(57)【要約】【課題】  超電導体コイルを効率よく冷却することができ、且つ、超電導体コイルの強い磁力を利用することができる超電導同期機を提供する。【解決手段】  回転軸２に回転板３を設け、回転板３に超電導コイル４を固定し、超電導コイル４の回転軌道の両側に周方向に所定間隔で互いに対向するように電機子コイル５を配設した超電導同期機において、回転板３は、超電導コイル４の巻線中心軸の軸方向端面が外部に露出するように超電導コイル４を保持し、回転板３と回転軸２は冷媒源に連通する冷媒流路６を有し、超電導コイル４は、その表面の一部が回転板３の冷媒流路６の内部空間に開放され、あるいは、仕切壁３７を介して回転板３の冷媒流路６に接している、【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸に回転板を設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記超電導コイルの回転軌道の両側に周方向に所定間隔で互いに対向するように電機子コイルを配設した超電導同期機において、
前記回転板は、前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が外部に露出するように前記超電導コイルを保持し、
前記回転板と前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、
前記超電導コイルは、その表面の一部が回転板の冷媒流路の内部空間に開放され、あるいは、仕切壁を介して前記回転板の冷媒流路に接している、ことを特徴とする超電導同期機。
【請求項２】
前記超電導コイルは、電機子コイルの対向面と正面ほぼ同一形状に巻成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項３】
前記超電導コイルと電機子コイルは、正面形状が扇状になるように巻成されていることを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項４】
前記回転軸は、冷媒の供給側と回収側の流路を形成する２重以上の多重管からなり、
前記回転軸の供給側冷媒流路は前記回転板の冷媒流路に連通し、前記超電導コイルの巻線の外周面を周回し、前記回転軸の回収側冷媒流路に連通する、ことを特徴とする請求項１に記載の超電導同期機。
【請求項５】
回転軸に回転板を設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記超電導コイルの回転軌道の両側に周方向に所定間隔で互いに対向するように電機子コイルを配設した超電導同期機において、
前記回転板は空洞部を有し、前記空洞部は前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が前記回転軸と平行になるように前記超電導コイルをその内部に収容固定し、
前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、
前記回転軸の冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて前記空洞部内の空間に開放されている、ことを特徴とする超電導同期機。
【請求項６】
前記回転軸は、冷媒の供給側と回収側の流路を形成する２重以上の多重管からなり、
前記回転軸の供給側冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記回転板の空洞部は前記回転軸の回収側冷媒流路に連通する、ことを特徴とする請求項５に記載の超電導同期機。
【請求項７】
前記電機子コイルは冷媒容器によって保持され、前記電機子コイルは前記超電導コイルと対向する面及び前記冷媒容器によって保持される外表面を除く外表面が前記冷媒容器の内部空間に開放され、あるいは仕切壁を介して前記冷媒容器内の空間と接している、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の超電導体同期機。
【請求項８】
前記回転軸の少なくとも一部と回転板と電機子と電機子の冷媒容器を内包するハウジングを有し、
前記ハウジングは、ハウジングの内部空間と真空装置とを接続する減圧ダクトまたは減圧ノズルを有する、ことを特徴とする請求項７に記載の超電導同期機。
【請求項９】
前記ハウジングは真空室かつ防爆室を構成する、ことを特徴とする請求項８に記載の超電導同期機。
【請求項１０】
前記回転板は前記回転軸上に複数枚固定され、隣接する回転板の間、及び回転板の列方向の両端外側に前記電機子コイルを設けた、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の超電導同期機。
【請求項１１】
前記ハウジングに前記ハウジングから突出した前記回転軸を内包する付加ハウジングを取り付け、前記付加ハウジングに真空装置に連通する減圧ダクトまたは減圧ノズルを設けるとともに、冷媒源と連通する冷媒配管を前記付加ハウジングに挿通固定し、前記冷媒配管の挿入端部に、前記回転軸の端部を前記付加ハウジングと非接触の状態で支持するとともに前記回転軸の冷媒流路と前記冷媒配管に連通する流路を有する支承部材を固定した、ことを特徴とする請求項８，９．１０のいずれか一項に記載の超電導同期機。
【請求項１２】
回転軸に複数枚の回転板を所定間隔に設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記回転板の間および前記回転板の列方向の両端外側に前記超電導コイルの回転軌道の近傍に周方向に所定間隔で電機子コイルを配設し、
前記回転板は、前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が外部に露出するように前記超電導コイルを保持し、
前記回転板と前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、
前記超電導コイルはその表面の一部が回転板の冷媒流路の内部空間に開放され、あるいは、仕切壁を介して前記回転板の冷媒流路に接しており、
前記電機子コイルと前記回転板と前記回転軸の一部を内包するポッドを有し、
前記回転軸の一端部はポッドから突出し先端部にプロペラを有する、ことを特徴とする舶用ポッド推進機。
【請求項１３】
回転軸に複数枚の回転板を所定間隔に設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記回転板の間および前記回転板の列方向の両端外側に前記超電導コイルの回転軌道の近傍に周方向に所定間隔で電機子コイルを配設し、
前記回転板は空洞部を有し、前記空洞部は前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が前記回転軸と平行になるように前記超電導コイルをその内部に収容固定し、
前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、
前記回転軸の冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて前記空洞部内の空間に開放されており、
前記電機子と前記回転板と前記回転軸の一部を内包するポッドを有し、
前記回転軸の一端部はポッドから突出し先端部にプロペラを有する、ことを特徴とする舶用ポッド推進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超電導体からなる超電導コイルを使用したアキシャルギャップ型超電導同期機に関する。特に、超電導コイルの冷却効率を良くするとともに、アキシャルギャップを小さくすることができる高出力の超電導同期機に関する。
【０００２】
また、本発明は、上記超電導同期機を利用した、推進方向に対する横断面積が小さく、かつ、推進力が大きい舶用ポッド推進機に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来から、ステーター側にバルク超電導体を使用したアキシャルギャップ型の超電導同期機があった。
【０００４】
たとえば、特開平７−８７７２４号公報や特開平７−８７７２４号公報には、回転電機子に関して回転軸の軸方向両側に界磁用の磁石部を設け、前記磁石部にバルク超電導体とその周囲にコイルを巻き回したものを使用したものが開示されている。
【０００５】
前記磁石部は、液体ヘリウム容器に保持され、その周面の一部と底面が液体ヘリウム容器の内部空間に開放されている。
【０００６】
この従来の超電導同期機においては、液体ヘリウム容器に液体ヘリウムを供給し、バルク超電導体とその周面のコイルを絶対温度４．２度に冷却し、バルク超電導体が超電導状態に転移した後にコイルに電流を流しバルク超電導体を着磁させる。
【０００７】
このようにバルク超電導体を着磁した状態で、ブラシを介して回転電機子のコイルに電流を流し、回転電機子のコイルに回転磁界を発生させ、着磁されたバルク超電導体との間の力の作用によって回転力を得るようにしている。
【特許文献１】特許第２８２２５７０号公報
【特許文献２】特開平７−８７７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記従来の超電導同期機は、バルク超電導体を使用することによってその強力な磁力を利用できるが、バルク超電導体を同期機の固定子側に使用するため、バルク超電導体の２つの磁極のうち、回転電機子に面する側の一つの磁極から出る磁束しか駆動や発電に利用することができなかった。
【０００９】
そこで、本発明が解決しようとする課題の一つは、バルク超電導体の両磁極から出る磁束を利用できる超電導同期機を提供することにある。
【００１０】
バルク超電導体は着磁すれば永久磁石に比べれば強い磁力を生成するが、超電導コイルに電流を流した場合に比べれば磁力が弱い。
【００１１】
また、バルク超電導体は、製造技術上大きな結晶を得ることが難しいため、磁極面から出る磁束数に限界があった。
【００１２】
これに対して、超電導コイルは超電導線材を巻いて形成するので、巻線中心軸の軸方向（以下「巻線軸方向」という。）に対する横断面の面積を大きく形成することができる。このように巻線軸方向に対する横断面の面積を大きく形成した超電導コイルによれば、磁束密度が高いばかりでなく、磁極面の面積が大きいため磁束の数が多く、きわめて有利な超電導コイルを形成することができる。
【００１３】
そこで、本発明が解決しようとするもう一つの課題は、超電導コイルを有利に利用した超電導同期機を提供することにある。
【００１４】
上記課題に対して、本発明の発明者は、超電導コイルを回転子側に使用し、超電導コイルの巻線軸方向の端面の両側に電機子を配置した構造のアキシャルギャップ型超電導同期機を考案した。
【００１５】
この構成によれば、超電導コイルの巻線軸方向の両端面を電機子コイルと対面させることができ、超電導コイルの両磁極から出る磁束が電機子コイルと相互作用を及ぼし、駆動あるいは発電に利用される。
【００１６】
しかし、上記構造の超電導同期機において、超電導コイルを超電導状態に転移する臨界温度以下の温度に冷却し、その超伝導状態を維持するため、固定された冷媒源から回転運動をする回転子の超電導コイルに常時冷媒を供給するための構造を提供しなければならない。
【００１７】
そこで、本発明が解決しようとする他の課題は、超電導コイルを効率よく冷却することができ、且つ、超電導コイルの磁束を効率よく利用することができる超電導同期機を提供することにある。
【００１８】
さらに、本発明は、本発明の超電導同期機を利用した舶用ポッド推進機に関する。
【００１９】
従来、円筒状の回転子の外周面にバルク超電導体を固定し、その外周に回転子と同軸の円筒状の電機子コイルを配設したラジアルギャップ型の舶用ポッド推進機は提案されていた。
【００２０】
ラジアルギャップ型の舶用ポッド推進機は、回転子の外周に設けられたバルク超電導体とさらにその外周に設けられた電機子コイルとの間で力が発生し、回転軸に関して離れたところで力が発生するため、回転トルクが大きいという利点がある。
【００２１】
しかし、ラジアルギャップ型の舶用ポッド推進機は、同一のバルク超電導体の磁力によって大きな回転トルクを得ようとすると、回転子の半径を大きくし、力の作用点から回転軸までの距離をさらに大きくしなければならなかった。
【００２２】
ところが、回転子の半径を大きくすれば、舶用ポッド推進機の半径が増大し、推進方向に対する舶用ポッド推進機の横断面積が増大する結果、推進抵抗も増大することになる。このため、ラジアルギャップ型舶用ポッド推進機において出力を大きくすることには限界があった。
【００２３】
そこで、本発明が解決しようとするさらに他の課題は、推進抵抗が小さく、且つ、推進力が大きい舶用ポッド推進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の超電導同期機は、回転軸に回転板を設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記超電導コイルの回転軌道の両側に周方向に所定間隔で互いに対向するように電機子コイルを配設した超電導同期機において、前記回転板は、前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が外部に露出するように前記超電導コイルを保持し、前記回転板と前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、前記超電導コイルは、その表面の一部が回転板の冷媒流路の内部空間に開放され、あるいは、仕切壁を介して前記回転板の冷媒流路に接している、ことを特徴とするものである。
【００２５】
前記超電導コイルは、電機子コイルの対向面と正面ほぼ同一形状に巻成されるのが好ましい。
【００２６】
前記超電導コイルと電機子コイルは、正面形状が扇状になるように巻成されていることが好ましい。
【００２７】
前記回転軸は、冷媒の供給側と回収側の流路を形成する２重以上の多重管からなり、前記回転軸の供給側冷媒流路は前記回転板の冷媒流路に連通し、前記超電導コイルの巻線の外周面を周回し、前記回転軸の回収側冷媒流路に連通するようにすることができる。
【００２８】
本発明による超電導同期機は、回転軸に回転板を設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記超電導コイルの回転軌道の両側に周方向に所定間隔で互いに対向するように電機子コイルを配設した超電導同期機において、前記回転板は空洞部を有し、前記空洞部は前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が前記回転軸と平行になるように前記超電導コイルをその内部に収容固定し、前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、前記回転軸の冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて前記空洞部内の空間に開放されている、ことを特徴とするものである。
【００２９】
前記回転軸は、冷媒の供給側と回収側の流路を形成する２重以上の多重管からなり、前記回転軸の供給側冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記回転板の空洞部は前記回転軸の回収側冷媒流路に連通するようにすることができる。 
前記電機子コイルは冷媒容器によって保持され、前記電機子コイルは前記超電導コイルと対向する面及び前記冷媒容器によって保持される外表面を除く外表面が前記冷媒容器の内部空間に開放され、あるいは仕切壁を介して前記冷媒容器内の空間と接しているようにすることができる。
【００３０】
前記回転軸の少なくとも一部と回転板と電機子と電機子の冷媒容器を内包するハウジングを有し、前記ハウジングは、ハウジングの内部空間と真空装置とを接続する減圧ダクトまたは減圧ノズルを有するようにすることができる。
【００３１】
前記ハウジングは真空室かつ防爆室を構成するようにすることができる。
【００３２】
前記回転板は前記回転軸上に複数枚固定され、隣接する回転板の間、及び回転板の列方向の両端外側に前記電機子コイルを設けるようにすることができる。
【００３３】
前記ハウジングに前記ハウジングから突出した前記回転軸を内包する付加ハウジングを取り付け、前記付加ハウジングに真空装置に連通する減圧ダクトまたは減圧ノズルを設けるとともに、冷媒源と連通する冷媒配管を前記付加ハウジングに挿通固定し、前記冷媒配管の挿入端部に、前記回転軸の端部を前記付加ハウジングと非接触の状態で支持するとともに前記回転軸の冷媒流路と前記冷媒配管に連通する流路を有する支承部材を固定するようにすることができる。
【００３４】
本発明による舶用ポッド推進機は、回転軸に複数枚の回転板を所定間隔に設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記回転板の間および前記回転板の列方向の両端外側に前記超電導コイルの回転軌道の近傍に周方向に所定間隔で電機子コイルを配設し、前記回転板は、前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が外部に露出するように前記超電導コイルを保持し、前記回転板と前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、前記超電導コイルはその表面の一部が回転板の冷媒流路の内部空間に開放され、あるいは、仕切壁を介して前記回転板の冷媒流路に接しており、前記電機子コイルと前記回転板と前記回転軸の一部を内包するポッドを有し、前記回転軸の一端部はポッドから突出し先端部にプロペラを有する、ことを特徴とするものである。
【００３５】
本発明の舶用ポッド推進機は、回転軸に複数枚の回転板を所定間隔に設け、該回転板に超電導コイルを固定し、前記回転板の間および前記回転板の列方向の両端外側に前記超電導コイルの回転軌道の近傍に周方向に所定間隔で電機子コイルを配設し、前記回転板は空洞部を有し、前記空洞部は前記超電導コイルの巻線中心軸の軸方向端面が前記回転軸と平行になるように前記超電導コイルをその内部に収容固定し、前記回転軸は冷媒源に連通する冷媒流路を有し、前記回転軸の冷媒流路は前記回転板の空洞部に連通し、前記超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて前記空洞部内の空間に開放されており、
前記電機子と前記回転板と前記回転軸の一部を内包するポッドを有し、前記回転軸の一端部はポッドから突出し先端部にプロペラを有する、ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３６】
本発明の一つの超電導同期機によれば、超電導コイルが回転板によってその巻線軸方向の端面が外部に露出するように保持される。これにより、超電導コイルの巻線軸方向端面と電機子コイルの間の距離を可能な限り小さくすることができ、その結果、超電導コイルと電機子コイルの間に強い力が働き、強い回転力あるいは誘導起電力を発生させることができる。
【００３７】
また、本発明は、超電導コイルを用いることにより、バルク超電導体よりも強い磁力を発生することができる。さらに、超電導コイルを用いることにより、巻線軸方向に垂直な横断面の面積を大きくすることができ、磁極の面積を大きくすることができる。したがって、高い磁束密度と広い磁極面の面積の相乗効果により、強い回転力あるいは誘導起電力を発生させる超電導同期機を得ることができる
本発明の一つの超電導同期機によれば、超電導コイルを回転板の空洞部に収容・固定し、空洞部に冷媒流路を連通させ、超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて空洞部内の空間に開放されている。
【００３８】
本発明によれば、超電導コイルの外表面は固定部材との接触部分を除いて空洞部内の空間に開放されているので、超電導コイルの外表面のほぼ全部が冷媒によって冷却され、冷却効率が高い超電導同期機を得ることができる。
【００３９】
本発明の舶用ポッド推進機によれば、回転軸方向に複数の回転板を配設し、その数に比例して強い回転力を得ることができる。その一方、かかる回転力の増大を図っても、回転板の半径、ひいては舶用ポッド推進機の推進方向に対する横断面積が増大しないので、推進抵抗の増大が緩やかである。その結果、推力が強く推進抵抗が少ない舶用ポッド推進機を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
【００４１】
図１は本発明の一実施形態による超電導同期機の縦断面を示している。
【００４２】
本実施形態による超電導同期機１は、回転軸２上に回転板３を設け、回転板３上に超電導コイル４を固定している。
【００４３】
超電導コイル４の回転軌道の両側に周方向に一定の間隔で互いに対向するように電機子コイル５が設けられている。
【００４４】
回転板３は内部に冷媒を流通させる冷媒流路６を有している。
【００４５】
また、回転軸２は多重管からなり、図示しない冷媒源に接続する、供給側の冷媒流路７と回収側の冷媒流路８を有している。
【００４６】
電機子コイル５は、冷媒容器９によって保持されている。電機子コイルの冷媒容器９は、冷媒配管１０，１１によって図示しない冷媒源に接続されている。
【００４７】
前記回転軸２の一部と回転板３と電機子コイル５はハウジング１２によって囲まれている。
【００４８】
ハウジング１２は、図示しない真空装置とを接続する減圧ダクトまたは減圧ノズル１３を有している。また、本実施形態のハウジング１２は内部を観察できる窓１４を有している。
【００４９】
回転軸２とハウジング１２の間には、構造的に十分強度を有するスリーブ１５，１６が介挿されている。
【００５０】
スリーブ１５，１６は、内端部がフランジになっており、回転板３に固定でき、回転軸２と回転板３とを支持している。
【００５１】
スリーブ１５，１６とハウジング１２の間にはベアリング１７，１８が介装され、スリーブ１５，１６と回転軸２の間にはシール材１９，２０が介装されている。
【００５２】
本実施形態では、ハウジング１２の側壁に付加ハウジング２１が取り付けられている。
【００５３】
付加ハウジング２１には図示しない真空装置に連通する減圧ダクトまたは減圧ノズル２２が設けられている。付加ハウジング２１には、冷媒源と連通する供給側冷媒配管２３と回収側冷媒配管２４が挿通され、固定されている。供給側冷媒配管２３と回収側冷媒配管２４の挿入端部には、付加ハウジング２１と非接触状態で支承部材２５が固定されている。支承部材２５は、回転軸２の端部を回転可能に支持している。また、支承部材２５には、回転軸の冷媒流路７，８と冷媒配管２３，２４とを連通させる冷媒用の流路２６が設けられている。支承部材２５は適宜複数の部材によって構成することができ、本実施形態では、外筒と内筒の２部材からなる。また、本実施形態の支承部材２５は、回転軸２と支承部材２５の回転支承部から漏れる可能性がある冷媒を外部に排出するドレン配管２７，２８が設けられている。ドレン配管２７，２８はやはり付加ハウジング２１に挿通され、固定され、それらの先端で支承部材２５を支持するようになっている。
【００５４】
本実施形態の超電導同期機１においては、冷媒は付加ハウジングに取り付けられている供給側冷媒配管２３から回転軸の供給側の冷媒流路７を通り、回転板の冷媒流路６に流れ、超電導コイル４を冷却した後に回転軸の回収側の冷媒流路８に流れ、付加ハウジングの回収側冷媒配管２４を通って冷媒源に戻る。
【００５５】
また、同一系統で異系統でもよい冷媒源から冷媒が、冷媒配管１０，１１を通って電機子の冷媒容器９の内部空間に流れ、電機子コイル５を冷却した後に冷媒源に戻るようになっている。
【００５６】
ハウジング１２は、減圧ダクトまたは減圧ノズル１３から真空装置によって減圧され、運転時には内部が真空の状態になる。
【００５７】
また、付加ハウジング２１も、減圧ダクトまたは減圧ノズル２２から真空装置によって減圧され、運転時には内部が真空の状態になる。
【００５８】
図２は、正面から見た回転板３の内部の冷媒流路６を示している。
【００５９】
図２に示すように、本実施形態の回転板の冷媒流路６は左右両系統に別れ、導入部は回転軸２の供給側の冷媒流路７と連通し、それらは超電導コイル４の周囲を可能な限り周回し、回転軸２の回収側の冷媒流路８に戻るように形成されている。
【００６０】
超電導コイル４は、回転板３に設けられた孔に嵌着されるようになっている。
【００６１】
図３は、回転板３の内部の冷媒流路６の斜視図を示している。
【００６２】
図３から明らかなように、回転板３の冷媒流路６は、好ましくは回転板３に設けられた溝からなる。回転板３は、図３に示していない平面同形状の蓋を有し、その蓋をすることによって冷媒流路６が閉じられ、流路が形成される。蓋にも超電導コイル４の端面を露出させる孔が設けられており、これによって蓋をした状態でも、超電導コイル４はその両端面が回転板３の外部に露出するようになっている。
【００６３】
図４は、超電導コイル４の保持状態を示している。
【００６４】
図４に示すように、本発明においては、超電導コイル４は、巻線軸方向が回転軸２と平行になるように保持される。冷媒流路６は超電導コイル４の巻線の外周側面で保持されている。
【００６５】
本実施形態によれば、超電導コイル４の巻線軸方向の両端面は回転板３の外部に露出している。
【００６６】
上記構造により、本実施形態の超電導同期機１によれば、超電導コイル４の巻線軸方向両端面を可能な限り電機子コイル５に近づけることができ、アキシャルギャップを可能な限り小さくすることができる。
【００６７】
なお、図４に示した断面図では、超電導コイル４と冷媒流路６の間は、回転板３と一体の部材からなる仕切壁によって仕切られている。しかし、これに限られず、図５に示すように、超電導コイル４と冷媒流路６の間は、回転板３と別部材２９からなる仕切壁によって仕切られるようにしてもよい。
【００６８】
さらに、図示していないが、超電導コイル４は、その巻線の周方向の側面が冷媒流路６の内部空間に開放され、冷媒によって直接冷やされるようにしても良い。
【００６９】
別部材２９によって超電導コイル４と冷媒流路６とを仕切る場合は、伝熱性の高い金属を仕切壁に用いることにより、高い冷却効率を得ることができる。
【００７０】
なお、図５においては、超電導コイル４は、一つの超電導コイル４からなるが、巻線軸方向に短い一対の超電導コイル４をそれぞれ回転板３の両側面に配置することもできる。その場合には、冷媒流路６は両超電導コイル４の間にも流れるようにすることにより、さらに高い冷却効果を得られる。
【００７１】
なお、回転軸２は、２重以上の多重管とすることができる。２重以上の多重管にすれば、回転板３の各冷媒流路６ごとに回転軸の冷媒流路を確保でき、より冷媒が安定的に流通するようにすることができる。
【００７２】
また、本実施形態によれば、回転軸２、回転板３、電機子コイル５が全体としてハウジング１２の内部に収納される。前述したように、ハウジング１２の内部は真空状態に減圧される。これにより、回転軸２、回転板３、電機子コイル５に対して優れた断熱性を発揮することができる。また、好ましくは、ハウジング１２は、真空室と防爆室を兼ねる強度とすることが好ましい。ハウジング１２が防爆室を兼ねる場合、万一冷媒が大量に漏れて急激に蒸発するような異常事態が生じても、爆発を防止し、安全な超電導同期機を得ることができる。
【００７３】
本実施形態の付加ハウジング２１は真空に減圧されることにより、ハウジング１２から突出した部分の回転軸２の断熱に寄与することができる。また、付加ハウジング２１は、回転軸２の末端の振れを防止する効果を有する。
【００７４】
すなわち、付加ハウジング２１は、基部がハウジング１２に固定され、供給側冷媒配管２３、回収側冷媒配管２４を介して支承部材２５を支持している（好ましくはドレン配管２７，２８も支承部材２５を支持するようにする）。支承部材２５は、回転軸２の末端部を回転可能に把持しているので、回転軸２の末端の振れ回りが効果的に防止される。さらに、回転軸２の全体が真空層によって断熱されるので、きわめて冷却効率の高い超電導同期機を得ることができる。
【００７５】
なお、図１〜図５は、超電導コイル４は円形あるいは円環状に巻いたものを示している。しかし、本発明の超電導体コイル４は、円形あるいは円環状に限られない。本発明においては、超電導コイルの巻数を多くし、巻線軸方向に対する横断面の面積を大きくすることが好ましい。また、図６に示すように、電機子コイル５と正面ほぼ同一形状にするのが好ましい。特に超電導体コイル４を図６に示すように正面形状が扇状になるように巻装し、回転板３の全面を覆うようにすることにより、電機子コイル５と隙間無く作用し合うことができ、高い出力の超電導同期機を得ることができる。
【００７６】
次に本発明の第２の実施形態について説明する。この実施形態は、超電導コイルの全体を回転板に収納し、超電導コイルの全周面から超電導コイルを冷却するものである。
【００７７】
図７は本発明の第２の実施形態による回転板を正面から見たものである。
【００７８】
なお、図１〜６と同一部分については同一の符号を用いて示す。
【００７９】
図７に示すように、本実施形態の回転板３０は、内部に比較的大きな空洞部３１を有している。図７に例示する空洞部３１は円環状の形状を有しているが、空洞部の形状は円環に限られない。
【００８０】
本実施形態では、円環状の空洞部３１に周方向に８個の超電導コイル４を収納し、固定している。
【００８１】
超電導コイル４は、第１実施形態と同様に、巻線軸方向が回転軸２と平行になるように配置されている。
【００８２】
超電導コイル４は、固定部材３２によって回転板３０のケーシングに固定されている。
【００８３】
回転軸２の供給側の冷媒流路７からは、４本の供給配管３３が放射状に設けられている。また、４本の回収配管３４が空洞部３１から回転軸２の回収側の冷媒流路８に連通されている。なお、供給配管３３と回収配管３４の長短も図６に示した場合の逆でもよい。また、供給配管３３と回収配管３４の数は図７に示したものに限られない。
【００８４】
図８は、第２実施形態の超電導コイル４の収容固定状態を示す断面図である。
【００８５】
回転板３０は、その内部に空洞部３１を有し、超電導コイル４は固定部材３２によって回転板３０のケーシングに固定され、空洞部３１の内部に収容されている。超電導コイル４の巻線軸方向端面は、回転板３０のケーシングからわずかに離され、該端面も冷媒によって冷やされるようにすることができる。
【００８６】
また、図８に示すように、回転板３０の外側をさらにケーシング３５を設けることができる。ケーシング３５は、回転板３０の外表面を覆い、その内部を真空にすることができる。これにより、回転板３０の外表面は真空室３６によって覆われ、高い断熱効果によって高い冷却効率を得ることができる。
【００８７】
ケーシング３５は、電機子と回転板と回転軸の全体を内包するハウジングを設けることができない場合に有用である。
【００８８】
図７と８から明らかなように、本第２実施形態によれば、超電導コイル４は固定部材３２を除く外表面が冷媒に直接接触し、高い冷却効率を得ることができる。
【００８９】
また、ケーシング３５により、回転板３０を個々に断熱することができる。
【００９０】
図９は、電機子コイル５の冷却室の変形例を示している。図１と同一部分については同一の符号を用いて示す。
【００９１】
図１の例では電機子コイル５の表面の一部が冷媒容器９の内部空間に直接開放されているが、図９の例では、電機子コイル５と冷媒容器９の内部空間は仕切壁３７によって仕切られている。
【００９２】
これにより、冷媒容器９の内部の冷媒が電機子を介して外部に漏れることを完全に防止することができる。また、電機子コイル５との接触面積を大きくすることにより高い冷却効果を奏する。
【００９３】
このように電機子コイル５を低温に冷却することにより、電機子コイル５の電気抵抗が低下し、強い着磁電流や回転磁界を生じることができる。
【００９４】
図１０は、本発明の変形例およびそれを応用した舶用ポッド推進機を概念的に示したものである。
【００９５】
本発明の第１実施形態と第２実施形態による超電導同期機は、いずれも図１０のように直列の構造にすることができる。
【００９６】
本発明による舶用ポッド推進機は、回転板と電機子を複数枚直列的に配置した超電導同期機を舶用ポッド推進機のポッド内に収納し、ポッドから突出した回転軸の先端にプロペラ等の推進手段を設けたものである。この場合に、上述したハウジング１２の代わりにポッドを用いることができる。
【００９７】
図１０に示すように直列構造とすることにより、電機子の間に配置された超電導コイル４はすべて両磁極から出る磁束が無駄なく利用される。
【００９８】
また、本発明による超電導同期機を直列構造にすることにより、推進抵抗が少なく、且つ、推進力が強い舶用ポッド推進機を得ることができる。
【００９９】
すなわち、従来の舶用ポッド推進機は、限界があったバルク超電導体の磁界を補って強いトルクを得るために、バルク超電導体を筒状の回転子の周面に配置し、その外側に円筒状の電機子を設けたラジアルギャップ型の超電導同期機を用いていた。ラジアルギャップ型の超電導同期機によれば、広い面積のバルク超電導体を利用し、かつ、回転軸から離れたところで電機子との力の作用を生じることができる。
【０１００】
しかし、回転軸から離れたところで電機子との力の作用を生じるということは、強いトルクを得られる反面、舶用ポッド推進機の外径の増大を招き、推進抵抗が増大した。
【０１０１】
これに対して、図１０の構造のラジアルギャップ型の超電導同期機を用いた舶用ポッド推進機は、回転子と電機子の数を多くすれば比例して出力が大きくなり、にもかかわらず、舶用ポッド推進機の外径が変わらないので、推進抵抗の増加が緩やかである。
【０１０２】
このように、本発明の舶用ポッド推進機によれば、推進抵抗が小さく、推進力が強い舶用ポッド推進機を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の一実施形態による超電導同期機の縦断面図。
【図２】本発明の一実施形態による回転板の正面図。
【図３】本発明の一実施形態による回転板の斜視図。
【図４】本発明の一実施形態による超電導コイルの周辺の縦断面図。
【図５】本発明の一実施形態の変形例の縦断面図。
【図６】本発明の一実施形態による回転板の正面図。
【図７】本発明の第二の実施形態による回転板の正面図。
【図８】本発明の第二の実施形態による超電導コイルの周辺の縦断面図。
【図９】本発明の電機子コイルの周辺の構造の変形例を示す縦断面図。
【図１０】回転板と電機子を直列構造とした本発明による舶用ポッド推進機の概略断面図。
【符号の説明】
【０１０４】
１  超電導同期機
２  回転軸
３  回転板
４  超電導コイル
５  電機子コイル
６  回転板の冷媒流路
７  回転軸の供給側の冷媒流路
８  回転軸の回収側の冷媒流路
９  電機子の冷媒容器
１０  冷媒配管
１１  冷媒配管
１２  ハウジング
１３  減圧ダクトまたは減圧ノズル
１４  窓
１５  スリーブ
１６  スリーブ
１７  ベアリング
１８  ベアリング
１９  シール材
２０  シール材
２１  付加ハウジング
２２  減圧ダクトまたは減圧ノズル
２３  供給側冷媒配管
２４  回収側冷媒配管
２５  支承部材
２６  冷媒用の流路
２７  ドレン配管
２８  ドレン配管
２９  仕切壁
３０  回転板
３１  空洞部
３２  固定部材
３３  供給配管
３４  回収配管
３５  ケーシング
３６  真空室
３７  仕切壁
【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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