(57)【要約】【課題】電気特性の劣化を抑制することが可能な超電導コイル体、および当該超電導コイル体を用いた超電導機器を提供する。【解決手段】本発明に係る超電導コイル体は、たとえばステータコイル２１を構成するレーストラック型コイルと、レーストラック型コイルの内周面側に配置されたたとえばステータコア２３と、レーストラック型コイルの直線部およびステータコア２３の側方に対向し、かつ、ステータコア２３の直線部の長さ以上の長さを有するとともに、レーストラック型コイルを挟むように配置された１組の磁束線誘導部材５０とを備える。レーストラック型コイルの内周面側から外周面側に進行する磁束５９は磁束線誘導部材５０を通り、磁束線誘導部材５０から漏洩した漏洩磁束５８は、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に交差する方向に進行する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーストラック型コイルと、
前記レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイルであり、
前記レーストラック型コイルの直線部および前記コアの側方に対向し、かつ、前記コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、前記レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える、超電導コイル体。
【請求項２】
前記１組の磁束線誘導部材は、前記レーストラック型コイルを挟む互いに対向する前記１組の面が、前記レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置された、請求項１に記載の超電導コイル体。
【請求項３】
前記レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、前記１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有する、請求項１または２に記載の超電導コイル体。
【請求項４】
前記磁束線誘導部材は鋼板からなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導コイル体。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導コイル体を用いた超電導機器。
【請求項６】
レーストラック型コイルと、
前記レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイル体を用いたロータであって、
前記レーストラック型コイルの直線部および前記コアの側方に対向し、かつ、前記コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、前記レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える、ロータ。
【請求項７】
前記１組の磁束線誘導部材は、前記レーストラック型コイルを挟む互いに対向する前記１組の面が、前記レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置された、請求項６に記載のロータ。
【請求項８】
前記レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、前記１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有する、請求項６または７に記載のロータ。
【請求項９】
前記磁束線誘導部材は鋼板からなる、請求項６〜８のいずれか１項に記載のロータ。
【請求項１０】
レーストラック型コイルと、
前記レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイル体を用いたステータであって、
前記レーストラック型コイルの直線部および前記コアの側方に対向し、かつ、前記コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、前記レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える、ステータ。
【請求項１１】
前記１組の磁束線誘導部材は、前記レーストラック型コイルを挟む互いに対向する前記１組の面が、前記レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置された、請求項１０に記載のステータ。
【請求項１２】
前記レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、前記１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有する、請求項１０または１１に記載のステータ。
【請求項１３】
前記磁束線誘導部材は鋼板からなる、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載のステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導コイル体、超電導機器、ロータおよびステータに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
たとえばモータの駆動能力を向上するために、回転子であるロータに用いるコイルとして超電導コイルを用いることがある。超電導コイルは、通常のコイルに比べて通電可能な電流値を大きくすることにより、高強度の磁場を提供することができるためである。
【０００３】
しかし、超電導コイルに電流を流した際に発生する上記の高強度の磁場が、当該電流の電気特性を劣化させることがある。具体的には、上記の高強度の磁場が原因で、たとえば超電導コイルの臨界電流値が低下することがある。そして、磁場のなかでも特に、超電導コイルの幅方向や長軸方向に交差する方向、特に超電導コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向（より具体的には超電導線材の主表面を貫通する方向）に加わる磁場は、当該超電導コイルの電流特性を劣化させ、当該超電導コイルにおいてクエンチングなどの現象が起きる原因となる。そこで、磁場による電気特性の劣化を抑制する超電導コイルとして、たとえば以下の特許文献１に開示された態様のものが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２４４２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図８は、従来の超電導モータのロータとステータが構成される領域の断面図である。言い換えれば図８は、従来の超電導モータの、後述する図１の線分ＩＩ−ＩＩと同一領域における断面図である。また図９は、図８の丸点線で囲んだ「ＩＸ」部の拡大図である。
【０００６】
モータ本体部３０を示す図８にて丸点線で囲まれた領域１ａは、図８の中心部に存在するロータのロータコイル１１が巻回されたロータコア１３の側方において、もっとも外側の領域（外周側）である。また図８中にて丸点線で囲まれた領域１ｂは、ロータの外周部に存在するステータのステータコイル２１が巻回されたステータコア２３の側方において、もっとも内側の領域（中央側）である。これらの領域は、発明者がシミュレーションなどを用いて検討したところ、磁場の強度が高くなりやすい。すなわちこれらの領域に配置されているロータコイル１１やステータコイル２１には強い磁場が印加されることになる。これらの強い磁場は特に、上述したようにロータコイル１１やステータコイル２１を構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向（図８におけるロータスロット１２およびステータスロット２２の左右方向）に加わる。すると、図９に示すように、たとえばステータコイル２１を構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向（図９の左右方向）に磁場が加わるため磁束５９が通過する。このため、当該超電導線材（ステータコイル２１）の超電導特性が劣化する。
【０００７】
この現象は特に複数積層されているうちもっとも外側のロータコイル１１の部分（ステータコイル２１側に近い部分）や、もっとも内側のステータコイル２１（ロータコイル１１側に近い）において顕著である。このため特許文献１においては、複数積層されている超電導コイルのうち、積層方向に関する一方の端部の超電導コイルおよび他方の端部の超電導コイルに対してのみ、超電導線材を巻回する角度に傾斜を設けている。このようにして、当該超電導線材に加わる磁場による磁束が当該超電導線材の厚み方向に沿った方向に貫通することを抑制している。
【０００８】
しかしながら図９に示すように、もっとも外側のロータコイル１１の部分以外の、積層されたロータコイル１１の他の部分や、もっとも内側のステータコイル２１の部分以外の、積層されたステータコイル２１の他の部分に対しても、当該コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向に貫通するように通過する磁束は存在する。しかるに特許文献１に開示されている超電導コイルにおいては、一方の端部および他方の端部以外の超電導コイルに関しては、巻回する角度に傾斜を設けるなどの処置を施していない。このため特に一方の端部や他方の端部に近い超電導コイルにおいては、これを構成する超電導線材を厚み方向に沿うように貫通する磁束が多く存在する。したがって当該超電導コイルの超電導特性が劣化する可能性がある。
【０００９】
本発明は上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、電気特性の劣化を抑制することが可能な超電導コイル体、および当該超電導コイル体を用いた超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超電導コイル体は、レーストラック型コイルと、レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイルである。レーストラック型コイルの直線部およびコアの側方に対向し、かつ、コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える。
【００１１】
超電導線材をたとえばコアの周囲にパンケーキ状に巻回することにより形成されるレーストラック型コイルに電流を流すと磁場が発生する。この磁場による磁束は概ね、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の幅方向に沿った方向（すなわちたとえば上記図９における上下方向）に進行する。しかし、図９の複数積層されたレーストラック型コイル（ステータコイル２１）の積層方向に関する最上部や最下部については、当該磁束が湾曲する。この磁束の湾曲はたとえばコアの存在によるものである。すなわち、湾曲された磁束はレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向（すなわちたとえば上記図９の磁束５９と略同じ、左側から右側に向かう方向）に進行する。なお、ここでレーストラック型コイルの内周面とは、パンケーキ状に巻回された超電導線材のうちコアに対向する最も内側の面をいい、当該コイルの外周面とは、レーストラック型コイルの巻回されるコアから最も離れた、最も外側の面をいう。また、図９における積層方向に関する中央付近においても、一部の磁束は漏洩などにより本来とは異なる方向に、すなわちレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿った方向に進行する。
【００１２】
上述したように本発明に係る超電導コイル体は、レーストラック型コイルの直線部およびコアの側方に対向するように、具体的にはレーストラック型コイルの内周面側から外周面側にかけて、超電導線材の幅方向の両端側から挟むように１組の磁束線誘導部材を配置する。このためレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向の磁束は、当該磁束線誘導部材の配置された領域に集束し、当該磁束線誘導部材を通るように進行する。
【００１３】
したがってレーストラック型コイルの超電導線材を内周面から外周面に向かうように貫通する磁束の量が減少するが、磁束線誘導部材を通る磁束の一部は隣接するレーストラック型コイルの方へ漏洩する。この漏洩した磁束については、レーストラック型コイルを挟む１組の磁束線誘導部材によりその進行方向がほぼ均一に揃った状態となる。具体的には、当該磁束が１組の磁束線誘導部材のうち一方の磁束線誘導部材から、これに対向する他方の磁束線誘導部材へ向かう方向を向くように湾曲される。したがって、レーストラック型コイルにおける磁束の方向は、超電導線材の厚み方向に交差する方向（より好ましくは超電導線材の主表面に沿った方向）に揃うようになる。このため、レーストラック型コイルにおける電気特性の劣化を抑制することができる。
【００１４】
本発明に係る超電導コイル体において、１組の磁束線誘導部材は、レーストラック型コイルを挟む互いに対向する１組の面が、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置されることが好ましい。
【００１５】
上記１組の磁束線誘導部材が挟むレーストラック型コイルと対向する面同士が平行でなく、大きな角度を有する場合、当該１組の磁束線誘導部材により一方の磁束線誘導部材から他方の磁束線誘導部材に向かう磁束の方向を上記１組の磁束線誘導部材の間の空間において均一化することが難しくなる。したがって、当該１組の磁束線誘導部材が挟むレーストラック型コイルにおける磁束の方向を超電導線材の厚み方向に交差する方向を向くよう揃える機能が低下する。したがって、当該１組の磁束線誘導部材の、レーストラック型コイルと対向する面同士は、互いに略平行となるように配置されることが好ましい。このようにすれば、当該磁束線誘導部材が、超電導線材の厚み方向に印加される磁場を、より確実に所望の方向を向くように揃えることができる。このため、当該レーストラック型コイルの電気特性の劣化を抑制することができる。なお、両者（当該１組の磁束線誘導部材）が平行となるように配置されることがさらに好ましい。
【００１６】
本発明に係る超電導コイル体において、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、磁束線誘導部材が対向する１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有することが好ましい。なおここで主表面とは、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の、幅方向と長手方向とがなす主表面（内周面や外周面を含む）をいう。
【００１７】
上述したように、１組の磁束線誘導部材により、レーストラック型コイルにおける磁束の進行方向がほぼ均一化される。しかし、発生する磁場の状態にもよるが当該磁場の印加される方向（磁束線の方向）は、１組の磁束線誘導部材の対向する面に対して垂直な方向ではなく、当該垂直な方向に対して傾斜角を有している。したがって、当該磁場が印加される方向に沿った方向に、レーストラック型コイルの超電導線材の幅方向（主表面の延在する方向）が配置されることが好ましい。そのためには具体的には、当該レーストラック型コイルの超電導線材の主表面は、１組の磁束線誘導部材の対向する面に垂直な方向に対して傾斜角を有することが好ましい。このようにすれば、１組の磁束線誘導部材に挟まれた領域における磁束の、超電導線材の厚み方向に沿った方向の成分が非常に小さくなる。このため、磁場の影響によるレーストラック型コイルの超電導特性の劣化をさらに抑制することができる。
【００１８】
なお、１組の磁束線誘導部材が対向する面に垂直な方向に対して４５°を超える方向に進行する磁束がレーストラック型コイルに印加されることは少ない。また、上記垂直な方向に対して４５°を超える傾斜角を有するよう超電導線材を設置することは困難である。このため、超電導線材の主表面の傾斜角は上述した角度範囲とすることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る超電導コイル体において、磁束線誘導部材は鋼板からなることが好ましい。鋼板を用いることにより、当該磁束線誘導部材に挟まれた領域における磁場の印加される方向を高効率に、かつ確実に制御することができる。
【００２０】
上述した本発明に係る超電導コイル体を用いた、たとえばモータなどの超電導機器は、超電導コイルに流れる超電導特性の劣化が抑制される。したがって、より高い電気特性を備え、かつ高い磁場を印加することにより、高い駆動力を提供することができる、モータなどの超電導機器を提供することができる。
【００２１】
本発明に係るロータは、レーストラック型コイルと、レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイル体を用いたロータである。レーストラック型コイルの直線部および上記コアの側方に対向し、かつ、上記コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える。
【００２２】
上述した本発明に係る超電導コイル体を用いた超電導機器であるたとえばモータ（超電導モータ）を構成するロータは、特にレーストラック型コイルが巻回されたロータコアの側部において、最も外側の領域（外周側）の磁場が強くなる。また、当該外周側においては、たとえばロータコアの存在により、磁束が湾曲しやすい。このため、当該磁束がレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行しやすくなる。レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行する磁束は、レーストラック型コイルの超電導特性を劣化させやすい。このため、レーストラック型コイルの内周面側から外周面側にかけて、超電導線材の幅方向の両端側から挟むように１組の磁束線誘導部材を配置する。このようにすれば、上述したようにレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行する磁束を、当該磁束線誘導部材を通るように集束することができる。このため、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することを抑制することができる。
【００２３】
また、上述したように、当該磁束線誘導部材からレーストラック型コイルの方へ漏洩した磁束についても、レーストラック型コイルを挟む１対の磁束線誘導部材により、一方の磁束線誘導部材から、これに対向する他方の磁束線誘導部材へ向かう方向を向くように湾曲される。このため、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することをさらに確実に抑制することができる。
【００２４】
なお、ロータの当該１組の磁束線誘導部材は、レーストラック型コイルを挟む互いに対向する１組の面が、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置されることが好ましい。上記レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有することが好ましい。このようにすれば、ロータにおいて、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することをさらに確実に抑制することができる。さらに、ロータの当該磁束線誘導部材は鋼板からなることが好ましい。
【００２５】
本発明に係るステータは、レーストラック型コイルと、レーストラック型コイルの内周面側に配置されたコアとを備える超電導コイル体を用いたステータである。レーストラック型コイルの直線部および上記コアの側方に対向し、かつ、上記コアの直線部の長さ以上の長さを有するとともに、レーストラック型コイルを１組の面で挟むように配置された１組の磁束線誘導部材とを備える。
【００２６】
上述した本発明に係る超電導コイル体を用いた超電導機器であるたとえばモータ（超電導モータ）を構成するステータは、特にレーストラック型コイルが巻回されたステータコアの側部において、最も内側の領域（中央側）の磁場が強くなる。また、当該外周側においては、たとえばステータコアの存在により、磁束が湾曲しやすい。このため、当該磁束がレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行しやすくなる。レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行する磁束は、レーストラック型コイルの超電導特性を劣化させやすい。このため、レーストラック型コイルの内周面側から外周面側にかけて、超電導線材の幅方向の両端側から挟むように１組の磁束線誘導部材を配置する。このようにすれば、上述したようにレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に進行する磁束を、当該磁束線誘導部材を通るように集束することができる。このため、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することを抑制することができる。
【００２７】
また、ステータについても、当該磁束線誘導部材からレーストラック型コイルの方へ漏洩した磁束は、レーストラック型コイルを挟む１対の磁束線誘導部材により所望の方向に湾曲される。このため、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することをさらに確実に抑制することができる。
【００２８】
ステータについても、当該１組の磁束線誘導部材は、レーストラック型コイルを挟む互いに対向する１組の面が、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に沿うように配置されることが好ましい。上記レーストラック型コイルを構成する超電導線材の主表面は、１組の面に垂直な方向に対して０°超え４５°以下の傾斜角を有することが好ましい。このようにすれば、ステータにおいて、レーストラック型コイルを内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することをさらに確実に抑制することができる。さらに、ステータの当該磁束線誘導部材は鋼板からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、電気特性の劣化を抑制することが可能な超電導コイル体を提供することができる。また、当該超電導コイル体を用いた、高い電流により高強度の磁場を発生させ、高い駆動力を供給することが可能な超電導機器（モータ）や、モータを構成するロータやステータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係るモータの概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るモータの断面の態様を示す、図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】図２における丸点線「ＩＩＩ」で囲まれた領域の拡大図である。
【図４】図２における丸点線「ＩＶ」で囲まれた領域の拡大図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るモータにおける、本発明の実施の形態１に係るモータの図３と同一領域の態様を示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るモータにおける、本発明の実施の形態１に係るモータの図３と同一領域の態様を示す概略図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係るモータにおける、本発明の実施の形態１に係るモータの図４と同一領域の態様を示す概略図である。
【図８】従来の超電導モータのロータとステータが構成される領域の断面図である。
【図９】図８の丸点線で囲んだ「ＩＸ」部の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
（実施の形態１）
図１、図２を参照して、本発明の実施の形態１に係るモータ１００は、回転子であるロータ１０と、ロータ１０の周囲に配置されたステータ２０とからなるモータ本体部３０と、ロータ１０の回転を出力する負荷に接続される出力軸１８とを備える。出力軸１８は回転するため、ベアリング３５によりステータ２０に回転可能に固定される。
【００３３】
ロータ１０は、出力軸１８の長軸方向に延びる外周面の周囲に形成されたロータ軸１６を含む。また、ロータ１０は、ロータ軸１６の、出力軸１８に交差する断面における中央部分（出力軸１８が配置されている領域）から放射状に、ロータ軸１６の外周面（外周部）から突出するように延びるロータコア１３と、ロータコア１３に巻回されたロータコイル１１とを含んでいる。ステータ２０は、ロータ軸１６の、出力軸１８に交差する断面において、ロータ１０の周囲を囲むように配置されており、磁界を発生させるステータコイル２１と、ステータコイル２１を含むステータ２０の本体をなすステータコア２３とを含んでいる。
【００３４】
ロータ１０における各ロータコイル１１は、図１に示すように、たとえば鉄で形成された各ロータコア１３の長手方向の側面を覆うようにレーストラック形状をなすように複数回巻回（ターン）されたレーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルである。各ロータコイル１１を構成するレーストラック型コイルは、超電導線材をパンケーキ巻きすることにより、レーストラック型コイルとしての態様をなしている。ステータ２０における各ステータコイル２１も同様に、図２に示すようにロータ１０の配置される方向に（すなわちモータ本体部３０の中央側に）たとえば鉄で形成されたステータコア２３が突出する領域を覆うように複数回巻回（ターン）されたレーストラック型コイルを複数個積層した超電導コイルである。各ステータコイル２１を構成するレーストラック型コイルは、超電導線材をパンケーキ巻きすることにより、レーストラック型コイルとしての態様をなしている。そして、後で詳細に説明するように、ロータコイル１１およびステータコイル２１では、これらを構成するレーストラック型コイルを挟むように（つまり超電導線材の幅方向に関する両端部（図１、図２における上下側）に位置し、当該超電導線材を挟むように）磁束線誘導部材５０が配置されている。なお、図１においては図を見やすくするため、図２に示したステータコア２３やステータコイル２１、コイル冷却容器１７などについては図示を省略している。
【００３５】
図１、図２に示すように、モータ１００において、ロータコイル１１、ステータコイル２１としてレーストラック型コイルが２層積層されている。ロータコイル１１およびステータコイル２１を構成する複数個のレーストラック型コイルは、超電導線材により形成された超電導コイルである。以上のような配置とすることにより、レーストラック型コイルに電流を流すことで当該モータ１００の駆動力の発生源となる磁場を発生することができる。
【００３６】
なお、上述したロータコイル１１およびステータコイル２１を構成する各レーストラック型コイルに用いる超電導線材は、超電導層を含む積層構造を有する薄膜超電導線材であってもよいし、超電導体としての粉末をチューブに充填し、伸線加工、焼結処理などを行なうことにより形成した超電導線材であってもよい。また、当該超電導線材に用いる超電導体の材質としては、たとえばＢｉ（ビスマス）系やＹ（イットリウム）系などの酸化物から構成される、酸化物超電導線材を用いることが好ましい。酸化物超電導線材は、金属超電導線材に比べて高温で超電導体としての機能を発揮しうるため、酸化物超電導線材を用いることにより、たとえばコイルを冷却する設備の簡素化などを図ることができる。
【００３７】
超電導線材から構成される当該レーストラック型コイルを冷却するために、図２に示すように、ロータスロット１２やステータスロット２２の内部の、レーストラック型コイルの巻回される周囲にコイル冷却容器１７が配置される。異なる観点から言えば、ロータスロット１２やステータスロット２２の内部を満たすコイル冷却容器１７の内部にロータコイル１１またはステータコイル２１が配置されている。
【００３８】
図１、図２に示すように、モータ１００（モータ本体部３０）のロータコイル１１およびステータコイル２１では、これらを構成する超電導線材の幅方向に関する両端部（図１、図２における上下側）に、当該超電導線材を挟むように磁束線誘導部材５０が配置されている。当該磁束線誘導部材５０は、図１に示すように、レーストラック型コイルの直線部（図１におけるロータコイル１１の左右方向に延在する直線部）の全体を、超電導線材の両端側から挟むように配置されていることが好ましい。すなわち、レーストラック型コイルの直線部に延在する方向に関して、上記磁束線誘導部材５０は、当該直線部の長さ以上の長さを有することが好ましい。
【００３９】
また、当該磁束線誘導部材５０は、レーストラック型コイルが巻回されるロータコア１３およびステータコア２３の側方（当該ロータコア１３およびステータコア２３の、レーストラック型コイルの内周面と対向する側面）に対向するように配置されていることが好ましい。
【００４０】
たとえばロータコア１３に巻回されたロータコイル１１をなす個々のレーストラック型コイルは、電流が流れることにより周囲に磁場を発生する。これは概ね、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の幅方向に沿った方向である。すなわちたとえば図３に示すステータコイル２１の上下方向に沿った方向である。しかしながら、たとえば図３のようにレーストラック型コイル（ステータコイル２１）が２層積層されている場合において、図３の最上部や最下部については当該磁束が湾曲する。すなわち図３の磁束５９のように、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向（図３における左側から右側）に進行する磁束が発生する。これは当該レーストラック型コイルが巻回されたステータコア２３の存在により磁束が湾曲されることによるものである。
【００４１】
また、特にステータコイル２１では、図３の最下部（中央側）でステータコア２３の側方において、レーストラック型コイルに流れる電流（超電導）により大きな磁場が発生する。発生する磁場が大きい分、当該中央側においては特に、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向に進行する磁束が大きくなりやすい。同様に、ロータコイル１１においては、図４の最上部（外周側）でロータコア１３の側方において、レーストラック型コイルに流れる電流（超電導）により大きな磁場が発生する。このため当該外周側においては特に、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向に進行する磁束が大きくなりやすい。
【００４２】
ステータコイル２１はステータコア２３の周囲を巻回するように配置されて図３に示す断面形状をなしている。レーストラック型コイルにおいて複数回巻回される超電導線材が積層される方向に沿った方向が、上記超電導線材の厚み方向であり、図３における左右方向である。
【００４３】
あるいはたとえば図３に示すステータコイル２１の上下方向に沿った方向に進行していた磁束が、種々の外乱要因により一部が漏洩する。漏洩した磁束は本来の方向と異なる、図３のレーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向に進行する。したがって、上述したロータコア１３の存在や磁束の漏洩に起因して、超電導線材の厚み方向に沿った方向の磁束が印加されることになる。するとステータコイル２１のレーストラック型コイル（超電導線材）を流れる電流に対して、臨界電流値を低下させたり、クエンチングなどの不具合を生じさせたりなどの、電気特性の劣化を招く。
【００４４】
ところが、モータ本体部３０において配置された上記の磁束線誘導部材５０は、周囲に存在する磁束に対して、当該磁束線誘導部材５０を通過するように集束したり、周囲に存在する磁束の印加される方向を制御させたりする役割を有する。したがって図３の磁束５９が示すように、たとえばステータコイル２１を構成する１つのレーストラック型コイルを内周面側から外周面側に、レーストラック型コイルを貫通するように通過しようとする磁束が、レーストラック型コイルに隣接する磁束線誘導部材５０により引き寄せられる。このため当該磁束５９は、レーストラック型コイルを厚み方向に貫通せず、磁束線誘導部材５０を通るようになる。したがって磁束線誘導部材５０は、磁束５９がレーストラック型コイルを、特に超電導線材の厚み方向に沿った方向に通過することを抑制する役割を有する。このため、レーストラック型コイルに流れる電流の電気特性の劣化を抑制することができる。
【００４５】
しかし磁束５９はすべてが磁束線誘導部材５０を通れるとは限らず、一部が図３に示す漏洩磁束５８のように磁束線誘導部材５０に沿った方向からはみ出す（磁束線誘導部材５０に沿った方向とは異なる方向に進む）ことがある。当該磁束線誘導部材５０からはみ出した漏洩磁束５８は、隣接するステータコイル２１のレーストラック型コイルに進入する。しかしレーストラック型コイルに進入した漏洩磁束５８は、図３に示すように超電導線材の幅方向の両端部（すなわち図３におけるレーストラック型コイルの上下側）からこれを挟む磁束線誘導部材５０により、その進行方向がレーストラック型コイルのほぼ全幅において均一に揃えられる（つまり、漏洩磁束５８の進行方向は、１組の磁束線誘導部材５０の一方から他方へ向かう所定の方向にほぼ揃った状態となる）。具体的には、１組の磁束線誘導部材５０は、互いに対向する（レーストラック型コイルと対向する）面に略垂直な方向に磁束の進行方向を揃える機能を有する。このため、図３に示すように、当該面に略垂直な方向（図３における上下方向）に、漏洩磁束５８の進行方向は湾曲される。漏洩磁束５８の湾曲される方向は、図３に示すように、磁束線誘導部材５０の延在する方向（図３における左右方向）におけるいずれの領域においてもほぼ同じ方向に揃えられる。すなわち、レーストラック型コイルの内周面付近の領域においても、外周面付近の領域においてもほぼ同様の方向（１組の磁束線誘導部材５０のうち一方から他方に向かう方向に近い方向）を向く。したがって、レーストラック型コイルにおける磁束は、超電導線材の厚み方向に交差する方向（幅方向に沿った方向）に進行する。
【００４６】
以上のように、磁束線誘導部材５０がレーストラック型コイルを挟むように配置されることにより、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向にレーストラック型コイルを貫通しようとする磁束は、磁束線誘導部材５０に集束されることによりその密度が低減される。また、磁束線誘導部材５０の延在する方向に進行する磁束５９の一部がレーストラック型コイルの方に漏洩しても、１組の磁束線誘導部材５０が漏洩磁束５８の進行方向を制御することにより、当該漏洩磁束５８は一定の進行方向に揃えられる。このため、レーストラック型コイルにおいて内周面から外周面に向かう方向に貫通しようとする磁束の量が低減される。以上により、レーストラック型コイルにおける超電導特性を劣化させるとされる方向の磁場の印加を抑制することができる。このため、レーストラック型コイル（ステータコイル２１）における超電導特性の劣化を抑制することができる。すなわち本実施の形態１におけるモータ１００は、ステータコイル２１に流れる超電導特性が向上される。
【００４７】
上述したような磁束線誘導部材５０の、レーストラック型コイルを通過する磁束を制御する機能を高めるためには、当該磁束線誘導部材５０を構成する材料としてたとえば鋼板を用いることが好ましい。また、磁束線誘導部材５０には、珪素鋼板などの鋼板や、パーマロイ、スーパーマロイなどのニッケル鉄合金を材料として用いることが好ましい。
【００４８】
以上の磁束５９は、レーストラック型コイルの直線部（図１におけるロータコイル１１の左右方向に延在する直線部）の全体において発生する。このため上述したように、レーストラック型コイルの直線部の全体において磁束線誘導部材５０を配置することが好ましい（図１参照）。また、当該磁束５９は、レーストラック型コイルに電流を流すことによりレーストラック型コイルの周囲全体に発生する。したがって、当該コアの側方、すなわちコアがレーストラック型コイルの内周面と対向する側面に対向する位置の全体において磁束線誘導部材５０を配置することが好ましい。このようにすれば、レーストラック型コイルにおける超電導特性に影響を及ぼす可能性を与える方向に進行する磁束を高い割合で制御することができる。
【００４９】
また、ロータコイル１１についてもステータコイル２１と同様に、図４に示すようにロータコイル１１を構成するレーストラック型コイルを挟むように配置された磁束線誘導部材６０により、内周面から外周面に向かう磁束６９は磁束線誘導部材６０を通過する。また磁束線誘導部材６０から漏洩した漏洩磁束６８はレーストラック型コイルの超電導線材の厚み方向に交差する方向に進行するよう湾曲される。このため、ロータコイル１１のレーストラック型コイルにおいて内周面から外周面に向かう方向に貫通しようとする磁束の量が低減される。このため、レーストラック型コイル（ロータコイル１１）の超電導特性の劣化を抑制することができる。すなわち、本実施の形態１におけるモータ１００のロータコイル１１の超電導特性が向上される。
【００５０】
以上に述べたように本実施の形態１におけるモータ１００では、ステータコイル２１およびロータコイル１１における超電導特性が向上される。また磁束についても、磁束線誘導部材５０、６０において方向などが制御されるものの、その全体としての強度が低下するわけではない。したがって、本実施の形態１における超電導機器としてのモータ１００は、レーストラック型コイル（ステータコイル２１とロータコイル１１）とコア（ステータコア２３およびロータコア１３）、および磁束線誘導部材５０、６０からなる超電導コイル体の効果により、高い臨界電流値および高い磁場を提供することができる。
【００５１】
なお、本発明の実施の形態１に係るモータ１００においては、ロータコイル１１、ステータコイル２１はレーストラック型コイルが複数個積層されていなくてもよい。たとえば１つのレーストラック型コイルの両端側（図１、図２における上下側）に、当該超電導線材を挟むように磁束線誘導部材５０、６０が配置された構成であってもよい。
【００５２】
また、上記１組の磁束線誘導部材５０、６０は、当該１組の磁束線誘導部材５０、６０が挟むレーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向（図３、図４の左右方向）に沿った方向に延在するように配置されることが好ましい。
【００５３】
たとえば、図３に示すステータコイル２１や図４に示すロータコイル１１を構成する１台のレーストラック型コイルを上下側から挟む１組の磁束線誘導部材５０、６０の、互いに対向する面同士が略平行となっておらず、ある角度を有するように配置されている場合を考える。この場合、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に関して、１組の磁束線誘導部材５０、６０に挟まれた領域の幅（つまりレーストラック型コイルを構成する超電導線材の幅方向に関する距離）が一定にならない。すなわち、たとえば内周面から外周面に向かう方向に関して漸次当該距離が広くなる。この場合、たとえば内周面付近の領域における漏洩磁束５８、６８と、外周面付近の領域における漏洩磁束５８、６８との大きさや方向が大きく異なったものとなる。すなわち、内周面付近の領域から外周面付近の領域にかけての漏洩磁束５８、６８が、所望の方向に揃わなくなる。このようになれば、たとえば外周面付近の領域において、漏洩磁束５８、６８のレーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向に沿った方向の成分が大きくなるために、当該領域において超電導特性に影響を及ぼす可能性がある。
【００５４】
したがって、上述した問題が発生することを抑制するために、１組の磁束線誘導部材５０、６０は、複数回巻回されたレーストラック型コイルの超電導線材が積層される方向に沿った方向に延在するように配置されることが好ましい。このとき、１組の磁束線誘導部材５０、６０の互いに対向する面は略平行になる。このため、１組の磁束線誘導部材５０、６０に挟まれた領域の、レーストラック型コイルの幅方向に関する距離がほぼ一定になる。すると、たとえば内周面付近の領域における漏洩磁束５８、６８が湾曲される方向と、外周面付近の領域における漏洩磁束５８、６８が湾曲される方向とを略同じ方向となるように揃えることができる。したがって、レーストラック型コイルを通過する磁束の進行方向が所望の方向となるように、より確実に制御することができる。
【００５５】
なお、以上に述べたモータ１００においてはロータ１０とステータ２０との両方に対して磁束線誘導部材５０、６０を配置した態様としている。しかし状況に応じて、たとえばロータ１０とステータ２０とのいずれか一方に対してのみ、上述した磁束線誘導部材を配置し、他方のレーストラック型コイルはたとえば図８に示すレーストラック型コイルと同様としてもよい。
【００５６】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係るモータ１００は、上述した本発明の実施の形態１に係るモータ１００と、大筋で同様の態様や効果を備えている。しかし、本実施の形態２に係るモータ１００は、磁束線誘導部材５０の配置の態様が、本実施の形態１に係るモータ１００と異なる。
【００５７】
具体的には、当該モータ１００のロータコイル１１、ステータコイル２１として、レーストラック型コイルが２層積層されている。より具体的にはステータコイル２１の態様を示す図５に示すように、当該２層のうち図５における上側のレーストラック型コイルの上側と、下側のレーストラック型コイルの下側とのみに、これらのレーストラック型コイルを挟むように磁束線誘導部材５０が配置されている。そして上側のレーストラック型コイルと下側のレーストラック型コイルとの間には、磁束線誘導部材５０が配置されていない。以上の点においてのみ、図５は図３と異なる。すなわち以上の点においてのみ、本実施の形態２は本実施の形態１と異なる。
【００５８】
たとえば本実施の形態１のロータコイル１１やステータコイル２１のように、複数積層されるレーストラック型コイルの１台ごとに、これを超電導線材の幅方向の両端側から挟むように磁束線誘導部材５０を構成してもよい。しかし図５に示す本実施の形態２のステータコイル２１のように、複数積層されるレーストラック型コイルの全体を一体と見て、その両端部（最上端と最下端）のみに１組の磁束線誘導部材５０を配置してもよい。このようにしても、本実施の形態１のロータコイル１１やステータコイル２１と同様に、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に磁束が進行することを抑制し、当該レーストラック型コイルの超電導特性の劣化を抑制することができる。また、図示しないが、図５に示すステータコイル２１のみならず、ロータコイル１１についても同様の構成を用いることにより、ステータコイル２１と同様に超電導特性の劣化を抑制し、当該ロータコイル１１の電気特性の向上を図ることができる。
【００５９】
実施の形態２は以上のように、磁束線誘導部材５０の配置される箇所についてのみ、実施の形態１と異なる。したがって実施の形態２について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て実施の形態１に順ずる。なお、ロータコイル１１やステータコイル２１において、複数のレーストラック型コイルを積層する場合に、レーストラック型コイルの積層方向において隣接するレーストラック型コイルの間のすべてに磁束線誘導部材５０を配置するのではなく、間欠的に当該磁束線誘導部材５０を配置してもよい。たとえば、複数（たとえば３つ以上）のレーストラック型コイルを積層した場合に、積層したコイルの積層方向における最上端面と最下端面とにそれぞれ磁束線誘導部材５０を配置し、さらに積層したコイルの間の少なくとも１箇所に他の磁束線誘導部材５０を配置してもよい。
【００６０】
なお実施の形態２のモータ１００についても、実施の形態１のモータ１００と同様に、ロータ１０とステータ２０との両方に対してその両端部（最上端と最下端）のみに１組の磁束線誘導部材５０を配置していることを前提に説明を行なっている。しかし状況に応じて、たとえばロータ１０とステータ２０とのいずれか一方に対してのみ、上述した態様を有するレーストラック型コイルとし、他方のレーストラック型コイルはたとえば図８に示すレーストラック型コイルと同様としてもよい。あるいはたとえばロータ１０とステータ２０とのいずれか一方に対しては実施の形態１のように磁束線誘導部材５０を配置したレーストラック型コイルとし、他方に対しては実施の形態２のように磁束線誘導部材５０を配置したレーストラック型コイルとしてもよい。
【００６１】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係るモータ１００は、上述した本発明の実施の形態１に係るモータ１００と、大筋で同様の態様や効果を備えている。しかし、本実施の形態３に係るモータ１００は、レーストラック型コイルの巻回される態様が、本実施の形態１に係るモータ１００と異なる。
【００６２】
上述した実施の形態１や実施の形態２に係るモータ１００のロータコイル１１やステータコイル２１において、これらを構成するレーストラック型コイルは、超電導線材の幅方向が１組の磁束線誘導部材５０の互いに対向する面に略垂直となるように配置されている。しかし実施の形態３においては、たとえば図６や図７に示すように、ステータコイル２１やロータコイル１１を構成する個々のレーストラック型コイルの超電導線材は、その幅方向が１組の磁束線誘導部材５０の互いに対向する面に垂直な方向に対してある角度で傾斜している。より具体的には、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の、幅方向と長手方向とがなす主表面が、１組の磁束線誘導部材５０の互いに対向する面に垂直な方向を向くように巻回されておらず、上記垂直な方向に対して傾斜角を有している。当該傾斜角は、０°越え４５°以下であることが好ましい。
【００６３】
上述した図３、図４に示すように、漏洩磁束５８、６８は、１組の対向する磁束線誘導部材５０の影響により、１組のうち一方の磁束線誘導部材５０から他方の磁束線誘導部材５０へ向かう方向に湾曲される。しかし漏洩磁束５８、６８はもともと磁束線誘導部材５０に沿う、図３、図４の左右方向に進行していたものである。このため湾曲された漏洩磁束５８、６８の進行方向は磁束線誘導部材５０の対向する面に垂直な方向を向かず、磁束線誘導部材５０に沿った方向と所定の角度で交差する方向である、図３、図４、図６、図７に示す（上記垂直な方向に対して）斜め方向に進行する。
【００６４】
したがって、当該漏洩磁束５８、６８が進行する方向に略垂直な方向に、レーストラック型コイルを構成する超電導線材の厚み方向が延在する配置とする（つまり、漏洩磁束５８、６８の進行方向に沿った方向に超電導線材の主表面の延在方向が揃う）ことが好ましい。このとき、レーストラック型コイルを通過する漏洩磁束５８、６８の、超電導線材の厚み方向に沿った方向の成分が非常に小さくなる（理想的にはゼロになる）。したがって、レーストラック型コイルにおける超電導特性が、磁束により劣化することをさらに確実に抑制することができる。
【００６５】
また、図７に示すロータコイル１１についても、図６に示すステータコイル２１と同様に超電導特性の劣化を抑制し、当該超電導特性の向上を図ることができる。
【００６６】
なお、図６のように超電導線材が傾斜角を有するように巻回されたレーストラック型コイルを両端側から１組の磁束線誘導部材５０で挟む場合において、当該１組の磁束線誘導部材５０が対向する面は、超電導線材の積層される方向に沿った方向に配置されることが好ましい。このようにすれば、上述した実施の形態２と同様に、レーストラック型コイルの内周面から外周面に向かう方向に関する各領域における漏洩磁束５８の進行する方向を、所望の方向に揃えることができる。
【００６７】
本実施の形態３に係る傾斜角を有するレーストラック型コイルを用いたステータコイル２１、ロータコイル１１についても、本実施の形態２と同様に、複数積層されるレーストラック型コイルの最上端と最下端のみに１組の磁束線誘導部材５０を配置する構成としてもよい。
【００６８】
実施の形態３は以上のように、レーストラック型コイルの巻回される態様についてのみ、実施の形態１と異なる。したがって実施の形態３について、上述しなかった構成や条件、手順や効果などは、全て実施の形態１に順ずる。したがってロータ１０とステータ２０とのいずれか一方のレーストラック型コイルのみ、実施の形態３の態様とし、他方はたとえば図８に示すレーストラック型コイルとしてもよい。あるいは上記他方は実施の形態１または２における態様のレーストラック型コイルとしてもよい。
【００６９】
以上のように本発明の各実施の形態について説明を行なったが、今回開示した各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。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明は超電導機器および、当該超電導機器に用いる超電導コイル体の電気特性を向上させる技術として、特に優れている。
【符号の説明】
【００７１】
１０  ロータ、１１  ロータコイル、１２  ロータスロット、１３  ロータコア、１６  ロータ軸、１７  コイル冷却容器、１８  出力軸、２０  ステータ、２１  ステータコイル、２２  ステータスロット、２３  ステータコア、３０  モータ本体部、３５  ベアリング、５０，６０  磁束線誘導部材、５８，６８  漏洩磁束、５９，６９  磁束、１００  モータ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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