專利名稱：超導(dǎo)設(shè)備和軸向間隙式超導(dǎo)馬達(dá)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種超導(dǎo)設(shè)備，并且更具體地涉及一種如下的超導(dǎo)設(shè) 備所述超導(dǎo)設(shè)備包括連接到鐵芯并且由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈，并且能夠應(yīng)用于馬達(dá)、發(fā)電機(jī)、變壓器和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)(SMES)，特別適 于應(yīng)用至設(shè)有感應(yīng)器的軸向式超導(dǎo)馬達(dá)。
背景技術(shù)：
近來，通過電驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作以運(yùn)行的船、汽車等的發(fā)展已經(jīng)在解 決例如汽油的燃料源的短缺和由廢氣引起的環(huán)境惡化方面取得進(jìn)步。 特別地，通過采用一種在日本未審查專利申請(qǐng)公開No.6-6907 (專利文 獻(xiàn)l)中披露的超導(dǎo)馬達(dá)，可以消除超導(dǎo)線圈中的電阻損耗并且能夠提 高效率。而且，馬達(dá)尺寸可被減小并且馬達(dá)輸出可被提高。除了馬達(dá)，使用超導(dǎo)導(dǎo)線的超導(dǎo)結(jié)構(gòu)也變得日益廣泛地用于發(fā)電 機(jī)、變壓器等中。然而，如果磁場(chǎng)作用在超導(dǎo)導(dǎo)線上，則超導(dǎo)導(dǎo)線的特性變差，由 此不能通過超導(dǎo)導(dǎo)線提供大電流。特別地，在超導(dǎo)線圈被連接到鐵芯 的結(jié)構(gòu)中，由于超導(dǎo)線圈通電而產(chǎn)生的磁場(chǎng)被鐵芯強(qiáng)化并且作用在超 導(dǎo)線圈自身上。因此，可被供給到超導(dǎo)線圈的電流減小并且電流強(qiáng)度 也減小。這導(dǎo)致超導(dǎo)線圈的尺寸并且因此超導(dǎo)設(shè)備的尺寸需要被增加 以提供所需的電流量的問題。將結(jié)合連接有超導(dǎo)線圈的C型磁體(鐵芯)更加詳細(xì)地描述這個(gè) 問題。如圖IO所示，通過在希望的位置處在C型鐵芯1上纏繞超導(dǎo)導(dǎo)線 而形成超導(dǎo)線圈2，并且在超導(dǎo)線圈2和C型鐵芯1之間不留任何間隙， 并且另一磁性材料5被布置在C型鐵芯1的間隙la中。磁性材料5也 可由鐵芯形成。當(dāng)將電流供給到超導(dǎo)線圈2時(shí)，磁通量F1和F2被激 發(fā)，例如，如虛線所示。磁通量F1通過C型鐵芯1并且在間隙la中 產(chǎn)生磁場(chǎng)，由此將布置在間隙la中的磁性材料5磁化。在另一方面， 磁通量F2通過在超導(dǎo)線圈2附近圍繞C型鐵芯1和超導(dǎo)線圈2的空氣 而不通過間隙la。磁通量的大小由"磁動(dòng)勢(shì)/磁阻"表示。因此，如果 磁動(dòng)勢(shì)恒定，則磁通量的大小隨著磁阻降低而增加。這意味著磁通量 F2變得較強(qiáng)，因?yàn)榇磐坎粌H通過具有大的磁阻的空氣(低的磁導(dǎo)率)， 而且還通過具有小的磁阻(高的磁導(dǎo)率)的C型鐵芯1。結(jié)果，作用在 超導(dǎo)線圈2上的磁場(chǎng)的強(qiáng)度增加并且超導(dǎo)線圈2的特性變差。專利文獻(xiàn)l:日本未審查專利申請(qǐng)公開No.6-6907。發(fā)明內(nèi)容鑒于以上問題，本發(fā)明的一個(gè)目的在于改進(jìn)用于將超導(dǎo)線圈連接 到鐵芯的結(jié)構(gòu)，由此弱化作用在超導(dǎo)線圈自身上的磁場(chǎng)強(qiáng)度從而超導(dǎo) 特性將不會(huì)變差，并且提高超導(dǎo)線圈中的電流強(qiáng)度，由此降低超導(dǎo)線 圈的尺寸。為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種超導(dǎo)設(shè)備，所述超導(dǎo)設(shè)備包括由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈； 連接有線圈的鐵芯；和布置在磁路中并且被磁通量磁化的磁性材料，該磁路通過線圈通 電產(chǎn)生并且通過鐵芯，其中在線圈和鐵芯之間形成間隙，或/和非磁性材料被置于線圈和 鐵芯之間。利用上述構(gòu)造，每一個(gè)均用作磁阻的間隙或/和非磁性材料在由超 導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈(即，超導(dǎo)線圈)和連接有超導(dǎo)線圈的鐵芯之間形 成。因此，在由于超導(dǎo)線圈通電而激發(fā)的磁通量中，在超導(dǎo)線圈附近激發(fā)的磁通量(即，對(duì)應(yīng)于圖10所示磁通量F2的磁通量)通過每一個(gè)均具有低的磁導(dǎo)率的間隙和非磁性材料中的至少一個(gè)。因此，因?yàn)?在超導(dǎo)線圈附近激發(fā)的大部分的磁通量通過每一個(gè)均具有低的磁導(dǎo)率 的空氣或/和非磁性材料，因此這種磁通量的大小可被降低并且作用在 超導(dǎo)線圈上的磁場(chǎng)可被弱化。因此，可將更大的電流供給到超導(dǎo)線圈 而不顯著惡化超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)特性。這意味著超導(dǎo)線圈中的電流強(qiáng)度 可增加。結(jié)果，超導(dǎo)線圈的大小可減小并且設(shè)有超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)設(shè)備 的大小也可減小。通常，當(dāng)超導(dǎo)線圈被連接到鐵芯時(shí)，在超導(dǎo)線圈附近激發(fā)的磁通量的大小(即，圖10中的磁通量F2)也以類似于作用在另一磁性材料 上的磁通量(即，圖10中的磁通量Fl)的方式增加。然而，根據(jù)本發(fā) 明，即使當(dāng)超導(dǎo)線圈被連接到鐵芯時(shí)，僅僅在超導(dǎo)線圈附近激發(fā)的磁 通量的大小可減小。而且，因?yàn)樵诔瑢?dǎo)線圈和鐵芯之間留出間隔以弱化作用在超導(dǎo)線 圈上的磁場(chǎng)，在向超導(dǎo)線圈供給交流電流的情況下，在線圈中產(chǎn)生的 交流損耗可減小并且設(shè)備損耗也可減小。非磁性材料的實(shí)例包括玻璃纖維增強(qiáng)塑料(FRP)、不銹鋼、錫、 鋁和銅。非磁性材料的相對(duì)透過性優(yōu)選為IOO或更低。當(dāng)將非磁性材料置于線圈和鐵芯之間時(shí)，能夠以適當(dāng)?shù)慕M合將多 種非磁性材料置于其間。在線圈和鐵芯之間的間隔優(yōu)選地設(shè)定成等于或者大于O.lmm并且 更優(yōu)選等于或者大于0.5mm。利用上述構(gòu)造，通過將間隔設(shè)定為等于或者大于O.lmm，在超導(dǎo) 線圈附近激發(fā)的磁通量可被減小。而且，通過將間隔設(shè)定為等于或者 大于0.5mm，相關(guān)磁通量可被進(jìn)一步減小。另一優(yōu)點(diǎn)在于，超導(dǎo)線圈 可被更加容易地連接到鐵芯并且能夠更加容易地制造超導(dǎo)設(shè)備。假設(shè)a是包括被磁化的磁性材料的磁路中的間隙的總尺寸并且b 是線圈和鐵芯之間的間隔的尺寸，優(yōu)選地，滿足b〉a。當(dāng)磁化磁性材料的磁通量通過具有低磁導(dǎo)率的間隙時(shí)(例如，在 圖IO中示出的間隙)，這種磁通量也減小。考慮到這一點(diǎn)，通過將a 和b之間的關(guān)系設(shè)定為b〉a，與磁化磁性材料的磁通量相比，在超導(dǎo)線 圈附近激發(fā)的磁通量可以大大減小。因此，在超導(dǎo)線圈中的電流密度 可被增加從而磁化磁性材料的磁通量將不會(huì)變得太小。根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)設(shè)備可以例如以如下實(shí)用形式實(shí)現(xiàn)布置在磁 路中的磁性材料是連接到轉(zhuǎn)子的感應(yīng)器，并且在通電期間轉(zhuǎn)子被操作 而旋轉(zhuǎn)。通過使用上述實(shí)用形式，本發(fā)明的第二方面提供一種包括感應(yīng)器 的軸向式超導(dǎo)馬達(dá)。更具體地，該軸向式超導(dǎo)馬達(dá)被構(gòu)造成軸向式和感應(yīng)器類型的馬 達(dá)，該馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)軸周圍包括電樞側(cè)定子，包括連接到鐵芯的電樞 線圈； 一對(duì)轉(zhuǎn)子，包括布置在電樞側(cè)定子的兩側(cè)上的感應(yīng)器；以及一 對(duì)場(chǎng)側(cè)定子，包括布置在轉(zhuǎn)子的兩側(cè)上的場(chǎng)線圈，轉(zhuǎn)子被裝配在旋轉(zhuǎn) 軸上并且固定于旋轉(zhuǎn)軸，其中電樞線圈和場(chǎng)線圈的每一個(gè)均為由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈，在 電樞線圈和該電樞線圈連接到其上的鐵芯之間形成間隙，或/和將非磁 性材料置于電樞線圈和鐵芯之間，并且在場(chǎng)線圈和用作鐵芯的場(chǎng)側(cè)定子之間形成間隙，或/和將非磁性材料置于場(chǎng)線圈和場(chǎng)側(cè)定子之間，其中場(chǎng)線圈被布置成使得N極和S極位于各個(gè)同心圓上，并且 其中，在電樞線圈和場(chǎng)線圈通電期間用作磁性材料的每一個(gè)轉(zhuǎn)子中的感應(yīng)器被布置成使得定位成面對(duì)場(chǎng)線圈的N極的N極感應(yīng)器和定 位成面對(duì)場(chǎng)線圈的S極的S極感應(yīng)器沿著周向交替地定位。根據(jù)本發(fā)明的在超導(dǎo)線圈和鐵芯之間形成有間隙的超導(dǎo)設(shè)備不僅 能夠適當(dāng)?shù)赜糜谳S向馬達(dá)，而且還可用于發(fā)電機(jī)、變壓器以及超導(dǎo)磁 能存儲(chǔ)(SMES)。根據(jù)本發(fā)明，如上所述，每一個(gè)均用作磁阻的間隙或/和非磁性材 料在由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈(即，超導(dǎo)線圈)和連接有超導(dǎo)線圈的鐵 芯之間形成。因此，在由于超導(dǎo)線圈通電而激發(fā)的磁通量中，在超導(dǎo) 線圈附近激發(fā)的磁通量通過每一個(gè)均具有低的磁導(dǎo)率的間隙或/和非磁 性材料。因此，因?yàn)樵诔瑢?dǎo)線圈附近激發(fā)的大部分的磁通量通過每一 個(gè)均具有低的磁導(dǎo)率的空氣或/和非磁性材料，磁通量的大小可減小并且作用在超導(dǎo)線圈上的磁場(chǎng)可被弱化。因此，可將更大的電流供給到 超導(dǎo)線圈而不顯著降低超導(dǎo)線圈的超導(dǎo)特性。這意味著超導(dǎo)線圈中的 電流強(qiáng)度可被增加。結(jié)果，超導(dǎo)線圈的大小可被減小并且設(shè)有超導(dǎo)線 圈的超導(dǎo)設(shè)備的大小也可被減小。


圖l(A)是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的感應(yīng)器型馬達(dá)的截面視圖， 并且圖1 (B)是轉(zhuǎn)子從其圖1 (A)所示位置旋轉(zhuǎn)90°的感應(yīng)器型馬 達(dá)的截面視圖。圖2 (A)是場(chǎng)側(cè)定子的前視圖，圖2 (B)是沿著圖2 (A)的線 I-I截取的截面視圖，并且圖2(C)是場(chǎng)側(cè)定子的主要部分的放大視圖。圖3 (A)是轉(zhuǎn)子的前視圖，圖3 (B)是沿著圖3 (A)的線I-I 截取的截面視圖，并且圖3 (C)是后視圖，圖3 (D)是沿著圖3 (A) 的線II-II截取的截面視圖。圖4 (A)是示出旋轉(zhuǎn)軸穿過轉(zhuǎn)子和場(chǎng)側(cè)定子的狀態(tài)的前視圖，圖 4 (B)是沿著圖4 (A)的線I-I截取的截面視圖，并且圖4 (C)是沿 著圖4 (A)的線II-II截取的截面視圖。圖5是電樞側(cè)定子的前視圖。圖6是沿著圖5的線I-I截取的截面視圖。圖7 (A)和7 (B)的每一個(gè)均是示出在感應(yīng)器型馬達(dá)中激發(fā)磁 通量的狀態(tài)的截面視圖。圖8是解釋本發(fā)明的基本原理的示意圖。圖9(A)是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的感應(yīng)器型馬達(dá)的截面視圖， 并且圖9 (B)是轉(zhuǎn)子從其圖9 (A)所示位置旋轉(zhuǎn)90°的感應(yīng)器型馬 達(dá)的截面視圖。圖IO是用于解釋現(xiàn)有技術(shù)的基本原理的示意圖。附圖標(biāo)記 3間隙10感應(yīng)器型馬達(dá)11、 15場(chǎng)側(cè)定子(鐵芯)12、 14轉(zhuǎn)子 13電樞側(cè)定子 18、 31場(chǎng)線圈20、 28N極感應(yīng)器21、 27S極感應(yīng)器 24電樞線圈25磁通收集器(鐵芯) 40， 41非磁性材料 Fl、 F2磁通量具體實(shí)施方式
將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。首先，結(jié)合C型鐵芯描述本發(fā)明的基本原理。如圖8所示，由超導(dǎo)導(dǎo)線制成的超導(dǎo)線圈2在希望的位置處被連 接到C型鐵芯1，并且在超導(dǎo)線圈2和C型鐵芯1之間留出間隙3以 用于提供希望水平的磁阻，并且磁性材料5被布置在C型鐵芯1的間 隙la中。當(dāng)將電流供給到超導(dǎo)線圈2時(shí)，磁通量F1和F2被激發(fā)，例 如，如虛線所示。磁通量Fl通過C型鐵芯1并且在間隙la中產(chǎn)生磁 場(chǎng)，由此將布置在間隙la中的磁性材料磁化。在另一方面，磁通量F2 通過超導(dǎo)線圈2周圍的空氣而不通過C型鐵芯1。因?yàn)榇磐縁2僅僅 通過具有低的磁導(dǎo)率的空氣，空氣用作磁阻并且磁通量F2以較小的量 級(jí)產(chǎn)生。因此，作用在超導(dǎo)線圈2上的磁場(chǎng)的強(qiáng)度降低從而超導(dǎo)線圈2 的特性將不會(huì)顯著變差。結(jié)果，超導(dǎo)線圈中的電流強(qiáng)度可被增加，并 且超導(dǎo)線圈的尺寸可被減小。順便提及，通過將C型鐵芯1和超導(dǎo)線圈2之間的間隙3的尺寸 設(shè)定為更大的數(shù)值，僅僅通過空氣的磁通量F2增加并且作用在超導(dǎo)線 圈2上的磁場(chǎng)強(qiáng)度可減小。圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的感應(yīng)器型馬達(dá)10。感應(yīng)器型 馬達(dá)10利用在上面結(jié)合C型鐵芯描述的原理。感應(yīng)器型馬達(dá)10具有軸向間隙結(jié)構(gòu)。更具體地，旋轉(zhuǎn)軸34以指 定順序相繼地穿過場(chǎng)側(cè)定子11、轉(zhuǎn)子12、電樞側(cè)定子13、轉(zhuǎn)子14和 場(chǎng)側(cè)定子15。場(chǎng)側(cè)定子11和15以及電樞側(cè)定子13的每一個(gè)均相對(duì)于 旋轉(zhuǎn)軸34以一定間隙被固定到安裝表面G。轉(zhuǎn)子12和14在外部裝配 在旋轉(zhuǎn)軸34上并且固定于旋轉(zhuǎn)軸34。因?yàn)閳?chǎng)側(cè)定子11和場(chǎng)側(cè)定子15是雙側(cè)對(duì)稱的，圖2 (A) 、 2 (B) 和2 (C)示出一個(gè)場(chǎng)側(cè)定子15作為代表。場(chǎng)側(cè)定子11和15(鐵芯)的每一個(gè)均由磁性材料制成并且固定到安裝表面G。場(chǎng)側(cè)定子11和15分別包括具有真空隔熱結(jié)構(gòu)并且被安 裝到場(chǎng)側(cè)定子的隔熱冷卻劑容器17和30，以及為由超導(dǎo)導(dǎo)線制成的繞 組并且被保持在隔熱冷卻劑容器17和30中的場(chǎng)線圈18和31。在每一個(gè)場(chǎng)側(cè)定子11、 15和每一個(gè)場(chǎng)線圈18、 31之間，如圖2 (C)所示，圍繞場(chǎng)線圈18、 31的整個(gè)周邊留出間隙3。在該間隙中， 在場(chǎng)側(cè)定子ll、 15和場(chǎng)線圈18、 31之間的間隔被設(shè)定為b。在該實(shí)施 例中，設(shè)定bl二0.5mm。通過圍繞場(chǎng)線圈18、 31形成間隙3，在該實(shí) 施例的感應(yīng)器型馬達(dá)10中，相應(yīng)于在上面結(jié)合C型鐵芯描述的磁通量 F2的磁通量被減小并且作用在場(chǎng)線圈18、 31上的磁場(chǎng)被弱化。另外，由樹脂、鋁、黃銅等制成的非磁性材料被置于場(chǎng)側(cè)定子11、 15和場(chǎng)線圈18、 31之間以在場(chǎng)側(cè)定子11、 15和場(chǎng)線圈18、 31之間留 出間隙3的狀態(tài)中支撐場(chǎng)線圈18、 31。場(chǎng)側(cè)定子11和15分別具有以比旋轉(zhuǎn)軸34的外直徑更大的尺寸在 定子中心鉆出的松配合孔llb和15b，以及圍繞松配合孔llb和15b以 環(huán)面形式凹進(jìn)的凹槽lla和15a。場(chǎng)線圈18和31被分別保持在液態(tài)氮 在其中循環(huán)的隔熱冷卻劑容器30中。隔熱冷卻劑容器17和30被分別 置于凹槽lla和15a中。場(chǎng)側(cè)定子11和15的每一個(gè)均由例如波明德合金、硅鋼板、鐵或 者透磁合金的磁性材料制成。用于形成場(chǎng)線圈18和31的超導(dǎo)導(dǎo)線是 例如鉍或者釔基超導(dǎo)導(dǎo)線。因?yàn)檗D(zhuǎn)子12和14是雙側(cè)對(duì)稱的，圖3 (A) -3 (D)示出一個(gè)轉(zhuǎn) 子14作為代表。轉(zhuǎn)子12和14分別包括盤形支撐部件19和26，每一個(gè)均由非磁性材料制成并且具有用于安裝到旋轉(zhuǎn)軸的孔19a和26a; —對(duì)S極感應(yīng) 器21和27，在關(guān)于安裝孔19a和26a點(diǎn)對(duì)稱的位置處嵌入支撐部件19 和26中；以及一對(duì)N極感應(yīng)器20和28，在從S極感應(yīng)器21和27的 位置旋轉(zhuǎn)90°的位置處嵌入支撐部件19和26中。S極感應(yīng)器21和27以及N極感應(yīng)器20和28分別具有扇形的一 個(gè)端表面20a、 21a、 27a和28a，這些端表面在各個(gè)同心圓上以相等間 隔布置成面對(duì)電樞側(cè)定子13并且具有相同面積。S極感應(yīng)器21和27的另一個(gè)端表面21b和27b被布置成面對(duì)場(chǎng) 線圈18和31產(chǎn)生S極的相應(yīng)位置。例如，如圖2 (C)和4 (B)所示， S極感應(yīng)器27的另一端表面27b具有定位成面對(duì)場(chǎng)線圈31的外周邊側(cè) 的弧形形狀。N極感應(yīng)器20和28的另一個(gè)端表面20b和28b被布置成面對(duì)場(chǎng) 線圈18和31產(chǎn)生N極的相應(yīng)位置。例如，如圖3 (B)和4 (C)所 示，N極感應(yīng)器28的另一端表面28b具有定位成面對(duì)場(chǎng)線圈31的內(nèi) 周邊側(cè)的弧形形狀。因此，S極感應(yīng)器21和27以及N極感應(yīng)器20和28具有如此三 維形狀，使得它們的截面形狀沿著軸向從弧形的另一端表面20b、 21b、 27b和28b連續(xù)地變化，并且該一個(gè)端表面20a、 21a、 27a和28a的每 一個(gè)均具有扇形形狀。而且，從另一端表面20b、 21b、 27b和28b到 該一個(gè)端表面20a、 21a、 27a和28a， S極感應(yīng)器21和27以及N極感 應(yīng)器20和28的每一個(gè)的截面面積是恒定的。而且，N極感應(yīng)器20和 28的另一端表面20b和28b具有與S極感應(yīng)器21和27的另一端表面 21b和27b相同的面積。支撐部件26由非磁性材料制成，例如FRP或者不銹鋼。感應(yīng)器 27和28的每一個(gè)均由例如波明德合金、硅鋼板、鐵或者透磁合金的磁性材料制成。如圖1 (A)和1 (B)所示，由非磁性材料制成的電樞側(cè)定子13 固定到安裝表面G。電樞側(cè)定子13包括具有真空隔熱結(jié)構(gòu)的隔熱冷卻 劑容器23;以及電樞線圈24，該電樞線圈是由超導(dǎo)導(dǎo)線制成并且被分 別保持在隔熱冷卻劑容器23中的繞組。電樞側(cè)定子13具有以比旋轉(zhuǎn)軸34的外直徑更大的尺寸在其中心 鉆出的松配合孔13b，以及圍繞松配合孔13b沿著周向以相等間隔鉆出 的四個(gè)安裝扎13"電樞線圈24被分別保持在液態(tài)氮在其中循環(huán)的隔 熱冷卻劑容器23中，并且由磁性材料制成的磁通收集器25 (鐵芯)被 布置在每一個(gè)電樞線圈24的中空部分中。在其內(nèi)保持電樞線圈24的 四個(gè)隔熱冷卻劑容器23被分別置于線圈安裝孔13a中。每一個(gè)電樞線圈24不被直接地纏繞在磁通收集器25的外周邊表 面上。如圖5和6所示，在電樞線圈24的內(nèi)周邊表面和磁通收集器25 的外周邊表面之間留出間隙3。更具體地，在電樞線圈24的內(nèi)周邊表 面和磁通收集器25的外周邊表面之間的間隔被設(shè)定為5mm，即b2 = 5mm。換言之，如場(chǎng)線圈18和31的情況一樣，在電樞線圈24的周圍 形成間隙3以減小作用在電樞線圈24上的磁場(chǎng)。磁通收集器25由例如波明德合金、硅鋼板、鐵或者透磁合金的磁 性材料制成。用于形成電樞線圈24的超導(dǎo)導(dǎo)線是例如鉍或者釔基超導(dǎo) 導(dǎo)線。而且，電樞側(cè)定子13由非磁性材料制成，例如FRP或者不銹鋼。電力饋送設(shè)備32通過配線被連接到場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈 24使得直流電流被供給到場(chǎng)線圈18和31并且三相交流電流被供給到 電樞線圈24。通過將那些電流供給到場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24， 轉(zhuǎn)子12和14的S極感應(yīng)器21和27以及N極感應(yīng)器20和28被磁化， 并且激發(fā)磁通量Fl，如圖7中的實(shí)線和虛線所示，由此轉(zhuǎn)子12和14基于下述原理旋轉(zhuǎn)。在場(chǎng)側(cè)定子11、轉(zhuǎn)子12、電樞側(cè)定子13、轉(zhuǎn)子 14和場(chǎng)側(cè)定子15中相鄰的兩個(gè)之間形成預(yù)定間隙4。因此，在該實(shí)施 例的感應(yīng)器型馬達(dá)10中，每一個(gè)磁通量F1通過八個(gè)間隙4。假設(shè)磁通 量Fl所通過的該八個(gè)間隙4的總尺寸為a，則a被設(shè)定為小于場(chǎng)線圈 18和31以及電樞線圈24的每一個(gè)的周圍留出的間隙3的尺寸b (即 a<b)。此外，液態(tài)氮罐33通過用于循環(huán)作為冷卻劑的液態(tài)氮的隔熱管道 而被連接到隔熱冷卻劑容器17、 23和30。將在下面描述感應(yīng)器型馬達(dá)10的工作原理。當(dāng)直流電流被供給到圖1右側(cè)的場(chǎng)線圈31時(shí)，在場(chǎng)線圈31的外 周邊側(cè)上產(chǎn)生S極并且在其內(nèi)周邊側(cè)上產(chǎn)生N極。因此，如圖4(A) 和4 (B)所示，在S極側(cè)上的磁通量通過另一端表面27b被引入S極 感應(yīng)器27中，并且被引入的S極磁通量在該一個(gè)端表面27a處出現(xiàn)。 同樣，如圖4 (A)和4 (C)所示，在N極側(cè)上的磁通量通過另一端 表面28b被引入N極感應(yīng)器28中，并且被引入的N極磁通量在該一個(gè) 端表面28a處出現(xiàn)。因?yàn)樵摿硪欢吮砻?7b和28b被布置在沿著場(chǎng)線圈 31的外周邊和內(nèi)周邊延伸的相應(yīng)的同心圓上，因此總是保證在S極感 應(yīng)器27的一個(gè)端表面27a處出現(xiàn)S極并且在N極感應(yīng)器28的一個(gè)端 表面28a處出現(xiàn)N極，即使轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)?；谙嗤脑?，當(dāng)直流電流被供給到圖1左側(cè)的場(chǎng)線圈18時(shí)， 總是保證在轉(zhuǎn)子12中，在N極感應(yīng)器20的一個(gè)端表面20a處出現(xiàn)N 極并且在S極感應(yīng)器21的一個(gè)端表面21a處出現(xiàn)S極。當(dāng)在以上狀態(tài)中向電樞線圈24供給三相交流電流時(shí)，由于在供給 的交流電流的三相中的相移而在電樞側(cè)定子13的軸線周圍產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁 場(chǎng)。該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)對(duì)于轉(zhuǎn)子12和14中的N極感應(yīng)器20和28以及S極感應(yīng)器21和27的每一個(gè)產(chǎn)生關(guān)于該軸線的轉(zhuǎn)矩，由此轉(zhuǎn)子12和14 旋轉(zhuǎn)并且旋轉(zhuǎn)軸34被驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。利用上述構(gòu)造，因?yàn)殚g隙3形成在場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈 24周圍以防止場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24接觸用作鐵芯的場(chǎng)側(cè)定 子11和15以及磁通收集器25，在場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24的 每一個(gè)的周圍激發(fā)的磁通量F2可被減小。因此，在避免超導(dǎo)特性變差 的同時(shí)，作用在由超導(dǎo)導(dǎo)線制成的場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24的 每一個(gè)上的磁場(chǎng)可被弱化以增強(qiáng)場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24的每 一個(gè)中的電流強(qiáng)度。結(jié)果，線圈尺寸可被減小。根據(jù)該實(shí)施例，因?yàn)橥ㄟ^將間隙3的尺寸b設(shè)定為大于磁通量Fl 通過的間隙4的總尺寸a而使每一個(gè)間隙3形成為足夠的空間，因此磁 通量F2的大小可被大大地減小。雖然在該實(shí)施例中用作冷卻劑的液態(tài)氮被引入間隙中以冷卻場(chǎng)線 圈和電樞線圈，這些線圈可以利用冷卻劑或者冷卻器由線圈周圍的冷 卻空氣間接地冷卻而不是將冷卻引入間隙中。而且，雖然結(jié)合軸向馬達(dá)描述了這個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明也可被用于 徑向馬達(dá)。圖9示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。在該實(shí)施例中，非磁性材料40被置于每一個(gè)場(chǎng)側(cè)定子11、 15和 每一個(gè)場(chǎng)線圈18、 31之間以形成間隙，并且非磁性材料41被置于每 一個(gè)磁通收集器25和每一個(gè)電樞線圈24之間以形成間隙。雖然非磁性材料40被置于每一個(gè)場(chǎng)側(cè)定子11、 15和每一個(gè)場(chǎng)線 圈18、 31之間，使得冷卻劑能夠被引入隔熱冷卻劑容器17和30的每一個(gè)中的空間被保留，使得場(chǎng)線圈18和31可被冷卻。而且，非磁性材料的實(shí)例包括FRP、不銹鋼、錫、鋁和銅。利用上述構(gòu)造，在場(chǎng)線圈18和31以及電樞線圈24的每一個(gè)周圍 激發(fā)的磁通量F2可被減小。因此，作用在由超導(dǎo)導(dǎo)線制成的場(chǎng)線圈18 和31以及電樞線圈24的每一個(gè)上的磁場(chǎng)可被弱化以增強(qiáng)場(chǎng)線圈18和 31以及電樞線圈24的每一個(gè)中的電流強(qiáng)度，同時(shí)避免超導(dǎo)特性變差。 結(jié)果，線圈尺寸可被減小。應(yīng)該注意，其它構(gòu)造和工作中的其它優(yōu)點(diǎn)與第一實(shí)施例中的那些 類似并且未在這里描述，其中類似的構(gòu)件被賦予相同的附圖標(biāo)記。工業(yè)實(shí)用性根據(jù)本發(fā)明的超導(dǎo)設(shè)備不僅可應(yīng)用于用于驅(qū)動(dòng)船、汽車等運(yùn)行的 馬達(dá)，而且也可應(yīng)用于發(fā)電機(jī)、變壓器和超導(dǎo)磁能存儲(chǔ)(SMES)
權(quán)利要求
1.一種超導(dǎo)設(shè)備，包括由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈；鐵芯，所述線圈連接到所述鐵芯；和布置在磁路中并且被磁通量磁化的磁性材料，所述磁路通過所述線圈的通電而產(chǎn)生并且通過所述鐵芯，其中在所述線圈和所述鐵芯之間形成間隙，或/和非磁性材料被置于所述線圈和所述鐵芯之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超導(dǎo)設(shè)備，其中所述線圈和所述鐵芯之 間的間隔被設(shè)定成等于或者大于O.lmm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超導(dǎo)設(shè)備，其中，假定a是包括被 磁化的磁性材料的所述磁路中的間隙的總尺寸并且b是所述線圈和所 述鐵芯之間的所述間隔的尺寸，則滿足b〉a。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1到3中任一項(xiàng)所述的超導(dǎo)設(shè)備，其中布置在所 述磁路中的所述磁性材料是連接到轉(zhuǎn)子的感應(yīng)器，并且所述轉(zhuǎn)子在所 述通電期間被操作而旋轉(zhuǎn)。
5. —種被構(gòu)造成軸向式和感應(yīng)器類型的馬達(dá)的軸向式超導(dǎo)馬達(dá)， 所述馬達(dá)在旋轉(zhuǎn)軸周圍包括電樞側(cè)定子，包括連接到鐵芯的電樞線 圈； 一對(duì)轉(zhuǎn)子，包括布置在所述電樞側(cè)定子的兩側(cè)上的感應(yīng)器；以及 一對(duì)場(chǎng)側(cè)定子，包括布置在所述轉(zhuǎn)子的兩側(cè)上的場(chǎng)線圈，所述轉(zhuǎn)子被 裝配在所述旋轉(zhuǎn)軸上并且固定到所述旋轉(zhuǎn)軸，其中所述電樞線圈和所述場(chǎng)線圈的每一個(gè)均為由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的 線圈，在所述電樞線圈和所述電樞線圈連接到其上的鐵芯之間形成間 隙，或/和非磁性材料置于所述電樞線圈和所述鐵芯之間，并且在所述 場(chǎng)線圈和用作鐵芯的所述場(chǎng)側(cè)定子之間形成間隙，或/和非磁性材料置于所述場(chǎng)線圈和所述場(chǎng)側(cè)定子之間，其中所述場(chǎng)線圈被布置成使得N極和S極位于各個(gè)同心圓上，并且其中，在所述電樞線圈和所述場(chǎng)線圈的通電期間用作磁性材料的 所述轉(zhuǎn)子的每一個(gè)中的所述感應(yīng)器被布置成使得定位成面對(duì)所述場(chǎng)線 圈的N極的N極感應(yīng)器和定位成面對(duì)所述場(chǎng)線圈的S極的S極感應(yīng)器 沿著周向方向交替地布置。
全文摘要
一種超導(dǎo)設(shè)備，包括由超導(dǎo)導(dǎo)線形成的線圈；連接有線圈的鐵芯；和布置在磁路中并且被磁通量磁化的磁性材料。該磁路通過線圈通電而產(chǎn)生并且通過鐵芯。在線圈和鐵芯之間形成間隙，或/和非磁性材料被置于線圈和鐵芯之間。
文檔編號(hào)H02K55/02GK101233674SQ20068002776
公開日2008年7月30日 申請(qǐng)日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者岡崎徹, 大橋紳悟, 杉本英彥 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社