(57)【要約】【課題】モータ反力が大きい場合であっても、あるいは、固定子とフレームとの間の隙間が大きい場合であっても、固定子とフレームとが相対移動するおそれが低減または解消され、モータ反力をフレームが効果的に受けることができる超電導モータ装置を提供する。【解決手段】超電導モータ装置１は、超電導コイル２２と、固定子２０、固定子２０に対して可動する可動子２７と、固定子２０からのモータ反力を受けるフレーム４４とを有する。固定子２０のうちフレーム４４に対向する対向外壁面２４は、フレーム４４と係合してモータ反力を受ける係合部２５を有する。【選択図】図２
2010148200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、前記超電導コイルで発生させた磁束を通過させる透磁材料で形成された固定子、前記固定子に対して可動する可動子と、前記可動子の可動時において前記固定子からのモータ反力を受けるフレームとを具備する超電導モータ装置において、
前記固定子のうち前記フレームに対向する対向外壁面は、前記フレームと係合してモータ反力を受ける係合部を有する形状を備えていることを特徴とする超電導モータ装置。
【請求項２】
請求項１において、前記固定子は、全体として、中央域に軸芯を有する筒形状をなしており、前記可動子は前記固定子に対して回転する回転子であり、
前記固定子の前記対向外壁面の前記係合部は、前記固定子の軸芯と平行な方向から投影されるとき、前記対向外壁面を多角形状とすることにより形成されており、
前記フレームのうち前記固定子の前記対向外壁面に対向する対向内壁面の形状は、前記固定子の前記対向外壁面と整合する多角形状をなしていることを特徴とする超電導モータ装置。
【請求項３】
請求項２において、前記固定子は、これの周方向において複数個に分割された分割体を備えていることを特徴とする超電導モータ装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちの一項において、前記フレームを構成する材料の熱収縮率は、前記固定子を構成する材料の熱収縮率よりも大きく設定されていることを特徴とする超電導モータ装置。
【請求項５】
請求項２〜４のうちの一項において、前記固定子のうち前記フレームに対向する前記対向外壁面は、前記軸芯と直交する方向の断面で多角形状をなす多角形状外壁面と、前記軸芯と直交する方向の断面で軸芯を中心とする円弧形状に形成された円弧形状外壁面とを有しており、
前記多角形状外壁面および前記円弧形状外壁面は、前記軸芯が延設されている方向において隣設または間隔を隔てて並設されていることを特徴とする超電導モータ装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちの一項において、前記超電導コイルをこれの臨界温度以下に冷却させる冷却部が設けられていることを特徴とする超電導モータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固定子を有する超電導モータ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
超電導モータ装置は、超電導コイルと、超電導コイルで発生させた磁束を通過させる透磁材料で形成された固定子、固定子に対して回転させる回転子と、固定子の外周部を覆うフレームとを有する（特許文献１）。固定子の外周部は円筒形状の外周壁面で形成されている。フレームの内周部も円筒形状の内周壁面で形成されている。ここで、超電導モータ装置が駆動するとき、回転子の回転に伴いモータ反力が固定子に作用する。モータ反力は、フレームの内周部と固定子の外周部との間の面圧および摩擦抵抗で受けられていた。
【特許文献１】特開２００７−８９３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した超電導モータ装置が組み付けられるのは、一般的には常温領域である。これに対して超電導モータ装置が使用される状態では、超電導コイルが超電導状態を示すように、超電導コイルはこれの臨界温度領域以下の温度領域に冷却される。このため、フレームおよび固定子の熱収縮率の相違から、フレームと固定子との間に隙間が形成される懸念がある。この場合、モータ反力をフレームが効果的に受けることができなくなるおそれが懸念される。場合によっては、極低温状態において固定子とフレームとの間の隙間が増加すると、固定子とフレームとが相対移動するおそれが懸念される。
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、モータ反力が大きい場合であっても、あるいは、固定子とフレームとの間の隙間が大きい場合であっても、固定子とフレームとが相対移動するおそれが低減または解消され、モータ反力をフレームが効果的に受けることができるのに有利な超電導モータ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の超電導モータ装置は、超電導コイルと、超電導コイルで発生させた磁束を通過させる透磁材料で形成された固定子、固定子に対して可動する可動子と、可動子の可動時において固定子からのモータ反力を受けるフレームとを具備する超電導モータ装置において、固定子のうちフレームに対向する対向外壁面は、フレームと係合してモータ反力を受ける係合部を有する形状を備えていることを特徴とする。
【０００６】
超電導モータ装置が駆動するとき、可動子の可動につれて、固定子はモータ反力（可動子の可動に対する反力）を受ける。この場合、固定子とフレームとの機械的係合性が充分でない場合には、固定子とフレームとが相対移動するおそれがある。この点について本発明によれば、固定子のうちフレームに対向する対向外壁面は、フレームと係合してモータ反力を受ける係合部を有する。このため固定子とフレームとの機械的係合性が高まる。故に、モータ反力が大きい場合であっても、あるいは、固定子とフレームとの間の隙間が大きい場合であっても、固定子とフレームとが相対移動するおそれが低減または解消される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、固定子のうちフレームに対向する対向外壁面は、フレームと係合してモータ反力を受ける係合部を有する形状を備えている。このため固定子とフレームとの機械的係合性が高まる。故に、モータ反力が大きい場合であっても、あるいは、固定子とフレームとの間の隙間が大きい場合であっても、固定子とフレームとが相対移動するおそれが低減または解消される。このため超電導コイルの臨界温度領域以下の温度領域であっても、固定子およびフレームの一体性が良好に維持される。このためモータ反力をフレームが効果的に受けることができるのに有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の超電導モータ装置は、超電導コイルと、超電導コイルで発生させた磁束を通過させる透磁材料（例えば純鉄系、硅素鋼系）で形成された固定子、固定子に対して可動する可動子と、可動子の可動時において固定子からのモータ反力を受けるフレームとを有するものとして定義される。超電導モータ装置は、超電導コイルに給電して発生する可動磁場に基づいて可動子が可動する。超電導モータは固定子と可動子とを有する。超電導コイルとしては、固定子および可動子のうちのいずれか一方に設けることができる。超電導モータは交流モータでもよいし、直流モータ、同期モータ等の公知のモータを採用できる。回転モータでも良いし、リニアモータでも良い。可動子が回転子であれば、可動磁場は回転磁場となる。
【０００９】
超電導コイルは、これの臨界温度以下に冷却させると、電気抵抗が急激に小さくなる超電導状態を示す。臨界温度は、超電導コイルを構成する超電導材料が降温時に超電導状態を示す温度をいう。臨界温度は、超電導材料の組成に応じて規定される。フレームは、固定子からのモータ反力を受けるものとして定義される。固定子のうちフレームに対向する対向外壁面は、フレームと係合してモータ反力を受ける係合部を有する。係合部は、フレームと機械的に係合することにより固定子およびフレームの相対移動を抑え得るものであれば、構造、形状および材質を問わない。
【００１０】
本発明の一視点によれば、好ましくは、固定子は、全体として、中央域に軸芯を有する筒形状をなしており、可動子は固定子に対して回転する回転子である。この場合、固定子の対向外壁面の係合部は、固定子の軸芯と平行な方向から投影されるとき、対向外壁面を多角形状とすることにより形成されていることが好ましい。殊に、ｎ角形状または正ｎ角形状をなしていることが好ましい。ｎは３以上を採用できる。ｎが４０以上の過多となると、真円に近づくため、機械的な係合性が低下する傾向がある。従ってｎ＝３〜３０の範囲内、３〜２４の範囲内が例示される。従って係合部としての多角形状は正６角形、正９角形、正１２角形、正１５角形等が例示される。超電導コイルに三相交流が給電されるときには、ｎは例えば３の倍数にすることができる。この場合、フレームのうち固定子の対向外壁面に対向する対向内壁面は、固定子の対向外壁面と整合（嵌合）する形状をなしている（請求項２）。対向外壁面および対向内壁面は、互いに型対象な形状、または、ほぼ型対象な形状とすることができる。固定子の対向外壁面が正６角形の場合には、フレームの対向内壁面は正６角形または疑似正６角形とすることができる。固定子の対向外壁面が正９角形の場合には、フレームの対向内壁面は正９角形または疑似正９角形とすることができる。疑似とは、角部が丸みをもつことを意味する。
【００１１】
本発明の一視点によれば、好ましくは、固定子は、これの周方向において複数個に分割された分割体を備えている（請求項３）。固定子の分割体に超電導コイルを搭載させる作業が容易となる。超電導モータ装置の使用時に、フレームの熱収縮に基づいてフレームにより各分割体を周方向に密着させるように締めることができる。
【００１２】
本発明の一視点によれば、好ましくは、フレームを構成する材料の熱収縮率は、固定子を構成する熱収縮率よりも大きく設定されている（請求項４）。熱収縮率は、常温域〜超電導コイルの臨界温度領域を前提とする。この場合、超電導モータ装置の使用時に、超電導コイルが冷却されると共に、フレームおよび固定子が冷却されるが、フレームにより固定子を締まり嵌めすることができる。この場合、固定子とフレームとの隙間を消失または減少させることができ、固定子からのモータ反力をフレームが一層効果的に受けることができる。
【００１３】
本発明の一視点によれば、好ましくは、固定子のうちフレームに対向する対向外壁面は、軸芯と直交する方向の断面で多角形状をなす多角形状外壁面と、軸芯と直交する方向の断面で軸芯を中心とする円弧形状に形成された円弧形状外壁面とを有している。この場合、多角形状外壁面および円弧形状外壁面は、軸芯が延設されている方向において隣設または間隔を隔てて並設されている（請求項５）。多角形状外壁面は係合部として機能することができる。この場合、固定子の対向外壁面は、多角形状外壁面および円弧形状外壁面を有する。このため、多角形状外壁面による作用と、円弧形状外壁面による作用とが併有される。多角形状外壁面による作用としては、固定子からのモータ反力をフレームが効果的に受けることができる。円弧形状外壁面による作用としては、固定子とフレームとの機械的接触性および熱的接触性を高める構造を採用し易く、固定子の放熱性を高めるのに有利となる。更に、円弧形状外壁面による作用としては、円弧形状外壁面に熱伝熱材を巻き付ければ、固定子と熱伝熱材との機械的接触性および熱的接触性を高める構造を採用し易く、固定子の冷却性を高めるのに有利となる。なお、多角形状外壁面および円弧形状外壁面は、軸芯方向が延びる方向において交互に配置することができる。
【００１４】
本発明の一視点によれば、好ましくは、超電導コイルをこれの臨界温度以下に冷却させる冷却部が設けられている（請求項７）。冷却部は、冷凍を発生させる冷凍機でも良いし、冷凍機ではなく、極低温状態の冷媒（例えば液体窒素、液体空気、ヘリウム）を貯留する冷媒容器でも良い。
【実施例１】
【００１５】
以下、本発明の実施例１について図１〜図３を参照して説明する。
【００１６】
（全体構成） 図１は本発明の実施例１の全体を示す。本実施例は、超電導装置の代表例である磁場発生装置の一例として超電導モータ装置１に適用した実施例である。図１に示すように、超電導モータ装置１は、車載用、定置用、産業用等に利用できるものであり、磁場発生部として機能する超電導モータ２と、冷却部として機能する極低温発生部３と、容器４と、電流導入端子５とを有する。
【００１７】
ここで、超電導モータ２は、位相が１２０度ずつそれぞれ相違する三相の交流電流が給電されるモータを形成する。超電導モータ２は、これの軸心Ｐ１の回りを１周するほぼ筒形状をなす固定子２０と、固定子２０に対して回転可能な可動子として機能する回転子２７とを有する。回転子２７はインナーロータ型であり、超電導モータ２の軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。永久磁石部２９は公知の永久磁石で形成できる。
【００１８】
固定子２０は、透磁コアとして機能する透磁率が高い材料で形成された円筒形状をなす固定鉄心２１と、固定鉄心２１に巻回されて保持された超電導コイル２２とを有する。超電導コイル２２は三相の交流電流を通電できるように３個に分割されている。超電導コイル２２は公知の超電導材料で形成されている。超電導コイル２２は、固定鉄心２１の内周部に形成されたスロットル溝２１ａ内に配置されている。三相の交流電流が超電導コイル２２に流れると、固定子２０の回りつまり軸心Ｐ１の回りを回転する回転磁場が発生する。回転磁場（可動磁場）により回転子２７がこれの軸心Ｐ１の回りで回転し、モータ機能が得られる。
【００１９】
極低温発生部３は、超電導コイル２２の超電導状態を維持するために超電導コイル２２を臨界温度領域以下の温度領域である極低温に維持するものである。極低温発生部３のコールドヘッド３２で得られる極低温の温度領域は、超電導コイル２２を構成する超電導材料の材質に応じて選択されるが、ヘリウム液化温度以下または窒素液化温度以下にでき、例えば、１５０Ｋ以下、殊に１００Ｋ以下、８０Ｋ以下とすることができる。但し、超電導材料の材質によってはこれらに限定されるものではない。極低温発生部３は、極低温をコールドヘッド３２（極低温取出部）において発生させる冷凍機３０を有する。冷凍機３０のコールドヘッド３２と超電導モータ２の固定子２０の固定鉄心２１とを伝熱可能に繋ぐ伝熱材料を基材とする伝熱部３３が設けられている。冷凍機３０は、冷媒ガスを圧縮させるコンプレッサと、圧縮された冷媒ガスの圧縮熱を放出させる放熱器等を有することが好ましい。冷凍機３０としては、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、ギホードマクマホン冷凍機、ソルベイ冷凍機、ヴィルマイヤー冷凍機等といった公知の冷凍機を例示できる。
【００２０】
伝熱部３３は、超電導モータ２と冷凍機３０との間に配置されており、高い伝熱性を有する熱伝導材料（例えば銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金）等で形成されている。例えば、伝熱部３３は、熱伝導材料で形成されている。  図１に示すように、容器４は、超電導コイル２２を断熱させる断熱室として機能する減圧断熱室として機能する真空断熱室４０を形成する。真空断熱室４０は、固定子２０に巻回されて保持されている超電導コイル２２の外周側（外側）を固定子２０の外周側（外側）と共に包囲するリング状の外側真空断熱室４１と、超電導コイル２２の内周側（内側）を固定子２０の内周側（内側）と共に包囲するリング状の内側真空断熱室４２とを有する。なお、真空断熱室４０は出荷時に高真空状態（大気圧よりも減圧されている状態）に維持されているが、メンテナンス等により長期にわたり高真空状態に維持されることが好ましい。真空の程度は、少なくとも大気よりも高い断熱性を有する程度であればよく、１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下，１０−３ａ以下，１０−５Ｐａ以下が例示される。
【００２１】
超電導コイル２２は外側真空断熱室４１と内側真空断熱室４２とで包囲されているため、超電導コイル２２は極低温状態に維持され、ひいては超電導状態が維持される。図１に示すように、外側真空断熱室４１は、固定子２０の外周部を包囲する第１断熱室部分４１ａと、伝熱部３３およびコールドヘッド３２の外側を包囲する第２断熱室部分４１ｃ（中間真空断熱室）とを有する。第２断熱室部分４１ｃは、伝熱部３３およびコールドヘッド３２の外周側をほぼ同軸的に包囲しており、これらの低温を維持する。
【００２２】
図１に示すように、容器４は、外側から内側にかけて、互いに同軸的な第１容器４３、超電導モータ２を保持するための容器状のフレーム４４、第３容器４５、第４容器４６を有する。第１容器４３およびフレーム４４は、外側真空断熱室４１を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。第３容器４５および第４容器４６は、内側真空断熱室４２を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。
【００２３】
第４容器４６で区画される円筒形状の空間４７には、回転子２７が回転可能に配置されている。空間４７は大気に連通している。回転子２７は回転作動体（図略）に連結されている。
【００２４】
図１に示すように、第１容器４３は、超電導モータ２の外周部を包囲する筒状の第１包囲部４３１（外側容器）と、超電導コイル２２に給電する３相用の電流導入線５６を案内する案内室４３２を形成する筒状をなす案内部４３３と、コールドヘッド３２および伝熱部３３を覆うように冷凍機３０側に向かう中間容器４３４と、冷凍機３０の冷媒ガスを圧縮させる圧縮機構３０ａのフランジ３０ｃを取り付けるための取付フランジ部４３５とを有する。案内部４３３は、第１容器４３のうち超電導モータ２を包囲する第１包囲部４３１から突設されている。なお、第１容器４３の外側は大気開放とすることができるが、これに限定されるものではない。第１容器４３の外側は断熱材で覆われていても良い。
【００２５】
第１容器４３を構成する材料としては、漏れ磁束を透過させないか、あるいは、透過させにくいこと、強度を有することが好ましい。このような材料としては、透磁率が低い非磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系等のステンレス鋼等の合金鋼）が例示される。フレーム４４，第３容器４５，第４容器４６を構成する材料としては、磁束を透過させ得るが、磁束の変化に基づく渦電流を抑制すべく、電気抵抗が高い材料が好ましい。このような材料としては、樹脂、補強材強化樹脂、セラミックス等の非金属材料が例示される。補強材強化樹脂の補強材はガラス、セラミックス等の無機物が例示される。補強材は補強繊維が好ましく、ガラス繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が例示される。樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。図１に示すように、第１容器４３に部分的に突設されている筒形状をなす案内部４３３の先端部には、第１保持部としての固定盤７０が固定されている。固定盤７０は、熱的に絶縁性が高い材料、および／または、漏れ磁束を透過させにくい材料で形成されていることが好ましい。案内室４３２は外側真空断熱室４１に連通しているため、超電導モータ２の駆動時には真空断熱状態（減圧断熱状態）とされ、断熱機能を発揮することができる従って電流導入端子５は低温に維持されやすい。図１に示すように、複数（３個）の電流導入端子５は、超電導コイル２２に電流導入線５６を介して電気的に接続されており、超電導コイル２２に給電する導電材料を基材とする端子である。電流導入端子５は、第１容器４３の案内部４３３の先端部の固定盤７０に固定状態に保持されている。なお、図２に示すように、案内室４３２は電流導入端子５の他端側を収容している。電流導入端子５の一端側の端部８５は、案内室４３２から露出している。
【００２６】
ところで図略の切替スイッチがオンされると、外部の電源から電流導入端子５に三相の交流が給電される。ひいては超電導コイル２２に給電される。この結果、超電導モータ２において回転磁場（可動磁場）が軸心Ｐ１の回りで発生し、回転子２７が軸心Ｐ１の回りで回転する。これにより超電導モータ２が駆動される。  このように超電導モータ２が駆動されるとき、極低温発生部３が発生する極低温により超電導コイル２２および固定鉄心２１は、極低温状態に良好に維持される。故に、超電導コイル２２の超電導状態が良好に維持され、超電導モータ２は良好に回転駆動する。なお、超電導コイル２２の電気抵抗は０かあるいは著しく低いため、超電導モータ２０の出力は高い。これに対して、超電導モータ２の駆動が停止されるときには、図略の切替スイッチがオフとされ、固定盤７０の電流導入端子５と電源から電気的に切り離される。
【００２７】
（要部構成）
さて本実施例の要部について図２および図３を参照して説明する。図２は、超電導モータ２の軸芯Ｐ１と直交する方向の断面を示す。図２および図３に示すように、固定子２０の外周部には対向外壁面２４が形成されている。対向外壁面２４はフレーム４４に対向しており、多角形状をなす多角形状外壁面２５を係合部として有する。多角形状外壁面２５は正多角形状（正９角形状）とされており、断面で、直辺状の複数の外壁面２４ｍと、外方に指向する複数の外角部２４ｋとを交互に有する。正９角形状とされたのは、超電導コイル２２が９組使用されていることに基づく。なお、外角部２４ｋは、断面でアール状をなすように丸みを帯びていても良い。要するに、直辺状の複数の外壁面２４ｍは、正多角形状を構成する直辺状であればよい。
【００２８】
フレーム４４は筒形状をなしており、超電導モータ２の固定子２０の外周部を包囲している。フレーム４４の内周部には対向内壁面４８が形成されている。対向内壁面４８は、固定子２０の対向外壁面２４に対向する部位であり、多角形状内壁面とされている。すなわち、筒形状をなすフレーム４４の対向内壁面４８は、固定子２０の対向外壁面２４に対向しており、対向外壁面２４と整合（嵌合）するように多角形状（正多角形状）とされており、直辺状の内壁面４８ｍと、内方に指向する内角部４８ｋとを交互に有する。内壁面４８ｍは外壁面２４ｍに対面する。内角部４８ｋは外角部２４ｋに対面する。これにより回り止め度が高くなる。
【００２９】
固定子２０を形成する材料としては、透磁材料である鉄系材料が例示される。鉄系材料としては純鉄系、硅素鋼系、フェライトリッチの鋳鉄系、フェライトリッチの鋳鋼系等が例示されるが、これらに限定されるものではない。フレーム４４を形成する材料としては、樹脂単体、補強材強化樹脂等の樹脂系材料が例示される。補強材強化樹脂の補強材はガラス、セラミックス等の無機物が例示される。補強材は補強繊維が好ましく、ガラス繊維、セラミックス繊維、金属繊維等の無機繊維が例示される。樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。樹脂は、エポキシ、フェノール、ポリスチレン、飽和ポリエステル、エポキシ、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネイト、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリアリレート、ポリサルホォン、ポリイミド等の公知の樹脂が例示される。
【００３０】
ここで、フレーム４４を構成する材料の熱膨張係数は、固定子２０の固定鉄芯２１を構成する材料の熱膨張係数よりも大きく設定されている。換言すると、常温〜臨界温度において、フレーム４４を構成する材料の熱収縮率は、固定子２０を構成する材料の熱収縮率よりも大きく設定されている。このため超電導コイル２２がこれの臨界温度領域以下に冷却されるとき、周方向において、フレーム４４の熱収縮量は、固定子２０の熱収縮量よりも大きい。超電導モータ装置１が回転駆動するとき、前述したように、回転子２７が軸芯Ｐ１の回りで回転するにつれて、固定子２０はモータ反力（回転子２７の回転に対する反力）を受ける。この場合、固定子２０とフレーム４４との機械的係合性や摩擦係合性が充分でない場合には、モータ反力に起因して、固定子２０とフレーム４４とは、これらの周方向に相対移動するおそれがある。
【００３１】
この点について本実施例によれば、固定子２０のうちフレーム４４に対向する対向外壁面２４は、多角形状外壁面２５を係合部として有する。これに対してフレーム４４の対向内壁面４８は係合部と係合する被係合部として機能するものであり、対向外壁面２４と整合（嵌合）するような多角形状（正多角形状）をなす。このため超電導モータ装置１が回転駆動するとき、回転子２７が軸芯Ｐ１の回りで回転するにつれて、固定子２０がモータ反力を受けるときであっても、固定子２０とフレーム４４との機械的係合性が高まる。故に、モータ反力が大きい場合であっても、固定子２０とフレーム４４とがこれらの周方向に相対移動するおそれが低減または解消される。
【００３２】
特に、超電導モータ装置１の組付は一般的には常温において実施される。これに対して超電導モータ装置１が回転駆動するときには、超電導コイル２２が超電導性を発揮するため、超電導コイル２２はこれの臨界温度領域以下の温度領域（例えば１００Ｋ以下）にコールドヘッド３２により冷却される。ひいては固定子２０およびフレーム４４もそれに伴い冷却される。
【００３３】
ここで、フレーム４４を構成する材料の熱膨張係数は、固定子２０を構成する材料の熱膨張係数よりも大きく設定されている。換言すると、フレーム４４を構成する材料の熱収縮率は、固定子２０を構成する材料の熱収縮率よりも大きく設定されている。殊に、図１に示すように、フレーム４４を低温に維持できるように、フレーム４４の外周側は外側真空断熱室４１で覆われているため、筒形状のフレーム４４は低温状態（超電導コイル２２の臨界温度以下）に良好に維持され、周方向および径方向に熱収縮する。
【００３４】
このため固定子２０およびフレーム４４が冷却されるとき、周方向において、フレーム４４の熱収縮量は、固定子２０の熱収縮量よりも大きい。このため超電導モータ装置１が使用されるときには、フレーム４４が固定子２０を締まり嵌めする構造とされている。結果として、フレーム４４の対向内壁面４８と固定子２０の対向外壁面２４との間に隙間が存在していたとしても、その隙間は低減または消失される。よって、互いに対向する対向内壁面４８および対向外壁面２４との密着性および一体性が高まり、対向内壁面４８および対向外壁面２４の間の摩擦抵抗が更に増加する。
【００３５】
このため超電導モータ装置１が回転駆動するとき、回転子２７の回転につれて、固定子２０がモータ反力を受けるときであっても、あるいは、超電導コイルが極低温に冷却されるときであっても、固定子２０とフレーム４４との機械的係合性が高まり、モータ反力により固定子２０およびフレーム４４がこれらの周方向に相対移動するおそれが低減または解消される。
【００３６】
殊に、対向内壁面４８および対向外壁面２４は、軸芯Ｐ１を中心とする正多角形状とされているため、超電導モータ装置１の回転子２７が正方向に回転するときにおいても、逆方向に回転するときにおいても、フレーム４４はモータ反力に良好に対抗することができる。
【００３７】
更に本実施例によれば、図２に示すように、固定子２０は、これの周方向において複数個に分割された分割体２３で形成されている。各分割体２３は、周方向の一対の端面２３ｒをもつ。この場合、固定子２０が周方向に連続している場合に比較して、固定子２０の分割体２３は周方向の一部をなすため、分割体２３に超電導コイル２２を搭載させる作業が容易となる利点が得られる。組付時には、端面２３ｒ同士を接触させるように、複数の分割体２３を周方向に組み付け、筒形状をなす固定子２０の固定鉄芯２１が形成される。
【００３８】
更に本実施例によれば、前述したように、フレーム４４を構成する材料の熱収縮率δ１は、固定子２０を構成する材料の熱収縮率δ２よりも大きく設定されている。例えば、δ１／δ２＝２以上、５以上、７以上、１０以上の関係にできる。このため超電導モータが使用されるとき、超電導コイル２２の冷却に伴い固定子２０およびフレーム４４が冷却されると、周方向において、フレーム４４の熱収縮量は、固定子２０の熱収縮量よりも大きい。このためリング形状をなすフレーム４４が固定子２０の複数の分割体２３を締まり嵌めする。結果として、周方向に隣接する分割体２３の端面２３ｒ同士の密着性を高め、端面２３ｒ同士の隙間が低減または消失される。よって固定子２０を構成する分割体２３同士の密着性が一層高まる利点が得られる。なお超電導モータ２の非使用時には、超電導コイル２２の冷却が停止され、固定子２０およびフレーム４４が昇温されると、周方向において、フレーム４４の熱膨張量は、固定子２０の熱膨張量よりも大きい。このためリング形状をなすフレーム４４が周方向に熱膨張するため、固定子２０の各分割体２３の締まり度が軽減される。
【００３９】
図２に示すように、フレーム４４の対向内壁面４８のうち外角部２４ｋに対面する部分の厚みをｔ１として示す。フレーム４４の対向内壁面４８のうち、固定子２０の直辺状の外壁面２４ｍに対面する部分の厚みをｔ２として示す。厚みｔ１よりも厚みｔ２は厚肉化されており、樹脂または補強材強化樹脂を基材とするフレーム４４の強度増加に貢献できる。なお、フレーム４４の外壁面２４ｍは、軸芯Ｐ１を中心とする円筒形状とされているため、外側真空断熱室４１の空間幅Δｔを周方向に均一化でき、周方向における真空断熱性のばらつき低減に有利である。なお、樹脂または補強材強化樹脂で形成されているフレーム４４は、固定子２０に対して別体として形成し、フレーム４４を固定子２０に嵌合して組み付けても良い。あるいは、樹脂または繊維強化樹脂となる流動材を固定子２０の外周部にモールド成形して形成しても良い。モールド成形すれば、対向外壁面２４および対向内壁面４８は互いに型対象の形状に簡便にできる。
【実施例２】
【００４０】
図４は実施例２を示す。本実施例は実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。固定子２０はこれの周方向に連続する筒形状に形成されており、分割体を有していない。
【実施例３】
【００４１】
図５および図６は実施例３を示す。本実施例は実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５および図６に示すように、固定子２０の対向外壁面２４は、多角形状（正多角形状）をなす多角形状外壁面２５と、軸芯Ｐ１を１周またはほぼ１周する円弧形状（ほぼ円形状の）に形成された円弧形状外壁面２６とを有する。
【００４２】
多角形状外壁面２５および円弧形状外壁面２６は、軸芯Ｐ１が延設されている方向において、隣設されている。具体的には、図５に示すように、軸芯Ｐ１が延設されている方向の両端部に、多角形状外壁面２５が形成されている。二つの多角形状外壁面２５の間に円弧形状外壁面２６が形成されている。
【００４３】
上記したように本実施例によれば、固定子２０の対向外壁面２４は、多角形状外壁面２５を係合部として有すると共に、円弧形状外壁面２６を有する。このため、多角形状外壁面２５による作用と、円弧形状外壁面２６による作用とが併有される。ここで、多角形状外壁面２５による作用としては、前述したように、固定子２０とフレーム４４との間の隙間がない場合はもちろんのこと、隙間が大きくなったときであっても、固定子２０からのモータ反力をフレーム４４が効果的に受けることができる。また、円弧形状外壁面２６による作用としては、固定子２０とフレーム４４との機械的接触性および熱的接触性を高める構造を採用し易く、固定子２０の放熱性を高めるのに有利となる。更に、図６に示すように、円弧形状外壁面２６の外周側を熱伝導材３４Ｍで巻いて包囲することができる。熱伝導材３４Ｍは、冷凍機３０のコールドヘッド３２で冷却される伝熱部３３に繋がるものである。この場合、固定子２０の冷却性、ひいては超電導コイル２２の冷却性を一層高めることができる。熱伝導材３４Ｍは、伝熱部３３側との接合性、連結性を高める平坦部３４ｆを有する。なお図５に示す構造に限らず、特に図示しないものの、二つの円弧形状外壁面２６の間に多角形状外壁面２５が形成されている構造でも良い。円弧形状外壁面２６および多角形状外壁面２５の数は、特に限定されるものではない。
【実施例４】
【００４４】
図７は実施例４を示す。本実施例は実施例と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図７に示すように、固定子２０の対向外壁面２４は、基本的には、軸芯Ｐ１を中心として円筒形状に形成されており、部分的に凹状の複数個の係合部２４ｗをもつ。これに対して、フレーム４４の対向内壁面４８は、基本的には、軸芯Ｐ１を中心として円筒形状に形成されており、突起状の複数個の被係合部４８ｗを部分的にもつ。
【００４５】
図７に示すように、係合部２４ｗと被係合部４８ｗとは互いに凹凸嵌合しており、機械的に係合する。よって、フレーム４４の対向内壁面４８と固定子２０の対向外壁面２４との機械的な係合性が高まり、フレーム４４の対向内壁面４８と固定子２０の対向外壁面２４との間の摩擦抵抗が更に増加する。このため超電導モータ装置１が回転駆動するとき、回転子２７の回転につれて、固定子２０がモータ反力を受けるときであっても、あるいは、超電導コイル２２が極低温に冷却されるときであっても、固定子２０とフレーム４４との機械的係合性が高まり、モータ反力により固定子２０およびフレーム４４がこれらの周方向に相対移動するおそれが低減または解消される。なお、係合部を突起とし、被係合部を凹としても良い。なお、樹脂または補強材強化樹脂で形成されている樹脂系のフレーム４４については、固定子２０に対して別体として形成し、フレーム４４を固定子２０に嵌合して組み付けても良い。あるいは、樹脂または繊維強化樹脂となる流動材を固定子２０の外周部にモールド成形して固化させて形成しても良い。
【００４６】
（その他）
回転子はインナーロータ型とされているが、アウタロータ型でも良い。冷却部は、冷凍機ではなく、極低温状態の冷媒（例えば液体窒素、液体空気、ヘリウム）を貯留する冷媒容器を断熱構造で保有する構造でも良い。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施可能である。ある実施形態に特有の構造および機能は他の実施形態についても適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は例えば車両搭載用、産業用等の超電導モータ装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。
【図２】実施例１に係り、超電導モータ装置の固定子付近を拡大して示す断面図である。
【図３】実施例１に係り、超電導モータ装置の固定子付近を示す斜視図である。
【図４】実施例２に係り、超電導モータ装置の固定子付近を拡大して示す断面図である。
【図５】実施例３に係り、超電導モータ装置の固定子付近を示す斜視図である。
【図６】実施例３に係り、超電導モータ装置の固定子付近を示す斜視図である。
【図７】実施例４に係り、超電導モータ装置の固定子付近を拡大して示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
図中、１は超電導モータ装置、２は超電導モータ、２０は固定子、２２は超電導コイル、２７は回転子（可動子）、２３は分割体、２４は対向外壁面、２４ｍは外壁面、２４ｋは外角部、２４ｗは係合部、２５は多角形状外壁面、２６は円弧状外壁面、２９は永久磁石部、３は極低温発生部（冷却部）、３０は冷凍機、３２はコールドヘッド、３３は伝熱部、４は容器、４０は真空断熱室、４１は外側真空断熱室、４４はフレーム、４８は対向内壁面、４８ｍは内壁面、４８ｋは内角部、４８ｗは被係合部を示す。
【図１】
2010148200.tif 000003
【図２】
2010148200.tif 000004
【図３】
2010148200.tif 000005
【図４】
2010148200.tif 000006
【図５】
2010148200.tif 000007
【図６】
2010148200.tif 000008
【図７】
2010148200.tif 000009