(57)【要約】【課題】部品点数の増加を抑制し且つ組み付け作業の簡素化を可能にすると共に、超電導コイルの電流特性の低下を抑制することができる超電導回転電機ステータを提供する。【解決手段】本発明の超電導回転電機ステータは、超電導コイル１及びステータコア２を備え、直線部の一端面とスロットの内壁との最大離間間隔を第一間隔とし、直線部の他端面とスロットの内壁との最大離間間隔を第二間隔とし、直線部の外周表面とスロットの内壁との最大離間間隔を第三間隔とし、直線部の内周表面とスロットの内壁との最大離間間隔を第四間隔とすると、超電導コイル１は、直線部の少なくとも一方について、第一間隔Ａ１、Ａ２及び第二間隔Ｂ１、Ｂ２の少なくとも一方が第三間隔Ｃ１、Ｃ２及び第四間隔Ｄ１、Ｄ２よりも小さくなるように配置されている。  【選択図】図３
2014217168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テープ状の超電導線材のテープ面が積層され巻回されて形成されたレーストラック形状の超電導コイルと、
前記超電導コイルを収容する複数のスロットを有する筒形状のステータコアと、
を備え、
前記超電導コイルは、一対の直線部と、前記直線部同士をつなぐ一対の接続部と、を有し、
前記一対の直線部は、互いに異なる前記スロット内に配置され、
前記直線部の巻軸方向の一端面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第一間隔とし、前記直線部の巻軸方向の他端面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第二間隔とし、前記直線部の外周表面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第三間隔とし、前記直線部の内周表面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第四間隔とすると、
複数の前記超電導コイルの少なくとも１つは、前記直線部の少なくとも一方について、前記第一間隔及び前記第二間隔の少なくとも一方が前記第三間隔及び前記第四間隔よりも小さくなるように配置されている超電導回転電機ステータ。
【請求項２】
請求項１において、
前記直線部の一端面又は他端面の少なくとも一部は、前記スロットの内壁に接触している超電導回転電機ステータ。
【請求項３】
請求項１又は２において、
複数の前記超電導コイルのすべては、前記直線部の少なくとも一方について、前記第一間隔及び前記第二間隔の少なくとも一方が前記第三間隔及び前記第四間隔よりも小さくなるように配置されている超電導回転電機ステータ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、
前記複数のスロットは、第一スロットと、前記ステータコアの径方向の長さである前記スロットの深さが前記第一スロットより小さい第二スロットと、を含む超電導回転電機ステータ。
【請求項５】
請求項１〜４のうちの一項において、
前記直線部の外周表面と前記スロットの内壁との間隔又は前記直線部の内周表面と前記スロットの内壁との間隔は、コイル幅方向において、端部から中央に向かうほど大きい超電導回転電機ステータ。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、
前記スロットは、前記ステータコイルの軸方向直交断面において、前記ステータコイルの中心軸及び前記スロットの幅中央を通る平面に対して非対称に形成されている超電導回転電機ステータ。
【請求項７】
請求項１〜６のうちの一項において、
前記ステータコアに対して着脱可能であり、前記スロットの内壁に嵌合されるヨークを備え、
前記直線部の少なくとも一方は、前記一端面の少なくとも一部が前記スロットの内壁に接触し、前記他端面の少なくとも一部が前記ヨークに接触するように配置されている超電導回転電機ステータ。
【請求項８】
請求項１〜７のうちの一項において、
前記ステータコアの内壁の一部は、磁性粉末及び樹脂の複合樹脂材料を前記第一間隔の内側及び前記第二間隔の内側の少なくとも一方に有し、
前記超電導コイルは、前記複合樹脂材料が未硬化の状態で前記ステータコアに組み付けられ、
前記ステータコアは、前記超電導コイルが組み付けられた状態で前記複合樹脂材料を硬化させて形成されている超電導回転電機ステータ。
【請求項９】
請求項１〜８のうちの一項において、
前記超電導コイルは、前記ステータコアの周方向に重なって配置されている超電導回転電機ステータ。
【請求項１０】
請求項１〜９のうちの一項において、
前記超電導コイルは、複数の要素コイルが巻軸方向に積層されている超電導回転電機ステータ。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記要素コイル同士の間に配置されたサブヨークを備え、
複数の前記要素コイルは、巻軸方向に垂直な方向にずれて積層されている超電導回転電機ステータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温超電導線材を用いた超電導コイルを有する超電導回転電機ステータに関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイル体及びそれを備えるステータとしては、例えば特開平１０−２６３７２１号公報（特許文献１）に記載されている。この超電導コイル体は、レーストラック型コイルと、当該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、磁束線誘導部材と、を備えている。磁束線誘導部材は、レーストラック型コイルの直線部及びコアの側方に対向し、コアの直線部の長さ以上の長さを有している。これによれば、電気特性の劣化を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−２６３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記ステータでは、磁性コアの鏡像効果による磁場への影響が考慮されておらず、電気特性の劣化を抑制する効果は限定的である。一般に、超電導コイルの外周面又は内周面に対向するスロットの内壁（面）による鏡像効果は、超電導線材のテープ面に垂直な磁場を増加させる。このテープ面に垂直な磁場は、超電導コイルの電流特性（臨界電流値）を低下させる。また、上記ステータでは、磁束線誘導部材を別途製造し、コアに組み付けなければならず、部品点数が増加し組み付け作業が煩雑となるおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、部品点数の増加を抑制し且つ組み付け作業の簡素化を可能にすると共に、超電導コイルの電流特性の低下を抑制することができる超電導回転電機ステータ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】
本発明の様相１に係る超電導回転電機ステータは、テープ状の超電導線材のテープ面が積層され巻回されて形成されたレーストラック形状の複数の超電導コイルと、前記超電導コイルを収容する複数のスロットを有する筒形状のステータコアと、を備え、前記超電導コイルは、一対の直線部と、前記直線部同士をつなぐ一対の接続部と、を有し、前記一対の直線部は、互いに異なる前記スロット内に配置され、前記直線部の巻軸方向の一端面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第一間隔とし、前記直線部の巻軸方向の他端面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第二間隔とし、前記直線部の外周表面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第三間隔とし、前記直線部の内周表面と前記スロットの内壁との最大離間間隔を第四間隔とすると、複数の前記超電導コイルの少なくとも１つは、前記直線部の少なくとも一方について、前記第一間隔及び前記第二間隔の少なくとも一方が前記第三間隔及び前記第四間隔よりも小さくなるように配置されている。
【０００７】
本発明の様相２に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１において、前記直線部の一端面又は他端面の少なくとも一部は、前記スロットの内壁に接触している。
【０００８】
本発明の様相３に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１又は２において、複数の前記超電導コイルのすべては、前記直線部の少なくとも一方について、前記第一間隔及び前記第二間隔の少なくとも一方が前記第三間隔及び前記第四間隔よりも小さくなるように配置されている。
【０００９】
本発明の様相４に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜３のうちの一つにおいて、前記複数のスロットは、第一スロットと、前記ステータコアの径方向の長さである前記スロットの深さが前記第一スロットより小さい第二スロットと、を含んでいる。
【００１０】
本発明の様相５に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜４のうちの一つにおいて、前記直線部の外周表面と前記スロットの内壁との間隔又は前記直線部の内周表面と前記スロットの内壁との間隔が、コイル幅方向において、端部から中央に向かうほど大きくなっている。
【００１１】
本発明の様相６に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜５のうちの一つにおいて、前記スロットが、前記ステータコイルの軸方向直交断面において、前記ステータコイルの中心軸及び前記スロットの幅中央を通る平面に対して非対称に形成されている。
【００１２】
本発明の様相７に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜６のうちの一つにおいて、前記ステータコアに対して着脱可能であり、前記スロットの内壁に嵌合されるヨークを備え、前記直線部の少なくとも一方は、前記一端面の少なくとも一部が前記スロットの内壁に接触し、前記他端面の少なくとも一部が前記ヨークに接触するように配置されている。
【００１３】
本発明の様相８に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜７のうちの一つにおいて、前記ステータコアの内壁の一部は、磁性粉末及び樹脂の複合樹脂材料を前記第一間隔の内側及び前記第二間隔の内側の少なくとも一方に有し、前記超電導コイルは、前記複合樹脂材料が未硬化の状態で前記ステータコアに組み付けられ、前記ステータコアは、前記超電導コイルが組み付けられた状態で前記複合樹脂材料を硬化させて形成されている。
【００１４】
本発明の様相９に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜８のうちの一つにおいて、前記超電導コイルは、前記ステータコアの周方向に重なって配置されている。
【００１５】
本発明の様相１０に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１〜９のうちの一つにおいて、前記超電導コイルは、複数の要素コイルが巻軸方向に積層されている。
【００１６】
本発明の様相１１に係る超電導回転電機ステータは、上記様相１０において、前記要素コイル同士の間に配置された第二のヨークを備え、複数の前記要素コイルは、巻軸方向に垂直な方向にずれて積層されている。
【発明の効果】
【００１７】
超電導コイルの一端面又は他端面に対向する面による鏡像効果は、線材のテープ面に平行な磁場を増加させ、テープ面に垂直な磁場を減少させる。この作用効果は、対向する面と面の離間間隔（離間距離）が小さいほど大きく発揮される。本発明によれば、第三間隔及び第四間隔が相対的に大きくなっているため垂直磁場の増加作用が抑えられ、第一間隔及び第二間隔が相対的に小さくなっているため垂直磁場の減少作用を大きく発揮させることができる。これにより、テープ面に垂直な磁場が減少し、超電導コイルの電流特性（臨界電流値）の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第一実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す断面図である。
【図２】第一実施形態の超電導コイルの構成を示す斜視図である。
【図３】第一実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図４】一周期におけるテープ面に垂直な方向の磁場を表すグラフである。
【図５】第二実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図６】第三実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図７】第四実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図８】第五実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す断面図である。
【図９】第五実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図１０】第六実施形態の超電導回転電機ステータの構成を示す部分拡大断面図である。
【図１１】第四実施形態の変形態様の構成を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。また、説明に用いる各図は概念図であり、各部の形状は必ずしも厳密なものではない場合がある。
【００２０】
＜第一実施形態＞
第一実施形態の超電導回転電機ステータは、図１に示すように、複数の超電導コイル１と、ステータコア２と、複数のヨーク３と、を備えている。超電導コイル１は、図２に示すように、テープ状の超電導線材１０のテープ面１０ａが積層され巻回されて、レーストラック形状に形成された超電導コイルである。超電導線材１０は、テープ状の高温超電導線材である。超電導線材１０は、磁場をテープ面１０ａに垂直に印加したときの超電導臨界電流が、磁場をテープ面に平行に印加したときの超電導臨界電流よりも小さい。
【００２１】
超電導コイル１は、第一直線部１１と、第二直線部１２と、第一接続部１３と、第二接続部１４と、第一口出し線部１５と、第二口出し線部１６と、を備えている。第一直線部１１は、超電導コイル１のうち後述する第一スロット２２内に配置される直線形状の部位である。第二直線部１２は、超電導コイル１のうち、レーストラック形状において第一直線部１１に対向している直線形状の部位である。第二直線部１２は、第一直線部１１が配置された後述する第二スロット２３内に配置されている。
【００２２】
第一接続部１３は、超電導コイル１のうち、第一直線部１１の一端部と第二直線部１２の一端部との間に位置する部位である。第一接続部１３は、レーストラック形状の外周側が凸となるように湾曲している。第二接続部１４は、超電導コイル１のうち、第一直線部１１の他端部と第二直線部１２の他端部との間に位置する部位である。第二接続部１４は、レーストラック形状の外周側が凸となるように湾曲している。
【００２３】
第一口出し線部１５は、超電導コイル１のうち、超電導コイル１を外部機器と接続するための部位であって、第一直線部１１から第一直線部１１の延伸方向に延伸している。第二口出し線部１６は、超電導コイル１のうち、超電導コイル１を外部機器と接続するための部位であって、第二直線部１２から第二直線部１２の延伸方向に延伸している。
【００２４】
超電導コイル１は、テープ面１０ａが外周表面又は内周表面となるように巻回されている。レーストラック形状は、少なくとも一対の直線部をもつ環形状（リング形状）である。レーストラック形状には、本実施形態の他に例えば、２対の直線部をもつ略四角形も含まれる。本実施形態の超電導コイル１は、さらに詳細にみると、テープ面幅方向（巻軸方向）に重ねて配置された２つの要素コイル１Ａ、１Ｂで構成されている。本実施形態の超電導コイル１は、ダブルパンケーキコイルともいえる。要素コイル１Ａ及び要素コイル１Ｂは、１つのコイルを構成し、それぞれ上記のような一対の直線部と一対の接続部と口出し線部をもつ構成である。なお、超電導コイル１の内周部には、巻枠Ｚが配置されている。
【００２５】
ステータコア２は、中心軸（中心線）Ｐ１の回りに形成された筒形状の部材である。ステータコア２は、高い透磁率をもつ材料（例えば積層電磁鋼板）で形成されている。図３に示すように、ステータコア２の内周部には、複数の第一スロット２２及び複数の第二スロット２３が形成されている。第一スロット２２及び第二スロット２３は、ステータコア２の中心軸方向に延びる溝である。第一スロット２２及び第二スロット２３は、ステータコア２の周方向に交互に配置されている。当該スロット２２を区画するステータコア２の突出部分は、ステータコア２のティースを構成する。換言すると、ステータコア２は、中心軸を中心とした筒形状の本体部２１と、本体部２１の内周部から径方向内方に突出し複数のスロット２２を形成する複数のティース２１ａと、を備えている。スロット２２、２３は、本体部２１の内周部と、ティース２１ａの側面部と、を有しているといえる。
【００２６】
第一スロット２２は、ステータコア２を中心線Ｐ１に直交する平面で切断した断面（以下、「軸方向直交断面」と称する）において、径方向の溝深さが周方向の溝幅よりも大きい略長方形の空間を形成している。以下、スロット２２、２３について、図面を参照して軸方向直交断面に基づいて説明する。
【００２７】
第一スロット２２は、開口部２２１と、中間部２２２と、底部２２３と、で構成されている。開口部２２１は、第一スロット２２の径方向内方端部であって、溝幅が中間部２２２の溝幅よりも小さくなっている。中間部２２２は、第一スロット２２のうち開口部２２１と底部２２３との間の部位であって、径方向に延びている。
【００２８】
底部２２３は、第一スロット２２のうち径方向外方端部を構成する。底部２２３には、超電導コイル１の第一直線部１１が配置されている。底部２２３は、開口部２２１の幅方向中央及び中心軸Ｐ１を通る平面Ｐ２を境にして、周方向一側部２２３ａと、周方向他側部２２３ｂと、で構成されている。周方向一側部２２３ａは、中間部２２２から周方向一方側に窪んだ略コの字形状に形成されている。
【００２９】
周方向他側部２２３ｂは、径方向外方になるほど溝幅が狭くなる（平面Ｐ２に近づく）ように傾斜した平面形状に形成されている。周方向他側部２２３ｂは、第一直線部１１のテープ面幅方向の一端面（径方向外方側の端面）１１ａ全面と接触している。第一スロット２２は、平面Ｐ２に対して非対象に形成されている。
【００３０】
第二スロット２３は、径方向の溝深さが周方向の溝幅よりも大きい略長方形の空間を形成している。第二スロット２３の溝深さは、第一スロット２２の溝深さよりも小さい。第二スロット２３は、開口部２３１と、中間部２３２と、底部２３３と、で構成されている。開口部２３１は、第二スロット２２の径方向内方端部であって、溝幅が中間部２３２の溝幅よりも小さくなっている。中間部２３２は、第二スロット２３のうち開口部２３１と底部２３３との間の部位であって、径方向に延びている。
【００３１】
底部２３３は、第二スロット２３のうち径方向外方端部を構成する。底部２３３には、超電導コイル１の第二直線部１２が配置されている。底部２３２は、開口部２３１の幅方向中央及び中心軸Ｐ１を通る平面Ｐ３を境にして、周方向一側部２３３ａと、周方向他側部２３３ｂと、で構成されている。周方向一側部２３３ａは、中間部２３２の側面から延長された側面をもつ略Ｌ字形状に形成されている。周方向他側部２３３ｂは、平面Ｐ３に対して周方向一側部２３３ａとほぼ対称的に形成され、本実施形態の周方向他側部２３３ｂは角部分が湾曲した形状に形成されている。底部２３３の底面は、第二直線部１２のテープ面幅方向の一端面（径方向外方側の端面）１２ａ全面と接触している。
【００３２】
ヨーク３は、第一ヨーク３１と、第二ヨーク３２と、を有している。ヨークは、電磁軟鉄、電磁鋼板、フェライト、又は軟磁性複合材料などの軟磁性材料からなる。第一ヨーク３１は、長板状の磁性体部材であって、第一スロット２２の底部２２３の周方向一側部２２３ａに係合している。第一ヨーク３１は、凸部分である係合部３１１を有しており、係合部３１１と周方向一側部２２３ａが係合するように配置されている。第一ヨーク３１は、第一直線部１１のテープ面幅方向の他端面（径方向内方側の端面）１１ｂ全面と接触している。
【００３３】
第二ヨーク３２は、長板状の磁性体部材であって、第二スロット２３の中間部２３２に配置されている。第二ヨーク３２は、中間部２３２の溝（図示せず）に嵌合されている。第二ヨーク３２は、第二直線部１２のテープ面幅方向の他端面（径方向内方側の端面）１２ｂ全面と接触している。ステータコア２の外周部は、筒形状の非磁性材料のケース（図示せず）で覆われている。
【００３４】
ここで、第一直線部１１の一端面１１ａと一端面１１ａに対向する第一スロット２２の内壁との最大離間間隔を「第一間隔Ａ１」と称する。同じく、第二直線部１２の一端面１２ａと一端面１２ａに対向する第二スロット２３の内壁との最大離間間隔を「第一間隔Ａ２」と称する。また、第一直線部１１の他端面１１ｂと他端面１１ｂに対向する第一スロット２２の内壁との最大離間間隔を「第二間隔Ｂ１」と称する。同じく、第二直線部１２の他端面１２ｂと他端面１２ｂに対向する第二スロット２３の内壁との最大離間間隔を「第二間隔Ｂ２」と称する。
【００３５】
また、第一直線部１１の外周表面１１ｃと外周表面１１ｃと対向する第一スロット２２の内壁との最大離間間隔を「第三間隔Ｃ１」と称する。同じく、第二直線部１２の外周表面１２ｃと外周表面１２ｃと対向する第二スロット２２の内壁との最大離間間隔も「第三間隔Ｃ２」と称する。また、第一直線部１１の内周表面１１ｄと内周表面１１ｄに対向する第一スロット２２の内壁との最大離間間隔を「第四間隔Ｄ１」と称する。同じく、第二直線部１２の内周表面１２ｄと内周表面１２ｄに対向する第二スロット２３の内壁との最大離間間隔を「第四間隔Ｄ２」と称する。
【００３６】
第一実施形態において、第一直線部１１は、第一間隔Ａ１及び第二間隔Ｂ１が第三間隔Ｃ１及び第四間隔Ｄ１よりも小さくなるように配置されている。第一間隔Ａ１は、一端面１１ａと第一スロット２２の底部２２３とが接触しているため、０となる。また、第二直線部１２は、第一間隔Ａ２が第三間隔Ｃ２及び第四間隔Ｄ２よりも小さくなるように配置されている。第一間隔Ａ２は、一端面１２ａと第二スロット２３の底部２３３とが接触しているため、０となる。
【００３７】
（第一実施形態の効果）
一般に、超電導コイルの外周表面又は内周表面に対向するスロットの内壁（面）による鏡像効果は、超電導線材のテープ面に垂直な磁場を増加させる（以下、「垂直磁場増加作用」とも称する）。一方、超電導コイルの一端面又は他端面に対向する面による鏡像効果は、線材のテープ面に平行な磁場を増加させ、テープ面に垂直な磁場を減少させる（以下、「垂直磁場減少作用」とも称する）。垂直磁場減少作用は、面と面の離間間隔が小さいほど大きく発揮される。第一実施形態では、第一間隔Ａ１（Ａ２）及び第二間隔Ｂ１（Ｂ２）の少なくとも一方が、第三間隔Ｃ１（Ｃ２）及び第四間隔Ｄ１（Ｄ２）よりも小さくなっている。
【００３８】
この構成では、第三間隔及び第四間隔が相対的に大きくなっているため垂直磁場増加作用を抑え、第一間隔及び第二間隔が相対的に小さくなっているため垂直磁場減少作用を大きく発揮させることができる。これにより、例えば図４に示すように、テープ面に垂直な磁場が減少し、超電導コイル１の電流特性（臨界電流値）の低下が抑制される。比較例は、間隔関係が上記間隔関係になっていない従来の超電導回転電機ステータを用いた場合を表す。
【００３９】
また、第一実施形態では、上記間隔関係となるように、スロット１１、１２の内壁が形成されている。スロット１１、１２の内壁を用いて垂直磁場減少作用を増大させているため、部品点数の増加を抑制しつつ電流特性の低下を抑制することができる。また、部品点数を抑えることで組み付け作業を簡素化することができる。特に本実施形態では、溝深さが大きい第一スロット２２と溝深さが小さい第二スロット２３とを形成することで、超電導コイル１（接続部１３、１４）の長さ等を変更することなく、超電導コイル１をステータコア２に無理なく設置することができる。
【００４０】
第一実施形態では、超電導コイル１の一端面１１ａ、１２ａとスロット２２、２３の内壁とを接触させているため、第一間隔が０となり、垂直磁場減少作用をさらに効果的に発揮させることができる。特に一端面１１ａ、１２ａ全面がスロット２２、２３の内壁と接触しているため、より有効である。また、第一実施形態では、複数のスロット及び超電導コイルについて、上記同様の構成で形成されており、上記同様の間隔関係が実現されている。したがって、精度良く電流特性の低下を抑制することができる。
【００４１】
また、第一実施形態では、第一スロット２２が平面Ｐ２に対して非対称な形状に形成されているため、第三間隔Ｃ１又は第四間隔Ｄ１を大きくすることが容易となる。また、一端面１１ａ、１２ａをスロット２２、２３の内壁に接触させ、且つ、他端面１１ｂ、１２ｂをヨーク３１、３２に接触させることで、磁性材料からなるヨーク３１、３２がスロット２２、２３の内壁と同様の効果を発揮し、第二間隔も実質的に０とすることができる。これにより、さらに超電導コイル１の電流特性の低下を抑制することができる。
【００４２】
なお、本実施形態の上記間隔関係は、各間隔の定義において、最大離間間隔を平均離間間隔としても成立する。また、第一間隔を超電導コイルの一端面中央からスロットの内壁までの間隔とし、第二間隔を超電導コイルの他端面中央からスロットの内壁までの間隔とし、第三間隔を超電導コイルの外周表面からスロットの内壁までの間隔とし、第四間隔を超電導コイルの内周表面からスロットの内壁までの間隔としても上記間隔関係は成立する。
【００４３】
＜第二実施形態＞
第二実施形態では、図５に示すように、第一スロット２２の底部２２３の周方向一側部２２３ａの形状が、スロット空間が拡がる方向に膨らむ凹弧状となっている。また、ステータコア２には、第一実施形態のヨーク３に代えて、ヨーク５が設置されている。ヨーク５は、第一ヨーク５１と、第二ヨーク５２と、第三ヨーク５３と、第四ヨーク５４と、を備えている。
【００４４】
第一ヨーク５１は、磁性材料を含む板状部材であって、第一スロット２２内に配置されている。第一ヨーク５１は、第一スロット２２の中間部２２２の陥没した溝部２２２ａに嵌合されている。第一ヨーク５１は、底部２２３の周方向他側部２２３ｂと平行に配置されている。第二ヨーク５２は、磁性材料を含む板状部材であって、第二スロット２３内に配置されている。第二ヨーク５２は、第二スロット２３の中間部２３２の陥没した溝部２３２ａに嵌合されている。第二ヨーク５２は、底部２３３の底面と平行に配置されている。
【００４５】
第三ヨーク５３は、磁性材料を含む板状部材であって、第一スロット２２内に配置されている。第三ヨーク５３は、第一スロット２２の底部２２３の陥没した溝部２２３ａ１に嵌合されている。第三ヨーク５３は、底部２２３の周方向他側部２２３ｂと平行に配置されている。第四ヨーク５４は、磁性材料を含む板状部材であって、第二スロット２３内に配置されている。第四ヨーク５４は、第二スロット２３の中間部２３２の陥没した溝部２３２ｂに嵌合されている。第四ヨーク５４は、底部２３３の底面と平行に配置されている。
【００４６】
超電導コイル１は、２つの要素コイル１Ａ、１Ｂで構成されている。要素コイル１Ａ、１Ｂの構成は、超電導コイル１の構成と同様であるため、超電導コイル１と同名称を用いて詳細な説明は省略する。
【００４７】
要素コイル１Ａの第一直線部１Ａ１は、第一スロット２２内において、第一ヨーク５１と第三ヨーク５３の間に配置されている。第一直線部１Ａ１の一端面全面が第三ヨーク５３に接触し、第一直線部１Ａ１の他端面全面が第一ヨーク５１に接触している。
【００４８】
要素コイル１Ａの第二直線部１Ａ２は、第二スロット２３内において、第二ヨーク５２と第四ヨーク５４の間に配置されている。第二直線部１Ａ２の一端面全面が第四ヨーク５４に接触し、第二直線部１Ａ２の他端面全面が第二ヨーク５２に接触している。
【００４９】
また、要素コイル１Ｂの第一直線部１Ｂ１は、第一スロット２２内において、第三ヨーク５３と底部２２３の底面との間に配置されている。第一直線部１Ｂ１の一端面全面が底部２２３の周方向他側部２２３ｂに接触し、第一直線部１Ａ１の他端面全面が第一ヨーク５１に接触している。
【００５０】
要素コイル１Ｂの第二直線部１Ｂ２は、第二スロット２３内において、第四ヨーク５４と底部２３２の底面との間に配置されている。第二直線部１Ｂ２の一端面全面が底部２３２の底面に接触し、第二直線部１Ｂ２の他端面全面が第四ヨーク５４に接触している。各直線部の側面とスロットの内壁との間には空間が介在している。要素コイル１Ａ、１Ｂは、巻軸方向に垂直な方向にずれて積層されている。
【００５１】
第二実施形態の構成によれば、一端面１１ａ、１２ａがスロット２２、２３の内壁に接触しており、超電導コイル１全体において、第一実施形態同様の間隔関係が成立している。したがって、第一実施形態と同様の効果が発揮される。さらに第二実施形態では、要素コイル１Ａ、１Ｂの間にヨークが配置され、要素コイル単位で垂直磁場減少作用が発揮され、さらに電流特性の低下を抑制することができる。
【００５２】
＜第三実施形態＞
第三実施形態の超電導回転電機ステータは、スロットがすべて同じ形状となっている。第三実施形態のスロット６は、図６に示すように、第二実施形態の第一スロット２２を平面Ｐ２で反対にした構成とほぼ同様となっている。スロット６は、上記実施形態同様、開口部６１と、中間部６２と、底部６３と、を備えている。底部６３の周方向一側部６３１は、径方向外方になるほど溝幅が狭くなる（平面Ｐに近づく）ように傾斜した平面形状に形成されている。底部６３の周方向他側部６３２は、スロット空間が拡がる方向に膨らむ凹弧状に形成されている。
【００５３】
超電導コイル１の第二直線部１２は、スロット６の底部６３に配置される。第二直線部１２の一端面１２ａ全面は、底部６３の周方向一側部６３１に接触している。第三実施形態の第一ヨーク５５は、周方向一側部６３１と平行にスロット６内に嵌合されており、第二直線部１２の他端面１２ｂ全面と接触している。
【００５４】
第一直線部１１は、上記とは別のスロット６の開口部６１側に配置されている。第一直線部１１は、スロット６に嵌合された第二ヨーク５６と第三ヨーク５７との間に配置されている。第一直線部１１の一端面１１ａ全面は第二ヨーク５６と接触し、他端面１１ｂ全面は第三ヨーク５７と接触している。各直線部の側面とスロットの内壁との間には空間が介在している。
【００５５】
同一のスロット６に互いに別の超電導コイル１である第一直線部１１と第二直線部１２が配置されている。つまり、径方向に複数の直線部がスロット６に配置されている。これにより、多くの超電導コイル１を配置することができ、強い磁場を形成することができる。第三実施形態によっても、第一実施形態同様の間隔関係が成立し、同様の効果が発揮される。
【００５６】
＜第四実施形態＞
第四実施形態は、スロットの底部形状が第一実施形態と異なっている。したがって、底部形状を説明し、他の説明は省略する。第四実施形態のスロットは、図７に示すように、複数の第一スロット７１と、複数の第二スロット７２で構成されている。第一スロット７１の溝深さは、第二スロット７２の溝深さより大きい。
【００５７】
第一スロット７１は、開口部７１１と、中間部７１２と、底部７１３と、を備えている。底部７１３は、根元が中間部７１２に接続され根元から径方向に交差する方向に延伸する延伸部７１３ａと、延伸部７１３ａの先端に設けられスロット空間が拡がる方向に膨らむ凹弧状の空間形成部７１３ｂと、を備えている。延伸部７１３ａは平行な２枚平板形状に形成され、根元よりも先端のほうがステータコア２の径方向外方に位置している。中間部７１２と延伸部７１３ａにより、第一スロット７１の内部空間（収容スペース）は屈曲形状となる。第一直線部１１は、延伸部７１３ａに配置されている。第一直線部１１の一端面１１ａ全面及び他端面１１ｂ全面は、延伸部７１３ａに接触している。
【００５８】
第二スロット７２は、開口部７２１と、中間部７２２と、底部７２３と、を備えている。底部７２３は、根元が中間部７２２に接続され、根元から径方向に交差する方向に延伸する凹形状に形成されている。第二直線部１２は、第二スロット７２の底部７２３に配置されている。第二直線部１２の一端面１２ａ全面及び他端面１２ｂ全面は、底部７２３に接触している。各直線部の側面とスロットの内壁との間には空間又は巻枠Ｚが介在している。第四実施形態ではヨークなしの構成となっている。
【００５９】
第四実施形態によっても、第一実施形態同様の間隔関係が成立し、第一実施形態同様の効果が発揮される。さらに、第四実施形態では、直線部１１、１２を、開口側から入ってスロット空間が屈曲した後の底部側に配置しているため、ヨークを用いずとも超電導コイル１をスロット７１、７２内に固定することができる。超電導コイル１の取り付けは、各開口部７１１、７２１から挿入し、底部７１３、７２３で移動させて係合させれば良い。つまり、第四実施形態によれば、第一実施形態の効果に加えて、部品点数を減少させることが可能になると共に、取り付け作業の簡素化も可能となる。
【００６０】
また、第四実施形態の超電導回転電機ステータは、図１１に示すように、第一直線部１１の一端面１１ａと延伸部７１３ａとの間に複合樹脂材料Ｆを介在させても良い。同様に、第四実施形態は、第一直線部１１の他端面１１ｂと延伸部７１３ａとの間に複合樹脂材料Ｇを介在させても良い。また、同様に、第四実施形態は、第二直線部１２の一端面１２ａと底部７２３との間に複合樹脂材料Ｈを介在させても良い。また、同様に、第四実施形態は、第二直線部１２の他端面１２ｂと底部７２３との間に複合樹脂材料Ｉを介在させても良い。複合樹脂材料Ｆ〜Ｉは、一方面が直線部１１、１２に接触し、他方面がスロット７１、７２の内壁に接触した板状部材である。複合樹脂材料は、例えば樹脂と磁性材料との混合部材である。複合樹脂材料Ｆ〜Ｉの板厚は、第三間隔及び第四間隔よりも小さくなっている。この構成によっても上記同様の効果が発揮される。
【００６１】
＜第五実施形態＞
第五実施形態では、第一実施形態と底部２２３、２３３の構成、及び超電導コイル１の配置が異なっている。図８及び図９に示すように、第五実施形態の底部２２３、２３３は、中間部２２２、２２３から同一平面で径方向外方に延伸し先端が底面となる凹形状に形成されている。
【００６２】
同一の超電導コイル１において、第一直線部１１が第一スロット２２の底部２２３に配置され、第二直線部１２が別の第一スロット２２の底部２２３に配置されている。また、第一直線部１１に隣接して別に超電導コイル１の第二直線部１２が配置されている。同様に、第二直線部１２に隣接して別に超電導コイル１の第一直線部１１が配置されている。第一直線部１１の一端面１１ａ全面及び第二直線部１２の一端面１２ａ全面は、底部２２３、２３３の底面に接触している。第一直線部１１の他端面１１ｂ全面及び第二直線部１２の他端面１２ｂ全面は、第一スロット２２内に嵌合されたヨーク５８に接触している。外周表面１１ｃ、１２ｃと第一スロット２２の内壁とは接触していない。内周表面１１ｄ、１２ｄと第一スロット２２の内壁とは接触していない。
【００６３】
第二スロット２３についても同様の配置構成となっている。本構成によれば、第一実施形態同様の効果が発揮される。さらに、第五実施形態では、１つのスロットに２つの直線部が周方向に重なって配置されている。これにより、発生する回転磁界を滑らかにすることができる。
【００６４】
＜第六実施形態＞
第六実施形態では、第五実施形態の底部の側面形状が異なっている。図１０に示すように、第六実施形態の底部２２３の両側面は、周方向に滑らかに膨らむ凹弧状に形成されている。したがって、直線部１１、１２の内周表面１１ｄ、１２ｄと第一スロット２２の内壁との間隔、及び直線部１１、１２の外周表面１１ｃ、１２ｃと第一スロットの内壁との間隔は、テープ面幅方向（コイル幅方向）において、端部から中央に向かうほど大きくなっている。これにより、外周表面１１ｃ、１２ｃ及び内周表面１１ｄ、１２ｄと第一スロット２２の内壁との間で発生する鏡像効果を弱めることができる。つまり、本構成によれば、さらに垂直磁場を減少させることができ、超電導コイル１の電流特性の低下を抑制することができる。底部２２３の少なくとも一方の側面が上記形状であっても有効である。
【００６５】
＜第七実施形態＞
第七実施形態の超電導回転電機ステータは、形状・構成は上記実施形態と同様である。第七実施形態のステータコア２は、内壁の一部が磁性粉末と樹脂の複合樹脂材料で形成されている。そして、超電導回転電機ステータは、ステータコア２の複合樹脂材料で構成されている部分を硬化させる前に、超電導コイル１をスロット２２、２３内に組み込み、組み込んだ後にステータコア２を硬化させて形成されている。換言すると、超電導回転電機ステータは、磁性材料からなるステータコア２の一部に超電導コイル１をセットし、超電導コイル１に未硬化の複合樹脂材料を添付し又はコイルの隙間に注入した後、樹脂を硬化させてステータコア２の一部と一体に超電導コイル１を組み付けるように製造しても良い。これにより、超電導コイル１とステータコア２やヨークの間に生じる磁気的隙間を解消することができ、垂直磁場減少作用をより有効かつ確実に発揮することができる。また上記間隔関係をもつ超電導回転電機ステータに対して、超電導コイル１のステータコア２への組み付けは容易となる。第七実施形態は、例えば図１１の構成に適用することも可能である。第七実施形態における複合樹脂材料は、第一間隔内及び第二間隔内の少なくとも一方に配置されれば良い。図１１に適用した場合、複合樹脂材料は、第一間隔及び第二間隔の両方に配置されており、磁気的隙間を解消すると共に超電導コイル１の固定力が増加する。
【００６６】
なお、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、直線部１１、１２の端面１１ａ、１１ｂ、１２ａ、１２ｂの少なくとも一部がスロットの内壁又はヨークと接触していれば良い。ただし、全面接触のほうがさらに効果的である。また、間隔関係ついて、超電導コイル１は、直線部１１、１２の少なくとも一方について、第一間隔及び第二間隔の少なくとも一方が第三間隔及び第四間隔よりも小さくなるように配置されていれば良い。第一間隔及び第二間隔が０でない場合でも、上記関係が成立することで、上記効果が発揮される。ただし、第一間隔及び第二間隔を０とすることで、最も有利な効果が得られる。
【符号の説明】
【００６７】
１：超電導コイル、  １０：超電導線材、  １０ａ：テープ面  １１：第一直線部、  
１２：第二直線部、  １１ａ、１２ａ：一端面、  １１ｂ、１２ｂ：他端面、
１１ｃ、１２ｃ：外周表面、  １１ｄ、１２ｄ：内周表面、  
１Ａ、１Ｂ：要素コイル、
２：ステータコイル、  ２２、７１：第一スロット、  ２３、７２：第二スロット、
３１：第一ヨーク、  ３２：第二ヨーク、  ５３：第三ヨーク（サブヨーク）、
６：スロット、  Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ：複合樹脂材料
【図１】
2014217168.tif 000003
【図２】
2014217168.tif 000004
【図３】
2014217168.tif 000005
【図４】
2014217168.tif 000006
【図５】
2014217168.tif 000007
【図６】
2014217168.tif 000008
【図７】
2014217168.tif 000009
【図８】
2014217168.tif 000010
【図９】
2014217168.tif 000011
【図１０】
2014217168.tif 000012
【図１１】
2014217168.tif 000013