專利名稱：軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的制作方法
軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)[技術(shù)領(lǐng)域]本發(fā)明涉及一種軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，更具體地，涉及一種用作 汽車和輪船的驅(qū)動(dòng)源的高扭矩電機(jī)。[相關(guān)技術(shù)]常規(guī)地，作為電機(jī)提供了徑向間隙型電機(jī)和軸向間隙型電機(jī)。作 為徑向間隙型，廣泛地且一般使用其中轉(zhuǎn)子提供在具有環(huán)形截面的定 子的中空部分中以使得線圈的磁通量方向指向徑向方向的電機(jī)。其間，如在日本未審專利申請(qǐng)公布No.2004-140937中公開的軸向間隙型電機(jī)， 具有設(shè)置為在轉(zhuǎn)子的軸向方向上彼此面對(duì)的定子，以使得線圈的通量 方向指向軸向方向。然而，在常規(guī)的軸向間隙型電機(jī)中，永久磁鐵或線圈例如銅線用 于磁場(chǎng)，以及銅線用于電樞線圈。如從給出輸出扭矩作為電流和磁場(chǎng) 的乘積的事實(shí)可知，對(duì)電機(jī)輸出有限制。而且，為了增加輸出，不可 避免地會(huì)增加電機(jī)的尺寸以使得其重量增加。而且，如果電流量增加， 則會(huì)由于銅損耗等而降低能量效率。[專利文獻(xiàn)l]待審日本專利申請(qǐng)公布No.2004-140937[發(fā)明內(nèi)容][本發(fā)明要解決的問題]鑒于上述問題制作了本發(fā)明。因此本發(fā)明的一個(gè)方面是提供一種 能實(shí)現(xiàn)高輸出、小且重量輕、具有高效率、尤其是適合地用作輪船等 的推進(jìn)電機(jī)的軸向間隙型電機(jī)。[解決問題的方式]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明，提供了一種軸向間隙型超導(dǎo)電 機(jī)，包括在轉(zhuǎn)子的軸向方向上設(shè)置具有所需空氣間隙以彼此面對(duì)的定子， 多個(gè)場(chǎng)體，設(shè)置在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的軸周圍的定子的任一個(gè)中， 設(shè)置在該軸周圍的其它中的多個(gè)電樞線圈，其中場(chǎng)體和電樞線圈中的至少一個(gè)由超導(dǎo)材料形成，以使得其磁通量 方向指向軸向方向。在這種結(jié)構(gòu)中，超導(dǎo)材料用于軸向間隙型電機(jī)的磁場(chǎng)和/或電樞。 由此，可以施加大電流，并且可以減小電機(jī)的尺寸和重量，同時(shí)獲得 高輸出電機(jī)扭矩。而且，通過使用超導(dǎo)材料，可以顯著地減少能量損 耗，而沒有銅損耗，其能夠?qū)崿F(xiàn)高效率。而且，由于作為軸向間隙型 結(jié)構(gòu)定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向方向上，所以可以減小直徑以便可以減少 由旋轉(zhuǎn)引起的噪聲。在軸向間隙型電機(jī)中，沒有形成對(duì)電機(jī)扭矩沒有 作用的線圈端部，這與徑向間隙型電機(jī)不同。因此，能夠獲得高效率 和高輸出的電機(jī)。優(yōu)選，場(chǎng)體是勵(lì)磁線圈，并且勵(lì)磁線圈和電樞線圈都由超導(dǎo)材料 形成。作為超導(dǎo)材料，適當(dāng)?shù)厥褂勉G基或釔基高溫超導(dǎo)材料。而且，象高溫超導(dǎo)大體積磁體或永久磁體一樣，超導(dǎo)材料可形成為塊。高溫超導(dǎo)大體積磁體是由通過在RE-Ba-Cu-0高溫超導(dǎo)體中分散非超導(dǎo)相以使該相熔融和生長(zhǎng)獲得的并且能夠俘獲和磁化比高性能永 久磁體更大的磁場(chǎng)的高溫超導(dǎo)錠制成的磁體。而且，場(chǎng)體可以是由除了超導(dǎo)材料之外的材料制成的永久磁體，
并且電樞線圈可由超導(dǎo)材料形成。如果采用這種結(jié)構(gòu)，則永久磁體可僅設(shè)置在轉(zhuǎn)子和定子的任一個(gè) 中。因此，可以增強(qiáng)軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的制造效率，其能夠簡(jiǎn)化該結(jié)構(gòu)。而且，盡管使用由除了超導(dǎo)材料之外的材料制成的永久磁體作為場(chǎng)體，但如果超導(dǎo)電機(jī)的輸出為lkW至5MW，則能夠充分地處理任何情形。結(jié)果，能夠減小軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的尺寸。優(yōu)選，定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向方向上的轉(zhuǎn)子的兩側(cè)上，懸掛固定 到轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸以穿過定子的軸承，并且場(chǎng)體和電樞線圈具有在軸向 方向上的空氣間隙地設(shè)置在相同軸上。如果釆用這種結(jié)構(gòu)，則將一對(duì)定子提供在軸向方向上的轉(zhuǎn)子兩側(cè) 上，它們之間有空氣間隙。因此，與定子僅設(shè)置在一側(cè)時(shí)相比，加強(qiáng) 了對(duì)于轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)，其能夠獲得高輸出電機(jī)扭矩。優(yōu)選，磁體的通量收集器設(shè)置在用作場(chǎng)體和/或電樞線圈的勵(lì)磁線 圈的中空部分中。如果采用這種結(jié)構(gòu)，因?yàn)榇朋w提供在線圈中空部分中，可以加強(qiáng) 線圈的磁通量，其能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出電機(jī)。而且，由于電機(jī)具有高輸出， 可以減少線繞線圈的數(shù)量，以便可以進(jìn)一步減小電機(jī)的尺寸和重量。 而且，通量收集器實(shí)現(xiàn)了形成要在線圈中產(chǎn)生的磁通量的磁路的作用。 因此，可以指定磁通量方向，并且可以防止泄漏磁場(chǎng)在磁通量對(duì)扭矩 沒有作用的方向上產(chǎn)生。而且，磁體被掩埋在線圈中空部分中，由此 增強(qiáng)了線圈的機(jī)械強(qiáng)度。優(yōu)選，通量收集器的前端設(shè)置在與設(shè)置通量收集器的線圈的前端 表面相同的位置或從線圈的前端表面收回的位置。尤其是當(dāng)永久磁體或超導(dǎo)大體積磁體提供在面向?qū)?yīng)物 (counterpart) —側(cè)上時(shí)，通量收集器沒有從圍繞通量收集器的線圈的 前端面伸出。在該情況下，在裝配等期間，很難在磁體和面向?qū)?yīng)物 一側(cè)之間產(chǎn)生由磁力引起的引力。而且，在轉(zhuǎn)子和定子之間沒有出現(xiàn) 碰撞。因此，容易進(jìn)行定位同時(shí)將間隙保持在設(shè)定距離。然而，可提供通量收集器以從設(shè)置通量收集器的線圈的前端表面 伸出。在該情況下，可以減小收集器和面向?qū)?yīng)物一側(cè)(轉(zhuǎn)子或定子) 之間的間隙。由此，可以加強(qiáng)轉(zhuǎn)子和定子之間的磁通量，其會(huì)導(dǎo)致輸 出扭矩的提高。優(yōu)選，定子和/或轉(zhuǎn)子由磁體形成。如果釆用這種結(jié)構(gòu)，定子和/或轉(zhuǎn)子實(shí)現(xiàn)軛的作用，并且通過此處 的磁通量可以被屏蔽免于泄漏到其后側(cè)。因此，加強(qiáng)了磁場(chǎng)，其能夠 實(shí)現(xiàn)高輸出扭矩。優(yōu)選，具有高磁通量密度/高導(dǎo)磁率的材料用于磁體。高通量密度指的是飽和通量密度為0.5至IO特斯拉的通量密度。 優(yōu)選，通量密度可設(shè)定為1.5至4特斯拉。而且，具有高導(dǎo)磁率的材料指的是比導(dǎo)磁率比為500至10000000 的材料。優(yōu)選，比導(dǎo)磁率可設(shè)定為2000至10000。尤其是，更優(yōu)選具有高磁通量密度/高導(dǎo)磁率的材料為波明德合 波明德合金具有比鐵的導(dǎo)磁率大大約十倍的導(dǎo)磁率，并且其磁場(chǎng) 飽和大于2特斯拉。因此，提供給線圈的電流至少可以產(chǎn)生大的磁場(chǎng) 以便可以增加電機(jī)輸出，并且可以減小電機(jī)的尺寸。然而，作為磁體， 可使用硅鋼、鐵、坡莫合金等。優(yōu)選，空氣間隙提供在電樞線圈的中空部分中，或非磁體設(shè)置在 中空部分中。而且，優(yōu)選，空氣間隙提供在勵(lì)磁線圈的中空部分中，或非磁體 設(shè)置在中空部分中。尤其是當(dāng)永久磁體或超導(dǎo)大體積磁體提供在面對(duì)對(duì)應(yīng)物一側(cè)上 時(shí)，磁體沒有存在于線圈的中空部分中。在該情況下，在裝配等期間， 在磁體和面對(duì)對(duì)應(yīng)物一側(cè)之間沒有產(chǎn)生由磁力引起的引力。因此，可 以容易進(jìn)行定位，同時(shí)轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙保持在設(shè)定距離。而且，當(dāng)空氣間隙提供在線圈中空部分中或輕非磁體設(shè)置在線圈 中空部分時(shí)，能夠減小電機(jī)的重量。尤其是，如果空氣間隙提供在轉(zhuǎn) 子的線圈中空部分中或輕非磁體例如樹脂設(shè)置在線圈中空部分中，則 可以減少電機(jī)的重量，以便減小轉(zhuǎn)動(dòng)期間的慣性力。而且，提高了旋 轉(zhuǎn)速度變化的響應(yīng)率。另外，作為將要設(shè)置在線圈中空部分中的輕非磁體，可使用樹脂、 FRP、鋁等作為例子。作為用于冷卻超導(dǎo)材料用于形成場(chǎng)體和/或電樞線圈的制冷劑供 應(yīng)裝置，當(dāng)超導(dǎo)材料附著到轉(zhuǎn)子側(cè)時(shí)，優(yōu)選包括液氮等的制冷劑的流 道提供在固定到轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)軸內(nèi)以穿過轉(zhuǎn)子的中心。其間，當(dāng)超導(dǎo)材料 附著到定子側(cè)時(shí)，優(yōu)選用于包括液氮等的制冷劑的流道提供在定子中 超導(dǎo)材料的每個(gè)附著位置。在任何情況下，優(yōu)選制冷劑流道涂布有絕
熱層直至制冷劑接近用作磁通量體或電樞線圈的超導(dǎo)材料的設(shè)置位置 的位置。[發(fā)明效果]如從上述描述清楚可知，根據(jù)本發(fā)明，超導(dǎo)材料用于軸向間隙型 電機(jī)的場(chǎng)體和/或電樞線圈。因此，可以以高效率應(yīng)用大電流，而沒有 銅損耗。而且，可以獲得高輸出的電機(jī)扭矩，并且可以減小電機(jī)的尺 寸和重量。而且，由于作為軸向間隙型結(jié)構(gòu)定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向方 向上，所以可以減少電機(jī)的尺寸，并且還可以減少由旋轉(zhuǎn)引起的噪聲。另外，磁體的通量收集器設(shè)置在線圈中空部分中。因此，可以加 強(qiáng)線圈的磁通量，其能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出電機(jī)。而且，可以減小電機(jī)的尺 寸和重量。倘若通量收集器對(duì)磁通量方向的指定有作用，那么會(huì)減少 泄漏磁通量。[
]圖l是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的截面圖。圖2是根據(jù)第一實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的透視圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的截面圖。圖4是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的截面圖。圖5是示出線圈電流和通量之間的關(guān)系的圖。圖6是根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的截面圖。圖7是根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)的截面圖。[參考數(shù)字〗10:軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)11:轉(zhuǎn)子12、 13:定子14:旋轉(zhuǎn)軸15:勵(lì)磁線圈(場(chǎng)體)16、 18、 20:通量收集器17、 19:電樞線圈 21:液氫槽33:永久磁鐵(場(chǎng)體)S:間隔[具體實(shí)施方式
]在下文，將參考各圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1和2示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)10。 軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)10在固定到旋轉(zhuǎn)軸14上的轉(zhuǎn)子11的軸向方向上具 有在轉(zhuǎn)子11的兩側(cè)上設(shè)置的彼此面對(duì)的一對(duì)定子12和13。懸掛固定到 轉(zhuǎn)子11上的旋轉(zhuǎn)軸14以使得穿過定子12和13的軸承31和32。轉(zhuǎn)子ll形成為圓盤形，并且旋轉(zhuǎn)軸14固定到轉(zhuǎn)子11上以穿過它的 中心。轉(zhuǎn)子ll具有多個(gè)線圈附著孔lla和掩埋在線圈附著孔lla中的多個(gè) 勵(lì)磁線圈15，多個(gè)線圈附著孔lla以每隔一定間隔提供在轉(zhuǎn)子的外圍側(cè) 的外圍方向上，勵(lì)磁線圈15由超導(dǎo)材料制成。同樣地，多個(gè)勵(lì)磁線圈 15在圍繞轉(zhuǎn)子的軸的外圍方向上每隔一定間隔附著，以使得各個(gè)勵(lì)磁 線圈15的通量方向指向軸向方向。在勵(lì)磁線圈15的每個(gè)的中空部分中， 設(shè)置了由波明德合金制成的通量收集器(磁體)16。通量收集器16和 勵(lì)磁線圈15中的任一個(gè)都沒有制成為從轉(zhuǎn)子11的兩個(gè)側(cè)表面伸出。作為轉(zhuǎn)子ll的材料，使用磁性材料例如波明德合金、硅鋼或坡莫 合金。而且，作為形成勵(lì)磁線圈15的超導(dǎo)材料，使用鉍基或釔基超導(dǎo) 材料。配置這些勵(lì)磁線圈15以對(duì)其從電源(未示出)提供所需的電能。定子12和13具有相互對(duì)稱的形狀。固定到地表面G的定子12和13 具有提供在其面向轉(zhuǎn)子l的表面中的多個(gè)線圈附著凹部分12a和13a。多 個(gè)線圈連接凹部分12a和13a每隔一定間隔提供在外圍側(cè)上的外圍方向
上，以使得由超導(dǎo)材料制成的多個(gè)電樞線圈17和19掩埋在線圈附著凹 部分12a和13a中。同樣地，多個(gè)電樞線圈17和19在軸周圍的外圍方向上 每隔一定間隔附著，以使得它們的通量方向指向軸向方向。在各個(gè)電 樞線圈17和19的中空部分中，設(shè)置了由波明德合金制成的通量收集器 (磁體)18和20。通量收集器18和20和電樞線圈17和19中的任一個(gè)都 沒有制成為分別從定子12和13的側(cè)表面伸出。配置電樞線圈17和19以 對(duì)其從電源(未示出)提供所需的電能。作為定子12和13的材料，使用磁性材料，例如波明德合金、硅鋼、 鐵或坡莫合金，以實(shí)現(xiàn)背軛的作用。而且，作為用于形成電樞線圈17 和19的超導(dǎo)材料，使用鉍基或釔基超導(dǎo)材料。設(shè)置電樞線圈17和19和勵(lì)磁線圈15，以使得從旋轉(zhuǎn)軸14的軸心到 各個(gè)線圏的徑向距離彼此重合。而且，在轉(zhuǎn)子的一側(cè)上的轉(zhuǎn)子ll的旋 轉(zhuǎn)端面和定子12或13的端面之間的距離設(shè)定為0.1mm至lmm作為間隙 (在該實(shí)施例中為0.5mm)。由于勵(lì)磁線圈15由超導(dǎo)材料形成，所以將儲(chǔ)存在液氮槽21中的液 氮引入旋轉(zhuǎn)軸14的中空部分14a中以使勵(lì)磁線圈15冷卻下來。更具體地，旋轉(zhuǎn)軸14具有延伸到轉(zhuǎn)子11的設(shè)置位置提供的中空部 分14a，中空部分朝著軸向方向上旋轉(zhuǎn)軸的一端敞開。管22通過軸承26 從液氮槽21插入到中空部分14a中，以在轉(zhuǎn)子的設(shè)置位置之前立即結(jié)束。 管22具有雙管結(jié)構(gòu)，包括用作流出通道的內(nèi)圍流道24和用作引入通道 的外圍流道25，以便在該管前端流過內(nèi)圍流道24的液氮移動(dòng)并流通到 外圍流道25。管22具有提供在除了對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)子11的位置外的其外圍表 面上的真空絕熱層23。由于電樞線圈17和19也由超導(dǎo)材料形成，所以儲(chǔ)存在液氮槽21中 的液氮被用于使電樞線圈17和19冷卻下來。更具體地，雙層管27源自液氮槽21，管27具有用作流出通道的內(nèi) 圍流道28和用作引入通道的外圍流道29。在這種結(jié)構(gòu)中，在該管前端 處流過內(nèi)圍流道28的液氮移動(dòng)并循環(huán)到外圍流道29。管27分叉到定子 12的后側(cè)和定子13的后側(cè)，以使得分叉的管27延伸到各個(gè)定子12和13 的勵(lì)磁線圈17和19的附著部分的中心位置。分叉的管27的前端分別與 在定子12和13的后側(cè)中凹入的致冷劑引入孔12b和13b相通，以引入致 冷劑。致冷劑引入孔12b和13b分別設(shè)置在對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁線圈17和19的位 置。管27除了配合到定子12和13的制冷劑引入孔12b和13b中的部分外， 具有提供在管27的外圍表面上的真空絕熱層30。根據(jù)以這種方式配置的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)IO，勵(lì)磁線圈15由超 導(dǎo)材料形成。因此，能夠以高效率施加大的電流，而沒有銅損耗等。 結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出電機(jī)扭矩和減少尺寸和重量。而且，作為軸向 間隙結(jié)構(gòu)，定子12和13設(shè)置在轉(zhuǎn)子11的軸向方向上。因此，可以減少 直徑，并且還可以減少旋轉(zhuǎn)噪聲。而且，由于定子12和13設(shè)置在轉(zhuǎn)子 ll的兩側(cè)上，所以可以加強(qiáng)磁場(chǎng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的輸出。另外，磁 性材料用于定子12和13以用作背軛，以便防止泄漏磁場(chǎng)的產(chǎn)生。因此， 進(jìn)一步加強(qiáng)了磁場(chǎng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出扭矩。而且，在勵(lì)磁線圈15和 電樞線圈17和19的中空部分中，提供磁體(波明德合金)作為通量收 集器16、 18和20。由此，加強(qiáng)了磁場(chǎng)，其能夠?qū)崿F(xiàn)高輸出。另外，在該實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子11的勵(lì)磁線圈15和定子12和13的電樞 線圈17和19由超導(dǎo)材料形成。然而，它們中只有一個(gè)由超導(dǎo)材料形成, 并且其他可由一般的導(dǎo)電材料形成。在該情況下，在轉(zhuǎn)子ll的一側(cè)上 的轉(zhuǎn)子11的旋轉(zhuǎn)端表面與定子12和13的端表面之間的距離可設(shè)定為1 mm至20mm。也就是，間隙可提供在它們之間。而且，定子12和13和通量收集器18和20是分離形成的。然而，當(dāng) 定子12和13和通量收集器18和20由相同材料形成時(shí)，它們可整體形成。
作為制冷劑，除了液氮之外，還可以使用液氖、液氦等。 接下來，將描述本發(fā)明的第二實(shí)施例。如圖3所示，與第一實(shí)施例的不同之處在于，掩埋設(shè)置在轉(zhuǎn)子ll的 勵(lì)磁線圈15的中空部分中的通量收集器35以使得不從勵(lì)磁線圈15的端表面伸出。如果采用這種結(jié)構(gòu)，通量收集器35則不從勵(lì)磁線圈15的前端表面 伸出。因此，在裝配等期間在定子12和13之間幾乎不產(chǎn)生由磁力引起 的引力。而且，在轉(zhuǎn)子11和定子12或13之間沒有出現(xiàn)任何碰撞。因此， 容易進(jìn)行定位，同時(shí)將間隙保持在設(shè)定距離。接下來，將描述本發(fā)明的第三實(shí)施例。如圖4所示，與第一實(shí)施例的不同之處在于，在定子12和13的電樞 線圈17和19的中空部分中提供了空氣間隙S。如果采用這種結(jié)構(gòu)，則在面向轉(zhuǎn)子11的通量收集器16的電樞線圈 17和19的中空部分中不存在磁體，并且在裝配等期間不會(huì)產(chǎn)生由磁體 之間的磁力引起的引力。由此，可以容易進(jìn)行定位，同時(shí)轉(zhuǎn)子ll和定 子12或13之間的間隙保持在設(shè)定距離。通常，當(dāng)通量收集器設(shè)置在線圈的中空部分中時(shí)，能加強(qiáng)磁場(chǎng)。 然而，如圖5所示，磁通量在電流超過某個(gè)值之后幾乎沒有增加。而是， 當(dāng)沒有提供通量收集器時(shí)，磁場(chǎng)傾向于加強(qiáng)。也就是，當(dāng)電流的上限 可以設(shè)定為高值時(shí)，該實(shí)施例的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)40可以實(shí)現(xiàn)高輸 出扭矩。而且，能夠減少與沒有提供通量收集器差不多的電機(jī)的重量。 該實(shí)施例的其它部分與第一實(shí)施例相同。因此，與第一實(shí)施例相同的 部分被給予相同的參考數(shù)字，并省略了它們的描述。而且，由于基本
條件根據(jù)是否存在通量收集器而變化，所以線圈的形狀也大大改變了。 注意，沒有描述當(dāng)使用相同線圈時(shí)該性能根據(jù)是否存在通量收集器而 改變。在該實(shí)施例中，在定子12和13的電樞線圈17和19的中空部分中提供了空氣間隙。然而，即使當(dāng)非磁體例如FRP (纖維增強(qiáng)塑料)等設(shè)置在中空部分中作為本實(shí)施例的修改時(shí)，也能夠獲得相同的效果。尤其是當(dāng)在中空部分中沒有提供空氣間隙但非磁體設(shè)置在中空部分中時(shí)，由非磁體支持該線圈以便增強(qiáng)附著穩(wěn)定性。接下來，將描述本發(fā)明的第四實(shí)施例。與第一實(shí)施例的不同之處在于，定子12和13由非磁體FRP形成。也就是，定子12和13沒有由重量相對(duì)重的磁體(例如鐵)形成， 但由輕非磁體例如樹脂等形成。因此，可以減少電機(jī)的重量。尤其是， 在許多情況下，配置用于輪船的大尺寸的電機(jī)為其中轉(zhuǎn)子和定子交替 設(shè)置在軸向方向上的串聯(lián)耦合同步電機(jī)。因此，通過減小各個(gè)定子12 和13的重量，可以顯著地減小電機(jī)的重量。上述效果相當(dāng)大。該實(shí)施 例的其它部分與第一實(shí)施例相同，因此省略了它們的描述。在該實(shí)施例中，定子12和13由FRP形成。然而，轉(zhuǎn)子11可以由FRP 形成。而且，定子12和13和/或轉(zhuǎn)子11由非磁體例如FRP形成的結(jié)構(gòu)可 以應(yīng)用到本發(fā)明的所有實(shí)施例。接下來，將描述本發(fā)明的第五實(shí)施例。如圖6所示，與第一實(shí)施例的不同之處在于，由超導(dǎo)材料制成的電 樞線圈54提供在轉(zhuǎn)子51中，由超導(dǎo)材料制成的勵(lì)磁線圈55和56提供在 定子52和53中，以及空氣間隙S提供在電樞線圈54的中空部分中。
在該實(shí)施例中，軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)50的轉(zhuǎn)子51具有固定到其中心以通過該中心的旋轉(zhuǎn)軸14、在轉(zhuǎn)子51外圍側(cè)的外圍方向上每隔一定 間隔提供的多個(gè)線圈附著孔5Ia、和掩埋在線圈附著孔51a中的多個(gè)電樞 線圈54，電樞線圈由超導(dǎo)材料制成。同樣地，多個(gè)電樞線圈54在轉(zhuǎn)子 的軸周圍的外圍方向上每隔一定間隔附著，以使得各個(gè)電樞線圈54的 磁通量方向指向軸向方向。形成電樞線圈54以不從轉(zhuǎn)子51的兩個(gè)側(cè)表 面伸出。作為轉(zhuǎn)子51的材料，使用磁性材料，例如波明德合金、硅鋼、 鐵或坡莫合金。而且，作為形成電樞線圈54的超導(dǎo)材料，使用鉍基或 釔基超導(dǎo)材料。配置各個(gè)電樞線圈54以對(duì)其從電源(未示出)提供所 需的電能。定子52和53具有相互對(duì)稱的形狀。固定到地表面G的定子52和53 具有形成在其面向轉(zhuǎn)子的表面中的多個(gè)線圈附著凹部分52a和53a，這些 線圈附著凹部分52a和53a每隔一定間隔形成在外圍側(cè)上的外圍方向上。 由超導(dǎo)材料制成的多個(gè)勵(lì)磁線圈55和56分別掩埋在線圈附著凹面部分 52a和53a中。同樣，多個(gè)勵(lì)磁線圈55和56每隔一定間隔附著在該軸周圍 的外圍方向上，以便它們的磁通量方向指向軸向方向。在各個(gè)勵(lì)磁線 圈55和56的中空部分中，設(shè)置由波明德合金制成的通量收集器(磁體) 18和20。通量收集器18和20和勵(lì)磁線圈55和56中的任一個(gè)沒有制成為 從定子52和53的側(cè)表面伸出。配置勵(lì)磁線圈55和56以對(duì)其從電源(未 示出)提供所需的電能。作為定子52和53的材料，使用磁性材料，例如波明德合金、硅鋼、 鐵或坡莫合金，來實(shí)現(xiàn)作為背軛的作用。而且，作為形成勵(lì)磁線圈55 和56的超導(dǎo)材料，使用鉍基或釔基超導(dǎo)材料。在上述實(shí)施例中的變化，也就是，在線圈中空部分中存在或不存 在通量收集器，轉(zhuǎn)子和/或定子等的材料等等也可以應(yīng)用到如在本實(shí)施 例中的勵(lì)磁線圈55和56提供在定子52和53中的情況。 而且，在該實(shí)施例和上述的第三實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和定子中的任一 個(gè)都具有設(shè)置在其線圈中空部分中的磁體。然而，轉(zhuǎn)子和定子兩個(gè)都可具有形成在其線圈中空部分中的空氣間隙(或非磁體，例如RFP)， 而沒有磁體。接下來，將描述本發(fā)明的第六實(shí)施例。如圖7所示，與第一實(shí)施例的不同之處在于，由除了超導(dǎo)材料之外的材料制成的永久磁鐵33用作將附著在轉(zhuǎn)子11'中的磁體。永久磁體33 附著在多個(gè)附著孔lla'中，該多個(gè)附著孔lla'每隔一定間隔提供于轉(zhuǎn)子 的外圍方向上。在該情況下，永久磁體33的磁通量方向指向轉(zhuǎn)子11'的 軸向方向。如果采用這種結(jié)構(gòu)，則永久磁體33可僅設(shè)置在轉(zhuǎn)子11'中。因此， 軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)60的制造效率提高了。而且，不需要用于將電源 提供給場(chǎng)體或冷卻結(jié)構(gòu)的器件，其能夠簡(jiǎn)化該電機(jī)的結(jié)構(gòu)。而且，盡管永久磁體33用作場(chǎng)體，但如果輸出為lkW至5MW，則 能夠充分處理任何情形。而且，與如在第一實(shí)施例中線圈用作勵(lì)磁線 圈33時(shí)相比，能夠減小電機(jī)的尺寸。該實(shí)施例的其它部分和工作效果與第一實(shí)施例相同。因此，對(duì)于 與第一實(shí)施例相同的部分給出相同的附圖標(biāo)記，由此省略了它們的描 述?？梢詫?chǎng)體為磁體、并非線圈的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到第三至第五實(shí)施例。 [工業(yè)實(shí)用性]根據(jù)本發(fā)明的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)可以獲得高的輸出并減小它的 尺寸。因此，該電機(jī)適合用作交通工具例如汽車、火車和輪船的驅(qū)動(dòng) 電機(jī)。尤其是，該電機(jī)適合用作輪船的推進(jìn)電機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，包括在轉(zhuǎn)子的軸向方向上設(shè)置的、具有所需空氣間隙、以便彼此面對(duì)的定子，多個(gè)場(chǎng)體，設(shè)置在轉(zhuǎn)子和轉(zhuǎn)子的軸周圍的定子的任一個(gè)中，設(shè)置在該軸周圍的另一個(gè)中的多個(gè)電樞線圈，其中場(chǎng)體和電樞線圈中的至少之一由超導(dǎo)材料形成，以使得其磁通量方向指向軸向方向。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 場(chǎng)體是勵(lì)磁線圈，和勵(lì)磁線圈和電樞線圈都由超導(dǎo)材料形成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中場(chǎng)體為永磁體，和 電樞線圈由超導(dǎo)材料形成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 定子設(shè)置在轉(zhuǎn)子的軸向方向上的轉(zhuǎn)子的兩側(cè)上， 一旋轉(zhuǎn)軸懸掛固定到轉(zhuǎn)子上以穿過定子的軸承，和 場(chǎng)體和電樞線圈設(shè)置在相同的軸上，并具有在該軸方向上的空氣間隙。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1、 2和4中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中磁體的通量收集器設(shè)置在用作場(chǎng)體和/或電樞線圈的勵(lì)磁線圈的 中空部分中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 通量收集器的前端設(shè)置在與設(shè)置有通量收集器的線圈的前端表面 相同的位置或設(shè)置在從線圈的前端表面收回的位置中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 定子和/或轉(zhuǎn)子由磁體形成。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中對(duì)于磁體使用具有高磁通量密度/高導(dǎo)磁率的材料。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 具有高磁通量密度/高導(dǎo)磁率的材料為波明德合金。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中 空氣間隙提供在電樞線圈的中空部分中，或者非磁體設(shè)置在該中空部分中。
11. 根據(jù)權(quán)利要求2、 4和5中任一項(xiàng)的軸向間隙型超導(dǎo)電機(jī)，其中空氣間隙提供在勵(lì)磁線圈的中空部分中，或非磁體設(shè)置在該中空 部分中。
全文摘要
定子12和13在轉(zhuǎn)子11的軸向方向上設(shè)置有所需的空氣間隙以彼此面對(duì)，多個(gè)場(chǎng)體15或永久磁體33設(shè)置在轉(zhuǎn)子11中，以及多個(gè)電樞線圈17和19設(shè)置在該軸周圍的定子12和13中。場(chǎng)體15或永久磁體33和電樞線圈17和19中的至少之一由超導(dǎo)材料形成，以使得它們的磁通量方向指向軸向方向。
文檔編號(hào)H02K1/22GK101133542SQ20058004470
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2005年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月24日
發(fā)明者岡崎徹, 大橋紳悟, 杉本英彥, 竹田敏雄 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社