(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内槽と、
前記内槽を内部に保持する外槽と、
前記外槽の外側から前記内槽の内部にまで到達するとともに、前記内槽に接続された冷媒供給管と、
前記外槽の外側で、前記冷媒供給管を囲み、前記外槽に接続された外管とを備えており、
前記冷媒供給管は、
内槽接続部と、
熱抵抗可動部とを有し、
前記内槽接続部を構成する材料の第１の熱膨張係数が、前記内槽を構成する材料の第２の熱膨張係数の５０％以上２００％以下であり、
前記熱抵抗可動部は、前記冷媒供給管のうち前記熱抵抗可動部以外の領域に比べて熱抵抗が大きく、
かつ前記熱抵抗可動部は屈曲部を含む、超電導コイル用容器。
【請求項２】
前記熱抵抗可動部が蛇腹構造を有する、請求項１に記載の超電導コイル用容器。
【請求項３】
前記冷媒供給管の前記蛇腹構造における厚みを、前記冷媒供給管の前記蛇腹構造以外の領域の厚みよりも薄くした、請求項２に記載の超電導コイル用容器。
【請求項４】
前記内槽接続部は鉄、ニッケル、コバルトから選択される少なくとも１種を含む材質から構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導コイル用容器。
【請求項５】
請求項１に記載の超電導コイル用容器と、
前記超電導コイル用容器の内部に配置される超電導コイルとを備えた超電導機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導コイル用容器および超電導機器に関するものであり、より特定的には超電導コイルを内部に保持する超電導コイル用容器、および当該超電導コイル用容器を用いた超電導機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
超電導コイルを用いた超電導モータなどの超電導機器において、超電導コイルに電流を流すために、液体窒素などの冷媒を用いて超電導コイルを冷却する。具体的には、超電導コイル用容器の内部に超電導コイルが保持された状態で、超電導コイル用容器の内部に上記冷媒を供給する。
【０００３】
超電導コイル用容器は通常、真空断熱容器の態様をなし、真空断熱容器は超電導コイルを内部に保持する内側の槽（内槽）と、内槽を囲むように配置される外側の槽（外槽）とを備える。内槽と外槽の間には一定の間隙が存在し、当該間隙を真空状態とする。このようにすれば、これは内槽と外槽の間の間隙（真空状態の領域）が、外槽側から内槽側への熱の伝達を抑制する。このため、冷媒による超電導コイルの冷却効率を高め、かつ超電導コイル用機器の外側から進入する熱により当該冷媒の温度が上がることが抑制される。
【０００４】
なお上記の内槽の内部に冷媒を供給するために、内槽には冷媒供給管が設置される。この冷媒供給管は超電導コイル用容器の外側から、超電導コイルの載置された領域（ここでは内槽の内部）にまで到達するように配置された管状部材である。この冷媒供給管についても、冷媒供給管の外側を囲むようにさらに外管を設け、外管と冷媒供給管との間に一定の間隙を設けて真空状態とすることが好ましい。このように冷媒の供給管も真空断熱容器と同様の態様とすれば、冷媒供給管の内部を流通する冷媒は、上記外管と冷媒供給管との間の間隙や外管により、外気の温度の影響を受けにくくなる。
【０００５】
このように超電導コイル用容器が内槽と外槽とからなる真空断熱容器として構成されており、内槽へ冷媒を供給する冷媒供給管がこれを囲む外管を備える構成を有する超電導装置として、たとえば特開２００７−５５７３号公報（特許文献１）や特開２０００−１８２８２１号公報（特許文献２）に開示されている装置を挙げることができる。
【０００６】
また冷媒供給管の内部に極低温の冷媒が流れることにより、冷媒供給管がその延在する方向に関して伸縮する。この伸縮により当該供給管に加わる熱応力を吸収し、当該供給管の破損などを抑制するため、延在する方向に関して自在に伸縮することが可能な供給管（フレキシブルチューブ）を備える配管装置がたとえば特開平８−２１９３４４号公報（特許文献３）に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５５７３号公報
【特許文献２】特開２０００−１８２８２１号公報
【特許文献３】特開平８−２１９３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示された超伝導磁石装置は、超電導コイルが内蔵されたコイル容器内に冷媒を供給する際に、冷媒注入管をパワーリード配管内に挿入し、冷媒注入管の内部に冷媒を流通させることによりコイル容器内に冷媒を供給する。そしてコイル容器内への冷媒の供給が終了すれば、冷媒注入管をパワーリード配管から抜き取り、超電導コイルの通常使用時や待機時には冷媒注入管がパワーリード配管内に挿入されていない状態とする。このようにすれば、通常使用時などにたとえば外気による熱が冷媒注入管の延在する方向に沿ってコイル容器内に侵入することが抑制される。また特許文献２の超電導マグネットは、超電導コイルとこれを内蔵する輻射シールドの筐体とを、両者の間に介在する接触板などの部材を用いて接触させたり非接触にしたり調整することを可能とする。このようにして、超電導コイルが内蔵される輻射シールドの内部の冷却効率を向上させ、当該輻射シールドの外部から内部への熱の侵入が抑制される。
【０００９】
しかし特許文献１、２のいずれの装置についても、超電導コイルを内部に保持する容器の筐体と、当該容器と直接接触する冷媒供給管などの部材との熱膨張差について考慮がなされていない。特許文献１、２の装置はいずれも、当該容器の内部への冷媒供給時にのみ冷媒供給管を設置したり、超電導コイルと容器の筐体とが直接接触する状態とすることにより、冷媒供給時以外における両者の接触に起因する熱侵入を抑制するものである。しかし冷媒供給時において、冷媒供給管と容器とが接触する領域が、室温から急激に冷却され、容器と冷媒供給管が熱収縮を起こす。このとき、両者が接触していれば、両者の熱収縮量の差により両者の間に熱応力が発生し、両者の接触部分においてクラックなどの損傷が発生する可能性がある。また特許文献３には冷媒を供給する配管についてのみ開示されており、これを接続する容器との関係についての記載がなされていない。
【００１０】
本発明は以上の問題に鑑みなされたものである。その目的は、超電導コイルを内部に保持する容器の筐体と、当該容器に接続された冷媒供給管との間に発生する熱応力を抑制し、安定に冷媒を供給することが可能な超電導コイル用容器を提供することである。また当該超電導コイル用容器を用いた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】
【００１１】
本発明に係る超電導コイル用容器は、内槽と、内槽を内部に保持する外槽と、外槽の外側から内槽の内部にまで到達するとともに、内槽に接続された冷媒供給管と、外槽の外側で冷媒供給管を囲み、外槽に接続された外管とを備えている。上記冷媒供給管は、内槽接続部と熱抵抗可動部とを有し、内槽接続部を構成する材料の第１の熱膨張係数が、内槽を構成する材料の第２の熱膨張係数の５０％以上２００％以下である。上記熱抵抗可動部は、上記冷媒供給管のうち上記熱抵抗可動部以外の領域に比べて熱抵抗が大きく、かつ上記熱抵抗可動部は屈曲部を含む。
【００１２】
冷媒供給管は内槽に接続されているため、内槽の内部に超電導コイルを搭載し、内槽の内部に冷媒を供給することにより冷却する。ここで、内槽を構成する筐体と冷媒供給管とが互いに接続されていれば、冷却時に筐体と冷媒供給管とが熱収縮する。ここで両者の熱膨張係数が著しく異なれば、両者の熱収縮量の差が大きくなる。すると両者の間に大きな熱応力が発生する。このためたとえば内槽の筐体の、冷媒供給管と接触する部分を起点にクラックなどが発生する可能性がある。
【００１３】
ここで上述したように、冷媒供給管のうち、内槽と接続する部分（内槽接続部）を構成する材料の熱膨張係数（第１の熱膨張係数）を、内槽を構成する筐体の熱膨張係数（第２の熱膨張係数）に近づける。すると冷却する際の両者の熱収縮量の差が小さくなる。このためたとえば内槽が冷媒供給管と接触する部分に大きな熱応力が加わり、当該接触する部分を起点としてクラックが発生するなどの問題の発生を抑制することができる。つまり当該接触する部分における封止をより確実なものとすることができる。
【００１４】
また冷媒供給管のうち、上記内槽接続部を含み、内槽に近い熱膨張係数の材料からなる部材（第１部材）の外側（内槽の外側）に接続される部材（第２部材）には熱抵抗が他の領域より相対的に大きい（たとえば熱伝導率の相対的に低い材料からなる、もしくは断面積が小さくなっている）熱抵抗可動部が形成されている。冷媒供給管の熱抵抗可動部における熱抵抗を、冷媒供給管の熱抵抗可動部以外の領域における熱抵抗よりも大きくすれば、当該熱抵抗可動部において、冷媒供給管の延在する方向に熱が伝播することを抑制することができる。このため、たとえば冷媒供給管の外側（内槽の外側）から内側（内槽側）に向けて、延在する方向に熱が伝播して内槽の内部に熱が侵入することを抑制することができる。したがってこのような構成とすれば、内槽の内部の断熱効果を高めることができる。
【００１５】
なお、熱抵抗可動部を屈曲部を含む構成とすれば、当該屈曲部において冷媒供給管の延在する方向に関する、冷媒供給管の筐体がなす長さが実質的に長くなる。このため外部の熱が冷媒供給管の筐体の内部を伝播して内槽の内部に侵入するために実質的に伝播すべき距離が長くなる。このことからも、熱の容器内部への侵入を抑制することができる。また熱抵抗可動部は屈曲部を有しているので、冷媒供給管の延在する方向においてその長さが可変となっている。このため冷媒供給管や内槽が熱収縮する場合など、冷媒供給管が容器外部の部材と接続されていても、熱収縮による冷媒供給管の変位を熱抵抗可動部で吸収できる。そのため、外部の部材と冷媒供給管との接続部に過大な応力が加わることを抑制できる。
【００１６】
上述した熱抵抗可動部は、たとえば蛇腹構造を有することが好ましい。蛇腹構造は、上述したように冷媒供給管の延在する方向に多数の屈曲部が並んでおり、当該領域において冷媒供給管の筐体が延在する方向に沿った長さ（沿面長さ）が実質的に長くなる。また多数の屈曲部により、冷媒供給管の延在する方向に沿って冷媒供給管の長さが可変となる。したがって蛇腹構造を用いれば、外部の熱が冷媒供給管を通じて内槽の内部へ伝播されることが抑制されるとともに、冷媒供給管や内槽の熱収縮などによる変位を吸収できる。
【００１７】
上記の超電導コイル用容器においては、冷媒供給管の蛇腹構造における厚みを、冷媒供給管の蛇腹構造以外の領域の厚みよりも薄くすることが好ましい。このようにすれば、蛇腹構造における冷媒供給管の筐体の、冷媒供給管の延在する方向に交差する断面積が小さくなる。したがって当該蛇腹構造の部分における熱抵抗をさらに大きくすることができる。言い換えれば、蛇腹構造の部分における熱の伝播をさらに抑制することができる。
【００１８】
上記超電導コイル用容器において、内槽接続部は鉄、ニッケル、コバルトから選択される少なくとも１種を含む材質から構成されることが好ましい。これらの材質の熱膨張係数は、内槽を構成する材料の熱膨張係数の５０％以上２００％以下である。したがって上述したように、内槽接続部にこれらの材質を含む材料を用いれば、内槽接続部における内槽と冷媒供給管との熱収縮差を小さくすることができる。
【００１９】
以上に述べた超電導コイル用容器と、当該超電導コイル用容器の内部に配置される超電導コイルとを備えた超電導機器は、上述したように容器と冷媒供給管との接続部分における容器の損傷を抑制し、かつ外部から容器内部への熱の侵入を抑制することができる。したがって内槽の内部の冷却効率の高い、高品質の超電導機器を提供することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、熱膨張係数の差に起因する損傷が抑制され、かつ容器内部への熱侵入を抑制することができる、高品質の超電導コイル用容器を提供することができる。その結果、当該超電導コイル用容器を用いた高品質な超電導機器が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る超電導機器の外観の状態を示す概略模式図である。
【図２】図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける概略断面図である。
【図３】図１および図２のロータの概略斜視図である。
【図４】図１および図２のステータの概略斜視図である。
【図５】超電導コイルが内部に保持される内槽容器の構成を示す概略斜視図である。
【図６】図５の内槽容器を取り囲む外槽容器の構成を示す概略斜視図である。
【図７】図５の内槽容器の製造工程を説明する概略斜視図である。
【図８】図７の要部である内槽接続部の拡大図である。
【図９】図８の線分ＩＸ−ＩＸにおける概略断面図である。
【図１０】図６の外槽容器の製造工程を説明する概略斜視図である。
【図１１】図１０に続く、図６の外槽容器の製造工程を説明する概略斜視図である。
【図１２】図１１の要部である外槽接続部の拡大図である。
【図１３】図１２に続く、図６の外槽容器の製造工程を説明する概略斜視図である。
【図１４】図６の線分ＸＩＶ−ＸＩＶにおける概略断面図である。
【図１５】図１４の丸点線で囲った「ＸＶ」の領域の拡大模式図である。
【図１６】図１５における熱抵抗可動部の第１の変形例の態様を示す拡大模式図である。
【図１７】図１５における熱抵抗可動部の第２の変形例の態様を示す拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。なお、本実施の形態において、同一の機能を果たす要素には同一の参照符号を付し、その説明は、特に必要がなければ繰り返さない。
【００２３】
本実施の形態に係る超電導機器としては、たとえば図１に示す超電導モータ１００が挙げられる。超電導モータ１００は、回転子として用いるロータ３０と、固定子として用いるステータ２０とからなる。図１の超電導モータ１００は概略の構造を示す模式図であるが、図面を見やすくするためロータ３０を構成する部材の一部のみを図示し、ステータ２０を構成する部材については図示を省略している。そしてロータ３０およびステータ２０を構成する各部材については図２の断面図および、図３〜図６により具体的に図示している。以下においては図１〜図６を適宜参照して、超電導モータ１００について説明する。
【００２４】
超電導モータ１００のロータ３０は、ロータコア１３の周囲に超電導線材を超電導コイル１０として巻回させたものに外部から電流を流し、当該電流の向きに応じてロータコア１３に磁性を生じさせる。超電導コイル１０はたとえば図１、図３、図４に示すようにレーストラック型コイルの態様とすることが好ましい。ステータ２０についてもステータコア２３の周囲の超電導コイル１０に流れる電流の向きに応じてステータコア２３に磁性を生じさせる。ロータコア１３とステータコア２３との磁性による両者間の引き寄せや反発を利用してロータ３０をロータ軸１６の周囲に沿った方向へ回転させる。ロータ３０の回転は、ロータ３０の回転を出力する負荷に接続された出力軸１８から外部へと伝播される。出力軸１８の回転はベアリング３５により支持される。
【００２５】
ここで超電導コイル１０は超電導線材により構成されるため、これを作動するために液体窒素などの冷媒１７で冷やす必要がある。そのため超電導コイル１０は容器の内部に保持されている。当該容器の内部に冷媒１７を供給することにより、超電導コイル１０を冷却して使用可能な状態とする。
【００２６】
ここでいう容器とは、超電導コイル１０を収納する超電導コイル用容器のことである。超電導コイル用容器は、図２に示すように超電導コイル１０を内部に直接保持する内槽容器５０（内槽）と、内槽容器５０の外周部を取り囲むように配置された外槽容器６０（外槽）とからなる。内槽容器５０および外槽容器６０は、ロータ３０、ステータ２０のそれぞれの超電導コイル１０に備えられている。なお内槽容器５０および外槽容器６０は、図１、３、４においては図示されていない。
【００２７】
当該容器が内槽容器５０を備えることにより、超電導コイル１０を冷却して安定に作動させることができる。また当該容器が外槽容器６０を備えることにより、冷媒を保持する内槽容器５０が室温である外気に触れることを抑制する断熱容器としての作用を有する。
【００２８】
したがって内槽容器５０および外槽容器６０は、断熱性に優れた材料から構成されることが好ましい。一例としてこれらはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）により形成されることが好ましい。ＦＲＰは強度や断熱性が非常に高いため、容器の内部と外部との温度差や、当該超電導モータ１００の使用時と不使用時との容器内部の温度差による熱応力による破損や、冷媒による超電導コイル１０の冷却効率の劣化を抑制することができる。ただしＦＲＰの代わりに、内槽容器５０および外槽容器６０としてたとえばフィラー含有プラスチックやセラミックスなどを用いてもよい。
【００２９】
図５と図６にはそれぞれ一例として、ステータ２０に用いられる内槽容器および外槽容器を示している。内槽容器５０は図５に示すように、たとえば円筒形状を有するＦＲＰの筐体からなる。内槽容器５０の円筒部は内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２との２台の円筒形状の筐体が、これらの円筒形状の底面としての円形の中心がほぼ一致して同心円をなすように配置される。内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２とに挟まれた領域が、超電導コイル１０が載置される領域である。超電導コイル１０の中空の領域を、ステータコア２３やロータコア１３が貫通するために、内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２の側面（円筒形状をなす側部）には開口部５３が形成されている。つまり複数の開口部５３のそれぞれに超電導コイル１０の中空の部分やステータコア２３、ロータコア１３が配置され、隣り合う開口部５３に挟まれた領域に隣り合う超電導コイル１０の超電導線材が配置される構成となる。
【００３０】
なお開口部５３は、図５に示すように、内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２との側面の両方にたとえば矩形の孔が形成されることにより、内槽容器外側筐体５１から内槽容器内側筐体５２まで、側面に交差する方向に貫通するように形成されたものであってもよい。しかしたとえば内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２とのいずれか一方のみに矩形の孔が形成されることにより、たとえば内槽容器５０の側面の外側（内側）から見たときに、開口部５３が凹部をなすような形状となっていてもよい。
【００３１】
開口部５３の縁部は開口部側面５４としてＦＲＰにより塞がれる。また内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２との底面近傍（円筒形状の端部）においてもフランジ形状を有するＦＲＰからなる端部筐体５５、５６を配置する。以上により、内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２とに挟まれた領域が密閉空間となり、内槽容器５０としての態様をなす。ここにたとえば液体窒素などの冷媒１７（図２参照）を給排するための冷媒供給管と冷媒排出管とが接続される。図５に示すように、端部筐体５５から冷媒を流通させる管状部材が２本突出している。これらのうち１本は内槽容器５０の内部に冷媒１７を供給するための冷媒供給管であり、他の１本は内槽容器５０の内部から冷媒１７を排出するための冷媒供給管である。しかし両者は同様の構造を備えているため、ここでは両者を合わせて冷媒供給管と呼ぶことにする。
【００３２】
冷媒供給管１は、内槽接続部２と冷媒導入部３とを有する。両者を合わせて冷媒供給管１は、外槽容器６０の外部から内槽容器５０の内部まで、すなわち使用時における室温の領域から極低温の領域までを繋ぐように延在する。なお冷媒供給管１が冷媒１７を排出するための部材である場合においても、ここでは内槽接続部２の（内槽容器５０から見て）外側に接続された部材を冷媒導入部３と呼ぶことにする。
【００３３】
内槽接続部２は内槽容器５０の特に外側（端部筐体５５など）と接続されるように配置される。つまり内槽接続部２は、内槽容器５０を構成するＦＲＰと接触しながら、内槽容器５０の内部にまで到達するように配置される。このため内槽接続部２は、内槽容器５０のＦＲＰとの熱膨張係数の差が比較的小さい材料からなることが好ましい。このようにすれば、内槽容器５０の内部に冷媒１７を供給する際に内槽容器５０や内槽接続部２が室温から極低温に冷却されても、冷却により生じる内槽容器５０と内槽接続部２とのそれぞれの熱収縮量の差が比較的小さくなる。このため、内槽容器５０と内槽接続部２とが接触する領域において熱収縮量の差により大きな熱応力が発生し、さらに当該熱応力に起因して内槽容器５０が破損するなどの不具合が発生することを抑制することができる。つまり内槽容器５０と内槽接続部２との接続する領域における封止をより確実なものとすることができる。
【００３４】
内槽接続部２の熱膨張係数について具体的には、内槽容器５０を構成するＦＲＰの熱膨張係数の５０％以上２００％以下であることが好ましい。なおここで熱膨張係数とは、氷点下２００℃以上２５℃以下の温度範囲内における熱膨張係数の値をいうものとする。上述した熱膨張係数の条件を満たす材質として、たとえば内槽容器５０がＦＲＰからなる場合においては、鉄にニッケル、コバルトを配合した合金からなる材質を、内槽接続部２の材料として用いることが好ましい。
【００３５】
鉄にニッケル、コバルトを配合した合金は、金属のなかでは熱膨張係数がＦＲＰの熱膨張係数に近い材料である。このため鉄にニッケル、コバルトを配合した合金からなる内槽接続部２は、冷却時における熱収縮量をＦＲＰ製の内槽容器５０と同等にすることができ、内槽容器５０との間に大きな熱応力が発生することを抑制することができる。なお内槽容器５０を構成する材料が変化した場合には、ニッケルの含有割合を調整することにより内槽接続部２の材質を調整することができる。これはニッケルの含有割合を調整することにより、上記合金の熱膨張係数を調整することができるためである。
【００３６】
また内槽接続部２の、内槽容器５０から見て外側に接続される冷媒導入部３は、冷媒供給管１への冷媒１７の入口または冷媒供給管１からの冷媒１７の出口に最も近い領域を構成する部材である。このため冷媒導入部３は内槽容器５０および外槽容器６０の外部の室温環境下にまで延在するように配置される。冷媒導入部３において、内槽接続部２と接続される側の領域は、冷媒供給管１が延在する方向に交差する断面における、冷媒１７の流路の断面積（太さ）が内槽接続部２とほぼ等しいが、内槽接続部２と反対側の領域は、上記延在する方向に交差する断面での上記流路の断面積（太さ）が内槽接続部２よりも大きく（太く）なっている。これは後述する外槽容器６０に接続される外管の太さに良好に整合させるためである。ただし冷媒導入部３の太さを内槽接続部２とほぼ等しくなるようにしてもよい。
【００３７】
図５の冷媒導入部３では、内槽接続部２よりも太い領域において、熱抵抗可動部４が形成されている。冷媒導入部３のうち、熱抵抗可動部４以外の領域は、内部に冷媒１７が流通する方向に関して直線状に延在している。しかし熱抵抗可動部４は、冷媒１７の流通する方向に関して屈曲部を含む構成となっている。つまり熱抵抗可動部４は、冷媒１７が流通する方向に関して、冷媒１７の流路の断面積が増加したり減少したりを繰り返すように屈曲する屈曲部を、通常は複数含んでいる。言い換えればたとえば熱抵抗可動部４は蛇腹構造であることが好ましい。なおここで蛇腹構造とは、熱抵抗可動部４を構成する円筒状の構造体が、その円筒表面において山折りと谷折りとを通常複数回繰り返すことによりなす構造である。
【００３８】
超電導モータ１００の使用時において、内槽容器５０の内部は冷媒１７により極低温に冷却されるのに対し、超電導モータ１００が載置されるのは室温の環境下であるため、冷媒供給管１は、延在する方向に関する一方の端部（内槽接続部２のうち内槽容器５０の内部に配置される領域）と他方の端部（冷媒導入部３）とでは大きな温度差が生じうる。このため高温である冷媒導入部３側から低温である内槽接続部２側に向かって、冷媒供給管１の円筒形状の構造体の内部を伝って熱が伝播することになる。このとき、当該構造体にはその形状に応じた抵抗値（熱抵抗）が存在する。
【００３９】
熱抵抗可動部４が蛇腹構造を有するなど屈曲部を含んでいることにより、冷媒導入部３（冷媒供給管１）の熱抵抗は、直線状に延在する領域に比べて大きくなる。このため冷媒導入部３は、熱抵抗可動部４を含んでいることにより、たとえば熱抵抗可動部４を含まない場合に比べて熱抵抗が大きくなる。したがって冷媒供給管１を熱が伝うことにより内槽容器５０の内部が高温になったり、内槽容器５０の内部の冷媒１７が蒸発するなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００４０】
また熱抵抗可動部４が屈曲部を含んでいるため、冷媒導入部３（冷媒供給管１）は、その構造体の延在する方向に沿った長さが長くなる。つまり特に屈曲部においては当該構造体の屈曲に沿った長さを考えれば、実質的に冷媒導入部３（冷媒供給管１）の長さは、屈曲部を含まず構造体が直線状に延在する場合に比べて長くなる。このことからも冷媒導入部３は、熱抵抗可動部４を含んでいることにより、たとえば熱抵抗可動部を含まない場合に比べて熱抵抗が大きくなる。これは、屈曲部において構造体の延在する方向に沿った長さが実質的に長くなるため、当該構造体の内部を冷媒１７の流通する方向に沿って熱が伝播すべき距離が長くなるためである。熱が伝播すべき距離が長くなる分だけ、冷媒導入部３から内槽接続部２（内槽容器５０の内部）まで熱の伝播が抑制される。また、冷媒導入部３の延在方向における温度変化に起因する変位を熱抵抗可動部４で吸収することができる。
【００４１】
冷媒導入部３は上述した蛇腹構造などの熱抵抗可動部４を含むため、屈曲部の加工を容易にするために、たとえばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４などのステンレス材料からなることが好ましい。このようにすれば、上述した鉄、ニッケル、コバルトの合金からなる内槽接続部２との接続が容易となる。なお内槽容器５０や内槽接続部２を構成する材料が変化した場合には、ニッケルの含有割合を調整することにより冷媒導入部３の材質を調整することができる。これはニッケルの含有割合を調整することにより、合金の熱膨張係数を調整することができるためである。
【００４２】
一方、断熱容器としての外槽容器６０は、上述したように内槽容器５０の外側を取り囲むように配置される。具体的には図２に示すように、内槽容器５０の内槽容器外側筐体５１の外側に、内槽容器外側筐体５１に対向するように外槽容器外側筐体６１が載置され、内槽容器内側筐体５２の内側に、内槽容器内側筐体５２に対向するように外槽容器内側筐体６２が載置される。外槽容器外側筐体６１および外槽容器内側筐体６２に挟まれた領域（つまり外槽容器６０の内部）に内槽容器５０が載置される。また図６に示すように、外槽容器外側筐体６１および外槽容器内側筐体６２にも複数の開口部６３が形成されており、開口部５３に重なるように配置される。このようにして、開口部６３と開口部５３とが重畳された領域に超電導コイル１０の中空の領域やステータコア２３、ロータコア１３が配置される構成となる（図２参照）。開口部６３の縁部にも開口部側面６４が存在し、また端部筐体６５、６６が配置されることにより、外槽容器６０の内部が密閉空間をなす態様となっている。
【００４３】
つまり各容器の底面がなす円形の直径は、大きい順から外槽容器外側筐体６１、内槽容器外側筐体５１、内槽容器内側筐体５２、外槽容器内側筐体６２であり、開口部６３は開口部５３より小さい。
【００４４】
内槽容器５０と外槽容器６０とは、それぞれの底面がなす円形の径方向に関して互いに接触しないように配置されている。つまり図２に示すように、たとえば内槽容器５０の内槽容器外側筐体５１と、外槽容器６０の外槽容器外側筐体６１との間には径方向に一定の間隙が存在する。内槽容器５０の内槽容器内側筐体５２と、外槽容器６０の外槽容器内側筐体６２とについても同様である。つまり当該間隙はたとえば図２に示す間隙２１として存在し、内槽容器５０の外周を取り囲むように存在する。この間隙２１の存在により、内槽容器５０の内部が冷媒１７により冷却される効率を高め、内槽容器５０の内部の温度が、たとえば外槽容器６０の外側の室温の影響を受けることを抑制している。このため外槽容器６０が、内槽容器５０の内部の温度制御を容易にする断熱材として作用するものであるといえる。
【００４５】
そして冷媒供給管１の外側を覆うように、外槽容器６０には図６に示す外管６が配置されている。外管６についても冷媒供給管１と同様に、端部筐体６５から２本突出しており、２本のうち一方は内槽容器５０の内部に冷媒１７を供給する冷媒供給管１の外側を囲むものであり、他方は内槽容器５０の内部から冷媒１７を排出する冷媒供給管１の外側を囲むものであるが、ここでは両者とも外管６と呼ぶことにする。
【００４６】
なお図６に示す開口部６３は、開口部５３と同様に、外槽容器外側筐体６１と外槽容器内側筐体６２との側面の両方にたとえば矩形の孔が形成されることにより、外槽容器外側筐体６１から外槽容器内側筐体６２まで、側面に交差する方向に貫通するように形成されたものであってもよい。しかしたとえば外槽容器外側筐体６１と外槽容器内側筐体６２とのいずれか一方のみに矩形の孔が形成されることにより、たとえば外槽容器６０の側面の外側（内側）から見たときに、開口部６３が凹部をなすような形状となっていてもよい。
【００４７】
外管６は、図６に示すように外管本体７と外部接続フランジ９とから構成される。そして外管本体７には上述した冷媒導入部３（冷媒供給管１）と同様の熱抵抗可動部８が形成されることが好ましい。つまり熱抵抗可動部８も熱抵抗可動部４と同様にたとえば蛇腹構造などの屈曲部を含んだ構造となっている。このような構造を含むことにより、外管本体７を構成する構造体の、外管６が延在する方向における実質的な長さが長くなるため、外管本体７において内槽容器５０側へ熱が伝達することが抑制される。つまり内槽容器５０の内部の温度が上昇することが抑制され、内槽容器５０の内部の冷媒１７が蒸発するなどの不具合の発生を抑制することができる。また、外管６の延在方向における温度変化に起因する変位を熱抵抗可動部８で吸収することができる。
【００４８】
次に、以上に述べた内槽容器５０および外槽容器６０の製造方法の概略を説明する。まず内槽容器５０の製造方法について、以下に概説する。まず図７に示すように、円筒形状でたとえばＦＲＰからなる枠体５７を準備する。この枠体５７は内槽容器５０を構成する骨組みとして形成されるものである。この枠体５７の外周部に、複数台の超電導コイル１０を、図７に示すようにその長手方向が枠体５７の長手方向に沿うように配置する。
【００４９】
図７の枠体５７の円筒形状の部材を覆うようにたとえばＦＲＰからなる内槽容器外側筐体５１や内槽容器内側筐体５２を取り付ける。さらに端部筐体５５、５６および、内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２との円筒形状部分の開口部が重なって形成される開口部５３の側面同士を塞ぐ開口部側面５４を配置する。以上のように枠体５７の周囲に内槽容器外側筐体５１と内槽容器内側筐体５２、開口部側面５４や端部筐体５５、５６を配置し、固定することにより内槽容器５０が形成される。
【００５０】
内槽容器５０を構成する端部筐体５５、あるいは内槽容器外側筐体５１または内槽容器内側筐体５２と、冷媒供給管１の一方の端部とを接続する。上述したように冷媒供給管１は内槽接続部２と冷媒導入部３とからなるが、端部筐体５５などの内槽容器５０の構成部材と接続するのは内槽接続部２とすることが好ましい。
【００５１】
図８の拡大図に示すように、端部筐体５５を貫通するように冷媒供給管１（内槽接続部２）が接続されるように配置されている。なお構成によっては、冷媒供給管１の内槽接続部２の長手方向に関する一部の領域が、内槽容器５０の内槽容器外側筐体５１または内槽容器内側筐体５２の内部に到達するように配置されてもよい。これらの接続は、たとえば内槽容器外側筐体５１や内槽容器内側筐体５２、端部筐体５５の内部に形成された雌ねじと、内槽接続部２の端部近傍に形成された雄ねじとが嵌合されることによりなされることが好ましい。
【００５２】
また内槽接続部２と冷媒導入部３とは接続部２ａにおいて、たとえば銀ろうを用いてろう付けすることにより接着されることが好ましい。
【００５３】
冷媒導入部３に形成される熱抵抗可動部４はたとえば蛇腹構造を有することが好ましい。冷媒導入部３は、図９の断面図に示すように、これを構成する構造体部分の延在する方向に交差する厚みに関して、熱抵抗可動部４の厚みｔ１が、熱抵抗可動部４以外の領域の直線状に延在する領域の厚みｔ２よりも薄いことが好ましい。
【００５４】
図９における左側は内槽容器５０などの外側であり、図９における右側は内槽容器５０と接続される側である。したがって使用時において図９の左側は室温またはそれに近い温度となる領域であり、図９の右側は極低温に冷却される領域である。つまり使用時において熱が図９の左側から右側に伝播する。
【００５５】
熱抵抗可動部４は上述したように（複数の）屈曲部を含んでいる。このため冷媒導入部３の構造体（図９においてハッチングを施した筒状部分）を左側から右側に熱が伝播する際に、熱抵抗可動部４での伝熱経路の長さが他の部分より長くなる。このため、熱抵抗可動部４において熱抵抗可動部４以外の領域よりも熱抵抗が大きくなる。さらに厚みｔ１を厚みｔ２よりも薄くすれば、冷媒導入部３の構造体が延在する、熱が伝播する方向に交差する断面での熱抵抗可動部４の壁部の断面積が、熱抵抗可動部４以外の領域での壁部の断面積よりも小さくなる。したがって熱抵抗可動部４は熱抵抗可動部４以外の領域よりも熱抵抗がさらに大きくなる。つまり屈曲部を含む蛇腹構造とすることに加えて、蛇腹構造における構造体領域（壁部）の断面積を小さくすれば、そのことによっても蛇腹構造における熱抵抗を大きくし、熱が図９の左側から右側に伝播されることを抑制することができる。すなわち冷媒供給管１を熱が伝うことにより内槽容器５０の内部が高温になったり、内槽容器５０の内部の冷媒１７が蒸発するなどの不具合の発生を抑制することができる。
【００５６】
なお以上に述べた、熱抵抗可動部４における熱抵抗を大きくする効果をさらに高めるためには、厚みｔ１を厚みｔ２の１０％以下の厚みとなるように設計することが好ましい。
【００５７】
次に外槽容器６０の製造方法について、以下に概説する。まず内槽容器５０の円筒形状の領域を覆うように、外槽容器６０を構成する各部材（外槽容器外側筐体６１や外槽容器内側筐体６２）を配置する。外槽容器外側筐体６１は内槽容器外側筐体５１と一定の距離を隔てて互いに対向するように配置されることが好ましい。同様に外槽容器内側筐体６２は内槽容器内側筐体５２と一定の距離を隔てて互いに対向するように配置されることが好ましい。
【００５８】
ただし外槽容器外側筐体６１と外槽容器内側筐体６２とは、外槽容器６０の円筒形状の長手方向を構成する長さが、内槽容器外側筐体５１や内槽容器内側筐体５２の当該長さよりも長いことが好ましい。これは外槽容器６０が内槽容器５０の端部筐体５５、５６を含めて全体を覆うように配置されることが好ましいためである。
【００５９】
内槽容器５０の開口部５３の側面を塞ぐ開口部側面５４と同様に、外槽容器外側筐体６１や外槽容器内側筐体６２の開口部６３の側面同士を接続する開口部側面６４を形成する。そして図１０に示すように、長手方向の端部に配置される端部筐体６５、６６を取り付ける。以上のように外槽容器外側筐体６１と外槽容器内側筐体６２、開口部側面６４や端部筐体６５、６６を配置しこれらを接着、組み立てすることにより外槽容器６０が形成される。
【００６０】
外槽容器６０は内槽容器５０の外周部を取り囲むように形成される。このため図１０に示すように、外槽容器６０を構成する端部筐体６５は、これの主表面である輪状の表面に、内槽容器５０の冷媒供給管１を貫通するための貫通用穴６７が形成されていることが好ましい。つまり外槽容器６０が貫通用穴６７を備えることにより、冷媒供給管１は内槽容器５０のみならず外槽容器６０の部材をも貫通するため、外槽容器６０の外部（つまり室温である、各容器の外部）にまで延在させることができる。
【００６１】
外槽容器６０を構成する外槽容器外側筐体６１などの部材が組み立てされたところで、図１１に示すように外管本体７を取り付ける。外管本体７は外管６の中心をなす部材である。図１１および図１２の拡大図を参照して、外槽容器６０を構成する端部筐体６５、あるいは外槽容器外側筐体６１または外槽容器内側筐体６２と、外管本体７の一方の端部とを接続させる。
【００６２】
図１２の拡大図に示すように、外管本体７の長手方向に関する一方の端部には外槽接続部５が配置される。たとえば外槽容器６０がＦＲＰからなる場合においては、鉄にニッケル、コバルトを配合した合金からなる材質を、外槽接続部５の材料として用いることが好ましい。なお外槽容器６０を構成する材料が変化した場合には、ニッケルの含有割合を調整することにより外槽接続部５の材質を調整することができる。これはニッケルの含有割合を調整することにより、合金の熱膨張係数を調整することができるためである。
【００６３】
そして外槽接続部５と外管本体７とが接続部５ａにて、たとえば銀ろうを用いてろう付けすることにより接着されることが好ましい。このようにすれば外管本体７は、外槽接続部５が端部筐体６５（あるいは外槽容器外側筐体６１または外槽容器内側筐体６２）の内部に嵌挿するように配置されることにより、外槽容器６０と接続されることになる。これらの接続は、たとえば外槽容器外側筐体６１や外槽容器内側筐体６２、端部筐体６５の内部に形成された雌ねじと、外槽接続部５の端部近傍に形成された雄ねじとが嵌合されることによりなされることが好ましい。
【００６４】
なお図１１および図１２に示すように外管本体７には、冷媒供給管１の冷媒導入部３の熱抵抗可動部４と同様の熱抵抗可動部８を有することが好ましい。熱抵抗可動部８を形成するために、外管本体７は冷媒導入部３と同様に、たとえばＳＵＳ３１６やＳＵＳ３０４などのステンレス材料からなることが好ましい。このようにすれば、外管本体７の熱抵抗可動部８の屈曲部の加工が容易になるとともに、上述した鉄、ニッケル、コバルトの合金からなる外槽接続部５との接続が容易となる。なお外槽接続部５を構成する材料が変化した場合には、ニッケルの含有割合を調整することにより外管本体７の材質を調整することができる。これはニッケルの含有割合を調整することにより、合金の熱膨張係数を調整することができるためである。
【００６５】
なお図１３に示すように外管本体７には、熱抵抗可動部８よりも（外槽容器６０から見て）外側に、熱抵抗可動部８よりも外管本体７の延在する方向に交差する断面の直径が大きいフランジを有する。しかしこのような構成は用途に応じて任意に形成されることが好ましく、たとえば外管本体７は当該フランジを含まないものであってもよい。
【００６６】
さらに図１３に示すように、外管本体７よりも（外槽容器６０から見て）外側に、外部接続フランジ９が接続される。一例として図１３においては、外管本体７の外側（延在する方向に関して外槽容器６０と反対側）に外部接続フランジ９が溶接により接続されている。外部接続フランジ９は、たとえばＳＵＳ３０４にて形成されていることが好ましいが、ＳＵＳ３１６にて形成されていてもよい。  以上の外部接続フランジ９と外管本体７、外槽接続部５により、外管６が形成される。外部接続フランジ９には、たとえば真空ポートが備えられていることが好ましい。真空ポートは、後述する外管６と冷媒供給管１とに挟まれた間隙を真空状態に保つために備えられている。このようにすれば、たとえば外部から冷媒供給管１へ熱が伝播することを抑制することができる。なお真空ポートはたとえばＳＵＳ３１６にて形成されていることが好ましいが、ＳＵＳ３０４にて形成されていてもよい。
【００６７】
以上により図６に示すように外管６が取り付けられた外槽容器６０が形成される。図６の外槽容器６０の内部には内槽容器５０が配置されていることになる。その態様を示したものが図１４の断面図である。ただし図６には外管６が図示されているが、図１４には図示されていない。つまり冷媒用の配管としては、図１４には冷媒供給管１のみ図示されている。
【００６８】
図１４の断面図の要部の模式図が図１５である。ただし図１５は模式図であり、図１４の細部を必ずしも忠実に反映していない。たとえば図１４においては外管本体７に、管部よりも断面の直径が大きいフランジが備えられているが、図１５においては省略されている。またその他の部分についても、図１４と図１５との間で断面の直径の大小などに若干の相違がある。これは図１５を見やすい模式図とするためである。さらに図１５においては、図１４において省略されている外管６が図示されている。
【００６９】
図１５に示すように、たとえば内槽容器５０と、冷媒供給管１の内槽接続部２との間はねじ部１０１にて接続されている。同様に外槽容器６０と、外管６の外槽接続部５との間はねじ部１０２にて接続されている。上述したように超電導コイル用容器（内槽容器５０と外槽容器６０）と配管の接続部（接続部２ａ、５ａ）との熱膨張係数の差を小さくしているため、ねじ部１０１、１０２において熱収縮差に起因する大きな熱応力が発生することを抑制することができる。
【００７０】
また内槽容器５０と外槽容器６０との間には一定間隔の間隙が存在する。これは上述した図２に示す間隙２１であり、外気の熱が外槽容器６０から内槽容器５０の内部へ伝播することを抑制する。同様に冷媒を流通する配管についても、冷媒供給管１と外管６との間には（特に冷媒導入部３と外部接続フランジ９との間において）間隙２２が存在する。この間隙２２も外気の熱が外管６（外部接続フランジ９）から冷媒供給管１（冷媒導入部３）の内部へ伝播することを抑制する。
【００７１】
図１５に示す熱抵抗可動部４および熱抵抗可動部８は、上述したように蛇腹構造を有する。しかし熱抵抗可動部は屈曲部を含み、当該屈曲部が直線状に延在する領域に比べて熱抵抗を増加する機能を有する態様であればよい。たとえば図１６に示すように配管１９から屈曲部としての波状屈曲部１４が延びた構造であってもよい。ここでの配管１９は、たとえば図１４（図１５）における冷媒導入部３や外管本体７に相当し、ここでの波状屈曲部１４は、たとえば図１４（図１５）における熱抵抗可動部４、８に相当する。
【００７２】
図１６は図１５の熱抵抗可動部４、８（蛇腹構造）と同様に（同方向から）波状屈曲部１４を切断した態様を示している。図１６に示すように波状屈曲部１４の波状になった領域において、配管１９の延在する方向（図１６の左右方向）に交差する断面の面積が大きくなる態様であってもよい。あるいは図１７に示すように波状屈曲部１４の波状になった領域においても配管１９が直線状に延在する領域とほぼ同じ断面積（配管１９の延在する、図１７の左右方向に交差する断面の面積）となる態様であってもよい。
【００７３】
波状屈曲部１４においても当該配管１９の直線状に延在する領域に比べ、屈曲部が形成されている結果、熱抵抗が大きくなる。このため配管１９が波状屈曲部１４を備えることにより、外気の熱が配管１９を伝って内槽容器５０の内部に伝播されることを抑制することができる。つまり、波状屈曲部１４を備えることにより、配管１９を構成する構造体に沿って（図１６や図１７の左右方向に）熱が伝播する距離が長くなる。このため、外気の熱が配管１９を伝って内槽容器５０の内部に伝播されることを抑制することができる。
【００７４】
なお上述した蛇腹構造と同様に、波状屈曲部１４における構造体の厚みが、配管１９のうち波状屈曲部１４以外の（直線状に延在する）領域における構造体の厚みよりも薄いことがより好ましい。配管１９の構造体（図１６および図１７においてハッチングを施した筒状部分）を左側から右側に熱が伝播する際に、波状屈曲部１４における構造体の厚みをそれ以外の領域における構造体の厚みよりも薄くすれば、熱が伝播する方向に交差する断面の断面積が、波状屈曲部１４において波状屈曲部１４以外の領域よりも小さくなる。したがって波状屈曲部１４は波状屈曲部１４以外の領域よりも熱抵抗が大きくなる。つまり波状屈曲部１４の構造体領域の断面積を小さくすれば、そのことによっても波状屈曲部１４における熱抵抗を大きくし、熱が図１６および図１７の左側から右側に伝播されることを抑制することができる。すなわち冷媒供給管１を熱が伝うことにより内槽容器５０の内部が高温となる現象を抑制することができる。
【００７５】
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実施の形態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】
【００７６】
本発明は、超電導コイルが載置される容器の内部への熱の侵入を抑制し、かつ当該容器と当該容器の内部に冷媒を供給する配管との間の熱応力による容器の損傷を抑制することにより、高品質な超電導コイルを提供する技術として特に優れている。
【符号の説明】
【００７７】
１  冷媒供給管、２  内槽接続部、２ａ，５ａ  接続部、３  冷媒導入部、４，８  熱抵抗可動部、５  外槽接続部、６  外管、７  外管本体、９  外部接続フランジ、１０  超電導コイル、１３  ロータコア、１４  波状屈曲部、１６  ロータ軸、１７  冷媒、１８  出力軸、１９  配管、２０  ステータ、２１，２２  間隙、２３  ステータコア、３０  ロータ、３５  ベアリング、５０  内槽容器、５１  内槽容器外側筐体、５２  内槽容器内側筐体、５３，６３  開口部、５４，６４  開口部側面、５５，５６，６５，６６  端部筐体、５７  枠体、６０  外槽容器、６１  外槽容器外側筐体、６２  外槽容器内側筐体、６７  貫通用穴、１００  超電導モータ、１０１，１０２  ねじ部。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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