(57)【要約】【目的】超電導モータの回転子においては、冷却体と回転子外殻との取付箇所では、従来、外殻に固定されている絶縁板の両端部付近に取付穴を設けて、一方の取付穴と外殻にボルト固定し、もう一方の取付穴に冷却体とボルト固定していた。  このような状態において、冷却体の熱収縮時に、絶縁板の取付穴がつぶれてボルト固定が破損するおそれを防止する。【解決手段】冷却体と回転子外殻との支持箇所において、冷却体の熱収縮による変形を吸収し、さらに同心度を保持するための間隙を備えた構造とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導コイルを有する回転子であって、該超電導コイルを冷却する冷却体を前記回転子の内部空間に配置し、
該冷却体を回転子外殻へ固定する支持部材を備えた超電導モータの回転子において、
前記冷却体と前記支持部材との接合部には、間隙が形成されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項２】
請求項１に記載の超電導モータの回転子において、
前記接合部が嵌合構造であり、
前記間隙が、前記冷却体と前記支持部材との互いに当接する嵌合面同士の間に形成されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項３】
請求項１または２に記載の超電導モータの回転子において、
前記間隙が、前記冷却体の熱収縮による直径収縮量または膨張量と合致することを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の超電導モータの回転子において、
前記接合部が、常温時に前記間隙を有し冷却時に前記間隙がゼロになる第１の接合部と、常温時に前記間隙がゼロになり冷却時に前記間隙を有する第２の接合部とから構成されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の超電導モータの回転子において、
前記接合部に対して軸方向へ力を加える弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項６】
超電導コイルを有する回転子であって、該超電導コイルを冷却する冷却体を前記回転子の内部空間に配置し、
該冷却体を回転子外殻へ固定する支持部材を備えた超電導モータの回転子において、
前記冷却体と前記支持部材との接合部には、該接合部に対して軸方向へ力を加える弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【請求項７】
請求項６に記載の超電導モータの回転子において、
前記回転子の軸方向両端部に前記弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子。
【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、詳しくは、回転子側に磁界を発生させるコイルとして超電導コイルを用いた超電導モータの回転子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、モータの構成部材である界磁コイルや電機子コイルには、超電導コイルが用いられている。モータに超電導コイルを適用すると、電気抵抗によるエネルギー損などの常電導材料の有する欠点を補うことができる。また、超電導コイルを構成する導線は、単位断面積あたりの送電量が常電導材料でできた導線に比較して格段に大きいため、モータの高出力化を実現することができる。
【０００３】
特に、従来では超電導コイルを固定子側のコイルとして用いた超電導モータが多数提供されてきた（特許文献１）。固定子側のコイルを超電導コイルとした場合には、超電導コイルが所定の位置に固定されている。そのため、超電導コイルを極低温に冷却するための冷却構造を比較的簡単な構造とすることができる。
【０００４】
一方で、回転子側の界磁コイルとして超電導コイルを用いた超電導モータも提供されてきている（特許文献２）。
ここで、従来の回転子側の界磁コイルとして超電導コイルを用いた超電導モータの回転子について、図３を用いて説明する。
【０００５】
〔従来の超電導モータの回転子の構成：図３〕
図３は、従来の超電導モータの回転子の構成図である。
超電導モータは、箱状の外部ハウジング（図示しない）の内部に電機子コイルを含んだ固定子（図示しない）と回転子１０３とを収納して構成される。このとき、固定子は外部ハウジングに固定されており、回転子１０３は内部を真空にして固定子と対向するように配置されている。
【０００６】
回転子１０３は、その最表面が回転子外殻１０４で覆われている。回転子１０３の内部には、回転子内部シールド１０５が形成され、その内部には超電導コイル１０６を冷却するための冷却体１１４が固定されている。冷却体１１４の表面には、超電導コイル１０６が取り付けられている。
【０００７】
回転子外殻１０４と回転子内部シールド１０５との間は、真空の断熱空間１２１として形成され、外部からの熱侵入を防止している。回転子外殻１０４には真空封切弁１１６が２箇所形成されており、回転子内部の真空空間の確保に使用される。
【０００８】
回転子１０３は、回転トルクを伝達するトルクチューブ１１３を介して主軸（図示しない）に連結されている。なお、主軸は、外部ハウジングに形成された軸受を介して回転自在に支持されている。
【０００９】
トルクチューブ１１３および主軸の内部には、冷媒導入管１１７が導通されている。冷媒導入管１１７の一方の端部は、外部の冷凍機１１２へ接続されている。また、冷媒導入管１１７の他方の端部は、冷却体１１４内部に形成された冷媒封入室１１８と連通している。
【００１０】
ここで、冷却体１１４は、円板状の絶縁板１１５によって回転子外殻１０４に固定されている。具体的には、冷却体１１４が絶縁板１１５の中心側に固定ボルト１１９で固定される。さらに、絶縁板１１５の円周側と回転子外殻１０４とが取付ボルト１２０によって回転子外殻１０４へ固定されている。
【００１１】
なお、絶縁板１１５のそれぞれのボルト固定箇所には取付穴が形成されており、その取付穴に固定ボルト１１９および取付ボルト１２０を通してそれぞれ固定されている。
そして、冷凍機１１２からは、冷却液１１１（冷媒）が冷媒封入室１１８へ流入される。これにより、冷却体１１４が超電導コイル１０６を冷却する。
【００１２】
以上が、従来の超電導モータの回転子の構成の説明である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００１−１７８１１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５０５０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、このような回転子側のコイルとして超電導コイルを用い、超電導コイルが回転軸とともに回転する構造では、超電導コイルを冷却するための構造（冷却体）を回転子に固定することが困難になるという問題があった。
【００１５】
具体的には、以下のとおりである。
従来、超電導モータの回転子では、回転子外殻１０４は常温である一方、冷却体１１４は−２３０℃（４０Ｋ）近くまで冷却されて、冷却体１１４には径方向への熱収縮が生じる。
【００１６】
しかし、上記の従来構成では、絶縁板１１５はボルト固定されているため、熱収縮が生じると、それによって冷却体１１４が動くことが可能なスペースが、絶縁板１１５の取付穴と各ボルトとの間の僅かな隙間の分量だけしかない。そのため、熱収縮に伴う冷却体１１４の収縮力により、絶縁板１１５の取付穴がつぶれて冷却体１１４の回転子への固定が損なわれてしまうというおそれがあった。
【００１７】
また、冷却体１１４は、熱収縮時にどの方向へ動くか分からないため、回転子の同心度が崩れてしまうおそれもあった。同心度が崩れてしまうと、高速回転時に振動が発生する要因となってしまう。
【００１８】
さらに、冷却体１１４が熱収縮によって移動してズレを生じる際には、その摩擦によって冷却体１１４と絶縁板１１５等との接触面が磨耗してしまう。
そのほか、絶縁板１１５が軸方向に熱収縮すると、軸方向の締め付け力が緩み、振動の原因となるだけでなく、冷却体１１４を回転子に保持できなくなるというおそれもあった。
【００１９】
そこで、本発明の目的は、上記の問題を解決するために、回転子内部の冷却体などの固定構造において、熱収縮の影響を防止した超電導モータの回転子を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記の目的を達成するために、本発明によれば、超電導コイルを有する回転子であって、該超電導コイルを冷却する冷却体を前記回転子の内部空間に配置し、該冷却体を回転子外殻へ固定する支持部材を備えた超電導モータの回転子において、前記冷却体と前記支持部材との接合部には、間隙が形成されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
【００２１】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記接合部が嵌合構造であり、前記間隙が、前記冷却体と前記支持部材との互いに当接する嵌合面同士の間に形成されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
【００２２】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記間隙が、前記冷却体の熱収縮による直径収縮量または膨張量と合致することを特徴とする超電導モータの回転子とする。
また、本発明によれば、上記の構成において、前記接合部が、常温時に前記間隙を有し冷却時に前記間隙がゼロになる第１の接合部と、常温時に前記間隙がゼロになり冷却時に前記間隙を有する第２の接合部とから構成されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
【００２３】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記接合部に対して軸方向へ力を加える弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
また、前記の目的を達成するために、本発明によれば、超電導コイルを有する回転子であって、該超電導コイルを冷却する冷却体を前記回転子の内部空間に配置し、該冷却体を回転子外殻へ固定する支持部材を備えた超電導モータの回転子において、前記冷却体と前記支持部材との接合部には、該接合部に対して軸方向へ力を加える弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
【００２４】
また、本発明によれば、上記の構成において、前記回転子の軸方向両端部に前記弾性体が設置されていることを特徴とする超電導モータの回転子とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明により、回転子内部の冷却体などの固定構造において、熱収縮の影響を防止した超電導モータの回転子を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例の超電導モータの回転子の構成図である。
【図２】本発明の実施例の超電導モータの回転子の部分拡大図である。
【図３】従来の超電導モータの回転子の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施の一形態について説明する。ただし、以下の記載は、あくまでも本発明の例示であり、これに限定されるものではない。つまり、当分野で通常の知識を有する者によって、本発明の技術的思想内で多くの変形実施を行うことが可能である。
【実施例】
【００２８】
〔本発明の実施例の超電導モータの回転子の構成：図１〕
最初に、図１により、本発明の実施例の超電導モータの回転子の構成を説明する。
図１は、本発明の実施例の超電導モータの回転子の構成図である。３は回転子、４は回転子外殻、５は回転子内部シールド、６は超電導コイル、１１は冷却液、１２は冷凍機、１３はトルクチューブ、１４は冷却体、１５は絶縁板、１６は真空封切弁、１７は冷媒導入管、１８は冷媒封入室、１９はボルトＡ、２０はボルトＢ、２１は断熱空間、２２は外殻フランジ部、２３はコネクターフランジ、２６はボルトＣである。
【００２９】
超電導モータは、箱状の外部ハウジング（図示しない）の内部に電機子コイルを含んだ固定子（図示しない）と回転子３とを収納して構成されている。
このとき、固定子は外部ハウジングに固定されており、回転子３の内部は真空に保持され、固定子と対向するように配置されている。
【００３０】
回転子３は、その外表面が筒状の回転子外殻４で覆われている。回転子３の内部には、回転子内部シールド５が形成され、その内部には超電導コイル６を冷却するための冷却体１４が固定されている。冷却体１４の表面には、超電導コイル６が取り付けられている。なお、冷却体１４は、ＳＵＳなどの材質で構成されている。
【００３１】
回転子外殻４と回転子内部シールド５との間、および回転子内部シールド５と冷却体１４との間には、真空の断熱空間２１が形成され、外部からの熱侵入を防止している。なお、回転子外殻４には真空封切弁１６が２箇所形成されており、回転子内部の真空空間の確保に使用される。
【００３２】
回転子３は、回転トルクを伝達するトルクチューブ１３を介して主軸（図示しない）に連結されている。具体的には、回転子外殻４と一体構成されている外殻フランジ部２２が、ボルトＣ２６によってトルクチューブ１３へ固定されている。なお、主軸は、外部ハウジングに形成された軸受を介して回転自在に支持されている。
【００３３】
トルクチューブ１３および主軸の内部には、冷媒導入管１７が導通されている。冷媒導入管１７の一方の端部は、外部の冷凍機１２へ接続されている。また、冷媒導入管１７の他方の端部は、冷却体１４内部に形成された冷媒封入室１８と連通している。冷媒封入室１８は、コネクターフランジ２３によって外部に対して蓋をされている状態である。
【００３４】
また、冷却体１４は、軸方向両端に取り付けられた円板状の絶縁板１５（支持部材）によって回転子外殻４（外殻フランジ部２２）へボルト固定（ボルトＡ１９およびＢ２０）されている。
【００３５】
絶縁板１５は、冷却体１４を固定する機能のほか、冷却体１４とトルクチューブ１３との間の熱的絶縁を保つ機能を果たしている。なお、絶縁板１５と冷却体１４との固定構造の詳細は後述する。
【００３６】
以上が、本発明の実施例の超電導モータの回転子の構成の説明である。
〔本発明の実施例の超電導モータの回転子の詳細な構成：図２〕
次に、図２により、本発明の実施例の超電導モータの回転子の詳細な構成を説明する。
【００３７】
図２は、本発明の実施例の超電導モータの回転子の部分拡大図である。２４はブッシュ、２５は皿バネ、２７はボルトＤ、２９は間隙、３０は取付穴Ａ、３１は取付穴Ｂ、３２は嵌合部ａ、３３は嵌合部ｂ、３４は係止片、３５は固定板である。
【００３８】
図２によれば、回転子３表面の回転子外殻４（外殻フランジ部２２）には、絶縁板１５が取り付けられている。絶縁板１５は、回転子３表面側に取付穴Ｂ３１が形成されている。そして、取付穴Ｂ３１にボルトＢ２０が挿通されることにより、絶縁板１５は外殻フランジ部２２へ固定されている。
【００３９】
一方、絶縁板１５の回転子３中心側には、取付穴Ａ３０が形成されている。取付穴Ａ３０には、絶縁板１５の保護用金属であるブッシュ２４を介してボルトＡ１９が挿通されている。これにより、絶縁板１５と冷却体１４とが固定される。
【００４０】
さらに、ボルトＡ１９は、固定板３５をも挿通して絶縁板１５と冷却体１４とを固定しているが、固定板３５とブッシュ２４との間には、皿バネ２５が軸方向に設置されている。
【００４１】
ここで、絶縁板１５の接合箇所（ボルトＡ１９の挿通箇所）は、膨らみを持つ係止片３４として形成されている。一方、冷却体１４の接合箇所は、凹み部として形成されている。ボルトＡ１９による固定時には、絶縁板１５の係止片３４と冷却体１４の凹み部とが嵌合された状態となっている。このとき嵌合部ａ３２および嵌合部ｂ３３が形成される。
【００４２】
常温時には、嵌合部ａ３２において、冷却体１４と係止片３４との間に間隙２９が形成されている。一方、より回転子３中心側に近い嵌合部ｂ３３では、冷却体１４と係止片３４とが隙間なく接している（間隙ゼロ）。間隙２９は、冷却体１４の冷却時の直径収縮量に合わせてそのスペースが設定されているが、この点は後述する。
【００４３】
以上が、本発明の実施例の超電導モータの回転子の詳細な構成の説明である。
〔本発明の実施例の超電導モータの回転子の動作〕
続いて、本発明の実施例の超電導モータの回転子の動作を説明する。
【００４４】
本実施例の超電導モータでは、冷凍機１２から冷媒導入管１７を介して回転子３内部の冷媒封入室１８へ冷却液１１が流入される。冷却液１１は例えば液体ネオンであり、その温度は−約２４０℃（約３０Ｋ）である。
【００４５】
この冷却液１１により、冷却体１４の表面に取り付けられた超電導コイル６が極低温に冷却されて電気抵抗がゼロの状態を実現する。
この状態で固定子の電機子コイルに交流電流を流し、回転子３の超電導コイル６に界磁として直流電流を流すことにより、一定磁場を発生させて、回転子３に回転力を与えることができる。
【００４６】
ここで、常温時および冷却時の冷却体１４の熱収縮時の動作を説明する。
常温時には、嵌合部ａ３２において、冷却体１４と係止片３４との間に間隙２９が形成されており、嵌合部ｂ３３においては、冷却体１４と係止片３４とが隙間なく接している。
【００４７】
従って、常温時においては、係止片３４の中心側の端面と冷却体１４とが隙間無く接していることにより、回転子３の同心度が確保されている。
一方、冷却時には、冷却体１４が熱収縮によりズレて動くことになる。このとき、冷却体１４が半径方向に収縮して移動する。そのため、嵌合部ｂ３３では、係止片３４の中心側の端面と、冷却体１４との間には隙間が生じ、新たな間隙が生じることになる。しかし、嵌合部ａ３２では、冷却体１４が収縮してズレることにより、間隙２９が埋められ、冷却体１４と係止片３４の表面側の端面とが接した隙間のない状態となる。
【００４８】
なお、間隙２９は、冷却体１４の冷却時の直径収縮量に合わせてそのスペースが設定されている。そのため、常温時には、嵌合部ａ３２には間隙２９が形成され、嵌合部ｂ３３には隙間が無い。一方、冷却時には、嵌合部ａ３２には    冷却体１４が収縮してズレたことによって間隙２９が無くなり、嵌合部ｂ３３には冷却体１４が収縮してズレたことによって新たな間隙が生じることになる。
【００４９】
そのほか、冷却時においては、絶縁板１５も熱収縮により軸方向にズレて移動する。しかし、軸方向に設置された皿バネ２５によって、絶縁板１５と冷却体１４との固定箇所には軸方向に一定の締め付け力が加えられている。
【００５０】
以上が、本発明の実施例の超電導モータの回転子の動作の説明である。
〔本発明の実施例の超電導モータの回転子の効果〕
かくして本発明の実施例によれば、以下の効果を達成できる。
【００５１】
絶縁板１５と冷却体１４との固定において、常温時には、嵌合部ａ３２の冷却体１４と係止片３４との間に間隙２９が形成され、嵌合部ｂ３３の冷却体１４と係止片３４とが隙間なく接している構成とされている。そして冷却時には、冷却体１４が収縮してズレた場合に、間隙２９のスペースがゼロとなって埋められる。このように冷却体１４の収縮力を間隙２９で吸収することができるため、収縮時に絶縁穴１５の各種取付穴が潰されたり破損したりして冷却体１４の固定が損なわれることを防止することができる。
【００５２】
また、絶縁板１５と冷却体１４との固定において、常温時には、係止片３４の中心側の端面と冷却体１４とが隙間無く接していることにより、回転子３の同心度を確保することができる。そして冷却時には、冷却体１４が半径方向に収縮するため、嵌合部ｂ３３には隙間が生じて同心度が確保できなくなる。しかし、嵌合部ａ３２では、間隙２９が埋められてゼロになり、冷却体１４と係止片３４の表面側の端面とが接することになる。これにより、嵌合部ａ３２で同心度を確保することができる。
【００５３】
さらに、絶縁板１５は、皿バネ２５を介して冷却体１４へボルト固定されている。そのため、冷却時において、絶縁板１５が軸方向に収縮してもその収縮量を皿バネ２５で吸収して軸方向の締結が緩まないようにすることができる。また、常温と冷却とが繰り返され、その収縮に伴う移動によって絶縁板１５が接触磨耗した場合でも、皿バネ２５で軸方向の締め付け力を確保しているため、絶縁板１５と冷却体１４との固定構造の緩みを防止することができる。
【００５４】
特に、回転子３の軸方向の両端のそれぞれの絶縁板１５と冷却体１４との固定箇所に皿バネ２５を設置することにより、軸方向の締結をさらに強固にすることができる。
【符号の説明】
【００５５】
３    回転子
４    回転子外殻
５    回転子内部シールド
６    超電導コイル
１１  冷却液
１２  冷凍機
１３  トルクチューブ
１４  冷却体
１５  絶縁板
１６  真空封切弁
１７  冷媒導入管
１８  冷媒封入室
１９  ボルトＡ
２０  ボルトＢ
２１  断熱空間
２２  外殻フランジ部
２３  コネクターフランジ
２４  ブッシュ
２５  皿バネ
２６  ボルトＣ
２７  ボルトＤ
２９  間隙
３０  取付穴Ａ
３１  取付穴Ｂ
３２  嵌合部ａ
３３  嵌合部ｂ
３４  係止片
３５  固定板
【図１】
2013192331.tif 000003
【図２】
2013192331.tif 000004
【図３】
2013192331.tif 000005