JP6982522B2 - 超電導回転機械用ステータ、及び超電導回転機械 - Google Patents
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Description
本発明は、超電導回転機械用ステータ、及び超電導回転機械に関する。
超電導コイルを使用した超電導モータでは、超電導材料で形成された超電導部材を冷却して、超電導臨界温度以下にする必要がある。
特許文献１には、冷凍機と、冷凍機と超電導コイルとを接続する冷却用端子と、を設けることで、超電導材料で形成された超電導コイルを冷却することが開示されている。
特許文献１には、冷凍機と、冷凍機と超電導コイルとを接続する冷却用端子と、を設けることで、超電導材料で形成された超電導コイルを冷却することが開示されている。
上述したように、特許文献１では、上述した冷凍機及び冷却用端子を用いて、超電導コイルを冷却するため、超電導コイルのうち、冷却用端子と接触している部分は、十分に冷却することが可能である。
しかしながら、特許文献１では、冷却用端子から離れた部分を十分に冷却することは困難であった。つまり、特許文献１では、冷却が必要な超電導材料で形成された部分全体を十分に冷却することが困難であった。
しかしながら、特許文献１では、冷却用端子から離れた部分を十分に冷却することは困難であった。つまり、特許文献１では、冷却が必要な超電導材料で形成された部分全体を十分に冷却することが困難であった。
そこで、本発明は、超電導材料で形成された部材全体を十分に冷却することの可能な超電導回転機械用ステータ、及び超電導回転機械を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る超電導回転機械は、軸線が延びる方向である軸線方向に延びるシャフトと、前記シャフトの外周側に一体に設けられたロータコアと、前記軸線方向に延びるとともに、前記シャフトの周方向に間隔を空けて前記ロータコア内に配置された複数のロータバー、及び前記軸線方向に配置された前記複数のロータバーの端部と接続され、かつ前記軸線方向において対向配置された環状の一対のエンドリングを有し、前記ロータバー及び前記エンドリングが超電導材料で形成されたかご型回転子と、を備え、前記複数のロータバーは、それぞれ各ロータバーの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第１の冷却用流路を有し、前記一対のエンドリングは、それぞれ該エンドリングの周方向に沿って冷却媒体が流通可能な第２の冷却用流路を有する超電導回転機械用かご型ロータと、前記超電導回転機械用かご型ロータの外側に隙間を介在させた状態で配置された超電導回転機械用ステータと、を備え、前記超電導回転機械用ステータは、前記超電導回転機械用かご型ロータの外側に配置された筒状のヨークと、前記ヨークの内側から該ヨークの径方向内側に突出して設けられ、該ヨークの周方向に配列された複数のティースと、互いに隣り合う前記ティース間に形成された溝と、前記ティースに巻回され、前記溝に配置されたコイルと、前記超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する前記溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる第３の配管と、を有し、前記溝のうち、前記コイルと前記第３の配管との間に位置する部分に配置されたスロットウェッジと、前記溝のうち、前記スロットウェッジと前記第３の配管との間に配置されるとともに、該スロットウェッジ及び該第３の配管が固定され、前記スロットウェッジと前記第３の配管とを熱的に接続する冷却板と、を有し、前記冷却板の幅方向両側は、前記ティースの先端部に固定されている。
本発明によれば、複数のロータバーが各ロータバーの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第１の冷却用流路を有することで、冷却媒体により複数のロータバー全体を冷却することが可能となる。また、一対のエンドリングがそれぞれ周方向に沿って冷却媒体が流通可能な第２の冷却用流路を有することで、冷却媒体により一対のエンドリング全体を冷却することが可能となる。したがって、超電導材料で形成されたかご型回転子全体を十分に冷却することができる。
さらに、本発明によれば、超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる第３の配管を有することで、コイルから伝達される熱を冷却することが可能となる。これにより、超電導回転機械用ステータの熱が超電導回転機械用かご型ロータに伝わることを抑制できる。
また、第３の配管の近傍に配置され、高温になりやすいティースの先端部を冷却することができる。
加えて、このような構成とされた冷却板を有することで、溝に対する冷却板の位置を規制することが可能となる。そして、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張すると、コイルがスロットウェッジに押し付けられるが、このとき、冷却板の位置が変化しない。このため、接触熱伝導度が向上して、冷却効果を高めることができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された第３の配管の位置を規制することができる。
さらに、本発明によれば、超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる第３の配管を有することで、コイルから伝達される熱を冷却することが可能となる。これにより、超電導回転機械用ステータの熱が超電導回転機械用かご型ロータに伝わることを抑制できる。
また、第３の配管の近傍に配置され、高温になりやすいティースの先端部を冷却することができる。
加えて、このような構成とされた冷却板を有することで、溝に対する冷却板の位置を規制することが可能となる。そして、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張すると、コイルがスロットウェッジに押し付けられるが、このとき、冷却板の位置が変化しない。このため、接触熱伝導度が向上して、冷却効果を高めることができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された第３の配管の位置を規制することができる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記ロータバーは、該ロータバーの延在方向に沿って延び、かつ前記超電導材料で形成された複数の棒状超電導体と、前記ロータバーの延在方向に沿って延び、前記複数の棒状超電導体を収容するとともに、前記複数の棒状超電導体との間に前記第１の冷却用流路を区画する第１の配管と、を有してもよい。
このように、複数の棒状超電導体と、複数の棒状超電導体を収容するとともに、第１の冷却用流路を区画する第１の配管と、を有することで、第１の配管内を流れる冷却媒体により冷却が必要な複数の棒状超電導体を十分に冷却することができる。
また、超電導体を複数の棒状とすることで、複数の棒状超電導体の外面が冷却媒体と接触するため、１本の棒状超電導体を用いる場合と比較して、冷却効率を高めることができる。
また、超電導体を複数の棒状とすることで、複数の棒状超電導体の外面が冷却媒体と接触するため、１本の棒状超電導体を用いる場合と比較して、冷却効率を高めることができる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記複数の棒状超電導体は、ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成されており、前記複数の単結晶は、ｃ軸に対して直交するａｂ面をそれぞれ有しており、前記ａｂ面の法線は、前記軸線方向に対して直交して配置させてもよい。
ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成された超電導体は、ｃ軸に対して直交するａｂ面に沿うように電流が流れる。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸）を軸線方向（棒状超電導体の延在方向）に対して直交して配置させ、かつｃ軸が平行となることで、複数の単結晶のそれぞれのａｂ面が平行となるので、棒状超電導体の延在方向（ロータバーの延在方向）に沿って電流を流すことができる。
なお、棒状超電導体の製造時や接合時において、互いに隣り合う単結晶同士の間には単結晶とならない粒界が生じるが、これらは可能な限り少ないほうが好ましい。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸）を軸線方向（棒状超電導体の延在方向）に対して直交して配置させ、かつｃ軸が平行となることで、複数の単結晶のそれぞれのａｂ面が平行となるので、棒状超電導体の延在方向（ロータバーの延在方向）に沿って電流を流すことができる。
なお、棒状超電導体の製造時や接合時において、互いに隣り合う単結晶同士の間には単結晶とならない粒界が生じるが、これらは可能な限り少ないほうが好ましい。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記第１の配管を収容する第１の管状部材と、前記第１の管状部材と前記第１の配管との間に設けられ、前記第１の配管を支持するとともに、前記第１の配管と前記第１の管状部材との間に第１の空間を形成する複数の第１の支持部材と、を備え、前記第１の空間は、真空状態であってもよい。
このように、第１の配管を収容する第１の管状部材と、第１の配管を支持し、かつ第１の配管と第１の管状部材との間に第１の空間を形成する複数の第１の支持部材と、を有するとともに、第１の空間を真空状態とすることで、第１の空間を断熱空間として利用することが可能となる。これにより、外部の熱により、冷却媒体及び複数の棒状超電導体の温度が上昇することを抑制できる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記エンドリングは、前記周方向に沿って延び、かつ前記超電導材料で形成された棒状又は円弧状の超電導体と、前記周方向に沿って延び、前記超電導体を収容するとともに、前記超電導体との間に前記第２の冷却用流路を区画する第２の配管と、を有してもよい。
このように、棒状又は円弧状とされた超電導体と、超電導体を収容するとともに、第２の冷却用流路を区画する第２の配管と、を有することで、第２の配管内を流れる冷却媒体により冷却が必要な超電導体を十分に冷却することができる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記超電導体は、ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成されており、前記複数の単結晶は、ｃ軸に対して直交するａｂ面をそれぞれ有しており、前記ａｂ面の法線は、前記周方向に対して直交して配置されていてもよい。
ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成された超電導体は、ｃ軸に対して直交するａｂ面に沿うように電流が流れる。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸）を軸線方向（超電導体の延在方向）に対して直交して配置させ、かつｃ軸が平行となることで、複数の単結晶のそれぞれのａｂ面が平行となるので、超電導体の延在方向（エンドリングの延在方向）に沿って電流を流すことができる。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸）を軸線方向（超電導体の延在方向）に対して直交して配置させ、かつｃ軸が平行となることで、複数の単結晶のそれぞれのａｂ面が平行となるので、超電導体の延在方向（エンドリングの延在方向）に沿って電流を流すことができる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記第２の配管を収容する第２の管状部材と、前記第２の管状部材と前記第２の配管との間に設けられ、前記第２の配管を支持するとともに、前記第２の配管と前記第２の管状部材との間に第２の空間を形成する複数の第２の支持部材と、を備え、前記第２の空間は、真空状態であってもよい。
このように、第２の配管を収容する第２の管状部材、及び第２の配管を支持するとともに、第２の配管と第２の管状部材との間に第２の空間を形成する複数の第２の支持部材を有するとともに、第２の空間を真空状態とすることで、第２の空間を断熱空間として利用することが可能となる。これにより、外部の熱により、冷却媒体及び超電導体の温度が上昇することを抑制できる。
また、上記本発明の一態様に係る超電導回転機械用かご型ロータにおいて、前記複数のロータバーに形成された前記第１の冷却用流路は、前記第２の冷却用流路に連通していてもよい。
このように、第１の冷却用流路と第２の冷却用流路とを連通させることで、第１及び第２の冷却用流路を流れる冷却媒体を循環させることができる。
上記課題を解決するため、本発明の一態様に係る超電導回転機械用ステータは、超電導回転機械用かご型ロータの外側に配置された筒状のヨークと、前記ヨークの内周面から該ヨークの径方向内側に突出して設けられ、該ヨークの周方向に配列された複数のティースと、互いに隣り合う前記ティース間に形成された溝と、前記ティースに巻回され、前記溝に配置されたコイルと、前記超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する前記溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる配管と、を有し、前記溝のうち、前記コイルと前記配管との間に位置する部分に配置されたスロットウェッジと、前記溝のうち、前記スロットウェッジと前記配管との間に配置されるとともに、該スロットウェッジ及び該配管が固定され、前記スロットウェッジと前記配管とを熱的に接続する冷却板と、を有し、前記冷却板の幅方向両側は、前記ティースの先端部に固定されている。
本発明によれば、ロータコア側に位置する溝の入口に配置され、冷却媒体が流れる配管を有することで、コイルから伝達される熱を冷却することが可能となる。これにより、超電導回転機械用ステータの熱が超電導回転機械用かご型ロータに伝わることを抑制できる。
さらに、このような構成とされた冷却板を有することで、溝に対する冷却板の位置が規制される。そして、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張すると、コイルがスロットウェッジに押し付けられる。このとき、冷却板の位置が変化しないため、接触熱伝導度が向上し、冷却効果を高めることができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された配管の位置を規制することができる。
さらに、このような構成とされた冷却板を有することで、溝に対する冷却板の位置が規制される。そして、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張すると、コイルがスロットウェッジに押し付けられる。このとき、冷却板の位置が変化しないため、接触熱伝導度が向上し、冷却効果を高めることができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された配管の位置を規制することができる。
このような構成とされた冷却板を有することで、溝に対する冷却板の位置が規制される。そして、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張すると、コイルがスロットウェッジに押し付けられる。このとき、冷却板の位置が変化しないため、接触熱伝導度が向上し、冷却効果を高めることができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された配管の位置を規制することができる。
また、溝に対する冷却板の位置が規制されることで、冷却板に固定された配管の位置を規制することができる。
また、本発明の一態様に係る超電導回転機械用ステータにおいて、前記溝は、該溝の底部側に位置するとともに、前記コイルが配置される第１の領域と、前記配管が配置される第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に配置され、前記第１の領域及び前記第２の領域よりも幅広形状とされた第３の領域と、を有し、前記冷却板は、前記第３の領域内に配置されるとともに、前記第１の領域及び前記第２の領域よりも幅広形状であってもよい。
このような構成とすることで、コイルに電流が流れてコイルが熱膨張した際、熱膨張したコイルにより、冷却板が第３の領域を区画するティースの先端部に押し付けられる。これにより、接触熱伝導度が向上するため、ティースの先端部の冷却効果を高めることができる。
本発明によれば、超電導材料で形成された部材全体を十分に冷却することができる。
以下、図面を参照して本発明を適用した実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１を参照して、第１の実施形態の超電導回転機械１０の概略構成について説明する。図１において、Ａｘはシャフト３５の軸線（以下、「軸線Ａｘ」という）、Ｄｃはシャフト３５、エンドリング４５，４６、及びヨーク９１の周方向（以下、「周方向Ｄｃ」という）、Ｘは軸線Ａｘが延在する方向（以下、「軸線方向Ｘ」という）をそれぞれ示している。
また、図１に示す点線の矢印は、超電導回転機械１０内を流れる冷却媒体の移動経路を模式的に示している。
図１を参照して、第１の実施形態の超電導回転機械１０の概略構成について説明する。図１において、Ａｘはシャフト３５の軸線（以下、「軸線Ａｘ」という）、Ｄｃはシャフト３５、エンドリング４５，４６、及びヨーク９１の周方向（以下、「周方向Ｄｃ」という）、Ｘは軸線Ａｘが延在する方向（以下、「軸線方向Ｘ」という）をそれぞれ示している。
また、図１に示す点線の矢印は、超電導回転機械１０内を流れる冷却媒体の移動経路を模式的に示している。
超電導回転機械１０は、架台１１，１２と、軸受１３，１４と、超電導回転機械用かご型ロータ１６と、ケーシング１８と、超電導回転機械用ステータ２１と、ロータリージョイント２３と、冷凍機２５−１，２５−２と、第１の供給ライン２６と、第１の回収ライン２７と、第２の供給ライン２８と、第２の回収ライン２９と、を有する。
架台１１は、軸受１３を支持する台であり、床面１ａの上方に延出している。架台１２は、軸受１４を支持する台であり、床面１ａの上方に延出している。架台１１，１２は、軸線方向Ｘにおいて離間した状態で、対向配置されている。
軸受１３は、架台１１の上面１１ａに配置されている。軸受１４は、架台１２の上面１２ａに配置されている。
超電導回転機械用かご型ロータ１６は、シャフト３５と、ロータコア３７と、かご型回転子４０と、を有する。
シャフト３５は、一方の端部３５Ａが軸受１３により回転可能な状態で支持されており、他方の端部３５Ｂが軸受１４により回転可能な状態で支持されている。シャフト３５は、後述するロータコア３７に形成された貫通部３７Ｂに配置されている。シャフト３５は、軸線方向Ｘに延びており、軸線Ａｘ回り（周方向Ｄｃ）に回転する。
シャフト３５の内部には、冷却媒体供給経路３５Ｃと、冷却媒体回収経路３５Ｄと、が形成されている。
冷却媒体供給経路３５Ｃの入口側は、ロータリージョイント２３と接続されている。冷却媒体供給経路３５Ｃの出口側は、かご型回転子４０を構成するエンドリング４５と接続されている。
冷却媒体供給経路３５Ｃは、ロータリージョイント２３を介して、冷凍機２５−２から供給される冷却媒体を一方のエンドリング４５内に導くための経路である。
冷却媒体供給経路３５Ｃの入口側は、ロータリージョイント２３と接続されている。冷却媒体供給経路３５Ｃの出口側は、かご型回転子４０を構成するエンドリング４５と接続されている。
冷却媒体供給経路３５Ｃは、ロータリージョイント２３を介して、冷凍機２５−２から供給される冷却媒体を一方のエンドリング４５内に導くための経路である。
冷却媒体回収経路３５Ｄの入口側は、かご型回転子４０を構成するエンドリング４６と接続されている。冷却媒体回収経路３５Ｄの出口側は、ロータリージョイント２３と接続されている。
冷却媒体回収経路３５Ｄは、エンドリング４５，４６、及びかご型回転子４０を構成する複数のロータバー４３を通過した冷却媒体を、ロータリージョイント２３を介して、冷凍機２５−１に戻すための経路である。
冷却媒体回収経路３５Ｄは、エンドリング４５，４６、及びかご型回転子４０を構成する複数のロータバー４３を通過した冷却媒体を、ロータリージョイント２３を介して、冷凍機２５−１に戻すための経路である。
図１〜図３を参照して、ロータコア３７について説明する。図１〜図３において、同一構成部分には、同一符号を付す。
ロータコア３７は、シャフト３５の外周側にシャフト３５と一体に設けられている。ロータコア３７は、軸線方向Ｘに延在する円筒状の部材である。
ロータコア３７には、複数の挿入孔３７Ａと、貫通部３７Ｂと、が形成されている。
複数の挿入孔３７Ａは、ロータコア３７の外周部に形成されている。複数の挿入孔３７Ａは、間隔を空けて周方向Ｄｃに配置されている。複数の挿入孔３７Ａは、軸線方向Ｘにロータコア３７を貫通するように形成されている。
貫通部３７Ｂは、ロータコア３７の中央部を軸線方向Ｘに貫通するように形成されている。
ロータコア３７は、例えば、軸線方向Ｘに複数の電磁鋼板を積層して構成することが可能である。
ロータコア３７は、シャフト３５の外周側にシャフト３５と一体に設けられている。ロータコア３７は、軸線方向Ｘに延在する円筒状の部材である。
ロータコア３７には、複数の挿入孔３７Ａと、貫通部３７Ｂと、が形成されている。
複数の挿入孔３７Ａは、ロータコア３７の外周部に形成されている。複数の挿入孔３７Ａは、間隔を空けて周方向Ｄｃに配置されている。複数の挿入孔３７Ａは、軸線方向Ｘにロータコア３７を貫通するように形成されている。
貫通部３７Ｂは、ロータコア３７の中央部を軸線方向Ｘに貫通するように形成されている。
ロータコア３７は、例えば、軸線方向Ｘに複数の電磁鋼板を積層して構成することが可能である。
図１〜図４を参照して、かご型回転子４０について説明する。図１〜図４において、同一構成部分には、同一符号を付す。
なお、第１の実施形態では、一例として、ロータバー４３の延在方向が軸線方向Ｘと同じ方向である場合を例に挙げて以下の説明を行う。
かご型回転子４０は、エンドリング４５，４６（一対のエンドリング）と、複数のロータバー４３と、を有する。
エンドリング４５，４６は、ロータコア３７を介して、軸線方向Ｘにおいて対向配置されている。エンドリング４５は、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の一端を支持している。エンドリング４６は、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の他端を支持している。
複数のロータバー４３は、それぞれ挿入孔３７Ａに挿入されている。これにより、複数のロータバー４３は、軸線方向Ｘに延在した状態で、かつ周方向Ｄｃに間隔を空けた状態で配置されている。
この状態において、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の両端部は、それぞれロータコア３７から突出している。
上記構成とされたかご型回転子４０は、複数のロータバー４３が軸線方向Ｘに延びることで、軸線方向の電流を強くしている。
なお、第１の実施形態では、一例として、ロータバー４３の延在方向が軸線方向Ｘと同じ方向である場合を例に挙げて以下の説明を行う。
かご型回転子４０は、エンドリング４５，４６（一対のエンドリング）と、複数のロータバー４３と、を有する。
エンドリング４５，４６は、ロータコア３７を介して、軸線方向Ｘにおいて対向配置されている。エンドリング４５は、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の一端を支持している。エンドリング４６は、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の他端を支持している。
複数のロータバー４３は、それぞれ挿入孔３７Ａに挿入されている。これにより、複数のロータバー４３は、軸線方向Ｘに延在した状態で、かつ周方向Ｄｃに間隔を空けた状態で配置されている。
この状態において、軸線方向Ｘにおける複数のロータバー４３の両端部は、それぞれロータコア３７から突出している。
上記構成とされたかご型回転子４０は、複数のロータバー４３が軸線方向Ｘに延びることで、軸線方向の電流を強くしている。
図１、図４、及び図５〜図７を参照して、ロータバー４３の具体的な構成について説明する。図１〜図７において、同一構成部分には、同一符号を付す。図５では、図を見やすくする観点から、第１の冷却用流路５４，５５を流れる冷却媒体の図示を省略する。
図６において、Ｂはａｂ面５１ａに対して直交するｃ軸（以下、「ｃ軸Ｂ」という）、Ｅはｃ軸Ｂに対して直交する仮想平面（以下、「平面Ｅ」という）、Ｙ方向はｃ軸Ｂが延びる方向をそれぞれ示している。
図７では、軸線方向Ｘに配置された一部の単結晶のみを図示している。図７において、Ｆはａ軸（以下、「ａ軸Ｆ」という）、Ｇはｂ軸（以下、「ｂ軸Ｇ」という）、Ｉは結晶粒界（以下、「結晶粒界Ｉ」という）、Ｊは接合部（以下、「接合部Ｊ」という）をそれぞれ示している。
なお、接合部Ｊは、製造の都合で長さが不足する棒状超電導体５１を延長して、必要な長さとするときに、棒状超電導体５１の延在方向に棒状超電導体５１を接合するときに形成される接合部である。
図６において、Ｂはａｂ面５１ａに対して直交するｃ軸（以下、「ｃ軸Ｂ」という）、Ｅはｃ軸Ｂに対して直交する仮想平面（以下、「平面Ｅ」という）、Ｙ方向はｃ軸Ｂが延びる方向をそれぞれ示している。
図７では、軸線方向Ｘに配置された一部の単結晶のみを図示している。図７において、Ｆはａ軸（以下、「ａ軸Ｆ」という）、Ｇはｂ軸（以下、「ｂ軸Ｇ」という）、Ｉは結晶粒界（以下、「結晶粒界Ｉ」という）、Ｊは接合部（以下、「接合部Ｊ」という）をそれぞれ示している。
なお、接合部Ｊは、製造の都合で長さが不足する棒状超電導体５１を延長して、必要な長さとするときに、棒状超電導体５１の延在方向に棒状超電導体５１を接合するときに形成される接合部である。
ロータバー４３は、複数の棒状超電導体５１と、保護膜５２と、第１の配管５３と、第１の冷却用流路５４，５５と、第１の管状部材５６と、複数の第１の支持部材５７と、第１の空間５９と、を有する。
複数の棒状超電導体５１は、超電導材料で形成されている。棒状超電導体５１は、ｃ軸Ｂの方向（ｃ軸方向）が平行な複数の単結晶からなる単結晶のバルク材（市販のテープ材を積層させたものでもよい）を用いて形成されている。複数の棒状超電導体５１は、ロータバー４３の延在方向と同じ方向に延在するとともに、互いに隣り合う棒状超電導体５１と接合された状態で第１の配管５３内に収容されている。
棒状超電導体５１は、複数の単結晶５１Ａと、互いに隣り合う単結晶５１Ａ間に形成された結晶粒界Ｉと、を有する。複数の単結晶５１Ａは、それぞれａ軸Ｆ及びｂ軸Ｇを有する。このａ軸Ｆ及びｂ軸Ｇは、ａｂ面５１ａ，５１ｂを形成している。
ａ軸Ｆの延在方向、及びｂ軸Ｇの延在方向は、複数の単結晶５１Ａ毎に異なっていてもよい。ａｂ面５１ａ，５１ｂは、ｃ軸Ｂに対して直交する面である。ａｂ面５１ｂは、ａｂ面５１ａの反対側に配置されている。ａｂ面５１ａ，５１ｂの各法線は、棒状超電導体５１の延在方向に対して直交するように配置されている。
複数の棒状超電導体５１は、ａｂ面５１ｂとａｂ面５１ａとが対向するように積み重ねられて配置されている。
ａ軸Ｆの延在方向、及びｂ軸Ｇの延在方向は、複数の単結晶５１Ａ毎に異なっていてもよい。ａｂ面５１ａ，５１ｂは、ｃ軸Ｂに対して直交する面である。ａｂ面５１ｂは、ａｂ面５１ａの反対側に配置されている。ａｂ面５１ａ，５１ｂの各法線は、棒状超電導体５１の延在方向に対して直交するように配置されている。
複数の棒状超電導体５１は、ａｂ面５１ｂとａｂ面５１ａとが対向するように積み重ねられて配置されている。
上述したように、棒状超電導体５１は、ｃ軸Ｂの方向が平行な複数の単結晶５１Ａからなるバルク材を用いて形成されている。このため、棒状超電導体５１では、ｃ軸Ｂに対して直交するａｂ面に沿うように電流が流れる。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸Ｂ）を軸線方向Ｘ（軸線Ａｘ）に対して直交して配置させ、かつｃ軸Ｂが平行となることで、複数の単結晶５１Ａのそれぞれのａｂ面５１ａ，５１ｂが平行となるので、棒状超電導体５１の延在方向（ロータバー４３の延在方向）に沿って電流を流すことができる。
なお、棒状超電導体５１の製造時や接合時において、互いに隣り合う単結晶５１Ａ同士の間には単結晶とならない粒界が生じるが、これらは可能な限り少ないほうが好ましい。
したがって、ａｂ面の法線（ｃ軸Ｂ）を軸線方向Ｘ（軸線Ａｘ）に対して直交して配置させ、かつｃ軸Ｂが平行となることで、複数の単結晶５１Ａのそれぞれのａｂ面５１ａ，５１ｂが平行となるので、棒状超電導体５１の延在方向（ロータバー４３の延在方向）に沿って電流を流すことができる。
なお、棒状超電導体５１の製造時や接合時において、互いに隣り合う単結晶５１Ａ同士の間には単結晶とならない粒界が生じるが、これらは可能な限り少ないほうが好ましい。
保護膜５２は、棒状超電導体５１の表面５１ｃ（ａｂ面５１ａ，５１ｂを含む面）を覆うように設けられている。保護膜５２としては、例えば、銀膜を用いることが可能である。
このように、棒状超電導体５１の表面５１ｃを覆う保護膜５２を設けることにより、第１の配管５３内を流れる冷却媒体や冷却冷媒が無くなった場合の雰囲気ガスから棒状超電導体５１を保護するための膜である。
このように、棒状超電導体５１の表面５１ｃを覆う保護膜５２を設けることにより、第１の配管５３内を流れる冷却媒体や冷却冷媒が無くなった場合の雰囲気ガスから棒状超電導体５１を保護するための膜である。
表面５１ｃに保護膜５２が形成され、かつ積み重ねられた棒状超電導体５１の間には、冷却媒体が流れる第１の冷却用流路５４が形成されている。第１の冷却用流路５４は、ロータバーの延在方向に沿って冷却媒体を流通させる。
ところで、ａｂ面５１ａ，５１ｂの加工する場合、aｂ面５１ａ，５１ｂには、それぞれ凹凸が形成されてしまう。つまり、ａｂ面５１ａ，５１ｂは、凹凸面となってしまう。
そして、ａｂ面５１ａ，５１ｂに形成される保護膜５２は、凹凸面に沿うように形成される。よって、保護膜５２が形成されたａｂ面５１ａと保護膜５２が形成されたａｂ面５１ｂとが接触する部分には、隙間が形成されている。この隙間も冷却媒体が流れる第１の冷却用流路５４として機能する。
そして、ａｂ面５１ａ，５１ｂに形成される保護膜５２は、凹凸面に沿うように形成される。よって、保護膜５２が形成されたａｂ面５１ａと保護膜５２が形成されたａｂ面５１ｂとが接触する部分には、隙間が形成されている。この隙間も冷却媒体が流れる第１の冷却用流路５４として機能する。
第１の配管５３は、ロータバー４３の延在方向に沿って延びるとともに、保護膜５２が形成された複数の棒状超電導体５１を収容している。第１の配管５３は、保護膜５２が形成された複数の棒状超電導体５１との間に、冷却媒体が流れる第１の冷却用流路５５を区画している。第１の冷却用流路５５は、ロータバーの延在方向に沿って冷却媒体を流通させる。
第１の配管５３は、例えば、外部に熱を伝えにくく、かつ冷却媒体に対する耐性の高い材料で形成することが好ましい。
第１の配管５３は、例えば、外部に熱を伝えにくく、かつ冷却媒体に対する耐性の高い材料で形成することが好ましい。
上述した複数の棒状超電導体５１、及び第１の配管５３を有することで、第１の配管５３内を流れる冷却媒体により冷却が必要な複数の棒状超電導体５１を十分に冷却することができる。
また、超電導体を複数の棒状とすることで、複数の棒状超電導体５１の外面が冷却媒体と接触するため、１本の棒状超電導体を用いる場合と比較して、冷却効率を高めることができる。
また、超電導体を複数の棒状とすることで、複数の棒状超電導体５１の外面が冷却媒体と接触するため、１本の棒状超電導体を用いる場合と比較して、冷却効率を高めることができる。
冷却媒体は、保護膜５２を介して、複数の棒状超電導体５１を冷却する。冷却媒体としては、例えば、液体窒素や液体ヘリウム等を用いることが可能である。
第１の管状部材５６は、第１の配管５３の外側に設けられている。第１の管状部材５６は、第１の配管５３から離間した状態で、第１の配管５３を収容している。
第１の管状部材５６は、例えば、外部に熱を伝えにくい材料で形成することが好ましい。
第１の管状部材５６は、例えば、外部に熱を伝えにくい材料で形成することが好ましい。
第１の支持部材５７は、第１の配管５３と第１の管状部材５６とを接続するように、第１の配管５３の周囲に複数設けられている。
第１の支持部材５７は、第１の配管５３と第１の管状部材５６とが接触しない状態で、第１の配管５３を支持するとともに、第１の配管５３と第１の管状部材５６との間に第１の空間５９を区画している。第１の空間５９は、真空状態とされている。
第１の支持部材５７は、第１の配管５３と第１の管状部材５６とが接触しない状態で、第１の配管５３を支持するとともに、第１の配管５３と第１の管状部材５６との間に第１の空間５９を区画している。第１の空間５９は、真空状態とされている。
このように、第１の配管５３を収容する第１の管状部材５６と、第１の配管５３を支持し、かつ第１の配管５３と第１の管状部材５６との間に第１の空間５９を形成する複数の第１の支持部材５７と、を有するとともに、第１の空間５９を真空状態とすることで、第１の空間５９を断熱空間として利用することが可能となる。
これにより、外部の熱により、冷却媒体及び複数の棒状超電導体５１の温度が上昇することを抑制できる。
これにより、外部の熱により、冷却媒体及び複数の棒状超電導体５１の温度が上昇することを抑制できる。
次に、図１、図７、及び図８を参照して、エンドリング４５について説明する。図４では、図を見やすくする観点から、第２の冷却用流路７４，７５を流れる冷却媒体の図示を省略する。
エンドリング４５は、エンドリング本体６３と、スポーク６４と、を有する。
エンドリング本体６３は、環状の部材である。エンドリング本体６３は、軸線方向Ｘに配置され、かつ軸受１３側に配置された複数のロータバー４３の端部と接続されている。
エンドリング本体６３は、実際には製造の都合上、ロータバー４３の端部と接続された位置を頂点とするリング状の多角形となる。この場合、該多角形の頂点間は、棒状又は円弧状とされた第２の管状部材７６で接続されている。
なお、図２及び図４では、エンドリング本体６３の形状を模式的に内周及び外周が円形とされたリング形状として図示している。
エンドリング本体６３は、環状の部材である。エンドリング本体６３は、軸線方向Ｘに配置され、かつ軸受１３側に配置された複数のロータバー４３の端部と接続されている。
エンドリング本体６３は、実際には製造の都合上、ロータバー４３の端部と接続された位置を頂点とするリング状の多角形となる。この場合、該多角形の頂点間は、棒状又は円弧状とされた第２の管状部材７６で接続されている。
なお、図２及び図４では、エンドリング本体６３の形状を模式的に内周及び外周が円形とされたリング形状として図示している。
エンドリング本体６３は、棒状又は円弧状とされた超電導体７１と、保護膜５２と、第２の配管７３と、第２の冷却用流路７５と、第２の管状部材７６と、複数の第２の支持部材７７と、第２の空間７９と、を有する。
超電導体７１は、第２の配管７３内に収容されている。超電導体７１は、棒状超電導体５１と同様にｃ軸Ｂの方向が平行な複数の単結晶５１Ａ（図６及び図７参照）からなるバルク材（超電導材料）を用いて形成されている。超電導体７１は、ａｂ面７１ａと、ａｂ面の反対側に配置されたａｂ面７１ｂと、を有する。
複数の単結晶５１Ａが有するａ軸Ｆ及びｂ軸Ｇは、ａｂ面７１ａ，７１ｂを形成している。
超電導体７１は、周方向Ｄｃに沿って延在している。超電導体７１は、ａｂ面７１ａ，７１ｂの法線が超電導体７１の延在方向に対して直交するように配置されている。超電導体７１の断面形状は、例えば、四角形とすることが可能である。
複数の単結晶５１Ａが有するａ軸Ｆ及びｂ軸Ｇは、ａｂ面７１ａ，７１ｂを形成している。
超電導体７１は、周方向Ｄｃに沿って延在している。超電導体７１は、ａｂ面７１ａ，７１ｂの法線が超電導体７１の延在方向に対して直交するように配置されている。超電導体７１の断面形状は、例えば、四角形とすることが可能である。
保護膜５２は、超電導体７１の表面７１ｃ（ａｂ面７１ａ，７１ｂを含む面）を覆うように設けられている。
第２の配管７３は、エンドリング本体６３の延在方向に沿って延びるとともに、保護膜５２が形成された超電導体７１を収容している。第２の配管７３は、保護膜５２が形成された超電導体７１との間に、冷却媒体が流れる第２の冷却用流路７５を区画している。第２の冷却用流路７５は、エンドリング本体６３の延在方向（周方向Ｄｃ）に沿って冷却媒体を流通させる。
第２の配管７３は、例えば、外部に熱を伝えにくく、かつ冷却媒体に対する耐性の高い材料で形成することが好ましい。
第２の配管７３は、例えば、外部に熱を伝えにくく、かつ冷却媒体に対する耐性の高い材料で形成することが好ましい。
上述した超電導体７１、及び第２の配管７３を有することで、第２の配管７３内を流れる冷却媒体により冷却が必要な超電導体７１を十分に冷却することができる。
上記第２の冷却用流路７５は、例えば、複数の棒状超電導体５１に形成された第１の冷却用流路５４，５５と連通するように構成してもよい。つまり、第２の配管７３と図２に示す第１の配管５３とが連通する構造としてもよい。
このように、第１の冷却用流路５４，５５と第２の冷却用流路７５とを連通させることで、第１の冷却用流路５４，５５及び第２の冷却用流路７５を流れる冷却媒体を循環させることができる。
第２の管状部材７６は、第２の配管７３の外側に設けられている。第２の管状部材７６は、第２の配管７３から離間した状態で、第２の配管７３を収容している。
第２の管状部材７６は、例えば、外部に熱を伝えにくい材料で形成することが好ましい。
第２の管状部材７６は、例えば、外部に熱を伝えにくい材料で形成することが好ましい。
第２の支持部材７７は、第２の配管７３と第２の管状部材７６とを接続するように、第２の配管７３の周囲に複数設けられている。
第２の支持部材７７は、第２の配管７３と第２の管状部材７６とが接触しない状態で、第２の配管７３を支持するとともに、第２の配管７３と第２の管状部材７６との間に第２の空間７９を区画している。第２の空間７９は、真空状態とされている。
第２の支持部材７７は、第２の配管７３と第２の管状部材７６とが接触しない状態で、第２の配管７３を支持するとともに、第２の配管７３と第２の管状部材７６との間に第２の空間７９を区画している。第２の空間７９は、真空状態とされている。
このような構成とされた第２の管状部材７６、及び複数の第２の支持部材７７を有するとともに、第２の空間７９を真空状態とすることで、第２の空間７９を断熱空間として利用することが可能となる。
これにより、外部の熱により、冷却媒体及び超電導体７１の温度が上昇することを抑制できる。
これにより、外部の熱により、冷却媒体及び超電導体７１の温度が上昇することを抑制できる。
スポーク６４は、エンドリング本体６３の内側に設けられている。スポーク６４は、エンドリング本体６３の径方向内側に延出している。スポーク６４は、シャフト３５とエンドリング本体６３とを接続している。スポーク６４は、例えば、十字状に配置させることが可能である。
スポーク６４には、エンドリング本体６３に形成された第２の冷却用流路７５とシャフト３５に形成された冷却媒体供給経路３５Ｃとを連通させる流路（図示せず）が形成されている。
これにより、冷却媒体供給経路３５Ｃ内を流れる冷却媒体は、スポーク６４に形成された流路を介して、エンドリング本体６３に形成された第２の冷却用流路７５に供給される。
これにより、冷却媒体供給経路３５Ｃ内を流れる冷却媒体は、スポーク６４に形成された流路を介して、エンドリング本体６３に形成された第２の冷却用流路７５に供給される。
エンドリング本体６３内に供給された冷却媒体は、超電導体７１を冷却する。超電導体７１を冷却した冷却媒体は、複数のロータバー４３内に形成された第１の冷却用流路５４，５５を流れることで、超電導体７１を冷却する。
次に、エンドリング４６について説明する。
エンドリング４６は、軸線方向Ｘにおいてエンドリング４５と対向するように配置されている。エンドリング４６は、エンドリング本体８３と、スポーク８４と、を有する。
エンドリング４６は、軸線方向Ｘにおいてエンドリング４５と対向するように配置されている。エンドリング４６は、エンドリング本体８３と、スポーク８４と、を有する。
エンドリング本体８３は、環状の部材であり、先に説明したエンドリング本体６３と同様な構成とされている。つまり、エンドリング本体８３は、図４に示す超電導体７１、保護膜５２、第２の配管７３、第２の冷却用流路７５、第２の管状部材７６、複数の第２の支持部材７７、及び第２の空間７９を有した構成とされている。
エンドリング本体８３は、軸線方向Ｘに配置され、かつ軸受１４側に配置された複数のロータバー４３の端部と接続されている。
エンドリング本体８３に形成された第２の冷却用流路７５は、複数のロータバー４３に形成された第１の冷却用流路５４，５５に連通している。これにより、第１の冷却用流路５４，５５を経由した冷却媒体は、エンドリング本体８３に形成された第２の冷却用流路７５内に供給される。
エンドリング本体８３に形成された第２の冷却用流路７５は、複数のロータバー４３に形成された第１の冷却用流路５４，５５に連通している。これにより、第１の冷却用流路５４，５５を経由した冷却媒体は、エンドリング本体８３に形成された第２の冷却用流路７５内に供給される。
このような構成とすることで、第１の冷却用流路５４，５５を経由した冷却媒体を用いて、エンドリング本体８３を構成する超電導体７１を冷却することが可能となる。
スポーク８４は、エンドリング本体８３の内側に設けられている。スポーク８４は、エンドリング本体８３の径方向内側に延出している。スポーク８４は、シャフト３５とエンドリング本体８３とを接続している。
スポーク８４には、エンドリング本体８３に形成された第２の冷却用流路７５とシャフト３５に形成された冷却媒体回収経路３５Ｄとを連通させる流路（図示せず）が形成されている。
これにより、エンドリング本体８３を構成する超電導体７１の冷却に寄与した冷却媒体は、冷却媒体回収経路３５Ｄ内に導入される。
これにより、エンドリング本体８３を構成する超電導体７１の冷却に寄与した冷却媒体は、冷却媒体回収経路３５Ｄ内に導入される。
次に、図１及び図５を参照して、超電導回転機械用ステータ２１について説明する。
超電導回転機械用ステータ２１は、超電導回転機械用かご型ロータ１６の外側に隙間を介在させた状態で配置されている。
超電導回転機械用ステータ２１は、ヨーク９１と、ティース９２と、溝９４と、コイル９６と、マイカテープ９８と、スロットウェッジ１０１と、第３の配管１０３と、を有する。
超電導回転機械用ステータ２１は、超電導回転機械用かご型ロータ１６の外側に隙間を介在させた状態で配置されている。
超電導回転機械用ステータ２１は、ヨーク９１と、ティース９２と、溝９４と、コイル９６と、マイカテープ９８と、スロットウェッジ１０１と、第３の配管１０３と、を有する。
ヨーク９１は、筒状とされており、ケーシング１８の内周面に固定されている。ヨーク９１は、ロータコア３７の外側に配置されている。
ティース９２は、ヨーク９１の内側からヨーク９１の径方向内側に突出して設けられている。ティース９２は、ヨーク９１の周方向に間隔を空けて複数配列されている。複数のティース９２は、それぞれ軸線方向Ｘに延在している。
複数のティース９２の先端面９２ａと超電導回転機械用かご型ロータ１６との間には、隙間が形成されている。
ティース９２は、ヨーク９１の内側からヨーク９１の径方向内側に突出して設けられている。ティース９２は、ヨーク９１の周方向に間隔を空けて複数配列されている。複数のティース９２は、それぞれ軸線方向Ｘに延在している。
複数のティース９２の先端面９２ａと超電導回転機械用かご型ロータ１６との間には、隙間が形成されている。
溝９４は、周方向Ｄｃにおいて互いに隣り合う２つのティース９２間に形成されている。溝９４は、軸線方向Ｘに延在している。溝９４は、ヨーク９１の周方向に複数形成されている。
溝９４は、第１の領域９４Ａと、第２の領域９４Ｂと、第３の領域９４Ｃと、を有する。
第１の領域９４Ａは、溝９４のうち、溝９４の底部側に位置する領域である。第１の領域９４Ａは、ティース９２に巻回されたコイル９６が配置される領域である。
第２の領域９４Ｂは、溝９４のうち、溝９４の入口側に位置する領域である。第２の領域９４Ｂは、第３の配管１０３が配置される領域である。
第１の領域９４Ａは、溝９４のうち、溝９４の底部側に位置する領域である。第１の領域９４Ａは、ティース９２に巻回されたコイル９６が配置される領域である。
第２の領域９４Ｂは、溝９４のうち、溝９４の入口側に位置する領域である。第２の領域９４Ｂは、第３の配管１０３が配置される領域である。
第３の領域９４Ｃは、溝９４のうち、第１の領域９４Ａと第２の領域９４Ｂとの間に配置された領域である。第３の領域９４Ｃは、スロットウェッジ１０１が配置される領域である。
第３の領域９４Ｃは、第１の領域９４Ａ及び第２の領域９４Ｂよりも幅広形状とされている。
第３の領域９４Ｃは、第１の領域９４Ａ及び第２の領域９４Ｂよりも幅広形状とされている。
コイル９６は、ティース９２に巻回された銅バー１０５で構成されている。コイル９６の一部は、溝９４の第１の領域９４Ａに配置されている。
なお、図５では、一例として、２つのコイル９６を溝９４に配置させた場合を例に挙げて図示したが、コイル９６の数、及びコイル９６の配置のさせ方は、図５に限定されない。
なお、図５では、一例として、２つのコイル９６を溝９４に配置させた場合を例に挙げて図示したが、コイル９６の数、及びコイル９６の配置のさせ方は、図５に限定されない。
マイカテープ９８は、絶縁テープであり、各コイル９６の外面を覆うように配置されている。
スロットウェッジ１０１は、コイル９６を第１の領域９４Ａ内に留めておくための絶縁部材である。スロットウェッジ１０１は、第３の領域９４Ｃに配置されている。
スロットウェッジ１０１は、超電導回転機械用かご型ロータ１６と対向する面１０１ａを有する。面１０１ａは、平面とされている。
スロットウェッジ１０１は、コイル９６を第１の領域９４Ａ内に留めておくための絶縁部材である。スロットウェッジ１０１は、第３の領域９４Ｃに配置されている。
スロットウェッジ１０１は、超電導回転機械用かご型ロータ１６と対向する面１０１ａを有する。面１０１ａは、平面とされている。
第３の配管１０３は、溝９４の第２の領域９４Ｂに配置されている。第３の配管１０３は、スロットウェッジ１０１の面１０１ａに固定されている。第３の配管１０３の幅方向両側（軸線方向Ｘと直交する方向に配置された第３の配管１０３の両側）は、ティース９２の先端部９２Ａから離間している。
第３の配管１０３と超電導回転機械用かご型ロータ１６との間には、隙間が形成されている。第３の配管１０３内には、冷凍機２５−１から供給された冷却媒体Ｒｅが流れる。
第３の配管１０３と超電導回転機械用かご型ロータ１６との間には、隙間が形成されている。第３の配管１０３内には、冷凍機２５−１から供給された冷却媒体Ｒｅが流れる。
第３の配管１０３は、超電導回転機械用ステータ２１に形成された複数の溝９４の第２の領域９４Ｂにそれぞれ配置されている。複数の第３の配管１０３の軸線方向Ｘの軸受１３側の端部（一方の端部）は、図示していない第１の連結管により連結されている。
また、複数の第３の配管１０３の軸線方向Ｘの軸受１４側の端部（他方の端部）は、図示していない第２の連結管により連結されている。
第３の配管１０３は、例えば、円筒状の配管を押し潰すことで形成することが可能である。
また、複数の第３の配管１０３の軸線方向Ｘの軸受１４側の端部（他方の端部）は、図示していない第２の連結管により連結されている。
第３の配管１０３は、例えば、円筒状の配管を押し潰すことで形成することが可能である。
このように、超電導回転機械用かご型ロータ１６側に位置する溝９４の入口側（第２の領域９４Ｂ）に配置され、冷却媒体Ｒｅが流れる第３の配管１０３を有することで、コイル９６から伝達される熱を冷却することが可能となる。これにより、超電導回転機械用ステータ２１の熱が超電導回転機械用かご型ロータ１６に伝わることを抑制できる。
また、第３の配管１０３の近傍に配置され、高温になりやすいティース９２の先端部９２Ａを間接的に冷却することができる。
また、超電導回転機械用かご型ロータ１６と対向するスロットウェッジ１０１の面１０１ａに第３の配管１０３を固定することで、溝９４の第２の領域９４Ｂに対する第３の配管１０３の位置を規制できるとともに、スロットウェッジ１０１を介して伝達される熱を冷却することができる。
図１を参照するに、ロータリージョイント２３は、シャフト３５の外側に設けられている。ロータリージョイント２３は、一部がケーシングの外側に配置されている。
ロータリージョイント２３は、冷却媒体供給経路（図示せず）と、冷却媒体回収経路（図示せず）と、導入口２３Ａと、導出口２３Ｂと、を有する。
ロータリージョイント２３は、冷却媒体供給経路（図示せず）と、冷却媒体回収経路（図示せず）と、導入口２３Ａと、導出口２３Ｂと、を有する。
冷却媒体供給経路（図示せず）は、一方の端部が導入口２３Ａと接続されており、他方の端部が冷却媒体供給経路３５Ｃと接続されている。冷却媒体供給経路は、導入口２３Ａを介して、冷凍機２５−１から供給される冷却媒体を冷却媒体供給経路３５Ｃに導くための経路である。
冷却媒体回収経路（図示せず）は、一方の端部が冷却媒体回収経路３５Ｄと接続されており、他方の端部が導出口２３Ｂと接続されている。冷却媒体回収経路は、導出口２３Ｂを介して、かご型回転子４０から冷却媒体を回収するための経路である。
冷凍機２５−１，２５−２は、床面１ａ上にそれぞれ配置されている。冷凍機２５−１，２５−２は、異なる温度の冷媒を供給する。
冷凍機２５−１は、導出口２５Ａと、導入口２５Ｄと、を有する。冷凍機２５−２は、導出口２５Ｂと、導入口２５Ｃと、を有する。
冷凍機２５−１は、かご型回転子４０に冷却媒体を供給する。冷凍機２５−１は、かご型回転子４０から回収した冷却媒体を冷却し、再度、かご型回転子４０に供給する。
冷凍機２５−２は、超電導回転機械用ステータ２１に冷却媒体Ｒｅを供給する。冷凍機２５−２は、超電導回転機械用ステータ２１から回収した冷却媒体Ｒｅを冷却し、再度、超電導回転機械用ステータ２１に供給する。
冷凍機２５−１は、導出口２５Ａと、導入口２５Ｄと、を有する。冷凍機２５−２は、導出口２５Ｂと、導入口２５Ｃと、を有する。
冷凍機２５−１は、かご型回転子４０に冷却媒体を供給する。冷凍機２５−１は、かご型回転子４０から回収した冷却媒体を冷却し、再度、かご型回転子４０に供給する。
冷凍機２５−２は、超電導回転機械用ステータ２１に冷却媒体Ｒｅを供給する。冷凍機２５−２は、超電導回転機械用ステータ２１から回収した冷却媒体Ｒｅを冷却し、再度、超電導回転機械用ステータ２１に供給する。
第１の供給ライン２６は、一端が導出口２５Ａと接続されており、他端が導入口２３Ａと接続されている。第１の供給ライン２６は、冷凍機２５−１が冷却した冷却媒体をロータリージョイント２３に供給する。
第１の回収ライン２７は、一端が導出口２３Ｂと接続されており、他端が導入口２５Ｄと接続されている。第１の回収ライン２７は、かご型回転子４０を構成する複数の棒状超電導体５１、及び超電導体７１の冷却に寄与した冷却媒体を冷凍機２５−１内に回収する。
第１の回収ライン２７は、一端が導出口２３Ｂと接続されており、他端が導入口２５Ｄと接続されている。第１の回収ライン２７は、かご型回転子４０を構成する複数の棒状超電導体５１、及び超電導体７１の冷却に寄与した冷却媒体を冷凍機２５−１内に回収する。
第２の供給ライン２８は、一端が導出口２５Ｂと接続されており、他端が複数の第３の配管１０３を連結する第１の連結管（図示せず）と接続されている。第２の供給ライン２８は、冷凍機２５−２が冷却した冷却媒体を複数の第３の配管１０３に供給する。
第２の回収ライン２９は、一端が複数の第３の配管１０３を連結する第２の連結管（図示せず）と接続されており、他端が導入口２５Ｃと接続されている。第２の回収ライン２９は、超電導回転機械用ステータ２１の冷却に寄与した冷却媒体を冷凍機２５−２内に回収する。
第２の回収ライン２９は、一端が複数の第３の配管１０３を連結する第２の連結管（図示せず）と接続されており、他端が導入口２５Ｃと接続されている。第２の回収ライン２９は、超電導回転機械用ステータ２１の冷却に寄与した冷却媒体を冷凍機２５−２内に回収する。
第１の実施形態の超電導回転機械用かご型ロータ１６によれば、複数のロータバー４３がそれぞれの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第１の冷却用流路５４，５５を有することで、冷却媒体により複数のロータバー４３全体を冷却することが可能となる。
また、一対のエンドリング４５，４６がそれぞれの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第２の冷却用流路７５を有することで、冷却媒体により一対のエンドリング４５，４６全体を冷却することが可能となる。
したがって、超電導材料で形成された複数のロータバー４３及び一対のエンドリング４５，４６を有するかご型回転子４０全体を十分に冷却することができる。
また、一対のエンドリング４５，４６がそれぞれの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第２の冷却用流路７５を有することで、冷却媒体により一対のエンドリング４５，４６全体を冷却することが可能となる。
したがって、超電導材料で形成された複数のロータバー４３及び一対のエンドリング４５，４６を有するかご型回転子４０全体を十分に冷却することができる。
また、第１の実施形態の超電導回転機械用ステータ２１によれば、超電導回転機械用かご型ロータ１６側に位置する溝９４の入口側に配置され、冷却媒体Ｒｅが流れる第３の配管１０３を有することで、コイル９６から伝達される熱を冷却することが可能となる。
これにより、超電導回転機械用ステータ２１の熱が超電導回転機械用かご型ロータ１６に伝わることを抑制できる。
また、第３の配管１０３の近傍に配置され、高温になりやすいティース９２の先端部９２Ａを冷却することができる。
これにより、超電導回転機械用ステータ２１の熱が超電導回転機械用かご型ロータ１６に伝わることを抑制できる。
また、第３の配管１０３の近傍に配置され、高温になりやすいティース９２の先端部９２Ａを冷却することができる。
上述した超電導回転機械用かご型ロータ１６及び超電導回転機械用ステータ２１を備えた第１の実施形態の超電導回転機械１０によれば、超電導材料で構成された部材全体を十分に冷却することができる。
ここで、図１０を参照して、第１の実施形態の変形例に係るロータバー１１０について、説明する。図１０において、図５に示す構造体と同一構成部分には同一符号を付す。
ロータバー１１０は、図５で説明したロータバー４３の構成から第１の管状部材５６、第１の支持部材５７、及び第１の空間５９を除いたこと以外は、ロータバー４３と同様に構成されている。
使用目的によっては、図１０に示すような構成とされたロータバー１１０を用いてもよい。
使用目的によっては、図１０に示すような構成とされたロータバー１１０を用いてもよい。
次に、図１１を参照して、第１の実施形態の変形例に係る超電導回転機械用ステータ１１５について説明する。図１１において、図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
超電導回転機械用ステータ１１５は、第３の配管１０３の幅を広くして、第３の配管１０３の幅方向両側をティース９２の先端部９２Ａの側壁と接触させたこと以外は、図９で説明した超電導回転機械用ステータ２１と同様に構成されている。
第１の実施形態の変形例に係る超電導回転機械用ステータ１１５によれば、第３の配管１０３の幅方向両側をティース９２の先端部９２Ａと接触させることで、第３の配管１０３を介して、冷却媒体によりティース９２の先端部９２Ａを冷却することが可能となる。これにより、ティース９２の先端部９２Ａの冷却効果を高めることができる。
（第２の実施形態）
図１２を参照して、第２の実施形態に係る超電導回転機械用ステータ１２０について説明する。図１２において、図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
図１２を参照して、第２の実施形態に係る超電導回転機械用ステータ１２０について説明する。図１２において、図９に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
超電導回転機械用ステータ１２０は、冷却板１２１をさらに有すること以外は、図９で説明した超電導回転機械用ステータ２１と同様に構成されている。
冷却板１２１は、溝９４のうち、スロットウェッジ１０１と第３の配管１０３との間に配置されている。具体的には、冷却板１２１は、第２の領域９４Ｂに配置されている。
冷却板１２１は、溝９４の延在方向と同じ方向に延在している。
冷却板１２１は、スロットウェッジ１０１の面１０１ａに固定されている。スロットウェッジ１０１が固定された面１２１ａとは反対側に位置する冷却板１２１の面１２１ｂには、第３の配管１０３が固定されている。
冷却板１２１の幅方向両側は、ティース９２の先端部９２Ａに固定されている。
冷却板１２１は、溝９４の延在方向と同じ方向に延在している。
冷却板１２１は、スロットウェッジ１０１の面１０１ａに固定されている。スロットウェッジ１０１が固定された面１２１ａとは反対側に位置する冷却板１２１の面１２１ｂには、第３の配管１０３が固定されている。
冷却板１２１の幅方向両側は、ティース９２の先端部９２Ａに固定されている。
第２の実施形態の超電導回転機械用ステータ１２０によれば、上記構成とされた冷却板１２１を有することで、溝９４に対する冷却板１２１の位置を規制することが可能となる。そして、コイル９６に電流が流れてコイル９６が熱膨張すると、マイカテープ９８を介して、コイル９６がスロットウェッジ１０１に押し付けられる。このとき、冷却板１２１の位置が変化しない。これにより、接触熱伝導度が向上して、冷却効果を高めることができる。
また、溝９４に対する冷却板１２１の位置が規制されることで、冷却板１２１に固定された第３の配管１０３の位置を規制することができる。
また、溝９４に対する冷却板１２１の位置が規制されることで、冷却板１２１に固定された第３の配管１０３の位置を規制することができる。
次に、図１３を参照して、第２の実施形態の第１変形例に係る超電導回転機械用ステータ１２５について説明する。図１３において、図１２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
超電導回転機械用ステータ１２５は、第３の配管１０３の幅方向両側をティース９２の先端部９２Ａと接触させたこと以外は、第２の実施形態の超電導回転機械用ステータ１２０と同様に構成されている。
このような構成とすることで、第３の配管１０３の幅方向両側をティース９２の先端部９２Ａと接触させることで、第３の配管１０３を介して、冷却媒体によりティース９２の先端部９２Ａを冷却することが可能となる。これにより、ティース９２の先端部９２Ａの冷却効果を高めることができる。
このような構成とすることで、第３の配管１０３の幅方向両側をティース９２の先端部９２Ａと接触させることで、第３の配管１０３を介して、冷却媒体によりティース９２の先端部９２Ａを冷却することが可能となる。これにより、ティース９２の先端部９２Ａの冷却効果を高めることができる。
次に、図１４を参照して、第２の実施形態の第２変形例に係る超電導回転機械用ステータ１３０について説明する。図１４において、図１２に示す構造体と同一構成部分には、同一符号を付す。
超電導回転機械用ステータ１３０は、超電導回転機械用ステータ１２０を構成する冷却板１２１及び第３の配管１０３に替えて、冷却板１３１及び第３の配管１３２を有すること以外は、超電導回転機械用ステータ１２０と同様に構成されている。
冷却板１３１は、第３の領域９４Ｃに固定されている。第３の配管１３２は、冷却板１３１と一体に形成されている。第３の配管１３２内には、冷却媒体が流れる。第３の配管１３２の幅方向両側は、ティース９２の先端部９２Ａと接触している。
このような構成とされた超電導回転機械用ステータ１３０は、先に説明した超電導回転機械用ステータ１２５と同様な効果を得ることができるとともに、冷却板１３１を第３の領域９４Ｃに固定することで、第３の配管１３２の設置エリアを大きくすることができる。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明はかかる特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
例えば、第１の実施形態では、複数のロータバー４３，１１０の延在方向が軸線方向Ｘと同じ方向である場合を例に挙げて説明したが、例えば、複数のロータバーの各ロータバーの延在方向が軸線方向Ｘに対して交差する方向とされたかご型回転子を構成する複数のロータバーとして、第１の実施形態で説明したロータバー４３，１１０を用いてもよい。
１ａ…床面
１０…超電導回転機械
１１，１２…架台
１１ａ，１２ａ…上面
１３，１４…軸受
１６…超電導回転機械用かご型ロータ
１８…ケーシング
２１，１１５，１２０，１２５，１３０…超電導回転機械用ステータ
２３…ロータリージョイント
２５−１，２５−２…冷凍機
２５Ａ，２５Ｂ…導出口
２５Ｃ，２５Ｄ…導入口
２６…第１の供給ライン
２７…第１の回収ライン
２８…第２の供給ライン
２９…第２の回収ライン
３５…シャフト
３５Ａ…一方の端部
３５Ｂ…他方の端部
３５Ｃ…冷却媒体供給経路
３５Ｄ…冷却媒体回収経路
３７…ロータコア
３７Ａ…挿入孔
３７Ｂ…貫通部
４０…かご型回転子
４３，１１０…ロータバー
４５，４６…エンドリング
５１…棒状超電導体
５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ…ａｂ面
５１ｃ，７１ｃ…表面
５２…保護膜
５３…第１の配管
５４，５５…第１の冷却用流路
５６…第１の管状部材
５７…第１の支持部材
５９…第１の空間
６３，８３…エンドリング本体
６４，８４…スポーク
７１…超電導体
７３…第２の配管
７５…第２の冷却用流路
７６…第２の管状部材
７７…第２の支持部材
７９…第２の空間
９１…ヨーク
９２…ティース
９２ａ…先端面
９２Ａ…先端部
９４…溝
９４Ａ…第１の領域
９４Ｂ…第２の領域
９４Ｃ…第３の領域
９６…コイル
９８…マイカテープ
１０１…スロットウェッジ
１０１ａ，１２１ａ，１２１ｂ…面
１０３，１３２…第３の配管
１０５…銅バー
１２１，１３１…冷却板
Ａｘ…軸線
Ｂ…ｃ軸
Ｄｃ…周方向
Ｅ…平面
Ｆ…ａ軸Ｆ
Ｇ…ｂ軸
Ｉ…結晶粒界
Ｊ…接合部
Ｒｅ…冷却媒体
１０…超電導回転機械
１１，１２…架台
１１ａ，１２ａ…上面
１３，１４…軸受
１６…超電導回転機械用かご型ロータ
１８…ケーシング
２１，１１５，１２０，１２５，１３０…超電導回転機械用ステータ
２３…ロータリージョイント
２５−１，２５−２…冷凍機
２５Ａ，２５Ｂ…導出口
２５Ｃ，２５Ｄ…導入口
２６…第１の供給ライン
２７…第１の回収ライン
２８…第２の供給ライン
２９…第２の回収ライン
３５…シャフト
３５Ａ…一方の端部
３５Ｂ…他方の端部
３５Ｃ…冷却媒体供給経路
３５Ｄ…冷却媒体回収経路
３７…ロータコア
３７Ａ…挿入孔
３７Ｂ…貫通部
４０…かご型回転子
４３，１１０…ロータバー
４５，４６…エンドリング
５１…棒状超電導体
５１ａ，５１ｂ，７１ａ，７１ｂ…ａｂ面
５１ｃ，７１ｃ…表面
５２…保護膜
５３…第１の配管
５４，５５…第１の冷却用流路
５６…第１の管状部材
５７…第１の支持部材
５９…第１の空間
６３，８３…エンドリング本体
６４，８４…スポーク
７１…超電導体
７３…第２の配管
７５…第２の冷却用流路
７６…第２の管状部材
７７…第２の支持部材
７９…第２の空間
９１…ヨーク
９２…ティース
９２ａ…先端面
９２Ａ…先端部
９４…溝
９４Ａ…第１の領域
９４Ｂ…第２の領域
９４Ｃ…第３の領域
９６…コイル
９８…マイカテープ
１０１…スロットウェッジ
１０１ａ，１２１ａ，１２１ｂ…面
１０３，１３２…第３の配管
１０５…銅バー
１２１，１３１…冷却板
Ａｘ…軸線
Ｂ…ｃ軸
Ｄｃ…周方向
Ｅ…平面
Ｆ…ａ軸Ｆ
Ｇ…ｂ軸
Ｉ…結晶粒界
Ｊ…接合部
Ｒｅ…冷却媒体
Claims (10)
- 軸線が延びる方向である軸線方向に延びるシャフトと、
前記シャフトの外周側に一体に設けられたロータコアと、
前記軸線方向に延びるとともに、前記シャフトの周方向に間隔を空けて前記ロータコア内に配置された複数のロータバー、及び前記軸線方向に配置された前記複数のロータバーの端部と接続され、かつ前記軸線方向において対向配置された環状の一対のエンドリングを有し、前記ロータバー及び前記エンドリングが超電導材料で形成されたかご型回転子と、
を備え、
前記複数のロータバーは、それぞれ各ロータバーの延在方向に沿って冷却媒体が流通可能な第１の冷却用流路を有し、
前記一対のエンドリングは、それぞれ該エンドリングの周方向に沿って冷却媒体が流通可能な第２の冷却用流路を有する超電導回転機械用かご型ロータと、
前記超電導回転機械用かご型ロータの外側に隙間を介在させた状態で配置された超電導回転機械用ステータと、
を備え、
前記超電導回転機械用ステータは、前記超電導回転機械用かご型ロータの外側に配置された筒状のヨークと、
前記ヨークの内側から該ヨークの径方向内側に突出して設けられ、該ヨークの周方向に配列された複数のティースと、
互いに隣り合う前記ティース間に形成された溝と、
前記ティースに巻回され、前記溝に配置されたコイルと、
前記超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する前記溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる第３の配管と、
を有し、
前記溝のうち、前記コイルと前記第３の配管との間に位置する部分に配置されたスロットウェッジと、
前記溝のうち、前記スロットウェッジと前記第３の配管との間に配置されるとともに、該スロットウェッジ及び該第３の配管が固定され、前記スロットウェッジと前記第３の配管とを熱的に接続する冷却板と、
を有し、
前記冷却板の幅方向両側は、前記ティースの先端部に固定されている
超電導回転機械。 - 前記ロータバーは、該ロータバーの延在方向に沿って延び、かつ前記超電導材料で形成された複数の棒状超電導体と、
前記ロータバーの延在方向に沿って延び、前記複数の棒状超電導体を収容するとともに、前記複数の棒状超電導体との間に前記第１の冷却用流路を区画する第１の配管と、
を有する請求項１記載の超電導回転機械。 - 前記複数の棒状超電導体は、ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成されており、
前記複数の単結晶は、ｃ軸に対して直交するａｂ面をそれぞれ有しており、
前記ａｂ面の法線は、前記軸線方向に対して直交して配置される請求項２記載の超電導回転機械。 - 前記第１の配管を収容する第１の管状部材と、
前記第１の管状部材と前記第１の配管との間に設けられ、前記第１の配管を支持するとともに、前記第１の配管と前記第１の管状部材との間に第１の空間を形成する複数の第１の支持部材と、
を備え、
前記第１の空間は、真空状態である請求項２または３記載の超電導回転機械。 - 前記エンドリングは、前記周方向に沿って延び、かつ前記超電導材料で形成された棒状又は円弧状の超電導体と、
前記周方向に沿って延び、前記超電導体を収容するとともに、前記超電導体との間に前記第２の冷却用流路を区画する第２の配管と、
を有する請求項１から４のうち、いずれか一項記載の超電導回転機械。 - 前記超電導体は、ｃ軸方向が平行な複数の単結晶からなるバルク材を用いて形成されており、
前記複数の単結晶は、ｃ軸に対して直交するａｂ面をそれぞれ有しており、
前記ａｂ面の法線は、前記周方向に対して直交して配置される請求項５記載の超電導回転機械。 - 前記第２の配管を収容する第２の管状部材と、
前記第２の管状部材と前記第２の配管との間に設けられ、前記第２の配管を支持するとともに、前記第２の配管と前記第２の管状部材との間に第２の空間を形成する複数の第２の支持部材と、
を備え、
前記第２の空間は、真空状態である請求項５または６記載の超電導回転機械。 - 前記複数のロータバーに形成された前記第１の冷却用流路は、前記第２の冷却用流路に連通している請求項１から７のうち、いずれか一項記載の超電導回転機械。
- 超電導回転機械用かご型ロータの外側に配置された筒状のヨークと、
前記ヨークの内周面から該ヨークの径方向内側に突出して設けられ、該ヨークの周方向に配列された複数のティースと、
互いに隣り合う前記ティース間に形成された溝と、
前記ティースに巻回され、前記溝に配置されたコイルと、
前記超電導回転機械用かご型ロータ側に位置する前記溝の入口側に配置され、冷却媒体が流れる配管と、
を有し、
前記溝のうち、前記コイルと前記配管との間に位置する部分に配置されたスロットウェッジと、
前記溝のうち、前記スロットウェッジと前記配管との間に配置されるとともに、該スロットウェッジ及び該配管が固定され、前記スロットウェッジと前記配管とを熱的に接続する冷却板と、
を有し、
前記冷却板の幅方向両側は、前記ティースの先端部に固定されている超電導回転機械用ステータ。 - 前記溝は、該溝の底部側に位置するとともに、前記コイルが配置される第１の領域と、前記配管が配置される第２の領域と、前記第１の領域と前記第２の領域との間に配置され、前記第１の領域及び前記第２の領域よりも幅広形状とされた第３の領域と、を有し、
前記冷却板は、前記第３の領域内に配置されるとともに、前記第１の領域及び前記第２の領域よりも幅広形状である請求項９記載の超電導回転機械用ステータ。
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| JP2018042012A JP6982522B2 (ja) | 2018-03-08 | 2018-03-08 | 超電導回転機械用ステータ、及び超電導回転機械 |
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