超電導モータ
【課題】超電導線材からなるコイルを所望の極低温まで効率よく迅速に冷却する。
【解決手段】超電導モータ１０は、回転可能に支持されたロータ１２と、ロータ１２の外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイル３４がステータコア３０内周部に巻装されているステータ１４と、冷却部５８をそれぞれ有する複数の冷凍機１６，１７を備える。ステータ１４において軸方向両端部に位置する各コイル３４のコイルエンド部３６を複数の冷凍機１６，１７の冷却部５８で軸方向両側から冷却する。
【解決手段】超電導モータ１０は、回転可能に支持されたロータ１２と、ロータ１２の外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイル３４がステータコア３０内周部に巻装されているステータ１４と、冷却部５８をそれぞれ有する複数の冷凍機１６，１７を備える。ステータ１４において軸方向両端部に位置する各コイル３４のコイルエンド部３６を複数の冷凍機１６，１７の冷却部５８で軸方向両側から冷却する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導モータに関し、特に、超電導線材からなるコイルを冷却する冷凍機を備えた超電導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機を備えた超電導モータとして図５に示すものが知られている。この超電導モータ１００は、支持台１１０上に載置されている。超電導モータ１００は、ロータシャフト１０２の両端部が回転可能に支持された円柱状のロータ１０４と、ロータ１０４の外周を覆って設けられた略円筒状のステータ１０６とを備える。ロータ１０４の外周面には、複数の永久磁石１０７が周方向に等間隔で配置されている。
【０００３】
ステータ１０４は、略円筒状をなす鉄心であるステータコア１０８を含む。ステータコア１０８には、径方向内側へ突出する複数のティース部１１２が円周方向に等間隔に形成されている。各ティース部１１２の周囲には、超電導線材を巻回してなるコイル１１４がそれぞれ配置されている。各コイル１１４は、２つ置きごとのコイルと直列接続されてＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルを構成する。各相コイルの一方端は、図示しない中性点において互いに接続され、各コイルの他方端は電流導入線１１５を介して各相電流導入端子１１６にそれぞれ接続されている。
【０００４】
ロータ１０４およびステータ１０６を含む超電導モータは、内部が真空状態に保持されるモータケース１１８内に収容されている。モータケース１１８には、フランジ部１２０を介して冷凍機１２２が連結されている。冷凍機１２２は、冷媒ガスの圧縮および膨張を行うガス圧縮機１２４と、ガス圧縮機１２４からフランジ部１２０を貫通してモータケース１１８内へ延伸する段付き柱状の冷却部１２６とを有する。この冷却部１２６の先端は、伝熱部材１２８に接触されている。図５において、伝熱部材１２８がクロスハッチングにより示されている。
【０００５】
伝熱部材１２８は、熱伝導性が良好な金属材料から好適に形成されることができる。冷凍機１２２の冷却部１２６の先端と接触する側とは反対側の伝熱部材１２８の表面は、円柱状をなすステータコア１０８の外周面に密着するように凹んだ湾曲面として形成されている。これにより、超電導モータ１００の各コイル１１４は、冷凍機１２２の冷却部１２６により、伝熱部材１２８およびステータコア１０８を介して所望の極低温まで冷却され、直流電流に対する抵抗が存在しない超電導状態となる。
【０００６】
ここで、モータのコイルを冷却する技術として、例えば、特開２０００−１２５５１２号公報（特許文献１）には、コイルエンド接触冷却型回転電機が開示されている。このコイルエンド接触型回転電機では、ステータコイルの少なくともコイルエンドを、厚さ方向がステータコアの径方向に一致する姿勢でステータコアの端面から突出する細板状導体からある各軸方向突出部を互いに径方向に重ねて構成しており、このコイルエンドの径方向の最外側または径方向最内側の細板状導体の平坦な主面に電気絶縁されつつ直接に密着する平坦な冷却面を有する良熱伝導性の冷却部材を設けることによりコイルエンド部の冷却性を向上させることが記載されている。
【０００７】
また、特開平５−９１６９６号公報（特許文献２）には、固定子巻線３の周囲を密閉状態で覆うカバーの内側に冷却液通路を設け、冷却液を注入管から冷却液通路を介して排出管へと流通させることにより、固定子鉄心または固定子巻線で発生した熱を直接冷却液によって吸収して冷却するようにした回転電機が記載されている。
【０００８】
さらに、特開平８−２５１８７２号公報（特許文献３）には、固定子コイルを収容する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心と、固定子鉄心の内周面に空隙を介して対向する回転子を設け、固定子鉄心の外側にフレームを設け、このフレームに冷媒を通すフレーム冷却ジャケットを設けた高速モータにおいて、固定子鉄心のうち少なくとも一方の端部、または固定子鉄心を軸方向に複数個に分割した分割部に、にリング状またはＣ字状の固定子冷却ジャケットを設けた、モータの冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１２５５１２号公報
【特許文献２】特開平５−９１６９６号公報
【特許文献３】特開平８−２５１８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように図５に示す冷凍機を備えた超電導モータでは、冷凍機の冷却部により伝熱部材およびステータコアを介して超電導線材からなるコイルを所望の極低温に冷却する構造になっているため、特に熱容量が大きなステータコアを介してすべてのコイルを目標温度まで冷却するのに時間がかかっていた。また、冷凍機の冷却部に接触された伝熱部材がステータコアの外周面の一部にだけ接触されていることから、この接触部分から径方向に対向する位置にあるステータコアの部分およびそこに配置されたコイルまで一様に冷却するのは容易ではなく、各部の熱伝導率によっては周方向や軸方向について大きな温度勾配が発生する可能性があった。
【００１１】
また、上記特許文献１〜３はモータのステータに巻装されるコイルの冷却について開示するが、その何れもが冷凍機を備えるものではなく、超電導モータにおけるコイルを冷凍機により所望の極低温まで迅速に冷却する構成を教示および示唆するものではない。
【００１２】
本発明の目的は、超電導線材からなる複数のコイルを所望の極低温に効率よく迅速に冷却することができる超電導モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る超電導モータは、回転可能に支持されたロータと、ロータの外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイルがステータコア内周部に巻装されているステータとを有する超電導モータであって、冷却部をそれぞれ有する複数の冷凍機をさらに備え、前記ステータにおいて軸方向両端部に位置する各コイルのコイルエンド部を前記複数の冷凍機の冷却部で軸方向両側から冷却するものである。
【００１４】
本発明に係る超電導モータにおいて、前記複数の冷凍機は第１および第２の冷凍機を含み、第１の冷凍機の冷却部は軸方向一方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられ、第２の冷凍機の冷却部は軸方向他方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記第１および第２の冷凍機は、シリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、各ピストンの移動方向が同一直線上となるように前記第1および第２の冷凍機が配置されると共に、第１および第２の冷凍機の各ピストンが互いに反対方向に移動するように前記圧縮機が駆動されてもよい。
【００１６】
この場合、前記第１および第２の冷凍機の各圧縮機がモータケースの外周側壁上に取り付けられ、各圧縮機からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管が各冷却部にそれぞれ接続されてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記第１および第２の冷凍機はシリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記１および第２の冷凍機は前記ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、前記第1および第２の冷凍機の各ピストンが互いに同一方向に移動するように前記圧縮機が駆動されてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記環状の伝熱部材は、金属板、または、熱伝導性を良好にするフィラを分散した樹脂材料で形成されてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記ステータは、前記ロータと同心上にそれぞれ配置される内筒部材および外筒部材と軸方向両端に設けられるモータエンドプレートとにより区画形成される筒状をなす真空室内に収容されてもよい。
【００２０】
さらに、本発明に係る超電導モータにおいて、前記真空室は、前記外筒部材の外周を囲んで形成される別の真空室によりモータ外部と隔てられてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る超電導モータによれば、超電導線材からなるコイルを複数の冷凍機の冷却部により軸方向両端のコイルエンド部から冷却するので、各コイルを所望の極低温まで効率よく迅速に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態（以下、実施形態という）である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図４】本発明の第３の実施形態である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図５】冷凍機を備えた超電導モータの従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態である超電導モータ１０をその軸方向に沿った断面（一部側面を含む）で示す。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図（ステータコアのハッチング省略）である。超電導モータ１０は、回転可能に支持されたロータ１２と、ロータ１２の外周を覆って設けられる略円筒状のステータ１４と、超電導モータ１０の軸方向両端面に固定された２つの冷凍機１６，１７とを備える。ここでの説明において、ロータ１２の中心を貫通するロータシャフト１８の回転中心軸Ｘに関し、これに沿う方向を軸方向といい、回転中心軸Ｘと直交する放射方向を径方向といい、回転中心軸を中心点として描かれる円形に沿う方向を周方向という。
【００２５】
ロータ１２は、例えば電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成される円筒状のロータコア２０と、ロータコア２０の中心穴を貫通して固定された丸棒鋼材等からなるロータシャフト１８とを含む。ロータコア２０の外周面には、複数（本実施形態では６つ又は６箇所）の永久磁石２２が露出した状態で周方向に等間隔に固定されている。ただし、ロータコア２０に設けられる永久磁石は、外周面に露出していなくてもよく、外周面近傍の内部に埋設されてもよい。
【００２６】
ロータ１２のロータシャフト１８は、その両端部１９ａ，１９ｂにおいて、超電導モータ１０の軸方向両端面を形成する円盤状のエンドプレート２４，２６に固定された軸受部材２８によって回転可能に支持されている。これにより、ステータ１４の内部に回転磁界が形成されると、これに伴ってロータコア２０の永久磁石２２がひきつけられて、ロータ１２が回転駆動されるようになっている。
【００２７】
ステータ１４は、略円筒状をなす固定子鉄心であるステータコア３０を含む。ステータコア３０の内周部には、径方向内側へ突出する複数（本実施形態では９つ）のティース部３２が周方向に等間隔に形成されている。ステータコア３０は、例えば複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してカシメ、接着、溶接等によって一体に組み付けて構成されることができる。ただし、ステータコア３０は、各々１つのティース部を有する９つの分割ステータコアを円環状に連ねて配置してその外側から筒状の締結部材により締め付けることによって構成されてもよい。上記分割ステータコアは、圧粉磁心により形成されることができる。
【００２８】
ステータコア３０のティース部３２には、超電導線材からなるコイル３４が巻装されている。超電導線材は、断面形状が円形状でもよいし、あるいは、矩形状であってもよい。また、超電導線材には、例えば、イットリウム系超電導材料やビスマス系超電導材料が好適に用いられる。ただし、超電導線材を構成する超電導材料は、これらに限定されるものではなく、他の公知の超電導材料、あるいは、将来開発される、より高温で超電導特性を発現する超電導材料であってもよい。
【００２９】
コイル３４を構成する超電導線材は、絶縁被覆されていてもよい。これにより、コイル３４として密着して巻回されたときに各ターン間での電気絶縁が確保される。ただし、超電導線材が絶縁被覆されていない場合、コイル３４に形成するときに絶縁紙や絶縁フィルム等を挟みながらコイル状に巻くことで各ターン間の電気絶縁が確保されてもよい。
【００３０】
コイル３４は、隣接するティース部３２間に形成されるスロット内に位置する部分３５と、ステータコア３０の軸方向両端面から外側へそれぞれ突出するコイルエンド部３６とを含む。各コイル３４は、２つ置きごとのコイル３４と直列接続されてＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルを構成する。各相コイルの一方端は、図示しない中性点において互いに接続され、各相コイルの他方端は図示しない各相電流導入端子にそれぞれ接続されている。
【００３１】
超電導モータ１０は、円筒状のモータケース４０を有している。モータケース４０内に、ロータ１２およびステータ１４が収容されている。モータケース４０の軸方向の両端部は、エンドプレート２４，２６の外周縁部に気密状態で連結されている。モータケース４０およびエンドプレート２４，２６は、例えばステンレス等の非磁性材料から形成される。なお、モータケース４０は、エンドプレート２４または２６と一体のものとして形成されてもよい。
【００３２】
モータケース４０内には、各々円筒状をなす内筒部材４２および外筒部材４４がロータ１２と同心上に配置されている。内筒部材４２および外筒部材４４の軸方向両端部は、エンドプレート２４，２６の内面に気密状態を保持可能に連結されている。内筒部材４２は、磁界の通過を妨げず且つ非導電性である非金属材料により形成されるのが好ましい。一方、外筒部材４４は、低熱伝導率材料（例えばＦＲＰ等）で形成されるのが好ましく、低熱伝導率の非磁性材料で形成されるのがより好ましい。
【００３３】
内筒部材４２は、ロータ１２のロータコア２０よりも若干大きい内径を有し、ロータコア２０の外周面との間に周方向に一様な隙間が形成されている。また、内筒部材４２と外筒部材４４との間には、筒状空間からなる第１真空室４６が形成されている。第１真空室４６内には、コイル３４を含むステータ１４が収容されている。ステータ１４のステータコア３０の外周面が、外筒部材４４の内周面上に密着して固定されている。
【００３４】
第1真空室４６は、後述する冷凍機を含めて超電導モータ１０が組み立てられた後に、エンドプレート２４，２６の少なくとも何れかに形成された図示しない空気抜き穴から真空引きされて、真空状態に維持される。このように、熱伝導率が低い内筒部材４２および外筒部材４４で区画形成し、かつ、内部を真空とすることで、第１真空室４６内に収容されたコイル３４を含むステータ１４への断熱性を高めることができる。
【００３５】
さらに、外筒部材４４とモータケース４０との間には、筒状空間からなる第２真空室４８が形成されている。第２真空室４８もまた、第１真空室４６と同様に真空状態になっている。これにより、第１真空室４６内に収容されたコイル３４を含むステータ１４が第２真空室４８によってモータ外部と隔てられることで、コイル３４を含むステータ１４に対する断熱効果をより一層高めることができる。
【００３６】
超電導モータ１０において、軸方向の一端側に位置するエンドプレート２４には第１の冷凍機１６が設けられ、軸方向の他端側に位置するエンドプレート２６には第２の冷凍機１７が設けられている。第１および第２の冷凍機１６，１７は、気密状態を確保しつつエンドプレート２４，２６の貫通穴の周囲に固定された筒状のブラケット５０を介してそれぞれ取り付けられている。
【００３７】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、シリンダ５２内でピストン５４が直線的に往復移動して冷媒ガス（例えば、Ｈｅガス）の圧縮および膨張を繰り返し行うガス圧縮機５６をそれぞれ有する。また、第１および第２の冷凍機１６，１７は、筒状のブラケット５０内からエンドプレート２４，２６の貫通穴を介して第１真空室４６まで延伸した段付き柱状外形状を有する冷却部５８をそれぞれ備える。冷却部５８の平坦な先端面は、伝熱部材６０を介してコイルエンド部３６にそれぞれ接触している。ここで、コイルエンド部３６と伝熱部材６０との間、および、伝熱部材６０と冷却部５８との間の少なくともいずれか一方に絶縁紙等の絶縁部材を介在させて、コイル３４と冷凍機１６，１７間の電気絶縁が確保されてもよい。
【００３８】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、超電導線材からなるコイル３４が超電導特性を発現する所望の極低温（例えば、約７０Ｋ）まで冷却可能な冷却性能を有し、ピストン５４のストロークを制御することによって冷却温度を調節することができる。超電導モータ１０が電気自動車等の電動車両に走行用動力源として搭載される場合、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のため冷凍機１６，１７は小型で軽量のものであることが好ましい。例えば、第１および第２の冷凍機１６，１７には、フリー・ピストン・スターリング・クーラ（ＦＰＳＣ）が好適に用いられる。一方、設置スペースおよび重量の制約が緩い場合、例えば、超電導モータ１０が電車や船舶等の大型の移動体の動力源として、あるいは、設置位置が固定された機械の動力源として用いられる場合には、上記のような冷却性能を有する冷凍機であれば、体格が大きくて重い冷凍機であっても構わない。
【００３９】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、各ピストン５４の移動方向が同一直線上となるように対向配置されている。すなわち、第１および第２の冷凍機１６，１７は、軸方向に対向して設けられている。そして、第１および第２の冷凍機１６，１７では、各ピストン５４が互いに反対方向に移動するように圧縮機５６を駆動する。換言すれば、第１および第２の冷凍機１６，１７において、ピストン５４ｂによる圧縮ストロークと膨張ストロークとを互いに同期するように駆動される。このような配置および駆動にすることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０に及ぼす回転モーメントが相殺されて、振動や騒音を抑制できる。
【００４０】
第１の冷凍機１６の冷却部５８の軸方向先端面が接触する伝熱部材６０は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして軸方向一方側に位置する全てのコイルエンド部３６に接触している。一方、第２の冷凍機１７の冷却部５８の軸方向先端面が接触する伝熱部材６０は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして、軸方向他方側に位置する全てのコイルエンド部３６に接触している。これにより、各冷凍機１６，１７の冷却部５８が伝熱部材６０を介してコイルエンド部３６から吸熱してコイル３４を冷却することができる。
【００４１】
伝熱部材６０のコイル対向面には、コイルエンド部３６が嵌合する凹部または溝が形成されている。このようにすることで、コイルエンド部３６と伝熱部材６０との接触面積が増加し、コイル３４の冷却効率を上げることができる。
【００４２】
また、伝熱部材６０は、絶縁性樹脂材料を成型することによってコイルエンド部３６に一体に形成されてもよい。これにより、コイル３４と冷凍機１６，１７の冷却部５８間の電気絶縁性がより向上する。この場合、伝熱部材６０の熱伝導性を良好にするために、金属製の粒子または粉末を上記絶縁性樹脂材料に分散させるのが好ましい。
【００４３】
このように本実施形態の超電導モータ１０では、２つの冷凍機１６，１７によって、熱容量が大きいステータコア３０を介在させることなく、コイル３４を軸方向両側から効率よく迅速に所望の極低温まで冷却することができる。そのため、超電導モータ１０の始動時間の短時間化、および、冷凍機の消費電力の低減を図れる。
【００４４】
また、本実施形態の超電導モータ１０では、第１および第２の冷凍機１６，１７は、各ピストン５４の移動方向が同一直線上となるように配置され、かつ、各ピストン５４が互いに反対方向に移動するように圧縮機５６が駆動されることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０に及ぼす回転モーメントが相殺されて振動や騒音を抑制できる。
【００４５】
次に、図３を参照して第２の実施形態の超電導モータ１０ａについて説明する。本実施形態の超電導モータ１０ａは、上述した第１の実施形態の超電導モータ１０と冷凍機１６，１７の配置が異なるだけであるため、その相違点のみについて説明することとし、他の同一構成については同一符号を付して重複する説明を援用により省略する。
【００４６】
超電導モータ１０ａでは、第１および第２の冷凍機１６，１７がモータケース４０の外周側壁上に取り付けられ、各ガス圧縮機５６からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管６２が各冷却部５８にそれぞれ接続されている。この場合においても、第１および第２の冷凍機１６，１７の各ピストン５４は互いに反対方向に移動するように駆動される。これ以外の構成は、上記超電導モータ１０と同様である。
【００４７】
本実施形態の超電導モータ１０ｂによれば、上記第１の実施形態の超電導モータ１０と同様の作用効果を奏するのに加えて、軸方向のモータ幅を小さくすることができ、車両搭載性を向上させることができる。
【００４８】
次に、図４を参照して第３の実施形態である超電導モータ１０ｂについて説明する。本実施形態の超電導モータ１０ｂは、上述した第１の実施形態の超電導モータ１０と冷凍機１６，１７の配置が異なるだけであるため、その相違点のみについて説明することとし、他の同一構成については同一符号を付して重複する説明を援用により省略する。
【００４９】
超電導モータ１０ｂでは、第１および第２の冷凍機１６，１７が、１４ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、各ピストン５４が互いに同一方向に移動するようにガス圧縮機５６が駆動されるようになっている。この場合でも、第１および第２の冷凍機１６，１７内の各ピストン５４は、上記超電導モータ１０，１０ａのように同一直線上ではないものの、軸方向に沿って往復移動する。これ以外の構成は、上記超電導モータ１０と同様である。
【００５０】
より詳細には、超電導モータ１０ｂでは、第１の冷凍機１６が、第２の冷凍機１７に対して周方向に１８０度ずれた位置において第２の冷凍機１７と対向して設けられている。この場合、第１の冷凍機１６のピストン５４が圧縮ストロークで図中右側へ移動するときには第２の冷凍機１７のピストン５４が膨張ストロークで図中右側へ移動し、第１の冷凍機１６のピストン５４が膨張ストロークで図中左側へ移動するときには第２の冷凍機１７のピストン５４が圧縮ストロークで図中左側へ移動するというように、各ピストン５４が互いに同一方向に移動する。このように第１および第２の冷凍機１６，１７のガス圧縮機５６が駆動されることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０ｂに及ぼす回転モーメントが相殺または減殺されて振動や騒音を抑制できる。
【００５１】
さらに、超電導モータ１０ｂでは、第１および第２の冷凍機１６，１７が径方向に対向する位置に設けられていることで、各冷却部５８もまた径方向に対向する位置（すなわち周方向に１８０度ずれた位置）で伝熱部材６０にそれぞれ接触している。これにより、上記第１の実施形態の超電導モータ１０に比べて、周方向に配列された複数のコイル３４全体を所望の極低温まで一様に冷却するのに要する時間をより短縮することが可能になる。
【００５２】
なお、上記各実施形態の超電導モータ１０，１０ａ，１０ｂにおいては、２つの冷凍機１６，１７を用いて超電導線材からなるコイル３４を軸方向両側から冷却する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の冷凍機を用いてコイルを軸方向両側から冷却するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０ａ，１０ｂ 超電導モータ、１２ ロータ、１４ ステータ、１６ 第１の冷凍機、１７ 第２の冷凍機、１８ ロータシャフト、１９ａ，１９ｂ 端部、２０ ロータコア、２２ 永久磁石、２４，２６ エンドプレート、２８ 軸受部材、３０ ステータコア、３２ ティース部、３４ コイル、３６ コイルエンド部、４０ モータケース、４２ 内筒部材、４４ 外筒部材、４６ 第１真空室、４８ 第２真空室、５０ ブラケット、５２ シリンダ、５４ ピストン、５６ ガス圧縮機、５８ 冷却部、６０ 伝熱部材、６２ 冷媒ガス流路管、Ｘ 回転中心軸。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導モータに関し、特に、超電導線材からなるコイルを冷却する冷凍機を備えた超電導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、冷凍機を備えた超電導モータとして図５に示すものが知られている。この超電導モータ１００は、支持台１１０上に載置されている。超電導モータ１００は、ロータシャフト１０２の両端部が回転可能に支持された円柱状のロータ１０４と、ロータ１０４の外周を覆って設けられた略円筒状のステータ１０６とを備える。ロータ１０４の外周面には、複数の永久磁石１０７が周方向に等間隔で配置されている。
【０００３】
ステータ１０４は、略円筒状をなす鉄心であるステータコア１０８を含む。ステータコア１０８には、径方向内側へ突出する複数のティース部１１２が円周方向に等間隔に形成されている。各ティース部１１２の周囲には、超電導線材を巻回してなるコイル１１４がそれぞれ配置されている。各コイル１１４は、２つ置きごとのコイルと直列接続されてＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルを構成する。各相コイルの一方端は、図示しない中性点において互いに接続され、各コイルの他方端は電流導入線１１５を介して各相電流導入端子１１６にそれぞれ接続されている。
【０００４】
ロータ１０４およびステータ１０６を含む超電導モータは、内部が真空状態に保持されるモータケース１１８内に収容されている。モータケース１１８には、フランジ部１２０を介して冷凍機１２２が連結されている。冷凍機１２２は、冷媒ガスの圧縮および膨張を行うガス圧縮機１２４と、ガス圧縮機１２４からフランジ部１２０を貫通してモータケース１１８内へ延伸する段付き柱状の冷却部１２６とを有する。この冷却部１２６の先端は、伝熱部材１２８に接触されている。図５において、伝熱部材１２８がクロスハッチングにより示されている。
【０００５】
伝熱部材１２８は、熱伝導性が良好な金属材料から好適に形成されることができる。冷凍機１２２の冷却部１２６の先端と接触する側とは反対側の伝熱部材１２８の表面は、円柱状をなすステータコア１０８の外周面に密着するように凹んだ湾曲面として形成されている。これにより、超電導モータ１００の各コイル１１４は、冷凍機１２２の冷却部１２６により、伝熱部材１２８およびステータコア１０８を介して所望の極低温まで冷却され、直流電流に対する抵抗が存在しない超電導状態となる。
【０００６】
ここで、モータのコイルを冷却する技術として、例えば、特開２０００−１２５５１２号公報（特許文献１）には、コイルエンド接触冷却型回転電機が開示されている。このコイルエンド接触型回転電機では、ステータコイルの少なくともコイルエンドを、厚さ方向がステータコアの径方向に一致する姿勢でステータコアの端面から突出する細板状導体からある各軸方向突出部を互いに径方向に重ねて構成しており、このコイルエンドの径方向の最外側または径方向最内側の細板状導体の平坦な主面に電気絶縁されつつ直接に密着する平坦な冷却面を有する良熱伝導性の冷却部材を設けることによりコイルエンド部の冷却性を向上させることが記載されている。
【０００７】
また、特開平５−９１６９６号公報（特許文献２）には、固定子巻線３の周囲を密閉状態で覆うカバーの内側に冷却液通路を設け、冷却液を注入管から冷却液通路を介して排出管へと流通させることにより、固定子鉄心または固定子巻線で発生した熱を直接冷却液によって吸収して冷却するようにした回転電機が記載されている。
【０００８】
さらに、特開平８−２５１８７２号公報（特許文献３）には、固定子コイルを収容する複数のスロットを内周部に設けた固定子鉄心と、固定子鉄心の内周面に空隙を介して対向する回転子を設け、固定子鉄心の外側にフレームを設け、このフレームに冷媒を通すフレーム冷却ジャケットを設けた高速モータにおいて、固定子鉄心のうち少なくとも一方の端部、または固定子鉄心を軸方向に複数個に分割した分割部に、にリング状またはＣ字状の固定子冷却ジャケットを設けた、モータの冷却装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−１２５５１２号公報
【特許文献２】特開平５−９１６９６号公報
【特許文献３】特開平８−２５１８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように図５に示す冷凍機を備えた超電導モータでは、冷凍機の冷却部により伝熱部材およびステータコアを介して超電導線材からなるコイルを所望の極低温に冷却する構造になっているため、特に熱容量が大きなステータコアを介してすべてのコイルを目標温度まで冷却するのに時間がかかっていた。また、冷凍機の冷却部に接触された伝熱部材がステータコアの外周面の一部にだけ接触されていることから、この接触部分から径方向に対向する位置にあるステータコアの部分およびそこに配置されたコイルまで一様に冷却するのは容易ではなく、各部の熱伝導率によっては周方向や軸方向について大きな温度勾配が発生する可能性があった。
【００１１】
また、上記特許文献１〜３はモータのステータに巻装されるコイルの冷却について開示するが、その何れもが冷凍機を備えるものではなく、超電導モータにおけるコイルを冷凍機により所望の極低温まで迅速に冷却する構成を教示および示唆するものではない。
【００１２】
本発明の目的は、超電導線材からなる複数のコイルを所望の極低温に効率よく迅速に冷却することができる超電導モータを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る超電導モータは、回転可能に支持されたロータと、ロータの外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイルがステータコア内周部に巻装されているステータとを有する超電導モータであって、冷却部をそれぞれ有する複数の冷凍機をさらに備え、前記ステータにおいて軸方向両端部に位置する各コイルのコイルエンド部を前記複数の冷凍機の冷却部で軸方向両側から冷却するものである。
【００１４】
本発明に係る超電導モータにおいて、前記複数の冷凍機は第１および第２の冷凍機を含み、第１の冷凍機の冷却部は軸方向一方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられ、第２の冷凍機の冷却部は軸方向他方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられてもよい。
【００１５】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記第１および第２の冷凍機は、シリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、各ピストンの移動方向が同一直線上となるように前記第1および第２の冷凍機が配置されると共に、第１および第２の冷凍機の各ピストンが互いに反対方向に移動するように前記圧縮機が駆動されてもよい。
【００１６】
この場合、前記第１および第２の冷凍機の各圧縮機がモータケースの外周側壁上に取り付けられ、各圧縮機からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管が各冷却部にそれぞれ接続されてもよい。
【００１７】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記第１および第２の冷凍機はシリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記１および第２の冷凍機は前記ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、前記第1および第２の冷凍機の各ピストンが互いに同一方向に移動するように前記圧縮機が駆動されてもよい。
【００１８】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記環状の伝熱部材は、金属板、または、熱伝導性を良好にするフィラを分散した樹脂材料で形成されてもよい。
【００１９】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、前記ステータは、前記ロータと同心上にそれぞれ配置される内筒部材および外筒部材と軸方向両端に設けられるモータエンドプレートとにより区画形成される筒状をなす真空室内に収容されてもよい。
【００２０】
さらに、本発明に係る超電導モータにおいて、前記真空室は、前記外筒部材の外周を囲んで形成される別の真空室によりモータ外部と隔てられてもよい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る超電導モータによれば、超電導線材からなるコイルを複数の冷凍機の冷却部により軸方向両端のコイルエンド部から冷却するので、各コイルを所望の極低温まで効率よく迅速に冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施の形態（以下、実施形態という）である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図２】図１におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図４】本発明の第３の実施形態である超電導モータの軸方向に沿った断面図（一部側面を含む）である。
【図５】冷凍機を備えた超電導モータの従来例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、本発明に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２４】
図１は、本発明の第１の実施形態である超電導モータ１０をその軸方向に沿った断面（一部側面を含む）で示す。また、図２は、図１におけるＡ−Ａ線に沿った断面図（ステータコアのハッチング省略）である。超電導モータ１０は、回転可能に支持されたロータ１２と、ロータ１２の外周を覆って設けられる略円筒状のステータ１４と、超電導モータ１０の軸方向両端面に固定された２つの冷凍機１６，１７とを備える。ここでの説明において、ロータ１２の中心を貫通するロータシャフト１８の回転中心軸Ｘに関し、これに沿う方向を軸方向といい、回転中心軸Ｘと直交する放射方向を径方向といい、回転中心軸を中心点として描かれる円形に沿う方向を周方向という。
【００２５】
ロータ１２は、例えば電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成される円筒状のロータコア２０と、ロータコア２０の中心穴を貫通して固定された丸棒鋼材等からなるロータシャフト１８とを含む。ロータコア２０の外周面には、複数（本実施形態では６つ又は６箇所）の永久磁石２２が露出した状態で周方向に等間隔に固定されている。ただし、ロータコア２０に設けられる永久磁石は、外周面に露出していなくてもよく、外周面近傍の内部に埋設されてもよい。
【００２６】
ロータ１２のロータシャフト１８は、その両端部１９ａ，１９ｂにおいて、超電導モータ１０の軸方向両端面を形成する円盤状のエンドプレート２４，２６に固定された軸受部材２８によって回転可能に支持されている。これにより、ステータ１４の内部に回転磁界が形成されると、これに伴ってロータコア２０の永久磁石２２がひきつけられて、ロータ１２が回転駆動されるようになっている。
【００２７】
ステータ１４は、略円筒状をなす固定子鉄心であるステータコア３０を含む。ステータコア３０の内周部には、径方向内側へ突出する複数（本実施形態では９つ）のティース部３２が周方向に等間隔に形成されている。ステータコア３０は、例えば複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してカシメ、接着、溶接等によって一体に組み付けて構成されることができる。ただし、ステータコア３０は、各々１つのティース部を有する９つの分割ステータコアを円環状に連ねて配置してその外側から筒状の締結部材により締め付けることによって構成されてもよい。上記分割ステータコアは、圧粉磁心により形成されることができる。
【００２８】
ステータコア３０のティース部３２には、超電導線材からなるコイル３４が巻装されている。超電導線材は、断面形状が円形状でもよいし、あるいは、矩形状であってもよい。また、超電導線材には、例えば、イットリウム系超電導材料やビスマス系超電導材料が好適に用いられる。ただし、超電導線材を構成する超電導材料は、これらに限定されるものではなく、他の公知の超電導材料、あるいは、将来開発される、より高温で超電導特性を発現する超電導材料であってもよい。
【００２９】
コイル３４を構成する超電導線材は、絶縁被覆されていてもよい。これにより、コイル３４として密着して巻回されたときに各ターン間での電気絶縁が確保される。ただし、超電導線材が絶縁被覆されていない場合、コイル３４に形成するときに絶縁紙や絶縁フィルム等を挟みながらコイル状に巻くことで各ターン間の電気絶縁が確保されてもよい。
【００３０】
コイル３４は、隣接するティース部３２間に形成されるスロット内に位置する部分３５と、ステータコア３０の軸方向両端面から外側へそれぞれ突出するコイルエンド部３６とを含む。各コイル３４は、２つ置きごとのコイル３４と直列接続されてＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルを構成する。各相コイルの一方端は、図示しない中性点において互いに接続され、各相コイルの他方端は図示しない各相電流導入端子にそれぞれ接続されている。
【００３１】
超電導モータ１０は、円筒状のモータケース４０を有している。モータケース４０内に、ロータ１２およびステータ１４が収容されている。モータケース４０の軸方向の両端部は、エンドプレート２４，２６の外周縁部に気密状態で連結されている。モータケース４０およびエンドプレート２４，２６は、例えばステンレス等の非磁性材料から形成される。なお、モータケース４０は、エンドプレート２４または２６と一体のものとして形成されてもよい。
【００３２】
モータケース４０内には、各々円筒状をなす内筒部材４２および外筒部材４４がロータ１２と同心上に配置されている。内筒部材４２および外筒部材４４の軸方向両端部は、エンドプレート２４，２６の内面に気密状態を保持可能に連結されている。内筒部材４２は、磁界の通過を妨げず且つ非導電性である非金属材料により形成されるのが好ましい。一方、外筒部材４４は、低熱伝導率材料（例えばＦＲＰ等）で形成されるのが好ましく、低熱伝導率の非磁性材料で形成されるのがより好ましい。
【００３３】
内筒部材４２は、ロータ１２のロータコア２０よりも若干大きい内径を有し、ロータコア２０の外周面との間に周方向に一様な隙間が形成されている。また、内筒部材４２と外筒部材４４との間には、筒状空間からなる第１真空室４６が形成されている。第１真空室４６内には、コイル３４を含むステータ１４が収容されている。ステータ１４のステータコア３０の外周面が、外筒部材４４の内周面上に密着して固定されている。
【００３４】
第1真空室４６は、後述する冷凍機を含めて超電導モータ１０が組み立てられた後に、エンドプレート２４，２６の少なくとも何れかに形成された図示しない空気抜き穴から真空引きされて、真空状態に維持される。このように、熱伝導率が低い内筒部材４２および外筒部材４４で区画形成し、かつ、内部を真空とすることで、第１真空室４６内に収容されたコイル３４を含むステータ１４への断熱性を高めることができる。
【００３５】
さらに、外筒部材４４とモータケース４０との間には、筒状空間からなる第２真空室４８が形成されている。第２真空室４８もまた、第１真空室４６と同様に真空状態になっている。これにより、第１真空室４６内に収容されたコイル３４を含むステータ１４が第２真空室４８によってモータ外部と隔てられることで、コイル３４を含むステータ１４に対する断熱効果をより一層高めることができる。
【００３６】
超電導モータ１０において、軸方向の一端側に位置するエンドプレート２４には第１の冷凍機１６が設けられ、軸方向の他端側に位置するエンドプレート２６には第２の冷凍機１７が設けられている。第１および第２の冷凍機１６，１７は、気密状態を確保しつつエンドプレート２４，２６の貫通穴の周囲に固定された筒状のブラケット５０を介してそれぞれ取り付けられている。
【００３７】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、シリンダ５２内でピストン５４が直線的に往復移動して冷媒ガス（例えば、Ｈｅガス）の圧縮および膨張を繰り返し行うガス圧縮機５６をそれぞれ有する。また、第１および第２の冷凍機１６，１７は、筒状のブラケット５０内からエンドプレート２４，２６の貫通穴を介して第１真空室４６まで延伸した段付き柱状外形状を有する冷却部５８をそれぞれ備える。冷却部５８の平坦な先端面は、伝熱部材６０を介してコイルエンド部３６にそれぞれ接触している。ここで、コイルエンド部３６と伝熱部材６０との間、および、伝熱部材６０と冷却部５８との間の少なくともいずれか一方に絶縁紙等の絶縁部材を介在させて、コイル３４と冷凍機１６，１７間の電気絶縁が確保されてもよい。
【００３８】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、超電導線材からなるコイル３４が超電導特性を発現する所望の極低温（例えば、約７０Ｋ）まで冷却可能な冷却性能を有し、ピストン５４のストロークを制御することによって冷却温度を調節することができる。超電導モータ１０が電気自動車等の電動車両に走行用動力源として搭載される場合、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のため冷凍機１６，１７は小型で軽量のものであることが好ましい。例えば、第１および第２の冷凍機１６，１７には、フリー・ピストン・スターリング・クーラ（ＦＰＳＣ）が好適に用いられる。一方、設置スペースおよび重量の制約が緩い場合、例えば、超電導モータ１０が電車や船舶等の大型の移動体の動力源として、あるいは、設置位置が固定された機械の動力源として用いられる場合には、上記のような冷却性能を有する冷凍機であれば、体格が大きくて重い冷凍機であっても構わない。
【００３９】
第１および第２の冷凍機１６，１７は、各ピストン５４の移動方向が同一直線上となるように対向配置されている。すなわち、第１および第２の冷凍機１６，１７は、軸方向に対向して設けられている。そして、第１および第２の冷凍機１６，１７では、各ピストン５４が互いに反対方向に移動するように圧縮機５６を駆動する。換言すれば、第１および第２の冷凍機１６，１７において、ピストン５４ｂによる圧縮ストロークと膨張ストロークとを互いに同期するように駆動される。このような配置および駆動にすることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０に及ぼす回転モーメントが相殺されて、振動や騒音を抑制できる。
【００４０】
第１の冷凍機１６の冷却部５８の軸方向先端面が接触する伝熱部材６０は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして軸方向一方側に位置する全てのコイルエンド部３６に接触している。一方、第２の冷凍機１７の冷却部５８の軸方向先端面が接触する伝熱部材６０は、例えば熱伝導性が良好な金属板で形成され、周方向に連なった円環状をなして、軸方向他方側に位置する全てのコイルエンド部３６に接触している。これにより、各冷凍機１６，１７の冷却部５８が伝熱部材６０を介してコイルエンド部３６から吸熱してコイル３４を冷却することができる。
【００４１】
伝熱部材６０のコイル対向面には、コイルエンド部３６が嵌合する凹部または溝が形成されている。このようにすることで、コイルエンド部３６と伝熱部材６０との接触面積が増加し、コイル３４の冷却効率を上げることができる。
【００４２】
また、伝熱部材６０は、絶縁性樹脂材料を成型することによってコイルエンド部３６に一体に形成されてもよい。これにより、コイル３４と冷凍機１６，１７の冷却部５８間の電気絶縁性がより向上する。この場合、伝熱部材６０の熱伝導性を良好にするために、金属製の粒子または粉末を上記絶縁性樹脂材料に分散させるのが好ましい。
【００４３】
このように本実施形態の超電導モータ１０では、２つの冷凍機１６，１７によって、熱容量が大きいステータコア３０を介在させることなく、コイル３４を軸方向両側から効率よく迅速に所望の極低温まで冷却することができる。そのため、超電導モータ１０の始動時間の短時間化、および、冷凍機の消費電力の低減を図れる。
【００４４】
また、本実施形態の超電導モータ１０では、第１および第２の冷凍機１６，１７は、各ピストン５４の移動方向が同一直線上となるように配置され、かつ、各ピストン５４が互いに反対方向に移動するように圧縮機５６が駆動されることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０に及ぼす回転モーメントが相殺されて振動や騒音を抑制できる。
【００４５】
次に、図３を参照して第２の実施形態の超電導モータ１０ａについて説明する。本実施形態の超電導モータ１０ａは、上述した第１の実施形態の超電導モータ１０と冷凍機１６，１７の配置が異なるだけであるため、その相違点のみについて説明することとし、他の同一構成については同一符号を付して重複する説明を援用により省略する。
【００４６】
超電導モータ１０ａでは、第１および第２の冷凍機１６，１７がモータケース４０の外周側壁上に取り付けられ、各ガス圧縮機５６からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管６２が各冷却部５８にそれぞれ接続されている。この場合においても、第１および第２の冷凍機１６，１７の各ピストン５４は互いに反対方向に移動するように駆動される。これ以外の構成は、上記超電導モータ１０と同様である。
【００４７】
本実施形態の超電導モータ１０ｂによれば、上記第１の実施形態の超電導モータ１０と同様の作用効果を奏するのに加えて、軸方向のモータ幅を小さくすることができ、車両搭載性を向上させることができる。
【００４８】
次に、図４を参照して第３の実施形態である超電導モータ１０ｂについて説明する。本実施形態の超電導モータ１０ｂは、上述した第１の実施形態の超電導モータ１０と冷凍機１６，１７の配置が異なるだけであるため、その相違点のみについて説明することとし、他の同一構成については同一符号を付して重複する説明を援用により省略する。
【００４９】
超電導モータ１０ｂでは、第１および第２の冷凍機１６，１７が、１４ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、各ピストン５４が互いに同一方向に移動するようにガス圧縮機５６が駆動されるようになっている。この場合でも、第１および第２の冷凍機１６，１７内の各ピストン５４は、上記超電導モータ１０，１０ａのように同一直線上ではないものの、軸方向に沿って往復移動する。これ以外の構成は、上記超電導モータ１０と同様である。
【００５０】
より詳細には、超電導モータ１０ｂでは、第１の冷凍機１６が、第２の冷凍機１７に対して周方向に１８０度ずれた位置において第２の冷凍機１７と対向して設けられている。この場合、第１の冷凍機１６のピストン５４が圧縮ストロークで図中右側へ移動するときには第２の冷凍機１７のピストン５４が膨張ストロークで図中右側へ移動し、第１の冷凍機１６のピストン５４が膨張ストロークで図中左側へ移動するときには第２の冷凍機１７のピストン５４が圧縮ストロークで図中左側へ移動するというように、各ピストン５４が互いに同一方向に移動する。このように第１および第２の冷凍機１６，１７のガス圧縮機５６が駆動されることで、ピストン５４の移動によって第１および第２の冷凍機１６，１７が超電導モータ１０ｂに及ぼす回転モーメントが相殺または減殺されて振動や騒音を抑制できる。
【００５１】
さらに、超電導モータ１０ｂでは、第１および第２の冷凍機１６，１７が径方向に対向する位置に設けられていることで、各冷却部５８もまた径方向に対向する位置（すなわち周方向に１８０度ずれた位置）で伝熱部材６０にそれぞれ接触している。これにより、上記第１の実施形態の超電導モータ１０に比べて、周方向に配列された複数のコイル３４全体を所望の極低温まで一様に冷却するのに要する時間をより短縮することが可能になる。
【００５２】
なお、上記各実施形態の超電導モータ１０，１０ａ，１０ｂにおいては、２つの冷凍機１６，１７を用いて超電導線材からなるコイル３４を軸方向両側から冷却する構成としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、３つ以上の冷凍機を用いてコイルを軸方向両側から冷却するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０，１０ａ，１０ｂ 超電導モータ、１２ ロータ、１４ ステータ、１６ 第１の冷凍機、１７ 第２の冷凍機、１８ ロータシャフト、１９ａ，１９ｂ 端部、２０ ロータコア、２２ 永久磁石、２４，２６ エンドプレート、２８ 軸受部材、３０ ステータコア、３２ ティース部、３４ コイル、３６ コイルエンド部、４０ モータケース、４２ 内筒部材、４４ 外筒部材、４６ 第１真空室、４８ 第２真空室、５０ ブラケット、５２ シリンダ、５４ ピストン、５６ ガス圧縮機、５８ 冷却部、６０ 伝熱部材、６２ 冷媒ガス流路管、Ｘ 回転中心軸。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に支持されたロータと、前記ロータの外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイルがステータコア内周部に巻装されているステータとを有する超電導モータであって、
冷却部をそれぞれ有する複数の冷凍機をさらに備え、前記ステータにおいて軸方向両端部に位置する各コイルのコイルエンド部を前記複数の冷凍機の冷却部で軸方向両側から冷却する、
超電導モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導モータにおいて、
前記複数の冷凍機は第１および第２の冷凍機を含み、第１の冷凍機の冷却部は軸方向一方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられ、第２の冷凍機の冷却部は軸方向他方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられることを特徴とする超電導モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機は、シリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記第1および第２の冷凍機が対向して配置されると共に、前記第１および第２の冷凍機の各ピストンが互いに反対方向に移動するように前記圧縮機が駆動されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項４】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機の各圧縮機がモータケースの外周側壁上に取り付けられ、前記各圧縮機からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管が前記各冷却部にそれぞれ接続されていることを特徴とする超電導モータ。
【請求項５】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機はシリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記第１および第２の冷凍機は前記ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、前記第1および第２の冷凍機の各ピストンが互いに同一方向に移動するように前記圧縮機が駆動されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導モータにおいて、
前記ステータは、前記ロータと同心上にそれぞれ配置される内筒部材および外筒部材と軸方向両端に設けられるモータエンドプレートとにより区画形成される筒状をなす真空室内に収容されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導モータにおいて、
前記真空室は、前記外筒部材の外周を囲んで形成される別の真空室によりモータ外部と隔てられることを特徴とする超電導モータ。
【請求項１】
回転可能に支持されたロータと、前記ロータの外周を覆って設けられ、超電導線材からなる複数のコイルがステータコア内周部に巻装されているステータとを有する超電導モータであって、
冷却部をそれぞれ有する複数の冷凍機をさらに備え、前記ステータにおいて軸方向両端部に位置する各コイルのコイルエンド部を前記複数の冷凍機の冷却部で軸方向両側から冷却する、
超電導モータ。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導モータにおいて、
前記複数の冷凍機は第１および第２の冷凍機を含み、第１の冷凍機の冷却部は軸方向一方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられ、第２の冷凍機の冷却部は軸方向他方側の各コイルエンド部に接触して配置される環状の伝熱部材に接触して設けられることを特徴とする超電導モータ。
【請求項３】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機は、シリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記第1および第２の冷凍機が対向して配置されると共に、前記第１および第２の冷凍機の各ピストンが互いに反対方向に移動するように前記圧縮機が駆動されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項４】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機の各圧縮機がモータケースの外周側壁上に取り付けられ、前記各圧縮機からそれぞれ延伸する冷媒ガス流路管が前記各冷却部にそれぞれ接続されていることを特徴とする超電導モータ。
【請求項５】
請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記第１および第２の冷凍機はシリンダ内で直線的に往復移動して冷媒ガスの圧縮および膨張を行うピストンを有する圧縮機を含んでそれぞれ構成され、前記第１および第２の冷凍機は前記ステータの径方向に対向する位置に配置されると共に、前記第1および第２の冷凍機の各ピストンが互いに同一方向に移動するように前記圧縮機が駆動されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の超電導モータにおいて、
前記ステータは、前記ロータと同心上にそれぞれ配置される内筒部材および外筒部材と軸方向両端に設けられるモータエンドプレートとにより区画形成される筒状をなす真空室内に収容されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導モータにおいて、
前記真空室は、前記外筒部材の外周を囲んで形成される別の真空室によりモータ外部と隔てられることを特徴とする超電導モータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２４４５３５（Ｐ２０１１−２４４５３５Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１２１２４（Ｐ２０１０−１１２１２４）
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１日（２０１１．１２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１４日（２０１０．５．１４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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