JP2011091893A

JP2011091893A - Stacked superconductive coil and rotator

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Publication number: JP2011091893A
Application number: JP2009241457A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Niisato; 剛新里; Hitoshi Oyama; 仁尾山
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2011-05-06

Abstract

【課題】偏流を抑制し、かつ必要なスペースを少なくすることが可能な積層型超電導コイルを提供する。また当該積層型超電導コイルを用いた回転機を提供する。
【解決手段】本発明の積層型コイルは、複数本の超電導線材１〜４を並列させた線材群を一の方向に巻回させた第１の超電導コイル１０と、複数本の超電導線材を並列させた線材群を、一の方向と反対方向である他の方向に巻回させた第２の超電導コイル２０とを備えている。第１の超電導コイル１０と第２の超電導コイル２０とは、上記複数本の超電導線材１〜４が巻回される中心軸に沿った方向に積層されている。第１の超電導コイル１０の上記線材群において、第１の超電導コイル１０の内周側から外周側に向けて並んだ複数本の超電導線材１〜４のそれぞれは、第２の超電導コイル２０の上記線材群において第２の超電導コイル２０の外周側から内周側に向けて並んだ複数本の超電導線材１〜４のそれぞれと接続されている。
【選択図】図６Provided is a laminated superconducting coil capable of suppressing drift and reducing a necessary space. Also provided is a rotating machine using the laminated superconducting coil.
A multilayer coil according to the present invention includes a first superconducting coil 10 in which a wire group in which a plurality of superconducting wires 1 to 4 are arranged in parallel is wound in one direction and a plurality of superconducting wires in parallel. A second superconducting coil 20 is provided in which the wire group is wound in another direction that is opposite to the one direction. The first superconducting coil 10 and the second superconducting coil 20 are laminated in a direction along the central axis around which the plurality of superconducting wires 1 to 4 are wound. In the wire group of the first superconducting coil 10, each of the plurality of superconducting wires 1 to 4 arranged from the inner circumference side to the outer circumference side of the first superconducting coil 10 is the same as that of the second superconducting coil 20. The wire group is connected to each of a plurality of superconducting wires 1 to 4 arranged from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the second superconducting coil 20.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、積層型超電導コイルおよび回転機に関するものである。 The present invention relates to a laminated superconducting coil and a rotating machine.

超電導線材を巻回することにより形成される超電導コイルは、たとえばモータなどの回転機を構成するステータやロータに用いられる。超電導線材は所定の条件下で電気抵抗がほぼゼロである。このため超電導コイルは大電流を流し、特に複数台を積層させた際に回転機の回転力を高めることが可能な部材として広く用いられている。 A superconducting coil formed by winding a superconducting wire is used for, for example, a stator or a rotor constituting a rotating machine such as a motor. The superconducting wire has almost zero electric resistance under predetermined conditions. For this reason, the superconducting coil is widely used as a member that allows a large current to flow and can increase the rotational force of the rotating machine, particularly when a plurality of coils are stacked.

しかし超電導線材には電気抵抗がほとんど存在しないものの、超電導コイルのインダクタンスに起因して、超電導コイルに交流電流を流す場合には擬似的な電気抵抗としてのリアクタンスが発生する。 However, although there is almost no electric resistance in the superconducting wire, reactance as a pseudo electric resistance occurs when an alternating current is passed through the superconducting coil due to the inductance of the superconducting coil.

一般にコイルのリアクタンスは、コイルに囲まれる中空の領域の大きさ（コイルが巻回される方向に沿った平面に関する大きさ）により変化する。つまり、たとえば複数本の線材を並列させたものを一束としてパンケーキコイルユニットを構成した場合、複数本の線材を並列させたものから構成されるコイルユニット中の各コイルのインダクタンスに差が生じる。その結果、各コイルに流れる電流にアンバランスが生じる。これはコイルのインダクタンスは、コイルに巻回される中空側の領域の大きさに応じて変化するためである。このようなコイルユニットの内部における各コイルの電流のアンバランスを偏流といい、偏流はコイルユニットの電気特性を劣化させる可能性がある。 In general, the reactance of a coil varies depending on the size of a hollow region surrounded by the coil (size related to a plane along the direction in which the coil is wound). That is, for example, when a pancake coil unit is configured by bundling a plurality of wire rods in parallel, a difference occurs in the inductance of each coil in the coil unit composed of a plurality of wire rods arranged in parallel. . As a result, an imbalance occurs in the current flowing through each coil. This is because the inductance of the coil changes according to the size of the hollow side region wound around the coil. Such an imbalance of the currents of the respective coils inside the coil unit is referred to as drift, and the drift may degrade the electrical characteristics of the coil unit.

このことを以下により詳しく説明する。たとえば図１４に示すコイル９は、１本の線材から構成されるコイルユニットである。このコイル９に流すことが可能な許容電流が１００Ａであると仮定する。図１４のコイル９のみからなる回路に４００Ａの電流を流すことはできないので、この場合、図１５に示すようにコイル９と同じ性能を有すると思われるコイル１Ｚ、２Ｚ、３Ｚ、４Ｚの４台のコイルを並列に接続したコイルユニット１００を用いることが好ましい。このとき、コイル１Ｚ、２Ｚ、３Ｚ、４Ｚの４台すべてが１００Ａの許容電流を有する場合には、コイルユニット１００に４００Ａの電流Ｉを流すことができる。 This will be explained in more detail below. For example, the coil 9 shown in FIG. 14 is a coil unit composed of one wire. It is assumed that the allowable current that can be passed through the coil 9 is 100A. Since a current of 400 A cannot be passed through a circuit consisting only of the coil 9 in FIG. 14, in this case, four units of coils 1Z, 2Z, 3Z, and 4Z that are considered to have the same performance as the coil 9 as shown in FIG. It is preferable to use a coil unit 100 in which these coils are connected in parallel. At this time, when all four coils 1Z, 2Z, 3Z, and 4Z have an allowable current of 100A, a current I of 400A can be passed through the coil unit 100.

ところが、たとえば４台のコイル１Ｚ〜４Ｚが並列に巻回されることにより、それぞれのインダクタンスが異なっていれば、各コイルに流れる電流値が異なるものとなる。つまり、図１６に示すように、４台のコイル１Ｚ〜４Ｚを並列に接続した回路にたとえば４００Ａの電流を流そうとしても、コイル１Ｚ〜４Ｚの間でインダクタンスの差に起因して流れる電流値に差が発生し、最もインダクタンスの小さいコイルにより多くの電流が流れることになる。一方、コイルの許容電流値はたとえば１００Ａと決まっていることから、上述した最大の電流が流れるコイルについて許容電流値を超えないように、回路への投入電流値を制限しなければならない。この結果、許容電流値が１００Ａの４つのコイル１Ｚ〜４Ｚを並列につないだ回路であるにもかかわらず回路に流すことのできるトータルの電流Ｉが４００Ａを下回るということになっていた。 However, for example, if the four coils 1Z to 4Z are wound in parallel, and the respective inductances are different, the values of the currents flowing through the coils are different. That is, as shown in FIG. 16, even if a current of, for example, 400 A is passed through a circuit in which four coils 1 Z to 4 Z are connected in parallel, the current value that flows due to the difference in inductance between the coils 1 Z to 4 Z. Difference occurs, and a larger amount of current flows through the coil having the smallest inductance. On the other hand, since the allowable current value of the coil is determined to be 100 A, for example, the current value applied to the circuit must be limited so as not to exceed the allowable current value for the coil through which the maximum current flows. As a result, the total current I that can be passed through the circuit is less than 400 A despite the fact that the four coils 1Z to 4Z having an allowable current value of 100A are connected in parallel.

このようにコイルユニットを構成する各コイルに偏流が発生すると、当該コイルユニットの許容電流が減少する。したがって、特に当該コイルが超電導コイルである場合に、超電導線材の有する大電流を流すことができるというメリットを活かすことができなくなる。 When drift occurs in each coil constituting the coil unit in this way, the allowable current of the coil unit decreases. Therefore, especially when the coil is a superconducting coil, it is impossible to take advantage of the fact that a large current of the superconducting wire can flow.

上記偏流を抑制するために、たとえば特開平１０−３０８３０６号公報（特許文献１）においては、複数本の超電導テープを巻回したパンケーキ型超電導コイル（コイルユニット）が複数台積層されたダブルパンケーキ型超電導コイル（積層型超電導コイル）において、上側に積層されたコイルユニットにて外周側に巻回された線材を、中央側および内周側に巻回された線材よりも巻回数を１回少なくしている。そして当該外周側に巻回された線材は、上記コイルユニットの直下に積層されたコイルユニットの内周側に巻回された線材と接続される。また当該中央側に巻回された線材は直下のコイルユニットの外周側に巻回された線材と接続される。当該内周側に巻回された線材は直下のコイルユニットの中央側に巻回された線材と接続される。多数台のコイルユニットの積層においてこのようなコイル間の接続方法を繰り返すことにより、コイルユニット全体（ダブルパンケーキ型超電導コイル）としての各コイルの接続された長さを均一化し、各コイルのインダクタンスの差を小さくし、結果としてコイルユニット全体としての偏流を抑制することができる構成としている。 In order to suppress the drift, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 10-308306 (Patent Document 1), a double pan in which a plurality of pancake superconducting coils (coil units) wound with a plurality of superconducting tapes are stacked. In a cake-type superconducting coil (laminated superconducting coil), the number of turns of the wire wound on the outer peripheral side by the coil unit stacked on the upper side is one more than that of the wire wound on the central side and the inner peripheral side. Less. And the wire wound around the outer peripheral side is connected to the wire wound around the inner peripheral side of the coil unit laminated directly under the coil unit. Further, the wire wound around the center side is connected to the wire wound around the outer peripheral side of the coil unit immediately below. The wire wound around the inner peripheral side is connected to the wire wound around the central side of the coil unit immediately below. By repeating the connection method between the coils in the lamination of a large number of coil units, the connected length of each coil as the whole coil unit (double pancake type superconducting coil) is made uniform, and the inductance of each coil As a result, the drift of the coil unit as a whole can be suppressed.

特開平１０−３０８３０６号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-308306

しかし特許文献１に開示されているダブルパンケーキ型超電導コイルは、たとえば上側に積層されたコイルユニットにて内周側に巻回された線材が、直下のコイルユニットの中央側に巻回された線材と接続される。この中央側に巻回された線材が、さらにその直下のコイルユニットの外周側に巻回された線材と接続される。以上のように接続されているため、複数台のコイルユニットが積層された全体のダブルパンケーキ型超電導コイルとして各コイルの接続された長さを均一化するためには、各コイルユニットを構成するために一束として巻回する超電導テープの本数に等しい分だけコイルユニットを積層する必要がある。具体的には、特許文献１の場合、３本の超電導テープが一束として巻回されることによりコイルユニットが形成されている。このため少なくとも３台のコイルユニットを積層する必要がある。したがって当該ダブルパンケーキ型超電導コイルは、偏流を抑制するためのコイルユニットを多数積層することにより多くのスペースを必要とする場合がある。 However, in the double pancake superconducting coil disclosed in Patent Document 1, for example, a wire wound on the inner peripheral side in a coil unit laminated on the upper side is wound on the center side of the coil unit immediately below Connected with wire. The wire wound around the center side is further connected to the wire wound around the outer peripheral side of the coil unit immediately below. Since it is connected as described above, each coil unit is configured in order to equalize the connected length of each coil as an entire double pancake superconducting coil in which a plurality of coil units are stacked. Therefore, it is necessary to stack the coil units by an amount equal to the number of superconducting tapes wound as a bundle. Specifically, in Patent Document 1, a coil unit is formed by winding three superconducting tapes as a bundle. For this reason, it is necessary to laminate at least three coil units. Therefore, the double pancake superconducting coil may require a lot of space by stacking a large number of coil units for suppressing drift.

また特許文献１のダブルパンケーキ型超電導コイルは、コイルユニットにて外周側に巻回された線材を、中央側および内周側に巻回された線材よりも巻回数を１回少なくするなどの調整を行なう必要がある。このため、加工が煩雑になることがある。 Moreover, the double pancake type superconducting coil of Patent Document 1 is such that the number of turns is reduced by one time for the wire wound around the outer peripheral side in the coil unit as compared with the wire wound around the center side and the inner peripheral side. Adjustments need to be made. For this reason, processing may become complicated.

本発明は、以上の各問題に鑑みなされたものである。その目的は、偏流を抑制し、かつ必要なスペースを少なくすることが可能な積層型超電導コイルを提供することである。また当該積層型超電導コイルを用いた回転機を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems. The object is to provide a laminated superconducting coil capable of suppressing drift and reducing the necessary space. Another object of the present invention is to provide a rotating machine using the laminated superconducting coil.

本発明に係る積層型超電導コイルは、複数本の超電導線材を並列させた線材群を一の方向に巻回させた第１の超電導コイルと、複数本の超電導線材を並列させた線材群を、上記一の方向と反対方向である他の方向に巻回させた第２の超電導コイルとを備えている。第１の超電導コイルと第２の超電導コイルとは、複数本の超電導線材が巻回される中心軸に沿った方向に積層されている。上記第１の超電導コイルの上記線材群において、上記第１の超電導コイルの内周側から外周側に向けて並んだ上記複数本の超電導線材のそれぞれは、上記第２の超電導コイルの上記線材群において上記第２の超電導コイルの外周側から内周側に向けて並んだ上記複数本の超電導線材のそれぞれと接続されている。 The laminated superconducting coil according to the present invention includes a first superconducting coil in which a wire group in which a plurality of superconducting wires are arranged in parallel is wound in one direction, and a wire group in which a plurality of superconducting wires are arranged in parallel. A second superconducting coil wound in another direction opposite to the one direction. The first superconducting coil and the second superconducting coil are laminated in a direction along a central axis around which a plurality of superconducting wires are wound. In the wire group of the first superconducting coil, each of the plurality of superconducting wires arranged from the inner circumference side to the outer circumference side of the first superconducting coil is the wire group group of the second superconducting coil. Are connected to each of the plurality of superconducting wires arranged from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the second superconducting coil.

第１の超電導コイルを構成する複数本の超電導線材（線材群）のうち、内周側に巻回された超電導線材を、第１の超電導コイルに重畳するように積層された第２の超電導コイルの外周側に巻回された超電導線材と接続する。同様に第１の超電導コイルの外周側に巻回された超電導線材を、第２の超電導コイルの内周側に巻回された超電導線材と接続する。ここで、第１の超電導コイルにおいてより外周側に巻回された超電導線材を、第２の超電導コイルにおいてより内周側に巻回された超電導線材と接続する。また別の観点から言えば、第１の超電導コイルにおいてより内周側に巻回された超電導線材を、第２の超電導コイルにおいてより外周側に巻回された超電導線材と接続する。 Of the plurality of superconducting wires (wire group) constituting the first superconducting coil, the second superconducting coil is laminated so that the superconducting wire wound on the inner peripheral side is superimposed on the first superconducting coil. It connects with the superconducting wire wound around the outer periphery side. Similarly, the superconducting wire wound around the outer periphery of the first superconducting coil is connected to the superconducting wire wound around the inner periphery of the second superconducting coil. Here, the superconducting wire wound on the outer peripheral side in the first superconducting coil is connected to the superconducting wire wound on the inner peripheral side in the second superconducting coil. From another point of view, the superconducting wire wound around the inner periphery of the first superconducting coil is connected to the superconducting wire wound around the outer periphery of the second superconducting coil.

このようにすれば、第１の超電導コイルを構成する１本の超電導線材と、第２の超電導コイルを構成する１本の超電導線材とが接続されることによる両者のインダクタンスの和を、各超電導線材が接続されたそれぞれのコイルについて一定にすることができる。これは超電導コイルにおいてより内周側に巻回された超電導線材ほどインダクタンス（およびインダクタンスに比例するリアクタンス）が小さくなり、より外周側に巻回された超電導線材ほどインダクタンスが大きくなるためである。そして第１の超電導コイルにおいて外周側に巻回された超電導線材から順に、第２の超電導コイルの内周側に巻回された超電導線材と接続すれば、２台の超電導コイルにてそれぞれの超電導線材が接続されることによる積層型超電導コイルについて、各超電導線材が構成するコイルのインダクタンス（およびリアクタンス）を一定とすることができる。つまり当該積層型超電導コイルにおける偏流の発生を抑制することができる。また、この場合第１および第２の超電導コイルのサイズ（径）や巻数などの条件はほぼ等しいことが好ましい。 In this way, the sum of the inductances of one superconducting wire constituting the first superconducting coil and one superconducting wire constituting the second superconducting coil is connected to each superconducting conductor. It can be made constant for each coil to which the wire is connected. This is because the superconducting wire wound around the inner circumference side of the superconducting coil has a smaller inductance (and reactance proportional to the inductance), and the superconducting wire wound around the outer circumference side has a larger inductance. If the superconducting wire wound on the inner peripheral side of the second superconducting coil is connected in order from the superconducting wire wound on the outer peripheral side in the first superconducting coil, each superconducting coil is connected to each of the two superconducting coils. About the laminated superconducting coil by connecting the wire, the inductance (and reactance) of the coil formed by each superconducting wire can be made constant. That is, it is possible to suppress the occurrence of drift in the multilayer superconducting coil. In this case, it is preferable that conditions such as the size (diameter) and the number of turns of the first and second superconducting coils are substantially equal.

当該接続方法を用いれば、各超電導コイル（コイルユニット）を構成する超電導線材の本数にかかわらず、２台のコイルを積層するだけで偏流の発生を抑制することが可能な積層型超電導コイルを提供することができる。したがって、当該積層型超電導コイルが必要とするスペースを小さくすることができる。 If this connection method is used, a multilayer superconducting coil that can suppress the occurrence of drift by simply stacking two coils regardless of the number of superconducting wires constituting each superconducting coil (coil unit) is provided. can do. Therefore, the space required for the multilayer superconducting coil can be reduced.

また、超電導コイルを構成する各超電導線材の巻回される回数をすべて等しくすることができる。このため、たとえば外周側を巻回する超電導線材の巻回される回数を内周側を巻回する超電導線材の巻回される回数よりも少なくするなどの煩雑な処理を行なうことが不要となる。 Further, the number of times each superconducting wire constituting the superconducting coil is wound can be made equal. For this reason, for example, it is not necessary to perform complicated processing such as reducing the number of times of winding of the superconducting wire wound around the outer peripheral side to be less than the number of times of winding of the superconducting wire wound around the inner peripheral side. .

上述した本発明に係る積層型超電導コイルにおいて、第１の超電導コイルの線材群を構成する上記超電導線材と、第２の超電導コイルの線材群を構成する超電導線材とは、超電導部材により接続されることが好ましい。 In the above-described laminated superconducting coil according to the present invention, the superconducting wire constituting the wire group of the first superconducting coil and the superconducting wire constituting the wire group of the second superconducting coil are connected by a superconducting member. It is preferable.

このようにすれば、超電導コイル（コイルユニット）の超電導線材同士の接続部が超電導部材すなわち超電導体の材料により構成されるため、接続部における電気抵抗に起因する発熱を抑制することができる。 In this way, since the connecting portion between the superconducting wires of the superconducting coil (coil unit) is formed of the superconducting member, that is, the material of the superconductor, it is possible to suppress heat generation due to the electric resistance in the connecting portion.

上述した本発明に係る積層型超電導コイルにおいて、第１の超電導コイルの線材群を構成する上記超電導線材と、第２の超電導コイルの線材群を構成する超電導線材とは、常電導部材により接続されてもよい。 In the above-described laminated superconducting coil according to the present invention, the superconducting wire constituting the wire group of the first superconducting coil and the superconducting wire constituting the wire group of the second superconducting coil are connected by a normal conducting member. May be.

たとえば上述したように超電導線材同士を超電導部材により接続する場合は、接続部の強度を確保するために当該接続部に補強材を配置する必要がある場合がある。しかし超電導線材同士を常電導部材により接続する場合は、常電導部材として超電導部材よりも強度が高い材料を用いることができるため、接続部に補強材を配置する必要がない。このため、当該積層型超電導コイルの構成をより簡素化し、コストを低減することができる。 For example, when the superconducting wires are connected to each other by the superconducting member as described above, it may be necessary to arrange a reinforcing material in the connecting portion in order to ensure the strength of the connecting portion. However, when the superconducting wires are connected to each other by the normal conducting member, a material having higher strength than the superconducting member can be used as the normal conducting member, so that there is no need to arrange a reinforcing material at the connecting portion. For this reason, the structure of the said multilayer superconducting coil can be simplified more, and cost can be reduced.

また常電導部材からなる接続部は電気抵抗を有する。このためたとえば各コイルユニットを構成する各コイル（線材）間にインダクタンス（リアクタンス）の差が生じたとしても、接続部の電気抵抗値を適宜調整することで、上記接続部の電気抵抗との和である合成インピーダンスの値を、より一定に近づけることができる。したがって、当該積層型超電導コイルにおける偏流の発生をより確実に抑制することができる。 Moreover, the connection part which consists of a normal conducting member has an electrical resistance. For this reason, even if, for example, a difference in inductance (reactance) occurs between the coils (wires) constituting each coil unit, the electrical resistance value of the connection portion is adjusted as appropriate so that The value of the synthetic impedance can be made more constant. Therefore, the occurrence of drift in the multilayer superconducting coil can be more reliably suppressed.

上述した積層型超電導コイルをロータやステータに用いた、たとえばモータなどの回転機は、省スペース化された積層型超電導コイルにより形成される。このため当該回転機を小型化することができる。また上述したように積層型超電導コイルの偏流が抑制されているため、偏流が生じる場合に比べて当該コイルに大電流を流すことができる。したがって、当該回転機から大きな出力を得ることができる。 A rotating machine such as a motor using the above-described laminated superconducting coil for a rotor or stator is formed by a space-saving laminated superconducting coil. For this reason, the said rotary machine can be reduced in size. Moreover, since the drift of the laminated superconducting coil is suppressed as described above, a large current can be passed through the coil as compared with the case where the drift occurs. Therefore, a large output can be obtained from the rotating machine.

上述した回転機は、積層型超電導コイルとして第１の積層型超電導コイルと、回転機の回転軸を中心として第１の積層型超電導コイルと対向配置される第２の積層型超電導コイルと、第１の積層型超電導コイルに直列に接続させた第１の直列抵抗と、第２の積層型超電導コイルに直列に接続させた第２の直列抵抗とを備えることが好ましい。第１の積層型超電導コイルと第１の直列抵抗との合成インピーダンスＺ１と、第２の積層型超電導コイルと第２の直列抵抗との合成インピーダンスＺ２との間に、｜Ｚ１−Ｚ２｜／Ｚ１＜０．０１または｜Ｚ１−Ｚ２｜／Ｚ２＜０．０１の関係があることが好ましい。 The rotating machine described above includes a first laminated superconducting coil as a laminated superconducting coil, a second laminated superconducting coil disposed opposite to the first laminated superconducting coil around the rotation axis of the rotating machine, It is preferable to include a first series resistor connected in series to one laminated superconducting coil and a second series resistor connected in series to the second laminated superconducting coil. | Z1-Z2 | / Z1 between the combined impedance Z1 of the first laminated superconducting coil and the first series resistor and the combined impedance Z2 of the second laminated superconducting coil and the second series resistor It is preferable that there is a relationship of <0.01 or | Z1-Z2 | / Z2 <0.01.

当該回転機のロータやステータを構成する積層型超電導コイルのうち、第１の積層型超電導コイルと、回転機の回転軸を中心として第１の積層型超電導コイルに対向するように配置された第２の積層型超電導コイルとを流れる交流電流は同位相である。このため両者のインピーダンスが等しいことが好ましい。これは両者のインピーダンスが変動すれば、第１および第２の積層型超電導コイルには偏流が発生するためである。第１および第２の積層型超電導コイルのインダクタンスの差を補償するため、上記積層型超電導コイルに直列に電気抵抗を接続する。この電気抵抗の値を上記インダクタンスの差を考慮しながら決定すれば、電気抵抗の抵抗値と積層型超電導コイルのリアクタンスとの総和である合成インピーダンスの値をより一定値に近づけることができる。このようにすれば、回転機全体としての電気特性をより安定させることができる。 Among the laminated superconducting coils constituting the rotor and stator of the rotating machine, the first laminated superconducting coil and the first laminated superconducting coil arranged so as to face the first laminated superconducting coil with the rotation axis of the rotating machine as the center. The alternating currents flowing through the two laminated superconducting coils are in phase. For this reason, it is preferable that both impedance is equal. This is because if the impedances of the two fluctuate, a drift occurs in the first and second laminated superconducting coils. In order to compensate for the difference in inductance between the first and second laminated superconducting coils, an electrical resistance is connected in series to the laminated superconducting coil. If the value of this electrical resistance is determined in consideration of the difference in inductance, the value of the combined impedance, which is the sum of the resistance value of the electrical resistance and the reactance of the laminated superconducting coil, can be made closer to a constant value. If it does in this way, the electrical property as the whole rotary machine can be stabilized more.

本発明によれば、コンパクト化されており大きな電力を供給することが可能な積層型超電導コイルおよび回転機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a stacked superconducting coil and a rotating machine that are compact and capable of supplying large electric power.

本発明の実施の形態１に係る積層型超電導コイルを概略的に示した斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a laminated superconducting coil according to Embodiment 1 of the present invention. 超電導コイルを構成する複数本の超電導線材を一束にするときの一方の端部の態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect of one edge part when bundling the several superconducting wire which comprises a superconducting coil. 超電導コイルを構成する複数本の超電導線材を一束にしたものを巻回する態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect which winds what bundled the several superconducting wire which comprises a superconducting coil. 複数本の超電導線材を並列させた線材群を一の方向に巻回させた超電導コイルの態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect of the superconducting coil which wound the wire group which put the several superconducting wire in parallel in one direction. 複数本の超電導線材を並列させた線材群を、図４の一の方向と反対方向である他の方向に巻回させた超電導コイルの態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect of the superconducting coil which wound the wire group which put the several superconducting wire in parallel in the other direction which is a direction opposite to the one direction of FIG. 図４と図５との超電導コイルを積層する際の接続の態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect of the connection at the time of laminating | stacking the superconducting coil of FIG. 4 and FIG. 図１の積層型超電導コイルの概略回路図である。FIG. 2 is a schematic circuit diagram of the multilayer superconducting coil of FIG. 1. 積層される２台の超電導コイルのそれぞれの超電導線材の端部同士が接続される態様を示す概略図である。It is the schematic which shows the aspect by which the edge parts of each superconducting wire of the two superconducting coils laminated | stacked are connected. 図８の接続部が超電導部材により接続される態様をより詳細に示した概略図である。It is the schematic which showed the aspect in which the connection part of FIG. 8 was connected by the superconducting member in detail. 図９における超電導部材の接続部の代わりに常電導部材の接続部により接続される態様をより詳細に示した概略図である。It is the schematic which showed in detail the aspect connected by the connection part of a normal conducting member instead of the connection part of the superconducting member in FIG. 本発明の実施の形態１の積層型超電導コイルを用いたステータの一部の領域を概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the one part area | region of the stator using the laminated superconducting coil of Embodiment 1 of this invention. 図１１の斜視図の一部の領域を示す概略回路図である。It is a schematic circuit diagram which shows the one part area | region of the perspective view of FIG. 本発明の実施の形態１の積層型超電導コイルを用いたロータを概略的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows roughly the rotor using the laminated superconducting coil of Embodiment 1 of this invention. １本の超電導線材を巻回してなるコイルの概略回路図である。It is a schematic circuit diagram of the coil formed by winding one superconducting wire. 図１４のコイルを複数本並列させた超電導コイルの概略回路図である。FIG. 15 is a schematic circuit diagram of a superconducting coil in which a plurality of coils of FIG. 14 are arranged in parallel. 図１５の概略回路図を電流が流れることにより偏流が発生することを説明する概略回路図である。FIG. 16 is a schematic circuit diagram for explaining that a drift occurs when a current flows in the schematic circuit diagram of FIG. 15.

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施の形態について説明する。なお、各実施の形態において、同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, elements having the same function are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated unless particularly necessary.

（実施の形態１）
図１〜図９を参照して、本発明の一実施の形態における積層型超電導コイル３０について説明する。本実施の形態における積層型超電導コイル３０は、図１に示すように、たとえばレーストラック状に超電導線材が巻回された超電導コイル１０と超電導コイル２０（いずれもコイルユニット）とが積層された構成である。図１の積層型超電導コイル３０は超電導コイル１０と超電導コイル２０とが交互に２段ずつ積層されている。しかしたとえば超電導コイル１０と超電導コイル２０とが交互に１段ずつ積層された構成であってもよいし、これらが交互に３段以上ずつ積層された構成であってもよい。 (Embodiment 1)
A laminated superconducting coil 30 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the laminated superconducting coil 30 in the present embodiment has a configuration in which, for example, a superconducting coil 10 and a superconducting coil 20 (both coil units) each having a superconducting wire wound in a racetrack shape are laminated. It is. In the laminated superconducting coil 30 shown in FIG. 1, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are alternately laminated in two stages. However, for example, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 may be alternately stacked one by one, or may be configured by alternately stacking three or more stages.

図２に示すように、超電導コイル１０および超電導コイル２０は、たとえば４本の超電導線材（超電導線材１、２、３、４）を並列させた線材群を、それぞれの一方の端部が各超電導線材の延在する方向に関して一定の距離を有するように配置する。超電導線材１〜４はテープ状であり、ビスマス（Ｂｉ）系の超電導線材を用いてもよく、薄膜超電導線材を用いてもよい。 As shown in FIG. 2, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are, for example, a group of wires in which four superconducting wires (superconducting wires 1, 2, 3, 4) are arranged in parallel. It arrange | positions so that it may have a fixed distance regarding the extending direction of a wire. Superconducting wires 1 to 4 are tape-shaped, and bismuth (Bi) -based superconducting wires may be used, or thin-film superconducting wires may be used.

超電導線材１〜４がビスマス系の超電導線材である場合、当該ビスマス系の超電導線材は、長手方向に延在する複数本の超電導体と、当該複数の超電導体の全周を被覆するシース部とを有している。シース部は超電導体に接触している。複数本の超電導体の各々は、たとえばＢｉ−Ｐｂ−Ｓｒ−Ｃａ−Ｃｕ−Ｏ系の組成を有するビスマス系超電導体が好ましく、特に、（ビスマスと鉛）：ストロンチウム：カルシウム：銅の原子比がほぼ２：２：２：３の比率で近似して表されるＢｉ２２２３相を含む材質が最適である。シース部の材質は、たとえば銀や銀合金よりなっている。なお、超電導体は、単数本であってもよい。 When the superconducting wires 1 to 4 are bismuth-based superconducting wires, the bismuth-based superconducting wires include a plurality of superconductors extending in the longitudinal direction, and a sheath portion covering the entire circumference of the plurality of superconductors. have. The sheath part is in contact with the superconductor. Each of the plurality of superconductors is preferably a bismuth-based superconductor having a composition of, for example, Bi—Pb—Sr—Ca—Cu—O, and particularly has an atomic ratio of (bismuth and lead): strontium: calcium: copper. A material containing the Bi2223 phase represented by an approximate ratio of 2: 2: 2: 3 is optimal. The material of the sheath part is made of, for example, silver or a silver alloy. A single superconductor may be used.

超電導線材１〜４が薄膜超電導線材である場合、当該薄膜超電導線材は、長手方向に延在する基板と、基板上に接して設けられた超電導層などから構成される。ここで基板はたとえばステンレス鋼、ニッケル合金または銀合金から構成され、超電導層はたとえばＲＥ１２３系超電導体（ＲＥ_xＢａ_yＣｕ_zＯ_7-dにおいて、０．７≦ｘ≦１．３、１．７≦ｙ≦２．３、２．７≦ｚ≦３．３である材質）を用いることが好ましい。ここでＲＥ１２３系超電導体のＲＥとは、希土類元素およびイットリウム元素の少なくともいずれかを含む材質を意味する。 When the superconducting wires 1 to 4 are thin film superconducting wires, the thin film superconducting wires are composed of a substrate extending in the longitudinal direction, a superconducting layer provided in contact with the substrate, and the like. Here the substrate, for example stainless steel, consists of a nickel alloy or a silver alloy, superconducting layer, for example the RE123-based superconductor (in _{_{_{_{RE x Ba y Cu z O 7}}}} -d, 0.7 ≦ x ≦ 1.3,1. It is preferable to use a material that satisfies 7 ≦ y ≦ 2.3 and 2.7 ≦ z ≦ 3.3. Here, RE of the RE123-based superconductor means a material containing at least one of a rare earth element and an yttrium element.

超電導線材１〜４は、パンケーキ巻きにより巻回されていることが好ましい。その態様は、図２に示すようにたとえば巻回された各超電導線材の軌跡が円弧状となってもよいが、図１に示すように当該超電導線材が延在する一方向に関して直線状となるいわゆるレーストラック状となるように巻回することが好ましい。レーストラック状となるように巻回されたコイルは、モータなどの回転機を構成するロータやステータのコアの外周部に巻回することにより大きな出力を得ることができる。 Superconducting wires 1 to 4 are preferably wound by pancake winding. For example, as shown in FIG. 2, the trajectory of each wound superconducting wire may be arcuate, but as shown in FIG. 1, it is linear in one direction in which the superconducting wire extends. It is preferable to wind so as to form a so-called race track. A coil wound in a racetrack shape can obtain a large output by being wound around the outer periphery of a rotor or stator core constituting a rotating machine such as a motor.

この場合、超電導コイル１０および超電導コイル２０は、それぞれ直線部３０ａと湾曲部３０ｂと境界部３０ｃとを備えている。また上述したように、超電導線材１〜４は酸化物超電導体から構成される。このため超電導コイル１０および超電導コイル２０は、巻回された各超電導線材の内部における歪みを小さくするために、図１に示すように一部の領域において図１の上側に凸形状となるように（図１の下側に凹形状となるように）巻回された鞍形コイルとしてもよい。また図１においては境界部３０ｃの一部の領域が図１の上側に凸形状となるように巻回されている。しかし当該凸形状となる領域はたとえば湾曲部３０ｂや直線部３０ａの一部の領域であってもよい。 In this case, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 each include a straight portion 30a, a curved portion 30b, and a boundary portion 30c. As described above, superconducting wires 1 to 4 are made of oxide superconductors. For this reason, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 have a convex shape on the upper side of FIG. 1 in a part of the region as shown in FIG. 1 in order to reduce distortion inside each wound superconducting wire. It is good also as the saddle coil wound so that it may become a concave shape in the lower side of FIG. Further, in FIG. 1, a part of the boundary portion 30c is wound so as to have a convex shape on the upper side of FIG. However, the convex region may be, for example, a partial region of the curved portion 30b or the straight portion 30a.

図２においては超電導線材１よりも、超電導線材１に隣接する超電導線材２の方が図２の右側に一定距離だけ突出した配置となっている。同様に超電導線材２よりも、超電導線材２に隣接する超電導線材３の方が図２の右側に一定距離だけ突出した配置となっている。超電導線材３よりも、超電導線材３に隣接する超電導線材４の方が図２の右側に一定距離だけ突出した配置となっている。 In FIG. 2, the superconducting wire 2 adjacent to the superconducting wire 1 is arranged to protrude to the right of FIG. Similarly, the superconducting wire 3 adjacent to the superconducting wire 2 is disposed so as to protrude from the superconducting wire 2 by a certain distance on the right side of FIG. The superconducting wire 4 adjacent to the superconducting wire 3 is arranged to protrude to the right side of FIG.

図２のように４本の超電導線材を一束に並列させた状態で、たとえば図３に示すように上述した各超電導線材の一端が内周側となるように（すなわち内周側から外周側へと）当該超電導線材を巻回することにより超電導コイル１０が形成される。 As shown in FIG. 2, in a state where four superconducting wires are arranged in a bundle, for example, as shown in FIG. 3, one end of each superconducting wire described above becomes the inner peripheral side (that is, from the inner peripheral side to the outer peripheral side). F) The superconducting coil 10 is formed by winding the superconducting wire.

図２に示すように巻回すれば、図３に示すように超電導線材１が最も内周側に、超電導線材４が最も外周側に配置されるように巻回される。このため内周側の端部において超電導線材１が最も短く、超電導線材４が最も長く突出するように配置されていれば、外周側の端部においては超電導線材４が最も短く、超電導線材１が最も長く突出するように配置される。これは超電導線材１〜４まですべての長さがほぼ等しい場合に成り立つ。 If it winds as shown in FIG. 2, it will wind so that the superconducting wire 1 may be arrange | positioned most on the inner peripheral side, and the superconducting wire 4 may be arranged on the outermost periphery side, as shown in FIG. For this reason, if the superconducting wire 1 is the shortest at the end on the inner peripheral side and the superconducting wire 4 is arranged to protrude the longest, the superconducting wire 4 is the shortest at the outer end, and the superconducting wire 1 is It is arranged to protrude the longest. This is true when all the lengths of superconducting wires 1 to 4 are substantially equal.

このような配置とすることにより、超電導線材１〜４の長さがすべて等しい場合において、たとえば超電導線材４の巻回される回数を超電導線材１〜３の巻回される回数に比べて少なくするなどの煩雑な調整を不要とすることができる。 By adopting such an arrangement, when the lengths of the superconducting wires 1 to 4 are all equal, for example, the number of times that the superconducting wire 4 is wound is reduced compared to the number of times that the superconducting wires 1 to 3 are wound. Such complicated adjustments as described above can be eliminated.

図４および図５に示すように、第１の超電導コイルとしての超電導コイル１０は、上側から見たときに超電導線材１〜４を並列させた線材群が、内周側の端部から反時計回りの方向に、外周側の端部からは時計回りの方向（一の方向）に巻回されている。逆に第２の超電導コイルとしての超電導コイル２０は上記一の方向と反対方向である他の方向に巻回されている。すなわち超電導コイル２０は、上側から見たときに超電導線材１〜４を並列させた線材群が、内周側の端部から時計回りの方向に、外周側の端部からは反時計回りの方向に巻回されている。そして超電導コイル１０は、内周側の端部において超電導線材１の端部１Ａ、超電導線材２の端部２Ａ、超電導線材３の端部３Ａおよび超電導線材４の端部４Ａが、上から見たときに端部４Ａが最も左側に突出するように配置されている。また外周側の端部において端部１Ａ、端部２Ａ、端部３Ａおよび端部４Ａが、上から見たときに端部１Ａが最も左側に突出するように配置されている。超電導コイル２０は、内周側の端部において超電導線材１の端部１Ｂ、超電導線材２の端部２Ｂ、超電導線材３の端部３Ｂおよび超電導線材４の端部４Ｂが、上から見たときに端部４Ｂが最も右側に突出するように配置されている。また外周部の端部において端部１Ｂ、端部２Ｂ、端部３Ｂおよび端部４Ｂが、上から見たときに端部１Ｂが最も右側に突出するように配置されている。 As shown in FIGS. 4 and 5, the superconducting coil 10 as the first superconducting coil has a wire group in which superconducting wires 1 to 4 are arranged in parallel when viewed from the upper side, counterclockwise from the end on the inner peripheral side. It is wound in the clockwise direction (one direction) from the end on the outer peripheral side. Conversely, the superconducting coil 20 as the second superconducting coil is wound in another direction opposite to the one direction. That is, the superconducting coil 20 has a group of wires in which superconducting wires 1 to 4 are juxtaposed when viewed from above, in a clockwise direction from the inner peripheral end, and in a counterclockwise direction from the outer peripheral end. It is wound around. In the superconducting coil 10, the end 1 A of the superconducting wire 1, the end 2 A of the superconducting wire 2, the end 3 A of the superconducting wire 3, and the end 4 A of the superconducting wire 4 are viewed from above. Sometimes the end 4A is arranged so as to protrude to the leftmost side. In addition, the end 1A, the end 2A, the end 3A, and the end 4A are arranged so that the end 1A protrudes to the leftmost side when viewed from above. The superconducting coil 20 has an end 1B of the superconducting wire 1, an end 2B of the superconducting wire 2, an end 3B of the superconducting wire 3, and an end 4B of the superconducting wire 4 at the inner peripheral end when viewed from above. The end 4B is arranged so as to protrude to the rightmost side. In addition, the end 1B, the end 2B, the end 3B, and the end 4B at the end of the outer peripheral portion are arranged so that the end 1B protrudes to the right when viewed from above.

超電導コイル１０や超電導コイル２０を上から見たときに平面として見える、幅方向に関する縁部が集合することにより形成されるレーストラック状の領域を主表面ということにする。超電導コイル１０の主表面と超電導コイル２０の主表面とがほぼ合同であり、かつ図４の外周側の端部１Ａと図５の外周側の端部４Ｂとの、それぞれのコイルの中心軸に対する位置が等しい場合、図６に示すように線番が＃１である外部リード線を用いて上記端部１Ａと端部４Ｂとを容易に電源に接続することができる。たとえば端部１Ａから延びる外部リード線＃１と端部４Ｂから延びる外部リード線＃１とが接続される電源を共通にすることができる。 A racetrack-like region formed by gathering edges in the width direction, which are seen as a plane when the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are viewed from above, is referred to as a main surface. The main surface of superconducting coil 10 and the main surface of superconducting coil 20 are substantially congruent, and the outer peripheral end 1A of FIG. 4 and the outer peripheral end 4B of FIG. When the positions are equal, the end portion 1A and the end portion 4B can be easily connected to the power source by using an external lead wire with the wire number # 1 as shown in FIG. For example, the power source to which the external lead wire # 1 extending from the end portion 1A and the external lead wire # 1 extending from the end portion 4B are connected can be made common.

同様に、図４の外周側の端部２Ａと図５の外周側の端部３Ｂとの、それぞれのコイルの中心軸に対する位置が等しい場合、図６に示すように線番が＃２である外部リード線を用いて上記端部２Ａと端部３Ｂとを容易に電源に接続することができる。図４の外周側の端部３Ａと図５の外周側の端部２Ｂとを、線番が＃３である外部リード線を用いて容易に電源に接続することができ、図４の外周側の端部４Ａと図５の外周側の端部１Ｂとを、線番が＃４である外部リード線を用いて容易に電源に接続することができる。外部リード線＃１〜＃４は、電源と接続されるため、たとえば長さが約１ｍの銅線により形成されることが好ましい。また、超電導線材１〜４の各端部から、電源の近傍まで４本が並列に配置されることが好ましい。 Similarly, when the positions of the end 2A on the outer peripheral side in FIG. 4 and the end 3B on the outer peripheral side in FIG. 5 are equal to the central axis of each coil, the wire number is # 2, as shown in FIG. The end 2A and the end 3B can be easily connected to a power source using an external lead wire. 4A and 5B can be easily connected to a power source using an external lead wire having a wire number of # 3. 4A and the end 1B on the outer peripheral side of FIG. 5 can be easily connected to a power source using an external lead wire with a wire number of # 4. Since external lead wires # 1 to # 4 are connected to a power source, it is preferable that the external lead wires # 1 to # 4 be formed of, for example, a copper wire having a length of about 1 m. Moreover, it is preferable that four are arrange | positioned in parallel from each edge part of the superconducting wire 1-4 to the vicinity of a power supply.

また、図４の内周側の端部４Ａ、３Ａ、２Ａ、１Ａのそれぞれを、図５の内周側の端部１Ｂ、２Ｂ、３Ｂ、４Ｂのそれぞれと、線番がそれぞれ＃５、＃６、＃７、＃８である内部接続部を用いて、図６に示すように容易に接続することができる。これらの各配線を用いて、各超電導コイルの主表面に関して、超電導コイル１０の最も内周側を巻回する超電導線材１と、超電導コイル２０の最も外周側を巻回する超電導線材４とが接続され、超電導コイル１０の超電導線材２と超電導コイル２０の超電導線材３とが接続される。 Also, each of the end portions 4A, 3A, 2A, and 1A on the inner peripheral side of FIG. 4 is replaced with each of the end portions 1B, 2B, 3B, and 4B on the inner peripheral side of FIG. Using the internal connection portions 6, # 7, and # 8, the connection can be easily made as shown in FIG. 6. Using these wirings, the superconducting wire 1 wound around the innermost periphery of the superconducting coil 10 and the superconducting wire 4 wound around the outermost periphery of the superconducting coil 20 are connected to the main surface of each superconducting coil. Then, the superconducting wire 2 of the superconducting coil 10 and the superconducting wire 3 of the superconducting coil 20 are connected.

このように、上段の超電導コイル１０の内周側から外周側に向けて超電導線材１、２、３、４の順に並んだそれぞれの線材が、下段の超電導コイル２０の外周側から内周側に向けて超電導線材４、３、２、１の順に並んだそれぞれの線材と接続される。そして超電導コイル１０は超電導コイル２０の主表面上に接するように、各超電導コイルを構成する超電導線材１〜４が巻回される中心軸に沿った方向（図１の上下方向）に積層される。超電導コイル２０の主表面上に超電導コイル１０が、超電導コイル１０と超電導コイル２０との主表面がほぼ重なるように積層される。つまり積層により、超電導コイル１０の中心軸と超電導コイル２０の中心軸とは同一直線上に存在するものとなる。 Thus, the respective wires arranged in the order of the superconducting wires 1, 2, 3, 4 from the inner peripheral side to the outer peripheral side of the upper superconducting coil 10 are moved from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the lower superconducting coil 20. The superconducting wires 4, 3, 2, 1 are connected to the wires arranged in this order. The superconducting coil 10 is laminated in a direction (vertical direction in FIG. 1) along the central axis around which the superconducting wires 1 to 4 constituting each superconducting coil are wound so as to be in contact with the main surface of the superconducting coil 20. . Superconducting coil 10 is laminated on the main surface of superconducting coil 20 such that the main surfaces of superconducting coil 10 and superconducting coil 20 substantially overlap. That is, due to the lamination, the central axis of the superconducting coil 10 and the central axis of the superconducting coil 20 exist on the same straight line.

図１の積層型超電導コイル３０を回路図で表わしたものが図７である。図７における左側から右側へ直列に接続された超電導コイル１０および超電導コイル２０は、図１における上側から下側へ積層された超電導コイル１０および超電導コイル２０に対応する。すなわち積層型超電導コイル３０には、超電導コイル１０と超電導コイル２０との組が２つ存在し、各組の間は１本の導電線で接続されている。また各組は同じ構成であり、各組の超電導コイル１０と超電導コイル２０とを接続する接続部６では、たとえば超電導コイル１０において外周側に位置する超電導線材ほど、超電導コイル２０において内周側に位置する超電導線材と接続されることが好ましい。つまり超電導コイル１０において内周側に位置する超電導線材ほど、超電導コイル２０において外周側に位置する超電導線材と接続されることが好ましい。 FIG. 7 shows a circuit diagram of the laminated superconducting coil 30 of FIG. The superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 connected in series from the left side to the right side in FIG. 7 correspond to the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 stacked from the upper side to the lower side in FIG. That is, in the laminated superconducting coil 30, there are two sets of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20, and each set is connected by one conductive wire. In addition, each group has the same configuration, and in the connection portion 6 that connects the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 of each group, for example, the superconducting wire positioned on the outer peripheral side in the superconducting coil 10 is closer to the inner peripheral side in the superconducting coil 20. It is preferable to be connected to the superconducting wire located. That is, it is preferable that the superconducting wire located on the inner peripheral side in the superconducting coil 10 is connected to the superconducting wire located on the outer peripheral side in the superconducting coil 20.

超電導コイル１０の超電導線材と超電導コイル２０の超電導線材とが接続されることによりなる回路全体に関して、超電導線材が接続されることで形成されるコイル要素（各超電導コイル）のインダクタンスが、それぞれのコイル要素ごとにほぼ一定になる。これは、超電導コイル２０のより内周側を巻回する超電導線材（たとえば超電導線材１）を、当該超電導コイルの主表面上に直接積層される超電導コイル１０のより外周側を巻回する超電導線材（たとえば超電導線材４）と接続するためである。このため、２台のコイルユニット（超電導コイル１０と超電導コイル２０）のみで、両者を構成する超電導線材同士を接続してなる各コイル要素のインダクタンス（リアクタンス）を一定にし、偏流を抑制することができる。具体的には、各超電導線材が接続されることにより形成される回路（コイル要素）に流れる電流の値を、各電流値の平均値の±０．８％以内にすることができる。 With respect to the entire circuit formed by connecting the superconducting wire of the superconducting coil 10 and the superconducting wire of the superconducting coil 20, the inductance of the coil element (each superconducting coil) formed by connecting the superconducting wire It becomes almost constant for each element. This is a superconducting wire that winds a superconducting wire (for example, superconducting wire 1) wound around the inner peripheral side of the superconducting coil 20 around the outer peripheral side of the superconducting coil 10 directly laminated on the main surface of the superconducting coil. This is for connection to (for example, superconducting wire 4). For this reason, only two coil units (the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20) can keep the inductance (reactance) of each coil element formed by connecting the superconducting wires constituting the both constant and suppress the current drift. it can. Specifically, the value of the current flowing through the circuit (coil element) formed by connecting each superconducting wire can be within ± 0.8% of the average value of each current value.

仮に超電導コイル１０の超電導線材１と超電導コイル２０の超電導線材３とを接続するような回路を構成する場合は、回路全体についてコイル要素のインダクタンスをほぼ一定にするために、超電導線材の本数（本実施の形態においては４本）と等しい台数の超電導コイルを積層する必要が生じる。しかし積層型超電導コイル３０のように超電導コイル同士を接続すれば、実質的に２台の超電導コイルを積層するだけで偏流を抑え、偏流が発生する場合よりも大きな電流を流すことが可能となる。このため、当該積層型超電導コイル３０の消費スペースを削減することができる。したがってたとえば冷却容器の内部に積層型超電導コイル３０を用いた設備を収納する場合においても、当該冷却容器をコンパクト化することができる。 If a circuit that connects the superconducting wire 1 of the superconducting coil 10 and the superconducting wire 3 of the superconducting coil 20 is configured, the number of superconducting wires (numbers) is used to make the inductance of the coil elements substantially constant over the entire circuit. In the embodiment, it is necessary to stack the same number of superconducting coils as four). However, if the superconducting coils are connected to each other like the laminated superconducting coil 30, it is possible to suppress the current flow by simply stacking the two superconducting coils, and to allow a larger current to flow than when the current flow occurs. . For this reason, the consumption space of the multilayer superconducting coil 30 can be reduced. Therefore, for example, even when a facility using the laminated superconducting coil 30 is housed inside the cooling container, the cooling container can be made compact.

たとえば図１や図７の積層型超電導コイル３０は、超電導コイル１０および超電導コイル２０が合計４台積層された構成となっている。ただし図７においては、模式的に描写された２組の超電導コイル１０（超電導線材１〜４が並列された線材群）と超電導コイル２０との接続部６は、上述したように超電導コイル１０と超電導コイル２０との内周側と外周側との超電導線材が互い違いとなるように接続されている。つまり接続部６は、図８の超電導部材５に相当する領域である。しかし図７における左側から２番目の超電導コイル２０と、左側から３番目の超電導コイル１０とは、接続部６のような接続のされ方をされていない。このことからも、図７における左側の超電導コイル１０、２０の組と、右側の超電導コイル１０、２０の組とのそれぞれ２台のみで、本実施の形態の接続の態様をなすに足りるといえる。 For example, the laminated superconducting coil 30 shown in FIGS. 1 and 7 has a configuration in which a total of four superconducting coils 10 and 20 are laminated. However, in FIG. 7, the connection portion 6 between the two superconducting coils 10 schematically drawn (a group of wires in which superconducting wires 1 to 4 are arranged in parallel) and the superconducting coil 20 is connected to the superconducting coil 10 as described above. The superconducting wires 20 are connected so that the superconducting wires on the inner peripheral side and the outer peripheral side of the superconducting coil 20 are staggered. That is, the connection portion 6 is a region corresponding to the superconducting member 5 of FIG. However, the second superconducting coil 20 from the left side in FIG. 7 and the third superconducting coil 10 from the left side are not connected as in the connection portion 6. From this, it can be said that only two sets of the set of the superconducting coils 10 and 20 on the left side and the set of the superconducting coils 10 and 20 on the right side in FIG. 7 are sufficient to form the connection mode of the present embodiment. .

ここで外部リード線＃１〜＃４は超電導コイル１０と超電導コイル２０とを構成する各超電導線材の外周側の端部同士を接続するリード線であり、内部接続部＃５〜＃８は各超電導線材の内周側の端部同士の接続部である。ここで、たとえば内部接続部＃５で接続された超電導コイル１０の内周側の端部４Ａと、超電導コイル２０の内周側の端部１Ｂとが接続された回路に流れる電流を考える。電流は電源から外部リード線＃４を通って超電導コイル１０の超電導線材４の外周側の端部４Ａに到達し、超電導線材４を流通して内周側の端部４Ａに達する。その後当該電流は内部接続部＃５から超電導コイル２０の超電導線材１の内周側の端部１Ｂに達し、超電導線材１を流通して外周側の端部１Ｂに達する。その後上記電流は外部リード線＃４を通って電源に帰還するサイクルとなる。 Here, the external lead wires # 1 to # 4 are lead wires for connecting the outer ends of the superconducting wires constituting the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20, and the internal connecting portions # 5 to # 8 are respectively It is the connection part of the edge parts of the inner peripheral side of a superconducting wire. Here, for example, consider the current flowing in the circuit in which the inner peripheral end 4A of the superconducting coil 10 connected at the internal connection # 5 and the inner peripheral end 1B of the superconducting coil 20 are connected. The current passes from the power source through the external lead wire # 4 and reaches the outer end 4A of the superconducting wire 4 of the superconducting coil 10, flows through the superconducting wire 4 and reaches the inner end 4A. Thereafter, the current reaches the end portion 1B on the inner peripheral side of the superconducting wire 1 of the superconducting coil 20 from the internal connection portion # 5, flows through the superconducting wire 1 and reaches the end portion 1B on the outer peripheral side. Thereafter, the current returns to the power source through the external lead wire # 4.

つまり上記の場合、電流は超電導コイル１０の外周側から内周側へ流れた後、超電導コイル２０の内周側から外周側へ流れる。このため超電導コイル１０および超電導コイル２０のそれぞれに流れる電流により形成される磁界の向きをほぼ同一とするためには、超電導コイル２０の主表面上に積層された超電導コイル１０の巻回される方向と、超電導コイル２０の巻回される方向とを互いに反対方向にすることが好ましい。このため上述したように、本実施の形態において、超電導コイル１０と超電導コイル２０との巻回される方向が互いに反対方向となっている。 That is, in the above case, the current flows from the outer peripheral side of the superconducting coil 10 to the inner peripheral side, and then flows from the inner peripheral side of the superconducting coil 20 to the outer peripheral side. For this reason, in order to make the direction of the magnetic field formed by the current flowing in each of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 substantially the same, the direction in which the superconducting coil 10 laminated on the main surface of the superconducting coil 20 is wound. It is preferable that the directions in which the superconducting coil 20 is wound are opposite to each other. For this reason, as described above, in the present embodiment, the winding directions of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are opposite to each other.

ここで内部接続部＃５〜＃８による、超電導コイル１０および超電導コイル２０の内周側の超電導線材同士の接続は、図８に示すように超電導部材によりなされることが好ましい。 Here, the connection between the superconducting wires on the inner peripheral side of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 by the internal connecting portions # 5 to # 8 is preferably made by a superconducting member as shown in FIG.

つまり内部接続部＃５〜＃８が、図８に示す超電導部材５となる。超電導部材５は、たとえばビスマス系やＲＥ１２３系からなる超電導材料の短片であることが好ましい。図８には一例として内部接続部＃８の詳細な構成を示している。超電導コイル１０の超電導線材１の内周側の端部１Ａと、超電導コイル２０の超電導線材４の内周側の端部４Ｂとのそれぞれから長手方向にたとえば５０ｍｍ分について、ビスマス系超電導体や超電導層など、超電導材料からなる領域が露出するように加工する。その後、露出された超電導線材１の超電導材料１Ｃと、同様に露出された超電導線材４の超電導材料４Ｃとのそれぞれを部分的に重なるように、たとえば長手方向の長さが４０ｍｍとなるよう加工された上述の超電導部材５を配置した上で、たとえば半田付けにより超電導材料１Ｃ、４Ｃと超電導部材５とを接続する。 That is, the internal connection portions # 5 to # 8 become the superconducting member 5 shown in FIG. Superconducting member 5 is preferably a short piece of superconducting material made of, for example, bismuth or RE123 . FIG. 8 shows a detailed configuration of the internal connection unit # 8 as an example. For example, about 50 mm in the longitudinal direction from each of the end portion 1A on the inner peripheral side of the superconducting wire 1 of the superconducting coil 10 and the end portion 4B on the inner peripheral side of the superconducting wire 4 of the superconducting coil 20, about bismuth-based superconductor and superconducting Processing is performed so that a region made of a superconducting material such as a layer is exposed. Thereafter, the superconducting material 1C of the exposed superconducting wire 1 and the superconducting material 4C of the similarly exposed superconducting wire 4 are processed so as to partially overlap, for example, the length in the longitudinal direction is 40 mm. After the superconducting member 5 is disposed, the superconducting materials 1C and 4C and the superconducting member 5 are connected by soldering, for example.

このようにすれば、内部接続部＃５〜＃８は、半田付けがなされた領域を除く広範囲にわたり、超電導材料により構成されることになる。このため当該接続部における電気抵抗を極めて低くすることができるため、内部接続部＃５〜＃８の材質に起因して回路に流れる電流値を制限することを避けることができる。また、図８の超電導部材５や図９の超電導部材１３における発熱を抑制することができるため、当該接続部の温度が上昇することを抑制し、回路に流れる電流値をより高くすることができる。 If it does in this way, internal connection part # 5- # 8 will be comprised with a superconducting material over the wide range except the area | region where soldering was made. For this reason, since the electrical resistance in the said connection part can be made very low, it can avoid restrict | limiting the electric current value which flows into a circuit resulting from the material of internal connection part # 5- # 8. Moreover, since heat generation in the superconducting member 5 in FIG. 8 and the superconducting member 13 in FIG. 9 can be suppressed, the temperature of the connection portion can be suppressed from increasing, and the value of the current flowing through the circuit can be increased. .

ただし図９に示すように、超電導コイル１０と超電導コイル２０との超電導線材を超電導部材１３を用いて接続する際には、超電導コイル１０と超電導コイル２０との巻回される中心軸に沿った方向（両者が積層される方向であり、図９の上下方向）に関して、超電導コイル１０と超電導コイル２０との間に間隙１１が形成される。間隙１１には超電導コイル１０などを冷却するための冷媒を流通させることができる。しかしその反面、間隙１１が存在すると積層型超電導コイル３０としての超電導コイル１０および超電導コイル２０を支持する力が弱くなる可能性がある。 However, as shown in FIG. 9, when the superconducting wires of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are connected using the superconducting member 13, the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are wound along the central axis around which they are wound. A gap 11 is formed between the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 with respect to the direction (the direction in which both are laminated and the vertical direction in FIG. 9). A coolant for cooling the superconducting coil 10 and the like can be circulated in the gap 11. On the other hand, however, the presence of the gap 11 may weaken the force for supporting the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 as the laminated superconducting coil 30.

そこで図９に示すように、超電導コイル１０と超電導コイル２０とをつなぐ超電導部材１３の近傍に補強材１２を配置する。当該補強材１２は、たとえば銅やステンレス鋼からなる短片であることが好ましい。このようにすれば、間隙１１を含む積層型超電導コイル３０の全体としての強度を高めることができる。また、この補強材１２を、超電導部材１３と接続するように配置することで、超電導部材１３の補強材として利用できる。 Therefore, as shown in FIG. 9, the reinforcing material 12 is disposed in the vicinity of the superconducting member 13 that connects the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20. The reinforcing material 12 is preferably a short piece made of, for example, copper or stainless steel . In this way, the overall strength of the laminated superconducting coil 30 including the gap 11 can be increased. Further, the reinforcing member 12 can be used as a reinforcing member for the superconducting member 13 by being disposed so as to be connected to the superconducting member 13.

あるいは図１０に示すように、超電導コイル１０と超電導コイル２０との超電導線材を常電導部材１４を用いて接続する際には、たとえ間隙１１が存在したとしても補強材１２は不要である。常電導部材１４はたとえば銅や銀からなる短片であることが好ましい。常電導部材１４は超電導部材１３に比べて一般に強度が高い。つまり常電導部材１４により超電導コイル１０と超電導コイル２０とを接続すれば、常電導部材１４が同時に図９の補強材１２の役割をも果たす。したがって常電導部材１４を用いれば、補強材１２が不要となる分、製造コストを削減することができる。 Alternatively, as shown in FIG. 10, when connecting the superconducting wires of the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 using the normal conducting member 14, the reinforcing material 12 is not required even if the gap 11 exists. The normal conducting member 14 is preferably a short piece made of, for example, copper or silver . The normal conducting member 14 is generally stronger than the superconducting member 13. That is, if the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 are connected by the normal conducting member 14, the normal conducting member 14 also plays the role of the reinforcing member 12 of FIG. Therefore, if the normal conducting member 14 is used, the manufacturing cost can be reduced to the extent that the reinforcing material 12 is unnecessary.

また常電導部材１４は電気抵抗を有するため、超電導コイル１０の超電導線材と超電導コイル２０の超電導線材とから構成される回路（コイル要素）の全体は、超電導線材と電気抵抗を有する常電導部材とが直列に接続された構成となる。したがって、たとえば超電導コイル１０や超電導コイル２０の超電導線材においてインダクタンスの差が発生したとしても、これらのインダクタンスと常電導部材１４の有する電気抵抗との合成インピーダンスの値に偏りが生じないよう調整することができる。つまり常電導部材１４の存在により、当該積層型超電導コイルを用いる装置へ大電流を流すことができる。 Since the normal conducting member 14 has electric resistance, the entire circuit (coil element) composed of the superconducting wire of the superconducting coil 10 and the superconducting wire 20 of the superconducting coil 20 is composed of the normal conducting member having the superconducting wire and electric resistance. Are connected in series. Therefore, for example, even if a difference in inductance occurs in the superconducting wire of the superconducting coil 10 or the superconducting coil 20, the value of the combined impedance of the inductance and the electric resistance of the normal conducting member 14 is adjusted so as not to be biased. Can do. In other words, the presence of the normal conducting member 14 allows a large current to flow to a device using the laminated superconducting coil.

以上に述べた図８〜図１０に示す超電導コイル１０と超電導コイル２０との接続方法は、各超電導線材の内周側の端部に用いてもよいが、外周側の端部に用いてもよい。 The connection method between the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 shown in FIGS. 8 to 10 described above may be used for the inner peripheral end of each superconducting wire, but may be used for the outer peripheral end. Good.

（実施の形態２）
図１１は、実施の形態１の積層型超電導コイル３０を用いた回転機（モータ）を構成するステータ４０の一部分を示す概略斜視図である。超電導コイルを用いたモータは、固定子としてのステータ４０と、後述する回転子としてのロータとを備える。図１１に示す本実施の形態２のステータ４０は、ステータ全体のうち、最も外周部に配置されるステータコアの内周側に配置される部材である。ステータ４０は、凡そ円柱形のステータヨーク４１を土台として、ステータヨーク４１の外周側に、ステータコアの周囲を巻回するように、本実施の形態１における積層型超電導コイル３０に相当する部材が配置される。 (Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic perspective view showing a part of a stator 40 constituting a rotating machine (motor) using the laminated superconducting coil 30 of the first embodiment. A motor using a superconducting coil includes a stator 40 as a stator and a rotor as a rotor described later. The stator 40 of the second embodiment shown in FIG. 11 is a member that is disposed on the inner peripheral side of the stator core that is disposed on the outermost peripheral portion of the entire stator. In the stator 40, a member corresponding to the laminated superconducting coil 30 in the first embodiment is arranged around the stator core so that the stator yoke 41 is wound around the outer periphery of the stator yoke 41 with a substantially cylindrical stator yoke 41 as a base. Is done.

具体的には、図１１に示すように、ステータ４０にはｘｙ平面におけるステータヨーク４１の空洞部がなす円形の中心に関して６０°ずつ隔てて合計６台の積層型超電導コイルが配置されている。ここでは当該各積層型超電導コイルを、図１１に示すように積層型超電導コイル３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆとする。 Specifically, as shown in FIG. 11, a total of six stacked superconducting coils are arranged in the stator 40 at 60 ° intervals with respect to the circular center formed by the cavity of the stator yoke 41 in the xy plane. Here, each of the laminated superconducting coils is assumed to be a laminated superconducting coil 30A, 30B, 30C, 30D, 30E, 30F as shown in FIG.

ここでたとえば積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとは、ステータヨーク４１の空洞部がなす円形の中心に関して１８０°の角度をなすように隔てて互いに対向している。同様に積層型超電導コイル３０Ｃと積層型超電導コイル３０Ｄとも互いに対向しており、積層型超電導コイル３０Ｅと積層型超電導コイル３０Ｆとも互いに対向している。 Here, for example, the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B are opposed to each other with an angle of 180 ° with respect to the circular center formed by the cavity of the stator yoke 41. Similarly, the laminated superconducting coil 30C and the laminated superconducting coil 30D are opposed to each other, and the laminated superconducting coil 30E and the laminated superconducting coil 30F are also opposed to each other.

６０°ずつ合計６台の積層型超電導コイルを備えた超電導モータのステータ４０において、互いに対向する１対の積層型超電導コイル同士に流れる３相交流は同位相となる。したがって積層型超電導コイル３０ＡのＵ１相と積層型超電導コイル３０ＢのＵ２相とは同位相（Ｕ相）となる。同様に積層型超電導コイル３０ＣのＷ１相と積層型超電導コイル３０ＤのＷ２相とも同位相（Ｗ相）となる。積層型超電導コイル３０ＥのＶ１相と積層型超電導コイル３０ＦのＶ２相とも同位相（Ｖ相）となる。 In the stator 40 of the superconducting motor provided with a total of six laminated superconducting coils at 60 °, the three-phase alternating current flowing between the pair of laminated superconducting coils facing each other has the same phase. Therefore, the U1 phase of the laminated superconducting coil 30A and the U2 phase of the laminated superconducting coil 30B are in the same phase (U phase). Similarly, the W1 phase of the laminated superconducting coil 30C and the W2 phase of the laminated superconducting coil 30D have the same phase (W phase). The V1 phase of the laminated superconducting coil 30E and the V2 phase of the laminated superconducting coil 30F are in the same phase (V phase).

このため図１１および図１２に示すように、交流が同位相となる積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとを、銅線などの常電導部材からなる導電線を用いて並列接続することが好ましい。 For this reason, as shown in FIGS. 11 and 12, the laminated superconducting coil 30 A and the laminated superconducting coil 30 B in which alternating current is in phase are connected in parallel using conductive wires made of a normal conducting member such as a copper wire. Is preferred.

具体的には、図１２の回路図を参照して、たとえば図１や図７の積層型超電導コイル３０と同様に本実施の形態１の超電導コイル１０と超電導コイル２０（いずれも超電導線材１〜４を備える）とが交互に２台ずつ積層された合計４台の超電導コイルからなる積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとを並列に接続する。当該各積層型超電導コイル３０Ａ、３０Ｂへの電気信号は、図１２の左側のＵ相端子１７から入力され、図１２の右側の中性点１８から出力される。中性点１８は積層型超電導コイル３０Ｃ、３０Ｄに流れる交流（Ｗ相）や、積層型超電導コイル３０Ｅ、３０Ｆに流れる交流（Ｖ相）と電気的に接続する中継点である。 Specifically, referring to the circuit diagram of FIG. 12, for example, superconducting coil 10 and superconducting coil 20 of the first embodiment (both of superconducting wires 1 to 7) are the same as in laminated superconducting coil 30 of FIGS. 4), the superconducting coil 30A and the superconducting coil 30B are connected in parallel. The superconducting coil 30A is composed of a total of four superconducting coils. Electric signals to the respective laminated superconducting coils 30A and 30B are input from the U-phase terminal 17 on the left side of FIG. 12, and are output from the neutral point 18 on the right side of FIG. The neutral point 18 is a relay point that is electrically connected to the alternating current (W phase) flowing through the laminated superconducting coils 30C and 30D and the alternating current (V phase) flowing through the laminated superconducting coils 30E and 30F.

ここで、積層型超電導コイル３０Ａおよび積層型超電導コイル３０Ｂは、超電導コイル１０と超電導コイル２０とが実施の形態１に示す態様により接続されている。つまりたとえば超電導コイル１０において外周側に位置する超電導線材ほど、超電導コイル２０において内周側に位置する超電導線材と接続される。このため積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとのそれぞれを構成するコイル要素のインダクタンス（リアクタンス）の値はほぼ一定となることが好ましい。 Here, the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B are connected to the superconducting coil 10 and the superconducting coil 20 in the manner shown in the first embodiment. That is, for example, the superconducting wire positioned on the outer peripheral side in the superconducting coil 10 is connected to the superconducting wire positioned on the inner peripheral side in the superconducting coil 20. For this reason, it is preferable that the inductance (reactance) values of the coil elements constituting each of the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B are substantially constant.

しかし上述のように超電導線材を接続したとしても、様々な外乱要因により、積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとのそれぞれの全体のインダクタンス（リアクタンス）の値に差が生じる可能性がある。インダクタンス（リアクタンス）の値に差が生じれば、偏流が発生して回転機の電気特性が劣化する可能性がある。 However, even if the superconducting wires are connected as described above, there may be a difference in the values of the overall inductances (reactances) of the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B due to various disturbance factors. . If a difference occurs in the value of inductance (reactance), drift may occur, and the electrical characteristics of the rotating machine may deteriorate.

そこで図１１および図１２に示すように、積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとのそれぞれに直列に電気抵抗１５、１６を接続する。そして電気抵抗１５と積層型超電導コイル３０Ａとを直列接続したものと、電気抵抗１６と積層型超電導コイル３０Ｂとを直列したものとを並列に接続し、Ｕ相端子１７から電流を入力する。 Therefore, as shown in FIGS. 11 and 12, electrical resistances 15 and 16 are connected in series to the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B, respectively. Then, the electrical resistor 15 and the laminated superconducting coil 30 A connected in series and the electrical resistor 16 and the laminated superconducting coil 30 B connected in series are connected in parallel, and current is input from the U-phase terminal 17.

このようにすれば、仮に積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとの間のインダクタンス（リアクタンス）の差が大きくなったとしても、電気抵抗１５、１６が存在することにより積層型超電導コイル３０Ａと電気抵抗１５との合成インピーダンスと、積層型超電導コイル３０Ｂと電気抵抗１６との合成インピーダンスの値が大きく異なることを抑制できる。電気抵抗１５、１６は、通常の直流電流に対する電気抵抗であり、たとえば銅線から形成されるものであることが好ましい。 In this way, even if the difference in inductance (reactance) between the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B increases, the presence of the electrical resistances 15 and 16 causes the laminated superconducting coil 30A. And the combined impedance of the laminated superconducting coil 30B and the electrical resistor 16 can be prevented from greatly differing. The electrical resistances 15 and 16 are electrical resistances against a normal direct current, and are preferably formed from, for example, a copper wire.

積層型超電導コイル３０Ａと電気抵抗１５との合成インピーダンスをＺ１、積層型超電導コイル３０Ｂと電気抵抗１６との合成インピーダンスをＺ２とすれば、｜Ｚ１−Ｚ２｜／Ｚ１＜０．０１または｜Ｚ１−Ｚ２｜／Ｚ２＜０．０１の関係を有する程度に、Ｚ１とＺ２との値を近づけることが好ましい。なお電気抵抗１５、１６を可変抵抗とすることにより、Ｚ１とＺ２との間に上述した関係式を備えるよう調整することが可能な構成とすることがより好ましい。このようにすれば、並列接続された両合成インピーダンスがほぼ等しくなるため、偏流の発生を抑制し、回転機の特性を安定させることができる。 If the combined impedance of the laminated superconducting coil 30A and the electric resistor 15 is Z1, and the combined impedance of the laminated superconducting coil 30B and the electric resistor 16 is Z2, | Z1-Z2 | / Z1 <0.01 or | Z1- It is preferable to make the values of Z1 and Z2 close to the extent that the relationship of Z2 | / Z2 <0.01 is satisfied. It is more preferable that the electrical resistances 15 and 16 be variable resistances so that the above-described relational expression can be provided between Z1 and Z2. In this way, since the two combined impedances connected in parallel are substantially equal, the occurrence of drift can be suppressed and the characteristics of the rotating machine can be stabilized.

以上においては、積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとの関係についてのみ述べた。しかし積層型超電導コイル３０Ｃと積層型超電導コイル３０Ｄ、積層型超電導コイル３０Ｅと積層型超電導コイル３０Ｆとの間にも、上述した積層型超電導コイル３０Ａと積層型超電導コイル３０Ｂとの関係と同様の関係を有することが好ましい。 In the above, only the relationship between the laminated superconducting coil 30A and the laminated superconducting coil 30B has been described. However, the same relationship as the above-described relationship between the multilayer superconducting coil 30A and the multilayer superconducting coil 30B is also present between the multilayer superconducting coil 30C and the multilayer superconducting coil 30D, and between the multilayer superconducting coil 30E and the multilayer superconducting coil 30F. It is preferable to have.

以上に述べたステータ４０は、図１３に示すロータ５０と組み合わせることにより、回転機（モータ）として使用される。図１３のロータ５０は、図１１のステータ４０のステータヨーク４１の内部（中空部分）に嵌挿されるように配置される。図１１のステータ４０が６台の積層型超電導コイル３０Ａ〜３０Ｆを備えるのに対して、図１３のロータ５０は４台の積層型超電導コイル３０を備える。このようにステータ４０とロータ５０とを構成する積層型超電導コイルの台数が異なっていても、これらを用いて１台のモータを形成することが可能である。 The stator 40 described above is used as a rotating machine (motor) by combining with the rotor 50 shown in FIG. The rotor 50 of FIG. 13 is disposed so as to be fitted into the interior (hollow portion) of the stator yoke 41 of the stator 40 of FIG. The stator 40 in FIG. 11 includes six stacked superconducting coils 30 A to 30 F, whereas the rotor 50 in FIG. 13 includes four stacked superconducting coils 30. Thus, even if the number of laminated superconducting coils constituting the stator 40 and the rotor 50 is different, it is possible to form one motor using these.

ロータ５０の積層型超電導コイル３０についても、ステータ４０の積層型超電導コイルと同様に、本実施の形態１の積層型超電導コイル３０を用いることが好ましい。ロータ５０は図１３に示すように、積層型超電導コイル３０と、回転軸５１とロータ軸５２とロータコア５３とを備えている。 As for the laminated superconducting coil 30 of the rotor 50, it is preferable to use the laminated superconducting coil 30 of the first embodiment, similarly to the laminated superconducting coil of the stator 40. As shown in FIG. 13, the rotor 50 includes a laminated superconducting coil 30, a rotating shaft 51, a rotor shaft 52, and a rotor core 53.

ロータ５０にはｘｙ平面におけるロータ軸５２の円筒形の空洞部がなす円形の中心に関して９０°ずつ隔てて合計４台の積層型超電導コイル３０が配置されている。この場合においても図１１のステータ４０と同様に、対向する１対の積層型超電導コイル３０のそれぞれに対して直列抵抗を接続した上で、これらの積層型超電導コイルを並列接続させてもよい。また、ロータ５０においてもステータ４０と同様に、円筒形の空洞部がなす円形の中心に関して６０°ずつ隔てて合計６台の積層型超電導コイルが配置された構成としてもよい。 A total of four stacked superconducting coils 30 are arranged in the rotor 50 at 90 ° intervals with respect to the circular center formed by the cylindrical hollow portion of the rotor shaft 52 in the xy plane. In this case as well, similar to the stator 40 of FIG. 11, after connecting a series resistance to each of a pair of opposed laminated superconducting coils 30, these laminated superconducting coils may be connected in parallel. Similarly to the stator 40, the rotor 50 may have a configuration in which a total of six laminated superconducting coils are arranged 60 degrees apart from each other with respect to the circular center formed by the cylindrical hollow portion.

なお、本実施の形態２では、回転機として、ロータ５０とステータ４０とを含むモータを例に挙げて説明したが、本発明の回転機はモータに特に限定されず、たとえば、発電機などにも適用可能である。 In the second embodiment, a motor including the rotor 50 and the stator 40 is described as an example of a rotating machine. However, the rotating machine of the present invention is not particularly limited to a motor, and may be, for example, a generator. Is also applicable.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above-described embodiment but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.

本発明は、回転機を構成する超電導コイルの電気特性を向上する技術として、特に優れている。 The present invention is particularly excellent as a technique for improving the electrical characteristics of the superconducting coil constituting the rotating machine.

１，２，３，４超電導線材、１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂ，３Ａ，３Ｂ，４Ａ，４Ｂ端部、１Ｃ，４Ｃ超電導材料、５，１３超電導部材、６接続部、９，１Ｚ，２Ｚ，３Ｚ，４Ｚコイル、１０，２０超電導コイル、１１間隙、１２補強材、１４常電導部材、１５，１６電気抵抗、１７Ｕ相端子、１８中性点、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ，３０Ｆ積層型超電導コイル、３０ａ直線部、３０ｂ湾曲部、３０ｃ境界部、４０ステータ、４１ステータヨーク、５０ロータ、５１回転軸、５２ロータ軸、５３ロータコア、１００コイルユニット。 1, 2, 3, 4 Superconducting wire, 1A, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 4B end, 1C, 4C superconducting material, 5,13 superconducting member, 6 connections, 9, 1Z, 2Z, 3Z, 4Z coil, 10, 20 superconducting coil, 11 gap, 12 reinforcing material, 14 normal conducting member, 15, 16 electrical resistance, 17 U-phase terminal, 18 neutral point, 30, 30A, 30B, 30C, 30D, 30E , 30F laminated superconducting coil, 30a linear portion, 30b curved portion, 30c boundary portion, 40 stator, 41 stator yoke, 50 rotor, 51 rotating shaft, 52 rotor shaft, 53 rotor core, 100 coil unit.

Claims

A first superconducting coil in which a group of wires in which a plurality of superconducting wires are arranged in parallel is wound in one direction;
A second superconducting coil in which a wire group in which a plurality of superconducting wires are arranged in parallel is wound in another direction that is opposite to the one direction;
The first superconducting coil and the second superconducting coil are laminated in a direction along a central axis around which the plurality of superconducting wires are wound,
In the wire group of the first superconducting coil, each of the plurality of superconducting wires arranged from the inner circumference side to the outer circumference side of the first superconducting coil is the wire group group of the second superconducting coil. A laminated superconducting coil connected to each of the plurality of superconducting wires arranged from the outer peripheral side to the inner peripheral side of the second superconducting coil.

The superconducting wire constituting the wire group of the first superconducting coil and the superconducting wire constituting the wire group of the second superconducting coil are connected by a superconducting member. Multilayer superconducting coil.

The superconducting wire constituting the wire group of the first superconducting coil and the superconducting wire constituting the wire group of the second superconducting coil are connected by a normal conducting member. Laminated superconducting coil.

A rotating machine using the laminated superconducting coil according to claim 1.

A first laminated superconducting coil as the laminated superconducting coil;
A second laminated superconducting coil disposed opposite to the first laminated superconducting coil around the rotation axis of the rotating machine;
A first series resistor connected in series to the first laminated superconducting coil;
A second series resistor connected in series to the second laminated superconducting coil,
Between the combined impedance Z1 of the first laminated superconducting coil and the first series resistance and the combined impedance Z2 of the second laminated superconducting coil and the second series resistance, | Z1− The rotating machine according to claim 4, wherein a relationship of Z2 | / Z1 <0.01 or | Z1-Z2 | / Z2 <0.01 is established.