(57)【要約】【課題】移動体に搭載されたときに、当該移動体の電池の消耗を抑制しつつ冷却機構を動作させておくことが可能な超電導機器を提供する。【解決手段】超電導機器は、超電導モータ部に含まれる超電導コイルと、冷却機構と、複数の端子部４３、４７と、スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）とを備える。冷却機構は、超電導モータ部に含まれる超電導コイルを冷却する。複数の端子部４３、４７は、冷却機構を動作させるための電力を冷却機構へ供給する。スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）は、冷却機構へ電力を供給する複数の端子部４３、４７を切り替える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルを冷却する冷却機構と、
前記冷却機構を動作させるための電力を前記冷却機構へ供給する、複数の端子部と、
前記冷却機構へ電力を供給する複数の前記端子部を切り替えるスイッチング部とを備える、超電導機器。
【請求項２】
前記スイッチング部を制御するための内部制御部をさらに備える、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項３】
前記スイッチング部は、前記超電導機器に接続された外部制御部により制御される、請求項１に記載の超電導機器。
【請求項４】
複数の前記端子部のうち、交流電源に接続される端子部に電力が供給された場合には前記交流電源に接続された前記端子部から優先的に前記冷却機構へ電力が供給される、請求項１〜３のいずれか１項に記載の超電導機器。
【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、超電導コイルおよび当該超電導コイルを冷却する冷却機構を備える超電導機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、超電導コイルと当該超電導コイルを冷却する冷却機構を備える超電導機器が知られている（たとえば、特開２０１０−２７９１８９号公報参照）。特開２０１０−２７９１８９号公報では、超電導コイルを用いた超電導モータを備える超電導機器において、当該超電導モータに給電される電流量が増加するときに、冷却機構を構成する冷凍機の冷凍出力を高める操作を行なうことにより、超電導コイルの耐久性を高めている。また、当該特開２０１０−２７９１８９号公報では、超電導機器を車両などの移動体に搭載することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７９１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特開２０１０−２７９１８９号公報では、冷凍機を動作させるための電力の供給方法について具体的な開示はなされていない。そして、上記のような超電導機器を移動体に搭載した場合、移動体が停止したときに冷却機構の動作も停止してしまうと、超電導コイルの温度が上昇し、超電導コイルを超電導状態にしておくことができない。この場合、移動体を動かすために超電導機器を動作させるためには、まず超電導コイルを所定の温度まで冷却する時間が必要になり、結果的に移動体を必要に応じてすぐに動かすということが難しくなり、移動体の運用を考えると問題がある。つまり、移動体の実際の運用を考えると、超電導コイルを常時冷却しておくことで、超電導機器を常時使用可能な状態に維持する必要がある。
【０００５】
こためには、移動体の移動中に限らず、移動体が所定の場所に停止しているときにも冷却機構を動作させておく必要がある。このとき、冷却機構のエネルギー源（電源）として移動体に内蔵された電池（たとえば超電導モータや他の移動体の機器を駆動するための電池）を利用することが考えられる。
【０００６】
しかし、冷却機構の電源として移動体に内蔵された電池を利用すると、移動体の停止中も冷却機構を動かし続けるために電池が消耗してしまうという問題があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、移動体に搭載されたときに、当該移動体の電池の消耗を抑制しつつ冷却機構を動作させておく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】
【０００８】
この発明に従った超電導機器は、超電導コイルと、冷却機構と、複数の端子部と、スイッチング部とを備える。冷却機構は、超電導コイルを冷却する。複数の端子部は、冷却機構を動作させるための電力を当該冷却機構へ供給する。スイッチング部は、冷却機構へ電力を供給する複数の端子部を切り替える。
【０００９】
このようにすれば、超電導機器の冷却機構に電力を供給する端子部を、それぞれ異なる電源に接続することができる。たとえば、上記超電導機器を移動体に搭載する場合、複数の端子部のうちの１つの端子部を移動体に内蔵された電池に接続し、他の端子部を移動体の外部に配置された外部電源に接続するようにしてもよい。この場合、移動体が停止した場合には外部電源に接続された他の端子部から冷却機構へ電力を供給するように、スイッチング部によって複数の端子部を切り替えることができる。この結果、移動体が停止中に、超電導機器の冷却機構の動作を維持する一方、移動体に内蔵された電池が冷却機構への電力供給により消耗することを抑制できる。したがって、超電導機器が搭載された装置（たとえば移動体）の内蔵電池の消耗を抑制しながら、超電導機器をすぐに使用できる状態を維持できる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、移動体に搭載されたときに、当該移動体の電池の消耗を抑制しつつ冷却機構を動作させておくことが可能な超電導機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明による超電導機器を搭載した移動体の構成図である。
【図２】図１に示した超電導機器の部分構成図である。
【図３】図１に示した超電導機器の冷却機構に関する制御を説明するためのフローチャートである。
【図４】図１に示した超電導機器の変形例を示す部分構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
図１および図２を参照して、本発明による超電導機器の実施の形態および当該超電導機器を搭載した移動体の構成を説明する。
【００１４】
図１を参照して、本発明に従った移動体１は、駆動部２と、超電導機器１０と、電池２０と、充電部２１と、外部制御部３とを備える。駆動部２は、移動体１を移動させるための車輪などの走行装置を含む。また、超電導機器１０は、動力を発生させる超電導モータ部１１、超電導モータ部１１に含まれる超電導コイルを冷却するための冷却システム部１３、超電導モータ部１１を駆動させるための電流を当該超電導モータ部１１に供給するための駆動インバータ１２、冷却システム部１３に電流を供給するための冷却システム電源部１４を含む。超電導モータ部１１は、超電導コイルを含む任意の構成の超電導モータを適用できる。たとえば、超電導モータ部１１として、超電導コイルをステータコイルとして用いた超電導モータを使用できる。また、駆動インバータ１２は、電池２０と接続され、当該電池２０からの電流（直流電流）が入力されて、超電導モータ部１１に必要な電流（たとえば交流電流）を供給する。
【００１５】
また、冷却システム部１３は、超電導モータ部１１に含まれる超電導コイルを冷却する任意の構成の冷却装置を含む。たとえば冷却システム部１３は、超電導コイルを直接的に冷却する冷凍機、あるいは超電導コイルを冷却するための冷媒を冷却する冷凍機を含むことができる。さらに、冷却システム部１３は、これらの冷凍機を動作させるための補助機器、冷凍機を制御するための冷凍機コントローラなどを含んでいてもよい。
【００１６】
また、冷却システム電源部１４は、外部電源３０および電池２０の両方と接続可能になっており、これら外部電源３０および電池２０の両方から電力を供給される。また、冷却システム電源部１４は、冷却システム部１３に供給する電力の供給源として、これらの電池２０からの電力と外部電源３０からの電力とを任意に切り替えることが可能である。なお、このような電池２０と外部電源３０との切り替えの詳細については後述する。
【００１７】
また、電池２０は超電導機器１０の駆動インバータ１２および冷却システム電源部１４に接続され、それぞれに電力を供給可能である。電池２０は充電部２１と接続されている。充電部２１は、外部の電源（図示せず）と接続されて電池２０を充電する。
【００１８】
外部制御部３は、超電導機器１０、電池２０、および充電部２１に接続され、これらの機器の制御を行なう。なお、外部制御部３は、移動体１の本体に関する制御情報や超電導機器１０に含まれる超電導モータや冷却システムに関する情報が入力され、また、移動体１に含まれる機器を制御するものである。たとえば移動体１が自動車の場合には、システムＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）などが外部制御部３に対応する。
【００１９】
移動体１に含まれる超電導機器１０は、上述のように冷却システム部１３の電源として外部電源３０と電池２０との両方からの電力を切り替えて利用することができるように、図２に示すような構成の冷却システム電源部１４を備えている。具体的には、図２を参照して、冷却システム電源部１４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８と、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ４８と第１リレー４２を介して導電線５５により接続された電池２０（図１参照）用の端子部４３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８と第２リレー４４およびＡＣ／ＤＣコンバータ４５を介して導電線５６により接続された外部電源３０（図１参照）用の端子部４７とを備える。端子部４３には電池２０（図１参照）が接続される。端子部４７には、外部電源３０（図１参照）が接続される。端子部４７とＡＣ／ＤＣコンバータ４５との間には電圧計４６が配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４８は導電線４９を介して冷却システム部１３（図１参照）の冷凍機コントローラ（図示せず）に接続され、当該冷凍機コントローラを介して冷却システム部１３に電力を供給する。
【００２０】
冷却システム電源部１４の第１リレー４２は、端子部４３とＤＣ／ＤＣコンバータ４８との電気的接続のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのスイッチング部である。また、第２リレー４４は、端子部４７とＤＣ／ＤＣコンバータ４８との電気的接続のＯＮ／ＯＦＦを切り替えるためのスイッチング部である。電圧計４６は、後述するように端子部４３、４７の切り替え制御に利用される。これらの第１リレー４２および第２リレー４４は、それぞれ導電線５２、５３を介して外部制御部３に接続されている。
【００２１】
図１および図２に示した移動体１では、移動体１が移動中であれば、冷却システム電源部１４では端子部４３に接続された電池２０（図１参照）からの電力を冷却システム部１３へ基本的に供給する。一方、移動体１が停止中であれば、端子部４３、４７への電池２０または外部電源３０の接続状況などを考慮して、端子部４３、４７のいずれかからの電力が冷却システム部１３へ供給される。このような電力の供給源の切り替えは、外部制御部３において、移動体１の各構成部材から入力される情報である車両情報や超電導モータ情報、および冷凍機情報、さらに端子部４７における外部電源３０の接続状態についての情報に基づき総合的に判断され、第１リレー４２および第２リレー４４のＯＮ／ＯＦＦが制御されることにより実施される。
【００２２】
次に、図１および図２に示した移動体１における上記外部制御部３により実施される、超電導機器１０の制御方法について説明する。
【００２３】
図３を参照して、当該超電導機器１０（図１参照）の制御方法は、冷却システム電源部１４（図２参照）の制御方法であって、まず冷却システム電源部（以下、冷凍機電源ユニットとも呼ぶ）がＯＮされる工程（Ｓ１０）を実施する。当該工程（Ｓ１０）では、たとえば外部制御部３に対して冷却システム電源部１４の動作（ＯＮ）を指示する信号が入力され、外部制御部３にて冷却システム電源部１４を動作させるように判断されていてもよい。
【００２４】
次に、制御が継続されるかどうかを判断する工程（Ｓ２０）が実施される。具体的には、工程（Ｓ２０）では、外部制御部３にて冷却システム電源部１４を動作させるという判断が維持されているかどうかを確認する。そして、工程（Ｓ２０）においてＮＯと判断されると、工程（Ｓ７０）に制御が進み、第１リレー４２および第２リレー４４がともにＯＦＦにされる。この結果、冷却システム電源部がＯＦＦされる工程（Ｓ８０）が実施され、制御は終了する。一方、工程（Ｓ２０）においてＹＥＳ（冷却システム電源部１４の動作を継続させる）と判断されると、工程（Ｓ３０）に制御が進み、第１リレー４２がＯＮされる一方、第２リレー４４がＯＦＦされる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８には、導電線５５、第１リレー４２、端子部４３を介して電池２０が接続される。電池２０からはたとえば直流電流がＤＣ／ＤＣコンバータ４８に供給される。
【００２５】
次に、工程（Ｓ４０）に制御が進み、当該工程（Ｓ４０）では電圧計４６で検出される電圧Ｖが規定値より大きいかどうかが判断される。なお、端子部４７に外部電源３０が接続されていると、電圧計４６は規定値以上の電圧を検出する。そのため、工程（Ｓ４０）では、電圧Ｖの値によって外部電源３０が端子部４７に接続されているかどうかを判別できる。この工程（Ｓ４０）においてＮＯと判断された場合、再び工程（Ｓ２０）〜工程（Ｓ４０）が繰り返される。一方、工程（Ｓ４０）においてＹＥＳと判断されると、制御は工程（Ｓ５０）に進む。
【００２６】
工程（Ｓ５０）では、第１リレー４２がＯＦＦされる一方、第２リレー４４がＯＮされる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ４８には、導電線５６、第２リレー４４、ＡＣ／ＤＣコンバータ４５、端子部４７を介して外部電源３０が接続される。外部電源３０からはたとえば交流電流がＡＣ／ＤＣコンバータ４５に供給され、当該交流電流が直流電流に変換された後、当該直流電流がＡＣ／ＤＣコンバータ４５からＤＣ／ＤＣコンバータ４８に供給される。
【００２７】
次に、制御が継続されるかどうかを判断する工程（Ｓ６０）が実施される。具体的には、工程（Ｓ６０）では、上述した工程（Ｓ２０）と同様に、外部制御部３にて冷却システム電源部１４を動作させるという判断が維持されているかどうかを確認する。そして、工程（Ｓ６０）においてＮＯと判断されると、工程（Ｓ７０）に制御が進み、第１リレー４２および第２リレー４４がともにＯＦＦにされる。この結果、冷却システム電源部がＯＦＦされる工程（Ｓ８０）が実施され、制御は終了する。一方、工程（Ｓ６０）においてＹＥＳ（冷却システム電源部１４の動作を継続させる）と判断されると、工程（Ｓ４０）以下の工程が再度実施される。
【００２８】
このようにして、図１および図２に示した移動体１における超電導機器１０では、外部電源３０が端子部４７に接続されたときには当該外部電源３０を電池２０よりも優先して使用する。この結果、移動体１が駐車された状態、あるいは待機位置などに停止した状態で、移動体１に外部電源３０が接続された状態となった場合には、内蔵された電池２０ではなく外部電源３０を優先的に利用して冷却システム部１３を動作させるので、電池２０の消耗を抑制しながら、超電導機器１０における超電導モータ部１１の超電導コイルを充分冷却された状態に維持することができる。
【００２９】
図４を参照して、図１および図２に示した移動体１の変形例を説明する。図４は図２に対応し、移動体１の変形例に搭載される超電導機器の冷却システム電源部１４の構成を示している。
【００３０】
図４を参照して、本発明による移動体１の変形例は基本的には図１および図２に示した移動体１と同様の構成を備えるが、超電導機器１０（図１参照）を構成する冷却システム電源部１４の構成が図２に示した冷却システム電源部１４の構成と異なっている。具体的には、図４に示した冷却システム電源部１４では、冷却システム電源部１４において端子部４３、４７とＤＣ／ＤＣコンバータ４８との接続状態を切り替える制御（図３に示した制御）を行なう内部制御部４（たとえば冷却システムＥＣＵ）が設置されている。つまり、図４に示した冷却システム電源部１４を備える超電導機器１０（図１参照）では、外部制御部３ではなく内部制御部４において図３に示した制御を実施する。
【００３１】
内部制御部４には、冷凍機情報が他の機器から入力される。また、内部制御部４は外部制御部３と導電線５７により接続されている。外部制御部３には、車両情報や超電導モータの情報が移動体１の他の機器から入力される。内部制御部４には、当該外部制御部３から上記接続状態を切り替える制御に必要な情報が導電線５７を介して入力される。また、内部制御部４は第１リレー４２と導電線５２により接続される。また、内部制御部４は第２リレー４４と導電線５３により接続される。
【００３２】
内部制御部４において図３に示した制御を実施することにより、図１および図２に示した移動体１と同様に、冷却システム電源部１４において外部電源３０と電池２０とを電源として切り替えて利用することができる。この結果、図１および図２に示した移動体１および超電導機器１０と同様の効果を得ることができる。
【００３３】
ここで、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。
【００３４】
この発明に従った超電導機器１０は、超電導モータ部１１に含まれる超電導コイルと、冷却機構（冷却システム部１３）と、複数の端子部４３、４７と、スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）とを備える。冷却機構（冷却システム部１３）は、超電導モータ部１１に含まれる超電導コイルを冷却する。複数の端子部４３、４７は、冷却機構（冷却システム部１３）を動作させるための電力を冷却機構（冷却システム部１３）へ供給する。スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）は、冷却機構（冷却システム部１３）へ電力を供給する複数の端子部４３、４７を切り替える。
【００３５】
このようにすれば、超電導機器１０の冷却システム部１３に電力を供給する端子部４３、４７を、それぞれ異なる電源（電池２０および外部電源３０）に接続することができる。たとえば、上記超電導機器１０を移動体１に搭載する場合、複数の端子部４３、４７のうちの１つの端子部４３を移動体１に内蔵された電池２０に接続し、他の端子部４７を移動体１の外部に配置された外部電源３０に接続するようにしてもよい。この場合、移動体１が停止した場合（たとえば駐車場に停車した場合や待機位置に停止した場合）には外部電源３０に接続された他の端子部４７から冷却システム部１３へ電力を供給するように、スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）によって複数の端子部４３、４７を切り替えることができる。この結果、移動体１が停止中に、超電導機器１０の冷却システム部１３の動作を維持する一方、移動体１に内蔵された電池２０が冷却システム部１３への電力供給により消耗することを抑制できる。したがって、超電導機器１０が搭載された装置（たとえば移動体１）の電池２０の消耗を抑制しながら、超電導機器１０をすぐに使用できる状態（たとえば超電導機器１０が移動体の移動のための駆動部となっている場合には、移動体１をすぐに移動させることが可能な状態）を維持できる。
【００３６】
上記超電導機器１０は、図４に示すように、スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）を制御するための内部制御部４をさらに備えていてもよい。この場合、超電導機器１０の内部に配置された内部制御部４によりスイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）を制御して複数の端子部４３、４７を切り替えることができる。そのため、超電導機器１０を搭載する装置（たとえば移動体１）側において、当該端子部４３、４７を切り替えるための特別な制御部を準備する必要がない。
【００３７】
上記超電導機器１０において、図２に示すように、スイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）は、超電導機器１０に接続された外部制御部３により制御されてもよい。この場合、超電導機器１０の外部に位置する外部制御部３によりスイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）を制御して複数の端子部４３、４７を切り替えることができる。そのため、超電導機器１０側にスイッチング部（第１リレー４２、第２リレー４４）を制御するための内部制御部４（図４参照）を配置する必要がないため、超電導機器１０の構成を上記内部制御部４が配置される場合より簡略化できる。
【００３８】
上記超電導機器１０において、図３に示した制御方法で説明したように、複数の端子部４３、４７のうち、交流電源に接続される端子部４７に電力が供給された場合には、当該交流電源に接続された端子部４７から優先的に冷却システム部１３へ電力が供給されてもよい。この場合、家庭用コンセントといった交流電源に端子部４７が接続されたときに、当該交流電源に接続された端子部４７からの電力を優先的に冷却システム部１３へ供給できる。そのため、超電導機器１０の端子部４７が外部の交流電源（外部電源３０）に接続されたときには、冷却システム部１３の電源として確実に当該交流電源を利用することができる。したがって、超電導機器１０が移動体１などに搭載された場合に、当該移動体１が停止して外部電源３０（交流電源）と端子部４７とが接続された状態になれば、移動体１に内蔵される電池２０（直流電源）が冷却システム部１３用の電源として消費されることを防止できる。
【００３９】
なお、上記移動体１の例としては、移動可能な機械であれば自動車や自走式の建設機械といった任意の形態の車両、あるいは機関車、さらには可搬式の産業用機械などが挙げられる。
【００４０】
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】
【００４１】
本発明は、超電導コイルを含む超電導機器を搭載した、移動体あるいは搬送可能な産業用機械などに特に有利に適用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  移動体、２  駆動部、３  外部制御部、４  内部制御部、１０  超電導機器、１１  超電導モータ部、１２  駆動インバータ、１３  冷却システム部、１４  冷却システム電源部、２０  電池、２１  充電部、３０  外部電源、４２  第１リレー、４３，４７  端子部、４４  第２リレー、４５  ＡＣ／ＤＣコンバータ、４６  電圧計、４８  ＤＣ／ＤＣコンバータ、４９，５２，５３，５５，５６，５７  導電線。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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