(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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おり、前記小磁石は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錐形状であり、かつ小磁石の軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定され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おり、前記小磁石は断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが１５ｍｍ以下に設定され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、ロータ周方向及び軸方向に間隔をおいて配列されており、範囲内の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の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を熱伝導性を有する材料内に埋設して横断面円弧形状のセグメント形状に形成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媒体で冷却するべく第１ステータ及び第２ステータに接続された第１冷却手段と、ロータの永久磁石を冷却媒体で浸漬冷却するべく第１ステータと第２ステータとの間のロータを配置している空間に接続された第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、前記超電導バルク小粒は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錐形状であり、かつ超電導バルク小粒の軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定されており、
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して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成することを特徴とする電気回転機のバルク着磁方法。
【請求項７】
前記ロータの超電導バルク小粒は断面形状が円形、楕円形又は矩形であって、断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが２０ｍｍ以下に設定されており、
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、多数個の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同時に磁場を与えて着磁して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成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】
前記ロータの超電導バルク小粒は断面形状が円形、楕円形又は矩形であって、断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが２０ｍｍ以下に設定されており、
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、多数個の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同時に磁場を与えて着磁して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成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】
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し、
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することを特徴とする電気回転機のバルク着磁方法。
【発明の詳細な説明】
【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ク着磁方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、２の電気回転機は、永久磁石を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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５８８７６３４号公報
【特許文献２】特開２０１６−４９０１６号公報
【発明の概要】
【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の小磁石の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おり、前記小磁石は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錐形状であり、かつ小磁石の軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。
これによって、小磁石が軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定されているので、磁束密度が高い範囲を有効に利用した磁石となり、永久磁石は多数個の小磁石の集合体で形成でき、多数個の高磁束密度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おり、前記小磁石は断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが１５ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする。
これによって、小磁石が軸心から外周面までの寸法が７．５ｍｍ以下に設定されているので、磁束密度がより高い範囲を有効に利用した磁石となり、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、大きな磁石の場合よりも受ける遠心力が小さくなり、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、ロータ周方向及び軸方向に間隔をおいて配列されており、範囲内の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、多数個の小磁石を集中巻き巻線に対向して適正配列でき、かつ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、コギングトルクを低下できる。
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の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を熱伝導性を有する材料内に埋設して横断面円弧形状のセグメント形状に形成していることを特徴とする。
これによって、集中巻き超電導巻線の配置及びティース体の組み立て等の第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媒体で冷却するべく第１ステータ及び第２ステータに接続された第１冷却手段と、ロータの永久磁石を冷却媒体で浸漬冷却するべく第１ステータと第２ステータとの間のロータを配置している空間に接続された第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、ロータの永久磁石を冷却媒体で浸漬冷却でき、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、前記超電導バルク小粒は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錐形状であり、かつ超電導バルク小粒の軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定されており、
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して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成することを特徴とする。
これによって、超電導バルク小粒が軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下に設定されているので、磁束密度が高くなる範囲で着磁でき、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、前記ロータの超電導バルク小粒は断面形状が円形、楕円形又は矩形であって、断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが２０ｍｍ以下に設定されており、
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、多数個の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同時に磁場を与えて着磁して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成することを特徴とする。
これによって、軸心から外周面までの寸法が１０ｍｍ以下の多数個の超電導バルク小粒を磁束密度が高くなる範囲で確実に着磁でき、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、前記ロータの超電導バルク小粒は断面形状が円形、楕円形又は矩形であって、断面が円形の直径、楕円形の長軸長さ又は矩形の対角線長さが２０ｍｍ以下に設定されており、
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、多数個の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同時に磁場を与えて着磁して、それぞれの超電導バルク小粒のロータ径方向外端に第１磁界部を形成し、かつロータ径方向内端に第２磁界部を形成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、集合して１極を形成する超電導バルク小粒のそれぞれに、磁束密度が高くなる範囲で確実に着磁でき、ロータ径方向外端が第１磁界部を形成でき、かつロータ径方向内端が第２磁界部を形成できる。
着磁方法は第４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し、
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】
【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面説明図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】電気回転機の下部の拡大縦断面説明図である。
【図４】ロータの外周面図である。
【図５】図４のＹ−Ｙ線断面図である。
【図６】第１ステータのティース体の内周面図である。
【図７】図６のＺ−Ｚ線断面図である。
【図８】第２ステータのティース体の外周面図である。
【図９】図８のＶ−Ｖ線断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態を示す断面説明図である。
【図１１】ロータの外周面図である。
【図１２】図１１のＷ−Ｗ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【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を含浸したもの、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の軸方向両端に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に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、三相交流発電用の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、誘起電圧波形が正弦波に近づき、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と反発力とが発生し、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。
【符号の説明】
【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
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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