JPH08317631A - 超電導モータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小型で高出力の超電導モータを得る。 【構成】 ソレノイドコイル３に電流を流すことによっ
て、そのボア内に一定の磁場が形成される。ボア内に
は、電機子コイル８を有する円盤型ロータ５が配置され
ると共に、この円盤型ロータ５の一部を覆う超電導シー
ルド６が設けられている。ソレノイドコイル３による磁
界は、超電導シールド６を通過することができず、超電
導シールド６のない部分のみを通過する。そして、超電
導シールド６によって、超電導シールドの覆われていな
い電機子コイルに流れる電流を円盤型ロータの中心から
周辺に向かう電流またはその反対の向きの半径方向の電
流に限定する。これによって、半径方向の電流に働くロ
ーレンツ力は一方向の回転力になり、円盤型ロータ５が
回転する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ソレノイドコイルを界
磁コイルとし、そのボア内にロータを設置したモータで
あって超電導シールドを利用する超電導モータに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来より、各種の超電導モータが提案さ
れている。これら超電導モータでは、超電導コイルにお
ける銅損がないため、大電流を流すことができ、高磁場
内におけるモータの駆動が達成できる。

【０００３】このような超電導モータの１つとして、単
極円盤型モータがある。この単極円盤型モータでは、ロ
ータとして機能する導電性円盤をソレノイドコイルなど
による一定方向の磁界中に置き、円盤周辺部と中心部に
接触したスリップリングを通して導電性円盤に半径方向
の直流電流を供給する。これによって導電性円盤には、
中心から円周部に向けて流れる電流または円周部から中
心に向けて流れる電流のいずれかが流れる。一定磁界中
において、この半径方向の電流には、これに対し直角な
方向の力が働くため、導電性円盤が回転する。

【０００４】この単極型モータは、導電性円盤を電機子
コイルとして、利用できるため、その構成が非常に簡単
なものにできる。また、電機子コイルは、実質的に１本
の電流経路になるが、ソレノイドコイルに超電導コイル
を用い、ロータがおかれる磁場の磁界強度を大きくする
ことによって、比較的大きな回転力を得ることができ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ソレノイドコ
イルによる磁界強度にもある程度限界があり、単極型モ
ータの出力をさらにアップするためには、導電性円盤に
流れる電流をさらに大きくするか、または導電性円盤を
大きくしなければならない。

【０００６】そして、導電性円盤を大きくするとモータ
が大きくなってしまうという問題がある。また、導電性
円盤に大電流を流すには、集電装置の接触抵抗を十分低
くする必要があり、集電装置に高価で取扱が面倒な水銀
スリップリングなどを必要とするという問題点があっ
た。また、高出力を得るために、導電性円盤を複数にす
れば、その数に対応して水銀スリップリングが必要にな
る。

【０００７】従って、従来の単極円盤型モータでは、小
型のモータで、高出力が得られないという問題点があっ
た。

【０００８】本発明は、上記問題点を解決することを課
題としてなされたものであり、小型、高出力で、かつ簡
単な構成の超電導モータを得ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、ソレノイドコ
イルを界磁コイルとし、そのボア内にロータを設置した
モータであって、前記ロータ上に設けられた電機子巻線
と、前記ロータの軸方向から見て、電機子巻線を部分的
に覆う超電導シールドと、を有し、電機子巻線に流れる
電流であって、超電導シールドで覆われていない部分に
おけるロータの中心方向に向けて流れる電流成分と放射
方向に向けて流れる電流成分との量を異ならせることに
よって、半径方向の一方向の電流成分を大きくして、ソ
レノイドコイルにより発生する磁界がこの半径方向の電
流に対し与える力によって回転力を得ることを特徴とす
る。

【００１０】また、前記超電導シールドは、ロータとは
独立して固定されていることを特徴とする。

【００１１】また、前記電機子巻線は、ロータの中心軸
を通る半径方向の直線状経路と、円盤ロータの円周に沿
った円弧状の経路からなり、前記超電導シールドが前記
直線状経路の一部を覆うことを特徴とする。

【００１２】また、前記超電導シールドは、前記ロータ
とは独立して設けられており、かつこの超電導シールド
は、回転駆動手段によってロータに同期して回転される
ことを特徴とする。

【００１３】また、前記超電導シールドは、前記ロータ
上に設けられていることを特徴とする。

【００１４】また、本発明は、ソレノイドコイルを界磁
コイルとし、そのボア内にロータを設置したモータであ
って、前記ロータの表面の少なくとも一部を覆う超電導
シールドと、この超電導シールドの近傍に前記ロータと
は独立して配置され、ロータの半径方向であって、中心
に向かう方向または放射方向のいずれか一方の半径方向
の電流を実質的に流す固定駆動巻線と、前記ソレノイド
によって発生する磁界と、前記固定駆動巻線に流れる電
流によって生じる磁界の作用によって、ロータを回転さ
せることを特徴とする。

【００１５】また、前記固定駆動巻線は、ロータの中心
から円周方向に向く半径方向の第１の部分と、この両端
から上方に向けて伸びる第２および第３の部分と、第１
の部分と平行な第４の部分を有する四角形状に巻かれて
いることを特徴とする。

【００１６】また、前記超電導シールドは、ロータの回
転軸を中心としてその回りに軸対称に形成されているこ
とを特徴とする。

【００１７】さらに、超電導シールドを所定の低温状態
に保たれるクライオスタット内に配置すると共に、電機
子巻線をクライオスタットの外部に配置し、かつ電機子
巻線を常電導巻線にすることを特徴とする。

【００１８】

【作用】本発明によれば、ソレノイドコイルに電流を流
すことによって、そのボア内に一定の磁場を形成する。
そして、このボア内に、電機子巻線が設けられたロータ
を配置するとともに、その一部を覆う超電導シールドを
設ける。

【００１９】そして、電機子巻線に流れる電流であっ
て、超電導シールドで覆われていない部分におけるロー
タの中心方向に向けて流れる電流成分と放射方向に向け
て流れる電流成分との量を異ならせ、電機子巻線の半径
方向の一方向（中心に向かう電流または放射方向の電
流）の電流成分を大きくする。そして、ソレノイドコイ
ルにより発生する磁界により、この半径方向の電流に対
しローレンツ力によって回転力を得る。

【００２０】また、超電導シールドをロータとは別個に
固定し、ロータの電機子巻線に流れる電流の方向を制御
することによって、電機子巻線に流れる電流の方向を所
定のものにし、所望の回転力を得る。

【００２１】また、電機子巻線を、半径方向の直線状経
路とロータの円周に沿った経路により構成することによ
って、半径方向の直線状経路に流す電流に働く力によっ
て、ロータの回転力を得る。

【００２２】また、超電導シールドをロータと同期して
回転することによって、電機子巻線の超電導シールドに
覆われていない部分における半径方向の電流をロータの
回転に拘わらず一定方向に保持することができる。

【００２３】また、超電導シールドをロータ上に設ける
ことによっても、電機子巻線の超電導シールドに覆われ
ていない部分における半径方向の電流をロータの回転に
拘わらず一定方向に保持することができる。

【００２４】また、本発明によれば、ロータ上に超電導
シールドを設けると共に、この超電導シールドの近傍に
固定駆動巻線により中心に向かう方向または放射方向の
いずれか一方の半径方向の電流を実質的に流す。これに
よって、ソレノイドによって発生する磁界と、前記固定
駆動巻線に流れる電流によって生じる磁界の作用によっ
て、ロータの回転力を得る。

【００２５】固定駆動巻線を四角形状とすることによっ
て、超電導シールドの近傍に一定方向の電流を常に流す
ことができる。

【００２６】超電導シールドを軸対称的な形状にするこ
とによって、ソレノイドコイルによる磁場を比較的均一
なものにできる。

【００２７】ロータをクライオスタットの外部に配置す
ることによって、ロータの回転に伴う熱による冷媒の蒸
発を防止することができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面に基づ
いて説明する。

【００２９】「第１実施例」図１は、第１実施例の全体
構成を示す図である。クライオスタット１は、円筒型の
密閉容器であり、その内部には、超電導部品を所定の温
度に冷却するための冷媒が収容されている。冷媒として
は、液体ヘリウム、液体水素、液体窒素などが、冷却し
たい温度との関係で適宜選択される。

【００３０】クライオスタット１の内部には、ドーナツ
状のボビン２が配置されており、このボビン２にソレノ
イドコイル３が巻回されている。なお、ボビン２は、上
下のドーナツ状円盤部とこれらの内径に相当する径の円
筒部からなっており、円筒部の周囲にソレノイドコイル
３が巻回されている。ここで、ボビン２は、クライオス
タット１の内面に、図示を省略した支持機構により、所
定の間隔を隔てて固定されている。

【００３１】ボビン２は、例えば、ＦＲＰ（強化プラス
チック）、Ａｌ（アルミニウム）、ＳＵＳ３０４（所定
の成分を有するステンレス）等で形成される。また、ソ
レノイドコイル３は、Ｎｉ−Ｔｉ（ニオブチタン）や、
ビスマス系酸化物超電導材料（Ｂｉ−Ｓｒ−Ｃｕ−Ｃａ
−Ｏ）などで形成されており、超電導コイルとして機能
する。なお、ソレノイドコイル３として、常電導コイル
を用いてもよい。

【００３２】クライオスタット１の内部（ソレノイドコ
イル３のボア内部）には、ＦＲＰやＳＵＳ３０４で形成
されたモータ出力軸４が設けられており、その上部はク
ライオスタット１から上方に突出している。また、この
モータ出力軸４の中間位置（ソレノイドコイルの縦方向
の中間位置：ボア内）には、同じくＦＲＰやＳＵＳ３０
４で形成された円盤型ロータ５が取り付けられている。

【００３３】そして、この円盤型ロータ５の図１におけ
る右半分の上方には、図２に破線の斜線で示すように半
円形の超電導シールド６が円盤型ロータ５に対向配置さ
れている。この例では、この超電導シールド６は、Ｎｉ
−Ｔｉの薄板をＡｌ、Ｃｕ（銅）等でラミネート（積
層）したフィルムであり、一端がボビン２に固定された
スタンド７上に支持されている。なお、このスタンド７
もＦＲＰやＳＵＳ３０４により形成される。

【００３４】一方、円盤型ロータ５の表面には、電機子
巻線８が形成されている。この電機子巻線は、図２に示
すように、中心から円周に向かい円周に沿って反時計回
りに半周した後、中心付近を通過して反対側に至り、再
度反対側の円周に沿って時計回りに半周して中心に戻る
経路が形成されている。また、この電機子巻線８は、そ
の両端がモータ出力軸４に沿って上方（クライオスタッ
ト１の外部）に至っている。ここで、図２には、電機子
巻線８の１巻（１ターン）分のみを示したが、複数ター
ンにする場合には、同様の巻き方を繰り返せばよい。な
お、この電機子巻線８は、ソレノイドコイル３と同様の
超電導材料で構成されるが、常電導材料で構成してもよ
い。

【００３５】また、モータ出力軸４は、その上部がクラ
イオスタット１の上壁にベアリング９によって回転自在
に支持されており、下端がクライオスタット１の底面に
ベアリング１０によって回転自在に支持されている。ベ
アリング９は、モータ出力軸４がクライオスタット１を
貫通する部分のシールも兼ねている。なお、ベアリング
９、１０は、ＳＵＳ３０４や、セラミックス等で形成さ
れる。

【００３６】クライオスタット１の外部にあるモータ出
力軸４の上端部には、一対の集電用ブラシ１１、１２が
対向して設けられ、モータ出力軸４の表面に形成された
整流子１３、１４に接触されている。整流子１３、１４
は、それぞれモータ出力軸４のほぼ半周を覆い端部が所
定の間隔を空けて対向している。そして、集電用ブラシ
１１、１２は整流子１３、１４より小さな面積の端部を
有し、この端部が整流子１３、１４に押し付けられてい
る。そこで、集電用ブラシ１１、１２は、それぞれが整
流子１３、１４のいずれか一方に接触され、モータ出力
軸４の回転によって接触する相手が交代する。そこで、
電機子コイル８への通電方向が、モータ出力軸４、すな
わち円盤型ロータ５の回転に伴い順次反転される。な
お、集電用ブラシ１１、１２には、一般的なカーボンブ
ラシや、金属ブラシが採用される。また、整流子１３、
１４は、Ｃｕなどの接触抵抗の小さな導電材料で形成さ
れる。

【００３７】このような装置において、ソレノイドコイ
ル３に一定の直流電流を流すと、これに応じて一定の磁
場が形成される。例えば、図１において、下方から上方
に向かう磁場がソレノイドコイル３のボア内部に形成さ
れる。これによって、円盤型ロータ５においては、その
裏面（下）側から表面（上）側に磁力線が貫通しようと
する。ところが、本実施例では、超電導シールド６が設
けられており、磁力線はこの超電導シールド６を貫通す
ることはできない。そこで、図３に示すように、磁力線
は、この部分をさけて通ることになる。

【００３８】一方、電機子コイル８には、一定の電流が
流れるが、集電用ブラシ１１、１２および整流子１３、
１４の位置を、電機子コイル８の半径方向の部分が図２
における水平方向（横方向）に向く位置で電機子コイル
８に流れる電流の方向が反転するように設定しておく。
これによって、例えば図４に示すように、電機子コイル
８の半径方向の部分においては、常に図における上方に
向く電流が流れる。従って、超電導シールド６に覆われ
ていない部分の半径方向の電流は、常に中心から円周方
向に向けて流れることになる。

【００３９】このように、磁場Ｂ（図４における紙面の
裏面側から表面側に向く方向の磁場）および電機子コイ
ル８の電流Ｉの方向が設定されると、超電導シールド６
に覆われていない部分の電機子コイル８には、そこに流
れる電流に応じてローレンツ力が働く。すなわち、中心
から外方に向かう半径方向の電流Ｉに対しては、フレミ
ングの左手の法則によって、右回転の力Ｆａが働き、円
周に沿った電流に対してはその電流方向に応じて、時計
回りであれば中心に向く力、反時計回りであれば、外側
に向く力が働く。そして、円周に沿った電流に働く力
は、実質的に打ち消され、結局は、円盤型ロータ５に対
し、右回転（時計回り）の回転力が付与されることにな
る。そして、電機子コイル８に供給される電流は、上述
のように切り換えられるため、円盤型ロータ５には、常
に右回転の力が付与され、円盤型ロータ５が回転され、
モータ出力軸４に回転力が出力される。

【００４０】なお、超電導シールド６が存在しないと、
図５に示したように、磁場Ｂは、均一なものになり、円
盤型ロータ５のすべての部分を裏面側から表面側に貫通
する。一方、図６に示したように、電機子コイル８のｂ
の部分には中心から円周に向かう電流が存在し、ｃの部
分には円周から中心に向かう電流が存在する。そこで、
この両方の電流に対し、右回転の力Ｆｂと、左回転の力
Ｆｃがそれぞれ働き、これが打ち消し合うため、回転力
は得られない。

【００４１】そして、電機子巻線８を複数ターン巻くこ
とで、円盤型ロータ５の出力回転トルクをターン数に応
じて大きくすることができる。

【００４２】このように、本実施例の超電導モータによ
れば、ソレノイドコイル３のボア内部にある円盤型ロー
タ５に設けた電機子巻線８を複数ターン巻くことで、容
易に整流子型モータが構成でき、小型で高出力のモータ
が得られる。特にソレノイドコイル３を超電導コイルに
することで、高出力の超電導モータを得ることができ
る。さらに、電機子コイル８のターン数を増やすことが
できるため、電機子コイルを高インピーダンスにでき、
高電圧低電流制御を行うことができる。従って、集電装
置は１つでよく、集電装置の構成を簡易なものにでき
る。

【００４３】「第２実施例」図７に第２実施例の超電導
モータの構成を示す。この例では、超電導シールド６を
回転することができる。

【００４４】すなわち、超電導シールド６は、スタンド
２７の表面上に設けられている。このスタンド２７は、
円筒状の回転軸２８に取り付けられており、この回転軸
２８は、モータ出力軸４をその内部に収容している。そ
して、回転軸２８はクライオスタット１の底面を貫通す
る回転軸２９を介しモータ３０に接続されている。ま
た、回転軸２９は、ベアリング３２によってクライオス
タット１に回転自在に支持されている。クライオスタッ
ト１の回転軸２９が貫通する部分には、テフロンなどで
形成されたシール３１が設けられており、クライオスタ
ット１の底面をシールしている。さらに、モータ出力軸
４の下端は、回転軸２８の下端部の内部でベアリング３
３を介し、回転軸２８に接続されている。

【００４５】また、モータ出力軸４の上端部には、２つ
の集電用ブラシ３５、３６が設けられ、この集電用ブラ
シ３５、３６が、それぞれスリップリング３７、３８に
接触されている。スリップリング３７、３８は、電機子
コイル８の両端にそれぞれ接続されているため、電機子
コイル８には、常に一定方向の電流が流れる。なお、ス
リップリング３７、３８は共にモータ出力軸の円周を覆
う円環状に形成されており、電機子コイル８の両端にそ
れぞれ別個に接続されている。

【００４６】さらに、モータ出力軸４の近傍には、この
回転位置を検出する回転位置センサ３９が設けられてお
り、この検出値がコントローラ４０に供給される。コン
トローラ４０は、回転センサ３９から供給される検出値
に応じてモータ３０の回転を制御する。

【００４７】このような第２実施例において、コントロ
ーラ４０は、超電導シールド６が、円盤型ロータ５に対
し、常に図８に示す位置になるようにモータ３０を制御
する。従って、電機子コイル８に一定の方向の電流が流
されるにも拘わらず、電機子コイル８の超電導シールド
６に覆われていない部分は、一定の方向の電流に維持さ
れる。そこで、電機子コイル８の半径方向の部分で超電
導シールド６に覆われていない部分に流れる電流は常に
中心から周辺に向かう電流、あるいは周辺から中心に向
かう電流のいずれかである。従って、この半径方向の電
流によって、常に一定の方向の回転力が円盤型ロータ５
に付与される。

【００４８】この実施例によれば、上述の第１実施例と
同様に小型で、高出力が得られると共に、円環状のスリ
ップリングが使用できるため、集電部の構成がよりシン
プルになるという効果が得られる。なお、モータ３０
は、単に円盤型ロータ５に同期して回転すればよく、コ
ントローラ４０による制御は非常に簡単なものでよい。
また、回転位置センサ３５も光電エンコーダなど簡単な
構成のものが利用できる。

【００４９】「第３実施例」図９は、第３実施例の構成
を示す図であり、超電導シールド６が円盤型ロータ５上
に積層形成されている。すなわち、超電導シールド６
は、円盤型ロータ５の電機子コイル８上に円盤型ロータ
５の半分を覆って形成されている。そこで、第２実施例
と同様に、円盤型ロータ５が回転しても、電機子コイル
６に流れる電流に対し、一定方向の回転力が常に付与さ
れる。この第３実施例によれば、非常に簡単な構成で、
第２実施例と同様の作用効果が得られる。

【００５０】「第４実施例」図１０は、第４実施例の構
成を示す図であり、この例では、電機子コイルに代え
て、固定駆動コイル６０が設けられており、円盤型ロー
タ５には、超電導シールド６のみが形成されている。す
なわち、円盤型ロータ５の表面には、図１１に斜線で示
すように、その表面の半分を覆う超電導シールド６が形
成されている。そして、円盤型ロータ５の上部空間に
は、固定駆動コイル６０が、円盤型ロータ５とは独立し
て固定されている。この固定駆動コイル６０は、円盤型
ロータ５の表面近傍に図１１に示すように半径方向の線
路６０ａが存在し、その両端が線路６０ｂ、６０ｃとし
て上方に伸び、図１０における右側の線路６０ｂの上端
が折り曲げられ線路６０ａと平行な線路６０ｃになって
いる。従って、固定駆動コイル６０は、全体として、四
角形状のコイルになっている。そして、この固定駆動コ
イル６０は、電流供給源７０に接続されており、線路６
０ｄ，６０ｂ，６０ａ，６０ｃの順、またはその反対に
線路６０ｃ，６０ａ，６０ｂ，６０ｄの順で電流が流さ
れる。なお、固定駆動コイル６０は、ＡｌやＣｕなどで
構成され、ある程度の強度を有しているが、必要に応じ
てＦＲＰ等で補強するとよい。

【００５１】また、モータ出力軸４の近傍には、回転位
置センサ７１が設けられ、この検出信号はコントローラ
７２に供給される。そして、コントローラ７２は、回転
位置センサ７１の検出値に応じて、電流供給源７０を制
御して、固定駆動コイル６０における電流の流れる方向
を順次切り換える。

【００５２】すなわち、円盤型ロータ５を回転しても、
超電導シールド６で覆われていない部分に近接する固定
駆動コイル６０の線路６０ａに流れる電流が常に中心に
向かう方向または中心から周囲に向かう方向のいずか一
方に限定されるように、電流供給源７０を制御する。

【００５３】例えば、図１１に示すように、固定駆動コ
イル６０の線路６０ａの電流を超電導シールド６が図に
おける下方に位置するときに図における下から上に向く
方向に流す（超電導シールド６が上方に位置するときに
は電流を上から下に向けて流す）。そして、ソレノイド
コイル３によって、ボア内には、下から上に向かう磁場
（図１１における紙面の裏から表に向かう磁場）が形成
されているとすれば、超電導シールド６で覆われていな
い場所の固定駆動コイル６０の線路６０ａには、時計方
向の回転力が付与される。

【００５４】ところが、この実施例では、固定駆動コイ
ル６０は固定されており、回転することはない。一方、
固定駆動コイル６０の線路６０ａにより、超電導シール
ド６の近傍にも電流が流れている。この図１１の例で
は、この部分において中心へ向かう電流が常に流れてい
る。そして、超電導シールド６が存在しなかった場合に
は、この部分の線路６０ａには、反時計回りの回転力が
付与されるはずである。しかし、この実施例では、超電
導シールド６が存在するため、磁力線はここを通過する
ことはできず、線路６０ａには、反時計回りの力は付与
されない。

【００５５】実施例の装置による磁場と、電流について
は、おおよそ上述のような関係がある。しかし、このよ
うな関係があっても円盤型ロータ５が回転する力は、発
生しないと考えられていた。ところが、実際に、第４実
施例の装置において、ソレノイドコイル３および固定駆
動コイル６０に上述のような電流を流すと、円盤型ロー
タ５が回転することが確認されている。上述の例では、
円盤型ロータ５は時計回りに回転する。

【００５６】この回転の原理は、未だ明らかではない
が、超電導シールド６が、ソレノイドコイル３により形
成される磁場と、超電導シールド６の近傍を流れる固定
駆動コイル６０を流れる電流による磁場の双方を打ち消
すため、この超電導シールド６に回転力が発生するもの
と考えられる。すなわち、図１１に示す場合において、
超電導シールド６が存在しない場合には、線路６０ａの
下半分には反時計回りの回転力が付与され、超電導シー
ルド６が存在すると、線路６０ａには回転力が付与され
なくなる。そこで、超電導シールド６には、両状態の調
和を図るために、時計回りの回転力が付与されるものと
考えられる。

【００５７】この推定が正しいか否かは、現在のところ
確認できていないが、第４実施例の構成による超電導モ
ータにより、円盤状ロータ５が回転することは、実験に
より確認されている。

【００５８】（実験例）すなわち、図１０に示したのと
同等の装置において、固定駆動コイル６０に電流（巻線
電流）を流したところ、図１２に示すように、巻線電流
に比例して、回転トルク（始動トルク）が発生した。

【００５９】この実験は、次のような条件で行った。ソ
レノイドコイル３は、内径１９７ｍｍ、外径２０７ｍ
ｍ、幅（図における上下方向長さ）１００ｍｍ、巻数６
８０ターン、通電電流２０Ａとした。また、固定駆動コ
イル６０は、巻数３０ターン、円盤型ロータ直径１６０
ｍｍとした。

【００６０】このような、実験からも明らかなように、
第４実施例の超電導モータによりモータ出力軸４に回転
力を出力することができる。

【００６１】この第４実施例の装置によれば、上述の実
施例と同様に、小型で、高出力が得られる。特に、ソレ
ノイドコイル３、固定駆動コイルの両方とも、固定され
ている。すなわち、２つの固定のコイルに電流を流通す
るだけで、円盤型ロータ５を回転できる。そこで、モー
タ出力軸４にスリップリング等の集電装置が何等必要な
いため、モータの構成が簡単になるという効果が得られ
る。

【００６２】「第５実施例」図１３は第５実施例の構成
を示す図であり、第４実施例における固定駆動コイル６
０に代えて、２つの固定駆動コイル７７、７８が設けら
れている。この２つの固定駆動コイル７７、７８は、円
盤型ロータ５の上表面に沿った線路７７ａ、７８ａを有
する横から見て四角形状のコイルである。

【００６３】そして、この２つの固定駆動コイル７７、
７８の線路７７ａ、７８ａに中心方向、または放射方向
のいずれかの電流を流す。図１３の例では、２つの固定
駆動コイル７７、７８の線路７７ａ，７８ａの両方に、
中心に向かう電流を流している。従って、図１４に示す
ように、円盤型ロータ５を回転しても、円盤型ロータの
すぐ上に位置する線路７７ａ、７８ａに流れる電流が常
に中心方向に向いている。そこで、固定駆動コイル７
７、７８に流す電流の方向を切り換える必要がなく、固
定駆動コイル７７、７８に常に一定の方向の電流を流す
ことで、円盤型ロータ５上の超電導シールドにおいて、
固定駆動コイル７７、７８に流れる電流に働く力と逆方
向の力が働き、円盤型ロータ５を回転することができ
る。ソレノイドコイル３に流れる電流によってボア内に
下から上の方向の磁場が形成され、線路７７ａ、７８ａ
に中心の向かう電流（または中心から外方に向かう電
流）が流れているとすれば、円盤型ロータ５は、時計回
り方向に回転する。このように、第５実施例では、第４
実施例のように、円盤型ロータ５の回転位置検出やこれ
に応じた電流の切替などの制御が不要であり、より簡単
な構成で同様の作用効果が得られる。

【００６４】「第６実施例」図１５、１６は、第６実施
例の構成を示す図であり、この例では、超電導シールド
６が、円盤型ロータ５の上表面の全面に形成されてい
る。そして、この超電導シールド６に近接して、第５実
施例と同様の２つの固定駆動コイル７７、７８が設けら
れている。従って、この２つの固定駆動コイル７７、７
８の線路７７ａ、７８ａに中心方向に向かう電流を流
し、ソレノイドコイル３によりそのボア内に下から上に
向く磁場を形成すれば、線路７７ａ、７８ａの両方に近
接する超電導シールド６において、反力が発生し、円盤
型ロータ５は、時計方向に回転する。この例では、固定
駆動コイル７７、７８の両方に流れる電流によって、回
転トルクが発生するため、より効率的にモータ出力を得
ることができる。

【００６５】「第７実施例」図１７、１８は、第７実施
例の構成を示す図であり、この例では、円盤型ロータ５
の表面上において、超電導シールド６を複数の部分に分
割して形成している。すなわち、この例では、超電導シ
ールドを３つの扇型部分６ａ、６ｂ、６ｃに分割し、そ
れぞれ所定の間隔を空けて均等な位置している（６０゜
おきに形成されている）。このような構成によっても、
超電導シールド６ａ、６ｂ、６ｃに固定駆動コイル７
７、７８の電流に対する反力が作用し、円盤型ロータ５
が回転する。

【００６６】ここで、この第７実施例では、モータ出力
軸４の軸ぶれの発生を防止できる。すなわち、第５実施
例のように円盤型ロータ５の半分を超電導シールド６に
より覆う構成では、磁力線が超電導シールド６をさけて
通るため、図１９に示すように、ソレノイドコイル３に
よって発生する磁場が歪められる。そして、磁力線が密
な場所では、磁力線が広がろうとする力が発生し、図１
９の例では、円盤型ロータ５の超電導シールド６の存在
する部分が外方に向けて押されることになる。従って、
この外方に向かう力によって、モータ出力軸４に軸ぶれ
が発生する危険がある。しかし、本第７実施例によれ
ば、外方に向かう力が分散され、軸ぶれの発生を防止す
ることができる。

【００６７】なお、第６実施例においても、ソレノイド
コイル３による磁力線は、モータ出力軸を中心にして均
一になるため、軸ぶれの発生を防止することができる。

【００６８】「第８実施例」図２０は、第８実施例の構
成を示す図であり、この例では、ロータ部分がクライオ
スタット１の外部に配置されている。すなわち、円筒型
ロータ１０５には、上述の固定駆動コイルと同様の形状
である一対の四角形状の電機子コイル１０８、１０９が
設けられている。なお、円筒型ロータ１０５は、例えば
ＦＲＰで形成する。そして、この円筒型ロータ１０５
は、その上部がソレノイドコイル３の上端より突出して
いる。また、円筒型ロータ１０５の中心には、モータ出
力軸１０４が配置されており、円筒型ロータ１０５がこ
のモータ出力軸１０４に固定されている。さらに、モー
タ出力軸１０４の上部には、スリップリング１１４、１
１６とこれらにそれぞれ接触する集電用ブラシ１１５、
１１７が設けられている。そして、上述と同様の所定の
電流供給源（図示せず）からこの集電用ブラシ１１５、
１１７を介し所定の電流を電機子コイル１０８および１
０９に供給することによって、これら電機子コイル１０
８、１０９の下端の線路１０８ａ、１０９ａには、中心
方向（または放射方向）に向く電流が流される。

【００６９】クライオスタット１の上面には、円筒型ロ
ータ１０５を収容するため、凹部１ａが形成されてお
り、その中心部に軸受け１１０が形成され、この軸受け
１１０にモータ出力軸１０４の下端が支持されている。
また、円筒型ロータ１０５の上方には、スタンド１１２
が設けられ、ここに設けられた軸受け１１１によって、
モータ出力軸１０４の円筒型ロータ１０５の上方が支持
されている。

【００７０】また、クライオスタット１内の凹部１ａの
内面側には、これに近接して超電導シールド固定用スタ
ンド１０７が設けられ、この超電導シールド固定用スタ
ンド１０７に超電導シールド１０６が固定されている。
この超電導シールド１０６は、図１７に示したものと同
様の構成であり、６０゜の扇型部分を６０゜の間隔を置
いて配置したものである。

【００７１】このような装置において、ソレノイドコイ
ル３に一定方向の電流を流通すれば、ボア内に上方ある
いは下方に向かう一定の磁場が形成される（例えば、下
から上に向かう磁場とする）。超電導シールド１０６
は、６０゜おきに６０゜の大きさだけ配置されているた
め、図２０に示すように、電機子コイル１０８または１
０９の一方が超電導シールド１０６上に位置し、他方の
電機子コイル１０９または１０８は超電導シールド１０
６の存在しない部分の上に位置することになる。電機子
コイル１０８、１０９のボア内に存在する下方側線路１
０８ａ、１０９ａには、常に中心に向かう電流（または
外方に向かう電流）が流されているため、超電導シール
ド１０６の存在しない部分の上に位置する線路１０８ａ
または１０９ａには、ローレンツ力が働き円筒型ロータ
１０５は常に反時計回りの回転力を得る。従って、円筒
型ロータ１０５は、ローレンツ力によって回転される。
なお、電機子コイル１０８、１０９の図における上側部
分の線路には、下側の線路１０８ａ、１０９ａとは反対
の向きの電流が流れ、反対の向きのローレンツ力が働く
ことになるが、上側の線路はソレノイドコイル３のボア
の外に位置しているため、ここに働く力は小さく、円筒
型ロータ１０５の回転に悪影響はない。

【００７２】本実施例によれば、超電導シールド１０６
とソレノイドコイル３をクライオスタット１内に収容
し、超電導状態とした。このように、円筒型ロータ１０
５は、クライオスタット１の外部に配置し、電機子コイ
ル１０８、１０９は常電導コイルとした。このため、回
転部分をクライオスタット１の外部に配置したため、ク
ライオスタット１内の冷媒が撹拌によって温度上昇する
こと防止でき、冷媒の使用量（蒸発量）を低減すること
ができる。また、円筒型ロータ１０５では、その下部の
線路１０６ａ、１０７ａに常に一定方向の電流を流すこ
とができるため、集電装置として、単なるスリップリン
グが採用でき、その構成を簡単にできる。

【００７３】なお、ロータの構成は、必ずしも円筒型に
することはなく、第１実施例のような円盤型ロータ５を
採用することもできる。

【００７４】「その他の構成」上述の実施例では、ソレ
ノイドコイル３を超電導コイルとしたが、常電導コイル
でもよい。この場合、超電導シールド６のみクライオス
タット１の内部に収容し、冷却すればよい。超電導のソ
レノイドコイル３や、超電導シールド６としては、上述
の他にＹ系（イットリウム系）等各種の材料を使用する
ことができる。また、冷媒は、超電導状態を維持するた
め、適切なものを採用する。さらに、冷凍機で直接冷却
してもよい。

【００７５】なお、上述の各実施例の説明においては、
先行する実施例における部材と同一機能の部材には、同
一の符号を付し重複説明を省略した。

【００７６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電機子巻線の超電導シールドで覆われていない部分にお
ける半径方向の電流に対するローレンツ力によって回転
力を得る。従って、電機子巻線のターン数を増加させる
ことで、所望のトルクを得ることができる。このため、
小型で高出力を得ることができる。さらに、電機子巻線
が高インピーダンスになるため、集電装置における接触
抵抗の問題が少なく、集電装置を簡単な構成のものにで
きる。

【００７７】また、超電導シールドをロータとは別個に
固定することによって、超電導シールドの形成が容易と
なる。

【００７８】また、電機子巻線を、半径方向の直線状経
路とロータの円周に沿った経路により構成することによ
って、半径方向の電流を容易に得ることができる。

【００７９】また、超電導シールドをロータと同期して
回転することによって、電機子巻線に対する供給電流の
切替を不要とでき、集電装置の構成を簡略化できる。

【００８０】また、超電導シールドをロータ上に設ける
ことによって、超電導シールドの回転機構を省略するこ
とができる。

【００８１】また、ロータ上の超電導シールドの近傍に
固定駆動巻線により半径方向の電流を流しロータを回転
させることによって、固定の巻線のみによって、ロータ
の回転力を得ることができる。そこで、電流供給部分の
構成を簡略化することができる。

【００８２】固定駆動巻線を四角形状とすることによっ
て、超電導シールドの近傍における電流を簡単な構成で
得ることができる。

【００８３】超電導シールドを点対称的な形状にするこ
とによって、ソレノイドコイルによる磁場を比較的均一
なものにして、ロータの軸ぶれを防止することができ
る。

【００８４】ロータをクライオスタットの外部に配置す
ることによって、ロータの回転に伴う熱による冷媒の蒸
発を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の構成を示す図である。

【図２】 第１実施例の電機子コイルと超電導シールド
の構成を示す図である。

【図３】 第１実施例の磁力線の状態を示す図である。

【図４】 第１実施例のローレンツ力の状態を示す図で
ある。

【図５】 第１実施例において超電導シールドを取り除
いた場合に磁力線の状態を示す図である。

【図６】 第１実施例において、超電導シールドを取り
除いた場合のローレンツ力の状態を示す図である。

【図７】 第２実施例の構成を示す図である。

【図８】 第２実施例の電機子コイルと超電導シールド
の構成を示す図である。

【図９】 第３実施例の構成を示す図である。

【図１０】 第４実施例の構成を示す図である。

【図１１】 第４実施例の固定駆動コイルと超電導シー
ルドの構成を示す図である。

【図１２】 第４実施例の固定駆動コイル電流とトルク
の関係を示す特性図である。

【図１３】 第５実施例の構成を示す図である。

【図１４】 第５実施例における固定駆動コイルの電流
と超電導シールドの関係を示す図である。

【図１５】 第６実施例の構成を示す図である。

【図１６】 第６実施例における固定駆動コイルと超電
導シールドの構成を示す図である。

【図１７】 第７実施例の固定駆動コイルの電流と超電
導シールドの関係を示す図である。

【図１８】 第７実施例における固定駆動コイルと超電
導シールドの構成を示す図である。

【図１９】 超電導シールドと磁力線の関係を示す図で
ある。

【図２０】 第８実施例の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ クライオスタット、２ ボビン、３ ソレノイドコ
イル、４ モータ出力軸、５ 円盤型ロータ、６ 超電
導シールド、７ スタンド、８ 電機子コイル、９，１
０ ベアリング、１１，１２ 集電用ブラシ、１３，１
４ 整流子。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ソレノイドコイルを界磁コイルとし、そ
   のボア内にロータを設置したモータであって、 前記ロータ上に設けられた電機子巻線と、 前記ロータの軸方向から見て、電機子巻線を部分的に覆
   う超電導シールドと、 を有し、 電機子巻線に流れる電流であって、超電導シールドで覆
   われていない部分におけるロータの中心方向に向けて流
   れる電流成分と放射方向に向けて流れる電流成分との量
   を異ならせることによって、半径方向の一方向の電流成
   分を大きくして、ソレノイドコイルにより発生する磁界
   がこの半径方向の電流に対し与える力によって回転力を
   得ることを特徴とする超電導モータ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモータであって、 前記超電導シールドは、ロータとは独立して固定されて
   いることを特徴とする超電導モータ。
3. 【請求項３】 請求項２に記載のモータにおいて、 前記電機子巻線は、ロータの中心軸を通る半径方向の直
   線状経路と、円盤ロータの円周に沿った円弧状の経路か
   らなり、前記超電導シールドが前記直線状経路の一部を
   覆うことを特徴とする超電導モータ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のモータであって、 前記超電導シールドは、前記ロータとは独立して設けら
   れており、かつこの超電導シールドは、回転駆動手段に
   よってロータに同期して回転されることを特徴とする超
   電導モータ。
5. 【請求項５】 請求項１に記載のモータにおいて、 前記超電導シールドは、前記ロータ上に設けられている
   ことを特徴とする超電導モータ。
6. 【請求項６】 ソレノイドコイルを界磁コイルとし、そ
   のボア内にロータを設置したモータであって、 前記ロータの表面の少なくとも一部を覆う超電導シール
   ドと、 この超電導シールドの近傍に前記ロータとは独立して配
   置され、ロータの半径方向であって、中心に向かう方向
   または放射方向のいずれか一方の半径方向の電流を実質
   的に流す固定駆動巻線と、 前記ソレノイドによって発生する磁界と、前記固定駆動
   巻線に流れる電流によって生じる磁界の作用によって、
   ロータを回転させることを特徴とする超電導モータ。
7. 【請求項７】 請求項６に記載のモータにおいて、 前記固定駆動巻線は、ロータの中心から円周方向に向く
   半径方向の第１の部分と、この両端から上方に向けて伸
   びる第２および第３の部分と、第１の部分と平行な第４
   の部分を有する四角形状に巻かれていることを特徴とす
   る超電導モータ。
8. 【請求項８】 請求項７に記載のモータにおいて、 前記超電導シールドは、ロータの回転軸を中心としてそ
   の回りに軸対称に形成されていることを特徴とする超電
   導モータ。
9. 【請求項９】 請求項２に記載のモータにおいて、 超電導シールドを所定の低温状態に保たれるクライオス
   タット内に配置すると共に、電機子巻線をクライオスタ
   ットの外部に配置し、かつ電機子巻線を常電導巻線にす
   ることを特徴とする超電導モータ。