(57)【要約】【課題】渦電流損失を抑制でき、かつ、軽量化を実現できる超電導モータを提供する。【解決手段】超電導モータ１００は、回転自在に支持されたロータ１と、ロータ１の径方向外側に配置されたステータ２と、を備えている。ロータ１およびステータ２の少なくとも一方は、超電導線を有している。かかる超電導線は、容器としての内ケーシング４に収納されている。内ケーシング４は、金属層４ａと、金属層４ａの内側に配置されＣＦＲＰから構成されている内側層４ｂと、金属層４ａの外側に配置されＣＦＲＰから構成されている外側層４ｃと、を有している。【選択図】図１
2019193420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転自在に支持されたロータと、
前記ロータの径方向外側に配置されたステータと、を備え
前記ロータおよび前記ステータの少なくとも一方は、超電導線を有し、
前記超電導線は、容器に収納されており、
前記容器は、金属層と、前記金属層の内側に配置され炭素繊維強化プラスチックから構成されている内側層と、前記金属層の外側に配置され炭素繊維強化プラスチックから構成されている外側層と、を有することを特徴とする超電導モータ。
【請求項２】
前記金属層の厚さは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項３】
前記金属層は、前記内側層、前記金属層および前記外側層で構成される壁部材の厚さ方向の中央に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項４】
前記内側層と前記外側層とは同じ厚さであることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項５】
前記内側層および前記外側層は、強化材としてピッチ系炭素繊維を用いた炭素繊維強化プラスチックから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項６】
前記超電導線を収納する内ケーシングと、前記内ケーシングを収納する外ケーシングと、を備え、
前記容器は、前記内ケーシングおよび前記外ケーシングのうちの少なくとも前記内ケーシングであり、
前記内ケーシングには、寒剤が流通する配管が接続されており、
前記内ケーシングの一部を切り欠いて露出した前記金属層と前記配管とが溶接されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項７】
前記超電導線を収納する内ケーシングと、前記内ケーシングを収納する外ケーシングと、を備え、
前記容器は、前記内ケーシングおよび前記外ケーシングのうちの少なくとも前記内ケーシングであり、
前記内ケーシングには、寒剤が流通する配管が接続されており、
前記配管の外周面上に、第１の押さえ板が配置されており、
前記第１の押さえ板の内側の面が、前記内ケーシングの一部を切り欠いて露出した前記金属層の外側の面に当接されており、
前記第１の押さえ板と前記配管と前記金属層とで囲まれた箇所に、低温でのシール性能を保持可能なリング状の金属線が配置されており、
前記内側層の内側の面に、第２の押さえ板が当接されており、
前記第２の押さえ板、前記内側層、前記金属層、前記金属線、および前記第１の押さえ板が、ねじ部材によってねじ締結されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項８】
前記超電導線を収納する内ケーシングと、前記内ケーシングを収納する外ケーシングと、を備え、
前記容器は、前記内ケーシングおよび前記外ケーシングのうちの少なくとも前記内ケーシングであり、
前記内ケーシングには、冷凍機のコールドヘッドが熱的に接合されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項９】
前記内側層の内側および前記外側層の外側の少なくとも一方の側に、金属層、炭素繊維強化プラスチックから構成されている層の順に配置されてなる組が少なくとも一組設けられていることを特徴とする請求項１に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、超電導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
大気汚染による人体への悪影響を減らすことが世界中で求められてきており、自動車ばかりでなく飛行機のエンジンからの排出ガス規制が進められている。このため、自動車においては２０３０年以降、炭酸ガス、二酸化炭素等の排出ガスのない電気モータ駆動による自動車が主流になると予想されている。そして、最近では自動車ばかりでなく、電気モータ駆動による飛行機の開発が進められてきている。
【０００３】
飛行機は数１０名以上の乗客を乗せて長距離を輸送するため、飛行機用の電気モータには、飛行機の推力と揚力とが得られる数ＭＷクラスの出力が要求される。そこで、従来の常伝導線から超電導線に変えたコイルを備える超電導モータが期待されている。この超電導モータの特徴は、電流密度が大きくなることである。したがって、超電導モータは、大電流を流せることによって単位重量当りの出力が向上する。
【０００４】
飛行機用のエンジンとして使用されているターボプロップエンジンは、単位重量当りの出力が約５．５（ｋＷ／ｋｇ）である。これにならい、飛行機用の超電導モータの開発機は、目標値として、５．５（ｋＷ／ｋｇ）以上の単位重量当りの出力が求められている。
【０００５】
一方、コイルの線材として超電導線を使用する場合、超電導線を低温に維持することが必要である。また、室温から低温環境の超電導線へ侵入する熱によって冷却用の寒剤の液量が消費してしまうため、超電導線を外部から断熱する必要がある。この断熱には、一般的に真空断熱が用いられる。
特許文献１には、アルミニウム合金で内側を構成し、その外側に炭素繊維強化プラスチック（以下、「ＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）」ともいう）を設けた真空容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−６５７３１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１に記載の容器は、ＣＦＲＰによって剛性が高くなるが、アルミニウム合金はＣＦＲＰと比較して比抵抗が小さいため、高周波の電流を流す超電導モータで使用するとアルミニウム合金に渦電流が発生する。これにより、アルミニウム合金内部で発熱が生じる。また、それに伴い、寒剤の消費量が増大する。
【０００８】
したがって、超電導モータとしては、ステータのコイルで発生する磁場によって生じる渦電流による発熱が少ないものが望まれている。また、前記したように単位重量当りの出力が大きいことも飛行機用の超電導モータにとって重要なポイントであることから、超電導モータの軽量化が重要である。
【０００９】
本発明は、前記した事情に鑑みてなされたものであり、渦電流損失を抑制でき、かつ、軽量化を実現できる超電導モータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を達成するための本発明に係る超電導モータは、回転自在に支持されたロータと、前記ロータの径方向外側に配置されたステータと、を備えている。前記ロータおよび前記ステータの少なくとも一方は、超電導線を有している。前記超電導線は、容器に収納されている。前記容器は、金属層と、前記金属層の内側に配置され炭素繊維強化プラスチックから構成されている内側層と、前記金属層の外側に配置され炭素繊維強化プラスチックから構成されている外側層と、を有している。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、渦電流損失を抑制でき、かつ、軽量化を実現できる超電導モータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る超電導モータの構成を示す断面図である。
【図２】図１に示される内ケーシングの壁部材の断面図である。
【図３】図１に示される吐出管と内ケーシングとの接合部を示す拡大断面図である。
【図４】図１に示される吐出管と内ケーシングとの接合部の変形例を示す拡大断面図である。
【図５】図４に示される押さえ板を示す平面図である。
【図６】シャフトが内ケーシングと外ケーシングとを貫通して軸受によって支持されている部分の近傍の拡大断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る超電導モータの構成を示す断面図である。
【図８】内ケーシングの壁部材の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同様な構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
まず、図１〜図６を参照して、本発明の第１実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る超電導モータ１００の構成を示す断面図である。本実施形態においては、超電導モータ１００を飛行機の駆動用に適用した場合について説明する。
【００１５】
図１に示すように、超電導モータ１００は、回転可能なシャフト１１を備えている。シャフト１１は、その両端側にそれぞれ設置された軸受１０によって支持されている。シャフト１１の端部（図１では左端部）には、プロペラ（ブレード）９が取り付けられている。このプロペラ９は、この超電導モータ１００が飛行機用の駆動モータであることを示すものである。
【００１６】
超電導モータ１００は、回転自在に支持されたロータ１と、ロータ１の径方向外側に配置されたステータ２とを備えている。ロータ１およびステータ２は、超電導コイルを形成する超電導線（図示せず）を有している。超電導線は、容器としての内ケーシング４に収納されている。超電導モータ１００は、内ケーシング４と、内ケーシング４を収納する外ケーシング５とを備えている。内ケーシング４および外ケーシング５は、真空容器３を構成している。内ケーシング４と外ケーシング５との間の空間は、真空引きされることで真空状態とされる。
【００１７】
ロータ１は、円筒形状を呈している。ロータ１の中心をシャフト１１が貫通しており、ロータ１はシャフト１１に固定されている。ステータ２は、円筒形状を呈している。冷しバメによってステータ２の外周が内ケーシング４の内周に密着することによって、ステータ２は内ケーシング４の内周に取り付けられている。ステータ２とロータ１との隙間は、約０．５ｍｍである。この隙間は、超電導モータ１００の大きさによって変わる。
【００１８】
ここで、超電導モータ１００が回転する原理について簡単に説明する。図１に示す超電導モータ１００は、三相かご形誘導モータである。ステータ２の三相交流電流で発生した回転磁場によって、かご形導体であるロータ１が回転磁場につられて回転を始める。ステータ２の三相交流電流によって、徐々にロータ１の回転数は増加する。超電導モータ１００は、通常のモータのロータ１およびステータ２の各コアに巻き付けられた常伝導コイル（図示せず）を超電導コイル（図示せず）に置き換えたものである。超電導コイルを形成する超電導線は、臨界温度以下では電気抵抗がゼロになる特性がある。また、超電導線は、常伝導の銅線よりも電流密度を高くすることが可能であり、大電流を流すことができる。このため、小さな容積でも出力を大きくすることが可能である。
【００１９】
超電導線の中で、比較的高い臨界温度を有するＭｇＢ２、Ｂｉ２２１２、ＹＢＣＯ等は高温超電導材料と言われている。臨界温度が高い高温超電導材料は、従来のＮｂＴｉ（ニオブ・チタン）に比べて、室温との温度差が小さいため、侵入熱量が小さい。中でもＭｇＢ２は、材料コストが低いため、今後、超電導モータ１００の超電導線の材料として期待されている。
【００２０】
ＭｇＢ２は、臨界温度が３９Ｋであるが、高磁場中においては、この臨界温度よりも低い温度で使用される。大気圧、飽和温度２０Ｋの液体水素は、ＭｇＢ２の高温超電導材料の寒剤として最も適した寒剤である。
【００２１】
内ケーシング４には、寒剤としての例えば液体水素が流通する配管である注液管６および吐出管７が接続されている。ロータ１とステータ２とが収納される内ケーシング４には、注液管６から液体水素が供給される。ロータ１とステータと２で発生する熱は、内ケーシング４内の液体水素の沸騰冷却によって２０Ｋの温度に維持される。沸騰により蒸発したガスは、吐出管７を通って大気中に放出される。
【００２２】
内ケーシング４の内部の温度は、２０Ｋであり、室温の２９３Ｋに比べて低い温度である。低温を長時間維持し、寒剤の消費量を低減するために、内ケーシング４が外ケーシング５内に設置され、内ケーシング４と外ケーシング５との間の空間が真空状態とされることで、内ケーシング４の内部が断熱されている。内ケーシング４は、断熱支持体８によって外ケーシング５に支持固定されている。断熱支持体８の材料として、低熱伝導率で高剛性の繊維強化プラスチック（ＦＲＰ：Fiber Reinforced Plastics）が使用されており、ＣＦＲＰおよびＧＦＲＰのいずれが使用されてもよい。外ケーシング５は、ここでは、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼から構成されている。
【００２３】
図２は、図１に示される内ケーシング４の壁部材の断面図である。
図２に示すように、内ケーシング４は、金属層４ａと、金属層４ａの内側に配置されＣＦＲＰから構成されている内側層４ｂと、金属層４ａの外側に配置されＣＦＲＰから構成されている外側層４ｃとを有している。すなわち、金属層４ａは、内側層４ｂと外側層４ｃとによって挟み込まれている。金属層４ａと内側層４ｂ、および金属層４ａと外側層４ｃは、例えば、エポキシ樹脂等の接着剤で接着されて固定されている。
【００２４】
金属層４ａは、金属の薄膜ないし箔状を呈している。金属層４ａは、ここではオーステナイト系ステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）を薄膜にしたもので、気体分子の透過を防止する働きを持つ。金属層４ａの厚さは、０．０５ｍｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることがより好ましい。金属層４ａの厚さを下限値０．０５ｍｍ（０．１ｍｍ）以上とすることで、真空状態がより確実に維持される。一方、金属層４ａの厚さを上限値１ｍｍ（０．５ｍｍ）以下とすることで、電気抵抗が高くなり渦電流が生じにくくなる。
【００２５】
内側層４ｂおよび外側層４ｃは、ＣＦＲＰの板状を呈しており、耐真空に対する機械的剛性を維持する働きを持つ。ＣＦＲＰには、強化材としてピッチ系炭素繊維を用いたピッチ系ＣＦＲＰと、強化材としてパン系炭素繊維を用いたパン系ＣＦＲＰとの二種類がある。ピッチ系ＣＦＲＰは、パン系ＣＦＲＰよりも、機械的剛性が高く断面積を小さくできるメリットがあるため好ましい。したがって、ここでは、内側層４ｂおよび外側層４ｃは、強化材としてピッチ系炭素繊維を用いたパン系ＣＦＲＰから構成されている。内側層４ｂおよび外側層４ｃの厚さは、内ケーシング４に必要な剛性を保持できる厚さに設定され、超電導モータ１００のサイズによって変わる。
【００２６】
ピッチ系ＣＦＲＰのヤング率と引張強さは、それぞれ５５０ＧＰａと２５００ＭＰａであり、ステンレス鋼のヤング率と引張強さは、それぞれ２００ＧＰａと６００ＭＰａである。つまり、ピッチ系ＣＦＲＰは、ステンレス鋼の約２倍以上の剛性がある。したがって、全てピッチ系ＣＦＲＰで製作した内ケーシング４の壁部材の断面積は、理論的に、全てステンレス鋼で製作した内ケーシング４の壁部材の断面積の約半分になる。また、ピッチ系ＣＦＲＰとステンレス鋼の比重は、それぞれ１．８と８である。これにより、ピッチ系ＣＦＲＰで製作した内ケーシング４の重量は、ステンレス鋼で製作した内ケーシング４の重量の約１／９（≒（１．８／８）×（１／２））に低減できる。このため、ピッチ系ＣＦＲＰ、またはピッチ系ＣＦＲＰと金属との複合材は、軽量化を狙った飛行機用の駆動モータに適したものと言える。
【００２７】
次に、ＣＦＲＰとステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）との渦電流発熱量の相対比較を行った。適用する周波数は５０Ｈｚである。均一磁場中における渦電流損失を簡単なモデルで評価した。評価方法は、「高橋孝夫：‘薄い無限長比磁性金属平板の渦電流損失特性解析’電気学会Ｂ  １０９巻８号（１９８９年）」と同様の方法とした。ここで、比較対象となる第１の材料は、厚さ５ｍｍのＳＵＳ３０４の板材であり、第２の材料は、厚さ０．２ｍｍのＳＵＳ３０４と厚さ４．８ｍｍ（２枚分）のＣＦＲＰとの複合材である。ＣＦＲＰとＳＵＳ３０４の透磁率は、それぞれ１．２６×１０−６（Ｈ／ｍ）と１．２８×１０−６（Ｈ／ｍ）である。また、ＣＦＲＰとＳＵＳ３０４の比抵抗は、それぞれ１．８５×１０−５（Ω・ｍ）と７．２×１０−７（Ω・ｍ）である。
【００２８】
前記評価方法で渦電流発熱量を計算した結果、ＳＵＳ３０４の板材の渦電流発熱量は、５．１×１０８（Ｗ／ｍ）であり、ＣＦＲＰとＳＵＳ３０４との複合材の渦電流発熱量は、４．０×１０７（Ｗ／ｍ）であった。つまり、ＣＦＲＰとＳＵＳ３０４との複合材の方が、ＳＵＳ３０４の板材よりも、渦電流発熱量が約１／１３に低減している。このことから、渦電流による発熱損失は、従来のステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）の板材よりも、ＣＦＲＰとＳＵＳ３０４との複合材の方が小さくできるメリットがあることが分かった。
【００２９】
また、金属層４ａは、内側層４ｂ、金属層４ａおよび外側層４ｃで構成される壁部材の厚さ方向の中央に配置されていることが好ましい。言い換えれば、金属層４ａの内外両側にある内側層４ｂと外側層４ｃとは同じ厚さである。これにより、超電導モータ１００を冷却するとき、相対する内側層４ｂと外側層４ｃとの冷却速度を等しくでき、熱ひずみを小さくすることができる。
【００３０】
図３は、図１に示される吐出管７と内ケーシング４との接合部を示す拡大断面図である。吐出管７と注液管６とは、ともにステンレス鋼（例えばＳＵＳ３０４）から構成されている。吐出管７と注液管６とは、内ケーシング４とそれぞれ同様に接合されているため、以下、吐出管７と内ケーシング４との接合について説明し、注液管６と内ケーシング４との接合についての説明を省略する。
【００３１】
図３に示すように、内ケーシング４は、内側層４ｂと外側層４ｃとの間に金属層４ａが挟み込まれて構成されている。内ケーシング４には、吐出管７が接続されている。具体的には、内ケーシング４に形成された貫通孔に吐出管７が挿入されている。そして、内ケーシング４の外側層４ｃの一部を切り欠いて露出した金属層４ａの外側の面と吐出管７とが溶接されている。図３中の符号「２０」は、溶接による接合部を示す。このような溶接による接合処理によって、吐出管７と内ケーシング４との間において真空を封止することが可能である。
【００３２】
図４は、図１に示される吐出管７と内ケーシング４との接合部の変形例を示す拡大断面図である。ここでは、低温でのシール性能を保持可能なリング状の金属線としてのＩｎ線（インジウム線）１５を利用して、吐出管７と内ケーシング４とを接合する方法を示す。
【００３３】
図４に示すように、内ケーシング４には、吐出管７が接続されている。具体的には、図３に示す例と同様に、内ケーシング４の外側層４ｃの一部が切り欠かれて、金属層４ａが露出している。吐出管７の外周面上に押さえ板１４が配置されている。そして、内ケーシング４に形成された貫通孔に吐出管７の押さえ板１４よりも内側の部分が挿入されるとともに、押さえ板１４の内側の面が金属層４ａの外側の面に当接される。ここで、Ｉｎ線１５が、押さえ板１４と吐出管７と金属層４ａとで囲まれた箇所に配置されている。また、内ケーシング４の内側層４ｂの内側の面に押さえ板１３が当接される。そして、押さえ板１３、内側層４ｂ、金属層４ａ、Ｉｎ線１５、押さえ板１４、およびバネ座金１６が、ねじ部材としてのボルト１２とナット１７との間に挟まれてねじ締結されている。これにより、押さえ板１４と金属層４ａとの間のＩｎ線１５が加圧される。そして、Ｉｎ線１５は、押さえ板１４と吐出管７と金属層４ａとに、挟まれることで変形して密着する。このようなＩｎ線１５の利用とねじ締結とによって、吐出管７と内ケーシング４との間において真空を封止することが可能である。
【００３４】
図５は、図４に示される押さえ板１３，１４を示す平面図である。
図５に示すように、押さえ板１３，１４は、リング状の板体を呈している。押さえ板１３，１４の材質は、例えばＳＵＳ３０４である。図４における上下に設けた押さえ板１３と押さえ板１４とによって均一な面圧が生じるため、Ｉｎ線１５の変形量も均一になる。したがって、Ｉｎ線１５によるシールが確実かつ容易に実施可能となる。
【００３５】
図６は、シャフト１１が内ケーシング４と外ケーシング５とを貫通して軸受１０によって支持されている部分の近傍の拡大断面図である。
図６に示すように、シャフト１１は、内ケーシング４と外ケーシング５との間において筒体１８によって覆われている。筒体１８は、ＳＵＳ３０４等の金属製の管である。筒体１８は、超電導モータ１００（図１参照）におけるシャフト１１の軸方向の両側に２箇所あるが、ここでは図１における右側の筒体１８のみを示している。内ケーシング４の金属層４ａと筒体１８の端部とは、図３に示す吐出管７と内ケーシング４との接合と同様に、溶接によって接合されている。図６中の符号「２０」は、溶接による接合部を示す。
【００３６】
軸受１０の内部に配置された２個の玉軸受１０ａは、シャフト１１に固定されているロータ１（図１参照）の荷重を保持するとともに、シャフト１１の回転力を伝達する働きがある。
【００３７】
また、軸受１０は、真空を封止する働きも兼ね備えている。軸受１０は、フェライトの微粉と特殊な油とを均一に混合した磁性流体１０ｂを備えている。磁性流体１０ｂは、永久磁石１０ｃとフェライト系ポールピース１０ｄとで形成される閉じた磁場中に置かれることによって、シャフト１１が回転しても同じ位置に保持される。つまり、シャフト１１が回転していても、磁性流体１０ｂの膜が流体を遮断する。磁性流体１０ｂの膜をシャフト１１の軸方向に多重に配置することで、１気圧以上の圧力差に耐えることも可能である。このように、磁性流体１０ｂを設けた軸受１０によって、シャフト１１が回転しても寒剤の蒸発ガスは軸受１０から流出することはない。また、軸受１０は、外ケーシング５と軸受１０との接合面から流出する蒸発ガスを封止するＯリング１０ｅを備えている。このように、磁性流体１０ｂを設けた軸受１０、および筒体１８と内ケーシング４の金属層４ａとの接合によって、内ケーシング４と外ケーシング５との間の空間における真空の維持が可能となる。
【００３８】
また、図１に示す内ケーシング４の外側層４ｃの外表面の接着剤が、例えばサンドペーパーで除去されてもよい。これにより、ＣＦＲＰ板の炭素（カーボン）繊維が現れる。超電導モータ１００を作動させる場合、内ケーシング４内は液体水素で２０Ｋの低温に保持される。したがって、低温の炭素繊維の表面ではガス吸着が起こる。また、低温にするほどガス吸着の効果が上がるため、内ケーシング４と外ケーシング５との間の空間内の真空度が改善される。
【００３９】
本実施形態では、金属層４ａで気体分子の透過を防止できる。これにより、容器としての内ケーシング４の金属層４ａを含む壁部材によって、断熱に用いられる真空の維持が可能となる。一方、金属層４ａは、真空による圧力がかかった場合に変形が起きる可能性がある。しかし、金属層４ａの内側および外側の両側にＣＦＲＰから構成されている内側層４ｂおよび外側層４ｃをそれぞれ配置することで内ケーシング４全体の剛性が高まるため、金属層４ａの変形も抑制できる。つまり、真空の維持用に金属層４ａが利用され、内ケーシング４の剛性を保つためにＣＦＲＰが利用されている。ＣＦＲＰは例えばオーステナイト系ステンレス鋼等の金属よりもヤング率が高く、引張応力も高い特性があるため、内ケーシング４の壁部材の断面積を小さくできる。また、ＣＦＲＰは例えばオーステナイト系ステンレス鋼等の金属よりも比重が小さいことから、内ケーシング４の軽量化が図られる。
【００４０】
渦電流による発熱は、一般に渦電流の発生対象となる部材の比抵抗が大きいほど小さくなる性質がある。ガラス繊維強化プラスチック（以下、「ＧＦＲＰ（Glass Fiber Reinforced Plastics）」ともいう）は、比抵抗が非常に大きいため渦電流による発熱は殆どゼロである。しかし、ＧＦＲＰは、剛性がＣＦＲＰに比べて低いため、ここでは採用していない。ＣＦＲＰは、オーステナイト系ステンレス鋼等の金属に比べて比抵抗が大きいため、渦電流による発熱はオーステナイト系ステンレス鋼等の金属よりも小さくなる。そして、本実施形態では、内ケーシング４は、ＣＦＲＰから構成された内側層４ｂと外側層４ｃとによって金属層４ａが挟み込まれてなる複合材から構成されている。したがって、このような複合材から構成される内ケーシング４を用いた超電導モータ１００は、壁部材における金属層４ａの割合が小さく高電気抵抗となるため、渦電流による発熱を小さくできるメリットがある。
【００４１】
また、内ケーシング４を前記した複合材とすることで、ステータ２の交流磁場によって生じる渦電流による損失は、従来のステンレス鋼よりも小さくできる。よって、超電導モータ１００の効率も向上するメリットがある。
【００４２】
すなわち、本実施形態によれば、渦電流損失を抑制でき、かつ、軽量化を実現できる超電導モータ１００を提供することができる。
【００４３】
（第２実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第２実施形態について、前記した第１実施形態と相違する点を中心に説明し、共通する点の説明を省略する。第２実施形態において、前記した第１実施形態と共通する構成要素には、同一の符号を付している。
図７は、本発明の第２実施形態に係る超電導モータ１００ａの構成を示す断面図である。
【００４４】
図７に示すように、第２実施形態に係る超電導モータ１００ａでは、小形冷凍機１９によって内ケーシング４が冷却されるようになっている。最近の小形冷凍機１９は、コールドヘッド１９ａが１個のタイプであって、温度２０Ｋで約３５Ｗ以上の冷却性能を有するものがある。そこで、超電導モータ１００ａが、液体水素の寒剤と小形冷凍機１９とを併用したハイブリッド冷却型超電導モータである場合について説明する。
【００４５】
第２実施形態では、内ケーシング４には、小形冷凍機１９のコールドヘッド１９ａが熱的に接合されている。前記した第１実施形態では、冷却用として寒剤のみが使用される。これに対して、第２実施形態では、寒剤の消費量を節約するための小形冷凍機１９が適用されている。
【００４６】
寒剤の消費量を低減するには、小形冷凍機１９の冷却性能を増やすこと、および、超電導モータ１００ａの発熱量を小さくすることが重要である。
第２実施形態では、図７に示す内ケーシング４に、ＣＦＲＰから構成された内側層４ｂと外側層４ｃとによって金属層４ａが挟み込まれてなる複合材を使用することで、渦電流発熱を低減できる。しかも、内ケーシング４は小形冷凍機１９によって冷却される。このため、寒剤の消費量をより低減できる。
【００４７】
以上、本発明について実施形態に基づいて説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、前記した実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００４８】
例えば、前記した実施形態では、ロータ１およびステータ２がそれぞれ超電導線を有している場合について説明したが、これに限定されるものではない。ロータ１およびステータ２の少なくとも一方が超電導線を有するように構成されていてもよい。
【００４９】
また、内ケーシング４は、ＣＦＲＰから構成された内側層４ｂと外側層４ｃとによって金属層４ａが挟み込まれてなる複合材から構成されているが、これにさらなる層が付加された多層構造とされてもよい。すなわち、内側層４ｂの内側および外側層４ｃの外側の少なくとも一方の側に、金属層４ａ、ＣＦＲＰから構成されている層４ｄの順に配置されてなる組が少なくとも一組設けられていてもよい。
【００５０】
具体的には、例えば、図８に示すように、図１に示す内側層４ｂの内側に、金属層４ａ、ＣＦＲＰから構成されている層４ｄが外から内へこの順に少なくとも一組積層されていてもよい。また、例えば、図１に示す外側層４ｃの外側に、金属層４ａ、ＣＦＲＰから構成されている層４ｄが内から外へこの順に少なくとも一組積層されていてもよい。このような内ケーシング４の多層構造によれば、真空を維持する効果が向上する。また、個々の金属層４ａの厚さを薄くできるため、渦電流の発生を抑制できる。
【００５１】
また、前記した実施形態では、超電導モータ１００の外ケーシング５は、ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼から構成されているが、これに限定されるものではない。外ケーシング５は、内ケーシング４と同様に、ＣＦＲＰから構成された内側層と外側層とによって金属層が挟み込まれてなる複合材から構成されてもよい。この場合、外ケーシング５は、渦電流損失の低減効果を、交流磁場を発生するステータ２からの距離が内ケーシング４に比べて長いため内ケーシング４よりも小さいものの、得ることができる。また、外ケーシング５を、ＣＦＲＰから構成された内側層と外側層とによって金属層が挟み込まれてなる複合材にすることで、軽量化できるメリットがある。
【符号の説明】
【００５２】
１      ロータ
２      ステータ
３      真空容器
４      内ケーシング（容器）
４ａ    金属層
４ｂ    内側層
４ｃ    外側層
４ｄ    ＣＦＲＰから構成されている層
５      外ケーシング
６      注液管（配管）
７      吐出管（配管）
１２    ボルト（ねじ部材）
１３    押さえ板（第２の押さえ板）
１４    押さえ板（第１の押さえ板）
１５    Ｉｎ線（金属線）
１７    ナット（ねじ部材）
１９    冷凍機
１９ａ  コールドヘッド
１００，１００ａ  超電導モータ
【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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