(57)【要約】【課題】  モータ駆動回路のスイッチ素子を永久電流を使って開閉ができるようにする。【解決手段】  スイッチ素子は第１に、臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材６１と、このスイッチ心材６１に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット６２と、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２との間に位置して臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場を制御する制御マグネット６３とを有している。前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とをそれぞれ永久電流スイッチＥＳで閉回路に形成された永久電流回路Ｅに接続している。【選択図】図１
2019068653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材（６１）と、このスイッチ心材（６１）に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット（６２）と、前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）との間に位置して臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を制御する制御マグネット（６３）とを有しており、
前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）とをそれぞれ永久電流スイッチ（ＥＳ）で閉回路に形成される永久電流回路（Ｅ）に接続していることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項２】
前記スイッチ心材（６１）は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット（６２）はスイッチ心材（６１）を包囲して臨界磁場を超える磁場を付与可能であり、前記制御マグネット（６３）は臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を臨界磁場未満にする逆方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ素子。
【請求項３】
前記スイッチ心材（６１）は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット（６２）はスイッチ心材（６１）を包囲して臨界磁場未満の磁場を付与可能であり、前記制御マグネット（６３）は臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場に重畳して臨界磁場を超えさせる順方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ素子。
【請求項４】
前記スイッチ心材（６１）の外方に制御マグネット（６３）を配置して対とし、この対を複数形成して共通の臨界マグネット（６２）内に配置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項５】
前記スイッチ心材（６１）の外方に制御マグネット（６３）を配置して対とし、この対を複数形成しかつ複数のスイッチ心材（６１）を並列接続して組とし、この組を複数形成して共通の臨界マグネット（６２）内に配置していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスイッチ素子。
【請求項６】
超電導材料で形成されていて回転磁界を形成する複数個の巻線（６）と、この複数個の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、複数個の巻線（６）に順次給電する多数個のスイッチ素子（Ｓ）と、多数個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）とを備えたモータ駆動回路であって、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と全スイッチ素子（Ｓ）との間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）を接続し、前記全スイッチ素子（Ｓ）を常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続していることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項７】
超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線（６）と、この三相の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個のスイッチ素子（Ｓ）と、６個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）とを備えたモータ駆動回路であって、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と６個のスイッチ素子（Ｓ）との間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）を接続し、６個のスイッチ素子（Ｓ）を閉鎖時に常電導から超電導に転移可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続していることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項８】
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と三相の巻線（６）との間に、前記６個の超電導のスイッチ素子（ＳＭ）及び永久電流スイッチ（ＥＳ）と並列接続して、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個の常電導スイッチ（Ｓ）を配置した常電導回路（Ｊ）を設けていることを特徴とする請求項６又は７に記載のモータ駆動回路。
【請求項９】
前記超電導スイッチ素子（Ｓ）は、臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材（６１）と、このスイッチ心材（６１）に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット（６２）と、前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）との間に位置して臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を制御する制御マグネット（６３）とを有しており、
前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）とをそれぞれ永久電流スイッチ（ＥＳ）で閉回路に形成された永久電流回路（Ｅ）に並列接続していることを特徴とする請求項６〜８のいずれか１項に記載のモータ駆動回路。
【請求項１０】
超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線（６）と、この三相の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する超電導材料で形成された６個のスイッチ素子（Ｓ）と、６個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）と、前記元スイッチ（６５）と６個のスイッチ素子（Ｓ）との間に接続された永久電流スイッチ（ＥＳ）とを設けており、
前記元スイッチ（６５）を閉鎖して電源（１７）から６個のスイッチ素子（Ｓ）側へ給電し、スイッチ素子（Ｓ）を所定順序で作動して三相の巻線（６）に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチ（ＥＳ）を閉鎖して三相の巻線（６）を通過した電流を再び永久電流スイッチ（ＥＳ）へ流すことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項１１】
前記元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個の常電導スイッチ（ｔ）を有しており、
元スイッチ（６５）を閉鎖して電源（１７）から６個の常電導スイッチ（ｔ）側へ給電し、常電導スイッチ（ｔ）を所定順序で作動して三相の巻線（６）に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチ（ＥＳ）を閉鎖するとともに常電導スイッチ（ｔ）から超電導のスイッチ素子（Ｓ）の作動に切り換えて、三相の巻線（６）を通過した電流を再び永久電流スイッチ（ＥＳ）へ流すことを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動方法。
【請求項１２】
永久磁石（３）を円周方向に配列して表裏各面にそれぞれ第１磁界部（４ａ）と第２磁界部（４ｂ）とを形成した回転自在なロータ（５）と、このロータ（５）の外周面の第１磁界部（４ａ）と対面して第１ステータ磁界（α）を形成す複数個の超電導巻線（６ａ）を設けた第１ステータ（７ａ）と、ロータ（５）の内周面の第２磁界部（４ｂ）と対面して第２ステータ磁界（β）を形成する複数個の超電導巻線（６ｂ）を設けた第２ステータ（７ｂ）と、前記第１ステータ（７ａ）と第２ステータ（７ｂ）とを固定しかつロータ（５）を包囲したケース（８）とを有しており、
前記第１ステータ（７ａ）又は第２ステータ（７ｂ）の一方の巻線（６）に給電してロータ（５）を回転駆動する給電装置（９）と、駆動されるロータ（５）の回転によって他方の巻線（６）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）を有しており、
前記ロータ（５）は、第１磁界部（４ａ）及び第２磁界部（４ｂ）を設けた円筒部（５ａ）の両端が自由端の円筒体であり、第１ステータ（７ａ）又は第２ステータ（７ｂ）との間に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、
前記制御部（１８）は、複数個の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、複数個の巻線（６）に順次給電する多数個のスイッチ素子（Ｓ）と、電源（１７）及び元スイッチ（６５）と全スイッチ素子（Ｓ）との間に接続されていて常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）とを有するモータ駆動回路（６０）を備えており、
前記全スイッチ素子（Ｓ）を常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続していることことを特徴とする電気回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導巻線に給電するスイッチ素子、モータ駆動回路及びモータ駆動方法並びに電気回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導巻線を使った電気回転機として、特許文献１に開示された電気回転機は、永久磁石を円周方向に配列したロータと、ロータの外周面側の超電導巻線を設けた第１ステータと、ロータの内周面側の第２ステータと、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有しており、前記ロータは、第１磁界部及び第２磁界部を設けた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ステータとの間に磁気で径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び磁気で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いる。
【０００３】
前記電気回転機には、ロータを回転駆動する給電装置のモータ駆動回路として周知のブラシレスＤＣモータの駆動回路が適用可能である。
超電導巻線を用いたモータの駆動回路に臨界磁場を超える磁場を加減してスイッチングする技術として、特許文献２に開示された装置は、界磁を配置した回転子と、該界磁の周囲に電機子コイルを複数配置した固定子とを備え、電機子コイルの励磁を切り換えて回転磁界を発生し、回転子を回転する電動機であって、前記電機子コイルを超電導体巻線から構成すると共に、該電機子コイルを超電導体部材を介して直流電源に接続し、回転子に同期して回転し、外周に沿った所定の範囲にわたって超電導体部材の臨界磁場より強い磁場を形成する磁場形成部材を設け、前記超電導体部材を、その各々に対応する電機子コイルの励磁の順に磁場形成部材の外周近傍に配置している（請求項１）。
【０００４】
核磁気共鳴装置、ＭＲＳ、ＳＭＥ等には超電導巻線への励磁電流供給回路に、機械式、加熱式、変圧器式、磁界式等の永久電流スイッチが使用されており、永久電流を活用する技術が確立されている。
磁界式永久電流スイッチを適用した従来技術として、特許文献３に開示された装置は、超電導コイルと、この超電導コイルに並列接続された超電導線からなる永久電流スイッチ用線材と、前記永久電流スイッチ用線材の近傍に設置されて永久電流スイッチ用線材に磁界をかけるか磁界を減じて永久電流スイッチ用線材を超電導状態から常電導状態にあるいは常電導状態から超電導状態に転移させる制御用マグネットを具備してなる永久電流スイッチ装置であって、前記制御用マグネットが、その中心部に永久電流スイッチ用線材を配置して設けられ、前記制御用マグネットが、各々独立して同心円状に配置された複数の制御用マグネットユニットから構成される多重構造にされてなり、前記制御用マグネットを構成する複数の制御用マグネットユニットのうち、少なくとも１つが直流磁界を発生させるものであり、少なくとも１つがパルス磁界を発生させるものであり、前記直流磁界を発生させる制御用マグネットユニットが、永久電流スイッチ用線材の臨界磁界以下の直流磁界を発生させ得るものであり、前記パルス磁界を発生させる制御用マグネットユニットが、前記直流磁界に重畳して永久電流スイッチ用線材の臨界磁界を超える磁界をパルス的に発生させるものとして構成されている（請求項１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５８８７６３４号公報
【特許文献２】特許第２６５３１６５号公報
【特許文献３】特許第３８５６８７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１の技術は、モータ態様をする第２ステータの巻線を超電導材で形成することにより、大電流で高磁界を発生して、第１ステータの巻線から大電流を効率良く取り出せることができるが、モータ側巻線への供給電流は従来からのトランジスタ等のスイッチング素子を使うと、駆動回路の電気抵抗を減少させるは困難である。
前記特許文献２の技術は、磁界式スイッチをモータのスイッチング素子に適用できるが、永久電流を流す技術はなく、その制御には臨界磁場より強い磁場を形成する磁場形成部材を回転子に設けなくてはならなく、機械的制御であって電気的制御を行うことは困難になっている。
磁場式スイッチング素子は前記特許文献３でも高速切り換えが可能であり、その応答性が高いが、多数個を高速・低電流で切り換えるモータのスイッチング素子には適用されていない。
【０００７】
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スイッチ素子、モータ駆動回路及びモータ駆動方法並びに電気回転機を提供することを目的とする。
本発明は、超電導材料のスイッチ心材とこれに転移のための磁場を与える臨界マグネットとの間に制御用磁場を与える制御マグネットを設け、かつスイッチ心材と臨界マグネットとを永久電流回路に接続することにより、永久電流を使ってスイッチ心材の開閉ができるスイッチ素子を提供することを目的とする。
本発明は、回転磁界を形成する複数個の巻線用のスイッチ素子を、永久電流を使って臨界磁場を超えた常電導状態から超電導状態に転移可能な超電導材料で形成し、かつ永久電流回路に接続することにより、回転磁界を作るスイッチ素子の電気抵抗を低下させることのできるモータ駆動回路を提供することを目的とする。
本発明は、元スイッチを閉鎖して電源から複数個の超電導スイッチ素子を所定順序で作動し、三相の巻線に回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチを閉鎖して三相の巻線を通過した電流を再び三相の巻線へ供給することにより、永久電流でモータを駆動することができるモータ駆動方法を提供することを目的とする。
本発明は、回転磁界を形成する複数個の巻線用のスイッチ素子を、永久電流を使って臨界磁場を超えた常電導状態から超電導状態に転移可能な超電導材料で形成し、かつ永久電流回路に接続することにより、回転磁界を作るスイッチ素子の電気抵抗を低下させることのできるモータ駆動回路を有する電気回転機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】
【０００８】
本発明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。
スイッチ素子は第１に、臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材６１と、このスイッチ心材６１に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット６２と、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２との間に位置して臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場を制御する制御マグネット６３とを有しており、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とをそれぞれ永久電流スイッチＥＳで閉回路に形成される永久電流回路Ｅに接続していることを特徴とする。
このようなスイッチ素子は、スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とを永久電流回路Ｅに接続して永久電流を流すことができ、永久電流を使ってスイッチ心材６１の開閉ができる。
【０００９】
スイッチ素子は第２に、前記スイッチ心材６１は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット６２はスイッチ心材６１を包囲して臨界磁場を超える磁場を付与可能であり、前記制御マグネット６３は臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場を臨界磁場未満にする逆方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする。
このようなスイッチ素子は、スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とを永久電流回路Ｅに接続して永久電流を流すことができ、永久電流を使って臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ臨界磁場を超える磁場を与えた状態から、制御マグネット６３で臨界磁場未満に低下させてスイッチ心材６１の開閉ができる。
【００１０】
スイッチ素子は第３に、前記スイッチ心材６１は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット６２はスイッチ心材６１を包囲して臨界磁場未満の磁場を付与可能であり、前記制御マグネット６３は臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場に重畳して臨界磁場を超えさせる順方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする。
このようなスイッチ素子は、スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とを永久電流回路Ｅに接続して永久電流を流すことができ、永久電流を使って臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ臨界磁場未満の磁場を与えて超電導の状態から、制御マグネット６３で磁場を重畳して臨界磁場を超えさせてスイッチ心材６１を開閉することができる。
【００１１】
スイッチ素子は第４に、前記スイッチ心材６１の外方に制御マグネット６３を配置して対とし、この対を複数形成して共通の臨界マグネット６２内に配置していることを特徴とする。
このようなスイッチ素子は、臨界磁場近傍の磁場を発生する臨界マグネット６２を簡単かつ確実に形成することができ、１つの臨界マグネット６２で複数対のスイッチ心材６１及び制御マグネット６３に作用できる。
【００１２】
スイッチ素子は第５に、前記スイッチ心材６１の外方に制御マグネット６３を配置して対とし、この対を複数形成しかつ複数のスイッチ心材６１を並列接続して組とし、この組を複数形成して共通の臨界マグネット６２内に配置していることを特徴とする。
このようなスイッチ素子は、１組内の並列接続された複数のスイッチ心材６１を順次超電導状態にでき、１つのスイッチ心材６１の転移に時間がかかっても、スイッチ素子としての開閉を高速に切り換えできる。
【００１３】
モータ駆動回路は第１に、超電導材料で形成されていて回転磁界を形成する複数個の巻線６と、この複数個の巻線６に給電する電源１７及び元スイッチ６５と、複数個の巻線６に順次給電する多数個のスイッチ素子ＳＭと、多数個のスイッチ素子ＳＭを順次開閉する制御部１８とを備えたモータ駆動回路であって、前記電源１７及び元スイッチ６５と全スイッチ素子ＳＭとの間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチＥＳを接続し、前記全スイッチ素子ＳＭを常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチＥＳが閉鎖することにより形成される永久電流回路Ｅに接続していることを特徴とする。
このようなモータ駆動回路は、永久電流スイッチＥＳで形成されるを永久電流回路Ｅの永久電流を利用して、スイッチ素子ＳＭの開閉及び複数個の巻線６への給電ができ、スイッチ素子ＳＭの電気抵抗を低下させることもできる。
【００１４】
モータ駆動回路は第２に、超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線６と、この三相の巻線６に給電する電源１７及び元スイッチ６５と、元スイッチ６５を閉鎖して三相の巻線６に順次給電する６個のスイッチ素子ＳＭと、６個のスイッチ素子ＳＭを順次開閉する制御部１８とを備えたモータ駆動回路であって、前記電源１７及び元スイッチ６５と６個のスイッチ素子ＳＭとの間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチＥＳを接続し、６個のスイッチ素子ＳＭを閉鎖時に常電導から超電導に転移可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチＥＳが閉鎖することにより形成される永久電流回路Ｅに接続していることを特徴とする。
このようなモータ駆動回路は、永久電流スイッチＥＳで形成されるを永久電流回路Ｅの永久電流を利用して６個のスイッチ素子ＳＭの開閉及び三相の巻線６への給電ができる。
【００１５】
モータ駆動回路は第３に、前記電源１７及び元スイッチ６５と三相の巻線６との間に、前記６個の超電導のスイッチ素子ＳＭ及び永久電流スイッチＥＳと並列接続して、元スイッチ６５を閉鎖して三相の巻線６に順次給電する６個の常電導スイッチｔを配置した常電導回路Ｊを設けていることを特徴とする。
このようなモータ駆動回路は、６個の超電導のスイッチ素子ＳＭと６個の常電導スイッチｔとを選択的に使用して、永久電流の利用と電源１７からの電流利用とを使い分けることができる。
【００１６】
モータ駆動回路は第４に、前記超電導のスイッチ素子ＳＭは、臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材６１と、このスイッチ心材６１に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット６２と、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２との間に位置して臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場を制御する制御マグネット６３とを有しており、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とをそれぞれ永久電流スイッチＥＳで閉回路に形成された永久電流回路Ｅに接続していることを特徴とする。
このようなモータ駆動回路は、超電導のスイッチ素子ＳＭがスイッチ心材６１と臨界マグネット６２とを永久電流回路Ｅに接続して永久電流を流すことができ、永久電流を使ってス回転磁界を形成することができる。
【００１７】
モータ駆動方法は第１に、超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線６と、この三相の巻線６に給電する電源１７及び元スイッチ６５と、元スイッチ６５を閉鎖して三相の巻線６に順次給電する超電導材料で形成された６個のスイッチ素子ＳＭと、６個のスイッチ素子ＳＭを順次開閉する制御部１８と、前記元スイッチ６５と６個のスイッチ素子ＳＭとの間に接続された永久電流スイッチＥＳとを設けており、前記元スイッチ６５を閉鎖して電源１７から６個のスイッチ素子ＳＭ側へ給電し、スイッチ素子ＳＭを所定順序で作動して三相の巻線６に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチＥＳを閉鎖して三相の巻線６を通過した電流を再び永久電流スイッチＥＳへ流すことを特徴とする。
このようなモータ駆動方法は、永久電流スイッチＥＳで形成されるを永久電流回路Ｅの永久電流を利用して６個のスイッチ素子ＳＭの開閉及び三相の巻線６への給電ができ、永久電流で回転磁界を形成することができ、三相の巻線６を通過した電流を再び永久電流スイッチＥＳへ流すことができる。
モータ駆動方法は第２に、前記元スイッチ６５を閉鎖して三相の巻線６に順次給電する６個の常電導スイッチｔを有しており、元スイッチ６５を閉鎖して電源１７から６個の常電導スイッチｔ側へ給電し、常電導スイッチｔを所定順序で作動して三相の巻線６に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチＥＳを閉鎖するとともに常電導スイッチｔから超電導のスイッチ素子ＳＭの作動に切り換えて、三相の巻線６を通過した電流を再び永久電流スイッチＥＳへ流すことを特徴とする。
このようなモータ駆動方法は、６個の超電導のスイッチ素子ＳＭと６個の常電導スイッチｔとを択一的に使用して、三相の巻線６を常電導駆動から超電導駆動に移行させることができる。
【００１８】
電気回転機は、永久磁石３を円周方向に配列して表裏各面にそれぞれ第１磁界部４ａと第２磁界部４ｂとを形成した回転自在なロータ５と、このロータ５の外周面の第１磁界部４ａと対面して第１ステータ磁界αを形成す複数個の超電導巻線６ａを設けた第１ステータ７ａと、ロータ５の内周面の第２磁界部４ｂと対面して第２ステータ磁界βを形成する複数個の超電導巻線６ｂを設けた第２ステータ７ｂと、前記第１ステータ７ａと第２ステータ７ｂとを固定しかつロータ５を包囲したケース８とを有しており、前記第１ステータ７ａ又は第２ステータ７ｂの一方の巻線６に給電してロータ５を回転駆動する給電装置９と、駆動されるロータ５の回転によって他方の巻線６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を有しており、前記ロータ５は、第１磁界部４ａ及び第２磁界部４ｂを設けた円筒部５ａの両端が自由端の円筒体であり、第１ステータ７ａ又は第２ステータ７ｂとの間に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、前記制御部１８は、複数個の巻線６に給電する電源１７及び元スイッチ６５と、複数個の巻線６に順次給電する多数個のスイッチ素子Ｓと、電源１７及び元スイッチ６５と全スイッチ素子Ｓとの間に接続されていて常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチＥＳとを有するモータ駆動回路６０を備え、前記全スイッチ素子Ｓを常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチＥＳが閉鎖することにより形成される永久電流回路Ｅに接続していることことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、永久電流を使ってスイッチ素子を開閉することができる。
モータ駆動回路は永久電流を利用して超電導のスイッチ素子の開閉及び複数個の巻線への給電ができ、永久電流で回転磁界を形成することができる。
モータ駆動方法は永久電流を利用して６個の超電導のスイッチ素子の開閉及び三相の巻線への給電ができ、永久電流で回転磁界を形成することができ、三相の巻線を通過した電流を永久電流スイッチ経由で再び三相の巻線へ供給することができる。
電気回転機は永久電流回路を使って永久電流を利用して超電導のスイッチ素子の開閉及び複数個の巻線への給電ができ、永久電流で回転磁界を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１実施形態の電気回転機のモータ駆動回路図である。
【図２】超電導のスイッチ素子の平面図である。
【図３】図２のＸ−Ｘ線断面図である。
【図４】第１実施形態の電気回転機の縦断面図である。
【図５】同電気回転機の横断面図である。
【図６】ロータの横断面図である。
【図７】ロータの外周面図である。
【図８】第１ステータのティース体の横断面図である。
【図９】第１ステータのティース体の内周面図である。
【図１０】第２ステータのティース体の横断面図である。
【図１１】第２ステータのティース体の外周面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の電気回転機のモータ駆動回路図である。
【図１３】第２実施形態の電気回転機の縦断面図である。
【図１４】超電導のスイッチ素子の第１変形例の縦断面図である。
【図１５】超電導のスイッチ素子の第２変形例の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１〜１１は第１実施形態の電気回転機１Ａを示しており、４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（モータ駆動回路を含む）９、集電装置１０及び電源（バッテリ）１７等を備えた制御部１８と接続され、冷却媒体の供給装置（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）２１及び真空装置２２等とも接続されている。
図４、５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は超電導材料で形成され、それぞれ電流を給電及び集電可能になっている。
図４〜７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。
【００２２】
ロータ本体５ａは永久磁石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４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、円錐形、楕円錐、多角錐等でもよい。
前記永久磁石３の小磁石３ｐは波形制御パルス着磁が可能な超電導バルクの小粒であって、イットリュウム系、ニオブチタン系、銅酸化物系等の超電導材料で形成され、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂を含浸したり、金属を含浸したりしてもよい。
【００２３】
図４、５、８〜１１において、第１ステータ７ａ及び第２ステータ７ｂはそれぞれ、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）のセグメント形状のティース体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。
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と僅少径方向間隙（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。
【００２４】
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と僅少径方向間隙（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）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。
第１ステータ７ａ及び第２ステータ７ｂの各ティース体Ｔ及びステータ本体Ｓには、溝、凹部、孔等によって冷却媒体を流通する冷却路が形成され、また、ケース８及び支持体１３にも冷却路が形成され、冷却管を介して外部の冷却媒体供給装置２１と接続されており、冷却容器（クライオスタット）となっている。
前記ケース８は円筒形の外筒８ａと有底円筒形の支持体１３とこれらを同心に連結支持する底壁８ｂと、外筒８ａの上端開口を閉鎖する蓋部材８ｃとを有しており、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。ケース８のロータ５配置空間及び断熱ケース２９との間の空間には真空装置２２が接続されている。
【００２５】
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。
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）に給電してロータ５を回転駆動可能になっており、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。
即ち、制御部１８は、第１ステータ７ａと第２ステータ７ｂとは、共通のロータ５を回転させて、一方を電動態様（モータ態様）にしかつ同時に他方を発電態様（ジェネレータ態様）にすることができ、始動時及び永久磁石着磁時に第１ステータ７ａ及び第２ステータ７ｂの両方に給電できるようになっている。
前記電気回転機１Ａは、第１ステータ７ａの巻線６ａ及び／又は第２ステータ７ｂの巻線６ｂにインバータを介して給電してモータ態様で回転させるとき、モータ駆動回路６０で駆動させることができる。
【００２６】
その電気回転機１Ａの制御部１８に備えたモータ駆動回路６０Ａは図１〜３に示しており、モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相のスター結線された三相の巻線６には、電源１７（バッテリ）及び元スイッチ６５との間に永久電流回路Ｅと常電導回路Ｊとが並列接続されており、択一又は同期作動可能になっている。
前記常電導回路ＪはブラシレスＤＣモータの駆動インバータ回路と略同一であり、常電導スイッチｔとしてスイッチングトランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ、ＩＧＢＴ等でもよい。）ｔを直列に２個１組とし、この組を３組並列接続しており、各組のトランジスタｔ１ーｔ６間にそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相の巻線６を接続している。３組計６個のトランジスタｔ１ーｔ６は制御部１８からの信号によって開閉（オン・オフ）作動され、三相の巻線６に回転磁界を形成する。
インバータ制御には、ホール素子等のロータ磁極位置検出手段を用いてもよいが、電気角１２０度通電を利用して巻線６ａ又は６ｂに生じる誘起電圧により、ロータ磁極位置を検出するセンサレス方式を適用し、ＰＷＭ制御することができる。
【００２７】
前記永久電流回路Ｅは、電源１７及び元スイッチ６５と接続された永久電流スイッチＥＳを有し、かつ２個１組のスイッチ素子ＳＭを３組並列接続しており、各組のスイッチ素子ＳＭ間にそれぞれＵ相、Ｖ相及びＷ相の三相の巻線６を接続している。
３組計６個のスイッチ素子ＳＭ（ＳＭ１〜ＳＭ６）は常電導回路Ｊと共通の制御部１８からの信号によって開閉され、三相の巻線６に回転磁界を形成する。
前記スイッチ素子ＳＭは、臨界磁場（臨界磁界）を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で無誘導巻きコイル状に形成されたスイッチ心材６１と、このスイッチ心材６１を包囲して臨界磁場を超えた磁場を与える臨界マグネット６２と、前記スイッチ心材６１と臨界マグネット６２との間に位置して臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場を制御する制御マグネット６３とを有している。前記スイッチ心材６１、臨界マグネット６２及び制御マグネット６３は、巻線６ａ、６ｂと同様な超電導材料で形成されている。
前記スイッチ素子ＳＭのスイッチ心材６１と臨界マグネット６２とはそれぞれ、永久電流スイッチＥＳで閉回路に形成される永久電流回路Ｅに並列接続されている。永久電流回路Ｅは制御部１８の一部として超電導制御ユニット４５内に設けられ、この超電導制御ユニット４５は支持体１３内に配置され、ステータ７ａ，７ｂと同様に臨界温度以下に冷却される。
【００２８】
図２、３において、スイッチ素子ＳＭはスイッチ心材６１の外方に制御マグネット６３を配置して対とし、この対を６対形成して共通の臨界マグネット６２内に配置している。
臨界マグネット６２は大きな円筒形に形成されており、この臨界マグネット６２の内側に、中央を除いて内周方向に略等間隔にスイッチ心材６１及び制御マグネット６３の対が６対配置されている。
各スイッチ心材６１は、中央でＵターンさせて両側に互いに逆となるコイル部を形成して２つのコイル部を無誘導巻きに形成されており、このスイッチ心材６１では電磁誘導が極めて低く抑えられており、臨界磁場が略均一になるように製作されている。各スイッチ心材６１は、臨界磁場が略均一になるように製作されている。
また、このスイッチ心材６１は元スイッチ６５が閉鎖されているとき通電可能な状態になり、永久電流回路Ｅに接続されているので、それ自体が閉動作すれば永久電流を流動可能になる。
臨界マグネット６２は強磁場を付与（印加）できるものであって、スイッチ心材６１が製作時から具備する臨界磁場を超える磁場をスイッチ心材６１に与え得るものであり、元スイッチ６５を閉鎖し、永久電流回路Ｅに電流が流れると同時にこの臨界マグネット６２にも電流が供給され、スイッチ心材６１固有の臨界磁場を超える磁場を形成できる。
【００２９】
制御マグネット６３は臨界マグネット６２内に入る小さな円筒形に形成されており、臨界マグネット６２よりも十分に近い位置でスイッチ心材６１を包囲しており、臨界マグネット６２の磁場と逆方向の磁場を印加可能であり、逆方向磁場を印加することにより、臨界マグネット６２の磁場を相殺（低下、抑制）して、臨界マグネット６２からスイッチ心材６１に与え得る磁場を臨界磁場よりも低く抑えるようにしている。
即ち、（臨界マグネット６２による臨界磁場を超える磁場）−（制御マグネット６３による逆方向の磁場）＝（スイッチ心材６１に超電導が許容される磁場）となり、制御マグネット６３が励磁するとスイッチ心材６１はオンになり、制御マグネット６３が消磁するとスイッチ心材６１はオフになる。
３組計６個のスイッチ素子ＳＭ１〜ＳＭ６のそれぞれの電気角を１２０度とすると、制御マグネット６３は消磁の時間より励磁する時間が短く、しかもパルス制御することにより、励磁時間をさらに短くできる。
【００３０】
これに対して、臨界マグネット６２はスイッチ心材６１を包囲して臨界磁場未満（下部臨界磁場より高くかつ上部臨界磁場より低い）の磁場を付与するようにし、制御マグネット６３は臨界マグネット６２からスイッチ心材６１へ与える磁場に重畳して臨界磁場を超えさせる磁場を付与するようにしてもよい。
即ち、（臨界マグネット６２による臨界磁場を超えない低磁場）＋（制御マグネット６３による順方向の磁場）＝（スイッチ心材６１に臨界磁場を超えて常電導に転移する磁場）となり、制御マグネット６３が励磁すると、スイッチ心材６１はオフになり、制御マグネット６３が消磁すると、スイッチ心材６１はオンになる。
この場合は、６個のスイッチ素子ＳＭの電気角を１２０度とすると、制御マグネット６３を励磁する時間が消磁する時間（超電導時間）よりも長くなる。しかし、臨界マグネット６２は臨界磁場を超えない低磁場の発生だけでよい。
【００３１】
制御マグネット６３は制御部１８からの制御信号により励磁作動されるものであるが、スイッチ心材６１と臨界マグネット６２とは両方ともに永久電流回路Ｅに接続されているので、それらのオン時には永久電流が供給される。
前記永久電流スイッチＥＳは、電源１７及び元スイッチ６５と全スイッチ素子ＳＭとの間に接続されていて、常電導から超電導に転移可能な超電導材料で形成されており、閉鎖されると全スイッチ素子ＳＭとの間に永久電流が流れる閉回路を形成する。永久電流スイッチＥＳは前記共通の臨界マグネット６２の磁場内に永久スイッチ心材７１及び永久制御マグネット７３の対が配置されている。
永久電流スイッチＥＳの永久スイッチ心材７１は、無誘導巻きコイル状であって臨界磁場が臨界マグネット６２の磁場より高く設定されており、永久制御マグネット７３の磁場は臨界マグネット６２と順方向（同一方向）であり、臨界マグネット６２の磁場に重畳して永久スイッチ心材７１の臨界磁場を超えさせる磁場を形成可能になっている。
この永久電流スイッチＥＳは、元スイッチ６５が閉のとき、臨界マグネット６２により磁場が形成され、同時に制御部１８からの制御信号により永久制御マグネット７３の磁場が重畳されて、永久スイッチ心材７１は臨界磁場を超える磁場を受けて常電導状態なり、永久制御マグネット７３が消磁されると永久スイッチ心材７１が受ける磁場は臨界磁場より低下して永久スイッチ心材７１は超電導状態に転移し、永久スイッチ心材７１を通った電流を永久電流回路Ｅに流す。
永久電流スイッチＥＳはモータ駆動中オン状態であるので、永久制御マグネット７３は消磁により永久電流スイッチＥＳをオンにすることが消費電力低減に繋がる。
【００３２】
図２、３おいて、６対のスイッチ心材６１及び制御マグネット６３は１つの臨界マグネット６２のボア内に径方向略同一距離でかつ周方向略等間隔に配置され、永久電流スイッチＥＳの永久スイッチ心材７１及び永久制御マグネット７３は臨界マグネット６２のボアの略中央に配置されている。
円筒形の臨界マグネット６２のボアの内部磁場は、ボア内周面近くが最も強く、ボア中央が若干弱くなっており、６対のスイッチ心材６１が付与される磁場強度を強くかつ略均一にし、永久スイッチ心材７１が付与される磁場を若干弱くしている。それにより、永久スイッチ心材７１は臨界磁場をスイッチ心材６１より若干高く設定するだけでよい。
【００３３】
前記永久電流スイッチＥＳは、永久スイッチ心材７１を臨界マグネット６２の磁場より低い臨界磁場に設定し、永久制御マグネット７３の磁場を臨界マグネット６２に対して逆方向に設定し、臨界マグネット６２の磁場で永久スイッチ心材７１の臨界磁場を超える磁場を付与し、永久制御マグネット７３の磁場で永久スイッチ心材７１を超電導状態に転移して永久電流を流せるようにしてもよい。
【００３４】
電気回転機１Ａのモータ駆動方法及び電気回転機運転方法を説明する。
元スイッチ６５を閉鎖して電源１７から永久電流回路Ｅ及び常電導回路Ｊに直流電流を給電する。永久電流回路Ｅでは臨界マグネット６２に給電され、総てのスイッチ心材６１に臨界磁場を超える磁場が付与され、永久制御マグネット７３が励磁され、スイッチ心材６１及び永久電流スイッチＥＳは常電導状態になってオフになる。
常電導回路Ｊの３組計６個のスイッチングトランジスタｔ１ーｔ６を制御部１８からの信号によって順次開閉していくと、三相の巻線６に順次給電して転流切り換えにより回転磁界を形成し、ロータ５を回転駆動する。
【００３５】
ロータ５が所要回転数に達したら、永久電流スイッチＥＳの永久制御マグネット７３を消磁して、永久スイッチ心材７１に付与されていた臨界磁場超えの磁場を減少し、永久電流スイッチＥＳを超電導状態のオンにし、永久電流回路Ｅを永久電流が流動可能な閉回路状態にする。これにより、臨界マグネット６２には永久電流が流れ、スイッチ心材６１にも永久電流が流動可能になる。
永久電流スイッチＥＳをオンにしてから、制御部１８からの信号で３組計６個のスイッチ素子ＳＭ１〜ＳＭ６の制御マグネット６３を順次励磁して、スイッチ素子ＳＭ１〜ＳＭ６を順次オンにし、永久電流スイッチＥＳからの永久電流を三相の巻線６に順次給電して回転磁界を形成してロータ５を回転駆動する。三相の巻線６を通過した電流は、オンになったスイッチ素子ＳＭから永久電流スイッチＥＳに戻り、再びスイッチ素子ＳＭを経て三相の巻線６へ送られる。
【００３６】
前記永久電流回路Ｅに永久電流が流れているときに、事故電流が発生した場合、臨界マグネット６２による臨界磁場を超える磁場がより大きくなり、制御マグネット６３による逆方向磁場では臨界磁場以下に抑制できなくなると、スイッチ素子ＳＭはオンになることがなく、永久制御マグネット７３の磁場を印加しなくとも、永久電流スイッチＥＳはオフとなる。
即ち、永久電流スイッチＥＳは限流器の役目をし、スイッチ素子ＳＭ及び三相の巻線６への過電流の影響を抑える。このとき、給電を永久電流回路Ｅから常電導回路Ｊに切り換えるか、又は元スイッチ６５をオフにする。
前記永久電流回路Ｅによるモータ駆動は、常電導回路Ｊによるモータ駆動を割愛して、元スイッチ６５を閉鎖して電源１７から永久電流回路Ｅに給電し、臨界マグネット６２を励磁した状態から永久電流スイッチＥＳをオンにし、その後にスイッチ素子ＳＭを開閉することもできる。
【００３７】
超電導バルクを着磁するとき、ケース８内の第１ステータ７ａ及び第２ステータ７ｂを限界温度以下に冷却し、ロータ５を冷却しながら、永久電流回路Ｅ又は常電導回路Ｊを介して第１ステータ７ａ及び第２ステータ７ｂの巻線に同時に波形制御パルスを給電し、１８０度変位している２極分の超電導バルク小粒を内外両側から異なる極の吸引磁場を付与し、ロータ５を磁気浮上した状態で２極同時に永久磁石に励磁する。
【００３８】
図１２〜１４に示す第２実施形態において、電気回転機１Ｂは、ロータ軸心方向に２組の超電導電気回転機１ＢＬ、１ＢＲをケース８内に組込んでおり、超電導電気回転機１ＢＬは電気回転機１Ａと同様の電動機発電機であり、超電導電気回転機１ＢＲは回転トルク取り出し可能な電動機発電機であり、かつ外部回転部材を介して移動機体の運動エネルギを回生する回生機である。
前記電気回転機１Ｂは、２個のロータ５Ｌ、５Ｒと、内外周のステータ７ａ、７ｂと、これらを収納しかつ支持するケース（冷却容器）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と有し、これらは円筒形であって、軸心は横向きに配置されている。
【００３９】
第１ロータ５Ｌは永久磁石３Ｌが埋め込まれていて両端が自由端の円筒形であり、第２ロータ５Ｒは永久磁石３Ｒが埋め込まれた円筒状のロータ本体５ａと、このロータ本体５ａの一端に連結された回転軸部５ｂと、この回転軸部５ｂと一体成形された出力軸部５ｃとを有している。
２個のロータ５Ｌ、５Ｒに対向して、第１ステータ７ａの内周には左右巻線６ａＬ、６ａＲが、第２ステータ７ｂの外周には左右巻線６ｂＬ、６ｂＲがそれぞれ設けられており、各巻線６ａ、６ｂは超電導材料で形成され、巻線６ａＲ、６ｂＬ、６ｂＲはレーストラック形状の１つのループに巻かれ、巻線６ａＬは中央の主ループｊの両側に逆向きに巻いた副ループｋを形成しており、それぞれ三相交流電流を給電及び集電可能になっている。
前記巻線６ａＬ、６ａＲ、６ｂＬ、６ｂＲは超電導制御ユニット４５内のモータ駆動回路６０Ｂと接続され、ステータ７ａ、７ｂ内の流通路及び支持体１３内部は冷却媒体供給装置２１と接続され、ケース８内の空間及び断熱ケース２９内の空間は真空装置２２と接続されている。
【００４０】
電気回転機１Ｂは、超電導巻線６ｂＬ、６ｂＲに大電流、永久電流を供給して強い電流で２個のロータ５Ｌ、５Ｒを回転駆動し、巻線６ａＬ、６ａＲから誘導電流を集電し、同時に第２ロータ５Ｒの出力軸部５ｃから回転駆動力を取り出す。また、巻線６ａＲ、６ｂＲに回転磁界を形成してロータ５Ｒを大トルクで駆動したり、出力軸部５ｃから回転動力を入れて巻線６ａＲ、６ｂＲから集電したりする。巻線６ａＬ、６ａＲ、６ｂＬ、６ｂＲは同時に又は独立して給電及び集電が可能である。
巻線６ａＬは第１ロータ５Ｌの回転により誘導電流を生じるとき、中央の主ループｊで磁気反発力が発生し、かつ両側副ループｋで磁気吸引力を発生し、第１ロータ５Ｌと第１ステータ７ａとの間で磁気で径方向間隙を形成する磁気間隙形成手段及び磁気で軸方向相対位置を適正にする磁気位置設定手段を構成する。
【００４１】
図１２に示す電気回転機１Ｂのモータ駆動回路６０Ｂは、４つの巻線６ａＬ、６ａＲ、６ｂＬ、６ｂＲの内の１つの巻線６ｂＲを示しており、モータのＵ相、Ｖ相及びＷ相のスター結線された巻線６ｂＲには、電源１７及び元スイッチ６５との間に永久電流回路Ｅが接続されており、常電導のみの駆動回路は無く、永久電流スイッチＥＳは臨界マグネット６２の磁場の外方に配置されている。
超電導材料で無誘導巻された３組計６個のスイッチ素子ＳＭ（ＳＭ１〜ＳＭ６）は、それぞれスイッチ心材６１が制御マグネット６３で包囲されて対となり、それらの対は１つの大きな円筒形の臨界マグネット６２で包囲されている。
【００４２】
超電導のスイッチ心材６１は臨界磁場が所要値に設定されており、このスイッチ心材６１に臨界マグネット６２で臨界磁場を超える磁場を与えて常電導状態にし、制御マグネット６３に逆方向磁場を励磁させて臨界磁場未満の磁場にして超電導状態のオン状態に切り換え制御する、または、臨界マグネット６２に臨界磁場未満の磁場を発生させながら、制御マグネット６３に順方向磁場を励磁させて、スイッチ心材６１を開閉制御する。
永久電流スイッチＥＳは、超電導材料で無誘導巻された１個の永久スイッチ心材７１を永久制御マグネット７３で包囲しており、スイッチ素子ＳＭの臨界マグネット６２のボア外方に配置されている。
前記永久制御マグネット７３が発生する磁場を励磁・消磁（オン・オフ）することで、永久スイッチ心材７１を臨界磁場を超える常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に切り換えられる。永久電流スイッチＥＳはモータ駆動初期にオフからオンに切り換えられ、モータ駆動中はオンのままなので、永久制御マグネット７３の励磁は短時間となる。
【００４３】
図１４は超電導のスイッチ素子群の第１変形例を示している。この超電導のスイッチ素子ＳＭは、スイッチ心材６１を制御マグネット６３で包囲して対とし、この対を６対形成して同心上に直列配置し、これらを長い円筒状の１つの臨界マグネット６２内に共通配置している。
なお、スイッチ心材６１及び制御マグネット６３の対を３対ずつ臨界マグネット６２内に配置したり、永久電流スイッチＥＳも臨界マグネット６２内でスイッチ心材６１と直列方向に配置したりしてもよい。
【００４４】
図１５は超電導のスイッチ素子群の第２変形例を示している。この超電導のスイッチ素子ＳＭは、スイッチ心材６１（ｘ）の外方に制御マグネット６３（ｙ）を配置して対とし、この対を複数形成しかつ複数のスイッチ心材６１を並列接続して組とし、この組を複数（６組）形成して共通の臨界マグネット６２内に配置している。
前記複数対のスイッチ心材６１（ｘ１〜ｘｎ）及び制御マグネット６３（ｙ１〜ｙｎ）は永久スイッチ心材７１が閉鎖することにより閉回路になる永久電流回路Ｅに並列接続されている。
前記１組内の複数のスイッチ心材６１（ｘ１〜ｘｎ）にそれぞれ対応する複数の制御マグネット６３（ｙ１〜ｙｎ）には番地が付与されていて、制御部１８からの制御信号により順次励磁され、スイッチ素子ＳＭ１〜ＳＭ６の１番地の制御マグネット６３（ｙ１）からｎ番地の制御マグネット６３（ｙｎ）まで順次作動される。
このようなスイッチ素子ＳＭは、１組内の並列接続された複数のスイッチ心材６１（ｘ１〜ｘｎ）を順次超電導状態にでき、超電導状態から常電導状態への転移に時間がかかっても、スイッチ素子ＳＭ１〜ＳＭ６としての開閉を高速に切り換えできる。
【００４５】
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１〜１５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、モータとしても極数は、８極１２スロット等でもよく、６極９スロットにして１２０度で磁気吸引反発のバランスが取れるようにしてもよい。
スイッチ素子ＳＭは、臨界マグネット６２を共通化せずに、スイッチ心材６１及び制御マグネット６３の対毎に個別の臨界マグネット６２を設けてもよく、制御マグネット６３及び永久制御マグネット７３は超電導材料であるが、常電導材料で形成してもよい。
永久電流スイッチＥＳは、スイッチ素子ＳＭの臨界マグネット６２を共用せずにその外側に配置する場合は、従来の機械式、加熱式、変圧器式または磁界式のスイッチを適用してもよい。
スイッチ素子ＳＭ及び永久電流スイッチＥＳは、磁石型直流リニアモータの移動磁界を形成するスイッチに適用してもよい。
前記モータ駆動回路６０には、ロータ５の回転位置検出手段として、ホールセンセ、ロータリエンコーダ、レゾルバ等を適用してもよく、定電圧駆動方式、定電流駆動方式等を適用してもよく、電力制御回路としてＰＷＭ駆動、電通方式として両波電通、半波電通、デルタ結線等でもよく、磁極数と電機子コイル数とは４−６、６−９、８−１２等が採用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１（１Ａ、１Ｂ）  電気回転機
３      永久磁石
５      ロータ
６（６ａ、６ｂ）  巻線
７      ステータ
９      給電装置
１０    集電装置
１７    電源
６０（６０Ａ、６０Ｂ）  モータ駆動回路
６１    スイッチ心材
６２    臨界マグネット
６３    制御マグネット
６５    元スイッチ
７１    永久スイッチ心材
７３    永久制御マグネット
Ｅ      永久電流回路
ＥＳ    永久電流スイッチ
Ｊ      常電導回路
ＳＭ    スイッチ素子
【図１】
2019068653.tif 000003
【図２】
2019068653.tif 000004
【図３】
2019068653.tif 000005
【図４】
2019068653.tif 000006
【図５】
2019068653.tif 000007
【図６】
2019068653.tif 000008
【図７】
2019068653.tif 000009
【図８】
2019068653.tif 000010
【図９】
2019068653.tif 000011
【図１０】
2019068653.tif 000012
【図１１】
2019068653.tif 000013
【図１２】
2019068653.tif 000014
【図１３】
2019068653.tif 000015
【図１４】
2019068653.tif 000016
【図１５】
2019068653.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成30年5月8日(2018.5.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材（６１）と、このスイッチ心材（６１）に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット（６２）と、前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）との間に位置して臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を制御する制御マグネット（６３）とを有しており、
前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）とをそれぞれ永久電流スイッチ（ＥＳ）で閉回路に形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記スイッチ心材（６１）の外方に制御マグネット（６３）を配置して対とし、この対を複数形成して共通の臨界マグネット（６２）内に配置していることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項２】
臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材（６１）と、このスイッチ心材（６１）に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット（６２）と、前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）との間に位置して臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を制御する制御マグネット（６３）とを有しており、
前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）とをそれぞれ永久電流スイッチ（ＥＳ）で閉回路に形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記スイッチ心材（６１）の外方に制御マグネット（６３）を配置して対とし、この対を複数形成しかつ複数のスイッチ心材（６１）を並列接続して組とし、この組を複数形成して共通の臨界マグネット（６２）内に配置していることを特徴とするスイッチ素子。
【請求項３】
前記スイッチ心材（６１）は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット（６２）はスイッチ心材（６１）を包囲して臨界磁場を超える磁場を付与可能にするべく前記スイッチ心材（６１）と永久電流スイッチ（ＥＳ）との間で永久電流回路（Ｅ）に並列接続されており、前記制御マグネット（６３）は臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を臨界磁場未満にする逆方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ素子。
【請求項４】
前記スイッチ心材（６１）は無誘導巻きコイル状に形成され、前記臨界マグネット（６２）はスイッチ心材（６１）を包囲して臨界磁場未満の磁場を付与可能にするべく前記スイッチ心材（６１）と永久電流スイッチ（ＥＳ）との間で永久電流回路（Ｅ）に並列接続されており、前記制御マグネット（６３）は臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場に重畳して臨界磁場を超えさせる順方向磁場を付与可能になっていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスイッチ素子。
【請求項５】
超電導材料で形成されていて回転磁界を形成する複数個の巻線（６）と、この複数個の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、複数個の巻線（６）に順次給電する多数個のスイッチ素子（Ｓ）と、多数個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）とを備えたモータ駆動回路であって、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と全スイッチ素子（Ｓ）との間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）を接続し、前記全スイッチ素子（Ｓ）を常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と複数個の巻線（６）との間に、前記多数個の超電導のスイッチ素子（ＳＭ）及び永久電流スイッチ（ＥＳ）と並列接続して、元スイッチ（６５）を閉鎖して複数個の巻線（６）に順次給電する複数個の常電導スイッチ（Ｓ）を配置した常電導回路（Ｊ）を設けていることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項６】
超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線（６）と、この三相の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個のスイッチ素子（Ｓ）と、６個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）とを備えたモータ駆動回路であって、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と６個のスイッチ素子（Ｓ）との間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）を接続し、６個のスイッチ素子（Ｓ）を閉鎖時に常電導から超電導に転移可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と三相の巻線（６）との間に、前記６個の超電導のスイッチ素子（ＳＭ）及び永久電流スイッチ（ＥＳ）と並列接続して、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個の常電導スイッチ（Ｓ）を配置した常電導回路（Ｊ）を設けていることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項７】
超電導材料で形成されていて回転磁界を形成する複数個の巻線（６）と、この複数個の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、複数個の巻線（６）に順次給電する多数個のスイッチ素子（Ｓ）と、多数個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）とを備えたモータ駆動回路であって、
前記電源（１７）及び元スイッチ（６５）と全スイッチ素子（Ｓ）との間に常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）を接続し、前記全スイッチ素子（Ｓ）を常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記超電導スイッチ素子（Ｓ）は、臨界磁場を超えた常電導状態から臨界磁場未満の超電導状態に転移可能な超電導材料で形成されたスイッチ心材（６１）と、このスイッチ心材（６１）に転移のための磁場を与える超電導材料の臨界マグネット（６２）と、前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）との間に位置して臨界マグネット（６２）からスイッチ心材（６１）へ与える磁場を制御する制御マグネット（６３）とを有しており、
前記スイッチ心材（６１）と臨界マグネット（６２）とをそれぞれ永久電流スイッチ（ＥＳ）で閉回路に形成された永久電流回路（Ｅ）に並列接続しており、
前記スイッチ心材（６１）の外方に制御マグネット（６３）を配置して対とし、この対を複数形成して共通の臨界マグネット（６２）内に配置していることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項８】
超電導材料で形成されていてデルタ結線又はスター結線されかつ回転磁界を形成する三相の巻線（６）と、この三相の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する超電導材料で形成された６個のスイッチ素子（Ｓ）と、６個のスイッチ素子（Ｓ）を順次開閉する制御部（１８）と、前記元スイッチ（６５）と６個のスイッチ素子（Ｓ）との間に接続された永久電流スイッチ（ＥＳ）とを設けており、
前記元スイッチ（６５）を閉鎖して電源（１７）から６個のスイッチ素子（Ｓ）側へ給電し、スイッチ素子（Ｓ）を所定順序で作動して三相の巻線（６）に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチ（ＥＳ）を閉鎖して三相の巻線（６）を通過した電流を再び永久電流スイッチ（ＥＳ）へ流し、
前記元スイッチ（６５）を閉鎖して三相の巻線（６）に順次給電する６個の常電導スイッチ（ｔ）を有しており、
元スイッチ（６５）を閉鎖して電源（１７）から６個の常電導スイッチ（ｔ）側へ給電し、常電導スイッチ（ｔ）を所定順序で作動して三相の巻線（６）に順次給電して回転磁界を形成し、その後に永久電流スイッチ（ＥＳ）を閉鎖するとともに常電導スイッチ（ｔ）から超電導のスイッチ素子（Ｓ）の作動に切り換えて、三相の巻線（６）を通過した電流を再び永久電流スイッチ（ＥＳ）へ流すことを特徴とするモータ駆動方法。
【請求項９】
永久磁石（３）を円周方向に配列して表裏各面にそれぞれ第１磁界部（４ａ）と第２磁界部（４ｂ）とを形成した回転自在なロータ（５）と、このロータ（５）の外周面の第１磁界部（４ａ）と対面して第１ステータ磁界（α）を形成す複数個の超電導巻線（６ａ）を設けた第１ステータ（７ａ）と、ロータ（５）の内周面の第２磁界部（４ｂ）と対面して第２ステータ磁界（β）を形成する複数個の超電導巻線（６ｂ）を設けた第２ステータ（７ｂ）と、前記第１ステータ（７ａ）と第２ステータ（７ｂ）とを固定しかつロータ（５）を包囲したケース（８）と、このケース（８）内の超電導巻線（６ａ、６ｂ）を臨界温度以下に冷却する冷却媒体供給装置（２１）とを有しており、
前記第１ステータ（７ａ）又は第２ステータ（７ｂ）の一方の巻線（６）に給電してロータ（５）を回転駆動する給電装置（９）と、駆動されるロータ（５）の回転によって他方の巻線（６）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）を有しており、
前記ロータ（５）は、第１磁界部（４ａ）及び第２磁界部（４ｂ）を設けた円筒部（５ａ）の両端が自由端の円筒体であり、第１ステータ（７ａ）又は第２ステータ（７ｂ）との間に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、
前記制御部（１８）は、複数個の巻線（６）に給電する電源（１７）及び元スイッチ（６５）と、複数個の巻線（６）に順次給電する多数個のスイッチ素子（Ｓ）と、電源（１７）及び元スイッチ（６５）と全スイッチ素子（Ｓ）との間に接続されていて常電導から超電導に転移可能な永久電流スイッチ（ＥＳ）とを有するモータ駆動回路（６０）を備えており、
前記全スイッチ素子（Ｓ）を常電導から超電導に転移して閉鎖可能な超電導材料で形成しかつ永久電流スイッチ（ＥＳ）が閉鎖することにより形成される永久電流回路（Ｅ）に接続しており、
前記全スイッチ素子（Ｓ）、永久電流スイッチ（ＥＳ）及び永久電流回路（Ｅ）を前記冷却媒体供給装置（２１）で冷却されるケース（８）内に配置していることことを特徴とする電気回転機。