JP2021007285A - 超電導回転電機 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受或いは回転シール部材の凍結を防止することができるように構成された超電導回転電機を提供すること。【解決手段】 超電導モータ１のステータ３及びロータ４の少なくとも一方は、液体窒素から受ける冷熱により超電導状態にされる超電導材料により構成される。また、超電導モータ１のモータケース２内に低温容器６を囲むように真空断熱空間である密閉空間Ｓ１が形成される。そして、密閉空間Ｓ１内にて回転軸５の外周回りに回転軸５を加熱することができるように構成された加熱コイル９１が配設される。【選択図】 図２

Description

本発明は、超電導材料が用いられた超電導回転電機に関する。

ロータ及びステータの少なくとも一方に超電導材料が使用される超電導回転電機としての超電導モータは、作動時の電気抵抗が非常に小さいので、大きなトルクを発生することができるという利点を有する。しかしながらその反面、作動中に超電導材料を超電導状態に維持するために超電導材料を超電導遷移温度以下の温度に冷却させるための冷却手段が必要である。

冷却手段により超電導材料のみが冷却されるのが好ましいが、実際には、ロータに接続された回転軸を介して、回転軸の軸受や、回転軸を回転シールするための回転シール部材（例えば磁性流体シール）も冷却される。軸受及び回転シール部材が過剰に冷却された場合、これらが劣化することによって耐久性が低下する。

特許文献１は、回転軸の軸受が超電導回転電機の大気側に近い位置に設けられているように構成された超電導回転電機を開示する。このように超電導回転電機を構成することにより、軸受が回転軸を介して冷却手段から受ける冷熱の伝達量が低減される。よって、軸受が過剰冷却されることによる耐久性の低下が抑制される。

特開２０１１−６７００６号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１に記載の超電導回転電機によれば、作動中における軸受の過剰冷却は抑制されるものの、作動停止中には、回転軸を経由して冷熱が軸受及び回転シール部材に伝達される。このため軸受や回転シール部材が凍結し、それにより超電導回転電機が凍結してしまう虞があるので、何等かの対策が必要となる。

そこで、本発明は、軸受或いは回転シール部材の凍結を防止することができるように構成された超電導回転電機を提供することを、目的とする。

（課題を解決するための手段）
本発明は、内部空間を有するとともに軸孔（２１１）が形成されたケース（２）と、ケースの内部に固定配置したステータ（３）と、ケースの内部にてステータに対して回転可能に設けられたロータ（４）と、ロータと一体的に同軸回転するようにロータに接続されるとともに少なくとも一方端がケースに形成された軸孔から突出した回転軸（５）と、ケースの内部に設けられ、ステータ及びロータを収容するとともに冷熱媒体が充填される低温容器（６）と、軸孔の内周面に取付けられ、回転軸を回転可能に支持する軸受（７１）と、回転軸の軸方向に沿って軸受に隣接するように軸孔と回転軸との間に取付けられ、回転軸が回転しているときに回転軸と軸孔との隙間をシールすることができるように構成された回転シール部材（８）と、を備え、ステータ及びロータの少なくとも一方が、冷熱媒体から受ける冷熱により超電導状態にされる超電導材料により構成される部分を有し、ケース内に低温容器を囲むように真空断熱空間（Ｓ１）が形成されてなる超電導回転電機（１）であって、真空断熱空間内にて回転軸の外周回りに配設され、回転軸を加熱することができるように構成された加熱部材（９１，９２）を備える、超電導回転電機を提供する。

本発明によれば、超電導回転電機のケース内に形成される真空断熱空間内に加熱部材が回転軸を覆うように回転軸の外周回りに設けられており、この加熱部材によって回転軸を加熱することができる。こうした加熱部材による回転軸の加熱によって、冷熱媒体から回転軸を介して軸受及び回転シール部材に伝達される冷熱量が低減され、それにより、回転軸から伝達される冷熱により軸受及び回転シール部材が過剰冷却することが抑止される。その結果、超電導回転電機の作動停止中における軸受及び回転シール部材の過剰冷却による凍結が効果的に防止される。

この場合、加熱部材は、真空断熱空間内にて回転軸の外周回りに巻回され、交流電流が流れることにより回転軸を誘導加熱することができるように構成される加熱コイル（９１）とすることができる。これによれば、誘導加熱によって回転軸自体を発熱させることにより、効率的に、回転軸を加熱することができる。

また、本発明に係る超電導回転電機は、真空断熱空間内にて加熱部材の外周回りに配設される断熱材（１０）を備えていてもよい。これによれば、断熱材によって加熱部材の外方への熱の流出が抑制される。よって、加熱部材の内側に位置する回転軸を効率的に加熱することができる。

また、低温容器は、ステータ及びロータを覆うように円筒状に形成され、軸方向が回転軸の軸方向に平行であるように配設された胴部（６１）と、胴部の一方端から径内方に延設した蓋部（６２）と、蓋部の内方端から回転軸の軸方向に沿って軸孔に向かって延設されるとともに先端が軸孔の内周面に接続され、回転軸の外周面との間に微小の隙間を形成するように回転軸の外周面に対面配置したシール筒部（６４）と、を有するように構成されていてもよい。この場合、シール筒部の外周側に真空断熱空間が形成され、加熱部材がシール筒部の外周回りに配設されているとよい。これによれば、シール筒部の外周回りに加熱部材を配設することにより、加熱部材を回転軸に近づけることができる。よって、効率的に、回転軸を加熱することができる。

図１は、本実施形態に係る超電導モータの部分断面概略図である。 図２は、図１のＡ部の詳細を示す断面概略図である。 図３は、第二実施形態に係る超電導モータの要部断面概略図である 図３は、第三実施形態に係る超電導モータの要部断面概略図である

（第一実施形態）
以下、本発明の第一実施形態について説明する。図１は、本実施形態に係る超電導回転電機である超電導モータ１を、回転軸心を含む平面で切断した部分断面概略図である。この超電導モータ１は誘導モータである。図１に示すように、超電導モータ１は、モータケース２（ケース）と、ステータ３と、ロータ４と、回転軸５と、低温容器６と、第一軸受７１（軸受）と、第二軸受７２と、磁性流体シール８（回転シール部材）と、加熱コイル９１（加熱部材）と、を備える。

モータケース２は、超電導モータ１の筐体を構成し、内部空間を有する。モータケース２は、図１からわかるように、互いに対向配置した第一端面板２１及び第二端面板２２と、円筒状の側周部２３とを有する。第一端面板２１及び第二端面板２２の外周形状は共に円形である。そして、第一端面板２１の外周部分と円筒状の側周部２３の一方の端部、及び、第二端面板２２の外周部分と側周部２３の他方の端部が、それぞれ締結部材により締結されることにより、内部空間を有するモータケース２が構成される。モータケース２は、金属、ＦＲＰ（繊維強化樹脂）又はセラミックスにより形成することができる。

また、モータケース２の第一端面板２１の中心部分に第一軸孔２１１が形成され、モータケース２の第二端面板２２の中心部分に第二軸孔２２１が形成される。第一軸孔２１１の内周面に第一軸受７１が取り付けられ、第二軸孔２２１の内周面に第二軸受７２が取り付けられる。また、モータケース２の側周部２３に、挿入孔２３１が形成される。図１からわかるように、挿入孔２３１から液体窒素タンクＴの供給口Ｔ１がモータケース２内に挿入される。

ステータ３は、モータケース２の内部に固定配置される。ステータ３は、ステータコア３１とコイル３２とを含んで構成される。ステータコア３１は、中心軸を通る貫通孔が軸方向に沿って形成された中空円柱形状に形成され、その中心軸線がモータケース２に設けられている第一軸孔２１１の中心と第二軸孔２２１の中心とを結ぶ直線と一致するように、モータケース２内に配設される。また、ステータコア３１には、周知のように複数のティース及びスロットが形成されており、このスロットにコイル３２が配設される。コイル３２は、スロットに配設された状態でティースに巻回される。

ステータコア３１は、本実施形態では、電磁鋼板により形成される。また、コイル３２は、銅線或いは超電導線により形成される。図１には、銅線により形成されるコイル３２が示される。

ステータコア３１に形成された貫通孔内にロータ４が配設される。従って、ロータ４はステータコア３１の内周側に配設される。ロータ４は、ロータコア４１及びかご型ロータ４２を備える。ロータコア４１は中心軸を通るシャフト挿通孔が軸方向に沿って貫通形成された中空円柱状に形成され、シャフト挿通孔の中心軸線がステータコア３１の中心軸線と同軸になるように、ステータコア３１の内周側に配置される。また、ロータコア４１は、その外周壁とステータコア３１の内周壁との間に微小な隙間が形成されるように、ステータコア３１に対して配設される。

かご型ロータ４２は、リング状に形成されて互いに対向して配置された一対のエンドリングと、複数のロータバーとを有する。複数のロータバーのそれぞれは、一対のエンドリング間にエンドリングの周方向に沿って配置しており、一方の端部が一方のエンドリングに接続され他方の端部が他方のエンドリングに接続される。また、ロータコア４１には、シャフト挿通孔の回りに周方向に沿って複数の貫通孔が軸方向に沿って形成されており、複数のロータバーはこの貫通孔内に挿通された状態で、その両端にて一対のエンドリングに接続される。本実施形態では、ロータコア４１が電磁鋼板により形成され、かご型ロータ４２を構成する一対のエンドリング及び複数のロータバーが超電導材料により形成される。一対のエンドリング及び複数のロータバーに用いられる超電導材料として、本実施形態では、窒素の沸点（−１９６℃）程度に冷却されたときに超電導状態となるもの、すなわち液体窒素に浸漬された状態で超電導状態となるものが選択される。このような超電導材料として、ＲＥ−Ｂａ−Ｃｕ−Ｏ（ＲＥはＹを含む希土類元素）系超電導材料が例示できる。

中空円柱状のロータコア４１の内周面の一部には、径内方に突出した嵌合部４３が軸方向に沿って延設される。この嵌合部４３に嵌合するように、回転軸５がロータコア４１に固定される。従って、回転軸５の回りにロータ４が配設され、ロータ４の回りにステータ３が配設されることになる。回転軸５は、図１に示すように、嵌合部４３に嵌合するキー溝が形成された固定軸部５１と、固定軸部５１からモータケース２の第一軸孔２１１に向かって図１の左方に延設するとともに第一軸受７１に支持される第一軸部５２と、第一軸部５２からモータケース２の外部に突出する先端軸部５３と、固定軸部５１からモータケース２の第二軸孔２２１に向かって図１の右方に延設するとともに第二軸受７２に支持される第二軸部５４とを有し、これらの軸部が直線状に連なるように構成される。また、軽量化のために、回転軸５の内部が部分的に中空にされる。本実施形態では、回転軸５がステンレスにより形成される。

第一軸受７１と第二軸受７２は、共に、インナーレース、アウターレース、球状の転動体、及び動作部分に塗りつけられたグリース等を備えて構成されており、これらの軸受は同軸的に配設される。そして、第一軸受７１のインナーレースの内周面に回転軸５の第一軸部５２の外周が固定され、第二軸受７２のインナーレースの内周面に回転軸５の第二軸部５４の外周が固定される。このようにして、回転軸５が、モータケース２に取り付けられている第一軸受７１及び第二軸受７２に回転可能に支持される。この回転軸５が回転すると、回転軸５に固定されたロータ４が、ステータ３に対して回転する。つまり、ロータ４は、モータケース２の内部にてステータ３に対して回転可能に設けられる。また、回転軸５は、ロータ４と一体的に同軸回転するようにロータ４に接続されるとともに一方端（先端軸部５３）がモータケース２に形成された第一軸孔２１１から突出するように、構成される。

また、図１に示すように、モータケース２の第二端面板２２に形成された第二軸孔２２１の外部開口は、封止板２４により外部から気密的に塞がれる。

図２は、図１のＡ部の詳細を示す断面概略図である。図１及び図２に示すように、モータケース２の第一端面板２１に取付ブラケット２５が固定されている。この取付ブラケット２５は、第一軸孔２１１に取り付けられた第一軸受７１の左方に隣接するように、第一軸孔２１１の内周側に配設される。取付ブラケット２５には貫通孔２５１が形成されており、この貫通孔２５１が第一軸孔２１１と同軸になるように、取付ブラケット２５が第一端面板２１に固定される。そして、回転軸５の第一軸部５２は、第一端面板２１の第一軸孔２１１及び取付ブラケット２５の貫通孔２５１を挿通する。このため取付ブラケット２５は、第一軸孔２１１の内周側であって回転軸５の外周側に配置することになる。つまり、取付ブラケット２５は、第一軸孔２１１と回転軸５との間に配設される。

取付ブラケット２５に形成された貫通孔２５１の内周壁に、回転シール部材としての磁性流体シール８が保持される。磁性流体シール８は、回転軸５の軸方向に沿って第一軸受７１に隣接するように、取り付けられる。この例では、磁性流体シール８は、第一軸受７１の左側に、すなわち回転軸５の先端軸部５３に近い側にて第一軸受７１に隣接配設する。この磁性流体シール８は、回転軸５の第一軸部５２の外周回りにリング状に配設される。ここで、取付ブラケット２５は第一軸孔２１１と回転軸５との間に配設されるから、この取付ブラケット２５に保持されている磁性流体シール８も、第一軸孔２１１と回転軸５との間に取り付けられることになる。

また、図２に良く示すように、磁性流体シール８と回転軸５との間に、磁性体である鉄製のリング部材５５が配設される。リング部材５５は、回転軸５の外周に固設されていて、リング部材５５の内周と回転軸５の外周との間の隙間は完全に封止される。

磁性流体シール８は、永久磁石と磁性流体とを含んで構成される。永久磁石とリング部材５５との間に形成される磁路に沿って磁性流体が配列することにより、回転軸５と第一軸孔２１１との間の隙間が磁性流体シール８によりシールされる。また、磁性流体シール８は、回転軸５が回転しているときにも、回転軸５と第一軸孔２１１との隙間をシールすることができる。すなわち磁性流体シール８は回転シール部材として機能する。

図１に示すように、ステータ３及びロータ４は、モータケース２内に設けられる低温容器６内に収容される。低温容器６は、例えばモータケース２の内部に設けられた樹脂製のブラケット等を介して、図１に示す位置に固定配置される。また、このようにして固定配置されている低温容器６の内壁にステータ３が押し当てられて締結ボルト等によって低温容器６にステータ３が固定されることにより、ステータ３が図１に示す位置に固定配置される。低温容器６は、例えばステンレスにより形成される。

低温容器６は、胴部６１と、蓋部６２と、底部６３と、第一シール筒部６４と、第二シール筒部６５とを有する。胴部６１は、ステータ３の外周を覆うように円筒状に形成される。この胴部６１は、その軸方向が回転軸５の軸方向に平行であるように、モータケース２内に配設される。このとき胴部６１の一方端である左端面がモータケース２の第一端面板２１に近い側に位置し、胴部６１の他方端である右端面がモータケース２の第二端面板２２に近い側に位置する。

低温容器６の蓋部６２は、胴部６１の左端縁（一方端）に接続されるとともにその左端縁から径内方に延設する。このため蓋部６２はモータケース２の第一端面板２１と所定距離だけ離間して対面して配置する。また、低温容器６の底部６３は、胴部６１の右端縁に接続されるとともに径内方に延設する。このため底部６３はモータケース２の第二端面板２２と所定距離だけ離間して対面して配置する。

低温容器６の胴部６１には、モータケース２の側周部２３に形成されている挿入孔２３１に対面する位置に、取付孔６１１が形成されている。この取付孔６１１には、挿入孔２３１からモータケース２内に挿入された液体窒素タンクＴの供給口Ｔ１が気密的に固定される。従って、液体窒素タンクＴ内の液体窒素は、低温容器６の内部空間に充填されることになる。

図１からわかるように低温容器６の胴部６１の軸方向長さは、モータケース２内のロータコア４１に固定された回転軸５の固定軸部５１の軸方向長さよりも長い。そして、胴部６１の左端縁に接続された蓋部６２は、胴部６１の左端縁から径内方に延びたリング状の部分と、リング状の部分の内周端から回転軸５の固定軸部５１に向かうようにテーパ状に形成された部分とを有する。同様に、胴部６１の右端縁に接続された底部６３は、胴部６１の右端縁から径内方に延びたリング状の部分と、リング状の部分の内周端から回転軸５の固定軸部５１に向かうようにテーパ状に形成された部分とを有する。このように低温容器６の蓋部６２及び底部６３を径内方に向かうほど互いに近づくようなテーパ状に形成することにより、低温容器６内に充填された液体窒素が回転軸５の固定軸部５１及びその近辺のみに接触することになる。このため、回転軸５のうち固定軸部５１から離れた部分に冷熱が伝達することを抑制できる。

また、図１及び図２に示すように、低温容器６の蓋部６２の内方端に、第一シール筒部６４が接続される。第一シール筒部６４は、蓋部６２の内方端から回転軸５の第一軸部５２の外周回りに沿って、第一軸孔２１１に向かって延設するように円筒状に形成される。また、図１に示すように、低温容器６の底部６３の内方端に、第二シール筒部６５が接続される。第二シール筒部６５は、底部６３の内方端から回転軸５の第二軸部５４の外周回りに沿って、第二軸孔２２１に向かって延設するように円筒状に形成される。第一シール筒部６４と回転軸５の第一軸部５２の外周面との間には微小な隙間が形成され、第二シール筒部６５と回転軸５の第二軸部５４の外周面との間には微小な隙間が形成される。

また、第一シール筒部６４の先端には、径外方に延設した第一円環部６４ａが形成され、第二シール筒部６５の先端には、径外方に延設した第二円環部６５ａが形成される。第一円環部６４ａの外周面は、モータケース２の第一端面板２１に形成されている第一軸孔２１１の内周面のうち第一軸受７１が取り付けられている部分よりも回転軸５の固定軸部５１寄りの部分に気密的に連結される。第二円環部６５ａの外周面は、モータケース２の第二端面板２２に形成されている第二軸孔２２１の内周面のうち第二軸受７２が取り付けられている部分よりも回転軸５の固定軸部５１寄りの部分に気密的に連結される。

上記のようにして低温容器６とモータケース２が気密的に連結されることにより、モータケース２と低温容器６との間に密閉空間Ｓ１が形成される。そして、密閉空間Ｓ１の内側に、低温容器６により囲まれた低温空間Ｓ２が配置する。つまり、密閉空間Ｓ１は、低温容器６を囲むようにモータケース２内に形成される。また、密閉空間Ｓ１は、モータケース２の側周部２３に形成された挿入孔２３１を経由して真空ポンプＰに気密的に接続される。従って、真空ポンプＰが作動することによって、上記の密閉空間Ｓ１が真空或いは真空に近い状態にされる。このため、密閉空間Ｓ１が真空断熱空間として機能して、密閉空間Ｓ１（真空断熱空間）に囲まれた低温容器６内の低温空間Ｓ２が真空断熱される。この真空断熱空間（密閉空間Ｓ１）は、図１からわかるように、第一シール筒部６４の外周側及び第二シール筒部６５の外周側に形成される。

図２に良く示すように、密閉空間Ｓ１内にて、第一シール筒部６４の外周回りに、加熱部材としての加熱コイル９１が配設される。この加熱コイル９１は、密閉空間Ｓ１（真空断熱空間）内にて、回転軸５の第一軸部５２の外周回りを巻回するように、第一シール筒部６４の外周回りに配設される。加熱コイル９１は、第一シール筒部６４の外周回りのうち、第一軸受７１及び磁性流体シール８に近い側に配設されているとよい。また、加熱コイル９１は、電線を通じて交流電源Ｖに電気的に接続される。この交流電源Ｖが作動することにより、加熱コイル９１に交流電流が流れる。

上記構成の超電導モータ１を使用する際には、低温容器６内の低温空間Ｓ２内に、液体窒素タンクＴから冷熱媒体としての液体窒素が充填される。これにより、低温空間Ｓ２に収容されているステータ３及びロータ４のうち超電導材料により形成されている部分（すなわちかご型ロータ４２）は、液体窒素に浸されて液体窒素から受ける冷熱によって超電導遷移温度以下に冷却される。このためかご型ロータ４２を構成する一対のエンドリング及び複数のロータバーが超電導状態にされる。その後、ステータ３のコイル３２に電流を流して回転磁界を生成する。この回転磁界によってロータ４に誘導電流が誘起され、さらに誘導電流により生じる電磁力によって、ロータ４及び回転軸５が回転磁界と同じ方向に回転する。ロータ４及び回転軸５の回転中、ロータ４のかご型ロータ４２を構成する一対のエンドリング及び複数のロータバーに誘導電流が流れるが、これらは超電導材料により形成されており、さらにこれらは超電導状態にされている。従って、エンドリング及びロータバーの電気抵抗は非常に小さい。そのため大きな電磁力を発生させることができ、その結果、モータトルクを増大させることができる。

また、上記したように、低温容器６の第一シール筒部６４と回転軸５の第一軸部５２の外周面との間に微小隙間が形成され、低温容器６の第二シール筒部６５と回転軸５の第二軸部５４の外周面との間に微小隙間が形成されている。低温容器６内の液体窒素はこれらの微小隙間内にも進入し、微小隙間内にて気化される。第一シール筒部６４と第一軸部５２の外周面との間の微小隙間は第一軸孔２１１と回転軸５との隙間に通じているが、この隙間は、磁性流体シール８によって、回転軸５の回転中でも回転停止中でもシールされている。つまり、上記の微小隙間は磁性流体シール８によってシールされている。よって、磁性流体シール８によって、低温空間Ｓ２内の冷熱媒体（窒素）が第一軸孔２１１を経由して外部に放出されることが防止される。また、第二シール筒部６５と第二軸部５４の外周面との間の微小隙間は第二軸孔２２１に通じているが、第二軸孔２２１の開口は封止板２４によってシールされている。つまり、上記の微小隙間は封止板２４によってシールされている。よって、封止板２４によって、低温空間Ｓ２内の冷熱媒体（窒素）が第二軸孔２２１を経由して外部に放出されることが防止される。

また、この超電導モータ１によれば、第一軸受７１、第二軸受７２、及び磁性流体シール８が、真空断熱空間である密閉空間Ｓ１よりも外側（大気側）に配設されている。このため、これらの部材と低温空間Ｓ２との間に真空断熱層が介在する。よって、超電導モータ１の作動中に、これらの部材の過剰冷却が抑制され、これらの部材が過剰冷却されることに起因する耐久性の低下を抑制することができる。

しかしながら、超電導モータ１の作動停止中は、低温空間Ｓ２内の冷熱媒体（液体窒素）に接触している回転軸５が冷熱媒体から冷熱を受け、この冷熱が回転軸５に接触している第一軸受７１、第二軸受７２、及び磁性流体シール８に伝達されて、これらが冷やされる。これらのうち、第二軸受７２は、回転軸５の端部（第二軸部５４の先端部）付近に設けられており、回転軸５の端部から冷熱が放出されるために、さほど過剰冷却されない。一方、第一軸受７１及び磁性流体シール８は回転軸５の端部（先端軸部５３の先端部）から離れた位置に取り付けられているので、回転軸５からの受ける冷熱が放出されにくい。よって、斯かる冷熱により第一軸受７１及び磁性流体シール８が過剰冷却される。第一軸受７１が過剰冷却された場合、第一軸受７１に含まれるグリース等が凍結する虞がある。また、磁性流体シール８が過剰冷却された場合、磁性流体シール８に含まれる磁性流体が凍結する虞がある。

この点に関し、本実施形態によれば、第一シール筒部６４の外周回りに加熱コイル９１が配設されている。従って、超電導モータ１の作動停止中に第一軸受７１及び磁性流体シール８の温度を監視しておき、これらが凍結する程度にまで温度低下したときに交流電源Ｖを作動させて、加熱コイル９１に交流を印加する。これにより、加熱コイル９１に交流電流が流れる。加熱コイル９１に交流電流が流れると、加熱コイル９１に囲まれている回転軸５の表面に渦電流が発生し、渦電流のジュール熱により回転軸５が加熱される。つまり、回転軸５が誘導加熱される。こうして回転軸５が誘導加熱されて発熱するために、冷熱媒体から回転軸５を介して第一軸受７１及び磁性流体シール８に伝達される冷熱量が低減され、それにより、回転軸５から伝達される冷熱により第一軸受７１及び磁性流体シール８が過剰冷却することが抑止される。その結果、超電導モータ１の作動停止中における第一軸受７１及び磁性流体シール８の過剰冷却による凍結が効果的に防止される。

このように、本実施形態によれば、超電導モータ１のモータケース２内に形成される真空断熱空間（密閉空間Ｓ１）内に加熱コイル９１が回転軸５を覆うように回転軸５の外周回りに設けられている。この加熱コイル９１によって回転軸５を加熱することにより、上記したように第一軸受７１及び磁性流体シール８の過剰冷却による凍結が効果的に防止される。

また、加熱コイル９１によって回転軸５を誘導加熱することにより、回転軸５自体を発熱させることができる。このため、効率的に、回転軸５を加熱することができる。

また、低温容器６は、第一シール筒部６４を有する。この第一シール筒部６４は、胴部６１の一方端から径内方に延設した蓋部６２の内方端から回転軸５の軸方向に沿って第一軸孔２１１に向かって延設されるとともに先端部分（第一円環部６４ａ）が第一軸孔２１１の内周面に接続されており、回転軸５の第一軸部５２の外周面との間に微小の隙間を形成するように回転軸５の外周面に対面配置している。そして、第一シール筒部６４の外周側に真空断熱空間（密閉空間Ｓ１）が形成され、加熱コイル９１は真空断熱空間内にて第一シール筒部６４の外周回りに配設されている。第一シール筒部６４は、真空断熱空間（密閉空間Ｓ１）のうち最も回転軸５に近い位置に設けられているので、第一シール筒部６４の外周回りに加熱コイル９１を配設することにより、加熱コイル９１を回転軸５に近づけることができる。よって、効率的に、回転軸５を加熱することができる。

（第二実施形態）
図３は、第二実施形態に係る超電導モータ１の要部断面概略図である。図３は、第一実施形態にて説明した図２に相当する図である。図３に示すように、この例においては、第一軸受７１と磁性流体シール８の位置が、第一実施形態における両者の位置と入れ替わっている。すなわち、磁性流体シール８の外方（図３の左方）に第一軸受７１が配設されている。また、第一シール筒部６４の先端に設けられた第一円環部６４ａの内周側に、磁性流体シール８が配設され、この磁性流体シール８の内周側に、回転軸５の第一軸部５２の外周に固着されたリング部材５５が配置している。このように第一円環部６４ａの内周側に磁性流体シール８が配設されるため、第一実施形態にて磁性流体シール８を保持している取付ブラケット２５は、本実施形態では省略される。また、加熱コイル９１は、第一実施形態と同様に、回転軸５の第一軸部５２を巻回するように、密閉空間Ｓ１（真空断熱空間）内にて第一シール筒部６４の外周回りに配設される。

本実施形態においても、超電導モータ１の作動停止中に加熱コイル９１を作動して回転軸５を誘導加熱することにより、第一軸受７１及び磁性流体シール８の過剰冷却による凍結を防止することができる。

（第三実施形態）
図４は、第三実施形態に係る要部断面概略図である。図４は、第一実施形態にて説明した図２に相当する図である。図４に示すように、この例においては、第一実施形態にて示した加熱コイル９１に代えて、シート状のヒータ９２が用いられる。ヒータ９２は、第一実施形態における加熱コイル９１と同様に、回転軸５の第一軸部５２を巻回するように、密閉空間Ｓ１（真空断熱空間）内にて第一シール筒部６４の外周回りに配設される。この場合、第一実施形態のように誘導加熱により回転軸５が直接発熱しないものの、シート状のヒータ９２自身が発熱し、その熱が第一シール筒部６４に伝えられて第一シール筒部６４が加熱され、さらに第一シール筒部６４から回転軸５に伝熱されることにより回転軸５が加熱される。このようにして回転軸５が加熱される結果、第一軸受け７１及び磁性流体シール８に伝達される冷熱量が低減されて、これらの凍結が防止される。また、第一シール筒部６４からも第一軸受７１及び磁性流体シール８に熱を伝えることができるので、これらの凍結がより一層防止される。

また、この例では、真空断熱空間（密閉空間Ｓ１）内にて、シート状のヒータ９２の外周回りに、断熱材１０が配設されている。断熱材１０として、例えば、シリコンスポンジや、ガラスクロスを例示できる。この断熱材１０の存在により、ヒータ９２の外周側への熱の流出が防止され、効率的にヒータ９２の熱を、ヒータ９２の内周側に位置する第一シール筒部６４及び回転軸５に伝達することができる。このため、効率的に第一シール筒部及び回転軸５を加熱することができる。

以上、本発明の様々な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきではない。例えば、上記実施形態では、回転軸５の一方端側（先端軸部５３）がモータケース２から突出するように構成された超電導モータ１について説明したが、回転軸の両端側がモータケースから突出するように構成された超電導モータにも、本発明を適用することができる。この場合、回転軸の両端側にそれぞれ磁性流体シールを取り付けるとともに、第一シール筒部６４の外周回り及び第二シール筒部６５の外周回りにそれぞれ加熱部材を設け、これらの加熱部材によって回転軸を加熱することにより、回転軸の両端側に取り付けられた磁性流体シール、第一軸受７１、及び第二軸受７２の凍結を防止することができる。

また、上記実施形態では、ロータ４の構成部材の一部を超電導材料で構成した超電導モータについて示したが、例えばステータの構成部材の一部（例えばコイル）を超電導材料で構成した超電導モータにも、本発明を適用することができるし、ロータ及びステータの双方に超電導材料を使用した超電導モータにも本発明を適用することができる。さらに、上記実施形態では、回転シール部材として磁性流体シールを用いた超電導モータを示したが、それ以外の回転シール部材を用いた超電導モータにも本発明を適用することができる。また、モータ以外の超電導回転電機、例えば発電機にも、本発明を適用することができる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…超電導モータ（超電導回転電機）、２…モータケース（ケース）、２１…第一端面板、２１１…第一軸孔（軸孔）、２２…第二端面板、２２１…第二軸孔、３…ステータ、３１…ステータコア、３２…コイル、４…ロータ、４１…ロータコア、４２…かご型ロータ、５…回転軸、５１…固定軸部、５２…第一軸部、５３…先端軸部、５４…第二軸部、５５…リング部材、６…低温容器、６１…胴部、６２…蓋部、６３…底部、６４…第一シール筒部（シール筒部）、６５…第二シール筒部、７１…第一軸受（軸受）、７２…第二軸受、８…磁性流体シール（回転シール部材）、９１…加熱コイル（加熱部材）、９２…ヒータ（加熱部材）、１０…断熱材、Ｓ１…密閉空間（真空断熱空間）、Ｓ２…低温空間

Claims (4)

1. 内部空間を有するとともに軸孔が形成されたケースと、
   前記ケースの内部に固定配置したステータと、
   前記ケースの内部にて前記ステータに対して回転可能に設けられたロータと、
   前記ロータと一体的に同軸回転するように前記ロータに接続されるとともに少なくとも一方端が前記ケースに形成された前記軸孔から突出した回転軸と、
   前記ケースの内部に設けられ、前記ステータ及び前記ロータを収容するとともに冷熱媒体が充填される低温容器と、
   前記軸孔の内周面に取付けられ、前記回転軸を回転可能に支持する軸受と、
   前記回転軸の軸方向に沿って前記軸受に隣接するように前記軸孔と前記回転軸との間に取付けられ、前記回転軸が回転しているときに前記回転軸と前記軸孔との隙間をシールすることができるように構成された回転シール部材と、
   を備え、
   前記ステータ及び前記ロータの少なくとも一方が、前記冷熱媒体から受ける冷熱により超電導状態にされる超電導材料により構成される部分を有し、
   前記ケース内に前記低温容器を囲むように真空断熱空間が形成されてなる超電導回転電機であって、
   前記真空断熱空間内にて前記回転軸の外周回りに配設され、前記回転軸を加熱することができるように構成された加熱部材を備える、超電導回転電機。
2. 請求項１に記載の超電導回転電機において、
   前記加熱部材は、前記真空断熱空間内にて前記回転軸の外周回りに巻回され、交流電流が流れることにより前記回転軸を誘導加熱することができるように構成される加熱コイルである、超電導回転電機。
3. 請求項１又は２に記載の超電導回転電機において、
   前記真空断熱空間内にて前記加熱部材の外周回りに配設される断熱材を備える、超電導回転電機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の超電導回転電機において、
   前記低温容器は、
   前記ステータ及び前記ロータを覆うように円筒状に形成され、軸方向が前記回転軸の軸方向に平行であるように配設された胴部と、
   前記胴部の一方端から径内方に延設した蓋部と、
   前記蓋部の内方端から前記回転軸の軸方向に沿って前記軸孔に向かって延設されるとともに先端が前記軸孔の内周面に接続され、前記回転軸の外周面との間に微小の隙間を形成するように前記回転軸の外周面に対面配置したシール筒部と、を有し、
   前記シール筒部の外周側に前記真空断熱空間が形成され、
   前記加熱部材が前記シール筒部の外周回りに配設されている、超電導回転電機。

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