Устройство со сверхпроводящей катушкой и синхронная машина индукторного типа
Изобретение относится к электротехнике, к синхронным машинам индукторного типа со сверхпроводящей катушкой. Технический результат состоит в уменьшении размеров. Устройство со сверхпроводящей катушкой включает в себя цилиндрический контейнер для катушки, который имеет внутреннюю окружную поверхность и наружную окружную поверхность. Сверхпроводящую катушку хранят в охлаждаемом контейнере для катушки так, что на внутреннюю окружную поверхность навит сверхпроводящий элемент. Столбчатое магнитное тело крепят к внутренней окружной поверхности контейнера для катушки. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 11 ил.
Техническая область применения
Настоящее изобретение относится к устройству со сверхпроводящей катушкой и к синхронной машине индукторного типа, включающей в себя устройство со сверхпроводящей катушкой, которая вращается с синхронизацией изменения полярности якоря и вращения вращательного вала.
В данной заявке на патент сделаны притязания на приоритет согласно японской заявке на патент № 2006-174008, поданной на рассмотрение 23 июня 2006 г., содержание которой введено в данную заявку на патент.
Уровень техники
Когда электрический ток проходит через сверхпроводящую катушку, вокруг которой навит сверхпроводящий элемент, линии магнитного потока магнитного поля, создаваемого в сверхпроводящей катушке, проходят через саму сверхпроводящую катушку. По этой причине, в частности, если используют сверхпроводящий элемент на основе висмута, величина текущего электрического тока будет уменьшена, когда происходит увеличение плотности магнитного потока, и прохождение электрического тока будет затруднено. Соответственно, в свете того обстоятельства, что при криогенной температуре (температуре жидкого гелия), поскольку сверхпроводящий элемент на основе висмута имеет значительно более высокое критичное магнитное поле, чем материал на основе металла, предложено, чтобы вся сверхпроводящая катушка была охлаждена до криогенной температуры посредством жидкого неона или жидкого гелия (см., например, патентный документ 1).
В таком устройстве со сверхпроводящей катушкой величина тока, проходящего через сверхпроводящую катушку, может быть сохранена, даже если плотность магнитного потока увеличивается.
Патентный документ 1: японская заявка на патент, первичная публикация № 2000-323321.
Раскрытие изобретения
Проблемы, которые должны быть решены посредством изобретения
Однако в описанном выше устройстве со сверхпроводящей катушкой жидкий неон или жидкий гелий используют в качестве хладагента для сверхпроводящей катушки, и, следовательно, становится затруднительным использовать хладагент. Соответственно, хотя, например, в синхронной машине индукторного типа применяют устройство со сверхпроводящей катушкой, система охлаждения становится крупноразмерной, и, следовательно, конструкция всей синхронной машины, включая катушку, становится усложненной, а ее размеры увеличиваются.
Настоящее изобретение разработано в свете описанной выше проблемы, при этом цель настоящего изобретения заключается в создании устройства со сверхпроводящей катушкой, предпочтительно обеспечивающего величину электрического тока, текущего к сверхпроводящей катушке, имеющей большую плотность магнитного потока, даже когда в качестве хладагента используют жидкий азот, который использовать легче, чем жидкий гелий, а также в создании синхронной машины индукторного типа, в которой используют устройство со сверхпроводящей катушкой.
Средства решения проблемы
Чтобы добиться указанной выше цели, согласно первому аспекту настоящего изобретения используют устройство со сверхпроводящей катушкой, включающее в себя цилиндрический контейнер катушки, который имеет внутреннюю окружную поверхность и наружную окружную поверхность; сверхпроводящую катушку, которую хранят в охлаждаемом контейнере так, что сверхпроводящий элемент навит на внутренней окружной поверхности; и столбчатое магнитное тело, которое крепят к внутренней окружной поверхности контейнера для катушки.
Согласно настоящему изобретению путем прохождения линий магнитного потока, создаваемых тогда, когда электрический ток течет к сверхпроводящей катушке через столбчатое магнитное тело в осевом направлении, линии магнитного потока, проходящие через сверхпроводящую катушку, могут быть ослаблены. Поэтому, даже когда сверхпроводящая катушка охлаждена до температуры жидкого азота, но не жидкого неона, жидкого гелия или чего-то подобного, ток может в достаточной степени течь к сверхпроводящей катушке. В это время максимальная плотность магнитного потока ограничена максимальной плотностью магнитного потока столбчатого магнитного тела. Однако, поскольку столбчатое магнитное тело не охлаждено, плотность магнитного потока может быть сохранена.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения применяют устройство со сверхпроводящей катушкой, соответствующее первому аспекту, в котором каждая из окружных краевых частей обеих торцевых поверхностей столбчатого магнитного тела обеспечена фланцем, при этом фланцы приводят в контакт с обеими торцевыми поверхностями контейнера для катушки.
Согласно настоящему изобретению может быть получена большая плотность магнитного потока, чем в том случае, когда не обеспечены фланцы.
Согласно третьему аспекту настоящего изобретения применяют устройство со сверхпроводящей катушкой, соответствующее второму аспекту, в котором фланцы сформированы таким образом, чтобы они были сужены к обеим торцевым поверхностям столбчатого магнитного тела.
Согласно настоящему изобретению может быть получена большая плотность магнитного потока, чем в том случае, когда фланцы имеют равномерную толщину.
Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения применяют устройство со сверхпроводящей катушкой, соответствующее первому аспекту, в котором столбчатое магнитное тело формируют посредством сборки множества пластинчатых деталей вдоль множества плоскостей, включающих в себя центральную осевую линию или параллельных центральной осевой линии, при этом между поверхностями пластинчатых деталей, смежных друг с другом, обеспечен изолятор.
Согласно настоящему изобретению смежные пластинчатые детали электрически изолированы изоляторами. Поэтому, даже когда посредством магнитного поля, генерируемого в сверхпроводящей катушке, создают ток в столбчатом магнитном теле, ток не будет проходить к смежным пластинчатым деталям. Ток вокруг центральной осевой линии может быть прерван, и плотность магнитного потока предпочтительно может быть сохранена.
Согласно пятому аспекту настоящего изобретения применяют синхронную машину индукторного типа, имеющую устройство со сверхпроводящей катушкой согласно первому аспекту.
Согласно настоящему изобретению, поскольку синхронная машина индукторного типа имеет устройство со сверхпроводящей катушкой, соответствующее настоящему изобретению, синхронная машина индукторного типа может надлежащим образом получать электрическую энергию при использовании в качестве электрического генератора. Кроме того, синхронная машина индукторного типа может получать соответствующую выходную мощность при использовании в качестве индуктора.
Результат изобретения
Согласно настоящему изобретению, даже если в качестве хладагента используют жидкий азот, который использовать легче, чем жидкий гелий, предпочтительно может быть обеспечена величина электрического тока, текущего к сверхпроводящей катушке, имеющей большую плотность магнитного потока.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 представлен вид в поперечном сечении, схематически показывающий внутренние конструкции устройства со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.2 представлен вид, показывающий столбчатое магнитное тело сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.3 представлен вид в перспективе, показывающий тело ротора сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.4 представлен вид в перспективе, показывающий индуктор полюса N сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.5 представлен вид в перспективе, показывающий компоновку индукторов полюса N и индукторов полюса S сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.6 представлен вид в перспективе, показывающий компоновку индукторов полюса N и индукторов полюса S сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 представлен вид в перспективе, показывающий индуктор полюса S сверхпроводящего двигателя согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.8 представлен вид в поперечном сечении, схематически показывающий внутренние конструкции устройства со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящего двигателя согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.9 представлен вид в поперечном сечении, показывающий столбчатое магнитное тело устройства со сверхпроводящей катушкой согласно третьему варианту осуществления настоящего изобретения.
На фиг.10 представлен вид в поперечном сечении, схематически показывающий внутренние конструкции устройства со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящего двигателя согласно измененному примеру выполнения настоящего изобретения.
На фиг.11 представлен вид в поперечном сечении, схематически показывающий внутренние конструкции устройства со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящего двигателя согласно измененному примеру выполнения настоящего изобретения.
Описание позиций и символов
1, 33, 40, 41, 46 - сверхпроводящий двигатель (синхронная машина индукторного типа);
2, 30, 35 - устройство со сверхпроводящей катушкой;
13 - контейнер с хладагентом для теплоизоляции якоря (контейнер для катушки);
13а - внутренняя окружная поверхность;
13b - наружная окружная поверхность;
15 - катушка якоря (сверхпроводящая катушка);
16, 31, 36 - столбчатое магнитное тело;
17, 32 - фланец;
32а - наклонная поверхность;
37А, 37В, 37С, 37D, 37Е, 37F, 37G - пластинчатая деталь.
Наилучший способ осуществления изобретения
Со ссылкой на фиг.1-7 будет описан первый вариант осуществления настоящего изобретения.
Сверхпроводящий двигатель (синхронная машина индукторного типа) 1 согласно настоящему изобретению представляет собой сверхпроводящий двигатель, имеющий конструкцию с осевым зазором, которая содержит устройства 2 со сверхпроводящей катушкой и вращательный вал 3 в его центре. Сверхпроводящий двигатель включает в себя пару статоров 7А и 7В со стороны поля возбуждения, каждый из которых имеет ярмо 5, изготовленное из магнитного материала, и катушку 6 возбуждения, выступающую из ярма 5 в осевом направлении вращательного вала 3 для формирования полюса N и полюса S в радиальном направлении, и которые с двух сторон расположены так, чтобы они были противоположны друг другу в направлении вращательного вала 3; пару роторов 11А и 11В, каждый из которых имеет индукторы 8 полюса N, расположенные таким образом, чтобы они были противоположны полюсу N, образованному катушкой 6 возбуждения, и намагничены, и индукторы 10 полюса S, расположенные так, чтобы они были противоположны полюсу S, образованному катушкой 6 возбуждения, и намагничены, при этом пара роторов 11А и 11В расположена с двух сторон таким образом, чтобы они были противоположны друг другу в направлении вращательного вала 3; статор 12 со стороны якоря, который удерживают между парой роторов 11А и 11В и который поддерживает вращательный вал 3, так что вращательный вал может совершать вращение и проникать через него, и в котором расположены устройства 2 со сверхпроводящей катушкой.
Устройства 2 со сверхпроводящей катушкой содержат цилиндрический контейнер с хладагентом для теплоизоляции якоря (контейнер катушки) 13, имеющий внутреннюю окружную поверхность 13а и наружную окружную поверхность 13b, катушку 15 якоря, хранящуюся в охлаждаемом контейнере 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря, так что сверхпроводящий элемент на основе висмута или иттрия навит на внутреннюю окружную поверхность 13а, и цилиндрическое столбчатое магнитное тело 16, прикрепленное к внутренней окружной поверхности 13а контейнера 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря. Устройства 2 со сверхпроводящей катушкой встраивают через заданные интервалы на одной и той же окружности статора 12 со стороны якоря вокруг вращательного вала 3, так что обе торцевые поверхности 16а и 16b каждого столбчатого магнитного тела 16 противоположны индуктору 8 полюса N и индуктору 10 полюса S.
Как показано на фиг.2, столбчатое магнитное тело 16 имеет конструкцию, в которой 4 столбчатые детали 16А, 16В, 16С и 16D, изготовленные из материала с высокой проницаемостью, например из пермендюра, листа кремнистой стали, железа, пермаллоя или чего-то подобного, расположены вокруг пластинчатой детали 16Е так, чтобы быть объединенными друг с другом. Столбчатое магнитное тело расположено таким образом, чтобы проникать в тело 21 ротора, который будет описан далее. Проходящие по окружности краевые части, действующие, обе, в качестве торцевых поверхностей 16а и 16b столбчатого магнитного тела 16, обеспечены фланцем 17, выступающим в радиальном направлении от части тела, в которой цилиндр разделен поверхностью, включающей в себя его центральную осевую линию. Фланец 17 имеет больший наружный диаметр, чем наружный диаметр столбчатого магнитного тела 16, так чтобы быть приведенным в контакт с обеими торцевыми поверхностями 13с и 13d контейнера 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря.
Соответственно, при сборке устройства 2 со сверхпроводящей катушкой вначале пластинчатую деталь 16Е пропускают через центральное отверстие контейнера 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря, чтобы вставить корпусные части столбчатых деталей 16А, 16В, 16С и 16D вокруг нее с обеих торцевых поверхностей контейнера 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря. В ином случае, например, столбчатые детали 16А и 16В располагают вокруг пластинчатой детали 16Е способом проникновения от торцевой поверхности 13с контейнера 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря, а корпусные части других столбчатых деталей 16С и 16D вводят к контейнеру 13 от торцевой поверхности 13d. При этом в состоянии, в котором цилиндрическую часть столбчатого магнитного тела 16 крепят к контейнеру 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря, фланцы 17 выступают от обеих торцевых поверхностей 13с и 13d контейнера 13.
Ярмо 5 изготавливают из магнитного материала, например из пермендюра, листа кремнистой стали, железа, пермаллоя или чего-то подобного, и образуют в форме диска, имеющего заданную толщину в направлении вращательного вала 3. В центре ярма 5 обеспечивается сквозное отверстие 5а, имеющее такой диаметр, чтобы через него проникал вращательный вал 3. Контейнеры 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения, которые образуют в кольцевой форме вокруг вращательного вала 3, выступают в направлении вращательного вала 3 от внутренних поверхностей ярма 5, противоположных друг другу. Контейнеры 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения заполняют жидким азотом и в них хранят катушку 6 возбуждения.
Катушку 6 возбуждения изготавливают из сверхпроводящего материала на основе висмута или иттрия. Катушку возбуждения хранят в контейнере 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения так, чтобы она была навита вокруг вращательного вала 3. По этой причине, когда катушка 6 возбуждения возбуждена, наружная окружная сторона и внутренняя окружная сторона будут разделены в радиальном направлении для создания магнитного полюса.
Как показано на фиг.3, каждый из пары роторов 11А и 11В имеет тело 20 ротора, изготовленное из немагнитного материала, такого как пластмасса, армированная стекловолокном, или из нержавеющей стали, и удерживает вращательный вал 3 посредством установочного отверстия 20а, выполненного в его центре. В наружной поверхности тела 20 ротора, противоположной ярму 5, вокруг вращательного вала 3 в кольцевой форме образована зацепная канавка 11а, входящая в зацепление с катушкой 6 возбуждения. Множество удерживающих вогнутых частей 11b и 11с формируют в окружном направлении таким образом, чтобы окружать зацепное отверстие 11а и хранить индукторы 8 полюса N или индукторы 10 полюса S.
Как показано на фиг.4, индукторы 8 полюса N выполнены с одной торцевой поверхностью 8а, которая образована по криволинейной форме, так, чтобы она была противоположна контейнеру 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения снаружи или изнутри в радиальном направлении, и с другой торцевой поверхностью 8b, которая образована в форме эллиптической пластины, так, чтобы она была длинной в окружном направлении тела 20 ротора и была короткой в радиальном направлении, когда противоположна столбчатому магнитному телу 16, либо фактически в форме диска. Как показано на фиг.5 и 6, в целом имеются четыре индуктора 8 полюса N, каждый из которых расположен в месте, симметричном по отношению к центру тела 20 ротора, с проникновением в направлении вращательного вала 3. В этом случае одна торцевая поверхность 8а каждого индуктора 8 полюса N расположена таким образом, чтобы она была противоположна положению создания полюса N катушки 6 возбуждения при обращении к зацепной канавке 11а. Другая торцевая поверхность 8b расположена так, чтобы она была противоположна катушке 15 якоря.
Как показано на фиг.7, индукторы 10 полюса S выполнены с одной торцевой поверхностью 10а, которая образована по криволинейной форме, так, чтобы она была противоположна контейнеру 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения снаружи или изнутри в радиальном направлении, и с другой торцевой поверхностью 10b, которая образована в форме эллиптической пластины, так, чтобы она была длинной в окружном направлении тела 20 ротора и была короткой в радиальном направлении, когда противоположна столбчатому магнитному телу 16, либо фактически в форме диска. Как показано на фиг.5 и 6, в целом имеются четыре индуктора 10 полюса S, каждый из которых находится в положении, симметричном по отношению к центру тела 20 ротора, и отличается по фазе примерно на 90 градусов по отношению к индуктору 8 полюса N, с проникновением в направлении вращательного вала 3. В этом случае одна торцевая поверхность 10а каждого индуктора 10 полюса S расположена так, чтобы она была противоположна положению образования полюса S катушки 6 возбуждения при обращении к зацепной канавке 11а. Другая торцевая поверхность 10b расположена таким образом, чтобы она была противоположна катушке 15 якоря. Индукторы 8 полюса N и индукторы 10 полюса S изготавливают из магнитного материала, например из пермендюра, листа кремнистой стали, железа, пермаллоя или из чего-то подобного.
Статор 12 со стороны якоря имеет тело 21 статора, изготовленное из немагнитного материала, такого как пластмасса, армированная стекловолокном, или из нержавеющей стали. В центре тела 21 статора расположено сквозное отверстие 21а, через которое проходит вращательный вал 3. В тело 21 статора через заданные интервалы на одной и той же окружности встроены шесть устройств 2 со сверхпроводящей катушкой.
Посредством электропроводки 22 постоянного тока с катушкой 6 возбуждения соединен источник 23 постоянного тока. Кроме того, посредством электропроводки 25 переменного тока с катушкой 15 якоря соединен источник 26 переменного тока. Между тем, охлаждающее устройство 28, в котором в качестве хладагента используют жидкий азот, посредством охлаждающего трубопровода 27 соединен с контейнером 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения и с контейнером 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря. Охлаждающее устройство 28 соединяют с источником мощности возбуждения (не показан) для охлаждения и циркуляции жидкого азота.
Далее будут описаны операции, выполняемые устройством 2 со сверхпроводящей катушкой согласно этому варианту осуществления и сверхпроводящим двигателем 1, имеющим устройство со сверхпроводящей катушкой.
Во-первых, приводят в действие охлаждающее устройство 28, чтобы подать жидкий азот к контейнеру 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения и к контейнеру 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря через охлаждающий трубопровод 27. Каждую из катушки 6 возбуждения и катушки 15 якоря, расположенных в контейнере 18 с хладагентом для теплоизоляции поля возбуждения и в контейнере 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря, охлаждают так, чтобы они находились в сверхпроводящем состоянии.
Далее к каждой катушке 6 возбуждения от источника 23 постоянного тока подают постоянный ток. В это время в зависимости от направления постоянного тока, например, полюс N будет образован наружу в радиальном направлении катушки 6 возбуждения, а полюс S будет образован внутрь в радиальном направлении в статоре 7А со стороны поля возбуждения. Соответственно, полюс N направляют к другой торцевой поверхности 8b индуктора 8 полюса N, которая противоположна статору 12 со стороны якоря. С другой стороны, полюс S направляют к другой торцевой поверхности 10b индуктора 10 полюса S, которая противоположна статору 12 со стороны якоря. Те же самые магнитные полюсы будут образованы в зависимости от направления постоянного тока в статоре 7В со стороны поля возбуждения, при этом полюсы N и S направляют к другим торцевым поверхностям 8b и 10b, соответственно, индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S.
В этом состоянии трехфазный переменный ток подают к катушке 15 якоря от источника 26 переменного тока. В это время вследствие разности между тремя фазами вращательное магнитное поле, вращающееся вокруг вращательного вала 3, будет создано в катушке 15 якоря. Кроме того, линии магнитного потока проходят через столбчатое магнитное тело 16 в осевом направлении, и таким образом магнитные полюсы, отличающиеся друг от друга, поочередно возникают в соответствии с циклом переменного тока на обеих торцевых поверхностях 16а и 16b столбчатого магнитного тела 16. Вращательное магнитное поле повторяет действие втягивания и отталкивания между другими торцевыми поверхностями 8b и 10b индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S, чтобы создать силу вращения вокруг линии вращательного вала в одном и том же направлении между парой роторов 11А и 11В, и, следовательно, вращательный вал 3 будет совершать вращение.
В случае этого сверхпроводящего двигателя 1, поскольку устройство 2 со сверхпроводящей катушкой включает в себя столбчатое магнитное тело 16, линии магнитного потока, проходящие через саму катушку 15 якоря, также могут проходить через столбчатое магнитное тело 16 для ослабления линий магнитного потока, проходящих через саму катушку 15 якоря. Соответственно, даже если катушку 15 якоря охлаждают до температуры жидкого азота, но не жидкого неона или жидкого гелия, к катушке 15 якоря может проходить достаточный ток. В это время максимальная плотность магнитного потока ограничена максимальной плотностью магнитного потока столбчатого магнитного тела 16. Однако, поскольку столбчатое магнитное тело 16 не охлаждено, плотность магнитного потока может быть сохранена. Кроме того, поскольку обе торцевых поверхности 16а и 16b столбчатого магнитного тела 16 обеспечены фланцем 17, может быть получена увеличенная плотность магнитного потока.
Кроме того, поскольку в паре роторов 11А и 11В катушка не расположена, только катушка 6 возбуждения и катушка 15 якоря, расположенные в статорах, могут быть запитаны электроэнергией и охлаждены, при этом конструкция электрической системы и системы охлаждения может быть упрощена. В этом случае посредством зацепления катушки 6 возбуждения с зацепной канавкой 11а тела 20 ротора катушка 6 возбуждения может быть расположена в теле 20 ротора так, чтобы быть окруженной индуктором 8 полюса N и индуктором 10 полюса S в радиальном направлении. Соответственно, при толщине каждого из статоров 7А и 7В со стороны поля возбуждения в его осевом направлении может быть учтена только толщина, требуемая для ярма 5, без учета величины выступа катушки 6 возбуждения к ротору 11А или 11В, и его длина в направлении вращательного вала 3 может быть уменьшена.
Далее со ссылкой на фиг.8 будет описан второй вариант осуществления конструкции.
Те же самые компоненты, что и в описанном выше первом варианте конструкции, обозначены такими же позициями, при этом их описание не будет приведено. Второй вариант осуществления отличается от первого варианта тем, что фланцы 32, обеспеченные в столбчатом магнитном теле 31 устройства 30 со сверхпроводящей катушкой согласно этому варианту, сужены к обеим торцевым поверхностям 31а и 31b столбчатого магнитного тела 31, и, следовательно, образованы наклонные поверхности 32а. Остальная конструкция сверхпроводящего двигателя 33, имеющего устройство 30 со сверхпроводящей катушкой, такая же, что и в первом варианте.
Далее будут описаны операции, выполняемые устройством 30 со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящим двигателем 33.
Как и в первом варианте осуществления, каждую из катушки 6 возбуждения и катушки 15 якоря охлаждают до состояния сверхпроводимости и затем к катушке 6 возбуждения подают постоянный ток. Полюс N и полюс S направляют к другим торцевым поверхностям 8b и 10b, соответственно, индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S.
В этом состоянии трехфазный переменный ток подают к катушке 15 якоря от источника 26 переменного тока. В это время, как описано выше, посредством разности между тремя фазами в катушке 15 якоря создается вращательное магнитное поле, вращающееся вокруг вращательного вала 3. В этом случае линии магнитного потока проходят в осевом направлении через столбчатое магнитное тело 31. Поскольку фланцы 32 дополнительно обеспечены наклонными поверхностями 32а, линии магнитного потока проходят через наклонные поверхности 32а фланцев 32 в дополнение к обеим торцевым поверхностям 31а и 31b.
При этом создается вращательное магнитное поле, имеющее большую плотность магнитного потока, чем в первом варианте осуществления. Между другими торцевыми поверхностями 8b и 10b индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S повторяются действия притягивания и отталкивания, чтобы создать силу вращения вокруг линии вращательного вала в том же самом направлении между парой роторов 11А и 11В, и, следовательно, вращательный вал 3 будет вращаться.
В случае устройства 30 со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящим двигателем 33, как и в первом варианте осуществления, может быть получена большая плотность магнитного потока, чем в том случае, когда фланцы 32 имеют равномерную форму.
Далее со ссылкой на фиг.9 будет описан третий вариант осуществления изобретения.
Те же самые компоненты, что и в описанном выше варианте конструкции, обозначены такими же позициями, при этом их описание не будет приведено. Третий вариант осуществления отличается от первого варианта тем, что столбчатое магнитное тело 36 устройства 35 со сверхпроводящей катушкой согласно настоящему изобретению формируют посредством сборки множества пластинчатых деталей 37А-37G вдоль множества плоскостей, включающих в себя центральную осевую линию С или параллельных центральной осевой линии С, а между поверхностями пластинчатых деталей 37А-37G, смежных друг с другом, обеспечен изолятор 38.
Далее будут описаны операции, выполняемые устройством 35 со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящим двигателем 40, имеющим устройство со сверхпроводящей катушкой. Кроме того, в этом варианте вращательный вал (не показан) приводят во вращение посредством выполнения тех же самых операций, что и операции, касающиеся устройства 2 со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящего двигателя 1 согласно первому варианту осуществления. В этом случае пластинчатые детали 37А-37G электрически изолированы посредством изоляторов 38. Соответственно, даже когда посредством магнитного поля, генерируемого в катушке якоря (не показана), будет обеспечен электрический ток в столбчатом магнитном теле 36, ток вокруг центральной осевой линии С будет прерван между пластинчатыми деталями 37А-37G. Соответственно, в случае устройства 35 со сверхпроводящей катушкой и сверхпроводящим двигателем 40 предпочтительно может быть сохранена плотность магнитного потока магнитного поля, генерируемого катушкой якоря.
Технический объем настоящего изобретения не ограничен описанными выше вариантами, при этом без отклонения от существа и объема настоящего изобретения могут быть выполнены различные изменения. Например, в описанных выше вариантах осуществления синхронная машина индукторного типа представляет собой сверхпроводящий двигатель. Однако синхронная машина индукторного типа может быть использована в качестве электрического генератора, который генерирует электрическую энергию посредством вращения вращательного вала 3.
Кроме того, в описанных выше вариантах осуществления столбчатое магнитное тело 16 обеспечивают фланцами 17, но его торцевые поверхности могут и не иметь фланцев. В этом случае не требуется, чтобы столбчатое магнитное тело было разделено на столбчатые или пластинчатые детали. Далее, когда столбчатое магнитное тело и контейнер 13 с хладагентом для теплоизоляции якоря крепят друг к другу, может быть обеспечен фиксирующий элемент для гарантии их соединения.
Кроме того, в сверхпроводящем двигателе 1 согласно первому варианту осуществления ярмо 5 каждого из статоров 7А и 7В со стороны поля возбуждения обеспечивают катушкой 6 возбуждения, включающей в себя сверхпроводящий элемент. Однако вместо катушки 6 возбуждения, индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S пара роторов 42А и 42В сверхпроводящего двигателя 41 может быть обеспечена постоянным магнитом 43, как показано на фиг.10. В этом случае постоянный магнит 43, равный по размеру и расположенный аналогичным образом к другим торцевым поверхностям 8b и 10b индуктора 8 полюса N и индуктора 10 полюса S согласно первому варианту осуществления, расположен в теле 45 ротора так, чтобы он был противоположен устройству 2 со сверхпроводящей катушкой. Тело 45 ротора включает в себя такое же магнитное тело, что и ярмо 5 статора 12 со стороны якоря согласно первому варианту осуществления, и соединено с вращательным валом 3.
Сверхпроводящий двигатель 41 имеет то же самое устройство 2 со сверхпроводящей катушкой, что и в первом варианте осуществления. Соответственно, в состоянии, в котором трехфазный переменный ток подают к катушке 15 якоря устройства 2 со сверхпроводящей катушкой от источника 26 переменного тока, вращательный вал 3 будет вращаться посредством той же самой операции, что и в случае сверхпроводящего двигателя 1 согласно первому варианту осуществления, при котором постоянный ток течет к катушке 6 возбуждения. Кроме того, могут быть получены результаты, подобные результатам согласно первому варианту осуществления. Далее, как показано на фиг.11, сверхпроводящий двигатель 46, содержащий постоянный магнит 43, может иметь устройство 30 со сверхпроводящей катушкой согласно второму варианту осуществления.
Дополнительно, в случае описанных выше вариантов осуществления, в настоящем изобретении используют внутренний тип ротора, при котором вращательный вал 3, соединенный с центрами пары роторов, вращается с парой роторов, но изобретение этим не ограничено. Например, в настоящем изобретении может быть обеспечена синхронная машина индукторного типа с наружным типом ротора, в которой вальная часть, расположенная по его центру, представляет собой фиксированный вал, а внешнюю окружность соединяют с парой роторов.
Кроме того, количество сочетаний индукторов полюса N и индукторов полюса S, и катушек якоря не ограничено приведенным выше сочетанием. Например, количество индукторов полюса N и количество индукторов полюса S может составлять по два каждого, а количество катушек якоря может быть равно трем. Далее, как количество индукторов полюса N, так и количество индукторов полюса S может быть равно восьми, а количество катушек якоря может быть равно двенадцати.
1. Устройство со сверхпроводящей катушкой, содержащее:
цилиндрический контейнер для катушки, который имеет внутреннюю окружную поверхность и наружную окружную поверхность;
сверхпроводящую катушку, которую хранят в охлаждаемом контейнере для катушки так, что на внутреннюю окружную поверхность навит сверхпроводящий элемент;
столбчатое магнитное тело, которое крепят к внутренней окружной поверхности контейнера для катушки,
и при этом каждая из окружных краевых частей обеих торцевых поверхностей столбчатого магнитного тела обеспечена фланцем, и фланцы приведены в контакт с обеими торцевыми поверхностями контейнера для катушки.
2. Устройство со сверхпроводящей катушкой по п.1, в котором фланцы формируют так, чтобы они сужались к обеим торцевым поверхностям столбчатого магнитного тела.
3. Устройство со сверхпроводящей катушкой по п.1, в котором столбчатое магнитное тело формируют посредством сборки множества пластинчатых деталей вдоль множества плоскостей, включающих в себя центральную осевую линию или параллельных центральной осевой линии, и
в котором между поверхностями пластинчатых деталей, смежных друг с другом, обеспечен изолятор.
4. Синхронная машина индукторного типа, имеющая устройство со сверхпроводящей катушкой по п.1.
