(57)【要約】  本発明は、電動機械の超電導巻線（６１）を支持するための装置（構造体）に関する。１つ以上の細長いループ（７４）と適切な支持構造体（１２０）とが、ラジアル方向及び接線方向において超電導巻線（６１）を支持するように配置されている。細長いループは、熱流に対する耐性を実質的に有している材料から作られている。アキシアル方向に延在しているベースアセンブリ（１００）が、細長いループの近位端（７６）において他のループ（７４）をロータコアに対して係留するように配置されている。クレードル（８０）が、超電導巻線を受けるための、且つ、ループの遠位端（７８）において細長いループを支持するための凹所（８２）を形成するように構成されている。
2015522237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機械のロータコアから離隔された状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
前記超電導巻線を受けるための凹所を形成するように構成されているクレードルと、
前記クレードルをラジアル方向及び接線方向において支持するために、ラジアル方向軸線に対して所定の角度で配置されている細長い少なくと１つの第１のループ及び細長い少なくとも１つの第２のループであって、前記第１のループ及び前記第２のループが、熱流に対する耐性を実質的に有している材料から成り、前記クレードルが、前記第１のループ及び前記第２のループの遠位端それぞれにおいて少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループを支持するように配置されている、少なくとも１つの前記第１のループ及び少なくとも１つの前記第２のループと、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、前記第１のループ及び前記第２のループの近位端それぞれにおいて前記ロータコアに対して少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループを係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記クレードルが、前記第１のループ及び前記第２のループの前記遠位端それぞれを受けるように構成されている弧状の外面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記凹所の底部を閉塞するように、且つ、前記クレードルの内部において前記超電導巻線を支持するように配置されている台座を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
アキシアル方向に延在している前記ベースアセンブリが、アキシアル方向において相互接続されている複数のベースモジュールであって、前記ロータコアのキャビティの内部に配置されている複数の前記ベースモジュールを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ベースモジュールが、管状の継手を介して、前記第１のループ及び前記第２のループの前記近位端それぞれを前記ロータコアに対して係留するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ベースモジュールが、アキシアル方向前方の面とアキシアル方向後方の面とを備えており、
管状の継手が、前記第１のループ及び前記第２のループのうち少なくとも前記第１のループの前記近位端を受けるために、少なくとも１つの前記ベースモジュールの前記アキシアル方向前方の面に配置されていると共に、互いに反対側に位置する面のうち第１の面に配置されている少なくとも１つの第１の管を備えており、
前記管状の継手が、前記第１のループ及び前記第２のループのうち少なくとも前記第２のループの前記近位端を受けるために、少なくとも１つの前記ベースモジュールの前記アキシアル方向後方の面に配置されていると共に、前記互いに反対側に位置する面のうち第２の面に配置されている少なくとも１つの第２の管を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記管状の継手が、アキシアル方向において隣り合う前記ベースモジュールに対して、アキシアル方向において機械的に接続するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記管状の継手が、連結器それぞれを介して相互接続可能とされる分割式の管状の継手とされることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループのラジアル方向軸線に対する角度それぞれが、合同角とされ、これにより前記クレードルが、接線方向において対称に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループのラジアル方向軸線に対する角度それぞれが、相違する角度とされ、これにより前記クレードルが、接線方向において非対称に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも前記第１のループと１つ以上のさらなるループとが、ラジアル方向軸線の第１の側に位置する近位端を有している細長いループから成る第１の群を形成しており、
少なくとも前記第２のループと１つ以上のさらなるループとが、ラジアル方向軸線の第２の側に位置する近位端を有している細長いループから成る第２の群を形成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の群及び前記第２の群が、同一数量のループを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の群及び前記第２の群が、相違する数量のループを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ベースアセンブリが、ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記台座を支持するように配置されている少なくとも１つ以上のシートを備えていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ロータの回転速度が比較的低い速度を超えた回転状態の際に、前記ベースアセンブリの少なくとも１つ以上の前記シートと前記台座との間に間隙が形成され、これにより前記台座と前記ベースアセンブリとの間における伝熱性の熱伝達が低減されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のループと前記第２のループとの間におけるアキシアル方向の分離を維持するために、前記クレードルの一部分の上方に配置されていると共に、前記第１のループ及び前記第２のループの前記遠位端同士の間に挿置されている少なくとも１つのスペーサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
電動機械のロータコアから離隔した状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
前記超電導巻線を受けるための凹所を形成するように構成されているクレードルと、
ラジアル方向軸線に対して所定の角度で配置されている細長い少なくとも第１のループであって、少なくとも前記第１のループが、熱流に対する耐性を実質的に有している材料から成り、前記クレードルが、第１のループの遠位端において少なくとも前記第１のループを支持するように配置されている、少なくとも前記第１のループと、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、ラジアル方向軸線の第１の側に配置されている前記第１のループの近位端において少なくとも前記第１のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
少なくとも前記第１のループと結合した状態において前記クレードルをラジアル方向及び接線方向で支持するための支持構造体と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記支持構造体が、熱流に対する耐性を実質的に有している材料から成る細長い少なくとも１つの第２のループを備えており、
前記クレードルが、前記第２のループの遠位端において少なくとも前記第２のループを支持するように配置されており、
前記ベースアセンブリが、少なくとも前記第２のループの近位端において、少なくとも前記第２のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されており、
少なくとも前記第２のループの前記近位端が、前記第１の側の反対側に位置するラジアル方向の第２の側に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ベースアセンブリが、前記支持構造体を構成するバンパー支持構造体を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記凹所の底部を閉塞するように、且つ、前記超電導巻線を前記クレードルの内部で支持するように配置されている台座を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ベースアセンブリが、ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記台座を支持するように配置されている少なくとも１つ以上のシートを備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記支持構造体が、少なくとも１つの前記シートの延長部分を備えていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも１つの前記シートと少なくとも１つの前記シートの前記延長部分とが、連続的なバンパー支持構造体を形成しており、
前記バンパー支持構造体が、前記ベースアセンブリの周囲の少なくとも一部分を形成していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記バンパー支持構造体が、前記ベースアセンブリの周囲に配置されている少なくとも１つの別個のバンパーを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
バンパー支持構造体が、
ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記クレードルを支持するように配置されているシートを形成している第１のバンパー部分と、
少なくとも前記第１のループと結合した状態において、前記クレードルをラジアル方向及び接線方向で支持している第２のバンパー部分と、
を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
電動機械のロータコアから離隔した状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
ラジアル方向に対して所定の角度で配置されている細長い少なくとも１つの第１のループであって、熱流に対する耐性を実質的に有している少なくとも１つの前記第１のループと、
少なくとも前記第１のループと結合した状態で前記超電導巻線をラジアル方向及び接線方向で支持するための支持構造体と、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、ラジアル方向の第１の側に配置されている前記第１のループの近位端において、少なくとも前記第１のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
前記超電導巻線を受けるための、且つ、前記第１のループの遠位端において少なくとも前記第１のループを支持するためのアセンブリと、
を備えていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国仮出願第６１／６６６９７０号に基づく優先権を主張するものである。
【０００２】
本発明は、例えば発電機やモータのような電動機械に関し、より具体的には電動機械のロータ内に超電導巻線を支持すると共に断熱するように配置されている装置（機械的構造体）に関する。
【背景技術】
【０００３】
出力及び効率を高めるために、並びに、装置の大きさ及び重量を低減するために、実質的に電気抵抗が零である超電導ロータ巻線が発展してきている。これら巻線は、一般に、（低温において超電導状態を実現することができる低温超電導材料と区別するために）高温超電導（ＨＴＳ）巻線と呼称されている。高温超電導材料を利用することが望ましい。高温超電導材料の方が、冷却要件が厳しくないからである。
【０００４】
ＨＴＳロータ巻線（コイル）は、電流フローに対する耐性が比較的低いが、早期の劣化及び巻線の故障（例えば回路が電気的に開いてしまう）の原因となり得る機械的曲げ応力及び機械的引張応力の影響を受け易い。例えば、コアを囲んでいるＨＴＳロータ巻線に曲げ部分を形成する必要がある。応力が当該曲げ部分に発生する。一般的なロータトルク、一時的な故障状態におけるトルク、及び過渡的な磁場が、ロータ巻線にさらなる応力を誘発させる。また、ロータのバランス取り作業の際に、及び、発電運転の際における偶発的な過速度状態において、過速度力がＨＴＳロータ巻線に作用する。これら過速度状態及び故障状態は、通常運転状態の際に受ける荷重を超える、ロータ巻線に作用する力の負荷を実質的に大きくする。これら運転状態は、ＨＴＳロータ巻線及び関連する支持構造体の設計の際に考慮する必要がある。
【０００５】
超電導導体をその基準温度以下に維持するために、極低温冷却器から供給される冷却剤を輸送する冷却剤流路が、巻線に隣り合って又は巻線の近傍に配置されている。典型的には、冷却剤は、液体ヘリウム、液体窒素、又は液体ネオンである。静的荷重及び動的荷重に対する超電導ロータ巻線及び関連する支持構造体の構造的一体性は、高温超電導電動機械の発展に対する課題である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述の検討に鑑みて、巻線支持システムによって適切に支持されたＨＴＳロータ巻線が、上述の通常状態の運転及び故障状態の運転における力、応力、歪、及び繰返し荷重に耐えるように設定されていることのが望ましい。さらに、支持システムは、クラック、疲労、及び破断が巻線に早期に発生しないことを確保すべきである。巻線支持構造体は、巻線をその基準温度以下に維持するために、“暖かい”ロータ（典型的には室温より暖かい環境で動作する）を極低温冷却されたＨＴＳ超電導巻線から適切に断熱していることが望ましい。
【０００７】
本発明について、図面を参照しつつ以下の発明の詳細な説明において説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施態様を具現化する超電導電動機械で利用される例示的なロータの概略図である。
【図２】図１に表わす断面３−３における断面図である。
【図３】その遠位端においてクレードルに接続されていると共に、ラジアル方向及び接線方向の両方においてクレードルを支持するように配置されている一組の細長いループの等角図である。
【図４】クレードルの凹所に配置されている超電導巻線の等角図である。
【図５】クレードルの凹所の底部を閉塞するように配置されていると共に、クレードルに配置された超電導巻線を支持するための表面を具備する、例示的な台座サポートの等角図である。
【図６】台座サポートとの接続についての例示的な構造詳細図の等角図である。
【図７】ロータの停止状態又は比較的低速の状態の際に台座を支持するように配置されていると共に、一の例示的な実施例では細長いループの近位端それぞれを係留するための管状の継手構造体を備えている、例示的なベースアセンブリの立面図である。
【図８】図７の立面図に対応するものであり、ロータの通常運転の際にベースアセンブリと台座との間に形成される間隙であって、ロータから超電導巻線に至る熱伝達を効果的に低減する間隙を表わす。
【図９】ベースアセンブリを形成するためにアキシアル方向において互いに接続されている複数の例示的なベースモジュールの等角図である。
【図１０】ベースモジュールとの接続についての例示的な構造詳細図の等角図である。
【図１１】管状の継手と接続している例示的な一組のメス型連結器の等角図である。
【図１２】視覚的に簡略化された、細長いループの近位端それぞれと一組のメス型連結器との接続構造部の等角図である。
【図１３】組み合わせることによって本発明の実施形態を具現化する巻線支持装置を形成する従前に図示した様々な構成部品のうち少なくとも幾つかの構成部品から成る例示的なアセンブリであって、“暖かい”ロータコアから超電導巻線に至る熱伝達の低減に効果的である一方、機械の通常状態及び／又は故障状態の際に大きくなる力、応力、歪、繰り返し荷重に機械的に耐えることができる例示的なアセンブリの立面図である。
【図１４】ラジアル方向荷重及び接線方向荷重を伝達させる一方、“暖かい”ロータコアから超電導巻線に至る熱伝達を実質的に低減させることができる本発明の実施態様における例示的な一組の細長いループによる荷重伝達の態様を概念化した単純なフリーボディダイアグラムである。
【図１５】細長いループ（例えば複数のループ）を群分けすることによってラジアル方向荷重及び接線方向荷重の伝達を可能とする本発明の実施態様における例示的な一組の細長いループによる荷重伝達の態様を概念化した単純なフリーボディダイアグラムである。
【図１６】単一の細長いループ及び適切な支持構造体との組み合わせによってラジアル方向荷重及び接線方向荷重の伝達を可能とする本発明の実施態様における例示的な一組の細長いループによる荷重伝達の態様を概念化した単純なフリーボディダイアグラムである。
【図１７】単一の細長いループと関連して延伸荷重及び接線方向荷重を伝達させるために利用される適切な支持構造体を含むように構成されている、例示的なベースアセンブリの立面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本発明の実施態様における超電導ロータ５０を表わす。超電導ロータ５０は、長手方向（例えばアキシアル方向）に延在しているロータ軸線５２を規定しており、略円筒状のロータコア５４と、同軸配置されていると共にロータコア５４の端面に取り付けられているロータ端部５５，５７とを備えている。ロータコア５４の材料は、高い透磁率を有している、例えば鉄のような強磁性材料とされる。
【００１０】
一の例示的な実施例では、超電導ロータ５０は、さらに備えている。略長手方向延在しているレーストラック状の超電導コイル又は超電導巻線６０を備えており、超電導コイル又は超電導巻線６０は、ラジアル方向に延在している巻線セグメント６０Ｂ（例えばラジアル方向）に接続されている略直線状にアキシアル方向に延在している巻線セグメント６０Ａを備えている。巻前セグメント６０Ｂは、超電導ロータ５０のロータ端部５０，５７に配置されているスペーサ５５Ａ，５７Ａそれぞれを貫通して延在している。本発明の実施態様は、レーストラック状の巻線の構成に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えばサドル状の構成のような他の巻線の構成や多数の巻線を収容可能な他の構成であっても良い。
【００１１】
一の典型的な実施例では、超電導ロータ５０は、発電機のロータとして配置されており、超電導巻線６０は、発電機の界磁巻線（ロータ巻線）として配置されている。ロータ端部５５，５７のうち一のロータ端部が、回転エネルギを超電導ロータ５０に供給することによってステータ内において発電するために、超電導ロータ５０を原動機に接続するためのタービン継手を含んでいる。他の実施例では、超電導ロータ５０は、周囲のステータ巻線に発生する電場に応じて回転エネルギを生成するために、モータのロータとして配置されている。
【００１２】
一の例示的な実施例では、ロータ端部５７が、極低温輸送用継手６８を含んでいる。固定部分及び回転部分（両方とも図１には図示しない）を具備する発電電動機械の動作中に超電導ロータ５０が回転している場合には、超電導巻線６０を基準温度に又は基準温度より低く維持するために、極低温輸送用継手６８は、極低温冷却器（図示しない）から、超電導巻線６０内の冷却流体のための閉じた流路又は導管に、冷却流体（例えば極低温流体）を供給するようになっている。冷却剤は、冷却流路を通じて流れ、冷却剤の温度を低減するために極低温冷却器に還流し、冷却流路に戻る。
【００１３】
極低温冷却器の必要な冷却能力は、超電導発電機の動作の際に“暖かい”ロータコア５４及びその周囲から超電導巻線６０に伝達される熱に直接関連する。本出願の発明者は、例えば必要とされる冷却能力と極低温流体を冷却するために冷却器が消費するエネルギとを低減するために、通常運転状態及び過渡運転状態の際に上述の熱伝達を実質的に低減させるように配置されている巻線支持構造体を提案している。
【００１４】
図２は、図１に表わす平面３−３における断面図である。様々な構成部品を含んでいるので、以下において説明される図面は、本発明の実施形態を具現化している巻線支持装置の典型的な実施例の構成部品を徐々に導入するために利用される。その趣旨は、読み手の誤解を回避するために、巻線支持装置を形成している構成部品を徐々に導入するものである。
【００１５】
図２は、ロータコア５４に構成されているキャビティ７０を表わす。キャビティ７０は、クライオスタット７２を受容するように構成されている。クライオスタット７２は、ロータコア５４から当該実施例では超電導巻線６０を構成する超電導ブロック６１に至る放射熱伝達を制限するために真空状態を形成するために利用される。
【００１６】
キャビティ７０は、例えば肩部７３（例えば突起）のような適切に成形された保持構造体を形成するように構成されている。肩部７３は、ロータの動作中に生じる遠心力の作用下においてクライオスタット７２をキャビティ７０内に保持するために、クライオスタット７２の対応する表面に係合するように構成されている。一の超電導ブロックを図示しているが、本発明の実施態様が、任意の特定数の超電導ブロックに限定される訳ではないことに留意すべきである。他の例示的な実施例は、複数の超電導ブロックを有している場合があるからである。
【００１７】
超電導ブロック（巻線）６１は、既知の高温超電導体ＨＴＳから成る複数の超電導テープから構成されている。当業者であれば理解可能なように、超電導テープを所望の構成に組み上げ保持するために、適切な接着剤及び手法が利用される。“暖かい”ロータコア５４から超電導巻線６１に至る熱伝達を実質的に低減させると共に、超電導巻線６１を機械的に支持するための例示的な構成部品について、以下に説明する。さらに、図２は、過渡的な電磁場から超電導巻線６１を保護するためにロータコア５４に接続されている電磁シールド６５を表わす。電磁シールド６５は、例えばアルミニウムや銅のような導電性且つ非磁性の材料から構成されている。
【００１８】
図３は、一組の細長いループ７４を表わす。ループ７４は、例えば繊維強化ポリマー（ＦＲＰ）材料のような、低温において比較的高い引張強度を有しており、且つ、高い熱伝導抵抗（例えばステンレス鋼の熱伝導率より低い熱伝導率）を有している材料から形成されている。従って、ＦＲＰ材料は、実質的に熱流量に対して耐性を有している繊維強化複合材料の一例にすぎない。
【００１９】
ループ７４それぞれは、ラジアル方向及び接線方向の両方において超電導巻線６１（図３には図示しない）を対称に支持するために、近位端７６から遠位端７８に至るラジアル方向軸線７５に対する所定の角度（例えば合同な角度；図１４に関連して説明するフリーボディダイアグラムに関連する記載を参照）で延在している。当該実施例では、遠位端７８が、ロータ軸線５２に関してラジアル方向遠位端それぞれを構成している（図１参照）。ループ７４を構成する複合材料は、暖かいロータコア５４から超電導巻線６１に至る熱流量に対して実質的に耐性を有している。
【００２０】
以下の説明から明らかなように、ループ７４それぞれが、超電導巻線６１に作用する（例えばラジアル方向軸線７５に沿って生じる）遠心荷重及び（例えばラジアル方向７５及びアキシアル方向７９に対して直角とされる接線方向７７に沿って生じる）接線方向荷重をロータコア５４に効率的に伝達させるように配置されている。
【００２１】
図解及び説明を単純化するために、以下の説明では、細長いループの例示的な組に注目する。本発明の実施態様が細長いループ７４の組に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えば、ラジアル方向軸線７５（図１４参照）に対して角度αで傾斜している一方の単一の細長いループとラジアル方向軸線７５に対して角度−αで傾斜している他方の単一の細長いループとの代わりに、正の角度α１，α２で傾斜している第１の群の細長いループ７４１，７４２（例えば複数のループ）と、負の角度−α１，−α２で傾斜している第２の群の細長いループ７４１，７４２（例えば複数のループ）とを利用することができる。
【００２２】
さらに、例示的な合同角度（例えばα、―α）が図示されているが、本発明の実施態様は、細長いループについての対称な角度による配置に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えば、ラジアル方向軸線に対する非対称な角度の観点から、及び／又は、例えば一方の側において他方の側に対する横方向の支持（例えば非対称な支持）を高めるための（例えば、ラジアル方向軸線の一方の側に２つのループから成る一群を、及び、ラジアル方向の他方の側に単一のループを配置する）非対称な配置の観点から、細長いループの配置が非対称である用途が存在する。従って、本発明の実施態様は、各側に等しい数量のループを有していること、及び／又は、細長いループのための対称角の配置を有していることに限定される訳ではないことに留意すべきである。さらに、所定の用途の必要性に従って、ラジアル方向軸線７５に対して傾斜しているループと組み合わせて、ラジアル方向に沿っている細長いループを利用することができる。
【００２３】
図３は、図４に表わす超電導巻線６１を受容するための凹所８２を含んでいるクレードル８０の例示的な実施例を表わす。一の例示的な実施例では、クレードル８０は、ループ７４の遠位端７８それぞれを受容することができる（図４に良好に表わす）弧状の外面８４を含んでいる。クレードル８０は、さらに、一組の底面８３を含んでおり、適切な極低温流体を通過させるための１つ以上の通路８５を含んでいる。当業者であれば理解可能なように、本発明の実施態様は、通路８５と接続いしている特定の配置に限定される訳ではない。例えば、冷却通路が超電導巻線６１の内部に形成されていることが想定される。例示的な実施例では、クレードル８０は、１つ以上の軽量化のための肉抜き穴８９を含んでいる。クレードル８０は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は他の適切な比較的軽量の繊維強化複合材料から作られている。“暖かい”ロータコア５４から超電導巻線６１に至る熱伝導を実質的に低減させる一方で、超電導巻線６１を機械的に支持するためのさらなる構成部品について、以下に説明する。
【００２４】
図５は、第１の平面９１（図６参照）を具備する台座サポート８６を表わす。第１の平面９１は、クレードル８０の凹所８２（図３参照）の底部を閉塞し、超電導巻線６１を支持するための台座として機能する。台座サポート８６は、熱可塑性高分子材料又は類似する断熱材料から作られている。台座サポート８６は、一組の横方向に配置された平面９４を形成するように配置されている一組のステップ９２を含んでおり、横方向に配置された平面９４は、クレードル８０の対応する底面８３（図４参照）を受けるように構成されている。台座サポート８６は、弧状の表面９０（図６参照）を含んでいる。本発明の実施態様は、台座サポート８６と関連する幾何学的構成に限定される訳ではないことに留意すべきである。他の幾何学的構成であっても、台座サポート８６が発揮する技術的効果と等しく機能すれば良いからである。
【００２５】
例えば静止状態（ロータが回転していない状態）の際に、又はロータが比較的低い回転数（ＲＰＭ）で（例えば約１００ＲＰＭ〜約３００ＲＰＭの範囲で）回転している状態の際に、台座サポート８６は、ベースアセンブリ１００の対応する周囲部分１０２に周囲部分１０２の少なくとも一部分に沿って構成されている１つ以上のシート８８と接触している（図７参照）。逆に、ロータが比較的高い回転数（ＲＰＭ）で（例えば上述の例示的な範囲を超えている範囲で）回転している状態の際に、図８に表わすように、比較的小さい間隙（Ｇ）（例えば約数ミリメートル）が、遠心力に応じて台座サポート８６の表面９０とシート８８との間に形成されるので、“暖かい”ロータコア５４から超電導巻線６１に至る熱伝達を効果的に低減させるように機能する。
【００２６】
一の例示的な実施例では、周囲部分１０２の終端セグメント１０４それぞれが、機械装置が過渡的な揺動状態の際に発生する横方向におけるクレードル８０の過度な移動を制限するための機械式ストッパを構成していることに留意すべきである。
【００２７】
従って、本出願は、遠心荷重及び接線方向荷重を伝達させるように配置されている細長いループ７４の組又は群を示しているが、本発明の実施態様は、矢印１２０（図１６参照）として概念的に表わされているように、単一のループ７４と、延伸荷重及び接線方向荷重を共に伝達させるように配置されている適切な支持構造体（（及び／又は）さらなる細長いループ（との組み合わせ）以外の）とによっても実現可能であることに留意すべきである。
【００２８】
一の例示的な実施例では、図１７に表わすように、支持構造体１２０は１つ以上のパンバーを備えている。バンパーは、ベースアセンブリ１００の一部分であるか、又はベースアセンブリ１００に形成されており、接線方向及び／又はラジアル方向における支持を実現するように構成されている。支持構造体１２０は様々な態様で具体化可能とされる。例えば、支持構造体１２０は連続的なバンパー１２１として形成されている。このような連続的な構造体は、２つの機能を発揮させることができる。例えば、第１のバンパー部分１２２は、静止状態の際に又はロータが比較的低速で動作する際にシート８８によって実現される支持機能を有しており、第２のバンパー部分１２４は、さらなる細長いループ又は当該ループから成るさらなる群によって伝達される接線方向荷重及び／又はラジアル方向支持を有している。当該例示的な実施例では、第２のバンパー部分１２４は、シート８８の延長のように見られるが、第１のバンパー部分１２２及び第２のバンパー部分１２４は、ベースアセンブリ１００の周囲部分１０２の少なくとも一部分を形成している。
【００２９】
一の実施例では、支持構造体１２０は、周囲部分１０２に沿った別個のバンパー構造体として実現されている。例えば、１つ以上の別個のバンパー構造体１２６が、接線方向支持及び／又はラジアル方向支持を提供するが、さもなければ、さらなる細長いループ又は細長いループから成るさらなる群によって実施される。上述の当該さらなる細長いループ又は細長いループから成るさらなる群は、支持構造体１２０の例示的な実施例として広義に概念化されることに留意すべきである。
【００３０】
ベースアセンブリ１００は、例えば鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、繊維強化複合材料のような、比較的幅広い範囲の熱伝導率を有する様々な材料のうち任意の材料から作られている。ベースアセンブリ１００が比較的高い熱伝導率を有する材料から作られている例示的な場合には、例えば支持構造体１２０は、任意に、適切な断熱材料のコーティングを含んでいるか、又は任意に、ベースアセンブリ１００の熱伝導率より低い熱伝導率を有している材料から作られている。ベースアセンブリ１００が比較的低い熱伝導率（例えば繊維強化複合材料）から作られている他の例示的な場合には、さらなる断熱材料を支持構造体１２０に関して利用する必要が無い。
【００３１】
さらに、図５は、スペーサ８７を表わす。スペーサ８７は、クレードル８０に取り付けられており、アキシアル方向において隣り合うループ７４同士が機械的に干渉する可能性を排除するために、アキシアル方向における離隔を維持するように細長いループ７４同士の間に挿置されている。スペーサ８７は、アルミニウム、アルミニウム合金、又は他の適切な比較的軽量の繊維強化複合材料から作られている。
【００３２】
以上の説明では、細長いループ７４の遠位端７８それぞれを支持するための例示的な構造と、例えばクレードル８０等のような関連する構造とに注目してきた。以下の説明では、細長いループ７４の近位端７６それぞれを支持するための例示的な構造と、関連する構造とについて注目する。
【００３３】
図９は、ループ７４それぞれの近位端７６においてループ７６それぞれをロータコアに対して係留するように構成されている、複数のベースモジュール１０６から成る一の例示的な実施例におけるベースアセンブリ１０６の等角図である。一の例示的な実施例では、複数のベースモジュール１０６が、アキシアル方向に延在しているアンカービームを形成しており、レゴ（登録商標）のような連結式ブロックに概念的に類似している。モジュール式の実施形態を有するベースアセンブリ１００は、超電導巻線６１のアキシアル方向に延在している巻線部分６０（図１参照）のルーティングを容易にするために、導電性を有している。
【００３４】
ベースアセンブリ１００は、例えば鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、繊維強化複合材料のような様々な材料のうち任意の材料から作られており、クライオスタット７２に収容されるように構成されている。クライオスタット７２では、ベースアセンブリ１００が、ロータの運転中に発生する遠心力の影響下において、クライオスタット７２と共に肩部７３（図２参照）によってキャビティ７０の内部に保持される。一の例示的な実施例では、クライオスタット７２は、ベースアセンブリ１００を収容するように部分的に構成されており、巻線支持装置及び超電導巻線の周囲に真空状態を形成するためにキャビティ７０の外側に延在している。
【００３５】
図１０は、例示的なベースモジュール１０６の等角図である。例示的なベースモジュール１０６は、さらなるベースモジュールと共にベースアセンブリ１００を形成している（図９参照）。一の例示的な実施例では、ベースモジュール１０６それぞれが、ループ７４の組の近位端７６それぞれを受容するように、且つ、隣り合うベースモジュールに対して機械的に接続するように（例えば、アキシアル方向において接続するように）構成されている。
【００３６】
一の例示的な実施例では、ベースモジュール１０６それぞれが、メス型連結器１１０１，１１０２（図１１参照）それぞれの少なくとも一部分を受けるように構成されている、一組のオス型連結器１０８１，１０８２を含んでいる。図１２に表わすように、オス型連結器１０８１，１０８２それぞれが、対応するループ７４の近位端を受けている。一の例示的な実施例では、図１０から理解されるように、一方のオス型連結器（例えばオス型連結器１０８１）が、ベースモジュール１０６のアキシアル方向前方の第１の側（例えば左側）に配置されており、他方のオス型連結器（例えばオス型連結器１０８２）が、ベースモジュール１００６のアキシアル方向後方の第２の側（例えば右側）に配置されている。図１０から理解されるように、オス型連結器１０８の内部は、軽量化を目的として環状の空間を形成している。オス型連結器１０８が中空構造体である必要は無く、特定の実施例では非中空構造体とされることに留意すべきである。このような構成の代替として、図９に表わすように、複数のベースモジュール１０６がアキシアル方向に延在しているアンカービーム１００を形成するように、さらなるベースモジュール１０６をアキシアル方向に沿って並列させることもできる。
【００３７】
一の例示的な実施例では、メス型連結器１１０のアキシアル方向寸法は、オス型連結器１０８のアキシアル方向寸法と比較して十分に長いので、アキシアル方向において隣り合っているベースモジュールのオス型連結器１０８がメス型連結器１１０を受けることができる。
【００３８】
一の例示的な実施例では、図１０に部分的に表わすように、ベースモジュール１０６の正面それぞれが、一組の斜行している補剛リブ１１２を含んでおり、補剛リブ１１２は、中心からオフセットされた係留構造に起因して生じる曲げモーメントに対するベースモジュール１０６の構造的強度を高めるように配置されている。例えば、ベースモジュール１０６の前面に形成された補剛リブ１１２は、底面中心１１４から肩部１１６に向かって延在しており、ベースモジュール１０６の前面の左側に配設されたオス型連結器１０８１に対向し且つ斜行した状態で配置されている。
【００３９】
図１０には図示しないが、ベースアセンブリ１００の後面には、類似するリブが形成されており、当該実施例では、当該リブは、底面中央１１４から肩部１１６に向かって延在しており、ベースモジュール１０６の後面の右側に配設されたオス型連結器１０８２に対向し且つ斜行した状態で配置されている。本発明の実施態様は、斜行している補剛リブや任意の数量のリブに限定される訳ではないこと、及び、ベースアセンブリを軽量化しつつ機械的強度を効果的に高めるために他の構造的な構成が利用可能とされることに留意すべきである。
【００４０】
本発明の実施態様は、管状の分割式連結器構造体に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えば、連続的な管状の連結器構造体を利用することもできる。例えば、ループ７４それぞれを自身の近位端７６に係留するために、上述の分割式連結器構造体ではなく、１つ以上の連続的なロッドを利用することができる。
【００４１】
本発明の実施態様は、ロータのキャビティのクライオスタットに配置されたベースアセンブリ構造体１００に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えば、当業者であれば、ロータのキャビティに収容されたベースアセンブリ１００（及び関連する管状の連結器構造体）の代わりに、ループ７４の遠位端のための係留構造体を構成することができる。このような係留構造体は、装置のロータコアと一体化されている。当該例示的な実施例では、クライオスタットは、ロータコアの外部に配置されており、シリンドリカル状の構造体とされ、巻線サポート装置及び超電導巻線の周囲に真空状態を形成するために、ロータコア５４を囲むように固定及び配置されている。
【００４２】
本発明の実施態様は、接線方向荷重及びラジアル方向荷重をロータコアに伝達させるために、交互に側方に配置された細長いループの近位端がアキシアル方向に沿って接続された構成に限定される訳ではないことに留意すべきである。例えば、ループの近位端それぞれが、ベースモジュール１０６のアキシアル方向前方の表面及びアキシアル方向後方の表面の両方に接続されるのではなく、所定のベースアセンブリの単一の表面に接続されるように、一組の細長いループのためのアキシアル方向において隣り合っている（並列配置されている）近位端係留接続部を配置させることができる。
【００４３】
図１３は、上述の様々な構成部品のうち少なくとも幾つかの構成部品から成るアセンブリであって、本発明の実施態様を具現化する巻線サポート装置を共に形成するアセンブリの等角図である。これにより、装置の通常状態及び故障状態の際に機械的な耐力、応力、歪、及び繰り返し荷重が大きくなっても、効果的に“暖かい”ロータコアから超電導巻線に至る熱伝導を実質的に低減させることができる。
【００４４】
図１４は、細長いループ７４の荷重伝達の態様を概念化した簡略なフリーボディダイアグラムである。このような細長いループ７４によって、“暖かい”ロータコアから超電導巻線に至る熱伝達を低減させつつ、ラジアル方向荷重及び接線方向荷重の伝達を可能となる。例えば、ループ７４それぞれが、ラジアル方向軸線７５に対して所定の角度で配置されている。すなわち、ループ７４それぞれが、ラジアル方向軸線７５の両側に合同角を形成しているので、一組のループ７４は、装置の動作の際に大きくなるラジアル方向荷重及び横方向荷重のベクトル成分を有している。本発明の実施態様は、革新的且つ優位には、例えばラジアル方向荷重のみを伝達させるための第１のアセンブリと、接線方向荷重のみを伝達させるための第２のアセンブリとを利用するように選択された場合における構成部品の数量を単純化させることができる。
【００４５】
本明細書では、本発明の様々な実施例について説明したが、このような実施例は、例示することのみを目的とするものである。本発明の技術的範囲を逸脱することなく、多数の変形、変化、及び代替が可能であることに留意すべきである。
【符号の説明】
【００４６】
５０    超電導ロータ
５２    ロータ軸線
５４    ロータコア
５５    ロータ端部
５７    ロータ端部
６０    超電導巻線
６１    超電導巻線（超電導ブロック）
６８    極低温輸送用継手
７０    キャビティ
７３    肩部
７４    ループ
７４１  ループ
７４２  ループ
７５    ラジアル方向
７６    （ループ７４の）近位端
７７    接線方向
７８    （ループ７４の）遠位端
７９    アキシアル方向
８０    クレードル
８２    凹所
８３    （クレードル８０の）底面
８４    （クレードル８０の）外面
８５    通路
８６    台座サポート
８７    スペーサ
８８    シート
８９    肉抜き穴
１００    ベースアセンブリ（アンカービーム）
１０２    （ベースアセンブリ１００の）周囲部分
１０４    終端セグメント
１０６    ベースモジュール
１０８１  オス型連結器
１０８２  オス型連結器
１１０１  メス型連結器
１１０２  メス型連結器
１１２    補剛リブ
１１４    底面中心
１１６    肩部
１２０    支持構造体
１２１    バンパー
１２２    第１のバンパー部分
１２４    第２のバンパー部分
１２６    別個のパンパ―構造体
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年4月6日(2015.4.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機械のロータコアから離隔された状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
前記超電導巻線を受けるための凹所を形成するように構成されているクレードルと、
前記クレードルをラジアル方向及び接線方向において支持するために、ラジアル方向軸線に対して所定の角度で配置されている細長い少なくと１つの第１のループ及び細長い少なくとも１つの第２のループであって、前記第１のループ及び前記第２のループが、熱流に対する耐性を有している材料から成り、前記クレードルが、前記第１のループ及び前記第２のループの遠位端それぞれにおいて少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループを支持するように配置されている、少なくとも１つの前記第１のループ及び少なくとも１つの前記第２のループと、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、前記第１のループ及び前記第２のループの近位端それぞれにおいて前記ロータコアに対して少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループを係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記クレードルが、前記第１のループ及び前記第２のループの前記遠位端それぞれを受けるように構成されている弧状の外面を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記凹所の底部を閉塞するように、且つ、前記クレードルの内部において前記超電導巻線を支持するように配置されている台座を備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】
アキシアル方向に延在している前記ベースアセンブリが、アキシアル方向において相互接続されている複数のベースモジュールであって、前記ロータコアのキャビティの内部に配置されている複数の前記ベースモジュールを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記ベースモジュールが、管状の継手を介して、前記第１のループ及び前記第２のループの前記近位端それぞれを前記ロータコアに対して係留するように配置されていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ベースモジュールが、アキシアル方向前方の面とアキシアル方向後方の面とを備えており、
管状の継手が、前記第１のループ及び前記第２のループのうち少なくとも前記第１のループの前記近位端を受けるために、少なくとも１つの前記ベースモジュールの前記アキシアル方向前方の面に配置されていると共に、互いに反対側に位置する面のうち第１の面に配置されている少なくとも１つの第１の管を備えており、
前記管状の継手が、前記第１のループ及び前記第２のループのうち少なくとも前記第２のループの前記近位端を受けるために、少なくとも１つの前記ベースモジュールの前記アキシアル方向後方の面に配置されていると共に、前記互いに反対側に位置する面のうち第２の面に配置されている少なくとも１つの第２の管を備えていることを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記管状の継手が、アキシアル方向において隣り合う前記ベースモジュールに対して、アキシアル方向において機械的に接続するように配置されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】
前記管状の継手が、連結器それぞれを介して相互接続可能とされる分割式の管状の継手とされることを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項９】
少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループのラジアル方向軸線に対する角度それぞれが、合同角とされ、これにより前記クレードルが、接線方向において対称に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
少なくとも前記第１のループ及び少なくとも前記第２のループのラジアル方向軸線に対する角度それぞれが、相違する角度とされ、これにより前記クレードルが、接線方向において非対称に支持されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
少なくとも前記第１のループと１つ以上のさらなるループとが、ラジアル方向軸線の第１の側に位置する近位端を有している細長いループから成る第１の群を形成しており、
少なくとも前記第２のループと１つ以上のさらなるループとが、ラジアル方向軸線の第２の側に位置する近位端を有している細長いループから成る第２の群を形成していることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記第１の群及び前記第２の群が、同一数量のループを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１の群及び前記第２の群が、相違する数量のループを備えていることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
前記ベースアセンブリが、ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記台座を支持するように配置されている少なくとも１つ以上のシートを備えていることを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項１５】
前記ロータの回転速度が比較的低い速度を超えた回転状態の際に、前記ベースアセンブリの少なくとも１つ以上の前記シートと前記台座との間に間隙が形成され、これにより前記台座と前記ベースアセンブリとの間における伝熱性の熱伝達が低減されることを特徴とする請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記第１のループと前記第２のループとの間におけるアキシアル方向の分離を維持するために、前記クレードルの一部分の上方に配置されていると共に、前記第１のループ及び前記第２のループの前記遠位端同士の間に挿置されている少なくとも１つのスペーサを備えていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
電動機械のロータコアから離隔した状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
前記超電導巻線を受けるための凹所を形成するように構成されているクレードルと、
ラジアル方向軸線に対して所定の角度で配置されている細長い少なくとも第１のループであって、少なくとも前記第１のループが、熱流に対する耐性を有している材料から成り、前記クレードルが、前記第１のループの遠位端において少なくとも前記第１のループを支持するように配置されている、少なくとも前記第１のループと、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、ラジアル方向軸線の第１の側に配置されている前記第１のループの近位端において少なくとも前記第１のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
少なくとも前記第１のループと結合した状態において前記クレードルをラジアル方向及び接線方向で支持するための支持構造体と、
を備えていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
前記支持構造体が、熱流に対する耐性を有している材料から成る細長い少なくとも１つの第２のループを備えており、
前記クレードルが、前記第２のループの遠位端において少なくとも前記第２のループを支持するように配置されており、
前記ベースアセンブリが、少なくとも前記第２のループの近位端において、少なくとも前記第２のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されており、
少なくとも前記第２のループの前記近位端が、前記第１の側の反対側に位置するラジアル方向の第２の側に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記ベースアセンブリが、前記支持構造体を構成するバンパー支持構造体を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記凹所の底部を閉塞するように、且つ、前記超電導巻線を前記クレードルの内部で支持するように配置されている台座を備えていることを特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記ベースアセンブリが、ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記台座を支持するように配置されている少なくとも１つ以上のシートを備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記支持構造体が、少なくとも１つの前記シートの延長部分を備えていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
少なくとも１つの前記シートと少なくとも１つの前記シートの前記延長部分とが、連続的なバンパー支持構造体を形成しており、
前記バンパー支持構造体が、前記ベースアセンブリの周囲の少なくとも一部分を形成していることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記バンパー支持構造体が、前記ベースアセンブリの周囲に配置されている少なくとも１つの別個のバンパーを備えていることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２５】
バンパー支持構造体が、
ロータが静止状態の際に又は前記ロータの回転速度（ＲＰＭ）が比較的低い回転状態の際に前記クレードルを支持するように配置されているシートを形成している第１のバンパー部分と、
少なくとも前記第１のループと結合した状態において、前記クレードルをラジアル方向及び接線方向で支持している第２のバンパー部分と、
を備えていることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２６】
電動機械のロータコアから離隔した状態で超電導巻線を支持するための装置であって、
ラジアル方向に対して所定の角度で配置されている細長い少なくとも１つの第１のループであって、熱流に対する耐性を有している少なくとも１つの前記第１のループと、
少なくとも前記第１のループと結合した状態で前記超電導巻線をラジアル方向及び接線方向で支持するための支持構造体と、
アキシアル方向に延在しているベースアセンブリであって、ラジアル方向の第１の側に配置されている前記第１のループの近位端において、少なくとも前記第１のループを前記ロータコアに対して係留するように配置されている前記ベースアセンブリと、
前記超電導巻線を受けるための、且つ、前記第１のループの遠位端において少なくとも前記第１のループを支持するためのアセンブリと、
を備えていることを特徴とする装置。
【国際調査報告】
2015522237.tif 000020
2015522237.tif 000021