(57)【要約】【課題】超電導コイルの耐久性を高めるのに有利な超電導装置を提供する。【解決手段】超電導装置は、駆動可能な駆動部３００と、駆動部３００の駆動量を操作する操作部４００と、操作部４００と駆動部３００との間に配置され且つ超電導材料で形成された超電導コイルを備える超電導モータ２と、超電導モータ２の超電導コイルを冷却させる冷凍機３０と、冷凍機３０を制御する制御部５００とを具備する。制御部５００は、操作部４００の操作量が増加するとき、または、超電導モータ２の超電導コイルに給電される電流量が増加するとき、超電導コイルの温度を測定する温度センサの温度信号に優先させて、冷凍機３０の冷凍出力を高める操作を実行する。【選択図】図１
2010279189.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動可能な駆動部と、
前記駆動部の駆動量を操作する操作部と、
前記操作部と前記駆動部の間に配置され、可動子および固定子を備え、且つ、前記可動子および前記固定子のうちの少なくとも一方に超電導材料で形成された超電導コイルを備えており、前記可動子の可動に伴い前記駆動部を駆動させる超電導モータと、
前記超電導モータの前記超電導コイルを冷却させる冷凍機と、
前記冷凍機を制御する制御部とを具備しており、
前記制御部は、前記操作部の操作量が増加するとき、または、前記超電導モータの前記超電導コイルに給電される電流および／または周波数が増加するとき、前記超電導コイルの温度を測定する温度センサの温度信号に優先させて、前記冷凍機の冷凍出力を高める操作を実行することを特徴とする超電導装置。
【請求項２】
請求項１において、前記制御部は、前記超電導モータの前記超電導コイルに給電される電流値の絶対値、電流値の絶対値の微分値、電流値の周波数、周波数の微分値のうちの少なくとも一つに基づいて、前記冷凍機の冷凍出力を制御する操作を実行することを特徴とする超電導装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記操作部はアクセルペダルまたはアクセルレバーであることを特徴とする超電導装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導コイルをもつ超電導装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導コイルをもつ超電導モータと、超電導コイルを断熱状態に収容する基体と、容器内の超電導部が臨界温度以下となるように超電導コイルを冷却させるための冷凍部とを有する超電導装置が知られている（特許文献１，２，３）。このものによれば、超電導コイルをこれの臨界温度以下に冷却させれば、超電導コイルの超電導現象が得られ、電気エネルギが節約される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−８９３４５号公報
【特許文献２】特開２００８−０１６５５４号公報
【特許文献３】特開２００７−１５１３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した超電導装置が運転されているとき、超電導コイルの温度を測定する温度センサを用い、温度センサが測定する超電導コイルの温度に応じて冷凍機の冷凍出力を制御している。この場合、超電導コイルの温度が上昇すると、超電導コイルの損傷を抑えるべく、超電導コイルに給電する電流量を減少させるように制御している。従って、操作部の操作量の増加に応じて、超電導コイルに給電する電流を増加させようとしても、超電導コイルの温度が上昇すれば、電流を増加させることができない場合が発生している。このような場合、超電導コイルに給電する電流を増加させれば、超電導コイルの性状が損なわれるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、超電導コイルに給電する電流を増加させたいときであっても、超電導コイルの性状の安定化に貢献できる超電導装置を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る超電導装置は、（ｉ）駆動可能な駆動部と、（ｉｉ）駆動部の駆動量を操作する操作部と、（ｉｉｉ）操作部と駆動部との間に配置され、可動子および固定子を備え、且つ、可動子および固定子のうちの少なくとも一方に超電導材料で形成された超電導コイルを備えており、可動子の可動に伴い駆動部を駆動させる超電導モータと、（ｉｖ）超電導モータの超電導コイルを冷却させる冷凍機と、（ｖ）冷凍機を制御する制御部とを具備しており、（ｖｉ）制御部は、操作部の操作量が増加するとき、または、超電導モータの超電導コイルに給電される電流および／または周波数が増加するとき、超電導コイルの温度を測定する温度センサの温度信号に優先させて、冷凍機の冷凍出力を高める操作を実行することを特徴とする。
【０００７】
超電導コイルでは、超電導コイルの温度で定まる臨界電流値まで、超電導コイルに電流を給電できる。従って、超電導コイルの温度に応じて、超電導コイルに給電できる臨界電流値が定まる。基本的には、超電導コイルの温度が低温であれば、超電導コイルに給電できる臨界電流値が増加する傾向がある。
【０００８】
ところで、操作部の操作量が増加すると、駆動部の駆動量が増加する。このとき、超電導モータの超電導コイルに給電する電流および／または周波数を増加させる必要がある。また、超電導モータの自動運転の場合には、操作部の操作にかかわらず、駆動部の駆動量を増加させるため、超電導コイルに給電する電流量を制御部が自動的に増加させる場合がある。このような場合、超電導コイルに給電される電流量が、超電導コイルの臨界電流値を超えるおそれがある。この場合、超電導コイルの性状に影響を与えるおそれがあり、好ましくない。
【０００９】
そこで本発明によれば、操作部の操作量が増加するとき、または、超電導モータの超電導コイルに給電される電流および／または周波数が増加するとき、超電導コイルの温度を実際に測定する温度センサの温度信号に優先させて、制御部は、操作部の操作量が増加する直前の時点、あるいは、超電導コイルに給電される電流および／または周波数が増加する直前の時点よりも、冷凍機の冷凍出力を高める操作を実行する。
【００１０】
これにより超電導コイルが速やかに冷却され、超電導コイルに給電させ得る臨界電流値が速やかに増加する。このため、駆動部の駆動量を増加させるべく、超電導コイルに給電される電流値が実際に増加したとしても、超電導コイルの性状に与える影響が抑制または回避される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、操作部の操作量が増加するとき、または、超電導モータの超電導コイルに給電される電流および／または周波数が増加するとき、制御部は、超電導コイルの温度を測定する温度センサの信号に優先させて、冷凍機の冷凍出力を高める操作を実行する。
【００１２】
これにより超電導コイルが迅速に冷却され、その温度が迅速に低下する。よって、超電導コイルに給電させ得る臨界電流値が増加する。このため、操作部の操作に基づいて超電導コイルに給電される電流値および／または周波数が増加したとしても、超電導コイルに与える影響が抑制または回避され、超電導コイルの耐久性は長期にわたり良好に維持される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係り、超電導装置を示すブロック図である。
【図２】実施形態に係り、制御部が実行するフローチャートである。
【図３】他の実施形態に係り、制御部が実行するフローチャートである。
【図４】実施例に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。
【図５】他の実施例に係り、超電導モータ装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
超電導モータは交流モータでも良いし、直流モータでも良く、要するに超電導コイルを利用して回転または直動等の駆動するものであれば良い。超電導材料で形成されている超電導コイルは、これの臨界温度以下に冷却されると、超電導状態を示すものであり、形状および構造を問わない。更に、冷凍部は、超電導コイルの超電導状態を維持するために超電導コイルをこれの臨界温度以下の低温に維持するものである。低温は極低温が好ましい。極低温とは、超電導コイルの超電導状態を維持できる温度域以下とすることができる。従って、超電導コイルを構成する超電導材料の臨界温度または組成によって、極低温状態の温度域は相違する。極低温状態とは、実用的には、窒素ガスの液化温度（７７Ｋ）付近またはそれよりも低温であることが好ましい。但し、極低温状態とは、超電導コイル材の組成によっては１００Ｋ以下、１５０Ｋ以下でよい場合がある。
【００１５】
制御部は、超電導モータの超電導コイルに給電される電流値の絶対値、電流値の絶対値の微分値、電流値の周波数、周波数の微分値のうちの少なくとも一つに基づいて、冷凍機の冷凍出力を制御する操作を実行することが好ましい。操作部は駆動部の操作部を操作できるものであれば良く、アクセルペダル、アクセルレバーまたはアクセルボタンが例示される。これらはユーザにより操作できる。
【００１６】
（実施形態１）
図１は超電導装置のブロック図を示す。超電導装置としての超電導モータ装置１は車両等に搭載されており、（ｉ）駆動可能な駆動部３００と、（ｉｉ）操作に応じて駆動部３００の駆動量を操作する操作部４００と、（ｉｉｉ）操作部４００と駆動部３００との間に配置され操作部４００の操作量に応じて駆動部３００を駆動させる超電導モータ２と、（ｉｖ）超電導モータ２の超電導コイル２２を冷却させて超電導コイル２２の超電導状態を維持する極低温発生装置として機能する冷凍機３０と、（ｖ）冷凍機３０および超電導モータ２を制御する制御部５００とを有する。駆動部３００は、車両に搭載されている走行車輪が挙げられ、走行車輪に繋がる駆動機構でも良い。
【００１７】
操作部４００は、車両等の運転席に装備されているアクセルペダル、アクセルレバー等が挙げられ、操作に応じて車両の駆動力を高め、走行速度を高める。超電導モータ２は交流モータであり、可動子として機能する回転子と、回転子を回転させる回転磁界を発生させる固定子とを備えている。超電導コイル２２の固定子に電流（交流の三相電流）を給電する電源である給電部２００が設けられている。制御部５００は、冷凍機３０、超電導モータ２および給電部２００を制御する。
【００１８】
車両の通常運転時には、超電導コイル２２の温度が臨界温度以下に設定されている温度Ｔ１に維持されるように、冷凍機３０の冷凍出力が制御される。すなわち、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に基づいて、冷凍機３０の冷凍出力が制御される。更に、超電導コイル２２に流れる電流値が臨界電流値Ｉｃを越えないように、超電導コイル２２に給電される電流は制御部５００により制御される。なお、図１に示すように、超電導コイル２２の実際の温度を測定する温度センサ５０２が設けられている。給電部２００から超電導コイル２２に給電する電流量Ｉを測定する電流センサ５０５が設けられている。操作部４００（例えばアクセルペダル、アクセルレバー、スロットル弁等）の操作量を検知する操作量センサ４０２（例えばアクセルセンサ、スロットル開度センサ）が設けられている。操作量センサ４０２，電流センサ５０５，温度センサ５０２の信号は、それぞれ制御部５００に入力される。
【００１９】
ここで、超電導コイル２２では、超電導コイル２２の実際の温度で定まる臨界電流値まで、超電導コイル２２に電流を給電できる。超電導コイル２２の温度に応じて、超電導コイル２２に給電できる臨界電流値が定まる。基本的には、超電導コイル２２の温度が低温であれば、超電導コイル２２に給電できる臨界電流値が増加する傾向がある。
【００２０】
車両加速時、高負荷時等のように、駆動部３００の駆動量を増加させるとき、操作部４００の操作量を増加させる必要がある。このとき、制御部５００は、超電導コイル２２に給電する電流および／または周波数を増加させる。この場合、超電導コイル２２に給電される電流量が、超電導コイル２２の臨界電流値を超えるおそれがある。このように電流量の増加が急激であれば、超電導コイル２２の性状に影響を与えるおそれがある。
【００２１】
車両を加速させる場合、あるいは、車両が坂道を登るとき、あるいは、車両の負荷が増加する場合には、駆動部３００の駆動量を増加させるべく、運転者または制御部５００は操作部４００の操作量を増加させる。このように操作部４００の操作量が増加するとき、あるいは、操作部４００の操作にかかわらず車両を自動運転で加速させるとき、制御部５００は、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数を増加させる指令を出力する。
【００２２】
この点について本実施形態によれば、操作部４００の操作量が増加するとき、超電導２２の温度を測定する温度センサ５０２の信号に優先させて、つまり温度信号にかかわらず、制御部５００は、冷凍機３０の冷凍出力を高める指令を出力する。あるいは、操作部４００の操作にかかわらず、制御部５００は、超電導コイル２２に給電する電流および／または周波数の増加を検知したり指令したりするときには、超電導２２の温度を測定する温度センサ５０２の信号に優先させて、つまり温度信号にかかわらず、制御部５００は、冷凍機３０の冷凍出力を高める指令を出力する。この場合、冷凍機３０の冷凍出力としては、冷凍機３０の定格運転の最高能力に設定したり、電流および／または周波数の大きさに応じて冷凍出力とすることができる。
【００２３】
これにより超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加される前に、あるいは、増加される初期において、超電導コイル２２が早期に冷却される。このように超電導コイル２２の温度が早期に低下するため、超電導コイル２２に給電させ得る臨界電流値を速やかに増加させ得る。このため、車両を加速させる場合、あるいは、車両が坂道を登るとき、あるいは、車両の負荷が増加する場合等のように、超電導コイル２２に給電される電流値が増加したとしても、超電導コイル２２におけるクエンチが抑制され、超電導コイル２２の性状に与える影響が回避される。故に超電導コイル２２の耐久性が長期にわたり向上する。
【００２４】
（実施形態２）
本実施形態は実施形態１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ため、図１を準用する。本実施形態においても、通常運転時には、超電導コイル２２の温度が、超電導コイル２２の臨界温度以下の温度である温度Ｔ１に維持されるように、冷凍機３０の冷凍出力が制御される。すなわち、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に基づいて、冷凍機３０の冷凍出力が制御される。更に、超電導コイル２２に流れる電流値が臨界電流値Ｉｃを越えないように、超電導コイル２２に給電される電流は制御部５００により制御されている。
【００２５】
ここで、超電導コイル２２に給電される電流をＩとし、電流Ｉの時間微分値をα（α＝ｄＩ／ｄｔ）とし、超電導コイル２２に給電される電流の周波数をｆとし、周波数ｆの時間微分値をβ（β＝ｄｆ／ｄｔ）とする。車両の通常運転時には、制御部５００は次の（１）〜（４）が満足されるようにＩ，ｆ，α，βを制御し、超電導コイル２２の駆動を制御する。α１，α２，β１，β２，Ｉ１，Ｉ２，ｆ１，ｆ２は、予め設定されている設定値である。
【００２６】
（１）…α１＜α＜α２
（２）…β１＜β＜β２
（３）…Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２
（４）…ｆ１＜ｆ＜ｆ２
次に車両の加速時または高負荷時ついて説明を加える。車両の加速時には、運転者または制御部５００により、駆動部３００の駆動量を増加させるべく、操作部４００の操作量が増加し、超電導モータ２の加速が行われる。加速は、給電部２００から超電導コイル２２に出力される電流の周波数ｆを増加させることにより行われる。この場合、周波数ｆはｆ２以上となること、および／または、周波数の時間微分値βがβ２以上となる。この場合、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に優先させて、つまり、温度信号にかかわらず、制御部５００は、操作部４００の操作量の増加を検知したり、周波数ｆの増加を検知または指令したら、それに応じた冷凍出力を出力するように冷凍機３０を制御する。
【００２７】
すなわち、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加するに先立って、あるいは、増加の初期において、冷凍機３０の冷凍出力を速やかに高め、超電導コイル２２の温度を速やかに低温に設定する。この結果、超電導コイル２２に給電できる臨界電流値Ｉｃを増加させることができる。
【００２８】
また、車両が坂道を登るとき等のように高負荷時についても同様であり、運転者または制御部５００により操作部４００の操作量が増加し、超電導モータ２の負荷が増加する。この場合、走行は、電流の周波数ｆを増加させる。この場合、周波数ｆはｆ２以上となること、および／または、周波数の時間微分値βがβ２以上となる。この場合、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に優先させて、つまり、温度信号にかかわらず、制御部５００は、操作部４００の操作量の増加を検知したり、周波数ｆの増加を検知または指令したら、それと並行させて冷凍機３０の冷凍出力を速やかに高める。この結果、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加するに先立って、あるいは、増加の初期において、冷凍機３０の冷凍出力を高めることができ、超電導コイル２２の温度を速やかに低温に設定できる。この結果、超電導コイル２２に給電できる臨界電流値Ｉｃを増加させることができる。
【００２９】
（実施形態３）
図２は制御部５００のＣＰＵが実行するフローチャートを示す。まず、走行スイッチ５１２（イグニッションスイッチなど）および温度センサ５０２の状況を読み込み（ステップＳ１０２）。走行スイッチ５１２がオンされているか判定する（ステップＳ１０４）。走行スイッチ５１２がオンされていれば、温度センサ５０２で測定された超電導コイル２２の温度が規定温度（超電導状態が良好に維持されるように規定されている温度）以下であるかどうか判定する。すなわち、超電導コイル２２が超電導状態であるか否か判定する（ステップＳ１０６）。
【００３０】
超電導コイル２２が超電導状態であれば（ステップＳ１０６のＹＥＳ）、超電導コイル２２に電流導入可能である信号を給電部２００に出力する（ステップＳ１０８）。次に、操作部４００の操作量を読み込む（ステップＳ１１０）。次に、超電導モータ２のモータ出力指令信号（電流Ｉ、電流Ｉの周波数ｆ）に操作部４００の操作量を変換する（ステップＳ１１２）。モータ出力指令信号を時間微分して微分値（電流Ｉの微分値、電流Ｉの周波数ｆの微分値）を求める（ステップＳ１１４）。微分値と微分用の第１設定値とを比較する（ステップＳ１１６）。微分値が微分用の第１設定値以上であれば、電流が急激に増加しており、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードとする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ１３０）。急冷モードは、定格運転において最高の冷凍出力を出力するモードとすることができる。
【００３１】
この場合、（ａ）電流Ｉの微分値が電流微分用の第１設定値以上であること、（ｂ）周波数ｆの微分値が周波数微分用の第１設定値以上であることが満足されるとき、ステップＳ１１６からステップＳ１３０に進み、急冷モードを実施することが好ましい。但し、（ａ）（ｂ）のうちのいずれか一方が満足されるときにおいても、ステップＳ１３０に進み、急冷モードを実施することにしても良い。なお、ステップＳ１３０に進まない限り、制御部５００はステップＳ１１６からステップＳ１１８に進む。
【００３２】
上記した微分値が第１設定値未満であれば、モータ出力指令信号（電流Ｉ、電流Ｉの周波数ｆ）と絶対値用の第２設定値とを比較する（ステップＳ１１８）。モータ出力指令信号（電流Ｉの絶対値、電流Ｉの周波数ｆの絶対値）が第２設定値以上であれば、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードとする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ１３０）。この場合、（ｃ）電流Ｉの絶対値が電流絶対値用の第２設定値以上であること、（ｄ）周波数ｆの絶対値が周波数絶対値用の第２設定値以上であることが満足されるとき、ステップＳ１３０に進み、急冷モードを実施することが好ましい。但し、（ｃ）（ｄ）のうちのいずれか一方が満足されるときにおいても、ステップＳ１１８からステップＳ１３０に進み、急冷モードを実施することにしても良い。なお、ステップＳ１１８からステップＳ１３０に進まない限り、ステップＳ１１８からステップＳ１２０に進む。
【００３３】
上記したようにモータ出力指令信号の微分値が第１設定値未満であること、且つ、モータ出力指令信号（電流Ｉ、電流Ｉの周波数ｆ）の絶対値が第２設定値未満であることの条件が満足されるときには、通常運転モードと考えられるため、超電導コイル２２の温度と設定温度とを比較する（ステップＳ１２０）。超電導コイル２２の温度が設定温度以上であれば、冷凍機３０の冷凍出力を高める冷却モード（急冷モードよりも冷凍出力は小さい）とする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ１３２）。冷却モードでは、ＰＩＤ制御により冷凍機３０を制御させる。ＰＩＤ制御は、超電導コイルの温度とこれの目標温度との偏差に比例して制御対象を制御する比例制御と、偏差の積分に関して制御対象を制御する積分制御と、外乱などに対して応答時間を短縮すべく、偏差の微分に応じて制御対象を制御する微分制御とを併有する。
【００３４】
超電導コイル２２の温度が設定温度以下であれば、超電導コイル２２の温度は良好であるため、冷凍機３０の制御信号を保持するモード（急冷モードよりも冷凍出力は小さい）とする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ１２２）。更に、走行スイッチ５１２がオフか判定する（ステップＳ１２４）。走行スイッチ５１２がオンであれば、ステップＳ１１０に戻る。このように操作部４００の操作量に応じて、冷凍機３０の冷凍出力は制御される。
【００３５】
（実施形態４）
図３は実施形態４に係り、制御部５００のＣＰＵが実行するフローチャートを示す。超電導モータ２は三相交流モータとされている。まず、走行スイッチ５１２（イグニッションスイッチなど）および温度センサ５０２の状況を読み込み（ステップＳ２０２）。走行スイッチ５１２がオンされているか判定する（ステップＳ２０４）。走行スイッチ５１２がオンされていれば、温度センサ５０２で測定された超電導コイル２２の温度が規定温度以下であるかどうか判定する。すなわち、超電導コイル２２が超電導状態であるか否か判定する（ステップＳ２０６）。
【００３６】
超電導コイル２２が超電導状態であれば（ステップＳ２０６のＹＥＳ）、超電導コイル２２に電流導入可能である信号を給電部２００に出力する（ステップＳ２０８）。超電導モータ２に入力させるモータ電流の電流値Ｉ、電流値の周波数ｆを設定する（ステップＳ２１０）。次に、時間微分して電流Ｉの微分値、電流の周波数ｆの微分値を求める（ステップＳ２１４）。微分値と微分用の第１設定値とを比較する（ステップＳ２１６）。微分値が第１設定値以上であれば、超電導コイル２２に給電される電流が急激に増加するため、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードとする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ２３０）。
【００３７】
この場合、（ａ）電流Ｉの微分値が電流微分用の第１設定値以上であること、（ｂ）周波数ｆの微分値が周波数微分用の第１設定値以上であることが満足されるとき、ステップＳ２１６からステップＳ２３０に進み、急冷モードを実施することが好ましい。但し、（ａ）（ｂ）のうちのいずれか一方が満足されるときにおいても、ステップＳ２３０に進み、急冷モードを実施することにしても良い。ステップＳ２１６からステップＳ２３０に進まない限り、ステップＳ２１６からステップＳ２３０に進む。
【００３８】
上記した微分値が第１設定値未満であれば、モータ電流（電流Ｉ、電流の周波数ｆ）の絶対値と絶対値用の第２設定値とを比較する（ステップＳ２１８）。モータ電流（電流Ｉ、電流の周波数ｆ）の絶対値が第２設定値以上であれば、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードとする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ２３０）。この場合、（ｃ）電流Ｉが電流絶対値用の第２設定値以上であること、（ｄ）周波数ｆが周波数絶対値用の第２設定値以上であることが満足されるとき、ステップＳ２１８からステップＳ２３０に進み、急冷モードを実施することが好ましい。但し、（ｃ）（ｄ）のうちのいずれか一方が満足されるときにおいても、ステップＳ２３０に進み、急冷モードを実施することにしても良い。ステップＳ２１８からステップＳ２３０に進まない限り、ステップＳ２１８からステップＳ２２０に進む。
【００３９】
モータ電流の微分値が第１設定値未満であること、且つ、モータ電流（電流Ｉ、電流の周波数ｆ）が第２設定値未満であることの条件が満足されるときには、モータ電流の増加は少ない。このため、超電導コイル２２の温度と設定温度とを比較する（ステップＳ２２０）。超電導コイル２２の温度が設定温度以上であれば、冷凍機３０の冷凍出力を高める冷却モード（急冷モードよりも冷凍出力は小さい）とする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ２３２）。冷却モードは上記したＰＩＤ制御モードである。超電導コイル２２の温度が設定温度以下であれば、超電導コイル２２の温度は良好であるため、冷凍機３０の制御信号を保持するモード（急冷モードよりも冷凍出力は小さい）とする指令を冷凍機３０に出力する（ステップＳ２２２）。更に、走行スイッチ５１２がオフか判定する（ステップＳ２２４）。走行スイッチ５１２がオンであれば、ステップＳ２１０に戻る。このように操作部４００の操作量にかかわらず、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数についての絶対値および／または時間微分値に応じて、冷凍機３０の冷凍出力は制御される。
【００４０】
（実施形態５）
本実施形態は上記した実施形態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。超電導モータ２は直流モータである。車両の通常運転時には、次の（１）（２）が満足されるように超電導モータ２が制御される。
【００４１】
（１）…α１＜α＜α２
（２）…Ｉ１＜Ｉ＜Ｉ２
次に車両の加速時または高負荷時ついて説明を加える。車両の加速時には、運転者または制御部５００により操作部４００の操作量が増加し、超電導モータ２の加速が行われる。加速は、給電部２００から出力される電流Ｉを増加させることにより行われる。この場合、走行は、給電部２００から出力される電流の電流ＩはＩ２以上となること、および／または、電流値の時間微分値αがα２以上となる。
【００４２】
このため、超電導コイル２２の性状が変化するおそれがある。そこで、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に優先させて、制御部５００は、冷凍機３０の冷凍出力を速やかに高める。すなわち、操作部４００の操作量の増加に伴い、冷凍機３０の冷凍出力を速やかに高め、超電導コイル２２の温度を速やかに低温に設定できる。この結果、超電導コイル２２に給電できる臨界電流値Ｉｃを増加させることができる。
【実施例１】
【００４３】
図４は実施例１を示す。本実施例は、あくまでも本発明の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。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に適用している。図４は、本例に係る超電導モータ装置１を示す。超電導モータ装置１は車両走行用であり、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、基体として機能する容器４とを有する。操作部４００（例えばアクセルペダルまたはアクセルレバー）の操作量に基づいて超電導モータ２は回転する。操作部４００の操作量は操作量センサ４０２により検知され、その操作量の信号は信号線４０２ｉを介して制御部５００に入力される。
【００４４】
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を給電す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周する円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、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。
【００４５】
固定子２０は、透磁ヨーク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を構成するティース部２１０に巻回されて保持された超電導部として機能する超電導コイル２２とを有する。ティース部２１０は、径内方向に均等な間隔を隔てて複数個配置されている。なお、図４において、超電導コイル２２において、ティース部２１０を挟むコイル線２２ｘとコイル線２２ｙとは、互いに逆向きに電流を流す。
【００４６】
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。超電導コイル２２の温度を検知する温度センサ５０２が設けられている。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、回転子２７に連結されている駆動部３００（車輪）が回転駆動する。
【００４７】
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を極低温に維持するものである。極低温発生部３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、窒素液化温度以下にでき、例えば、例えば０〜１５０Ｋ、殊に１〜１００Ｋ、１〜８０Ｋ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において発生させる冷凍機３０を有する。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。
【００４８】
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熱伝導部３３が設けられている。熱伝導部３３は、コールドヘッド３２で低温に冷却されるヘッド３３ｈをもつ。熱伝導部３３は、高い伝熱性を有する材料（例えば、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。
【００４９】
図４に示すように、容器４は容器状をなしており、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。真空とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味し、大気圧よりも減圧されていればよく、例えば１０−１Ｐａ以下、１０−２Ｐａ以下、あるいは１０−５Ｐａ以下とすることができる。容器４の真空断熱室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）と共に包囲する外側真空断熱室４１（例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）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）と共に包囲する内側真空断熱室４２（圧力：例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）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。
【００５０】
この場合、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４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、熱伝導部３３のヘッド部３３ｈ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とを有する。第２断熱室部分４１ｃは、熱伝導部３３およびコールドヘッド３２を包囲しており、これらの低温を維持する。
【００５１】
図４に示すように、容器４は、外側から内側にかけて、同軸的に配置された第１容器４３、第２容器４４、第３容器４５、第４容器４６を有する。第１容器４３および第２容器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。
【００５２】
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は回転作動体に連結されている。なお、超電導モータ装置１が自動車等の車両に搭載される場合には、回転作動体は走行用の車輪等が例示される。従って、回転子２７が回転すると、車輪（駆動部３００に相当）が回転することができる。
【００５３】
図４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および熱伝導部３３を覆う第２包囲部４３４と、冷凍機３０の冷媒ガスを圧縮させるコンプレッサ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。図４に示すように、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。
【００５４】
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。第２容器４４，第３容器４５，第４容器４６を構成する材料としては、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。
【００５５】
図４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、プレート状の固定部７０が固定されている。固定部７０は、電気的および熱的に絶縁性が高い材料、および／または、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。例えば、透磁率が低い非磁性，常磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系）、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックスが例示される。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。従って電極５はできるだけ低温に維持されやすい。
【００５６】
図４に示すように、複数（３個）の電極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。電極５は、固定部７０から離間する方向に固定部７０から突出する突出部５５を有する。電極５は、第１容器４３の案内部４３３の先端部の固定部７０に固定状態に保持されている。なお、電極５を形成する材料としては導電材料であれば特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示されるが、これらに限定されるものではなく、要するに導電性を有するものであれば良い。本実施例によれば、超電導コイル２２に電極５から給電しているときには、超電導コイル２２は極低温状態に冷却されている。図４に示すように、温度センサ５０２の信号は信号線５０３を介して制御部５００に入力される。制御部５００の指令信号は信号線５００ｉを介して給電部２００に出力され、給電部２００から電流センサ５０５を介して超電導コイル２２に給電される。電流センサ５０５の信号は信号線５０５ｉを介して制御部５００に入力される。
【００５７】
さて、車両が走行するときには、走行スイッチ５１２（イグニッションスイッチ）がオンされている状態で、操作部４００（アクセルペダル）が操作される。このとき、操作部４００の操作量に応じて、制御部５００により、給電部２００から電極５に三相の交流が給電され、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。ここで、磁束は第３容器４５，内側真空断熱室４２，第４容器４６を透過し、回転子２７の永久磁石部２９に吸引および反発作用を発生させ、回転子２７が回転する。このように超電導モータ２が回転駆動されるとき、冷凍機３０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がこれの臨界温度以下に良好に維持され、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。なお本実施例によれば、第４容器４６の内周面で形成される空間４７は、大気に連通する。このため第４容器４６は第３容器４５よりも高温側とされている。
【００５８】
通常運転時には、超電導コイル２２の温度が臨界温度以下の温度Ｔ１に維持されるように、冷凍機３０の冷凍出力が制御されている。更に、超電導コイル２２に流れる電流値が臨界電流値Ｉｃを越えないように、超電導コイル２２に給電される電流は制御部５００により制御されている。
【００５９】
操作部４００（アクセルペダル、アクセルレバーなど）の操作量が増加するとき、制御部５００は、超電導モータ２の超電導コイル２２に給電される電流量が増加する前に、あるいは、増加する初期において、冷凍機３０の冷凍出力を高める操作を実行する。
【００６０】
本実施例においても、車両を加速させる場合、あるいは、車両が坂道を登るとき、あるいは、車両の負荷が増加する場合には、運転者または制御部５００は操作部４００の操作量を増加させる。この場合、制御部５００は、超電導モータ２の超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数を増加させる指令を出力する。
【００６１】
この点について本実施例によれば、前述したように、操作部４００の操作量が増加するとき、あるいは、電流および／または周波数が増加するとき、制御部５００は、超電導コイル２２の温度を測定する温度センサ５０２の温度信号に優先させて、つまり、温度信号にかかわらず、冷凍機３０の冷凍出力を強くする急冷モードを実行する。具体的には、温度センサ５０２により超電導コイル２２が規定温度以下に維持されていることが検知されたとしても、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードにする。この結果、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加される前に、あるいは、増加される初期において、超電導コイル２２が早期に冷却される。
【００６２】
このように超電導コイル２２の温度が早期に低下するため、超電導コイル２２に給電させ得る臨界電流値を早期に増加させ得る。このため、車両を加速させる場合、あるいは、車両が坂道を登るとき、あるいは、車両の負荷が増加する場合等のように、超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加したとしても、超電導コイル２２の性状に与える影響が回避される。超電導コイル２２の耐久性が長期にわたり向上する。なお、実施形態２〜実施形態４に係る制御を実行させても良い。
【実施例２】
【００６３】
図５は実施例２を示す。同一機能を有する部位には、同一の符号を付する。本実施例は実施例１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。本実施例では、超電導モータ２の超電導コイル２２に給電される電流および／または周波数が増加するときには、温度センサ５０２の信号にかかわらず、制御部５００は、冷凍機３０の冷凍出力を急冷モードにする。
【００６４】
具体的には、温度センサ５０２により超電導コイル２２が規定温度以下に維持されていることが検知されている場合であっても、給電部２００から超電導コイル２２に給電させる電流および／または周波数が増加するとき、制御部５００は、冷凍機３０を急冷モードにする。この結果、超電導コイル２２に給電される電流量が実際に増加される前に、あるいは、増加される初期において、超電導コイル２２が早期に冷却される。
【実施例３】
【００６５】
上記した実施例によれば、回転子２７は、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。しかしこれに限らず、固定子２０側に永久磁石部が設けられており、回転子２７側に超電導コイル２２が設けられていても良い。上記した実施例によれば、車載用の超電導モータ装置１に適用しているが、車載用に限らず、定置用でも良い。上記した実施例によれば、超電導モータ装置１は回転タイプであるため、可動子は回転子２７とされているが、可動子を直動させる直動タイプのリニアモータでも良い。この場合、固定子２０は一方向に延設された形状となり、可動子を直動させる可動磁場を発生させる。超電導モータ装置１は三相モータであるが、これに限らず、二相モータ、直流モータでも良い。上記した実施例によれば、回転子２７が永久磁石部２９を有し、固定子２０は、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とを有するが、これに限られるものではない。固定子が永久磁石部を有し、回転子が超電導コイルを有する構造でも良い。固定部７０はプレート状とされているが、これに限定されるものではなく、アーム状、柱状でも良い。実施例１では、固定鉄心２１は筒形状とされているが、周方向に複数に分割された分割体を周方向に組み付けて筒体としても良い。ある実施例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。その他、本発明は上記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できる。複数の実施形態および複数の実施例のそれぞれの特徴を適宜組み合わせることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は例えば車両用、産業用等の超電導装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１は超電導モータ装置（超電導装置）、２は超電導モータ、２０は固定子、２１は固定鉄心、２２は超電導コイル（超電導部）、２７は回転子（可動子）、３は極低温発生部（冷却部）、３０は冷凍機、３０ａはコンプレッサ、３２はコールドヘッド、３３は熱伝導部、４は容器（基体）、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、４３は第１容器、４３２は案内室（真空断熱室）、４４は第２容器、４５は第３容器、４６は第４容器、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、２００は給電部、３００は駆動部、４００は操作部、５００は制御部、５０２は温度センサ、５０５は電流センサを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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