超電導機器
【課題】超電導コイルの冷却効率を良好に保つとともに、製造工程やメンテナンス工程の作業効率の向上を図ることが可能な超電導機器を提供する。
【解決手段】超電導モータ１は、超電導線材からなるコイルである超電導コイル１４と、外槽１５と、冷凍機２０と、伝熱２１と、支持部材２４と、移動部材（ベローズ部２３）とを備える。外槽１５は上記超電導コイル１４を内部に保持する。冷凍機２０は、上記外槽１５に接続され、超電導コイル１４を冷却するためのものである。伝熱板２１は、外槽１５の内部に配置され、冷凍機２０と接続される。支持部材２４は、外槽１５の内部に配置され、伝熱板２１を支持するためのものである。移動部材（ベローズ部２３）は、支持部材２４を、伝熱板２１に接触して伝熱板２１を支持する位置と、伝熱板２１から離れた位置との間で移動させる。
【解決手段】超電導モータ１は、超電導線材からなるコイルである超電導コイル１４と、外槽１５と、冷凍機２０と、伝熱２１と、支持部材２４と、移動部材（ベローズ部２３）とを備える。外槽１５は上記超電導コイル１４を内部に保持する。冷凍機２０は、上記外槽１５に接続され、超電導コイル１４を冷却するためのものである。伝熱板２１は、外槽１５の内部に配置され、冷凍機２０と接続される。支持部材２４は、外槽１５の内部に配置され、伝熱板２１を支持するためのものである。移動部材（ベローズ部２３）は、支持部材２４を、伝熱板２１に接触して伝熱板２１を支持する位置と、伝熱板２１から離れた位置との間で移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導機器に関し、より特定的には、超電導機器に含まれる超電導コイルを冷却するための冷凍機を備える超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導コイルを用いた超電導機器が知られている。このような超電導機器のうち、超電導線材により構成された超電導コイルの冷却に冷凍機を用いるものが提案されている（たとえば、特開２０００−１８２８２１号公報（特許文献１）参照）。
【０００３】
特許文献１では、真空容器の内部に配置された超電導コイルを、冷凍機により直接冷却している。冷凍機には真空容器の内部に配置された低温ステージが接続されている。低温ステージは、伝熱部材を介して超電導コイルと接続されている。超電導コイルは、伝熱部材および低温ステージを介して接続された冷凍機により冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような超電導機器では、伝熱部材は低温ステージなどを介して冷凍機と接続されることでその位置が決定されている。これは、伝熱部材が他の部材と接触することで、外部から伝熱部材へ不要な熱が侵入することを防止するためであり、基本的に伝熱部材は真空容器とは直接的には接触しないようになっている。
【０００６】
ここで、超電導機器の製造工程やメンテナンス時に、伝熱部材がまだ低温ステージ（あるいは冷凍機）と接続されていない場合には、伝熱部材の位置を固定するものがないため当該伝熱部材を支持するための支持ブロックなどを作業者が真空容器内に手作業で配置する必要があった。これは、伝熱部材として熱伝導性に優れた銅等からなる部材を用いると、当該伝熱部材の質量が大きくなるので、伝熱部材と超電導コイルとの接続部のみでは伝熱部材を支えることが難しいためである。一方、当該支持ブロックを恒常的に配置することは、伝熱部材や超電導コイルへ外部から熱が伝わる経路として支持ブロックが作用する恐れがあるため好ましくない。そのため、当該支持ブロックは冷凍機が所定の位置に設置され、当該冷凍機と伝熱部材とが接続される前に除去される必要がある。
【０００７】
しかし、このような支持ブロックを手作業で真空容器内に配置したり、真空容器内から除去することは、極めて作業性が悪く、超電導機器の製造工程やメンテナンス工程の効率化を図る上で妨げとなっていた。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、超電導コイルの冷却効率を良好に保つとともに、製造工程やメンテナンス工程の作業効率の向上を図ることが可能な超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った超電導機器は、超電導線材からなるコイルと、容器と、冷凍機と、伝熱部材と、支持部材と、移動部材とを備える。容器は上記コイルを内部に保持する。冷凍機は、上記容器に接続された、コイルを冷却するためのものである。伝熱部材は、容器の内部に配置され、冷凍機と接続される。支持部材は、容器の内部に配置され、伝熱部材を支持するためのものである。移動部材は、支持部材を、伝熱部材に接触して伝熱部材を支持する位置と、伝熱部材から離れた位置との間で移動させる。
【００１０】
このようにすれば、冷凍機を容器から外したような場合（たとえば超電導機器の製造時やメンテナンス時）には、移動部材によって支持部材を所定の位置に移動させることで、支持部材によって伝熱部材を支持することができる。一方、冷凍機が容器に設置され、超電導機器が運転されるときには、移動部材によって支持部材を伝熱部材から離れた位置へ移動させておくことができるので、当該支持部材が伝熱部材への熱の伝達経路となることを防止できる。このため、超電導線材からなるコイル（超電導コイル）の冷却効率を良好に保つと同時に、超電導機器の製造工程やメンテナンス工程で冷凍機を伝熱部材から切り離したときにも、支持部材によって容易に伝熱部材を支持することができるので、作業効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、超電導コイルの冷却効率を良好に保つとともに、製造工程やメンテナンス工程の作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による超電導機器としての超電導モータを示す断面模式図である。
【図２】図１に示した超電導モータの部分拡大断面模式図である。
【図３】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第１の変形例を示す部分拡大断面模式図である。
【図４】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第２の変形例を示す部分拡大断面模式図である。
【図５】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第３の変形例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による超電導モータの実施の形態２を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１を説明する。
【００１５】
図１を参照して、本発明による超電導モータ１は、ロータ５およびステータ３０からなるモータ本体部と、当該モータ本体部に含まれる超電導コイル１４を冷却するための冷却部とを備える。ロータ５は、ロータ５の回転の中心となるロータ軸３と、このロータ軸３に接続されたロータ本体部２とからなる。ロータ本体部２の形状は円柱状である。
【００１６】
ステータ３０は、ロータ５の周囲に配置された超電導コイル１４と、この超電導コイル１４に隣接して配置された鉄心１３と、超電導コイル１４および鉄心１３の周囲を囲むように配置されたケース１１とからなる。ケース１１の端部側面にはロータ５のロータ軸３が軸受４を介して接続されている。軸受４が配置されることにより、ロータ５のロータ軸３はケース１１に対して回転可能となっている。
【００１７】
超電導コイル１４の周囲には、超電導コイル１４を冷却するための冷却媒体である液体窒素を保持する内槽１６が形成されている。また、この内槽１６の外周において、当該内槽１６の表面と間隔を隔てて内槽１６を覆うように外槽１５が形成されている。鉄心１３およびケース側壁１２（ケース１１の対向する一対の端部側面の間をつなぐ、曲面状のケース側壁１２）には開口部３１が形成されている。開口部３１の幅は、図１に示すように超電導コイル１４の幅より（内槽１６または外槽１５の幅より）小さくなっている。そして、内槽１６および外槽１５は、その幅が他の部分よりも細くなっているネック部１８を介してステータ３０の外側に引出されている。当該ネック部１８は上記開口部３１の内部に位置している。
【００１８】
なお、図１に示した超電導モータ１においては、ステータ３０のケース１１に２つの開口部３１が形成されている。開口部３１は２つの超電導コイル１４のそれぞれに対向する位置に配置されている。ステータ３０の外側において、上記２つのネック部１８は１つの外周側内槽および外周側外槽に接続された状態となっている。
【００１９】
ステータ３０の外側において、内槽１６（外周側内槽）の壁面には、銅などの熱伝導性の良好な材料（たとえば金属）からなる伝熱板２１が接続されている。伝熱板２１は内槽１６の壁面から外側に突出するように、真空断熱ギャップ１７内に形成されている。伝熱板２１には冷凍機２０が接続されている。この冷凍機２０は外槽１５にその一部が固定された状態となっている。具体的には、外槽１５に開口部が形成され、当該開口部に冷凍機２０がはめ込まれた状態で固定されている。外槽の開口部と冷凍機２０との接続部にはシール部材（図示せず）などが配置されている。当該シール部材は、外槽１５と内槽１６との間の間隙（真空断熱ギャップ１７）を気密に保持する（たとえば真空状態に維持する）ために設けられている。
【００２０】
ステータ３０の外部では、冷却容器の外槽１５と内槽１６との間の真空断熱ギャップ１７に位置する伝熱板２１において、その鉛直方向の下側（下部表面）に突起部２２が形成されている。そして、この突起部２２と対向する位置には、外槽１５に接続されたベローズ部２３と、当該ベローズ部２３の先端部に設置された支持部材２４とが形成されている。支持部材２４の伝熱板２１と対向する側である上部表面には楔形部分２５が形成されている。この楔形部分２５では、伝熱板２１に対向する側の表面が傾斜した傾斜面となっている。当該楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態となった場合、楔形部分２５を含む支持部材２４により伝熱板２１を支持することができる。
【００２１】
また、図２に示すように、ベローズ部２３はいわゆる蛇腹状の構造を有する管状部材となっており、矢印３５に示す方向に伸縮可能となっている。ベローズ部２３は、真空断熱ギャップ１７（図１参照）の内部が真空にされる（気圧が下がる）場合に、突起部２２から離れる方向（内槽１６に近づく方向）に、図２の矢印３５に沿って延びる。この結果、図２に示すように楔形部分２５が突起部２２に接触することで伝熱板２１をこの支持部材２４およびベローズ部２３によって支持した状態から、図１に示すように突起部２２と支持部材２４の楔形部分２５との間が離れた状態へと移行する。
【００２２】
すなわち、図２に示すようにメンテナンスや製品の組立などで冷凍機２０がまだ所定の位置に設置されていない場合には、ベローズ部２３を収縮した状態とすることで、支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態とすることができる。たとえば、ベローズ部２３の蛇腹構造にばね特性を持たせることで、外槽１５の外部と内部とで雰囲気圧力の差がない場合には、図２に示すように支持部材２４が伝熱板２１に接触するように、ベローズ部２３を収縮した状態とすることができる。このようにすれば、このベローズ部２３および（楔形部分２５を含む）支持部材２４によって伝熱板２１および突起部２２の重さを支えることができる。このため、伝熱板２１の重さにより断熱容器の内槽１６に大きな荷重が加わり当該内槽１６が変形するといった問題の発生を防止できる。また、このような支持部材２４が設置されているため、従来のように伝熱板２１を支持するための台座などを作業者が別途手作業で外槽１５の内部（真空断熱ギャップ１７内）に配置するといった作業を行なう必要がない。
【００２３】
そして、図１に示したように冷凍機２０が所定の位置に設置されるとともに伝熱板２１に接続され、真空断熱ギャップ１７の内部の気圧を下げると、真空断熱ギャップ１７と外槽１５の外部との雰囲気圧力の差によりベローズ部２３が図２の矢印３５に示す方向において伸びる（内槽１６側に伸びる）。この結果、突起部２２から楔形部分２５が離れる。つまり、伝熱板２１（および突起部２２）と支持部材２４との接触状態を解消できる。この結果、伝熱板２１が冷凍機２０以外の部材と接触して、伝熱板２１への（予期せぬ）熱の伝達経路が形成されることを防止できる。
【００２４】
次に、図１および図２に示した超電導モータの第１の変形例を図３を参照しながら説明する。なお、図３は図２に対応する。
【００２５】
図３に示すように、本発明による超電導モータの第１の変形例は基本的には図１および図２に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、支持部材２４の下部（支持部材２４と外槽１５の内壁との間）に補強部材である補助部材４０が配置されている。補助部材４０の上部表面４１（支持部材２４の底面が接触している表面）は、矢印３５に示す支持部材２４の移動方向に沿った方向に延びている。このため、補助部材４０が支持部材２４の移動の妨げになることはない。
【００２６】
このようにすれば、図１および図２に示した超電導モータ１と同様の効果を得られるとともに、支持部材２４を、ベローズ部２３のみではなく補助部材４０によっても支えることができる。この結果、伝熱板２１をより確実に支持することができる。
【００２７】
図４を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１の第２の変形例を説明する。なお、図４は図２に対応する。
【００２８】
図４に示すように、本発明による超電導モータの第２の変形例は、基本的には図３に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、支持部材２４を矢印３５に示す方向に動かすための機構が異なっている。すなわち、図４に示した超電導モータにおいては、支持部材２４にシャフト４６を介して駆動部４５が接続されている。駆動部４５はエアシリンダや液圧シリンダあるいはモータなど任意の駆動機構を用いることができる。そして、この駆動部４５により、シャフト４６を介して支持部材２４は矢印３５に示す方向に移動可能となっている。この結果、図４に示したように支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態（支持状態）と、図１に示すように突起部２２から楔形部分２５が離れた状態（運転状態）とを確実に切換えることができる。
【００２９】
図５を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１の第３の変形例を説明する。なお、図５は図１に対応する。
【００３０】
図５を参照して、超電導モータ１は基本的には図１および図２に示した超電導モータ１と同様の構造を備えるが、超電導コイル１４を冷却するための構造が異なっている。すなわち、図５に示した超電導モータ１においては、伝熱板２１に接続された伝熱体５０が内槽１６の内部に配置されている。内槽１６の内部において、伝熱体５０はその一部が超電導コイル１４にまで延在し、当該超電導コイル１４と直接接触している。すなわち、伝熱体５０は、ネック部１８を介して超電導コイル１４にまで伸びる突出部を含む。このように伝熱体５０が超電導コイル１４と伝熱板２１とを直接的に接続することで、超電導コイル１４をより確実に冷却することができる。また、このような伝熱体５０が配置されることで、伝熱板２１と伝熱体５０との合計質量はより大きくなる。このため、メンテナンス時などにおいて伝熱板２１および伝熱体５０を支える支持部材２４の必要性が高くなることから、本発明が特に有効である。また、このように伝熱体５０が超電導コイル１４に直接接続されている場合には、内槽１６の内部には液体窒素１９などの冷媒を充填しない構成としてもよい。
【００３１】
なお、図５に示した超電導モータ１においては、支持部材２４がベローズ部２３のみによって支えられた構造を開示しているが、この支持部材２４の構造および当該支持部材２４の周囲の構造については、図３や図４に示したような構造を採用することもできる。
【００３２】
（実施の形態２）
図６を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態２を説明する。
【００３３】
図６に示した超電導モータ１は、基本的には図１に示した超電導モータ１と同様の構造を備えるが、伝熱板２１を支える部分の構造が異なっている。具体的には、図６に示した超電導モータ１においては、断熱容器の外槽１５の上部表面側（冷凍機２０が配置される開口部が形成された面）の壁面に接続するようにベローズ部２３が形成されている。そして、このベローズ部２３の先端には支持部材６４が形成されている。この支持部材６４は図６に示すように断面がほぼＬ字状であって、先端部６４Ａが伝熱板２１の下部表面６５と対向する位置にまで延びている。そして、ベローズ部２３が伸縮することにより、支持部材６４は矢印３５に示す方向に移動可能になっている。すなわち、メンテナンス時や冷凍機２０を取外した場合には、ベローズ部２３を収縮させることにより支持部材６４の先端部６４Ａが伝熱板２１の下部表面６５に接触して当該伝熱板２１を支持することが可能になっている。一方、超電導モータ１の運転時など、真空断熱ギャップ１７内部がたとえば真空状態（つまり外槽１５の外部より圧力の低い状態）になった場合には、ベローズ部２３がステータ３０側に伸びて支持部材６４が伝熱板２１から離れる。このような構造によっても、図１および図２に示した超電導モータ１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、図６に示した超電導モータ１においては、図４に示した構成と同様に、ベローズ部２３の内部を介して駆動部４５およびシャフト４６を支持部材２４に接続してもよい。
【００３５】
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００３６】
この発明に従った超電導機器としての超電導モータ１は、超電導線材からなるコイルである超電導コイル１４と、容器（外槽１５）と、冷凍機２０と、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）と、支持部材２４、６４と、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）とを備える。容器（外槽１５）は上記超電導コイル１４を内部に保持する。冷凍機２０は、上記容器（外槽１５）に接続され、超電導コイル１４を冷却するためのものである。伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）は、容器の内部に配置され、冷凍機２０と接続される。支持部材２４、６４は、容器（外槽１５）の内部に配置され、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）を支持するためのものである。移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）は、支持部材２４、６４を、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）に接触して伝熱部材を支持する位置と、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）から離れた位置との間で移動させる。
【００３７】
このようにすれば、冷凍機２０を容器から外したような場合（たとえば超電導モータ１の製造時やメンテナンス時）には、移動部材であるベローズ部２３や駆動部４５などによって支持部材２４、６４を所定の位置に移動させることで、支持部材２４によって伝熱板２１などを支持することができる。一方、冷凍機２０が外槽１５に設置され、超電導モータ１が運転されるときには、移動部材であるベローズ部２３や駆動部４５によって支持部材２４、６４を伝熱板２１から離れた位置へ移動させておくことができるので、当該支持部材２４が伝熱板２１への熱の伝達経路となることを防止できる。このため、超電導線材からなる超電導コイル１４の冷却効率を良好に保つと同時に、超電導モータ１の製造工程やメンテナンス工程で冷凍機２０を伝熱板２１から切り離したときにも、支持部材２４、６４によって容易に伝熱板２１を支持することができるので、作業効率を向上させることができる。
【００３８】
上記超電導モータ１において、移動部材は、容器（外槽１５）と支持部材２４、６４とを接続する、蛇腹構造を有する伸縮管であるベローズ部２３を含んでいてもよい。ベローズ部２３の内周部は外槽１５の外部と接続されていてもよい。この場合、支持部材２４、６４により伝熱板２１を支持した状態から、冷凍機２０を外槽１５および伝熱板２１に接続して超電導モータ１を運転するときに、外槽１５の内部（真空断熱ギャップ１７）の雰囲気圧力を下げる（たとえば真空にする）ことにより、ベローズ部２３が外槽１５の外部の気圧に押されて伸張する。この結果、ベローズ部２３が伸びることで支持部材２４、６４が移動され、結果的に図１や図６などに示すように支持部材２４、６４が伝熱板２１から隔離された位置に移動する。つまり、超電導モータ１の運転のために外槽１５の内部の雰囲気圧力を下げることで、自動的に支持部材２４、６４を伝熱板２１から離すことができる。
【００３９】
上記超電導モータ１において、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）を支持する位置は、支持部材２４が伝熱板２１の鉛直方向における下部表面（たとえば突起部２２の表面）と接触して伝熱板２１を支持する位置であってもよい。また、伝熱部材から離れた位置は、支持部材２４が鉛直方向から見て、伝熱板２１の下部表面において支持部材２４と接触する部分（突起部２２）から離れた位置であってもよい。すなわち、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）は、図１〜図５に示すように、支持部材２４を上記鉛直方向に対して交差する方向（たとえば図２の矢印３５に沿った方向である水平方向）に沿って移動させるものであってもよい。
【００４０】
なお、上述した伝熱部材から離れた位置は、支持部材２４が鉛直方向から見て伝熱板２１と重ならない位置であってもよい。具体的には、外槽１５においてたとえば図２の紙面に垂直な方向にて対向する側壁から、図２の紙面に垂直な方向に突出するようにベローズ部２３が形成され、当該ベローズ部２３の先端に支持部材２４が設置されたような構造を採用できる。この場合、支持部材２４の移動方向は図２の紙面に垂直な方向となり、ベローズ部２３が伸びたときに、支持部材２４が伝熱板２１の下から外側に移動した状態（鉛直方向から見て伝熱板２１と重ならない状態）とすることができる。
【００４１】
この場合、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）により支持部材２４が伝熱板２１の下部表面（具体的には突起部２２の表面）と接触する位置と、鉛直方向から見て伝熱板２１の突起部２２と重ならない位置との間で移動されるため、支持部材により伝熱部材を確実に支持できるとともに、超電導機器の運転時など伝熱部材から支持部材を隔離したい場合に確実に伝熱部材と支持部材とを隔離することができる。また、支持部材２４の移動方向が伝熱板２１の下部表面に沿った方向となっているので、支持部材２４を移動させるために確保するべき空間の大きさを比較的小さくできる。このため、支持部材２４を移動させるために外槽１５のサイズが大きくなることを抑制できる。
【００４２】
上記超電導モータ１において、伝熱板２１の下部表面には凸部としての突起部２２が形成されていてもよい。支持部材２４、６４が伝熱板２１を支持する時には、当該突起部２２に支持部材２４（具体的には楔形部分２５）あるいは支持部材６４が接触するように支持部材２４が配置されていてもよい。この場合、伝熱板２１において支持部材２４、６４が接触する部分が突起部２２に特定されることから、支持部材２４、６４の位置決めなどを容易に行なうことができる。
【００４３】
上記超電導モータ１において、支持部材２４は楔形部分２５を含んでいてもよい。楔形部分２５は、伝熱板２１と対向する表面において、移動部材が支持部材２４を移動させる移動方向（図２の矢印３５で示す方向）と交差する方向に延びる傾斜面を有していてもよい。この場合、支持部材２４が移動方向に沿って移動することで、楔形部分２５の傾斜面と伝熱板２１の突起部２２との間を距離を変えることができる。つまり、支持部材２４を移動方向（水平方向）に沿って移動させることにより、支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２と接触した状態と、楔形部分２５が伝熱板２１から離れた状態とを切り替えることができる。
【００４４】
上記超電導モータ１は、図３や図４に示すように、支持部材２４が伝熱板２１を支持する位置に配置されたときに、支持部材２４と外槽１５との間に位置し支持部材２４を支える補強部材としての補助部材４０をさらに備えていてもよい。この場合、伝熱板２１を支持部材２４が支えるときに、当該支持部材２４をベローズ部２３のみではなく上記補助部材４０によっても支持することができる。このため、伝熱板２１を支持部材２４が支えるときに、支持部材２４に接続されたベローズ部２３に過度の応力が印加されてベローズ部２３や外槽１５が損傷する可能性を低減できる。
【００４５】
上記超電導モータ１において、図６に示すように、伝熱板２１を支持する位置は、支持部材６４（具体的には先端部６４Ａ）が伝熱板２１の鉛直方向における下部表面６５と接触して伝熱板２１を支持する位置であってもよい。伝熱板２１から離れた位置は、支持部材６４の一部（先端部６４Ａ）が鉛直方向から見て伝熱板２１と重なった状態で、伝熱板２１から離れた位置であってもよい。移動部材としてのベローズ部２３は、支持部材６４を鉛直方向に沿った方向において移動させるものであってもよい。支持部材６４は、鉛直方向から見て移動部材（ベローズ部２３）と重なる位置から伝熱板２１の下部表面と対向する位置にまで延びる部分（先端部６４Ａ）を含んでいてもよい。
【００４６】
この場合、支持部材６４を図６の矢印３５で示す鉛直方向に沿った方向において移動させることで、支持部材６４が伝熱板２１と接触した状態（支持部材６４が伝熱板２１を支持する状態）と、支持部材６４が伝熱板２１から離れた状態とを容易に切り替えることができる。また、支持部材６４は基本的に鉛直方向から見て伝熱板２１と重なる位置に配置されているので、もし伝熱板２１が設計上の設置位置から（鉛直方向の下向きに）脱落するような事故が発生した場合であっても、支持部材６４の一部（先端部６４Ａ）により伝熱板２１を支持することができ、当該伝熱板２１が外槽１５に直接接触して当該外槽１５が破損するといった可能性を低減できる。
【００４７】
上記超電導モータ１において、たとえば図４に示すように、移動部材は、支持部材２４、６４に一方端部が接続された駆動軸としてのシャフト４６と、当該シャフト４６において一方端部と反対側に位置する他方端部と接続された駆動力発生部材としての駆動部４５とを含んでいてもよい。駆動部４５は、シャフト４６を介して支持部材２４、６４を移動させてもよい。この場合、駆動部４５を動作させることにより、支持部材２４、６４の位置を任意に制御することができる。このため、支持部材２４、６４により伝熱板２１を支持する状態と支持部材２４、６４が伝熱板２１から隔離された状態とを確実に切り替えることができる。
【００４８】
上記超電導モータ１は、容器としての外槽１５の内周側において、冷却媒体（液体窒素１９）とともに超電導コイル１４を内部に保持する内槽部材（内槽１６）をさらに備えていてもよい。伝熱板２１は内槽１６に接続されていてもよい。内槽１６は、熱伝導率の比較的高い材料（たとえば銅などの金属）により構成されていてもよい。この場合、伝熱板２１および内槽１６を介して超電導コイル１４（内槽１６の内部に液体窒素１９が保持されている場合には当該液体窒素１９も）冷凍機２０により冷却することができる。
【００４９】
上記超電導モータ１において、伝熱板２１は、図５に示すように、超電導コイル１４に直接接続されていてもよい。具体的には、伝熱板２１と直接接続された伝熱体５０が超電導コイル１４に直接接続されていてもよい。あるいは、伝熱体５０の一部が超電導コイル１４の近傍にまで（たとえばネック部１８にまで）伸びていてもよい。この場合、伝熱板２１および伝熱体５０を介して超電導コイル１４を冷凍機２０により直接的に冷却することができる。このため、超電導コイル１４を液体窒素などの冷媒中に浸漬して当該冷媒を介して超電導コイル１４を冷却する場合より、装置構成を簡略化できる。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、超電導コイルを冷却するための伝熱板を備える超電導機器に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５２】
１ 超電導モータ、２ ロータ本体部、３ ロータ軸、４ 軸受、５ ロータ、１１ ケース、１２ ケース側壁、１３ 鉄心、１４ 超電導コイル、１５ 外槽、１６ 内槽、１７ 真空断熱ギャップ、１８ ネック部、１９ 液体窒素、２０ 冷凍機、２１ 伝熱板、２２ 突起部、２３ ベローズ部、２４，６４ 支持部材、２５ 楔形部分、３０ ステータ、３１ 開口部、３５ 矢印、４０ 補助部材、４１ 上部表面、４５ 駆動部、４６ シャフト、５０ 伝熱体、６４Ａ 先端部、６５ 下部表面。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、超電導機器に関し、より特定的には、超電導機器に含まれる超電導コイルを冷却するための冷凍機を備える超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導コイルを用いた超電導機器が知られている。このような超電導機器のうち、超電導線材により構成された超電導コイルの冷却に冷凍機を用いるものが提案されている（たとえば、特開２０００−１８２８２１号公報（特許文献１）参照）。
【０００３】
特許文献１では、真空容器の内部に配置された超電導コイルを、冷凍機により直接冷却している。冷凍機には真空容器の内部に配置された低温ステージが接続されている。低温ステージは、伝熱部材を介して超電導コイルと接続されている。超電導コイルは、伝熱部材および低温ステージを介して接続された冷凍機により冷却される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−１８２８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のような超電導機器では、伝熱部材は低温ステージなどを介して冷凍機と接続されることでその位置が決定されている。これは、伝熱部材が他の部材と接触することで、外部から伝熱部材へ不要な熱が侵入することを防止するためであり、基本的に伝熱部材は真空容器とは直接的には接触しないようになっている。
【０００６】
ここで、超電導機器の製造工程やメンテナンス時に、伝熱部材がまだ低温ステージ（あるいは冷凍機）と接続されていない場合には、伝熱部材の位置を固定するものがないため当該伝熱部材を支持するための支持ブロックなどを作業者が真空容器内に手作業で配置する必要があった。これは、伝熱部材として熱伝導性に優れた銅等からなる部材を用いると、当該伝熱部材の質量が大きくなるので、伝熱部材と超電導コイルとの接続部のみでは伝熱部材を支えることが難しいためである。一方、当該支持ブロックを恒常的に配置することは、伝熱部材や超電導コイルへ外部から熱が伝わる経路として支持ブロックが作用する恐れがあるため好ましくない。そのため、当該支持ブロックは冷凍機が所定の位置に設置され、当該冷凍機と伝熱部材とが接続される前に除去される必要がある。
【０００７】
しかし、このような支持ブロックを手作業で真空容器内に配置したり、真空容器内から除去することは、極めて作業性が悪く、超電導機器の製造工程やメンテナンス工程の効率化を図る上で妨げとなっていた。
【０００８】
この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、超電導コイルの冷却効率を良好に保つとともに、製造工程やメンテナンス工程の作業効率の向上を図ることが可能な超電導機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に従った超電導機器は、超電導線材からなるコイルと、容器と、冷凍機と、伝熱部材と、支持部材と、移動部材とを備える。容器は上記コイルを内部に保持する。冷凍機は、上記容器に接続された、コイルを冷却するためのものである。伝熱部材は、容器の内部に配置され、冷凍機と接続される。支持部材は、容器の内部に配置され、伝熱部材を支持するためのものである。移動部材は、支持部材を、伝熱部材に接触して伝熱部材を支持する位置と、伝熱部材から離れた位置との間で移動させる。
【００１０】
このようにすれば、冷凍機を容器から外したような場合（たとえば超電導機器の製造時やメンテナンス時）には、移動部材によって支持部材を所定の位置に移動させることで、支持部材によって伝熱部材を支持することができる。一方、冷凍機が容器に設置され、超電導機器が運転されるときには、移動部材によって支持部材を伝熱部材から離れた位置へ移動させておくことができるので、当該支持部材が伝熱部材への熱の伝達経路となることを防止できる。このため、超電導線材からなるコイル（超電導コイル）の冷却効率を良好に保つと同時に、超電導機器の製造工程やメンテナンス工程で冷凍機を伝熱部材から切り離したときにも、支持部材によって容易に伝熱部材を支持することができるので、作業効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、超電導コイルの冷却効率を良好に保つとともに、製造工程やメンテナンス工程の作業効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による超電導機器としての超電導モータを示す断面模式図である。
【図２】図１に示した超電導モータの部分拡大断面模式図である。
【図３】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第１の変形例を示す部分拡大断面模式図である。
【図４】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第２の変形例を示す部分拡大断面模式図である。
【図５】図１および図２に示した本発明による超電導モータの実施の形態１の第３の変形例を示す断面模式図である。
【図６】本発明による超電導モータの実施の形態２を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
【００１４】
（実施の形態１）
図１および図２を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１を説明する。
【００１５】
図１を参照して、本発明による超電導モータ１は、ロータ５およびステータ３０からなるモータ本体部と、当該モータ本体部に含まれる超電導コイル１４を冷却するための冷却部とを備える。ロータ５は、ロータ５の回転の中心となるロータ軸３と、このロータ軸３に接続されたロータ本体部２とからなる。ロータ本体部２の形状は円柱状である。
【００１６】
ステータ３０は、ロータ５の周囲に配置された超電導コイル１４と、この超電導コイル１４に隣接して配置された鉄心１３と、超電導コイル１４および鉄心１３の周囲を囲むように配置されたケース１１とからなる。ケース１１の端部側面にはロータ５のロータ軸３が軸受４を介して接続されている。軸受４が配置されることにより、ロータ５のロータ軸３はケース１１に対して回転可能となっている。
【００１７】
超電導コイル１４の周囲には、超電導コイル１４を冷却するための冷却媒体である液体窒素を保持する内槽１６が形成されている。また、この内槽１６の外周において、当該内槽１６の表面と間隔を隔てて内槽１６を覆うように外槽１５が形成されている。鉄心１３およびケース側壁１２（ケース１１の対向する一対の端部側面の間をつなぐ、曲面状のケース側壁１２）には開口部３１が形成されている。開口部３１の幅は、図１に示すように超電導コイル１４の幅より（内槽１６または外槽１５の幅より）小さくなっている。そして、内槽１６および外槽１５は、その幅が他の部分よりも細くなっているネック部１８を介してステータ３０の外側に引出されている。当該ネック部１８は上記開口部３１の内部に位置している。
【００１８】
なお、図１に示した超電導モータ１においては、ステータ３０のケース１１に２つの開口部３１が形成されている。開口部３１は２つの超電導コイル１４のそれぞれに対向する位置に配置されている。ステータ３０の外側において、上記２つのネック部１８は１つの外周側内槽および外周側外槽に接続された状態となっている。
【００１９】
ステータ３０の外側において、内槽１６（外周側内槽）の壁面には、銅などの熱伝導性の良好な材料（たとえば金属）からなる伝熱板２１が接続されている。伝熱板２１は内槽１６の壁面から外側に突出するように、真空断熱ギャップ１７内に形成されている。伝熱板２１には冷凍機２０が接続されている。この冷凍機２０は外槽１５にその一部が固定された状態となっている。具体的には、外槽１５に開口部が形成され、当該開口部に冷凍機２０がはめ込まれた状態で固定されている。外槽の開口部と冷凍機２０との接続部にはシール部材（図示せず）などが配置されている。当該シール部材は、外槽１５と内槽１６との間の間隙（真空断熱ギャップ１７）を気密に保持する（たとえば真空状態に維持する）ために設けられている。
【００２０】
ステータ３０の外部では、冷却容器の外槽１５と内槽１６との間の真空断熱ギャップ１７に位置する伝熱板２１において、その鉛直方向の下側（下部表面）に突起部２２が形成されている。そして、この突起部２２と対向する位置には、外槽１５に接続されたベローズ部２３と、当該ベローズ部２３の先端部に設置された支持部材２４とが形成されている。支持部材２４の伝熱板２１と対向する側である上部表面には楔形部分２５が形成されている。この楔形部分２５では、伝熱板２１に対向する側の表面が傾斜した傾斜面となっている。当該楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態となった場合、楔形部分２５を含む支持部材２４により伝熱板２１を支持することができる。
【００２１】
また、図２に示すように、ベローズ部２３はいわゆる蛇腹状の構造を有する管状部材となっており、矢印３５に示す方向に伸縮可能となっている。ベローズ部２３は、真空断熱ギャップ１７（図１参照）の内部が真空にされる（気圧が下がる）場合に、突起部２２から離れる方向（内槽１６に近づく方向）に、図２の矢印３５に沿って延びる。この結果、図２に示すように楔形部分２５が突起部２２に接触することで伝熱板２１をこの支持部材２４およびベローズ部２３によって支持した状態から、図１に示すように突起部２２と支持部材２４の楔形部分２５との間が離れた状態へと移行する。
【００２２】
すなわち、図２に示すようにメンテナンスや製品の組立などで冷凍機２０がまだ所定の位置に設置されていない場合には、ベローズ部２３を収縮した状態とすることで、支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態とすることができる。たとえば、ベローズ部２３の蛇腹構造にばね特性を持たせることで、外槽１５の外部と内部とで雰囲気圧力の差がない場合には、図２に示すように支持部材２４が伝熱板２１に接触するように、ベローズ部２３を収縮した状態とすることができる。このようにすれば、このベローズ部２３および（楔形部分２５を含む）支持部材２４によって伝熱板２１および突起部２２の重さを支えることができる。このため、伝熱板２１の重さにより断熱容器の内槽１６に大きな荷重が加わり当該内槽１６が変形するといった問題の発生を防止できる。また、このような支持部材２４が設置されているため、従来のように伝熱板２１を支持するための台座などを作業者が別途手作業で外槽１５の内部（真空断熱ギャップ１７内）に配置するといった作業を行なう必要がない。
【００２３】
そして、図１に示したように冷凍機２０が所定の位置に設置されるとともに伝熱板２１に接続され、真空断熱ギャップ１７の内部の気圧を下げると、真空断熱ギャップ１７と外槽１５の外部との雰囲気圧力の差によりベローズ部２３が図２の矢印３５に示す方向において伸びる（内槽１６側に伸びる）。この結果、突起部２２から楔形部分２５が離れる。つまり、伝熱板２１（および突起部２２）と支持部材２４との接触状態を解消できる。この結果、伝熱板２１が冷凍機２０以外の部材と接触して、伝熱板２１への（予期せぬ）熱の伝達経路が形成されることを防止できる。
【００２４】
次に、図１および図２に示した超電導モータの第１の変形例を図３を参照しながら説明する。なお、図３は図２に対応する。
【００２５】
図３に示すように、本発明による超電導モータの第１の変形例は基本的には図１および図２に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、支持部材２４の下部（支持部材２４と外槽１５の内壁との間）に補強部材である補助部材４０が配置されている。補助部材４０の上部表面４１（支持部材２４の底面が接触している表面）は、矢印３５に示す支持部材２４の移動方向に沿った方向に延びている。このため、補助部材４０が支持部材２４の移動の妨げになることはない。
【００２６】
このようにすれば、図１および図２に示した超電導モータ１と同様の効果を得られるとともに、支持部材２４を、ベローズ部２３のみではなく補助部材４０によっても支えることができる。この結果、伝熱板２１をより確実に支持することができる。
【００２７】
図４を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１の第２の変形例を説明する。なお、図４は図２に対応する。
【００２８】
図４に示すように、本発明による超電導モータの第２の変形例は、基本的には図３に示した超電導モータと同様の構造を備えるが、支持部材２４を矢印３５に示す方向に動かすための機構が異なっている。すなわち、図４に示した超電導モータにおいては、支持部材２４にシャフト４６を介して駆動部４５が接続されている。駆動部４５はエアシリンダや液圧シリンダあるいはモータなど任意の駆動機構を用いることができる。そして、この駆動部４５により、シャフト４６を介して支持部材２４は矢印３５に示す方向に移動可能となっている。この結果、図４に示したように支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２に接触した状態（支持状態）と、図１に示すように突起部２２から楔形部分２５が離れた状態（運転状態）とを確実に切換えることができる。
【００２９】
図５を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態１の第３の変形例を説明する。なお、図５は図１に対応する。
【００３０】
図５を参照して、超電導モータ１は基本的には図１および図２に示した超電導モータ１と同様の構造を備えるが、超電導コイル１４を冷却するための構造が異なっている。すなわち、図５に示した超電導モータ１においては、伝熱板２１に接続された伝熱体５０が内槽１６の内部に配置されている。内槽１６の内部において、伝熱体５０はその一部が超電導コイル１４にまで延在し、当該超電導コイル１４と直接接触している。すなわち、伝熱体５０は、ネック部１８を介して超電導コイル１４にまで伸びる突出部を含む。このように伝熱体５０が超電導コイル１４と伝熱板２１とを直接的に接続することで、超電導コイル１４をより確実に冷却することができる。また、このような伝熱体５０が配置されることで、伝熱板２１と伝熱体５０との合計質量はより大きくなる。このため、メンテナンス時などにおいて伝熱板２１および伝熱体５０を支える支持部材２４の必要性が高くなることから、本発明が特に有効である。また、このように伝熱体５０が超電導コイル１４に直接接続されている場合には、内槽１６の内部には液体窒素１９などの冷媒を充填しない構成としてもよい。
【００３１】
なお、図５に示した超電導モータ１においては、支持部材２４がベローズ部２３のみによって支えられた構造を開示しているが、この支持部材２４の構造および当該支持部材２４の周囲の構造については、図３や図４に示したような構造を採用することもできる。
【００３２】
（実施の形態２）
図６を参照して、本発明による超電導モータの実施の形態２を説明する。
【００３３】
図６に示した超電導モータ１は、基本的には図１に示した超電導モータ１と同様の構造を備えるが、伝熱板２１を支える部分の構造が異なっている。具体的には、図６に示した超電導モータ１においては、断熱容器の外槽１５の上部表面側（冷凍機２０が配置される開口部が形成された面）の壁面に接続するようにベローズ部２３が形成されている。そして、このベローズ部２３の先端には支持部材６４が形成されている。この支持部材６４は図６に示すように断面がほぼＬ字状であって、先端部６４Ａが伝熱板２１の下部表面６５と対向する位置にまで延びている。そして、ベローズ部２３が伸縮することにより、支持部材６４は矢印３５に示す方向に移動可能になっている。すなわち、メンテナンス時や冷凍機２０を取外した場合には、ベローズ部２３を収縮させることにより支持部材６４の先端部６４Ａが伝熱板２１の下部表面６５に接触して当該伝熱板２１を支持することが可能になっている。一方、超電導モータ１の運転時など、真空断熱ギャップ１７内部がたとえば真空状態（つまり外槽１５の外部より圧力の低い状態）になった場合には、ベローズ部２３がステータ３０側に伸びて支持部材６４が伝熱板２１から離れる。このような構造によっても、図１および図２に示した超電導モータ１と同様の効果を得ることができる。
【００３４】
なお、図６に示した超電導モータ１においては、図４に示した構成と同様に、ベローズ部２３の内部を介して駆動部４５およびシャフト４６を支持部材２４に接続してもよい。
【００３５】
以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。
【００３６】
この発明に従った超電導機器としての超電導モータ１は、超電導線材からなるコイルである超電導コイル１４と、容器（外槽１５）と、冷凍機２０と、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）と、支持部材２４、６４と、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）とを備える。容器（外槽１５）は上記超電導コイル１４を内部に保持する。冷凍機２０は、上記容器（外槽１５）に接続され、超電導コイル１４を冷却するためのものである。伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）は、容器の内部に配置され、冷凍機２０と接続される。支持部材２４、６４は、容器（外槽１５）の内部に配置され、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）を支持するためのものである。移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）は、支持部材２４、６４を、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）に接触して伝熱部材を支持する位置と、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）から離れた位置との間で移動させる。
【００３７】
このようにすれば、冷凍機２０を容器から外したような場合（たとえば超電導モータ１の製造時やメンテナンス時）には、移動部材であるベローズ部２３や駆動部４５などによって支持部材２４、６４を所定の位置に移動させることで、支持部材２４によって伝熱板２１などを支持することができる。一方、冷凍機２０が外槽１５に設置され、超電導モータ１が運転されるときには、移動部材であるベローズ部２３や駆動部４５によって支持部材２４、６４を伝熱板２１から離れた位置へ移動させておくことができるので、当該支持部材２４が伝熱板２１への熱の伝達経路となることを防止できる。このため、超電導線材からなる超電導コイル１４の冷却効率を良好に保つと同時に、超電導モータ１の製造工程やメンテナンス工程で冷凍機２０を伝熱板２１から切り離したときにも、支持部材２４、６４によって容易に伝熱板２１を支持することができるので、作業効率を向上させることができる。
【００３８】
上記超電導モータ１において、移動部材は、容器（外槽１５）と支持部材２４、６４とを接続する、蛇腹構造を有する伸縮管であるベローズ部２３を含んでいてもよい。ベローズ部２３の内周部は外槽１５の外部と接続されていてもよい。この場合、支持部材２４、６４により伝熱板２１を支持した状態から、冷凍機２０を外槽１５および伝熱板２１に接続して超電導モータ１を運転するときに、外槽１５の内部（真空断熱ギャップ１７）の雰囲気圧力を下げる（たとえば真空にする）ことにより、ベローズ部２３が外槽１５の外部の気圧に押されて伸張する。この結果、ベローズ部２３が伸びることで支持部材２４、６４が移動され、結果的に図１や図６などに示すように支持部材２４、６４が伝熱板２１から隔離された位置に移動する。つまり、超電導モータ１の運転のために外槽１５の内部の雰囲気圧力を下げることで、自動的に支持部材２４、６４を伝熱板２１から離すことができる。
【００３９】
上記超電導モータ１において、伝熱部材（図１に示す伝熱板２１または図５に示す伝熱板２１および伝熱体５０）を支持する位置は、支持部材２４が伝熱板２１の鉛直方向における下部表面（たとえば突起部２２の表面）と接触して伝熱板２１を支持する位置であってもよい。また、伝熱部材から離れた位置は、支持部材２４が鉛直方向から見て、伝熱板２１の下部表面において支持部材２４と接触する部分（突起部２２）から離れた位置であってもよい。すなわち、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）は、図１〜図５に示すように、支持部材２４を上記鉛直方向に対して交差する方向（たとえば図２の矢印３５に沿った方向である水平方向）に沿って移動させるものであってもよい。
【００４０】
なお、上述した伝熱部材から離れた位置は、支持部材２４が鉛直方向から見て伝熱板２１と重ならない位置であってもよい。具体的には、外槽１５においてたとえば図２の紙面に垂直な方向にて対向する側壁から、図２の紙面に垂直な方向に突出するようにベローズ部２３が形成され、当該ベローズ部２３の先端に支持部材２４が設置されたような構造を採用できる。この場合、支持部材２４の移動方向は図２の紙面に垂直な方向となり、ベローズ部２３が伸びたときに、支持部材２４が伝熱板２１の下から外側に移動した状態（鉛直方向から見て伝熱板２１と重ならない状態）とすることができる。
【００４１】
この場合、移動部材（図１に示すベローズ部２３または図４に示すベローズ部２３、シャフト４６および駆動部４５）により支持部材２４が伝熱板２１の下部表面（具体的には突起部２２の表面）と接触する位置と、鉛直方向から見て伝熱板２１の突起部２２と重ならない位置との間で移動されるため、支持部材により伝熱部材を確実に支持できるとともに、超電導機器の運転時など伝熱部材から支持部材を隔離したい場合に確実に伝熱部材と支持部材とを隔離することができる。また、支持部材２４の移動方向が伝熱板２１の下部表面に沿った方向となっているので、支持部材２４を移動させるために確保するべき空間の大きさを比較的小さくできる。このため、支持部材２４を移動させるために外槽１５のサイズが大きくなることを抑制できる。
【００４２】
上記超電導モータ１において、伝熱板２１の下部表面には凸部としての突起部２２が形成されていてもよい。支持部材２４、６４が伝熱板２１を支持する時には、当該突起部２２に支持部材２４（具体的には楔形部分２５）あるいは支持部材６４が接触するように支持部材２４が配置されていてもよい。この場合、伝熱板２１において支持部材２４、６４が接触する部分が突起部２２に特定されることから、支持部材２４、６４の位置決めなどを容易に行なうことができる。
【００４３】
上記超電導モータ１において、支持部材２４は楔形部分２５を含んでいてもよい。楔形部分２５は、伝熱板２１と対向する表面において、移動部材が支持部材２４を移動させる移動方向（図２の矢印３５で示す方向）と交差する方向に延びる傾斜面を有していてもよい。この場合、支持部材２４が移動方向に沿って移動することで、楔形部分２５の傾斜面と伝熱板２１の突起部２２との間を距離を変えることができる。つまり、支持部材２４を移動方向（水平方向）に沿って移動させることにより、支持部材２４の楔形部分２５が伝熱板２１の突起部２２と接触した状態と、楔形部分２５が伝熱板２１から離れた状態とを切り替えることができる。
【００４４】
上記超電導モータ１は、図３や図４に示すように、支持部材２４が伝熱板２１を支持する位置に配置されたときに、支持部材２４と外槽１５との間に位置し支持部材２４を支える補強部材としての補助部材４０をさらに備えていてもよい。この場合、伝熱板２１を支持部材２４が支えるときに、当該支持部材２４をベローズ部２３のみではなく上記補助部材４０によっても支持することができる。このため、伝熱板２１を支持部材２４が支えるときに、支持部材２４に接続されたベローズ部２３に過度の応力が印加されてベローズ部２３や外槽１５が損傷する可能性を低減できる。
【００４５】
上記超電導モータ１において、図６に示すように、伝熱板２１を支持する位置は、支持部材６４（具体的には先端部６４Ａ）が伝熱板２１の鉛直方向における下部表面６５と接触して伝熱板２１を支持する位置であってもよい。伝熱板２１から離れた位置は、支持部材６４の一部（先端部６４Ａ）が鉛直方向から見て伝熱板２１と重なった状態で、伝熱板２１から離れた位置であってもよい。移動部材としてのベローズ部２３は、支持部材６４を鉛直方向に沿った方向において移動させるものであってもよい。支持部材６４は、鉛直方向から見て移動部材（ベローズ部２３）と重なる位置から伝熱板２１の下部表面と対向する位置にまで延びる部分（先端部６４Ａ）を含んでいてもよい。
【００４６】
この場合、支持部材６４を図６の矢印３５で示す鉛直方向に沿った方向において移動させることで、支持部材６４が伝熱板２１と接触した状態（支持部材６４が伝熱板２１を支持する状態）と、支持部材６４が伝熱板２１から離れた状態とを容易に切り替えることができる。また、支持部材６４は基本的に鉛直方向から見て伝熱板２１と重なる位置に配置されているので、もし伝熱板２１が設計上の設置位置から（鉛直方向の下向きに）脱落するような事故が発生した場合であっても、支持部材６４の一部（先端部６４Ａ）により伝熱板２１を支持することができ、当該伝熱板２１が外槽１５に直接接触して当該外槽１５が破損するといった可能性を低減できる。
【００４７】
上記超電導モータ１において、たとえば図４に示すように、移動部材は、支持部材２４、６４に一方端部が接続された駆動軸としてのシャフト４６と、当該シャフト４６において一方端部と反対側に位置する他方端部と接続された駆動力発生部材としての駆動部４５とを含んでいてもよい。駆動部４５は、シャフト４６を介して支持部材２４、６４を移動させてもよい。この場合、駆動部４５を動作させることにより、支持部材２４、６４の位置を任意に制御することができる。このため、支持部材２４、６４により伝熱板２１を支持する状態と支持部材２４、６４が伝熱板２１から隔離された状態とを確実に切り替えることができる。
【００４８】
上記超電導モータ１は、容器としての外槽１５の内周側において、冷却媒体（液体窒素１９）とともに超電導コイル１４を内部に保持する内槽部材（内槽１６）をさらに備えていてもよい。伝熱板２１は内槽１６に接続されていてもよい。内槽１６は、熱伝導率の比較的高い材料（たとえば銅などの金属）により構成されていてもよい。この場合、伝熱板２１および内槽１６を介して超電導コイル１４（内槽１６の内部に液体窒素１９が保持されている場合には当該液体窒素１９も）冷凍機２０により冷却することができる。
【００４９】
上記超電導モータ１において、伝熱板２１は、図５に示すように、超電導コイル１４に直接接続されていてもよい。具体的には、伝熱板２１と直接接続された伝熱体５０が超電導コイル１４に直接接続されていてもよい。あるいは、伝熱体５０の一部が超電導コイル１４の近傍にまで（たとえばネック部１８にまで）伸びていてもよい。この場合、伝熱板２１および伝熱体５０を介して超電導コイル１４を冷凍機２０により直接的に冷却することができる。このため、超電導コイル１４を液体窒素などの冷媒中に浸漬して当該冷媒を介して超電導コイル１４を冷却する場合より、装置構成を簡略化できる。
【００５０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
この発明は、超電導コイルを冷却するための伝熱板を備える超電導機器に特に有利に適用される。
【符号の説明】
【００５２】
１ 超電導モータ、２ ロータ本体部、３ ロータ軸、４ 軸受、５ ロータ、１１ ケース、１２ ケース側壁、１３ 鉄心、１４ 超電導コイル、１５ 外槽、１６ 内槽、１７ 真空断熱ギャップ、１８ ネック部、１９ 液体窒素、２０ 冷凍機、２１ 伝熱板、２２ 突起部、２３ ベローズ部、２４，６４ 支持部材、２５ 楔形部分、３０ ステータ、３１ 開口部、３５ 矢印、４０ 補助部材、４１ 上部表面、４５ 駆動部、４６ シャフト、５０ 伝熱体、６４Ａ 先端部、６５ 下部表面。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線材からなるコイルと、
前記コイルを内部に保持する容器と、
前記容器に接続された、前記コイルを冷却するための冷凍機と、
前記容器の内部に配置され、前記冷凍機と接続された伝熱部材と、
前記容器の内部に配置され、前記伝熱部材を支持するための支持部材と、
前記支持部材を、前記伝熱部材に接触して前記伝熱部材を支持する位置と、前記伝熱部材から離れた位置との間で移動させる移動部材とを備える、超電導機器。
【請求項２】
前記移動部材は、前記容器と前記支持部材とを接続する、蛇腹構造を有する伸縮管を含み、
前記伸縮管の内周部は前記容器の外部と接続されている、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記伝熱部材を支持する位置は、前記支持部材が前記伝熱部材の鉛直方向における下部表面と接触して前記伝熱部材を支持する位置であり、
前記伝熱部材から離れた位置は、前記支持部材が前記鉛直方向から見て、前記伝熱部材の下部表面において前記支持部材と接触する部分から離れた位置である、請求項１または２に記載の超電導機器。
【請求項４】
前記支持部材は楔形部分を含み、
前記楔形部分は、前記伝熱部材と対向する表面において、前記移動部材が前記支持部材を移動させる移動方向と交差する方向に延びる傾斜面を有する、請求項３に記載の超電導機器。
【請求項５】
前記支持部材が前記伝熱部材を支持する位置に配置されたときに、前記支持部材と前記容器との間に位置し前記支持部材を支える補助部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項６】
前記伝熱部材を支持する位置は、前記支持部材が前記伝熱部材の鉛直方向における下部表面と接触して前記伝熱部材を支持する位置であり、
前記伝熱部材から離れた位置は、前記支持部材の一部が前記鉛直方向から見て前記伝熱部材と重なった状態で、前記伝熱部材から離れた位置である、請求項１または２に記載の超電導機器。
【請求項７】
前記移動部材は、前記支持部材に一方端部が接続された駆動軸と、前記駆動軸において前記一方端部と反対側に位置する他方端部と接続された駆動力発生部材とを含み、
前記駆動力発生部材は、前記駆動軸を介して前記支持部材を移動させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項８】
前記容器の内周側において、冷却媒体とともに前記コイルを内部に保持する内槽部材をさらに備え、
前記伝熱部材は前記内槽部材に接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項９】
前記伝熱部材は、前記コイルに直接接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項１】
超電導線材からなるコイルと、
前記コイルを内部に保持する容器と、
前記容器に接続された、前記コイルを冷却するための冷凍機と、
前記容器の内部に配置され、前記冷凍機と接続された伝熱部材と、
前記容器の内部に配置され、前記伝熱部材を支持するための支持部材と、
前記支持部材を、前記伝熱部材に接触して前記伝熱部材を支持する位置と、前記伝熱部材から離れた位置との間で移動させる移動部材とを備える、超電導機器。
【請求項２】
前記移動部材は、前記容器と前記支持部材とを接続する、蛇腹構造を有する伸縮管を含み、
前記伸縮管の内周部は前記容器の外部と接続されている、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記伝熱部材を支持する位置は、前記支持部材が前記伝熱部材の鉛直方向における下部表面と接触して前記伝熱部材を支持する位置であり、
前記伝熱部材から離れた位置は、前記支持部材が前記鉛直方向から見て、前記伝熱部材の下部表面において前記支持部材と接触する部分から離れた位置である、請求項１または２に記載の超電導機器。
【請求項４】
前記支持部材は楔形部分を含み、
前記楔形部分は、前記伝熱部材と対向する表面において、前記移動部材が前記支持部材を移動させる移動方向と交差する方向に延びる傾斜面を有する、請求項３に記載の超電導機器。
【請求項５】
前記支持部材が前記伝熱部材を支持する位置に配置されたときに、前記支持部材と前記容器との間に位置し前記支持部材を支える補助部材をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項６】
前記伝熱部材を支持する位置は、前記支持部材が前記伝熱部材の鉛直方向における下部表面と接触して前記伝熱部材を支持する位置であり、
前記伝熱部材から離れた位置は、前記支持部材の一部が前記鉛直方向から見て前記伝熱部材と重なった状態で、前記伝熱部材から離れた位置である、請求項１または２に記載の超電導機器。
【請求項７】
前記移動部材は、前記支持部材に一方端部が接続された駆動軸と、前記駆動軸において前記一方端部と反対側に位置する他方端部と接続された駆動力発生部材とを含み、
前記駆動力発生部材は、前記駆動軸を介して前記支持部材を移動させる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項８】
前記容器の内周側において、冷却媒体とともに前記コイルを内部に保持する内槽部材をさらに備え、
前記伝熱部材は前記内槽部材に接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導機器。
【請求項９】
前記伝熱部材は、前記コイルに直接接続されている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の超電導機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２５６６３４（Ｐ２０１２−２５６６３４Ａ）
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１２７４００（Ｐ２０１１−１２７４００）
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月２７日（２０１２．１２．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月７日（２０１１．６．７）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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