(57)【要約】【課題】超電導モータにおいて、複数のターンが巻き軸に対し直交する方向に重なる超電導コイルを使用する場合でも、超電導コイルでの温度の偏りを小さくしつつ、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することである。【解決手段】超電導モータは、回転可能に配置されたロータと、ロータの径方向に対向し、コイルを有するステータとを含む。超電導モータは、内側に低温の冷媒を流す内側接触用細管６６ａ及び外側接触用細管６６ｂを有する冷凍機１４を含む。各内側接触用細管６６ａは、コイル３６の巻き軸方向一端面に沿うように接触したコイル接触部である内側Ｕ字形部９６を含む。各外側接触用細管６６ｂは、コイル３６の巻き軸方向他端面に沿うように接触したコイル接触部である外側Ｕ字形部１０２を含む。【選択図】図６
2012143044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転可能に配置されたロータと、
前記ロータの径方向に対向配置されたステータとを備え、
前記ステータは、ステータコアと、超電導線材により構成される複数の超電導コイルとを含み、
前記各超電導コイルは、平角線の超電導線材を用いて、それぞれが１周回する複数のターンを巻き軸に対し直交する方向に重ねた状態で巻くように構成されており、
前記ステータコアは、環状のバックヨークと、前記バックヨークの径方向一端部に径方向に突出する複数のティースと、周方向に隣り合う前記ティース間に設けられたスロットとを有し、
前記複数の超電導コイルは、前記ティースに巻装されている超電導モータであって、
内側に低温の冷媒を流す少なくとも１の細管を有する冷凍機をさらに備え、
前記細管は、前記超電導コイルの少なくとも巻き軸方向一端面に沿うように接触したコイル接触部を含むことを特徴とする超電導コイル。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導モータにおいて、
前記超電導コイルは、前記ステータの軸方向に関する寸法が前記ステータの周方向に関する寸法よりも長くなっており、前記コイル接触部は、前記ステータの軸方向に設けられた直線部で、前記超電導コイルの少なくとも巻き軸方向一端面に沿うように接触していることを特徴とする超電導コイル。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル接触部は、前記超電導コイルにおいて、前記ステータの径方向に関する内端または外端に位置する、前記超電導コイルの巻き軸方向の一端面または他端面に沿うように接触していることを特徴とする超電導モータ。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記冷凍機は、それぞれ前記細管であり、内側に低温の冷媒を流す内側接触用細管及び外側接触用細管を有し、
前記内側接触用細管は、前記超電導コイルにおいて、前記ステータの径方向に関する内端に位置する、前記超電導コイルの巻き軸方向の一端面に沿うように接触した前記コイル接触部である内側接触部を有し、
前記外側接触用細管は、前記超電導コイルにおいて、前記ステータの径方向に関する外端に位置する、前記超電導コイルの巻き軸方向の他端面に沿うように接触した前記コイル接触部である外側接触部を有することを特徴とする超電導モータ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル接触部は、平行な２の直線部を連結部により連結することにより構成されるＵ字形に形成されており、
前記２の直線部は、前記超電導コイルの巻き軸方向の一端面または他端面において、前記ステータの周方向に関する前記超電導コイルの両側部分にそれぞれ接触していることを特徴とする超電導モータ。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の超電導モータにおいて、
前記コイル接触部は、平行な２の直線部を連結部により連結することにより構成されるＵ字形に形成され、前記超電導コイルを巻き軸方向の片側から他側にまたぐように設けられ、
前記２の直線部は、前記超電導コイルにおいて、前記ステータの径方向に関する内端及び外端に位置する、前記超電導コイルの巻き軸方向の両端面に沿うようにそれぞれ接触していることを特徴とする超電導モータ。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１に記載の超電導モータにおいて、
前記ティースの周囲と前記超電導コイルとの間に設けられた電気絶縁性を有するインシュレータを備え、
前記インシュレータは、少なくとも前記ステータの径方向に関する一端に前記超電導コイル側に突出する鍔部を含み、
前記超電導コイルの巻き軸方向の端面と前記鍔部との間で前記コイル接触部を挟んでいることを特徴とする超電導モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導モータに関し、特に、内側に低温の冷媒を流す少なくとも１の細管を有する冷凍機を備える超電導モータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、冷凍機を備える超電導モータが考えられている。例えば、特開２０１０−１７８５１７号公報（特許文献１）には、超電導モータと、極低温発生部と、容器とを備える超電導モータ装置が記載されている。超電導モータは、回転可能な回転軸と、回転軸の外周部に配置された複数の永久磁石とを有する回転子と、固定子とを含む。固定子は、固定子鉄心のティース部に巻回された３相の超電導コイルを有する。極低温発生部は、極低温をコールドヘッドにおいて発生させる冷凍機を有する。このコールドヘッドと超電導モータの固定子の固定子鉄心とを伝熱可能につなぐ高い伝熱性を有する熱伝導部が設けられている。熱伝導部の冷却筒部は、極低温状態に冷却され、固定子鉄心の外周部と熱的に接触して、固定子鉄心を冷却する。容器は、超電導コイルを断熱させる真空断熱室を形成する。このため、超電導コイル側に熱侵入が発生したとしても、あるいは冷凍機の冷凍出力が追いつかないときでも、固定子鉄心が超電導コイルを低温状態に維持させるとされている。また、特許文献１の図３には、固定子鉄心のティース部と超電導コイルとの間に高い熱伝導率を有する熱伝導材を設けることが記載され、同じく図４には、固定子鉄心の外周部を包囲する熱伝導部に連接部を介して熱伝導材を連設することが記載されている。この構成により、極低温発生部によって冷却されたティース部を介して超電導コイルを冷却できる可能性はある。
【０００３】
また、国際公開第０３／００１１２７Ａ１号パンフレット（特許文献２）には、圧縮機、高圧切換弁及び低圧切換弁を有する圧力制御手段と、室温端部と低温端部とを有する膨張圧縮部と、室温端部と低温端部とを有する蓄冷部とを備えて、被冷却対象に熱伝達する蓄冷型冷凍機が記載されている。蓄冷型冷凍機は、膨張圧縮部の低温端部と蓄冷部の低温端部とを連結し、被冷却対象まで延長した作動ガスの流路を設けている。また、パルス管冷凍機は、センサ類や半導体装置用の冷却手段として重要な役割を果たすとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１７８５１７号公報
【特許文献２】国際公開第０３／００１１２７Ａ１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１に記載された超電導モータのように、従来は、超電導コイルを冷却する場合に、種々の方法で寒冷の伝達を行っているが、固体の熱伝導材を使用して超電導コイルを冷却する場合、熱伝導材の熱伝導率は有限であり、有限の長さを持つ熱伝導材に熱量を流した場合、流す熱量に比例した温度差が生じるため、冷却効率を向上させるのが難しい。このため、超電導コイルの冷却効率を向上させ、早期冷却を図り、安定した超電導状態を早期に発生させる面から改良の余地がある。
【０００６】
また、超電導モータの冷却性を向上するために超電導コイルに直接冷凍機の熱伝導材を接触させ、熱伝導材により超電導コイルを冷却することも考えられる。また、この場合に、超電導コイルは、平角線の超電導線材を用いて、それぞれが１周回する複数のターンを巻き軸に対し直交する方向に重ねた状態で巻くように構成される、フラットワイズ巻きとすることも考えられている。このようなフラットワイズ巻きは、パンケーキ巻きとも呼ばれている。
【０００７】
このようなフラットワイズ巻きの超電導コイルを使用する場合、超電導コイルの外周部に直接冷凍機の熱伝導材を接触させ、超電導コイルを冷却した場合に、外周側から内周側に向かって複数のターンが存在し、複数のターン同士の間で冷却温度に差が生じて、ターン数が多くなるほど内外のターンで温度差が大きくなる可能性がある。特に超電導コイルに利用される超電導線材では、通常の常温で使用する電動モータのコイルを構成する銅線に比べて極端に熱伝導性が悪いため、複数のターン同士の間の熱伝導性が悪い。このうち熱伝導材から離れた超電導コイルの内側のターン等、超電導コイルの一部でも超電導状態にできない場合、超電導コイルに急激な発熱が生じる可能性がある。このため、超電導コイルの発熱による焼損を有効に防止する面から改良の余地がある。例えば、すべてのターンでの超電導状態の破綻を避けるために、超電導コイルを例えば、７７Ｋ等、通常の超電導状態を実現するための温度よりもさらに温度低下させる過冷却の手段を採用することも考えられる。ただし、この場合には、その分、冷凍機の消費電力が課題になる。このため、超電導コイルの冷却において、各ターンを均一に冷却する等、超電導コイルでの温度の偏りを小さくしつつ効率よく冷却する面から改良の余地がある。
【０００８】
特許文献２には、単に蓄冷型冷凍機が記載されているだけであり、冷凍機を超電導モータの超電導コイルの冷却に使用することは開示されていない。
【０００９】
本発明の目的は、超電導モータにおいて、複数のターンが巻き軸に対し直交する方向に重なる超電導コイルを使用する場合でも、超電導コイルでの温度の偏りを小さくしつつ、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る超電導モータは、回転可能に配置されたロータと、ロータの径方向に対向配置されたステータとを備え、ステータは、ステータコアと、超電導線材により構成される複数の超電導コイルとを含み、各超電導コイルは、平角線の超電導線材を用いて、それぞれが１周回する複数のターンを巻き軸に対し直交する方向に重ねた状態で巻くように構成されており、ステータコアは、環状のバックヨークと、バックヨークの径方向一端部に径方向に突出する複数のティースと、周方向に隣り合うティース間に設けられたスロットとを有し、複数の超電導コイルは、ティースに巻装されている超電導モータであって、内側に低温の冷媒を流す少なくとも１の細管を有する冷凍機をさらに備え、細管は、超電導コイルの少なくとも巻き軸方向一端面に沿うように接触したコイル接触部を含むことを特徴とする超電導コイルである。なお、本明細書全体及び特許請求の範囲で、「沿うように接触」とは、線接触または面接触で接触することをいう。
【００１１】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、超電導コイルは、ステータの軸方向に関する寸法がステータの周方向に関する寸法よりも長くなっており、コイル接触部は、ステータの軸方向に設けられた直線部で、超電導コイルの少なくとも巻き軸方向一端面に沿うように接触している。
【００１２】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル接触部は、超電導コイルにおいて、ステータの径方向に関する内端または外端に位置する、超電導コイルの巻き軸方向の一端面または他端面に沿うように接触している。
【００１３】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、冷凍機は、それぞれ細管であり、内側に低温の冷媒を流す内側接触用細管及び外側接触用細管を有し、内側接触用細管は、超電導コイルにおいて、ステータの径方向に関する内端に位置する、超電導コイルの巻き軸方向の一端面に沿うように接触したコイル接触部である内側接触部を有し、外側接触用細管は、超電導コイルにおいて、ステータの径方向に関する外端に位置する、超電導コイルの巻き軸方向の他端面に沿うように接触したコイル接触部である外側接触部を有する。
【００１４】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル接触部は、平行な２の直線部を連結部により連結することにより構成されるＵ字形に形成されており、２の直線部は、超電導コイルの巻き軸方向の一端面または他端面において、ステータの周方向に関する超電導コイルの両側部分にそれぞれ接触している。
【００１５】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、コイル接触部は、平行な２の直線部を連結部により連結することにより構成されるＵ字形に形成され、超電導コイルを巻き軸方向の片側から他側にまたぐように設けられ、２の直線部は、超電導コイルにおいて、ステータの径方向に関する内端及び外端に位置する、超電導コイルの巻き軸方向の両端面に沿うようにそれぞれ接触している。
【００１６】
また、本発明に係る超電導モータにおいて、好ましくは、ティースの周囲と超電導コイルとの間に設けられた電気絶縁性を有するインシュレータを備え、インシュレータは、少なくともステータの径方向に関する一端に超電導コイル側に突出する鍔部を含み、超電導コイルの巻き軸方向の端面と鍔部との間でコイル接触部を挟んでいる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る超電導モータによれば、冷凍機に設けられ、内側に低温の冷媒を流す少なくとも１の細管が、超電導コイルに接触するコイル接触部を含むので、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することができる。また、コイル接触部は、超電導コイルの少なくとも巻き軸方向一端面に沿うように接触しているので、超電導モータにおいて、複数のターンが巻き軸に対し直交する方向に重なる超電導コイルを使用する場合でも、複数のターンをほぼ均一に冷却できる等、超電導コイルでの温度の偏りを小さくしつつ、超電導コイルを所望の極低温に効率よく冷却することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面の拡大図である。
【図３】第１の実施の形態で使用する冷凍機の基本構成を、細管をすべて直線状にした状態で示す図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図２のＣ部の拡大断面に対応する図である。
【図６】第１の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【図７】本発明から外れた比較例の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。
【図８】図７のＤ−Ｄ断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。
【図１０】第２の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部と、対応するインシュレータとを示す斜視図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。
【図１２】第３の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。
【図１４】第４の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【図１５】本発明の第５の実施の形態の超電導モータにおいて、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［第１の実施の形態］
以下に、本発明に係る実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本発明の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。
【００２０】
図１から図６は、本発明の第１の実施形態の超電導モータを示している。図１、図２に示すように、超電導モータ１０は、モータ本体１２と、モータ本体１２を冷却するための冷凍機１４とを備える。モータ本体１２は、モータケース１６と、モータケース１６に回転可能に支持された回転軸１８と、モータケース１６の内側で回転軸１８の外側に固定されることにより、回転可能に配置されたロータ２０とを含む。また、モータ本体１２は、モータケース１６の内周面に固定されることにより、ロータ２０の径方向外側に対向配置された略円筒状のステータ２２とを含む。また、冷凍機１４は、モータケース１６に固定されている。なお、以下の説明では、特に断らない限り、回転軸１８の中心軸Ｘに関し、これに沿う方向を軸方向といい、回転中心軸Ｘに対し直交する放射方向を径方向といい、回転中心軸Ｘを中心として描かれる円形に沿う方向を周方向という。
【００２１】
ロータ２０は、例えば電磁鋼板を積層してカシメや溶接等により一体に構成される円筒状のロータコア２４と、ロータコア２４の外周面の等間隔複数個所に設けられた永久磁石２６とを含む。すなわち、ロータコア２４の外周面には、複数（図２に示す例では６個）の永久磁石２６が露出した状態で周方向の等間隔に固定されている。永久磁石２６は、径方向に着磁されており、その着磁方向を周方向に交互に異ならせている。このため、ロータ２０の外周面には、Ｎ極とＳ極とが交互に配置されている。ただし、ロータ２０に設けられる永久磁石２６は、外周面に露出していなくてもよく、外周面近傍の内部に埋設されてもよい。このようなロータ２０は、丸棒鋼材等からなる回転軸１８の外周面に固定されている。
【００２２】
回転軸１８は、その両端部において、モータケース１６の両端部を構成する円盤状のエンドプレート２８，３０に固定された軸受３２により回転可能に支持されている。これにより、ステータ２２の内部に回転磁界が生成されると、その影響を受けてロータ２０が回転する。
【００２３】
ステータ２２は、略円筒状をなす固定子鉄心であるステータコア３４と、超電導コイルであるコイル３６とを含む。すなわち、ステータコア３４は、環状のバックヨーク３８と、バックヨーク３８の径方向一端部である、内周端部の周方向等間隔複数個所（図２に示す例では９個所）に径方向に突出するように設けられたティース４０とを有する。また、ステータコア３４は、バックヨーク３８の内周部の周方向に隣り合うティース４０間に設けられた、周方向複数個所（図示の例では９個所）等間隔位置のスロット４２（図２）を有する。ステータコア３４は、例えば複数の略円環状の電磁鋼板を軸方向に積層してカシメ、接着、溶接等によって一体に組み付けて構成できる。ただし、ステータコアは、それぞれ１つのティースを有する複数の分割コアを円環状に連ねて配置してその外側から筒状の締結部材により締め付けることによって造られてもよい。上記の分割コアは、圧粉磁心により造られてもよい。
【００２４】
ステータコア３４の複数のティース４０には、超電導線材により構成される複数のコイル３６が集中巻きで巻装されている。また、超電導線材は、後述する図６に示すように、断面矩形状の平角線をフラットワイズ状に巻くことでコイル３６を構成している。特に、コイル３６は、平角線を略長円形の渦巻状に巻いた、いわゆるパンケーキ巻きに巻くことで構成される。すなわち、各コイル３６は、平角線の超電導線材を用いて、断面の矩形の長さの大きい方向が巻き軸Ｏ（図６）と平行方向に向くようにして、かつ、それぞれが１周回する複数のターンを巻き軸Ｏに対し直交する方向に重ねた状態で巻くように構成されている。また、超電導線材には、例えば、イットリウム系超電導材料やビスマス系超電導材料を好適に使用できる。ただし、超電導線材を構成する超電導材料は、これらに限定されるものではなく、他の公知の超電導材料、あるいは、将来開発される、より高温で超電導特性を発現する超電導材料であってもよい。
【００２５】
コイル３６を構成する超電導線材は、絶縁被覆されていてもよい。これにより、コイル３６として密着して巻回されたときに各ターン間での電気絶縁が確保される。ただし、超電導線材が絶縁被覆されていない場合、コイル３６を形成するときに絶縁紙や絶縁フィルム等を挟みながらコイル状に巻くことで各ターン間の電気絶縁が確保されてもよい。
【００２６】
コイル３６は、ステータコア３４の複数個所に設けられるスロット４２（図２）内に位置するスロット配置部４４と、ステータコア３４の軸方向両端面から軸方向外側へそれぞれ突出する両側のコイルエンド部４６とを含む。各コイル３６は、２つ置きごとのコイル３６と直列接続されてＵ，Ｖ，Ｗの各相コイルを構成する。各相コイルの一端は、図示しない中性点において互いに接続され、各相コイルの他端は図示しない各相電流導入端子にそれぞれ接続されている。
【００２７】
また、図６に示すように、コイル３６は、ステータ２２（図１，２）の径方向に見た場合に略長円形の形状を有するように構成されている。すなわち、コイル３６は、互いに略平行な板部１０８，１１０と、板部１０８，１１０の両端側に設けられ、コイルエンド部４６を構成する断面略半円の部分円筒部１１２とを有する。板部１０８，１１０及び部分円筒部１１２は、それぞれコイル３６を構成する複数のターンを重ねた部分の一部により構成されている。すなわち、コイル３６は、ステータ２２の軸方向に関する寸法（図６のｘ方向の寸法）がステータ２２の周方向に関する寸法（図６のｙ方向の寸法）よりも長くなっている。
【００２８】
また、図１に示すように、モータケース１６は、ロータ２０及びステータ２２を収容するもので、円筒状の外周筒部４８と、外周筒部４８の軸方向両端部にその外周縁部が気密に結合された一対のエンドプレート２８，３０とを含む。外周筒部４８及び各エンドプレート２８，３０は、例えばステンレス等の非磁性材料から構成される。なお、外周筒部４８を片側のエンドプレート２８（または３０）と一体の部材により造ることもできる。
【００２９】
外周筒部４８内には、それぞれ円筒状をなす内筒部材５０及び中間筒部材５２がロータ２０と同心に設けられている。内筒部材５０及び中間筒部材５２の軸方向両端部は、エンドプレート２８，３０の内面に気密状態を保持可能に連結されている。内筒部材５０は、磁界の通過を妨げず且つ非導電性である非金属材料（例えばＦＲＰ等）により造られるのが好ましい。より好ましくは、内筒部材５０は、低熱伝導率材料により造る。なお、内筒部材５０は、基本的機能として、磁束を通す機能と、内筒部材５０を含む空間密封部分での真空を保持できる機能とを有するものであればよく、非導電性材料を使用するものに限定されない。例えば、内筒部材５０を構成する材料として、非磁性の低電気伝導率を有する材料（例えばステンレス）等も使用可能である。一方、中間筒部材５２は、低熱伝導率材料（例えばＦＲＰ等）で造られるのが好ましく、低熱伝導率の非磁性材料で造られるのがより好ましい。
【００３０】
内筒部材５０は、ロータ２０の最外接円の直径よりも若干大きい内径を有し、ロータ２０の外周面との間に隙間が形成されている。また、内筒部材５０と中間筒部材５２との間には、筒状空間である第１真空室５４が設けられている。第１真空室５４内には、コイル３６を含むステータ２２が収容されている。ステータ２２を構成するステータコア３４の外周面は、中間筒部材５２の内周面に固定されている。
【００３１】
第１真空室５４は、後で詳しく説明する冷凍機１４を含めて超電導モータ１０が組み立てられた後に、エンドプレート２８，３０もしくは外周筒部４８等の第１真空室５４及び第２真空室５６の一方または両方と外側空間とに接する部材の少なくとも何れかに形成された図示しない空気抜き穴から真空引きされて、真空状態に維持される。このように、コイル３６及びステータ２２と接触しない内筒部材５０及び熱伝導率が低い中間筒部材５２で区画形成し、かつ、内部を真空とすることで、第１真空室５４内に収容されたコイル３６を含むステータ２２への断熱性を高めることができる。
【００３２】
さらに、中間筒部材５２とモータケース１６との間には、筒状空間からなる第２真空室５６が形成されている。第２真空室５６もまた、第１真空室５４と同様に真空状態になっている。中間筒部材５２には、第１真空室５４と第２真空室５６とを連通する穴を設けることが好ましい。これにより、第１真空室５４内に収容されたコイル３６を含むステータ２２が第２真空室５６によってもモータ外部と隔てられることで、コイル３６を含むステータ２２に対する断熱効果をより一層高めることができる。
【００３３】
また、超電導モータ１０を構成するモータ本体１２に、冷凍機１４が固定されている。次に、図３、図４を用いて、冷凍機１４の基本構成を説明する。図３は、本実施の形態で使用する冷凍機１４の基本構成を、細管６６をすべて直線状にした状態で示す図であり、図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。冷凍機１４は、複数の冷媒ガス流通用の細管６６を有する、フリーピストン式のスターリングクーラ型（ＦＰＳＣ型）としている。すなわち、冷凍機１４は、一端側に設けられた冷凍機駆動源である圧力振動源５８と、圧力振動源５８に一端部が固定されるコールドヘッドと呼ばれる蓄冷器６８と、他端側に設けられた位相制御器６２と、位相制御器６２に一端部が固定される第２ピストン収容部７０と、蓄冷器６８と第２ピストン収容部７０との間に接続された複数の冷却部であり、伝熱性の良好な材料からなる複数の細管６６とを含む。蓄冷器６８は、内部に図示しない蓄冷材が設けられている。また、蓄冷器６８及び第２ピストン収容部７０は、外部を断熱材により覆われた断熱構造である。
【００３４】
冷凍機１４は、圧力振動源５８に設けられたシリンダ７２内で直線的に往復移動する駆動ピストンである第１ピストン７４を有し、このシリンダ７２内の空間が蓄冷器６８の内側を介して複数の細管６６内に通じている。また、冷凍機１４は、第２ピストン収容部７０に設けたシリンダ７６内でも直線的に往復移動する膨張ピストンまたは従動ピストンと呼ばれる第２ピストン７８を有し、このシリンダ７６内の空間が低温側熱交換部である複数の細管６６内に通じている。複数の細管６６を含む、第１ピストン７４と第２ピストン７８との間の内部空間に冷媒である冷媒ガス（例えば、Ｈｅガス）が封入されている。すなわち、各細管６６は、内側に低温の冷媒ガスが流れるように構成されている。
【００３５】
また、圧力振動源５８及び第２ピストン収容部７０は、各ピストン７４，７８の移動方向が同一直線上となるように対向配置されている。第１ピストン７４は、例えば圧力振動源５８を構成する図示しないリニアモータ等の可動子と接続されており、リニアモータにより、第１ピストン７４をシリンダ７２内で往復駆動させる。第１ピストン７４の往復駆動に伴って、圧力振動源５８のシリンダ７２内で冷媒ガスが圧力変動し、この圧力変動により、位相制御器６２の内部に図示しないコイルスプリングもしくは板ばね等で構成されたバネによって懸架された第２ピストン７８も従属的に往復移動する。この図示しないバネと第２ピストン７８の重量と、第１ピストン７４の往復移動による圧力変動によって、冷媒ガスの圧力変動と位置変動の位相差を調整することができる。また、位相制御器６２の内部に、第２ピストン７８の往復移動により生じる圧力変動を緩和する空間部を設けることにより、第２ピストン７８を配置するシリンダ７６内と連通して、冷媒ガスの圧力変動と位置変動の位相差を調整することができる。
【００３６】
第１ピストン７４の往復移動に伴って、第２ピストン収容部７０の細管６６端部近傍で冷媒ガスが断熱膨張して冷却されるので、各細管６６内部を流れる冷媒ガスも冷却される。このように、第１ピストン７４と第２ピストン７８との間で冷媒ガスの圧縮及び膨張が繰り返されることで、冷媒ガスが流れる各細管６６が冷却される。
【００３７】
冷凍機１４は、超電導線材からなるコイル３６が超電導特性を発現する所望の極低温（例えば、約７０Ｋ）まで冷却可能な冷却性能を有し、第１ピストン７４のストロークを制御することによって冷却温度を調節できる。このために、図示しない制御部により、第１ピストン７４のストロークが制御される。制御部は、超電導モータ１０（図１）の負荷に応じて冷凍機１４の冷却温度を制御するように構成することもできる。例えば、超電導モータ１０の負荷の上昇に伴って冷却温度を低下させることもできる。超電導モータ１０が電気自動車等の電動車両に走行用動力源として搭載される場合、設置スペースの制約や車両重量の軽量化のため冷凍機１４は小型で軽量のものであることが好ましい。上記のように冷凍機１４に、ＦＰＳＣ型を使用する場合、小型化及び軽量化を図れる。
【００３８】
本実施の形態では、このような基本構成を有する冷凍機１４を、モータ本体１２（図１）に固定している。すなわち、図１に示すように、超電導モータ１０において、軸方向片側（図１の右側）に位置するエンドプレート２８の周方向一部（図１の上部）には、冷凍機１４を構成する圧力振動源５８側の筒状の第１ブラケット６０が固定され、片側のエンドプレート２８において、圧力振動源５８とは回転軸１８の直径方向に関して反対側（図１の下側）には、冷凍機１４を構成する位相制御器６２側の筒状の第２ブラケット６４が固定されている。また、蓄冷器６８の一端部及び第２ピストン収容部７０の一端部は、それぞれ第１ブラケット６０または第２ブラケット６４の内側を介して第１真空室５４内に突出している。
【００３９】
また、図２に示すように、低温側熱交換部であり細管である、それぞれ複数ずつの内側接触用細管６６ａと外側接触用細管６６ｂとのそれぞれの長さ方向中間部の２個所は、ステータコア３４において、隣り合う２ずつのスロット４２（図２）内にそれぞれ挿入されるように配置されている。すなわち、図６に示すように、内側接触用細管６６ａは、中間部にコイル接触部である内側Ｕ字形部９６を含む。内側Ｕ字形部９６は、互いに平行な２本の内側直線部９８と、２本の内側直線部９８の一端同士を連結する略円弧形の内側連結部１００とを有し、全体が略Ｕ字形に形成されている。また、外側接触用細管６６ｂは、中間部にコイル接触部である外側Ｕ字形部１０２を含む。外側Ｕ字形部１０２は、互いに平行な２本の外側直線部１０４と、２本の外側直線部１０４の一端同士を連結する略円弧形の外側連結部１０６（図１）とを有し、全体が略Ｕ字形に形成されている。
【００４０】
なお、図６において、上側がステータ２２（図１、図２）の径方向内側に対応し、下側がステータ２２の径方向外側に対応する。また、冷凍機１４の基本的な機能は、上記の図３、図４で説明した冷凍機１４の基本構成の機能と同様である。内側接触用細管６６ａ及び外側接触用細管６６ｂの基本的な機能も、上記の図３、図４で説明した冷凍機１４を構成する細管６６の機能と同様である。
【００４１】
また、図６にそれぞれ示す、内側接触用細管６６ａ及び外側接触用細管６６ｂは、それぞれ内側に低温の冷媒ガスを流す。内側接触用細管６６ａの内側Ｕ字形部９６は、コイル３６において、ステータ２２（図１）の径方向に関する内端に位置するコイル３６の巻き軸Ｏ（図６）の方向の一端面（図６の上端面）に沿うように接触している。すなわち、内側Ｕ字形部９６のうち、２本の内側直線部９８は、コイル３６を構成する略平行な２の板部１０８，１１０の一端面（図６の上端面）に沿って線接触または面接触で接触するように直線状に配置している。このため、各内側直線部９８は、ステータ２２の軸方向（図６のｘ方向）に設けられ、ステータ２２の径方向に関する内端に位置する、コイル３６の巻き軸Ｏ方向一端面において、それぞれステータ２２の周方向（図６のｙ方向）に関するコイル３６の両側部分に沿うように接触している。
【００４２】
また、断面円弧形の内側連結部１００は、コイル３６を構成する片側（図６の右側）の部分円筒部１１２の一端面（図６の上端面）に沿って接触するように配置している。すなわち、内側連結部１００は、部分円筒部１１２の円弧形の端面に沿う形状を有する。また、各内側直線部９８は、コイル３６を構成する他側（図６の左側）の部分円筒部１１２において、円弧の両端部分で、各ターンの一部または全部を横切るように接触している。
【００４３】
また、外側接触用細管６６ｂの外側Ｕ字形部１０２も、コイル３６において、ステータ２２（図１）の径方向に関する外端に位置するコイル３６の巻き軸Ｏ（図６）方向の他端面（図６の下端面）に沿うように接触している。外側Ｕ字形部１０２のコイル３６に対する接触状態は、内側Ｕ字形部９６の場合とコイル３６の一端面（図６の上端面）と他端面とが異なるだけで同様である。すなわち、各外側Ｕ字形部１０２は、ステータ２２の軸方向に設けられた各外側直線部１０４で、ステータ２２の径方向に関する外端に位置する、コイル３６の巻き軸Ｏ方向他端面において、それぞれステータ２２の周方向（図６のｙ方向）に関するコイル３６の両側部分に沿うように接触している。
【００４４】
また、各Ｕ字形部９６，１０２を構成するステータ２２の周方向片側の直線部９８，１０４において、連結部１００，１０６とは反対側は、直接または細管６６ａ（または６６ｂ）の別の部分を介して蓄冷器６８（図１）に接続されている。また、各Ｕ字形部９６，１０２を構成するステータ２２の周方向他側の直線部９８，１０４において、連結部１００，１０６とは反対側は、直接または細管６６ａ（または６６ｂ）の別の部分を介して第２ピストン収容部７０（図１）に接続されている。このように、複数の細管６６ａ、６６ｂは、ステータ２２の周方向の異なる複数個所に配置されたコイル３６の端面に接触する略Ｕ字形の内側Ｕ字形部９６または外側Ｕ字形部１０２をそれぞれ有する。
【００４５】
このようなＵ字形部９６，１０２は、コイル３６の端面に高熱伝導性接着剤等の接着材により結合されている。例えば、高熱伝導性接着剤として、シリカ、アルミナ等の熱伝導性のよい材料等のフィラーを含有した接着剤を使用し、より好ましくは、低温脆性がない、すなわち低温での、もろさがない接着剤を使用する。
【００４６】
このようなＵ字形部９６，１０２は、ステータコア３４には接触していない。すなわち、各Ｕ字形部９６，１０２は、少なくともスロット４２（図２）内において、コイル３６のみに接触している。このため、各細管６６ａ、６６ｂからは、寒冷がコイル３６に、Ｕ字形部９６，１０２との接触部を通じて伝達される。このような構成では、総数で、ステータコア３４に設けられたティース４０の数の２倍の細管６６ａ、６６ｂが設けられている。
【００４７】
また、この構成では、第２ピストン収容部７０のモータケース１６の外側に配置される端部により、高温側熱交換部が構成される。このような冷凍機１４は、圧力振動源５８と、高温側熱交換部と、蓄冷器６８と、低温側熱交換部と、第２ピストン７８（図３）とを備える。
【００４８】
このような超電導モータ１０によれば、冷凍機１４を構成し、内側に低温の冷媒ガスが流れる細管６６ａ、６６ｂが、コイル３６に接触するコイル接触部であるＵ字形部９６，１０２を含むので、コイル３６を所望の極低温に効率よく冷却することができる。また、Ｕ字形部９６，１０２は、コイル３６の巻き軸方向（図６のＯ方向）両端面にそれぞれ沿うように接触している。本実施の形態と異なり、超電導モータにおいて、複数のターンが巻き軸に対し直交する方向に重なるコイル３６を使用するが、このコイル３６を冷却しない場合には、ターン数が多くなると内側と外側とのターンでの熱伝達が低下する。これに対して、本実施の形態によれば、上記のコイル３６を使用する場合でも、複数のターンをほぼ均一に冷却できる等、コイル３６での温度の偏りを小さくしつつ、コイル３６を所望の極低温に効率よく冷却することができる。
【００４９】
例えば、図６に示すようにコイル３６の巻き軸方向両端面では、複数のターンが露出しているので、この部分にＵ字形部９６，１０２の直線部９８，１０４や連結部１００，１０６（図１）を接触させることで、多くのターンにＵ字形部９６，１０２を接触させることができ、多くのターンを冷却できる。例えば、連結部１００，１０６とは反対側（図６の左側）の部分円筒部１１２の端面と直線部９８，１０４とが交差するように接触する。このため、この部分でほぼすべてのターンとＵ字形部９６，１０２とを接触させて、冷却することもできる。このため、コイル３６の各ターンであって、図５のｙ軸方向の異なる位置に配置されている各ターンでの温度分布をほぼ均一にする等、温度分布の偏りを少なくするようにコイル３６を冷却できる。
【００５０】
また、熱容量の大きいステータコア３４を介さずに細管６６ａ、６６ｂによりコイル３６を冷却するので、消費電力を抑えながらコイル３６を始動時に早期に冷却し、超電導状態に到達するまでの時間を短くできる。この結果、コイル３６を所望の極低温に効率よく冷却するとともに、始動時に早期にコイル３６の超電導状態を作り出すことができる。
【００５１】
また、各細管６６ａ、６６ｂは、２ずつのスロット４２内において、ステータ２２の軸方向と平行方向の直線部９８，１０４を有し、各直線部９８，１０４がスロット４２内でコイル３６にのみ接触している。このように、直線部９８，１０４はバックヨーク３８等でステータコア３４に接触することがないので、より効率よく細管６６ａ、６６ｂからコイル３６に寒冷を伝達して、始動時により早期にコイル３６を冷却できる。
【００５２】
ただし、各細管６６ａ、６６ｂのうち、外側接触用細管６６ｂに設けられた外側Ｕ字形部１０２をコイル３６の端面とスロット４２の底部との間で挟んで、外側接触用細管６６ｂをバックヨーク３８でステータコア３４にも接触させ、ステータコア３４を冷却することもできる。この場合には、熱容量の大きいステータコア３４をバッファとして機能させ、超電導モータ１０の高負荷時や過渡的な動作状態でも、コイル３６の温度上昇に対して細管６６ａ、６６ｂによる冷却が追従できなくなることを有効に防止して、コイル３６を安定して冷却し続けることができる。このため、安定した超電導状態を有効に作り出すことができるという効果を得られる。
【００５３】
また、冷凍機１４は、内側接触用細管６６ａ及び外側接触用細管６６ｂを有し、それぞれコイル３６において、ステータ２２の径方向に関する内端及び外端に位置するコイル３６の巻き軸方向（図６のＯ方向）の両端面に沿うように接触した内側接触部である内側Ｕ字形部９６及び外側Ｕ字形部１０２を有する。このため、内側Ｕ字形部９６及び外側Ｕ字形部１０２により、コイル３６の断面内の温度をほぼ均一にするように冷却することができる。また、図６に示すように、コイルエンド部４６を構成する部分円筒部１１２にも連結部１００，１０６を沿うように接触させて冷却しているので、冷却効果をより向上することができる。
【００５４】
また、各Ｕ字形部９６，１０２の両側の直線部９８，１０４は、コイル３６の巻き軸方向の両端面において、ステータ２２の周方向に関するコイル３６の両側部分に沿うように接触してコイル３６を冷却している。このため、本実施の形態と異なる構成であって、２本の分かれた直線状の細管が、ステータ２２の周方向に関するコイル３６の両側部分に沿うように接触してコイル３６を冷却する構成の場合と異なり、細管６６ａ、６６ｂの本数を過度に多くすることなく効率的にコイル３６を冷却できる。また、組み付け性の向上も図れる。
【００５５】
ただし、本発明では、このように細管がＵ字形部９６，１０２を有する構成に限定するものではなく、細管の直線状の部分によりコイル３６の巻き軸方向一端面または他端面または両端面において、ステータ２２の周方向に関するコイル３６の片側部分または他側部分または両側部分に沿うように接触してコイル３６を冷却する構成を採用することもできる。勿論、冷凍機１４は、複数の細管として、コイル３６の巻き軸方向の一端面に沿うように接触する内側Ｕ字形部９６を有する内側接触用細管６６ａのみ、または、コイル３６の巻き軸方向の他端面に沿うように接触する外側Ｕ字形部１０２を有する外側接触用細管６６ｂのみを有する構成を採用することもできる。
【００５６】
また、各細管は、Ｕ字形部として、１のＵ字形部９６（または１０２）のみを有する構成に限定するものではなく、各細管が複数のＵ字形部を有する構成を採用することもできる。
【００５７】
また、図５に示すように、コイル３６は、ティース４０の外周部に電気絶縁性を有するインシュレータ１１４（図２では図示を省略する。）を介して接触させており、このインシュレータ１１４を厚くしたり、熱伝導性の悪い材料により構成したり、熱伝導性を低下させる形状により構成することもできる。この構成によれば、コイル３６からステータコア３４への冷却経路を遮断して、コイル３６に対する冷却性をより向上させることができる。例えば、熱伝導性を低下させる形状を有するインシュレータ１１４として、片側に櫛歯を有する櫛歯片の長さ方向両端を環状に結合したり、板部の両端を環状に結合したものの周方向複数個所に厚さ方向に貫通する孔部を形成したものを使用する。また、インシュレータ１１４として、ガラス繊維強化樹脂（ＧＦＲＰ）等の熱伝導性の悪い材料により構成することもできる。
【００５８】
また、インシュレータ１１４を、ＰＥ等の柔軟性のある材料により構成することで、コイル３６と細管６６ａ、６６ｂとの密着性や、コイル３６の各ターン間の密着性を向上させて、コイル３６の各ターンへの熱伝達性を向上することができ、かつ、緻密な超電導線材の内部構造の破壊をより有効に防止することもできる。
【００５９】
図７は、本発明から外れた比較例の超電導モータを示す、軸方向に沿った断面図である。図８は、図７のＤ−Ｄ断面図である。図７、図８に示す比較例の超電導モータ１０は、上記の本実施の形態の構造において、冷凍機１４（図１等）の代わりに、一対の冷凍機８２をモータ本体１２の両側に設けたような構造を有する。すなわち、各冷凍機８２は、上記の冷凍機１４と異なり、冷媒を流すための細管が設けられていないＦＰＳＣ型であり、圧力振動源であるガス圧縮機８４と、ガス圧縮機８４に接続された冷却部である蓄冷器８６とをそれぞれ有する。また、蓄冷器８６は、エンドプレート２８に固定された筒状のブラケット８８の内側を通じて先端部が円板状の伝熱部材９０に接触している。各伝熱部材９０の片面はコイルエンド部４６の軸方向外端部に接触している。
【００６０】
冷凍機８２は、ガス圧縮機８４の内部に設けられた図示しないシリンダ内でピストン（図示せず）が往復移動して冷媒ガスの圧縮及び膨張を繰り返し行うことで、蓄冷器８６及び伝熱部材９０を介して各コイル３６を冷却する。このような構成でも、コイル３６を冷却することが可能であるが、コイル３６の全体を均一に冷却しやすくする面からは改良の余地がある。また、伝熱部材９０は、内部に冷媒を流す細管を用いる構成と異なり、固体のみで冷却対象に伝熱するものであり、複数のコイル３６を均一に冷却する面からは改良の余地がある。上記の本実施の形態によれば、このような改良すべき点をいずれも改良できる。
【００６１】
なお、上記では、冷凍機１４として、第２ピストン７８が第１ピストン７４の変位にしたがって、従属的に変位するパッシブ型の冷凍機１４を説明した。ただし、冷凍機として、第１ピストン７４が往復変位する場合に、その往復変位の１サイクルの位相の９０〜１２０度程度ずらせた位相で第２ピストン７８が変位するように、第２ピストン７８側を強制的に変位させるリニアモータ等の第２駆動源を位相制御器６２側に設けることもできる。この場合には、アクティブ型の冷凍機が構成され、さらなる省エネルギ化を図れる。
【００６２】
また、冷凍機１４として、ＦＰＳＣ型以外の冷凍機を使用することもできる。例えば、冷凍機の設置スペース及び重量の制約が緩い場合、例えば、超電導モータ１０が電車や船舶等の大型の移動体の動力源として、あるいは、設置位置が固定された機械の動力源として用いられる場合には、上記のように複数の細管を有し、極低温（例えば、約７０Ｋ）まで冷却可能な冷却性能を有する冷凍機であれば、体格が大きくて重い冷凍機を用いることもできる。
【００６３】
また、冷凍機として、それぞれ細管を有する、スターリング型パルス管冷凍機や、ＧＭ冷凍機等を使用することもできる。例えばパルス管冷凍機では、上記の第２ピストン収容部７０の代わりに細管６６ａ、６６ｂと位相制御器６２との間に接続されたパルス管を使用する。パルス管の内部にはピストンは設けない。このパルス管冷凍機において、圧力振動源５８として、バルブ開閉の切換により圧力を振動させる構造を用いることもできる。また、ＧＭ冷凍機として、上記のＦＰＳＣ型の冷凍機で、圧力振動源５８として、回転型の圧縮機や、バルブ開閉の切換により圧力を振動させる構造を用いることもできる。また、この構造では、位相制御器６２を省略して、細管６６ａ、６６ｂの圧力振動源５８とは反対側の端部に接続された膨張圧縮部において膨張ピストンとしてディスプレーサを往復移動可能に設ける。ディスプレーサは、例えば冷凍機の作動中に、ステッピングモータ等のモータにより往復移動されるようにする。このように本発明では、冷凍機として内部に冷媒が流れる細管を有するものであれば、種々の種類の冷凍機を使用することができる。
【００６４】
［第２の実施の形態］
図９は、本発明の第２の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。図１０は、第２の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部と、対応するインシュレータとを示す斜視図である。なお、図１０では、インシュレータ１１６を、インシュレータ１１６の周方向２個所部分の略図で示している。
【００６５】
本実施の形態の場合、ティース４０の周囲とコイル３６との間に電気絶縁性を有するインシュレータ１１６を設けている。インシュレータ１１６は、少なくともステータ２２の周方向（図９の上下方向）に向いたティース４０の側面とコイル３６との間に設けた本体部１１７において、ステータ２２の径方向（図９の左右方向）に関する両端部にコイル３６側である略同方向に突出する２の鍔部である、内側鍔部１１８と外側鍔部１２０とを設けている。内側鍔部１１８は、ステータ２２の径方向に関するインシュレータ１１６の内側端部（図９の右端部）に設けられ、外側鍔部１２０は、ステータ２２の径方向に関するインシュレータ１１６の外側端部（図９の左端部）に設けられている。このため、図９に示すように、インシュレータ１１６の少なくとも一部は、断面が略Ｃ字形で角部を略直角にした形状となっている。
【００６６】
そしてインシュレータ１１６の各鍔部１１８，１２０とコイル３６の巻き軸方向（図９の左右方向、図１０の上下方向）の端面との間で、それぞれコイル接触部である内側Ｕ字形部９６と外側Ｕ字形部１０２との直線部９８，１０４を挟んでいる。このため、各Ｕ字形部９６，１０２は、接着剤を使用することなくコイル３６の端面に接触した状態でコイル３６に固定することができる。勿論、接着剤を使用してコイル３６にＵ字形部９６，１０２を固定することもでき、この場合にはコイル３６に対するＵ字形部９６，１０２の固定強度の向上を図れる。また、インシュレータ１１６を利用して、細管６６ａ、６６ｂとコイル３６との密着性を調整することもできる。インシュレータ１１６は、例えば樹脂等の電気絶縁性を有する材料により構成する。その他の構成及び作用は、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態と同様である。なお、本実施の形態の構成であるインシュレータ１１６は、後述する各実施の形態に組み合わせて使用することもできる。
【００６７】
［第３の実施の形態］
図１１は、本発明の第３の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。図１２は、第３の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【００６８】
本実施の形態では、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態において、冷凍機に内側接触用細管６６ａ（図６等参照）及び外側接触用細管６６ｂ（図６等参照）を設けていない。その代わりに、冷凍機１４は、片側接触用細管１２２及び他側接触用細管１２４を備える。各細管１２２，１２４は、それぞれ内側接触用細管６６ａ及び外側接触用細管６６ｂと同様の、Ｕ字形状に形成されたＵ字形部を含む。すなわち、片側接触用細管１２２は、コイル接触部である片側Ｕ字形部１２６を含み、他側接触用細管１２４は、コイル接触部である他側Ｕ字形部１２８を含む。片側Ｕ字形部１２６は、互いに平行な２の片側直線部１３０を略円弧形の片側連結部１３２により連結することにより構成されるＵ字形に形成され、ステータ２２の周方向（図１２のｙ方向）に関するコイルの一端部（図１２の左端部）において、コイル３６を巻き軸方向の片側（図１２の表側）から他側（図１２の裏側）にまたぐように設けられている。
【００６９】
また、他側Ｕ字形部１２８は、互いに平行な２の他側直線部１３４を略円弧形の他側連結部１３６により連結することにより構成されるＵ字形に形成され、ステータ２２の周方向（図１２のｙ方向）に関するコイル３６の他端部（図１２の右端部）において、コイル３６を巻き軸方向の片側（図１２の表側）から他側（図１２の裏側）にまたぐように設けられている。そして、片側、他側の各Ｕ字形部１２６，１２８にそれぞれ設けられた２の直線部１３０，１３４は、それぞれコイル３６において、ステータ２２の径方向に関する内端（図１２の表側端）及び外端（図１２の裏側端）に位置する、コイル３６の巻き軸方向の両端面に沿うようにそれぞれ接触して、コイル３６を冷却している。また、各Ｕ字形部１２６，１２８は、コイル３６の巻き軸方向両側から内側に押さえ付けることでコイル３６に固定している。
【００７０】
このように各Ｕ字形部１２６，１２８は、ステータ２２の径方向に関する内端及び外端に位置するコイル３６の巻き軸方向の両端面に沿うように接触して、コイル３６を冷却するので、コイル３６の断面内の温度をほぼ均一にするように冷却することができる。また、コイル３６に対するＵ字形部１２６，１２８の組み付け性の向上を図れる。また、図１２に示すように、コイル３６の高さ方向寸法をＢａとし、Ｕ字形部１２６，１２８の自由状態において、対応する円弧形の連結部１３２，１３６の内側の曲率半径をＲａとした場合に、１／２Ｂａ＞Ｒａとなるように各部の寸法を規制することで、コイル３６にＵ字形部１２６，１２８を装着して固定する作業をより容易に行える。すなわち細管１２２，１２４の取付性の向上を図れる。なお、Ｕ字形部１２６，１２８は、コイル３６に接着剤で固定することもできる。この場合、Ｕ字形部１２６，１２８をコイル３６に緩く嵌合させることもできる。また、コイル３６を構成する超電導線材と細管１２２，１２４を構成する材料の熱膨張係数を調整することで、コイル３６と細管１２２，１２４との密着性を調整することもできる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態と同様である。
【００７１】
［第４の実施の形態］
図１３は、本発明の第４の実施の形態の超電導モータを示す、図５に対応する図である。図１４は、第４の実施の形態において、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【００７２】
本実施の形態では、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態において、冷凍機１４を構成する複数の内側接触用細管は、コイル３６の巻き軸方向一端面（図１３の右端面、図１４の表側端面）の外周側に沿うように接触する第１内側Ｕ字形部１３８を有する第１内側接触用細管１４０と、コイル３６の巻き軸方向一端面の内周側に沿うように接触する第２内側Ｕ字形部１４２を有する第２内側接触用細管１４４とにより構成されている。
【００７３】
また、冷凍機１４を構成する複数の外側接触用細管は、コイル３６の巻き軸方向他端面（図１３の左端面、図１４の裏側端面）の外周側に沿うように接触する第１外側Ｕ字形部１４６を有する第１外側接触用細管１４８と、コイル３６の巻き軸方向他端面の内周側に沿うように接触する第２外側Ｕ字形部１５０を有する第２外側接触用細管１５２とにより構成されている。それぞれのＵ字形部１３８，１４２，１４６，１５０の基本的構成は、上記の第１の実施の形態のＵ字形部９６，１０２の構成と同様である。
【００７４】
このような構成によれば、コイル３６の巻き軸方向の両端面のそれぞれが２本ずつのＵ字形部１３８，１４２（または１４６，１５０）と接触して冷却されるので、コイル３６の複数のターンをほぼ均一に冷却できる等、コイル３６での温度の偏りを小さくしつつ、コイル３６を冷却することをより有効に行える。また、コイル３６の巻き軸方向両端面をそれぞれ２のＵ字形部１３８，１４２，１４６，１５０により冷却しているので、コイル３６の断面内の温度をほぼ均一にするように冷却することをより有効に行える。また、各Ｕ字形部１３８，１４２，１４６，１５０にそれぞれ設けられ、２本の直線部９８，１０４を連結する円弧形の連結部１００，１０６（１０６は図１参照）がコイル３６の片側の部分円筒部１１２の端面に沿うよう接触しているので、コイル３６に対する冷却効果のさらなる向上を図れる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態と同様である。
【００７５】
［第４の実施の形態］
図１５は、本発明の第５の実施の形態の超電導モータにおいて、１の超電導コイルと、この超電導コイルの両側に接触する細管の一部とを示す斜視図である。
【００７６】
本実施の形態では、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態において、コイル３６の断面を長円形としていない。その代わりに、コイル３６は、ステータ２２（図１等参照）の軸方向（図１５のｘ方向）に関するコイル３６の長さが、ステータ２２の周方向（図１５のｙ方向）に関するコイル３６の長さよりも大きい断面矩形の形状を有するように構成している。すなわち、コイル３６は、ステータ２２の軸方向に沿って互いに平行な２の板部１０８，１１０と、各板部１０８，１１０の両側に略直交する方向に設けられた２の第２板部１５４とを有し、曲率半径の小さい断面円弧形の連結部１５８により板部１０８，１１０及び第２板部１５４を連結している。各Ｕ字形部９６，１０２の直線部９８，１０４は、板部１０８，１１０の端面に沿うように接触してコイル３６を冷却している。各Ｕ字形部９６，１０２は、コイル３６に接着剤で固定している。
【００７７】
このように本発明では、コイル３６の曲げ部の曲率半径である、連結部１５８の曲率半径が小さい場合でも、コイル３６に細管６６ａ、６６ｂを接触させてコイル３６を冷却することができる。その他の構成及び作用は、上記の図１から図６に示した第１の実施の形態と同様である。
【００７８】
なお、上記の各実施の形態では、ステータがロータの径方向外側に対向配置されたインナーロータの構造に本発明を適用した場合を説明した。ただし、本発明は、これに限定するものではなく、ステータがロータの径方向内側に対向配置されたアウターロータの構造に本発明を適用することもできる。この場合、超電導コイルは、ステータコアの径方向一端部である外周端部に巻装される。
【符号の説明】
【００７９】
１０  超電導モータ、１２  モータ本体、１４  冷凍機、１６  モータケース、１８  回転軸、２０  ロータ、２２  ステータ、２４  ロータコア、２６  永久磁石、２８，３０  エンドプレート、３２  軸受、３４  ステータコア、３６  コイル、３８  バックヨーク、４０  ティース、４２  スロット、４４  スロット配置部、４６  コイルエンド部、４８  外周筒部、５０  内筒部材、５２  中間筒部材、５４  第１真空室、５６  第２真空室、５８  圧力振動源、６０  第１ブラケット、６２  位相制御器、６４  第２ブラケット、６６ａ  内側接触用細管、６６ｂ  外側接触用細管、６８  蓄冷器、７０  第２ピストン収容部、７２  シリンダ、７４  第１ピストン、７６  シリンダ、７８  第２ピストン、８２  冷凍機、８４  ガス圧縮機、８６  蓄冷器、８８  ブラケット、９０  伝熱部材、９６  内側Ｕ字形部、９８  内側直線部、１００  内側連結部、１０２  外側Ｕ字形部、１０４  外側直線部、１０６  外側連結部、１０８，１１０  板部、１１２  部分円筒部、１１４，１１６  インシュレータ、１１７  本体部、１１８  内側鍔部、１２０  外側鍔部、１２２  片側接触用細管、１２４  他側接触用細管、１２６  片側Ｕ字形部、１２８  他側Ｕ字形部、１３０  片側直線部、１３２  片側連結部、１３４  他側直線部、１３６  他側連結部、１３８  第１内側Ｕ字形部、１４０  第１内側接触用細管、１４２  第２内側Ｕ字形部、１４４  第２内側接触用細管、１４６  第１外側Ｕ字形部、１４８  第１外側接触用細管、１５０  第２外側Ｕ字形部、１５２  第２外側接触用細管、１５４  第２板部、１５８  連結部。
【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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