(57)【要約】【課題】高出力時に通電される電流値に対する超電導線の臨界電流値を従来のモータよりも低く設定することにより、超電導線を省線化し、超電導モータを小型化、低コスト化する。【解決手段】超電導線を巻回して形成した超電導コイルを備えた超電導モータにおいて、前記超電導線に１μV／ｃｍの電圧を印加したときの電流値である臨界電流値Ｉｃと前記超電導モータの最大出力時における前記超電導線への通電電流値Ｉｍの比がＩｃ：Ｉｍ＝１：６〜１：２とされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
超電導線を巻回して形成した超電導コイルを備えた超電導モータにおいて、
前記超電導線に１μＶ／ｃｍの電圧を印加したときの電流値である臨界電流値Ｉｃと、前記超電導モータの最大出力時における前記超電導線への通電電流値Ｉｍの比が、
Ｉｃ：Ｉｍ＝１：６〜１：２とされていることを特徴とする超電導モータ。
【請求項２】
前記超電導線の外周面が銀あるいは／および銅を含む安定化層で被覆されている請求項１に記載の超電導モータ。
【請求項３】
自動車の走行用モータとされている請求項１または請求項２に記載の超電導モータ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の超電導モータの冷却システムであって、
前記超電導線に臨界電流よりも大きな電流の通電時に臨界電流以下の電流通電時よりも低温の冷媒を供給する冷媒供給手段を備えていることを特徴とする超電導モータの冷却システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超電導モータおよび該超電導モータの冷却システムに関し、特に、自動車の走行用モータのような発車時や加速時において一時的に高出力が要求されるモータとして超電導モータを用いる場合、超電導線の省線化およびモータの小型化を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ガソリン等の燃料資源の枯渇に対する懸念や内燃機関から排出される排気ガスによる環境悪化を改善すべく、電気によりモータを駆動して走行する電気自動車の開発が進められている。該モータとして常電導モータを使用した場合には、電気抵抗による銅損が発生して低効率となると共に誘導電流が減衰し低出力となる問題があった。
そこで、特開平６−６９０７号公報（特許文献１）に開示されているように、超電導モータを採用すれば、超電導体部分での銅損がなくなり高効率とすることができると共に、モータ自身を小型化および高出力化することが可能となる利点がある。
【０００３】
前記自動車走行用のモータは、自動車の発車時や加速時のように高いトルクが必要となる場合に大電流が必要となるが、定速運転時のトルクは最大トルクの１／５〜１／６程度の大きさでよい。このように、自動車走行用モータでは、大電流を必要とするのは発車、加速する数秒から数分間の短時間に限られ、これら発車時や加速時以外の長時間は略定速運転となり、それ程大きな電流を必要としない。
しかしながら、自動車走行用のモータの定格トルクは最大トルクに基づいて設計されており、この定格トルクに応じてモータのコイルの仕様が設定され、モータの体格が大きくなる。
【０００４】
超電導モータを自動車走行用モータとして用いる場合、前記と同様な設計とし、超電導モータの最大出力時の通電電流値を臨界電流値（超電導モータでは超電導線に１μＶ／ｃｍの電圧を印加したときの電流値）と略一致する設計とすると、短時間しかない高出力時のために臨界電流値の高い超電導線を用いる必要がある。これにより、超電導モータに用いる線材量が多くなり、特に超電導線は高価であるため高コストになると共にモータが大型化する問題がある。
前記問題は自動車走行用のモータに限らず、モータの出力を頻繁に変化させ、高出力する時間が短時間である他のモータについても生じる問題である。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−６９０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は前記問題に鑑みてなされたものであり、通常使用時に必要とするトルクを基準として超電導モータを設計し、超電導モータの定格トルクを小さくして、該モータに用いる超電導コイルの超電導線材の減少およびモータの小型化を図ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するため、本発明は、超電導線を巻回して形成した超電導コイルを備えた超電導モータにおいて、
前記超電導線に１μＶ／ｃｍの電圧を印加したときの電流値である臨界電流値Ｉｃと前記超電導モータの最大出力時における前記超電導線への通電電流値Ｉｍの比がＩｃ：Ｉｍ＝１：６〜１：２とされていることを特徴とする超電導モータを提供している。
【０００８】
前記構成の超電導モータによれば、超電導モータの最大出力時における超電導線への通電電流値Ｉｍよりも臨界電流値Iｃが小さい超電導線を用いているため、線材を省線化でき、超電導モータの小型化および低コスト化を図ることができる。
本発明の超電導モータでは、高出力時には超電導線の臨界電流よりも大きな電流を通電するため、超電導線が発熱するが、この高出力が短時間であれば発熱量はそれ程多くならず、超電導モータの特性をさほど損なうことはない。
【０００９】
超電導線の臨界電流値Ｉｃと超電導モータの最大出力時における超電導線への通電電流値Ｉｍの比をＩｃ：Ｉｍ＝１：６〜１：２としているのは、ＩｃをＩｍの１／６より小さくすると、例えば自動車の定速時にも臨界電流よりも大きな電流を通電することになり、臨界電流よりも大きな電流が超電導線に長時間続けて通電され、超電導の特性を損なうからであり、ＩｃをＩｍの１／２より大きくすると、超電導線の十分な省線化を図ることができないからである。より好ましくは、Ｉｃ：Ｉｍ＝１：５〜１：３である。
【００１０】
前記超電導線の外周面が銀あるいは／および銅を含む安定化層で被覆されていることが好ましい。
前記構成によれば、超電導モータに臨界電流よりも大きな電流を通電することにより生じた熱を安定化層により効率良く放熱することができ、超電導線に大きな電流を長く通電することができる。
【００１１】
本発明の超電導モータは自動車の走行用モータとして好適に用いられる。
自動車の走行用モータは、大きなトルクを必要とする発車、加速時は数秒から数分程度の短時間であるため、臨界電流の２〜６倍の過電流を流して大きなトルクを発生させても
発熱は短時間であると共に後述するように冷却性能を高めると、超電導性をさほど劣化させない。一方、長時間の定速運転時の小さいトルクに応じて臨界電流値を設定しているため、超電導モータのコイルを小さく出来ると共に超電導線材を減少でき、該超電導モータを無駄無く最大限利用できる。
【００１２】
また、本発明は、前記超電導モータの冷却システムであって、
前記超電導線に臨界電流よりも大きな電流の通電時に臨界電流以下の電流通電時よりも低温の冷媒を供給する冷媒供給手段を備えていることを特徴とする超電導モータの冷却システムを提供している。
【００１３】
前記冷却システムによれば、超電導線に臨界電流よりも大きな電流を通電して過負荷とした時に、一時的に超電導モータの冷却能力を高めているため、超電導線の発熱を抑制でき、超電導線を超電導状態に早急に復帰させることができる。
前記冷媒供給手段としては、通常時には超電導モータに液体窒素からなる冷媒を供給して冷却する一方、超電導線に臨界電流よりも大きな電流を通電したときには別に冷却した固体窒素や液体窒素からなる冷媒を供給する手段が挙げられる。
【発明の効果】
【００１４】
前述したように、本発明の超電導モータによれば、超電導モータの最大出力時における超電導線への通電電流値Ｉｍよりも臨界電流値Iｃが小さい超電導線を用いているため、超電導線材を省線化でき、超電導モータの小型化および低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、本発明の超電導モータの冷却システムによれば、超電導線に臨界電流よりも大きな電流を通電して超電導線が発熱したときに冷却能力を高めているため、早く超電導線を超電導状態に戻すことができ、超電導モータの特性を損なうことがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に、本発明の実施形態を示す。
本実施形態の超電導モータ１０は、自動車駆動用のモータとして用いられるものであり、電機子側のコイル及び界磁側のコイルを共に超電導線１１により形成した超電導コイル１２、１３としている。
【００１７】
前記超電導モータ１０の最大出力時における超電導線１１への通電電流値Ｉｍを５００アンペアとしている一方、超電導線１１の１μV／ｃｍの電圧を印加したときの電流値である臨界電流値Ｉｃを１００アンペアとして、Ｉｃ：Ｉｍ＝１：５としている。自動車の定速走行時の通電量は前記最大出力時の通電量の１／５〜１／６程度であり、即ち、定速走行時の通電電流値は臨界電流値Ｉｃよりも小さくしている。
【００１８】
超電導モータ１０は、図２に示すように、ハウジングとなる固定子１４の内周面に電機子側の超電導コイル１２である第１コイル１２Ａ、第２コイル１２Ｂ、第３コイル１２Ｃを周方向に１２０°の等間隔をあけて設置している。第１〜第３コイル１２Ａ〜１２Ｃにはそれぞれ電源１６から電線１７を介して三相交流が供給されており、電線１７は３本の分岐線１７ａに分かれて各コイル１２Ａ〜１２Ｃに給電されている。
固定子１４内において超電導モータ１０の回転駆動軸１５に界磁側の超電導コイル１３が固定されており、回転駆動軸１５の一端側は駆動伝達手段（図示せず）まで延在されている。
【００１９】
超電導モータ１０の動作は、電源１６から第１コイル１２Ａ、第２コイル１２Ｂおよび第３コイル１２Ｃに三相交流が供給されることにより、各コイル１２Ａ〜１２Ｃへの給電の位相ズレにより固定子１４内に回転磁界が発生し回転駆動軸１５が回転される。そして、回転駆動軸１５のトルクが駆動伝達手段に伝達されることで自動車の車輪の回転動力が得られる。
【００２０】
前記超電導コイル１２、１３を形成する超電導線１１として、ビスマス系酸化物超電導線を用い、図３に示すように、複数の超電導線１１を銀からなる帯状の安定化層２０に埋設すると共に、該安定化層２０の幅広面を銅からなる安定化層２１で被覆している。これら安定化層２０、２１により超電導線１１に臨界電流値Ｉｃよりも大きな電流を通電したときに発生する熱を効率良く放熱する構成としている。
【００２１】
前記超電導モータ１０は、図４に示すように、断熱性を有する冷媒ジャケット３０内に配置され、該冷媒ジャケット３０には、液体窒素タンク３１、固体窒素タンク３２から冷媒を供給する冷媒供給用配管３３、３４が接続されている。固体窒素タンク３２に隣接させて配置した冷却器３５により、固体窒素タンク３２内の冷媒を固体窒素に、液体窒素タンク３１内の冷媒を液体窒素になるよう冷却している。
また、電源１６と超電導モータ１０間に接続された電線１７に電流計３６を介設し、該電流計３６に設けたセンサ（図示せず）を固体窒素タンク３２に設けた冷媒供給手段（図示せず）と電線３７を介して接続している。
【００２２】
電源１６から超電導モータ１０へ臨界電流値Ｉｃより小さな電流を通電して自動車を定速走行させているときには、液体窒素タンク３１より冷媒ジャケット３０へ液体窒素が供給されて超電導モータ１０が冷却される。
一方、電源１６から超電導モータ１０へ臨界電流値Ｉｃ以上の大きな電流を所定時間以上通電して自動車を加速させたときには、電流計３６に設けたセンサから固体窒素タンク３２に設けた冷媒供給手段へ信号が伝達され、該冷媒供給手段により固体窒素タンク３２から冷媒ジャケット３０へ固体窒素が供給される。この固体窒素により臨界電流値Ｉｃ以上の大きな電流を通電したことにより発熱した超電導線１１が急速に冷却される。
【００２３】
前記構成によれば、超電導モータ１０の最大出力時における超電導線１１への通電電流値Ｉｍよりも臨界電流値Iｃが小さい超電導線１１を用いているため、線材を省線化でき、超電導モータ１０の小型化および低コスト化を図ることができる。
また、超電導線１１に臨界電流よりも大きな電流を通電して超電導線１１が発熱したときに固体窒素を供給して冷却能力を高めているため、早急に超電導線１１を超電導状態に戻すことができ、超電導モータ１０の特性を損なうことがない。
【００２４】
なお、本実施形態の超電導線１１では、銅からなる安定化層２１を設けているが、銀からなる安定化層２０のみを設けた超電導線１１を別体の銅線と共に巻回して超電導コイルを形成してもよい。
また、前記実施の形態はすべての点で例示であって、これら実施形態に限定されず、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００２５】
本発明の超電導モータは、自動車走行用のモータとして好適に用いられ、その他の数値制御工作機械、建設機械等の磁気（電磁力）応用機器、超電導応用機器やエレベータ、重量物運搬用車両等の輸送用機器としても用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の超電導モータを搭載した自動車の走行状態と通電電流値との関係を示した図面である。
【図２】超電導モータの断面図である。
【図３】超電導線の断面図である。
【図４】超電導モータの冷却システムの概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  超電導モータ
１１  超電導線
１２、１３  超電導コイル
２０、２１  安定化層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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