側の領域に存在する場合、図2に示すようにロータコイル11についてはレーストラック型コイルの積層方向の一方端(すなわち中央側)から他方端(すなわち外周側)に向けて、レーストラック型コイルの内径が徐々に大きくなることが好ましい。同様に、高磁場領域1bがステータコア23の中央側の領域に存在する場合、ステータコイル21についてはレーストラック型コイルの積層方向の一方端(すなわち外周側)から他方端(すなわち中央側)に向けて、レーストラック型コイルの内径が徐々に大きくなることが好ましい。このようにすれば、ロータコイル11およびステータコイル21におけるレーストラック型コイルの占積率を確保しつつ、高磁場領域1a、1bを避けて当該コイルを巻回させることができる。このため、ロータコイル11およびステータコイル21の電気特性の劣化を抑制できるとともに、当該モータ100の出力を向上させることができる。   Therefore, when the high magnetic field region 1a exists in the region on the outer peripheral side of the rotor core 13, as shown in FIG. 2, with respect to the rotor coil 11, the one end (that is, the center side) in the laminating direction of the racetrack coil is It is preferable that the inner diameter of the racetrack coil gradually increases. Similarly, when the high magnetic field region 1b is present in the central region of the stator core 23, the stator coil 21 is directed from one end (ie, the outer peripheral side) to the other end (ie, the central side) in the stacking direction of the racetrack type coil. Thus, it is preferable that the inner diameter of the racetrack coil gradually increases. If it does in this way, the said coil can be wound avoiding the high magnetic field area | region 1a, 1b, ensuring the space factor of the race track type coil in the rotor coil 11 and the stator coil 21. FIG. For this reason, while being able to suppress deterioration of the electrical characteristics of the rotor coil 11 and the stator coil 21, the output of the motor 100 can be improved.

上述したように、ロータコイル11のそれぞれにおいて積層された複数個のレーストラック型コイルの外径はほぼ等しい。ここで当該レーストラック型コイルはパンケーキ巻きにより超電導線材が複数回巻回されている。したがって、ロータコイル11はレーストラック型コイルの積層方向の一方端側(中央側)における、内径の小さいレーストラック型コイルと、当該積層方向の他方端側(外周側)における、内径の大きいレーストラック型コイルとではターン数が異なる。   As described above, the outer diameters of the plurality of racetrack coils stacked in each of the rotor coils 11 are substantially equal. Here, the superconducting wire is wound around the racetrack type coil a plurality of times by pancake winding. Therefore, the rotor coil 11 includes a racetrack coil having a small inner diameter on one end side (center side) in the laminating direction of the racetrack coil and a racetrack having a large inner diameter on the other end side (outer peripheral side) in the laminating direction. The number of turns differs from the type coil.

たとえば図2に示すように、ロータコイル11の中央側におけるレーストラック型コイルは、ロータコイル11の外周側におけるレーストラック型コイルに比べて、当該コイルが周方向(積層方向に交差する方向)に有する幅(厚み)が広い。上記幅はレーストラック型コイルを構成する超電導線材のパンケーキ巻きによるターン数に対応する。このため、内径の小さい中央側のレーストラック型コイルは、内径の大きい外周側のレーストラック型コイルに比べて、ターン数が多い。このように、超電導コイルにおいて、複数個積層される各レーストラック型コイルの外径をほぼ等しくした場合には、超電導線材をパンケーキ巻きするターン数を変化させ、当該コイルの周方向に関する幅(厚み)を変化させることにより、内径を変化させることができる。具体的には、レーストラック型コイルのターン数が多いほど、当該レーストラック型コイルの幅が広くなり、内径が小さくなる。またレーストラック型コイルのターン数が少ないほど、当該幅が狭くなり、内径が大きくなる。このようにして、たとえば内径を大きくすることにより、高磁場領域1aを通らないようにレーストラック型コイルを配置することができる。   For example, as shown in FIG. 2, the racetrack type coil on the center side of the rotor coil 11 has a circumferential direction (direction intersecting the stacking direction) compared to the racetrack type coil on the outer peripheral side of the rotor coil 11. Has a wide width (thickness). The said width | variety respond | corresponds to the number of turns by the pancake winding of the superconducting wire which comprises a racetrack type | mold coil. For this reason, the racetrack coil on the center side with a small inner diameter has a larger number of turns than the racetrack coil on the outer peripheral side with a large inner diameter. Thus, in the superconducting coil, when the outer diameter of each of the plurality of laminated racetrack coils is made substantially equal, the number of turns for pancake winding of the superconducting wire is changed, and the width of the coil in the circumferential direction ( The inner diameter can be changed by changing the (thickness). Specifically, the greater the number of turns of the racetrack coil, the wider the racetrack coil and the smaller the inner diameter. Further, the smaller the number of turns of the racetrack coil, the narrower the width and the larger the inner diameter. In this way, for example, by increasing the inner diameter, the race track coil can be arranged so as not to pass through the high magnetic field region 1a.

図2に示すように、ステータコイル21についても上述したロータコイル11と同様のことが言える。すなわちステータコイル21の外周側におけるレーストラック型コイルでは、ステータコイル21の中央側におけるレーストラック型コイルに比べて、当該コイルが周方向に有する幅が広い。したがって、内径の小さい外周側のレーストラック型コイルは、内径の大きい中央側のレーストラック型コイルに比べて、ターン数が多い。   As shown in FIG. 2, the same can be said for the stator coil 21 as in the rotor coil 11 described above. That is, the race track type coil on the outer peripheral side of the stator coil 21 has a wider width in the circumferential direction than the race track type coil on the central side of the stator coil 21. Therefore, the outer race track type coil with a smaller inner diameter has a larger number of turns than the central race track type coil with a larger inner diameter.

このように、レーストラック型コイルごとにターン数を変化させることにより内径を変化させれば、たとえば高磁場領域1aでない領域に配置される、高磁場領域1aに配置されるレーストラック型コイルよりもターン数が多いレーストラック型コイルは、占積率が大きいためにより大きな磁場を作ることができる。したがって、当該モータ100の出力をさらに向上させることができる。   Thus, if the inner diameter is changed by changing the number of turns for each racetrack type coil, for example, than the racetrack type coil arranged in the high magnetic field region 1a, which is arranged in a region other than the high magnetic field region 1a. A racetrack coil with a large number of turns can create a larger magnetic field due to its large space factor. Therefore, the output of the motor 100 can be further improved.

なお、上述したロータコイル11およびステータコイル21を構成する各レーストラック型コイルに用いる超電導線材は、超電導層を含む積層構造を有する薄膜超電導線材であってもよいし、超電導体としての粉末をチューブに充填し、伸線加工、焼結処理などを行なうことにより形成した超電導線材であってもよい。また、当該超電導線材に用いる超電導体の材質としては、たとえばBi(ビスマス)系やY(イットリウム)系などの酸化物から構成される、酸化物超電導線材を用いることが好ましい。酸化物超電導線材は、金属超電導線材に比べて高温で超電導体としての機能を発揮しうるため、酸化物超電導線材を用いることにより、たとえばコイルを冷却する設備の簡素化などを図ることができる。   The superconducting wire used for each racetrack type coil constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21 described above may be a thin film superconducting wire having a laminated structure including a superconducting layer, or powder as a superconductor may be used as a tube. It may be a superconducting wire formed by filling a wire and performing wire drawing, sintering, or the like. Moreover, as a material of the superconductor used for the superconducting wire, it is preferable to use an oxide superconducting wire made of an oxide such as Bi (bismuth) or Y (yttrium). Since the oxide superconducting wire can exhibit a function as a superconductor at a higher temperature than the metal superconducting wire, the use of the oxide superconducting wire can simplify the facility for cooling the coil, for example.

また、ロータコイル11およびステータコイル21を構成する超電導コイルは、上述したレーストラック型コイルの代わりに、たとえば鞍型コイルを用いてもよい。あるいはたとえばレーストラック型コイルの延在する方向における面(すなわち超電導コイルとして複数のレーストラック型コイルを積層した場合における、積層したレーストラック型コイルの互いに対向する面)に対して、超電導線材の表面(主表面)が一定の傾斜角を有するように、超電導線材を巻回させたレーストラック型コイルを用いてもよい。上記のコイルを用いれば、超電導コイルの主表面の延在方向を、超電導コイルにより発生する磁場での磁力線の向きに容易に沿うように、超電導コイルを配置することができるので、レーストラック型コイルを用いるよりも垂直磁場の大きさを低下させることができる。   Further, as the superconducting coil constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21, for example, a saddle type coil may be used instead of the racetrack type coil described above. Or, for example, the surface of the superconducting wire relative to the surface in the extending direction of the racetrack coil (ie, the surfaces of the stacked racetrack coils facing each other when a plurality of racetrack coils are stacked as the superconducting coil) A racetrack coil in which a superconducting wire is wound so that the (main surface) has a certain inclination angle may be used. If the above coil is used, the superconducting coil can be arranged so that the extending direction of the main surface of the superconducting coil easily follows the direction of the lines of magnetic force in the magnetic field generated by the superconducting coil. The magnitude of the vertical magnetic field can be reduced as compared with the case of using.

なお、以上に述べたモータ100においてはロータ10とステータ20との両方に対してレーストラック型コイルの内径が、積層方向の一方端から他方端に向けて徐々に大きくなる態様としている。しかし状況に応じて、たとえばロータ10とステータ20とのいずれか一方に対してのみ、上述した態様を有するレーストラック型コイルとし、他方のレーストラック型コイルはたとえば図5に示すレーストラック型コイルと同様としてもよい。   In the motor 100 described above, the racetrack coil has an inner diameter that gradually increases from one end to the other end in the stacking direction with respect to both the rotor 10 and the stator 20. However, depending on the situation, for example, only one of the rotor 10 and the stator 20 is a racetrack type coil having the above-described embodiment, and the other racetrack type coil is, for example, the racetrack type coil shown in FIG. The same may be applied.

(実施の形態2)
実施の形態2におけるモータ100についても、外観上の態様は上述した実施の形態1におけるモータ100とほぼ同様である。したがって、ここでは外観を示す概略構成図は実施の形態1におけるモータ100を示す図1と同一のものを共有する。実施の形態1のモータ100における図2の断面と同一の箇所における、実施の形態2のモータ100の断面を示したものが図3である。また、上述した従来の超電導モータにおいても、図2、図3と同一の箇所における断面を図5に示している。このため、図1中に断面を示す領域を「II、III、V」と示している。
(Embodiment 2)
The appearance of the motor 100 in the second embodiment is also substantially the same as that of the motor 100 in the first embodiment described above. Therefore, the schematic configuration diagram showing the appearance here shares the same one as that of FIG. 1 showing the motor 100 in the first embodiment. FIG. 3 shows a cross section of the motor 100 according to the second embodiment at the same location as that of the motor 100 according to the first embodiment. Further, also in the conventional superconducting motor described above, FIG. 5 shows a cross section at the same place as in FIGS. For this reason, the area | region which shows a cross section in FIG. 1 is shown as "II, III, V."

実施の形態2のモータ100に対して、実施の形態1のモータ100の図2と同様の箇所における断面を示す図3に示すように、実施の形態2のモータ100は、実施の形態1のモータ100と、大筋で同様の態様を備えている。しかし実施の形態2のモータ100は、ロータコイル11およびステータコイル21を構成する複数個積層されたレーストラック型コイルが、断面図上において階段状に配置されている。すなわち、たとえばロータコイル11の外周側におけるレーストラック型コイルと中央側におけるレーストラック型コイルとは、当該コイルが周方向(積層方向に交差する方向)に有する幅(厚み)がほぼ等しい。ステータコイル21についても同様であり、ステータコイル21の外周側におけるレーストラック型コイルと中央側におけるレーストラック型コイルとは、当該コイルが周方向に有する幅がほぼ等しい。   As shown in FIG. 3 which shows a cross section of the motor 100 of the first embodiment at the same position as that of FIG. 2 with respect to the motor 100 of the second embodiment, the motor 100 of the second embodiment is similar to that of the first embodiment. The motor 100 has a similar aspect in general. However, in the motor 100 of the second embodiment, a plurality of laminated racetrack coils constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21 are arranged stepwise on the sectional view. That is, for example, the racetrack type coil on the outer peripheral side of the rotor coil 11 and the racetrack type coil on the central side have substantially the same width (thickness) in the circumferential direction (direction intersecting the stacking direction). The same applies to the stator coil 21. The race track type coil on the outer peripheral side of the stator coil 21 and the race track type coil on the central side have substantially the same width in the circumferential direction.

積層される各レーストラック型コイルの周方向の幅がほぼ等しいため、実施の形態2のロータコイル11およびステータコイル21については、各レーストラック型コイルのターン数がほぼ等しい。この場合についても、図3に示すように各レーストラック型コイルを巻回すれば、レーストラック型コイルの内径を、レーストラック型コイルごとに変化させることができる。   Since the circumferential widths of the stacked racetrack coils are substantially equal, the number of turns of each racetrack coil is substantially equal in the rotor coil 11 and the stator coil 21 of the second embodiment. Also in this case, as shown in FIG. 3, if each race track type coil is wound, the inner diameter of the race track type coil can be changed for each race track type coil.

具体的には、図3に示すように、ロータコイル11について、レーストラック型コイルの積層方向の一方端(すなわち中央側)から他方端(すなわち外周側)に向けて、レーストラック型コイルの内径が徐々に大きくなることが好ましい。このようにすれば、ロータコア13の外周側の領域に存在する高磁場領域1aを通らないように、レーストラック型コイルを巻回させることができる。ここで、積層された各レーストラック型コイルのターン数がいずれもほぼ等しいため、レーストラック型コイルの内径のみならず外径についても、レーストラック型コイルの積層方向の一方端(中央側)から他方端(外周側)に向けて徐々に大きくなるように、超電導線材は巻回される。   Specifically, as shown in FIG. 3, with respect to the rotor coil 11, the inner diameter of the racetrack type coil extends from one end (that is, the center side) in the laminating direction of the racetrack type coil to the other end (ie, the outer peripheral side). Is preferably gradually increased. If it does in this way, a race track type coil can be wound so that it may not pass through the high magnetic field field 1a which exists in the field of the perimeter side of rotor core 13. Here, since the number of turns of each laminated racetrack coil is almost equal, not only the inner diameter but also the outer diameter of the racetrack coil is from one end (center side) of the racetrack coil in the lamination direction. The superconducting wire is wound so as to gradually increase toward the other end (outer peripheral side).

ステータコイル21についてもロータコイル11と同様に、レーストラック型コイルの積層方向の一方端(外周側)から他方端(中央側)に向けて、レーストラック型コイルの内径が徐々に大きくなるように配置されている。このようにすれば、ステータコア23の中央側の領域に存在する高磁場領域1bを通らないように、レーストラック型コイルを構成する超電導線材を巻回させることができる。ここで、レーストラック型コイルの内径のみならず外径についても、レーストラック型コイルの積層方向の一方端(外周側)から他方端(中央側)に向けて徐々に大きくなるように超電導線材は巻回される。   Similarly to the rotor coil 11, the stator coil 21 also has an inner diameter of the racetrack type coil that gradually increases from one end (outer peripheral side) to the other end (center side) in the laminating direction of the racetrack type coil. Has been placed. In this way, the superconducting wire constituting the racetrack coil can be wound so as not to pass through the high magnetic field region 1b existing in the central region of the stator core 23. Here, not only the inner diameter of the racetrack type coil but also the outer diameter is such that the superconducting wire gradually increases from one end (outer peripheral side) to the other end (center side) in the laminating direction of the racetrack type coil. It is wound.

この場合においても、実施の形態1におけるモータ100と同様に、レーストラック型コイルが高磁場領域1a、1bを避けて巻回されることにより、当該レーストラック型コイルにおける超電導電流の電気特性を向上させることができる。さらに、高磁場領域1a、1bの(レーストラック型コイルの径方向における)外周側についてもレーストラック型コイルを配置することによりレーストラック型コイルの積層数を確保している。このため、レーストラック型コイルの占積率を確保することにより、当該モータ100の出力を維持することができる。   Even in this case, like the motor 100 in the first embodiment, the racetrack coil is wound around the high magnetic field regions 1a and 1b, thereby improving the electrical characteristics of the superconducting current in the racetrack coil. Can be made. Further, the number of racetrack coils is ensured by arranging the racetrack coils on the outer peripheral sides (in the radial direction of the racetrack coils) of the high magnetic field regions 1a and 1b. For this reason, the output of the motor 100 can be maintained by ensuring the space factor of the racetrack coil.

なお実施の形態2のモータ100についても、実施の形態1のモータ100と同様に、状況に応じて、たとえばロータ10とステータ20とのいずれか一方に対してのみ、上述した態様を有するレーストラック型コイルとし、他方のレーストラック型コイルは図5と同様としてもよい。また、たとえばロータ10とステータ20のいずれか一方に対しては実施の形態1におけるレーストラック型コイル(ターン数を変化)とし、他方に対しては実施の形態2におけるレーストラック型コイル(ターン数は一定)としてもよい。   In the motor 100 of the second embodiment, as in the motor 100 of the first embodiment, the race track having the above-described mode is applied to only one of the rotor 10 and the stator 20, for example, depending on the situation. The other racetrack coil may be the same as that shown in FIG. Further, for example, the racetrack type coil (the number of turns is changed) in the first embodiment for one of the rotor 10 and the stator 20, and the racetrack type coil (the number of turns) in the second embodiment is used for the other. May be constant).

実施の形態2は以上のように、レーストラック型コイルの巻回の状態についてのみ、実施の形態1と異なる。したがって実施の形態2について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て実施の形態1に順ずる。   As described above, the second embodiment differs from the first embodiment only in the winding state of the racetrack coil. Therefore, the configuration, conditions, procedures, effects, and the like that have not been described above for the second embodiment are all in accordance with the first embodiment.

上述した実施の形態1に係るモータ100における超電導コイルの電気特性と、従来のモータにおける超電導コイルの電気特性との比較を行なった。以下にその詳細について説明する。   The electric characteristics of the superconducting coil in the motor 100 according to the first embodiment described above were compared with the electric characteristics of the superconducting coil in the conventional motor. The details will be described below.

ここでは上述した図2の概略断面図に示す態様の、実施の形態1に係るモータ100と、上述した図5の概略断面図に示す態様の、従来のモータとを用いて評価を行なった。図2のモータと図5のモータとは、ロータコイル11とステータコイル21との巻回のされ方が異なるが、その他の構成についてはすべて同一である。具体的には上述したように、図2のモータはレーストラック型コイルのターン数を変化させることにより、ロータコイル11およびステータコイル21がそれぞれ高磁場領域1a、高磁場領域1bを通らないように配置されている。これに対して、図5のモータは積層された各レーストラック型コイルのターン数は同一であり、内径や外径もすべてほぼ同一となっている。このためロータコイル11およびステータコイル21がそれぞれ高磁場領域1a、高磁場領域1bを通っている。また、図2のモータと図5のモータとのそれぞれの寸法は、以下の表1に示すとおりである。   Here, the evaluation was performed using the motor 100 according to the first embodiment shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 2 and the conventional motor shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 5 described above. The motor shown in FIG. 2 and the motor shown in FIG. 5 are different in how the rotor coil 11 and the stator coil 21 are wound, but the other configurations are all the same. Specifically, as described above, the motor of FIG. 2 changes the number of turns of the racetrack coil so that the rotor coil 11 and the stator coil 21 do not pass through the high magnetic field region 1a and the high magnetic field region 1b, respectively. Has been placed. On the other hand, in the motor of FIG. 5, the number of turns of each laminated racetrack coil is the same, and the inner diameter and the outer diameter are all the same. Therefore, the rotor coil 11 and the stator coil 21 pass through the high magnetic field region 1a and the high magnetic field region 1b, respectively. The dimensions of the motor of FIG. 2 and the motor of FIG. 5 are as shown in Table 1 below.

Figure 0005332869
Figure 0005332869

表1中の「モータ外径」とは、図2および図5に示す各モータの断面図のステータ20の外周部の外側に配置されたコイルカバー(図2、図5において図示せず)を含めたモータ全体の断面の直径である。「モータ積厚」とは、図2および図5に示す出力軸18の延在方向の長さである。「ロータ内径」とは、図2および図5に示す出力軸18の断面の円形の直径である。「ロータ外径」とは、図2および図5に示すロータコア13の外周部の直径である。「ステータ内径」とは、図2および図5に示すステータ20の内周部(ロータコア13の外周部と対向する領域)の直径である。「ステータ外径」とは図2および図5に示すステータ20の外周部の直径である。「ギャップ長」とは、ロータコア13の外周部とステータ20の内周部とに挟まれた隙間の幅である。「バックヨーク幅」とは、ステータコイル21が巻回された領域の最外部と、ステータ20の外周部との距離である。「線材の断面寸法」とは、ロータコイル11およびステータコイル21を構成する超電導線材の延在方向に交差する断面が示す矩形状の寸法である。   “Motor outer diameter” in Table 1 refers to a coil cover (not shown in FIGS. 2 and 5) disposed outside the outer periphery of the stator 20 in the cross-sectional views of the motors shown in FIGS. It is the diameter of the cross section of the whole motor including. “Motor thickness” is the length in the extending direction of the output shaft 18 shown in FIGS. 2 and 5. The “rotor inner diameter” is the circular diameter of the cross section of the output shaft 18 shown in FIGS. 2 and 5. The “rotor outer diameter” is the diameter of the outer peripheral portion of the rotor core 13 shown in FIGS. 2 and 5. The “stator inner diameter” is the diameter of the inner peripheral portion (region facing the outer peripheral portion of the rotor core 13) of the stator 20 shown in FIGS. The “outer diameter of the stator” is the diameter of the outer peripheral portion of the stator 20 shown in FIGS. 2 and 5. The “gap length” is the width of a gap sandwiched between the outer peripheral portion of the rotor core 13 and the inner peripheral portion of the stator 20. The “back yoke width” is the distance between the outermost part of the region around which the stator coil 21 is wound and the outer peripheral portion of the stator 20. The “cross-sectional dimension of the wire” is a rectangular dimension indicated by a cross section intersecting with the extending direction of the superconducting wire constituting the rotor coil 11 and the stator coil 21.

このような寸法を有する各モータのロータコイル11は、図2および図5に示すように4層のレーストラック型コイルが積層された構成をなしている。図2のロータコイル11の4層のレーストラック型コイルのターン数(巻回された回数)は、もっとも中央側のレーストラック型コイルが40ターン、その上に積層されたレーストラック型コイルが30ターン、その上に積層されたレーストラック型コイルが20ターン、さらにその上に積層された(もっとも外周側の)レーストラック型コイルが10ターンである。また図5のロータコイル11は、4層のレーストラック型コイルのそれぞれが25ターンずつである。図2のモータ、図5のモータのいずれのロータコイル11も、ターン数の総和は100ターンであり、実際の使用上当該コイルに流す超電導電流の設計値は20Aである。   As shown in FIGS. 2 and 5, the rotor coil 11 of each motor having such dimensions has a configuration in which four layers of racetrack coils are laminated. The number of turns (number of windings) of the four-layer racetrack type coil of the rotor coil 11 in FIG. 2 is 40 turns for the racetrack type coil on the most central side, and 30 for the racetrack type coil laminated thereon. There are 20 turns for the race track type coil laminated on the turn, and 10 turns for the race track type coil laminated on the outermost side (most outermost side). Further, in the rotor coil 11 of FIG. 5, each of the four layers of the racetrack coil has 25 turns. 2 and the rotor coil 11 of the motor of FIG. 5 has a total number of turns of 100, and the design value of the superconducting current flowing through the coil in actual use is 20A.

同様に、各モータのステータコイル21は、図2および図5に示すように3層のレーストラック型コイルが積層された構成をなしている。図2のステータコイル21について、3層のレーストラック型コイルのターン数は、もっとも外周側のレーストラック型コイルが50ターン、その上に積層されたレーストラック型コイルが30ターン、さらにその上に積層された(もっとも中央側の)レーストラック型コイルが10ターンである。また図5のステータコイル21については、3層のレーストラック型コイルのそれぞれが30ターンずつである。図2のモータ、図5のモータのいずれのステータコイル21も、ターン数の総和は90ターンであり、実際の使用上当該コイルに流す超電導電流の設計値は100Aである。   Similarly, the stator coil 21 of each motor has a structure in which three layers of racetrack coils are laminated as shown in FIGS. 2 and 5. In the stator coil 21 of FIG. 2, the number of turns of the three-layer racetrack type coil is 50 turns for the outermost racetrack type coil, 30 turns for the racetrack type coil laminated thereon, and further thereon. The laminated (most central) racetrack coil has 10 turns. Further, for the stator coil 21 of FIG. 5, each of the three layers of the racetrack coil has 30 turns. 2 and the stator coil 21 of the motor of FIG. 5 has a total number of turns of 90, and the design value of the superconducting current flowing through the coil in actual use is 100A.

上述したターン数や形状を有する各コイルを備える各モータに対して、所望の超電導電流を流すことによる通電動作が可能か否かを調査した結果を下の表2に示す。なお、これらのコイルはすべて、超電導体としての粉末をチューブに充填し、伸線加工、焼結処理などを行なうことにより形成したBi系超電導線材を用いて形成した。   Table 2 below shows the results of investigating whether or not energization operation by flowing a desired superconducting current is possible for each motor including each coil having the number of turns and the shape described above. All of these coils were formed using a Bi-based superconducting wire formed by filling a powder as a superconductor into a tube and performing wire drawing, sintering, or the like.

Figure 0005332869
Figure 0005332869

表2においては、「断面形状」に示す図2のモータと図5のモータとのそれぞれに対して、「積層数」の欄にレーストラック型コイルの積層数を、「コイルのターン数」の欄に上述した積層される各レーストラック型コイルのターン数とその総和を、「電流設計値」の欄に実使用においてコイルに流す超電導電流の設計値を示している。「コイル印加垂直磁場」とは、65Kの温度条件下で当該コイルを使用した際にコイルを構成する超電導線材に加わる垂直磁場(超電導線材の主表面に対して垂直方向に印加される磁場の強度)の大きさを示したものである。そして「通電」の欄には、設計値どおりの超電導電流を当該コイルに流すことが可能か否かを「○(可能)」または「×(不可)」で示している。   In Table 2, for each of the motor of FIG. 2 and the motor of FIG. 5 shown in “Cross-sectional shape”, the “Number of layers” column indicates the number of layers of the racetrack coil and “Number of turns of coil”. In the column, the number of turns and the total sum of each of the racetrack coils stacked above are shown in the “Current Design Value” column, and the design value of the superconducting current flowing through the coil in actual use. “Coil applied vertical magnetic field” means a vertical magnetic field applied to the superconducting wire constituting the coil when the coil is used under a temperature condition of 65K (the intensity of the magnetic field applied in the direction perpendicular to the main surface of the superconducting wire). ). In the “energization” column, “o (possible)” or “x (impossible)” indicates whether or not a superconducting current as designed can flow through the coil.

表2より、ロータコイル11については、図2のコイル、図5のコイルともにモータを駆動させるために必要な、設計値どおりの超電導電流を流すことは可能である。図2のモータのロータコイル11におけるコイル印加垂直磁場を測定すると、表2に示すとおり0.54Tであり、図5のモータのロータコイル11におけるコイル印加垂直磁場の測定結果は、0.57Tであった。結果的にロータコイル11については、モータを駆動させるために必要な超電導電流が20Aと低いため、従来の巻回態様によるロータコイル11を用いた場合も、本発明の巻回態様によるロータコイル11を用いた場合も、同様に通電可能とするデータが得られた。しかし通電時にロータコイル11に加わる垂直磁場の大きさは、従来の巻回態様(図5)によるロータコイル11を用いた場合に比べて、本発明の巻回態様(図2)によるロータコイル11を用いた方が、僅かではあるが減少している。垂直磁場は超電導コイルの電気特性を劣化させる原因と考えられるため、本発明の巻回態様によりロータコイル11に加わる垂直磁場を減少させ、当該電気特性を向上させることができるといえる。   From Table 2, it is possible for the rotor coil 11 to flow a superconducting current as designed to drive the motor for both the coil of FIG. 2 and the coil of FIG. When the coil applied vertical magnetic field in the rotor coil 11 of the motor of FIG. 2 is measured, it is 0.54T as shown in Table 2, and the measurement result of the coil applied vertical magnetic field in the rotor coil 11 of the motor of FIG. there were. As a result, since the superconducting current required for driving the motor is as low as 20 A, the rotor coil 11 according to the winding aspect of the present invention is used even when the rotor coil 11 according to the conventional winding aspect is used. In the same manner, data for enabling energization was obtained. However, the magnitude of the vertical magnetic field applied to the rotor coil 11 when energized is larger than that in the case of using the rotor coil 11 according to the conventional winding mode (FIG. 5), according to the winding mode (FIG. 2) of the present invention. The use of is slightly reduced. Since the vertical magnetic field is considered to be a cause of deteriorating the electric characteristics of the superconducting coil, it can be said that the electric field can be improved by reducing the vertical magnetic field applied to the rotor coil 11 by the winding mode of the present invention.

またステータコイル21については、図2のコイルについてはモータを駆動させるために必要な、設計値どおりの超電導電流を流すことは可能である。しかし図5のコイルについては当該電流を流すことができない。駆動時におけるステータコイル21のコイル印加垂直磁場の大きさは、従来の巻回態様(図5)によるステータコイル21が0.46Tであるのに対し、本発明の巻回態様(図2)によるステータコイル21が0.32Tと大幅に低減されている。このため、従来の巻回態様(図5)によるステータコイル21は垂直磁場が大きくて所望の電流を当該コイルに流すことができないのに対し、本発明の巻回態様(図2)によるステータコイル21には所望の電流を当該コイルに流すことができる。   As for the stator coil 21, it is possible to flow a superconducting current as designed for driving the motor for the coil of FIG. However, no current can flow through the coil of FIG. The magnitude of the coil-applied vertical magnetic field of the stator coil 21 during driving is 0.46 T for the stator coil 21 according to the conventional winding mode (FIG. 5), whereas it is according to the winding mode (FIG. 2) of the present invention. The stator coil 21 is greatly reduced to 0.32T. Therefore, the stator coil 21 according to the conventional winding mode (FIG. 5) has a large vertical magnetic field and cannot pass a desired current through the coil, whereas the stator coil according to the winding mode (FIG. 2) of the present invention. A desired current can be supplied to the coil 21.

なお、上述した通電の可否については、図4に示すデータを参考に判断している。図4のグラフにおいて横軸は、上述した各レーストラック型コイルに用いる超電導線材に加わる磁場の大きさを示しており、縦軸は、各大きさの磁場が当該コイルに加わったときの臨界電流Ic(A)の大きさを示している。図4のデータは当該超電導線材を、表2に示すデータを抽出したときの条件と同様に65Kの温度条件下で使用したときのデータである。なお、当該超電導線材は、77Kで垂直磁場が0Tの条件下における臨界電流Icの大きさが180Aである。また、折れ線101は当該超電導線材に平行磁場が印加されたときのデータを、折れ線102は当該超電導線材に垂直磁場が印加されたときのデータを示す。ここで平行磁場とは、コイルを構成する超電導線材の幅方向ないし長軸方向に沿った方向(すなわち厚み方向(高さ方向)に交差する方向)に加わる磁場を意味する。   Note that whether or not energization is possible is determined with reference to the data shown in FIG. In the graph of FIG. 4, the horizontal axis indicates the magnitude of the magnetic field applied to the superconducting wire used for each of the racetrack coils described above, and the vertical axis indicates the critical current when each magnitude of magnetic field is applied to the coil. The magnitude of Ic (A) is shown. The data in FIG. 4 is data obtained when the superconducting wire is used under a temperature condition of 65K, similarly to the condition when the data shown in Table 2 is extracted. The superconducting wire has a critical current Ic of 180 A under a condition of 77K and a vertical magnetic field of 0T. A broken line 101 indicates data when a parallel magnetic field is applied to the superconducting wire, and a broken line 102 indicates data when a vertical magnetic field is applied to the superconducting wire. Here, the parallel magnetic field means a magnetic field applied in the direction along the width direction or the major axis direction of the superconducting wire constituting the coil (that is, the direction intersecting the thickness direction (height direction)).

図4に示すように、超電導線材に平行磁場が加わった場合よりも、垂直磁場が加わった場合の方が、当該超電導線材に流すことができる電流の最大値である臨界電流Icは低下する。上述した表2に示す、従来の巻回態様(図5)のステータコイル21のように0.46Tの垂直磁場が加わった場合、図4から臨界電流Icは約80Aとなる。したがって当該ステータコイル21の電流の設計値である100Aを流すことは不可となる。逆にたとえば本発明の巻回態様(図2)のステータコイル21のように0.32Tの垂直磁場が加わった場合、図4から臨界電流は約110Aとなる。したがって当該ステータコイル21の電流の設計値である100Aを流すことが可能となる。   As shown in FIG. 4, the critical current Ic, which is the maximum value of the current that can flow through the superconducting wire, is lower when a vertical magnetic field is applied than when a parallel magnetic field is applied to the superconducting wire. When a vertical magnetic field of 0.46 T is applied as in the stator coil 21 of the conventional winding mode (FIG. 5) shown in Table 2 above, the critical current Ic is about 80 A from FIG. Therefore, it is impossible to flow 100 A, which is the design value of the current of the stator coil 21. Conversely, for example, when a 0.32 T vertical magnetic field is applied as in the stator coil 21 of the winding mode of the present invention (FIG. 2), the critical current is about 110 A from FIG. Therefore, 100 A, which is a design value of the current of the stator coil 21, can be passed.

以上のように本発明の各実施の形態および実施例について説明を行なったが、今回開示した各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。   As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described. However, the embodiments and examples disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. It is. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明は、超電導コイルおよび当該超電導コイルを用いた超電導機器の電気特性を向上させる技術として、特に優れている。   The present invention is particularly excellent as a technique for improving the electrical characteristics of a superconducting coil and a superconducting device using the superconducting coil.

1a,1b 高磁場領域、10 ロータ、11 ロータコイル、13 ロータコア、16 ロータ軸、17 コイル冷却容器、18 出力軸、20 ステータ、21 ステータコイル、23 ステータコア、30 モータ本体部、35 ベアリング、100 モータ、101,102 折れ線。   1a, 1b High magnetic field region, 10 rotor, 11 rotor coil, 13 rotor core, 16 rotor shaft, 17 coil cooling vessel, 18 output shaft, 20 stator, 21 stator coil, 23 stator core, 30 motor body, 35 bearing, 100 motor , 101, 102 Polyline.

Claims (4)

レーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルを用いたロータであって、
前記ロータに用いられる複数の前記レーストラック型コイルの内径は、前記ロータの中央側から外周側に向けて徐々に大きくなり、
前記ロータの中央側から放射状に突出するように延びるロータコアを有し、
前記ロータコアと、外周側において前記ロータコアに巻回される前記レーストラック型コイルとの間に間隙を有する、ロータ。
A rotor using a superconducting coil in which a plurality of racetrack coils are laminated,
The inner diameter of the plurality of the racetrack coil used for the rotor, Ri gradually increases Na toward the outer peripheral side from the center side of the rotor,
Having a rotor core extending radially from the center side of the rotor;
A rotor having a gap between the rotor core and the racetrack coil wound around the rotor core on the outer peripheral side .
前記ロータに用いられる複数の前記レーストラック型コイルは、前記ロータの中央側におけるターン数が、前記ロータの外周側における前記ターン数よりも多い、請求項1に記載のロータ。   2. The rotor according to claim 1, wherein the plurality of racetrack coils used in the rotor have a larger number of turns on a central side of the rotor than the number of turns on an outer peripheral side of the rotor. レーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルを用いたステータであって、
前記ステータに用いられる複数の前記レーストラック型コイルの内径は、前記ステータの外周側から中央側に向けて徐々に大きくなり、
前記ステータの中央側に突出するように延びるステータコアを有し、
前記ステータコアと、中央側において前記ステータコアに巻回される前記レーストラック型コイルとの間に間隙を有する、ステータ。
A stator using a superconducting coil in which a plurality of racetrack coils are laminated,
The inner diameter of the plurality of the racetrack coil used for the stator, Ri gradually increases Na toward the center side from the outer peripheral side of said stator,
A stator core extending so as to protrude toward the center of the stator,
A stator having a gap between the stator core and the racetrack coil wound around the stator core at a center side .
前記ステータに用いられる複数の前記レーストラック型コイルは、前記ステータの外周側におけるターン数が、前記ステータの中央側における前記ターン数よりも多い、請求項3に記載のステータ。   4. The stator according to claim 3, wherein the plurality of racetrack coils used in the stator have a greater number of turns on the outer peripheral side of the stator than the number of turns on the center side of the stator.
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