特表 2024-513946 高温超電導磁束ポンプシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-03-27

(54)【発明の名称】高温超電導磁束ポンプシステム

(51)【国際特許分類】

   H01F 6/00 20060101AFI20240319BHJP

【ＦＩ】

H01F6/00 150

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023562337

(86)(22)【出願日】2022-07-04

(85)【翻訳文提出日】2023-10-10

(86)【国際出願番号】 CN2022103547

(87)【国際公開番号】W WO2023284572

(87)【国際公開日】2023-01-19

(31)【優先権主張番号】202110783181.X

(32)【優先日】2021-07-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507389842

【氏名又は名称】四川大学

(74)【代理人】

【識別番号】110002262

【氏名又は名称】ＴＲＹ国際弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】王 為

(72)【発明者】

【氏名】叶 漢新

(72)【発明者】

【氏名】楊 超

(72)【発明者】

【氏名】李 洪

(72)【発明者】

【氏名】韋 家富

(72)【発明者】

【氏名】張 云天

(57)【要約】

【課題】本発明は高温超電導磁束ポンプシステムを得ることにある。
【解決手段】本発明は超電導磁性体励磁システムの技術分野に関し、高温超電導磁束ポンプシステムを開示する。それは磁束ポンプ本体と、超電導負荷と、固定子群とを含み、ダブルパンケーキ型コイル群は少なくとも１つのダブルパンケーキ型コイルを含み、固定子群は少なくとも１つの固定子を含み、磁束ポンプ本体は固定子群を設置するための空隙を有し、超電導負荷と固定子群は接続されて閉ループとなる。本発明は磁性体構造及び巻線コストを変更することなく構造を簡素化することができ、充電速度が遅いという問題を解決すると同時に電源コストを大幅に低減させることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

高温超電導磁束ポンプシステムであって、
磁束ポンプ本体と、
超電導負荷と、
固定子群と、を含み、前記固定子群は少なくとも１つの固定子を含み、
そのうち、前記磁束ポンプ本体は、固定子群を設置するための空隙を有し、前記超電導負荷と固定子群は接続されて閉ループとなり、
前記超電導負荷がＮ個の単一負荷を有し、Ｎ≧２であり、Ｎは偶数であり、且つ前記固定子群を２つ有する場合、各固定子群はＮ／２個の固定子を有し、そのうちＮ／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別のＮ／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、
前記超電導負荷がＭ個の単一負荷を有し、Ｍ≧３であり、Ｍは奇数であり、且つ前記固定子群を２つ有する場合、そのうちの１つの固定子群は（Ｍ－１）／２個の固定子を有し、もう１つの固定子群は（Ｍ＋１）／２個の固定子を有し、超電導負荷において、そのうちの（Ｍ－１）／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別の（Ｍ＋１）／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、
前記磁束ポンプ本体は、
交流巻線と、
直流巻線であって、前記直流巻線は交流巻線のうちの一端に設置される、直流巻線と、
第１ヨークと、を含み、
そのうち、前記第１ヨークの一端は直流巻線と接続され、他端は交流巻線の当該直流巻線から離れた一端まで延在し、
固定子群を設置するための空隙は、交流巻線と第１ヨークの間に位置することを特徴とする、高温超電導磁束ポンプシステム。

【請求項2】

前記第１ヨークは２つであり、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、
前記超電導負荷は２つ有しており、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、各超電導負荷は同じ一端の固定子群と接続され、２つの閉ループが形成されることを特徴とする、請求項１に記載の高温超電導磁束ポンプシステム。

【請求項3】

高温超電導磁束ポンプシステムであって、
磁束ポンプ本体と、
超電導負荷と、
固定子群と、を含み、前記固定子群は少なくとも１つの固定子を含み、
そのうち、前記磁束ポンプ本体は、固定子群を設置するための空隙を有し、前記超電導負荷はリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、リードイン線端部とリードアウト線端部はそれぞれ固定子群と接続されて閉ループを形成し、
前記超電導負荷がＮ個の単一負荷を有し、Ｎ≧２であり、Ｎは偶数であり、且つ前記固定子群を２つ有する場合、各固定子群はＮ／２個の固定子を有し、そのうちＮ／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別のＮ／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、
前記超電導負荷がＭ個の単一負荷を有し、Ｍ≧３であり、Ｍは奇数であり、且つ前記固定子群を２つ有する場合、そのうちの１つの固定子群は（Ｍ－１）／２個の固定子を有し、もう１つの固定子群は（Ｍ＋１）／２個の固定子を有し、超電導負荷において、そのうちの（Ｍ－１）／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別の（Ｍ＋１）／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、
前記磁束ポンプ本体は、
交流巻線と、
直流巻線であって、前記直流巻線は交流巻線の両端に設置される、直流巻線と、
第１ヨークと、を含み、
そのうち、前記第１ヨークのうちの一端は、交流巻線のうちの一端に位置する直流巻線と接続され、上述の第１ヨークの他端は、交流巻線の他端に位置する直流巻線と接続され、磁束ポンプの作動状態において磁気ループが形成され、交流巻線の両端の直流巻線の数は一致しており、
固定子群を設置するための空隙は、交流巻線と第１ヨークの間に位置し、
そのうち、前記第１ヨークは２つであり、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、且つそれぞれ交流巻線の両端この中で接続され、磁束ポンプの作動状態において２つの磁気ループが形成され、
そのうち、前記固定子群は２つ有しており、２つの固定子群は異なる空隙内に位置し、２つの固定子群は並列にされてから超電導負荷と接続されて閉ループとなることを特徴とする、高温超電導磁束ポンプシステム。

【請求項4】

並列接続後の２つの固定子群は２つの接続端部を有し、２つの接続端部に前記リードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれ接続されることを特徴とする、請求項３に記載の高温超電導磁束ポンプシステム。

【請求項5】

前記固定子群は少なくとも２つの固定子を含み、各固定子群のすべての固定子は並列に配置され、並列接続後の２つの固定子群は２つ以上の偶数個の接続端部を有し、接続端部はいずれも２つの部分に分けられ、そのうちの一部分はリードイン線端部と接続され、別の部分はリードアウト線端部と接続されることを特徴とする、請求項３に記載の高温超電導磁束ポンプシステム。

【請求項6】

前記超電導負荷は２つ有しており、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、各超電導負荷は同じ一端の固定子群と接続され、２つの閉ループが形成されることを特徴とする、請求項３に記載の高温超電導磁束ポンプシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は超電導磁性体励磁システムの技術分野に関し、特に、高温超電導磁束ポンプシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

超電導磁性体は、超電導電力の応用分野における極めて重要な部分であり、従来の永久磁石や一般的な電磁石と比較した場合、軽質量で体積が小さく、より強い磁場を発生させることができるうえに、損失が極めて低い。そうした優越性ゆえに、超電導磁性体は医療、エネルギー及び交通といった多くの分野で応用されている。

【0003】

現状における超電導磁性体の開発の難しさは、高温超電導コイルが永久電流モード中で動作しないことにある。磁束クリープと溶接抵抗による電流損失が未だ完全には解決されていないため、高温超電導磁気の閉ループにおける電流減衰も無視できない。

【0004】

現在の磁束ポンプは、磁化超電導負荷方法を提供することができ、当該方法は低温と常温環境の間に接触式電流リードを設ける必要がなく、低温と非低温環境の間の熱リンクを隔離することができる。

【0005】

しかしながら、従来設計の磁束ポンプには充電速度が遅い、構造が複雑であるといった欠点があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上述の技術的課題を解決するために、本発明は、磁性体構造及び巻線コストを変更することなく構造を簡素化することができ、充電電流が数千アンペアに達すると同時に電源コストを低減し得る、高温超電導磁束ポンプシステムを開示する。本発明の具体的な技術的解決手段は以下の通りである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

高温超電導磁束ポンプシステムであって、
磁束ポンプ本体と、
超電導負荷と、
固定子群と、を含み、前記固定子群は少なくとも１つの固定子を含み、
そのうち、上述の磁束ポンプ本体は、固定子群を設置するための空隙を有し、上述の超電導負荷と固定子群は接続されて閉ループとなる。

【0008】

好適には、上述の磁束ポンプ本体は、
交流巻線と、
直流巻線であって、上述の直流巻線は交流巻線のうちの一端又は両端に設置される、直流巻線と、
第１ヨークと、を含み、
そのうち、交流巻線のうちの一端に直流巻線が設置される場合、上述の第１ヨークの一端は直流巻線と接続され、他端は交流巻線の当該直流巻線から離れた一端まで延在し、
交流巻線の両端に直流巻線が設置される場合、上述の第１ヨークのうちの一端は、交流巻線のうちの一端に位置する直流巻線と接続され、上述の第１ヨークの他端は、交流巻線の他端に位置する直流巻線と接続され、磁束ポンプの作動状態において磁気ループが形成され、交流巻線の両端の直流巻線の数は一致しており、
固定子群を設置するための空隙は、交流巻線と第１ヨークの間に位置する。

【0009】

好適には、上述の超電導負荷は、一対のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、上述の固定子群の両端はそれぞれリードイン線端部とリードアウト線端部に接続されて、閉ループが形成される。

【0010】

好適には、少なくとも２つの超電導負荷を含み、各超電導負荷はいずれも一対のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、リードイン線端部とリードアウト線端部の各対はそれぞれ固定子群に接続されて、それぞれが閉ループを形成する。

【0011】

好適には、上述の第１ヨークは２つであり、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、且つそれぞれ交流巻線の両端の直流巻線と接続され、磁束ポンプの作動状態において２つの磁気ループが形成される。

【0012】

そのうち、上述の固定子群は２つ有しており、２つの固定子群は異なる空隙内に位置し、２つの固定子群は並列にされてから超電導負荷と接続されて閉ループとなる。

【0013】

好適には、並列接続後の２つの固定子群は２つの接続端部を有し、２つの接続端部に上述のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれ接続される。

【0014】

好適には、上述の固定子群は少なくとも２つの固定子を含み、各固定子群のすべての固定子は並列に配置され、並列接続後の２つの固定子群は２つ以上の偶数個の接続端部を有し、接続端部はいずれも２つの部分に分けられ、そのうちの一部分はリードイン線端部と接続され、別の部分はリードアウト線端部と接続される。

【0015】

好適には、上述の超電導負荷はＮ個の単一負荷を有し、ここで、Ｎ≧２であり、Ｎは偶数である。

【0016】

上述の固定子群は２つ有しており、各固定子群はＮ／２個の固定子を有する。

【0017】

超電導負荷において、そのうちのＮ／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別のＮ／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなる。

【0018】

好適には、前記超電導負荷はＭ個の単一負荷を有し、ここで、Ｍ≧３であり、Ｍは奇数である。

【0019】

上述の固定子群は２つ有しており、そのうちの１つの固定子群は（Ｍ－１）／２個の固定子を有し、もう１つの固定子は（Ｍ＋１）／２個の固定子を有する。

【0020】

超電導負荷において、そのうちの（Ｍ－１）／２個の単一負荷はそのうちの１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別の（Ｍ＋１）／２個の単一負荷はもう１つの固定子群中の固定子と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなる。

【0021】

好適には、上述の第１ヨークは２つであり、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、且つそれぞれ交流巻線の両端の直流巻線と接続され、磁束ポンプの作動状態において２つの磁気ループが形成される。

【0022】

上述の超電導負荷は２つ有しており、各々は交流巻線の長手方向の両端に位置し、各超電導負荷は同じ一端の固定子群と接続され、２つの閉ループが形成される。

【発明の効果】

【0023】

従来技術と比べて、本発明は、交流巻線と直流巻線を利用して固定子の超電導負荷に対する非接触式励磁を実現する。そのうち、上述の直流巻線は直流電流源によって給電し、電流振幅は可変であり、交流巻線は三相変調インバータによって給電し、交流電流振幅と電流の周波数は可変である。これにより、本システムは、磁束ポンプ本体が直流バイアスの進行波磁界を生じさせて、交流巻線に標準の正弦波磁界を生じさせ、直流巻線にバイアスの直流磁界を生じさせる。これを基に、本発明は簡単な構造によって充電速度を最適化し、効果的且つ顕著により速い充電速度を低コスト、高効率で提供する。また、本発明は非接触式励磁システムを得ており、数千アンペアの超電導直流出力を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】本発明の実施例における磁束ポンプ本体のうちの１つの概念図である。

【図2】図１の平面図である。

【図3】本発明の実施例における磁束ポンプ本体の別の概念図である。

【図4】図３の平面図である。

【図5】本発明の実施例における固定子群と第１ヨークの間の位置概念図である。

【図6】図５の正面図である。

【図7】図６のＡ部分の拡大図である。

【図8】本発明の実施例における片側励磁システムのうちの１つの概念図である。

【図9】図８の平面図である。

【図10】図９のＢ部分の拡大図である。

【図11】本発明の実施例における片側励磁システムの別の概念図である。

【図12】図１１の平面図である。

【図13】本発明の実施例における片側励磁システムのさらに別の概念図である。

【図14】本発明の実施例における片側励磁システムが２つの超電導負荷を有する場合の１つの概念図である。

【図15】本発明の実施例における片側励磁システムが２つの超電導負荷を有する場合の別の概念図である。

【図16】本発明の実施例における片側励磁システムが２つの超電導負荷を有する場合のさらに別の概念図である。

【図17】本発明の実施例における両側励磁システムのうちの１つの概念図である。

【図18】本発明の実施例における両側励磁システムの別の概念図である。

【図19】本発明の実施例におけるさらに別の両側励磁システム中の超電導負荷の数を偶数とした概念図である。

【図20】図１９の平面図である。

【図21】図１９の正面図である。

【図22】本発明の実施例におけるさらに別の両側励磁システム中の超電導負荷の数を奇数とした概念図である。

【図23】図２２の平面図である。

【図24】本発明の実施例における片側励磁システムの４種類目の概念図である。

【図25】図２４の平面図である。

【図26】本発明の実施例における両側励磁システムの４種類目の概念図である。

【図27】本発明の実施例におけるワイド型固定子が設置された概念図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

当業者が本発明の技術的解決手段をより良く理解できるように、以下では本発明を具体的な実施形態に基づいてさらに詳述する。

【0026】

技術的解決手段についてより明確な理解が得られるように、以下に詳述する実施例では、超電導負荷２００を超電導負荷として説明するが、超電導負荷は超電導ケーブルなどでもよいことを理解されたい。

【実施例】

【0027】

図１～図１０に示す通り、高温超電導磁束ポンプシステムは、磁束ポンプ本体１００と、超電導負荷２００と、固定子群３００とを含み、上述の超電導負荷２００は少なくとも１つの単一負荷２０１を含み、上述の固定子群３００は少なくとも１つの固定子３０１を含み、上述の磁束ポンプ本体１００は固定子群３００を設置するための空隙４００を有し、上述の超電導負荷２００と固定子群３００は接続されて閉ループとなる。

【0028】

本実施例中、単一負荷２０１と固定子３０１はいずれも高温超電導線材を有しており、具体的にはＲｅＢＣＯ線材であるが、当該線材は基板のハステロイ層、ＲｅＢＣＯ層及びバッファ層が下から上に積層設置されてなるものであり、その動作温度は７７Ｋ以下であり、そのうちのＲｅはレアアースである。ここで、上述の超電導負荷２００はダブルパンケーキ型コイル群であり、単一負荷２０１はダブルパンケーキ型コイルである。つまり、上述の超電導負荷２００は少なくとも１つの単一負荷２０１によって構成される。

【0029】

本実施例中、単一負荷２０１は、従来の円形状の単一負荷２０１以外に、標準的な４００Ｍトラックに似たレーストラック形状の単一負荷２０１でもよい。もちろん、ダブルパンケーキ構造のコイル以外に、異なるタイプのシングルパンケーキ型コイルでもよく、ここでの説明は省略する。

【0030】

本実施例をより良く使用するために、上述の磁束ポンプ本体１００は、交流巻線１０１と、直流巻線１０２と、第１ヨーク１０３とを含む。上述の直流巻線１０２は交流巻線１０１の両端に設置される。上述の第１ヨーク１０３の両端はそれぞれ交流巻線１０１の両端の直流巻線１０２と接続され、磁束ポンプの作動状態において磁気ループが形成され、固定子群３００を設置するための空隙４００は、交流巻線１０１と第１ヨーク１０３の間に位置する。

【0031】

上述の直流巻線１０２は交流巻線１０１の両端に設置され、上述の第１ヨーク１０３のうちの一端は、交流巻線１０１のうちの一端に位置する直流巻線１０２と接続され、上述の第１ヨーク１０３の他端は、交流巻線１０１の他端に位置する直流巻線１０２と接続され、磁束ポンプの作動状態において磁気ループが形成され、固定子群３００を設置するための空隙４００は、交流巻線１０１と第１ヨーク１０３の間に位置する。

【0032】

別の幾つかの実施例では、空隙４００内に設置される固定子群３００は、交流巻線１０１と第１ヨーク１０３の間において、第１ヨーク１０３又は交流巻線１０１と当接させることもできる。

【0033】

説明すべきこととして、上述の交流巻線１０１は、交流電線を巻回するための歯溝１０１１を有しており、これにより、固定子群３００を設置するための空隙４００は歯溝１０１１と第１ヨーク１０３の間に位置する。

【0034】

図１３に示す通り、説明すべきこととして、本実施例中、上述の交流巻線１０１の両端は交流巻線１０１の対称線によって区分されており、具体的には、上述の対称線は交流巻線１０１の中心軸線に垂直である。なお、上述の対称線は歯溝１０１１の水平面投影の延在方向に平行であることを理解されたい。以下の実施例も同じ原理であるため、説明は省略する。

【0035】

さらに説明すべきこととして、本実施例中、上述の交流巻線の両端における直流巻線の数は一致している。これにより、磁界の対称性における使用要件が満たされる。

【0036】

また、図２４及び図２５に示す通り、異なる実施例では、上述の実施例と異なる構造的特徴を有しており、上述の実施例についていえば、直流巻線１０２は２つ有しており、各々は交流巻線１０１の両端に位置するが、別の実施例では、直流巻線１０２が１つである状況にも適用することができる。即ち、交流巻線１０１のうちの一端に直流巻線１０２が設置されている場合、上述の第１ヨーク１０３の一端は直流巻線１０２と接続され、他端は交流巻線１０１の直流巻線１０２から離れた一端まで延在する。

【0037】

図１１及び図１２に示す通り、本実施例をより良く使用するために、上述の超電導負荷２００は、一対のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、上述の固定子群３００の両端はそれぞれリードイン線端部とリードアウト線端部に接続されて、閉ループが形成される。

【0038】

本実施例では、上述の超電導負荷２００は１つの単一負荷２０１でもよいし、複数の単一負荷２０１で構成された超電導負荷２００でもよい。いずれにしても、超電導負荷２００は１つのリードイン線端部と１つのリードアウト線端部しか有しておらず、上述のリードイン線端部とリードアウト線端部を介して固定子群３００の両端と接続されることにより、完全な閉ループが実現される。

【0039】

本実施例では、上述の超電導負荷２００中の複数の単一負荷２０１は、間隔を置かず接触していてもよいし、互いに一定の間隔を置いてもよい。

【0040】

図１３に示す通り、本実施例をより良く使用するために、上述の超電導負荷２００は少なくとも２つの並列に設置された単一負荷２０１を含み、各単一負荷２０１はいずれも一対のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、リードイン線端部とリードアウト線端部の各対はそれぞれ固定子群３００に接続されて、それぞれが閉ループを形成する。

【0041】

本実施例中、上述の超電導負荷２００は複数の単一負荷２０１を有する。前の実施例では、それらの単一負荷２０１を集成することができ、複数の単一負荷２０１を有する超電導負荷２００が１つのリードイン線端部と１つのリードアウト線端部しか持たないようにさせるが、前の実施例と異なる点として、本実施例中、各単一負荷２０１はいずれも１つのリードイン線端部と１つのリードアウト線端部を有する。通常、当該実施例では、上述の固定子群３００が有する固定子３０１の数は単一負荷２０１と一致するが、そうでない場合、その具体的な構造は、前の実施例における複数の単一負荷２０１が集成されて、１つの超電導負荷２００が１つのリードイン線端部と１つのリードアウト線端部しか持たないようにさせる実施例と同じである。これを基にして、各固定子３０１はいずれも２つの接続端部を有し、それらは対応する単一負荷２０１のリードイン線端部及びリードアウト線端部と接続される。

【0042】

もちろん、固定子群３００の固定子３０１の数が複数であり、超電導負荷２００の単一負荷２０１が複数であり、且つ固定子３０１の数と単一負荷２０１の数が異なる場合にも、上述の実施例中の接続形式によって接続を行うことができる。当該実施例中、任意の２つの隣接する固定子３０１同士は適当な間隔を有するべきであり、この設置方式は、以下の実施例中で使用することができる。

【0043】

上述のすべての実施例についていえば、それらは片側励磁システムと言える。即ち、磁束ポンプ本体１００の一端のみで励磁が実現される。本システムにおいて、各直流巻線１０２中には１組の直流コイルしかない。説明すべきこととして、各直流巻線１０２は、直流コイルを含むだけでなく、第１ヨーク１０３と接続された第２ヨーク１０４も含む。従って、理解すべきこととして、直流巻線１０２中、第２ヨーク１０４の一端は交流巻線１０１と接続され、他端は第１ヨーク１０３と接続され、直流コイルは第２ヨーク１０４上に巻回される。これは以下の実施例においても同様であり、説明は省略する。

【0044】

説明すべきこととして、別の幾つかの実施例では、片側励磁システム中、第２ヨーク１０４の役割は、交流巻線１０１を接続して閉ループを形成することであり、この場合、直流巻線１０２中の直流コイルは第１ヨーク１０３上に巻回することができ、第２ヨーク１０４に限らない。もちろん、このような巻回方式は以下の実施例中でも応用することができ、同じ原理についての説明は省略する。

【0045】

上述の任意の一実施例を基にして、磁束ポンプシステムは、その両端に励磁を実現させることもできる。図１４～図１６に示す通り、上述の第１ヨーク１０３は２つであり、各々は交流巻線１０１の長手方向の両端に位置し、且つ各々は交流巻線１０１の両端の直流巻線１０２と接続され、磁束ポンプの作動状態において２つの磁気ループが形成される。上述の超電導負荷２００は２つ有しており、各々は交流巻線１０１の長手方向の両端に位置し、各超電導負荷２００は同一端の固定子群３００と接続され、２つの閉ループが形成される。

【0046】

説明すべきこととして、どの実施例においても、第１ヨーク１０３及び／又は第２ヨーク１０４は鉄でもよいし、コバルト、ニッケルなどの透磁性の金属でもよいし、当然ながら、透磁性合金でもよい。本実施例では、鉄を採用している。

【0047】

当該実施例中、各直流巻線１０２はいずれも２つの直流コイルを有しており、２つの直流コイルはそれぞれ自身が位置する直流巻線１０２の両端に配置される。このように、当該実施例はやはり片側励磁システムである。

【0048】

当該実施例中、上述の磁束ポンプ本体１００の両端それぞれが１つの超電導負荷２００を有し、これによってそれぞれが励磁充電を実現するため、充電効率を安定して向上させることができる。

【0049】

また、上述の片側励磁システムは、従来技術を簡単に組み合わせた技術的解決手段では決してない。発明者は実際の研究過程において、励磁システムの充電効率が単純な固定子３０１の数の増減及び／又は単一負荷２０１の数の増減によるものではなく、その様々な組み合わせ形式も最終的な充電効果に顕著な差をもたらし、且つ従来技術を基に、磁性体構造及び巻線コストを変更しないことを基本として、充電効率を顕著に向上させるという目的が達成されることを発見した。以下の実施例中の両側励磁システムも同じ原理である。

【0050】

本実施例をより良く使用するために、片側励磁システムを基にした、両側励磁システムを提供する。

【0051】

即ち、上述の第１ヨーク１０３は２つであり、各々は交流巻線１０１の長手方向の両端に位置し、且つ各々は交流巻線１０１の両端の直流巻線１０２と接続され、磁束ポンプの作動状態において２つの磁気ループが形成される。そのうち、上述の固定子群３００は２つ有しており、２つの固定子群３００は異なる空隙４００内に位置し、２つの固定子群３００は並列にされてから超電導負荷２００と接続されて閉ループとなる。

【0052】

本実施例中、各直流巻線１０２はいずれも２つの直流コイルを有しており、２つの直流コイルはそれぞれ自身が位置する直流巻線１０２の両端に配置される。上述の２つの閉ループを有する片側励磁システムと比べると、両側励磁システムでは、１つの閉ループのみを有し、当該閉ループには、並列接続された２つの固定子群３００と、上述の２つの固定子群３００に接続された１つの超電導負荷２００が含まれている。

【0053】

図２６に示す通り、片側励磁システムにおいて、交流巻線１０１のうちの一端に直流巻線１０２が設置される場合、上述の第１ヨーク１０３の一端は直流巻線１０２と接続され、他端は交流巻線１０１の直流巻線１０２から離れた一端まで延在するという状況は、上述の両側励磁システムにも同様に適用されるため、ここでは説明を省略する。

【0054】

図１７に示す通り、本実施例をより良く使用するために、並列接続後の２つの固定子群３００は２つの接続端部を有し、２つの接続端部に上述のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれ接続される。

【0055】

本実施例中、並列接続後の２つの固定子群３００は２つの接続端部だけを有しており、リードイン線端部とリードアウト線端部については、超電導負荷２００が１つのリードイン線端部と１つのリードアウト線端部のみを有してもよいし、複数の単一負荷２０１が各々リードイン線端部とリードアウト線端部を有してもよい。

【0056】

図１８に示す通り、本実施例をより良く使用するために、上述の固定子群３００は少なくとも２つの固定子３０１を含み、各固定子群３００のすべての固定子３０１は並列に配置され、並列接続後の２つの固定子群３００は２つ以上の偶数個の接続端部を有し、接続端部はいずれも２つの部分に分けられ、そのうちの一部分はリードイン線端部と接続され、別の部分はリードアウト線端部と接続される。

【0057】

任意の１つの固定子３０１が２つの接続端部を有してはじめて超電導負荷２００と接続されて閉ループとなるため、任意の１つの固定子群３００又は任意の１つの固定子３０１において、その接続端部は偶数個でなければならない。

【0058】

本実施例では、そのうちの固定子群３００が幾つかの固定子３０１を有するため、それらの固定子３０１のうちの半分の接続端部を１つに統合し、それらの固定子３０１のもう半分の接続端部を１つに統合することによって閉ループの接続が実現される。

【0059】

同時に、固定子群３００が１つの固定子３０１だけを有し、超電導負荷２００が複数の単一負荷２０１を有する場合にも、本実施例中の接続方式を用いて接続を行うことができる。即ち、すべての単一負荷２０１のリードイン線端部を統合して１つのリードイン線端部にし、すべての単一負荷２０１のリードアウト線端部を統合して１つのリードアウト線端部にしたうえで、固定子３０１の２つの接続端部とそれぞれ接続する。

【0060】

もちろん、固定子群３００の固定子３０１の数が複数であり、超電導負荷２００の単一負荷２０１が複数であり、且つ固定子３０１の数と単一負荷２０１の数が異なる場合にも、上述の実施例中の接続形式によって接続を行うことができる。

【0061】

図１９～図２１に示す通り、本実施例をより良く使用するために、上述の超電導負荷２００はＮ個の単一負荷２０１を有し、ここで、Ｎ≧２であり、Ｎは偶数であり、上述の固定子群３００は２つ有しており、各固定子群３００はＮ／２個の固定子３０１を有し、超電導負荷２００において、そのうちのＮ／２個の単一負荷２０１はそのうちの１つの固定子群３００中の固定子３０１と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別のＮ／２個の単一負荷２０１はもう１つの固定子群３００中の固定子３０１と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなる。

【0062】

本実施例では、Ｎを１０として説明を行う。超電導負荷２００中に１０個の単一負荷２０１を有する場合、各固定子群３００はいずれも５個の固定子３０１を有する。これを基にして、各単一負荷２０１はいずれも各自のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、各固定子３０１はいずれも各自の接続端部を有しており、これにより、そのうちの５個の単一負荷２０１の各自のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれそのうちの１つの固定子群３００中の５個の固定子３０１の接続端部と接続され、別の５個の単一負荷２０１の各自のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれもう１つの固定子群３００中の５個の固定子３０１の接続端部と接続される。

【0063】

これにより、Ｎが２、４……１２、１４……などのように偶数個であるとき、その接続形式は上述の実施例と一致する。

【0064】

図２２と図２３に示す通り、本実施例をより良く使用するために、上述の超電導負荷２００はＭ個の単一負荷２０１を有し、ここで、Ｍ≧３であり、Ｍは奇数であり、上述の固定子群３００は２つ有しており、そのうちの１つの固定子群３００は（Ｍ－１）／２個の固定子３０１を有し、もう１つの固定子群３００は（Ｍ＋１）／２個の固定子３０１を有し、超電導負荷２００において、そのうちの（Ｍ－１）／２個の単一負荷２０１はそのうちの１つの固定子群３００中の固定子３０１と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなり、別の（Ｍ＋１）／２個の単一負荷２０１はもう１つの固定子群３００中の固定子３０１と一つ一つ対応し、且つ接続されて閉ループとなる。

【0065】

本実施例では、Ｍを５として説明を行う。超電導負荷２００中に５個の単一負荷２０１を有する場合、そのうちの１つの固定子群３００は２個の固定子３０１を有し、もう１つの固定子群３００は３個の固定子３０１を有する。これを基にして、各単一負荷２０１はいずれも各自のリードイン線端部とリードアウト線端部を有し、各固定子３０１はいずれも各自の接続端部を有しており、これにより、そのうちの２個の単一負荷２０１の各自のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれ２個の固定子３０１を有する固定子群３００中の２個の固定子３０１と接続され、別の３個の単一負荷２０１の各自のリードイン線端部とリードアウト線端部がそれぞれ３個の固定子３０１を有する固定子群３００中の３個の固定子３０１と接続される。

【0066】

これにより、Ｍが３、５、７、９……などのように奇数個であるとき、その接続形式は上述の実施例と一致する。

【0067】

図２７に示す通り、上述した任意の１つの実施例について言えば、固定子群３００はワイド型固定子５００により代替でき、１つのワイド型固定子５００は少なくとも１つの超電導負荷への給電を実現することができる。つまり、ワイド型固定子５００を使用する実施例中、超電導負荷は１個、２個、３個又は複数個であり得る。

【0068】

上述は本発明の好適な実施形態に過ぎず、本発明は上述の好適な実施形態に限定されると見なすべきではない。本発明の保護範囲は、特許請求の範囲が定めるところに準ずるものとする。当業者であれば、本発明の精神及び範囲を逸脱せずに幾らかの改良及び修飾を行うことが可能であり、それらの改良及び修飾も本発明の保護範囲に属すると見なすべきである。

【符号の説明】

【0069】

１００ 磁束ポンプ
１０１ 交流巻線
１０１１ 歯溝
１０２ 直流巻線
１０３ 第１ヨーク
１０４ 第２ヨーク
２００ 超電導負荷
２０１ 単一負荷
３００ 固定子群
３０１ 固定子
４００ 空隙
５００ ワイド型固定子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【国際調査報告】