JP7077732B2

JP7077732B2 - 超電導コイルの端子接続構造

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Publication number: JP7077732B2
Application number: JP2018073745A
Authority: JP
Inventors: 雅章吉川; 佳孝伊藤
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2018-04-06
Publication date: 2022-05-31
Anticipated expiration: 2038-04-06
Also published as: JP2019187036A

Description

本発明は、超電導コイルと超電導コイルに電気的に接続される接続端子とを備えた超電導コイルの端子接続構造に関する。

従来、ティースに超電導コイルが巻回されているステータコアとステータコアの内周側に対向して配置されたロータと、を備えた超電導モータが知られている（例えば、特許文献１参照）。超電導モータは、超電導コイルに板状の超電導線材を用いることで、銅線コイルを用いた一般的なモータに比べてステータコア内の磁束密度が高められるので、大きなトルクを発生させることができる。

特許文献１に記載の超電導コイルは、板状の超電導線材を３層積層して超電導線材ユニットを構成し、超電導線材ユニットを巻回して形成された環状の巻回部と、巻回部から外方に延出する超電導線材ユニットで形成された口出部と、を有している（特許文献１の図８～図９参照）。この超電導コイルの端子接続構造は、超電導コイルと、接続端子（文献では接続構造部）とを備え、接続端子には、超電導コイルの口出部を保持する保持部（文献では接続片）が形成されている（特許文献１の図６～図７参照）。この接続端子によって超電導コイルどうしが直列接続されている。

特開２０１２－２４８７４４号公報

特許文献１に記載の超電導コイルの端子接続構造は、超電導線材ユニットの最も外側にある一対の板面のみが保持部に接触している。このため、３層の超電導線材のうち、一対の最外層の間にある中間層に流れる電流は、一対の最外層を介して保持部に流れるので、中間層と保持部の間の電気抵抗は一対の最外層と保持部の間の電気抵抗に比べて大きくなってしまう。これによって、電気抵抗が相対的に小さい一対の最外層には中間層に比べて大きな電流が流れ、超電導コイルを構成する超電導線材の夫々から接続端子に流れる電流に偏りが発生し、臨界電流値が低下したり、通電損失が大きくなったりする。その結果、超電導性能が低下し、最悪の場合は超電導線材が焼損することがあった。

そこで、超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成した場合でも超電導性能を低下させることない超電導コイルの端子接続構造が望まれている。

超電導コイルの端子接続構造の特徴構成は、板状の超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成し、前記超電導線材ユニットを巻回して形成された環状の巻回部と、前記巻回部から外方に延出する前記超電導線材ユニットで形成された口出部とを有する超電導コイルと、前記口出部を保持する保持部を含む導電性の端子部を有する接続端子と、を備え、前記超電導線材ユニットを構成する前記超電導線材の夫々は、前記口出部において少なくとも一方の板面が前記保持部と接触して前記保持部と電気的に接続される接触部を有し、前記口出部において、前記超電導線材ユニットのうち最も外側に位置する一対の板面の少なくとも一方と前記保持部との間には、前記保持部の内部から外部に亘って配置された導電性の材料からなる板状の補助線材が設けられている点にある。

本構成では、超電導線材ユニットを構成する超電導線材の夫々は、口出部において少なくとも一方の板面が保持部と接触して保持部と電気的に接続される接触部を有している。つまり、超電導線材ユニットを構成する全ての超電導線材の接触部が保持部と電気的に接続されており、超電導線材ユニットのうち一対の最外層の間にある超電導線材の接触部においても、保持部と電気的に接触している。その結果、超電導コイルに通電したとき、一対の最外層の超電導線材に流れる電流だけでなく、一対の最外層の間にある超電導線材に流れる電流も、直接的に保持部へと流すことができる。

よって、一対の最外層の間にある超電導線材と保持部との間の電気抵抗が低下するので、超電導コイルを構成する超電導線材の夫々を流れる電流に偏りが発生し難く、臨界電流値が低下したり、通電損失が大きくなったりする不都合を防止することができる。このように、超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成した場合でも超電導性能を低下させることない超電導コイルの端子接続構造を提供できた。
超電導モータは、超電導コイルを常温から電気抵抗がゼロとなる臨界温度以下まで冷却してから稼動させるので、超電導コイルの口出部のうち保持部の入口付近に大きな曲げ応力や引張応力が集中し易い。これに、超電導コイルへの通電による電磁振動やロータの回転による機械振動が加わる。
そこで、本構成では、口出部を構成する超電導線材ユニットのうち最外層の板面と保持部との間に、保持部の内部から外部に亘って配置された板状の補助線材を設けている。その結果、口出部のうち保持部の入口付近に曲げ応力や引張応力が作用したとしても、補助線材によって口出部に直接付与される曲げ応力や引張応力が低減される。また、電磁振動や機械振動が口出部のうち保持部の入口付近に加わった場合でも、補助線材によって口出部に伝播される振動が減衰される。よって、超電導性能の低下を防止することができる。

他の特徴構成は、板状の超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成し、前記超電導線材ユニットを巻回して形成された環状の巻回部と、前記巻回部から外方に延出する前記超電導線材ユニットで形成された口出部とを有する超電導コイルと、前記口出部を保持する保持部を含む導電性の端子部を有する接続端子と、を備え、前記超電導線材ユニットを構成する前記超電導線材の夫々は、前記口出部において少なくとも一方の板面が前記保持部と接触して前記保持部と電気的に接続される接触部を有し、夫々の前記超電導線材の前記接触部と前記保持部との接触面積は全て等しく、前記口出部において、前記超電導線材ユニットのうち最も外側に位置する一対の板面の少なくとも一方と前記保持部との間には、前記保持部の内部から外部に亘って配置された導電性の材料からなる板状の補助線材が設けられている点にある。

本構成では、超電導線材ユニットを構成する超電導線材の夫々は、口出部において少なくとも一方の板面が保持部と接触して保持部と電気的に接続される接触部を有している。つまり、超電導線材ユニットを構成する全ての超電導線材の接触部が保持部と電気的に接続されており、超電導線材ユニットのうち一対の最外層の間にある超電導線材の接触部においても、保持部と電気的に接触している。その結果、超電導コイルに通電したとき、一対の最外層の超電導線材に流れる電流だけでなく、一対の最外層の間にある超電導線材に流れる電流も、直接的に保持部へと流すことができる。
よって、一対の最外層の間にある超電導線材と保持部との間の電気抵抗が低下するので、超電導コイルを構成する超電導線材の夫々を流れる電流に偏りが発生し難く、臨界電流値が低下したり、通電損失が大きくなったりする不都合を防止することができる。このように、超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成した場合でも超電導性能を低下させることない超電導コイルの端子接続構造を提供できた。
本構成のように、超電導線材ユニット構成する全ての超電導線材の接触部と保持部との接触面積を等しくすれば、夫々の超電導線材から保持部に流れる電流に対する電気抵抗が均一となる。その結果、超電導コイルを構成する超電導線材の夫々を流れる電流が同等になり、超電導性能をより向上させることができる。
超電導モータは、超電導コイルを常温から電気抵抗がゼロとなる臨界温度以下まで冷却してから稼動させるので、超電導コイルの口出部のうち保持部の入口付近に大きな曲げ応力や引張応力が集中し易い。これに、超電導コイルへの通電による電磁振動やロータの回転による機械振動が加わる。
そこで、本構成では、口出部を構成する超電導線材ユニットのうち最外層の板面と保持部との間に、保持部の内部から外部に亘って配置された板状の補助線材を設けている。その結果、口出部のうち保持部の入口付近に曲げ応力や引張応力が作用したとしても、補助線材によって口出部に直接付与される曲げ応力や引張応力が低減される。また、電磁振動や機械振動が口出部のうち保持部の入口付近に加わった場合でも、補助線材によって口出部に伝播される振動が減衰される。よって、超電導性能の低下を防止することができる。

超電導モータの側断面図である。図１のII－II線矢視図である。超電導コイルの斜視図である。超電導コイルの側面図である。超電導コイルを巻回したステータの拡大斜視図である。接続端子の配線状態を示す概略平面図である。超電導コイルの口出部に接続端子を接続した拡大側面図である。接続端子の平面図である。接続端子の分解斜視図である。別実施形態１に係る接続端子の拡大側面図である。別実施形態２に係る接続端子の拡大側面図である。別実施形態３に係る接続端子の拡大側面図である。別実施形態４に係る接続端子の拡大側面図である。別実施形態５に係る口出部の拡大斜視図である。

以下に、本発明に係る超電導コイルの端子接続構造の実施形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態では、超電導コイルの端子接続構造の一例として、超電導モータＭの超電導コイル１に接続端子６を接続する構造を説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。

図１，図２及び図５に示すように、超電導モータＭは、ケーシング２と、超電導コイル１が巻回されたステータ３と、一対の蓋部４ａ，４ｂと、ロータ５と、接続端子６と、を備えている。ケーシング２は、ステータ３の外周を覆う円筒状に形成されている。このケーシング２の内部にステータ３及びロータ５が収容されており、ケーシング２の軸芯Ｘ方向の両端開口には、一対の蓋部４ａ，４ｂが固定されている。また、ケーシング２の内部には、後述する超電導コイル１を臨界温度以下（例えば、７７ケルビン）に冷却させるための極低温状態の液相状又は気相状の冷媒（例えば、液体窒素、液体ヘリウム等）が導入される。つまり、超電導モータＭの近辺には不図示の極低温冷凍機が搭載されており、この極低温冷凍機からケーシング２の内部に冷媒が導入されるように構成されている。

ステータ３は、ステータコア３１と、超電導コイル１と、外周スリーブ３３とを有している。ステータコア３１は、環状の電磁鋼板を軸芯Ｘ方向に積層することにより中空円柱形状に形成されている。ステータコア３１には、複数（本実施形態では２４箇所）の内側スロット３１ａと、内側スロット３１ａの径方向に対応して配置されている複数（本実施形態では２４箇所）の外側スロット３１ｂと、を有している。

複数の内側スロット３１ａは、ステータコア３１の内周壁に周方向に沿って一定の間隔を開けて形成されている。この内側スロット３１ａは、ステータコア３１の軸芯Ｘ方向における両端面間に亘って延設される凹状溝である。複数の外側スロット３１ｂは、ステータコア３１の外周壁に周方向に沿って一定の間隔を開けて形成されている。この外側スロット３１ｂは、ステータコア３１の軸芯Ｘ方向における両端面間に亘って延設される凹状溝である。隣接する内側スロット３１ａ間に内周ティース３１ｃが形成され、隣接する外側スロット３１ｂ間に外周ティース３１ｄが形成されている。

複数の外周ティース３１ｄは、外周面に径方向内側に窪んだ凹部３１ｄ１が形成された外周ティース３１ｄと凹部３１ｄ１が形成されていない外周ティース３１ｄとが交互に配置されている。凹部３１ｄ１が形成された外周ティース３１ｄには、凹部３１ｄ１の周方向中央付近に突起３１ｄ２が形成されている。これら凹部３１ｄ１及び突起３１ｄ２は、積層されたステータコア３１を溶接により結合するために使用される。

図３～図４に示すように、超電導コイル１は、長尺平板状（テープ形状）の超電導線材（例えば厚み０．４ｍｍ、幅５ｍｍ）を板面Ｓに垂直な方向に３層以上（本実施形態では３層）積層して超電導線材ユニットＡを構成し、超電導線材ユニットＡを巻回して形成された環状の巻回部１１と、巻回部１１から超電導線材ユニットＡが外方（巻回方向）に延出された口出部１２とを有する所謂レーストラック型超電導コイルである。超電導線材は、表面が絶縁被覆された超電導テープ線材であり、ビスマス系線材（Ｂｉ２２１２線材やＢｉ２２２３線材）、イットリウムを含む希土類系線材（ＹＢＣＯ線材）で構成されており、電気抵抗がゼロとなる臨界温度が高く冷却が容易な高温超電導体である。この超電導線材は、板面Ｓに平行な方向に折り曲げることができないので、板面Ｓに垂直な方向に積層して超電導コイル１が形成されている。なお、超電導線材を２ホウ化マグネシウムや鉄系材料で構成しても良く、特に限定されない。

巻回部１１は、直線状に形成された第一直線部１３と、直線状に形成されると共に第一直線部１３に対向配置された第二直線部１４と、円弧状に形成され第一直線部１３の一方の端部と第二直線部１４の一方の端部とを接続する第一円弧部１５と、円弧状に形成され第一直線部１３の他方の端部と第二直線部１４の他方の端部とを接続すると共に第一円弧部１５に対向配置された第二円弧部１６とを有している。

また、超電導コイル１は、第一コイル１ａと第二コイル１ｂとで構成されている。つまり、巻回部１１は、第一コイル１ａの第一巻回部１１ａと第二コイル１ｂの第二巻回部１１ｂとで構成されており、口出部１２は、第一コイル１ａの第一口出部１２ａと第二コイル１ｂの第二口出部１２ｂとで構成されている。

第一コイル１ａは、第一口出部１２ａが外周端部として構成されており、第一口出部１２ａとは反対側の端部に第一内周端部１２ｃが形成されている。第二コイル１ｂは、第二口出部１２ｂが外周端部として構成されており、第二口出部１２ｂとは反対側の端部に第二内周端部１２ｄが形成されている。これら第一内周端部１２ｃと第二内周端部１２ｄとは、はんだ材料、溶接材料、導電バインダ等の導電性材料で結合して導通接続されている。

超電導コイル１は、以下に示す方法により巻回される。まず、第一コイル１ａの超電導線材ユニットＡを、第一内周端部１２ｃから第二直線部１４まで図４の紙面で時計回りに約１周巻回する。次に、第二コイル１ｂの超電導線材ユニットＡを、第二内周端部１２ｄから第二直線部１４まで図４の紙面で反時計回りに約１周巻回する。以降、第一コイル１ａの超電導線材ユニットＡと第二コイル１ｂの超電導線材ユニットＡとを交互に１周ずつ巻回を繰り返し、超電導線材ユニットＡを積層する。夫々のコイル１ａ，１ｂの超電導線材ユニットＡを最外周まで積層した後、第一コイル１ａの外周端部は、最外周側の第一直線部１３から第一口出部１２ａを連続して直線状に延出させて構成され、第二コイル１ｂの外周端部は、最外周側の第二直線部１４から第二口出部１２ｂを連続して直線状に延出させて構成されている。

図５に示すように、上述した方法で、超電導コイル１の超電導線材ユニットＡは、巻回部１１の内周側に非磁性の絶縁材料（例えば、ガラス繊維強化プラスチック）で構成される枠体３５を配置した状態で、ステータコア３１の内側スロット３１ａと外側スロット３１ｂとに亘って巻回されている。超電導コイル１は、ステータコア３１の軸芯Ｘから径方向に沿って放射状に複数（本実施形態では２４組）配置されている。

超電導コイル１の第一円弧部１５は、ステータコア３１の一方の端面から突出し、超電導コイル１の第二円弧部１６は、ステータコア３１の他方の端面から突出している。ステータコア３１の両端面から突出した第一円弧部１５及び第二円弧部１６の幅方向（超電導コイル１の巻軸方向、ステータコア３１の周方向）における両端面には、強磁性体からなる半円形状のヨーク３４が導電性材料のバインダで結合されている。

上述したようにステータコア３１に巻回された超電導コイル１には、不図示のインバータ回路によって三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）交流が印加される。図２及び図６に示すように、本実施形態における超電導コイル１は、Ｕ相の超電導コイル１ｕ、Ｖ相の超電導コイル１ｖ、Ｗ相の超電導コイル１ｗで構成されており、これらの超電導コイル１ｕ，１ｖ，１ｗがスター結線されている。具体的には、超電導モータＭは、２組のＵ相の超電導コイル１ｕ、２組のＶ相の超電導コイル１ｖ、２組のＷ相の超電導コイル１ｗが、この順番で時計回りに配置されており、合計２４組の超電導コイル１を備えている。そして、同相の超電導コイル１は、後述する接続端子６を介して銅線等で構成される接続導線Ｃにより互いに直列接続されており、各相の接続導線Ｃの一端Ｕｐ，Ｖｐ，Ｗｐが夫々インバータ回路に接続され、各相の接続導線Ｃの他端Ｕｎ，Ｖｎ，Ｗｎがスター結線されている。

図１～図２に戻って、外周スリーブ３３は円筒状に形成され、その内周面がステータコア３１の外周面に対面接触するように、ステータコア３１の外周側に配置されている。外周スリーブ３３は、銅等の非磁性の導電材料により形成されている。

ロータ５は、ステータコア３１の内周側に、ステータコア３１と離間して配置されている。ロータ５は、ロータコア５１と、籠形導体５２と、回転軸５３とを有している。ロータコア５１は、環状の電磁鋼板を積層することにより中空円柱形状に形成され、ステータコア３１の内周側にステータコア３１の軸芯Ｘと同軸芯の回転軸芯を有している。ロータコア５１の軸中心部には、回転軸孔５１ａが形成されており、この回転軸孔５１ａに回転軸５３が挿入されている。この回転軸５３は、ロータコア５１と一体的に回転するようにロータコア５１に固定されている。

籠形導体５２は、対向配置した一対のエンドリング５２ａと、両エンドリング５２ａを接続するように、エンドリング５２ａの周方向に沿って配列された複数のロータバー５２ｂとを有している。一方のエンドリング５２ａがロータコア５１の一方の端面から突き出るように配置され、他方のエンドリング５２ａがロータコア５１の他方の端面から突き出るように配置されている。ロータコア５１の外周近傍には、軸方向に貫通する複数の貫通孔５１ｂが、周方向に等間隔に形成されており、夫々の貫通孔５１ｂにロータバー５２ｂが挿通されている。本実施形態において、一対のエンドリング５２ａ及びロータバー５２ｂは、超電導材料により構成されている。

図５、図７～図９に示すように、接続端子６は、超電導コイル１の口出部１２の端部と接続導線Ｃの端部とを電気的に接続する端子である。この接続端子６は、端子部６１と、端子台６２と、ブラケット６３と、取付ベース６４とを有している。端子部６１は、銅等の導電材料で構成されており、端子台６２及び取付ベース６４は、ガラス繊維強化プラスチック等の非磁性の絶縁材料で構成されており、ブラケット６３は、ステンレス等の非磁性の金属材料で構成されている。

端子部６１は、一対の第一端子部６１ａ及び第二端子部６１ｂで構成されており、夫々の端子部６１ａ，６１ｂは側面視Ｌ字状に形成されている。夫々の端子部６１は、接続導線Ｃが挿入される貫通孔部６５ａを有する基部６５と、基部６５からステータコア３１に向かって外側に傾斜しながら延出した延出部６６とを有している。この延出部６６には、超電導コイル１の口出部１２を保持する平面視矩形孔状の保持部６６ａが延出方向に沿って貫通形成されている。この保持部６６ａは、ステータコア３１の径方向断面（図７参照）において、第一保持部６６ａ１と、第一保持部６６ａ１の孔幅よりも大きい（本実施形態では第一保持部６６ａ１の孔幅の３倍）孔幅を有する第二保持部６６ａ２と、で構成されている。つまり、第一保持部６６ａ１と第二保持部６６ａ２との境界には段差が形成されている。また、本実施形態では、第二保持部６６ａ２の長さＬ２は、第一保持部６６ａ１の長さＬ１の２倍に設定されている。

第一端子部６１ａの保持部６６ａには、第一コイル１ａの第一口出部１２ａが保持されており、第二端子部６１ｂの保持部６６ａには、第二コイル１ｂの第二口出部１２ｂが保持されている。第一コイル１ａと第二コイル１ｂとがステータコア３１の周方向に重ねて配置されているため、ステータコア３１の軸芯Ｘからの径方向視において、第一コイル１ａの第一口出部１２ａと第二コイル１ｂの第二口出部１２ｂとが重ならない（図５参照）。このため、第一端子部６１ａの保持部６６ａと第二端子部６１ｂの保持部６６ａとは、ステータコア３１の径方向視（図８の紙面左右方向視）において重ならないように配置されている。つまり、基部６５におけるステータコア３１の周方向（図８の紙面上下方向）のうち、第一端子部６１ａの保持部６６ａが片側半分の領域に設けられ、第二端子部６１ｂの保持部６６ａは、第一端子部６１ａの保持部６６ａが設けられた領域とは反対側の片側半分の領域に設けられている。また、基部６５におけるステータコア３１の周方向（図８の紙面上下方向）のうち、第一端子部６１ａ及び第二端子部６１ｂの保持部６６ａが設けられた領域とは反対側の外側面に夫々２箇所の取付孔部６６ｂが設けられている。この取付孔部６６ｂに取付ボルトＢ１が挿入されることにより、第一端子部６１ａ及び第二端子部６１ｂが端子台６２に固定されている。

端子台６２は、ステータコア３１に向かうに連れて幅が広がる側面視台形状に構成されている。端子台６２の外側面には、夫々２箇所の取付孔部６２ｂが設けられており、上述した取付ボルトＢ１が挿入されている（図９参照）。また、端子台６２の中央部分には矩形状の窪み部６２ａが形成されており、この窪み部６２ａの２箇所に取付孔部６２ａ１が設けられている。この取付孔部６２ａ１に取付ボルトＢ２が挿入されることにより、端子台６２がブラケット６３に固定されている。

ブラケット６３は、底部６３ａと、底部６３ａから屈曲した平板部６３ｂとを有する側面視Ｌ字状に構成されている。この底部６３ａの２箇所に取付孔部６３ａ１が設けられており、取付孔部６３ａ１に取付ボルトＢ３が挿入されることにより、ブラケット６３が取付ベース６４に固定されている（図７参照）。また、平板部６３ｂの２箇所に取付孔部６３ｂ１が設けられており、上述した取付ボルトＢ２が挿入されている。取付ベース６４は、円環状に構成されており、ステータコア３１の上面に不図示のボルトや接着等で固定されている（図５参照）。このように、端子部６１が端子台６２に固定され、端子台６２がブラケット６３に固定され、ブラケット６３が取付ベース６４に固定され、取付ベース６４がステータコア３１に固定されているので、端子部６１は、超電導コイル１の第一円弧部１５に干渉しないようにステータコア３１から離間した状態で配置されている。

本実施形態では、口出部１２における超電導線材ユニットＡのうち、保持部６６ａに挿入される超電導線材ユニットＡは、夫々の超電導線材の表面が絶縁被覆で覆われていない。つまり、巻回部１１及び保持部６６ａの外部に露出した口出部１２の夫々の超電導線材の表面は絶縁被覆で覆われているが、保持部６６ａに挿入される超電導線材ユニットＡの夫々の超電導線材は表面の絶縁被覆を剥離させている。また、保持部６６ａと保持部６６ａに挿入された夫々の超電導線材とは、はんだ材料、溶接材料、導電バインダ等の導電性材料で結合されている。これによって、導電材料で形成されている保持部６６ａと超電導線材ユニットＡの夫々の超電導線材とが電気的に接続されている。なお、保持部６６ａと夫々の超電導線材とを導電性材料で結合せずに直接接触させて、保持部６６ａと夫々の超電導線材とを電気的に接続しても良い。

また、本実施形態では、保持部６６ａに挿入される超電導線材ユニットＡは、最外層となる一対の第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２と、第一超電導線材１２１と第二超電導線材１２２との間に配置され、口出部１２において第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２よりも延出方向の長さが長い第三超電導線材１２３とを有している。そして、第一超電導線材１２１の外側の板面１２１Ｓ（接触部の一例）及び第二超電導線材１２２の外側の板面１２２Ｓ（接触部の一例）が第二保持部６６ａ２に接触しており、第三超電導線材１２３のうち第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２から延出方向に突出した両側の板面１２３Ｓ（接触部の一例）が第一保持部６６ａ１に接触している。つまり、口出部１２における複数の超電導線材１２１，１２２，１２３の夫々は、少なくとも一方の板面Ｓが保持部６６ａと接触している。具体的には、第一超電導線材１２１の片側の板面１２１Ｓ及び第二超電導線材１２２の片側の板面１２２Ｓが第二保持部６６ａ２と接触する長さＬ２は、第三超電導線材１２３の一対の板面１２３Ｓが第一保持部６６ａ１と接触する長さＬ１の２倍に設定されている。

その結果、超電導コイル１に通電したとき、一対の第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２に流れる電流だけでなく、一対の第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２の間にある第三超電導線材１２３に流れる電流も、直接的に保持部６６ａへと流すことができる。よって、超電導コイル１を構成する超電導線材１２１，１２２，１２３の夫々を流れる電流に偏りが生じ難く、臨界電流値が低下したり、通電損失が大きくなったりする不都合を防止することができる。

しかも、本実施形態のように、第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２が保持部６６ａと接触する長さＬ２を、第三超電導線材１２３が保持部６６ａと接触する長さＬ１の２倍にすれば、超電導線材ユニットＡを構成する全ての超電導線材１２１，１２２，１２３の板面Ｓと保持部６６ａとの接触面積が等しくなる。その結果、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗が均一となり、超電導コイル１を構成する超電導線材１２１，１２２，１２３の夫々を流れる電流が同等になるので、超電導性能をより向上させることができる。

なお、第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２が保持部６６ａと接触する長さＬ２と第三超電導線材１２３が保持部６６ａと接触する長さＬ１との比率を任意に設定しても良いし、第一超電導線材１２１が保持部６６ａと接触する長さＬ２と第二超電導線材１２２が保持部６６ａと接触する長さＬ２とを異ならせても良い。これらの場合、超電導線材１２１，１２２，１２３の形状と同じ孔を形成するように保持部６６ａの形状が設定される。

以下、別実施形態について説明する。基本構成は、上述した実施形態と同様であるため、異なる構成についてのみ図面を用いて説明する。なお、図面の理解を容易にするため、上述した実施形態と同じ部材名称及び符号を用いて説明する。

[別実施形態１]
図１０に示すように、本実施形態では、超電導線材ユニットＡを４層の超電導線材で構成している。保持部６６ａは、第一保持部６６ａ１と、第一保持部６６ａ１の孔幅の２倍の孔幅を有する第二保持部６６ａ２と、で構成されている。また、第二保持部６６ａ２の長さＬ４は、第一保持部６６ａ１の長さＬ３と等しい。保持部６６ａに挿入される超電導線材ユニットＡは、最外層となる一対の第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２と、第一超電導線材１２１と第二超電導線材１２２との間に配置され、口出部１２において第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２よりも延出方向の長さが長い一対の第三超電導線材１２３及び第四超電導線材１２４とを有している。そして、第一超電導線材１２１の外側の板面１２１Ｓ（接触部の一例）及び第二超電導線材１２２の外側の板面１２２Ｓ（接触部の一例）が第二保持部６６ａ２と接触する長さＬ４は、第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２より延出方向に突出した、第三超電導線材１２３の外側の板面１２３Ｓ（接触部の一例）及び第四超電導線材１２４の外側の板面１２４Ｓ（接触部の一例）が第一保持部６６ａ１と接触する長さＬ３と等しい。

その結果、超電導線材ユニットＡを構成する全ての超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４の板面Ｓと保持部６６ａとの接触面積が等しくなる。よって、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗が均一となり、超電導コイル１を構成する超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４の夫々を流れる電流が同等になるので、超電導性能をより向上させることができる。

[別実施形態２]
図１１に示すように、本実施形態では、超電導線材ユニットＡを５層の超電導線材で構成している。保持部６６ａは、第三保持部６６ａ３と、第三保持部６６ａ３の孔幅の３倍の孔幅を有する第四保持部６６ａ４と、第三保持部６６ａ３の孔幅の５倍の孔幅を有する第五保持部６６ａ５と、で構成されている。また、第三保持部６６ａ３と第四保持部６６ａ４との境界に段差が形成されており、第四保持部６６ａ４と第五保持部６６ａ５との境界に段差が形成されている。第四保持部６６ａ４の長さＬ６と第五保持部６６ａ５の長さＬ７とは等しく、第四保持部６６ａ４の長さＬ６及び第五保持部６６ａ５の長さＬ７は、第三保持部６６ａ３の長さＬ５の２倍に設定されている。

保持部６６ａに挿入される超電導線材ユニットＡは、最外層となる一対の第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２と、第一超電導線材１２１と第二超電導線材１２２との間に配置され、口出部１２において第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２よりも延出方向の長さが長い一対の第三超電導線材１２３及び第四超電導線材１２４と、第三超電導線材１２３と第四超電導線材１２４との間に配置され、口出部１２において第三超電導線材１２３及び第四超電導線材１２４よりも延出方向の長さが長い第五超電導線材１２５とを有している。そして、第一超電導線材１２１の外側の板面１２１Ｓ（接触部の一例）及び第二超電導線材１２２の外側の板面１２２Ｓ（接触部の一例）が第五保持部６６ａ５と接触する長さＬ７は、第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２から延出方向に突出した、第三超電導線材１２３の外側の板面１２３Ｓ（接触部の一例）及び第四超電導線材１２４の外側の板面１２４Ｓ（接触部の一例）が第四保持部６６ａ４と接触する長さＬ６と等しい。また、これらの長さＬ６，Ｌ７は、第三超電導線材１２３及び第四超電導線材１２４から延出方向に突出した第五超電導線材１２５の両側の板面１２５Ｓ（接触部の一例）が第三保持部６６ａ３と接触する長さＬ５の２倍に設定されている。

その結果、超電導線材ユニットＡを構成する全ての超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４，１２５の板面Ｓと保持部６６ａとの接触面積が等しくなる。よって、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４，１２５から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗が均一となり、超電導コイル１を構成する超電導線材１２１，１２２，１２３，１２４，１２５の夫々を流れる電流が同等になるので、超電導性能をより向上させることができる。

[別実施形態３]
超電導モータＭは、超電導コイル１を常温から臨界温度以下まで冷却してから稼動させるので、超電導コイル１や接続端子６が熱収縮し、双方の熱収縮率の違いによって口出部１２に大きな曲げ応力や引張応力が作用する。その結果、超電導コイル１の口出部１２のうち保持部６６ａの入口付近に大きな曲げ応力や引張応力が集中し易い。これに、超電導コイル１への通電による電磁振動やロータ５の回転による機械振動が加わる。

そこで、本実施形態では、図１２に示すように、口出部１２の板面Ｓと保持部６６ａとの間に、保持部６６ａの内部から外部に亘って配置された導電性の材料からなる板状の補助線材７を設けている。この補助線材７は、口出部１２の超電導線材ユニットＡのうち最も外側に位置する一対の板面Ｓと保持部６６ａとの間に各別に第一補助線材７Ａと第二補助線材７Ｂとを設けて構成されている。補助線材７は、銅、銀、金等の導電性材料であっても良いが、好ましくは超電導材料である。この補助線材７は、口出部１２と共に保持部６６ａに挿入された後、はんだ材料、溶接材料、導電バインダ等の導電性材料で結合して、端子部６１と電気的に接続されている。なお、口出部１２の両方の板面Ｓに第一補助線材７Ａと第二補助線材７Ｂとを設けたが、片方の板面Ｓに補助線材７を設けても良い。また、超電導線材を４層以上積層させて超電導線材ユニットＡを構成しても良い。

その結果、口出部１２のうち保持部６６ａの入口付近に曲げ応力や引張応力が作用したとしても、補助線材７によって口出部１２に直接付与される曲げ応力や引張応力が低減される。また、電磁振動や機械振動が口出部１２のうち保持部６６ａの入口付近に加わった場合でも、補助線材７によって口出部１２に伝播される振動が減衰される。よって、超電導性能の低下や超電導コイル１の断線を防止することができる。しかも、補助線材７の材料を口出部１２と同じ超電導材料で構成すれば、補助線材７の付加による口出部１２と接続端子６の端子部６１との間の電気抵抗を抑制することができる。よって、超電導コイル１と接続端子６の端子部６１との電気的接続を確実に維持しながら、超電導性能をより高めることができる。

また、本実施形態では、第一補助線材７Ａと第二補助線材７Ｂとの保持部６６ａの外部に露出した部分の長さを異ならせている。つまり、第一補助線材７Ａの保持部６６ａの外部に露出した端部７Ａａと第二補助線材７Ｂの保持部６６ａの外部に露出した端部７Ｂａとは、口出部１２の板面Ｓに垂直な方向視において、位置ずれしている。なお、第一補助線材７Ａと第二補助線材７Ｂとの保持部６６ａの外部に露出した部分の長さを同一にしても良い。

上述したように、口出部１２のうち保持部６６ａの入口付近に曲げ応力や引張応力が集中し易いが、補助線材７を設けることで、これら応力を低減することが可能となる。一方、補助線材７のうち保持部６６ａの外部に露出した側の端部７Ａａ，７Ｂａは接続境界となるため、上記応力が少なからず集中する。そこで、本実施形態のように、口出部１２の両方の板面Ｓに夫々設けられる第一補助線材７Ａと第二補助線材７Ｂとの露出長さを異ならせることで、上記応力が分散される。これによって、超電導コイル１と接続端子６の端子部６１との電気的接続を確実に維持することができる。

また、本実施形態では、第一超電導線材１２１の外側の板面１２１Ｓ（接触部の一例）及び第二超電導線材１２２の外側の板面１２２Ｓ（接触部の一例）が保持部６６ａと接触する長さＬ９は、第一超電導線材１２１及び第二超電導線材１２２から延出方向に突出した第三超電導線材１２３の両側の板面１２３Ｓ（接触部の一例）が保持部６６ａと接触する長さＬ８の２倍に設定されている。これにより、超電導線材ユニットＡを構成する全ての超電導線材１２１，１２２，１２３の板面Ｓと保持部６６ａとの接触面積が等しくなる。また、第一補助線材７Ａ及び第二補助線材７Ｂの外側の板面７Ｓが保持部６６ａと接触する長さＬ１０は、第三超電導線材１２３の両側の板面１２３Ｓが保持部６６ａと接触する長さＬ８よりも小さく設定されている。

その結果、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗が均一となり、超電導コイル１を構成する超電導線材１２１，１２２，１２３の夫々を流れる電流が同等になるので、超電導性能をより向上させることができる。しかも、第一補助線材７Ａ及び第二補助線材７Ｂの外側の板面７Ｓが保持部６６ａと接触する長さＬ１０を第三超電導線材１２３の両側の板面１２３Ｓが保持部６６ａと接触する長さＬ８よりも小さく設定しているので、保持部６６ａの長さを極力小さくすることが可能となる。

[別実施形態４]
図１３に示すように、口出部１２のうち保持部６６ａに挿入される夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３を積層方向（並列方向）に離間させて配置しても良い。この場合、端子部６１のうち保持部６６ａを櫛状に形成し、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３の両側の板面１２１Ｓ，１２２Ｓ，１２３Ｓ（接触部の一例）を保持部６６ａに接触させる。本実施形態では、保持部６６ａと超電導線材１２１，１２２，１２３との接触面積は、全て等しく且つ上述した実施形態に比べて大きく確保されるため、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗がより低減され、超電導性能をより向上させることができる。なお、超電導線材を４層以上積層させて超電導線材ユニットＡを構成しても良い。

[別実施形態５]
図１４に示すように、口出部１２のうち保持部６６ａに挿入される夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３の板面１２１Ｓ，１２２Ｓ，１２３Ｓ（接触部の一例）の幅を、保持部６６ａに挿入されない夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３の板面Ｓの幅よりも大きく構成しても良い。この場合、上述した実施形態に比べて保持部６６ａと超電導線材１２１，１２２，１２３との接触面積を多く確保できるため、夫々の超電導線材１２１，１２２，１２３から保持部６６ａに流れる電流に対する電気抵抗がより低減され、超電導性能をより向上させることができる。なお、超電導線材を４層以上積層させて超電導線材ユニットＡを構成しても良い。

［その他の実施形態］
（１）上述した別実施形態３では、口出部１２の板面Ｓに対向する補助線材７を夫々単一で構成したが、口出部１２の板面Ｓに対向する補助線材７を複数並列させて良い。この場合、口出部１２に作用する引張り応力や曲げ応力をさらに低減することができる。
（２）超電導コイル１は、ステータコア３１の軸芯Ｘから放射状に等間隔に複数（本実施形態では２４組）配置したが、内周ティース３１ｃに分布巻きしても良く、特に限定されない。
（３）上述した超電導モータＭは、三相交流モータに限定されず、超電導コイル１を有するＤＣモータであっても良いし、発電機に適用しても良い。また、超電導モータＭは誘導モータに限定されず、同期モータ等でも良く特に限定されない。

本発明は、超電導コイルと超電導コイルに電気的に接続される接続端子とを備えた超電導コイルの端子接続構造に利用可能である。

１：超電導コイル
１１：巻回部
１２：口出部
６：接続端子
６１：端子部
６６ａ：保持部
１２１：第一超電導線材
１２２：第二超電導線材
１２３：第三超電導線材
１２１Ｓ：板面（接触部）
１２２Ｓ：板面（接触部）
１２３Ｓ：板面（接触部）
７：補助線材
Ａ：超電導線材ユニット
Ｓ：板面

Claims

板状の超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成し、前記超電導線材ユニットを巻回して形成された環状の巻回部と、前記巻回部から外方に延出する前記超電導線材ユニットで形成された口出部とを有する超電導コイルと、
前記口出部を保持する保持部を含む導電性の端子部を有する接続端子と、を備え、
前記超電導線材ユニットを構成する前記超電導線材の夫々は、前記口出部において少なくとも一方の板面が前記保持部と接触して前記保持部と電気的に接続される接触部を有し、
前記口出部において、前記超電導線材ユニットのうち最も外側に位置する一対の板面の少なくとも一方と前記保持部との間には、前記保持部の内部から外部に亘って配置された導電性の材料からなる板状の補助線材が設けられている超電導コイルの端子接続構造。
板状の超電導線材を３層以上に積層して超電導線材ユニットを構成し、前記超電導線材ユニットを巻回して形成された環状の巻回部と、前記巻回部から外方に延出する前記超電導線材ユニットで形成された口出部とを有する超電導コイルと、
前記口出部を保持する保持部を含む導電性の端子部を有する接続端子と、を備え、
前記超電導線材ユニットを構成する前記超電導線材の夫々は、前記口出部において少なくとも一方の板面が前記保持部と接触して前記保持部と電気的に接続される接触部を有し、
夫々の前記超電導線材の前記接触部と前記保持部との接触面積は全て等しく、
前記口出部において、前記超電導線材ユニットのうち最も外側に位置する一対の板面の少なくとも一方と前記保持部との間には、前記保持部の内部から外部に亘って配置された導電性の材料からなる板状の補助線材が設けられている超電導コイルの端子接続構造。