(57)【要約】【課題】  超伝導ワイヤーのＡＣロスが小さく、出力効率の優れた超伝導回転機を提供する。【解決手段】  環状を為すコア部材８０と、超伝導材料によって形成されたテープ状の超伝導ワイヤー６４をコア部材８０の環状部分に巻き付けて形成されたコイル６０とを備えた超伝導回転機において、コア部材８０を、互いに略平行な上面及び下面を有する平板環状に形成するとともに、テープ状を為す超伝導ワイヤー６４における、コア部材８０の上面側に配される上側部分６４ａ及び下面側に配される下側部分６４ｂが、その幅方向がコア部材８０の厚さ方向（ｚ軸方向）に略平行となるように配されるようにした。【選択図】図５
2018026896.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状を為すコア部材と、
超伝導材料によって形成されたテープ状の部材からなり、コア部材の環状部分に巻き付けられた超伝導ワイヤーと
を備えた超伝導回転機であって、
コア部材が、互いに略平行な上面及び下面を有する平板環状に形成されるとともに、
テープ状を為す超伝導ワイヤーにおける、コア部材の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分が、その幅方向とコア部材の厚さ方向とが略平行となるように配された
ことを特徴とする超伝導回転機。
【請求項２】
超伝導ワイヤーにおける、コア部材の内周面側に配される内側部分を案内するための内側突起部と、超伝導ワイヤーにおける、コア部材の外周面側に配される外側部分を案内するための外側突起部とで構成される内外一対の突起部の組が、コア部材の周回方向における複数箇所に設けられ、
それぞれの組の突起部における一側に、超伝導ワイヤーの上側部分及び下側部分が重なり、それぞれの組の突起部における他側に、超伝導ワイヤーの内側部分及び外側部分が重なる状態で、それぞれの組の突起部ごとに超伝導ワイヤーが巻き付けられた
請求項１に記載の超伝導回転機。
【請求項３】
内側突起部及び外側突起部の上端部が、コア部材の上面から上方に突出して設けられ、
内側突起部及び外側突起部の下端部が、コア部材の下面から下方に突出して設けられるとともに、
内側突起部の上端部内面側及び下端部内面側、並びに、外側突起部の上端部外面側及び下端部外面側に、それぞれ断面半円状の嶺部を有することにより、それらの箇所で案内される超伝導ワイヤーが許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようにした
請求項２に記載の超伝導回転機。
【請求項４】
内側突起部及び外側突起部の上端部及び下端部に設けられた上記嶺部が、コア部材の上面及び下面に対して４５°の傾斜角度を有する請求項３に記載の超伝導回転機。
【請求項５】
超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分の幅方向と、コア部材の厚さ方向との為す角度が、１０°以下とされた請求項１〜４のいずれかに記載の超伝導回転機。
【請求項６】
永久磁石が設けられた上下一対の回転子をさらに備え、
超伝導ワイヤーが巻き付けられたコア部材の上下に配された一対の回転子が、環状を為すコア部材の中心線を回転中心として回転可能に支持された
請求項１〜５のいずれかに記載の超伝導回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コイルを超伝導ワイヤーで形成した超伝導回転機に関する。
【背景技術】
【０００２】
超伝導モーターや超伝導発電機等の超伝導回転機は、第二種超伝導体が発見された後の１９６０年頃から開発が開始された。当初は、液体ヘリウム冷却による大出力の超伝導回転機の開発競争が世界的に行われていたが、近年では、高温超伝導ワイヤーを用いた液体窒素冷却及び冷凍機による超伝導モーターの開発が各国で行われるようになっている。ところが、これらの超伝導回転機は、通常の回転機のコイルを超伝導ワイヤーに置き換えた構造のものであり、主に、銅損を低減することによって大きな出力が得られるようにすることを目的として開発されたものである。すなわち、これらの超伝導回転機は、超伝導体の性質を十分に利用したものとは言えず、その出力特性や冷却に必要なエネルギーを考慮した場合、必ずしも実用性の高いものとは言えなかった。
【０００３】
このような実状に鑑みて、本発明者は、これまでに、特許文献１の超伝導回転機を提案した。特許文献１の超伝導回転機は、同文献の図５等に示されるように、円環状（ドーナツ状）に形成した固定子２の環状部分に、コイル２２を形成する超伝導ワイヤー２２を巻き付けたものとなっている。超伝導ワイヤー２２は、第二種超伝導体が内包されたテープ状のものが採用されている（同文献の段落００３０を参照）。同文献の超伝導回転機は、固定子２と、永久磁石３２を有する回転子３とが上下に対向して配された構造を有しており、小型化が可能であるとともに、回転子３に設けられた永久磁石３２の磁場がコイル２２を流れる電流に及ぼすローレンツ力の利用効率（超伝導モーターの場合）や、回転子３に設けられた永久磁石３２による変動磁場がコイル２２に発生させる電磁誘導作用の利用効率（超伝導発電機の場合）が高いものとなっていた。加えて、各相のコイル２２が円環上で同一方向に揃っており、自己誘導をキャンセルすることが可能な構造となっているため、それまでの超伝導回転機と比較して、高速回転時でもトルクの減少が小さく、高い出力密度を実現できるものとなっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２３９５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１の超伝導回転機は、その出力効率に改善の余地が残るものであった。というのも、第二種超伝導体が内包された超伝導ワイヤー２２に交流磁場を与えた際には、超伝導体のピン止め力によって超伝導ワイヤー２２にヒステリシス損失（ＡＣロス）が発生するからである。この損失は、テープ状の超伝導ワイヤー２２に印加される磁場の、超伝導ワイヤー２２に対する垂直成分（超伝導ワイヤー２２におけるテープ面に垂直な成分）が大きいほど大きくなる。なお、ここで言う「テープ面」とは、テープ状の超伝導ワイヤー２２の表面における幅が広い方の面のことである。この点、特許文献１の超伝導回転機においては、同文献の図８に示されるように、回転子３に設けられた永久磁石３２による磁場が、超伝導ワイヤー２２のテープ面に対して略垂直に印加されるようになっていたため、超伝導ワイヤー２２のＡＣロスが大きくなってしまっていた。このＡＣロスを低減することができれば、超伝導回転機の出力効率をより向上させることができる。
【０００６】
本発明は、上記課題を解決するために為されたものであり、超伝導ワイヤーのＡＣロスが小さく、出力効率の優れた超伝導回転機（超伝導モーター又は超電導発電機）を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題は、
環状を為すコア部材と、
超伝導材料によって形成されたテープ状の部材からなり、コア部材の環状部分に巻き付けられた超伝導ワイヤーと
を備えた超伝導回転機であって、
コア部材が、互いに略平行な上面及び下面を有する平板環状に形成されるとともに、
テープ状を為す超伝導ワイヤーにおける、コア部材の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分が、その幅方向とコア部材の厚さ方向とが略平行となるように配された
ことを特徴とする超伝導回転機
を提供することによって解決される。
【０００８】
ここで、「コア部材が、略平行な上面と下面とを有する」という記載や、「コア部材の上面側」という記載等における「上」や「下」という語句は、説明の便宜上、コア部材の厚さ方向における一方を「上」、他方を「下」として用いているだけのものであり、本発明の超伝導回転機を使用する向きを限定するものではない。以下において、「上」や「下」等の方向を示す語句を使用する場合も、特に断りのない限り同様とする。
【０００９】
本発明の超伝導回転機は、超伝導ワイヤーのＡＣロスが小さく、出力効率の優れた超伝導回転機（超伝導モーター又は超電導発電機）を提供することができるものとなっている。すなわち、テープ状の超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分が、その幅方向とコア部材の厚さ方向とが略平行となるように（その幅方向が上下方向を向くように）配されていることにより、これに上下方向の交流磁場を印加した際に、超伝導ワイヤーに対する該交流磁場の垂直成分を小さくすることができ、上記のＡＣロスを小さく抑えることができる。ＡＣロスは、主にジュール熱として失われるため、これを低減することができると、超伝導回転機の出力効率を向上させることができることに加えて、コイル（超伝導ワイヤー）の冷却効率を高めることもできる（超伝導回転機においては、超伝導ワイヤーを超伝導状態に保つために液体窒素や冷凍機等による超伝導ワイヤーの冷却が行われる）。なお、本明細書においては、「ＡＣロス」という語句を、専ら、第二種超伝導体のピン止め力によって生じるヒステリシス損失という意味で使用している。
【００１０】
また、テープ状の超伝導ワイヤーは、その幅方向に曲げにくいところ、引用文献１に記載の超伝導回転機における固定子のように、環状部分の断面が略円形を為すドーナツ状の部材に、超伝導ワイヤーを、その幅方向が上下方向に略平行となる状態で巻き付けようとした場合には、超伝導ワイヤーにおける固定子に巻き付ける部分の全体を超伝導ワイヤーの幅方向に曲げる必要があり、そのような巻き付けは実質的に不可能であった。これに対し、本発明の超伝導回転機においては、コア部材を平板環状に形成してコア部材の環状部分の断面外形における直線状の部分を多くしたことにより、超伝導ワイヤーを、その幅方向が上下方向に略平行となる状態でコア部材に巻き付けようとする場合であっても、超伝導ワイヤーにおける大部分（上側部分や下側部分）を曲げなくともすむようになっている。換言すると、超伝導ワイヤーにおける特定の箇所（上側部分や下側部分の両端部）のみを曲げさえすれば、超伝導ワイヤーを、その幅方向が上下方向に略平行となる状態でコア部材に巻き付けることができるようになっている。
【００１１】
本発明の超伝導回転機において、超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分以外の部分をどのように配するのかは特に限定されない。というのも、コア部材に巻き付けられた超伝導ワイヤーに対して上下方向の磁場が与えられた際に、ローレンツ力（超伝導モーターの場合）や、電磁誘導作用（超伝導発電機の場合）を受けることができるのは、超伝導ワイヤーにおける、磁場に直交する方向に電流が流れる部分、すなわち、主に上側部分及び下側部分であり、超伝導ワイヤーにおけるそれ以外の部分は、超伝導モーターや超伝導発電機の出力にほとんど寄与しないからである。しかし、超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分の幅方向が上下方向に略平行となるようにしつつ、超伝導ワイヤーを無理なく（幅方向に曲げることなく）コア部材に巻き付けるためには、以下の構成を採用すると好ましい。
【００１２】
すなわち、
超伝導ワイヤーにおける、コア部材の内周面側に配される内側部分を案内するための内側突起部と、超伝導ワイヤーにおける、コア部材の外周面側に配される外側部分を案内するための外側突起部とで構成される内外一対の突起部の組を、コア部材の周回方向における複数箇所に設けるとともに、
それぞれの組の突起部における一側（環状を為すコア部材の周回方向における一側。以下同じ。）に、超伝導ワイヤーの上側部分及び下側部分が重なり、それぞれの組の突起部における他側（環状を為すコア部材の周回方向における他側。以下同じ。）に、超伝導ワイヤーの内側部分及び外側部分が重なる状態で、それぞれの組の突起部ごとに超伝導ワイヤーを巻き付ける
構成である。
【００１３】
このとき、
内側突起部及び外側突起部の上端部を、コア部材の上面から上方に突出させて設け、
内側突起部及び外側突起部の下端部を、コア部材の下面から下方に突出させて設けるとともに、
内側突起部の上端部内面側及び下端部内面側、並びに、外側突起部の上端部外面側及び下端部外面側に、それぞれ断面半円状の嶺部を有することにより、それらの箇所で案内される超伝導ワイヤーが許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようにすると、好ましい。
【００１４】
これにより、超電導ワイヤーの破壊につながる負荷をかけることなく、テープ状の超電導ワイヤーの幅方向と、コア部材の上面及び下面での磁束の向きとが略平行になるように超伝導ワイヤーを巻き回すことが可能となる。さらに具体的には、超伝導ワイヤーはコア部材の上面及び下面において、幅方向が磁束の向きと略平行になる向きに配置されており、外側突起部の半円形断面の嶺部に超伝導ワイヤーの幅方向の表面を沿わせて巻き回されることで、外側突起部において、コア部材の上面から下面（あるいは下面から上面）に超伝導ワイヤーを案内することができる。内側突起部においても、外側突起部と同様に超伝導ワイヤーの表面を内側突起部の上下に配置された半円形断面の嶺部の表面に沿ってガイドすることで、コア部材の下面から上面（あるいは上面から下面）に超伝導ワイヤーを案内することができる。このとき、半円形断面の半径は、超電導ワイヤーの許容曲げ半径以下にならないことが好ましい。
【００１５】
上記嶺部は、断面半円状とされ、嶺部に沿って案内された超伝導ワイヤーが許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようになっていれば、その形状を特に限定されない。しかし、内側突起部及び外側突起部の上端部及び下端部に設けられた上記嶺部は、コア部材の上面及び下面に対して４５°の傾斜角度を有するようにすると好ましい。これにより、嶺部に案内された超伝導ワイヤーを略直角方向に方向転換しやすくなり、上側部分又は下側部分と、内側部分又は外側部分との間の移行をスムーズに行うことができる。
【００１６】
本発明の超伝導回転機において、超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分は、その幅方向とコア部材の厚さ方向（通常、後述する「永久磁石」による磁場の方向（上下方向）と平行）とが略平行となるように配されていればよいが、より好ましくは、超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分の幅方向と、コア部材の厚さ方向との為す角度が、１０°以下となるようにするとよい。これにより、超伝導ワイヤーに上下方向の交流磁場を印加した際に、超伝導ワイヤーに対する交流磁場の垂直成分をより小さくして、超伝導ワイヤーのＡＣロスをより小さく抑えることができる。超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分の幅方向と、コア部材の厚さ方向との為す角度は、５°以下となるようにするとさらに好ましい。
【００１７】
本発明の超伝導回転機においては、超伝導ワイヤーにおける上側部分及び下側部分に対して磁場が上下方向から印加されるようになっていれば、コア部材と超伝導ワイヤー以外の構成は特に限定されない。しかし、本発明の超伝導回転機は、永久磁石が設けられた上下一対の回転子をさらに備え、超伝導ワイヤーが巻き付けられたコア部材の上下に配された一対の回転子が、環状を為すコア部材の中心線を回転中心として回転可能に支持されるようにすると好ましい。換言すると、本発明の超伝導回転機を、１ステータ・２ロータタイプのアキシャルギャップ型回転機とすると好ましい。このように、回転子が固定子（コア部材及び超伝導ワイヤー）を上下から挟み込んだ構造を採用することによって、後述するように、回転子に設けられた永久磁石の磁場が超伝導ワイヤーを流れる電流に及ぼすローレンツ力の利用効率（超伝導モーターの場合）や、回転子に設けられた永久磁石による変動磁場が超伝導ワイヤーに発生させる電磁誘導作用の利用効率（超伝導発電機の場合）を高くすることができるとともに、超伝導回転機を小型化することもできる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によって、超伝導ワイヤーのＡＣロスが小さく、出力効率の優れた超伝導回転機（超伝導モーター又は超電導発電機）を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施態様の超伝導モーターをその出力軸の中心線Ａ１を含む平面で切断した状態を示した断面図である。
【図２】本実施態様の超伝導モーターを上下方向に分解した状態を示す斜視図である。
【図３】本実施態様の超伝導モーターにおける固定子の平面図である。
【図４】本実施態様の超伝導モーターにおけるコア基体の斜視図である。
【図５】コイルを形成する超伝導ワイヤーをコア部材に巻き付ける様子を示す斜視図である。
【図６】図５におけるコア部材及び超伝導ワイヤーを、超伝導ワイヤーの上側部分及び下側部分に直交する面で切断した断面図である。
【図７】本実施態様の超伝導モーターを図２における円弧面αで切断した断面を示した断面図である。
【図８】本実施態様の超伝導モーターのモーターギャップ周辺に生じる磁場を有限要素法により解析した結果を示した図である。
【図９】本実施態様の超伝導モーターの回路構成等を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の超伝導回転機の好適な実施態様について、図面を用いてより具体的に説明する。以下においては、本発明の超伝導回転機を、超伝導モーターとして使用する場合について説明するが、本発明の超伝導回転機は、超伝導発電機として用いることもできる。
【００２１】
図１は、本実施態様の超伝導モーターをその出力軸１０の中心線Ａ１を含む平面で切断した状態を示した断面図である。図２は、本実施態様の超伝導モーターを上下方向に分解した状態を示す斜視図である。図２においては、図示の便宜上、超伝導ワイヤー６４で形成されたコイル６０を省略して示している。図３は、本実施態様の超伝導モーターにおける固定子７０の平面図である。図４は、本実施態様の超伝導モーターにおけるコア基体８１の斜視図である。図５は、コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４をコア部材８０に巻き付ける様子を示す斜視図である。図６は、図５におけるコア部材８０及び超伝導ワイヤー６４を、超伝導ワイヤー６４の上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂに直交する面で切断した断面図である。図７は、本実施態様の超伝導モーターを図２における円弧面α（点Ｐ１，Ｐ２，Ｑ２，Ｑ１を頂点とする円弧面。辺Ｐ１Ｐ２及び辺Ｑ１Ｑ２は、回転中心線Ａ１を中心とした円弧を為す。）で切断した断面を示した断面図である。図７においては、図示の便宜上、コイル６０を模式的に描いている。図８は、本実施態様の超伝導モーターのモーターギャップＧ１，Ｇ２周辺に生じる磁場を有限要素法により解析した結果を示した図である。図９は、本実施態様の超伝導モーターの回路構成を模式的に示した図である。
【００２２】
既に述べたように、本発明の超伝導回転機（超伝導モーター及び超伝導発電機）は、
テープ状を為す超伝導ワイヤー６４における、コア部材８０の上面側に配される上側部分及び下面側に配される下側部分を、その幅方向とコア部材８０の厚さ方向とが略平行となるように配することによって、超伝導ワイヤー６４に発生するＡＣロスを小さく抑えることができる構成を備えたものとなっているが、当該構成を、図１〜９に示した超伝導モーターで採用することによって、さらに、
［１］  固定子７０に設けられたコイル６０の熱的安定性を高めて、コイル６０の臨界電流の低減を抑えることができる、
［２］  ローレンツ力の利用効率を高めることができる、
［３］  コイル６０の自己インダクタンスを抑えることができる、及び、
［４］  各相のコイル６０の自己インダクタンスによる誘導電流の影響を抑えることができる、
という効果を奏することも可能になる。
【００２３】
以下においては、図中（図１等）におけるｚ軸方向正側を「上」側とし、ｚ軸方向負側を「下」側として本実施態様の超伝導モーターを説明する。しかし、既に述べたように、「上」や「下」という語句は、各部材の相対的位置関係を示すために便宜的に用いたものであり、各部材の絶対的な位置関係（本実施態様の超伝導モーターを使用する向き）を制限するものではない。
【００２４】
１．超伝導モーターの概要
本実施態様の超伝導モーターは、図１に示すように、永久磁石２０，３０が設けられた一対の回転子４０，５０と、超伝導ワイヤー６４で形成されたコイル６０が相ごとに設けられた固定子７０とを備え、永久磁石２０，３０による磁場がコイル６０を流れる電流に及ぼすローレンツ力の反力によって、固定子７０の両側に配された一対の回転子４０，５０が回転子の回転中心線Ａ１を中心として回転するようにしたアキシャルギャップ型のものとなっている。
【００２５】
一方の回転子４０に設けられた永久磁石２０と、他方の回転子５０に設けられた永久磁石３０は、同極が向き合う（永久磁石２０のＮ極が永久磁石３０のＮ極を向き、永久磁石２０のＳ極が永久磁石３０のＳ極を向く）ように対向配置されている。
【００２６】
固定子７０は、図２に示すように、平板環状を為し、その内周面及び外周面に複数の突起部８１ａ，８１ｂを有するコア基体８１と、コア基体８１の上下面にそれぞれ嵌め込まれて固定された（図１も参照）上下一対の磁性体コア８２とからなるコア部材８０を備えたものとなっている。図２では省略されているが、固定子７０には、図３に示すように、テープ状の超伝導ワイヤー６４で形成された複数個のコイル６０が設けられる。コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４は、図５に示すように、コア部材８０の上面側に配される上側部分６４ａ、及び、下面側に配される下側部分６４ｂが、コア部材８０の厚さ方向（上下方向。図中においてはｚ軸方向に平行。）に略平行となる状態でコア部材８０に巻き回されている。これにより、図７に示すように、回転子４０，５０に設けられた永久磁石２０，３０による磁場の向き（磁束密度Ｂの向き）が、超伝導ワイヤー６４のテープ面に略平行となるようにして、超伝導ワイヤー６４に発生するＡＣロスを小さく抑えることができるようになっている。
【００２７】
本実施態様の超伝導モーターにおいて、一対の回転子４０，５０及び固定子７０は、図１に示すように、密閉容器９０内に収容されている。この密閉容器９０には、図示省略のバルブを介して図示省略の真空ポンプが接続されており、超伝導モーターの駆動時においては、密閉容器９０の内部を真空又は真空に近い減圧状態に維持することができるようになっている。これにより、密閉容器９０の外部から固定子７０に熱が伝わりにくくして、外気によってコイル６０の温度が上昇しないようにすることが可能となっている。
【００２８】
以下、本実施態様の超伝導モーターを構成する各部材について、詳しく説明する。
【００２９】
２．回転子
回転子４０と回転子５０は、図１に示すように、固定子７０を挟んで反対側（固定子７０の上面側と下面側）に対向するように配置されている。回転子４０の中心部と回転子５０の中心部は、いずれも出力軸１０に対して一体的に固定されており、回転子４０及び回転子５０に回転中心線Ａ１回りの回転力が生じると、出力軸１０が回転するようになっている。出力軸１０は、シール軸受１００を介して密閉容器９０に回転可能な状態で取り付けられている。回転子４０及び回転子５０は、それぞれ後述する永久磁石２０及び永久磁石３０を設けることができるのであれば、その形態を特に限定されない。本実施態様の超伝導モーターにおいては、図２に示すように、回転子４０及び回転子５０は、いずれも回転中心線Ａ１に対して回転対称な円盤状を為している。回転子４０の下面には、永久磁石２０が設けられており、回転子５０の上面には、永久磁石３０が設けられている。
【００３０】
永久磁石２０及び永久磁石３０は、それぞれ回転子４０及び回転子５０につき、複数個ずつ設けられる。永久磁石２０と永久磁石３０は、通常、同数とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいては、図２に示すように、永久磁石２０を、計４個の永久磁石２１，２２，２３，２４で構成しており、永久磁石３０を、計４個の永久磁石３１，３２，３３，３４で構成している。
【００３１】
永久磁石２１〜２４の形態は、特に限定されず、永久磁石２１〜２４のそれぞれを異なる形態としてもよいが、通常、同形とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいて、永久磁石２１〜２４は、それぞれ四分円の円弧に沿った帯板状を為しており、その上面又は下面のうちの一方がＮ極となり、他方がＳ極となっている。図中においては、永久磁石２１〜２４におけるＮ極側を密な（目の小さな）網掛けハッチングで示しており、Ｓ極側を粗な（目の大きな）網掛けハッチングで示している。これは、後述する永久磁石３１〜３４においても同様である。永久磁石２１〜２４は、隣り合う永久磁石２１〜２４の磁極が交互に入れ替わるように、回転中心線Ａ１を中心として回転対称に配されている。回転子４０に対する永久磁石２１〜２４の固定方法は、特に限定されないが、本実施態様の超伝導モーターにおいては、回転子４０の下面に設けた環状溝４１に永久磁石２１〜２４を嵌め込んだ状態で固定している（図２の矢印Ａ２を参照）。
【００３２】
また、永久磁石３１〜３４の形態も、特に限定されないが、通常、それぞれ永久磁石２１〜２４と同形とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいても、永久磁石３１〜３４は、それぞれ永久磁石２１〜２４と同形の四分円の円弧に沿った帯板状を為しており、その上面又は下面のうちの一方がＮ極となり、他方がＳ極となっている。永久磁石３１〜３４は、それぞれ永久磁石２１〜２４と上下方向（ｚ軸方向）に重なる位置に配置している。このとき、上下方向に重なる、永久磁石２１と永久磁石３１、永久磁石２２と永久磁石３２、永久磁石２３と永久磁石３３、及び、永久磁石２４と永久磁石３４は、それぞれ、同極が向き合うように対向配置される。回転子５０に対する永久磁石３１〜３４の固定方法も、特に限定されないが、本実施態様の超伝導モーターにおいては、回転子５０の上面に設けた環状溝５１に永久磁石３１〜３４を嵌め込んだ状態で固定している（図２の矢印Ａ３を参照）。
【００３３】
３．固定子
本実施態様の超伝導モーターにおいて、固定子７０は、図３に示すように、コア部材８０と、コイル６０とを備えたものとなっている。コイル６０は、コア部材８０にテープ状の超伝導ワイヤー６４を巻き付けて形成されている。コア部材８０は、図２に示すように、コア基体８１と、磁性体コア８２とで構成されている。コア基体８１は、図４に示すように、回転中心線Ａ１に垂直な円環状を為しており、その内周面に設けられた複数個の内側突起部８１ａと、その外周面に設けられた複数個の外側突起部８１ｂとを有している。内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂは、コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４をコア部材８０に巻き付ける際に、超伝導ワイヤー６４の上側部分６４ａ（図５）及び下側部分６４ｂが上下方向（ｚ軸方向）に略平行となるように超伝導ワイヤー６４を案内するためのものとなっている。内側突起部８１ａの個数及び外側突起部８１ｂの個数は、それぞれ特に限定されないが、通常、同数とされる。本実施態様におけるコア基体８１においては、図４に示すように、一の内側突起部８１ａと一の外側突起部８１ｂとで形成される内外一対の突起部の組が、コア基体８１の周回方向に沿って１２箇所設けられている。コア基体８１の中心部の開口部８１ｃには、出力軸１０（図１）が回転可能な状態で挿通される。
【００３４】
磁性体コア８２は、図２に示すように、コア基体８１の上面側に設けられる第一の磁性体コア８２ａと、コア基体８１の下面側に設けられる第二の磁性体コア８２ｂとで構成されている。換言すると、磁性体コア８２ａ，８２ｂが、コア部材８０の上下両面を形成し、コア基体８１が、固定子７０の板厚方向中間部を形成するようになっている。コア基体８１に対する第一の磁性体コア８２ａの固定方法は、特に限定されないが、本実施態様の超伝導モーターにおいてはコア基体８１の上面に設けた環状溝８１ｄに第一の磁性体コア８２ａを嵌め込んだ状態で固定している（図２の矢印Ａ４を参照）。また、コア基体８１に対する第二の磁性体コア８２ｂの固定方法も、特に限定されないが、本実施態様の超伝導モーターにおいてはコア基体８１の下面に設けた環状溝（図示省略）に第二の磁性体コア８２ｂを嵌め込んだ状態で固定している（図２の矢印Ａ５を参照）。
【００３５】
コア基体８１は、密閉容器９０（図１）に対して動かない状態で支持される。コア基体８１を密閉容器９０に支持する構造は、特に限定されないが、本実施態様の超伝導モーターにおいては、コア基体８１に設けられたそれぞれの外側突起部８１ｂ（図４）の外側端に取り付けられた図示省略のＰＢＩ支持棒を介して、コア基体８１を密閉容器９０に対して動かない状態で支持している。
【００３６】
コア基体８１は、コイル６０を図３に示すように保持するためのものであることに加えて、コイル６０に熱接触することで、コイル６０を冷却することもできるものとなっている。コア基体８１は、その外周部から外方に突出して設けられた伝熱部８１ｅ（図２）を介して、冷熱供給源１１０に接続されている。この冷熱供給源１１０は、コア基体８１に冷熱を供給するためものとなっており、コア基体８１とともに、コイル６０を冷却するためのコイル冷却手段として機能するものとなっている。冷熱供給源１１０は、コイル６０を超伝導現象が生じる低温域まで冷却できるものであれば特に限定されない。本実施態様の超伝導モーターにおいては、冷熱供給源１１０として冷凍機を用いている。１つの冷熱供給源１１０では冷却が追いつかない場合には、冷熱供給源１１０を複数箇所（通常、回転子４０，５０の回転中心線Ａ１に対して回転対称な複数箇所）に設けることもできる。
【００３７】
コア基体８１は、熱伝導性に優れた金属で形成されたものを用いると好ましい。具体的には、０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ・Ｋ−１以上の金属によってコア基体８１を形成すると好ましい。０℃における熱伝導率が２００Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１以上の金属としては、アルミニウム（２３６Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）や、銅（４０３Ｗ・ｍ−１・Ｋ−１）等が例示される。本実施態様の超伝導モーターにおいて、コア基体８１は、アルミニウムで形成している。
【００３８】
伝熱部８１ｅも、コア基体８１と同様、熱伝導性に優れた金属で形成される。本実施態様の超伝導モーターにおいて、伝熱部８１ｅは、白金測温抵抗体によって形成している。この白金測温抵抗体（伝熱部８１ｅ）は、冷熱供給源１１０で発生した冷熱をコア基体８１に伝達するだけでなく、コア基体８１の温度を測定するための測温手段としても機能するようになっている。コア基体８１の測温手段は、コア基体８１の外周部における他の箇所にも設けられている（図示省略の熱電対が設けられている。）。これらの測温手段は、密閉容器９０の外部に設けられた、図示省略の計測機に接続されている。このため、コア基体８１の温度を監視することで、冷熱供給源１１０から供給される冷熱をフィードバック制御することができるようになっている。
【００３９】
第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂは、永久磁石２０，３０による磁束密度を高めるとともに、永久磁石２０，３０による磁場の向き（磁束密度Ｂの向き）を、図７に示すように制御するためのものとなっている。第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂとを配したことによって、固定子７０と一対の回転子４０，５０との隙間（ギャップＧ１，Ｇ２）に生ずる磁束密度Ｂの向きが、磁性体コア８２ａの上面及び磁性体コア８２ｂの下面に対して略直交するようになる。したがって、コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４における上側部分６４ａに流れる電流Ｉ１（図７の紙面手前側に向かって流れる。）の向き、及び、下側部分６４ｂに流れる電流Ｉ２（図７の紙面奥側に向かって流れる。）の向きを、磁束密度Ｂの向きと略直交させ、回転子４０，５０の回転力Ｆ１’，Ｆ２’の元となるローレンツ力Ｆ１，Ｆ２（ローレンツ力Ｆ１，Ｆ２の反力が回転力Ｆ１’，Ｆ２’になる。）の回転方向成分を大きくすることが可能となっている。よって、超伝導モーターの出力効率を高めることも可能となっている。本実施態様の超伝導モーターにおけるギャップＧ１，Ｇ２の周辺に生じる磁場を有限要素法により解析したところ、図８に示す結果が得られた。図８における永久磁石２１，３１によって形成される磁束を見ると、磁束線が図７に示した状態とかなり近くなっていることが分かる。
【００４０】
また、第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂとを配したことによって、ギャップＧ１，Ｇ２を広くしても、上述した効果が奏される。このため、ギャップＧ１，Ｇ２を広く確保することで、図１に示すように、厚みを有する断熱材１２０（断熱効果の高い断熱材）をギャップＧ１，Ｇ２に配することが可能になり、コイル６０が設けられた固定子７０の冷却効率や断熱効率を高めることができるようになる。本実施態様の超伝導モーターにおいては、断熱材１２０として、多層構造を有するスーパーインシュレーターを用いている。断熱材１２０は、図１のみに図示しており、他の図面においては図示を省略している。
【００４１】
第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂの形態は、回転中心線Ａ１に対して略垂直な平板環状であれば特に限定されない。ここで、「平板環状」とは、その環状部分における幅Ｗ１（図２）が厚みＴ１（図２）よりも大きな環状部材のことを云う。また、「平板環状」における「環状」とは、その環状部分の一部が切断された開環状であってもよいが、通常、その環状部分が連続した閉環状とされる。さらに、「平板環状」における「環状」とは、その環状部分が真円状を為す円環状に限定されず、その環状部分が多角形を為す多角環状等、円環状以外の環状をも含む。さらにまた、第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂは、必ずしも同じ形態とする必要はないが、通常、同じ形態とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいて、第一の磁性体コア８２ａと第二の磁性体コア８２ｂは、いずれも回転中心線Ａ１に対して垂直で、且つ、回転中心線Ａ１に対して回転対称な平板円環状としている。
【００４２】
磁性体コア８２ａ，８２ｂに用いる磁性体の種類は、特に限定されない。磁性体コア８２ａ，８２ｂに用いることのできる磁性体としては、バリウムフェライト等のフェライトや、ＳＵＳ４３０等のステンレスや、酸化クロムや、コバルトや、酸化鉄等が例示される。ただし、回転子４０，５０を高速回転させることを想定する場合には、渦電流損失とヒステリシス損失が極めて小さい磁性体を用いると好ましい。具体的には、磁性体コア８２ａ，８２ｂにおけるヒステリシス損失及び渦電流損失を冷熱供給源１１０（コイル冷却手段）による冷却能力を超えない範囲に抑えることができる磁性体によって磁性体コア８２ａ，８２ｂを形成すると好ましい。より好適には、冷却に必要なエネルギーを考慮すると、使用条件下において最大損失が１０ｋＷ／ｍ３程度以下の磁性体によって磁性体コア８２ａ，８２ｂを形成すると好ましい。このような磁性体としては薄巻鉄コアやフェライト等が例示される。これにより、回転子４０，５０を高速回転させる場合においても、高い出力効率を維持することが可能になる。
【００４３】
４．コイル
コイル６０は、図３に示すように、固定子７０を周回方向に分割する各位置に、回転子の回転中心線Ａ１に対して回転対称となるように設けられている。複数個のコイル６０は、複数の相に分かれて構成されており、相ごとに位相のずれた電流が流れるようになっている。コイル６０の相数は、通常２相以上、好ましくは３相以上とされる。しかし、コイル６０の相数を多くしすぎると、電子回路が複雑となってコストが増大するため、通常は、２４相程度まで、好ましくは１２相以下、より好ましくは６相以下とされる。本実施態様の超伝導モーターにおいては、１２個のコイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを３相に設けている。具体的には、コイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄを第１相とし、コイル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄを第２相とし、コイル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを第３相としている。同一位相のコイル６０は、円環状を為す固定子７０における対向する箇所に配されている。
【００４４】
ところで、本明細書においては、説明の便宜上、コイルの符号として、「６０」、「６１」、「６２」、「６３」、「６１ａ」、「６１ｂ」、「６１ｃ」、「６１ｄ」、「６２ａ」、「６２ｂ」、「６２ｃ」、「６２ｄ」、「６３ａ」、「６３ｂ」、「６３ｃ」及び「６３ｄ」という１６種類を用いている。これらの符号は、以下のように使い分けている。すなわち、個々のコイルをそれぞれ具体的に指すときには、符号「６１ａ」、「６１ｂ」、「６１ｃ」、「６１ｄ」、「６２ａ」、「６２ｂ」、「６２ｃ」、「６２ｄ」、「６３ａ」、「６３ｂ」、「６３ｃ」及び「６３ｄ」を用いている。また、第１相を構成する全てのコイル（コイル６１ａ、コイル６１ｂ、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄ）を指すときには、符号「６１」を用い、第２相を構成する全てのコイル（コイル６２ａ、コイル６２ｂ、コイル６２ｃ及びコイル６２ｄ）を指すときには、符号「６２」を用い、第３相を構成する全てのコイル（コイル６３ａ、コイル６３ｂ、コイル６３ｃ及びコイル６３ｄ）を指すときには、符号「６３」を用いている。さらに、全てのコイル（第１相のコイル６１ａ、コイル６１ｂ、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄ、第２相のコイル６２ａ、コイル６２ｂ、コイル６２ｃ及びコイル６２ｄ、並びに、第３相のコイル６３ａ、コイル６３ｂ、コイル６３ｃ及びコイル６３ｄ）を特に区別なく示すときは、符号「６０」を用いている。
【００４５】
それぞれのコイル６０は、テープ状を為す超伝導ワイヤー６４をコア部材８０の環状部分に巻き付けることで形成されている。超伝導ワイヤー６４は、図５に示すように、コア部材８０の内周面側に配される内側部分６４ｃをコア基体８１の内側突起部８１ａに案内され、コア部材８０の外周面側に配される外側部分６４ｄをコア基体８１の外側突起部８１ｂに案内されることにより、コア部材８０の上面側に配される上側部分６４ａ及びコア部材８０の下面側に配される下側部分６４ｂの幅方向が、コア基体８１の厚さ方向（図中においてはｚ軸方向）と略平行に配されるようになっている。上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂは、コア部材８０の径方向に対して傾斜した状態としてもよいが、本実施態様のように、コア部材８０の径方向と平行になるようにすると、ローレンツ力の利用効率を高めることができる。
【００４６】
内側突起部８１ａは、図５に示すように、コア基体８１の内側に向かって突出して設けられるとともに、その上端部がコア基体８１の上面よりも上方に突出し、その下端部がコア基体８１の下面よりも下方に突出した形状となっている。内側突起部８１ａの上端部内面側には、断面半円状の嶺部８１ａ１が、コア基体８１の上面に対して傾斜して設けられており、内側突起部８１ａの下端部内面側には、断面半円状の嶺部８１ａ２が、コア基体８１の下面に対して傾斜して設けられている。一方、外側突起部８１ｂは、コア基体８１の外側に向かって突出して設けられるとともに、その上端部がコア基体８１の上面よりも上方に突出し、その下端部がコア基体８１の下面よりも下方に突出した形状となっている。外側突起部８１ｂの上端部外面側には、断面半円状の嶺部８１ｂ１が、コア基体８１の上面に対して傾斜して設けられており、外側突起部８１ｂの下端部外面側には、断面半円状の嶺部８１ｂ２が、コア基体８１の下面に対して傾斜して設けられている。
【００４７】
以下、超伝導ワイヤー６４をコア部材８０に巻き付けて、コイル６０を形成する具体的な手順について説明する。以下においては、図５において、超伝導ワイヤー６４を、紙面に向かって反時計方向に巻き回す場合を例に説明するが、超伝導ワイヤー６４を巻き回す方向は時計方向としてもよい。
【００４８】
まず、コア部材８０の上面側における、内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの一側（図中における矢印Ａ６が示す側）に、超伝導ワイヤー６４を、その幅方向がコア部材８０の厚さ方向（図中においてはｚ軸方向）と略平行となるようにあてがう（図中の上側部分６４ａ）。次に、超伝導ワイヤー６４における上側部分６４ａから内側に延びる部分を、内側突起部８１ａの上端部に設けられた嶺部８１ａ１に沿わせ、超伝導ワイヤー６４の幅方向に捩じりながら下向きにする。これにより、超伝導ワイヤー６４が内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの他側（図中における矢印Ａ７が示す側）に配されるようになる（図中の内側部分６４ｃ）。続いて、超伝導ワイヤー６４における内側部分６４ｃから下側に延びる部分を、内側突起部８１ａの下端部に設けられた嶺部８１ａ２に沿わせ、超伝導ワイヤー６４の幅方向に捩じりながら外向きにする。これにより、超伝導ワイヤー６４が内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの一側に配されるようになる（図中の下側部分６４ｂ）。さらに、超伝導ワイヤー６４における下側部分６４ｂから外側に延びる部分を、外側突起部８１ｂの下端部に設けられた嶺部８１ｂ２に沿わせ、超伝導ワイヤー６４の幅方向に捩じりながら上向きにする。これにより、超伝導ワイヤー６４が内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの他側に配されるようになる（図中の外側部分６４ｄ）。最後に、超伝導ワイヤー６４における外側部分６４ｄから上側に延びる部分を、外側突起部８１ｂの上端部に設けられた嶺部８１ｂ１に沿わせ、超伝導ワイヤー６４の幅方向に捩じりながら内向きにする。これにより、超伝導ワイヤー６４が、始めに内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂにあてがった上側部分６４ａの一側に重なるようになる。
【００４９】
以上の手順を繰り返すことにより、図３に示すように、内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの一側（図３においては、各内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの時計方向側）に上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂが重なり、内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの他側（図３においては、各内側突起部８１ａ及び外側突起部８１ｂの反時計方向側）に内側部分６４ｃ及び外側部分６４ｄが重なった状態で、超伝導ワイヤー６４がコア部材８０に巻き付けられて、コイル６０が形成される。それぞれのコイル６０の巻数は、特に限定されないが、多くした方が、伝導モーターの出力効率を高めることができるため好ましい。
【００５０】
コイル６０を上記のように形成したことにより、図７に示すように、回転子４０，５０に設けられた永久磁石２０，３０による磁場（磁束密度Ｂ）が、超伝導ワイヤー６４における上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂのテープ面に対して略平行に印加されるようになる。これにより、超伝導ワイヤー６４に生じるＡＣロスを小さく抑えることができる。このとき、上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂの幅方向は、磁束密度Ｂの方向に対して正確に平行である必要はなく、多少傾斜していても超伝導モーターの出力効率を十分に高く保つことができる。しかし、上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂの幅方向を磁束密度Ｂに対して傾斜させ過ぎると、ＡＣロスが大きくなって超伝導モーターの出力効率が低下する虞がある。このため、上側部分６４ａの幅方向とコア部材８０の厚さ方向（磁束密度Ｂの方向）との為す角度θ１（図６）及び、下側部分６４ｂの幅方向とコア部材８０の厚さ方向との為す角度θ２（図６）は、共に１０°以下となるようにすると好ましい。これにより、上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂのテープ面に対して磁束密度Ｂが略垂直に印加された場合に比べて、ＡＣロスを２０％以下に抑えることができる。この場合には、本実施態様の超伝導モーターの出力効率（冷熱供給源１１０等の消費エネルギー等も加味したトータルの出力効率）を、９０％以上とすることも可能である。角度θ１及び角度θ２は、５°以下とするとより好ましく、この場合は出力効率９５％以上を実現することも可能である。
【００５１】
内側突起部８１ａに設けられた嶺部８１ａ１及び嶺部８１ａ２、並びに、外側突起部８１ｂに設けられた嶺部８１ｂ１及び嶺部８１ｂ２は、超伝導ワイヤー６４を許容曲げ半径以下で折れ曲がらないようにしながら案内できるようになっていれば、その形状を特に限定されない。嶺部８１ａ１，８１ａ２，８１ｂ１，８１ｂ２を断面半円状とした場合には、その断面半径は、超伝導ワイヤー６４の許容曲げ半径以上であれば特に限定されない。嶺部８１ａ１，８１ａ２，８１ｂ１，８１ｂ２の断面半径は、互いに異なっていてもよい。
【００５２】
コア部材８０の上面に対する嶺部８１ａ１及び嶺部８１ｂ１の傾斜角度は、特に限定されないが、大きくしすぎても小さくしすぎても、超伝導ワイヤー６４が嶺部８１ａ１及び嶺部８１ｂ１から外れやすくなってしまう。このため、コア部材８０の上面に対する嶺部８１ａ１及び嶺部８１ｂ１の傾斜角度は、１５°〜７５°とすると好ましく、３０°〜６０°とするとより好ましく、４０°〜５０°とするとさらに好ましい。コア部材８０の下面に対する嶺部８１ａ２及び嶺部８１ｂ２の傾斜角度も特に限定されないが、上記と同様の理由により、１５°〜７５°とすると好ましく、３０°〜６０°とするとより好ましく、４０°〜５０°とするとさらに好ましい。本実施態様においては、コア部材８０の上面に対する嶺部８１ａ１及び嶺部８１ｂ１の傾斜角度と、コア部材８０の下面に対する嶺部８１ａ２及び嶺部８１ｂ２の傾斜角度とを、共に４５°程度としている。
【００５３】
本実施態様の超伝導モーターにおいて、コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４が巻き付けられるコア部材８０の環状部分は、図５に示すように、その断面形状が矩形状となっているため、コイル６０の断面形状も略矩形状となっている。この超伝導ワイヤー６４における上側部分６４ａ及び下側部分６４ｂが、回転子４０，５０を回転させる元となるローレンツ力Ｆ１，Ｆ２（図７）の発生源として寄与することになる。このため、コイル６０の断面形状は、扁平な形状とし、その横幅をその縦幅に対してできるだけ大きく確保できる形状とすると好ましい。具体的には、超伝導ワイヤー６４が巻き付けられるコア部材８０における環状部分の横幅Ｗ２（図５）の、縦幅Ｗ３に対する比Ｗ２／Ｗ３を１．５以上とすると好ましい。比Ｗ２／Ｗ３は、２以上であるとより好ましく、２．５以上であるとさらに好ましい。比Ｗ２／Ｗ３の上限は、特に制限されないが、通常、１００以下、好ましくは５０以下、実際上は２０以下とされる。
【００５４】
コイル６０を形成する超伝導ワイヤー６４の幅は、特に限定されないが、狭くしすぎると、超伝導ワイヤー６４の許容電流量が小さくなってしまい、大きな出力を実現しにくくなることに加えて、超伝導ワイヤー６４が切れやすくなってしまう。このため、超伝導ワイヤー６４の幅は、０．５ｍｍ以上とすると好ましく、１ｍｍ以上とするとより好ましく、２ｍｍ以上とするとさらに好ましい。一方、超伝導ワイヤー６４の幅を広くしすぎると、超伝導ワイヤー６４を幅方向にほとんど曲げることができなくなり、図５のように超伝導ワイヤー６４を巻き回しにくくなる虞がある。このため、超伝導ワイヤー６４の幅は、２０ｍｍ以下とすると好ましく、１０ｍｍ以下とするとより好ましい。本実施態様における超伝導ワイヤー６４は、幅が４ｍｍ程度のものを使用している。
【００５５】
超伝導ワイヤー６４としては、超伝導材料からなる各種の線材を用いることができる。金属系の超伝導材料としては、ＮｂＴｉや、Ｎｂ３Ｓｎや、ＭｇＢ２や、ＮｂＮ等を挙げることができ、酸化物系の超伝導材料としては、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ４（ＹＢＣＯ）や、Ｂｉ２Ｓｒ２ＣａＣｕ２Ｏｘ（Ｂｉ２２１２）等を挙げることができ、有機系の超伝導線材としては、β−（ＢＥＤＴ−ＴＴＦ）２／３や、Ｋ３Ｃ６０や、Ｒｂ３Ｃ６０や、Ｃ６Ｃａ（グラファイト）等を挙げることができる。
【００５６】
５．超伝導モーターの配線
本実施態様の超伝導モーターにおいては、図９に示すように、第１相から第３相までのコイル６０（第１相のコイル６１、第２相のコイル６２、及び、第３相のコイル６３）を、相ごとに互いに並列となるように接続している。各相を構成するコイル６０には、相ごとに位相のずれた交流電流が流される。本実施態様において、コイル６１，６２，６３を流れるそれぞれの電流は、互いに位相が１２０°ずつずれた状態となっている。本実施態様の超伝導モーターにおいては、既に述べた通り、各相のコイル６０を複数本のコイル６０によって構成している（第１相のコイル６１を４本のコイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄで構成し、第２相のコイル６２を４本のコイル６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄで構成し、第３相のコイル６３を４本のコイル６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄで構成した）。これら１２本のコイル６１ａ，６１ｂ，６１ｃ，６１ｄ，６２ａ，６２ｂ，６２ｃ，６２ｄ，６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄを、どのような回路で接続するのかについては特に限定されないが、本実施態様においては、以下のように配線を行っている。
【００５７】
すなわち、第１相のコイル６１を構成するコイル６１ａ、コイル６１ｂ、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄを直列に接続し、第２相のコイル６２を構成するコイル６２ａ、コイル６２ｂ、コイル６２ｃ及びコイル６２ｄを直列に接続し、第３相のコイル６３を構成するコイル６３ａ、コイル６３ｂ、コイル６３ｃ及びコイル６３ｄを直列に接続している。第１相のコイル６１を構成するコイル６１ａ、コイル６１ｂ、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄは、図３に示すように、コイル６１ａとコイル６１ｂとを隣り合うように配し、これに対向する箇所に、コイル６１ｃとコイル６１ｄとを隣り合うように配している。加えて、コイル６１ａ及びコイル６１ｂの巻回方向（超伝導ワイヤー６４の巻回方向）と、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄの巻回方向（超伝導ワイヤー６４の巻回方向）とが、固定子７０の周回方向に対して揃うようにしている。第２相のコイル６２を構成するコイル６２ａ、コイル６２ｂ、コイル６２ｃ及びコイル６２ｄ、並びに、第３相のコイル６３を構成するコイル６３ａ、コイル６３ｂ、コイル６３ｃ及びコイル６３ｄも、第１相のコイル６１を構成するコイル６１ａ、コイル６１ｂ、コイル６１ｃ及びコイル６１ｄと同様に配している。
【００５８】
各相のコイル６０を上記のように接続すると、各相のコイル６１，６２，６３を流れる電流Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ），Ｉ３（ｔ）の和Ｉ１（ｔ）＋Ｉ２（ｔ）＋Ｉ３（ｔ）が常に０になるようにし、各相のコイル６１，６２，６３の自己インダクタンスの和が常に０になるようにすることが可能になる（各相のコイル６１，６２，６３の自己インダクタンスは、電流Ｉ１（ｔ），Ｉ２（ｔ），Ｉ３（ｔ）の時間微分で与えられる）。換言すると、コイル６１，６２，６３の自己インダクタンスを、他相からの相互インダクタンスを利用してキャンセルすることが可能になる。よって、回転速度によらないトルクの発生を可能とし、最大効率、最大トルク、最大力率制御等を同時に実現することも可能になる。
【００５９】
６．用途
本発明の超伝導回転機（超伝導モーター及び超伝導発電機）は、その用途を限定されるものではなく、様々な分野において好適に採用することができる。本発明の超伝導回転機は、出力効率が高いものであるため、大きな出力が要求される用途にも好適に採用することができる。このような用途としては、自動車、船舶、電車、航空機又は昇降機等の輸送機器又は移送機器における駆動機構としての用途や、風力発電や水力発電や火力発電等の各種発電機項としての用途が例示される。
【００６０】
特に、本発明の超伝導回転機において、磁性体コアを渦電流損失及びヒステリシス損失が極めて小さな磁性体で形成すれば、これまで不可能と考えられていた高速回転での高出力も可能になるため、航空機に使用されているジェットエンジン等を超伝導モーターで置き換えることも不可能ではなく、燃料電池による高効率電機ジェット機の実現も期待される。また、本発明の超伝導回転機は、回転速度や回転トルクの変動が大きい場合でも高効率を維持することが可能であるため、昇降機の駆動機構や、風力発電装置や、自動車のブレーキングによるエネルギー回収機構等、回転速度や回転トルクの変動が大きい用途においても好適に採用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１０      出力軸
２０      永久磁石
３０      永久磁石
４０      回転子
４１      環状溝
５０      回転子
５１      環状溝
６０      コイル
６４      超伝導ワイヤー
６４ａ    上側部分
６４ｂ    下側部分
６４ｃ    内側部分
６４ｄ    外側部分
７０      固定子
８０      コア部材
８１      コア基体
８１ａ    内側突起部
８１ａ１  嶺部
８１ａ２  嶺部
８１ｂ    外側突起部
８１ｂ１  嶺部
８１ｂ２  嶺部
８１ｃ    開口部
８１ｄ    環状溝
８１ｅ    伝熱部
８２      磁性体コア
８２ａ    第一の磁性体コア
８２ｂ    第二の磁性体コア
９０      密閉容器
１００      シール軸受
１１０      冷熱供給源
１２０      断熱材
Ａ１    出力軸の中心線（回転子の回転中心線）
【図１】
2018026896.tif 000003
【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】
2018026896.tif 000009
【図８】
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【図９】
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