KR20110046488A

KR20110046488A - 초전도 코일 및 자기장 발생 장치

Info

Publication number: KR20110046488A
Application number: KR1020117004227A
Authority: KR
Inventors: 아츠코 후카야; 도모야 오오타; 히데히코 스기모토
Original assignee: 가부시키가이샤 아이에이치아이
Priority date: 2008-08-06
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2011-05-04
Also published as: RU2011108111A; CA2733162C; JP2010040823A; EP2323141A1; US8354907B2; JP5201551B2; US20110140817A1; EP2323141A4; EP2323141B1; CA2733162A1; RU2479880C2; WO2010016254A1

Abstract

초전도재로 이루어진 코일 유닛(110)을 축심이 동일 방향이 되도록 복수 배설하여 이루어진 초전도 코일(100)로서, 코일 유닛의 근방에 상기 초전도재보다도 높은 투자율을 가진 페라이트, 압분 코어 혹은 퍼멘듈 분체로 이루어진 자기장 분포 조정 부재(121)를 구비한다.

Description

초전도 코일 및 자기장 발생 장치{Superconducting coil and magnetic field generator}

본 발명은 초전도 코일 및 자기장 발생 장치에 관한 것이다. 본원은 2008년 8월 6일에 일본에 출원된 일본특원2008-202807호에 기초하여 우선권을 주장하고 그 내용을 여기에 원용한다.

초전도 코일에서는 예를 들면 비스무트계나 이트륨계 등의 초전도재로 형성되는 테이프형 부재를 실패에 감고 팬케이크형, 부채꼴형, 레이스 트랙형 등으로 한 코일 유닛을 축심이 동일 방향이 되도록 복수개 배설하여 구성되는 부재가 있다.

이와 같은 초전도 코일에서 초전도재의 임계 전류의 크기는, 초전도재에 작용하는 자기장의 강도에 의존하는 것으로 알려져 있다. 보다 자세하게는, 초전도재의 임계 전류의 크기는 초전도 선테이프의 폭광면에 대해 주로 수직 방향(코일 유닛의 직경 방향)에 작용하는 자기장의 강도에 의존하고, 수직 방향의 자기장의 강도가 커지면 임계 전류가 저하된다. 또 교류 용도의 초전도 코일에서는 변동되는 자기장이 원인이 되어 생기는 초전도 특유의 손실(교류 손실)이 과제가 되고 있다.

이와 같은 과제에 대해 특허문헌 1에는 축방향으로 인접한 코일 유닛 사이에 강자성체인 순철 등의 철분을 수지중에 분산시킨 자기장 분포 조정 부재를 전기 절연 부재를 사이에 두고 배설하는 부재가 개시되어 있다. 이 구조에 의해 초전도재를 관통하는 자속이 자기장 분포 조정 부재에 유도됨으로써 초전도재에 직경 방향으로 작용하는 자기장의 강도가 줄어들어 임계 전류의 저하가 억제된다.

특허문헌 1: 일본특개2004-342972호 공보

그런데 특허문헌 1에 기재된 자기장 분포 조정 부재는 철분을 수지중에 분산시키기 때문에 전기 저항이 커서 변동 자기장에 의한 와전류의 발생을 억제할 수 있고 변동 자기장에 의한 발열을 억제할 수 있다. 그러나 상기 자기장 분포 조정 부재는 투자율(透磁率)이 작기 때문에 초전도재를 관통하는 자속을 유도하는 특성에 대해서는 불충분하다.

또한 특허문헌 1에 기재된 자기장 분포 조정 부재는 코일 유닛 사이에 각각 설치되어 있으며 초전도 코일의 축심 방향에서 자기장 분포가 다르다는 특성에 대해서 고려되지 않았다. 예를 들면, 초전도 코일의 축심 방향의 중심부에서 초전도재에 대해 수직 방향으로 작용하는 자기장은 축심 방향의 단부(端部)에서의 자기장보다 작다. 따라서 자기장이 작은 중심부에서 소정 크기의 자기장 분포 조정 부재가 설치되면 자속을 중심부의 초전도재로 유도하기도 한다.

본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 임계 전류의 저하를 더욱 억제시킴과 동시에 교류 손실을 억제할 수 있는 초전도 코일 및 자기장 발생 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 초전도재로 이루어진 코일 유닛을 축심이 동일 방향이 되도록 복수 배설하여 이루어진 초전도 코일로서, 상기 코일 유닛의 근방에 상기 초전도재보다도 높은 투자율을 가지는 페라이트, 압분 코어 혹은 퍼멘듈 분체로 이루어진 자기장 분포 조정 부재를 구비한다.

상기 구성에 의해 본 발명에서는 자기장 분포 조정 부재가 페라이트, 압분 코어 혹은 퍼멘듈 분체로 구성된다. 따라서 본 발명의 자기장 분포 조정 부재는 전기 저항이 커서 와전류의 발생을 억제하고, 또한 투자율이 높아 자속을 유도하는 특성을 충분히 갖출 수 있게 된다.

또 본 발명에서는 상기 자기장 분포 조정 부재는 각각의 코일 유닛 사이에 각각의 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록, 혹은 양단에 위치하는 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치되어 있다.

상기 구성에 의해 본 발명에서는 자기장 분포 조정 부재가 각각의 코일 유닛 사이에 각각의 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록, 혹은 양단에 위치하는 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치된다.

또 본 발명에서는 상기 자기장 분포 조정 부재는 배치 위치의 자기장 분포에 따른 축심 방향의 폭 및/혹은 축심에 직교하는 방향의 폭을 구비한다.

상기 구성에 의해 본 발명의 자기장 분포 조정 부재는 자기장 분포에 따라 자기장 분포 조정 부재의 크기를 조정함으로써 배치 위치에 적합한 자속을 유도하는 특성을 갖출 수 있게 된다.

또 본 발명에서는 상기 자기장 분포 조정 부재는 축심이 코일 유닛의 축심과 동일 방향인 환형 형상이다.

상기 구성에 의해 본 발명에서는 자기장 분포 조정 부재가 환형 형상을 갖기 때문에 직경 방향으로부터 코일 유닛에 작용하는 모든 방향의 자속을 유도할 수 있다.

또 본 발명에서는 상기 자기장 분포 조정 부재의 직경 방향 안쪽에 별도로 설치되는 내환 부재 및 상기 자기장 분포 조정 부재의 직경 방향 바깥쪽에 별도로 설치되는 외환 부재는 상기 축심 방향에서 상기 자기장 분포 조정 부재보다 크다.

상기 구성에 의해 본 발명에서는 내환 부재 및 외환 부재가 자기장 분포 조정 부재에 가해지는 부하(예를 들면, 자기장 중의 강자성체에 걸리는 자력, 코일 턱(tuck)에 고정시킬 때에 걸리는 힘, 냉각시(승온시)에 자기장 조정 부재와 수지재와의 열팽창 계수의 차에 의해 가해지는 힘 등)를 받을 수 있기 때문에 자기장 분포 조정 부재가 페라이트 등의 취성재라 해도 상기 부하나 충격 등에 기인하는 깨짐 등을 억제할 수 있다.

또 본 발명은 상기 초전도 코일을 구비하고 외부에서 각 코일 유닛에 급전되는 구동 전류에 의해 자기장을 발생하는 자기장 발생 장치를 채용한다.

상기 구성에 의해 본 발명에서는 임계 전류의 저하를 보다 억제시켜 교류 손실을 억제할 수 있는 초전도 코일을 구비한 자기장 발생 장치를 얻을 수 있다.

본 발명에 의하면 초전도재로 이루어진 코일 유닛을 축심이 동일 방향이 되도록 복수 배설하여 이루어진 초전도 코일로서, 상기 코일 유닛의 근방에 상기 초전도재보다도 높은 투자율을 가진 페라이트, 압분 코어 혹은 퍼멘듈 분체로 이루어진 자기장 분포 조정 부재가 설치됨으로써 전기 저항이 커서 와전류의 발생을 억제하고 또한 투자율이 높아 자속을 유도하는 특성을 충분히 갖출 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 임계 전류의 저하를 보다 억제시킴과 동시에 교류 손실을 억제할 수 있는 초전도 코일을 제공할 수 있다.

도 1은, 본 실시형태에 관한 초전도 모터의 개략 구성을 도시한 부분 분해도이다.
도 2는, 본 실시형태에 관한 초전도 코일의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은, 본 실시형태에 관한 자기장 조정 링을 도시한 평면도이다.
도 4는, 도 3에 관한 자기장 조정 링의 선에서 본 X-X단면도이다.
도 5a는, 본 실시형태에 관한 자기장 조정 링의 작용을 설명하는 모식도이다.
도 5b는, 본 실시형태에 관한 자기장 조정 링의 작용을 설명하는 모식도이다.
도 6a는, 본 실시형태에 관한 초전도 코일의 자기장 분포를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 6b는, 본 실시형태에 관한 초전도 코일의 자기장 분포를 도시한 시뮬레이션 결과이다.
도 7a는, 도 6에 관한 초전도 코일의 단부의 확대도이다.
도 7b는, 도 6에 관한 초전도 코일의 단부의 확대도이다.

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명하기로 한다. 우선, 본 실시형태에서의 초전도 코일을 구비한 초전도 모터(자기장 발생 장치)의 개략 구성에 대해서 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명의 실시형태에서의 초전도 모터(1)의 개략 구성을 도시한 부분 분해도이다.

초전도 모터(1)는 도 1에 도시한 것처럼 케이싱(2)과, 모터축(3)과, 회전자(4)와, 고정자(5)를 구비하고 있다.

케이싱(2)은 중공 원주 형상을 가지고 있으며 그 중심축에 모터축(3)이 삽입 통과 가능한 개구부가 형성되어 있다.

모터축(3)은 케이싱(2)에 설치된 개구부에 삽입 통과되고 케이싱(2)에 대해 축방향으로 연장되는 회전축 주위에 회전 가능하게 설치된다.

회전자(4)는 케이싱(2)의 내부에 설치되고 고정자(5)를 축방향에서 끼워넣도록 한쌍으로 설치되어 있다. 또 회전자(4)는 케이싱(2)에 대해 회전 가능하게 모터축(3)과 접속되어 있다. 이 회전자(4)에는 고정자(5)가 설치되는 쪽에 영구자석(41)이 설치되고, 또한 영구자석(41) 배면의 자로로서 백 요크(42)가 설치되어 있다.

고정자(5)는 케이싱(2)의 내부에 설치되어 케이싱(2)에 대해 고정되고, 케이싱(2)의 축방향으로 연장되어 영구자석(41)과 대향하는 철심(51)과, 철심(51) 주위에 설치되는 초전도 코일(100)과, 초전도 코일(100)을 둘러싸는 크리오스텟(cryostat)(52)을 구비한다.

철심(51)은 각 코일 유닛(110)이 만드는 자속을 증폭시킴과 동시에 자속을 모으는 역할을 맡는다.

초전도 코일(100)은 여러 개의 코일 유닛(110)으로 구성되고, 여러 개의 코일 유닛(110)은 축심이 동일 방향이 되도록 배설되어 있다. 그리고 초전도 코일(100)은 외부로부터 각 코일 유닛(110)에 급전되는 구동 전류(교류 전류)에 의해 자기장을 발생시킨다.

크리오스텟(52)은 초전도 코일(100)을 극저온으로 유지하는 전기자용 단열 냉매 용기로서, 내부를 극저온의 액체 질소, 액체 네온 혹은 액체 헬륨 등의 냉매를 구비한다.

상기 구성의 초전도 모터(1)는 외부로부터 초전도 코일(100)에 교류 전류를 공급함으로써 교류 주기에 따라 철심(51)의 양단에 N극, S극을 번갈아 출현시킨다. 그리고 회전자(4)의 영구자석(41) 사이에서 흡인력·반발력이 작용하여 회전자(4)가 축 둘레를 회전한다. 그리고 회전자(4)의 회전에 따라 모터축(3)이 케이싱(2)에 대해 회전하여 초전도 모터(1)는 원하는 회전 구동력을 얻는다.

계속해서 이와 같은 초전도 모터(1)에 설치되는 초전도 코일(100)의 구성에 대해서 도 2∼도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 실시형태에서의 초전도 코일(100)의 개략 구성을 도시한 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시형태에서의 자기장 조정 링(120)을 도시한 평면도이다.

도 4는 도 3에서의 자기장 조정 링(120)의 선에서 본 X-X단면도이다.

초전도 코일(100)은 도 2에 도시한 것처럼 코일 유닛(110)과 자기장 조정 링(120)을 구비한다. 코일 유닛(110)과 자기장 조정 링(120) 사이에는 냉매를 유통시키는 갭이 설치되어 있다.

코일 유닛(110)은 예를 들면 비스무트계나 이트륨계 등의 초전도재로 형성되는 테이프형의 것을 감아 축심 방향에서 2층의 팬케이크 형태로 한, 이른바 더블 팬케이크 코일이다. 아울러 코일 유닛(110)으로서는, 예를 들면 초전도재를 한번 감기, 부채꼴 혹은 레이스 트랙 감기 등으로 한 코일이어도 좋다. 상기 구성 코일 유닛(110)은 축심 방향에서 소정 거리를 두고 여러 개 배치된다.

자기장 조정 링(120)은 코일 유닛(110)을 구성하는 초전도재보다 높은 투자율을 가지고 코일 유닛(110)에 대해 주로 수직 방향(지름방향)에 작용하는 자기장의 강도를 조정하는 부재이다. 자기장 조정 링(120)은 각각의 코일 유닛(110)을 축심 방향에서 끼워넣도록 코일 유닛(110) 사이에 설치되어 있다. 아울러 자기장 조정 링(120)은 도 3에 도시한 것처럼 환형 형상을 가지고 있다.

자기장 조정 링(120)은 도 4에 도시한 것처럼 자기장 분포 조정 부재(121)와, 내환 부재(122A)와, 외환 부재(122B)와, 박판 부재(123)를 구비한다.

자기장 분포 조정 부재(121)는 본 실시형태에서는 전기 저항이 크고 또한 투자율이 큰 페라이트로 구성된다. 페라이트는 페라이트분을 소결한 것을 채용하고, 페라이트의 종류로서는 망간 페라이트가 적합하게 사용된다.

또 자기장 분포 조정 부재(121)는 도 3에 도시한 것처럼 둘레방향에서 여러 개 분할된 환형 형상으로 되어 있다. 자기장 분포 조정 부재(121)는 페라이트가 취성재(脆性材)이므로 일체로 환형 형상으로 가공하기 어렵다는 가공성의 관점 및 변동 자기장에 의해 생기는 전류를 억제한다는 관점에서 상기 구성을 선택하였다. 아울러 자기장 분포 조정 부재(121)의 분할 조각의 형상은 평면에서 보아 원호 형상, 사다리꼴 형상, 직사각형 형상 어느 것이어도 좋다.

아울러 자기장 분포 조정 부재(121)가 전기 저항이 커서 변동 자기장으로 전류가 흐르지 않는 연자성체라면 둘레방향에서 분할할 필요 없이 일체로 형성할 수도 있다.

또 자기장 분포 조정 부재(121)는 변동 자기장에 의한 와전류를 억제하기 위해 인접한 자기장 분포 조정 부재(121)의 사이는 둘레방향에서 일정 거리로 이격되어 전기적으로 절연되어 있다. 또 인접한 자기장 분포 조정 부재(121) 사이에는 각 자기장 분포 조정 부재(121)의 둘레방향 양단부에서 접착제를 도포하여 고화시키거나 또는 절연 씨트를 개재시켜 인접한 자기장 분포 조정 부재(121)의 거리가 가능한 한 짧아지도록, 또는 인접한 자기장 분포 조정 부재(121)의 사이에 틈이 없도록 하였다.

내환 부재(122A), 외환 부재(122B) 및 박판 부재(123)는 협동하여 자기장 분포 조정 부재(121)를 덮음과 동시에 소정 형상으로 유지하는 부재이다. 그리고 내환 부재(122A), 외환 부재(122B) 및 박판 부재(123)는 열수축률 및 강도의 관점에서 수지재와 섬유재와의 복합재인 섬유 강화 플라스틱(FRP)으로 구성되어 있다.

내환 부재(122A)는 자기장 분포 조정 부재(121)의 환형 형상의 직경 방향 안쪽에 설치되고, 외환 부재(122B)는 자기장 분포 조정 부재(121)의 환형 형상의 직경 방향 바깥쪽에 설치된다. 즉, 자기장 분포 조정 부재(121)는 직경 방향에서 내환 부재(122A)와 외환 부재(122B)와의 사이에 설치된다. 또한 자기장 분포 조정 부재(121)는 축심 방향에서 한쌍의 박판 부재(123)에 의해 내환 부재(122A)와 외환 부재(122B)와 함께 끼워지도록 하여 둘러싸인다.

내환 부재(122A) 및 외환 부재(122B)는 부하(예를 들면, 자기장 중의 자기장 조정 부재(121)에 걸리는 자력, 코일 턱에 고정시킬 때에 걸리는 힘, 냉각시(승온시)에 페라이트와 수지재와의 열팽창 계수의 차에 의해 가해지는 힘 등)로부터 취성재의 자기장 분포 조정 부재(121)를 보호하기 위해 축심 방향에서 자기장 분포 조정 부재(121)보다 크게 형성되어 있다.

또 박판 부재(123)는 자기장 분포 조정 부재(121)의 방열을 방해하지 않는 소정 두께의 씨트형으로 형성되어 있다.

상기 구성에 의해 자기장 조정 링(120)은 환형 형상을 유지하고 또 취성재인 자기장 분포 조정 부재(121)에 깨짐이 생긴 경우에 그 깨진 조각이 외부로 튀는 것을 방지하여 원하는 기능을 유지할 수 있게 된다.

도 2로 되돌아가 상기 구성의 자기장 조정 링(120)은 배치 위치의 자기장 분포에 따른 축심 방향의 폭 및/혹은 축심에 직교하는 방향(지름방향)의 폭을 구비한다. 즉, 자기장 조정 링(120)은 초전도 코일(100)의 축심 방향에서 자기장 분포가 다르다는 특성을 고려하여 자기장 조정 링(120)(보다 상세하게는 내부에 설치되는 자기장 분포 조정 부재(121))의 크기가 다르도록 설치되어 있다.

본 실시형태에서는 초전도 코일(100)의 양단부의 배치 위치에서는 자기장의 강도가 크기 때문에 자기장 조정 링(120)의 축심 방향의 폭이 커지도록 설치하였다. 반대로 초전도 코일(100)의 중앙부의 배치 위치에서는 자기장의 강도가 작기 때문에 자기장 조정 링(120)의 축심 방향의 폭이 작아지도록 설치하였다. 보다 상세하게는 초전도 코일(100)의 양단부로부터 중앙부를 향함에 따라 자기장 조정 링(120)의 축심 방향의 폭이 순차적으로 작아지도록 설치하였다.

계속해서 상기 구성 자기장 조정 링(120)의 작용에 대해서 도 5a∼도 7b를 참조하여 설명하기로 한다.

도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시형태에서의 자기장 조정 링(120)의 작용을 설명하는 모식도이다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시형태에서의 초전도 코일(100)의 자기장 분포를 도시한 시뮬레이션 결과이다.

도 7a 및 도 7b는 도 6a 및 도 6b에서의 초전도 코일(100)의 단부의 확대도이다.

아울러 도 5a∼도 7b에서 도 5a는 자기장 조정 링(120)이 설치되지 않은 경우를 도시하고, 도 5b는 자기장 조정 링(120)이 설치되어 있는 경우를 도시한다. 또 도 6a, 도 6b 및 도 7a, 도 7b는 초전도 코일(100)의 축심에 철심(51)을 배치한 경우의 시뮬레이션 결과를 도시한다.

초전도 코일(100)에 교류 전류가 공급되면 도 5a 및 도 5b에 도시한 자기장이 발생한다.

여기에서 도 5a에 도시한 것처럼 초전도 코일(100)에 자기장 조정 링(120)이 설치되지 않은 경우에는 자속이 각각의 코일 유닛(110)을 직경 방향에서 관통한다. 그리고 코일 유닛(110)을 구성하는 초전도재의 임계 전류가 저하됨과 동시에 교류 손실(발열)이 야기된다. 또 자속이 코일 유닛(110)을 관통하는 현상은 도 6a 및 도 7a에 도시한 시뮬레이션 결과로부터도 확인할 수 있다. 또 시뮬레이션 결과로부터 초전도 코일(100)의 축심 방향 양단부에서는 코일 유닛(110)에 대해 직경 방향에서 작용하는 자속 밀도가 크다는 것을 확인할 수 있다. 반대로 축심 방향 중심부에서는 코일 유닛(110)에 대해 직경 방향에서 작용하는 자속 밀도가 작다는 것을 확인할 수 있다.

한편 도 5b를 참조하여 초전도 코일(100)에 자기장 조정 링(120)이 설치되어 있는 경우를 설명하기로 한다. 자기장 조정 링(120)의 자기장 분포 조정 부재(121)는 고투자율의 페라이트로 구성되어 자속을 유도하는 특성을 충분히 구비하고 있다. 따라서 도 5a에서 자기장 조정 링(120)이 각각의 코일 유닛(110)을 직경 방향으로부터 관통하는 자속을, 코일 유닛(110)의 근방에 설치되는 각 자기장 조정 링(120)으로 끌어당기도록 유도하여 각각의 코일 유닛(110)을 관통하는 자속의 양을 줄일 수 있다.

또 자속이 자기장 조정 링(120)에 유도되는 현상은 도 6b 및 도 7b에 도시한 시뮬레이션 결과부터도 확인할 수 있다.

또 도 3에 도시한 것처럼 인접한 자기장 분포 조정 부재(121)의 분할 조각은 서로 전기적으로 절연되어 있기 때문에 교류 자기장에 의해 유기(誘起)되는 전류가 원인인 발열이 방지된다.

또 본 실시형태에서의 자기장 조정 링(120)은 그 배치 위치에 따른 축심 방향의 폭을 가지고 있으며, 도 6b 및 도 7b에 도시한 것처럼 초전도 코일(100)의 축심 방향 양단부에서는 보다 많은 자속을 유도한다. 이에 반해 축심 방향 중심부에서는 많은 자속을 유도할 필요가 없어 축심 방향의 폭이 작게 설치되어 있다. 또 축심 방향의 폭을 적절하게 함으로써 자신이 자화되어 근방의 코일 유닛(110)에 영향을 주는 것을 억제함과 동시에 페라이트 자체의 발열도 억제할 수 있다.

이상의 자기장 조정 링(120)의 작용에 의해 초전도재에 직경 방향으로 작용하는 자기장의 강도를 낮춰 임계 전류의 저하를 억제함과 동시에 교류 손실을 줄일 수 있게 된다.

따라서 상술한 본 실시형태에 의하면, 초전도재로 이루어진 코일 유닛(110)을 축심이 동일 방향이 되도록 복수 개 설치하여 이루어진 초전도 코일(100)로서, 코일 유닛(110)의 근방에 상기 초전도재보다도 높은 투자율을 가진 페라이트로 이루어진 자기장 분포 조정 부재(121)를 구비함으로써 자기장 조정 링(120)은 전기 저항이 커서 자신의 와전류를 억제하고 또한 투자율이 높아 자속을 유도하는 특성을 충분히 갖출 수 있게 된다.

따라서 본 실시형태에서는 임계 전류의 저하를 더욱 억제시킴과 동시에 교류 손실을 억제할 수 있는 초전도 코일(100)을 제공할 수 있다.

또 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)는 각각의 코일 유닛(110)을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치되어 있다. 따라서 각각의 코일 유닛(110)에 작용하는 직경 방향의 자속을 각각 유도할 수 있어 교류 손실을 더욱 줄일 수 있게 된다.

또 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)는 배치 위치의 자기장 분포에 따른 축심 방향의 폭을 구비한다. 따라서 자기장 분포에 따라 자기장 분포 조정 부재(121)의 크기를 조정함으로써 자기장 분포 조정 부재(121)는 배치 위치에 적합한 자속을 유도하는 특성을 갖출 수 있게 된다. 또 자기장 분포 조정 부재(121)의 자속의 유도 특성 및 자신이 자화되는 특성에 의해 본 발명의 목적과 반대의 효과가 일어나는 것을 방지할 수 있다.

또 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)는 축심이 코일 유닛(110)의 축심과 동일 방향인 환형 형상이다. 따라서 자기장 분포 조정 부재(121)는 직경 방향에서 코일 유닛(110)에 작용하는 모든 방향의 자속을 유도할 수 있다.

또 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)의 직경 방향 안쪽에 별도로 설치되는 내환 부재(122A) 및 자기장 분포 조정 부재(121)의 직경 방향 바깥쪽에 별도로 설치되는 외환 부재(122B)는 상기 축심 방향에서 자기장 분포 조정 부재(121)보다 크다. 따라서 내환 부재(122A) 및 외환 부재(122B)가 자기장 분포 조정 부재(121)에 가해지는 부하(예를 들면, 자기장 중의 강자성체에 걸리는 자력, 코일 턱에 고정시킬 때에 걸리는 힘, 냉각시(승온시)에 자기장 조정 부재(121)와 수지재와의 열팽창 계수의 차에 의해 가해지는 힘 등)를 받을 수 있어 자기장 분포 조정 부재(121)가 페라이트 등의 취성재라 해도 부하나 충격 등에 기인하는 깨짐 등을 억제할 수 있게 된다.

또 본 실시형태에서는 상기 초전도 코일(100)을 구비하고, 외부에서 각 코일 유닛(110)에 급전되는 구동 전류에 의해 자기장을 발생하는 초전도 모터(1)를 구비한다. 이로써 교류 손실을 억제하여 안정적인 구동이 가능하여 고효율의 초전도 모터(1)를 얻을 수 있다.

이상 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되지 않는다. 상술한 실시형태에서 나타낸 각 구성부재의 제형상이나 조합 등은 일례로서, 본 발명의 주된 취지에서 벗어나지 않는 범위에서 설계 요구등에 기초하여 다양하게 변경할 수 있다.

예를 들면 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)에 페라이트를 사용하였으나, 본 발명은 상기 구성으로 한정되지 않는다. 예를 들면 철분을 압분하여 성형한 압분 코어나 퍼멘듈 분체라 해도 본 발명의 작용 효과를 나타낼 수 있다.

또 예를 들면, 본 실시형태에서는 자기장 조정 링(120)의 축심 방향의 폭을 크게 하여 자속의 유도 특성을 조정한다고 설명하였다. 그러나 본 발명에서는 상기 구성으로 한정되지 않으며 배치 위치의 자기장 분포에 따른 축심에 직교하는 방향(직경 방향)의 폭을 조정하는 구성이어도 좋다. 아울러 자속을 유도하는 힘은 자기장 조정 링(120)의 직경 방향의 폭의 크기에 따라 변동된다. 따라서 예를 들면, 초전도 코일(100)의 축심 방향 양단부에서는 직경 방향의 폭을 크게 하고, 이에 반해 축심 방향 중앙부에서는 직경 방향의 폭을 좁히는 등의 구성을 채용할 수 있다.

또 예를 들면, 본 실시형태에서는 자기장 분포 조정 부재(121)는 각각의 코일 유닛(110)을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치되어 있다고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상기 구성으로 한정되지 않으며, 예를 들면 각각의 코일 유닛 사이 혹은 양단에 위치하는 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치되어도 좋다. 또한 자기장 분포 조정 부재(121)가 배설되는 설치 위치는 자기장 분포에 따라 그 설치 위치가 선택되는 구성이어도 좋다. 예를 들면, 직경 방향의 자기장의 강도가 작은 축심 방향 중앙부에서는 자기장 분포 조정 부재(121)를 설치하지 않은 구성이어도 좋다. 또 둘레방향에서도 자기장 분포 조정 부재(121)를 설치하지 않은 부분이 있어도 좋다.

또 예를 들면, 본 실시형태에서는 상기 초전도 코일(100)을 구비하고 외부에서 각 코일 유닛(110)에 급전되는 구동 전류에 의해 자기장을 발생하는 자기장 발생 장치는 초전도 모터(1)라고 설명하였다. 그러나 본 발명은 상기 구성으로 한정되지 않으며 예를 들면 트랜스, 발전기나 전자석 등 여러가지 자기장 발생 장치에 적용할 수 있다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명의 자기장 분포 조정 부재는 전기 저항이 커서 와전류의 발생을 억제하고 또한 투자율이 높아 자속을 유도하는 특성을 충분히 구비할 수 있게 된다.

1…초전도 모터(자기장 발생 장치)
100…초전도 코일
110…코일 유닛
121…자기장 분포 조정 부재
122A…내환 부재
122B…외환 부재

Claims

초전도재로 이루어진 코일 유닛을 축심이 동일 방향이 되도록 복수 배설하여 이루어진 초전도 코일로서,
상기 코일 유닛의 근방에 상기 초전도재보다도 높은 투자율을 가지는 페라이트, 압분 코어 혹은 퍼멘듈 분체로 이루어진 자기장 분포 조정 부재를 구비한 초전도 코일.
청구항 1에 있어서, 상기 자기장 분포 조정 부재는 각각의 코일 유닛 사이에 각각의 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록, 혹은 양단에 위치하는 코일 유닛을 축심 방향으로 끼워넣도록 설치되어 있는 초전도 코일.
청구항 1에 있어서, 상기 자기장 분포 조정 부재는 배치 위치의 자기장 분포에 따른 축심 방향의 폭 및/혹은 축심에 직교하는 방향의 폭을 구비한 초전도 코일.
청구항 1에 있어서, 상기 자기장 분포 조정 부재는 축심이 코일 유닛의 축심과 동일 방향인 환형 형상인 초전도 코일.
청구항 4에 있어서, 상기 자기장 분포 조정 부재의 직경 방향 안쪽에 별도로 설치되는 내환 부재 및 상기 자기장 분포 조정 부재의 직경 방향 바깥쪽에 별도로 설치되는 외환 부재는 상기 축심 방향에서 상기 자기장 분포 조정 부재보다 큰 초전도 코일.
청구항 1에 기재된 초전도 코일을 구비하고 외부로부터 각 코일 유닛에 급전되는 구동 전류에 의해 자기장을 발생하는 자기장 발생 장치.