(57)【要約】【課題】超電導モータにおいて、簡単な構造によって効果的な冷却を実現する。【解決手段】固定子２２，２３に界磁巻線として超電導のコイル２２２，２３２を備える超電導モータ２１において、前記コイル２２２，２３２を、帯状の線材を渦巻き状に巻回して形成し、その帯状の線材の回転子２４とは反対側の一端部側に、冷凍機のコールドヘッド２５に接続された伝導冷却部材２２３，２３３を設ける。したがって、固定子２２，２３のヨーク２２１，２３１に伝導冷却部材２２３，２３３を直接接続するという簡単な構造によって、効果的な冷却を実現することができ、モータの小型軽量化が可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子に界磁巻線として超電導コイルを備える超電導モータにおいて、
前記超電導コイルは、帯状の線材が渦巻き状に巻回されて成り、
前記帯状の線材の回転子とは反対側の一端部側に、冷凍機のコールドヘッドに接続された伝導冷却部材を備えることを特徴とする超電導モータ。
【請求項２】
前記超電導コイルと、それを搭載するヨークとの隙間に、熱伝導性の部材が充填されていることを特徴とする請求項１記載の超電導モータ。
【請求項３】
前記伝導冷却部材は、銅製の平編組線から成ることを特徴とする請求項１または２記載の超電導モータ。
【請求項４】
回転子に、固定子が発生する回転磁界によって回転トルクを発生する超電導物質を備える超電導モータにおいて、前記回転子は、
冷媒通路が形成された回転軸と、
前記回転軸に固着される回転体と、
前記回転体に搭載支持される前記超電導物質と、
前記冷媒通路と超電導物質との間を熱的に接続するヒートパイプとを備えて構成されることを特徴とする超電導モータ。
【請求項５】
前記超電導物質は、Ｙ系酸化物超電導バルクであることを特徴とする請求項４記載の超電導モータ。
【請求項６】
前記超電導物質は、超電導コイルであることを特徴とする請求項４記載の超電導モータ。
【請求項７】
前記回転体の回転軸との接合部には、Ｃｕ−Ｂｅ合金が用いられることを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の超電導モータ。
【請求項８】
前記請求項１〜３のいずれか１項に記載の固定子と、前記請求項４または５記載の回転子とを備えることを特徴とする超電導モータ。
【請求項９】
前記固定子と回転子とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の超電導モータ。
【請求項１０】
前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられることを特徴とする請求項８記載の超電導モータ。
【請求項１１】
前記固定子のヨークは、軟磁性体粉末を成型して成ることを特徴とする請求項８または９記載の超電導モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導線材または超電導バルクを用いた超電導モータの冷却構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の超電導モータは、固定子に設けられるコイルに超電導線材を使用しており、この固定子内に極低温の冷媒（液体ヘリウム、液体水素、液体窒素など）を流通させて、超電導コイルを冷却している。また、最近では、回転子にも超電導コイルを配置し、回転子内に冷媒を流通させ、超電導コイルを冷却する超電導モータが提案されている。
【０００３】
図７に、特許文献１で提案された超電導モータ１の冷却構造を示す。その従来技術によれば、固定子２，３と回転子４とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータにおいて、回転子４を構成する回転体５に設けられる超電導コイル６を冷却するにあたって、該回転体５を支持する回転軸７の外表面および該回転体５の一表面に溝７ａ，５ａを設け、それらの溝７ａ，５ａを連通する冷媒通路（パイプ）８，９を配置して、冷媒を循環させる構造となっている。
【０００４】
したがって、冷媒通路（パイプ）８，９を回転体５から回転軸７に亘って形成する必要があるので、構造が複雑で組立てが難しいという問題がある。すなわち、回転軸７と回転体５とが一体化した状態で、一体化した冷媒通路（パイプ）８，９を取付けるか、もしくは回転軸７と回転体５とに予め冷媒通路（パイプ）８，９をそれぞれ取付けておいて、回転軸７と回転体５とを一体化した後、溶接などで冷媒通路（パイプ）８，９を連結するかの方法を取ることになるが、いずれにしても製作工程が繁雑となる。
【０００５】
そこで、回転子を冷却しないで、冷媒を用いずに超電導コイルを冷却する方法も提案されている。図８に、特許文献２で提案された超電導モータの冷却構造を示す。この特許文献２もアキシャルギャップ型のブラシレスモータであり、図８は、電機子コイル１１の構造を示すもので、電機子はこの電機子コイル１１を周方向に６個備えて成る。そして、この電機子コイル１１は、巻胴に超電導コイル１２を巻回し、その上に軸方向に延びる平編組線１３を積層する構造を複数層積層し、前記平編組線１３を冷凍機のコールドヘッドに接続するものである。特許文献２は、このような電機子コイル１１と界磁コイルとの両方を固定子に配置して、回転子に誘導子を設けることで、回転子は冷却しないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−１８７０５１号公報
【特許文献２】特開２００７−８９３４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献２の従来技術では、固定子と回転子とに加えて、誘導子が増えるために、モータの小型軽量化が難しくなる。加えて、電機子コイル１１はソレノイド巻きで巻回されているので、コイル軸方向の冷却効率を高くするためには、平編組線１３を超電導コイル１２の各層間に挿入するなど、超電導コイル１２の巻線が複雑化したり、冷却効率そのものが低い構造である。
【０００８】
本発明の目的は、簡単な構造で効果的な冷却を行うことができる超電導モータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の超電導モータは、固定子に界磁巻線として超電導コイルを備える超電導モータにおいて、前記超電導コイルは、帯状の線材が渦巻き状に巻回されて成り、前記帯状の線材の回転子とは反対側の一端部側に、冷凍機のコールドヘッドに接続された伝導冷却部材を備えることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成によれば、固定子の界磁巻線として超電導コイルを用いるようにした超電導モータにおいて、その超電導コイルを、酸化物超電導線材などの超電導線材を帯（テープ）状にしたものを渦巻き状に巻回して形成、すなわちいわゆるシングルパンケーキ巻きで形成するとともに、その回転子とは反対側の一端部側に冷凍機のコールドヘッドに接続された伝導冷却部材を設け、冷却する。
【００１１】
したがって、固定子のヨークに伝導冷却部材を直接接続するという簡単な構造によって効果的な冷却を実現することができ、誘導子を使用していないのでモータの小型軽量化が可能となる。また、冷却される超電導コイルは、帯状であり、その幅方向の回転子とは反対側の一端側から冷却されるので、円柱状や角柱状の線材に比べて、良好な熱伝導性、すなわち冷却性を得ることができる。さらにまた、アキシャルギャップ型のモータである場合に、線材が前記円柱状や角柱状では、表皮効果で電流の流れが少なくなる部分があるのに対して、帯状（テープ状）の線材を用いることで、線材の断面（電流の流路断面）において、内部側の面積を減少させて電流密度を向上し、さらに渦電流も少なくすることができ、より大きなトルクを得ることができるとともに、ＡＴ（アンペアターン）が小さく組立て（リサイクルの分解も）が容易であり、かつ巻線自体の構造が強固になり、断線や磁歪による疲労にも強くすることができる。
【００１２】
また、本発明の超電導モータでは、前記超電導コイルと、それを搭載するヨークとの隙間に、熱伝導性の部材が充填されていることを特徴とする。
【００１３】
上記の構成によれば、上述のように帯状の線材を渦巻き状に巻回して成る超電導コイルの一端部と、それを搭載するヨークとの隙間に、熱伝導性の部材、たとえばシリコングリスやアルミナを充填する。
【００１４】
したがって、前記熱伝導性の部材を介して、超電導コイルからヨークにまで良好な熱伝導性で伝導することができ、該超電導コイルの放熱性を向上することができる。これによって、界磁電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。
【００１５】
さらにまた、本発明の超電導モータでは、前記伝導冷却部材は、銅製の平編組線から成ることを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によれば、特別なメンテナンスが不要で、かつ良好な熱伝導性を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の超電導モータは、回転子に、固定子が発生する回転磁界によって回転トルクを発生する超電導物質を備える超電導モータにおいて、前記回転子は、冷媒通路が形成された回転軸と、前記回転軸に固着される回転体と、前記回転体に搭載支持される前記超電導物質と、前記冷媒通路と超電導物質との間を熱的に接続するヒートパイプとを備えて構成されることを特徴とする。
【００１８】
上記の構成によれば、回転子に、固定子が発生する回転磁界によって回転トルクを発生するために、超電導コイルや、酸化物超電導バルクなどから成る永久磁石を備える超電導モータにおいて、前記超電導コイルや酸化物超電導バルクなどの超電導物質を冷却するにあたって、特にヒートパイプを用いる。具体的には、回転軸に冷媒通路を形成し、その回転軸に固着される回転体に前記超電導物質を搭載支持し、その超電導物質と前記冷媒通路との間を前記ヒートパイプによって熱的に接続する。
【００１９】
したがって、回転子において、超電導物質を冷却するために冷媒を循環する冷媒通路（クーリングパイプ）は、回転軸だけに取付けられて、回転体とは独立しているので、該回転体だけを取出すことが可能となり、各部品の製作および組立てが容易になる。これによって、簡単な構造で効果的な冷却を行うことができる。特に、前記超電導物質がＹ系酸化物超電導バルクなどの超電導体である場合には、永久磁石よりもさらに強い磁場を発生させるために着磁をする必要があるが、前記冷媒通路（クーリングパイプ）が回転軸から回転体まで連通していると、それらが一体化した状態で着磁する必要があり、１回の着磁作業で１つしか作業できないのに対して、前記冷媒通路（クーリングパイプ）を回転軸だけとすることで、回転体を分離した状態で前記酸化物超電導バルクに着磁を行うことが可能になるので、複数の回転体を積層して、一度に着磁することが可能になる。
【００２０】
さらにまた、本発明の超電導モータでは、前記回転体の回転軸との接合部には、Ｃｕ−Ｂｅ合金が用いられることを特徴とする。
【００２１】
上記の構成によれば、回転体の回転軸との接合部にはネジ溝が切られており、両側から回転軸を取り付けることができる。そのネジ溝部分の材質として、前記Ｃｕ−Ｂｅ合金を用いる。
【００２２】
したがって、高熱伝導率で、ヒートパイプの熱を低い抵抗で冷媒通路（クーリングパイプ）に伝えることができるとともに、１，０００ｒｐｍを超える高回転数でも回転軸と回転体とが緩むことなく、高強度で固定することが可能になる。
【００２３】
また、本発明の超電導モータでは、前記の固定子と、前記の回転子とを備えることを特徴とする。
【００２４】
上記の構成によれば、固定子および回転子のそれぞれに適した冷却構造を用いて、両方に超電導部材を搭載するので、小型で大パワーの超電導モータを実現することができる。
【００２５】
さらにまた、本発明の超電導モータでは、前記固定子と回転子とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータであることを特徴とする。
【００２６】
上記の構成によれば、前記固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のブラシレスモータに比べて、小径で大きなトルクを得ることができる。
【００２７】
また、本発明の超電導モータでは、前記固定子は、前記回転子を挟んで一対で設けられることを特徴とする。
【００２８】
上記の構成によれば、共通の回転子を挟んで、一対の固定子で該回転子を駆動するので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現することができる。
【００２９】
さらにまた、本発明の超電導モータでは、前記固定子のヨークは、軟磁性体粉末を成型して成ることを特徴とする。
【００３０】
上記の構成によれば、本発明の超電導モータは、上述のような構造で、コイルが発生する電流と永久磁石の磁界とで回転トルクを得る、いわゆるローレンツ力モータの構造であるので、ヨークの材料に比較的透磁率の低い鉄粉を用いることができ、それを加熱や接着剤などで成型して該ヨークを作成することで、電磁鋼板を用いる場合に比べて、コストを大幅に下げることができるとともに、任意の形状に形成することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の超電導モータは、以上のように、固定子の界磁巻線として超電導コイルを用いるようにした超電導モータにおいて、その超電導コイルを、酸化物超電導線材などの超電導線材を帯（テープ）状にしたものを渦巻き状に巻回して形成するとともに、その回転子とは反対側の一端部側に冷凍機のコールドヘッドに接続された伝導冷却部材を設けて冷却する。
【００３２】
それゆえ、固定子のヨークに伝導冷却部材を直接接続するという簡単な構造によって効果的な冷却を実現することができ、誘導子を使用していないのでモータの小型軽量化が可能となる。また、冷却される超電導コイルは、帯状であり、その幅方向の回転子とは反対側の一端側から冷却されるので、円柱状や角柱状の線材に比べて、良好な熱伝導性、すなわち冷却性を得ることができる。
【００３３】
また、本発明の超電導モータは、以上のように、回転子に、固定子が発生する回転磁界によって回転トルクを発生するために、超電導コイルや、酸化物超電導バルクなどから成る永久磁石を備える超電導モータにおいて、前記超電導コイルや酸化物超電導バルクなどの超電導物質を冷却するにあたって、回転軸に冷媒通路を形成し、その回転軸に固着される回転体に前記超電導物質を搭載支持し、その超電導物質と前記冷媒通路との間をヒートパイプによって熱的に接続する。
【００３４】
それゆえ、回転子の超電導物質を冷却するための冷媒を循環する冷媒通路（クーリングパイプ）は、回転軸だけに取付けられて、回転体とは独立しているので、該回転体だけを取出すことが可能となり、各部品の製作および組立てが容易になる。これによって、簡単な構造で効果的な冷却を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の一形態に係る超電導モータの断面図である。
【図２】図１で示す超電導モータの固定子におけるヨークでのコイルの埋込み構造を拡大して示す断面図である。
【図３】本発明の実施の他の形態に係る超電導モータの断面図である。
【図４】図１で示す超電導モータの回転子におけるヒートパイプの引回しの一例を示す図である。
【図５】図３で示す超電導モータの回転子の回転体と回転軸との接合部付近を拡大して示す断面図である。
【図６】本発明の実施のさらに他の形態に係る超電導モータの断面図である。
【図７】典型的な従来技術の超電導モータの冷却構造を示す断面図である。
【図８】他の従来技術の超電導モータの冷却構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の一形態に係る超電導モータ２１の断面図である。この超電導モータ２１は、固定子２２，２３と、回転子２４とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータであり、たとえば１００ｋＷ超の大型のモータに用いられる。このようなアキシャルギャップ型のブラシレスモータは、前記固定子が回転子の外周側に設けられるラジアルギャップ型のブラシレスモータに比べて、小径で大きなトルクを得ることができる。また、前記固定子２２，２３は、回転子２４を挟んで一対で設けられるので、略２倍のトルクを、２倍より大幅に薄い厚さで実現できている。
【００３７】
前記固定子２２，２３は、ヨーク２２１，２３１内に、界磁巻線として、周方向に複数、たとえば６個のコイル２２２，２３２が埋込まれて成り、回転子２４は、回転軸２４１に固着される回転体２４２内に、周方向に複数、たとえば８個の永久磁石２４３が埋込まれて成る。こうして構成されるこの超電導モータ２１は、コイル２２２，２３２が発生する電流と永久磁石２４３の磁界とで回転トルクを得る、いわゆるローレンツ力モータである。このため、ヨーク２２１，２３１の材料に比較的透磁率の低い鉄粉を用いることができる。これによって、電磁鋼板を用いる場合に比べて、コストを大幅に下げることができるとともに、任意の形状に形成することが可能となっている。
【００３８】
なお、図では省略しているが、本発明の超電導モータ２１は、磁性シール等のシール構造等を適宜設けて、内部に氷結が生じないように、真空構造となっているものとする。
【００３９】
注目すべきは、この超電導モータ２１では、固定子２２，２３のコイル２２２，２３２として超電導コイルを用いるにあたって、該コイル２２２，２３２を、Ｙ系酸化物超電導線材などの超電導線材を帯（テープ）状にしたものを渦巻き状に巻回して形成、すなわちいわゆるシングルパンケーキ巻き（回転子２４の永久磁石２４３によって形成される磁束の方向が超電導線材の幅方向と一致するように）で形成するとともに、回転子２４とは反対側（該超電導モータ２１の外表面側）の全面に、一端部側を冷凍機のコールドヘッド２５に接続された伝導冷却部材２２３，２３３を接着形成し、冷却することである。前記冷凍機としては、たとえば４．２°Ｋの転移温度を有する液体ヘリウムを用いる冷凍機を用いることができる。
【００４０】
したがって、固定子２２，２３のヨーク２２１，２３１に伝導冷却部材２２３，２３３を直接接続するという簡単な構造によって効果的な冷却を実現することができ、誘導子を使用していないのでモータの小型軽量化が可能となる。また、冷却される超電導のコイル２２２，２３２は、帯状であり、その幅方向の回転子２４とは反対側の一端側から冷却されるので、円柱状や角柱状の線材に比べて、良好な熱伝導性、すなわち冷却性を得ることができる。
【００４１】
さらにまた、アキシャルギャップ型のモータにおいて、線材が前記円柱状や角柱状では、表皮効果で電流の流れが少なくなる部分があるのに対して、帯状（テープ状）の線材を用いることで、線材の断面（電流の流路断面）において、内部側の面積を減少させて電流密度を向上し、さらにその幅方向が永久磁石２４３によって形成される磁束の方向と略一致するように渦巻き状に巻回してコイル２２２，２３２を形成することで、磁束に直交する面における前記線材の断面積が小さくなり、渦電流損も少なくすることができる。こうして、より大きなトルクを得ることができるとともに、ＡＴ（アンペアターン）が小さく組立て（リサイクルの分解も）が容易であり、かつ巻線自体の構造が強固になり、断線や磁歪による疲労にも強くすることができる超電導モータを実現することができる。
【００４２】
また、固定子２３におけるヨーク２３１でのコイル２３２の埋込み構造を図２で拡大して示す。固定子２２側でも、同様に構成されている。上述のように帯状の線材を渦巻き状に巻回して成る前記超電導のコイル２２２，２３２の一端部（エッジ）と、それを搭載するヨーク２２１，２３１との隙間には、シリコングリスやアルミナなどの熱伝導性の部材２２４，２３４が充填されている。したがって、前記熱伝導性の部材２２４，２３４を介して、超電導のコイル２２２，２３２からヨーク２２１，２３１にまで良好な熱伝導性で伝導することができ、該コイル２２２，２３２の放熱性を向上することができる。これによって、界磁電流を大きくして大きなトルクを得ることができ、或いは同じトルクでは小型化することができる。
【００４３】
さらにまた、前記伝導冷却部材２２３，２３３には、銅製の平編組線を用いることができる。これによって、特別なメンテナンスが不要で、かつ良好な熱伝導性を得ることができる。
【００４４】
一方、上述のように超電導のコイル２２２，２３２は、その全長に亘って、前記一端部（エッジ）を熱伝導性の部材２２４，２３４を通してヨーク２２１，２３１と接着させているので、該コイル２２２，２３２で発生する交流損失はすぐに熱伝導性の部材２２４，２３４とヨーク２２１，２３１とを経由して伝導冷却部材２２３，２３３に放熱される。また、前述のようにコイル２２２，２３２によって発生する磁束は、鉄粉で構成されるヨーク２２１，２３１内を通るので、該伝導冷却部材２２３，２３３にはほとんど漏れ出さない。したがって、渦電流による銅損を抑制することができるので、前記伝導冷却部材２２３，２３３には、銅板を用いることも可能である。
【００４５】
また、前記ヨーク２２１，２３１が磁気的に等方性を有する鉄粉から成ることによって、磁束がコイル２２２，２３２の電流方向と直交することで、高効率でトルクが発生し、またコイル２２２，２３２における渦電流も低減できるので、モータの効率を向上することができる。
【００４６】
具体的には、前記ヨーク２２１，２３１は、所望の磁気特性（前記電磁鋼板などに比べて低いものの、比較的高い透磁率）の実現容易性および前記の所望の形状の成型容易性から、前記の磁気的に等方性を有するものであて、たとえば軟磁性粉末を、圧力成型、或いは加熱や接着剤などを用いて成型したものが用いられる。前記軟磁性粉末は、強磁性の金属粉末であり、より具体的には、純鉄粉、鉄基合金粉末（Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｆｅ−Ｓｉ合金、センダスト、パーマロイ等）およびアモルファス粉末、さらには表面にリン酸系化成被膜などの電気絶縁被膜が形成された鉄粉などが挙げられる。これらの軟磁性粉末は、アトマイズ法などによって製造することができる。
【００４７】
さらに、前記軟磁性粉末は、電気絶縁層で覆われていることが好ましく、その場合、ヨーク内の電流を低減できるので、該ヨークの渦電流損を低減することができる。具体的には、上述のリン酸系化成被膜などの電気絶縁被膜で表面処理を施すことで実現でき、或いは前記軟磁性粉末に絶縁性樹脂コーティング等を施すことでも実現できる。
【００４８】
前記コイル２２２，２３２と永久磁石２４３との関係は、周方向に対して、コイル２２２，２３２の間隔が、永久磁石２４３の間隔と異なり、かつ倍数でない周期に形成されることが好ましい。たとえば、界磁電流がＵ，Ｖ，Ｗの３相で、コイルが３極の場合は永久磁石が４極、上記のようにコイルが６極の場合は永久磁石が８極、コイルが９極の場合には永久磁石が１２極という具合である。このようにコイルの極数と、永久磁石の極数とが、互いに異なる素数に基づく関係（上述の例では、コイルの極数をｎとすると、永久磁石の極数は、２・２（ｎ／３）の関係）とすることで、コイル間の間隔と、永久磁石との間隔を、相互に一致しないようにすることができ、トルクリップルを抑えることができる。
【００４９】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の他の形態に係る超電導モータ３１の断面図である。この超電導モータ３１も、固定子３２，３３と、回転子３４とが、軸方向に間隔を開けて配置されて成るアキシャルギャップ型のブラシレスモータであり、かつコイル３２２，３３２が発生する電流と磁石の磁界とで回転トルクを得る、いわゆるローレンツ力モータである。この超電導モータ３１は、たとえば大型船舶用のモータとして用いられる。この超電導モータ３１では、固定子３２，３３は、ヨーク３２１，３３１内に、界磁巻線として、周方向に複数、たとえば６個のコイル３２２，３３２が埋込まれて成り、前記コイル３２２，３３２は、常電導のコイルである。
【００５０】
注目すべきは、この超電導モータ３１では、回転子３４は、回転軸３４１に固着される回転体３４２内に、周方向に複数、たとえば８個の前記磁石として機能する超電導バルク３４３が埋込まれていることである。前記超電導バルク３４３は、ＹＢａ２Ｃｕ３Ｏ７−ｘのＹ系酸化物超電導バルクなどから成る。また注目すべきは、その超電導バルク３４３を冷却するにあたって、回転軸３４１には、その外周に回転体３４２付近で折り返す往復の溝３４５が形成されて、その溝３４５内に冷媒通路（クーリングパイプ）３４６が配設されるとともに、前記回転体３４２には、前記冷媒通路３４６と超電導バルク３４３との間を熱的に接続するヒートパイプ３４７が設けられていることである。
【００５１】
前記冷媒通路（クーリングパイプ）３４６には、冷凍機で冷却された冷媒ガス（ここではヘリウムを使用している）が液体となって供給される。前記ヒートパイプ３４７には、たとえば転移温度が十数°Ｋのネオンが封入されている。このネオン以外には、ヘリウムや水素を用いることで、それぞれ４°Ｋおよび２０°Ｋ付近で動作させることが可能である。そして、前記ヒートパイプ３４７は、たとえば図４で示すように、１本のパイプが、前記回転体３４２の内周側の前記冷媒通路（クーリングパイプ）３４６の近傍位置から、外周側の超電導バルク３４３の近傍位置まで、繰返し往復して周回するように折り曲げ形成されている。
【００５２】
したがって、超電導バルク３４３が、それが置かれる磁場が時間的に変動することによって発生するヒステリシス損失によって発熱すると、ヒートパイプ３４７の中のネオンは、該超電導バルク３４３近くの領域で受熱して温度が上昇し、沸騰して圧力が上昇する。一方、該ヒートパイプ３４７の回転軸３４１近くでは、冷媒通路（クーリングパイプ）３４６中のヘリウムによって冷却されており、ネオンガスはこの低温領域で放熱して、ガスが収縮することにより圧力が低下する。このような受熱部と放熱部との圧力差によって、ガスと液体との熱媒体が圧力の高い受熱部から圧力の低い放熱部に移動し、潜熱と顕熱との両方の熱輸送が行われる。こうして、回転子３４の超電導バルク３４３が効率良く冷却される。
【００５３】
図５は、前記回転体３４２の回転軸３４１との接合部付近を拡大して示す断面図である。前記回転軸３４１は、回転体３４２の厚み方向に２つの部分３４１１，３４１２に分割されており、一方の部分３４１１の外表面に、前記溝３４５が形成されて、冷媒通路（クーリングパイプ）３４６埋込まれている。注目すべきは、回転体３４２の接合部にはネジ溝３４２１が刻設されており、該回転体３４２の厚み方向の両側から前記回転軸３４１の部分３４１１，３４１２をネジ込むにあたって、前記ネジ溝３４２１部分の材質として、Ｃｕ−Ｂｅ合金が用いられていることである。前記Ｃｕ−Ｂｅ合金は、高熱伝導率の材料で、ヒートパイプ３４７の熱を低い抵抗で冷媒通路（クーリングパイプ）６に伝えることができるとともに、１，０００ｒｐｍを超える高回転数でも、回転軸３４１と回転体３４２とが緩むことなく、高強度で固定することが可能になる。
【００５４】
このように構成することで、回転子３４において、超電導バルク３４３を冷却するために冷媒を循環する冷媒通路（クーリングパイプ）３４６は、回転軸３４１だけに取付けられて、該回転軸３４１と回転体３４２とは独立しているので、該回転体３４１だけを取出すことが可能となり、各部品の製作および組立てが容易になる。これによって、簡単な構造で効果的な冷却を行うことができる。
【００５５】
前記の組立て性について、以下に詳述する。前記超電導バルク３４３が前記のＹ系酸化物超電導バルクである場合には、永久磁石よりもさらに強い磁場を発生させるために着磁をする必要がある。そこで、前述の図７の従来例において、コイル６に代えて前記超電導バルク３４３を用いた場合、冷媒通路（クーリングパイプ）８，９が回転軸７から回転体５まで連通しているので、それらが一体化した状態で着磁する必要がある。もしくは、超電導バルク３４３のみをまとめて着磁し、それらを回転体３４２に組み込むという工程を取らざるを得ない。しかしながら、回転軸７を伴った状態では、複数の回転子４のセットを超電導バルクの着磁用のコイルボア内に挿入することが難しいので、回転子４は１セットずつ着磁する必要がある。また、着時した後の電導バルク３４３を回転体３４２に組み込む作業は、吸着して非常に困難である。これに対して、本実施の形態のように前記冷媒通路（クーリングパイプ）３４７を回転軸３４１だけとすることで、回転体３４２を回転軸３４１から分離した状態で着磁することが可能となり、回転体３４２に超電導バルク３４３を嵌め込んだ状態で着磁を行うことができ、また複数の回転体３４２を複数積層して、一度に着磁することも可能になる。
【００５６】
（実施の形態３）
図６は、本発明の実施のさらに他の形態に係る超電導モータ４１の断面図である。この超電導モータ４１は、前述の超電導モータ２１，３１に類似し、対応する部分には同一の参照符号を付して示し、その説明を省略する。注目すべきは、この超電導モータ４１は、図１および図２で示す超電導モータ２１における固定子２２，２３側の構成と、図３〜図５で示す超電導モータ３１における回転子３４側の構成とを併用していることである。
【００５７】
すなわち、固定子２２，２３側の界磁巻線となるコイル２２２，２３２にはＹ系酸化物超電導線材などの超電導線材を帯（テープ）状にしたものを渦巻き状に巻回して用い、その一端部側を、ヨーク２２１，２３１を介して、冷凍機のコールドヘッド２５に接続された伝導冷却部材２２３，２３３によって冷却する一方、回転子３４側も、磁石として機能する超電導バルク３４３を用い、その超電導バルク３４３を、回転軸３４１に設けた冷媒通路（クーリングパイプ）３４６およびヒートパイプ３４７を用いて冷却することである。
【００５８】
このように構成することで、固定子２２，２３側の超電導のコイル２２２，２３２と、回転子３４側の超電導バルク３４３との相乗効果によって、モータトルクをより増大することができる。
【００５９】
なお、超電導線材として、全てＹ系酸化物超電導線材を用いたが、この他に、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ１Ｃｕ２Ｏｙ（Ｂｉ−２２１２）酸化物超電導線材や、Ｂｉ２Ｓｒ２Ｃａ２Ｃｕ３Ｏｚ（Ｂｉ−２２２３）系の酸化物超電導線材でも、線材断面のアスペクト比が５から２００までのテープ線材であれば、同様の効果が期待できる。
【符号の説明】
【００６０】
２１，３１，４１    超電導モータ
２２，２３；３２，３３    固定子
２２１，２３１；３２１，３３１    ヨーク
２２２，２３２；３２２，３３２    コイル
２２３，２３３    伝導冷却部材
２４，３４    回転子
２４１，３４１  回転軸
２４２，３４２  回転体
２４３  永久磁石
２５    冷凍機のコールドヘッド
３４３  超電導バルク
３４５  溝
３４６  冷媒通路（クーリングパイプ）
３４７  ヒートパイプ
【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】
2011250503.tif 000007
【図６】
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【図７】
2011250503.tif 000009
【図８】
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