JP5471285B2 - Stator, rotor, and superconducting equipment - Google Patents
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Description
本発明はステータ、ロータ、および超電導機器に関するものであり、より特定的にはレーストラック型超電導コイルが巻回されたステータ、ロータ、および上記ステータおよびロータを備える超電導機器に関するものである。 The present invention relates to a stator, a rotor, and a superconducting device, and more particularly to a stator, a rotor around which a racetrack superconducting coil is wound, and a superconducting device including the stator and the rotor.
従来から、超電導体からなる線材(超電導線材)を、一方向に長尺形状をなすように巻回してなるレーストラック型超電導コイルが、モータを構成するステータやロータに用いられている。レーストラック型超電導コイルは、配置や巻回のされ方に応じて、流れる電流の特性に影響を及ぼす。 Conventionally, a racetrack type superconducting coil formed by winding a wire made of a superconductor (superconducting wire) so as to form a long shape in one direction has been used for a stator and a rotor constituting a motor. The racetrack superconducting coil affects the characteristics of the flowing current depending on the arrangement and winding method.
たとえば、超電導線材を大きい曲率で湾曲させると、超電導線材の超電導性が失われることがある。このため、たとえば特開2008−153372号公報(特許文献1)においては、円弧状部分の直径を大きくすることにより小さい曲率で緩やかに湾曲させたレーストラック型コイルが開示されている。また、たとえば特開2009−65119号公報(特許文献2)には、巻回するときに超電導線材が弛むことを抑制し、超電導線材を高精度に巻回して超電導コイルの性能を向上させるために、対向する1対の直線部の両端を円弧部で連結してなる巻枠に、超電導線材を巻回して形成されるレーストラック型コイル、および当該レーストラック型オイルの製造方法が開示されている。 For example, if the superconducting wire is bent with a large curvature, the superconducting property of the superconducting wire may be lost. For this reason, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-153372 (Patent Document 1) discloses a racetrack coil that is gently curved with a smaller curvature by increasing the diameter of the arc-shaped portion. Further, for example, in JP 2009-65119 A (Patent Document 2), in order to suppress the superconducting wire from slacking when it is wound and to wind the superconducting wire with high accuracy, the performance of the superconducting coil is improved. Also disclosed are a racetrack type coil formed by winding a superconducting wire around a winding frame formed by connecting both ends of a pair of opposing linear portions with an arc portion, and a method for producing the racetrack oil. .
しかし昨今の技術の進歩により、超電導コイルを用いたモータなどの機器における電気特性の更なる向上が要求されている。このためには、超電導コイルの配置のみならず、当該超電導コイルを所望の位置に配置するよう支持する方法や、超電導コイルを冷却する効率を制御することも重要になると考えられる。 However, due to recent technological advances, there is a demand for further improvement of electrical characteristics in devices such as motors using superconducting coils. For this purpose, it is considered that not only the arrangement of the superconducting coil but also the method of supporting the superconducting coil to be arranged at a desired position and controlling the efficiency of cooling the superconducting coil are important.
たとえば超電導コイルに電流を流すと、当該超電導コイルの外周部には磁場が発生し、磁束線が発生する。たとえば超電導コイルを、モータを構成するステータの鉄心の外周部に巻回した場合を考える。この場合、当該超電導コイルに電流が流れることにより発生する磁束線は、その多くは鉄心の内部を通過する。しかし一部の磁束線は、鉄心よりも小回りすることにより、たとえば超電導コイルの内部を貫通することがある。 For example, when a current is passed through a superconducting coil, a magnetic field is generated on the outer periphery of the superconducting coil, and magnetic flux lines are generated. For example, consider a case where a superconducting coil is wound around the outer periphery of a stator iron core constituting a motor. In this case, most of the magnetic flux lines generated by the current flowing through the superconducting coil pass through the iron core. However, some of the magnetic flux lines may pass through the inside of the superconducting coil, for example, by turning slightly less than the iron core.
この超電導コイルの内部を貫通する磁束線のうち、超電導コイルを構成する超電導線材の、幅方向と長手方向とからなる主表面に貫通する方向の成分は、当該超電導コイル(超電導線材)に流れる電流値が低下する要因となる。このため超電導コイルに流れる電流値の低下を抑制し、当該超電導コイルの電気特性を向上させるためには、超電導コイルの内部には、当該コイルが発生する磁束線が貫通しないように、当該超電導コイルを配置することが好ましい。しかし特許文献1および2においては、このような磁束線に対する対策を講じることについて、なんら言及されていない。
Among the magnetic flux lines penetrating the inside of the superconducting coil, the component in the direction penetrating the main surface of the superconducting wire constituting the superconducting coil is the current flowing through the superconducting coil (superconducting wire). It becomes a factor that the value decreases. For this reason, in order to suppress a decrease in the value of the current flowing through the superconducting coil and improve the electrical characteristics of the superconducting coil, the superconducting coil is provided so that the magnetic flux lines generated by the coil do not penetrate inside the superconducting coil. Is preferably arranged. However,
また特許文献1および2においては、レーストラック型コイルの曲率や巻回のなされ方を調整するために用いる部材が、レーストラック型コイルを所望の位置に配置するよう支持し、かつレーストラック型コイルの冷却効率を高める機能を有することについて、なんら記載されていない。このため、特許文献1および2に開示されるレーストラック型コイルについては、たとえばレーストラック型コイルの湾曲部の曲率や、レーストラック型コイルを固定する巻枠の状態次第では、当該コイルの冷却効率が著しく低下したり、所望の位置に当該コイルを配置させることが困難になったりする可能性がある。
In
本発明は、以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、超電導コイルを所望の位置に適切な強度で固定配置することにより、コイルへの磁束線の影響を受けることを抑制し、かつコイルが固定される強度やコイルの冷却効率を高め、超電導コイルの電気特性を向上させたステータ、ロータおよび超電導機器を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems. The purpose is to place the superconducting coil in a desired position with an appropriate strength to suppress the influence of magnetic flux lines on the coil, and to increase the strength at which the coil is fixed and the cooling efficiency of the coil, To provide a stator, a rotor, and a superconducting device with improved electrical characteristics of a superconducting coil.
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台積層した超電導コイル層と、レーストラック型コイルの積層方向に関して互いに対向するレーストラック型コイルの隙間に挟まれるように配置された第1のスペーサと、レーストラック型コイルの直線部の内周面側および直線部の外周面側を嵌挿することにより内周面側および外周面側を覆うように配置された第2のスペーサとを備える超電導コイル体を用いたステータである。ステータにおいて、隣接する上記超電導コイル体を跨ぐように上記第2のスペーサの表面上に第3のスペーサをさらに有する。
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台積層した超電導コイル層と、レーストラック型コイルの積層方向に関して互いに対向するレーストラック型コイルの隙間に挟まれるように配置された第1のスペーサと、レーストラック型コイルの直線部の内周面側および直線部の外周面側を嵌挿することにより内周面側および外周面側を覆うように配置された第2のスペーサとを備える超電導コイル体を用いたステータである。
A stator according to the present invention includes a first spacer disposed so as to be sandwiched between a superconducting coil layer in which a plurality of racetrack coils are stacked and a racetrack coil facing each other in the stacking direction of the racetrack coils. And a second spacer disposed so as to cover the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side by fitting the inner peripheral surface side of the linear portion of the racetrack coil and the outer peripheral surface side of the linear portion. This is a stator using a coil body. The stator further includes a third spacer on the surface of the second spacer so as to straddle the adjacent superconducting coil bodies.
A stator according to the present invention includes a first spacer disposed so as to be sandwiched between a superconducting coil layer in which a plurality of racetrack coils are stacked and a racetrack coil facing each other in the stacking direction of the racetrack coils. And a second spacer disposed so as to cover the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side by fitting the inner peripheral surface side of the linear portion of the racetrack coil and the outer peripheral surface side of the linear portion. This is a stator using a coil body.
本発明に係るステータ(モータを構成する一部品)には、レーストラック型コイルを所望の位置に固定するための、第1のスペーサと第2のスペーサとの2種類のスペーサを備えている。第1のスペーサが配置されることにより、複数個積層された各レーストラック型コイルに挟まれた領域に、当該レーストラック型コイル(超電導コイル)を冷却するための冷媒を効率よく流通させることができる。また第2のスペーサが配置されることにより、当該超電導コイル層(積層されたレーストラック型コイル)を所望の位置に配置するよう強固に固定することができる。つまり第2のスペーサは、内部を磁束線が貫通しない位置に当該超電導コイル層を配置させた上で固定させる。超電導コイル層を強固に固定させるために、レーストラック型コイルの直線部の内周面側および前記直線部の外周面側を覆うように第2のスペーサをレーストラック型コイルに嵌め込む(嵌挿する)構成となっている。このため、確実に所望の箇所にコイルを固定することができる。以上により、超電導コイル層を効率よく冷却させ、磁束線の影響を受けない箇所に配置するよう強固に固定させることが可能となるため、当該超電導コイル層の電気特性が向上されたステータを提供することができる。 The stator (one component constituting the motor) according to the present invention includes two types of spacers, a first spacer and a second spacer, for fixing the racetrack coil at a desired position. By disposing the first spacer, it is possible to efficiently distribute the coolant for cooling the racetrack coil (superconducting coil) in a region sandwiched between the plurality of stacked racetrack coils. it can. Further, by arranging the second spacer, the superconducting coil layer (laminated racetrack coil) can be firmly fixed so as to be arranged at a desired position. That is, the second spacer is fixed after the superconducting coil layer is disposed at a position where the magnetic flux lines do not penetrate the inside. In order to firmly fix the superconducting coil layer, a second spacer is fitted into the racetrack coil so as to cover the inner peripheral surface side of the straight portion of the racetrack type coil and the outer peripheral surface side of the straight portion. It is configured. For this reason, a coil can be reliably fixed to a desired location. As described above, since the superconducting coil layer can be efficiently cooled and firmly fixed so as to be disposed at a location not affected by the magnetic flux lines, a stator with improved electrical characteristics of the superconducting coil layer is provided. be able to.
上記ステータにおいては、第1のスペーサは平板形状であり、レーストラック型コイルの巻回される方向に延在する平面上に接触するように複数個配置されていることが好ましい。 In the stator, it is preferable that the first spacers have a flat plate shape, and a plurality of the first spacers are arranged so as to come into contact with a plane extending in the winding direction of the racetrack coil.
レーストラック型コイルは超電導線材を巻回したものである。このため超電導線材の長手方向に交差する幅方向の端部が、巻回により集合した領域は、1つの平面を形成する。これをレーストラック型コイルの端部平面と呼ぶことにする。1本の超電導線材を巻回してなるレーストラック型コイルには、互いに対向する1対の端部平面が形成される。複数台積層されるレーストラック型コイルのうち、一のレーストラック型コイルの一方の端部平面と、他のレーストラック型コイルの、上記一方の端部平面と対向する他方の端部平面との間に挟むように、平板形状の第1のスペーサを配置する。第1のスペーサの主表面(最も面積の大きい主要な面)の大きさは、レーストラック型コイルの端部平面の大きさに比べて非常に小さい。このため、端部平面上に接触するように第1のスペーサを複数個配置したとしても、当該端部平面上には、第1のスペーサが載置されない領域が多く存在する。このため、2つのレーストラック型コイルに挟まれ、第1のスペーサが多数配置された領域には、冷媒を流通させる領域が多く存在することになる。したがって当該領域を用いて、レーストラック型コイルに冷媒を直接接触させながら、レーストラック型コイル(超電導コイル層)を高効率に冷却することができる。つまり、レーストラック型コイル(超電導コイル層)の電気特性の劣化を抑制することができる。 The racetrack coil is a coil of superconducting wire. For this reason, the area | region where the edge part of the width direction which cross | intersects the longitudinal direction of a superconducting wire gathered by winding forms one plane. This is referred to as the end plane of the racetrack coil. A racetrack coil formed by winding one superconducting wire is formed with a pair of end planes facing each other. Among the racetrack type coils stacked in a plurality, one end plane of one racetrack type coil and the other end plane of the other racetrack type coil facing the one end plane A flat plate-shaped first spacer is arranged so as to be sandwiched between them. The size of the main surface (the main surface having the largest area) of the first spacer is very small compared to the size of the end plane of the racetrack coil. For this reason, even if a plurality of first spacers are arranged so as to be in contact with the end plane, there are many areas on the end plane where the first spacer is not placed. For this reason, there are many regions through which the refrigerant flows in the region between the two racetrack coils and where a large number of the first spacers are arranged. Therefore, it is possible to cool the racetrack coil (superconducting coil layer) with high efficiency using the region while bringing the refrigerant into direct contact with the racetrack coil. That is, it is possible to suppress deterioration of the electrical characteristics of the racetrack type coil (superconducting coil layer).
上記ステータにおいて、第2のスペーサは、レーストラック型コイルが巻回される方向に延在する突出部を複数含んでおり、隣接する突出部に挟まれた領域に内周面側または外周面側が接触するように嵌挿されることが好ましい。 In the stator, the second spacer includes a plurality of protrusions extending in a direction in which the racetrack coil is wound, and an inner peripheral surface side or an outer peripheral surface side is located in a region sandwiched between adjacent protrusions. It is preferable to be inserted so as to come into contact.
第2のスペーサは、レーストラック型コイルを外側から固定するための部材である。上記突出部は、積層された一のレーストラック型コイルと他のレーストラック型コイルとに挟まれた隙間に嵌挿して、当該レーストラック型コイルの表面の一部に接触することにより、レーストラック型コイルを固定する。このため、第2のスペーサが突出部を含むことにより、当該ステータの超電導コイル層を強固に固定することができる。 The second spacer is a member for fixing the racetrack type coil from the outside. The projecting portion is inserted into a gap sandwiched between one racetrack type coil and another racetrack type coil that are stacked, and comes into contact with a part of the surface of the racetrack type coil. Fix the mold coil. For this reason, when the second spacer includes the protrusion, the superconducting coil layer of the stator can be firmly fixed.
また、第2のスペーサの厚みなどのサイズを調整することにより、超電導コイル層が配置される領域が、磁束線が貫通する領域の外部となるように、超電導コイル層の位置を調整することができる。したがって、レーストラック型コイルの電気特性の劣化を抑制することができる。 In addition, the position of the superconducting coil layer can be adjusted by adjusting the size such as the thickness of the second spacer so that the region where the superconducting coil layer is disposed is outside the region through which the magnetic flux lines penetrate. it can. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the electrical characteristics of the racetrack coil.
上記ステータにおいて、第2のスペーサは、突出部を複数含む第1部材と、第1部材の外周部を囲むように配置される第2部材とを含んでおり、第1部材および第2部材は、突出部に沿った方向に延在する第1成分と、第1成分に交差し、レーストラック型コイルの積層方向に沿った方向に延在する第2成分とを有することが好ましい。 In the stator, the second spacer includes a first member including a plurality of protrusions, and a second member disposed so as to surround the outer peripheral portion of the first member. The first member and the second member are Preferably, the first component extends in the direction along the protruding portion, and the second component intersects with the first component and extends in the direction along the laminating direction of the racetrack coil.
突出部を複数含む第1部材は、レーストラック型コイルに直接接触する用に配置された、内側に存在する部材である。また第2部材は、第1部材を外側から囲むように配置された部材である。これらの2種類の部材を用いてレーストラック型コイル(超電導コイル層)を囲むことにより、さらに強固にレーストラック型コイルを固定することができる。 The first member including a plurality of projecting portions is a member existing on the inner side that is arranged to directly contact the racetrack coil. The second member is a member disposed so as to surround the first member from the outside. By using these two types of members to surround the racetrack coil (superconducting coil layer), the racetrack coil can be more firmly fixed.
上記ステータにおいて、第2のスペーサはFRPからなり、第1成分および第2成分を構成する複数本のFRPの繊維成分は、第1成分および第2成分の表面上にて互いに沿った方向に延在することが好ましい。 In the stator, the second spacer is made of FRP, and the fiber components of the plurality of FRPs constituting the first component and the second component extend in directions along each other on the surfaces of the first component and the second component. Preferably present.
第2のスペーサの材質をFRPとすることにより、第2のスペーサの強度を高め、レーストラック型コイルに対してさらに強固に固定することができる。また繊維成分を表面上にてほぼ同一方向に沿った方向に延在させることにより、当該FRPの材質の強度をより高めることができる。つまりレーストラック型コイルに対してさらに強固に固定することができる。 By using FRP as the material of the second spacer, the strength of the second spacer can be increased, and the second spacer can be more firmly fixed to the racetrack coil. Moreover, the intensity | strength of the material of the said FRP can be raised more by extending a fiber component on the surface in the direction along substantially the same direction. That is, it can be more firmly fixed to the racetrack coil.
上記ステータにおいては、隙間を冷却媒体が流通し、冷却媒体は、隣接する第2のスペーサと、第2のスペーサを挟む1対のレーストラック型コイルとに挟まれた領域間を、レーストラック型コイルの内周面側と外周面側とを交互に行き来しながらレーストラック型コイルの直線部に沿った方向に流通することが好ましい。 In the stator, a cooling medium flows through the gap, and the cooling medium is a racetrack type between the regions sandwiched between the adjacent second spacer and a pair of racetrack coils sandwiching the second spacer. It is preferable to circulate in the direction along the straight portion of the racetrack coil while alternately going back and forth between the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side of the coil.
上述したように、積層された一のレーストラック型コイルと他のレーストラック型コイルとに挟まれた領域には、第1のスペーサが配置されており、第1のスペーサが載置されていない領域を経路として、冷媒が流通する。このとき、複数個の第1のスペーサが配置される領域を接続してなる直線部に関して一方の側方(レーストラック型コイルの内周面側)と、一方の側方に対向する他方の側方(レーストラック型コイルの外周面側)とを交互に冷媒が行き来するようにする。このようにすれば、いずれか一方の側方のみに冷媒が流通することにより、レーストラック型コイル(超電導コイル層)において温度分布や熱応力分布が発生することを抑制することができる。つまり超電導コイル層内の温度のばらつきを小さくすることにより、より確実に超電導コイル層を冷却し、超電導コイル層の電気特性の劣化を抑制することができる。 As described above, the first spacer is disposed in the region sandwiched between the one racetrack coil and the other racetrack coil, and the first spacer is not placed. The refrigerant flows through the region as a route. At this time, one side (the inner peripheral surface side of the racetrack type coil) and the other side facing the one side with respect to the linear portion connecting the regions where the plurality of first spacers are arranged. (The outer peripheral surface side of the racetrack type coil) and the refrigerant alternately. If it does in this way, it can control that temperature distribution and thermal-stress distribution generate | occur | produce in a race track type coil (superconducting coil layer), when a refrigerant | coolant distribute | circulates only to either one side. That is, by reducing the variation in temperature in the superconducting coil layer, the superconducting coil layer can be cooled more reliably and deterioration of the electrical characteristics of the superconducting coil layer can be suppressed.
上記ステータにおいて、隣接する上記超電導コイル体を跨ぐように上記第2のスペーサの表面上に第3のスペーサをさらに有することが好ましい。このように隣接する超電導コイル体同士や、第2のスペーサ同士を接続すれば、ステータ全体としての強度をさらに高めることができる。このため、レーストラック型コイルの固定についても強度をさらに高めることができる。 The stator preferably further includes a third spacer on the surface of the second spacer so as to straddle the adjacent superconducting coil bodies. Thus, if the superconducting coil bodies adjacent to each other or the second spacers are connected, the strength of the entire stator can be further increased. For this reason, it is possible to further increase the strength of fixing the racetrack coil.
本発明に係るロータは、以上に述べた本発明に係るステータと同様の技術的な特徴および効果を有するロータである。また、上記のステータおよびロータを備える、たとえばモータなどの超電導機器についても、ステータおよびロータが上述した技術的な特徴および効果を有することにより、レーストラック型コイルの電流値の特性を向上することができる。このため、当該超電導機器の出力を大きくするなどの効果を奏することができる。 The rotor according to the present invention is a rotor having technical features and effects similar to those of the stator according to the present invention described above. In addition, for superconducting equipment such as a motor including the above-described stator and rotor, the characteristics of the current value of the racetrack coil can be improved because the stator and the rotor have the technical features and effects described above. it can. For this reason, effects such as increasing the output of the superconducting device can be achieved.
本発明におけるレーストラック型コイル(超電導コイル層)を備えたステータ、ロータ、ステータとロータとを備える超電導機器は、レーストラック型コイルを電気特性の劣化を抑制することが可能な位置に強固に配置し、かつ冷媒を万遍に供給することができる構成を備えている。したがって、高い電気特性(電力)を安定に供給することができる。 Stator, rotor, and superconducting device including a stator and a rotor having a racetrack coil (superconducting coil layer) according to the present invention are firmly arranged at a position where deterioration of electrical characteristics can be suppressed. In addition, it has a configuration that can supply the refrigerant universally. Therefore, high electrical characteristics (power) can be stably supplied.
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。
(実施の形態)
図1〜図5を参照して、本発明の実施の形態に係る超電導機器としての超電導モータ30を説明する。超電導モータ30は、回転子であるロータ130と、ロータ130の周囲に配置された固定子であるステータ120とを備えている。
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.
(Embodiment)
A
図1に示すように、ロータ130には、ロータコア113の外周部を通り、複数台(図1においては3台)積層されたレーストラック型コイル10と、回転軸118と、ロータ軸116と、冷媒117とを含んでいる。レーストラック型コイル10が積層される台数は必ずしも3台でなくてもよく、任意の台数とすることができる。
As shown in FIG. 1, the
ロータ軸116は、回転軸118の長軸方向に延びる外周面の周囲に形成されている。ロータ軸116の外表面は円弧状である。ロータコア113は、ロータ軸116の、回転軸118に交差する断面における中央部分(回転軸118が配置されている領域)から放射状に、ロータ軸116の外周面から突出するように延びている。レーストラック型コイル10は、ロータコア113を囲むように、かつロータ軸116の円弧状の外表面に沿うように配置されている。
The
ロータ130の周囲のステータ120には、最も外側に配置されたステータコア123のうち、図1の断面図において回転軸118に向かう方向に延在する領域の外周部を通り、複数台(図1においては3台)積層されたレーストラック型コイル10が、ロータ130と同様に存在する。その他ステータ120には、ステータヨーク21や冷媒127が含まれる。
The
レーストラック型コイル10は、超電導線材を所定回数巻回することにより形成される部材である。このためレーストラック型コイル10が複数台積層されることにより、当該領域には超電導コイルが積層された層(図7における超電導コイル層20)が形成される。なおレーストラック型コイル10は、これが巻回される領域(後述するロータコア、ステータコア、櫛歯状スペーサ)の長手方向に接触しながら沿うように配置されることが好ましい。このようにすれば、レーストラック型コイル10の配置されるスペースを高効率にすることができる。つまりレーストラック型コイル10およびこれが巻回される部材との占める領域の和を小さくし、両者の占めるスペースを小さくすることができる。
The
超電導線材は、いわゆる酸化物超電導線材である。具体的には、たとえばビスマスなどの酸化物超電導体の粉末を銀などのシース部で被覆したテープ状部材(ビスマス系の超電導線材)を焼結した構成であってもよい。あるいは長軸形状のニッケル系の基板上に、超電導からなる線材であるたとえばイットリウム系の酸化物超電導体が薄膜形状に焼結された焼結体や、銀スパッタ層などが積層された構成(薄膜超電導線材)であってもよい。酸化物超電導線材を用いることにより、たとえば金属超電導線材を用いる場合に比べて、高温にて超電導線材を使用することができる。このため、超電導線材を冷却する冷媒の冷却用の設備を簡素化することができ、設備コストを低減することができる。 The superconducting wire is a so-called oxide superconducting wire. Specifically, for example, a tape-like member (bismuth-based superconducting wire) in which a powder of an oxide superconductor such as bismuth is covered with a sheath portion such as silver may be sintered. Alternatively, a structure in which a sintered body obtained by sintering, for example, an yttrium-based oxide superconductor, which is a superconducting wire, into a thin film shape, a silver sputter layer, or the like, is laminated on a long-axis nickel-based substrate (thin film A superconducting wire). By using the oxide superconducting wire, it is possible to use the superconducting wire at a higher temperature than when using a metal superconducting wire, for example. For this reason, the facility for cooling the refrigerant for cooling the superconducting wire can be simplified, and the facility cost can be reduced.
積層されたレーストラック型コイル10が配置された超電導コイル層は、たとえばステータ120においては図2に示すステータヨーク21と呼ばれる鉄心部材で囲まれた領域に存在する。ステータヨーク21は、隣り合うステータコア123同士を連結するために配置された部材であり、ステータヨーク21の外表面は円弧状である。同様にロータ130においても、超電導コイル層は、図3に示すロータヨーク121と呼ばれる鉄心部材で囲まれた領域に存在する。
For example, in the
ここで図2に示すように、本実施の形態のステータ120に配置されるレーストラック型コイル10(超電導コイル層)は、積層された各コイルの間(コイル間隙16)に、第1のスペーサとしてのコマ状スペーサ19が、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向(図2の紙面に垂直な方向)に一定の間隔を設けて複数個配置されている。つまりコマ状スペーサ19は一のレーストラック型コイル10と、当該コイルの一方の端部平面上に積層(配置)された他のレーストラック型コイル10との間に挟まれたコイル間隙16に複数個配置されている。言い換えれば、一のレーストラック型コイル10の一方の端部平面上に、コマ状スペーサ19が、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向に一定の間隔を設けながら複数個配置されている。そして当該コマ状スペーサ19の主表面上を跨ぐように、他のレーストラック型コイル10が積層されている。
Here, as shown in FIG. 2, the racetrack coil 10 (superconducting coil layer) disposed in the
また、図2に示すように、本実施の形態のステータ120に配置されるレーストラック型コイル10(超電導コイル層)は、巻回される内周面が第2のスペーサとしての櫛歯状スペーサ18で覆われている。また当該レーストラック型コイル10は、巻回される外周面が第2のスペーサとしての櫛歯状スペーサ17で覆われている。つまりステータ120の櫛歯状スペーサ18は、ステータコア123のうち、図1の断面図において回転軸118に向かう方向に延在する領域の外側に、ステータ120からロータ130の回転軸118に向かう方向に放射状に延在するステータヨーク21に接触するように配置されている。そしてステータ120のレーストラック型コイル10は、櫛歯状スペーサ18の外周面に巻回されている。さらに巻回されたレーストラック型コイル10の外側を覆うように、櫛歯状スペーサ17が配置されている。
Further, as shown in FIG. 2, the racetrack coil 10 (superconducting coil layer) disposed in the
また、図3に示すように、本実施の形態のロータ130に配置されるレーストラック型コイル10(超電導コイル層)についても同様に、第1のスペーサとしてのコマ状スペーサ19が、積層されるレーストラック型コイル10の間に挟まれるようにコイル間隙16に配置される。またロータコア113の外周部に、ロータ130からステータ120へ向かう方向に放射状に延在するロータヨーク121に接触するように櫛歯状スペーサ18が配置される。そして櫛歯状スペーサ18の外周面にレーストラック型コイル10が巻回される。さらに巻回されたレーストラック型コイル10の外側を覆うように、櫛歯状スペーサ17が配置されている。なお図1、図4および図5は、超電導モータ30が大きくステータ120とロータ130とからなることを説明する図であるため、これらの図中においてはコマ状スペーサ19や櫛歯状スペーサ17、18は省略されている。
Further, as shown in FIG. 3, similarly, for the racetrack type coil 10 (superconducting coil layer) arranged in the
図2および図3に示すように、ステータ120およびロータ130の櫛歯状スペーサ17には、レーストラック型コイル10が巻回される方向に延在する突出部170が複数含まれている。同様に櫛歯状スペーサ18には、レーストラック型コイル10が巻回される方向に延在する突出部180が複数含まれている。より具体的には図2および図3の左右方向に突出部170、180が延在しており、これは巻回されたレーストラック型コイル10の超電導線材が重畳する方向に沿った方向である。
As shown in FIGS. 2 and 3, the comb-shaped
たとえば図2に示すように、櫛歯状スペーサ18の突出部180は、一のレーストラック型コイル10と、当該コイルの一方の端部平面に対向するように積層された他のレーストラック型コイル10との間に挟まれた領域(つまりコマ状スペーサ19が複数個配置された領域)の空間に入り込むように(嵌挿するように)配置される。ここで、図2の上下方向に関する突出部180の幅と、積層された2台のレーストラック型コイル10の間(コマ状スペーサ19の、レーストラック型コイル10が積層される方向に関する厚み)とがほぼ等しければ、突出部180は積層された互いに対向する1対のレーストラック型コイル10のそれぞれの直線部に接触しながら嵌挿される。このことは突出部170についても、ロータ130の櫛歯状スペーサ18についても同様である。
For example, as shown in FIG. 2, the
このように積層されたレーストラック型コイル10の間隔に櫛歯状スペーサ17、18が、レーストラック型コイル10の直線部に接触し、嵌挿するように配置されるため、櫛歯状スペーサ17、18は、レーストラック型コイル10を強固に固定することができる。したがって櫛歯状スペーサ17、18は、レーストラック型コイル10がロータコア113やステータコア123の外周部にて不安定に振動したり移動したりすることを抑制することができる。
Since the comb-
なお、櫛歯状スペーサ17、18によるレーストラック型コイル10の固定をより強固なものとするため、櫛歯状スペーサ17、18は、レーストラック型コイル10の直線部の全体に接触するように配置されることが好ましい。つまり、櫛歯状スペーサ17、18は、レーストラック型コイル10の直線部が延在する長手方向に関して、当該直線部以上の長さを有することが好ましい。このようにすれば、櫛歯状スペーサ17、18がレーストラック型コイル10に接触する(レーストラック型コイル10を支持する)領域が広くなる。このため、櫛歯状スペーサ17、18をより確実に固定支持することができる。
In addition, in order to make the race track-
また、図6を参照して、複数台積層されたレーストラック型コイル10に電流を流すと、当該電流が作る磁場により、図6中に矢印で示す磁束線111が形成される。通常、形成される磁束線はレーストラック型コイル10に対してより外側を通り、たとえばロータコア113やステータコア123の回転軸118に向かう方向に延在する領域を通る。しかし一部の磁束線が漏れ磁束として、通常の磁束線よりも内回りの経路を通り、図6に示すようにレーストラック型コイル10の巻回された領域に極めて近い領域を通ることになる。すると当該磁束線111はレーストラック型コイル10の内部を貫通することになる。
Referring to FIG. 6, when a current is passed through the plurality of stacked racetrack coils 10,
このとき、特に各レーストラック型コイル10を形成する超電導線材の主表面110a、110b、110cに交差するように(たとえば当該主表面に垂直な方向に)、レーストラック型コイル10を磁束線111が貫通すれば、レーストラック型コイル10の電流値(特に臨界電流Icの値)が低下するなどの問題を発生しうる。このため磁束線111はレーストラック型コイル10の内部を貫通しないように通過することが好ましい。逆に言えばレーストラック型コイル10は、磁束線111の通路となりうる領域を避けて配置されることが好ましい。
At this time, in particular, the
ここで図6に示す櫛歯状スペーサ17が配置されることにより、図6に長い矢印で示す磁束線111とレーストラック型コイル10との距離が長くなる。つまり櫛歯状スペーサ17が介在するために磁束線111がレーストラック型コイル10の内部を貫通することが抑制される。つまり櫛歯状スペーサ17を用いることにより、レーストラック型コイル10を、磁束線111が通過しない位置に強固に固定配置することができる。したがってより安定に、レーストラック型コイル10の電気特性の劣化を抑制することができる。
Here, by arranging the comb-
なお図6に示すように、積層された各レーストラック型コイル10の超電導線材の主表面110a、110b、110cの傾斜角度がそれぞれ異なっている。これは当該主表面が、各レーストラック型コイル10が配置される領域の近傍における磁束線111の通過する方向に沿った方向となるようにするためである。このようにすれば、磁束線111がレーストラック型コイル10の内部を通ったとしても、超電導線材の主表面に沿った方向に貫通することになる。このため、当該レーストラック型コイル10における電気特性の劣化を抑制することができる。
As shown in FIG. 6, the inclination angles of the
さらに図2、図3、図6〜図8を参照して、第2のスペーサとしての部材は、上述した第1部材としての櫛歯状スペーサ17、18と、当該櫛歯状スペーサ17、18をさらに外側から取り囲むように配置される第2部材としての外側スペーサ27、28とを備えることが好ましい。
Further, referring to FIGS. 2, 3, and 6 to 8, the member as the second spacer includes the comb-
櫛歯状スペーサ18は、レーストラック型コイル10の内周面側および、最もロータ130側(図6における下側)を取り囲むように配置されている。このように互いに交差する2方向からレーストラック型コイル10を支持することにより、さらに強固にレーストラック型コイル10を固定することができる。同様に、櫛歯状スペーサ17は、レーストラック型コイル10の外周面側および、最もステータ120側(図6における上側)を取り囲むように配置されている。櫛歯状スペーサ17についても櫛歯状スペーサ18と同様に2方向からレーストラック型コイル10を支持することにより、さらに強固にレーストラック型コイル10を固定することができる。
The comb-
これに対して外側スペーサ27は、レーストラック型コイル10の外周面側および、最もロータ130側(図6における下側)を取り囲むように配置されている。また外側スペーサ28は、レーストラック型コイル10の内周面側および、最もステータ120側(図6における上側)を取り囲むように配置されている。このように、レーストラック型コイル10の直線部に交差する断面で見た場合において、櫛歯状スペーサ17、18と、外側スペーサ27、28とが同一配置となるように重なっているのではなく、互い違いになるように重なって配置されている。このように第2のスペーサを構成する第1部材と第2部材とを重ね合わせることにより、第2のスペーサがレーストラック型コイル10を所定の位置にっ固定する効果をさらに強固なものとすることができる。したがってレーストラック型コイル10の電気特性の劣化を抑制し、超電導モータ30における大電力の出力を確保させることができる。また第2部材(外側スペーサ27、28)が第1部材を取り囲んでいる。このため、外側スペーサ27、28は冷媒117が流通する流路の壁部(流路壁)として機能させることもできる。つまり外側スペーサ27、28を冷媒117の容器として機能させることもできる。
On the other hand, the
なお上述した説明および図2や図3に示す態様とは逆に、たとえば1組の第1部材(櫛歯状スペーサ)のうちの一方がレーストラック型コイルの内周面側および最もステータ120側(図6の上側)に配置され、他方がレーストラック型コイルの外周面側および最もロータ130側(図6の下側)に配置されていてもよい。この場合においても第1部材と第2部材とを互い違いとなるように重ね合わせるために、1組の第2部材(外側スペーサ)のうち一方はレーストラック型コイルの内周面側および最もロータ130側(図6の下側)に配置され、他方はレーストラック型コイルの外周面側および最もステータ120側(図6の上側)に配置されていることが好ましい。
In contrast to the above description and the mode shown in FIGS. 2 and 3, for example, one of the pair of first members (comb-like spacers) is the inner peripheral surface side of the racetrack coil and the
また、図2、図3、図6〜図8を参照して、コイル間隙16の一部の領域を埋めるようにコマ状スペーサ19が配置されている。つまりコマ状スペーサ19の主表面(レーストラック型コイル10の端部平面と対向する面)の面積は、コイル間隙16の、端部平面に沿った方向に関する面積よりも小さいことが好ましい。またこれらのコマ状スペーサ19は、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向に関して一定の距離を保ちながら複数個配置されるとともに、レーストラック型コイル10の巻回される方向(図6の左右方向)に関する中央付近に配置されることが好ましい。
In addition, with reference to FIGS. 2, 3, and 6 to 8, a frame-shaped
このようにすれば、コイル間隙16のうち、コマ状スペーサ19が配置されない空隙の領域は、レーストラック型コイル10を超電導コイルとして機能させるために冷却する冷媒117を流通させる通路となる。冷媒117はたとえば液体窒素であり、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向に沿った方向に流通することが好ましい。なお冷媒117は図1においてはレーストラック型コイル10の外周部に配置されているが、これは図面を見やすくするためである。実際は本実施の形態において冷媒117は、一部は図1に示す領域を通るものの、主に積層されたレーストラック型コイル10のコイル間隙16を流通する。
In this way, the space of the
またコイル間隙16の延在する、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向に交差する方向に関して、コマ状スペーサ19の両側(左右側)にコイル間隙16が配置されない空隙の領域が存在するため、当該領域を均一に冷媒117を流通させることができる。つまり冷媒117が特定の領域に偏って流通することによるレーストラック型コイル10の冷却態様の偏りや、それに伴う熱応力の発生、さらには熱応力に起因するレーストラック型コイル10の損傷を抑制することができる。
Further, with respect to the direction in which the
以上のようにコイル間隙16のうち、コマ状スペーサ19が配置された領域を除く領域に冷媒117を流通させる。このためコマ状スペーサ19の主表面の面積は小さい方が好ましい。このようにすればコイル間隙16のうち冷媒117が流通することができる領域が広くなる。このため、レーストラック型コイル10の冷却効率をさらに高めることができる。
As described above, the refrigerant 117 is circulated in the
以上のように冷媒117がレーストラック型コイル10を均一に高効率に冷却させることができるため、レーストラック型コイル10の電気特性の劣化を抑制し、当該レーストラック型コイル10の高い電気特性を確保することができる。
As described above, since the refrigerant 117 can cool the
さらに、図6および図9を参照して、ステータ120側の外側スペーサ28の主表面上には、第3のスペーサとしての平板スペーサ37が配置されている。これはたとえば図9に示すように、隣り合う超電導コイル層20(レーストラック型コイル10)の外側スペーサ28同士を連結する機能を有するものである。このように隣接する超電導コイル層20(レーストラック型コイル10)同士を接続すれば、ステータ全体としての強度をさらに高めることができる。このため、レーストラック型コイルの固定についても強度をさらに高めることができる。
Further, referring to FIGS. 6 and 9,
以上に述べた第1のスペーサ、第2のスペーサ、および第3のスペーサは、FRP(繊維強化プラスチック)を用いて形成されることが好ましい。たとえば第1のスペーサ(コマ状スペーサ19)は、これを挟む2台のレーストラック型コイル10のうち少なくともいずれか一方の端部平面上に接着することにより、積層された2台のレーストラック型コイル10の間に配置されることが好ましい。各種スペーサにFRPを用いることにより、スペーサの強度をさらに高くすることができる。つまり当該スペーサがレーストラック型コイル10をさらに強固に支持することができる。
The first spacer, the second spacer, and the third spacer described above are preferably formed using FRP (fiber reinforced plastic). For example, the first spacer (the frame-shaped spacer 19) is bonded to at least one of the two end surfaces of the two racetrack type coils 10 sandwiching the first spacer, thereby stacking the two racetrack types. It is preferably arranged between the
次に、以上に述べたステータ120やロータ130の、特に上述したレーストラック型コイル10や各種スペーサ部分の製造方法について説明する。なお以下においては、レーストラック型コイル10を3台積層する場合の製造方法を示す。たとえばレーストラック型コイル10を4台以上積層する場合においても、同様の工程を繰り返すことにより実施できる。
Next, a method for manufacturing the above-described
図10のフローチャートに示すように、レーストラック型コイル10や各種スペーサ部分の製造方法としては、まず第1段のコイルを準備する工程(S10)が実施される。これは具体的には、図1〜図9に示す複数台(3台)積層されたレーストラック型コイル10のうち、最下段のレーストラック型コイル10が準備される工程である。
As shown in the flowchart of FIG. 10, as a manufacturing method of the
上述したビスマス系の超電導線材、または薄膜超電導線材を、図11に示すレーストラック型コイル状に巻回する。その方法は具体的にはたとえば、円筒面を有する台座の円筒面上に、レーストラック状に配置された巻枠に沿って上記超電導線材を巻きつける。ここで、レーストラック状に巻回されたコイルが、一部の領域において(特にコイルの長手方向に交差する湾曲部(コイルエンド部)の一部において)図11の上下方向に湾曲する形状を有する鞍形形状のレーストラック型コイルとなるように台座を準備し、超電導線材を巻回してもよい。 The above-described bismuth-based superconducting wire or thin film superconducting wire is wound into a racetrack coil as shown in FIG. Specifically, for example, the superconducting wire is wound on a cylindrical surface of a pedestal having a cylindrical surface along a winding frame arranged in a racetrack shape. Here, the coil wound in a racetrack shape is curved in the vertical direction in FIG. 11 in a part of the region (particularly in a part of the curved part (coil end part) crossing the longitudinal direction of the coil). A pedestal may be prepared so as to be a saddle-shaped racetrack-type coil having a superconducting wire.
次に、図10に示すように、第1のスペーサを取り付ける工程(S20)が実施される。これは具体的には、図12に示すように、工程(S10)にて準備したレーストラック型コイル10の一方の端部平面上に、レーストラック型コイル10の直線部が延在する方向(長手方向)に関して一定の間隔ごとに、第1のスペーサである複数個のコマ状スペーサ19が配置される工程である。このようにすれば、コマ状スペーサ19とレーストラック型コイル10とは互いに接触する。
Next, as shown in FIG. 10, a step of attaching the first spacer (S20) is performed. Specifically, as shown in FIG. 12, the direction in which the linear portion of the
上述したように、コマ状スペーサ19のうち、レーストラック型コイル10の端部平面と接着する表面の面積は小さい方が好ましい。また、FRPを用いて形成されたコマ状スペーサ19とレーストラック型コイル10とは、エポキシ系接着剤を用いて接着されることが好ましい。
As described above, it is preferable that the surface area of the
次に、図10に示すように、第2段のコイルを取り付ける工程(S30)が実施される。これは具体的には、工程(S20)にて配置されたコマ状スペーサ19上に、さらに工程(S10)と同様の手順により形成されたレーストラック型コイル10が配置される工程である。
Next, as shown in FIG. 10, a step (S30) of attaching the second stage coil is performed. Specifically, this is a step in which the
第2段のコイルとしてのレーストラック型コイル10は、第1段のコイルとしてのレーストラック型コイル10と同様のコイルであってもよい。しかしたとえば図6に示すように、第1段のコイルと第2段のコイルとを構成する超電導線材の主表面の傾斜角度が異なっていてもよい。この場合、たとえば図6に示すように上段(ステータ120側)に配置される第2段のコイルの方が、下段(ロータ130側)に配置される第1段のコイルよりも、レーストラック型コイル10の中空部の中心における軸となす角度が大きいことが好ましい。
The
工程(S30)にて取り付ける第2段のコイルとしてのレーストラック型コイル10は、その端部平面が、第1段のコイルとして工程(S10)にて準備した第1段のコイルとしてのレーストラック型コイル10の端部平面と重畳するように取り付けられることが好ましい。具体的には、工程(S20)にて配置されたコマ状スペーサ19の、第1段のコイルとしてのレーストラック型コイル10の端部平面と接着された表面と対向する表面上に、工程(S20)と同様にエポキシ系接着剤を塗布し、第2段のコイルとしてのレーストラック型コイル10が接着される。
The
次に、図10に示すように、第1のスペーサを取り付ける工程(S40)が実施される。これは具体的には、工程(S30)にて形成された、レーストラック型コイル10が2段積み重ねられた構造体のうち、一方のレーストラック型コイル10の外側の端部平面上に、工程(S20)と同様に第1のスペーサ(コマ状スペーサ19)が接着固定される工程である。これはレーストラック型コイル10のうち、第1段のコイルと第2段のコイルとのいずれの端部平面上に取り付けてもよい。ただし、第1段のコイルと第2段のコイルとのそれぞれの主表面の傾斜角度が異なる場合には、次に取り付ける第3段のコイルの傾斜角度に応じて、第1段のコイル側と第2段のコイル側とのいずれ側に第3段のコイルを取り付けるかを決定し、第3段のコイルを取り付ける側のコイルの端部平面上に当該コマ状スペーサ19を取り付けることが好ましい。
Next, as shown in FIG. 10, a step of attaching the first spacer (S40) is performed. Specifically, in the structure formed in the step (S30) in which the racetrack type coils 10 are stacked in two stages, the process is performed on the outer end plane of one
さらに、工程(S30)と同様の手順にて第3段のコイルを取り付ける工程(S50)を実施すれば、図14に示すようにレーストラック型コイル10が3段積み重ねられており、各レーストラック型コイル10に挟まれるようにコマ状スペーサ19が配置される超電導コイル層20が形成される。
Further, if the step (S50) of attaching the third stage coil is performed in the same procedure as the step (S30), the racetrack type coils 10 are stacked in three stages as shown in FIG. A
次に、図10に示すように、第2のスペーサを取り付ける工程(S60)が実施される。これは具体的には、図14に示す超電導コイル層20に、第2のスペーサとしての櫛歯状スペーサ17、18および外側スペーサ27、28を取り付ける工程である。
Next, as shown in FIG. 10, a step of attaching a second spacer (S60) is performed. Specifically, this is a step of attaching comb-
図15のフローチャートに示すように、工程(S60)は、内周側に第1部材を取り付ける工程(S61)と、外周側に第1部材を取り付ける工程(S62)と、外周側に第2部材を取り付ける工程(S63)と、内周側に第2部材を取り付ける工程(S64)とからなる。 As shown in the flowchart of FIG. 15, the step (S60) includes a step (S61) of attaching the first member to the inner peripheral side, a step of attaching the first member to the outer peripheral side (S62), and a second member on the outer peripheral side. The process (S63) which attaches, and the process (S64) of attaching a 2nd member to an inner peripheral side are comprised.
まず内周側に第1部材を取り付ける工程(S61)が実施される。これは具体的には、図16に示すように、レーストラック型コイル10の内周側、すなわちコイルの中空部側を覆うように、第1部材としての上述した櫛歯状スペーサ18が取り付けられる工程である。
First, a step of attaching the first member to the inner peripheral side (S61) is performed. Specifically, as shown in FIG. 16, the above-described comb-
図16に示すように、櫛歯状スペーサ18は、3台積層されたレーストラック型コイル10の重畳する直線部の少なくとも一部に、レーストラック型コイル10の内周側から接触するように配置される。ただし、櫛歯状スペーサ18は、レーストラック型コイル10の直線部の全体に沿うように接触可能な構造であることがより好ましい。つまり櫛歯状スペーサ18は、その直線部(レーストラック型コイル10の直線部に沿う部分)の長さが、レーストラック型コイル10の直線部の長さ以上であることがより好ましい。このように櫛歯状スペーサ18の直線部の長さが長いほど、レーストラック型コイル10との接触面積が大きくなる。つまりレーストラック型コイル10をより強固に所定の箇所に固定することができる。このことは後述する櫛歯状スペーサ17についても同様である。その結果、図17に示す断面の状態となるように突出部180が互いに積層された2つのレーストラック型コイル10の直線部の間に接触するように挟まった櫛歯状スペーサ18が配置される。なお図17および後述する図19〜図21においては、左右のレーストラック型コイル10に挟まれた中間の領域が、各レーストラック型コイル10の中空部、すなわちロータコア113などが配置された領域である。
As shown in FIG. 16, the comb-
なお櫛歯状スペーサ18は、上述したように互いに交差する2方向の成分(突出部170、180の延在する方向に沿って延在する第1成分と、第1成分に交差し、レーストラック型コイル10の積層方向に沿った方向に延在する第2成分)とを有する。このため第1成分と第2成分とにより、概ね蝶番状の形状を有するものである。このように櫛歯状スペーサ18が互いに交差する2成分を有する形状であることを模式的に示す図18を参照して、これらの第1成分と第2成分の表面上において、FRPを構成する複数本の繊維成分24が互いにほぼ同一方向に沿って延在するように(たとえばほぼ平行となるように)延在することが好ましい。このようにすれば、スペーサの強度をさらに高くすることができる。このことは後述する櫛歯状スペーサ17についても同様である。
As described above, the comb-shaped
ここで櫛歯状スペーサ18、櫛歯状スペーサ17の製造方法について説明する。櫛歯状スペーサの材質としてのFRPを構成する複数本の繊維成分24(たとえばガラス繊維)が、第1成分と第2成分とのそれぞれの主表面上において、互いにほぼ平行になるように形成する。このためには具体的には、プレス成型(コールドプレス)により当該櫛歯状スペーサ17、18を形成することが好ましい。つまり、所望形状の櫛歯状スペーサを形成するための型を用意し、FRPと樹脂とを混合させたものを当該型の内部に導入することにより成型する。ここでFRPと同時に型の内部に投入する樹脂としては、たとえばエポキシ樹脂を用いることが好ましい。型の内部にFRPと樹脂とを投入した状態で、たとえば100℃以上150℃以下の低温で、1時間以上24時間以下の時間放置することにより、当該樹脂を硬化させる。以上の手順により所望の形状の櫛歯状スペーサ17、18形成することができる。なお、低温で上記時間保管することにより樹脂を硬化させるのは、急熱や急冷により形成される櫛歯状スペーサ17、18の内部に熱応力による歪みが発生することを抑制するためである。
Here, a manufacturing method of the comb-
次に外周側に第1部材を取り付ける工程(S62)が実施される。これは図19を参照して、たとえば図17における状態に対して、レーストラック型コイル10の外周側を覆うように、第1部材としての上述した櫛歯状スペーサ17が取り付けられる工程である。たとえば図19に示すように櫛歯状スペーサ18がレーストラック型コイル10の内周側と下側(ロータ130側)とを覆う場合、櫛歯状スペーサ17はレーストラック型コイル10の外周側と上側(ステータ120側)とを覆う。このようにして積層された2台のレーストラック型コイル10に挟まれた領域にはコイル間隙16と、コマ状スペーサ19とからなる空間が形成される。なお、工程(S61)と工程(S62)とは実施する順序を逆にしてもよい。工程(S61)と工程(S62)とを実施することにより、外観が図16に示す状態となるように櫛歯状スペーサ17、18が取り付けられる。
Next, a step of attaching the first member to the outer peripheral side (S62) is performed. This is a step in which the above-described comb-
次に図15を参照して、外周側に第2部材を取り付ける工程(S63)および内周側に第2部材を取り付ける工程(S64)が実施される。工程(S63)は具体的には、図20の断面図を参照して、たとえば図19における状態に対して、レーストラック型コイル10の外周側および下側(ロータ130側)を覆うように、外側スペーサ27が取り付けられる工程である。工程(S64)は具体的には、図21の断面図を参照して、たとえば図20における状態に対して、レーストラック型コイル10の内周側および上側(ステータ120側)を覆うように、外側スペーサ28が取り付けられる工程である。これら両工程を行なえば、外観が図22に示す状態である超電導コイル層20が形成される。外側スペーサ27および外側スペーサ28は上述したように、レーストラック型コイル10のコイル間隙16に冷媒を流す際の当該冷媒の流路壁としての機能を有するものである。外側スペーサ27、28の構造やサイズにより、コイル間隙16すなわち冷媒の流路の、冷媒が流通する方向に交差する断面の形状や大きさが決定する。このため外側スペーサ27、28の構造やサイズ次第で、冷媒の流路の断面が所望の大きさとなるよう、当該流路としての領域を確保することができる。
Next, referring to FIG. 15, the step of attaching the second member to the outer peripheral side (S63) and the step of attaching the second member to the inner peripheral side (S64) are performed. Specifically, referring to the cross-sectional view of FIG. 20, for example, the step (S63) covers the outer peripheral side and the lower side (
なお、工程(S63)と工程(S64)とは実施する順序を逆にしてもよい。この後に、第3のスペーサ(平板スペーサ37)を取り付けたり、これをステータ120やロータ130に組み込む工程を行なうことにより、超電導モータ30などの超電導機器が形成される。
Note that the order of performing the step (S63) and the step (S64) may be reversed. After this, a superconducting device such as the
なお、形成された超電導コイル層20を備えるステータ120やロータ130、超電導モータ30において、積層されたレーストラック型コイル10に挟まれたコイル間隙16を、液体窒素などの冷媒117(冷媒127)が流通する。このとき、図23に示すように、レーストラック型コイル10の直線部の延在方向に関して一定の距離を設けて配置された複数のコマ状スペーサ19のそれぞれを用いて、ジグザグ状にコイル間隙16を縫うように冷媒が流通することが好ましい。つまり、レーストラック型コイル10の直線部の延在方向に流通する冷媒は、最初のコマ状スペーサ19までは、冷媒が流通する方向に見たときの右側を流通する。そして最初のコマ状スペーサ19を超えたところで、冷媒が流通する方向に見たときの左側を流通する。また次のコマ状スペーサ19を超えたところで、冷媒が流通する方向に見たときの右側を流通する。以下、これを繰り返し、コマ状スペーサ19の右側と左側(つまり内周面側と外周面側)とを交互に行き来する流通経路112を流通することが好ましい。
In the
このようにすれば冷媒は、レーストラック型コイル10の内周面側または外周面側のいずれか一方に偏ることなく、内周面側と外周面側との両方を満遍なく流通することになる。したがってレーストラック型コイル10の冷却効率をさらに高めることができ、レーストラック型コイル10の電気特性が良好な状態を保つことができる。
In this way, the refrigerant flows through both the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side without being biased to either the inner peripheral surface side or the outer peripheral surface side of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなく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。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
本発明は、超電導コイルの電気特性を向上させたステータ、ロータおよび超電導機器を提供する技術として、特に優れている。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is particularly excellent as a technique for providing a stator, a rotor, and a superconducting device with improved electrical characteristics of a superconducting coil.
10 レーストラック型コイル、16 コイル間隙、17,18 櫛歯状スペーサ、19 コマ状スペーサ、20 超電導コイル層、21 ステータヨーク、24 繊維成分、27,28 外側スペーサ、30 超電導モータ、37 平板スペーサ、110a,110b,110c 主表面、111 磁束線、112 流通経路、113 ロータコア、116 ロータ軸、117,127 冷媒、118 回転軸、120 ステータ、121 ロータヨーク、123 ステータコア、130 ロータ、170,180 突出部。 10 race track type coil, 16 coil gap, 17, 18 comb-shaped spacer, 19 frame spacer, 20 superconducting coil layer, 21 stator yoke, 24 fiber component, 27, 28 outer spacer, 30 superconducting motor, 37 flat spacer, 110a, 110b, 110c Main surface, 111 magnetic flux lines, 112 flow path, 113 rotor core, 116 rotor shaft, 117, 127 refrigerant, 118 rotating shaft, 120 stator, 121 rotor yoke, 123 stator core, 130 rotor, 170, 180 protrusion.
Claims (13)
前記レーストラック型コイルの積層方向に関して互いに対向する前記レーストラック型コイルの隙間に挟まれるように配置された第1のスペーサと、
前記レーストラック型コイルの直線部の内周面側および前記直線部の外周面側を嵌挿することにより前記内周面側および前記外周面側を覆うように配置された第2のスペーサとを備える超電導コイル体を用いたステータであり、
前記ステータにおいて、隣接する前記超電導コイル体を跨ぐように前記第2のスペーサの表面上に第3のスペーサをさらに有する、ステータ。 A superconducting coil layer in which a plurality of racetrack coils are laminated;
A first spacer disposed so as to be sandwiched between gaps between the racetrack type coils facing each other in the laminating direction of the racetrack type coils;
A second spacer disposed so as to cover the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side by inserting and inserting the inner peripheral surface side of the linear portion of the racetrack coil and the outer peripheral surface side of the linear portion; A stator using a superconducting coil body ,
The stator further comprising a third spacer on a surface of the second spacer so as to straddle the adjacent superconducting coil bodies .
隣接する前記突出部に挟まれた領域に前記内周面側または前記外周面側が接触するように嵌挿される、請求項1または請求項2に記載のステータ。 The second spacer includes a plurality of protrusions extending in a direction in which the racetrack coil is wound,
The stator according to claim 1 or 2, wherein the stator is fitted and inserted so that the inner peripheral surface side or the outer peripheral surface side is in contact with a region sandwiched between the adjacent projecting portions.
前記第1成分および前記第2成分を構成する複数本のFRPの繊維成分は、前記第1成分および前記第2成分の表面上にて互いに沿った方向に延在する、請求項4に記載のステータ。 The second spacer is made of FRP,
The fiber components of the plurality of FRPs constituting the first component and the second component extend in directions along each other on the surfaces of the first component and the second component. Stator.
前記レーストラック型コイルの積層方向に関して互いに対向する前記レーストラック型コイルの隙間に挟まれるように配置された第1のスペーサと、
前記レーストラック型コイルの直線部の内周面側および前記直線部の外周面側を嵌挿することにより前記内周面側および前記外周面側を覆うように配置された第2のスペーサとを備える超電導コイル体を用いたロータであり、
前記ロータにおいて、隣接する前記超電導コイル体を跨ぐように前記第2のスペーサの表面上に第3のスペーサをさらに有する、ロータ。 A superconducting coil layer in which a plurality of racetrack coils are laminated;
A first spacer disposed so as to be sandwiched between gaps between the racetrack type coils facing each other in the laminating direction of the racetrack type coils;
A second spacer disposed so as to cover the inner peripheral surface side and the outer peripheral surface side by inserting and inserting the inner peripheral surface side of the linear portion of the racetrack coil and the outer peripheral surface side of the linear portion; A rotor using a superconducting coil body ,
The rotor further comprising a third spacer on the surface of the second spacer so as to straddle the adjacent superconducting coil bodies .
隣接する前記突出部に挟まれた領域に前記内周面側または前記外周面側が接触するように嵌挿される、請求項7または請求項8に記載のロータ。 The second spacer includes a plurality of protrusions extending in a direction in which the racetrack coil is wound,
The rotor according to claim 7 or 8 , wherein the rotor is fitted and inserted so that the inner peripheral surface side or the outer peripheral surface side is in contact with a region sandwiched between the adjacent projecting portions.
前記第1成分および前記第2成分を構成する複数本のFRPの繊維成分は、前記第1成分および前記第2成分の表面上にて互いに沿った方向に延在する、請求項10に記載のロータ。 The second spacer is made of FRP,
FRP fiber component of the plurality of constituting the first component and the second component extending in a direction along each other in the first component and the second component on a surface, according to claim 10 Rotor.
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