JP4622458B2 - 超電導モータ装置 - Google Patents

Description

本発明は、超電導モータ装置に関し、特に、電気自動車やハイブリッド自動車に搭載される駆動用あるいは発電用のモータにおいて、超電導コイルおよび常電導コイルを効率良く冷却するものに関する。

近年、ガソリン等の化石燃料の枯渇や排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気エネルギーによりモータを駆動して走行する電気自動車やハイブリッド自動車の開発が進められている。この場合、常電導モータを使用した場合には、電気抵抗による銅損が発生して低効率となると共に通電電流に限界があるために高出力化が困難となる問題がある。一方、特開平６−６９０７号公報に開示されているように、超電導モータを採用すれば、超電導コイルでの銅損がなくなり高効率になると共に小型化および高出力化を図ることが可能となる。

超電導モータでは、界磁コイルに超電導材を用いると共に電機子コイルに常電導材（例えば、銅線）を用いる場合が多い。モータにおいて入力電力に対して得られる回転出力の効率は約９０％前後と言われ、約１０％程度は熱に変換されているのが現状で、前記加熱により常電導材の温度が上昇すると、銅損が増大して非効率になると共に、常電導コイルの巻線に絶縁破壊が生じたり各種部品の耐久性にも悪影響が及ぶことになる。

そのため、モータでは発生した熱を空冷装置や水冷装置により放熱・冷却することで加熱対策を行っているが、これら冷却装置は一般に大きいため冷却機構を簡素化することが求められる。
また、前記冷却装置では外気等との温度差を利用して冷却を行う原理であるため冷却力に限度があり、電機子コイルでの発熱が十分に抑えられずに電機子コイルに通電する電流量を制限せざるを得ず、出力トルクの増加を図ることが困難となる問題がある。
特開平６−６９０７号公報

本発明は、前記問題に鑑みてなされたもので、超電導モータへの通電量増加を図ることができる簡素な冷却構造を提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、ステータとロータのいずれか一方に超電導コイルを用いる一方、いずれか他方に常電導コイルを用い、前記超電導コイルを液体水素あるいは液体窒素で冷却する液体冷却部を設けると共に、前記常電導コイルを前記液体冷却部で気化された液体水素あるいは液体窒素で冷却する気体冷却部を設けており、さらに、
前記気体冷却部の温度を検知する温度センサと、該気体冷却部の気体導入路に設けた開閉弁と、前記温度センサからの検知信号により前記気体冷却部の温度が閾値以上で前記開閉弁を開作動すると共に閾値未満であると閉作動する制御手段とを設けていることを特徴とする超電導モータ装置を提供している。

前記構成とすると、所要の超電導性能を発揮させるために超電導コイルを冷却することで昇温気化した液体水素あるいは液体窒素をさらに常電導コイルの冷却用に流用しているので、別途、空冷装置や水冷装置を用意する必要がなく、冷却機構を簡素化することができる。
さらに、冷媒として液体水素あるいは液体窒素を用いて極低温としているため、超電導コイルを冷却した後でも未だ十分な冷却力を有する。よって、常電導コイルは十分に冷却されて抵抗率が低減し、その結果、常電導コイルに通電する電流量を増加することができ、モータの出力トルクの増加を図ることができる。
また、常電導コイルを冷やし過ぎた場合には、常電導コイルを固定するコアに渦電流損が発生して却ってロスが生じる結果となるが、常電導コイルの冷却に用いる冷媒は超電導コイルの冷却により昇温した気化水素等を用いているので、過冷却も防止することができる。
なお、前記超電導コイルを界磁コイルとして用いると共に、前記常電導コイルを電機子コイルとして用いていると好ましい。

超電導コイルはステータに取り付け且つ常電導コイルをロータに取り付ける構成としてもよく、またはその逆でもよい。
例えば、界磁コイルとなる前記超電導コイルをロータに、電機子コイルとなる前記常電導コイルをステータに取り付け、
前記ステータの外面側に第１断熱層を設けていると共に、前記ステータの内面と前記ロータの外面との間に隔壁となる第２断熱層を介設し、
前記液体冷却部を、前記ロータと前記第２断熱層との間の空間、前記ロータを貫通する回転軸の中空部あるいは／および前記ロータに穿設された空隙から構成し、
前記気体冷却部を、前記ステータと第２断熱層との間の空間、前記ステータに穿設された空隙あるいは／および前記ステータと前記第１断熱層との間の空間から構成しているとよい。

あるいは、界磁コイルとなる前記超電導コイルをステータに、電機子コイルとなる前記常電導コイルをロータに取り付け、
前記ステータの外面側に第１断熱層を設けていると共に、前記ステータの内面と前記ロータの外面との間に隔壁となる第２断熱層を介設し、
前記液体冷却部を、前記ステータと第２断熱層との間の空間、前記ステータに穿設された空隙あるいは／および前記ステータと前記第１断熱層との間の空間から構成し、
前記気体冷却部を、前記ロータと前記第２断熱層との間の空間、前記ロータを貫通する回転軸の中空部あるいは／および前記ロータに穿設された空隙から構成しているとよい。

前記各構成とすると、ステータの外面側に第１断熱層を設けているので、ステータを冷媒で冷却する際の冷気がモータ外部に漏れるのを防止することができる。
また、ステータとロータとの間に第２断熱層を介設しているので、ステータ側あるいはロータ側の冷却部の冷熱が相手側（ロータ側あるいはステータ側）に伝達するのを防止することができる。したがって、超電導コイルおよび常電導コイルの夫々に対して的確な温度で個別に冷却することが可能となる。
また、気体冷却部、液体冷却部として前記した各空間を用いることで、超電導コイル、常電導コイルの夫々を確実に冷却することができる。特に、ステータとロータとの間のギャップ空間に超電導コイルあるいは常電導コイルが露出して取り付けられている場合には、前記空間を気体冷却部あるいは液体冷却部として利用することで、コイルを直接的に冷却することができ、冷却効率が向上する。

前記液体冷却部には、前記液体水素あるいは液体窒素を直接導入して循環し、あるいは前記液体水素あるいは液体窒素と熱交換器を介して冷却される別の液体を収容している一方、
前記気体冷却部には、前記液体冷却部で気化された液体水素或いは液体窒素を直接導入して循環し、あるいは、前記気化された液体水素あるいは液体窒素と熱交換器を介して冷却される別の気体を収容していると好ましい。

前記構成とすると、液体水素あるいは液体窒素からなる冷媒を液体冷却部や気体冷却部に導入して直接的に冷却する場合には、冷却媒体が他に要らないという利点がある。一方、別の伝熱媒体である液体や気体を液体冷却部や気体冷却部に収容して冷媒から間接的に冷却を行う場合には、冷媒用の流路を冷却部に連通する必要がなくなり冷媒用の流路が簡素化できると共に、流路の接合箇所が低減することで気密性が向上する利点がある。
また、液体冷却部に用いる別の液体としては、同じように液体水素や液体窒素を用いると好適である。一方、気体冷却部に用いる別の気体としては、前記液体水素や液体窒素と沸点温度が近いものが好ましく、冷媒に水素を用いている場合にはネオンやヘリウムを用いると好適である。

前記のように、気体冷却部の温度を検知する温度センサと、該気体冷却部の気体導入路に設けた開閉弁と、前記温度センサからの検知信号により前記気体冷却部の温度が閾値以上で前記開閉弁を開作動すると共に閾値未満であると閉作動する制御手段とを設けている。

前記構成とすると、気体冷却部が過冷却された場合には開閉弁を閉作動することで冷媒循環を停止し、常電導コイルの周囲温度が昇温するまで待機することとなる。その結果、常電導コイルのコアの過冷却による渦電流損の増加を防止することができ、エネルギー効率の高い最適な冷却を行うことが可能となる。また、制御手段に接続された過熱ヒータを冷媒の流路に設け、過冷却時に該加熱ヒータをオンすることで気体冷却部の温度を迅速に昇温するようにすればより好ましい。

液体水素タンクに貯留される水素を燃料とする発電手段を有する車両に搭載され、前記発電手段で生成された電力を前記超電導コイルおよび常電導コイルに給電して駆動するものであって、
前記液体水素タンクに貯留される液体水素を前記液体冷却部側へ導入する経路と、
前記液体冷却部で発生する気化された液体水素を前記気体冷却部に導入する経路と、
前記液体水素タンクから液体冷却部への経路中で発生した気化された液体水素を前記気体冷却部に導入する経路と、
前記気体冷却部で加熱された気化された液体水素を前記発電手段に導入する経路とを備えていると好適である。

前記構成とすると、超電導コイルおよび常電導コイルの冷却用の冷媒として既に車載されている液体水素を流用でき、車両の燃料源との共用化を図ることができる。また、各コイルを冷却することにより昇温気化した気体水素を発電手段に供給することで、液体水素タンクの液体水素を気化させる装置を別途設ける必要がなくなり効率的となる。

以上の説明より明らかなように、本発明によれば、超電導コイルを極低温に冷却して昇温して気化した液体水素あるいは液体窒素をさらに常電導コイルの冷却用に流用しているので、別途、空冷装置や水冷装置を用意する必要がなく冷却機構を簡素化することが可能となる。さらに、前記液体水素あるいは液体窒素は極低温であり超電導コイルを冷却して気化した後でも未だ十分な冷却力を有するため、常電導コイルで発生するジュール熱を十分に抑えることができ、常電導コイルに通電容量が増大して出力トルクの増加が図られる。また、常電導コイルの冷却に用いる冷媒は超電導コイルの冷却により昇温した冷媒を用いているので、過冷却による渦電流損の増加も防止することができる。

本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は第１実施形態の電気自動車１０（車両）を示し、液体水素を貯留する液体水素タンク１１と、液体水素タンク１１から供給される水素を酸素と反応させて電力を生成する燃料電池１２（発電手段）と、燃料電池１２で発電された電力を蓄電するバッテリー１３と、バッテリー１３からの直流電流を所定電圧の交流に変換するインバータ１４と、インバータ１４から供給される電力により駆動される超電導モータ装置１５とを備えている。

超電導モータ装置１５は、図２および図３に示すように、ステータ１６と、該ステータ１６の中空部に回転自在に配置されたロータ１７とを備えている。
ステータ１６は、鉄粉に絶縁コーティングを施した粉末磁性体を用いて形成されたステータコア１８を外周面が断面円形状で且つ内周面が六角形状とし、ステータコア１８の内周面の各６辺にそれぞれ常電導材（例えば、銅）を巻き回した各常電導コイル１９（電機子コイル）をレーストラックコイル状に配置固定している。また、ステータコア１８の外面には真空状の第１断熱層２０を被覆している。さらに、ステータ１６の内面とロータ１７の外面との間のギャップ空間を気体冷却部２６としている。

ロータ１７は、前記粉末磁性体を用いて円柱状に形成されたロータコア２１の中心に回転軸２３を貫通固定し、該回転軸２３は軸受を介してステータ１７の外部に延出している。また、回転軸２３の内部には中空状のヒートパイプである液体冷却部２４を穿設しており、液体冷却部２４の内部空間には液体水素や液体窒素等の伝熱媒体を貯留している。ロータコア２１には超電導材を巻き回した超電導コイル２２（界磁コイル）を固定し、ロータコア２１の最外面は真空状の第２断熱層２５で被覆している。なお、超電導材としては、ビスマス系やイットリウム系等の高温超電導材が好適に用いられる。

液体水素タンク１１から導出された第１冷媒流路２７は、回転軸２３の端部と軸受２８を介して接続しており、第１冷媒流路２７の中間部分が熱交換器の役目を果たすコールドヘッド２９を介して液体冷却部２４に冷熱を伝達する構成としている。
第１冷媒流路２７は、気体冷却部２６に連通する第２冷媒流路３１と循環装置３０を介して接続しており、気体冷却部２６から導出される第３冷媒流路３２を通風ファン３３を介して循環装置３０に接続している。即ち、第２冷媒流路３１および第３冷媒流路３２の端部は、ステータコア１８の壁面の連通孔１８ａに接続している。また、循環装置３０から導出される第４冷媒流路３４は燃料電池１２に接続している。

循環装置３０は、図４に示すように、第１冷媒流路２７と第２冷媒流路３１とを連結する電磁弁からなる第１開閉弁３５と、第２冷媒流路３１と第３冷媒流路３２とを連結する電磁弁からなる第２開閉弁３６と、第３冷媒流路３２と第４冷媒流路３４とを連結する電磁弁からなる第３開閉弁３７と、第３冷媒流路３２内に配置された温度センサ３９と、第２冷媒流路３１内に配置された加熱ヒータ４０と、第１〜第３開閉弁３５〜３７と温度センサ３９と加熱ヒータ４０とに接続された制御手段３８とを備えている。

制御手段３８は、温度センサ３９で検知される冷媒温度が設定値以上である場合に、第１開閉弁３５および第３開閉弁３７をオープンすると共に第２開閉弁３６をクローズする構成としている。一方、温度センサ３９で検知される冷媒温度が設定値未満である場合には、第１開閉弁３５および第３開閉弁３７をクローズすると共に第２開閉弁３６をオープンにし、かつ加熱ヒータ４０をオンにする構成としている。
このように、制御手段３８により温度制御を行うことで、ステータ冷却部２６内の気体温度を０〜５０℃の範囲にコントロールしている。

次に、超電導モータ装置１５の動作について説明する。
液体水素タンク１１からの液体水素が冷媒として第１冷媒流路２７を流れることで、コールドヘッド２９を介して液体冷却部２４内の伝熱媒体が極低温に冷却され、回転軸２３およびロータコア２１を介して超電導材からなる超電導コイル２２を間接的に冷却している。

また、第１冷媒流路２７を流れると共に液体冷却部２４と熱交換して昇温気化した約２０Ｋ（ケルビン）の液体水素（以下、気体水素と称す）は循環装置３０に導入される。気体冷却部２５に連通する第３冷媒流路３２の温度が温度センサ３９により設定値以上であると検知されている場合には、第１開閉弁３５および第３開閉弁３７がオープンで、かつ第２開閉弁３６がクローズされているので、通風ファン３３の送風により第１冷媒流路２７からの気体水素が第２冷媒流路３１を通じて気体冷却部２６に流入する。気体冷却部２６を循環して常電導コイル１９を冷却して昇温した気体水素は、第３冷媒流路３２から排出されて第４冷媒流路３４を通じて燃料電池１２に供給される。

前記のように気体冷却部２５を気体水素が流通することで、温度センサ３９で検知される冷媒温度が設定値未満となった場合には、第１開閉弁３５および第３開閉弁３７をクローズすると共に第２開閉弁３６をオープンにすることで、第２冷却流路３１、気体冷却部２６および第３冷媒流路３２で形成される閉じた経路を気体水素が循環し、気体水素の昇温が図られる。それでも気体水素の温度が低すぎる場合には、制御手段３８からの指令により加熱ヒータ４０がオンとなり気体水素が加熱される。
これにより、温度センサ３９で検知される気体水素の温度が設定値以上となった場合には、再度、第１開閉弁３５および第３開閉弁３７がオープンで、かつ第２開閉弁３６がクローズの状態に戻され、気体冷却部２６を循環した気体水素が燃料電池１２に供給される。

以上の構成とすると、超電導材からなる超電導コイル２２を冷却した後の気体水素を流用して常電導コイル１９を冷却しており、図５に示すように、該冷却により銅線からなる常電導コイル２９の抵抗値が低下するので、通電量を増大して瞬時的な出力トルクの増大を図ることができる。さらに、空冷装置や水冷装置を別途用意する必要がなく、超電導材冷却用の液体水素を利用する構成としているため、冷却機構を簡素化することができる。

また、常電導コイル１９の冷却に用いる冷媒は超電導コイル２２の冷却により昇温気化した気体水素を用いているので、過冷却による渦電流損の増加も防止することができる。
例えば、電磁鋼板での渦電流損の一般式は、以下の数式１で表される。
［数式１］
渦電流損（Ｗ／ｍ³）＝Ｋ・（ｄ・ｆ・Ｂｍ）²／ρ
但し、Ｋは材料特有の係数、ｄは積層鋼板の１枚当たりの厚み、ｆは周期変化の周波数、ρは電気抵抗率、Ｂｍは最大磁束密度である。
以上の式から明らかなように、ステータコア１８が冷え過ぎて電気抵抗率が大幅に低減されると、ステータコア１８で発生する渦電流損は逆に増加するので、気体冷却部２６の過冷却を防ぐことで、ステータコア１８における渦電流損を抑制することができる。

また、ステータ１６とロータ１７との間のギャップ空間に気体冷却部２５を設けているので、常電導コイル１９を直接的に冷却することができ、冷却効率の向上を図ることが可能となる。さらに、燃料電池１２では気化された水素が必要となるが、超電導コイル２２および常電導コイル１９との熱交換により昇温気化された水素を燃料電池１２に送っていることで、液体水素タンク１１に貯留された液体水素の気化に必要なエネルギーを低減することができる。
なお、本実施形態の超電導モータ装置１５は駆動用モータであるが、車輪の回転動力を電気エネルギーに変換する発電用モータとして利用してもよい。

図６は変形例を示し、燃料電池の代わりに、発電手段２００として水素エンジン２０１と発電機２０２を用いてもよい。詳しくは、液体水素タンク１１から水素エンジン２０１に水素が供給され、水素エンジン２０１で得られた回転駆動力を発電機２０２に入力して発電を行い、該発電された電力をバッテリー１３に蓄電する。また、超電導モータ装置１５を循環した水素は水素エンジン２０１に供給されるようにしている。なお、他の構成は前述した第１実施形態と同様であるため説明を省略する。

図７は第２実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、液体冷却部２４に液体水素タンク１１からの液体水素を直接導入している点である。
即ち、回転軸２３の端部を軸受２８を介して固定部材４３に接続し、液体水素タンク１１からの流入流路４２を固定部材４３を貫通して液体冷却部２４に連通している一方、同じく固定部材４３を貫通して液体冷却部２４に連通した流出流路４４を循環装置３０に接続している。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図８は第３実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、液体水素タンク１１からの水素を気体冷却部２６に直接導入せずに熱交換器４６を用いている点である。

液体水素タンク１１から導出された第１冷媒流路４９を流れる液体水素は、その中間位置でコールドヘッド２９を介して液体冷却部２４内の伝熱媒体と熱交換して昇温気化すると共に、開閉弁５０を介して熱交換器４６の一側流路４７を通過し、燃料電池１２へと供給される。
気体冷却部２６は、水素と沸点温度が近いネオンやヘリウム等の伝熱媒体が冷媒として封入された循環流路５３が連通されて閉空間を形成し、循環流路５３には熱交換器４６の他側流路４８と通風ファン３３を介設している。

また、循環流路５３には温度センサ５１および加熱ヒータ５４が配置され、制御手段５２にそれぞれ接続している。即ち、制御手段５２は、温度センサ５１で検知される冷媒温度が設定値以上である場合に開閉弁５０をオープンする一方、温度センサ５１で検知される冷媒温度が設定値未満である場合には、開閉弁５０をクローズすると共に加熱ヒータ５４をオンにする構成としている。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
前記構成とすると、第１冷媒流路を流れる気体水素を循環流路５３に連結する必要がないので、水素の通過する流路の気密性が向上する利点がある。

図９は第４実施形態を示す。
第３実施形態との相違点は、液体水素タンク１１から導出される第１冷媒流路５６に循環流路５７を包囲するジャケット部５６ａを設けている点である。
即ち、液体水素タンク１１から第１冷媒流路５６を流れる液体水素が液体冷却部２４と熱交換することにより昇温気化し、気体冷却部２６と連通する循環流路５７を包囲するジャケット部５６ａをその気体水素が流れることで、循環流路５７内の伝熱媒体を間接的に冷却し、常電導コイル１９を冷却する。なお、他の構成は第３実施形態と同様であるため説明を省略する。

図１０は第５実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、ステータコア６７の外面側に気体冷却部６９を設けている点である。

本実施形態の超電導モータ装置６５のステータ６６は断面環状で、内周面に多数のスロット６７ａが周方向に形成されており、該スロット６７ａには常電導材である銅線が分布巻きされて常電導コイル６８が形成され、三相交流が給電されている。ステータ６６の最外面に設けられた真空状の第１断熱層７０とステータコア６７との間の空間は気体冷却部６９とし、循環装置３０に接続された第２冷媒流路７１および第３冷媒流路７２を気体冷却部６９に連通している。即ち、気体冷却部６９を流れる約２０Ｋ程度の気体水素がステータコア６７を介して常電導コイル６８を冷却する。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。

図１２および図１３は第６実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、超電導材からなる超電導コイル７９をステータ７６側に設け、常電導材からなる常電導コイル８４をロータ７７側に設けている点である。

ステータ７６は、最外面に設けられた真空状の第１断熱層８１とステータコア７８との間の空間を液体冷却部８０とし、液体水素タンク１１と第１冷媒流路８７を介して連通している。また、ステータコア７８の内周面側には超電導材からなる超電導コイル７９を固定しており、最内面に真空状の第２断熱層８２を設けている。
ロータ７７は、ロータコア８３の外周面に周方向に間隔をあけて８つの凸部８３ａを突設しており、それぞれの凸部８３ａに常電導材（例えば、銅線）を巻回して常電導コイル８４を形成している。また、ロータコア８３を貫通する回転軸８５にはネオンやヘリウム等の伝熱媒体が封入された気体冷却部８６を穿設しており、回転軸８５の端部には軸受２８を介して固定筒体９４を接続している。

液体冷却部８０から導出される第２冷媒流路８８は開閉弁８９を介して燃料電池１２に接続しており、その中間部分を固定筒体９４に接続することでコールドヘッド９０を介して気体冷却部８６内の伝熱媒体（ネオンやヘリウム等）に第２冷媒流路８８を流通する気体水素の冷熱を伝達している。また、気体冷却部８６には温度センサ９１および加熱ヒータ９２が配置され、制御手段９３にそれぞれ接続している。即ち、制御手段９３は、温度センサ９１で検知される冷媒温度が設定値以上である場合に開閉弁８９をオープンする一方、温度センサ９１で検知される冷媒温度が設定値未満である場合には、開閉弁８９をクローズすると共に加熱ヒータ９２をオンにする構成としている。
以上の構成とすることで、ステータ冷却部８０を流通する液体水素が超電導材からなる超電導コイル７９を冷却することで昇温気化され、更にその気体水素により気体冷却部８６を介して常電導コイル８４を冷却することができる。

図１４は第７実施形態を示す。
第６実施形態との相違点は、気体冷却部９８としてロータコア９７に複数の流路を穿設している点である。
即ち、ロータコア９７の外周に固定された８つの常電導コイル８４の夫々に対応するように８つの気体冷却部９８をロータコア９７に穿設している。これにより、気体冷却部９８が常電導コイル８４の近接した位置で夫々を冷却することができ、冷却効率が向上する。なお、他の構成は第６実施形態と同様であるため説明を省略する。また、ステータコア７６側についても同様に、ステータコア７８に液体冷却部となる流路を穿設する構造としてもよい。

図１５は第８実施形態を示す。
第１実施形態との相違点は、ロータ１０５とステータ１０１との間のギャップ空間を液体冷却部１０９とすると共に、ステータコア１８の外面側に気体冷却部１０２を設けている点である。

ステータ１０１は、ステータコア１８の外周面が断面円形状で且つ内周面が六角形状であり、ステータコア１８の内周面の各６辺にそれぞれ常電導材（例えば、銅）からなる常電導コイル１９をレーストラックコイル状に配置固定している。また、ステータ１０１の最外面には真空状の第１断熱層１０３を被覆し、ステータコア１８の外面と第１断熱層１０３の内面との間の空間を気体冷却部１０２としている。また、ステータ１０１の最内面には真空状の第２断熱層１０４を設けている。

ロータ１０５は、円柱状のロータコア１０６の中心に回転軸１０８を貫通固定し、該回転軸２３は軸受を介してステータ１７の外部に延出している。ロータコア１０６の外周面側には超電導材からなる常電導コイル１０７を固定し、ステータ１０１の内面とロータ１０５の外面との間の空間を液体冷却部１０９としている。

液体水素タンク１１から導出された流入流路１１０は、ステータコア１８の壁面の連通孔１８ａに接続して液体冷却部１０９と連通している。また、液体冷却部１０９からはステータコア１８の壁面の連通孔１８ｂより流出流路１１１を導出しており、流出流路１１１を循環装置３０に接続している。循環装置３０は第１実施形態で示したものと同様であり、流出流路１１１を気体冷却部１０９に連通する第２冷媒流路３１と接続しており、気体冷却部１０９から導出される第３冷媒流路３２を通風ファン３３を介して循環装置３０に接続している。また、循環装置３０から導出される第４冷媒流路３４は燃料電池１２に接続している。なお、他の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
以上の構成とすると、液体水素タンク１１から液体冷却部１０９へ連通する第１冷媒流路１１０をロータ１０５に接続せずに済むので、第１冷媒流路１１０に関して回転を考慮する必要がなくなり、設計を容易にすることができるメリットがある。

本発明の第１実施形態の車両を示すブロック図である。 第１実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第１実施形態の超電導モータ装置の別方向から見た断面図である。 第１実施形態の要部拡大図である。 銅線の温度と抵抗率との関係を表すグラフである。 変形例の車両を示すブロック図である。 第２実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第３実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第４実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第５実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第５実施形態の超電導モータ装置の別方向から見た断面図である。 第６実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第６実施形態の超電導モータ装置の別方向から見た断面図である。 第７実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第８実施形態の超電導モータ装置の断面図である。 第８実施形態の超電導モータ装置の別方向から見た断面図である。

符号の説明

１０ 車両
１１ 液体水素タンク
１２ 燃料電池
１３ バッテリー
１４ インバータ
１５ 超電導モータ装置
１６ ステータ
１７ ロータ
１８ ステータコア
１９ 超電導コイル（界磁コイル）
２０ 第１断熱層
２１ ロータコア
２２ 常電導コイル（電機子コイル）
２３ 回転軸
２４ 液体冷却部
２５ 第２断熱層
２６ 気体冷却部
２９ コールドヘッド
３０ 循環装置
３３ 通風ファン
３５〜３７ 開閉弁
３８ 制御手段
３９ 温度センサ
４０ 加熱ヒータ
４６ 熱交換器

Claims (6)

1. ステータとロータのいずれか一方に超電導コイルを用いる一方、いずれか他方に常電導コイルを用い、前記超電導コイルを液体水素あるいは液体窒素で冷却する液体冷却部を設けると共に、前記常電導コイルを前記液体冷却部で気化された液体水素あるいは液体窒素で冷却する気体冷却部を設けており、さらに、
   前記気体冷却部の温度を検知する温度センサと、該気体冷却部の気体導入路に設けた開閉弁と、前記温度センサからの検知信号により前記気体冷却部の温度が閾値以上で前記開閉弁を開作動すると共に閾値未満であると閉作動する制御手段とを設けていることを特徴とする超電導モータ装置。
2. 前記超電導コイルを界磁コイルとして用いると共に、前記常電導コイルを電機子コイルとして用いている請求項１に記載の超電導モータ装置。
3. 前記液体冷却部には、前記液体水素あるいは液体窒素を直接導入して循環し、あるいは前記液体水素あるいは液体窒素と熱交換器を介して冷却される別の液体を収容している一方、
   前記気体冷却部には、前記液体冷却部で気化された液体水素或いは液体窒素を直接導入して循環し、あるいは、前記気化された液体水素あるいは液体窒素と熱交換器を介して冷却される別の気体を収容している請求項１または請求項２に記載の超電導モータ装置。
4. 液体水素タンクに貯留される水素を燃料とする発電手段を有する車両に搭載され、前記発電手段で生成された電力を前記超電導コイルおよび常電導コイルに給電して駆動するものであって、
   前記液体水素タンクに貯留される液体水素を前記液体冷却部側へ導入する経路と、
   前記液体冷却部で発生する気化された液体水素を前記気体冷却部に導入する経路と、
   前記液体水素タンクから液体冷却部への経路中で発生した気化された液体水素を前記気体冷却部に導入する経路と、
   前記気体冷却部で加熱された気化された液体水素を前記発電手段に導入する経路とを備えている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導モータ装置。
5. 界磁コイルとなる前記超電導コイルをロータに、電機子コイルとなる前記常電導コイルをステータに取り付け、
   前記ステータの外面側に第１断熱層を設けていると共に、前記ステータの内面と前記ロータの外面との間に隔壁となる第２断熱層を介設し、
   前記液体冷却部を、前記ロータと前記第２断熱層との間の空間、前記ロータを貫通する回転軸の中空部あるいは／および前記ロータに穿設された空隙から構成し、
   前記気体冷却部を、前記ステータと第２断熱層との間の空間、前記ステータに穿設された空隙あるいは／および前記ステータと前記第１断熱層との間の空間から構成している請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の超電導モータ装置。
6. 界磁コイルとなる前記超電導コイルをステータに、電機子コイルとなる前記常電導コイルをロータに取り付け、
   前記ステータの外面側に第１断熱層を設けていると共に、前記ステータの内面と前記ロータの外面との間に隔壁となる第２断熱層を介設し、
   前記液体冷却部を、前記ステータと第２断熱層との間の空間、前記ステータに穿設された空隙あるいは／および前記ステータと前記第１断熱層との間の空間から構成し、
   前記気体冷却部を、前記ロータと前記第２断熱層との間の空間、前記ロータを貫通する回転軸の中空部あるいは／および前記ロータに穿設された空隙から構成している請求項１に記載の超電導モータ装置。

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