(57)【要約】【課題】ロータコアの分割を不要とし、コア幅を拡張することを可能とすることで、性能向上を図ることができる、界磁超電導回転機を提供する。【解決手段】シャフト１１を把持するスパイダ１２と、スパイダ１２の外周面に放射状に極数と同数が配置され、それぞれロータ径方向外側に向け突起したロータコア１３と、スパイダ１２の外周面において、放射状に極数の半数が、ロータ周方向に１つ置きのロータコア１３に対し、その側面を囲うようにして配置され、それぞれ、各ロータコア１３の最大幅よりも大きい幅の内周面１４ａを有する真空容器１４と、それぞれ、内周面１４ａに沿って真空容器１４内に格納される、極数の半数の超電導コイル１５とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトを把持するスパイダと、
前記スパイダの外周面に放射状に極数と同数が配置され、それぞれロータ径方向外側に向け突起したロータコアと、
前記スパイダの外周面において、放射状に極数の半数が、ロータ周方向に１つ置きの前記ロータコアに対し、その側面を囲うようにして配置され、それぞれ、各前記ロータコアの最大幅よりも大きい幅の内周面を有する真空容器と、
それぞれ、前記内周面に沿って前記真空容器内に格納される、極数の半数の超電導コイルとを備える
ことを特徴とする界磁超電導回転機。
【請求項２】
各前記超電導コイルは、極数と同数配置された場合に必要なターン数の２倍のターン数を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁超電導回転機。
【請求項３】
各前記ロータコアは積層鋼板で構成されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の界磁超電導回転機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、界磁超電導回転機に関するものであり、特に、界磁超電導回転機に備わる超電導コイルと超電導コイルを囲む真空断熱容器の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記特許文献１〜４には、超電導コイルを備える界磁超電導回転機についての技術が開示されている。
【０００３】
下記特許文献１の段落［０００２］〜［０００４］，［０００７］〜［０００９］、及び、図１，２には、界磁超電導回転機の磁極集成体２０（ロータコア）に鉄のソリッドコアを使う技術が記載されている。
【０００４】
下記特許文献２の段落［００２６］〜［００２９］、及び、図２〜６には、超電導コイルを収納する真空容器を一体化する技術が開示されている。
【０００５】
下記特許文献３の段落［００２０］〜［００２４］、及び、図２，３には、界磁超電導回転機のロータ全体を真空容器で囲む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９‐３０８２２２号公報
【特許文献２】特開２０１１‐１３８９０６号公報
【特許文献３】特開２００４‐２６６９８８号公報
【特許文献４】特開２００５‐３０４２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１のようにロータコアに鉄のソリッドコアを使うと、超電導コイルから発生する強い磁場のため鉄損が大きくなる。また、鉄損を減らすために積層鋼板（電磁鋼板）を使うことも考えられるが、真空容器に入った超電導コイルをロータコアに備え付けるためには、組立の関係上、ロータコアの分割が必要となり、ロータコアを固定するためのボルト等の部品点数が増えてしまう。
【０００８】
また、上記特許文献２のように超電導コイルを収納する真空容器を一体化すると、真空容器が大きくなるため製作が難しくなり、真空漏れや超電導コイルの断熱等のトラブルがあったときに一体の容器全体を交換しなければならない。さらに、ロータコアにおけるコア突極の幅（コア幅）を大きくできず、磁気飽和が起こりやすくなってしまう。
【０００９】
そして、上記特許文献３のようにロータ全体を真空容器で囲むと、真空容器が大きくなってしまう。また、ロータとステータとの間に、真空層と真空容器壁の厚みが入るため、ギャップが大きくなり、性能が低下してしまう。
【００１０】
なお、上記特許文献４にはロータコアについて記載がないが、例えば空心の場合は、線材が多く必要になり（上記特許文献１の段落［０００１］参照）、あるいは鉄心の場合は、コアの磁気飽和を考慮しなければ超電導化による強磁場での性能向上が限定的になってしまう。
【００１１】
すなわち、従来の技術では、超電導コイルを断熱するための真空容器の形状によって、ロータコアの分割が必要になり、また、真空容器によってロータコアの寸法が制約され、磁気飽和により性能向上が限定的になるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記技術的課題に鑑み、ロータコアの分割を不要とし、コア幅を拡張することを可能とすることで、性能向上を図ることができる、界磁超電導回転機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る界磁超電導回転機は、
シャフトを把持するスパイダと、
前記スパイダの外周面に放射状に極数と同数が配置され、それぞれロータ径方向外側に向け突起したロータコアと、
前記スパイダの外周面において、放射状に極数の半数が、ロータ周方向に１つ置きの前記ロータコアに対し、その側面を囲うようにして配置され、それぞれ、各前記ロータコアの最大幅よりも大きい幅の内周面を有する真空容器と、
それぞれ、前記内周面に沿って前記真空容器内に格納される、極数の半数の超電導コイルとを備える
ことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決するための第２の発明に係る界磁超電導回転機は、
上記第１の発明に係る界磁超電導回転機において、
各前記超電導コイルは、極数と同数配置された場合に必要なターン数の２倍のターン数を有する
ことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決するための第３の発明に係る界磁超電導回転機は、
上記第１又は２の発明に係る界磁超電導回転機において、
各前記ロータコアは積層鋼板で構成されている
ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る界磁超電導回転機によれば、ロータコアの分割を不要とし、コア幅を拡張することを可能とすることで、性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例に係る界磁超電導回転機のロータの概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面断面矢視図を表す。
【図２】超電導コイル及び電流リード線の配置を示す真空容器の断面図である。
【図３】超電導コイル、コイル電極端子及び電流リード線の斜視図である。
【図４】図２のＢ‐Ｂ断面矢視図（コイル電極端子の位置を示した図）である。
【図５】超電導コイルと真空容器内壁とを超電導コイル支持構造によりつないだ状態を示す断面矢視図である。（ａ）は、図４に相当する断面矢視図であり、（ｂ）は、（ａ）に直交する断面矢視図である。
【図６】超電導コイルに対する超電導コイル支持構造を説明する概略図である。（ａ）は、支持体が超電導コイルと接触して配された状態の斜視図であり、（ｂ）は、支持体が超電導コイルと接触して配された状態の底面図であり、（ｃ）は、支持体の１辺のみを示した斜視図である。
【図７】超電導コイルと真空容器内壁とを、他の構成例の超電導コイル支持構造によりつないだ状態を示す断面矢視図である。（ａ）は、図５（ａ）の断面矢視図に相当する図であり、（ｂ）は、図５（ｂ）の断面矢視図に相当する図である。
【図８】他の構成例の超電導コイル支持構造を説明する概略図である。（ａ）は、支持体が超電導コイルと接続して配された状態の斜視図であり、（ｂ）は、支持体が超電導コイルと接続された状態の底面図であり、（ｃ）は、支持体のみを示した斜視図である。
【図９】図１（ｂ）のＡ‐Ａ断面矢視図である。
【図１０】図９の断面矢視図に対応した、真空容器を取り付ける前の分解図である。
【図１１】参考例の界磁超電導回転機のロータの概略図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は正面断面矢視図である。
【図１２】図１１（ｂ）のＣ‐Ｃ断面矢視図である。
【図１３】図１２の断面矢視図に対応した分解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る界磁超電導回転機について実施例にて図面を用いて説明する。
【００１９】
［参考例］
図１１は、本参考例の界磁超電導回転機のロータの概略図であり、図１１（ａ）は斜視図、図１１（ｂ）は上面図、図１１（ｃ）は正面断面矢視図である。図１１（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、本参考例の界磁超電導回転機のロータ１００は、シャフト１０１、シャフト１０１を把持するスパイダ１０２、スパイダ１０２の外周面に放射状に配置されるロータコア１０３、及び、ロータコア１０３ごとに配置され、それぞれロータ軸方向に延伸する超電導コイル（図１１では省略している）を格納する真空容器１０４を備えており、ロータ１００の極数と同数の超電導コイルが用いられており、ロータコア１０３及び真空容器１０４もロータ１００の極数と同数である。
【００２０】
また、図１２は図１１（ｂ）のＣ‐Ｃ断面矢視図である。図１２に示すように、スパイダ１０２の外周面に放射状に配置されるロータコア１０３は、それぞれロータコア根元側突極部１０３ａ及びロータコア先端側突極部１０３ｂを有している。
【００２１】
ロータコア根元側突極部１０３ａは、スパイダ１０２の外周面に複数のボルト１０６により固定され、ロータ径方向外側に向け突起しかつロータ径方向断面視が矩形状のものである。ロータコア先端側突極部１０３ｂは、ロータコア根元側突極部１０３ａに対し、ロータ径方向外側から複数のボルト１０７により固定され、ロータ径方向断面視において椀形状となっている。
【００２２】
そして、ロータコア先端側突極部１０３ｂの方がロータコア根元側突極部１０３ａよりも、ロータ径方向断面視におけるロータ接線方向（図１２の中央に配されたロータコア１０３においては紙面左右方向）の幅が長くなっている。なお、ロータコア根元側突極部１０３ａのロータ接線方向の幅を「コア幅」という。
【００２３】
また、真空容器１０４は、ロータ軸方向に延伸しロータコア根元側突極部１０３ａの周囲を囲う環状（レーストラック形状）の内周面１０４ａを有する、断熱容器であり、超電導コイル１０５が格納されている。さらに、ロータ軸方向に延伸するレーストラック形状の超電導コイル１０５は、真空容器１０４の内に格納され、ロータ１００内における界磁巻線として機能する。
【００２４】
図１３は図１２の断面矢視図に対応した分解図である。図１３に示すように、上記構成とした本参考例の界磁超電導回転機を組み立てるためには、ロータコア根元側突極部１０３ａの周囲に超電導コイル１０５を格納した真空容器１０４を配置し、真空容器１０４の底面（ロータ径方向内側面）１０４ａをスパイダ１０２に対しボルト１０６によって固定した後、ロータコア先端側突極部１０３ｂをロータ径方向外側からロータコア根元側突極部１０３ａに対しボルト１０７によって固定する必要がある。
【００２５】
すなわち、本参考例の界磁超電導回転機は、銅巻線の回転機と異なり、超電導コイルを内包する真空容器が配置されているため、組立に工夫が必要となる。特に、上述の如くロータコアを分割する等の作業を行わなければならない。またその場合、ロータコアに積層鋼板（電磁鋼板）を使うことが困難となるため、結果として鉄損が大きくなってしまう。
【００２６】
［実施例］
本実施例に係る界磁超電導回転機の構成を図１〜３に示す。図１は、本実施例に係る界磁超電導回転機のロータの概略図であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は上面図、図１（ｃ）は正面断面矢視図を表す。
【００２７】
本実施例に係る界磁超電導回転機のロータ１０は、シャフト１１、シャフト１１を把持するスパイダ１２、スパイダ１２の外周面に放射状に配置されるロータコア１３、それぞれロータ軸方向に延伸する超電導コイル（図１では省略している）を格納した真空容器１４を備えている。なお、シャフト１１、スパイダ１２及びロータコア１３は鉄製であり、真空容器１４はステンレス製である。また、ロータコア１３は積層鋼板にて構成されるものとする。
【００２８】
また、本実施例に係る界磁超電導回転機では、ロータ１０の極数に対して半数の超電導コイルが配置されている。なお、図１では極数を３０極としているため１５個の超電導コイルを使用しているが、本実施例はこれに限定されるものではない。
【００２９】
ここで、まず本実施例に係る界磁超電導回転機における超電導コイルへの給電について説明する。本実施例に係る界磁超電導回転機における超電導コイルへの給電は、真空容器壁を貫通する電流導入端子を通じて行う。
【００３０】
図２は超電導コイル及び電流リード線の配置を示す真空容器の断面図である。図３は、超電導コイル、コイル電極端子及び電流リード線の斜視図である。図４は図２のＢ‐Ｂ断面矢視図（コイル電極端子の位置を示した図）である（ただし、後述する超電導コイルの支持構造は図示していない）。
【００３１】
超電導コイル１５について改めて説明すると、超電導コイル１５は、ロータ１０のロータ軸方向に延伸するレーストラック形状であり、（その長手方向が真空容器１４の長手方向と一致して）真空容器１４内に格納されている。
【００３２】
本実施例に係る界磁超電導回転機は、真空容器１４内に配されるコイル電極端子２１ａ，２１ｂ、真空容器１４の（超電導コイル１５の）長手方向一端面（ロータ軸方向一端面）１４‐１において、該端面の両端から外部に露出する電流導入端子２２ａ，２２ｂ（図２参照）、コイル電極端子２１ａと電流導入端子２２ａとを電気的に接続する電流リード線２３ａ、及び、コイル電極端子２１ｂと電流導入端子２２ｂとを電気的に接続する電流リード線２３ｂを備える。ちなみに、コイル電極端子２１ａ，２１ｂ及び電流リード線２３ａ，２３ｂは銅で構成される。
【００３３】
真空容器１４の長手方向一端面（超電導コイル１５の長手方向一端側の端面）１４‐１において、該端面の両端から外部に露出する電流導入端子２２ａ，２２ｂは、外部の電源又は他の真空容器の端子に接続するものである。
【００３４】
コイル電極端子２１ａ，２１ｂは、真空容器１４の長手方向他端面１４‐２の内側に配置され、超電導コイル１５に接続している。すなわち、コイル電極端子２１ａ，２１ｂは、超電導コイル１５の長手方向他端側に接続している。
【００３５】
すなわち、コイル電極端子２１ａ，２１ｂと、電流導入端子２２ａ，２２ｂとは、超電導コイル１５の長手方向両端にそれぞれ配置されているものとし、コイル電極端子２１ａと電流導入端子２２ａとは、互いに真空容器１４の対角位置に配され、コイル電極端子２１ｂと電流導入端子２２ｂとは、互いに真空容器１４の対角位置に配されている。
【００３６】
電流リード線２３ａは、真空容器１４の内部において、一端が電流導入端子２２ａに接続し、そこから、超電導コイル１５に対し周方向外側に離隔しつつ超電導コイル１５に沿って延伸し、他端が電流導入端子２２ａの対角位置に配されるコイル電極端子２１ａと接続して配されている。
【００３７】
電流リード線２３ｂは、真空容器１４の内部において、一端が電流導入端子２２ｂに接続し、そこから、超電導コイル１５に対し周方向外側に離隔しつつ超電導コイル１５に沿って延伸し、他端が電流導入端子２２ｂの対角位置に配されるコイル電極端子２１ｂと接続して配されている。
【００３８】
なお、図４に示すように、電流リード線２３ａと電流リード線２３ｂとは、上下方向（ロータ径方向）に異なる位置に配されているため、コイル電極端子２１ａ，２１ｂ付近において、互いに接触することはない。
【００３９】
このようにして本実施例に係る界磁超電導回転機では、各真空容器間を電流導入端子にて電気的に接続することで、電源（図示略）及び複数の超電導コイルを電気的に直列接続としている。
【００４０】
また、冷却システム（図示略）によって極低温に冷却された超電導コイル１５は、真空によって常温の真空容器１４壁面と隔離され、低温状態を保持している。
【００４１】
本実施例に係る界磁超電導回転機では、上述のように、真空容器１４において、コイル電極端子２１ａ，２１ｂを、それぞれ電流導入端子２２ａ，２２ｂの（ロータ軸方向における）反対側に配置した上で、コイル電極端子２１ａ，２１ｂと電流導入端子２２ａ，２２ｂとの間に電流リード線２３ａ，２３ｂを配置することで、真空容器１４を大きくすることなく真空容器１４の内部で電流リード線２３ａ，２３ｂの長さを確保することができ、超電導コイル１５への伝導熱を抑制することができる。
【００４２】
また、隣り合う真空容器１４にそれぞれ格納される超電導コイル１５同士を電気的に直列接続する電流リード線が内部に延伸する、真空配管により、隣り合う真空容器１４同士が接続され、１つの真空容器ユニットとしてもよい。
【００４３】
ところで、本実施例に係る界磁超電導回転機における超電導コイルは、支持構造（以下、超電導コイル支持構造）によって容器内壁に固定されている。本実施例に係る界磁超電導回転機における超電導コイルの支持方法を、図５〜８を用いて説明する。
【００４４】
図５は、超電導コイルと真空容器内壁とを超電導コイル支持構造によりつないだ状態を示す断面矢視図である（電流リード線及び電極は図示していない）。図５（ａ）は、図４に相当する断面矢視図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に直交する断面矢視図である。
【００４５】
また、図６は、超電導コイルに対する超電導コイル支持構造を説明する概略図である。図６（ａ）は、支持体が超電導コイルと接触して配された状態の斜視図であり、図６（ｂ）は、支持体が超電導コイルと接触して配された状態の底面図であり、図６（ｃ）は、支持体の１辺のみを示した斜視図である。
【００４６】
まず、超電導コイル支持構造は、支持体３１ａ、及び、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４を備えている。
【００４７】
図５（ａ）（ｂ）に示すように、支持体３１ａは、超電導コイル１５を真空容器１４の内部空間に位置付ける（支持する）ために、超電導コイル１５と真空容器１４内壁を接続するものである。支持体３１ａは、ステンレス製のものであり、断面積を小さく、長さを長く取ることで、極低温の超電導コイル１５と常温のロータ（真空容器１４外部）との間に、熱障壁をもたらしている。
【００４８】
また、支持体３１ａは、図５（ａ）（ｂ）に示すように、真空容器１４の内壁に配設されており、超電導コイル１５の下部（ロータ径方向内側）又は上部（ロータ径方向外側）において、図６（ａ）（ｂ）に示すように、超電導コイル１５の巻回方向の形状に対応するように配設され、超電導コイル１５を支持している。なお、図５（ａ）（ｂ）及び図６（ａ）（ｂ）では、支持体３１ａは、超電導コイル１５の下部（ロータ径方向内側）に配設されている状態が示されている。
【００４９】
さらに、支持体３１ａは、互いに長手方向両端部が連結された複数の平板（図６中では、２つの長い平板と２つの短い平板）で構成される形状となっている。
【００５０】
上述のように、超電導コイル１５の周上に支持体３１ａを配置することで、狭いスペースでも支持体３１ａの長さを長くし、熱障壁とすることができる。
【００５１】
支持体３１ａの各平板は、長手方向中央部分が超電導コイル１５（正確には、後述の銅板３４ａ‐２）を支え、長手方向両端部（すなわち支持体３１ａの角部）が真空容器１４内壁に接するように、図６（ａ）（ｃ）に示すごとく、屈折した形状となっている。
【００５２】
このように、支持体３１ａは、各平板が超電導コイル１５と真空容器１４内壁との間において傾斜（屈折）することで、真空容器１４の内部空間で支持体３１ａの長さを長くとることができる。なお、支持体３１ａは、ステンレス製の板であるため、ボルト締結による劣化や破損を抑え、回転などの遠心力にも強い。
【００５３】
また、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４は、支持体３１ａと超電導コイル１５との接触部分を、真空容器１４内壁から離間した位置とするため、支持体３１ａを固定し超電導コイル１５を支えるものである。
【００５４】
すなわち、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４は、支持体３１ａの長手方向中央部分の裏側に向け真空容器１４から延伸するようにして、配設されている。そして、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４はスプリング構造であることが好ましい。
【００５５】
さらに、この超電導コイル支持構造は、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２、及び、銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２を備えている。
【００５６】
超電導コイル１５は、下部（ロータ径方向内側）及び上部（ロータ径方向外側）の両側から鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２で挟まれており、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２のさらに外側から銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２で挟まれている。なお、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２及び銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２は、それぞれ超電導コイル１５に対し巻回方向に沿うレーストラック形状の平板となっている。
【００５７】
そして、この銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２に、極低温状態においても可撓性に優れた平編導線を、冷凍機からの熱伝導体として接触させる（図示略）か、又は、真空容器１４内に液体窒素などの冷媒を流す（図示略）などの構造とする（冷却システム）。これにより、超電導コイル１５を極低温に保つことができる。
【００５８】
また、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２及び銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２には、それぞれ複数のボルト通し穴２５ａ‐１が配設されている。
【００５９】
そして、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２及び銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２にそれぞれ配設された、複数のボルト通し穴２５ａ‐１のうち一部に、ボルト（図１〜４では図示略）を通すことで、超電導コイル１５、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２及び銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２を固定している。なお、上記「一部」を、例えば、補助支持体２２との各接触部分にそれぞれ配設されたボルト通し穴２５ａ‐１であるものとすると、安定性を確保できる。
【００６０】
超電導コイル支持構造を上記構造とすることで、まず、既出の冷却システム（図示略）によって、超電導コイル１５が極低温に冷却され、超電導状態となることで、大電流を流すことができ、この大電流によって発生する大きな磁場を使うことで、大きなトルクを発生させることができる。
【００６１】
このとき、常温の真空容器１４外部から極低温状態の超電導コイル１５への侵入熱については、真空容器１４によって真空のギャップを設けることで対流熱を無くし、支持体３１ａを設けることで、真空容器１４内壁との接触面積が小さくなり伝導熱を小さく抑えている。
【００６２】
また、支持体３１ａと超電導コイル１５との接触部分は、超電導コイル１５の熱収縮によって、上下方向（ロータ径方向）に移動する、すなわち、真空容器１４内壁からの距離が変化するが、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４を伸縮自在のスプリング構造とすることで、この変化に対応することができる。
【００６３】
また、補助支持体３２ａ‐１〜３２ａ‐４をスプリング構造とすることで、熱障壁を確保することができる。すなわち、スプリング構造は、超電導コイル１５と真空容器１４内壁に対して接触面積が小さく、加えて、巻き回ししているため距離が長いので、侵入熱は大きくならない。
【００６４】
通常、超電導コイルは、電流を流すと、電流に対して垂直方向に力を受けて磁束が移動することで電気抵抗が生じ、流せる電流が減少する性質がある。しかしながら、上記超電導コイル支持構造では、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２を銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２と超電導コイル１５との間に配置していることにより、磁場の垂直成分が低減し、流せる電流の減少を抑制している。
【００６５】
ここで、超電導コイル支持構造の他の構成例について、図７，８を用いて説明する。図７は、超電導コイルと真空容器内壁とを、他の構成例の超電導コイル支持構造によりつないだ状態を示す断面矢視図である。図７（ａ）は、図５（ａ）の断面矢視図に相当する図であり、図７（ｂ）は、図５（ｂ）の断面矢視図に相当する図である。
【００６６】
また、図８は、他の構成例の超電導コイル支持構造を説明する概略図である。図８（ａ）は、支持体が超電導コイルと接続して配された状態の斜視図であり、図８（ｂ）は、支持体が超電導コイルと接続された状態の底面図であり、図８（ｃ）は、支持体のみを示した斜視図である。
【００６７】
支持体４１ａは、一面が真空容器１４の内壁に接しており、超電導コイル１５に対し、巻回方向に沿うレーストラック形状の平板である。また、支持体４１ａには、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐４を通すための複数のボルト通し穴２５ａ‐２が設けられている。
【００６８】
スペーサ３９ａ‐１〜３９ａ‐８は、真空容器１４のロータ径方向外側の内壁と、ロータ径方向外側の銅板３４ａ‐１の複数のボルト通し穴２５ａ‐１のうちの一部との間に設けられ、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐４が貫通する円筒状のステンレス製のものである。なお、この「一部」については、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐４を通した際に安定性が確保できる配置のボルト通し穴２５ａ‐１であればよい（以下同様）。
【００６９】
スペーサ３９ａ‐９〜３９ａ‐１６は、支持体４１ａのボルト通し穴２５ａ‐２と、ロータ径方向内側の銅板３４ａ‐２の複数のボルト通し穴２５ａ‐１のうちの一部との間に設けられ、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐４が貫通する円筒状のステンレス製のものである。
【００７０】
スペーサ３９ａ‐１〜３９ａ‐８によって、真空容器１４のロータ径方向外側の内壁とロータ径方向内側の銅板３４ａ‐２との間にはスペースが生じ、スペーサ３９ａ‐９〜３９ａ‐１６によって、支持体４１ａとロータ径方向内側の銅板３４ａ‐２との間にはスペースが生じる。これにより、超電導コイル１５が真空容器１４のロータ径方向外側の内壁及び真空容器１４内壁から離間した位置を保つことができるようになっている。
【００７１】
また、真空容器１４のロータ径方向内側の内壁の、支持体４１ａのボルト通し穴２５ａ‐２に応じた位置には、溝又は凹部が設けられている。
【００７２】
さらに、袋ナット３８ａ‐１〜３８ａ‐８は、端部が半球状であり、支持体４１ａのボルト通し穴２５ａ‐２の、真空容器１４内壁側に配設されている。また、袋ナット３８ａ‐１〜３８ａ‐８は、上記溝又は上記凹部に埋め込まれるようになっている。このようにすることで、位置合わせが容易になる。
【００７３】
袋ナット３８ａ‐１〜３８ａ‐４は、半球状となっているので、真空容器１４と袋ナット３８ａ‐１〜３８ａ‐４との接触部分が点接触となり、また、銅板３４ａ‐２と支持体４１ａとは、スペーサ３９ａ‐９〜３９ａ‐１６によって離間距離が保たれるので、超電導コイル１５への侵入熱を抑えることができる。
【００７４】
すなわち、他の構成例の超電導コイル支持構造では、超電導コイル１５（及び、鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２及び各前記銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２）が、スペーサ３９ａ‐１〜３９ａ‐１６によって、真空容器１４の内壁及び支持体４１ａから離間する位置に固定され、また、このスペーサ３９ａ‐１〜３９ａ‐１６と同心内側に配置されるボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐８によって、締結されている。また、支持体４１ａは、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐８によって、真空容器１４の内壁に固定されている。なお、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐８の上端部（頭部）は、真空容器１４と離間しており、接触はしていない。
【００７５】
本実施例に係る界磁超電導回転機の超電導コイル支持構造は、上述のような構成とすることで、さらに真空容器１４の外部から超電導コイル１５への侵入熱を防ぐことができるものである。
【００７６】
なお、上述では、支持体４１ａが、真空容器１４のロータ径方向内側の内壁に配設されるものとしたが、本実施例はこれに限定されるものではなく、例えば、真空容器１４のロータ径方向外側の内壁に配設されるものとしてもよい。その場合、ボルト３７ａ‐１〜３７ａ‐４、袋ナット３８ａ‐１〜３８ａ‐４、及び、溝（凹部）等も上述とは逆の配置となる。
【００７７】
ところで、図９は、図１（ｂ）のＡ‐Ａ断面矢視図であり、図１０は、図９の断面矢視図に対応した、真空容器を取り付ける前の分解図である。本実施例における超電導コイル１５は、配置個数を極数の半数とし、その分１つ当たりのターン数を、極数と同数配置された場合に必要なターン数の２倍とすることで、電気的な性能を保っている。
【００７８】
なお、ターン数を２倍とすることで、超電導コイル１５の断面積も参考例の超電導コイル１０５（図１２，１３参照）に比べて２倍となるが、回転機全体として見たときには、超電導コイルに使う線材の量は参考例と変わらない。
【００７９】
また、ロータコア１３は、積層鋼板で構成され、スパイダ１２の外周面に放射状に極数と同数が配置され、それぞれロータ径方向外側に向け突起しており、ロータ径方向断面視が矩形状のものである。
【００８０】
より具体的には、参考例のロータ１００におけるロータコア根元側突極部１０３ａ及びロータコア先端側突極部１０３ｂに相当する形状が一体物として形成された形状である。ただし、ロータコア根元側突極部１０３ａのコア幅に相当する部分の幅が拡張されている（ただし、ロータコア先端側突極部１０３ｂの同方向における幅に相当する長さ以下の範囲とする）。
【００８１】
また、ロータコア１３のロータ軸方向内側の面には、ロータ径方向断面視において、ロータ軸方向内側に突起した末広の台形状である、ロータ支持部１３ａが形成されている。
【００８２】
スパイダ１２の外周面には、コア支持部１３ａの形状に対応する溝１２ａが形成されている。ロータ支持部１３ａはこの溝１２ａに嵌め込まれることで固定されるものであり、接着剤等で固着されてもよい。
【００８３】
図１（ａ）（ｂ）（ｃ）、及び、図９，１０に示すように、断熱容器である真空容器１４は、スパイダ１２の外周面において放射状に極数の半数が、全ロータコア１３のうち、ロータ周方向に１つ置きのロータコア１３に対し、その側面を囲う様にして配置されている。
【００８４】
また、真空容器１４は、ロータコア１３と干渉しない形状となっており、スパイダ１２に対しロータ径方向外側からボルト１６等で固定されている。
【００８５】
なお、「ロータコア１３と干渉しない形状」について具体的に説明すると、真空容器１３は、ロータ軸方向に延伸する環状（レーストラック形状）の内周面１４ａを有しており、この内周面１４ａは、図９，１０に示すように、ロータ径方向断面視において、ロータコア１３のロータコア先端側突極部１０３ｂ（図１２，１３参照）に相当する形状よりも、コア幅方向（ロータ接線方向）の幅が、大きいことを意味する。換言すれば、真空容器１４ａは、ロータ接線方向において、ロータ１３の最大幅よりも大きい幅の内周面１４ａを有する。
【００８６】
また、極数の半数が配置される超電導コイル１５は、それぞれロータ軸方向に延伸するレーストラック形状であり、内周面１４ａに沿って真空容器１４内に格納され、ロータ１０内における界磁巻線として機能する。
【００８７】
ロータコア１３は、上述のように真空容器１４と干渉しない形状とすることで、参考例の技術（図１１〜１３）のように、ロータコア１３を分割せず、真空容器１４をスパイダ１２に固定することができる。
【００８８】
以上が本実施例に係る界磁超電導回転機についての構成である。なお、上述では、超電導コイル１５は熱伝導によって極低温に冷却されることを説明したが、液体窒素などの冷媒を真空容器１４に循環させて超電導コイル１５を冷却する方式でもよい。
【００８９】
本実施例に係る界磁超電導回転機においては、冷却システムによって極低温に冷やされた超電導コイル１５は、真空によって常温の真空容器１４の壁面と隔離され極低温を保っている。極低温に冷やされた超電導コイル１５に大電流を流すことで強力な磁場を発生させ、大きなトルクを得ることができる。
【００９０】
本実施例に係る界磁超電導回転機によれば、超電導コイル１５の個数を参考例の界磁超電導回転機の半分（極数の半数）としてターン数を２倍にしているので、超電導コイル１５の断面積は、回転機全体として見れば参考例の界磁超電導回転機と変わらないが、真空容器１４が半分の個数になるため（超電導線材は断面積が小さいため、１つ当たりの超電導コイル１５の断面積も然程大きくならない）、スパイダ１２の外周面において使用できるスペースが大きくなり、ロータコア１４のコア幅を広くとることができる。
【００９１】
これによって、本実施例に係る界磁超電導回転機では、超電導コイル１５に大電流を流した場合でも、ロータコア１３が磁束飽和することを抑制することができ、増加した磁束を有効に使い、トルク性能を向上させることができる。
【００９２】
また、本実施例に係る界磁超電導回転機では、ロータコア１３をスパイダ１２に組み込んだ状態のものに対し、ロータ径方向外側から真空容器１４をロータコア１３と干渉させずに入れて組み立てることができる。そのため、ロータコア１３の分割が不要となる。さらに、本実施例に係る界磁超電導回転機では、真空容器１４の個数を極数の半分としている。したがって、本実施例に係る界磁超電導回転機は、参考例の界磁超電導回転機に比べて部品点数を削減することができる。
【００９３】
上記特許文献１等の従来技術では、ロータコアが分割されており、ロータコアを形成するためにボルトを用いなければならないが、積層鋼板にボルト穴を設けることは困難であるため、ロータコアには鉄のソリッドコアを用いなければならない。これにより、約２Ｔで飽和磁束密度に達し、この状態では電流値を大きくしても漏れ磁束が増えるのみとなり、性能向上効果が限られてしまい、鉄損が大きくなる。
【００９４】
本実施例に係る界磁超電導回転機では、ロータコアのコア幅を大きく取ることで、磁束飽和を緩和して性能向上を図ることができ、さらに、ロータコアに積層鋼板を用いることができるため、鉄損を小さくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明は、界磁超電導回転機として好適である。
【符号の説明】
【００９６】
１０，１００  ロータ
１１，１０１  シャフト
１２，１０２  スパイダ
１３，１０３  ロータコア
１４，１０４  真空容器
１４‐１  （真空容器の）長手方向一端面
１４‐２  （真空容器の）長手方向他端面
１５，１０５  超電導コイル
１６，１０６，１０７  ボルト
２１ａ，２１ｂ  コイル電極端子
２２ａ，２２ｂ  電流導入端子
２３ａ，２３ｂ  電流リード線
３１ａ，４１ａ  支持体
３２ａ‐１〜３２ａ‐４  補助支持体
３３ａ‐１，３３ａ‐２  鉄板
３４ａ‐１，３４ａ‐２  銅板
３５ａ‐１  （鉄板３３ａ‐１，３３ａ‐２、及び、銅板３４ａ‐１，３４ａ‐２の）ボルト通し穴
３５ａ‐２  （支持体３１ａ，４１ａの）ボルト通し穴
３７ａ‐１〜３７ａ‐４  ボルト
３８ａ‐１〜３８ａ‐４  袋ナット
３９ａ‐１〜３９ａ‐１６  スペーサ
【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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