JP2003070227A - 動力又は電力発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】機械的な動力伝達軸による動力伝達の場合の不
都合を解消した動力又は電力発生装置を提供する。 【解決手段】外部から動力伝達軸３０を回転させる力を
受けた場合、その回転力によって外筒２０が真空断熱槽
１５の周囲を回転する。この回転によって永久磁石２１
も真空断熱槽１５の周囲を回転するが、永久磁石２１は
超電導バルク５に対向するよう設けられているため、両
者の磁気的結合によって、永久磁石２１の回転運動が超
電導バルク５に伝達される。そのため、超電導バルク５
を固定した回転体６が回転し、外部から伝達された機械
動力により電力が発生可能となる。逆に、超電導コイル
３に通電することで超電導バルク５を回転させると、そ
の回転が磁気的結合によって永久磁石２１に伝達され、
動力伝達軸３０を介して機械動力を発生させることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機械動力を受けて
電力を発生する発電機、又は逆に電力を受けて機械動力
を発生する電動機として機能する動力又は電力発生装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】超電導
磁石を有効利用する超電導電動機又は発電機（以下、電
動機又は発電機の少なくともいずれか一方の機能を発揮
するものの意味で動力又は電力発生装置という語を用い
る。）は、多くの場合、界磁側と電機子側のいずれか一
方に超電導設備を配し、他方には常電導設備を配し、そ
れらを組み合わせて構成している。このような構成にお
いては、常電導設備側を回転体として構成することによ
り発生する又は供給される動力を常温領域の伝達軸を経
由して構成することが可能である（図２（ａ）参照）。
また、界磁側と電機子側を共に超電導設備で構成するこ
とにより、動力又は電力発生装置の特性を大幅に向上さ
せ得ることは知られている（図２（ｂ）参照）。

【０００３】しかしながら、このような構成の場合、発
生する回転力もしくは伝達すべき動力は、必然的に低温
領域と常温領域を機械的に結合する必要が生ずるため、
構造が複雑になるのみならず、低温領域への熱侵入量増
加の大きな要因となり、超電導の動力又は電力発生装置
の本来の魅力を阻害する要因となっていた。つまり、い
わゆる高温超電導の場合においても、外部が常温であり
内部が摂氏マイナス２００度程度以下なので、機械的な
動力伝達軸を介して内外の動力伝達を実現した場合に
は、熱損失という不可避な問題が生じる。その問題に対
処するため、例えば熱伝導率の低い材料を採用した上
で、動力伝達軸を長くしたりする必要が生ずるが、さら
に、動力伝達軸は回転したり摺動したりするため、その
ような回転や摺動を許容しながら熱損失を低減させる必
要があり、シール部を含めた全体構成が複雑になってし
まう。

【０００４】そこで本発明は、従来の「機械的な動力伝
達軸」による動力伝達の場合の不都合を解消した動力又
は電力発生装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
になされた請求項１記載の動力又は電力発生装置は、機
械動力を受けて電力を発生する発電装置、又は逆に電力
を受けて機械動力を発生する電動装置として機能するの
であるが、固定側部材及び運動子を共に超電導化して断
熱部内部に配置してある。一方、断熱部外部には、断熱
部を介して運動子と磁気的に結合する永久磁石を配置
し、その永久磁石を動力伝達軸に機械的に結合してあ
る。このような構成のため、次のような動力伝達がなさ
れる。つまり、動力伝達軸を介して機械動力を受けた場
合、その機械動力によって運動する永久磁石から、磁気
的に結合した運動子に動力伝達がなされ、電力が発生す
る。逆に、電力によって運動子が運動する場合、その運
動する運動子から、磁気的に結合した永久磁石に動力伝
達がなされる。このように発生した機械的動力は、永久
磁石と機械的に結合した動力伝達軸を介して外部に伝達
される。

【０００６】このように、断熱部内外の動力伝達が、従
来のような「機械的な動力伝達軸」によらず「断熱層を
介した磁気的結合」によって実現されるため、熱損失な
く動力伝達ができ、「機械的な動力伝達軸」によってい
た場合の種々の問題を解決できる。つまり、動力伝達軸
が必須の場合には、熱伝導度の低い材質を採用し、動力
伝達軸を長くする必要があるという問題があったが、そ
のような考慮が不要となる。また動力伝達軸の回転や摺
動を許容しながら熱損失を低減しようとするとシール部
分の構成が複雑になってしまっていたが、そもそもシー
ル部分が存在しなくなるので、構成が複雑にならない。

【０００７】なお、回転機の場合には、断熱部内部の固
定側部材、その固定側部材との間の磁気作用によって回
転運動を行う運動子は、界磁、電機子で構成されること
となるが、ここでは回転運動だけでなく往復動などの摺
動運動も想定しているため、「固定側部材」「運動子」
と表した。

【０００８】また、断熱部外部の「永久磁石」として
は、例えばネオジウム系の強力な磁石を採用することが
できる。前記運動子としては、例えば超電導バルクを用
いることができる（請求項２）。超電導バルクを用いれ
ば外部から電流を供給する必要がなく、回転体側に通電
するためのスリップリング等が不要になる等の点で有利
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明が適用された実施例
について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の
形態は、下記の実施例に何ら限定されることなく、本発
明の技術的範囲に属する限り、種々の形態を採り得るこ
とは言うまでもない。

【００１０】図１は、本実施例の動力又は電力発生装置
１の概略断面図である。本装置１は、回転機として構成
されており、界磁と電機子ともに超電導設備を使用して
いる。特に、ここでは電機子として固定した超電導コイ
ル３を使用し、界磁として超電導バルク５を固定した回
転体６を使用する。

【００１１】超電導コイル３は、冷凍機コールドヘッド
４に取り付けられている。また、回転体６は円筒状に形
成されており、超電導コイル３を覆うようにベアリング
７を介して配置されている。そのため、回転体６は超電
導コイル３の周囲を回転可能にされている。なお、ここ
で「回転可能」とは左右いずれの方向にも回転可能であ
ることを意味する。以下も同様である。

【００１２】そして、これら超電導コイル３及び回転体
６は円筒状のケース９内に密封されており、ケース９内
には冷媒ガス１０が充填されている。この冷媒ガス１０
は、ガスヘリウムなどの超電導での使用温度状態で液化
しないガスが用いられる。したがって、超電導コイル３
は冷凍機コールドヘッド４から直接的に冷却され、回転
体６は、冷凍機コールドヘッド４から冷媒ガス１０を介
して間接的に冷却される。なお、回転体６はベアリング
７によって超電導コイル３と接触しているので、超電導
コイル３及びベアリング７を介して冷却され得るが、両
者の接触面積は少ないので、このように冷媒ガス１０を
介しての冷却が有効である。

【００１３】一方、これら超電導コイル３及び回転体６
を収納したケース９の外側には円筒状の真空断熱槽１５
が配置されており、この真空断熱槽１５とケース９との
間は真空状態にされている。したがって、この真空断熱
槽１５の内外は断熱状態となっている。

【００１４】また、この真空断熱槽１５の外側にはベア
リング２３を介して有底円筒状の外筒２０が配置されて
いる。そのため、外筒２０は、真空断熱槽１５の周囲を
回転可能にされている。そして、この外筒２０には、上
記回転体６に固定された超電導バルク５に対向するよう
に永久磁石２１が設けられている。ここでは、図１に示
すように、超電導バルク５の長さと永久磁石２１の長さ
が同じにされている。

【００１５】そしてさらに、外筒２０の底部分には動力
伝達軸３０が取り付けられており、外筒２０が真空断熱
槽１５の周囲を回転すると、それに伴って動力伝達軸３
０も回転するよう構成されている。このような構成を持
つ本装置１によれば、例えば外部から動力伝達軸３０を
回転させる力を受けた場合、その回転力によって外筒２
０が真空断熱槽１５の周囲を回転する。この回転によっ
て永久磁石２１も真空断熱槽１５の周囲を回転するが、
永久磁石２１は超電導バルク５に対向するよう設けられ
ているため、両者の磁気的結合によって、永久磁石２１
の回転運動が超電導バルク５に伝達される。そのため、
超電導バルク５を固定した回転体６が回転する。これに
よって、外部から伝達された機械動力により電力が発生
可能となる。逆に、超電導コイル３に通電することで超
電導バルク５を回転させると、その回転が磁気的結合に
よって永久磁石２１に伝達され、動力伝達軸３０を介し
て機械動力を発生させることができる。

【００１６】このように、本装置１では常温側に永久磁
石２１を配し、この永久磁石２１と低温領域に配した超
電導バルク５とを断熱層を介して磁気的に結合させるこ
とにより、超電導バルク５を固定した回転体６と永久磁
石２１を固定した外筒２０とが同期して回転し、両者間
に回転力の伝達が可能となっている。そのため、図２を
参照して上述した従来手法、すなわち「機械的な動力伝
達軸」によっていた場合の不都合を解消できる。つま
り、図２（ａ）を参照して説明したように、機械的な動
力伝達軸を介して内外の動力伝達を実現した場合には、
熱損失を避けるために、熱伝導度の低い材質を採用し、
動力伝達軸を長くする必要があるという問題があった
が、本装置１の場合にはそのような考慮が不要となる。
また動力伝達軸の回転や摺動を許容しながら熱損失を低
減しようとするとシール部分の構成が複雑になってしま
っていたが、本装置１の場合にはそもそもシール部分が
存在しなくなるので、構成が複雑にならない。

【００１７】なお、本実施例の構成と特許請求の範囲の
用語との対応関係を簡単に整理しておく。本実施例の超
電導コイル３が固定側部材に相当し、超電導バルク５
（及びそれを固定する回転体６も含めても良い）が運動
子に相当する。また、真空断熱槽１５が断熱部に相当
し、永久磁石２１が永久磁石に相当する。また、動力伝
達軸３０が動力伝達軸に相当し、冷媒ガス１０が冷媒に
相当する。

【００１８】［その他］上記実施例では、回転機を例に
とって説明したが、回転運動ではなく往復動などの摺動
運動を行う装置として構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の動力又は電力発生装置の概略断面図で
ある。

【図２】従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１…動力又は電力発生装置、３…超電導コイル、４…冷
凍機コールドヘッド、５…超電導バルク、６…回転体、
７，２３…ベアリング、９…ケース、１０…冷媒ガス、
１５…真空断熱槽、２０…外筒、２１…永久磁石、３０
…動力伝達軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】機械動力を受けて電力を発生する発電機、
   又は逆に電力を受けて機械動力を発生する電動機の少な
   くともいずれか一方として機能する動力又は電力発生装
   置であって、 固定側部材及び当該固定側部材との間の磁気作用によっ
   て回転運動又は摺動運動を行う運動子を共に超電導化し
   て断熱部の内部に配置し、 前記断熱部の外部には、前記断熱部を介して前記運動子
   と磁気的に結合する永久磁石を配置し、当該永久磁石を
   動力伝達軸に機械的に結合したことを特徴とする動力又
   は電力発生装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の動力又は電力発生装置に
   おいて、 前記運動子として超電導バルクを用いることを特徴とす
   る動力又は電力発生装置。