JPH04207960A - 超電導モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、極低温状態に置かれた装置を収容する超電導
モータに関するものである。

（従来の技術） 従来、超電導モータにおいては、ステータを構成する超
電導コイルを極低温に冷却して保持しないと、ＶＡｉｉ
ｔ導の特性を利用することができない。

したがって、上記超電導モータの超電導マグネット部分
を、例えば密封された液体ヘリウム槽内に浸漬し、該液
体ヘリウム槽内に収容された液体ヘリウムによって冷却
している。そして、更に上記液体ヘリウム槽をケースに
よって包囲し、該ケース内を真空に維持してケース外側
の大気中の熱が進入しないようにしている。

ところが、上記液体ヘリウム槽を包囲するケースの外側
やロータ側から熱が進入することがあり、上記超電導マ
グネットに外乱があると、超電導マグネント自身が発熱
することがある。また、上記構成の超電導モータを車両
に搭載した場合においては、走行に伴って超電導モータ
が振動し、各種要素間でＷＩＷが起こり、摩擦熱が発生
することがある。

このような場合、液体ヘリウムなどの極低温冷媒の蒸発
温度が低いため、上述したように発生した熱によって極
低温冷媒が蒸発し、その液面が低下してしまう。

そこで、従来の超電導モータにおいては、極低温冷媒を
収容する冷媒槽を大きいものにしたり、冷媒槽の上方に
煙突部分を形成し、該煙突部分に余剰の極低温媒体を収
容するようにしている。

（発明が解決しようとする諜ＩＱ） しかしながら、上記従来の超電導モータにおいては、超
電導マグ７ソトを収容する冷媒槽自体が大きくなったり
、冷媒槽に煙突部分を形成することによって超電導モー
タの寸法が大きくなるだけでなく、超電導モータの形状
が変形され、超電導モータの搭載条件が悪くなってしま
う。

特に、車両に搭載するホイール内設置型の超電導モータ
においては、車両が大型化したり、車内の空間が小さく
なってしまう。

本発明は、上記従来の超電導モータの問題点を解決して
、小型で搭載条件の良好な超電導モータを提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の超電導モータにおいては、外周に
配設されるケースと、該ケースの内側に配設される断面
が円筒形の極低温冷媒槽と、該極低温冷媒槽内に収容さ
れる極低温冷媒と、該極低温冷媒に浸漬される環状の超
電導マグネット組立体と、該超電導マグネット組立体に
対応して回転自在に配設されるロータと、上記超電導マ
グ名ノド組立体をロータから分離する円筒形の隔壁と、
上記極低温冷媒槽内に極低温冷媒を供給する手段とを有
している。

そして、上記超電導マグＺ、７ト組立体、隔壁及びロー
タの中心軸を上記極低温冷媒槽の中ノＬ−軸に対して偏
心させである。

（作用及び発明の効果） 本発明によれば、上記のように外周に配設されるケース
と、該ケースの内側に配設される断面が円筒形の極低温
冷媒槽と、該極低温冷媒槽内↓こ収容される極低温冷媒
と、該極低温冷媒に浸漬される環状の超電導マグ２．、
、）組立体と、該超電導マグネット組立体に対応して回
転自在に配設されるロータと、上記超電導マグネット組
立体をロータから分離する円筒形の隔壁と、上記極低温
冷媒槽内に極低温冷媒を供給する手段とを有している。

そして、上記超電導マグネット組立体、隔壁及びロータ
の中心軸を上記極低温冷媒槽の中心軸に対して偏心させ
である。

したがって、超電導マグネット組立体、ロータ等の発熱
部分が上記極低温冷媒槽内の下方に偏心して配設され、
該極低温冷媒槽の上方部に広い空間が形成され、大量の
極低温冷媒が収容され、該極低温冷媒内に超電導マグネ
ット組立体が浸漬される。

その結果、各種要因によって熱が発生して液体ヘリウム
が蒸発しても、超電導マグネット組立体が液体ヘリウム
の液面から出ることがなくなり、常に超電導状態を維持
することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら詳細
に説明する。

第２図は本発明の実施例を示す超Ｔｉ’Ｌモータの縦断
面図、第３図は本発明の実施例を示す超電導モータの横
断面図、第４図は第２図のＡ部拡大図である。

図において、１は超電導モータのケースである。

該ケース１は第１筒状部１ａ、第２筒状部１ｂ、上記第
１箇状部１ａの開口を包囲する第１端部壁２、上記第２
筒状部１ｂの開口を包囲する第２端部壁３から成ってい
る。

上記第１端部壁２のほぼ中央には孔２ａが形成されてい
て、該孔２ａを超電導モータのシャフト５が貫通する。

また、上記第２端部壁３のほぼ中央には孔３ａが形成さ
れていて、該孔３ａの内周縁に隔壁６の一方の端部が固
定されている。該隔壁６の他端は肉盛部７を形成してお
り、該肉盛部７をねし８を介して上記第１端部璧２に固
定することによって上記隔壁６をケース１に取り付けて
いる。

該隔壁６はケース１内を外周側と内周側に分利しており
、外周側にステータ１０が、内周側に口−り］１が配設
される。該ロータ１１は上記ンヤフト５に取り付けられ
ていて、該シャフト５の一端はヘアリング１２を介して
上記第１端部壁２に回転自在に支持され、他端はヘアリ
ング１３を介してロータ取付体】４に回転自在に支持さ
れる。

そして、該ロータ取付体１４は、上記孔３ａを被うよう
にボルト１５を介して上記第２端部壁３に取り付けられ
ている。

なお、２１は上記第１端部壁２と第１筒状部１ａを、２
２は上記第１筒状部１ａと第２筒状部１ｂを、２３は上
記第２筒状部１ｂと第２端部壁３を固定するためのボル
トである。

上記シャフト５に取り付けられたロータ１１は周縁にロ
ータ巻線部２４を有しており、該ロータ巻線部２４の外
周は上記隔壁６との間にわずかな空間を形成している。

そして、上記ケース１と隔壁６とで形成される環状の密
閉空間に、上記隔壁６との間にわずかな間隙を形成して
液体ヘリウム槽２６が配設される。

該液体ヘリウム槽２６は筒状外壁２７、側壁２８゜２９
及びリブ付き内側円筒管３０によって閉鎖されていて、
内部の上記ロータ１１に対向する位置にステータ１０が
配設される。

すなわち、上記液体ヘリウムＭ２６の内部には超電導コ
イルを用いた超電導マグネット３２が液体ヘリウムに完
全に浸された状態で配設されていて、液体ヘリウムによ
って約４．２”Ｋの極低温状態に冷却されている。上記
超電導マグネット３２は上記リブ付き内側円筒管３０と
外側円筒管３１によって保持される。なお、本実施例に
おいては、液体ヘリウムを使用しているが、絶対温度Ｏ
。

Ｋに近い温度を得ることができる他の極低温冷媒を使用
することもできる。

そして、上記超電導マグ２．７ト３２を極低温状態に維
持するために、上記ケース１と隔壁６によって形成され
る閉鎖空間は真空状態とされる。そのため、上記第２筒
状部１ｂに真空排出口３３が設けられ、該真空排出口３
３を介して上記閉鎖空間内を真空に維持することができ
る。

また、上記隔壁６と液体ヘリウム槽２６との間には第４
図（第２図のＡ部分）で示すように、輻射シールド薄板
３５がわずかな間隙を置いて配設され、隔壁６から放射
される輻射熱の進入を阻止している。

そして、上記液体ヘリウム槽２６の周囲は液体窒素温度
部３６が包囲してい□る。該液体窒素温度部３６は、液
体窒素槽３７、上記輻射シールド薄板３５、上記輻射シ
ールド厚板３８、中間支持部材３９によって構成されて
いる。

上記液体窒素槽３７は、絶対温度７７°にの液体窒素を
収容しており、熱伝導性の良いアルミニウムなどで作成
された上記輻射シールド薄板３５、輻射シールド厚板３
８、中間支持部材３９と熱的に結合していて、上記液体
窒素温度部３６を７７゜Ｋに保っている。なお、液体窒
素のほか、液体水素、液体アルゴン、液体空気、液体酸
素等を使用することができる。

上記輻射シールド薄板３５は隔壁６及びリブ付き内側円
筒管３０との間に間隙を置いて、また輻射シールド厚板
３８は第１、第２の筒状部１ａ。

１ｂと筒状外壁２７との間に間隙を置いて配設され、ケ
ース１を介して浸入してきた熱をシールドしている。

ところで、上記液体ヘリウム槽２６は、ケース１に対し
て上記液体窒素温度部３６を介して断熱支持されている
。すなわち、上記液体ヘリウム槽２６は、第１、第２の
スポーク構造体４１．４２によってケース１内に架設さ
れる。

上記第１スポーク構造体４１は１対のステンレス製又は
チタン製のスポーク部材４１ａ、４１ｂから成る。そし
て、上記第１端部壁２と上記隔壁６の間に断熱ブラケッ
ト４３が介在させられる。

該断熱ブラケ・ノド４３はケース１の内方に向けて立ち
上がる筒状部を有しており、該筒状部に上記スポーク部
材４］ａの一端が取り付けられる。該スポーク部材４１
ａの他端は、上記中間支持部材３９に取り付けられる。

該中間支持部材３９は筒状部３９ａと、該筒状部３９ａ
から内方に突出形成される環状シールド板部３９ｂと、
上記筒状部３９ａから外方に突出形成される環状連結部
３９ｃから成っている。上記環状シールド板部３９ｂ及
び環状連結部３９　ｃ。

は、第１端部壁２と側壁２８間に配設され、第１端部壁
２からの輻射熱をシールドする。

そして、環状シールド板部３９ｂの内周縁と隔壁６間に
は、わずかな間隙が形成される。また、上記環状連結部
３９ｃは、輻射シールド厚板３８の端部に嵌入されて溶
接され、該輻射シールド厚板３８を介して中間支持部材
３９に液体窒素槽３７からの熱が伝達されるようになっ
ている。

上記環状シールド板部３９ｂを挟んで、上記スポーク部
材４１ａと対向してスポーク部材４１ｂが配設され、一
端が上記筒状部３９ａに、他端が液体ヘリウム槽２６側
のブラケット４４に取り付けられる。

該ブラケット４４は液体ヘリウム槽２６の側壁２８に固
定されているため、液体ヘリウム槽２６は、上記第１端
部壁２、断熱ブラケット４３、スポーク部材４１ａ、筒
状部３９ａ、スポーク部材４１ｂ及びブラケット４４を
介してケース１に架設される。

一方、上記第２スポーク構造体４２は１対のステンレス
製又はチタン製のスポーク部材４２ａ。

４２ｂから成る。そ巳て、上記第２端部壁３の孔３ａの
周縁に対応して断熱ブラケット５１が介在させられる。

該断熱ブラケット５１は、上記第２端部壁３の対向面と
の間に形成された放射状のスプラインを介して係合され
、該スプラインの下端部５２によって支持される。

そ巳て、上記断熱ブラケ・ノド５１は、ケース１の内方
に向けて立ち上がる筒状部を有しており、該筒状部に上
記スポーク部材４２ａの一端が取り付けられる。該スポ
ーク部材４２ａの他端は、中間支持部材すなわち上記液
体窒素槽３７に固定されたブラケット５３に取り付けら
れる。

上記液体窒素槽３７の反対側にはブラケット５４が固定
され、該ブラケット５４に上記スポーク部材４２ａと対
向してスポーク部材４２ｂが取り付けられる。そして、
更にスポーク部材４２ｂの他端は、上記液体ヘリウム槽
２６の側壁２９に固定されたブラケット５５に取り付け
られる。

このようにして、上記液体ヘリウム槽２６は、上記第２
端部壁３、断熱ブラケット５１、スポーク部材４２ａ、
ブラケット５３、液体窒素槽３７、ブラケット５４、ス
ポーク部材４２ｂ及びブラケット５５を介してケース１
に架設される。

上記液体ヘリウム槽２６は、ケース１、液体窒素槽３７
及び中間支持部材３９に直接接触することがなくなり、
しかもケース１内が真空に保たれるため、ケース１を介
して進入した熱は第１、第２のスポーク構造体４１．４
２を介してのみ伝達されることになる。

また、液体窒素槽３７内で気体窒素になったガスを排出
するため、ガス窒素排気管６１が上記輻射シールド厚板
３８の外周面を巻装しており、該ガス窒素排気管６１の
最終端は隔壁６の内側の空間に導入され、ロータ１１を
冷却している。

そして、ケース１の側壁片側最上部には液体ヘリウム転
送口６２及び液体窒素転送口６３が配設されている。上
記液体ヘリウム転送口６２から供給された液体ヘリウム
は筒状外壁２７の外周面を巻装する液体ヘリウム転送管
６４を介して液体ヘリウム槽２６内に転送される。

上記超電導マグネット３２を冷却して気体となったヘリ
ウムは、同様に筒状外壁２７の外周面を巻装する液体ヘ
リウム排気管６５を介して排出される。

なお、６６はシャフト５の回転を検出するための角度セ
ンサ、６７はスリップリング、６８は筒状外壁２７の外
周に配設されるスーパーインシュレーンヨンであり、ガ
ラス繊維をアルミニウム笛によって包囲して形成される
。また、６９は液体ヘリウム槽２６の側壁２９に配設さ
れた安全弁である。

第３図において、上記シャフト５には鉄心に代わるセラ
ミック、非鉄金属（銅、アルミニウム、チタン等）、樹
脂等の非磁性体から成る回転電機子７】が取り付けられ
、該回転電機子７】の周囲にスロット７２が形成される
。該スロット７２には、回転電機子７１としての３相巻
線が配設され上記シャフト５に取り付けられたスリップ
リング６７（第２図参照）には、ケース１に支持された
ブラン７３に接触し、集電部を構成している。

また、上記ａｔ導マグネット３２はリブ付き内側円筒管
３０の外周に４個配設される。そのため、上記リブ付き
内側円筒管３０には外方に突出するリブ７５が４個形成
され、該リブ７５の先端に外側円筒管３１がボルト７６
によって固定される。

そして、該外側円筒管３１に対して上記超電導マグネッ
ト３２がねし７７によって固定される。また、上記超電
導マグネット３２間にはダンパ７８が配設されている。

該ダンパ７８は超電導マグネット３２の位置決めを行う
とともに、荷重が加わった場合の緩衝部材となる。

なお、８】は超電導マグ不ント３２に永久ｉｔ流を流す
ための永久電流スイッチ、８２は該永久電流スイッチ８
１へのリード線である。

第１図は本発明の超電導モータにおける液体ヘリウムの
収容状態図である。

図において、】ｂはケースＪ　（第２図参照〕の一部を
構成する第２筒状部、３８は該第２筒状部１ｂと液体ヘ
リウム槽２６間に配設される輻射シールド厚板である。

上記第２筒状部１ｂ、輻射ンールド厚板３８及び液体ヘ
リウム槽２６は、いずれも断面が円筒形であり、互いに
同心状に配設され、共通の中心軸８８を存する。

また、３１は超電導マグネット３２を収容する外側円筒
管、３０はリブ付き内側円筒管、３５はリブ付き内側円
筒管３０の内周に配設される輻射シールド薄板、６は該
輻射シールド薄板３５の内周に配設される隔壁、１１は
該隔壁６の内周に配設されるロータ、５は該ロータ１１
を支持するシャフトである。上記外側円筒管３１、リブ
付き内側円筒管３０、輻射シールド薄板３５、隔壁６、
ロータ１１及びシャフト５は、いずれも断面が円筒形又
は円形であり、互いに同心状に配設され、共通の中心軸
８９を有する。該中心軸８９は上記中心軸８８より所定
量だけ下方に設けられ、偏心構造が形成される。

すなわち、超電導マグネット３２、ロータ１１等の発熱
部分が上記液体ヘリウム槽２６内の下方に偏心して配設
され、該液体ヘリウム槽２６の上方部はど広い空間が形
成され、超電導マグネット３２を包囲する外側円筒管３
１の上端付近に大量の液体ヘリウムを収容することがで
きる。そして、例えば液面Ｓで示す位置まで液体ヘリウ
ムを収容すると、超電導マグネット３２及び外側円筒管
３１は、液体ヘリウム槽２６内下部において完全に液体
ヘリウム内に浸漬される。

したがって、各種要因によって熱が発生して液体ヘリウ
ムが蒸発しても、超電導マグネット３２及び外側円筒管
３１が液面から出ることがなくなり、常に超電導状態を
維持することができる。

上記液体ヘリウムは、第２端部壁３（第２図参照）の上
方に配設される液体ヘリウム転送口６２及び液体ヘリウ
ム転送管６４を介して液体ヘリウム１２６内に供給され
る。そして、上記液体ヘリウム転送口６２は、冷凍機シ
ステムに接続され、連続的に液体ヘリウムが供給される
ようになっている。

第５図は本発明の超電導モータを搭載した車両の冷却ン
ステムを示す図である。

図において、９０は超電導モータ、９１は該超電導モー
タ９１によって駆動される駆動輪である。

上記超電導モータ９０は各駆動輪９１ごとに設けられ、
該駆動輪９１内に収容される。

９２は各超電導モータ９０に隣接して配設される冷凍機
である。該冷凍機９２と超電導モータ９０内の液体ヘリ
ウム槽２６（第１図参照）は、上記液体ヘリウム転送管
６４（第２図参照）と液体ヘリウム排気管６５を介して
接続され、上記冷凍機９２によって液化された液体ヘリ
ウムが液体ヘリウム槽２６に供給され、該液体ヘリウム
槽２６内で気化された気体ヘリウムが冷１８１９２に回
収されるようになっている。

ま泥、９３は液体窒素供給タンクであり、各超電導モー
タ９０内の液体窒素槽３７（第２図参照）に液体窒素を
供給する。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、
本発明の趣旨に基づいて神々変形することが可能であり
、それらを本発明の範囲から排除するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超電導モータにおける液体ヘリウムの
収容状態図、第２図は本発明の実施例を示す超電導モー
タの給断面図、第３図は本発明の実施例を示す超電導モ
ータの横断面画、第４図は第２図のＡ部拡大図、第５図
は本発明の超電導モータを搭載した車両の冷却システム
を示す区である。 ■・・・ケース、Ｉａ・・・第１筒状部、１ｂ・・・第
２筒状部、５・・・シャフト、６・・・隔壁、１１・・
・ロータ、２６・・・液体ヘリウム槽、３０・・・リブ
付き内側円筒管、３１・・・外側円筒管、３２・・・超
電導マグネット、８８．８９・・・中心軸。 特許出願人　アイシン・エイ・ダブり二株式会社代理人
　弁理士　　川　合　　誠　　（外２名）図面の浄書 第１図 ／゛６ ７２　　　　　　玉 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 外周に配設されるケースと、該ケースの内側に配設され
   る断面が円筒形の極低温冷媒槽と、該極低温冷媒槽内に
   収容される極低温冷媒と、該極低温冷媒に浸漬される環
   状の超電導マグネット組立体と、該超電導マグネット組
   立体に対応して回転自在に配設されるロータと、前記超
   電導マグネット組立体をロータから分離する円筒形の隔
   壁と、前記極低温冷媒槽内に極低温冷媒を供給する手段
   とを有し、前記超電導マグネット組立体、隔壁及びロー
   タの中心軸を前記極低温冷媒槽の中心軸に対して偏心さ
   せたことを特徴とする超電導モータ。