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図面 (13)

課題

ロータにおける永久磁石の埋め込み保持を向上できるようにする。

解決手段

永久磁石3を円周方向に配列した回転自在なロータ5と、巻線6aを設けた第1ステータ7aと、巻線6bを設けた第2ステータ7bと、ケース8とを有しており、一方の巻線に給電してロータを回転駆動する給電装置9と、駆動されるロータの回転によって他方の巻線に発生する誘導電流を取り出す集電装置10とを備えた制御部18を有している。ロータは円筒部の両端が自由端の円筒体であり、第1ステータ又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、回転磁界の各極を形成する永久磁石3は、ロータに多数個小磁石3pを間隔をおいて埋設している。

概要

背景

特許文献1、2の電気回転機は、永久磁石円周方向に配列した回転自在なロータと、このロータの外周面と対面して磁界を形成する巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面と対面して磁界を形成する巻線を設けた第2ステータとを有しており、第1ステータ又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、回転磁界の各極を形成する永久磁石はロータに埋設している。

概要

ロータにおける永久磁石の埋め込み保持を向上できるようにする。 永久磁石3を円周方向に配列した回転自在なロータ5と、巻線6aを設けた第1ステータ7aと、巻線6bを設けた第2ステータ7bと、ケース8とを有しており、一方の巻線に給電してロータを回転駆動する給電装置9と、駆動されるロータの回転によって他方の巻線に発生する誘導電流を取り出す集電装置10とを備えた制御部18を有している。ロータは円筒部の両端が自由端の円筒体であり、第1ステータ又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、回転磁界の各極を形成する永久磁石3は、ロータに多数個小磁石3pを間隔をおいて埋設している。

目的

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした電気回転機及びバル着磁方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

永久磁石円周方向に配列して表裏面に第1磁界部と第2磁界部とを形成した回転自在なロータと、このロータの外周面の第1磁界部と対面して第1ステータ磁界を形成する巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面の第2磁界部と対面して第2ステータ磁界を形成する巻線を設けた第2ステータと、前記第1ステータと第2ステータとを固定しかつロータを包囲したケースとを有しており、前記第1ステータ又は第2ステータの一方の巻線に給電してロータを回転駆動する給電装置と、駆動されるロータの回転によって他方の巻線に発生する誘導電流を取り出す集電装置とを備えた制御部を有しており、前記ロータは円筒部の両端が自由端の円筒体であり、第1ステータ及び/又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、回転磁界の各極を形成する永久磁石は、ロータに多数個小磁石を間隔をおいて埋設していることを特徴とする電気回転機

請求項2

前記ロータは、各極の永久磁石を形成する範囲に、ロータ内周側からロータ外周側に向けて断面積が減少する多数の孔を形成し、この各孔に断面形状が円形楕円形又は矩形の小磁石を埋設していることを特徴とする請求項1に記載の電気回転機。

請求項3

前記ロータの各極の永久磁石を形成する範囲内の多数個の小磁石は、周方向中央側より両端側が断面積が小さい及び/又は個数が少ないことを特徴とする請求項1又は2に記載の電気回転機。

請求項4

前記各極の小磁石は超電導バルク小粒で形成されており、前記集電側のステータは、制御部と給電及び集電可能に接続されており、前記第1ステータ及び第2ステータはそれぞれ、略円筒形状のステータ本体と、このステータ本体の周面に周方向に隣接して配列固定された複数個ティース体とを有し、前記ティース体は1極を形成する集中巻き超電導巻線熱伝導性を有する材料内に埋設していることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の電気回転機。

請求項5

前記第1ステータ及び第2ステータの巻線を冷却する第1冷却手段と、ロータの永久磁石を冷却する第2冷却手段とを備えていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の電気回転機。

請求項6

永久磁石を円周方向に配列して表裏面に第1磁界部と第2磁界部とを形成した回転自在なロータと、このロータの外周面の第1磁界部と対面して第1ステータ磁界を形成する超電導巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面の第2磁界部と対面して第2ステータ磁界を形成する超電導巻線を設けた第2ステータと、前記第1ステータと第2ステータとを固定しかつロータを包囲したケースとを有しており、前記ロータの各極を形成する永久磁石は、ロータに多数個の超電導バルク小粒を間隔をおいて埋設しおり、前記第1ステータ及び第2ステータの超電導巻線とロータとを冷却して臨界温度以下にしながら又は臨界温度以下にしてから、第1ステータ及び第2ステータの少なくとも一方の超電導巻線を励磁して1極分の多数個の超電導バルク小粒を同時に着磁することを特徴とする電気回転機のバル着磁方法

請求項7

前記第1ステータ及び第2ステータの超電導巻線の少なくとも一方に、ステータ周方向等間隔にかつ複数同時に同極に励磁する電流を供給して、超電導バルク小粒を吸引してロータを磁気で浮上させ、かつ浮上した多数個の超電導バルク小粒に磁場を与えて着磁することを特徴とする請求項6に記載の電気回転機のバルク着磁方法。

請求項8

前記第1ステータ及び第2ステータの極数を同一にして、対向する超電導巻線に同時に異なる極に励磁する電流を供給して、超電導バルク小粒を吸引してロータを磁気で浮上させ、かつ浮上した多数個の超電導バルク小粒に磁場を与えて着磁することを特徴とする請求項6に記載の電気回転機のバルク着磁方法。

請求項9

前記超電導バルク小粒を冷却する際に、ケース内のロータを配置している空間に冷却媒体を供給し、バルク着磁後に冷却媒体を排出することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の電気回転機のバルク着磁方法。

技術分野

0001

本発明は、電動発電機能を有する電気回転機及びバル着磁方法に関する。

背景技術

0002

特許文献1、2の電気回転機は、永久磁石円周方向に配列した回転自在なロータと、このロータの外周面と対面して磁界を形成する巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面と対面して磁界を形成する巻線を設けた第2ステータとを有しており、第1ステータ又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、回転磁界の各極を形成する永久磁石はロータに埋設している。

先行技術

0003

特許第5887634号公報
特開2016−49016号公報

発明が解決しようとする課題

0004

前記従来技術のロータは、回転磁界の各極を形成する永久磁石は大きい範囲を1個で形成しており、永久磁石は遠心力で離脱しないようにロータ形成部材に埋め込まれているが、質量が高いと、埋め込み保持が困難になる可能性がある。
また、永久磁石に超電導バルクを使用する場合、広い範囲の磁極を1個で形成すると、磁石中央では高い磁界を発揮できるが、その外周部、例えば直径20mmより径外側では磁界が低下するため、電磁誘導効率が低下する可能性がある。

0005

本発明は、このような従来技術の問題点を解決できるようにした電気回転機及びバルク着磁方法を提供することを目的とする。
本発明は、各極を形成する永久磁石を多数個小磁石集合体にして着磁することにより、ロータにおける永久磁石の磁界を広くしながら埋め込み保持を確実にできるようにした電気回転機を提供することを目的とする。
本発明は、各極を形成する永久磁石を多数個の超電導バルク小粒の集合体にして、1極分の多数個の超電導バルク小粒を同時に着磁するすることにより、永久磁石の中央だけでなく周囲部でも高い磁界が得られるように着磁することができるバルク着磁方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0006

本発明の電気回転機における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
電気回転機は第1に、永久磁石を円周方向に配列して表裏面に第1磁界部と第2磁界部とを形成した回転自在なロータと、このロータの外周面の第1磁界部と対面して第1ステータ磁界を形成する巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面の第2磁界部と対面して第2ステータ磁界を形成する巻線を設けた第2ステータと、前記第1ステータと第2ステータとを固定しかつロータを包囲したケースとを有しており、
前記第1ステータ又は第2ステータの一方の巻線に給電してロータを回転駆動する給電装置と、駆動されるロータの回転によって他方の巻線に発生する誘導電流を取り出す集電装置とを備えた制御部を有しており、
前記ロータは円筒部の両端が自由端の円筒体であり、第1ステータ及び/又は第2ステータとロータとの間にロータを磁気で浮上させて径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を有しており、
回転磁界の各極を形成する永久磁石は、ロータに多数個の小磁石を間隔をおいて埋設していることを特徴とする。
これによって、永久磁石は多数個の小磁石の集合体で形成でき、多数個の小磁石は間隔をおいて埋設しているので、磁界が広くでき、ロータに確実に保持でき、遠心力が加わっても確実に脱落を防止できる。

0007

電気回転機は第2に、前記ロータは、各極の永久磁石を形成する範囲に、ロータ内周側からロータ外周側に向けて断面積が減少する多数の孔を形成し、この各孔に断面形状が円形楕円形又は矩形の小磁石を埋設していることを特徴とする。
これによって、小磁石はロータ外周側に向けて断面積が減少する錐形であるので、多数個の小磁石の埋設保持が簡単かつ容易で確実にできる。
電気回転機は第3に、前記ロータの各極の永久磁石を形成する範囲内の多数個の小磁石は、周方向中央側より両端側が断面積が小さい及び/又は個数が少ないことを特徴とする。
これによって、各極の永久磁石の磁力は周方向中央側で大きく、両端側が小さくなり、トルクリップル及びコギングトルクを低減できる。
電気回転機は第4に、前記各極の小磁石は超電導バルク小粒で形成されており、
前記集電側のステータは、制御部と給電及び集電可能に接続されており、
前記第1ステータ及び第2ステータはそれぞれ、略円筒形状のステータ本体と、このステータ本体の周面に周方向に隣接して配列固定された複数個ティース体とを有し、前記ティース体は1極を形成する集中巻き超電導巻線熱伝導性を有する材料内に埋設していることを特徴とする。
これによって、第1ステータ及び第2ステータの製作が容易になる。
電気回転機は第5に、前記第1ステータ及び第2ステータの巻線を冷却する第1冷却手段と、ロータの永久磁石を冷却する第2冷却手段とを備えていることを特徴とする。
これによって、ロータの冷却が迅速にできる。

0008

本発明の電気回転機のバルク着磁方法における課題解決のための具体的手段は、次の通りである。
着磁方法は第1に、永久磁石を円周方向に配列して表裏面に第1磁界部と第2磁界部とを形成した回転自在なロータと、このロータの外周面の第1磁界部と対面して第1ステータ磁界を形成する超電導巻線を設けた第1ステータと、ロータの内周面の第2磁界部と対面して第2ステータ磁界を形成する超電導巻線を設けた第2ステータと、前記第1ステータと第2ステータとを固定しかつロータを包囲したケースとを有しており、
前記ロータの各極を形成する永久磁石は、ロータに多数個の超電導バルク小粒を間隔をおいて埋設しおり
前記第1ステータ及び第2ステータの超電導巻線とロータとを冷却して臨界温度以下にしながら又は臨界温度以下にしてから、第1ステータ及び第2ステータの少なくとも一方の超電導巻線を励磁して1極分の多数個の超電導バルク小粒を同時に着磁することを特徴とする。
これによって、1極分の多数個の超電導バルク小粒を同時に着磁することができ、広い範囲で高い磁界の永久磁石を形成することができる。

0009

着磁方法は第2に、前記第1ステータ及び第2ステータの超電導巻線の少なくとも一方に、ステータ周方向等間隔にかつ複数同時に同極に励磁する電流を供給して、超電導バルク小粒を吸引してロータを磁気で浮上させ、かつ浮上した多数個の超電導バルク小粒に磁場を与えて着磁することを特徴とする。
これによって、ロータを磁気で浮上させながら、周方向等間隔配置の複数の超電導バルク小粒の集合体を連続かつ略均一に着磁することができる。
着磁方法は第3に、前記第1ステータ及び第2ステータの極数を同一にして、対向する超電導巻線に同時に異なる極に励磁する電流を供給して、超電導バルク小粒を吸引してロータを磁気で浮上させ、かつ浮上した多数個の超電導バルク小粒に磁場を与えて着磁することを特徴とする。
これによって、複数個集合した超電導バルク小粒を表裏から同時に着磁することができる。
着磁方法は第4に、前記超電導バルク小粒を冷却する際に、ケース内のロータを配置している空間に冷却媒体を供給し、バルク着磁後に冷却媒体を排出することを特徴とする。
これによって、超電導バルク小粒を臨界温度以下に速やかに冷却でき、着磁工程を簡単かつ迅速に行うことができる。

発明の効果

0010

本発明の電気回転機によれば、ロータにおける永久磁石の磁界を広くしながら埋め込み保持を確実にできる。
本発明の電気回転機のバルク着磁方法によれば、1極分の多数個の超電導バルク小粒を同時に着磁することができ、広い範囲で高い磁界の永久磁石を形成することができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の第1実施形態を示す縦断面説明図である。
図1のX−X線断面図である。
電気回転機の下部の拡大縦断面説明図である。
ロータの外周面図である。
図4のY−Y線断面図である。
第1ステータのティース体の内周面図である。
図6のZ−Z線断面図である。
第2ステータのティース体の外周面図である。
図8のV−V線断面図である。
本発明の第2実施形態を示す断面説明図である。
ロータの外周面図である。
図11のW−W線断面図である。

実施例

0012

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1〜9は第1実施形態の電気回転機1Aを示しており、6スロット6極6スロットの1ロータ2ステータ型、永久磁石埋め込みロータ構造の電動発電機(モータジェネレータ)であって、給電装置9、集電装置10、インバータコンバータを含む)16及びバッテリ17等を備えた制御部18と接続され、冷却媒体を供給する冷却装置貯蔵タンク液体供給排出ポンプ冷凍機、冷却媒体生成・再生装置)20及び真空装置22等とも接続されている。
図1〜3において、電気回転機1Aは大別して、1個のロータ5と、2個のステータ7a、7bと、これらを収納しかつ支持するケース8と、このケース8に固定されていてステータ7bを支持する支持体13と、ケース8を外側から覆う断熱ケース29とを有し、これらは略円筒形であって、軸心は縦向き(上下向き)に配置されており、ステータ7a、7bに設けられた巻線6a、6bは超電導材で形成され、それぞれ電流を給電及び集電可能になっている。給電は直流又は交流であり、集電は三相交流となる。
図1〜5において、ロータ5は、円筒形のロータ本体5aに永久磁石3を円周方向等間隔に配列しており、両端が自由端の円筒体で形成されていて、円筒部のみであって外部と繋がる軸部は存在しない。
ロータ本体5aはアルミ合金ステンレスプラスチック等から形成され、回転磁界の1極を形成する永久磁石3が、N極とS極とが交互に周方向に等間隔をおいて複数個(計6極)埋設され、径方向の両端で外周面側の第1磁界部4aと内周面側の第2磁界部4bとを形成している。
1極の永久磁石3は、ロータ本体5aの各極を形成する範囲に埋設した多数個の小磁石3pで構成されている。多数個の小磁石3pはロータ5の周方向及び軸方向に間隔を置いて配置されており、ロータ本体5aの内周面から外周面に向けて断面積(小磁石3pの軸心と直交する断面)が減少する錐形状であり、図4、5では円錐形の小磁石3pを示しており、楕円錐形の他、六角錐四角錐等の角錐形でもよい。
前記多数個の小磁石3pは、ロータ本体5aに周方向及び軸方向に間隔をおいて配列された孔5bに埋設されている。この各孔5bは小磁石3pを埋設するために小磁石3pと略同一形状の貫通した孔であり、孔軸心と直交する断面形状が円形、楕円形又は矩形であり、ロータ本体5aの内周面から径外側に向けて断面積が減少する円錐形、楕円錐形、角錐形等の錐形状である。
前記孔5b間はロータ本体5aの構成部材が存在し、各小磁石3pを個々に埋設支持して装着しており、表面積の小さい小磁石3pの集合体は、総面積が同じ1個の磁石で1極を形成するよりも、磁界を広くかつ強くすることができ、埋め込み固定が強固にでき、かつ質量も小さくなって、回転時に遠心力が作用してもロータ本体5aから離脱しないようにできる。
前記永久磁石3の1極を形成する多数個の小磁石3pが埋設される範囲は、第2ステータ7bの1極の巻線外形と同一または広くなっており、1極の範囲内はレーストラック形状に配列してもよいが、縦横に等間隔で範囲中央にも小磁石3pは埋設されている。
前記小磁石3pは、波形制御パルス着磁等の着磁法が適用可能な高温超電導バルクの小粒を採用している。超電導バルクの小粒は、ビスマス系(Bi−Sr−Ca−Cu−O)、イットリウム系(Y−Ba−Cu−O)、ニオブチタン系、銅酸化物系等の高温超電導体であって、エポキシ樹脂ポリイミド樹脂等の樹脂含浸したもの、金属を含浸したもの、棒状に形成したものからプレス成形したものであってもよい。

0013

超電導バルクの小粒は、断面円形の場合その直径(断面矩形の場合その対角線長さ)が略20mm以下、好ましくは15mm以下であり、錐形状に形成してからロータ5の貫通孔5bに埋設される。なお、バルクは着磁すると、中央が最大磁束を発生し、中央から8〜10mm離れると急激に磁束密度が低下する。そのため、直径を略15mm以下に設定して、磁束密度が高い範囲を有効に利用することが好ましい。
図1〜3、6、7において、第1ステータ7aは、円筒形に形成されたステータ本体Sと、このステータ本体Sの内周面に周方向に隣接して配列固定された複数個(6個)のティース体Tと、全ティース体Tの上下両端をステータ本体Sに固定する上下留め具Rとを有する。前記ステータ本体Sは、アルミ合金、ステンレス、合成樹脂等の非磁性材料又は磁性材料で形成されている。
第1ステータ7aのティース体Tは内周面に第1回転磁界(第1ステータ磁界、表回転磁界)αを形成し、この第1回転磁界αをロータ5の第1磁界部4aと径方向僅少間隙ラジアルギャップ)を介して対面して第1回転部M1を構成する。
第1ステータ7aの各ティース体Tは1つの極を作る巻線6aが、主ループjとこれと逆向きに巻いた副ループkとをロータ5の軸心方向に隣接し、かつそれら主副ループj、kを上下方向8の字結線して、集中巻き巻線となっており、主ループjは副ループkよりもロータ5の永久磁石3との対向面積が大きくなっている。
図1〜3、8、9において、第2ステータ7bは、第1ステータ7aと同様に、アルミ合金、ステンレス、樹脂等の非磁性材料又は磁性材料で円筒形に形成されたステータ本体Sと、このステータ本体Sの外周面に周方向に隣接して配列固定された複数個(6個)のティース体Tと、全ティース体Tの上下両端をステータ本体Sに固定する上下留め具Rとを有する。

0014

第2ステータ7bのティース体Tは外周面に第2回転磁界(第2ステータ磁界、裏回転磁界)βを形成し、この第2回転磁界βをロータ5の第2磁界部4bと径方向僅少間隙(ラジアルギャップ)を介して対面して第2回転部M2を構成する。
第2ステータ7bの各ティース体Tは1つの極を作る巻線6bが、レーストラック形長円形パンケーキ形)であり、集中巻き巻線となっており、ロータ5の永久磁石3との対向面積が略同一又は小さくなっている。
前記第1ステータ7a及び第2ステータ7bの各ティース体Tは、1極を形成する集中巻き超電導巻線(コイル)6を基板、樹脂及び銀箔等で被覆してテープ状に形成し、そのコイルテープを複数回巻いて集中巻きの8の字結線形、レーストラック形等にし、さらに集中巻きしたものを樹脂、金属内に埋設して横断面円弧形状のセグメント形状にしている。前記巻線6aを被覆する樹脂、テープを埋設する樹脂は、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の熱伝導性及び/又は非磁性を有する樹脂が好ましい。
セグメント形状のティース体Tの両端縁には係合溝30が形成されている。第1ステータ7aのステータ本体Sは内周面に径内方向に突出したリブ31が、第2ステータ7bのステータ本体は外周面に径外方向に突出したリブ31がそれぞれ形成されている。前記リブ31は周方向に複数本、軸方向と平行に長く形成され、ステータ本体Sに接続された基部から先端側へ次第に厚肉になっている。

0015

前記ステータ本体Sの各リブ31間にティース体Tをステータ軸心方向から挿入すると、ティース体Tの両端縁の係合溝30がリブ31と係合して抜け止めされ、ステータ本体Sに対して周方向及び径内方向の位置が設定され、強固に装着される。
第1ステータ7a及び第2ステータ7bの上下留め具Rは、それぞれリング形状であって、ステータ本体Sの軸方向両端締結具を介して装着され、全ティース体Tの両端に嵌合して、ステータ本体Sに対するティース体Tの軸方向両端の取り付けをする。この留め具Rに巻線6の端部を挿通する孔、冷却媒体を流通する溝又は孔等が形成されている。
第1ステータ7aの各ティース体Tは、ステータ本体Sに対向する面に凹部及び上下溝上下貫通孔等が形成され、ステータ本体S、ケース8及び留め具Rにも上下貫通孔、溝等が形成され、これらは第1ステータ7aの各ティース体Tを冷却する媒体を供給する冷却路11aとなっている。
第2ステータ7bの各ティース体Tは、ステータ本体Sに対向する面に凹部及び上下溝、上下貫通孔等が形成され、ステータ本体S、支持体13及び留め具Rにも上下貫通孔、凹部等が形成され、これらは第2ステータ7bの各ティース体Tを冷却する媒体を供給する冷却路11bとなっている。
前記冷却路11a、11bはケース8の下部で連通されており、上部が配管を介して冷却装置20と接続されていて、巻線6a、6bを臨界温度以下に冷却するための第1冷却手段21Aを構成している。第1冷却手段21Aは冷却媒体が変化したガスを外部に排出可能になっている。

0016

前記ケース8は円筒形の外筒8aと、底部の底壁8bと、底壁8bの中央の有底円筒形の支持体13とを有し、外筒8aの内周面で第1ステータ7aを支持し、支持体13の外周面で第2ステータ7bを支持している。外筒8aと底壁8bと支持体13とは一体成形してもよい。
前記ケース8は外筒8aの上端開口を蓋部材8cで閉鎖しており、この蓋部材8cの下面には支持軸部8dが形成され、支持体13の上端開口に嵌入して、支持体13の上端を支持している。
ケース8内の第1ステータ7aと第2ステータ7bとの間はロータ5が配置される空間であり、この空間の下部には冷却媒体を供給及び排出する第2冷却手段21Bが接続されている。この第2冷却手段21Bはケース8の下部と冷却装置20とを配管で接続しており、ロータ5の永久磁石3を臨界温度以下まで冷却するときに、前記空間に冷却媒体を供給してロータ5の浸漬冷却を行い、発電運転をするときに排出する。
前記ロータ配置空間には真空装置22が接続されており、冷却媒体ガス及び空気を排気可能になっている。前記空間を真空に近づけることにより、ロータ5は回転中の気体抵抗を減少できる。
ケース8は底壁8bに環状の間隙保持手段47が配置されている。この間隙保持手段47は下レース47a上に多数個の回転体47bを配列し、ロータ5の下端面に上レース47cを形成したスラストベアリング構造であり、ロータ5に調心作用をし、停止時及び低速回転時に、ロータ5と第1ステータ7a又は第2ステータ7bとの間に径方向間隙を形成しかつその間隙を保持する。

0017

断熱ケース29はスペーサを介してケース8を支持して空間29aを形成しており、この空間29aも前記真空装置22に接続されており、空間29aは外部からの熱の伝播を防止する真空断熱空間になっている。
前記制御部18の給電装置9は、第1ステータ7a及び第2ステータ7bの両方の巻線6(6a、6b)に給電して、永久磁石3の着磁及びロータ5の回転駆動が可能になっており、集電装置10は、第1ステータ7a又は第2ステータ7bの一方に給電したときに他方の巻線6から発電した電力を集電可能になっている。
制御部18は永久電流スイッチ限流器等を有する超電導制御ユニット45を備えており、この超電導制御ユニット45は支持体13内部に配置されていて冷却可能であり、第1ステータ7a及び第2ステータ7bの巻線6(6a、6b)に対して、直流又は交流の強い電流、パルス電流を供給し、ロータ5が回転しているときに永久電流切り替えて供給することができ、また、集電もできる。
電気回転機1Aは、ロータ5の極数を6極以外の偶数極、第1ステータ7a及び第2ステータ7bそれぞれの界磁数(スロット数)を6極以外の複数極にそれぞれ設定することができ、第1ステータ7a及び第2ステータ7bに超電導巻線を巻いていて、ロータ5を兼用する電動発電機、回転型周波数変換機相数変換機、電圧変換機等に使用できる。給電側の巻線に直流電流を供給して直流電動機発電機としてもよい。

0018

電気回転機1Aのバルク着磁方法及び運転方法を説明する。
第1冷却手段21A及び第2冷却手段21Bを作動して、ケース8内の第1ステータ7a、第2ステータ7b及びロータ5を冷却して、超電導巻線6a、6bとバルク小粒3p群とを冷却して臨界温度以下にしながら又は臨界温度以下にしてから、第1ステータ7a及び第2ステータ7bの少なくとも一方の超電導巻線6a、6bに電流を供給し、超電導巻線6a、6bを励磁して1極分又は複数極分の多数個の超電導バルク小粒3p群を同時に吸引する。
ロータ5の周方向等間隔に配置された複数個の超電導バルク小粒3pの集合体を対象にする場合は、それに対向する第1ステータ7a及び/又は第2ステータ7bをそれぞれの周方向位置で同極に励磁し、ロータ5の1個の超電導バルク小粒3p集合体を対象にする場合は、それに対向する第1ステータ7a及び第2ステータ7bの両方を異極に励磁し、ロータ5を第1ステータ7aの内周面及び第2ステータ7bの外周面から磁気吸引で浮上させる。
磁気浮上した多数個の超電導バルク小粒3pに対して、対向している超電導巻線に直流電流供給しながらより大きい電流の波形制御パルスを供給して励磁し、磁場を与えて着磁する。これを順次繰り返して、ロータ5にN極とS極とを周方向に交互に配列される着磁後永久磁石3を形成する。

0019

ロータ5の永久磁石3着磁後に、ロータ配置空間の冷却媒体を第2冷却手段21Bで排出し、真空装置22で真空にし、巻線6a、6bの一方に直流三相電流を供給してロータ5を回転駆動し、他方から三相誘導電流を取り出す。ロータ5回転始動時は巻線6a、6bの両方に直流三相電流を同期供給して、ロータ5が定常回転してから一方のステータを集電に切り換えてもよい。
第2ステータ7bの超電導巻線6bに強電流、永久電流を流すと、超電導の特性により、その電磁力を第1ステータ7aの巻線6aで励磁される誘導起電力より大きくかつ強くでき、第1ステータ7aの巻線6bより強い電磁力を発生するように能力差をつけることができ、持続的に発電することができる。
図10〜12に示す第2実施形態において、電気回転機1Bは、三相交流発電用超電導電動機発電機であって、電気回転機1Aと異なる点は、ロータ5、ステータ7及びケース8が軸心横向きの円筒形であって、ロータ5のトルクリップル及びコギングトルク低減構造、ステータ7の直接冷却構造になっている。
ロータ5は、円筒形のロータ本体5aに多数個の小磁石3pで構成され永久磁石3を円周方向等間隔に配列している。多数個の四角錐形の小磁石3pは、ロータ5の周方向及び軸方向に間隔を置いて配置されており、周方向において中央側が大きい磁石を密に配置し、両端側が小さい磁石を粗に配置し、中間を中程度の大きさの磁石を中程度の粗密に配置されている。

0020

ロータ5は、各個の永久磁石3としては、周方向中央側よりもその両端側で磁束密度が低くなり、磁束密度分布が滑らかに変化し、誘起電圧波形正弦波に近づき、第1ステータ7a及び第2ステータ7bに対してトルクリップルの加振力を低減し、コギングトルクが低くなるように構成されている。
ロータ5は外周面及び内周面をテフロン等の減摩材で被覆して表面を円滑にしており、軸方向両端には減摩材で半球形状突起を周方向等間隔で多数形成して間隙保持手段47を形成している。
第1ステータ7a及び第2ステータ7bは、熱伝導性の高いアルミ合金等で形成されたステータ本体S及び左右留め具Rと、同じく熱伝導性の高い樹脂材料等で超電導巻線6を埋設したティース体Tとを有する。
第2ステータ7bの超電導巻線6bは、内外2重のレーストラック型等のループであり、第1ステータ7aの巻線6aは、内外2重の主ループjと、主ループjを挟んでロータ5軸心方向両側の副ループkとで形成され、各副ループkは主ループjと逆向きに巻かれていて、8の字結線(図10に1点鎖線で示す。)されており、主ループjは2つの副ループkよりも永久磁石3との対向面積が大きくなっている。

0021

ロータ5の第1磁界部4aは周方向等間隔で同極であり、巻線6aはロータ5が回転して永久磁石3が対面してくると、主ループjが永久磁石3と同極となって電磁誘導により起電力反発力とが発生し、周方向等間隔でロータ5を軸心側に押さえるので磁気で径方向間隙を形成し、その誘導電流が主ループjの両側の副ループkに流れて永久磁石3と異極になって磁気の吸引力が発生し、この吸引力がロータ5の両自由端を同時に同力で吸引し、第1ステータ7aに対してロータ5の軸方向相対位置を適正にする。
よって、永久磁石3と巻線6aとの間で、誘導反発吸引作用が生じ、磁気間隙形成手段と磁気位置設定手段とが構成される。 前記電気回転機1Bは、ロータ5と超電導巻線6bとの間でも、界磁電流により、磁気の回転トルクだけでなく、反発力を吸引力により磁気間隙形成手段と磁気位置設定手段とが構成される。
左右留め具Rはそれぞれ第1ステータ7a及び第2ステータ7b兼用であり、左留め具RLは環形状であって、片面が底壁8bに密接しており、ロータ5側の面に内外リングL1、L2が形成され、外リングL1は第1ステータ7aの左端部を固定支持し、内リングL2は第2ステータ7bの左端部を固定支持している。
右留め具RRは蓋形状であって、ロータ5側の面に内外リングL1、L2が形成され、外リングL1は第1ステータ7aの右端部を固定支持し、内リングL2は第2ステータ7bの右端部を固定支持している。

0022

左右各留め具Rの内外リングL1、L2間にはロータ5の左右各端部が挿入されており、間隙保持手段47の半球形状突起が当接可能になっており、ロータ5の回転停止時には、半球形状突起が外リングL1の内周面又は内リングL2の外周面に当接し、ロータ5と第1ステータ7a及び第2ステータ7との接触を回避する。
右留め具RRのロータ5とは反対側の面には伝導性の高いアルミ合金等で形成されで伝導体35接されており、この伝導体35にはパルス管冷凍機36が接続されている。前記パルス管冷凍機36は、伝導体35、右留め具RRを介して第1ステータ7a及び第2ステータ7bを直接冷却し、左留め具RLまで冷却する。
なお、本発明は前記実施形態における構造及び各部材の形状、位置関係は、図1〜12に示すように構成することが最良であるが、部材、構成を種々変形したり、組み合わせを変更したりすることもできる。
例えば、電気回転機1を3K宇宙背景放射空間で使用する場合は、超電導巻線6及び永久磁石3を冷却する冷却装置20を省略してもよい。
電気回転機1は、第1ステータ7a及び第2ステータ7bの各ティース体Tを、集中巻きレーストラック形の代わりに集中巻き馬蹄形または円形にしてもよく、第1ステータ7a又は第2ステータ7bの集電側の巻線6を常温電導材料で形成してもよい。

0023

前記永久磁石3の小磁石3pは、ロータ5の永久磁石を超電導バルク以外の着磁前の強磁性材料、例えば、希土類ネオジウムコバルト等の強磁性材料で形成したりしたり、それらの材料で予め着磁したものでもよい。
また、着磁前又は着磁後の小磁石3pは、ロータ本体5aに孔5bを穿孔して挿入する他に、ロータ本体5aをアルミ合金で形成する際にインサート成形により埋設することができる。

0024

1電気回転機
3永久磁石
3p小磁石
4a 第1磁界部
4b 第2磁界部
5ロータ
5a ロータ本体
6(6a、6b)巻線
7ステータ
7a 第1ステータ
7b 第2ステータ
8ケース
9給電装置
10集電装置
18 制御部
20冷却装置
21A 第1冷却手段
21B 第2冷却手段
S ステータ本体
T ティース体

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