KR20090015992A

KR20090015992A - 초전도 코일 장치 및 유도자형 동기기(同期機)

Info

Publication number: KR20090015992A
Application number: KR1020087031468A
Authority: KR
Inventors: 도시오 다케다; 히데히코 스기모토; 도루 오카자키
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2006-06-23
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2009-02-12
Also published as: CA2655814A1; RU2009101218A; TWI380330B; US8022797B2; JP4890119B2; KR101098459B1; US20100283564A1; TW200807463A; CA2655814C; WO2007148722A1; EP2051356A1; JP2008005653A; RU2414799C2

Abstract

내주면 및 외주면을 가진 원통형 코일 용기와, 초전도 부재가 상기 내주면에 감기도록 하여 상기 코일 용기에 수납되어 냉각되는 초전도 코일과, 상기 코일 용기의 상기 내주면과 끼워맞춤된 기둥형 자성체를 구비한 초전도 코일 장치이다.

Description

초전도 코일 장치 및 유도자형 동기기(同期機){Superconducting coil device and inductor type synchronizer}

본 발명은 초전도 코일 장치 및 이것을 구비하여 전기자의 극성 변화와 회전축의 회전이 동기되어 회전하는 유도자형 동기기에 관한 것이다. 본원은 2006년 6월 23일에 출원된 일본 특허출원 제2006-174008호에 대해 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

초전도 부재가 감겨져 이루어진 초전도 코일에 통전(通電)한 경우, 초전도 코일에 발생하는 자장(磁場)의 자속선이 초전도 코일 자신을 관통한다. 따라서 특히 비스무트계 초전도 부재를 사용한 경우, 자속 밀도가 커짐에 따라 흐르는 전류량이 감소되어 전류가 흐르기 어려워진다. 그래서 비스무트계 초전도 부재가 극저온도(액체 헬륨 온도)에서 금속계 재료보다도 매우 높은 임계 자계를 갖기 때문에 초전도 코일 전체를 액체 네온이나 액체 헬륨으로 극저온도로 냉각시킨 것이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

이와 같은 초전도 코일 장치는 자속 밀도가 커지더라도 초전도 코일에 흐르는 전류량을 유지할 수 있다.

특허문헌 1: 일본 공개특허 제2000-323321호 공보

그러나 상기 종래의 초전도 코일 장치에서는 초전도 코일의 냉매로서 액체 네온이나 액체 헬륨을 사용하기 때문에 이들 냉매의 취급이 곤란했다. 따라서 초전도 코일 장치를 예를 들면 유도자형 동기기에 채용하려고 해도 냉각 계통이 대규모가 되어 코일을 포함한 동기기 전체의 구조가 복잡화 및 대형화된다.

본 발명은 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서 액체 헬륨보다도 취급이 용이한 액체 질소를 냉매로 하더라도 자속 밀도가 큰 초전도 코일에 흐르는 전류량을 적절하게 확보할 수 있는 초전도 코일 장치 및 이것을 사용한 유도자형 동기기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 제1 해결수단으로서, 내주면 및 외주면을 가지는 원통형 코일 용기와, 초전도 부재가 상기 내주면에 감기도록 하여 상기 코일 용기에 수납되어 냉각되는 초전도 코일과, 상기 코일 용기의 상기 내주면과 끼워맞춤된 기둥형 자성체를 구비한 초전도 코일 장치를 채용한다.

이 발명은, 초전도 코일에 전류를 흘렸을 때 생기는 자속선을 기둥형 자성체에 축방향으로 통과시켜 초전도 코일을 통과하는 자속선을 저하시킬 수 있다. 따라서 초전도 코일을 액체 네온이나 액체 헬륨 등이 아닌 액체 질소의 온도로 냉각시키더라도 초전도 코일에 충분한 전류를 흘릴 수 있다. 이 때의 최대 자속 밀도는 기둥형 자성체의 최대 자속 밀도로 제약되지만, 기둥형 자성체는 냉각되어 있지 않기 때문에 자속 밀도를 유지할 수 있다.

또 본 발명에 따른 제2 해결수단으로서, 상기 제1 해결수단에 있어서, 상기 기둥형 자성체의 양 단면(端面) 주연부(周緣部)에 차양부가 설치되고, 상기 차양부와 상기 코일 용기의 양 단면이 접촉되어 있는 초전도 코일 장치를 채용한다.

이 발명은 차양부가 마련되지 않은 경우보다도 큰 자속 밀도를 얻을 수 있다.

또 본 발명에 따른 제3 해결수단으로서, 상기 제2 해결수단에 있어서, 상기 차양부가 상기 기둥형 자성체의 양 단면을 향해 각각 협착(狹窄)되게 형성되어 있는 초전도 코일 장치를 채용한다.

이 발명은, 차양부가 일정한 형상으로 된 경우보다도 큰 자속 밀도를 얻을 수 있다.

또 본 발명에 따른 제4 해결수단으로서, 상기 제1 해결수단에 있어서, 상기 기둥형 자성체가, 중심축선을 포함한 또는 상기 중심축선과 평행한 복수의 면을 따르는 복수의 판형 조각이 집합하여 형성되고, 이들 판형 조각이 서로 인접하는 표면에 절연물이 설치되어 있는 초전도 코일 장치를 채용한다.

이 발명은, 인접하는 판형 조각이 절연물에 의해 전기적으로 절연되어 있기 때문에 초전도 코일에 발생하는 자장에 의해 기둥형 자성체에 전류가 생겨도 인접하는 판형 조각에는 흐르지 않아 중심축선 둘레의 전류를 차단할 수 있기 때문에 자속 밀도를 적절하게 유지할 수 있다.

또 본 발명에 따른 제5 해결수단으로서, 상기 제1 해결수단에 따른 초전도 코일 장치를 구비한 유도자형 동기기를 채용한다.

이 발명은 본 발명에 따른 초전도 코일 장치를 구비하였기 때문에 발전기로서 사용한 경우에는 적절한 전력을 얻을 수 있고, 유도기로서 사용한 경우에는 적절한 출력을 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면, 액체 헬륨보다도 취급이 용이한 액체 질소를 냉매로 하더라도 자속 밀도가 큰 초전도 코일에 흐르는 전류량을 적절하게 확보할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 코일 장치 및 초전도 전동기의 내부 구조를 도시한 단면 개략도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 기둥형 자성체를 도시한 구성도이다.

도 3은 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 회전자 본체를 도시한 사시도이다.

도 4는 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 N극 유도자를 도시한 사시도이다.

도 5는 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 N극 유도자 및 S극 유도자의 배치 상태를 도시한 구성 사시도이다.

도 6은 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 N극 유도자 및 S극 유도자의 배치 상태를 도시한 구성 사시도이다.

도 7은 본 발명의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기의 S극 유도자를 도시한 사시도이다.

도 8은 본 발명의 제2실시형태에 따른 초전도 코일 장치 및 초전도 전동기의 내부 구조를 도시한 단면 개략도이다.

도 9는 본 발명의 제3실시형태에 따른 초전도 코일 장치의 기둥형 자성체를 도시한 단면도이다.

도 10은 본 발명의 변형예에 따른 초전도 코일 장치 및 초전도 전동기의 내부 구조를 도시한 단면 개략도이다.

도 11은 본 발명의 변형예에 따른 초전도 코일 장치 및 초전도 전동기의 내부 구조를 도시한 단면 개략도이다.

<부호의 설명>

1,33,40,41,46 초전도 전동기(유도자형 동기기),

2,30,35 초전도 코일 장치,

13 전기자용 단열 냉매 용기(코일 용기),

13a 내주면,

13b 외주면,

15 전기자 코일(초전도 코일),

16,31,36 기둥형 자성체,

17,32 차양부,

32a 경사면,

37A,37B,37C,37D,37E,37F,37G 판형 조각

본 발명의 제1실시형태에 대해서 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명하기로 한 다.

본 발명에 따른 초전도 전동기(유도자형 동기기)(1)는 초전도 코일 장치(2)를 구비하고 중심부에 회전축(3)을 가진 액시얼 갭 구조의 초전도 전동기로서, 자성체로 이루어진 요크(5)와, 요크(5)로부터 회전축(3)의 축방향으로 돌출 설치되며 지름 방향으로 N극 및 S극을 형성하는 계자 코일(6)을 가지며, 회전축(3) 방향으로 서로 대향하도록 좌우 대칭으로 배치된 한쌍의 계자측 고정자(7A),(7B)와, 계자 코일(6)에 의해 형성되는 N극에 대향하도록 배치되어 자화되는 N극 유도자(8)와, 계자 코일(6)에 의해 형성되는 S극에 대향하도록 배치되어 자화되는 S극 유도자(10)를 가지고, 회전축(3) 방향으로 서로 대향하도록 좌우 대칭으로 배치된 한쌍의 회전자(11A),(11B)와, 회전축(3)을 회전 및 관통 가능하게 지지하며 초전도 코일 장치(2)가 배치된 한쌍의 회전자(11A),(11B)에 끼워진 전기자측 고정자(12)를 구비하고 있다.

초전도 코일 장치(2)는 내주면(13a) 및 외주면(13b)을 가진 원통형 전기자용 단열 냉매 용기(코일 용기)(13)와 비스무트계, 이트륨계 등의 초전도 부재가 내주면(13a)에 감기도록 하여 전기자용 단열 냉매 용기(13)에 수납되어 냉각되는 전기자 코일(15)과, 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 내주면(13a)과 끼워맞춤된 원주형의 기둥형 자성체(16)를 구비하고 있다. 각 초전도 코일 장치(2)는 기둥형 자성체(16)의 양 단면(16a),(16b)이 N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)와 대향하도록 회전축(3)을 중심으로 하는 전기자측 고정자(12)의 동일 원주 상에 소정의 간격을 두고 매설되어 있다.

기둥형 자성체(16)는, 도 2에 도시한 바와 같이 파멘더, 규소 강판, 철, 퍼멀로이 등의 고투자성(高透磁性) 재료로 이루어진 4개의 기둥형 조각(16A),(16B),(16C),(16D)이 1장의 판형 조각(16E) 주위에 배치되어 조합됨으로써 구성되고, 후술하는 고정자 본체(21)를 관통하도록 하여 배치되어 있다. 기둥형 자성체(16)의 양 단면(16a),(16b)이 되는 주연부에는, 원주가 중심축선을 포함한 면에서 둘로 나뉘어 이루어진 본체 부분에 대해 지름 방향으로 돌출된 차양부(17)가 설치되어 있다. 차양부(17)는 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 양 단면(13c),(13d)과 맞닿도록 기둥형 자성체(16)의 외경보다도 큰 외경을 가지고 있다.

따라서, 초전도 코일 장치(2)를 조립할 때에는, 우선 판형 조각(16E)을 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 중심공에 관통시키고, 그 주위에 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 양 단면 쪽에서 기둥형 조각(16A),(16B) 및 (16C),(16D)의 본체 부분을 삽입한다. 또는 판형 조각(16E)을 중심으로 하여 주위에 기둥형 조각(16A),(16B)을 배치하고, 예를 들면 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 단면(13c) 쪽에서 관통시키고, 단면(13d) 쪽에서 나머지 기둥형 조각(16C),(16D)의 본체측을 전기자용 단열 냉매 용기(13)에 삽입한다. 이렇게 하여 기둥형 자성체(16)의 원주형 부분이 전기자용 단열 냉매 용기(13)와 끼워맞춤된 상태에서 차양부(17)가 전기자용 단열 냉매 용기(13)의 양 단면(13c),(13d)으로부터 돌출된 상태가 된다.

요크(5)는 파멘더 규소 강판, 철, 퍼멀로이 등의 자성체로 이루어지고, 회전축(3) 방향으로 소정 두께를 가진 원반 모양으로 형성되어 있다. 요크(5)의 중심부에는 회전축(3)이 관통 가능한 지름의 관통공(5a)이 마련되어 있다. 요크(5)의 서 로 대향하는 안쪽 면에는 회전축(3)을 중심으로 하여 환형으로 형성된 계자용 단열 냉매 용기(18)가 각각 회전축(3) 방향으로 돌출되어 설치되어 있다. 계자용 단열 냉매 용기(18) 안에는 액체 질소가 충전되어 있으며 계자 코일(6)이 내부에 수납되어 있다.

계자 코일(6)은 비스무트계, 이트륨계 등의 초전도재로 구성되어 있고, 회전축(3) 둘레에 감기도록 하여 계자용 단열 냉매 용기(18) 안에 수납되어 있다. 따라서 계자 코일(6)을 여자시켰을 때에는 외주쪽과 내주쪽의 지름 방향으로 나뉘어 자극이 발생한다.

한쌍의 회전자(11A),(11B)는, 도 3에 도시한 바와 같이 FRP나 스테인레스 등의 비자성체로 이루어지고, 중심부에 마련된 끼워맞춤공(20a)에서 회전축(3)을 고정 지지하는 회전자 본체(20)를 각각 구비하고 있다. 요크(5)와 대향하는 회전자 본체(20)의 바깥쪽 면에는 계자 코일(6)이 걸어맞춤되는 걸어맞춤홈(11a)이 회전축(3)을 중심으로 하여 환형으로 형성되어 있다. 그리고 걸어맞춤홈(11a)를 둘러싸도록 마련되어 N극 유도자(8) 또는 S극 유도자(10)를 내부에 수납하는 수납 오목부(11b),(11c)가 둘레 방향으로 여러 개 형성되어 있다.

N극 유도자(8)에는, 도 4에 도시한 바와 같이 계자용 단열 냉매 용기(18)와 지름 방향 바깥쪽 또는 안쪽으로부터 대향 가능하게 곡면형으로 형성된 일단면(8a)과, 기둥형 자성체(16)와 대향했을 때 회전자 본체(15)의 둘레 방향으로 길고 지름 방향으로 짧은 타원판형 또는 대략 원판형으로 형성된 타단면(8b)이 마련되어 있다. N극 유도자(8)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 회전자 본체(20)의 중심에 대해 점대칭이 되는 위치에 회전축(3) 방향으로 관통하여 합계 4개가 배치되어 있다. 이 때 N극 유도자(8)의 일단면(8a)은 걸어맞춤홈(11a)에 면하여 계자 코일(6)의 N극 발생 위치에 대향 배치되고, 또한 타단면(8b)은 전기자 코일(15)에 대향 배치되어 있다.

S극 유도자(10)에는, 도 7에 도시한 바와 같이 계자용 단열 냉매 용기(18)와 지름 방향 바깥쪽 또는 안쪽으로부터 대향 가능하게 곡면형으로 형성된 일단면(10a)과, 기둥형 자성체(16)와 대향했을 때 회전자 본체(15)의 둘레 방향으로 길고 지름 방향으로 짧은 타원판형 또는 대략 원판형으로 형성된 타단면(10b)이 마련되어 있다. S극 유도자(10)는, 도 5 및 도 6에 도시한 바와 같이 회전자 본체(20)의 중심에 대해 점대칭이 되는 위치 및 N극 유도자(8)와는 대략 90도의 위상차를 갖는 위치에 회전축(3) 방향으로 관통하여 합계 4개가 배치되어 있다. 이 때, S극 유도자(10)의 일단면(10a)은 걸어맞춤홈(11a)에 면하여 계자 코일(6)의 S극 발생 위치에 대향 배치되고, 또한, 타단면(10b)은 전기자 코일(15)에 대향 배치되어 있다. N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)는 파멘더, 규소 강판, 철, 퍼멀로이 등의 자성체로 구성되어 있다.

전기자측 고정자(12)는 FRP나 스테인레스 등의 비자성체로 이루어진 고정자 본체(21)를 구비하고 있다. 고정자 본체(21)의 중심부에는 회전축(3)이 관통하는 관통공(21a)이 배치되어 있다. 고정자 본체(21)에는 소정의 간격을 두고 동일 원주 위에 복수의 초전도 코일 장치(2)가 6개 매설되어 있다.

계자 코일(6)에는 직류 전기 배선(22)을 통해 직류 전원(23)이 접속되어 있 다. 또 전기자 코일(15)에는 교류 전기 배선(25)을 통해 교류 전원(26)이 접속되어 있다. 한편, 계자용 단열 냉매 용기(18) 및 전기자용 단열 냉매 용기(13)에는 냉각 배관(27)을 통해 액체 질소를 냉매로 하는 냉각기(28)가 접속되어 있다. 이 냉각기(28)는 액체 질소를 냉각하여 순환시키기 위한 구동 전원(미도시)과 접속되어 있다.

다음으로, 본 실시형태에 따른 초전도 코일 장치(2) 및 이것을 구비한 초전도 전동기(1)의 작용에 대해서 설명하기로 한다.

우선 냉각기(28)를 구동하여 냉각 배관(27)을 통해 계자용 단열 냉매 용기(18) 및 전기자용 단열 냉매 용기(13)에 액체 질소를 공급한다. 그리고 계자용 단열 냉매 용기(18) 및 전기자용 단열 냉매 용기(13) 안에 배치된 계자 코일(6) 및 전기자 코일(15)을 각각 냉각시켜 초전도 상태로 한다.

다음으로, 직류 전원(23)으로부터 직류 전류를 계자 코일(6)에 각각 급전한다. 이 때, 직류 전류의 방향에 따라 계자측 고정자(7A)에는, 예를 들면 계자 코일(6)의 직경 방향 바깥쪽에 N극 및 직경 방향 안쪽에 S극이 각각 형성된다. 이로써 N극 유도자(8)의 전기자측 고정자(12)와 대향하는 타단면(8b)에 N극이 도출된다. 한편, S극 유도자(10)의 전기자측 고정자(12)와 대향하는 타단면(10b)에 S극이 도출된다. 계자측 고정자(7B)에 관해서도 직류 전류의 방향에 따라 같은 자극이 형성되고, N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)의 각각의 타단면(8b),(10b)에 각각 N극,S극이 도출된다.

이 상태에서 교류 전원(26)으로부터 3상 교류를 전기자 코일(15)에 급전한 다. 이 때, 3상간의 위상차에 의해 전기자 코일(15)에는 회전축(3) 둘레로 회전하는 회전 자계가 발생한다. 그리고 자속선이 기둥형 자성체(16)를 축방향으로 통과하여 기둥형 자성체(16)의 양 단면(16a),(16b)에는 서로 다른 자극이 교류 주기에 맞춰 번갈아 나타난다. 이 회전 자계가 N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)의 각각 타단면(8b),(10b) 사이에서 흡인·반발을 반복하여 한쌍의 회전자(11A),(11B) 사이에서 동일 방향의 회전축선 둘레의 회전력을 발생시켜 회전축(3)이 회전한다.

이 초전도 전동기(1)에 의하면, 초전도 코일 장치(2)가 기둥형 자성체(16)를 구비하였기 때문에 전기자 코일(15) 자신을 통과하는 자속선을 기둥형 자성체(16)에도 통과시켜 전기자 코일(15) 자신을 통과하는 자속선을 줄일 수 있다. 따라서 종래와 같이 전기자 코일(15)을 액체 네온이나 액체 헬륨 등이 아닌 액체 질소의 온도로 냉각하더라도 전기자 코일(15)에 충분한 전류를 흘릴 수 있다. 게다가 이 때의 최대 자속 밀도는 기둥형 자성체(16)의 최대 자속 밀도로 제약되지만, 기둥형 자성체(16)가 냉각되어 있지 않기 때문에 자속 밀도를 유지할 수 있다. 또 기둥형 자성체(16)의 양 단면(16a),(16b)에 차양부(17)가 마련되어 있기 때문에 보다 큰 자속 밀도를 얻을 수 있다.

또한 한쌍의 회전자(11A),(11B)에는 코일이 배치되어 있지 않기 때문에 고정자에 배치된 계자 코일(6) 및 전기자 코일(15)에만 전원 공급 및 냉각시키면 되므로 전기계 및 냉각계를 간단한 구성으로 할 수 있다. 이 때, 계자 코일(6)을 회전자 본체(20)의 걸어맞춤홈(11a)에 걸어맞춤으로써 계자 코일(6)을 N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)에 의해 직경 방향으로 둘러싸도록 하여 회전자 본체(20) 안에 배치할 수 있다. 따라서, 각 계자측 고정자(7A),(7B)의 축방향 두께로서는, 계자 코일(6)의 회전자(11A),(11B)쪽으로의 돌출량을 고려하지 않고 요크(5)에 필요한 두께만을 고려하면 되므로 회전축(3) 방향의 길이를 짧게 할 수 있다.

다음으로, 제2실시형태에 대해서 도 8을 참조하면서 설명하기로 한다.

한편, 상술한 제1실시형태와 동일한 구성 요소에는 동일 부호를 붙임과 동시에 설명을 생략한다. 제2실시형태와 제1실시형태의 차이점은, 본 실시형태에 따른 초전도 코일 장치(30)의 기둥형 자성체(31)에 마련된 차양부(32)가 기둥형 자성체(31)의 양 단면(31a),(31b)을 향해 각각 협착되어 경사면(32a)이 형성되어 있는 점이다. 이 초전도 코일 장치(30)를 구비한 초전도 전동기(33)의 다른 구성은 제1실시형태와 동일한 구성을 가지고 있다.

이 초전도 코일 장치(30) 및 초전도 전동기(33)의 작용에 대해서 설명하기로 한다.

제1실시형태와 마찬가지로, 계자 코일(6) 및 전기자 코일(15)을 각각 냉각시켜 초전도 상태로 한 후, 계자 코일(6)에 직류 전류를 각각 급전하여 N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10) 각각의 타단면(8b),(10b)에 각각 N극, S극을 도출시킨다.

이 상태에서 교류 전원(26)에서 3상 교류를 전기자 코일(15)에 급전한다. 이 때, 상술한 바와 같이 3상간의 위상차에 의해 전기자 코일(15)에는 회전축(3) 둘레로 회전하는 회전 자계가 발생한다. 이 때, 자속선이 기둥형 자성체(31)을 축방향으로 통과하는데, 차양부(32)에 경사면(32a)가 더 설치되어 있기 때문에 양 단면(31a),(31b) 뿐만 아니라 차양부(32)의 경사면(32a)에도 자력선이 통과한다.

이렇게 해서 제1실시형태보다도 큰 자속 밀도의 회전 자계가 발생하고, N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)의 타단면(8b),(8b)과의 사이에서 흡인·반발을 반복하여 한쌍의 회전자(11A),(11B) 사이에서 동일 방향의 회전축선 둘레의 회전력을 발생시켜 회전축(3)이 회전한다.

이 초전도 코일 장치(30) 및 초전도 전동기(33)에 의하면, 제1실시형태와 같이 차양부(32)가 일정한 형상으로 된 경우보다도 큰 자속 밀도를 얻을 수 있다

다음으로, 제3실시형태에 대해서 도 9를 참조하여 설명하기로 한다.

상술한 다른 실시형태와 같은 구성 요소에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다. 제3실시형태와 제1실시형태의 다른 점은, 본 실시형태에 따른 초전도 코일 장치(35)의 기둥형 자성체(36)가, 중심축선(C)을 포함한 또는 중심축선(C)과 평행한 복수의 면에 따르는 복수의 판형 조각(37A)∼(37G)이 집합하여 형성되고 이들 판형 조각(37A)∼(37G)이 서로 인접하는 표면에 절연물(38)이 설치되어 있다는 점이다.

이 초전도 코일 장치(35) 및 이것을 구비한 초전도 전동기(40)의 작용에 대해서 설명하기로 한다. 본 실시형태에서도 제1실시형태에 따른 초전도 코일 장치(2) 및 초전도 전동기(1)와 마찬가지의 작용에 의해 회전축(미도시)이 회전한다. 이 때, 판형 조각(37A)∼(37G)이 절연물(38)에 의해 전기적으로 각각 절연되어 있다. 따라서 전기자 코일(미도시)에 발생하는 자장에 의해 기둥형 자성체(36)에 전류가 발생하더라도 판형 조각(37A)∼(37G) 각각의 사이에서 중심축선(C) 둘레의 전류가 차단된다. 따라서 이 초전도 코일 장치(35) 및 초전도 전동기(40)에 의하면 전기자 코일에 의해 발생한 자계의 자속 밀도를 적절하게 유지할 수 있다.

본 발명의 기술 범위는 상기 실시형태로 한정되지 않으며 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위에서 여러가지 변경을 추가할 수 있다. 예를 들면, 상기 실시형태에서는 유도자형 동기기를 초전도 전동기로 하였으나, 회전축(3)을 회전시킴으로써 발전시키는 발전기로서 사용해도 좋다.

또 상기 실시형태에서는 기둥형 자성체(16)에 차양부(17)가 마련되어 있는 것으로 되어 있지만, 단면에 차양부가 없는 것도 상관 없다. 이 경우, 기둥형 조각이나 판형 조각으로 분할되어 있을 필요는 없다. 또 전기자용 단열 냉매 용기(13)와 끼워맞출 때, 양자의 접속을 확실하게 하기 위한 고정 부재가 마련되어 있어도 좋다.

또한 제1실시형태에 따른 초전도 전동기(1)는 각 계자측 고정자(7A),(7B)의 요크(5)에 초전도 부재로 이루어진 계자 코일(6)이 배치되어 있는 것으로 되어 있지만, 계자 코일(6), N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10) 대신에, 도 10에 도시한 바와 같이 초전도 전동기(41)의 한쌍의 회전자(42A),(42B)에 영구 자석(43)이 마련되어 있어도 좋다. 이 경우, 영구 자석(43)은 초전도 코일 장치(2)와 대향하도록 하여 제1실시형태에 따른 N극 유도자(8) 및 S극 유도자(10)의 각각 타단면(8b),(10b)에 대략 동일한 크기로 마찬가지의 배치로 회전자 본체(45)에 배치되어 있다. 이 회전자 본체(45)는, 제1실시형태에 따른 전기자측 고정자(12)의 요크(5)와 마찬가지의 자성체로 구성되어 회전축(3)과 접속되어 있다.

이 초전도 전동기(41)는 제1실시형태와 동일한 초전도 코일 장치(2)를 구비 하였기 때문에 초전도 코일 장치(2)의 전기자 코일(15)에 교류 전원(26)으로부터 3상 교류를 급전한 상태에서는, 계자 코일(6)에 직류 전류를 흘려보낸 상태의 제1실시형태에 따른 초전도 전동기(1)와 마찬가지의 작용에 의해 회전축(3)이 회전한다. 그리고 제1실시형태와 동일한 효과를 나타낼 수 있다. 또 도 11에 도시한 바와 같이 영구 자석(43)을 가진 초전도 전동기(46)가 제2실시형태에 따른 초전도 코일 장치(30)를 가지고 있어도 좋다.

또 상기 실시형태에서는 한쌍의 회전자의 중심부에 접속된 회전축(3)이 한쌍의 회전자와 함께 회전하는 내부 로터형으로 되어 있지만 여기에 한정되지 않는다. 예를 들면, 중심부에 배치된 축부는 고정축이 되는 반면, 외주쪽이 한쌍의 회전자와 접속된 외부 로터형의 유도자형 동기기로 해도 좋다.

또한 N극 유도자 및 S극 유도자와 전기자 코일의 조합수는 상술한 것에 한정되지 않으며, 예를 들면 N극 유도자 및 S극 유도자를 2개씩으로 하고 전기자 코일을 3개로 해도 좋다. 또 N극 유도자 및 S극 유도자를 8개씩으로 하고 전기자 코일을 12개로 해도 좋다.

Claims

내주면 및 외주면을 가지는 원통형 코일 용기와,

초전도 부재가 상기 내주면에 감기도록 하여 상기 코일 용기에 수납되어 냉각되는 초전도 코일과,

상기 코일 용기의 상기 내주면과 끼워맞춤된 기둥형 자성체를 구비한 초전도 코일 장치.
제1항에 있어서,

상기 기둥형 자성체의 양 단면 주연부에 차양부가 설치되고,

상기 차양부와 상기 코일 용기의 양 단면이 접촉되어 있는 초전도 코일 장치.
제2항에 있어서,

상기 차양부가 상기 기둥형 자성체의 양 단면을 향해 각각 협착되게 형성되어 있는 초전도 코일 장치.
제1항에 있어서,

상기 기둥형 자성체가 중심축선을 포함한 또는 상기 중심축선과 평행한 복수의 면을 따르는 복수의 판형 조각이 집합하여 형성되고,

이들 판형 조각이 서로 인접하는 표면에 절연물이 설치되어 있는 초전도 코일 장치.
제1항에 기재된 초전도 코일 장치를 구비한 유도자형 동기기.