JPH11318071A - 高温超電導回転電機の界磁巻線 - Google Patents
高温超電導回転電機の界磁巻線Info
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- JPH11318071A JPH11318071A JP10124954A JP12495498A JPH11318071A JP H11318071 A JPH11318071 A JP H11318071A JP 10124954 A JP10124954 A JP 10124954A JP 12495498 A JP12495498 A JP 12495498A JP H11318071 A JPH11318071 A JP H11318071A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 ｃ軸方向の磁界成分の影響を受けにくく、ｃ
軸方向の磁界成分により局部的に臨界電流密度が低下し
ても平均電流密度が低下させずにすむ高温超電導発電機
の界磁巻線を提供する。 【解決手段】 高温超電導テープ２を平巻きしたパンケ
ーキ型コイル３を径方向に積層して界磁巻線１を構成す
る。ａｂ軸またはｃ軸方向の磁界に対する臨界電流密度
が大きいテープ１４，１３を磁界条件に適した配置と
し、臨界電流密度の小さい部分では高温超電導テープ２
の並列枚数を増加し、または断面積を増加することによ
りｃ軸方向の磁界による局所的な臨界電流の低下を防止
し、それでも臨界電流密度の低下が顕著な部分には高温
超電導テープ２を巻線せず、良導電性導体に通電する構
造とする。
軸方向の磁界成分により局部的に臨界電流密度が低下し
ても平均電流密度が低下させずにすむ高温超電導発電機
の界磁巻線を提供する。 【解決手段】 高温超電導テープ２を平巻きしたパンケ
ーキ型コイル３を径方向に積層して界磁巻線１を構成す
る。ａｂ軸またはｃ軸方向の磁界に対する臨界電流密度
が大きいテープ１４，１３を磁界条件に適した配置と
し、臨界電流密度の小さい部分では高温超電導テープ２
の並列枚数を増加し、または断面積を増加することによ
りｃ軸方向の磁界による局所的な臨界電流の低下を防止
し、それでも臨界電流密度の低下が顕著な部分には高温
超電導テープ２を巻線せず、良導電性導体に通電する構
造とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高温超電導導体を
適用した高温超電導回転電機の界磁巻線に関する。
適用した高温超電導回転電機の界磁巻線に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導回転電機の界磁巻線は、金
属系超電導導体からなる素線またはより線をソレノイド
コイルとして巻線したものを回転子内に装着し固定して
いる。金属系超電導導体はその臨界電流の磁界依存性に
ほとんど異方性がなく、導体に流す電流と直交する磁界
成分の絶対値に逆比例の関係で臨界電流が小さくなるの
で、超電導導体の巻き方は、磁界の方向に関係なく、平
巻き（フラットワイズ）でも平打巻き（エッジワイズ）
でも可能である。従来のより線の金属系超電導導体を平
打巻きのソレノイドコイルとして構成された、超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図を図６に示す。
属系超電導導体からなる素線またはより線をソレノイド
コイルとして巻線したものを回転子内に装着し固定して
いる。金属系超電導導体はその臨界電流の磁界依存性に
ほとんど異方性がなく、導体に流す電流と直交する磁界
成分の絶対値に逆比例の関係で臨界電流が小さくなるの
で、超電導導体の巻き方は、磁界の方向に関係なく、平
巻き（フラットワイズ）でも平打巻き（エッジワイズ）
でも可能である。従来のより線の金属系超電導導体を平
打巻きのソレノイドコイルとして構成された、超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図を図６に示す。
【０００３】図６において、回転子４に巻装されている
界磁巻線１は、より線として構成された多数の金属系超
電導導体１８からなっている。
界磁巻線１は、より線として構成された多数の金属系超
電導導体１８からなっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】２７Ｋあるいは７７Ｋ
という絶対温度のもとで使用できる高温超電導導体を適
用した高温超電導回転電機の界磁巻線はすでに知られて
いるところである。以下に、そのような高温超電導導体
を超電導回転電機の界磁巻線に適用する際の技術的課題
について検討する。
という絶対温度のもとで使用できる高温超電導導体を適
用した高温超電導回転電機の界磁巻線はすでに知られて
いるところである。以下に、そのような高温超電導導体
を超電導回転電機の界磁巻線に適用する際の技術的課題
について検討する。
【０００５】高温超電導導体はペロブスカイト結晶構造
を有し、その臨界電流密度特性は結晶の配向性を高める
ことにより向上する。結晶の配向性を高めるには、圧延
処理などにより一方向に圧縮する必要がある。そのた
め、工業的に量産できるような高温超電導導体は、磁気
テープのような厚さが１ｍｍ以下のテープに限られてい
るのが現状である。また、高温超電導テープの場合、ａ
ｂ軸はテープ平面と平行な方向に、ｃ軸はテープ平面と
垂直な方向に生じる。Ｂｉ２２２３系超電導導体では、
７７Ｋという温度においてａｂ軸方向とｃ軸方向とでは
図７に示すように臨界電流密度特性７１，７２が大きく
異なり、たとえば０．１Ｔの磁界下では、ｃ軸方向の磁
界に対する臨界電流密度はａｂ軸方向の磁界に対する臨
界電流密度の半分以下となる。
を有し、その臨界電流密度特性は結晶の配向性を高める
ことにより向上する。結晶の配向性を高めるには、圧延
処理などにより一方向に圧縮する必要がある。そのた
め、工業的に量産できるような高温超電導導体は、磁気
テープのような厚さが１ｍｍ以下のテープに限られてい
るのが現状である。また、高温超電導テープの場合、ａ
ｂ軸はテープ平面と平行な方向に、ｃ軸はテープ平面と
垂直な方向に生じる。Ｂｉ２２２３系超電導導体では、
７７Ｋという温度においてａｂ軸方向とｃ軸方向とでは
図７に示すように臨界電流密度特性７１，７２が大きく
異なり、たとえば０．１Ｔの磁界下では、ｃ軸方向の磁
界に対する臨界電流密度はａｂ軸方向の磁界に対する臨
界電流密度の半分以下となる。
【０００６】次に、従来の高温超電導回転電機の界磁巻
線内部の回転子軸中央部断面で見た磁界Ｈの分布を図８
に示す。図６に示すように、コイル横断面をＸ−Ｙ座標
平面で見たコイル各部の位置を、Ｘ軸方向にＸ１〜Ｘ２
と定義し、Ｙ軸方向にＹ１〜Ｙ２と定義する。図８にお
いて、図６で定義するＹ軸方向の磁界成分は界磁巻線１
の座標（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘｌ，Ｙ２）の線上が最大と
なる。また、Ｘ軸方向の磁界成分は界磁巻線１の（Ｘ
ｌ，Ｙ１）〜（Ｘ２，Ｙ１）および（Ｘｌ，Ｙ２）〜
（Ｘ２，Ｙ２）の線上が最大となる。各々の磁界成分の
最大値を比較すると、Ｙ軸方向の磁界成分はＸ軸方向の
磁界成分より大きく、両者の比は１．４〜ｌ．７程度で
ある。
線内部の回転子軸中央部断面で見た磁界Ｈの分布を図８
に示す。図６に示すように、コイル横断面をＸ−Ｙ座標
平面で見たコイル各部の位置を、Ｘ軸方向にＸ１〜Ｘ２
と定義し、Ｙ軸方向にＹ１〜Ｙ２と定義する。図８にお
いて、図６で定義するＹ軸方向の磁界成分は界磁巻線１
の座標（Ｘ１，Ｙ１）〜（Ｘｌ，Ｙ２）の線上が最大と
なる。また、Ｘ軸方向の磁界成分は界磁巻線１の（Ｘ
ｌ，Ｙ１）〜（Ｘ２，Ｙ１）および（Ｘｌ，Ｙ２）〜
（Ｘ２，Ｙ２）の線上が最大となる。各々の磁界成分の
最大値を比較すると、Ｙ軸方向の磁界成分はＸ軸方向の
磁界成分より大きく、両者の比は１．４〜ｌ．７程度で
ある。
【０００７】以上のことから、従来行われているよう
に、磁界の方向に無関係に、界磁巻線１のＹ軸と高温超
電導テープのｃ軸とが一致するような界磁巻線１を作る
と、界磁巻線１内部の各位置における高温超電導テープ
の臨界電流密度の最大値と最小値の比率がほぼ４倍近く
にまで拡大することになる。界磁巻線１は直列に接続さ
れた１本の高温超電導テープから構成されており、その
テープの最小の臨界電流密度で通電性能が決定されるか
ら、界磁巻線１の電流密度は界磁巻線１の中の最小の臨
界電流密度に制約され、大幅に低下してしまう。
に、磁界の方向に無関係に、界磁巻線１のＹ軸と高温超
電導テープのｃ軸とが一致するような界磁巻線１を作る
と、界磁巻線１内部の各位置における高温超電導テープ
の臨界電流密度の最大値と最小値の比率がほぼ４倍近く
にまで拡大することになる。界磁巻線１は直列に接続さ
れた１本の高温超電導テープから構成されており、その
テープの最小の臨界電流密度で通電性能が決定されるか
ら、界磁巻線１の電流密度は界磁巻線１の中の最小の臨
界電流密度に制約され、大幅に低下してしまう。
【０００８】そこで本発明は、電流密度を大きく制約す
るｃ軸方向の磁界成分の影響を受けにくく、ｃ軸方向の
磁界成分により局部的に臨界電流密度が低下しても平均
電流密度を低下させずにすむ高温超電導回転電機の界磁
巻線を提供することを目的とする。
るｃ軸方向の磁界成分の影響を受けにくく、ｃ軸方向の
磁界成分により局部的に臨界電流密度が低下しても平均
電流密度を低下させずにすむ高温超電導回転電機の界磁
巻線を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に係る高温超電導回転電機の界磁巻線は、
高温超電導テープを平巻きしたパンケーキ型コイルを回
転子の径方向に複数個積層して構成したことを特徴とす
るものである。このように構成すると、高温超電導テー
プのａｂ軸は界磁巻線のＹ軸方向と一致する。界磁巻線
で最大磁界の成分はＹ軸方向であり、それと一致するａ
ｂ軸方向の磁界に対する高温超電導テープの臨界電流密
度は大きい。一方、Ｘ軸方向は高温超電導テープのｃ軸
と一致するが、その磁界成分はＹ軸方向の６〜７割であ
るから、ｃ軸方向の磁界成分による臨界電流密度の低下
を少なくすることができる。
に、請求項１に係る高温超電導回転電機の界磁巻線は、
高温超電導テープを平巻きしたパンケーキ型コイルを回
転子の径方向に複数個積層して構成したことを特徴とす
るものである。このように構成すると、高温超電導テー
プのａｂ軸は界磁巻線のＹ軸方向と一致する。界磁巻線
で最大磁界の成分はＹ軸方向であり、それと一致するａ
ｂ軸方向の磁界に対する高温超電導テープの臨界電流密
度は大きい。一方、Ｘ軸方向は高温超電導テープのｃ軸
と一致するが、その磁界成分はＹ軸方向の６〜７割であ
るから、ｃ軸方向の磁界成分による臨界電流密度の低下
を少なくすることができる。
【００１０】請求項２に係る高温超電導回転電機の界磁
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の横断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの、内径部およ
び外径部を構成するパンケーキ型コイルには高温超電導
材のｃ軸方向の磁界に対する臨界電流密度の高い高温超
電導テープが巻線され、中間部を構成するパンケーキ型
コイルには高温超電導材のａｂ軸方向の磁界に対する臨
界電流密度の高い高温超電導テープが巻線されているこ
とを特徴とするものである。
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の横断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの、内径部およ
び外径部を構成するパンケーキ型コイルには高温超電導
材のｃ軸方向の磁界に対する臨界電流密度の高い高温超
電導テープが巻線され、中間部を構成するパンケーキ型
コイルには高温超電導材のａｂ軸方向の磁界に対する臨
界電流密度の高い高温超電導テープが巻線されているこ
とを特徴とするものである。
【００１１】請求項３に係る高温超電導回転電機の界磁
巻線は、請求項２に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、内径部および外径部を構成するパンケーキ
型コイルはＢｉ２２２３系高温超電導テープからなり、
中間部を構成するパンケーキ型コイルはＢｉ２２１２系
高温超電導テープからなっていることを特徴とするもの
である。界磁巻線の中でＹ軸方向とＸ軸方向の磁界成分
が同位置で最大値をとることはなく、いずれか一方の磁
界成分が臨界電流密度を低下させる要因となるので、請
求項２または３に記載のように構成すると、ａｂ軸方向
の磁界成分が大きく、ｃ軸方向の磁界成分が小さい位置
には、ａｂ軸方向の磁界に対する臨界電流密度が高い高
温超電導テープが巻線され、ｃ軸方向の磁界成分が大き
く、ａｂ軸方向の磁界成分が小さい位置には、ｃ軸方向
の磁界に対するテープの臨界電流密度が高い高温超電導
テープが巻線される。したがって、ｃ軸方向の磁界に対
するテープの臨界電流密度を向上させることができる。
巻線は、請求項２に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、内径部および外径部を構成するパンケーキ
型コイルはＢｉ２２２３系高温超電導テープからなり、
中間部を構成するパンケーキ型コイルはＢｉ２２１２系
高温超電導テープからなっていることを特徴とするもの
である。界磁巻線の中でＹ軸方向とＸ軸方向の磁界成分
が同位置で最大値をとることはなく、いずれか一方の磁
界成分が臨界電流密度を低下させる要因となるので、請
求項２または３に記載のように構成すると、ａｂ軸方向
の磁界成分が大きく、ｃ軸方向の磁界成分が小さい位置
には、ａｂ軸方向の磁界に対する臨界電流密度が高い高
温超電導テープが巻線され、ｃ軸方向の磁界成分が大き
く、ａｂ軸方向の磁界成分が小さい位置には、ｃ軸方向
の磁界に対するテープの臨界電流密度が高い高温超電導
テープが巻線される。したがって、ｃ軸方向の磁界に対
するテープの臨界電流密度を向上させることができる。
【００１２】請求項４に係る高温超電導回転電機の界磁
巻線は、請求項１ないし３のいずれかに記載の高温超電
導回転電機の界磁巻線において、パンケーキ型コイル
が、任意枚数重ね巻きされた高温超電導テープからな
り、かつパンケーキ型コイルごとに異なる枚数の高温超
電導テープが重ね巻きされていることを特徴とするもの
である。重ね巻きした高温超電導テープは両端で並列に
接続する。従来は複数のパンケーキ型コイルの中でも臨
界電流密度の小さいパンケーキ型コイルで界磁巻線全体
の臨界電流密度が制約されていたが、本発明に従って構
成すると、臨界電流密度の小さいパンケーキ型コイルの
高温超電導テープの重ね巻き枚数を増加し、それによっ
てパンケーキ型コイルの臨界電流値は重ね巻き枚数倍に
増加させることができる。したがって、界磁巻線全体の
電流密度を向上させることができる。請求項５に係る高
温超電導回転電機の界磁巻線は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の高温超電導回転電機の界磁巻線におい
て、パンケーキ型コイルの配置位置によって高温超電導
テープの断面積が異なることを特徴とするものである。
請求項６に係る高温超電導回転電機の界磁巻線は、請求
項５に記載の高温超電導回転電機の界磁巻線において、
高温超電導テープの厚さがどのパンケーキ型コイルにお
いても同一であることを特徴とするものである。
巻線は、請求項１ないし３のいずれかに記載の高温超電
導回転電機の界磁巻線において、パンケーキ型コイル
が、任意枚数重ね巻きされた高温超電導テープからな
り、かつパンケーキ型コイルごとに異なる枚数の高温超
電導テープが重ね巻きされていることを特徴とするもの
である。重ね巻きした高温超電導テープは両端で並列に
接続する。従来は複数のパンケーキ型コイルの中でも臨
界電流密度の小さいパンケーキ型コイルで界磁巻線全体
の臨界電流密度が制約されていたが、本発明に従って構
成すると、臨界電流密度の小さいパンケーキ型コイルの
高温超電導テープの重ね巻き枚数を増加し、それによっ
てパンケーキ型コイルの臨界電流値は重ね巻き枚数倍に
増加させることができる。したがって、界磁巻線全体の
電流密度を向上させることができる。請求項５に係る高
温超電導回転電機の界磁巻線は、請求項１ないし４のい
ずれかに記載の高温超電導回転電機の界磁巻線におい
て、パンケーキ型コイルの配置位置によって高温超電導
テープの断面積が異なることを特徴とするものである。
請求項６に係る高温超電導回転電機の界磁巻線は、請求
項５に記載の高温超電導回転電機の界磁巻線において、
高温超電導テープの厚さがどのパンケーキ型コイルにお
いても同一であることを特徴とするものである。
【００１３】請求項５または６のように構成することに
より、臨界電流密度の小さいパンケーキ型コイルの高温
超電導テープの断面積を増やすことができるので、各々
のパンケーキ型コイルの臨界電流値を一致させることが
できる。それにより、界磁巻線全体の電流密度を向上さ
せることができる。また、テープ厚さを同一にし、かつ
巻回数を同一にすることにより、各パンケーキ型コイル
の内外径寸法を一致させることができる。このパンケー
キ型コイルを積層することにより、界磁巻線の外側面の
凹凸を無くすことができるので、無駄な空間を削減で
き、ひいては界磁巻線の電流密度を向上させることがで
きる。
より、臨界電流密度の小さいパンケーキ型コイルの高温
超電導テープの断面積を増やすことができるので、各々
のパンケーキ型コイルの臨界電流値を一致させることが
できる。それにより、界磁巻線全体の電流密度を向上さ
せることができる。また、テープ厚さを同一にし、かつ
巻回数を同一にすることにより、各パンケーキ型コイル
の内外径寸法を一致させることができる。このパンケー
キ型コイルを積層することにより、界磁巻線の外側面の
凹凸を無くすことができるので、無駄な空間を削減で
き、ひいては界磁巻線の電流密度を向上させることがで
きる。
【００１４】請求項７に係る高温超電導回転電機の界磁
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの内径部および
外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の空
間には、高温超電導テープが配置されることなく絶縁物
が充填されていることを特徴とするものである。
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの内径部および
外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の空
間には、高温超電導テープが配置されることなく絶縁物
が充填されていることを特徴とするものである。
【００１５】請求項８に係る高温超電導回転電機の界磁
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの内径部および
外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の空
間には、高温超電導テープが配置されることなく、銅ま
たはアルミニウムまたはそれらの合金からなる常電導金
属からなる導体が配置されていることを特徴とするもの
である。
巻線は、請求項１に記載の高温超電導回転電機の界磁巻
線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内径
部、中間部、および外径部に分けたときの内径部および
外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の空
間には、高温超電導テープが配置されることなく、銅ま
たはアルミニウムまたはそれらの合金からなる常電導金
属からなる導体が配置されていることを特徴とするもの
である。
【００１６】請求項７または８に記載の界磁巻線におい
ては、Ｘ軸方向の磁界成分の最大値は界磁巻線の（（Ｘ
１＋Ｘ２）／２，Ｙ１）および（（Ｘｌ＋Ｘ２）／２，
Ｙ２）、すなわち回転子の径方向で内径部および外径部
で、かつパンケーキ型コイルの径方向の中間部に発生
し、この位置の臨界電流密度が最小値となる。したがっ
て、この位置に高温超電導テープを巻線しなければ臨界
電流密度の最小値は大きくなる。高温超電導テープの代
わりに絶縁物を充填することにより、パンケーキ型コイ
ルを所定形状に保つことができる。また、絶縁物の代わ
りに常電導金属からなる導体を巻線することにより、界
磁巻線の電流密度を向上させることができる。
ては、Ｘ軸方向の磁界成分の最大値は界磁巻線の（（Ｘ
１＋Ｘ２）／２，Ｙ１）および（（Ｘｌ＋Ｘ２）／２，
Ｙ２）、すなわち回転子の径方向で内径部および外径部
で、かつパンケーキ型コイルの径方向の中間部に発生
し、この位置の臨界電流密度が最小値となる。したがっ
て、この位置に高温超電導テープを巻線しなければ臨界
電流密度の最小値は大きくなる。高温超電導テープの代
わりに絶縁物を充填することにより、パンケーキ型コイ
ルを所定形状に保つことができる。また、絶縁物の代わ
りに常電導金属からなる導体を巻線することにより、界
磁巻線の電流密度を向上させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）（請求項
ｌ，２，３対応） 図１は本発明の第１の実施の形態による界磁巻線１Ａを
備えた高温超電導回転電機の回転子４の横断面図であ
る。界磁巻線１Ａは高温超電導テープ２を平巻きコイル
として巻線したパンケーキ型コイル３を回転子４の径方
向５に３層に積層したものである。このように構成する
ことにより、高温超電導テープ２のａｂ軸６は界磁巻線
１ＡのＹ軸方向７と一致する。界磁巻線１Ａで最大磁界
の成分はＹ軸方向７であり、それと一致するａｂ軸６方
向の磁界に対する高温超電導テープ２の臨界電流密度は
大きい。一方、Ｘ軸方向８は高温超電導テープ２のｃ軸
９と一致するが、その磁界成分はＹ軸方向７の６０〜７
０％であるから、その分、ｃ軸９方向の磁界成分による
臨界電流密度の低下を少なくすることができる。
ｌ，２，３対応） 図１は本発明の第１の実施の形態による界磁巻線１Ａを
備えた高温超電導回転電機の回転子４の横断面図であ
る。界磁巻線１Ａは高温超電導テープ２を平巻きコイル
として巻線したパンケーキ型コイル３を回転子４の径方
向５に３層に積層したものである。このように構成する
ことにより、高温超電導テープ２のａｂ軸６は界磁巻線
１ＡのＹ軸方向７と一致する。界磁巻線１Ａで最大磁界
の成分はＹ軸方向７であり、それと一致するａｂ軸６方
向の磁界に対する高温超電導テープ２の臨界電流密度は
大きい。一方、Ｘ軸方向８は高温超電導テープ２のｃ軸
９と一致するが、その磁界成分はＹ軸方向７の６０〜７
０％であるから、その分、ｃ軸９方向の磁界成分による
臨界電流密度の低下を少なくすることができる。
【００１８】請求項２および請求項３に係る高温超電導
回転電機の界磁巻線は、回転子４の径方向５に内径部１
０、中間部１１、および外径部１２に分けたときの内径
部１０および外径部１２を構成するパンケーキ型コイル
３にはｃ軸９方向の磁界に対するテープの臨界電流密度
の高い高温超電導テープ１３を巻線し、中間部１１を構
成するパンケーキ型コイル３にはａｂ軸６方向の磁界に
対するテープの臨界電流密度の高い高温超電導テープ１
４を巻線して構成する。ｃ軸９方向の磁界に対するテー
プの臨界電流密度が高い高温超電導テープ１３としては
Ｂｉ２２２３系超電導テープを、またａｂ軸６方向の磁
界に対するテープの臨界電流密度が高い高温超電導テー
プ１４としてはＢｉ２２１２系超電導テープをそれぞれ
適用することができる。界磁巻線１Ａの中でＹ軸方向７
とＸ軸方向８の磁界成分が同位置で最大値をとることは
なく、いずれか一方の磁界成分が臨界電流密度を低下さ
せる要因となる。したがって、上記のように構成する
と、ａｂ軸６方向の磁界成分が大きく、ｃ軸方向９の磁
界成分が小さい位置には、ａｂ軸６方向の磁界に対する
臨界電流密度の高い高温超電導テープ１４が巻線され、
ｃ軸９方向の磁界成分が大きくａｂ軸方向６の磁界成分
が小さい位置には、ｃ軸９方向の磁界に対するテープの
臨界電流密度の高い高温超電導テープ１３が巻線され
る。したがって、ｃ軸９方向の磁界に対するテープの臨
界電流密度をより向上させることができる。
回転電機の界磁巻線は、回転子４の径方向５に内径部１
０、中間部１１、および外径部１２に分けたときの内径
部１０および外径部１２を構成するパンケーキ型コイル
３にはｃ軸９方向の磁界に対するテープの臨界電流密度
の高い高温超電導テープ１３を巻線し、中間部１１を構
成するパンケーキ型コイル３にはａｂ軸６方向の磁界に
対するテープの臨界電流密度の高い高温超電導テープ１
４を巻線して構成する。ｃ軸９方向の磁界に対するテー
プの臨界電流密度が高い高温超電導テープ１３としては
Ｂｉ２２２３系超電導テープを、またａｂ軸６方向の磁
界に対するテープの臨界電流密度が高い高温超電導テー
プ１４としてはＢｉ２２１２系超電導テープをそれぞれ
適用することができる。界磁巻線１Ａの中でＹ軸方向７
とＸ軸方向８の磁界成分が同位置で最大値をとることは
なく、いずれか一方の磁界成分が臨界電流密度を低下さ
せる要因となる。したがって、上記のように構成する
と、ａｂ軸６方向の磁界成分が大きく、ｃ軸方向９の磁
界成分が小さい位置には、ａｂ軸６方向の磁界に対する
臨界電流密度の高い高温超電導テープ１４が巻線され、
ｃ軸９方向の磁界成分が大きくａｂ軸方向６の磁界成分
が小さい位置には、ｃ軸９方向の磁界に対するテープの
臨界電流密度の高い高温超電導テープ１３が巻線され
る。したがって、ｃ軸９方向の磁界に対するテープの臨
界電流密度をより向上させることができる。
【００１９】（第２の実施の形態）（請求項４対応） 図２は、本発明の第２の実施の形態に係る界磁巻線１Ｂ
を備えた高温超電導回転電機の回転子を示すものであ
る。この界磁巻線１Ｂにおいては、パンケーキ型コイル
３に巻線する高温超電導テープ２は任意の枚数を重ね巻
きし、かつパンケーキ型コイル３毎に異なる枚数を重ね
巻きするように構成される。図２は、回転子４の径方向
の内径部１０および回転子の径方向の外径部２の高温超
電導テープ２は重ね巻き枚数を２とし、回転子４の径方
向の中間部１１の高温超電導テープ２は重ね巻き枚数を
１としたものである。重ね巻きした高温超電導テープ２
は両端で並列に接続される。このように構成することに
より、回転子４の径方向の内径部１０および外径部１２
の通電電流は高温超電導テープ２枚の臨界電流まで増加
することが可能となり、従来この位置のｃ軸９方向の磁
界に対するテープの臨界電流値で制限されていた界磁巻
線１Ｂ全体の臨界電流値を最大その２倍まで増加するこ
とができる。その結果、大きな臨界電流密度を有する回
転子４の径方向の中間部１１にはその最大能力まで通電
することができ、したがって、界磁巻線１全体の電流密
度を向上させることができる。
を備えた高温超電導回転電機の回転子を示すものであ
る。この界磁巻線１Ｂにおいては、パンケーキ型コイル
３に巻線する高温超電導テープ２は任意の枚数を重ね巻
きし、かつパンケーキ型コイル３毎に異なる枚数を重ね
巻きするように構成される。図２は、回転子４の径方向
の内径部１０および回転子の径方向の外径部２の高温超
電導テープ２は重ね巻き枚数を２とし、回転子４の径方
向の中間部１１の高温超電導テープ２は重ね巻き枚数を
１としたものである。重ね巻きした高温超電導テープ２
は両端で並列に接続される。このように構成することに
より、回転子４の径方向の内径部１０および外径部１２
の通電電流は高温超電導テープ２枚の臨界電流まで増加
することが可能となり、従来この位置のｃ軸９方向の磁
界に対するテープの臨界電流値で制限されていた界磁巻
線１Ｂ全体の臨界電流値を最大その２倍まで増加するこ
とができる。その結果、大きな臨界電流密度を有する回
転子４の径方向の中間部１１にはその最大能力まで通電
することができ、したがって、界磁巻線１全体の電流密
度を向上させることができる。
【００２０】各パンケーキ型コイル３の高温超電導テー
プ２の重ね巻き枚数は本実施の形態のほかに、任意の枚
数から選ぶことができ、それにより、界磁巻線１Ｂ全体
の電流密度をさらに向上させることができる。
プ２の重ね巻き枚数は本実施の形態のほかに、任意の枚
数から選ぶことができ、それにより、界磁巻線１Ｂ全体
の電流密度をさらに向上させることができる。
【００２１】（第３の実施の形態）（請求項５，６対
応） 図３は、本発明の第３の実施の形態に係る界磁巻線１Ｃ
を備えた高温超電導回転電機の横断面図である。この界
磁巻線１Ｃは回転子径方向の中間部１１のパンケーキ型
コイル３に巻く高温超電導テープ２に対し、回転子径方
向の内径部１０および外径部１２のパンケーキ型コイル
３に巻く高温超電導テープ２の断面積が中間部１１のそ
れよりも大きくなるように構成されている。また、断面
積が異なる高温超電導テープ２のテープ厚さは、すべて
のパンケーキ型コイル３で同一とする。このように構成
することにより、臨界電流密度の小さい回転子径方向の
内径部１０および外径部１２のパンケーキ型コイル３の
高温超電導テープ２の断面積を増やすことができるの
で、各パンケーキ型コイル３の臨界電流値を一致させる
ことができる。それにより、界磁巻線１Ｃ全体の電流密
度の向上を達成することができる。また、テープ厚さを
同一にし、かつ巻回数を同一にすることにより、各パン
ケーキ型コイル３の内外径寸法を一致させることができ
る。このようなパンケーキ型コイル３を積層することに
より、界磁巻線１Ｃの外側面１５の凹凸を無くすことが
できるので、無効空間を低減することができ、ひいては
界磁巻線１Ｃの電流密度の向上を達成することができ
る。
応） 図３は、本発明の第３の実施の形態に係る界磁巻線１Ｃ
を備えた高温超電導回転電機の横断面図である。この界
磁巻線１Ｃは回転子径方向の中間部１１のパンケーキ型
コイル３に巻く高温超電導テープ２に対し、回転子径方
向の内径部１０および外径部１２のパンケーキ型コイル
３に巻く高温超電導テープ２の断面積が中間部１１のそ
れよりも大きくなるように構成されている。また、断面
積が異なる高温超電導テープ２のテープ厚さは、すべて
のパンケーキ型コイル３で同一とする。このように構成
することにより、臨界電流密度の小さい回転子径方向の
内径部１０および外径部１２のパンケーキ型コイル３の
高温超電導テープ２の断面積を増やすことができるの
で、各パンケーキ型コイル３の臨界電流値を一致させる
ことができる。それにより、界磁巻線１Ｃ全体の電流密
度の向上を達成することができる。また、テープ厚さを
同一にし、かつ巻回数を同一にすることにより、各パン
ケーキ型コイル３の内外径寸法を一致させることができ
る。このようなパンケーキ型コイル３を積層することに
より、界磁巻線１Ｃの外側面１５の凹凸を無くすことが
できるので、無効空間を低減することができ、ひいては
界磁巻線１Ｃの電流密度の向上を達成することができ
る。
【００２２】（第４の実施の形態）（請求項７，８対
応） 図４および図５は本発明の第４の実施の形態に係る界磁
巻線１Ｄおよび１Ｅを備えた高温超電導回転電機の回転
子の横断面図を示すものである。図４の実施の形態にお
いては、界磁巻線１Ｄの断面を回転子４の径方向５に見
て内径部１０、中間部１１、および外径部１２に分けた
ときの内径部１０および外径部１２であって、かつパン
ケーキ型コイル３の径方向に内径部１５、中間部１６お
よび外径部１７に分けたときの中間部１６の空間には、
高温超電導テープ２を巻線しないものとする。このパン
ケーキ型コイル３の径方向の中間部１６には絶縁物１９
を充填するか、あるいは図５に示すように、銅またはア
ルミニウムまたはそれらの合金で構成される常電導金属
からなる導体２０を巻装し、その両端を高温超電導テー
プ２と接続することにより、パンケーキ型コイル３を構
成する。Ｘ軸方向の磁界成分の最大値は界磁巻線１Ｄ，
１Ｅの（（Ｘ１＋Ｘ２）／２，Ｙ１）および（（Ｘ１＋
Ｘ２）／２，Ｙ２）、すなわち回転子４の径方向５で内
径部１０および外径部１２で、かつパンケーキ型コイル
３の径方向の中間部１６に発生し、この位置の臨界電流
密度が最小値となる。したがって、この位置に高温超電
導テープ２を配置しないことにより、臨界電流密度の最
小値を大きくすることができる。高温超電導テープ２の
代わりに絶縁物１９を充填する（図４）ことにより、パ
ンケーキ型コイル３を所定形状に保つことができる。さ
らにまた、絶縁物１９の代わりに常電導金属からなる導
体２０を巻装することにより、界磁巻線１Ｅの電流密度
を向上させることができる。
応） 図４および図５は本発明の第４の実施の形態に係る界磁
巻線１Ｄおよび１Ｅを備えた高温超電導回転電機の回転
子の横断面図を示すものである。図４の実施の形態にお
いては、界磁巻線１Ｄの断面を回転子４の径方向５に見
て内径部１０、中間部１１、および外径部１２に分けた
ときの内径部１０および外径部１２であって、かつパン
ケーキ型コイル３の径方向に内径部１５、中間部１６お
よび外径部１７に分けたときの中間部１６の空間には、
高温超電導テープ２を巻線しないものとする。このパン
ケーキ型コイル３の径方向の中間部１６には絶縁物１９
を充填するか、あるいは図５に示すように、銅またはア
ルミニウムまたはそれらの合金で構成される常電導金属
からなる導体２０を巻装し、その両端を高温超電導テー
プ２と接続することにより、パンケーキ型コイル３を構
成する。Ｘ軸方向の磁界成分の最大値は界磁巻線１Ｄ，
１Ｅの（（Ｘ１＋Ｘ２）／２，Ｙ１）および（（Ｘ１＋
Ｘ２）／２，Ｙ２）、すなわち回転子４の径方向５で内
径部１０および外径部１２で、かつパンケーキ型コイル
３の径方向の中間部１６に発生し、この位置の臨界電流
密度が最小値となる。したがって、この位置に高温超電
導テープ２を配置しないことにより、臨界電流密度の最
小値を大きくすることができる。高温超電導テープ２の
代わりに絶縁物１９を充填する（図４）ことにより、パ
ンケーキ型コイル３を所定形状に保つことができる。さ
らにまた、絶縁物１９の代わりに常電導金属からなる導
体２０を巻装することにより、界磁巻線１Ｅの電流密度
を向上させることができる。
【００２３】
【発明の効果】本発明によれば、界磁巻線内部の位置に
よる高温超電導テープに加わるｃ軸方向の磁界の差異に
よる高温超電導テープの臨界電流の変動を抑制し、臨界
電流の向上を達成することができる。ひいては、界磁巻
線全体の運転電流密度の向上を達成することができる。
よる高温超電導テープに加わるｃ軸方向の磁界の差異に
よる高温超電導テープの臨界電流の変動を抑制し、臨界
電流の向上を達成することができる。ひいては、界磁巻
線全体の運転電流密度の向上を達成することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による高温超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図。
転電機の界磁巻線の横断面図。
【図２】本発明の第２の実施の形態による高温超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図。
転電機の界磁巻線の横断面図。
【図３】本発明の第３の実施の形態による高温超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図。
転電機の界磁巻線の横断面図。
【図４】本発明の第４の実施の形態による高温超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図。
転電機の界磁巻線の横断面図。
【図５】本発明の第５の実施の形態による高温超電導回
転電機の界磁巻線の横断面図。
転電機の界磁巻線の横断面図。
【図６】従来の高温超電導回転電機の界磁巻線の斜視図
およびその要部の拡大横断面図。
およびその要部の拡大横断面図。
【図７】超電導導体の臨界電流密度の磁界依存性を表す
線図。
線図。
【図８】従来の高温超電導回転電機の界磁巻線内部の回
転子軸中央部断面の磁界分布を説明するための図。
転子軸中央部断面の磁界分布を説明するための図。
１ 界磁巻線 １Ａ 第１の実施の形態による界磁巻線 １Ｂ 第２の実施の形態による界磁巻線 １Ｃ 第３の実施の形態による界磁巻線 １Ｄ 第４の実施の形態による界磁巻線 １Ｅ 第５の実施の形態による界磁巻線 ２ 高温超電導テープ ３ パンケーキ型コイル ４ 回転子 ６ ａｂ軸 ７ Ｙ軸方向 ８ Ｘ軸方向 ９ ｃ軸
フロントページの続き (72)発明者 山 田 正 人 大阪府大阪市北区中之島３丁目３番22号 関西電力株式会社内 (72)発明者 中 西 一 夫 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 中 村 英 之 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 長 村 英 博 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内
Claims (8)
- 【請求項１】高温超電導テープを平巻きしたパンケーキ
型コイルを回転子の径方向に複数個積層して構成したこ
とを特徴とする高温超電導回転電機の界磁巻線。 - 【請求項２】請求項１に記載の高温超電導回転電機の界
磁巻線において、界磁巻線の横断面を回転子の径方向に
内径部、中間部、および外径部に分けたときの、前記内
径部および外径部を構成するパンケーキ型コイルには高
温超電導材のｃ軸方向の磁界に対する臨界電流密度の高
い高温超電導テープが巻線され、中間部を構成するパン
ケーキ型コイルには高温超電導材のａｂ軸方向の磁界に
対する臨界電流密度の高い高温超電導テープが巻線され
ていることを特徴とする高温超電導回転電機の界磁巻
線。 - 【請求項３】請求項２に記載の高温超電導回転電機の界
磁巻線において、内径部および外径部を構成するパンケ
ーキ型コイルはＢｉ２２２３系高温超電導テープからな
り、中間部を構成するパンケーキ型コイルはＢｉ２２１
２系高温超電導テープからなっていることを特徴とする
高温超電導回転電機の界磁巻線。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれかに記載の高温
超電導回転電機の界磁巻線において、前記パンケーキ型
コイルが、任意枚数重ね巻きされた高温超電導テープか
らなり、かつパンケーキ型コイルごとに異なる枚数の高
温超電導テープが重ね巻きされていることを特徴とする
高温超電導回転電機の界磁巻線。 - 【請求項５】請求項１ないし４のいずれかに記載の高温
超電導回転電機の界磁巻線において、パンケーキ型コイ
ルの配置位置によって高温超電導テープの断面積が異な
ることを特徴とする高温超電導回転電機の界磁巻線。 - 【請求項６】請求項５に記載の高温超電導回転電機の界
磁巻線において、高温超電導テープの厚さがどのパンケ
ーキ型コイルにおいても同一であることを特徴とする高
温超電導回転電機の界磁巻線。 - 【請求項７】請求項１に記載の高温超電導回転電機の界
磁巻線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの内径部およ
び外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に
内径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の
空間には、高温超電導テープが配置されることなく絶縁
物が充填されていることを特徴とする高温超電導回転電
機の界磁巻線。 - 【請求項８】請求項１に記載の高温超電導回転電機の界
磁巻線において、界磁巻線の断面を回転子の径方向に内
径部、中間部、および外径部に分けたときの内径部およ
び外径部であって、かつパンケーキ型コイルの径方向に
内径部、中間部、および外径部に分けたときの中間部の
空間には、高温超電導テープが配置されることなく、銅
またはアルミニウムまたはそれらの合金からなる常電導
金属からなる導体が配置されていることを特徴とする高
温超電導回転電機の界磁巻線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12495498A JP3853515B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 高温超電導回転電機の界磁巻線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12495498A JP3853515B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 高温超電導回転電機の界磁巻線 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11318071A true JPH11318071A (ja) | 1999-11-16 |
| JP3853515B2 JP3853515B2 (ja) | 2006-12-06 |
Family
ID=14898334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12495498A Expired - Fee Related JP3853515B2 (ja) | 1998-05-07 | 1998-05-07 | 高温超電導回転電機の界磁巻線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3853515B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7285881B2 (en) | 2000-08-16 | 2007-10-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Superconducting device comprising a cooling unit for cooling a rotating, superconductive coil |
| CN115004514A (zh) * | 2019-11-20 | 2022-09-02 | 株式会社电装 | 旋转电机 |
-
1998
- 1998-05-07 JP JP12495498A patent/JP3853515B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7285881B2 (en) | 2000-08-16 | 2007-10-23 | Siemens Aktiengesellschaft | Superconducting device comprising a cooling unit for cooling a rotating, superconductive coil |
| CN115004514A (zh) * | 2019-11-20 | 2022-09-02 | 株式会社电装 | 旋转电机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3853515B2 (ja) | 2006-12-06 |
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