KR20120070538A - 산화물 초전도 코일, 산화물 초전도 코일체 및 회전기 - Google Patents

산화물 초전도 코일, 산화물 초전도 코일체 및 회전기 Download PDF

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KR20120070538A
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츠요시 신자토
히토시 오야마
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스미토모 덴키 고교 가부시키가이샤
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Abstract

레이스트랙 형상으로 산화물 초전도 선재(11)가 감긴 안장 모양의 산화물 초전도 코일로서, 당해 산화물 초전도 코일(10)은, 만곡부(10b)와, 만곡부(10b)와 접속된 직선부(10a)를 구비하고, 직선부(10a)의 적어도 중앙 부분에서는, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치함으로써, 산화물 초전도 선재로 이루어지고, 모터 등의 회전기에 이용했을 때에 자속선의 영향에 의한 전기 특성의 저하를 억제하는 것이 가능한 초전도 코일을 제공함과 아울러, 상기 초전도 코일을 이용한 초전도 코일체, 또한 상기 초전도 코일(초전도 코일체)을 이용한 회전기를 제공한다.

Description

산화물 초전도 코일, 산화물 초전도 코일체 및 회전기{OXIDE SUPERCONDUCTING COIL, OXIDE-SUPERCONDUCTING-COIL ASSEMBLY, AND ROTATING MACHINE}
본 발명은, 산화물 초전도 코일, 산화물 초전도 코일체 및 회전기에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 안장형(saddle-shaped)의 산화물 초전도 코일, 그 초전도 코일을 이용한 산화물 초전도 코일체, 및 산화물 초전도 코일체를 포함하는 회전기에 관한 것이다.
종래로부터, 테이프 형상의 초전도 도체인 초전도 선재를 감아 형성한 초전도 코일이 개시되어 있다(예컨대, 일본 특허 공개 2002-110416호 공보(특허 문헌 1)). 특허 문헌 1에는, 여러 번 감긴 초전도 코일 단체(單體)의 접속부에 금속 전극을 야금적으로 접속하는 것에 있어서, 접속 지그에 의해 금속 전극의 코일 방향으로 압축력을 주면서 접속부에 접촉시킨 상태에서 야금적으로 접속부 상호간을 접속하는 것을 특징으로 하는 초전도 코일의 접속 방법이 개시되어 있다.
(선행 기술 문헌)
(특허 문헌)
(특허 문헌 1) 일본 특허 공개 2002-110416호 공보
상기 특허 문헌 1에서는, 초전도 선재를 소용돌이 형상으로 감은 복수의 팬케이크 형상의 초전도 코일이 적층된 것이 서로 접속되어 있다. 또 여기서 적층이란, 팬케이크 형상으로 감긴 초전도 선재의 폭 방향의 단부가 이루는 평면(감긴 초전도 선재의 각 영역이 집합하는 것에 의해 형성되는 평면. 이하에 있어서 「단부 평면」이라고 한다)에 교차하는 방향으로 복수의 초전도 코일이 적층되는 것을 의미한다.
여기서, 상기 특허 문헌 1의 팬케이크 형상의 초전도 코일이 적층된 것을, 회전기인 모터에 이용한 경우를 생각한다. 초전도 코일은, 모터를 구성하는 로터(rotor)나 스테이터(stator)의 투스(tooth)라고 불리는 영역을 외측으로부터 둘러싸도록 감긴다. 투스의 주위에 초전도 코일이 감기고, 당해 초전도 코일에 전류가 흐르면, 투스가 전자석으로서 작용한다. 여기서 초전도 코일에 흐르는 전류가 교류 전류이면, 투스의 전자석의 극성이 시간에 따라 변화된다. 그러면 로터의 투스와 스테이터의 투스가 서로 반발하거나 서로 끌어당기거나 한다. 그 결과, 로터를 회전시켜, 모터로서 기능시킬 수 있다.
여기서, 당해 초전도 코일에 전류가 흐르는 것에 의해 초전도 코일의 주위에는 자장이 발생한다. 그러면 초전도 코일의 주변을 자속선이 통과하게 된다. 이 자속선은, 통상은 초전도 코일보다 비교적 외측을 도는 것에 의해 투스의 내부를 통과한다. 그러나, 일부의 자속선은, 상기 자속선보다 비교적 내측을 돌아, 초전도 코일의 내부를 관통한다. 구체적으로는, 초전도 코일의 내부를 관통하는 자속선 중, 특히 초전도 코일의 폭 방향이나 장축 방향에 교차하는 방향, 특히 초전도 코일을 구성하는 초전도 선재의 두께 방향을 따른 방향(보다 구체적으로는, 초전도 선재의 주 표면을 관통하는 방향)으로 관통하는 자속선은, 당해 초전도 코일의 전류 특성을 열화시켜, 당해 초전도 코일에 있어서 퀀칭(quenching) 등의 현상이 일어나는 원인이 되는 것이 알려져 있다. 또, 여기서 초전도 선재의 주 표면이란, 초전도 선재의 폭 방향 및 장축 방향이 이루는 주요한 표면을 가리킨다.
그런데, 초전도 선재 중에서도, 특히 산화물 초전도 선재라고 불리는, 예컨대, 산화물로 형성된 초전도체가 은 등의 금속으로 쉬스(sheath)된 선재는, 종래로부터 이용되는 금속으로 이루어지는 초전도체를 이용하여 형성된 금속 초전도 선재에 비하여, 고온의 환경 하에서 사용할 수 있다. 다시 말해, 산화물 초전도 선재를 이용하면, 금속 초전도 선재를 이용한 경우에 비하여 당해 초전도 선재를 냉각하는 설비를 간소화할 수 있다. 이 때문에 최근에는, 특히 산화물 초전도 선재의 실용화가 진행되고 있다. 상술한 특허 문헌 1에는, 개시되어 있는 초전도 코일이 금속 초전도 선재인지 산화물 초전도 선재 중 어느 하나를 이용한 것인지에 대하여 개시되어 있지 않다. 그러나, 당해 초전도 코일이 금속 초전도 선재와 산화물 초전도 선재 중 어느 것을 이용한 것이든 간에, 초전도 코일의 주 표면이, 초전도 코일의 중공부의 중심에서의 축에 대하여 거의 평행하게 되도록 배치되어 있으면, 모터의 로터나 스테이터에 사용한 당해 초전도 코일에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속선의 일부는, 초전도 선재의 주 표면을 관통한다. 이 때문에, 가령 고온의 환경 하에서 사용 가능한 산화물 초전도 선재로 이루어지는 초전도 코일을 적용하더라도, 상기 자속선이 발생하기 때문에, 초전도 코일의 전류 특성이 열화되어, 설비 전체의 전기 효율이 저하될 가능성이 있다.
본 발명은, 이상의 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 그 목적은, 산화물 초전도 선재로 이루어지고, 모터 등의 회전기에 이용했을 때에 자속선의 영향에 의한 전기 특성의 저하를 억제하는 것이 가능한 초전도 코일을 제공하는 것이다. 또한, 상기 초전도 코일을 이용한 초전도 코일체, 또한 상기 초전도 코일(초전도 코일체)을 이용한 회전기를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 산화물 초전도 코일은, 레이스트랙(racetrack) 형상으로 산화물 초전도 선재가 감긴 안장 모양의 산화물 초전도 코일이다. 당해 산화물 초전도 코일은, 만곡부와, 만곡부와 접속된 직선부를 구비한다. 직선부의 적어도 중앙 부분에서는, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치한다.
여기서 안장 모양이란, 후술하는 바와 같이, 레이스트랙 형상으로 초전도 선재가 감긴 초전도 코일에 있어서, 장축 방향에 관한 단부(코일 엔드부(coil's end portion))의 일부에서, 선재가 상측 에지측으로 만곡한 형상을 의미한다. 또한, 상측 에지란, 레이스트랙 형상으로 감긴 산화물 초전도 선재의 폭 방향의 한쪽의 단부이며, 당해 산화물 초전도 코일을 설치할 때에 상측이 되는 부분이다. 보다 구체적으로는, 상측 에지란, 상기 코일 엔드부에서 선재가 만곡하여 볼록 형상을 형성하는 단부이다. 감긴 상측 에지가 집합하여 이루는 단부 평면은, 상측 에지측에서 보아 볼록 형상을 갖는 상측 에지 단부 평면이다. 마찬가지로 하측 에지란, 레이스트랙 형상으로 감긴 산화물 초전도 선재의 폭 방향의, 상기 상측 에지와는, 반대측에 위치하는 다른 쪽의 단부이며, 당해 산화물 초전도 코일을 설치할 때에 하측이 되는 부분이다. 보다 구체적으로는, 하측 에지란, 상기 코일 엔드부에서 선재가 만곡하여 오목 형상을 형성하는 쪽의 단부이다. 감긴 하측 에지가 집합하여 이루는 단부 평면은, 하측 에지측에서 보아 오목 형상을 갖는 하측 에지 단부 평면이다.
이와 같이, 레이스트랙 형상으로 감긴 산화물 초전도 코일 중, 산화물 초전도 선재가 직선 형상에 연장되는 영역을 직선부로 하고, 당해 직선부의 적어도 중앙 부분에 있어서는, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하도록 감는다. 다시 말해, 당해 중앙 부분에 있어서는, 산화물 초전도 코일을 구성하는 산화물 초전도 선재의 주 표면이, 산화물 초전도 코일의 중공부의 중심에서의 축에 대하여 예각을 이루도록 배치한다. 이와 같이 하면, 산화물 초전도 선재에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속선은, 산화물 초전도 선재의 주 표면을 따른 방향으로 진행하게 된다. 다시 말해, 당해 자속선이 산화물 초전도 선재의 주 표면을 관통하도록 진행하는 비율이 적어진다. 이 때문에, 당해 산화물 초전도 선재가 이루는 코일의 전류 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다. 또, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하고 있는 직선부의 길이나 배치는, 상기 중앙부를 포함하는 반 이상의 길이의 부분인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 상기 중앙부를 포함하는 60% 이상의 길이의 부분인 것이 바람직하다.
상기 산화물 초전도 코일에 있어서, 만곡부에서는, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하는 것이 바람직하다. 여기서 만곡부란, 상술한 코일 엔드부를 의미한다. 다시 말해, 레이스트랙 형상을 이루는 산화물 초전도 코일의 직선부가 연장되는 방향에 관하여, 당해 직선부의 양 단부가 연장되는 영역인, 산화물 초전도 선재의 주 표면이 레이스트랙 형상을 이루도록 만곡하는 영역을 의미한다. 만곡부에서도 직선부와 마찬가지로, 상측 에지를 하측 에지보다 내주측에 위치하도록 형성하면, 당해 만곡부에서도 산화물 초전도 선재에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속선이, 산화물 초전도 선재의 주 표면을 따른 방향으로 진행하게 된다. 다시 말해, 당해 자속선이 산화물 초전도 선재의 주 표면을 관통하도록 진행하는 비율이 적어진다. 이 때문에, 당해 산화물 초전도 선재가 이루는 코일의 전류 특성이 열화되는 것을 더욱 확실히 억제할 수 있다.
상기 산화물 초전도 코일에 있어서, 직선부로부터 만곡부로 향하는 경계부의 일부의 영역에서, 상측 에지가 하측 에지보다 외주측에 위치하는 것이 바람직하다. 산화물 초전도 선재는, 예컨대, 비스무트 등의 산화물 초전도체의 원료 분말을 은 등의 쉬스부(sheath portion)로 피복한 테이프 형상 부재를 소결한 구성이거나, 산화물 초전도 선재인, 예컨대, 이트륨계의 박막 형상의 소결체에 은 스퍼터층 등을 적층한 구성이다. 이 때문에, 산화물 초전도 선재는, 변형이나 만곡의 정도에 따라 용이하게 파괴 등의 손상을 일으킬 가능성이 있다. 따라서 산화물 초전도 코일은, 그 레이스트랙 형상으로 감기는 산화물 초전도 선재의 전체 둘레에 걸쳐 상술한 바와 같이 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하도록 감는 것이 곤란하다. 그래서, 산화물 초전도 선재가 연장되는 방향에 관한 직선부와 만곡부의 경계부의 일부의 영역에서, 다른 영역과 반대로, 상측 에지가 하측 에지보다 외주측에 위치하는 영역을 마련한다. 이와 같이 다른 영역과 반대 방향으로 기운 영역을 마련하는 것에 의해, 직선부나 만곡부에서 상측 에지를 하측 에지보다 내주측에 위치하도록 감는 것에 의해 산화물 초전도 선재의 내부에 생기는 응력에 의한 변형을 조정할 수 있다. 다시 말해, 이와 같이 하면, 직선부 및 만곡부에서 주 표면이 산화물 초전도 코일의 중공부의 중심에서의 축에 대하여 평행을 이루지 않도록 감긴 산화물 초전도 선재에 있어서, 내부 응력에 기인하는 손상 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또 당해 경계부의 일부에서, 상측 에지가 하측 에지보다 외주측에 배치되어 있더라도, 그에 따라 산화물 초전도 코일이 발생시키는 자속선이, 당해 코일의 전기 특성에 주는 영향은 작다. 따라서, 당해 코일의 전기 특성이 양호한 상태를 확보할 수 있다.
본 발명에 따른 산화물 초전도 코일은, 예컨대, 모터의 1부분의 투스에 대하여 하나의 산화물 초전도 코일이 단독으로 감긴 구성을 취하더라도 좋다. 그러나, 예컨대, 하나의 산화물 초전도 코일의 상측 에지가 다른 산화물 초전도 코일의 하측 에지에 대향하도록, 복수의 산화물 초전도 코일이 적층된 산화물 초전도 코일체로서 이용할 수도 있다. 이 경우에 있어서도, 상술한 바와 같이 특히 각 산화물 초전도 코일의 직선부나 만곡부 등의 각 부분에 있어서, 상측 에지와 하측 에지가 상술한 위치 관계를 만족시키는 것에 의해, 당해 산화물 초전도 코일에 흐르는 전류의 전기 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다.
또, 상술한 산화물 초전도 코일체에 있어서의 개개의 산화물 초전도 코일의, 복수 적층된 방향에 대한 산화물 초전도 선재의 주 표면의 경사 각도가 다른 것이 바람직하다. 산화물 초전도 코일체에 전류가 흐르는 것에 의해 발생하는 자속선은, 기본적으로 산화물 초전도 코일의 산화물 초전도 선재를 외측으로부터 둥글게 둘러싸도록 발생한다. 이 때문에 자속선의 방향이나 각도는, 산화물 초전도 선재의 외부의 영역에 따라 다르다. 따라서 자속선의 방향이나 각도의 변화에 따라, 각 영역에 배치되는 산화물 초전도 코일에 있어서의 산화물 초전도 선재의 주 표면이, 산화물 초전도 코일의 중공부의 중심에서의 축에 대하여 경사되는 각도(경사 각도)를 변경함으로써, 적층되는 어느 산화물 초전도 코일에 대해서도, 당해 산화물 초전도 선재의 주 표면을 자속선이 관통하는 것에 의해 전류 특성이 열화되는 것을 억제할 수 있다. 이상에 설명한 산화물 초전도 코일체를 이용한, 예컨대, 모터 등의 회전기에 대해서도, 상기와 같은 효과를 달성할 수 있다.
또, 상술한 경사 각도가 다르다는 것은, 복수의 적층된 산화물 초전도 코일 중의 하나와, 다른 하나에서 적어도 상기 경사 각도가 다른 것을 의미하고, 예컨대, 3개 이상의 산화물 초전도 코일이 적층되어 있는 경우에 하나의 코일의 경사 각도만이 다른 코일과 다른 경우(다시 말해, 복수의 적층된 산화물 초전도 코일 중, 경사 각도가 같게 되어 있는 코일이 복수 존재하는 한편, 다른 경사 각도로 되어 있는 코일도 존재하는 경우)나, 모든 산화물 초전도 코일의 경사 각도가 각각 다른 경우를 포함한다.
본 발명에 의하면, 예컨대, 회전기에 사용했을 때에 전류 특성의 열화를 억제하는 것이 가능한 안장 모양의 산화물 초전도 코일, 및 당해 산화물 초전도 코일이 복수 적층된 산화물 초전도 코일체를 제공할 수 있다. 또한, 당해 산화물 초전도 코일이나 당해 산화물 초전도 코일체를 이용하는 것에 의해, 전류 특성의 열화를 억제하는 것이 가능한 회전기를 제공할 수 있다.
도 1(a)는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일을 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 1(b)는 도 1(a)의 화살표 I(B)로부터 보았을 때의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일의 상측 에지와 하측 에지를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 3은 도 2에 있어서의 III-III선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 2에 있어서의 IV-IV선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 5는 도 2에 있어서의 V-V선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 6(a)는 도 1에 있어서의 VI(A)-VI(A)선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 6(b)는 도 1에 있어서의 VI(B)-VI(B)선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 6(c)는 도 1에 있어서의 VI(C)-VI(C)선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 비스무트계의 초전도 선재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 박막 초전도 선재를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일의 직선부에 흐르는 전류에 의해 발생하는 자속선의 방향을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일을 제조하기 위한 장치를 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 11은 도 10에 있어서의 XI-XI선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 12는 도 10에 있어서의 XII-XII선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 13은 도 10에 있어서의 XIII-XIII선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 초전도 코일체를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 15는 도 14에 있어서의 XV-XV선을 따르는 개략적인 단면도이다.
도 16(a)는 도 15의 하측의 초전도 선재의 주 표면의 경사 각도를 나타내는 개략도이다.
도 16(b)는 도 15의 중앙의 초전도 선재의 주 표면의 경사 각도를 나타내는 개략도이다.
도 16(c)는 도 15의 상측의 초전도 선재의 주 표면의 경사 각도를 나타내는 개략도이다.
도 17은 본 실시의 형태에 따른 초전도 코일을 이용한 모터를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 도 17의 초전도 코일을 구성하는 로터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 19는 도 17의 초전도 코일을 구성하는 스테이터를 개략적으로 나타내는 사시도이다.
도 20은 도 17 중의 둥근 점선 「XX」로 둘러싸인 영역의 확대 개략도이다.
도 21은 도 17 중의 둥근 점선 「XXI」로 둘러싸인 영역의 확대 개략도이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 각 실시의 형태에 대하여 설명한다. 또, 각 실시의 형태에 있어서, 동일한 기능을 하는 요소에는, 동일한 참조 부호를 붙이고, 그 설명은, 특별히 필요가 없으면 반복하지 않는다. 또한, 도면의 치수 비율은, 설명한 것과 반드시 일치하지 않고 있다.
(실시의 형태 1)
도 1~도 10을 참조하여, 본 발명의 한 실시의 형태에 있어서의 초전도 코일(10)에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에 있어서의 초전도 코일(10)은, 도 1(a), 도 1(b) 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 레이스트랙 형상으로 초전도 선재(11)가 감긴 안장 모양의 초전도 코일이다. 다시 말해, 초전도 코일(10)을 위에서 보면, 레이스트랙 형상이다.
초전도 코일(10)은, 직선부(10a)와 만곡부(10b)와 경계부(10c)를 구비하고 있다. 직선부(10a)는, 장축 방향으로 연장되는 직선의 부분이며, 만곡부(10b)는, 위에서 보았을 때에 곡선이 되는 부분(코일 엔드부)이다. 경계부(10c)는, 직선부(10a)와 만곡부(10b)에 사이에 끼어 있고, 직선부(10a)와 만곡부(10b)를 접속하는 영역이다.
만곡부(10b)는, 도 1(b)에 나타내는 바와 같이 바닥부인 하측 에지(10e)가 원호 형상으로 만곡하고 있는 안장 모양이다. 여기서 하측 에지(10e)란, 감긴 초전도 선재(11)의 폭 방향의 한쪽의 단부이며, 도 1의 하측에 존재하는 단부이다. 하측 에지(10e)가 집합하는 것에 의해 형성되는 단부 평면을, 여기서는 하측 에지 단부 평면으로 한다. 또한, 여기서 상측 에지(10d)란, 감긴 초전도 선재(11)의 폭 방향의 한쪽의 단부이며, 도 1의 상측에 존재하는 단부이다. 상측 에지(10d)가 집합하는 것에 의해 형성되는 단부 평면을, 여기서는 상측 에지 단부 평면으로 한다. 도 1의 초전도 코일(10)은, 안장 모양으로 하기 위해, 만곡부(10b)의 일부의 영역에서, 상측 에지(10d)측으로 볼록 형상이 되도록(하측 에지(10e)측으로 오목 형상이 되도록) 감긴 형상으로 되어 있다. 다시 말해, 만곡부(10b)의 일부의 영역에서, 초전도 선재(11)가 전체적으로 상측 에지(10d)가 존재하는 쪽으로 모이도록(향하도록) 만곡하고 있다. 바꿔 말하면 만곡부(10b)의 일부의 영역에서, 초전도 선재(11)가 전체적으로 하측 에지(10e)가 존재하는 쪽으로부터 떨어지도록 만곡하고 있다.
도 2는, 초전도 코일(10)을 구성하는 1개의 초전도 선재(11)에 있어서, 상측 에지(10d)가 위치하는 코스와, 하측 에지(10e)가 위치하는 코스를 나타내고, 다른 초전도 선재(11) 등은 생략하고 있다. 또한, 도 2에 있어서, 중심 R은, 만곡부(10b)에서의 초전도 선재의 원호의 중심을 나타낸다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 만곡부(10b)에서는, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측(초전도 코일(10)에 둘러싸이는 중공측)에 위치하고 있다. 다시 말해, 만곡부(10b)에서는, 상측 에지(10d)와 중심 R의 거리 R10d는, 하측 에지(10e)와 중심 R의 거리 R10e보다 짧다.
도 2 및 도 4에 나타내는 바와 같이, 직선부(10a)에서도, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측(초전도 코일(10)에 둘러싸이는 중공측)에 위치하고 있다. 다시 말해, 직선부(10a)에서는, 상측 에지(10d)와 중심 R의 거리 R10d는, 하측 에지(10e)와 중심 R의 거리 R10e보다 짧다.
도 2 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 경계부(10c)에서는, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 외주측(초전도 코일(10)에 둘러싸이는 중공측과 반대측)에 위치하고 있다. 다시 말해, 경계부(10c)에서는, 상측 에지(10d)와 중심 R의 거리 R10d는, 하측 에지(10e)와 중심 R의 거리 R10e보다 길다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)는, 예컨대, 경계부(10c)의 일부의 영역에서, 중심 R과의 거리에 관한 배치가 역전된다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 경계부(10c)의, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)가 교차하는 부분에서, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)의 위치가 둘레 방향에서 일치하는 위치가 존재한다. 바꿔 말하면, 이 위치에 있어서의 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)가 이루는 면은, 중심 R을 지나는 축과 평행하다. 이 위치에서는, 상측 에지(10d)와 중심 R의 거리 R10d와, 하측 에지(10e)와 중심 R의 거리 R10e는 같다. 이 위치는, 경계부(10c)에 존재하고 있더라도 좋고, 직선부(10a) 또는 만곡부(10b)에 존재하고 있더라도 좋다.
또한, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)의 길이가 같은 것이 바람직하다. 이 경우, 만곡부(10b) 및 경계부(10c)에서, 초전도 선재(11)의 경사가 서서히 변하도록 초전도 선재(11)가 배치된다.
이와 같이 초전도 선재(11)를 배치하면, 도 6(a) 및 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 초전도 코일(10)의 긴 방향과 짧은 방향에 있어서의 초전도 선재(11)가 기우는 방향은 서로 같다. 그러나, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 초전도 코일(10)의 기우는 방향(경계부(10c))에 있어서의 초전도 선재(11)가 기우는 방향은 서로 반대가 된다.
또, 도 1의 초전도 코일(10)에 있어서는, 직선부(10a)의 거의 전체에 있어서, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는, 도 6(b)의 단면도에 나타내는 형태로 되어 있다. 초전도 코일(10)의 직선부(10a)의 적어도 중앙 부분(예컨대, 직선부(10a) 전체의 길이의 60% 이상)의 영역에서는, 상술한 바와 같이 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는 것이 바람직하다. 그러나, 중앙 부분의 외측(중앙 부분의 연장상에 있는 영역)의 영역에 대해서는, 예컨대, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)가 이루는 초전도 선재(11)의 주 표면이 초전도 코일(10)의 중공부의 중심을 지나는 축과 평행하게 되는 영역이 존재하여도 좋다. 이것을 바꿔 말하면, 중앙 부분의 외측(중앙 부분의 연장상에 있는 영역)의 영역에 대해서는, 예컨대, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)가 둘레 방향에서 일치하는 위치가 존재하여도 좋다.
만곡부(10b)에 대해서도 마찬가지이며, 만곡부(10b)의 전체에 있어서, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는, 도 6(a)의 단면도에 나타내는 형태로 되어 있더라도 좋지만, 만곡부(10b)의 일부의 영역에서, 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는 형태를 이루고 있더라도 좋다. 또한, 만곡부(10b)의 일부의 영역에서, 상측 에지(10d)와 하측 에지(10e)가 둘레 방향에서 일치하는 위치가 존재하여도 좋다.
또, 상술한 상측 에지(10d) 및 하측 에지(10e)는, 도 1에 나타내는 형태로 초전도 코일(10)을 평탄한 면에 탑재했을 때에 나타난다. 이 때문에, 초전도 코일(10)을 도 1에 나타내는 상태와 반대로 탑재하면(상측 에지(10d)를 하측에, 하측 에지(10e)를 상측에 탑재하면), 만곡부에서는, 상측 에지가 하측 에지보다 외주측에 위치하고, 직선부에서는, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하게 된다. 단 이하에 있어서도, 도 1에 있어서의 상측을 상측 에지(10d), 하측을 하측 에지(10e)로 한다.
여기서, 초전도 코일(10)을 구성하는 초전도 선재(11)에 대하여 설명한다. 초전도 선재(11)는, 이른바 산화물 초전도 선재이다. 구체적으로는, 예컨대, 비스무트 등의 산화물 초전도체의 원료 분말을 은 등의 쉬스부로 피복한 테이프 형상 부재를 소결하는 것에 의해 얻어진 선재이더라도 좋다. 혹은 장축 형상(띠 형상)의 니켈계의 기판상에, 초전도 선재를 구성하는, 예컨대, 이트륨계의 산화물 초전도체가 박막 형상으로 형성되고, 또한, 은 스퍼터층 등이 적층된 구성이더라도 좋다.
비스무트계의 초전도 선재는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 긴쪽 방향으로 연장되는 복수의 초전도체(11a)와, 복수의 초전도체(11a)의 전체 둘레를 피복하는 쉬스부(11b)를 갖고 있다. 쉬스부(11b)는, 초전도체(11a)에 접촉하고 있다. 복수의 초전도체(11a)의 각각은, 예컨대, Bi-Pb-Sr-Ca-Cu-O계의 조성을 갖는 비스무트계 초전도체가 바람직하고, 특히, (비스무트와 납) : 스트론튬 : 칼슘 : 구리의 원자비가 거의 2 : 2 : 2 : 3의 비율로 근사하여 표시되는 Bi2223상(phase)을 포함하는 재질이 최적이다. 쉬스부(11b)의 재질은, 예컨대, 은이나 은 합금으로 되어 있다. 또, 초전도체(11a)는, 하나이더라도 좋다.
박막 초전도 선재는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 기판(11c)과, 기판(11c)상에 접하여 마련된 중간층(11d)과, 중간층(11d)상에 접하여 마련된 초전도층(11e)과, 초전도층(11e)상에 접하여 마련된 안정화층(11f)을 갖고 있다.
기판(11c)은, 예컨대, 스테인리스강, 니켈 합금(예컨대, 하스텔로이), 또는, 은 합금 등의 금속으로 되어 있다. 중간층(11d)은, 예컨대, 이트리아 안정화 지르코니아, 산화세륨, 산화마그네슘 또는 타이타늄산스트론튬 등으로 되어 있다. 또, 중간층(11d)은 생략되더라도 좋다.
초전도층(11e)은, 예컨대, RE123계 초전도체로 되어 있다. RE123계 초전도체란, RExBayCuzO7 -d에서, 0.7≤x≤1.3, 1.7≤y≤2.3, 2.7≤z≤3.3인 것을 의미한다. 또한, RE123계 초전도체의 RE란, 희토류 원소 및 이트륨 원소의 적어도 어느 하나를 포함하는 재질을 의미한다. 또한, 희토류 원소로서는, 예컨대, 네오디뮴(Nd), 가돌리늄(Gd), 홀뮴(Ho), 사마륨(Sm) 등이 포함된다. RE123계 초전도 선재는, 액체 질소 온도(77.3K)에서의 임계 전류 밀도가 비스무트계의 초전도 선재보다 높다고 하는 이점을 갖고 있다. 또한, 저온 하 및 일정 자장 하에 있어서의 임계 전류치가 높다고 하는 이점을 갖고 있다. 한편, RE123계 초전도체는, 비스무트계 초전도체와 같이 쉬스부로 피복할 수 없기 때문에, 배향 금속 기판상에 기상법만, 또는 액상법만에 의해 초전도체(초전도 박막 재료)를 성막하는 방법으로 제조된다.
또한, 안정화층(11f)은, 초전도층(11e)의 표면 보호를 위해 마련되는 층이며, 예컨대, 은이나 구리 등으로 되어 있다. 안정화층(11f)은 생략되더라도 좋다.
도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(11)가 레이스트랙 형상으로 감겼을 때에, 상측 에지(10d)에 위치하는 상면(12)과, 하측 에지(10e)에 위치하는 하면(13)과, 측면(14, 15)을 초전도 선재(11)는 갖고 있다. 상면(12) 및 하면(13)은, 초전도 선재(11)의 폭 방향의 단부이며, 측면(14, 15)은, 상술한 초전도 선재의 주 표면이다. 초전도 선재(11)가 감기는 것에 의해 상면(12)이 다수 집합함으로써, 상술한 상측 에지 단부 평면이 형성된다. 또한 마찬가지로, 하면(13)이 다수 집합함으로써, 상술한 하측 에지 단부 평면이 형성된다. 도 7 및 도 8에 나타내는 초전도 선재(11)에 대해서는, 상면과 하면이 반대가 되도록 감더라도 좋다.
도 9는 도 6(b)에 나타내는 직선부(10a)의 단면도가 나타내는 영역에, 초전도 선재(11)에 흐르는 전류에 기인하는 자속선(111, 112)이 발생하는 형태를 나타내는 개략도이다. 도 9에 나타내는 자속선(111, 112)은, 초전도 선재(11)의 주위를 둘러싸도록 발생하는 자속선 중, 누설 자속으로서 통상보다 비교적 내측을 도는 자속선을 나타내고 있다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 초전도 선재(11)(초전도 코일(10))가 발생시키는 자속선(111, 112)은, 예컨대, 모터를 구성하는 로터나 스테이터에 당해 초전도 코일(10)을 이용한 경우에 있어서, 약간 하측 에지(10e)측으로부터 상측 에지(10d)측으로 경사하는 궤적을 그린다. 이 때문에 도 9에 나타내는 바와 같이 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측(초전도 코일(10)에 둘러싸이는 중공측)에 배치되면, 자속선(111, 112)이 초전도 선재(11)의 주 표면(110)(도 7, 도 8에 있어서의 측면(15)과 동일)을 따른 방향으로 진행하도록 형성된다. 이것은, 자속선(111, 112)이 약간 상측 에지(10d)측으로 경사하는 궤적을 그리기 때문에, 초전도 선재(11)를 상측 에지(10d) 사이의 거리가 하측 에지(10e) 사이의 거리보다 짧아지도록 배치함으로써, 자속선(111, 112)의 진행 방향과 초전도 선재(11)의 주 표면(110)의 연장 방향이 서로 평행에 가까운 상태가 되기 때문이다.
이러한 상태가 되면, 자속선(111, 112)이, 초전도 선재(11)의 주 표면(110)에 교차하는 방향(즉, 초전도 선재(11)의 두께 방향을 따른, 주 표면(110)을 관통하는 방향)이 되도록 진행하는 비율이 감소한다. 따라서 초전도 선재(11)(초전도 코일(10))의 전류 특성의 열화를 억제할 수 있다.
상기 초전도 코일(10)에 있어서는, 직선부(10a)뿐만 아니라 만곡부(10b)에서도, 마찬가지로 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는 형상으로 되어 있다. 이 때문에, 만곡부(10b)에서도 직선부(10a)와 마찬가지로, 자속선(111, 112)에 의한 전류 특성의 열화를 억제할 수 있다. 이 때문에 초전도 코일(10) 전체적으로 보다 확실히, 자속선(111, 112)에 의한 전류 특성의 열화를 억제할 수 있다.
단, 상술한 바와 같이 초전도 선재(11)는, 산화물 초전도체로 형성된다. 이 때문에, 예컨대, 세라믹스와 마찬가지로, 형성하는 초전도 코일의 전체 둘레에 걸쳐 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는 형상이 되도록 가공(초전도 코일(10)을 감는 것)을 행하는 것은 곤란하다. 이것은, 초전도 선재(11)의 주 표면의 폭 방향으로 당해 초전도 선재(11)를 구부리는 것이 곤란하기 때문이다. 이러한 주 표면의 폭 방향에서의 구부림(에지 방향 구부림)이 초전도 선재(11)에 가해지면, 초전도 선재(11)를 구성하는 산화물 초전도체가 내부에서 큰 변형이나 큰 내부 응력을 받아, 결과적으로 초전도 선재(11)가 파손을 일으킬 가능성이 있다. 그래서, 직선부(10a)나 만곡부(10b)에서 상측 에지(10d)가 하측 에지(10e)보다 내주측에 위치하는 것에 의해 내부에 생기는 응력이나 변형을 없애기 위해, 상술한 바와 같이 경계부(10c)의 적어도 일부의 영역에서, 상측 에지(10d)를 하측 에지(10e)보다 외주측에 배치시키도록 초전도 코일(10)을 감고 있다. 이렇게 하여, 초전도 코일(10) 전체의 응력이나 변형의 크기를 조정하고 있다.
계속해서, 도 10~도 13을 참조하여, 본 실시의 형태에 있어서의 초전도 코일(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 10~도 13에 나타내는 바와 같이, 우선, 원통면을 갖는 받침대(51)를 준비한다.
다음으로, 받침대(51)의 원통면(51a)상에, 레이스트랙 형상의 안장 모양의 와인딩 프레임(52)을 배치한다. 와인딩 프레임(52)은, 직선부(52a)와 만곡부(52b)와 경계부(52c)를 갖고 있다. 경계부(52c)는, 직선부(52a)와 만곡부(52b) 사이에 끼어 있고, 직선부(52a)와 만곡부(52b)를 접속하는 영역이다. 직선부(52a) 및 만곡부(52b)에서는, 상측 에지(52d)가 하측 에지(52e)보다 내주측에 위치하고 있다. 경계부(52c)에서는, 상측 에지(52d)가 하측 에지(52e)보다 외주측에 위치하고 있다.
다음으로, 받침대(51)의 원통면(51a)상에, 와인딩 프레임(52)을 따라 초전도 선재(11)를 감는다. 원통면(51a)상에 초전도 선재(11)를 감는 것에 의해, 안장 모양을 형성할 수 있다.
이상의 공정을 실시함으로써, 도 1에 나타내는 본 실시의 형태에 있어서의 초전도 코일(10)을 제조할 수 있다. 이와 같이 제조하면, 초전도 선재(11)를 레이스트랙 형상으로 감은 후에, 프레스하는 것에 의해 안장 모양으로 형성하는 경우와 비교하여, 초전도 선재(11)에 균열이 들어가는 것을 억제할 수 있다.
(실시의 형태 2)
도 14~도 16을 참조하여, 본 발명의 실시의 형태 2에 있어서의 초전도 코일체(20)에 대하여 설명한다. 본 실시의 형태에 있어서의 초전도 코일체(20)는, 도 14에 나타내는 바와 같이, 도 1에 나타내는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일(10)이 복수 적층된 것이다. 구체적으로는, 하나의 초전도 코일(10)의 상측 에지(상측 에지 단부 평면)에 다른 초전도 코일(10)의 하측 에지(하측 에지 단부 평면)가 대향하도록 복수 적층된다. 도 14에 있어서, 적층되는 개개의 초전도 코일(10)의 직선부(10a), 만곡부(10b), 경계부(10c)는, 각각 초전도 코일체(20)의 직선부(20a), 만곡부(20b), 경계부(20c)에 상당한다. 또한, 도 14~도 16에 있어서도, 도면의 상측이 초전도 코일(10)(초전도 선재(11))의 상측 에지(10d)측이며, 도면의 하측이 초전도 코일(10)(초전도 선재(11))의 하측 에지(10e)측이다.
초전도 코일(10)을 복수 적층시켜 초전도 코일체(20)로 하면, 당해 초전도 코일체(20)가 발생시키는 자장의 크기는, 단일 코일인 초전도 코일(10)이 발생시키는 자장의 크기보다 커진다. 이 때문에, 예컨대, 모터의 스테이터나 로터에 이용하는 경우에 있어서, 단일 코일인 초전도 코일(10)을 이용하는 것보다, 복수의 초전도 코일(10)이 적층된 초전도 코일체(20)를 이용하는 것에 의해, 출력을 크게 할 수 있다. 여기서, 초전도 코일체(20)에 적층되는 초전도 코일(10)의 수는, 도 14에 있어서는, 3개로 되어 있지만 이것에 한정되지 않고, 임의의 수로 할 수 있다.
또, 초전도 코일체(20)를 구성하는 개개의 초전도 코일(10)에 대해서도, 실시의 형태 1의 초전도 코일(10)과 마찬가지로, 직선부의 적어도 중앙 부분, 및 만곡부의 적어도 일부의 영역에서, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하는 형태로 되어 있다. 또한, 경계부의 일부의 영역에서, 상측 에지가 하측 에지보다 외주측에 위치하는 형태가 되도록 역전한 영역이 존재한다. 이 때문에 상측 에지와 하측 에지가 둘레 방향에서 일치하는 위치가 존재한다.
이 경우에 있어서도, 초전도 코일체(20)의 각 초전도 코일(10)에 전류를 흘렸을 때에 발생하는 자장(자속선)은, 예컨대, 모터를 구성하는 로터나 스테이터에 당해 초전도 코일체(20)를 이용한 경우에 있어서, 약간 상측 에지측으로 경사하는 궤적을 그린다. 구체적으로는, 도 15에 나타내는 바와 같이, 도 15의 상하 방향으로 연장되는 축(도 15에 있어서 도시하지 않는다)에 대한 자속선(111)의 진행 방향이 이루는 각도가, 적층되는 각 초전도 선재(11)로 이루어지는 계(system)의 상측에서, 하측보다 약간 커지고 있다.
이 때문에, 초전도 코일체(20)를 구성하는 개개의 초전도 코일(10)은, 중공부의 중심에서의 축에 대하여 전부 동일한 각도를 갖도록 초전도 선재(11)가 경사된 것을 이용하여도 좋지만, 적층되는 개개의 초전도 코일(10)의 주 표면의 경사 각도가 각각 다르도록 조정되어 있는 것이 보다 바람직하다.
이것을 도 15 및 도 16을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 도 16(a)는, 도 15의 하측의 초전도 선재(11)의 주 표면(110a)이, 도 15의 좌우 방향으로 연장되는 선분(도 16에 있어서의 일점 쇄선)과 이루는 각도 θ1을 나타낸다. 마찬가지로 도 16(b)는, 도 15의 중앙의 초전도 선재(11)의 주 표면(110b)이, 도 16에 있어서의 일점 쇄선과 이루는 각도 θ2를 나타낸다. 도 16(c)는, 도 15의 상측의 초전도 선재(11)의 주 표면(110c)이, 도 16에 있어서의 일점 쇄선과 이루는 각도 θ3을 나타낸다.
도 15 및 도 16에서, 도 15의 하측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110a)보다, 상측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110c) 쪽이, 좌우 방향으로 연장되는 축과 이루는 각도가 작다(반대로 말하면, 주 표면(110a)보다 주 표면(110c) 쪽이, 상하 방향으로 연장되는 축과 이루는 각도가 크다). 이와 같이 하면, 적층된 각 초전도 코일(10)에 흐르는 전류가 만드는 자속선(111)이 진행하는 방향이, 각 영역에서, 자속선(111)에 대향하는 초전도 코일(초전도 선재(11))의 주 표면(110a, 110b, 110c)을 따른 방향을 향하게 된다. 따라서, 적층된 각 초전도 코일(10)의 어느 것에 대해서도, 자속선(111)이 초전도 선재(11)의 주 표면(110a, 110b, 110c)에 교차하는 방향(다시 말해, 초전도 선재(11)의 두께 방향을 따른, 주 표면(110a, 110b, 110c)을 관통하는 방향)이 되도록 진행하는 비율이 감소한다. 따라서 초전도 선재(11)(초전도 코일(10))의 전류 특성의 열화를 억제할 수 있다.
또, 도 15에 있어서 적층된 각 초전도 선재(11)의 사이에 끼어 있는 스페이서(16)는, 예컨대, FRP로 이루어지고, 적층되는 하나의 초전도 선재(11)와 다른 초전도 선재(11)의 사이의 전기적인 단락을 억제하기 위한 것이다. 또한, 당해 각 초전도 선재(11)의 사이에 끼어 있는 영역에, 예컨대, 액체 질소 등의 초전도 선재의 냉매를 흐르게 하는 것에 의해, 초전도 선재의 냉각 효율을 높이는 작용을 갖는 것이다.
(실시의 형태 3)
도 17~도 21을 참조하여, 본 발명의 회전 기기의 한 실시의 형태에 있어서의 모터(140)를 설명한다. 모터(140)는, 회전자인 로터(130)와, 로터(130)의 주위에 배치된 고정자인 스테이터(120)를 구비하고 있다.
도 17 및 도 18, 도 20에 나타내는 바와 같이, 로터(130)는, 실시의 형태 1의 초전도 코일(10)(초전도 선재(11)로 이루어진다)이 복수 적층된 도 14의 초전도 코일체(20)의 부재와, 회전축(118)과, 로터 코어(113)와, 로터축(116)과, 냉매(117)를 포함하고 있다. 따라서, 로터(130)의 초전도 코일(10)의 각 영역에서의 상측 에지와 하측 에지의 위치 관계는 상술한 것과 같다.
로터축(116)은, 회전축(118)의 장축 방향으로 연장되는 외주면의 주위에 형성되어 있다. 로터축(116)의 외표면은 원호 형상이다. 로터 코어(113)는, 로터축(116)의, 회전축(118)에 교차하는 단면에 있어서의 중앙 부분(회전축(118)이 배치되어 있는 영역)으로부터 방사상으로, 로터축(116)의 외주면으로부터 돌출하도록 연장되고 있다. 초전도 코일(10)은, 로터 코어(113)를 둘러싸도록, 또한 로터축(116)의 원호 형상의 외표면을 따르도록 배치되어 있다. 냉매(117)는, 초전도 코일(10)을 냉각한다. 초전도 코일(10)과 냉매(117)는, 단열 용기의 내부에 배치되어 있다.
로터(130)의 주위에는, 모터(140)의 고정자로서의 스테이터(120)가 형성되어 있다. 도 17 및 도 19, 도 21에 나타내는 바와 같이, 스테이터(120)는, 실시의 형태 1의 초전도 코일(10)(초전도 선재(11)로 이루어진다)과, 스테이터 요크(121)와, 냉매(127)와, 스테이터 코어(123)를 포함하고 있다. 따라서, 스테이터(120)의 초전도 코일(10)의 각 영역에서의 상측 에지와 하측 에지의 위치 관계는 상술한 것과 같다.
스테이터 요크(121)는, 로터 코어(113)의 외주를 둘러싸고 있다. 스테이터 요크(121)의 외표면은 원호 형상이다. 초전도 코일(10)은, 스테이터 요크(121)의 원호 형상의 외표면을 따르도록 배치되어 있다. 냉매(127)는, 초전도 코일(10)을 냉각한다. 초전도 코일(10)과 냉매(127)는, 단열 용기의 내부에 배치되어 있다. 단열 용기는, 스테이터 코어(123)의 일부가 배치되도록 초전도 코일(10)의 중심에서 개구부를 갖고 있다. 스테이터 코어(123)는, 초전도 코일(10)의 주위를 둘러싸고, 초전도 코일(10)의 중심부를 관통하도록 배치되어 있다.
도 20의 확대도에 나타내는 바와 같이, 로터(130)의 로터 코어(113)의 외주를 감도록 배치된 복수의 초전도 선재(11)(초전도 코일(10))는, 각각의 주 표면(110a, 110b, 110c)의, 도 20의 좌우 방향으로 연장되는 축에 대한 경사 각도(도 20의 로터 코어 측면(113a)에 대한 경사 각도)가 다르다. 구체적으로는, 실시의 형태 2의 도 15 및 도 16에 나타내는 바와 같이, 하측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110a)보다, 상측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110c) 쪽이, 좌우 방향으로 연장되는 축과 이루는 각도가 작다(반대로 말하면, 주 표면(110a)보다 주 표면(110c) 쪽이, 상하 방향으로 연장되는 로터 코어 측면(113a)과 이루는 각도가 크다). 마찬가지로, 도 21의 확대도에 나타내는 바와 같이, 스테이터(120)의 스테이터 코어(123)의 외주를 감도록 배치된 복수의 초전도 선재(11)(초전도 코일(10))에 대해서도, 각각의 주 표면(110a, 110b, 110c)의, 도 21의 좌우 방향으로 연장되는 축에 대한 경사 각도(도 21의 스테이터 코어 측면(123a)에 대한 경사 각도)가 다르다. 로터(130)와 마찬가지로, 하측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110a)보다, 상측의 초전도 코일(10)의 주 표면(110c) 쪽이, 좌우 방향으로 연장되는 축과 이루는 각도가 작다(반대로 말하면, 주 표면(110a)보다 주 표면(110c) 쪽이, 상하 방향으로 연장되는 스테이터 코어 측면(123a)과 이루는 각도가 크다).
이와 같이 함으로써, 본 발명의 실시의 형태 2에서 설명한 바와 같이, 각 초전도 코일(10)(초전도 선재(11))의 두께 방향을 따른 방향(주 표면에 교차하는 방향)으로 자속선(111)이 관통하는 것을 억제할 수 있다. 다시 말해, 초전도 코일(10)(초전도 선재(11))의 전류 특성의 열화를 억제할 수 있다. 이것은, 도 20 및 도 21에 나타내는 바와 같이, 각 초전도 코일(10)에 흐르는 전류에 의해 생기는 자속선(111)의 방향은, 각 도면의 상측에서 하측보다, 로터 코어 측면(113a)(스테이터 코어 측면(123a))이 연장되는 방향에 대한 경사 각도가 커지기 때문이다. 다시 말해, 각 영역에서 배치되는 초전도 코일(10)(초전도 선재(11))의 주 표면의 연장 방향이, 당해 초전도 코일(10)에 대향하는 자속선(111)이 진행하는 방향을 따른 방향이 되기 때문이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시의 형태 3에 있어서의 회전 기기로서의 모터(140)는, 실시의 형태 1에 있어서의 초전도 코일(10)을 구비하고 있다. 다시 말해, 성능의 열화를 억제할 수 있는 초전도 코일을 이용하고 있다. 이 때문에, 모터(140)의 성능의 열화를 억제할 수 있다. 또한, 초전도 코일(10)은, 안장 모양이기 때문에, 초전도 코일(10)의 바닥부(하측 에지)를 원통면을 따라 배치할 수 있다. 이 때문에, 모터(140)의 소형화를 도모할 수 있다.
또, 본 실시의 형태에서는, 회전 기기로서, 로터(130)와 스테이터(120)를 포함하는 모터(140)를 예로 들어 설명했지만, 본 발명의 회전 기기는, 모터에 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 발전기 등에도 적용 가능하다.
이번 개시된 실시의 형태는, 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시의 형태가 아닌 특허청구의 범위에 의해 나타내어지고, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
(산업상이용가능성)
본 발명은, 초전도 선재를 이용한 초전도 코일, 당해 초전도 코일이 복수 적층된 초전도 코일체, 및 당해 초전도 코일을 이용한 회전기의 전류 특성의 열화를 억제하는 기술로서, 특히 우수하다.
10 : 초전도 코일
10a, 20a, 52a : 직선부
10b, 20b, 52b : 만곡부
10c, 20c, 52c : 경계부
10d, 52d : 상측 에지
10e, 52e : 하측 에지
11 : 초전도 선재
11a : 초전도체
11b : 쉬스부
11c : 기판
11d : 중간층
11e : 초전도층
11f : 안정화층
12 : 상면
13 : 하면
14, 15 : 측면
16 : 스페이서
20 : 초전도 코일체
51 : 받침대
51a : 원통면
52 : 와인딩 프레임
110, 110a, 110b, 110c : 주 표면
111, 112 : 자속선
113 : 로터 코어
113a : 로터 코어 측면
116 : 로터축
117, 127 : 냉매
118 : 회전축
120 : 스테이터
121 : 스테이터 요크
123 : 스테이터 코어
123a : 스테이터 코어 측면
127 : 냉매
130 : 로터
140 : 모터

Claims (6)

  1. 레이스트랙(racetrack) 형상으로 산화물 초전도 선재가 감긴 안장 형상(saddle-shaped)의 산화물 초전도 코일로서,
    만곡부와,
    상기 만곡부와 접속된 직선부
    를 구비하고,
    상기 직선부의 적어도 중앙 부분에서는, 상측 에지가 하측 에지보다 내주측에 위치하는
    산화물 초전도 코일.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 만곡부에서는, 상기 상측 에지가 상기 하측 에지보다 내주측에 위치하는 산화물 초전도 코일.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 직선부로부터 상기 만곡부로 향하는 경계부의 일부의 영역에서, 상기 상측 에지가 상기 하측 에지보다 외주측에 위치하는 산화물 초전도 코일.
  4. 청구항 1에 기재된 산화물 초전도 코일이 복수 적층된 산화물 초전도 코일체.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 산화물 초전도 코일체에 있어서의 개개의 산화물 초전도 코일의, 복수 적층된 방향에 대한 상기 산화물 초전도 선재의 주 표면의 경사 각도가 상이한 산화물 초전도 코일체.
  6. 청구항 1에 기재된 산화물 초전도 코일 또는 청구항 4에 기재된 산화물 초전도 코일체를 포함하는 회전기.
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