(57)【要約】  パルス着磁時の衝撃力を緩衝でき、かつ、着磁効率が高い超電導同期機を提供する。  ケーシング構造２と、ケーシング構造２に固定された着磁用コイル６と、ケーシング構造２に支承された回転軸３と、回転軸３に垂直に固定された回転板７と、回転板７に周方向に所定の間隔をおいて固定された複数のバルク超電導体８と、冷却手段と、を有し、回転板７の周縁部に嵌合部９が設けられ、回転板の嵌合部９と嵌合する固定位置と回転板と干渉しない待避位置の間だを移動可能な嵌合部材１１を有する固定機構１０を有し、前記固定機構１０の嵌合部材１１が固定位置で回転板の嵌合部９と嵌合するときは、回転軸３と平行な方向から見たバルク超電導体８の形状と着磁用コイル６の巻成形状が互いに重なり合った位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されるように構成した。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーシング構造と、前記ケーシング構造に直接あるいは間接的に固定された着磁用コイルと、前記ケーシング構造に回転可能に支承された回転軸と、前記回転軸に垂直に固定された回転板と、前記回転板に周方向に所定の間隔をおいて固定された複数のバルク超電導体と、前記バルク超電導体を臨界温度以下に冷却する冷却手段と、を有する超電導同期機において、
前記回転板の周縁部に嵌合部が設けられ、
前記回転板の嵌合部と嵌合する固定位置に移動し、あるいは、前記回転板と干渉しない待避位置に待避する可動の嵌合部材を有する固定機構を有し、
前記固定機構の嵌合部材が前記固定位置で前記回転板の嵌合部と嵌合するときは、前記回転板は、前記回転軸と平行な方向から見た前記バルク超電導体の形状と、前記回転軸と平行な方向から見た前記着磁用コイルの巻成形状が、互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定される、ことを特徴とする超電導同期機。
【請求項２】
前記着磁用コイルは、前記電機子コイルを兼ねていることを特徴とする請求項１記載の超電導同期機。
【請求項３】
前記回転板の周縁部の嵌合部は、前記回転板の外周に設けられた相対的に小径の円弧部を含み、
前記固定機構の嵌合部材は、前記円弧部と嵌合する凹部を有し、
前記円弧部は、該円弧部と前記嵌合部材の凹部が嵌合したときに、所定のバルク超電導体と前記着磁コイルが、前記回転軸と平行な方向から見た該バルク超電導体の形状と該着磁用コイルの巻成形状が互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されるように、前記回転板外周上の所定部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項４】
前記回転板の周縁部の嵌合部は、前記回転板の周縁部に設けられた凹部を含み、
前記固定機構の嵌合部材は、前記凹部に嵌合する突起を有し、
前記凹部は、該凹部と前記嵌合部材の突起が嵌合したときに、所定のバルク超電導体と前記着磁コイルが、前記回転軸と平行な方向から見た該バルク超電導体の形状と該着磁用コイルの巻成形状が互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されるように、前記回転板周縁部の所定部位に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項５】
前記バルク超電導体は、その結晶のｃ軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように前記回転板に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項６】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸の半径方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸の半径方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避することを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項７】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸と平行な方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸と平行な方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避することを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項８】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸の半径方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸と平行な方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避し、あるいは、前記回転軸と平行な方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸の半径方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避することを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はローターにバルク超電導体を設けた超電導同期機に関する。  
特に、ローターにバルク超電導体を備えた超電導同期機において、前記バルク超電導体を着磁する際に、瞬間的に発生する電磁力による衝撃力を吸収し、かつ、着磁効率を向上させた超電導同期機に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は従来の一般的な超電導同期機の構造を示している。  
図６に示す超電導同期機３０は、ケーシング構造３１を有し、回転軸３２がケーシング構造３１によって回転可能に支承されている（図は回転軸３２に関して超電導同期機の片側のみを示している）。【０００３】
複数のバルク超電導体３３が、回転軸３２から等しい距離の円周上を等間隔おいてケーシング構造３１に固定されている。さらに、各バルク超電導体３３の外囲を取り囲む着磁コイル３４もケーシング構造３１に固定されている。【０００４】
回転軸３２に垂直に回転板３５が固定され、該回転板３５上の回転軸３２から等しい距離の円周上を複数の電機子コイル３６が等間隔おいて固定されている。【０００５】
超電導同期機３０は冷媒生成機３７を有し、該冷媒生成機３７が生成した冷媒は導管３８によってケーシング構造３１の内部空間に流通可能に構成されている。【０００６】
さらに、超電導同期機３０は、交流電源３９と着磁用電源４０と制御装置４１と切換スイッチＳＷとを有している。【０００７】
着磁時は切換スイッチＳＷを切り換えて着磁用電源４０から着磁用の電力を着磁コイル３４に投入し、着磁コイル３４の内部に平行な着磁用磁界を生成し、バルク超電導体３３を着磁させる。【０００８】
駆動時は切換スイッチＳＷを切り換えて交流電源３９から電機子コイル３６に電力を投入し、着磁されたバルク超電導体３３との作用によって回転トルクを発生させる。【０００９】
制御装置４１は、電機子コイル３６への電力の位相を制御し、着磁が必要なときは切換スイッチＳＷを切換制御する。【００１０】
上記従来の超電導同期機がステーターにバルク超電導体を設けているのに対して、本発明の発明者は先にローターにバルク超電導体を設けた小型の超電導同期機を考案した（日本国特許公開公報２００４−２３５６２５号）。【００１１】
図７は、本発明の発明者が考案した超電導同期機の構造を示している。  
図７において、超電導同期機４２は、ケーシング構造４３を有し、回転軸４４がケーシング構造４３によって回転可能に支承されている（図は回転軸４４に関して超電導同期機の片側のみを示している）。【００１２】
回転軸４４に垂直に、回転板４５が固定されている。【００１３】
本発明の発明者が考案した超電導同期機４２は、回転板４５上の回転軸４４から所定距離はなれた円周上の等間隔をおいた位置に、複数のバルク超電導体４６を固定している。【００１４】
さらに、バルク超電導体４６に対応する位置のケーシング構造４３に、電機子コイルを兼ねる複数の着磁用コイル４７を固定している。【００１５】
超電導同期機４２は、冷媒生成機４８を有し、該冷媒生成機４８が生成した冷媒は導管４９を通ってケーシング構造４３の内部空間に流通可能に構成されている。【００１６】
さらに、超電導同期機４２は、交流電源５０と着磁用電源５１と制御装置５２と切換スイッチＳＷとを有している。【００１７】
着磁時は、切換スイッチＳＷを切り換えて着磁用電源５１から着磁用の電力を着磁コイル４７に投入し、着磁コイル４７の軸方向に、紡錘形の着磁用の磁界を生じさせ、バルク超電導体４６を着磁させる。【００１８】
駆動時は、切換スイッチＳＷを切り換えて交流電源５０から電機子コイルとして機能するコイル４７に電力を投入し、着磁された超電導体４６との作用によって回転トルクを発生させる。【００１９】
制御装置５２は、コイル４７への電力を制御するとともに、センサー５３によって着磁が必要なときを検出し、切換スイッチＳＷを切り換えて着磁のための制御を行う。【００２０】
本発明の発明者が考案した超電導同期機において、着磁するときは、バルク超電導体４６と着磁用コイル４７を位置整合させ、その位置で回転軸４４を固定して着磁用の電力を投入していた（図７参照）。【００２１】
しかし、この方法では、パルス着磁の瞬間に電磁力が衝撃を伴って発生し、回転軸での固定では衝撃力の影響を緩衝しきれずにいた。【００２２】
パルス着磁時に瞬間的に大きな衝撃が生じると、回転板（ローター）と回転軸へ大きな捻りモーメントが作用し、ローターあるいは回転軸の破損を起こすおそれがあった。【００２３】
また、パルス着磁時に大きな電磁力が発生すると、その回転トルクによってバルク超電導体と着磁コイルの位置がずれ、バルク超電導体と着磁コイルの位置関係を正しく保つことができなくなるため、着磁効率の低下を招いていた。【００２４】
上記着磁時の衝撃力について以下に説明する。【００２５】
図８は、本発明の発明者が回転板上にバルク超電導体を固定することを考案する前の従前の超電導同期機（以下「従前の超電導同期機」という。）におけるバルク超電導体の着磁の様子を示している。【００２６】
従前の超電導同期機は、バルク超電導体３３の外周を取り囲むように着磁コイル３４が固定されていた。【００２７】
着磁時は、図８に示すように、バルク超電導体３３を内包する均一な磁界によってバルク超電導体３３を着磁させる。均一な磁界内で着磁するため、バルク超電導体３３に位置ずれを生じる横方向の力が生じることがなかった。【００２８】
また、従前の超電導同期機においては、着磁コイル３４がバルク超電導体３３を取り囲み、かつ、バルク超電導体３３と着磁コイル３４がいずれもケーシング構造３１に固定されている。このため、着磁時の衝撃力の影響を抑制しやすく、かつ、着磁コイル３４とバルク超電導体３３の位置がずれることはなかった。【００２９】
これに対して、本発明の発明者が考案した超電導同期機は、着磁時に図９に示すような状態になる。【００３０】
本発明の発明者が考案した超電導同期機の着磁用コイル４７は、図９に示すように、超電導同期機の回転軸と平行な方向から見たバルク超電導体４６の形状と等しくなるように、着磁用コイル４７の巻線を巻成している。【００３１】
すなわち、バルク超電導体４６が円柱形の場合は、一層の巻線が円形になるように着磁用コイル４７の巻線を巻き、該円形の巻線を着磁用コイル４７の厚さ方向に積層して円柱形の着磁用コイル４７を形成している。【００３２】
このような巻線の着磁用コイル４７は、着磁時された後のバルク超電導体４６の磁界と同一形状の磁界（紡錘形の磁界）を発生することができる。【００３３】
本発明の発明者は、着磁された後のバルク超電導体の磁界と同一形状の着磁用磁界によってバルク超電導体を着磁させると、きわめて効率よくバルク超電導体を着磁させることができることを発見し、この知見によって上記超電導同期機を考案したものである。【００３４】
しかし、図９に示すように、着磁用の紡錘形の磁界は、着磁後にバルク超電導体４６が発生する磁界と同一の形状であり、紡錘形の頂点部分でもっとも磁力が強く働く。【００３５】
このため、着磁の途中から発生するバルク超電導体４６の磁極と着磁用磁界の磁極が鋭く反発しあい、磁極のわずかなずれによって大きな電磁力を発生する。【００３６】
しかも、バルク超電導体４６が回転板４５上に固定されているため、位置がずれやすく、回転軸において回転モーメントが大きい問題を有している。【００３７】
このため、本発明の発明者が考案した超電導同期機において、着磁時に回転軸を固定する方法は、パルス着磁の瞬間の衝撃力の影響を緩衝しきれず、かつ、回転トルクによってバルク超電導体と着磁コイルの位置がずれて、着磁効率の低下を招くことがあった。【００３８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、パルス着磁時の衝撃力を緩衝でき、かつ、着磁効率が高い超電導同期機を提供することにある。
【発明の開示】
【００３９】
本発明による超電導同期機は、
ケーシング構造と、前記ケーシング構造に直接あるいは間接的に固定された着磁用コイルと、前記ケーシング構造に回転可能に支承された回転軸と、前記回転軸に垂直に固定された回転板と、前記回転板に周方向に所定の間隔をおいて固定された複数のバルク超電導体と、前記バルク超電導体を臨界温度以下に冷却する冷却手段と、を有する超電導同期機において、
前記回転板の周縁部に嵌合部が設けられ、
前記回転板の嵌合部と嵌合する固定位置に移動し、あるいは、前記回転板と干渉しない待避位置に待避する可動の嵌合部材を有する固定機構を有し、
前記固定機構の嵌合部材が前記固定位置で前記回転板の嵌合部と嵌合するときは、前記回転板は、前記回転軸と平行な方向から見た前記バルク超電導体の形状と、前記回転軸と平行な方向から見た前記着磁用コイルの巻成形状が、互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定される、ことを特徴とする。
【００４０】
前記着磁用コイルは、前記電機子コイルを兼ねることができる。
【００４１】
前記回転板の周縁部の嵌合部は、前記回転板の外周に設けられた相対的に小径の円弧部を含み、前記固定機構の嵌合部材は、前記円弧部と嵌合する凹部を有し、前記円弧部は、該円弧部と前記嵌合部材の凹部が嵌合したときに、所定のバルク超電導体と前記着磁コイルが、前記回転軸と平行な方向から見た該バルク超電導体の形状と該着磁用コイルの巻成形状が互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されるように、前記回転板外周上の所定部位に設けられているようにすることができる。
【００４２】
前記回転板の周縁部の嵌合部は、前記回転板の周縁部に設けられた凹部を含み、前記固定機構の嵌合部材は、前記凹部に嵌合する突起を有し、前記凹部は、該凹部と前記嵌合部材の突起が嵌合したときに、所定のバルク超電導体と前記着磁コイルが、前記回転軸と平行な方向から見た該バルク超電導体の形状と該着磁用コイルの巻成形状が互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されるように、前記回転板周縁部の所定部位に設けられているようにすることができる。
【００４３】
前記バルク超電導体は、その結晶のｃ軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように前記回転板に固定されているようにすることができる。
【００４４】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸の半径方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸の半径方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避するようにすることができる。
【００４５】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸と平行な方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸と平行な方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避するようにすることができる。
【００４６】
前記固定機構の嵌合部材は、前記回転軸の半径方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸と平行な方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避し、あるいは、前記回転軸と平行な方向に前記回転板に接近して前記固定位置に移動し、前記回転軸の半径方向に前記回転板から遠ざかって前記待避位置に待避するようにすることができる。
【００４７】
ここで、上記本発明の構成の概念を以下に記載する。
【００４８】
上記「ケーシング構造」とは、ケーシングの外殻部材、超電導同期機本体を支承する構造部材を含む構造体をいう。
【００４９】
「着磁用コイルがケーシング構造に直接あるいは間接に固定される」とは、着磁用コイルが超電導同期機の構造部材に直接固定されている場合や、ステーター等の部品に固定され該部品が超電導同期機の内部に収納固定されているなど、間接的に超電導同期機の内部に固定されている場合を含む意である。
【００５０】
回転板の周縁部の設けられた「嵌合部」は、凸部でも凹部でもよく、前記固定機構の嵌合部材と嵌合して係止される形状を有する部分である。
【００５１】
「固定機構」は、可動な嵌合部材と、該嵌合部材を固定位置と待避位置に駆動するための機構を含む。なお、駆動機構は、ギアを利用したものなど当業者が適宜構成し得る構造の駆動機構とすることができる。
【００５２】
上記駆動機構は、嵌合部材を超電導同期機の回転軸の半径方向に駆動するものの他、超電導同期機の回転軸と平行な方向に嵌合部材を駆動するもの、超電導同期機の回転軸の半径方向および平行な方向に嵌合部材を交互に駆動するものとしてもよい。
【００５３】
超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状とは、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状、すなわち、超電導同期機の回転軸方向に投影されたバルク超電導体の形状をいう。
【００５４】
たとえば、円柱形のバルク超電導体がその中心軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように配置されている場合は、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状は円形となる。角柱形のバルク超電導体がその中心軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように配置されている場合は、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状はその底面の多角形となる。
【００５５】
超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻成形状とは、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻線の巻かれた形状をいう。
【００５６】
たとえば、全体として円柱形の着磁コイルがその中心軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように配置されている場合は、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻成形状は円形となる。「巻成形状が円形の円柱形の着磁コイル」とは、一層のコイルの巻線は同心状に円形に巻かれ、厚さ方向に円形を積層するようにして円柱形に巻成されているコイルである。
【００５７】
また、たとえば、横断面が扇形の柱状形に巻かれた着磁コイルであって、柱状形の中心軸が超電導同期機の回転軸と平行になるように配置されている場合は、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻成形状は扇形となる。この場合の着磁コイルは、一層の巻線は同心状に扇形に巻かれ、厚さ方向に扇形を積層するようにして柱状形に巻成されているコイルである。
【００５８】
なお、上記着磁コイルの巻成形状は、可能な限り中心部にもコイルの巻線が配置されるようにする。ただし、着磁コイルの中心部で曲率が大きく、加工上コイルの巻線を配置するのが困難な空洞部が残る着磁コイルを除外するものではない。
【００５９】
「超電導同期機の回転軸と平行な方向から見たバルク超電導体の形状と、同じ方向から見た着磁コイルの巻成形状が、互いに重なり合う位置関係にある」とは、超電導同期機の回転軸と平行な方向から見たバルク超電導体の形状が、同じ方向とから見た着磁用コイルの巻成形状と合同であり、かつ、互いにぴたり重なる位置関係にあることをいう。
【００６０】
「超電導同期機の回転軸と平行な方向から見たバルク超電導体の形状と、同じ方向から見た着磁コイルの巻成形状が、図心が整合した相似の位置関係にある」とは、超電導同期機の回転軸と平行な方向から見たバルク超電導体の形状が、同じ方向から見た着磁コイルの巻成形状と相似であり、かつ、図心の位置が整合し、図心に関して両者の対応する頂点や辺が同一の相似比で配列している位置関係にあることをいう。
【００６１】
たとえば、バルク超電導体が横断面が扇形になっている場合、着磁コイルも一層の巻線が同心状に扇形に巻かれて該扇形を厚さ方向に積層するようにして柱状形に巻成され、回転板が固定されたときに、バルク超電導体の扇形断面と着磁コイルの扇形断面が互いに図心が一致し、扇形の対応する頂点や辺が図心に関して同一の相似比の位置に位置するようにする。
【００６２】
本発明による超電導同期機は、固定機構の嵌合部材が固定位置で回転板の嵌合部と嵌合したときは、バルク超電導体は、回転軸と平行な方向から見て該バルク超電導体の形状と着磁用コイルの巻成形状が互いに重なり合う位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定される。
【００６３】
これにより、着磁用コイルの発生する磁界と、着磁されたバルク超電導体が発生する磁界が、磁極の中心軸のずれにより、瞬間的に大きな反発力を生じたとしても、前記固定機構がローターを固定し、衝撃力を緩衝することができる。
【００６４】
また、前記固定機構がローターを固定しているこれにより、バルク超電導体が逃げずに着磁用コイルと中心軸が一致した状態で着磁時間の間保持され、これによって、磁束がバルク超電導体の内部に進入する時間を有し、着磁効率を向上させることができる。
【００６５】
着磁用コイルが電機子コイルを兼ねている場合には、着磁用コイルとバルク超電導体の配置角度が相違し、回転板が所定の回転角にあるときに特定の着磁用コイルが特定のバルク超電導体と位置整合し、該バルク超電導体のみを着磁して他のバルク超電導体に影響しない。
【００６６】
着磁用コイルが電機子コイルを兼ねている本発明によれば、専用の着磁用コイルを設ける必要がなく、簡単な構造の超電導同期機を得ることができる。
【００６７】
本発明の一態様によれば、結晶のｃ軸が超電導同期機の回転軸と平行になるようにバルク超電導体が回転板に固定されている。
【００６８】
本発明によれば、着磁用の磁束が超電導体の結晶のｃ軸と平行になり、着磁効率を向上させることができる。
【００６９】
本発明の一態様によれば、固定機構の嵌合部材が、回転軸の半径方向に回転板から遠ざかって待避位置に待避する。
【００７０】
本発明によれば、回転軸と平行な方向に回転板と干渉しない嵌合部材の待避スペースを設ける必要がなく、超電導同期機を回転軸と平行な方向に薄くすることができる。
【００７１】
また、本発明の一態様によれば、固定機構の嵌合部材が、回転軸と平行な方向に回転板から遠ざかって待避位置に待避する。
【００７２】
本発明によれば、回転軸の半径方向に回転板と干渉しない嵌合部材の待避スペースを設ける必要がなく、超電導同期機を回転軸の半径方向に小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による超電導同期機の水平方向の一部断面図。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による超電導同期機の縦方向の一部断面図。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による超電導同期機の縦方向の一部断面図。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による超電導同期機の水平方向の一部断面図。
【図５】図５は、本発明の一実施形態による超電導同期機の水平方向の一部断面図。
【図６】図６は、ステーター側にバルク超電導体を設けた従前の超電導同期機の構成図。
【図７】図７は、ローター側にバルク超電導体を設けた従来の超電導同期機の構成図。
【図８】図８は、図６の超電導同期機における着磁の様子を示した説明図。
【図９】図９は、図７の超電導同期機における着磁の様子を示した説明図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７４】
以下に本発明の実施の形態について説明する。  
図１と図２は本発明の一実施形態による超電導同期機の構成を示している。このうち、図１は該超電導同期機を上から見た水平方向の一部断面図、図２は該超電導同期機を回転軸と平行な方向から見た一部切断された縦断面図を示している。【００７５】
本実施形態による超電導同期機１は、ケーシング構造２と該ケーシング構造２に回転可能に支承された回転軸３とを有している。図１における符号４は、回転軸３を支承するためのベアリング、符号５はシール材を示している。【００７６】
超電導同期機１の冷却、電力、制御のための構造は、図７に示す超電導同期機と同じである。【００７７】
すなわち、超電導同期機１は、図１，２に示していない冷却手段、着磁用電源、交流電源、切換スイッチ、制御手段を有している。具体的な構造については図７で説明した通りである。【００７８】
ケーシング構造２は、好ましくは図１に示すように内部の低温を維持するための二重構造を有し、二重構造の間は真空になっている。【００７９】
ここで、ケーシング構造２は、ケーシングの外殻部材、および超電導同期機本体を支承あるいは構成する図示しない構造部材を含む。【００８０】
該ケーシング構造２には着磁用コイル６が固定されている。着磁用コイル６の固定はケーシング構造２に対する直接的な固定および間接的な固定を含む。間接的な固定とは、ステーターなどの部品に固定され該部品が超電導同期機の内部に収納固定されているなどの場合をいう。【００８１】
本実施形態の着磁用コイル６は、図２に示すように、回転軸３を中心に、回転軸３から半径方向に等しい距離の円周上を等しい間隔で６個配置されている。各着磁用コイル６は全体として円柱形をなしている。【００８２】
回転軸３には、該回転軸に垂直に回転板７が固定されている。【００８３】
回転板７には、回転軸３から半径方向に等しい距離の円周上を、周方向に所定の間隔をおいて複数のバルク超電導体８が固定されている。【００８４】
本実施形態においては、バルク超電導体８は８個配置され、各バルク超電導体８は円柱形をなしている。【００８５】
回転板７は、バルク超電導体８を嵌着させる穴が設けられ、バルク超電導体８は該穴に装着されている。【００８６】
装着された状態で、各バルク超電導体８の両端面は、バルク超電導体８の両面に出ており、図１に示すように、着磁用コイル６と対向している。【００８７】
本実施形態の回転板７は、図２に示すように、周縁部が各バルク超電導体８の外周に沿って相対的に小径の円弧部を有する形状に形成されている。前記円弧部は後述する本発明の固定機構の嵌合部材との嵌合部９となっている。【００８８】
超電導同期機１は固定機構１０を有している。【００８９】
固定機構１０は、可動の嵌合部材１１と、嵌合部材１１を駆動する駆動機構を有している。【００９０】
本実施形態の嵌合部材１１は、図１の矢印に示すように回転軸３の半径方向に移動可能に構成されている。嵌合部材１１の先端部分は嵌合部９の円弧部と嵌合する凹部を有している。【００９１】
本実施形態の固定機構１０の駆動機構は、前記嵌合部材１１に接続されたロッド部１２を有している。ロッド部１２は、一面に溝が刻設され、軸方向にスライド可能なようにガイドされている。ロッド部１２の溝にはネジ部材１３のネジ山が係合し、ネジ部材１３は外部のハンドル１４に接続されている。【００９２】
ハンドル１４を回転させると、ネジ部材１３が回転し、ネジ部材のネジ山と溝の係合によってロッド部１２および嵌合部材１１を前後に駆動する。【００９３】
嵌合部材１１は、回転板７に接近した固定位置では回転板７の嵌合部９と嵌合し（図２の嵌合部材１１の実線部分）、回転板７から離れた待避位置では回転板７と干渉しないようになっている（図２の嵌合部材１１の２点鎖線部分）。【００９４】
以上が超電導同期機１の構造に関する説明であったが、以下に着磁について説明する。【００９５】
本実施形態の超電導同期機１において、上述したように、嵌合部材１１を固定位置に駆動すると、嵌合部材１１は回転板７の嵌合部９と嵌合して回転板７を固定する。【００９６】
本実施形態では、嵌合部材１１が回転板７の嵌合部９と嵌合したときは、図２に示すように、回転軸と平行な方向から見て鉛直上方のバルク超電導体８と鉛直下方のバルク超電導体８が、鉛直上方の着磁用コイル６と鉛直下方の着磁用コイル６が互いに位置整合する。【００９７】
ここで、バルク超電導体８と着磁用コイル６が「位置整合」することについて説明する。【００９８】
位置整合とは、回転軸３と平行な方向から見たバルク超電導体８の形状と、同方向から見た着磁用コイル６の巻成形状が、互いに重なり合った位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定されることをいう。【００９９】
「重なり合った位置関係」というのは、回転軸３と平行な方向から見たバルク超電導体８の形状と同方向から見た着磁用コイル６の巻成形状が、互いに合同であり、かつ、互いにぴたり重なる位置関係にあることをいう。【０１００】
一方、「図心が整合した相似の位置関係」というのは、回転軸３と平行な方向から見たバルク超電導体８の形状と同方向から見た着磁用コイル６の巻成形状が、互いに相似であり、かつ、図心の位置が整合し、図心に関して両者の対応する頂点や辺が同一の相似比で配列している位置関係にあることをいう。【０１０１】
図２の例では、回転軸３と平行な方向から見たバルク超電導体８の形状は円形であり、同じ方向から見た着磁用コイル６の巻成形状も円形であり、鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８と着磁用コイル６の中心は互いに整合している。この場合、着磁用コイル６はバルク超電導体８より若干大径になっているため、両者は「図心が整合した相似の位置関係」になっている。【０１０２】
なお、「超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状」とは、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見たバルク超電導体の形状、すなわち、超電導同期機の回転軸方向に投影されたバルク超電導体の形状をいう。図２の例では円形である。【０１０３】
また、「超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻成形状」とは、超電導同期機の回転軸に平行な方向から見た着磁コイルの巻線の巻かれた形状をいう。図２の例では円形である。【０１０４】
本実施形態では、着磁用コイル６は全体として円柱形に巻成されている。つまり、着磁用コイル６は、超電導同期機１の回転軸３に平行な方向から見たときの巻線は同心状に円形に巻かれ、前記円形に巻かれた巻線を厚さ方向に積層して全体として円柱形になるように形成されている。【０１０５】
なお、本発明における着磁コイルは、可能な限りコイルの中心部にも巻線が配置されるようにする。ただし、着磁コイルの中心部で曲率が大きく、加工上コイルの巻線を配置するのが困難な空洞部が残る着磁コイルを除外するものではない。【０１０６】
上記のように着磁用コイル６が巻成され、上記のように着磁用コイル６とバルク超電導体８が位置整合した状態で固定されるこれにより、本実施形態では、以下のように着磁が行われる。【０１０７】
着磁用コイル６が、回転軸３に平行な方向から見てバルク超電導体８と同形状に巻成されているこれにより、着磁用コイル６は紡錘形の着磁用磁界を発生する。【０１０８】
該紡錘形の磁界は、着磁後にバルク超電導体８が発生する磁界と同一の形状であり、着磁が効率よく行われることが本発明の発明者によって発見され知得されている。【０１０９】
一方、紡錘形の着磁用磁界と着磁の途中から発生するバルク超電導体８の紡錘形の磁界は、紡錘形の頂点部分でもっとも磁力が強いため、磁極のわずかなずれによって互いに強く反発する。【０１１０】
これに対して本発明によれば、固定機構１０の嵌合部材１１が回転板７の嵌合部９と嵌合し、上記着磁用磁界と着磁の途中から発生するバルク超電導体８の磁界の反発力を緩衝する（強制的に固定する）。【０１１１】
これにより、着磁のときに瞬間的に発生する大きな反発力によって超電導同期機が損傷されることを防止することができる。【０１１２】
また、本発明の固定機構１０は、着磁用磁界と着磁の途中から発生するバルク超電導体８の磁界の反発力にうちかって、着磁の間中着磁用コイル６とバルク超電導体８を位置整合した状態に保持することができる。【０１１３】
これにより、バルク超電導体８が逃げることなく、着磁用コイル６による磁束がバルク超電導体８の内部に十分に進入することができ、着磁効率を改善することができる。【０１１４】
なお、バルク超電導体は、その結晶のｃ軸が進入する磁束と平行になっているときに着磁効率が特に高いことも本発明の発明者らによって知得されている。【０１１５】
このため、バルク超電導体８は、その結晶のｃ軸が超電導同期機の回転軸３と平行になるように回転板７に固定されているのが好ましい。【０１１６】
次に、着磁用コイルが電機子コイルを兼ねていることについて以下に説明する。【０１１７】
本実施形態の着磁用コイル６は、電機子コイルを兼ねている。【０１１８】
着磁用コイル６が電機子コイルを兼ねていることにより、着磁用の電力を投入すると、全着磁用コイル６に磁界が発生する。【０１１９】
図２に示すように、本実施形態による着磁用コイル６は６個であり、バルク超電導体８は８個ある。【０１２０】
本実施形態においては、最初に鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８と対応する２個の着磁用コイル６とを位置整合させて、着磁する。このとき、他のバルク超電導体８は着磁されていないので、回転板７は回転トルクを受けない。【０１２１】
次に、回転板７を９０度回転させ、鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８と対応する２個の着磁用コイル６とを位置整合させて、着磁する。このとき、最初に着磁されたバルク超電導体８は水平に位置し、それぞれ近い着磁用コイル６から相殺される力を受け、回転板７は回転トルクを受けない。【０１２２】
次に、回転板７をさらに４５度回転させ、鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８と対応する２個の着磁用コイル６とを位置整合させて、着磁する。このとき、最初および２回目に着磁されたバルク超電導体８は、それぞれ鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８の両側に均等に位置し、着磁用コイル６から相殺される力を受け、回転板７は回転トルクを受けない。【０１２３】
最後に、回転板７をさらに９０度回転させ、鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８と対応する２個の着磁用コイル６とを位置整合させて、着磁する。このとき、最初と２回目と３回目に着磁されたバルク超電導体８は、それぞれ鉛直上方と鉛直下方のバルク超電導体８の両側に均等に位置し、着磁用コイル６から相殺される力を受け、回転板７は回転トルクを受けない。【０１２４】
このように、着磁用コイル６とバルク超電導体８の配置を工夫することにより、着磁中に回転板７は回転トルクを受けこれにより、着磁用コイル６と電機子コイルとを兼用させ、専用の着磁用コイルを用意する必要がなく、構造簡単な超電導同期機１を得ることができる。【０１２５】
次に、他の形状の嵌合部と固定機構を有する超電導同期機について説明する。【０１２６】
図３は、本発明の他の実施形態の超電導同期機を示している。簡明さのため、図３において、図２と同一部分については同一の符号を付して重複する説明を省略する。【０１２７】
本実施形態の超電導同期機１５は、回転板７周縁部に設けられた凹部（本実施形態では切欠状の凹部）からなる嵌合部１６を有し、固定機構１７が嵌合部１６の凹部に嵌合する突起を有する嵌合部材１８を有している以外は図１，２の超電導同期機１と同じ構成を有している。【０１２８】
本実施形態の超電導同期機１５において、嵌合部材１８が回転板７から離れた待避位置に移動しているときは嵌合部材１８は回転板７と干渉することがない。【０１２９】
一方、嵌合部材１８が回転板７に接近した固定位置に移動して回転板の嵌合部１６と嵌合すると、時計の１１時と５時の方向の着磁用コイル６とバルク超電導体８が、回転軸３と平行な方向から見てバルク超電導体８の形状と着磁用コイル６の巻成形状が互いに重なり合った位置関係、あるいは、図心が整合した相似の位置関係に固定される（図３の例では図心が整合した相似の位置関係）。【０１３０】
嵌合部材１８は、着磁中に瞬間的に発生する大きな回転トルクを支持することができ、これによって着磁中に瞬間的に発生する大きな衝撃力を緩衝し、かつ、着磁の間中着磁用コイル６とバルク超電導体８とを正しい整合位置に保持でき、もってバルク超電導体８の着磁効率を向上させることができる。【０１３１】
なお、図３の例では、嵌合部１６は切欠状の凹部であったが、凹部の形状と嵌合部材の形状は適宜に設定することができる。たとえば、キー溝とキー、穴とバーなどのシンプルなものとすることができる。ただし、嵌合部が嵌合部材を案内し、嵌合の過程で回転板を正しい位置に導いて固定できるものが好ましい。【０１３２】
次に、固定機構の嵌合部材の移動の態様について以下に説明する。【０１３３】
図１〜３の実施形態はいずれも、固定機構の嵌合部材が、回転軸の半径方向に回転板に接近して固定位置に移動し、また、回転軸の半径方向に回転板から遠ざかって待避位置に待避するものであった（図１，２，３の嵌合部材の移動方向を示す矢印参照）。【０１３４】
これに対して図４に示す実施形態は、固定機構の嵌合部材１９が、回転軸２０と平行な方向に回転板２１に接近して固定位置ａに移動し、回転軸２０と平行な方向に回転板２１から遠ざかって待避位置ｂに待避するものである。【０１３５】
本実施形態によれば、回転軸２０と平行な方向に短い距離嵌合部材１９を移動させるこれにより、回転板２１と干渉しない待避位置に嵌合部材１９を待避させることができ、回転軸の半径方向に待避スペースを設ける必要がなく、超電導同期機を回転軸の半径方向に小さくすることができる。【０１３６】
一方、図１，２，３の実施形態は回転軸の半径方向に待避スペースを設けなければならない代わりに、回転軸と平行な方向に嵌合部材の待避スペースを設ける必要がない。これにより、超電導同期機を回転軸と平行な方向に薄くすることができる。【０１３７】
上記両者を組み合わせた実施形態とすることができる。【０１３８】
図５に示す実施形態は、固定機構の嵌合部材２２は、回転軸２３の半径方向に回転板２４に接近して固定位置ａに移動し、回転軸２３と平行な方向に回転板２４から遠ざかって待避位置ｂに待避するものである。【０１３９】
図中の矢印は、嵌合部材２２の移動経路を示す。【０１４０】
むろん逆方向に、すなわち、回転軸２３と平行な方向に回転板２４に接近して固定位置ａに移動し、回転軸２３の半径方向に回転板２４から遠ざかって待避位置ｂに待避することができる。【０１４１】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【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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【国際調査報告】
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