JP2016096701A - 超電導回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロータとステータとのギャップを大きくする必要なく、回転軸の強度を下げる必要なく、回転軸からステータへの熱侵入を抑制できるようにする。
【解決手段】超電導回転電機（１）は、ステータ５０と、ロータ８０と、回転軸７０と、断熱部材９０と、を備える。ステータ５０は、コイル６０（超電導コイル）を有する。ロータ８０は、ステータ５０よりも径方向Ｒ内側に配置され、ステータ５０に対して回転可能であり、ロータコア８１を有する。回転軸７０は、ロータ８０よりも径方向Ｒ内側に配置され、ロータ８０に固定される。断熱部材９０は、回転軸７０とロータコア８１との間に配置される。
【選択図】図２

Description

本発明は、超電導回転電機に関する。

例えば特許文献１および２に、従来の超電導回転電機が記載されている。超電導回転電機は、超電導コイルを有するステータと、ステータに対して回転可能なロータと、ロータに固定される回転軸と、を備える。

［従来技術１］特許文献１には次の記載がある（同文献の図２、図６参照）。段落［００１９］：「モータ本体（１２）は、・・・回転軸（１８）と、・・・回転軸（１８）の外側に固定される・・・ロータ（２０）とを含む。また、モータ本体（１２）は、ロータ（２０）の径方向外側に対向配置された略円筒状のステータ（２２）とを含む」。段落［００２２］：「ステータ（２２）は、・・・超電導コイルであるコイル（３６）とを含む」。なお、特許文献１に記載の符号には括弧を付加した（特許文献２についても同様）。

［従来技術２］特許文献２の段落［００５１］には次の記載がある（同文献の図７、図８参照）。「回転軸（４）は中空軸とされており、・・・回転軸（４）の内部に密閉室である第３真空断熱室（７３）が形成されているため、大気部（１４）（常温部）からの回転子（３）および収容室（６０）側への熱侵入を低減させることができる」。

特開２０１２−１４３０４０号公報 特開２０１１−６７００６号公報

上記［従来技術１］では、回転軸（１８）から、ステータ（２２）のコイル（３６）へ、熱侵入が生じる。その結果、コイル（３６）の温度が上昇し、コイル（３６）での超電導状態を維持できなくなるおそれがある。

上記［従来技術２］では、「大気部（１４）（常温部）からの回転子（３）および収容室（６０）側への熱侵入を低減させる」（段落［００５１］）ことを図っている。しかし、第３真空断熱室（７３）を形成するために、回転軸（４）が中空軸とされているので、回転軸（４）の強度が十分に確保できないおそれがある。

また、上記［従来技術１］のロータ（２０）とステータ（２２）とのギャップ（詳細は下記）を広くすれば、ロータ（２０）からステータ（２２）への熱侵入は抑制できる。しかし、このギャップを広くすると、超電導回転電機のトルクが低下し、超電導回転電機の性能が低下するおそれがある。

そこで、本発明の目的は、ロータとステータとのギャップを大きくする必要なく、回転軸の強度を下げる必要なく、回転軸からステータへの熱侵入を抑制できる、超電導回転電機を提供することである。

本発明の超電導回転電機は、ステータと、ロータと、回転軸と、断熱部材と、を備える。前記ステータは、超電導コイルを有する。前記ロータは、前記ステータよりも径方向内側に配置され、前記ステータに対して回転可能であり、ロータコアを有する。前記回転軸は、前記ロータよりも径方向内側に配置され、前記ロータに固定される。前記断熱部材は、前記回転軸と前記ロータコアとの間に配置される。

上記構成により、ロータとステータとのギャップを大きくする必要なく、回転軸の強度を下げる必要なく、回転軸からステータへの熱侵入を抑制できる。

超電導回転電機１の断面図である。 図１に示すステータ５０、回転軸７０、およびロータ８０などを軸方向Ｚから見た断面図である。 図２に示すＦ３部分の拡大図である。

図１〜図３を参照して、図１に示す超電導回転電機１について説明する。

超電導回転電機１は、コイル６０（超電導コイル）（下記）を備える回転電機である。超電導回転電機１は、例えば電動機（超電導モータ）であり、例えば発電機（超電導発電機）でもよい。超電導回転電機１は、永久磁石８３（下記、図２参照）を備えるものであり、ＰＭ型（ＰＭ；permanent magnet、永久磁石）である。超電導回転電機１は、かご型でもよい（かご型誘導電動機またはかご型誘導発電機でもよい）。超電導回転電機１は、例えば輸送機械に用いられ、例えば自動車、飛行機、または船舶（ポッドなど）に用いられる。超電導回転電機１は、各種発電機（風力発電機など）に用いられてもよい。超電導回転電機１は、フレーム部（１０〜２０）と、冷却手段３０と、レゾルバ４０と、ステータ５０と、ロータ周辺部（７０〜９０）と、を備える。

（方向）
この超電導回転電機１に関する方向には、軸方向Ｚと径方向Ｒと周方向とがある。軸方向Ｚは、下記の回転軸７０の中心軸Ｃの方向である。径方向Ｒは、軸方向Ｚに直交する面上の円α（図示なし）であって中心軸Ｃを中心とする円αの直径方向である。径方向Ｒにおいて、中心軸Ｃに近づく側を径方向Ｒ内側とする。径方向Ｒにおいて、中心軸Ｃから遠ざかる側を径方向Ｒ外側とする。周方向は、上記の円αの円周に沿う方向である。

フレーム部（１０〜２０）は、モータフレーム１０と、エンドブラケット２０と、を備える。

モータフレーム１０は、ステータ５０などを支持する。モータフレーム１０の材料は、例えばステンレスである。ステンレスは、鉄やアルミニウムなどに比べ、熱伝導率が低い（断熱効果が高い）。モータフレーム１０は、例えば、筒状部１１と、側板１３と、ニップル部１５と、を備える。

筒状部１１は、主にステータ５０を支持する部分である。筒状部１１は、円筒状である。筒状部１１の中心軸は、中心軸Ｃである。

側板１３は、筒状部１１から径方向Ｒ内側に突出する。側板１３は、筒状部１１の軸方向Ｚ両端部（またはその近傍）に配置される。側板１３は、軸方向Ｚに間隔をあけて２つ（２枚）設けられる。側板１３は、筒状部１１に固定（例えば溶接により固定）される。側板１３は、リング状である。側板１３は、板状である。側板１３は、板状でない部材（側部）に代えられてもよい。

ニップル部１５は、寒剤タンク３１（下記）が取り付けられる部分である。ニップル部１５は、筒状部１１から径方向Ｒ外側に突出する。ニップル部１５は、筒状である。ニップル部１５は、筒状部１１に固定（例えば溶接により固定）される。

エンドブラケット２０は、モータフレーム１０（筒状部１１）の軸方向Ｚ両端部を支える。エンドブラケット２０は、軸方向Ｚに間隔をあけて２つ設けられる。２つのエンドブラケット２０・２０は、モータフレーム１０を、軸方向Ｚに挟む。エンドブラケット２０は、モータフレーム１０（筒状部１１）に固定（例えば図示しないボルトにより固定）される。２つのエンドブラケット２０・２０どうしは、例えば図示しないボルトにより連結され、互いに固定される。

冷却手段３０は、ステータ５０を（下記のコイル６０を）冷却する。冷却手段３０によるステータ５０の冷却方法は、例えば浸漬冷却であり、例えば冷凍機冷却でもよい。浸漬冷却では、ステータ５０が寒剤３０ｆに浸漬され、寒剤３０ｆによりステータ５０が冷却される。寒剤３０ｆは、極低温の液体であり、例えば液体窒素（約７７Ｋ）であり、例えば液体ヘリウムなどでもよい。冷凍機冷却では、ステータ５０が冷凍機（図示なし）に熱的に接続され、冷凍機によりステータ５０が冷却される（なお、例えば上記の特許文献１、２に冷凍機冷却の例が記載されている）。以下では、冷却手段３０が、浸漬冷却によりステータ５０を冷却する場合について説明する。冷却手段３０は、寒剤タンク３１と、容器３４と、を備える。

寒剤タンク３１（例えば液体窒素タンク）は、寒剤３０ｆを貯留するためのタンクである。寒剤タンク３１の数は、例えば２であり、例えば３以上や１でもよい。例えば、複数の寒剤タンク３１は、軸方向Ｚに並ぶように配置される。寒剤タンク３１は、モータフレーム１０（ニップル部１５）に固定される。

容器３４は、ステータ５０を収容する。容器３４の内部には、寒剤３０ｆが満たされる。容器３４の内部は、寒剤タンク３１の内部と（ニップル部１５を介して）連通する。軸方向Ｚから見た容器３４内部の断面（図示なし）は、ドーナツ状（リング状）である。容器３４は、モータフレーム１０と内筒３５（下記）とで構成される。容器３４の径方向Ｒ外側の壁部は、筒状部１１により構成される。容器３４の径方向Ｒ内側の壁部は、内筒３５により構成される。容器３４の軸方向Ｚ両端の壁部は、２つの側板１３・１３により構成される。なお、容器３４の径方向Ｒ外側の壁部は、筒状部１１とは別の部材（図示しない外筒など）により構成されてもよい。容器３４の軸方向Ｚの端部は、側板１３とは別の部材（図示しないリング状の板など（容器側部、容器側板））により構成されてもよい。

内筒３５は、容器３４の径方向Ｒ内側端部を構成する。内筒３５は、筒状部１１よりも径方向Ｒ内側に配置される。内筒３５は、側板１３よりも径方向Ｒ内側に配置される。内筒３５（の軸方向Ｚ両端部）は、側板１３に固定される。内筒３５は、円筒状である。内筒３５の中心軸は、中心軸Ｃである。内筒３５の熱伝導率が低いほど、内筒３５での断熱効果が高い。内筒３５の材料は、非磁性体であり、非金属であり、例えば繊維強化プラスチック（ＦＲＰ；Fiber Reinforced Plastics）である。仮に、内筒３５の材料を金属とした場合、ロータ８０とステータ５０との間の磁界が内筒３５の部分で変化し、内筒３５に渦電流層（渦層）ができ、超電導回転電機１が正常に動作できない。例えば、ＦＲＰの内筒３５は、接着（接着剤による接着）により側板１３に固定される。内筒３５の材料は、例えば非磁性体のステンレスでもよい。ステンレスの内筒３５は、例えば溶接により側板１３に固定される。図３に示すように、内筒３５の厚さ（径方向Ｒの幅）を厚さＴ３５とする。厚さＴ３５は、例えば１〜２ｍｍなどである。

レゾルバ４０（ロータ角度検出装置）は、図１に示すステータ５０に対するロータ８０（下記）の回転角度を検出する。レゾルバ４０は、検出した回転角度をコントローラ（図示なし）に出力する（与える）。レゾルバ４０は、コイル６０（下記）への電圧または電流の供給に関する、整流（コミュテート）制御に用いられる。レゾルバ４０は、回転軸７０（下記）の軸方向Ｚの一端部に取り付けられる。レゾルバ４０は、レゾルバロータ４１と、レゾルバステータ４３と、レゾルバナット４５と、レゾルバカバー４７と、を備える。

レゾルバロータ４１は、回転軸７０（下記）に固定される。
レゾルバステータ４３は、レゾルバロータ４１の径方向Ｒ外側に配置される。レゾルバステータ４３は、フレーム部（１０〜２０）（エンドブラケット２０）に、固定（例えば図示しないボルトにより固定）される。
レゾルバナット４５は、回転軸７０にレゾルバロータ４１を固定するためのナットである。
レゾルバカバー４７は、レゾルバロータ４１、レゾルバステータ４３、およびレゾルバナット４５を、軸方向Ｚにおける外側および径方向Ｒ外側から覆う。レゾルバカバー４７は、回転軸７０の軸方向Ｚの一端部を、軸方向Ｚにおける外側および径方向Ｒ外側から覆う。レゾルバカバー４７は、フレーム部（１０〜２０）（エンドブラケット２０）に、固定（例えば図示しないボルトにより固定）される。

ステータ５０は、ロータ８０（下記）を回転させる部分（固定子）である。ステータ５０は、フレーム部（１０〜２０）（モータフレーム１０、筒状部１１）に固定される。ステータ５０は、モータフレーム１０（筒状部１１）よりも径方向Ｒ内側に配置される。ステータ５０は、容器３４の内部に配置される。ステータ５０は、内筒３５よりも径方向Ｒ外側に配置される。ステータ５０は、２つの側板１３の間（軸方向Ｚにおける間）に配置される。図２に示すように、ステータ５０は、ステータコア５２と、コイル６０と、を備える。なお、図２では、複数の同じ構成要素（例えば複数のコイル６０）の一部にのみ符号を付した。

ステータコア５２は、磁気回路（磁路）が形成される部分である。図１に示すように、ステータコア５２は、モータフレーム１０（筒状部１１）に固定される。ステータコア５２のモータフレーム１０への固定は、例えば圧入による固定であり、例えば接着（接着剤による接着）による固定でもよく、例えば溶接（ビーム溶接など）による固定でもよい。図２に示すステータコア５２は、磁性体である。ステータコア５２は、略円筒状である。ステータコア５２は、例えば、複数枚のリング状の薄板（例えば厚さ０．３ｍｍなど）が軸方向Ｚに積層されたものである。ステータコア５２を構成する薄板は、珪素鋼板などである。ステータコア５２は、積層構造でなくてもよい（一体構造でもよい）。ステータコア５２は、ヨーク５３と、ティース５５と、を備える。ヨーク５３は、円筒状である。

ティース５５は、コイル６０が取り付けられる部分である。ティース５５は、ヨーク５３から径方向Ｒ内側に突出する。ティース５５は、ヨーク５３の周方向に間隔をあけて複数設けられる。ティース５５は、軸方向Ｚに直線状に延びる（ティース５５は、ストレートティースである）。ティース５５には、コギングを抑制するためのスキューがかけられてもよい。ティース５５は、軸方向Ｚに対して斜めに配置されてもよい。ティース５５は、径方向Ｒから見て曲線状（例えば円弧状）に配置されてもよい。ティース５５の数は、図２に示す例では１２であり、９以下や１５以上でもよい。ティース５５の径方向Ｒ内側端部は、内筒３５に隣接する。ティース５５の径方向Ｒ内側端部は、内筒３５の外周面（径方向Ｒ外側の面）と接触する。ティース５５は、内筒３５と接触しなくてもよい（隙間があってもよい）。周方向（ヨーク５３の周方向）に隣り合うティース５５どうしの間には、スロット（コイル６０の一部が配置される部分）が形成される。

コイル６０（超電導コイル）は、超電導線材（超電導体を有する線材）が巻かれたものである。コイル６０は、電流が供給されることで磁力を発生させる。コイル６０は、ステータコア５２（ティース５５）に取り付けられる。コイル６０は、例えば巻枠（図示なし）付きコイルであり、例えば巻枠付きでないコイルでもよい。コイル６０が巻枠付きコイルの場合、超電導線材が巻枠に巻かれ、この巻枠がティース５５に取り付けられる（はめ込まれる）。この巻枠は、例えばレーストラック状である。コイル６０が巻枠付きでないコイルの場合、超電導線材がティース５５に直接巻かれる。コイル６０の数は、ティース５５の数と同様（図２に示す例では１２）である。コイル６０には、渡り線（図示なし）が結線される。コイル６０には、Ｕ、Ｖ、Ｗの３相の運転電圧（運転電流）が供給され、各相は、中性点でスター結線される。コイル６０を構成する超電導線材は、超電導体を有する。この超電導体は、例えば高温超電導体である。この超電導体は、例えばビスマス系超電導体（ＢＳＣＣＯ系超電導体）である。この超電導体は、例えば希土類系超電導体（ＲｅＢＣＯ系超電導体）でもよい。希土類系超電導体には、例えばイットリウム系超電導体（ＹＢＣＯ系超電導体）がある。希土類系超電導体は、ビスマス系超電導体よりも大きな臨界電流（Ｉｃ）を持つ。

ロータ周辺部（７０〜９０）は、図１に示すステータ５０に対して（フレーム部（１０〜２０）に対して）回転可能な部分を有する。ロータ周辺部（７０〜９０）は、中心軸Ｃを中心に回転可能である。ロータ周辺部（７０〜９０）は、回転軸７０と、ベアリング７３と、ロータ８０と、断熱部材９０と、を備える。

回転軸７０は、超電導回転電機１の外部と接続される部材（シャフト）である。超電導回転電機１が電動機の場合、回転軸７０は出力軸（出力シャフト）である。超電導回転電機１が発電機の場合、回転軸７０は、入力軸（入力シャフト）である。回転軸７０は、フレーム部（１０〜２０）よりも径方向Ｒ内側に配置される。回転軸７０は、ステータ５０よりも径方向Ｒ内側に配置される。回転軸７０は、ベアリング７３を介して、フレーム部（１０〜２０）（エンドブラケット２０）に回転自在に取り付けられる。回転軸７０の軸方向Ｚの一端部は、上記のようにレゾルバカバー４７に収容される。回転軸７０の軸方向Ｚの他端部は、フレーム部（１０〜２０）の外部に配置される（露出する）。回転軸７０は、軸方向Ｚに延びる棒である。回転軸７０は、例えば軸方向Ｚにおける部位によって外径（径方向Ｒの寸法）が異なる（段付きである）。例えば、回転軸７０の外径は、ロータ８０の径方向Ｒ内側部分で最も大きくなる。回転軸７０は、段付きでなくてもよい。回転軸７０の材料は、例えば軟鋼（例えばＳＳ４００）であり、例えばステンレス（例えばＳＵＳ３０４）などである。

ベアリング７３は、ロータ８０を中心軸Ｃ回りに回転自在に支持する。ベアリング７３は、軸方向Ｚに間隔をあけて２つ設けられる。ベアリング７３は、エンドブラケット２０の径方向Ｒ内側端部に取り付けられる。

ロータ８０は、ステータ５０よりも径方向Ｒ内側に配置される。ロータ８０は、ステータ５０と径方向Ｒに対向するように配置される。ロータ８０は、回転軸７０よりも径方向Ｒ外側に配置される。ロータ８０は、回転軸７０に対して（断熱部材９０を介して）固定される。図２に示すように、ロータ８０は、ロータコア８１と、永久磁石８３と、飛散防止チューブ８５と、を備える。

ロータコア８１は、磁気回路が形成される部分である。この磁気回路は、ロータコア８１とステータコア５２とにわたって形成される。超電導回転電機１がＰＭ型の場合、ロータコア８１は、複数の永久磁石８３が取り付けられる部分（共通ベース）である。超電導回転電機１がかご型の場合（図示なし）、ロータコア８１は、かごを構成する棒などが取り付けられる（埋め込まれる）部分である。ロータコア８１は、円筒状である。ロータコア８１は、磁性体である。ロータコア８１は、例えば、複数枚のリング状の薄板が軸方向Ｚに積層されたものである。ロータコア８１を構成する薄板は、珪素鋼板などである。ステータコア５２は、積層構造でなくてもよい（一体構造でもよい）。

永久磁石８３（マグネット）は、ロータコア８１よりも径方向Ｒ外側に配置される。永久磁石８３は、ロータコア８１の外周面（径方向Ｒ外側の面）から径方向Ｒ外側に突出する。永久磁石８３は、ロータコア８１に固定（例えば接着、貼り付けにより固定）される。永久磁石８３は、周方向（ロータコア８１の周方向）に間隔をあけて複数設けられる。永久磁石８３の数は、一般に偶数である。永久磁石８３の数は、図２に示す例では１０であり、８以下や１２以上でもよい。永久磁石８３の極低温での特性は、常温での特性と同じ（またはほぼ同じ）である。永久磁石８３は、常温に比べ極低温でも性能が低下しない（またはほぼ低下しない）。

飛散防止チューブ８５は、永久磁石８３が飛散することを防止する。さらに詳しくは、高速でロータ８０が回転しているときに、永久磁石８３がロータコア８１からはがれ、永久磁石８３が飛散するおそれがあるところ、飛散防止チューブ８５は、この飛散を防ぐ。飛散防止チューブ８５は、永久磁石８３よりも径方向Ｒ外側に配置される。飛散防止チューブ８５は、永久磁石８３の外周（径方向Ｒ外側の面）に接触（密着）する。飛散防止チューブ８５は、複数の永久磁石８３のすべてを径方向Ｒ外側から囲う（覆う）。飛散防止チューブ８５と内筒３５との間には、隙間（ギャップＧ１（図３参照））が形成される。飛散防止チューブ８５は、円筒状である。飛散防止チューブ８５の材料は、例えば非磁性体のステンレスなどである。飛散防止チューブ８５は、熱収縮チューブでもよい。熱収縮チューブである飛散防止チューブ８５の材料は、例えば樹脂であり、例えばポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ；polyethylene terephthalate）などである。図３に示すように、飛散防止チューブ８５の厚さ（径方向Ｒの幅）を厚さＴ８５とする。厚さＴ８５は、例えば１ｍｍ未満などである。

断熱部材９０は、図２に示す回転軸７０からステータ５０（コイル６０）への熱侵入を抑制する。断熱部材９０は、回転軸７０とロータコア８１との間（径方向Ｒにおける間）に配置される。断熱部材９０は、回転軸７０よりも径方向Ｒ外側に配置される。断熱部材９０は、ロータコア８１よりも径方向Ｒ内側に配置される。断熱部材９０は、回転軸７０およびロータコア８１に固定される。断熱部材９０は、回転軸７０およびロータコア８１に接触（密着）する。断熱部材９０は、円筒状（リング状）である。断熱部材９０は、回転軸７０の外周（径方向Ｒ外側の面）に全周にわたって接触する。断熱部材９０は、ロータコア８１の内周（径方向Ｒ内側の面）に全周にわたって接触する。断熱部材９０は、いわば難伝導性リングである。断熱部材９０では、回転軸７０やロータコア８１よりも大きな温度勾配が得られる（断熱性能が高い）。断熱部材９０の熱伝導率は、回転軸７０よりも低い。断熱部材９０の熱伝導率は、ロータコア８１よりも低い。

この断熱部材９０の材料は、難熱伝導特性を有するものである。［材料の例１］断熱部材９０の材料は、例えばＦＲＰであり、例えばガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ；Glass fiber reinforced plastics）である。断熱部材９０の材料がＦＲＰの場合、断熱部材９０は、例えば接着により回転軸７０およびロータコア８１に固定される。断熱部材９０の材料がＧＦＲＰの場合、断熱部材９０の周方向が繊維方向（ガラス繊維の長さ方向）とされる。この場合、断熱部材９０の周方向（繊維方向）の熱膨張率は、径方向Ｒ（繊維方向に直交する方向）の熱膨張率に比べ、金属（回転軸７０やロータ８０の材料）の熱膨張率に近い。［材料の例２］断熱部材９０の材料は、ステンレスでもよい。この場合、断熱部材９０は、例えば圧入により回転軸７０およびロータコア８１に固定される。［材料の例３］断熱部材９０の材料は、例えばセラミックでもよく、例えばアルミナを含むものでもよい。断熱部材９０の材料がセラミックの場合、断熱部材９０は、接着または圧入により、回転軸７０およびロータコア８１に固定される。

（ステータ５０とロータ８０とに関するギャップなど）
図３に示すように、ステータ５０とロータ８０とに関する径方向Ｒのギャップ（間隔または隙間）には、ギャップＧ１と、ギャップＧ２と、がある。

ギャップＧ１は、ティース５５（の径方向Ｒ内側端部）と、永久磁石８３（の径方向Ｒ外側端部）と、の間隔である。ギャップＧ１は、磁気回路のギャップである。ギャップＧ１は、狭いほど望ましい（必要最低限度であることが望ましい）。ギャップＧ１が狭いほど、超電導回転電機１（図１参照）のトルクが大きくなる（電動機の出力トルクが大きくなる、発電機の発電量が大きくなる）。例えば、ある設計では、ギャップＧ１が１ｍｍの場合のトルクを１００％としたとき、ギャップＧ１が３ｍｍの場合のトルクは８０％に減じる。

ギャップＧ２は、飛散防止チューブ８５（の径方向Ｒ外側の面）と内筒３５（の径方向Ｒ内側の面）と、の間隔（隙間）である。ギャップＧ２として必要な広さは、ステータ５０に対するロータ８０の回転に支障がない広さ（例えば２ｍｍなど）である。ギャップＧ２（例えば２ｍｍなど）と、内筒３５の厚さＴ３５（例えば１〜２ｍｍなど）と、飛散防止チューブ８５の厚さＴ８５（例えば１ｍｍ未満など）との和が、ギャップＧ１（例えば３〜４ｍｍなど）である。

（熱侵入）
図１に示す超電導回転電機１の外部の熱は、超電導回転電機１の内部に、次のように侵入する（超電導回転電機１の内部に侵入した熱を「侵入熱」とする）。侵入熱は、図２に示す回転軸７０、断熱部材９０、ロータコア８１、永久磁石８３（および周方向に隣り合う永久磁石８３の間の空気）、飛散防止チューブ８５、ギャップＧ２（図３参照）、内筒３５の順に侵入する（伝わる）。内筒３５に伝わった侵入熱は、ステータコア５２（ティース５５）、および、寒剤３０ｆ（ティース５５間のスロットの寒剤３０ｆ）に伝わる。その結果、侵入熱は、コイル６０に伝わる。なお、ステータコア５２の温度は例えば−１９０℃などである（寒剤３０ｆが液体窒素の場合）。

（浸漬冷却と冷凍機冷却との比較）
図１に示す冷却手段３０によるステータ５０の冷却方法が浸漬冷却の場合、冷凍機冷却の場合よりもステータ５０の温度上昇は小さい。その理由は次の通りである。浸漬冷却の場合、侵入熱は、ステータ５０だけでなく、寒剤３０ｆにも伝わる。このとき、寒剤３０ｆが蒸発すると、この蒸発による気化熱により、ステータ５０が再び冷やされる。一方、冷凍機冷却では寒剤３０ｆが用いられないので、寒剤３０ｆの気化熱は生じない。そのため、侵入熱の量が同じでも、冷凍機冷却に比べ浸漬冷却では、ステータ５０の温度上昇が小さい。

浸漬冷却に比べ、冷凍機冷却では熱侵入による悪影響が大きい。その理由は次の通りである。上記のように、浸漬冷却に比べ、冷凍機冷却ではステータ５０の温度上昇が大きい。そのため、浸漬冷却に比べ、冷凍機冷却では、温度上昇したステータ５０を冷却するのに大きいエネルギが必要となる。ここで、一般に、常温に比べ極低温では比熱が大きい。例えば、極低温での冷却には、常温での冷却の１００倍程のエネルギを必要とする。そのため、浸漬冷却に比べ、冷凍機冷却では熱侵入による悪影響が大きい。そのため、浸漬冷却に比べ、冷凍機冷却では、熱侵入を抑制することがより重要である。

（内筒３５で熱侵入を抑制した場合のデメリット）
図３に示す内筒３５の厚さＴ３５が厚いほど、内筒３５で熱侵入を抑制できる（断熱性が増える）。しかし、上記のように、厚さＴ３５を厚くすると、磁気回路のギャップＧ１が増え、超電導回転電機１（図１参照）のトルクが小さくなる。そこで、図１に示す超電導回転電機１では、断熱部材９０により熱侵入を抑制する。そのため、内筒３５の厚さＴ３５（図３参照）を厚くする必要なく、熱侵入を抑制できる。その結果、磁気回路のギャップＧ１（図３参照）を広くする必要なく（超電導回転電機１のトルクを犠牲にすることなく）、熱侵入を抑制できる。

（効果）
図１に示す超電導回転電機１による効果は次の通りである。超電導回転電機１は、ステータ５０と、ロータ８０と、回転軸７０と、断熱部材９０と、を備える。図２に示すように、ステータ５０は、コイル６０を有する。ロータ８０は、ステータ５０よりも径方向Ｒ内側に配置され、ステータ５０に対して回転可能であり、ロータコア８１を有する。回転軸７０は、ロータ８０よりも径方向Ｒ内側に配置され、ロータ８０に固定される。
［構成１］断熱部材９０は、回転軸７０とロータコア８１との間（径方向Ｒにおける間）に配置される。

超電導回転電機１は、上記［構成１］を備える。よって、回転軸７０からロータコア８１への熱侵入を抑制できる。その結果、回転軸７０からステータ５０への（コイル６０への）熱侵入を抑制できる（［作用β］とする）。上記［作用β］を得るために、図３に示すロータ８０とステータ５０とのギャップＧ１（磁気回路のギャップ）を広くする必要はない。具体的には例えば、［作用β］を得るために、内筒３５の厚さＴ３５を厚くする必要がなく、ステータ５０に対するロータ８０の回転に必要なギャップＧ２を大きくする必要がない。また、上記［作用β］を得るために、回転軸７０を中空にする必要はないので、回転軸７０の強度を下げる必要がない。

（変形例）
上記実施形態は様々に変形されてもよい。例えば、上記実施形態では、図１に示すように、ステータ５０はモータフレーム１０に直接固定された。しかし、ステータ５０とモータフレーム１０との間（径方向Ｒにおける間）に、断熱効果を有する部材が設けられてもよい。上記「断熱効果を有する部材」は、例えば真空断熱層であり、また例えばスーパーインシュレーション（ＳＩ；super insulation）などである。

１ 超電導回転電機
５０ ステータ
６０ コイル（超電導コイル）
７０ 回転軸
８０ ロータ
８１ ロータコア
９０ 断熱部材
Ｙ 径方向

Claims (1)

1. 超電導コイルを有するステータと、
   前記ステータよりも径方向内側に配置され、前記ステータに対して回転可能であり、ロータコアを有するロータと、
   前記ロータよりも径方向内側に配置され、前記ロータに固定される回転軸と、
   前記回転軸と前記ロータコアとの間に配置される断熱部材と、
   を備える、超電導回転電機。