(57)【要約】【課題】真空保持機能と振動吸収機能とを兼ね備えた回転継手を提供する。【解決手段】本発明の回転継手１００は、一端が第１の回転軸に同軸状に接続される円筒状の第１の連結部材１５１と、中央部に開口を有し、一方の主面において第２の回転軸に同軸状に接続される中空円板状の第２の連結部材１０５と、が同軸状に配置される。第１の連結部材の他端の外周部に周方向に間隔を置いて設けられた複数の第１の嵌合部１０７ａ、１０７ｄと、第２の連結部材の他方の主面の外周部に第１の連結部材の複数の第１の嵌合部とそれぞれ嵌合するように周方向に間隔を置いて設けられた複数の第２の嵌合部１０６と、がそれぞれ嵌合している。第１の連結部材の内部空間に同心状に配置された円筒状で且つ蛇腹状のベローズ１０４の一端が第１の連結部材に気密に接続され、且つべローズの他端が第２の連結部材に気密に接続され、且つ少なくとも、第１の嵌合部又は第２の嵌合部の嵌合部位が弾性体で構成されている。【選択図】図３
2014031825.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
その中心軸に沿って延在する減圧空間を有する中空の第１の回転軸とその中心軸に沿って延在する減圧空間を有する中空の第２の回転軸とを連結する回転継手であって、
一端が前記第１の回転軸に同軸状に接続される円筒状の第１の連結部材と、
中央部に開口を有し、一方の主面において前記第２の回転軸に同軸状に接続される中空円板状の第２の連結部材と、
前記第１の連結部材の他端の外周部に周方向に間隔を置いて設けられた複数の第１の嵌合部と、
前記第２の連結部材の他方の主面の外周部に前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と該第１の連結部材の軸方向においてそれぞれ嵌合するように周方向に間隔を置いて設けられた複数の第１の嵌合部と、
前記第１の連結部材の内部空間に同心状に配置された円筒状で且つ蛇腹状のベローズと、を備え、
前記第１の連結部材と前記第２の連結部材とが同軸状に配置され、
前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と前記第２の連結部材の複数の第２の嵌合部とがそれぞれ嵌合しており、
前記べローズの一端が前記第１の連結部材に気密に接続され、且つ前記べローズの他端が前記第２の連結部材に気密に接続され、且つ
少なくとも、前記第１の嵌合部又は前記第２の嵌合部の嵌合部位が弾性体で構成されている、回転継手。
【請求項２】
前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と前記第２の連結部材の複数の第２の嵌合部とがそれぞれ隙間を有して嵌合している、請求項１に記載の回転継手。
【請求項３】
前記第１の連結部材は、
円筒部材と、
一方の主面に前記円筒部材の一端が接続され、且つ他方の主面に前記第１の回転軸が締結される第１の環状フランジと、
厚み方向に貫通する複数のボルト孔が周方向に間隔を置いて形成され、前記円筒部材の他端に接続された第２の環状フランジと、を備え、
前記第２の連結部材は、他方の面に前記第２の回転軸が締結される第３の環状フランジであり、
外周に弾性体からなる環状のブッシュが設けられた頭部と、該頭部より径が小さい軸部とをそれぞれ有する複数の継手ボルトが、各々の頭部が前記第２の環状フランジの前記第３の環状フランジ側の主面から突出するように各々の軸部が複数の前記ボルト孔にそれぞれ挿通されるとともに複数のナットにより前記第２の環状フランジにそれぞれ締結されており、
前記第１の嵌合部は、前記継手ボルトの頭部と前記ブッシュであり、前記第２の嵌合部は、前記第３の環状フランジに、複数の前記継手ボルトの頭部及びブッシュを隙間を有して収容するように、厚み方向に貫通し且つ周方向に間隔を置いてそれぞれ形成された、複数の嵌合孔であり、
前記ベローズは、前記円筒部材の内部空間に同心状に配置され、一端が前記第１の環状フランジに気密に接続され、且つ他端が前記第３の環状フランジに気密に接続されている、請求項１又は２に記載の回転継手。
【請求項４】
前記第１の回転軸は、超電導回転電機の超電導巻線が内部に配置された回転子のロータシャフトであり、
前記第２の回転軸は、前記超電導巻線を循環冷却する冷媒を前記回転子に給気及び排気する冷媒給排装置の回転体であり、
前記ベローズの内部空間に、前記冷媒の給気管及び前記冷媒の排気管が配置される、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転継手。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導回転電機の回転継手に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機（electrical rotating machine）は、一般的に、固定子(stator)と、回転子（rotor）と、該回転子及び該固定子を支持する筐体(housing)とから成る電動機又は発電機である。回転電機は、超電導現象が生じない常電導巻線を使用する常電動回転電機（normal conducting electrical rotating machine）と、超電導現象が生じる超電導巻線を使用する超電導回転電機(superconducting electrical rotating machine)とに分類することができる。なお、超電導回転電機は、通常、回転子を超電導化（超電導界磁巻線）し、固定子を常電導化（常電導電機子巻線）したラジアルギャップ(radial gap)型の構造を呈している。
【０００３】
超電導回転電機の回転子は、内側円筒体であるロータコア(rotor core)と、該ロータコアの外周を取り囲む外側円筒体であるケーシングとが、該ロータコアの中心軸上に連結されたロータシャフト（rotor shaft）により回転自在に支持されている。また、超電導回転電機の回転子は、ロータコアとケーシングとの間に減圧空間が形成され、この減圧空間内に超電導巻線が配置されるようになっている。
【０００４】
さらに、超電導回転電機の回転子において、超電導巻線を超電導状態に維持するためには、冷媒給排装置から該回転子内に極低温の冷媒を給気及び排気して該回転子内に配置される超電導巻線を冷却するための冷却構造が必要である。例えば、特許文献１には、超電導回転電機のロータコアは軸方向に貫通する円筒状空間を有する中空円筒体からなり、該中空円筒体の外周側に超電導巻線が載置される複数の凸部を有し、該円筒状空間の外周部近傍に該中空円筒体の基端側（冷媒給排装置側）から末端側（出力軸側）に貫通する少なくとも２以上の冷媒通路を形成することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−４１４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
超電導回転電機の回転子内の冷媒通路もさることながら、冷媒給排装置と超電導回転電機の回転子との間の冷媒通路、特に冷媒給排装置の回転体（ロータシャフト）と超電導回転電機の回転子のロータシャフトとを連結する回転継手についても技術的な配慮が必要である。具体的には、極低温の冷媒を給気及び排気するための冷媒通路は断熱のために減圧空間に配置される必要があるため、回転継手内に冷媒通路用の減圧空間を形成してその減圧状態を保持すること（減圧保持機能）が必要である。さらに、回転継手は超電導回転電機の回転子のロータシャフトと連結（溶接）されているので、このロータシャフトの振動が冷媒給排装置に伝達しないように回転継手において振動を緩衝（吸収）しておくこと（振動吸収機能）が必要である。しかしながら、特許文献１は、回転継手に全く言及していない。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的は、冷媒給排装置の回転軸と超電導回転電機の回転軸とを連結する回転継手であって、減圧保持機能と振動吸収機能とを兼備した回転継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明のある形態に係る回転継手は、その中心軸に沿って延在する減圧空間を有する中空の第１の回転軸とその中心軸に沿って延在する減圧空間を有する中空の第２の回転軸とを連結する回転継手であって、一端が前記第１の回転軸に同軸状に接続される円筒状の第１の連結部材と、中央部に開口を有し、一方の主面において前記第２の回転軸に同軸状に接続される中空円板状の第２の連結部材と、前記第１の連結部材の他端の外周部に周方向に間隔を置いて設けられた複数の第１の嵌合部と、前記第２の連結部材の他方の主面の外周部に前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と該第１の連結部材の軸方向においてそれぞれ嵌合するように周方向に間隔を置いて設けられた複数の第２の嵌合部と、前記第１の連結部材の内部空間に同心状に配置された円筒状で且つ蛇腹状のベローズと、を備え、前記第１の連結部材と前記第２の連結部材とが同軸状に配置され、前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と前記第２の連結部材の複数の第２の嵌合部とがそれぞれ嵌合しており、前記べローズの一端が前記第１の連結部材に気密に接続され、且つ前記べローズの他端が前記第２の連結部材に気密に接続され、且つ少なくとも、前記第１の嵌合部又は前記第２の嵌合部の嵌合部位が弾性体で構成されている、ものである。
【０００９】
前記構成によれば、第１の連結部材の第１の嵌合部と第２の連結部材の第２の嵌合部との間で、第１の回転軸及び第２の回転軸のうちの一方の回転に伴う連れ回りトルクが他方に伝達されることとなる。また、第１の嵌合部又は第２の嵌合部の嵌合部位が弾性体で構成されているので、連れ回りトルクの伝達時において、第１の回転軸及び第２の回転軸のうちの一方の振動が当該弾性体により緩衝（吸収）されて、他方に伝達される。また、ベローズが蛇腹状であるので、当該ベローズを介した振動が緩衝（吸収）されて伝達される。さらに、第１の嵌合部と第２の嵌合部とが弾性体を介して嵌合され、且つベローズが蛇腹状であるので、第１の回転軸と第２の回転軸とのミスアライメントが吸収される。また、ベローズにより第１の回転軸の減圧空間と第２の回転軸の減圧空間とがベローズの内部空間を介して連通される。
【００１０】
前記回転継手において、前記第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と前記第２の連結部材の複数の第２の嵌合部とがそれぞれ隙間を有して嵌合している、としてもよい。
【００１１】
前記構成によれば、第１の回転軸及び第２の回転軸のうちの一方の振動は、第１の嵌合部との第２の嵌合部との隙間によってさらに緩衝（吸収）することが可能となる。また、第１の回転軸と第２の回転軸とのミスアライメントがより容易に吸収される。
【００１２】
前記回転継手において、前記第１の連結部材は、円筒部材と、一方の主面に前記円筒部材の一端が接続され、且つ他方の主面に前記第１の回転軸が締結される第１の環状フランジと、厚み方向に貫通する複数のボルト孔が周方向に間隔を置いて形成され、前記円筒部材の他端に接続された第２の環状フランジと、を備え、前記第２の連結部材は、他方の面に前記第２の回転軸が締結される第３の環状フランジであり、外周に弾性体からなる環状のブッシュが設けられた頭部と、該頭部より径が小さい軸部とをそれぞれ有する複数の継手ボルトが、各々の頭部が前記第２の環状フランジの前記第３の環状フランジ側の主面から突出するように各々の軸部が複数の前記ボルト孔にそれぞれ挿通されるとともに複数のナットにより前記第２の環状フランジにそれぞれ締結されており、前記第１の嵌合部は、前記継手ボルトの頭部と前記ブッシュであり、前記第２の嵌合部は、前記第３の環状フランジに、複数の前記継手ボルトの頭部及びブッシュを隙間を有して収容するように、厚み方向に貫通し且つ周方向に間隔を置いてそれぞれ形成された、複数の嵌合孔であり、前記ベローズは、前記円筒部材の内部空間に同心状に配置され、一端が前記第１の環状フランジに気密に接続され、且つ他端が前記第３の環状フランジに気密に接続されている、としてもよい。
【００１３】
前記構成によれば、第１の回転軸と第２の回転軸との間には、円筒部材とべローズとが並列に接続され、且つ円筒部材と継手ボルトとが直列に接続された構造を呈している。すると、次のような効果が得られる。
【００１４】
まず、べローズは、所定の強度を備えた伸縮管であるので、大気圧と減圧空間の圧力との差に応じた荷重に耐えることができ、ベローズにより第１の回転軸の減圧空間と第２の回転軸の減圧空間とをベローズの内部空間を介して連通することを確実に遂行することができる。つまり、回転継手は、所謂真空配管継手として機能することができる。
【００１５】
また、回転継手は、第１の回転軸及び第２の回転軸のうちの一方の回転に伴う連れ回りトルクを他方に伝達する必要があるが、この連れ回りトルクの伝達の主な役割を果たすのが、円筒部材と、一方の主面に前記円筒部材の一端が接続された第１の環状フランジと、円筒部材の他端に接続された第２の環状フランジと、所定の嵌合部で第２の環状フランジと嵌合された第３の環状フランジである。したがって、べローズは、連れ回りトルクの伝達に直接的には寄与しないで済む。
【００１６】
また、第１の回転軸及び第２の回転軸のうち一方の振動は、べローズの軸方向の伸縮や多方向への曲げ、第３の環状フランジにおける継手ボルトの頭部の許容された変位、及び継手ボルトの頭部の外周に設けられた弾性体のブッシュによって緩衝（吸収）することが可能である。つまり、回転継手は、真空配管継手として機能するのに加えて、所謂たわみ軸継手として機能することができる。また、第１の回転軸と第２の回転軸との間に生じたミスアライメントについても、第１の回転軸の振動と同様の理由で抑制又は許容することが可能である。
【００１７】
前記回転継手において、前記第１の回転軸は、超電導回転電機の超電導巻線が内部に配置された回転子のロータシャフトであり、前記第２の回転軸は、前記超電導巻線を循環冷却する冷媒を前記回転子に給気及び排気する冷媒給排装置の回転体であり、前記ベローズの内部空間に、前記冷媒の給気管及び前記冷媒の排気管が配置される、としてもよい。
【００１８】
前記構成によれば、超電導回転電機の回転子のロータシャフトと冷媒給排装置の回転体とを連結する回転継手であって、真空保持機能と振動吸収機能とを兼ね備えた該回転継手を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、冷媒給排装置の回転体と超電導回転電機の回転子とを連結する回転継手であって、真空保持機能と振動吸収機能とを兼ね備えた該回転継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る超電導回転電機の超電導巻線冷却システムの構成例を示す概念図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る超電導回転電機の回転継手の構造例を示す斜視断面図である。
【図３】図３は図２に示す超電導回転電機の回転継手の構造を簡略化して示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００２２】
［超電導回転電機の超電導巻線冷却システムの構成例］
図１は本発明の実施の形態１に係る超電導回転電機の超電導巻線冷却システムの構成例を示す概念図である。
【００２３】
図１に示す超電導回転電機１０は、回転子１６を超電導化（超電導界磁巻線）して固定子１８を常電導化（常電導電機子巻線）したラジアルギャップ型の構造を呈している。超電導回転電機１０は、全体として筒状に形成された固定子１８と、固定子１８の内周側に回転自在に支持された回転子１６とを有する。
【００２４】
固定子１８は、固定子１８の中心軸の方向に円環形状の複数の電磁鋼板（例えば、珪素鋼板）を積層して全体として筒状に形成されたバックヨーク(back yoke)３２と、バックヨーク３２の内周面にバックヨーク３２の中心軸に向けて延びるようにバックヨーク３２の周方向に所定の間隔を有して配設されたティース３４と、バックヨーク３２の内周面においてバックヨーク３２の周方向で互いに隣り合うティース３４の間に配置された固定子巻線４０とを有する。
【００２５】
回転子１６は、３層円筒構造となっており、中空の内側円筒体であるロータコア(rotor core)２２と、ロータコア２２の外周を取り囲むように装着された中空の中間円筒体である低温ダンパ２３と、さらに低温ダンパ２３の外周を取り囲むように装着された中空の外側円筒体である常温ダンパ２４とが、ロータコア２２の軸方向一端側に連結された中空の駆動軸であるロータシャフト（rotor shaft）２０ａ及びロータコア２２の軸方向他端側に連結された出力軸であるロータシャフト２０ｂにより回転自在に支持されている。なお、ロータシャフト２０ａ及びロータシャフト２０ｂは図示しない軸受により軸支されている。ロータコア２２は、非磁性材料で低温特性に優れた材料、例えば、ＳＵＳ３１６から成る中実円柱体の鍛造材料を切削加工して形成されている。常温ダンパ２４は、回転子１６内部への外部磁界外部高周波交番磁界の侵入を防ぎ、且つ真空容器を兼ねたダンパ機能を有する部材である。低温ダンパ２３は、運転時に常温ダンパ２４側から侵入してくる輻射熱をシールドする部材である。
【００２６】
さらに、ロータコア２２の外周には円筒形状の巻線取付軸２５が形成されており、この巻線取付軸２５の周方向に所定の間隔を空けて形成された複数のスロット（凹状の溝）には、超電導回転電機１０の界磁巻線としての超電導巻線２８が収容されている。なお、ロータコア２２の軸方向一端側及び軸方向他端側は、トルク伝達機能を有したトルクチューブ（torque tube）２６を介してロータシャフト２０ａとロータシャフト２０ｂと連結されている。そして、常温ダンプ２４、ロータシャフト２０ａ、及びロータシャフト２０ｂによって密閉された空間は減圧空間５０とされ、超電導巻線２８は減圧空間５０によって真空断熱されるように配置されている。また、ロータコア２２及びロータシャフト２０ａ内の内部空間についても後述の冷媒通路の真空断熱のために減圧空間５１となっている。なお、回転子１６は、減圧空間５０及び減圧空間５１を構築するため機構（真空ポンプ、真空引き配管など）を備えているが、図面の簡略化のために図示はしていない。なお、減圧空間５０は、真空断熱に十分な程度に低い圧力に維持される。
【００２７】
また、超電導巻線２８を超電導状態に維持するために、冷媒給排装置２００から回転子１６内に極低温の冷媒を給気及び排気して回転子１６内に配置された超電導巻線２８を冷却する冷却システムが構築されている。この冷却システムは、機外に配置された冷凍機３００と、冷媒給排装置２００と、回転継手１００と、回転子１６と、これらの部材間を循環する冷媒通路とにより構成されている。
【００２８】
冷凍機３００は、所定の温度まで冷却された極低温の冷媒（例えば、ヘリウムガス(helium gas)）を、冷媒供給管１１０ａを介して冷媒給排装置２００に供給するとともに、冷媒給排装置２００から冷媒回収管１１０ｂを介して回収した熱交換後の冷媒を該所定温度にまで再び冷却するという冷凍サイクルを繰り返す機器である。なお、冷凍機３００と冷媒給排装置２００との間の冷媒供給管１１０ａ及び冷媒回収管１１０ｂはともに真空配管内に配置されているが、該真空配管は図面の簡略化のため省略している。
【００２９】
冷媒給排装置２００は、冷凍機３００から送られてきた冷媒を、回転継手１００を介して回転子１６に向けて供給するとともに、回転子１６から回転継手１００を介して回収した熱交換後の冷媒を冷凍機３００に戻す装置である。冷媒給排装置２００は、例えば、円筒状の固定体２１０と、固定体２１０の内周面に設けられた軸受２３０と、固定体２０１の内部空間に同心状に収容されて軸受２３０を介して回転自在に固定体２０１により支持された回転体２２０（ロータシャフト）とから成っている。なお、回転体２２０は、回転継手１００を介して回転子１６のロータシャフト２０ａと一体となって回転することとなる。固定体２１０及び回転体２２０それぞれの内部には減圧空間が形成されており、これらの減圧空間には冷媒供給管１１０ａ及び冷媒回収管１１０ｂが回転体２２０の軸方向に配置されている。冷媒供給管１１０ａは、冷媒給排装置２００の内部において、その冷凍機３００側の固定部分と回転子１６側の回転部分とが所定の嵌合構造（図示せず）により相互に回転自在に接続されている。また、冷媒回収管１１０ｂも、冷媒給排装置２００の内部において、その冷凍機３００側の固定部分と回転子１６側の回転部分とが所定の嵌合構造（図示せず）により相互に回転自在に接続されている。
【００３０】
回転子１６においては、前述のとおり、ロータシャフト２０ａ及びロータコア２２内に減圧空間５１が形成されており、これらの減圧空間５１内には、冷媒供給管１１０ａ及び冷媒回収管１１０ｂが配置されている。具体的には、冷媒供給管１１０ａは、ロータシャフト２０ａ及びロータコア２２それぞれの減圧空間５１内において、回転子１６の軸方向一端側（ロータシャフト２０ａ側）から軸方向他端側（ロータシャフト２０ｂ側）に配置した分岐継手１１０ｅまで延設されている。そして、冷媒供給管１１０ａは、分岐継手１１０ｅより、径方向一方側に位置する巻線取付軸２５へと向かう冷媒分岐管１１０ｃと、径方向他方側に位置する巻線取付軸２５へと向かう冷媒分岐管１１０ｄと、に分岐されている。そして、巻線取付軸２５内で、冷媒分岐管１１０ｃ及び冷媒分岐管１１０ｄは、回転子１６の軸方向他端側から軸方向一端側に向かう方向で超電導巻線２８を隈なく冷却できるように、巻線取付軸２５内を該軸方向他端側から該軸方向一端側に向けて超電導巻線２８と対向する冷媒通路を形成している。そして、冷媒分岐管１１０ｃ及び冷媒分岐管１１０ｄは、減圧空間５１内に戻り、減圧空間５１内の回転子１６の軸方向一端側に配置した合流継手１１０ｆにおいて合流して冷媒回収管１１０ｂと連結されている。冷媒回収管１１０ｂは、ロータコア２２及びロータシャフト２０ａ内の減圧空間５１を合流継手１１０ｆからロータシャフト２０ａ側に向かって延びるように配置されている。
【００３１】
回転継手１００は、超電導回転電機１０の回転子１６のロータシャフト２０ａ（第１の回転軸）と冷媒給排装置２００の回転体２２０（第２の回転軸）とを連結する回転可能な継手である。なお、前述のとおり、ロータシャフト２０ａ及び回転体２２０は、ともに      
その中心軸に沿って延在する減圧空間を有する。また、ロータシャフト２０ａ及び回転体２２０と同様に、回転継手１００内にも減圧空間（図３中の真空領域５２）が形成されており、この減圧空間内には、回転体２２０からロータシャフト２０ａに向かう冷媒供給管１１０ａ、及びロータシャフト２０ａから回転体２２０へと向かう冷媒回収管１１０ｂが配置されている。
【００３２】
［回転継手の構成例］
図２は本発明の実施の形態に係る超電導回転電機の回転継手の構造例を示す斜視断面図である。図３は図２に示す超電導回転電機の回転継手の構造を簡略化して示す模式図である。なお、図２及び図３に示す回転継手１００は、超電導回転電機１０の回転子１６のロータシャフト２０ａの径が冷媒給排装置２００の回転体２２０の径よりも大きい場合の構成例である。さらに、図２及び図３に示す回転継手１００は、後述の第１の環状フランジ１０２に対してロータシャフト２０ａが同軸状に接続され、後述の第３の環状フランジ１０６に対して回転体２２０が同軸状に接続される場合の構成例である。
【００３３】
回転継手１００は、一端（１０１）がロータシャフト２０ａに同軸状に接続される円筒状の第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）と、中央部に開口を有し、一方の主面において回転体２００に同軸状に接続される中空円板状の第２の連結部材（１０５）と、第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）の他端の外周部に周方向に間隔を置いて設けられた複数の第１の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）と、第２の連結部材の他方の主面の外周部に第１の連結部材の複数の第１の嵌合部と第１の連結部材の軸方向においてそれぞれ嵌合するように周方向に間隔を置いて設けられた複数の第２の嵌合部（１０６）と、第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）の内部空間に同心状に配置された円筒状で且つ蛇腹状のベローズ１０４と、を備えている。ここで、「第２の嵌合部が第１の嵌合部と第１の連結部材の軸方向において嵌合する」とは、第１の嵌合部と第２の嵌合部とが第１の連結部材の軸方向に相対的に移動することによって、嵌合し又は嵌合しなくなることを意味する。
【００３４】
そして、第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）と第２の連結部材（１０５）とが同軸状に配置されている。また、第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）の複数の第１の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）と第２の連結部材（１０５）の複数の第２の嵌合部（１０６）とがそれぞれ嵌合している。また、べローズ１０４の一端が第１の連結部材１５１（１０１、１０２、１０３）に気密に接続され、且つべローズ１０４の他端が第２の連結部材（１０５）に気密に接続され、且つ少なくとも、第１の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）又は第２の嵌合部（１０６）の嵌合部位（１０７ｄ）が弾性体で構成されている。以下、これらの具体的構成を例示する。
【００３５】
第１の連結部材１５１は、例えば、薄肉の円筒部材１０１と、一方の主面に円筒部材１０１の一端が接続され、且つ他方の主面にロータシャフト２０ａが締結される第１の環状フランジ１０２と、円筒部材１０１の他端に接続された第２の環状フランジ１０３と、を備えている。第２の連結部材は、例えば、他方の面に回転体２００が締結される第３の環状フランジ１０５である。第１の嵌合部は、継手ボルト１０７の頭部１０７ａ及びブッシュ１０７ｄである。第２の嵌合部は、第１のボルト孔１０６（嵌合孔）である。
【００３６】
円筒部材１０１は、ここでは、回転子１６のロータシャフト２０ａの連れ回りトルクを、冷媒給排装置２００の回転体２２０に伝達するための部材である。したがって、円筒部材１０１は、軽量化や高トルク伝達性が達成できるように金属やプラスチック（例えばＦＲＰ（Fiber Reinforced Plastics））等を加工形成して実現される。
【００３７】
第１の環状フランジ１０２は、例えばＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６等のステンレス鋼を加工形成して実現される。具体的には、第１の環状フランジ１０２の径方向外側には、ロータシャフト２０ａの一端に連結された環状のシャフトフランジ２１の径方向外側に加工形成された複数のボルト孔２１１それぞれと互いに対向するように、複数のボルト孔１１１が周方向に所定の間隔で加工形成されている。つまり、第１の環状フランジ１０２の複数のボルト孔１１１とシャフトフランジ２１の複数のボルト孔１１１とがそれぞれ対向するように、第１の環状フランジ１０２のロータシャフト２０ａ側の一方の主面とシャフトフランジ２１の回転継手１００側の一方の主面とを互いに当接させる。そして、シャフトフランジ２１の回転継手１００側の他方の主面のボルト孔２１１から挿入されたボルト（図示せず）が第１の環状フランジ１０２のボルト孔１１１にも挿入される。そして、第１の環状フランジ１０２の冷媒給排装置２００側の他方の主面において、ボルト孔１１１を貫通して突出した該ボルトの軸部に対しナット（図示せず）を螺合させることで、第１の環状フランジ１０２とシャフトフランジ２１とを締結させている。
【００３８】
また、第１の環状フランジ１０２のロータシャフト２０ａ側の一方の主面の中央部（ボルト孔１１１よりも径方向内側、且つ後述の第１のシールリング１１３よりも径方向外側にある部位）には、ロータシャフト２０ａのシャフトフランジ２１の凸状の内縁部と嵌合させる凹状の環状溝１２０が加工形成されている。
【００３９】
また、第１の環状フランジ１０２の円筒部材１０１側の他方の主面の径方向内側には、円筒部材１０１の一方の端縁を嵌合（溶着）させる凹状の環状溝１２１が加工形成されている。また、第１の環状フランジ１０２の径方向内側面には、べローズ１０４の軸方向一端側が連結（溶着）された第１のシールリング１１３が連結（溶着）されている。なお、第１のシールリング１１３の径はべローズ１０４の径と略等しい。また、第１のシールリング１１３の厚みは、第１の環状フランジ１０２の厚みから環状溝１２１の深さを減じた厚みと略等しくなるように加工形成されている。
【００４０】
第２の環状フランジ１０３は、第１の環状フランジ１０２と同様に、例えばＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６等のステンレス鋼を加工形成して実現される。具体的には、第２の環状フランジ１０３の径方向外側には、複数の第２のボルト孔１０９が周方向に所定の間隔で加工形成されている。
【００４１】
べローズ１０４は、伸縮性、気密性、バネ性（曲げ特性）を兼ね備えた蛇腹状の金属製伸縮管であり、例えば溶接べローズ、成形べローズ、又はフレキシブルチューブとして実現される。溶接べローズは、例えばＳＵＳ３１６ＬやＡＭ３５０などのステンレス鋼、ＨＣ−２２などの高ニッケル系合金、又はチタンなどを材料とする複数の薄肉金属板を、それらの内径と外径とを交互に溶接しながら繋ぎ合せて作製されるべローズである。成形べローズは、例えばＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼、ＨＣ−２２などの高ニッケル系合金、Ａ３００４、Ａ５０５２などのアルミニウム合金、又はチタンなどを材料としロール成形法や液圧成形法等を利用して作製されるべローズである。フレキシブルチューブは、例えばＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌなどのステンレス鋼を材料とする薄いパイプの外表面を波付加工し、外装としてステンレスのワイヤーを編み込んで作製されるべローズである。さらに、べローズ１０４の内部空間は真空引きにより真空領域５２とされ、且つ円筒部材１０１とべローズ１０４との間の空間は大気領域とされる。このため、べローズ１０４は、大気圧による荷重に対して耐える強度を具備しておく必要があり、例えば溶接べローズを採用することができる。
【００４２】
第３の環状フランジ１０５は、第１の環状フランジ１０２及び第２の環状フランジ１０３と同様に、例えばＳＵＳ３０４ＬやＳＵＳ３１６等のステンレス鋼を加工形成して実現される。具体的には、第３の環状フランジ１０５の径方向外側には、第２の環状フランジ１０３の複数の第２のボルト孔１０９それぞれと互いに対向するように、複数の第１のボルト孔１０６が周方向に所定の間隔で加工形成されている。また、第３の環状フランジ１０５の径方向内側には、冷媒給排装置２００の回転体２２０をボルト締結するための複数のボルト孔１３０が周方向に所定の間隔で加工形成されている。なお、第３の環状フランジ１０５の冷媒給排装置２００側の他方の主面において、冷媒給排装置２００の回転体２２０を嵌合させる凹状の溝が形成されている。さらに、第３の環状フランジ１０５の回転継手１００側の一方の主面において、径方向で第１のボルト孔１０６とボルト孔１３０との中間に位置した箇所には、べローズ１０４の軸方向他端側が連結（溶着）された第２のシールリング１１５が連結（溶着）されている。第２のシールリング１１５の径はべローズ１０１の径と略等しい。
【００４３】
継手ボルト１０７は、頭部１０７ａと、基軸部１０７ｂと、軸先端部１０７ｃと、首部１０７ｄとから成る。頭部１０７ａは、第３の環状フランジ１０５の第１のボルト孔１０６に収容される部位であり、その径は第３の環状フランジ１０５の第１のボルト孔１０６の孔径よりも小さくされる。また、頭部１０７ａの径方向外側の表面には、弾性体の緩衝材である筒状のブッシュが連結されている。弾性体のブッシュは、例えばゴムブッシュ（rubber bush）である。基軸部１０７ｂは、第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９に嵌合される部位であり、その径は第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９の孔径と略等しくされる。軸先端部１０７ｃは、その外表面にネジ刻みが形成されており、継手ナット１０８が螺合される部位である。首部１０７ｄは、継手ボルト１０７の頭部１０７ａと基軸部１０７ｂとの間に形成される部位であり、その径は頭部１０７ａの径よりも小さく且つ基軸部１０７ｂの径よりも大きくされる。
【００４４】
第２の環状フランジ１０３と第３の環状フランジ１０５とは継手ボルト１０７及び継手ナット１０８によりつぎのように締結される。具体的には、第２の環状フランジ１０３の複数の第２のボルト孔１０９と第３の環状フランジ１０５の複数の第１のボルト孔１０６とがそれぞれ対向するように、第２の環状フランジ１０３の冷媒給排装置２００側の一方の主面と第３の環状フランジ１０５の回転継手１００側の一方の主面とを互いに当接させる。そして、第３の環状フランジ１０５の冷媒給排装置２００側の他方の主面の第１のボルト孔１０６から挿入された継手ボルト１０７が、第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９にも挿入される。この状態において、継手ボルト１０７の首部１０７ｄが第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９の外周側にある座面と当接し、継手ボルト１０７の頭部１０７ａが第３の環状フランジ１０５の第１のボルト孔１０６に隙間を有して収容される。また、継手ボルト１０７の基軸部１０７ｂは第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９に嵌合される。さらに、継手ボルト１０７の軸先端部１０７ｃは第２の環状フランジ１０３の第２のボルト孔１０９を貫通して突出されている。そして、第２の環状フランジ１０３のロータシャフト２０ａ側の他方の主面において、第２のボルト孔１０９を貫通して突出した継手ボルト１０７の軸先端部１０７ｃに対し継手ナット１０８を螺合させる。これにより、継手ボルト１０７が第２の環状フランジ１０３に締結され、且つ第２の環状フランジ１０３と第３の環状フランジ１０５とが嵌合により連結される。
【００４５】
以上のように、回転継手１００は、円筒部材１０１の軸方向両端は第１の環状フランジ１０２及び第２の環状フランジ１０３と連結され、べローズ１０４の軸方向両端は第１の環状フランジ１０２の第１のシールリング１１３と第３の環状フランジ１０５の第２のシールリング１１５と連結され、第２の環状フランジ１０３と第３の環状フランジ１０５とが継手ボルト１０７の頭部１０７及びブッシュ１０７ｄとにより嵌合状態で連結されている。従って、ロータシャフト２０ａと回転体２２０との間で、円筒部材１０１とべローズ１０４とが並列に接続され、且つ円筒部材１０１と継手ボルト１０７とが直列に接続された構造となっている。
【００４６】
そして、回転継手１００は、第１の環状フランジ１０２にロータシャフト２０ａのシャフトフランジ２１がボルト締結されるとともに、第３の環状フランジ１０５に冷媒給排装置２００の回転体２２０がボルト締結されることで、回転子１６のロータシャフト２０ａと冷媒給排装置２００の回転体２２０とを連結させている。また、図３に示すように、回転体２２０からロータシャフト２０ａに向かう冷媒供給管１１０ａ及びロータシャフト２０ａから回転体２２０へと向かう冷媒回収管１１０ｂが、第３の環状フランジ１０５の両端の開口部１１４ａ、１１４ｂ及びべローズ１０４の両端の開口部１１２ａ、１１２ｂをそれぞれ通過するように配置される。
【００４７】
そして、超電導回転電機１０の回転子１６内の真空断熱と対応するように、回転継手１００における第１の環状フランジ１０２の第１のシールリング１１３、べローズ１０４、第３の環状フランジ１０５の第２のシールリング１１５、及び第３の環状フランジ１０５の内壁で密閉された空間は、真空領域５２とされる。なお、円筒部材１０１とべローズ１０４との間の空間は大気領域である。べローズ１０４は、前述のとおり大気圧による荷重に対して耐える強度を備えた金属製のべローズなので、ロータシャフト２０ａの減圧空間と回転体２００の回転軸の減圧空間とをベローズ１０４の内部空間（真空領域５２）を介して連通することができる。
【００４８】
また、超電導回転電機１０の回転子１６が回転運動すると、回転継手１００は回転子１６のロータシャフト２０ａの連れ回りトルクを冷媒給排装置２００の回転体２２０に伝達する必要がある。この連れ回りトルクの伝達の主な役割を果たすのが、軸方向一端側に第１の環状フランジ１０２が連結され且つ軸方向他端側に第２の環状フランジ１０３が連結された円筒部材１０１と、第２の環状フランジ１０３の継手ボルト１０７と嵌合して連結された第３の環状フランジ１０５と、である。一方、べローズ１０４はロータシャフト２０ａから回転体２２０への連れ回りトルクの伝達に直接的には寄与していない。したがって、円筒部材１０１の第２の環状フランジ１０３の第１の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）と第３の環状フランジ１０５の第２の嵌合部（１０６）との間で、ロータシャフト２０ａ及び回転体２０ａのうちの一方の回転に伴う連れ回りトルクが他方に伝達される。また、べローズ１０４は連れ回りトルクの伝達に直接関与していないので、べローズ１０４による真空領域５２の保持に与える影響を抑制することができる。
【００４９】
また、超電導回転電機１０の回転子１６が回転運動すると、ロータシャフト２０ａ又は回転体２００の振動が生じ得るが、また、第２の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）の嵌合部位１０７ｄが弾性体で構成されているので、連れ回りトルクの伝達時において、ロータシャフト２０ａ及び回転体２００のうちの一方の振動が継手ボルト１０７の頭部１０７ａの弾性体のブッシュ１０７ｄにより緩衝（吸収）されて、他方に伝達される。さらに、第１のボルト孔１０６は、継手ボルト１０７の頭部１０７ａ及びブッシュ１０７ｄの径よりも大きく、第１のボルト孔１０６に対して継手ボルト１０７の頭部１０７ａ及びブッシュ１０７ｄが隙間を有して嵌合されている。この隙間によってもロータシャフト２０ａ及び回転体２００のうちの一方の振動を緩衝（吸収）することができる。つまり、回転継手１００は、たわみ軸継手として機能することができる。
【００５０】
また、ベローズ１０４が蛇腹状であるので、ベローズ１０４を介した振動が緩衝（吸収）されて伝達される。さらに、第１の嵌合部（１０７ａ、１０７ｄ）と第２の嵌合部（１６）とが弾性体であるブッシュ（１０７ｄ）を介して嵌合され、且つベローズ１０４が蛇腹状であるので、ロータシャフト２０ａと回転体２００とのミスアライメントが吸収される。
【００５１】
［変形例］
前述の実施の形態の説明では、第１の環状フランジ１０２に超電導回転電機１０の回転子１６のロータシャフト２０ａが締結され、且つ第３の環状フランジ１０５に冷媒給排装置２００の回転体２２０が締結されているが、第１の環状フランジ１０２に冷媒給排装置２００の回転体２２０が締結され、第３の環状フランジ１０５に超電導回転電機１０の回転子１６のロータシャフト２０ａが締結されてもよい。
【００５２】
また、前述の実施の形態の説明では、ロータシャフト２０ａの径が回転体２００の径よりも大きい場合としているが、これに限られない。例えば、ロータシャフト２０ａの径が回転体２００の径と等しくてもよいし、ロータシャフト２０ａの径が回転体２００の径よりも小さくてもよい。したがって、第１の環状フランジ１０２の径はロータシャフト２０ａ（又は回転体２００）の径に応じて定められ、第２の環状フランジ１０３及び第３の環状フランジ１０５の径は回転体２００（又はロータシャフト２０ａ）の径に応じて定められる。同様に、第１の環状フランジ１０２におけるボルト孔１１１の位置や、第３の環状フランジ１０５における第１のボルト孔１０６及び第２の環状フランジ１０３における第２のボルト孔の位置についても、ロータシャフト２０ａ及び回転体２００の径に応じて定められる。
【００５３】
また、前述の実施の形態の説明では、継手ボルト１０７の頭部１０７ａの外周面に弾性体のブッシュが接合されているが、頭部１０７ａ全体が弾性体のブッシュであってもよい。また、継手ボルト１０７の頭部１０７ａが嵌合する第１のボルト孔１０６の内周面が弾性体で被覆されてもよい。また、継手ボルト１０７の基軸部１０７ｂの外周面に弾性体のブッシュが接合されてもよいし、基軸部１０７ｂ全体が弾性体であってもよいし、第２のボルト孔１０９の内周面に弾性体が連結（溶着）されてもよい。
【００５４】
また、第２の環状フランジ１０３に第１のボルト孔１０６が設けられ、第３の環状フランジ１０５に継手ボルト１０７及び継手ナット１０８が設けられてもよい。
【００５５】
また、第１のボルト孔１０６は、冷媒給排装置２００側が閉鎖されていてもよい。
【００５６】
また、第１の連結体１５１は筒状であればよく、また、一体物でもよく、適宜な複数の部材で構成されていてもよい。
【００５７】
また、第１の嵌合部と第２の嵌合部とは、第１の連結部材の軸方向から嵌合する形態であれば、特に限定されない。例えば、第１の嵌合部が第３の環状フランジ１０５又は第２の環所フランジ１０３に一体的に形成された凸部であり、第２の嵌合部が第２の環状フランジ１０３又は第３の環状フランジ１０５に一体的に形成された凹部であってもよい。
【００５８】
以上のような変形例であっても、超電導回転電機１０の回転子１６のロータシャフト２０ａと冷媒給排装置２００の回転体２２０とを連結する回転継手１００であって、真空領域５２の真空状態を保持する機能（真空保持機能）とロータシャフト２０ａの振動を吸収する機能（振動吸収機能）とを兼ね備えた回転継手１００を提供することができる。
【００５９】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、超電導回転電機の回転子の冷却システム等に用いられる回転継手として有用である。
【符号の説明】
【００６１】
１０…超電導回転電機
１６…回転子
１８…固定子
２０ａ、２０ｂ…ロータシャフト
２１…シャフトフランジ
２１１…ボルト孔
２２…ロータコア
２３…低温ダンパ
２４…常温ダンパ
２５…巻線取付軸
２６…トルクチューブ
２８…超電導巻線
５０、５１…減圧空間
５２…真空領域
１００…回転継手
１０１…円筒部材
１０２…第１の環状フランジ
１０３…第２の環状フランジ
１０４…べローズ
１０５…第３の環状フランジ
１０６…第１のボルト孔
１０７…継手ボルト
１０７ａ…頭部
１０７ｂ…基軸部
１０７ｃ…軸先端部
１０７ｄ…首部
１０８…継手ナット
１０９…第２のボルト孔
１１０ａ…冷媒供給管
１１０ｂ…冷媒回収管
１１０ｃ…冷媒分岐管
１１０ｄ…冷媒分岐管
１１０ｅ…分岐継手
１１０ｆ…合流継手
１１１…ボルト孔
１１２ａ、１１２ｂ…開口部
１１３…第１のシールリング
１１４ａ、１１４ｂ…開口部
１１５…第２のシールリング
１２０、１２１…環状溝
１３０…ボルト孔
１４０…中心軸
１５１…第１の連結部材
２００…冷媒給排装置
２１０…固定体
２２０…回転体
２３０…軸受
３００…冷凍機
【図１】
2014031825.tif 000003
【図２】
2014031825.tif 000004
【図３】
2014031825.tif 000005