(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導テープ線材がそのテープ面に垂直な方向に積層されるように前記超電導テープ線材を巻回することにより形成された複数の超電導コイルと、
中空円柱状であり、その内周壁面には軸方向に延設された複数の内側スロットが周方向に沿って形成され、その外周壁面には軸方向に延設された複数の外側スロットが周方向に沿って形成されたステータコアと、を備え、
前記超電導コイルが、前記内側スロット内に配設される内側部分と、前記外側スロット内に配設される外側部分と、前記内側部分と前記外側部分とを接続する一対の接続部分と、を備える、超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルは、超電導テープ線材が巻回されることにより形成された第１コイルと第２コイルを軸方向に積層させることにより形成され、
前記第１コイル及び前記第２コイルは、それぞれ、内周端部及び外周端部を有し、
前記第１コイルの外周端部から内周端部に向かう超電導テープ線材の巻回方向が、前記第２コイルの内周端部から外周端部に向かう超電導テープ線材の巻回方向と同一の回転方向であり、
前記第１コイルの内周端部と前記第２コイルの内周端部が電気的に接続されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルは、直線状に形成された第１直線部と、直線状に形成されるとともに前記第１直線部に対向配置する第２直線部と、前記第１直線部の一方の端部と前記第２直線部の一方の端部とを接続する第１円弧部と、前記第１直線部の他方の端部と前記第２直線部の他方の端部とを接続するとともに前記第１円弧部に対向配置する第２円弧部と、を有するレーストラック型超電導コイルであり、
前記内側部分が前記第１直線部であり、前記外側部分が前記第２直線部である、超電導回転電機ステータ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルの前記内側部分が配設される前記内側スロットと、その超電導コイルの前記外側部分が配設される前記外側スロットが、前記ステータコアの中心軸を含む平面上に位置するように、複数の前記内側スロットと複数の前記外側スロットが前記ステータコアに形成されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルの前記内側部分が配設される前記内側スロットと前記ステータコアの中心軸とを通る平面と、その超電導コイルの前記外側部分が配設される前記外側スロットと前記ステータコアの中心軸とを通る平面とが、異なる平面であるように、複数の前記内側スロットと複数の前記外側スロットが前記ステータコアに形成されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルの幅方向における前記内側部分の少なくとも一方の端面が、前記内側スロットの内壁面に接触するように、前記内側部分が前記内側スロット内に配設されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルの幅方向における前記外側部分の少なくとも一方の端面が、前記外側スロットの内壁面に接触するように、前記外側部分が前記外側スロット内に配設されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導コイルの幅方向における前記一対の接続部分の両端面に、強磁性体により構成されるヨークが配設されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記内側部分の内周面とそれに対向する前記内側スロットの内壁面との間の距離が、前記内側部分の端面とそれに対向する前記内側スロットの内壁面との間の距離よりも大きく、且つ、前記外側部分の内周面とそれに対向する前記外側スロットの内壁面との間の距離が、前記外側部分の端面とそれに対向する前記外側スロットの内壁面との間の距離よりも大きくなるように、前記超電導コイルが前記内側スロット及び前記外側スロット内に配設されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記ステータコアの外周面又は内周面のいずれか一方に接触するように設けられるとともに、非磁性の導電材料又は反磁性材料からなる筒形状のスリーブを備える、超電導回転電機ステータ。
【請求項１０】
請求項９に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記スリーブの材質が、銅、アルミニウム、超電導材料のいずれかである、超電導回転電機ステータ。
【請求項１１】
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータにおいて、
前記超電導テープ線材は、前記テープ面に垂直な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値が、前記テープ面に平行な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値よりも小さくなるように形成されている、超電導回転電機ステータ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の超電導回転電機ステータと、前記超電導回転電機ステータの内周側又は外周側に前記超電導回転電機ステータと同軸的に配置されたロータとを備える、超電導回転電機。
【請求項１３】
請求項１２に記載の超電導回転電機において、
前記ロータは、籠形の導電材料からなる籠形導体を備え、前記超電導回転電機ステータの回転磁界によって前記籠形導体に電流が誘起されることにより、回転するように構成される、超電導回転電機。
【請求項１４】
請求項１３に記載の超電導回転電機において、
前記籠形導体は超電導材料により構成されている、超電導回転電機。
【請求項１５】
請求項１２に記載の超電導回転電機において、
前記ロータは、磁場を発生する界磁部を備え、前記超電導回転電機ステータの回転磁界が前記界磁部により発生された磁場に作用することにより、回転するように構成される、超電導回転電機。
【請求項１６】
請求項１５に記載の超電導回転電機において、
前記界磁部は、永久磁石、超電導体、コイルの少なくとも一つにより構成される、超電導回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイルを有する超電導回転電機ステータ及びそれを用いた超電導回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステータコアに巻回されるコイルに超電導テープ線材により構成される超電導コイルを用いることにより、ステータコア内の磁束密度が高められる。よって、超電導コイルを有する超電導回転電機ステータを用いた超電導モータ（超電導回転電機）は、銅線により構成されるステータを用いた通常のモータに比べて大きなモータトルクを発生する。
【０００３】
超電導コイルを構成する超電導テープ線材は長尺状であって且つ薄い平板形状を有する。そのような形状の超電導テープ線材は、その厚み方向に垂直な面、すなわちテープ面に平行な方向には折り曲げることができない。従って、超電導テープ線材を用いて超電導コイルを作製する場合、テープ面に垂直な方向に積層するように超電導テープ線材が巻回される。こうして超電導テープ線材が巻回された場合、超電導コイルの巻き軸方向は、超電導テープ線材のテープ面に平行にされる。言い換えれば、超電導コイルの巻き軸方向に平行な面が、超電導テープ線材のテープ面にされる。
【０００４】
超電導テープ線材の巻き軸方向から見た形状が円形である超電導コイルはパンケーキ型超電導コイルと呼ばれる。また、超電導テープ線材の巻き軸方向から見た形状が、対向する一対の直線部分と対向する一対の円弧部分を有する形状である超電導コイルはレーストラック型超電導コイルと呼ばれる。多くの超電導コイルは、パンケーキ型超電導コイル又はレーストラック型超電導コイルである。
【０００５】
特許文献１は、コアに集中巻きされた超電導コイルを有する機器（ステータまたはロータ）を開示する。また、特許文献２は、ステータコアに分布巻きされた超電導コイルを有する超電導回転電機ステータを開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６３７２１号公報
【特許文献２】特開２０１３−９３９７４号公報
【発明の概要】
【０００７】
（発明が解決しようとする課題）
【０００８】
パンケーキ型超電導コイル或いはレーストラック型超電導コイルは、上述した超電導テープ線材の形状的な特性から、銅線により形成されるコイルのように自由に変形することができない。そのため超電導コイルを分布巻きすることは、できないことはないが難しい。よって、多くの超電導コイルは特許文献１に示すようにステータコアに集中巻きされる。この場合、ステータコアに形成されるスロット内にて、超電導テープ線材のテープ面がステータコアの周方向に対してほぼ垂直となるように、超電導テープ線材がステータコアに巻回される。
【０００９】
超電導コイルがステータコアに集中巻きされている場合、ステータとロータとの間のエアギャップの磁束分布に空間高調波成分（例えば第５次高調波成分）が多く含まれる。よって、超電導コイルが集中巻きされたステータを、モータ、特に誘導モータに利用した場合においては、モータトルクが低下するとともにトルクリップルが増加する虞がある。
【００１０】
また、特許文献２に示すように超電導コイルを分布巻きすることもできるが、多数の超電導コイルを重ねて分布巻きすることは、上述した超電導テープ線材の形状的な特性故に、困難である。また、隣接する超電導コイルどうしの干渉を避けるために、多くのティースを跨いて超電導コイルを分布巻きすることはできない。このように、従来においては、超電導コイルを分布巻きする上での制約が多い。それ故に、超電導コイルを分布巻きした場合においても、ステータとロータとの間のエアギャップにおける空間高調波成分の低減に関する改善効果が少ない。また、特許文献２に示す分布巻きでは、ステータのスロット内に存在する余剰空間（スロット内の空間のうち超電導コイルが存在していない空間）が大きくなるため、漏れリアクタンスが増加する等の磁気特性の低下を招く虞がある。
【００１１】
また、ステータコアのスロット内には、ステータコアの鏡像効果により生じる磁場が形成される。この磁場はステータコアの周方向に強く形成される。従って、超電導コイルを集中巻きした場合、スロット内において超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向から超電導コイルに磁場が進入する。
【００１２】
超電導コイルに磁場が進入した場合には超電導コイルの超電導特性（例えば超電導臨界電流値）が低下する。超電導コイルに磁場が進入した場合における超電導特性の低下の度合いは、超電導コイルに進入する磁場の進入方向により異なる。具体的には、超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向から超電導コイルに磁場が進入した場合には超電導コイルの超電導特性が大きく低下する。一方、超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルに磁場が進入した場合には超電導コイルの超電導特性の低下量は小さい。
【００１３】
特許文献１に示すように超電導コイルが集中巻きされている場合、上述したようにスロット内にて鏡像効果により生じた磁場が超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向から超電導コイルに進入する。その結果、超電導コイルの超電導特性が大きく低下する。さらに、特許文献２に示す超電導コイルにおいても、スロット内において超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面がステータコアの周方向にほぼ垂直である。よって、ステータコアの鏡像効果によりスロット内にて生じる磁場が超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向から超電導コイルに進入するため、超電導コイルの超電導特性が大きく低下する。超電導コイルの超電導特性が低下した場合、超電導コイルに流すことのできる電流（超電導臨界電流）が小さくされる。その結果、ステータコア内の磁束密度が低下し、これをモータに用いた場合におけるモータトルクの低下を招く。なお、特許文献１においては、磁束線誘導部材をスロット内に設けることにより、超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向からの磁場の進入を抑制しているが、構造が複雑化するとともに、磁束線誘導部材を設けることによる製造工数及び製造コストが増大するという問題を有する。
【００１４】
本発明は、従来に比べてトルクの低下が少なくされた超電導回転電機を構成するための超電導回転電機ステータ、及び、そのような超電導回転電機ステータを備える超電導回転電機を提供することを、目的とする。
【００１５】
（課題を解決するための手段）
本発明は、超電導テープ線材がそのテープ面に垂直な方向に積層されるように超電導テープ線材を巻回することにより形成された複数の超電導コイル（３２）と、中空円柱状であり、その内周壁面には軸方向に延設された複数の内側スロット（３１１，３１１Ｃ，３１１Ｄ）が周方向に沿って形成され、その外周壁面には軸方向に延設された複数の外側スロット（３１２，３１２Ｃ，３１２Ｄ）が周方向に沿って形成されたステータコア（３１，３１Ｄ，３１Ｄ）と、を備え、超電導コイルが、内側スロット内に配設される内側部分（３２１）と、外側スロット内に配設される外側部分（３２２）と、内側部分と外側部分とを接続する一対の接続部分（３２３，３２４）と、を備える、超電導回転電機ステータ（３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ）において、超電導コイルは、超電導テープ線材が巻回されることにより形成された第１コイルと第２コイルを軸方向に積層させることにより形成され、第１コイル及び第２コイルは、それぞれ、内周端部及び外周端部を有し、第１コイルの外周端部から内周端部に向かう超電導テープ線材の巻回方向が、第２コイルの内周端部から外周端部に向かう超電導テープ線材の巻回方向と同一の回転方向であり、第１コイルの内周端部と第２コイルの内周端部が電気的に接続されている、超電導回転電機ステータを提供する。
【００１６】
この場合、超電導コイルは、直線状に形成された第１直線部（３２１）と、直線状に形成されるとともに第１直線部に対向配置する第２直線部（３２２）と、第１直線部の一方の端部と第２直線部の一方の端部とを接続する第１円弧部（３２３）と、第１直線部の他方の端部と第２直線部の他方の端部とを接続するとともに第１円弧部に対向配置する第２円弧部（３２４）と、を有するレーストラック型超電導コイルであるのがよい。そして、超電導コイルの内側部分が第１直線部であり、外側部分が第２直線部であるとよい。また、一対の接続部分の一方が第１円弧部であり、一対の接続部分の他方が第２円弧部であるのがよい。
【００１７】
本発明によれば、中空円柱形状のステータコアの内周側に内側スロットが形成され、外周側に外側スロットが形成される。そして、超電導コイルの内側部分（第１直線部）がステータコアの内側スロットに配設され、超電導コイルの外側部分（第２直線部）がステータコアの外側スロットに配設される。つまり、超電導コイルは、中空円柱状のステータコアの内周と外周との間を跨ぐように、ステータコアに対して配設される。このように超電導コイルがステータコアに配設されることにより、超電導コイルを構成する超電導テープ線材の巻き軸方向が、ステータコアの周方向にほぼ一致する。また、超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面は超電導コイルの巻き軸方向に平行である。よって、超電導コイルのうちステータコアの内側スロットに配設されている内側部分を構成する超電導テープ線材のテープ面、及び、ステータコアの外側スロットに配設されている外側部分を構成する超電導テープ線材のテープ面は、ステータコアの周方向にほぼ平行にされる。そのため、内側スロット内にてステータコアの鏡像効果により生じた磁場は超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルの内側部分に進入する。同様に、外側スロット内にてステータコアの鏡像効果により生じた磁場は超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルの外側部分に進入する。
【００１８】
上述したように、ステータコアの鏡像効果により生じる磁場が超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルに進入した場合における、超電導コイルの超電導特性の低下の度合いは小さい。従って、本発明に係る超電導回転電機ステータによれば、ステータコアの鏡像効果により生じる磁場が進入することによる超電導コイルの超電導特性の低下を抑えることができる。よって、本発明に係る超電導回転電機ステータを用いて超電導回転電機（例えば超電導モータ）を構成した場合に、超電導特性の低下に起因するモータトルクの低下は少ない。
【００１９】
また、本発明によれば、ステータコアの周方向に離間して配置された２つの超電導コイルに流れる電流の向きが反対向きとなるように、これらの超電導コイルを直列接続することにより、容易に超電導コイルをステータコアに擬似的に分布巻きすることができる。よって、本発明に係る超電導回転電機ステータを用いて超電導回転電機を構成した場合に、超電導回転電機ステータとロータとの間のエアギャップにおける磁束分布に含まれる空間高調波成分を十分に低減することができる。その結果、空間高調波成分による超電導回転電機のトルクの低下が少なくされ、且つ、トルクリップルの増加が低減される。
【００２０】
また、本発明によれば、ステータコアの周方向に沿って隣接配置された複数の超電導コイルに流れる電流の向きが同じ向きになるようにこれらの超電導コイルを直列接続することにより、ステータコア内の起磁力分布を正弦波に近づけることができる。このため、本発明に係る超電導回転電機ステータを用いて超電導回転電機（例えば超電導モータ）を構成した場合に、超電導回転電機ステータとロータとの間のエアギャップにおける磁束分布に含まれる空間高調波成分をさらに低減することができる。その結果、空間高調波成分による超電導回転電機のトルクの低下がさらに少なくされ、且つ、トルクリップルの増加をさらに低減することができる。
【００２１】
本発明において、超電導コイルの内側部分（第１直線部）が配設される内側スロットと、その超電導コイルの外側部分（第２直線部）が配設される外側スロットが、ステータコアの中心軸を含む平面上に位置するように、複数の内側スロットと複数の外側スロットがステータコアに形成されているとよい。この場合、ステータコアの中心軸を含み且つ超電導コイルの内側部分（第１直線部）が配設される内側スロット及びその超電導コイルの外側部分（第２直線部）が配設される外側スロットが位置される平面が、ステータコアの周方向に等間隔で形成されるように、複数の内側スロットと複数の外側スロットがステータコアに形成されているとよい。つまり、同数の内側スロット及び外側スロットが、ステータコアの周方向に等間隔で形成されているとよい。
【００２２】
これによれば、ステータコアの中心軸方向から見たときに複数の超電導コイルが放射状に配列される。このように超電導コイルをステータコアに配設することにより、ステータコア内の起磁力分布をより一層正弦波に近づけることができる。このため、本発明に係る超電導回転電機ステータを用いて超電導回転電機（例えば超電導モータ）を構成した場合に、超電導回転電機ステータとロータとの間のエアギャップにおける磁束分布に含まれる空間高調波成分をさらに低減することができる。その結果、空間高調波成分による超電導回転電機のトルクの低下がさらに少なくされ、且つ、トルクリップルの増加をさらに低減することができる。
【００２３】
また、超電導コイルの内側部分（第１直線部）が配設される内側スロットとステータコアの中心軸とを通る平面と、その超電導コイルの外側部分（第２直線部）が配設される外側スロットとステータコアの中心軸とを通る平面とが、異なる平面であるように、複数の内側スロットと複数の外側スロットがステータコアに形成されていてもよい。これによれば、一つの超電導コイルの内側部分（第１直線部）が配設される内側スロットの周方向位置とその超電導コイルの外側部分（第２直線部）が配設される外側スロットの周方向位置が異なる。このため、ステータコアの周方向における磁路面積が均一化される。よって、ステータコア内の磁束密度の均一性をより一層高めることができる。
【００２４】
また、超電導コイルの幅方向における内側部分（第１直線部）の少なくとも一方の端面（側面）が、内側スロットの内壁面に接触するように、内側部分（第１直線部）が内側スロット内に配設されているとよい。また、超電導コイルの幅方向における外側部分（第２直線部）の少なくとも一方の端面（側面）が、外側スロットの内壁面に接触するように、外側部分（第２直線部）が外側スロット内に配設されているとよい。ここで、超電導コイルの幅方向とは、超電導コイルを構成する超電導テープ線材の巻き軸方向である。これによれば、超電導コイルの端面をスロットの内壁に接触させることにより、スロット内で鏡像効果により生じる磁場を、より一層確実に、スロット内の超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルに進入させることができる。
【００２５】
また、超電導コイルの幅方向における一対の接続部分（第１円弧部，第２円弧部）の両端面に、強磁性体により構成されるヨーク（３４）が配設されているとよい。これによれば、超電導コイルのうち、ステータコアのスロット（内側スロット、外側スロット）に配設されていない部分、すなわち一対の接続部分（第１円弧部，第２円弧部）に強磁性体を接触させておくことにより、接続部分（第１円弧部，第２円弧部）において超電導コイル自身が発生する磁場による超電導コイルの超電導特性の低下、特に、超電導臨界電流の低下を抑えることができる。こうして接続部分（第１円弧部，第２円弧部）の超電導臨界電流の低下が抑えられる結果、接続部分（第１円弧部，第２円弧部）に超電導臨界電流以上の電流が流れることに起因するクエンチの発生を防止することができる。
【００２６】
また、超電導コイルの内側部分の内周面とそれに対向する内側スロットの内壁面との間の距離が、内側部分の端面とそれに対向する内側スロットの内壁面との間の距離よりも大きく、且つ、超電導コイルの外側部分の内周面とそれに対向する外側スロットの内壁面との間の距離が、外側部分の端面とそれに対向する外側スロットの内壁面との間の距離よりも大きくなるように、超電導コイルが内側スロット及び外側スロット内に配設されているとよい。この場合において、超電導コイルの内側部分の内周面とそれに対向する内側スロットの内壁面との間、及び、超電導コイルの外側部分の内周面とそれに対向する外側スロットの内壁面との間に、非磁性かつ絶縁性の材料からなる巻き枠が設けられているとよい。これによれば、超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面（すなわち超電導コイルの内側部分の内周面及び外側部分の内周面）がスロットの壁面から離間されることにより、テープ面に対向するスロット内壁面からテープ面に垂直に磁場が進入することを防止することができる。
【００２７】
また、本発明に係る超電導回転電機ステータは、ステータコアの外周面又は内周面のいずれか一方に接触するように設けられるとともに、非磁性の導電材料又は反磁性材料からなる筒形状のスリーブ（３３，３３Ｂ）を備えるのがよい。これによれば、スリーブをステータコアの外周又は内周に配設することにより、ステータコアの外周面又は内周面からの磁束の漏れを防止することができる。なお、本発明に係るステータコアを用いた超電導モータにおいて、ステータコアの内周側にロータが配設される場合には、ステータコアの外周面に接触する外周スリーブが設けられ、ステータコアの外周側にロータが配設される場合には、ステータコアの内周面に接触する内周スリーブが設けられるとよい。
【００２８】
この場合、スリーブの材質が、銅、アルミニウム、超電導材料のいずれかであるのがよい。スリーブの材質が銅又はアルミニウムのような非磁性の導電材料である場合、スリーブにて生じる渦電流によって、ステータコア内の磁束がステータコアからスリーブを経て外部に漏れることが防止される。また、スリーブの材質が超電導材料のような反磁性材料である場合、スリーブへのステータコア内の磁束の進入が防止されることにより、ステータコア内の磁束がスリーブを経て外部に漏れることが防止される。
【００２９】
また、超電導テープ線材は、テープ面に垂直な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値が、テープ面に平行な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値よりも小さくなるように形成されているとよい。これによれば、ステータコアの鏡像効果によって内側スロット又は外側スロットにて生じる磁場が超電導コイルに進入した場合における超電導臨界電流値が、磁場がテープ面に垂直な方向から進入する場合と比較して大きいので、より多くの電流を超電導コイルに流すことができる。
【００３０】
また、本発明は、上記した超電導回転電機ステータと、その超電導回転電機ステータの内周側又は外周側に超電導回転電機ステータと同軸的に配置されたロータ（５）とを備える、超電導回転電機（１）を提供する。
【００３１】
この場合、ロータは、籠形の導電材料からなる籠形導体（５２）を備え、超電導回転電機ステータの回転磁界によって籠形導体に電流が誘起されることにより、回転するように構成されるものであるとよい。すなわち、超電導回転電機が誘導モータであるとよい。本発明に係る超電導回転電機ステータを誘導モータに用いることにより、上記した作用効果を有する誘導モータを提供することができる。
【００３２】
また、籠形導体は超電導材料により構成されているとよい。これによれば、籠形導体に流れる電流を大きくすることができるため、より一層、超電導回転電機により発生されるトルクが大きくされる。また、籠形導体に電流が流れた場合におけるジュール損失がほとんど無いために、モータ効率が向上する。
【００３３】
また、ロータは、磁場を発生する界磁部を備え、超電導回転電機ステータの回転磁界が界磁部により発生された磁場に作用することにより、回転するように構成されていてもよい。つまり、超電導回転電機が同期モータであってもよい。この場合、界磁部は、永久磁石、超電導体、コイルのうちの少なくとも一つにより構成されるとよい。本発明に係る超電導回転電機ステータを同期モータに用いることにより、上記した作用効果を有する同期モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】第１実施形態に係る超電導モータの回転軸方向を含む断面図である。
【図２】第１実施形態に係るステータ及びロータを、図１のＡ方向から見た正面図である。
【図３】第１実施形態に係るステータコアを図１のＡ方向から見た正面図である。
【図４】超電導コイルの斜視図である。
【図５】積層状態における第１コイルと第２コイルをそれぞれ同一の積層方向から見た図である。
【図６】超電導コイルが巻枠の外周面に配設されている状態を示す図である。
【図７】超電導コイルをステータコアの内側スロット及び外側スロット内に配設した状態を示す斜視図である。
【図８】超電導コイルが内側スロット及び外側スロットに配設されている状態を示す拡大図である。
【図９】超電導モータとインバータ回路との接続状態を示す図である。
【図１０】ステータコアに配設される各超電導コイルの配線状態を示す図である。
【図１１】超電導モータの駆動時におけるステータコア及びロータコア内の磁場解析結果を示す図である。
【図１２】比較例に係るステータの正面図である。
【図１３】比較例に係るステータコアのスロット及びそのスロットに配設されている超電導コイルの拡大図である。
【図１４】比較に係るステータを用いた超電導モータを駆動させた場合における、磁場解析結果を示す図である。
【図１５】第１実施形態に係る超電導モータを駆動させた場合におけるＵ相超電導コイル（Ｕ＋，Ｕ−）に流れる電流の向きを示した図である。
【図１６】本実施形態に係る超電導モータのステータとロータとの間のエアギャップにおける磁束密度分布の第５次高調波成分の大きさと、比較例に係るステータを用いた超電導モータのステータとロータとの間のエアギャップにおける磁束密度分布の第５次高調波成分の大きさとを比較したグラフである。
【図１７】比較例に係るステータを用いた超電導モータのモータトルクを１とした場合における本実施形態に係る超電導モータのモータトルク比を示すグラフである。
【図１８】第２実施形態に係る超電導モータのステータの正面図である。
【図１９】第３実施形態に係る超電導モータのステータの正面図である。
【図２０】第４実施形態に係る超電導モータのステータの正面図である。
【図２１】第４実施形態に係るステータコアの正面図である。
【図２２】本発明に係るステータの他の例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る超電導モータ１（超電導回転電機）の回転軸方向を含む断面図である。この超電導モータ１は誘導モータである。図１に示すように、超電導モータ１は、ケーシング２と、ステータ３（超電導回転電機ステータ）と、ブラケット４ａ，４ｂと、ロータ５とを備える。
【００３６】
ステータ３は、ステータコア３１と、複数の超電導コイル３２と、外周スリーブ３３とを有する。ステータコア３１は、環状の電磁鋼板を軸方向に積層することにより中空円柱形状に形成される。外周スリーブ３３は円筒状に形成され、その内周面がステータコア３１の外周面に対面接触するように、ステータコア３１の外周側に配設される。外周スリーブ３３は、非磁性の導電材料により形成される。本実施形態では、外周スリーブ３３の材質は銅である。
【００３７】
ロータ５は、ステータコア３１の内周側に、ステータコア３１と離間して配置される。ロータ５は、ロータコア５１と、籠形導体５２と、回転軸５３とを有する。ロータコア５１は、環状の電磁鋼板を積層することにより中空円柱形状に形成され、ステータコア３１の内周側にステータコア３１と同軸的に配設される。ロータコア５１の軸中心部には、回転軸受容孔５１ａが形成されており、この回転軸受容孔５１ａに回転軸５３が挿入される。回転軸５３は、ロータコア５１と一体的に回転するようにロータコア５１に取り付けられる。
【００３８】
籠形導体５２は、対向配置した一対のエンドリング５２１，５２１と、両エンドリング５２１，５２１を接続するように、エンドリング５２１の周方向に沿って配列された複数のロータバー５２２とを有する。ここで、ロータコア５１の外周近傍には、軸方向に貫通する複数の貫通孔５１ｂが、周方向に等間隔に形成されており、それぞれの貫通孔５１ｂにロータバー５２２が挿通される。そして、一方のエンドリング５２１がロータコア５１の一方の端面から突き出るように配置され、他方のエンドリング５２１がロータコア５１の他方の端面から突き出るように配置される。このため、一方のエンドリング５２１がロータコア５１の一方の軸方向端面に対面し、他方のエンドリング５２１がロータコア５１の他方の軸方向端面に対面する。本実施形態において、一対のエンドリング５２１，５２１及びロータバー５２２は、超電導材料により形成される。
【００３９】
ケーシング２は、ステータ３（より厳密には、外周スリーブ３３）の外周を覆うように円筒状に形成される。ブラケット４ａ，４ｂは、それぞれ略円板形状を呈し、ケーシング２の開口している２つの端部にそれぞれ嵌め合わされる。ブラケット４ａの中央部には、回転軸５３を貫通させるための貫通孔４ｃが設けられる。なお、ブラケット４ａ，４ｂには、回転軸５３を回転自在に支持するベアリング等の軸受け６ａ，６ｂが設けられる。
【００４０】
図２は、ステータ３及びロータ５を、図１のＡ方向から見た正面図である。また、図３は、ステータコア３１を図１のＡ方向から見た正面図である。図３に良く示すように、ステータコア３１には、複数の内側スロット３１１と複数の外側スロット３１２が形成される。複数の内側スロット３１１は、ステータコア３１の内周壁に周方向に沿って一定の間隔を開けて形成される。内側スロット３１１は、ステータコア３１の軸方向における両端面間に亘ってステータコア３１の軸方向に延設される凹溝である。複数の外側スロット３１２は、ステータコア３１の外周壁に周方向に沿って一定の間隔を開けて形成される。外側スロット３１２は、ステータコア３１の軸方向における両端面間に亘ってステータコア３１の軸方向に延設される凹溝である。隣接する内側スロット３１１，３１１間に内周ティース３１３が形成され、隣接する外側スロット３１２，３１２間に外周ティース３１４が形成される。
【００４１】
各内側スロット３１１は、正面視にて矩形形状を呈する。各内側スロット３１１は、３つの内壁面（底壁面３１１ａ及び両側壁面３１１ｂ，３１１ｃ）を有し、ステータコア３１の径内方に向けて開口している。底壁面３１１ａはステータコア３１の周方向にほぼ平行であり、両側壁面３１１ｂ，３１１ｃはステータコア３１の周方向にほぼ垂直である。
【００４２】
また、各外側スロット３１２も正面視にて矩形形状を呈する。各外側スロット３１２は、３つの内壁面（底壁面３１２ａ及び両側壁面３１２ｂ，３１２ｃ）を有し、ステータコア３１の径外方に向けて開口している。底壁面３１２ａはステータコア３１の周方向にほぼ平行であり、両側壁面３１２ｂ、３１２ｃはステータコア３１の周方向にほぼ垂直である。
【００４３】
本実施形態においては、２４個の内側スロット３１１及び２４個の外側スロット３１２が、ステータコア３１に形成されている。従って、ステータコア３１の中心軸方向から見て、１５°間隔で内側スロット３１１及び外側スロット３１２が形成されている。また、ステータコア３１の中心軸Ｏと一つの内側スロット３１１の周方向における中心位置とを通る平面Ｐは、一つの外側スロット３１２の周方向における中心位置を通る。つまり、ステータコア３１の中心軸Ｏを通る平面上に、１つの内側スロット３１１と１つの外側スロット３１２が配設される。
【００４４】
図４は、超電導コイル３２の斜視図である。超電導コイル３２は、所謂レーストラック型超電導コイルである。超電導コイル３２は、直線状に形成された第１直線部３２１（内側部分）と、直線状に形成されるとともに第１直線部３２１に対向配置する第２直線部３２２（外側部分））と、円弧状に形成され第１直線部３２１の一方の端部と第２直線部３２２の一方の端部とを接続する第１円弧部３２３と、円弧状に形成され第１直線部３２１の他方の端部と第２直線部３２２の他方の端部とを接続するとともに第１円弧部３２３に対向配置する第２円弧部３２４とを備え、その外径形状が、対向する直線部分を有する長円状（レーストラック形状）である。
【００４５】
また、超電導コイル３２は、２つのレーストラック型超電導コイル（第１コイル３２ａ，第２コイル３２ｂ）を軸方向に積層させることにより形成される。図５は、積層状態における第１コイル３２ａと第２コイル３２ｂをそれぞれ同一の積層方向から見た図である。図５に示すように、第１コイル３２ａ及び第２コイル３２ｂは、長尺平板状（テープ形状）を有し且つ表面が絶縁被覆された超電導テープ線材が、レーストラック形状に巻回されることにより形成される。
【００４６】
超電導テープ線材を構成する超電導体は、本実施形態では高温超電導体である。また、超電導テープ線材の表面のうち、長手方向に垂直な方向における長さが長い面、すなわち幅広の面をテープ面Ｓと定義する。超電導テープ線材は、テープ面Ｓに平行な方向に折り曲げることができない。従って、第１コイル３２ａ及び第２コイル３２ｂは、超電導テープ線材がそのテープ面Ｓに垂直な方向に積層されるように、超電導テープ線材を巻回することにより形成される。
【００４７】
第１コイル３２ａは、内周端部３２ａ＿ｉｎ及び外周端部３２ａ＿ｏｕｔを有し、第２コイル３２ｂは内周端部３２ｂ＿ｉｎ及び外周端部３２ｂ＿ｏｕｔを有する。第１コイル３２ａの内周端部３２ａ＿ｉｎと第２コイル３２ｂの内周端部３２ｂ＿ｉｎは、図示しない導電性の接続部材により接続される。よって、第１コイル３２ａと第２コイル３２ｂは電気的に直列接続されており、第１コイル３２ａの外周端部３２ａ＿ｏｕｔと第２コイル３２ｂの外周端部３２ｂ＿ｏｕｔとの間に電圧を印加した場合には、第１コイル３２ａ及び第２コイル３２ｂに直列的に電流が流れる。
【００４８】
また、同じ方向から見た場合において、第１コイル３２ａの外周端部３２ａ＿ｏｕｔから内周端部３２ａ＿ｉｎに向かう超電導テープ線材の巻回方向は、第２コイル３２ｂの外周端部３２ｂ＿ｏｕｔから内周端部３２ｂ＿ｉｎに向かう超電導テープ線材の巻回方向と反対の回転方向である。つまり、第１コイル３２ａの外周端部３２ａ＿ｏｕｔから内周端部３２ａ＿ｉｎに向かう超電導テープ線材の巻回方向は、第２コイル３２ｂの内周端部３２ｂ＿ｉｎから外周端部３２ｂ＿ｏｕｔに向かう超電導テープ線材の巻回方向と同一の回転方向である。
【００４９】
従って、第１コイル３２ａの外周端部３２ａ＿ｏｕｔから内周端部３２ａ＿ｉｎに向かって流れる電流の回転方向が例えば時計回り方向である場合、第２コイルの内周端部３２ｂ＿ｉｎから外周端部３２ｂ＿ｏｕｔに向かって流れる電流の回転方向も時計回り方向である。つまり、第１コイル３２ａを流れる電流の回転方向が時計周りであるときには第２コイル３２ｂを流れる電流の回転方向も時計周りであり、第１コイル３２ａを流れる電流の回転方向が反時計周りであるときには第２コイル３２ｂを流れる電流の回転方向も反時計周りであるように、第１コイル３２ａと第２コイル３２ｂが電気的に直列接続される。なお、本実施形態においては、第１コイル３２ａの巻き数及び第２コイル３２ｂの巻き数は、ともに５ターンである。
【００５０】
また、第１コイル３２ａ及び第２コイル３２ｂを構成する超電導テープ線材は、超電導状態である場合において、テープ面Ｓに垂直な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値が、テープ面Ｓに平行な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値よりも小さくなるように、形成されている。
【００５１】
超電導コイル３２は、非磁性且つ絶縁性の材料からなる巻枠３５の外周面に配設される。図６は、超電導コイル３２が巻枠３５の外周面に配設されている状態を示す図であり、図６（ａ）が超電導コイル３２の巻き軸方向から見た正面図、図６（ｂ）が図６（ａ）のＢ−Ｂ断面図、図６（ｃ）が図６（ａ）のＣ−Ｃ断面図、図６（ｄ）が図６（ａ）Ｄ−Ｄ断面図である。図６（ａ）示すように、巻枠３５は巻き軸方向から見てレーストラック形状を呈している。この巻枠３５の外周面上に超電導テープ線材が巻回される。従って、巻枠３５は、超電導コイル３２の内周面３２ｉｎ側に配設されていることになる。なお、超電導テープ線材のテープ面が巻枠３５の外周面に対面するように、超電導テープ線材が巻枠３５に巻回される。本実施形態において、巻枠３５の材質は、ガラス繊維強化プラスチックである。
【００５２】
図１及び図２に示すように、本実施形態において、超電導コイル３２の第１直線部３２１は、ステータコア３１の内側スロット３１１内に配設される。一方、超電導コイル３２の第２直線部３２２は、ステータコア３１の外側スロット３１２内に配設される。図７は、超電導コイル３２をステータコア３１の内側スロット３１１及び外側スロット３１２内に配設した状態を示す斜視図である。図１及び図７に示すように、超電導コイル３２は、中空円柱状のステータコア３１の内周と外周との間を跨ぐように、ステータコア３１に対して配設される。このため、超電導コイル３２の巻き軸方向は、ステータコア３１の周方向にほぼ一致する。
【００５３】
また、超電導コイル３２の第１円弧部３２３は、ステータコア３１の一方の端面から突出し、超電導コイル３２の第２円弧部３２４は、ステータコア３１の他方の端面から突出する。ステータコア３１の両端面から突出した第１円弧部３２３及び第２円弧部３２４の幅方向（超電導コイル３２の巻き軸方向）における両端面には、強磁性体からなる半円形状のヨーク３４が当接されている。図６には、ヨーク３４が超電導コイル３２及び巻枠３５とともに示される。図６（ｃ）及び図６（ｄ）に良く示すように、ヨーク３４は、超電導コイル３２の第１円弧部３２３及び第２円弧部３２４の幅方向（巻き軸方向）における両端面、及び、巻枠３５の両端面に接触するように、超電導コイル３２に対して配設されている。
【００５４】
また、超電導コイル３２をステータコア３１に配設したときに、第１コイル３２ａの外周端部３２ａ＿ｏｕｔ及び第２コイル３２ｂの外周端部３２ｂ＿ｏｕｔのいずれか一方が、ステータコア３１の内側スロット３１１から図７において上方に延び、いずれか他方が、ステータコア３１の外側スロット３１２から図７において上方に延びる。内側スロット３１１から上方に延びている端部を、以下、内側端部３２Ｉと呼び、外側スロット３１２から上方に延びている端部を、以下、外側端部３２Ｏと呼ぶ。一つの超電導コイル３２の内側端部３２Ｉと外側端部３２Ｏは、電気的に接続されている。
【００５５】
図２に示すように、ステータコア３１に形成されている全ての内側スロット３１１及び外側スロット３１２に、超電導コイル３２が配設される。この場合において、１つの超電導コイル３２の第１直線部３２１が配設される内側スロット３１１と、その超電導コイル３２の第２直線部３２２が配設される外側スロット３１２は、ステータコア３１の中心軸線を通る同一平面上に配設される。すなわち、一つの超電導コイル３２の第１直線部３２１が配設される内側スロット３１１と、その超電導コイル３２の第２直線部３２２が配設される外側スロット３１２が、ステータコアの中心軸Ｏを含む平面上に位置するように、複数の内側スロット３１１と複数の外側スロット３１２がステータコア３１に形成されている。このため、ステータ３を正面から見たときに、複数の超電導コイル３２は、それぞれ、ステータコア３１の中心から放射状に延びるように配列する。また、上述したように、内側スロット３１１及び外側スロット３１２の個数は２４個である。従って、２４個の超電導コイル３２が、ステータコア３１に配設されることになる。
【００５６】
図８は、超電導コイル３２が内側スロット３１１及び外側スロット３１２に配設されている状態を示す拡大図である。図８に示すように、超電導コイル３２の幅方向（巻き軸方向）における第１直線部３２１の一方の端面（側面）は、内側スロット３１１の一方の側壁面３１１ｂに接触している。また、超電導コイル３２の幅方向（巻き軸方向）における第２直線部３２２の一方の側面（側面）は、外側スロット３１２の一方の側壁面３１２ｂに接触している。第１直線部３２１の他方の端面（側面）は、内側スロット３１１の他方の側壁面３１１ｃから離間していてもよい。同様に、第２直線部３２２の他方の端面（側面）は、外側スロット３１２の他方の側壁面３１２ｃから離間していてもよい。
【００５７】
また、超電導コイル３２の第１直線部３２１の内周面は、巻枠３５を介して内側スロット３１１の底壁面３１１ａに対面し、超電導コイル３２の第２直線部３２２の内周面は、巻枠３５を介して外側スロット３１２の底壁面３１２ａに対面する。このとき第１直線部３２１を構成する超電導線材のテープ面Ｓ１は内側スロット３１１の底壁面３１１ａにほぼ平行であり、第２直線部３２２を構成する超電導線材のテープ面Ｓ２は外側スロット３１２の底壁面３１２ａにほぼ平行である。底壁面３１１ａ及び底壁面３１２ａは、ステータコア３１の周方向にほぼ平行である。従って、テープ面Ｓ１及びテープ面Ｓ２は、ステータコア３１の周方向（図８の矢印Ｂ方向）にほぼ平行である。
【００５８】
また、超電導コイル３２の第１直線部３２１の内周面（３２ｉｎ）と、それに対向する内側スロット３１１の底壁面３１１ａとの間の距離は、第１直線部３２１の一方の端面とそれに対向する内側スロット３１１の側壁面３１１ｂとの間の距離（本実施形態においては両面は接している）及び第１直線部３２１の他方の端面とそれに対向する内側スロット３１１の側壁面３１１ｃとの間の距離よりも大きくされている。同様に、超電導コイル３２の第２直線部３２２の内周面（３２ｉｎ）と、それに対向する外側スロット３１２の底壁面３１２ａとの間の距離は、第２直線部３２２の一方の端面とそれに対向する外側スロット３１２の側壁面３１２ｂとの間の距離（本実施形態において両面は接している）及び第２直線部３２２の他方の端面とそれに対向する外側スロット３１２の側壁面３１２ｃとの間の距離よりも大きくされている。
【００５９】
本実施形態に係る超電導モータ１は３相モータであり、それぞれの超電導コイル３２は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルのいずれかに割り当てられる。以下、Ｕ相コイルを構成する超電導コイルをＵ相超電導コイル（Ｕ＋，Ｕ−）と呼び、Ｖ相コイルを構成する超電導コイルをＶ相超電導コイル（Ｖ＋，Ｖ−）と呼び、Ｗ相コイルを構成する超電導コイルをＷ相超電導コイル（Ｗ＋，Ｗ−）と呼ぶ。上述したように、ステータコア３１には２４個の超電導コイル３２が配設されている。従って、８個のＵ相超電導コイル、８個のＶ相超電導コイル、及び８個のＷ相超電導コイルが、ステータコア３１に配設されていることになる。
【００６０】
本実施形態では、図２に示すように、対のＵ相超電導コイルＵ＋，Ｕ＋がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置され、対のＵ相超電導コイルＵ−、Ｕ−がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置される。同様に、対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置され、対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置される。同様に、対のＷ相超電導コイルＷ＋，Ｗ＋がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置され、対のＷ相超電導コイルＷ−，Ｗ−がステータコア３１の周方向に沿って隣接して配置される。
【００６１】
また、対のＵ相超電導コイルＵ＋，Ｕ＋の隣に対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−が配設され、対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−の隣に対のＷ相超電導コイルＷ＋，Ｗ＋が配設される。さらに、対のＷ相超電導コイルＷ＋、Ｗ＋の隣に対のＵ相超電導コイルＵ−，Ｕ−が配設され、対のＵ相超電導コイルＵ−，Ｕ−の隣に対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋が配設され、対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋の隣に対のＷ相超電導コイルＷ−，Ｗ−が配設される。このように、図２において時計周り方向に沿って、対のＵ相超電導コイルＵ＋，Ｕ＋、対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−、対のＷ相超電導コイルＷ＋，Ｗ＋、対のＵ相超電導コイルＵ−，Ｕ−、対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋、対のＷ相超電導コイルＷ−，Ｗ−、対のＵ相超電導コイルＵ＋，Ｕ＋、対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−、対のＷ相超電導コイルＷ＋，Ｗ＋、対のＵ相超電導コイルＵ−，Ｕ−、対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋、対のＷ相超電導コイルＷ−，Ｗ−、といった順に、各コイルが配設される。
【００６２】
このように各コイルを配置することにより、対のＵ相超電導コイルＵ＋，Ｕ＋と対のＵ相超電導コイルＵ−，Ｕ−が、ステータコア３１の周方向に離間して配置され、対のＶ相超電導コイルＶ＋，Ｖ＋と対のＶ相超電導コイルＶ−，Ｖ−が、ステータコア３１の周方向に離間して配置され、対のＷ相超電導コイルＷ＋，Ｗ＋と対のＷ相超電導コイルＷ−，Ｗ−が、ステータコア３１の周方向に離間して配置される。
【００６３】
この超電導モータ１は、インバータ回路ＩＮＶに接続される。図９は、超電導モータ１とインバータ回路ＩＮＶとの接続状態を示す図である。インバータ回路ＩＮＶは直流電源Ｖに接続されている。インバータ回路ＩＮＶは、スイッチ素子としてのトランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬを備える。インバータ回路ＩＮＶは、トランジスタＵＨとＵＬが直列接続されたスイッチ直列回路と、トランジスタＶＨとＶＬが直列接続されたスイッチ直列回路と、トランジスタＷＨとＷＬが直列接続されたスイッチ直列回路が、並列接続されることにより構成される。トランジスタＵＨ，ＶＨ，ＷＨのドレイン側は直流電源Ｖの正極側に接続され、トランジスタＵＬ，ＶＬ，ＷＬのソース側が直流電源Ｖの負極側に接続される。
【００６４】
トランジスタＵＨのソースとトランジスタＵＬのドレインとの間を結ぶ配線部分ＵＰに、ステータコア３１に配設されている１つのＵ相超電導コイルＵ＋が接続される。トランジスタＶＨのソースとトランジスタＶＬのドレインとの間を結ぶ配線部分ＶＰに、ステータコア３１に配設されている１つのＶ相超電導コイルＶ＋が接続される。トランジスタＷＨのソースとトランジスタＷＬのドレインとの間を結ぶ配線部分ＷＰに、ステータコア３１に配設されている１つのＷ相超電導コイルＷ＋が接続される。
【００６５】
インバータ回路ＩＮＶの各トランジスタＵＨ，ＵＬ，ＶＨ，ＶＬ，ＷＨ，ＷＬへの通電は、図示しない制御装置によって制御される。これにより、インバータ回路ＩＮＶから超電導モータ１に３相交流が印加される。超電導モータ１には上述したようにＵ相超電導コイル、Ｖ相超電導コイル、Ｗ相超電導コイルが備えられており、これらのコイルがスター結線される。
【００６６】
図１０は、ステータコア３１に配設される各超電導コイルの配線状態を示す図である。図１０に示すように、８個のＵ相超電導コイルは、Ｕ＋＿１，Ｕ＋＿２，Ｕ＋＿３，Ｕ＋＿４，Ｕ−＿１，Ｕ−＿２，Ｕ−＿３，Ｕ−＿４として図１０に表される。隣接配置したＵ＋＿１とＵ＋＿２により、第１Ｕ＋相ペアが構成され、隣接配置したＵ＋＿３とＵ＋＿４により、第２Ｕ＋相ペアが構成される。隣接配置したＵ−＿１とＵ−＿２により第１Ｕ−相ペアが構成され、隣接配置したＵ−＿３とＵ−＿４により第２Ｕ−相ペアが構成される。また、８個のＶ相超電導コイルは、Ｖ＋＿１，Ｖ＋＿２，Ｖ＋＿３，Ｖ＋＿４，Ｖ−＿１，Ｖ−＿２，Ｖ−＿３，Ｖ−＿４として図１０に表される。隣接配置したＶ＋＿１とＶ＋＿２により第１Ｖ＋相ペアが構成され、隣接配置したＶ＋＿３とＶ＋＿４とより第２Ｖ＋相ペアが構成される。また、隣接配置したＶ−＿１とＶ−＿２により第１Ｖ−相ペアが構成され、隣接配置したＶ−＿３とＶ−＿４により第２Ｖ−相ペアが構成される。また、８個のＷ相超電導コイルは、Ｗ＋＿１，Ｗ＋＿２，Ｗ＋＿３，Ｗ＋＿４，Ｗ−＿１，Ｗ−＿２，Ｗ−＿３，Ｗ−＿４として図１０に表される。隣接配置したＷ＋＿１とＷ＋＿２により第１Ｗ＋相ペアが構成され、隣接配置したＷ＋＿３とＷ＋＿４により第２Ｗ＋相ペアが構成される。また、隣接配置したＷ−＿１とＷ−＿２により第１Ｗ−相ペアが構成され、隣接配置したＷ−＿３とＷ−＿４により第２Ｗ−相ペアが構成される。
【００６７】
インバータ回路ＩＮＶの配線部分ＵＰは、第１Ｕ＋相ペアの一方のＵ相超電導コイルＵ＋＿１の外側端部３２Ｏに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ＋＿１の内側端部３２Ｉは、第１Ｕ＋相ペアの他方のＵ相超電導コイルＵ＋＿２の外側端部３２Ｏに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ＋＿２の内側端部３２Ｉは、第１Ｕ＋相ペアに離間して配設されている第１Ｕ−相ペアの一方のＵ相超電導コイルＵ−＿１の内側端部３２Ｉに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ−＿１の外側端部３２Ｏは、第１Ｕ−相ペアの他方のＵ相超電導コイルＵ−＿２の内側端部３２Ｉに接続される。さらに、Ｕ相超電導コイルＵ−＿２の外側端部３２Ｏは、第１Ｕ−相ペアに離間して配置されている第２Ｕ＋相ペアの一方のＵ相超電導コイルＵ＋＿３の外側端部３２Ｏに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ＋＿３の内側端部３２Ｉは、第２Ｕ＋相ペアの他方のＵ相超電導コイルＵ＋＿４の外側端部３２Ｏに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ＋＿４の内側端部３２Ｉは、第２Ｕ＋相ペアに離間して配置されている第２Ｕ−相ペアの一方のＵ相超電導コイルＵ−＿３の内側端部３２Ｉに接続される。Ｕ相超電導コイルＵ−＿３の外側端部３２Ｏは、第２Ｕ−相ペアの他方のＵ相超電導コイルＵ−＿４の内側端部３２Ｉに接続される。そして、Ｕ相超電導コイルＵ−＿４の外側端部３２Ｏが、Ｎ点（図９参照）にてスター結線される。
【００６８】
インバータ回路ＩＮＶの配線部分ＶＰは、第１Ｖ＋相ペアの一方のＶ相超電導コイルＶ＋＿１の外側端部３２Ｏに接続される。Ｖ相超電導コイルＵ＋＿１の内側端部３２Ｉは、第１Ｖ＋相ペアの他方のＶ相超電導コイルＶ＋＿２の外側端部３２Ｏに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ＋＿２の内側端部３２Ｉは、第１Ｖ＋相ペアに離間して配設されている第１Ｖ−相ペアの一方のＶ相超電導コイルＶ−＿１の内側端部３２Ｉに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ−＿１の外側端部３２Ｏは、第１Ｖ−相ペアの他方のＶ相超電導コイルＵ−＿２の内側端部３２Ｉに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ−＿２の外側端部３２Ｏは、第１Ｖ−相ペアに離間して配置されている第２Ｖ＋相ペアの一方のＶ相超電導コイルＶ＋＿３の外側端部３２Ｏに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ＋＿３の内側端部３２Ｉは、第２Ｖ＋相ペアの他方のＶ相超電導コイルＶ＋＿４の外側端部３２Ｏに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ＋＿４の内側端部３２Ｉは、第２Ｖ＋相ペアに離間して配置されている第２Ｖ−相ペアの一方のＶ相超電導コイルＶ−＿３の内側端部３２Ｉに接続される。Ｖ相超電導コイルＶ−＿３の外側端部３２Ｏは、第２Ｖ−相ペアの他方のＶ相超電導コイルＶ−＿４の内側端部３２Ｉに接続される。そして、Ｖ相超電導コイルＶ−＿４の外側端部３２Ｏが、Ｎ点（図９参照）にてスター結線される。
【００６９】
インバータ回路ＩＮＶの配線部分ＷＰは、第１Ｗ＋相ペアの一方のＷ相超電導コイルＷ＋＿１の外側端部３２Ｏに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ＋＿１の内側端部３２Ｉは、第１Ｗ＋相ペアの他方のＷ相超電導コイルＷ＋＿２の外側端部３２Ｏに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ＋＿２の内側端部３２Ｉは、第１Ｗ＋相ペアに離間して配設されている第１Ｗ−相ペアの一方のＷ相超電導コイルＷ−＿１の内側端部３２Ｉに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ−＿１の外側端部３２Ｏは、第１Ｗ−相ペアの他方のＷ相超電導コイルＷ−＿２の内側端部３２Ｉに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ−＿２の外側端部３２Ｏは、第１Ｗ−相ペアに離間して配置されている第２Ｗ＋相ペアの一方のＷ相超電導コイルＷ＋＿３の外側端部３２Ｏに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ＋＿３の内側端部３２Ｉは、第２Ｗ＋相ペアの他方のＷ相超電導コイルＷ＋＿４の外側端部３２Ｏに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ＋＿４の内側端部３２Ｉは、第２Ｗ＋相ペアに離間して配置されている第２Ｗ−相ペアの一方のＷ相超電導コイルＷ−＿３の内側端部３２Ｉに接続される。Ｗ相超電導コイルＷ−＿３の外側端部３２Ｏは、第２Ｗ−相ペアの他方のＷ相超電導コイルＷ−＿４の内側端部３２Ｉに接続される。そして、Ｗ相超電導コイルＷ−＿４の外側端部３２Ｏが、Ｎ点（図９参照）にてスター結線される。
【００７０】
各超電導コイル３２が上記のように接続されることにより、全てのＵ相超電導コイルが直列接続され、全てのＶ相超電導コイルが直列接続され、全てのＷ相超電導コイルが直列接続される。また、Ｕ相超電導コイルＵ＋＿１，Ｕ＋＿２，Ｕ＋＿３，Ｕ＋＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされ、Ｖ相超電導コイルＶ＋＿１，Ｖ＋＿２，Ｖ＋＿３，Ｖ＋＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされ、Ｗ相超電導コイルＷ＋＿１，Ｗ＋＿２，Ｗ＋＿３，Ｗ＋＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされる。また、Ｕ相超電導コイルＵ−＿１，Ｕ−＿２，Ｕ−＿３，Ｕ−＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされ、Ｖ相超電導コイルＶ−＿１，Ｖ−＿２，Ｖ−＿３，Ｖ−＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされ、Ｗ相超電導コイルＷ−＿１，Ｗ−＿２，Ｗ−＿３，Ｗ−＿４を流れる電流の向きが同じ向きにされる。さらに、Ｕ相超電導コイルＵ＋＿１，Ｕ＋＿２，Ｕ＋＿３，Ｕ＋＿４を流れる電流の向きと、Ｕ相超電導コイルＵ−＿１，Ｕ−＿２，Ｕ−＿３，Ｕ−＿４を流れる電流の向きは反対にされ、Ｖ相超電導コイルＶ＋＿１，Ｖ＋＿２，Ｖ＋＿３，Ｖ＋＿４を流れる電流の向きと、Ｖ相超電導コイルＶ−＿１，Ｖ−＿２，Ｖ−＿３，Ｖ−＿４を流れる電流の向きは反対にされ、Ｗ相超電導コイルＷ＋＿１，Ｗ＋＿２，Ｗ＋＿３，Ｗ＋＿４を流れる電流の向きと、Ｗ相超電導コイルＷ−＿１，Ｗ−＿２，Ｗ−＿３，Ｗ−＿４を流れる電流の向きが反対にされる。
【００７１】
上記構成の超電導モータ１を駆動させる場合、まず、各超電導コイル３２及び籠形導体５２を超電導状態にする。そして、インバータ回路ＩＮＶを作動させて３相交流を超電導モータ１に印加する。すると、各超電導コイル３２に電流が流れることによって、ステータコア３１に回転磁界が発生する。発生した回転磁界に誘導されるようにロータ５内のロータバー５２２に誘導電流が流れる。ロータバー５２２に流れた誘導電流が回転磁界に作用することによりロータコア５１が回転する。このようにして、超電導モータ１が駆動される。
【００７２】
図１１は、超電導モータ１の駆動時のある瞬間における、ステータコア３１及びロータコア５１内で発生する磁場の解析結果を示す図である。図１１において、白く示される部分が、磁場強度の高い部分である。図１１に示すように、内周ティース３１３には、ステータコア３１の径方向に沿って磁束が通過していることがわかる。さらに、ステータコア３１の右半面の磁束分布とステータコアの左半面の磁束分布がほぼ対称的である。
【００７３】
ちなみに、本実施形態においては、超電導コイル３２がステータコア３１の内周側から外周側を跨ぐように、つまりステータコア３１の径方向に巻きつけられている。従って、超電導コイル３２の巻き軸方向がステータコア３１の周方向に沿う。この場合、超電導コイル３２に通電することにより生じる磁界の向きがステータコア３１の周方向にされる。ただし、例えばＶ相超電導コイルＶ＋への通電により生じる磁界の向きと、Ｖ相超電導コイルＶ−への通電により生じる磁界の向きは反対向きであるために、これらの磁界の相互作用により磁界の向きがステータコア３１の径方向にされる。このようにして、内周ティース３１３にてステータコア３１の径方向に沿って磁束が通過する。
【００７４】
ところで、超電導モータ１を駆動させた場合には、ステータコア３１（磁性体）の鏡像効果によって、内側スロット３１１内の磁場及び外側スロット３１２内の磁場がステータコア３１の周方向に沿って強められる。従って、内側スロット３１１内及び外側スロット３１２内にて鏡像効果により発生する磁場の向き（磁束線の方向）は、ステータコア３１の周方向にほぼ一致する。ここで、図８に示すように、本実施形態において、内側スロット３１１内に配設される超電導コイル３２の第１直線部３２１を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ１は、ステータコア３１の周方向に平行、すなわち内側スロット３１１内にて鏡像効果により生じる磁場の方向に平行である。つまり、内側スロット３１１内にて鏡像効果により発生する磁場が、第１直線部３２１を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ１に平行な方向から超電導コイル３２に進入する。また、外側スロット３１２内に配設される超電導コイル３２の第２直線部３２２を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ２は、ステータコア３１の周方向に平行、すなわち外側スロット３１２内にて鏡像効果により生じる磁場の方向に平行である。つまり、外側スロット３１２内にて鏡像効果により発生する磁場が、第２直線部３２２を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ２に平行な方向から超電導コイル３２に進入する。
【００７５】
一般に、超電導コイルに磁場が進入すると、超電導コイルの超電導特性が低下する。特に、超電導臨界電流値が低下する。この超電導特性の低下の大きさ（度合い）は、超電導コイルに進入する磁場の方向によって変化する。具体的には、超電導コイルを構成する超電導テープ線材のテープ面に垂直な方向から磁場が進入した場合、超電導コイルの超電導特性が大きく低下し、超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から磁場が進入した場合、超電導コイルの超電導特性の低下量は小さい。本実施形態によれば、鏡像効果により生じる磁場が超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイルに進入するように構成されているために、鏡像効果により生じる磁場による超電導コイルの超電導特性の低下量を低減することができる。
【００７６】
図１２は、比較例に係るステータＣ１の正面図である。このステータＣ１は、ステータコアＣ１１及び複数の超電導コイルＣ１２を備える。超電導コイルＣ１２は、本実施形態に係る超電導コイル３２と同様に、超電導テープ線材が巻回されることにより形成されるレーストラック型超電導コイルである。ステータコアＣ１１は、中空円柱形状に形成されており、その内周壁には軸方向に延設された１２個のスロットＣ１３が周方向に沿って形成される。それぞれのスロットＣ１３には、１つの超電導コイルの一方の直線部と、その超電導コイルに隣接配置される超電導コイルの他方の直線部が配設される。また、１つのスロットＣ１３に配設されている２つの超電導コイルＣ１２，Ｃ１２が干渉しないように、各スロットＣ１３内に磁性体よりなるヨークＣ１４が配設されている。また、隣接するスロットＣ１３，Ｃ１３間に、ティースＣ１５が形成される。なお、比較例に係る超電導コイルＣ１２の巻き数は２０ターンである。
【００７７】
図１３は、ステータコアＣ１１のスロットＣ１３及びそのスロットＣ１３に配設されている超電導コイルＣ１２の拡大図である。図１２及び図１３に示すように、超電導コイルＣ１２を構成する超電導テープ線材が、隣接配置した２つのスロットＣ１３，Ｃ１３の間に形成されるティースＣ１５に巻き付けられる。つまり、超電導コイルＣ１２が集中巻きされる。このとき、超電導コイルＣ１２を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ３が、スロットＣ１３を構成する一方の側壁面Ｃ１３１に対面するように、超電導テープ線材がティースＣ１５に巻回される。側壁面Ｃ１３１は、ステータコアＣ１１の径方向に平行に形成されている。従って、比較例に係るステータＣ１においては、超電導コイルＣ１２を構成する超電導テープ線材のうちスロットＣ１３に配設される部分のテープ面Ｓ３は、ステータコアＣ１１の径方向に平行、すなわちステータコア３１の周方向（図１３の矢印Ｃ方向）に垂直に配置する。
【００７８】
比較例においては、超電導コイルＣ１２のうちスロットＣ１３内に配設される部分を構成する超電導テープ線材のテープ面Ｓ３が、スロットＣ１３内にて鏡像効果により生じる磁場の方向に垂直に配置している。つまり、スロットＣ１３内にて鏡像効果により発生する磁場が超電導テープ線材のテープ面Ｓ３に垂直な方向から超電導コイルＣ１２に進入する。従って、スロットＣ１３内にて鏡像効果により発生する磁場によって超電導コイルの超電導特性が大きく低下してしまう。これに対し、本実施形態に係る超電導モータ１によれば、上述したように内側スロット３１１内及び外側スロット３１２内にて鏡像効果により発生する磁場が、超電導テープ線材のテープ面（Ｓ１，Ｓ２）に平行な方向から超電導コイル３２に進入するため、超電導コイル３２の超電導特性の低下の度合いは小さい。よって、超電導コイル３２により多くの電流を流すことができる。その結果、比較例に対し、モータトルクを高めることができる。つまり、本実施形態に係る超電導モータ１によれば、鏡像効果によるモータトルクの低下が少なくされる。
【００７９】
図１４は、比較例に係るステータＣ１を用いた超電導モータを駆動させた場合における、ステータコアＣ１１及びロータコア内にて発生する磁場の解析結果を示す図である。図１４に示すように、比較例に係る超電導モータのティースＣ１５における磁場強度は、本実施形態に係る超電導モータ１の内周ティース３１３における磁場強度よりも弱い。
【００８０】
図１５は、本実施形態に係る超電導モータ１を駆動させた場合におけるＵ相超電導コイル（Ｕ＋，Ｕ−）に流れる電流の向きが示された、ステータ３及びロータ５の正面図である。図１５に示すように、Ｕ相超電導コイルＵ＋に流れる電流の向きと、Ｕ相超電導コイルＵ−に流れる電流の向きは、反対である。また、Ｕ相超電導コイルＵ＋とＵ相超電導コイルＵ−は、複数の内周ティース３１３を挟んで離間して配置されている。Ｕ相超電導コイルのこのような電流の流れの状態は、Ｕ相超電導コイルが複数の内周ティース３１３を跨いで分布巻きされている場合における電流の流れの状態に等しい。すなわち、本実施形態に係る超電導コイル３２は、ステータコア３１に擬似的に分布巻きされている。
【００８１】
また、本実施形態においては、それぞれの超電導コイル３２がステータコア３１の径方向に沿ってステータコア３１に巻かれている、つまり巻き軸方向がステータコア３１の周方向に沿うように、超電導コイル３２がステータコア３１に配設されている。このため、それぞれの超電導コイル３２は他の超電導コイル３２と干渉しない。換言すれば、他の超電導コイル３２との干渉を考慮することなく、且つ、超電導コイル３２を変形させることなく、容易に超電導コイル３２を分布巻きすることができる。こうして超電導コイル３２を分布巻きすることで、ステータ３とロータ５との間のエアギャップの磁束密度分布に含まれる空間高調波成分を低減することができる。
【００８２】
図１６は、本実施形態に係る超電導モータ１のステータ３とロータ５との間のエアギャップにおける磁束密度分布の第５次高調波成分（空間高調波成分）の大きさと、比較例に係るステータＣ１を用いた超電導モータのステータＣ１とロータとの間のエアギャップにおける磁束密度分布の第５次高調波成分（空間高調波成分）の大きさとを比較したグラフである。図１６の縦軸は、磁束密度の径方向成分Ｂｒを角度に対してプロットしたグラフから得られる基本波の振幅に対する第５次高調波成分の振幅の比である。図１６から明らかなように、本実施形態に係る超電導モータ１においては、空間高調波の振幅が小さい。つまり、空間高調波の増大が抑えられている。よって、本実施形態に係る超電導モータ１においては、空間高調波によるトルクの低下が小さくされ、且つトルクリップルが十分に低減されることがわかる。
【００８３】
図１７は、比較例に係るステータを用いた超電導モータのモータトルクを１とした場合における本実施形態に係る超電導モータ１のモータトルク比を示すグラフである。なお、モータ回転数は３００ｒ．ｐ．ｍとした。これによれば、本実施形態に係る超電導モータ１により発生されるトルクの大きさは、比較例に係るステータＣ１を用いた超電導モータにより発生されるトルクの大きさの約１．２５倍である。この結果から、本実施形態に係る超電導モータ１によれば、従来の超電導モータと比較して、トルクの大きさを２５％程度向上できることがわかる。
【００８４】
このように、本実施形態によれば、ステータコア３１の内周側に複数の内側スロット３１１が、ステータコア３１の外周側に複数の外側スロット３１２が、それぞれ形成されるとともに、ステータコア３１の内周側と外周側とを跨ぐように、すなわちステータコア３１の径方向に沿って巻かれるように、超電導コイル３２が内側スロット３１１内及び外側スロット３１２内に配設される。具体的には、レーストラック形状の超電導コイル３２の第１直線部３２１が内側スロット３１１内に配設され、第２直線部３２２が外側スロット３１２内に配設される。このため、他の超電導コイルとの干渉を考慮することなく容易且つ自由に超電導コイル３２をステータコア３１に分布巻きすることができる。こうして自由に超電導コイル３２をステータコア３１に分布巻きすることにより、ステータ３とロータ５との間のエアギャップの磁束密度の空間高調波成分を低減することができる。また、内側スロット３１１内及び外側スロット３１２内で超電導コイル３２（第１直線部３２１、第２直線部３２２）を構成する超電導テープ線材のテープ面がステータコア３１の周方向に平行な方向を向くように超電導コイル３２が両スロット内に配設されるため、ステータコア３１の鏡像効果による超電導コイル３２の超電導特性の悪化を抑えることができる。以上のことから、本実施形態によれば、空間高調波の低減及び鏡像効果による超電導特性の悪化を共に抑えることにより、モータトルクの低下が少なく、且つトルクリップルが低減された超電導モータ（超電導回転電機）、及び、そのような超電導モータを構成するためのステータ（超電導回転電機ステータ）を提供することができる。
【００８５】
また、本実施形態によれば、超電導コイル３２の巻き数（ターン数）を増加した場合、超電導コイル３２の大きさがステータコア３１の径方向に増大し、ステータコア３１の周方向には増大しない。このため、巻き数の増加によりステータコアのティースの幅を狭める必要がない。よって、ティースの磁気飽和を抑制することができる。
【００８６】
さらに、本実施形態によれば、それぞれの超電導コイルどうしの干渉を考慮することなく分布巻きすることができるため、特許文献２のように超電導コイルを分布巻きした場合と比較して、スロット（内側スロット３１１、外側スロット３１２）内の余剰空間、すなわちスロット内において超電導コイルが存在していない空間の割合が小さい。このため、スロット内の空間からの漏れリアクタンスを減少することができる。
【００８７】
また、本実施形態によれば、超電導コイル３２の第１円弧部３２３及び第２円弧部３２４に、強磁性体からなるヨーク３４が当接されている。このため、超電導コイル３２自身が発生する磁場による臨界電流密度の低下に起因した超電導コイル３２のクエンチの発生を防止することができる。
【００８８】
さらに、本実施形態によれば、ステータコア３１の外周側に銅製の外周スリーブ３３が設けられている。そのため、外周スリーブ３３内で渦電流が発生することによって、ステータコア３１内の磁束がステータコア３１の外周面から外周スリーブ３３を経て外部に漏れることが防止される。よって、ステータコア３１内の磁束密度をさらに高めることができる。
【００８９】
さらに、本実施形態によれば、超電導コイル３２の第１直線部３２１の一方の端面（側面）が、内側スロット３１１の一方の側壁面３１１ｂに接触しており、超電導コイル３２の第２直線部３２２の一方の端面（側面）が、外側スロット３１２の一方の側壁面３１２ｂに接触している。このため、内側スロット３１１内及び外側スロット３１２内にて鏡像効果により生じた磁場が、ほぼ確実に、超電導コイル３２を構成する超電導テープ線材のテープ面に平行な方向から超電導コイル３２に進入する。このため、内側スロット３１１及び外側スロット３１２内にて鏡像効果によって生じる磁場の影響に起因した超電導コイル３２の超電導特性の低下を十分に抑えることができる。
【００９０】
さらに、本実施形態によれば、図１５に示すように、同相であって同じ方向に電流が流れる超電導コイルを隣接して配置することできる。例えばＵ相超電導コイルＵ＋を２つあるいはそれ以上に分割して隣接配置することができる。このように同じ方向に電流が流れる超電導コイルを分割して隣接配置することにより、ステータコア内の起磁力分布を正弦波に近づけることができ、その結果、ステータ３とロータ５との間のエアギャップにおける磁束分布に含まれる空間高調波成分をさらに低減することができる。
【００９１】
さらに、本実施形態によれば、超電導コイル３２の第１直線部３２１の内周面（３２ｉｎ）とそれに対向する内側スロット３１１の底壁面３１１ａとの間の距離が、第１直線部３２１の幅方向における一方の端面とそれに対向する内側スロットの側壁面３１１ｂとの間の距離及び第１直線部３２１の他方の端面とそれに対向する内側スロット３１１の側壁面３１１ｃとの間の距離よりも大きくされている。また、超電導コイル３２の第２直線部３２２の内周面（３２ｉ）とそれに対向する外側スロット３１２の底壁面３１２ａとの間の距離が、第２直線部３２２の幅方向における一方の端面とそれに対向する外側スロット３１２の側壁面３１２ｂとの間の距離及び第２直線部３２２の他方の端面とそれに対向する外側スロット３１２の側壁面３１２ｃとの間の距離よりも大きくされている。このため、超電導コイル３２の内周面から超電導テープ線材のテープ面に垂直に磁場が進入することを防止することができる。
【００９２】
さらに、本実施形態に係る超電導コイル３２を構成する超電導テープ線材は、テープ面に垂直な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値が、テープ面に平行な方向から磁場が印加されているときの超電導臨界電流値よりも小さくなるように形成されている。従って、ステータコア３１の鏡像効果によって内側スロット３１１又は外側スロット３１２にて生じる磁場が超電導コイル３２に進入した場合における超電導臨界電流値は、磁場がテープ面に垂直な方向から進入する場合と比較して大きい。よって、より多くの電流を超電導コイルに流すことができる。
【００９３】
さらに、本実施形態によれば、超電導モータ１のロータ５に備えられる籠形導体５２が超電導材料により形成されているため、籠形導体５２に大きな電流を流すことができる。よって、超電導モータ１のトルクをより一層大きくすることができる。また、籠形導体５２に電流が流れた場合におけるジュール損失がほとんど無いために、モータ効率をさらに向上させることができる。
【００９４】
（第２実施形態）
図１８は、第２実施形態に係る超電導モータのステータ３Ａの正面図である。この超電導モータのステータ３Ａには、第１実施形態にて示した外周スリーブ３３が設けられていない。その他の構成については第１実施形態と同様であるので、その具体的説明は省略する。本実施形態に係る超電導モータは、外周スリーブ３３を設けることによる効果を除き、第１実施形態に係る超電導モータと同様の作用効果を奏する。
【００９５】
（第３実施形態）
図１９は、第３実施形態に係る超電導モータのステータ３Ｂの正面図である。この超電導モータのステータ３Ｂに設けられている外周スリーブ３３Ｂは、超電導材料により構成されている。それ以外の構成については第１実施形態と同様であるので、その具体的説明は省略する。
【００９６】
本実施形態に係る超電導モータにおいても、上記第１実施形態に係る超電導モータと同様の作用効果を有する。また、外周スリーブ３３Ｂの材質が、反磁性体である超電導材料であるため、ステータコア３１内の磁束は、外周スリーブ３３Ｂを通過することができない。このため、ステータコア３１内の磁束が外周スリーブ３３Ｂを経て外部に漏れることが確実に防止される。
【００９７】
（第４実施形態）
図２０は、第４実施形態に係る超電導モータのステータ３Ｃの正面図である。図２０からわかるように、本実施形態に係る超電導モータのステータ３Ｃは、ステータコア３１Ｃ及び超電導コイル３２を備える。ステータコア３１Ｃは中空円柱形状に形成されている。図２１は、ステータコア３１Ｃの正面図である。図２１に示すように、ステータコア３１Ｃの内周壁面に複数の内側スロット３１１Ｃが形成され、ステータコア３１Ｃの外周壁面に複数の外側スロット３１２Ｃが形成される。
【００９８】
また、図２０に示すように、超電導コイル３２は、上記第１実施形態と同様に、ステータコア３１Ｃの内側スロット３１１Ｃ内に配設される第１直線部３２１と、ステータコア３１Ｃの外側スロット３１２Ｃ内に配設される第２直線部３２２とを有する。この場合において、一つの超電導コイル（例えば図２０に示す超電導コイル３２Ｓ）の第１直線部３２１が配設されている内側スロット３１１Ｃの周方向における中心位置とステータコア３１Ｃの中心軸Ｏとを通る平面Ｐ１と、その超電導コイル（３２Ｓ）の第２直線部３２２が配設されている外側スロット３１２Ｃとステータコア３１Ｃの中心軸Ｏとを通る平面Ｐ２とは、異なる平面である。
【００９９】
また、図２０に示すように、全ての超電導コイル３２は、ステータコア３１Ｃの径方向に対して一定の角度だけ傾斜した状態で、ステータコア３１Ｃに配設されている。その他の構成については第１実施形態と同様であるため、その具体的説明は省略する。
【０１００】
本実施形態に係るステータ３Ｃを用いた超電導モータは、上記第１実施形態に係る超電導モータ１と同様の作用効果を奏する。また、上記第１実施形態においては、ステータコア３１の径方向における同じ位置に内側スロット３１１と外側スロット３１２とが存在しているので、周方向に沿った磁束の通過断面積は、内側スロット３１１と外側スロット３１２が存在する周方向位置にてかなり小さくされている。これに対し、本実施形態においては、径方向における同じ位置に内側スロット３１１Ｃと外側スロット３１２Ｃが存在しない。従って、周方向に沿った磁束の通過断面積が均一化される。これにより、磁束の通過断面積が小さいことに起因した磁気飽和を効果的に防止することができる。
【０１０１】
以上、本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきものではない。例えば、本発明に係るステータを図２２のように構成してもよい。図２２に示すステータ３Ｄのステータコア３１Ｄには、図２２に示す方向から見て、同相の対の超電導コイルがＶ字状に配設されている。つまり、同相の対の超電導コイルがＶ字状に配設されるように、内側スロット３１１Ｄと外側スロット３１２Ｄがステータコア３１Ｄに形成されている。このようなステータ３Ｄを用いた超電導モータであっても、上記した各実施形態に係る超電導モータによりもたらされる作用効果と同様の作用効果を奏することができる。また、上記第１実施形態では、超電導モータ１が誘導モータである例を説明したが、本発明に係る超電導モータ（超電導回転電機）は同期モータでも良い。この場合、ロータは、磁場を発生する界磁部を備え、ステータの回転磁界が界磁部により発生された磁場に作用することにより、回転するように構成される。また、この場合、界磁部は、永久磁石、超電導体、コイルの少なくとも一つにより構成されるとよい。また、上記第１実施形態では、ステータ３の内周側にロータ５が配設される例について説明したが、ロータは、ステータの外周側に配設されていても良い。この場合、ステータコアの内周壁に接触する内周スリーブをステータコアの内周側に設けておくとよい。また、上記第１実施形態に係る外周スリーブ３３の材質は銅であるが、外周スリーブ３３の材質はアルミニウムでも良い。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１…超電導モータ（超電導回転電機）、２…ケーシング、３，３Ａ，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…ステータ（超電導回転電機ステータ）、３１，３１Ｃ，３１Ｄ…ステータコア、３１１，３１１Ｃ，３１１Ｄ…内側スロット、３１１ａ…底壁面、３１１ｂ，３１１ｃ…側壁面（内壁面）、３１２，３１２Ｃ，３１２Ｄ…外側スロット、３１２ａ…底壁面、３１２ｂ，３１２ｃ…側壁面（内壁面）、３１３…内周ティース、３１４…外周ティース、３２…超電導コイル、３２Ｉ…内側端部、３２Ｏ…外側端部、３２１…第１直線部（内側部分）、３２２…第２直線部（外側部分）、３２３…第１円弧部（接続部分）、３２４…第２円弧部（接続部分）、３３，３３Ｂ…外周スリーブ、３４…ヨーク、３５…巻枠、４ａ，４ｂ…ブラケット、５…ロータ、５１…ロータコア、５２…籠形導体、５２１…エンドリング、５２２…ロータバー、５３…回転軸、ＩＮＶ…インバータ回路、Ｏ…中心軸、Ｓ，Ｓ１．Ｓ２…テープ面
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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