JP2010148202A - 超電導装置 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場発生部の駆動が停止しているとき、外部からの入熱を抑え、超電導コイルの昇温を抑制するのに有利な超電導装置を提供する。
【解決手段】超電導装置１は、透磁コア２１および超電導コイル２２を有する磁場発生部２と、超電導コイル２２を極低温に維持する極低温発生部３と、超電導コイル２２を収容する断熱室４０を形成する容器４と、超電導コイル２２に給電する電流導入端子５と、磁場発生部２の駆動時に電流導入端子５に給電する給電端子６と、給電端子６および電流導入端子５のうちの一方を保持すると共に磁場発生部２の駆動の停止時に電流導入端子５と給電端子６とを熱的に切り離す熱侵入抑制要素７とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は超電導コイルを有する超電導装置に関する。

従来、回転子に超電導コイルを設け、回転子を断熱容器内に配置し、断熱容器の底部に液体窒素を冷媒として貯めた超電導装置が知られている（特許文献１）。このものによれば、回転子の下部が冷媒に浸漬されており、回転子の回転により冷媒を断熱容器内で飛散させることにしている。

また、冷凍機により極低温に維持される伝熱冷却機構が設けられており、固定子に設けられている超電導コイルを伝熱冷却機構による伝熱冷却により冷却させる超電導装置が知られている（特許文献２）。
特開２００６−２３８５７０号公報 特開２００７−８９３４５号公報

上記した超電導装置によれば、超電導装置の駆動が停止しているときにおいて、外部の熱が給電端子を介して超電導コイル側に侵入するおそれがあり、このため超電導コイルが昇温される傾向があった。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、磁場発生部の駆動が停止しているときにおいて、外部からの入熱を抑え、超電導コイルの昇温を抑制するのに有利な超電導装置を提供するにある。

本発明に係る超電導装置は、（ｉ）磁束を発生させる超電導コイルを有する磁場発生部と、（ｉｉ）超電導コイルの超電導状態を維持するために超電導コイルを極低温に維持する極低温発生部と、（ｉｉｉ）超電導コイルを収容する断熱室を形成する容器と、（ｉｖ）超電導コイルに電気的に接続され超電導コイルに給電するための電流導入端子と、（ｖ）外部の電源に接続され超電導モータの駆動時に電流導入端子に給電するための給電端子と、（ｖｉ）給電端子および電流導入端子のうちの一方を保持すると共に超電導モータの停止時に電流導入端子と給電端子とを熱的に切り離し、給電端子から電流導入端子に向かう熱侵入を抑制する熱侵入抑制要素とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、電流導入端子は、超電導コイルに電気的に接続されており、超電導コイルに給電する導電材料を基材とする端子である。給電端子は、外部の電源に接続される導電材料を基材とする端子である。超電導装置の駆動時には、給電端子と電流導入端子とが電気的に接触し、外部の電源に繋がる給電端子から電流導入端子に給電され、ひいては超電導コイルに給電させる。これに対して、超電導装置の駆動の停止時には、熱侵入抑制要素により電流導入端子と給電端子とが熱的に切り離される。このため、給電端子から電流導入端子に向かう熱侵入が抑制される。この結果、超電導装置の停止時において、超電導コイルの昇温が抑制される。

本発明によれば、超電導装置の駆動の停止時には、熱侵入抑制要素により電流導入端子と給電端子とが熱的に切り離される。このため、外部の電源に繋がる給電端子から電流導入端子に向かう熱侵入が抑制される。この結果、超電導装置の駆動が停止しているときにおいて、外部から超電導コイルへの入熱が抑えられ、超電導コイルの昇温が抑制される。

超電導装置は超電導コイルを有する。このような超電導装置としては磁場発生装置が例示される。超電導コイルの磁束を透過させる透磁コアが設けられていることが好ましい。透磁コアは、透磁率が高い鉄系材料で形成された鉄心が例示される。磁場発生部は、固定子および固定子に対して移動可能な可動子を有する超電導モータを構成することが好ましい。超電導コイルは、固定子および可動子のうちの少なくとも一方に設けられている（請求項２）。可動子は回転するタイプが好ましいが、往復直動するタイプでも良い。超電導モータの場合には、超電導コイルは固定子および可動子のうちの少なくとも一方に設けられていることが好ましい。

極低温発生部は、超電導コイルの超電導状態を維持するために超電導コイルを極低温に維持するものである。極低温とは、超電導コイルが超電導状態を示す臨界温度以下の温度領域をいう。従って超電導コイルが示す臨界温度および組成に応じて、極低温の温度領域は相違する。極低温とは、実用的には、窒素ガスの液化温度（７７Ｋ）以下であることが好ましい。但し、超電導コイルの組成によっては１００Ｋ以下、１５０Ｋ以下でよい場合がある。極低温発生部は冷凍機であっても良いし、あるいは、冷凍機からの低温を超電導モータ側に伝熱させる伝熱機構でも良い。

容器は、超電導コイルを断熱させる断熱室を形成する。断熱室は真空断熱室が好ましい。真空は高真空状態であり、例えば、１０^−１Ｐａ以下、１０^−２Ｐａ以下、１０^−５Ｐａ以下が例示されるが、これに限定されるものではない。真空断熱室は常時、シールにより真空状態に維持されている方式でも良いし、真空ポンプにより吸引されて真空状態が維持されている方式でも良い。

電流導入端子は、超電導コイルに電気的に接続されるものであり、超電導コイルに給電する。給電端子は、外部の電源に接続されるものであり、超電導モータ等の磁場発生部の駆動時に電流導入端子に電気的に接続されて電流導入端子に給電する。熱侵入抑制要素は、給電端子および電流導入端子のうちの一方を保持すると共に、超電導モータ等の磁場発生部の停止時に電流導入端子と給電端子とを熱的に切り離し、給電端子から電流導入端子に向かう熱侵入を抑制する。

本発明は、次の形態を例示することができる。本発明の一視点によれば、超電導装置の駆動の停止時に、電流導入端子と給電端子とを熱的に切り離し、給電端子から電流導入端子に向かう熱侵入を抑制するための動作を行うためのアクチュエータが設けられている。

また、本発明の一視点によれば、容器は、電流導入端子を保持する第１保持部を有しており、熱侵入抑制要素は、給電端子を保持する第２保持部と、第１保持部と第２保持部との間の距離を調整する距離調整部とを有することが好ましい。距離調整部は伸縮可能な伸縮部が好ましい。この場合、伸縮部が伸張することにより、第１保持部と第２保持部とを互いに離間させ、第１保持部の電流導入端子から第２保持部の給電端子とを機械的に離間させることにより、電流導入端子と給電端子とを熱的に切り離すことが好ましい（請求項３）。伸縮部は蛇腹を有する構造、可撓性を有する構造が好ましい。

本発明の一視点によれば、容器の断熱室は真空断熱室であり、熱侵入抑制要素は、真空断熱室に連通して真空断熱状態に維持されると共に、超電導モータの駆動時に電流導入端子と給電端子とが電気的に接続される中空状の熱的遮断室を備えていることが好ましい（請求項４）。この場合、熱的遮断室の内部が真空断熱状態に維持されるときには、電流導入端子と給電端子とが電気的に接続されているとき、熱的遮断室が高い断熱性を発揮する。このため、熱的遮断室の内部に配置されている電流導入端子および給電端子にジュール熱が発生するときであっても、電流導入端子および給電端子の昇温化が抑制される。ひいては、電流導入端子および給電端子の電気抵抗を低下させるのに貢献できる。なお、熱的遮断室は高真空状態であっても良いし、大気圧状態でもあっても良い。

本発明の一視点によれば、給電端子および電流導入端子のうちの一方は、雌部を有しており、給電端子および電流導入端子のうちの他方は、雌部に嵌合可能な雄部を有することが好ましい（請求項５）。雌部および雄部の断面形状は適宜選択され、円形状でも、四角形状、六角形状等でも良い。

本発明の一視点によれば、雌部と雄部との間には、雌部と雄部との電気的接触性を高め導電材料で形成された弾性部材が介在していることが好ましい（請求項６）。導電材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示される。本発明の一視点によれば、容器は、超電導コイルの外側を包囲する外側真空断熱室と、超電導コイルの内側を包囲する内側真空断熱室とを有することが好ましい。この場合、超電導コイルの低温状態が維持されやすい。

図１〜図３は本発明の実施例１を示す。本実施例は、超電導装置の代表例である磁場発生装置の一例として超電導モータ装置に適用した実施例である。図１は、本実施例に係る超電導モータ装置１を示す。超電導モータ装置１は、車載用、定置用、産業用等に利用できるものであり、磁場発生部として機能する超電導モータ２と、極低温発生部３と、容器４と、電流導入端子５と、給電端子６とを有する。

ここで、超電導モータ２は、位相が１２０度ずつそれぞれ相違する三相の交流電流を給電するモータを形成する。超電導モータ２は、これの軸心Ｐ１の回りを１周する円筒形状をなす固定子２０と、固定子２０に対して回転可能な可動子として機能する回転子２７とを有する。回転子２７は、超電導モータ２の軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。永久磁石部２９は公知の永久磁石で形成できる。

固定子２０は、透磁コアとして機能する透磁率が高い材料で形成された円筒形状をなす固定鉄心２１と、固定鉄心２１に巻回されて保持された超電導コイル２２とを有する。超電導コイル２２は三相の交流電流を通電できるように３個に分割されている。超電導コイル２２は公知の超電導材料で形成されている。超電導コイル２２は、固定鉄心２１の内周部に形成されたスロットル溝２１ａ内に配置されている。三相の交流電流が超電導コイル２２に流れると、固定子２０の回りつまり軸心Ｐ１の回りを回転する回転磁場が発生する。回転磁場により回転子２７がこれの軸心Ｐ１の回りで回転し、モータ機能が得られる。

極低温発生部３は、超電導コイル２２の超電導状態を維持するために超電導コイル２２を極低温に維持するものである。極低温発生部３で得られる極低温の温度領域は、超電導コイル２２を構成する超電導材料の材質に応じて選択されるが、ヘリウム液化温度以下または窒素液化温度以下にでき、例えば、例えば０〜１５０Ｋ、殊に１〜１００Ｋ、１〜８０Ｋとすることができる。但し、超電導材料の材質によってはこれらに限定されるものではない。極低温発生部３は、極低温をコールドヘッド３２において発生させる冷凍機３０と、冷凍機３０のコールドヘッド３２と超電導モータ２の固定子２０の固定鉄心２１とを伝熱可能に繋ぐ伝熱材料を基材とする伝熱部３３とを有する。冷凍機３０としては、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、ギホードマクマホン冷凍機、ソルベイ冷凍機、ヴィルマイヤー冷凍機等といった公知の冷凍機を例示できる。伝熱部３３は、高い伝熱性を有する材料（例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金）等で形成されている。

図１に示すように、容器４は容器状をなしており、超電導コイル２２を断熱させる断熱室として機能する減圧断熱室として機能する真空断熱室４０を形成する。ここで、真空とは断熱が得られる程度の減圧状態をいう。容器４の真空断熱室４０は、固定子２０に巻回されて保持されている超電導コイル２２の外周側（外側）を固定子２０の外周側（外側）と共に包囲する外側真空断熱室４１と、超電導コイル２２の内周側（内側）を固定子２０の内周側（内側）と共に包囲する内側真空断熱室４２とを有する。なお、真空断熱室４０は出荷時に高真空状態（大気圧よりも減圧されている状態）に維持されているが、メンテナンス等により長期にわたり高真空状態に維持されることが好ましい。

この場合、超電導コイル２２は外側真空断熱室４１と内側真空断熱室４２とで包囲されているため、超電導コイル２２は極低温状態に維持され、ひいては超電導状態が維持される。図１に示すように、外側真空断熱室４１は、固定子２０の外周部を包囲する第１断熱室部分４１ａと、伝熱部３３およびコールドヘッド３２の外側を包囲する第２断熱室部分４１ｃとを有する。第２断熱室部分４１ｃは、伝熱部３３およびコールドヘッド３２を包囲しており、これらの低温を維持する。

図１に示すように、容器４は、外側から内側にかけて、互いに同軸的な容器状の第１容器４３、容器状の第２容器４４、容器状の第３容器４５、容器状の第４容器４６を有する。第１容器４３および第２容器４４は、外側真空断熱室４１を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。第３容器４５および第４容器４６は、内側真空断熱室４２を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。

第４容器４６で区画される円筒形状の空間４７には、回転子２７が回転可能に配置されている。空間４７は大気に連通している。回転子２７は回転作動体に連結されている。なお、超電導モータ装置１が自動車等の車両に搭載される場合には、回転作動体は走行用のホィール等が例示される。従って、回転子２７が回転すると、ホィールが回転することができる。

図１に示すように、第１容器４３は、超電導モータ２の外周部を包囲する筒状の第１包囲部４３１と、超電導コイル２２に給電する三相用の電流導入線５６を案内する案内室４３２を形成する筒状をなす案内部４３３と、コールドヘッド３２および伝熱部３３を覆うように第２包囲部４３４と、冷凍機３０の冷媒ガスを圧縮させる圧縮機構３０ａのフランジ３０ｃを取り付けるための取付フランジ部４３５とを有する。案内部４３３は、第１容器４３のうち超電導モータ２を包囲する第１包囲部４３１から突設されている。なお、第１容器４３の外側は大気開放とすることができるが、これに限定されるものではない。第１容器４３の外側は断熱材で覆われていても良い。

第１容器４３を構成する材料としては、漏れ磁束を透過させないか、あるいは、透過させにくいこと、強度を有することが好ましい。このような材料としては、透磁率が低い非磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系等のステンレス鋼等の合金鋼）が例示される。第２容器４４，第３容器４５，第４容器４６を構成する材料としては、磁束を透過させ得るが、磁束の変化に基づく渦電流を抑制すべく、電気抵抗が高い材料が好ましい。このような材料としては、樹脂、補強材強化樹脂、セラミックス等の非金属材料が例示される。補強材強化樹脂の補強材はガラス、セラミックス等の無機物が例示される。補強材は補強繊維が好ましく、ガラス繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が例示される。樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。

図１に示すように、第１容器４３に部分的に突設されている筒形状をなす案内部４３３の先端部には、第１保持部としての固定盤７０が固定されている。前記した固定盤７０は、熱的に絶縁性が高い材料、および／または、漏れ磁束を透過させにくい材料で形成されていることが好ましい。例えば、繊維強化樹脂等の補強材強化樹脂、樹脂、セラミックス等の非金属材料が例示される。場合によっては、透磁率が低い非磁性等の金属材料としても良い。この場合、電流導入端子５に対して電気絶縁構造を採用することが好ましい。

案内室４３２は外側真空断熱室４１に連通しているため、超電導モータ２の駆動時には真空断熱状態（減圧断熱状態）とされ、断熱機能を発揮することができる従って電流導入端子５は低温に維持されやすい。

図１に示すように、複数（３個）の電流導入端子５は、超電導コイル２２に電流導入線５６を介して電気的に接続されており、超電導コイル２２に給電する導電材料を基材とする端子である。電流導入端子５は、第１容器４３の案内部４３３の先端部の固定盤７０に固定状態に保持されている。

電流導入端子５を固定盤７０に固定する構造としては、特に限定されない。本実施例によれば、具体的には、図２に示すように、固定盤７０に形成された第１貫通孔７１に電流導入端子５がほぼ同軸的に挿通されている。第１貫通孔７１の内壁面と電流導入端子５の外壁面との間には、気密性を高めるシール材７２が介在している。これにより案内室４３２は、容器４の外側の大気に対してシールされており、案内室４３２の高真空状態（減圧状態）が維持される。なお、図２に示すように、案内室４３２は電流導入端子５の他端側を収容している。電流導入端子５の一端側（後述する雄部８５）は、案内室４３２から露出している。

給電端子６は、外部の電源に接続される導電材料を基材とする端子である。超電導モータ２の駆動時には、給電端子６と電流導入端子５とが電気的に接触し、給電端子６から電流導入端子５に給電される。ひいては超電導コイル２２が給電され、回転磁場（磁場）を発生させる。

なお、給電端子６および電流導入端子５を形成する材料としては導電材料であれば特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示されるが、これらに限定されるものではなく、要するに導電性を有するものであれば良い。

図１に示すように、給電端子６と外部の電源１００との間には、電流変換器１０１および切替スイッチ６６が設けられていることが好ましい。切替スイッチ６６は、外部の電源１００と給電端子６との間における通電および断電を切り替えるものであり、リレースイッチ、マイクロスイッチ、半導体スイッチ等が例示される。但し、電源１００が交流電源であれば、電流変換器１０１および切替スイッチ６６を廃止し、給電端子６と外部の電源１００とが直接的に電気接続されている方式でも良い。

図２に示すように、熱侵入抑制要素７は、給電端子６を保持する第２保持部としての可動盤７４と、可動盤７４と固定盤７０との間の距離Ｌａを調整するため距離調整部として機能する伸縮筒７８とを有すると共に、蛇腹構造により容積可変とされる中空状をなす熱的遮断室７９を形成している。伸縮筒７８は伸縮可能な蛇腹構造７７をもつ。図２に示すように、熱的遮断室７９の内部には、給電端子６および電流導入端子５の接続部分（後述する雌部８０および雄部８５）が収容されている。なお、可動盤７４の材料は、熱的に絶縁性が高いことが好ましい。例えば繊維強化樹脂等の補強材強化樹脂、樹脂、セラミックス等の非金属材料が例示される。更に、オーステナイト系の合金鋼等の金属が例示される。但しこれらに限定されるものではない。

なお、熱的遮断室７９は高真空に維持されるため、伝導および対流による熱伝達が抑制されるが、輻射も抑えることが好ましい。ここで、可動盤７４および固定盤７０が金属材料で形成されている場合には、熱輻射を抑えるのに有利である。また、可動盤７４および固定盤７０が非金属材料で形成されている場合には、熱輻射による熱侵入を抑えるため、可動盤７４および固定盤７０のうち互いに対向する面に金属薄膜、金属テープ等の金属層を設けることも好ましい。金属は輻射の放射率および吸収率が金属よりも低いためである。但しこれに限定されるものではない。

図２に示すように、固定盤７０は、複数または単数の連通路７０ａを有する。連通路７０ａは、高真空状態の案内室４３２と熱的遮断室７９とを連通させる。これにより熱的遮断室７９の内部は高真空状態（減圧状態）に維持され、真空断熱室（減圧断熱室）となる。図２に示すように、可動盤７４に形成されている複数の第２貫通孔７３には、給電端子６がそれぞれほぼ同軸的に挿入されている。給電端子６の外周壁面と第２貫通孔７３の内壁面との間には、シール材７２が配置されている。これにより熱的遮断室７９が大気に対してシールされており、熱的遮断室７９は高真空状態に維持される。なお、シール材７２は、高い電気絶縁性をもつことが好ましく、例えばセラミックスシール、ゴムシール、樹脂シールが例示される。

本実施例によれば、固定盤７０および可動盤７４を接続させる距離調整部として機能する伸縮筒７８（伸縮部）は、矢印Ｙ１方向（伸張方向）に伸張したり，矢印Ｙ２方向（収縮方向）に収縮することができる。ここで、伸縮筒７８が矢印Ｙ１方向に伸張すると、固定盤７０と可動盤７４とが互いに離間し、固定盤７０と可動盤７４との距離Ｌａが増加し、固定盤７０に固定されている電流導入端子５から、可動盤７４の給電端子６とを機械的に離間させることができる。これにより固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とを熱的遮断室７９において電気的および熱的に切り離すことができる。

例えば、可動盤７４はアクチュエータ９に接続することができる。従って、アクチュエータ９が駆動すると、伸縮筒７８は矢印Ｙ１方向に伸張したり，矢印Ｙ２方向に収縮することができる。アクチュエータ９により伸縮筒７８が矢印Ｙ１方向に伸張すると、固定盤７０と可動盤７４とが互いに離間し、固定盤７０に固定されている電流導入端子５から、可動盤７４の給電端子６とを熱的遮断室７９において機械的に離間させることができる。これにより固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とを熱的遮断室７９において熱的に切り離すことができる。

上記したアクチュエータ９としては、油圧式、空気圧式、電気式等が例示される。殊に、油圧シリンダ装置、空気圧シリンダ装置、電気式シリンダ装置、油圧モータ装置、空気圧モータ装置、電気式モータ装置が例示される。アクチュエータ９が直動タイプである場合には、アクチュエータ９の駆動を可動盤７４に直接または間接的に伝達させることができる。アクチュエータ９が回転タイプである場合には、アクチュエータ９の回転運動を直進運動に変換する変換機構を設け、アクチュエータ９の回転運動を直進運動として可動盤７４に直接または間接的に伝達させることができる。

本実施例によれば、図２および図３に示すように、軸状をなす給電端子６のうち電流導入端子５に対面する表面には、嵌合孔として機能する雌部８０が形成されている。給電端子６の相手側である電流導入端子５のうち給電端子６に対面する表面には、嵌合突部として機能する軸状をなす雄部８５が形成されている。雄部８５は軸心８５ｍをもつ。雌部８０は軸心８０ｆをもつ。なお、雄部８５の軸心８５ｍと雌部８０の軸心８０ｆとは、嵌合性を考慮すると、互いに同軸的であることが好ましい。

雄部８５および雌部８０は互いに対面しており、互いに嵌合可能である。雌部８０および雄部８５の断面形状は適宜選択され、円形状（真円，楕円を含む）でも、角形状でも良い。雌部８０の内壁面と雄部８５の外壁面との間には、導電材料で形成された弾性部材として機能するバネ部材８８（図２参照）が介在している。バネ部材８８は雌部８０の内壁面に保持されていることが好ましい。但し、これに限定されるものではなく、雄部８５の外壁面に保持されていても良い。

雄部８５および雌部８０が互いに嵌合するとき、バネ部材８８は、雌部８０の内壁面と雄部８５の外壁面との電気的接触性を高めものであり、雄部８５の軸心８５ｍと直交する方向に対して弾性変形可能である。なお、バネ部材８８は板バネが好ましいが、場合によってはコイルバネ、皿バネとしても良い。

なお、バネ部材８８を形成する導電材料としては、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示される。なお、雌部８０と雄部８５との電気的接触性が確保されれば、雌部８０と雄部８５との間に介在するバネ部材を廃止することもできる。

本実施例によれば、超電導モータ２が駆動されるときには、図３に示すように、アクチュエータ９により、熱侵入抑制要素７の可動盤７４が固定盤７０に接近するように矢印Ｙ２方向（接続方向）に移動される。この結果、図３に示すように、伸縮筒７８の熱的遮断室７９において、固定盤７０の電流導入端子５の雄部８５と可動盤７４の給電端子６の雌部８０とが互いに嵌合する。両者は電気的に接触する。ここで、熱的遮断室７９は高真空状態（減圧状態）に維持されており、外気に対して高い断熱性を有する。よって、極低温に維持される超電導コイル２２の影響で、熱的遮断室７９の内部は低温化されている。このため熱的遮断室７９に配置されている電流導入端子５および給電端子６の電気抵抗が常温の場合に比較して抑えられている。故に、給電によりジュール熱が発生するときであっても、電流導入端子５および給電端子６の昇温化が抑制される。この場合、電流導入端子５および給電端子６の電気抵抗の低減に有利である。更に熱的遮断室７９は高真空状態であるため、熱的遮断室７９の内部の気体が変形抵抗とならず、伸縮筒７８の収縮変形性は良好に維持される。

この状態のとき、切替スイッチ６６がオンされると、外部の電源１００に繋がる給電端子６から電流導入端子５に三相の交流が給電される。ひいては超電導コイル２２に給電される。この結果、超電導モータ２において回転磁場が軸心Ｐ１の回りで発生し、回転子２７が軸心Ｐ１の回りで回転する。これにより超電導モータ２が駆動される。ここで、磁束は第３容器４５，内側真空断熱室４２，第４容器４６を透過し、回転子２７の永久磁石部２９に吸引および反発作用を発生させ、回転子２７が回転する。

このように超電導モータ２が駆動されるとき、極低温発生部３が発生する極低温により超電導コイル２２および固定鉄心２１は、極低温状態に良好に維持される。故に、超電導コイル２２の超電導状態が良好に維持され、超電導モータ２は良好に回転駆動する。なお、超電導コイル２２の電気抵抗は０かあるいは著しく低いため、超電導モータ２０の出力は高い。

これに対して、超電導モータ２の駆動が停止されるときには、切替スイッチ６６がオフとれ、アクチュエータ９により、熱侵入抑制要素７の可動盤７４が固定盤７０から離間するように矢印Ｙ１方向（脱着方向）に移動する。このため、可動盤７４の複数個の給電端子６はこれの軸心８０ｆに沿った方向に直動する。この結果、図２に示すように、高真空状態の熱的遮断室７９において、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが電気的に切り離される。このため固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが非接触となる。

この状態では、図２に示すように、伸縮筒７８の熱的遮断室７９において、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とは、熱的に切り離されている。故に、超電導モータ２の駆動が停止されているときには、外部の電源に繋がる給電端子６から電流導入端子５に向かう熱の侵入が効果的に抑制される。すなわち、熱的遮断室７９において給電端子６から電流導入端子５に向かう伝熱経路が効果的に遮断される。この結果、超電導モータ２の駆動の停止時において、超電導コイル２２の昇温が抑制され、超電導コイル２２の極低温状態および超電導状態が維持されやすい。従って、超電導モータ２の停止後に再び駆動させるとき、冷凍機３０の低温出力をできるだけ抑えることができ、冷凍機３０の小型化を図ることもできる。この場合、装置全体の小型化を図ることができ、車載用として適する。

なお本実施例によれば、熱的遮断室７９は高真空状態に維持されているため、熱的遮断室７９内の気体による熱伝導および熱対流が抑えられており、更に、外部に繋がる給電端子６を介しての熱伝導および熱対流が抑えられている。加えて、外部に繋がる給電端子６と、給電端子６に対向する電流導入端子５が金属である場合には、金属は輻射の放射率および吸収率が非金属材料に比較して低いため、給電端子６からの輻射の放射も抑制され、電流導入端子５の輻射の吸収も抑えられる。この結果、超電導モータ２の駆動の停止時において、超電導コイル２２の昇温が一層抑制される。

本実施例によれば、図１から理解できるように、可動盤７４は固定盤７０よりも外側真空断熱室４１（低温側）から遠い側とされている。固定盤７０は可動盤７４よりも外側真空断熱室４１（低温側）に近い側とされている。電流導入端子５は固定盤７０に保持されている。給電端子６は可動盤７４に保持されている。このため、外気に近い給電端子６は、電流導入端子５よりも高温となり易い。このため、電流導入端子５および給電端子６が同じ線膨張係数をもつ材料で形成されている場合には、相対的に高温側の給電端子６の雌部８０の嵌合孔の内径が拡径気味に確保され易い。この場合、電流導入端子５と給電端子６との嵌合許容性が向上できる。バネ部材８８により、電流導入端子５と給電端子６との電気的接触性が確保され易い。勿論、電流導入端子５および給電端子６を、異なる線膨張係数をもつ材料で形成しても良い。

図４および図５は実施例２を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。アクチュエータとして、空気圧または油圧等の流体圧で作動する流体圧機器としてのシリンダ装置９０（直動型アクチュエータ）が設けられている。シリンダ装置９０は、可動盤７４に固定されたシリンダ本体９１と、固定盤７０に固定されたシリンダロッド９２とを有する。 超電導モータ装置１の駆動が停止されるときには、流体供給源として機能するコンプレッサ９３が制御装置１４０により駆動し、制御弁９４により流体（気体が好ましいか、油等の液体でも良い）がシリンダ本体９１に供給され、シリンダロッド９２が矢印Ｙ３方向に伸張する。これにより可動盤７４が固定盤７０から離間するように矢印Ｙ１方向に移動し、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが非接触となり、両者は機械的に切り離される。従って、高真空状態の熱的遮断室７９において電流導入端子５と給電端子６とは熱的に切り離される。

これに対して超電導モータ装置１が駆動するときには、制御装置１４０により制御弁９４が作動され、シリンダ本体９１から流体が排出され、シリンダロッド９２が矢印Ｙ４方向に収縮する。これにより可動盤７４が固定盤７０に接近するように矢印Ｙ２方向に移動する。よって、高真空状態の熱的遮断室７９において、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが接触し、両者は電気的に接触される。この状態では、外部の電源から給電端子６および電流導入端子５を介して超電導コイル２２に給電される。シリンダ装置９０の数は単数でも複数でも良い。複数の場合には、シリンダ装置９０は、電流導入端子５および給電端子６の外側に間隔を隔てて設けることができる。間隔は均等間隔にできる。

なお、シリンダ装置は、図４および図５に示す方式に限定されず、固定盤７０に固定されたシリンダ本体と、可動盤７４に固定されたシリンダロッドとを有する方式でも良い。

図６は実施例３を示す。本実施例は実施例１，２と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。アクチュエータとして、電気または流体圧で作動する駆動モータ９６（回転型アクチュエータ）が設けられている。固定盤７０に固定されている。可動盤７４には、歯部９７ａを有するラック部９７が固定されている。駆動モータ９６のモータ軸に設けられたピニオン９８は、ラック部９７に噛み合う。ピニオン９８およびラック部９７は、駆動モータ９６のモータ軸の回転運転を直進運動に変換させる変換機構として機能できる。

超電導モータ装置１の駆動が停止されるときには、駆動モータ９６のモータ軸に取り付けたピニオン９８がこれの軸心Ｐ５の回りで一方向に回転する。よって、ラック部９７が可動盤７４と共に固定盤７０から離間するように矢印Ｙ１方向に移動する。故に、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが非接触となり、両者は機械的に切り離される。これにより電流導入端子５と給電端子６とが熱的に切り離される。

これに対して超電導モータ装置１が駆動するときには、駆動モータ９６のモータ軸に取れ付けられているピニオン９８がこれの軸心Ｐ５の回りで他方向に回転し、可動盤７４が固定盤７０に接近するように矢印Ｙ２方向に移動し、固定盤７０の電流導入端子５と可動盤７４の給電端子６とが接触し、両者は電気的に接触される。この状態では、外部の電源から給電端子６および電流導入端子５を介して超電導コイル２２に給電される。なお、駆動モータ９６の数は単数でも複数でも良い。複数の場合には、駆動モータ９６は、電流導入端子５および給電端子６の外側に間隔を隔てて設けることができる。間隔は均等間隔が好ましい。

本実施例によれば、図６に示すように、電流導入端子５と給電端子６との嵌合ガイド性を高めるためのガイド機構９９が設けられている。ガイド機構９９は、可動盤７４に設けられたガイド部として機能するガイド軸９９ａと、固定盤７０に設けられた被ガイド部として機能するガイド孔９９ｂを有するガイド体９９ｃとを有する。給電端子６および電流導入端子５とが機械的に離間しているとき、ガイド軸９９ａはガイド孔９９ｂに嵌合しており、ガイド機能を果たす。ガイド機構９９は熱的遮断室７９内に配置されているため、塵埃等によりガイド性が低下することが抑えられる。

蛇腹構造が採用されているため、可動盤７４の自由変位性が高いときであっても、ガイド機構９９のガイド作用により電流導入端子５と給電端子６との嵌合性が高まる。なお、可動盤７４が固定盤７０に接近すると共に、ガイド軸９９ａがガイド孔９９ｂに進入する量が増加し、固定盤７０の貫通開口７０ｘを貫通する。このガイド機構９９は、全実施例に適用することもできる。

ガイド機構９９は、真空断熱室として機能できる熱的遮断室７９に設けられているが、これに限らず、熱的遮断室７９の外部に設けられていても良い。なおガイド機構９９は単数でも複数でも良い。場合によっては、ガイド軸を固定盤に設け、ガイド孔を有するガイド体を可動盤に設けることもできる。

図７は実施例４を示す。本実施例は実施例１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。但し、可動盤７４に保持されている給電端子６のうち、電流導入端子５と対面する面には、凸状の雄部８５Ｃが形成されている。これに対して、固定盤７０に保持されている電流導入端子５のうち、給電端子６と対面する面には、凹状の雌部８０Ｃが形成されている。雄部８５Ｃおよび雌部８０Ｃは互いに対面しており、互いに嵌合する。

この場合、図７から理解されるように、可動盤７４は、固定盤７０よりも外側真空断熱室４１から遠い側に配置されており、外気に近いため、固定盤７０よりも温度が高くなり易い。給電端子６は、固定盤７０ではなく可動盤７４に保持されている。電流導入端子５は、可動盤７４ではなく固定盤７０に保持されており、給電端子６よりも低温となり易い傾向がある。このため、電流導入端子５および給電端子６が同じ線膨張係数をもつ材料で形成されている場合には、熱膨張に起因する電流導入端子５の雌部８０Ｃの嵌合孔の拡径化が抑えられる。この場合、電流導入端子５と給電端子６とが嵌合するとき、電流導入端子５と給電端子６との接触性が増加できる。勿論、電流導入端子５および給電端子６を、異なる線膨張係数をもつ材料で形成しても良い。

図８は実施例５を示す。本実施例は実施例１〜４と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し、給電端子６の雌部８０の内壁面と電流導入端子５の雄部８５の外壁面との電気的接触性を高めるバネ部材が廃止されている。図８に示すように、給電端子６の雌部８０の内壁面は、これの先端開口に向かうにつれて内径が拡開する円錐面状の傾斜面８０ｓとされている。電流導入端子５の雄部８５の外壁面は、これの先端面に向かうにつれて外径が縮径する円錐面状の傾斜面８５ｓとされている。この場合、雌部８０および雄部８５の嵌合性が確保される。なお、軸心８０ｆ，８５ｍに対する傾斜面８０ｓおよび傾斜面８５ｓの傾斜角は、同程度とされている。

図８に示すように、電気絶縁性が高い可動盤７４Ｈに形成されている複数の第２貫通孔７３には、給電端子６がそれぞれほぼ同軸的に挿入されている。給電端子６の外周壁面と第２貫通孔７３の内壁面との間には、弾性変形が容易なゴムや樹脂等の高分子材料等で形成されたシール材７２Ｈが配置されている。これにより熱的遮断室７９が大気に対してシールされている。シール材７２Ｈは弾性変形性に富むため、給電端子６の雌部８０と電流導入端子５の雄部８５とが嵌合するとき、給電端子６の雌部８０はこれの径方向（矢印Ｄ１方向）に変位できる。このため給電端子６と電流導入端子５との嵌合許容性を高めることができる。但し、場合によっては、弾性変形性は低下するものの、シール材７２Ｈをセラミックス系にしても良い。

図９は実施例６を示す。本実施例は実施例１〜５と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し、容器４の真空断熱室４０および案内室４３２は高真空状態であるものの、熱的遮断室７９は高真空状態ではなく、大気圧または大気圧に近い状態とされている。すなわち、熱的遮断室７９は、容器４の真空断熱室４０および案内室４３２よりも真空度が低下されている。例えば、可動盤７４に単数または複数の大気連通孔７４ｘが形成されている。このように熱的遮断室７９の真空度が低下されているため、電流導入端子５の雄部８５と給電端子６の雌部８０とが電気的に接触または非接触となるとき、電流導入端子５と給電端子６との間における真空放電が抑えられる。

図１０は実施例７を示す。本実施例は実施例１〜６と基本的には同様の構成および作用効果を有する。但し、容器４の真空断熱室４０は真空ポンプ４０ｐに接続されており、真空ポンプ４０ｐにより真空断熱室４０の高真空状態が維持されている。このため超電導コイル２２に対する断熱性が長期にわたり確保され、超電導コイル２２の超電導状態が良好に確保される。

図１１は実施例８を示す。本実施例は実施例１〜７と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図１１に示すように、第１容器４３において、極低温発生部３のコールドヘッド３２を包囲する第２包囲部４３４には、案内室４３２を形成する筒形状をなす案内部４３３が形成されている。案内部４３３の先端部には、第１保持部としての固定盤７０が固定されている。固定盤７０には電流導入端子５が保持されている。案内室４３２は外側真空断熱室４１に連通しているため、真空断熱状態（減圧断熱状態）とされ、しかもコールドヘッド３２に近いこともあり、低温に維持されやすい。故に、固定盤７０に保持されている電流導入端子５は低温に維持されやすい。

図１１に示すように、熱侵入抑制要素７は、給電端子６を保持する第２保持部としての可動盤７４と、可動盤７４と固定盤７０との間の距離を調整するため距離調整部として機能する伸縮筒７８とを有すると共に、蛇腹構造により容積可変とされる中空状をなす熱的遮断室７９を形成している。伸縮筒７８は伸縮可能な蛇腹構造７７をもつ。図１１に示すように、可動盤７４には複数の給電端子６が保持されている。

上記した実施例によれば、回転子２７は、軸心の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。しかしこれに限らず、固定子２０側に永久磁石部が設けられており、回転子２７側に超電導コイル２２が設けられていても良い。

上記した実施例によれば、車載用の超電導モータ装置１に適用しているが、車載用に限らず、定置用でも良い。上記した実施例によれば、超電導モータ装置１は回転タイプであるため、可動子は回転子２７とされているが、可動子を直動させる直動タイプのリニアモータでも良い。この場合、固定子２０は一方向に延設された形状となり、可動子を直動させる可動磁場を発生させる。

上記した実施例によれば、回転子２７が永久磁石部２９を有し、固定子２０は、固定鉄心２１と、固定鉄心２１に巻回されて保持された超電導コイル２２とを有するが、これに限られるものではない。固定子が永久磁石部を有し、回転子が超電導コイルを有する構造でも良い。

更に、超電導装置としては、超電導モータ装置１に限定されるものではない。例えば透磁コア、超電導コイルおよび超電導コイルを冷却させる極低温発生部を有しており、磁場を発生させる磁場発生装置に適用することもできる。磁場発生装置としては、超電導スパッタリング装置、磁気共鳴画像装置（ＭＲＩ）、核磁気共鳴装置（ＮＭＲ）、磁気シールド装置等が例示される。要するに、超電導コイルおよび超電導コイルを冷却させる極低温発生部３を有するものであれば良い。ある実施例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。その他、本発明は上記した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

本発明は例えば産業用、車載用の超電導装置に利用することができる。

実施例１に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。 実施例１に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例１に係り、給電端子と電流導入端子とが接続されている状態を示す断面図である。 実施例２に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例２に係り、給電端子と電流導入端子とが接続されている状態を示す断面図である。 実施例３に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例４に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例５に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例６に係り、給電端子と電流導入端子とが熱的に遮断されている状態を示す断面図である。 実施例７に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。 実施例８に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。

符号の説明

１は超電導モータ装置（超電導装置）、２は超電導モータ（磁場発生部）、２０は固定子、２１は固定鉄心（透磁コア）、２２は超電導コイル、２７は回転子（可動子）、３は極低温発生部、３０は冷凍機、３２はコールドヘッド、３３は伝熱部、４は容器、４０は真空断熱室、４３は第１容器、４４は第２容器、４５は第３容器、４６は第４容器、４３２は案内室、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、５は電流導入端子、５６は電流導入線、６は給電端子、６６は切替スイッチ、７は熱侵入抑制要素、７０は固定盤（第１保持部）、７０ａは連通路、７４は可動盤（第２保持部）、７８は伸縮筒（距離調整部）、７７は蛇腹構造、７８は伸縮筒（距離調整部）、７９は熱的遮断室、８０は雌部、８５は雄部、８８はバネ部材（弾性部材）、９はアクチュエータ、９０はシリンダ装置（アクチュエータ）、９６は駆動モータ（アクチュエータ）、９９はガイド機構を示す。

Claims (6)

1. 磁束を発生させる超電導コイルを有する磁場発生部と、
   前記超電導コイルの超電導状態を維持するために前記超電導コイルを極低温に維持する極低温発生部と、
   前記超電導コイルを収容する断熱室を形成する容器と、
   前記超電導コイルに電気的に接続され前記超電導コイルに給電するための電流導入端子と、
   外部の電源に接続され前記磁場発生部の駆動時に前記電流導入端子に給電するための給電端子と、
   前記給電端子および前記電流導入端子のうちの一方を保持すると共に前記磁場発生部の駆動の停止時に前記電流導入端子と前記給電端子とを熱的に切り離し、前記給電端子から前記電流導入端子に向かう熱侵入を抑制する熱侵入抑制要素とを具備することを特徴とする超電導装置。
2. 請求項１において、前記磁場発生部は、固定子および前記固定子に対して移動可能な可動子を有する超電導モータを構成すると共に、前記超電導コイルは、前記固定子および前記可動子のうちの少なくとも一方に設けられていることを特徴とする超電導装置。
3. 請求項１または２において、前記容器は、前記電流導入端子を保持する第１保持部を有しており、前記熱侵入抑制要素は、前記給電端子を保持する前記第２保持部と、前記第１保持部と前記第２保持部との間の距離を調整可能な距離調整部とを有しており、
   前記距離調整部により、前記第１保持部と前記第２保持部とを互いに離間させ、前記第１保持部の前記電流導入端子から前記第２保持部の前記給電端子を機械的に離間させることにより、前記電流導入端子と前記給電端子とを熱的に切り離すことを特徴とする超電導装置。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記容器の前記断熱室は真空断熱室であり、前記熱侵入抑制要素は、前記真空断熱室に連通して真空断熱状態に維持されると共に、前記磁場発生部の駆動時に前記電流導入端子と前記給電端子とが電気的に接続される中空状の熱的遮断室を備えていることを特徴とする超電導装置。
5. 請求項１〜４のうちの一項において、前記給電端子および前記電流導入端子のうちの一方は、雌部を有しており、前記給電端子および前記電流導入端子のうちの他方は、前記雌部に嵌合可能な雄部を有することを特徴とする超電導装置。
6. 請求項５において、前記雌部と前記雄部との間には、前記雌部と前記雄部との電気的接触性を高める導電材料で形成された弾性変形可能な弾性部材が介在していることを特徴とする超電導装置。

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