JP5367393B2 - 超電導装置 - Google Patents

Description

本発明は電極をもつ超電導装置に関する。

従来、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、超電導部を断熱状態に収容する基体と、容器内の超電導部が臨界温度以下となるように超電導部を冷却させるための冷却部と、超電導部に電気的に接続され超電導部に給電する電極とを有する超電導装置が知られている（特許文献１，２）。このものによれば、超電導部をこれの臨界温度以下に冷却させれば、超電導部の超電導現象が得られ、電気エネルギが節約される。

特開２００７−８９３４５号公報 特開２００８−１５９８２８号公報

上記した超電導装置によれば、使用時には、超電導部がこれの臨界温度以下の極低温に冷却されるため、電極もその影響で冷却される。そして、電極が空気雰囲気に晒されていると、空気に含まれる気相状の水蒸気に起因して、結露が電極の表面に発生したりする。電極の表面が更に低温になると、着霜が電極の表面に発生したりするおそれがある。具体的には、電極付近の空気が飽和蒸気圧となる温度まで冷却されると、電極または基体の表面において結露がはじまる。更に電極の表面温度が０℃以下となると、結露水が氷結したり、空気に含まれている気相状の水蒸気が電極または基体の表面において着霜したりするおそれがある。このような場合、超電導装置の使用に制限がかかることがある。ここで、着霜は、空気中に含まれる気相状の水分が冷却されて霜を形成する現象をいう。結露は、空気中に含まれる気相状の水分が冷却されて凝縮水を形成する現象をいう。更には氷結した水分が融解・凝固を繰り返すと、水分の凝固は体積膨脹を発生させるため、電極付近において機械的な損傷が誘発されるおそれがある。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、電極付近における着霜や結露を抑制させるのに貢献できる超電導装置を提供するにある。

本発明に係る超電導装置は、臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、超電導部を収容する基体と、基体に収容されている超電導部がこれの臨界温度以下となるように超電導部を冷却させるための冷却部と、超電導部または電気機器に給電すると共に冷却部による冷却の影響を受ける電極と、電極を基体に固定する固定部と、電極および／または固定部に熱エネルギを与えて電極および／または固定部の表面を着霜温度または結露温度以上に維持することにより、結露および／または着霜を抑制する電極温度調整要素とを具備し、電極温度調整要素は、電極および／または固定部に熱エネルギを与える熱交換媒体が供給される熱交換室と、前記換室に前記熱交換媒体を供給するための熱交換媒体供給部とを備え、冷却部はコンプレッサを備えており、電極温度調整要素の熱交換媒体供給部は、冷却部に設けられているコンプレッサを熱交換媒体で冷却させる熱交換媒体循環通路と、熱交換媒体循環通路の熱交換媒体を熱交換室に供給するための搬送源とを備えていることを特徴とする。

電極は、超電導部または電気機器に電気的に接続されており、超電導部または電気機器に給電する。電気機器としては超電導部以外の電気機器が挙げられる。固定部は電極を基体に固定するものである。冷却部により超電導部がこれの臨界温度以下に維持されていると、超電導部が超電導状態を示す。冷却部の冷却の影響を受けて、電極が冷却されると共に、電極を固定する固定部も冷却される。電極および／または固定部の表面が結露温度または着霜温度未満に過剰に冷却されると、電極および／または固定部の表面において、結露または着霜が発生するおそれがある。

電極温度調整要素は、電極および／または固定部に熱エネルギを与える。このため電極および／または固定部の表面を結露温度または着霜温度以上に維持することができる。これにより電極および／または固定部近傍の空気雰囲気が水蒸気を含むときであっても、結露または着霜が抑制される。

超電導部に給電する電極温度調整要素は、超電導部が冷却部により冷却されて過剰に低温とされるとき、電極および／または固定部に熱エネルギを与え、電極および／または固定部の表面を結露温度または着霜温度以上に維持する。これにより電極および／または固定部の近傍の空気雰囲気が水蒸気を含むときであっても、結露および／または着霜が抑制される。

参考例１に係り、超電導装置を示す断面図である。 参考例１に係り、超電導装置の電極付近を拡大して示す断面図である。 参考例２に係り、超電導装置の電極付近を拡大して示す断面図である。 参考例３に係り、超電導装置の電極付近を拡大して示す断面図である。 参考例４に係り、超電導装置の電極付近を拡大して示す断面図である。 参考例５に係り、超電導装置の電極付近を拡大して示す断面図である。 実施例１に係り、超電導装置を示す断面図である。 実施例２に係り、超電導装置を示す断面図である。 実施例３に係り、超電導装置を示す断面図である。 実施例４に係り、超電導装置を示す断面図である。

超電導部は、これの臨界温度以下に冷却されると、超電導状態を示すものであり、形状および構造を問わない。更に、冷却部は、超電導部材の超電導状態を維持するために超電導部をこれの臨界温度以下の低温に維持するものである。低温は極低温が好ましい。極低温とは、超電導部の超電導状態を維持できる温度域以下とすることができる。従って、超電導部を構成する超電導材料の臨界温度または組成によって、極低温状態の温度域は相違する。極低温状態とは、実用的には、窒素ガスの液化温度（７７Ｋ）以下よりも低温であることが好ましい。但し、極低温状態とは、超電導部材の組成によっては１００Ｋ以下、１５０Ｋ以下でよい場合がある。冷却部は冷凍機を含む構造であっても良いし、あるいは、冷凍機からの低温を超電導部側に伝熱させる伝熱機構でも良いし、あるいは、冷凍機を搭載せずに、極低温の冷媒（例えば液化ヘリウム、液化窒素、液化酸素）を断熱保持する機構でも良い。

電極温度調整要素は、電極および／または固定部に熱エネルギを与え、電極および／または固定部の表面を結露温度または着霜温度以上に維持するものである。結露温度は降温により結露が開始される温度である。着霜温度は降温により着霜が開始される温度である。電極温度調整要素は、電極および／または固定部に熱交換媒体の熱エネルギを供給する方式を採用することが好ましい。熱交換媒体は気体、液体のいずれでも良い。気体は空気、窒素ガス、窒素富化ガス、アルゴンガス等が挙げられる。気体であれば、電極と熱交換した後にそのまま大気に放出することもできる。液体としては水（電気絶縁性が高い純水を含む）、オイル、不凍液があげられる。液体であれば、熱交換量を増加できる。

本発明の一視点によれば、好ましくは、電極温度調整要素は、電極および／または固定部に熱エネルギを与える熱交換媒体が供給される熱交換室と、熱交換室に熱交換媒体を供給するための熱交換媒体供給部とを備えている。電極の温度調整を考慮すると、熱交換室は電極に隣設されていることが好ましい。

本発明の一視点によれば、好ましくは、熱交換室と超電導部との間には、真空断熱室が配置されている。この場合、熱交換室に熱エネルギが与えられても、真空断熱室により熱交換室から超電導部に熱侵入することが抑制される。

本発明の一視点によれば、冷却部がコンプレッサを搭載している場合には、好ましくは、電極温度調整要素は、冷却部に設けられているコンプレッサを熱交換媒体で冷却させる熱交換媒体循環通路と、熱交換媒体循環通路の熱交換媒体を熱交換室に供給するための搬送源とを備えている。搬送源としては、熱交換媒体の種類に応じてポンプ、ファン、ブロア、コンプレッサが例示される。

本発明の一視点によれば、電極温度調整要素により電極および／または固定部に熱エネルギを与え、電極および／または固定部の表面を着霜温度または結露温度以上に維持することにより、着霜または結露を抑制するモードと、電極温度調整要素が電極および／または固定部に熱エネルギを与えることを抑えるモードとを切り替える切替要素が設けられていることができる。

（参考例１）
図１および図２は参考例１を示す。本参考例は、あくまでも本発明の一例を示すものであり、これに限定されるものではない。本参考例は超電導装置の代表例である磁場発生装置の一例として超電導モータ装置に適用している。図１は、本例に係る超電導モータ装置１を示す。超電導モータ装置１は、車載用、定置用、産業用等に利用できるものであり、磁場発生部として機能する超電導モータ２と、冷却部として機能する極低温発生部３と、基体として機能する容器４とを有する。

ここで、超電導モータ２は、位相が１２０度ずつそれぞれ相違する三相の交流電流を給電するモータを形成する。超電導モータ２は、これの軸心Ｐ１の回りを１周する円筒形状をなす固定子２０と、固定子２０に対して回転可能な可動子として機能する回転子２７とを有する。回転子２７は、超電導モータ２の軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。永久磁石部２９は公知の永久磁石で形成できる。

固定子２０は、透磁ヨークとして機能する透磁率が高い材料で形成された円筒形状をなす固定鉄心２１と、固定鉄心２１を構成するティース部２１０に巻回されて保持された超電導部として機能する超電導コイル２２とを有する。ティース部２１０は、径内方向に均等な間隔を隔てて複数個配置されている。なお、図１において、超電導コイル２２において、ティース部２１０を挟むコイル線２２ｘとコイル線２２ｙとは、互いに逆向きに電流を流す。

超電導コイル２２は三相の交流電流を通電できるように３個に分割されている。超電導コイル２２は公知の超電導材料で形成されている。超電導コイル２２は、固定鉄心２１の内周部に形成されたスロットル溝２１ａ内に配置されている。三相の交流電流が超電導コイル２２に流れると、固定子２０の回りつまり軸心Ｐ１の回りを回転する回転磁場が発生する。回転磁場により回転子２７がこれの軸心Ｐ１の回りで回転し、モータ機能が得られる。

極低温発生部３は、超電導コイル２２の超電導状態を維持するために超電導コイル２２を極低温に維持するものである。極低温発生部３で得られる極低温の温度領域は、超電導コイル２２を構成する超電導材料の材質に応じて選択されるが、窒素液化温度以下にでき、例えば、例えば０〜１５０Ｋ、殊に１〜１００Ｋ、１〜８０Ｋとすることができる。但し、超電導材料の材質によってはこれらに限定されるものではない。極低温発生部３は、極低温をコールドヘッド３２において発生させる冷凍機３０を有する。冷凍機３０としては、パルス管冷凍機、スターリング冷凍機、ギホードマクマホン冷凍機、ソルベイ冷凍機、ヴィルマイヤー冷凍機等といった公知の冷凍機を例示できる。

冷凍機３０のコールドヘッド３２と超電導モータ２の固定子２０の固定鉄心２１とを伝熱可能に繋ぐ伝熱材料を基材とする熱伝導部３３が設けられている。熱伝導部３３は、コールドヘッド３２で低温に冷却されるヘッド３３ｈをもつ。熱伝導部３３は、高い伝熱性を有する材料（例えば、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金）等で形成されている。

図１に示すように、容器４は容器状をなしており、超電導コイル２２を断熱させる断熱室として機能する減圧断熱室として機能する真空断熱室４０を形成する。真空とは、大気圧よりも断熱を維持できる程度の減圧状態であることを意味し、大気圧よりも減圧されていればよく、例えば１０−１Ｐａ以下、１０−２Ｐａ以下、あるいは１０−５Ｐａ以下とすることができる。容器４の真空断熱室４０は、固定子２０に巻回されて保持されている超電導コイル２２の外周側（外側）を固定子２０の外周側（外側）と共に包囲する外側真空断熱室４１（例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）と、超電導コイル２２の内周側（内側）を固定子２０の内周側（内側）と共に包囲する内側真空断熱室４２（圧力：例えば１０−１Ｐａ以下，１０−２Ｐａ以下）とを有する。なお、真空断熱室４０は出荷時に高真空状態（大気圧よりも減圧されている状態）に維持されているが、メンテナンス等により長期にわたり高真空状態に維持されることが好ましい。

この場合、超電導コイル２２は外側真空断熱室４１と内側真空断熱室４２とで包囲されているため、超電導コイル２２は極低温状態に維持され、ひいては超電導状態が維持される。図１に示すように、外側真空断熱室４１は、固定子２０の外周部を包囲する第１断熱室部分４１ａと、熱伝導部３３のヘッド部３３ｈおよびコールドヘッド３２の外側を包囲する第２断熱室部分４１ｃとを有する。第２断熱室部分４１ｃは、熱伝導部３３およびコールドヘッド３２を包囲しており、これらの低温を維持する。

図１に示すように、容器４は、外側から内側にかけて、同軸的に配置された第１容器４３、第２容器４４、第３容器４５、第４容器４６を有する。第１容器４３および第２容器４４は、外側真空断熱室４１を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。第３容器４５および第４容器４６は、内側真空断熱室４２を形成するように、固定鉄心２１の径方向において互いに対面する。

第４容器４６で区画される円筒形状の空間４７には、回転子２７が回転可能に配置されている。空間４７は大気に連通している。回転子２７は回転作動体に連結されている。なお、超電導モータ装置１が自動車等の車両に搭載される場合には、回転作動体は走行用のホィール等が例示される。従って、回転子２７が回転すると、ホィールが回転することができる。

図１に示すように、第１容器４３は、超電導モータ２の外周部を包囲する筒状の第１包囲部４３１と、超電導コイル２２に給電する３相用の電流導入線５６を案内する案内室４３２を形成する筒状をなす案内部４３３と、コールドヘッド３２および熱伝導部３３を覆うように第２包囲部４３４と、冷凍機３０の冷媒ガスを圧縮させるコンプレッサ３０ａのフランジ３０ｃを取り付けるための取付フランジ部４３５とを有する。図１に示すように、案内部４３３は、第１容器４３のうち超電導モータ２を包囲する第１包囲部４３１から突設されている。なお、第１容器４３の外側は大気開放とすることができるが、これに限定されるものではない。第１容器４３の外側は断熱材で覆われていても良い。

第１容器４３を構成する材料としては、漏れ磁束を透過させないか、あるいは、透過させにくいこと、強度を有することが好ましい。このような材料としては、透磁率が低い非磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系等のステンレス鋼等の合金鋼）が例示される。第２容器４４，第３容器４５，第４容器４６を構成する材料としては、磁束の変化に基づく渦電流を抑制すべく、電気抵抗が高い材料が好ましい。このような材料としては、樹脂、補強材強化樹脂、セラミックス等が例示される。補強材強化樹脂の補強材はガラス、セラミックス等の無機物が例示される。補強材は補強繊維が好ましく、ガラス繊維、セラミックス繊維等の無機繊維が例示される。樹脂は熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれでも良い。

図１に示すように、第１容器４３に部分的に突設されている筒形状をなす案内部４３３の先端部には、プレート状の固定部７０が固定されている。固定部７０は、電気的および熱的に絶縁性が高い材料、および／または、磁束を透過させにくい材料で形成されていることが好ましい。例えば、透磁率が低い非磁性，常磁性等の金属材料（例えばオーステナイト系）、樹脂、繊維強化樹脂、セラミックスが例示される。案内室４３２は外側真空断熱室４１に連通しているため、超電導モータ２の駆動時には真空断熱状態（減圧断熱状態）とされ、断熱機能を発揮することができる。従って電極５はできるだけ低温に維持されやすい。

図１に示すように、複数（３個）の電極５は、超電導コイル２２に電流導入線５６を介して電気的に接続されており、超電導コイル２２に給電する導電材料を基材とする端子である。電極５は、固定部７０から離間する方向に固定部７０から突出する突出部５５を有する。電極５は、第１容器４３の案内部４３３の先端部の固定部７０に固定状態に保持されている。なお、電極５を形成する材料としては導電材料であれば特に限定されず、銅、銅合金、アルミニウム、アルミニウム合金、鉄、鉄合金、銀、銀合金等が例示されるが、これらに限定されるものではなく、要するに導電性を有するものであれば良い。

さて本参考例によれば、超電導コイル２２に電極５から給電しているときには、超電導コイル２２は極低温状態に冷却されている。このため超電導コイル２２の低温の影響を電極５が受け、電極５付近の空気の着霜温度や結露温度以下に電極５が冷却されるおそれがある。この点について本参考例によれば、図１に示すように、熱交換媒体の熱エネルギを電極５および／または固定部７０に与え、電極５および／または固定部７０の表面を着霜温度および／または結露温度以上に維持する電極温度調整要素１００が設けられている。この電極温度調整要素１００は、電極５および固定部７０に熱エネルギを与える熱交換媒体が供給される電極温度調整室として機能する熱交換室１０２と、熱交換室１０２に熱交換媒体を供給するための熱交換媒体供給部１０４とを備えている。熱交換媒体は液体でも、気体でも、気相および液相が混在するミストでも良い。液体としては、水（電気絶縁性が高い純水を含む）、不凍液、オイル（シリコンオイル、エンジンオイル等）が例示される。気体としては、空気、窒素ガス、窒素富化ガス、アルゴンガス等が例示される。熱交換媒体供給部１０４は、着霜温度および／または結露温度よりも高い温度をもつ熱交換媒体（０℃を超える温度）を熱交換室１０２に供給できるポンプ機能をもつ。熱交換媒体供給部１０４は、熱交換室１０２の入口１０２ｉおよび出口１０２ｐに連通する通路１０６をもつ。

図２に示すように、熱交換室１０２は、容器４の第１容器４３に設けられており、固定部７０と、熱交換室１０２の室空間を介して固定部７０に対面する仕切盤１１０と、電気絶縁材料で形成された筒体１１２とを備えている。筒体１１２は、電極５を嵌合する嵌合孔１１２ａを有すると共に、電極５の外壁面５ｓを同軸的に包囲する。電気絶縁性が高い筒体１１２により、熱交換室１０２、固定部７０および仕切盤１１０等に対して、電極５は電気的に絶縁されている。図２に示すように、筒体１１２の一端部１１２ｅは、固定部７０の貫通孔７０ｍにシール部７０ｋでシールされつつ挿入されている。筒体１１２の他端部１１２ｆは、仕切盤１１０の貫通孔１１０ｍにシール部１１０ｋでシールされつつ挿入されている。シールにより熱交換媒体の漏れが防止されている。シール部７０ｋ，１１０ｋは、高いシール性および高い電気絶縁性を有する。

仕切部材として機能する仕切盤１１０は、案内室４３２に隣設している。従って熱交換室１０２と超電導コイル２２との間には、断熱性が高い案内室４３２（真空断熱室）が介在している。このため熱交換室１０２の熱エネルギは超電導コイル２２に伝達されにくくなり、電極５を温度調整しつつも、超電導コイル２２を低温状態に維持させるのに有利である。上記した筒体１１２は、セラミックス、樹脂等の電気絶縁性が高い材料で形成されている。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、マグネシア、窒化硅素、炭化硅素、ムライト、窒化アルミニウム、ベリリア、窒化硼素などが例示される。樹脂としては、熱交換媒体を吸収しにくい材質が好ましい。なお案内室４３２は高真空状態であるため、水蒸気を含んでおらず、結露や着霜の不具合は抑えられている。

配置関係の一例としては、固定部７０は上側に、仕切盤１１０は下側に配置することができる。この場合、熱交換媒体供給部１０４の作動が停止し、熱交換媒体の流れが停止しているとき、熱交換室１０２内の対流により、相対的に温度が低い熱交換媒体が下側の仕切盤１１０側に滞留するため、仕切盤１１０の温度を低めにでき、案内室４３２側への熱侵入量が抑制される。但し、固定部７０および仕切盤１１０の位置関係は、これに限定されるものではなく、逆でも良く、更には、固定部７０および仕切盤１１０は鉛直方向に沿っていても良い。

さて、超電導モータ２が駆動されるときには、図略の切替スイッチがオンされると、外部の電源に繋がる電極５に三相の交流が給電される。ひいては超電導コイル２２に給電される。この結果、超電導モータ２において回転磁場が軸心Ｐ１の回りで発生し、回転子２７が軸心Ｐ１の回りで回転する。これにより超電導モータ２が駆動される。ここで、磁束は第３容器４５，内側真空断熱室４２，第４容器４６を透過し、回転子２７の永久磁石部２９に吸引および反発作用を発生させ、回転子２７が回転する。このように超電導モータ２が回転駆動されるとき、極低温発生部３が発生する極低温により超電導コイル２２および固定鉄心２１は、極低温状態に良好に維持される。故に、超電導コイル２２がこれの臨界温度以下に良好に維持され、超電導モータ２は良好に回転駆動する。なお、超電導コイル２２の電気抵抗は０かあるいは著しく低いため、超電導モータ２０の出力は高い。なお本参考例によれば、第４容器４６の内周面で形成される空間４７は、大気に連通する。このため第４容器４６は第３容器４５よりも高温側とされている。

以上説明したように本参考例によれば、超電導コイル２２に電極５から給電しているとき、超電導コイル２２は超電導状態を示すべく、極低温状態に維持されている。このため、その影響を受け、電極５や固定部７０は、電極５の突出部５５付近の空気の結露温度以下または着霜温度以下に冷却されるおそれがある。この場合、電極５の突出部５５の表面、あるいは、固定部７０の表面などにおいて、結露水が発生したり、着霜が発生したりするおそれがある。この点について本参考例によれば、結露または着霜が発生するおそれがあるとき、あるいは、発生しているとき、電極温度調整要素１００は、熱交換媒体の熱エネルギを電極５に与え、電極５および／または固定部７０の表面を着霜温度および／または結露温度以上に維持する。ここで、電極温度調整要素１００は、電極５および／または固定部７０に熱エネルギを与える熱交換媒体が供給される熱交換室１０２と、熱交換室１０２に熱交換媒体を供給するための熱交換媒体供給部１０４とを備えている。

熱交換媒体供給部１０４は、着霜温度または結露温度よりも高い温度をもつ熱交換媒体を熱交換室１０２に供給できる。これにより、電極５の突出部５５、固定部７０の表面における温度調整が実施され、電極５および／または固定部７０の過剰低温化が抑制される。従って、電極５の突出部５５および／または固定部７０が空気に触れる環境であっても、空気に含まれる水蒸気が電極５および／または固定部７０の表面において、結露したり、着霜したりすることが効果的に抑制される。従って、結露や着霜の影響を抑えつつ、電極５から超電導コイル２２に良好に給電できる。

更に本参考例によれば、電気絶縁性が高い電気絶縁部材として機能する筒体１１２により、熱交換室１０２、固定部７０および仕切盤１１０等に対して、電極５は充分に絶縁されている。このため、水等のような導電性を有する熱交換媒体を熱交換室１０２に供給したとしても、別段の支障がない。加えて本参考例によれば、熱交換室１０２の流路断面積は、通路１０６の流路断面積よりも大きい。このため、熱交換室１０２を流れる熱交換媒体の流速は、通路１０６の流速よりも低めとなる。従って、熱交換室１０２を流れる熱交換媒体と電極５との熱交換時間が確保され、電極５の温度調整が良好に実施される。

本参考例によれば、熱交換媒体供給部１０４を作動させて熱交換媒体を熱交換室１０２に供給させるタイミングとしては、特に限定されないが、冷凍機３０が作動開始する前、作動開始と同時に、作動開始後でも良く、電極５および／または固定部７０付近において結露または着霜が発生する前が好ましい。但し、結露または着霜が発生した後において、熱交換媒体供給部１０４の作動を開始させて熱交換媒体を熱交換室１０２に供給させることにしても良い。

更に本参考例によれば、図１に示すように、熱交換室１０２と超電導コイル２２との間には、断熱性が高い真空断熱室である案内室４３２が介在している。このため熱交換室１０２内を流れる熱交換媒体の熱エネルギは、超電導コイル２２側に伝達されにくくなる。従って、超電導コイル２２を低温状態に維持させるのに有利であり、超電導コイル２２の超電導状態が良好に維持される。更に、仕切盤１１０が金属であれば、仕切盤１１０から案内室４３２に向かう輻射熱も抑制できる。なお、電磁波が可視光波長領域である場合には、熱輻射の放射率および吸収率については、金属は樹脂やセラミックスと大差がないもの、電磁波が赤外線波長領域である場合には、熱輻射の放射率および吸収率については、金属は樹脂やセラミックスに比較してかなり小さい。

（参考例２）
図３は参考例２を示す。本参考例は基本的には参考例１と同様の構成および作用効果を有するため、図１を準用する。図３に示すように、電極５の突出部５５や固定部７０の表面に着霜または結露が発生したことを検知するセンサ３００が設けられている。センサ３００は、発光部３０１と受光部３０３とを有する。着霜または結露が電極５に発生していないときには、発光部３０１からの光は電極５の表面近くを透過し、受光部３０３で良好に受光される。これに対して、着霜または結露が電極５および／または固定部７０に発生しているときには、発光部３０１からの光は霜や結露水により反射され、受光部３０３で受光され無いか、あるいは、受光されにくい。このため着霜または結露が制御装置３５０により検知される。

従って、着霜または結露がセンサ３００により検知されていないときには、制御装置３５０は電極温度調整要素１００の熱交換媒体供給部１０４を作動させず、従って、熱エネルギを与える熱交換媒体を熱交換室１０２に供給しない。これに対して着霜または結露が制御装置３５０により検知されたら、制御装置３５０は電極温度調整要素１００の熱交換媒体供給部１０４を作動させ、熱エネルギを与える熱交換媒体を熱交換室１０２に供給することができる。

勿論、着霜または結露がセンサ３００により検知されていないときであっても、制御装置３５０は電極温度調整要素１００の熱交換媒体供給部１０４を作動させ、熱エネルギを与える熱交換媒体を熱交換室１０２に供給することにしても良い。センサ３００の方式は光式に限定されず、導電式、視覚式でも良い。

（参考例３）
図４は参考例３を示す。本参考例は基本的には参考例１と同様の構成および作用効果を有する。電極５に熱エネルギを与える乾燥気体（例えば乾燥空気）で形成された熱交換媒体が供給される熱交換室１０２が設けられている。着霜温度または結露温度よりも高い温度をもつ乾燥気体で形成された熱交換媒体が、入口１０２ｉから熱交換室１０２に供給され、出口１０２ｐから吐出される。これにより電極５の温度調整が熱交換室１０２において実施される。従って電極５の突出部５５が空気に触れる環境であっても、空気に含まれる水蒸気が電極５の表面において、結露したり、着霜したりすることが抑制される。更に熱交換室１０２には、水ではなく、乾燥気体が熱交換媒体として供給されるため、電極５の外壁面５ｓは、電気絶縁性が高い筒体により被覆されておらず、熱交換室１０２に直接対面しているため、外壁面５ｓにおける熱交換効率を高め得る。なお、電極５は、固定部７０に対してシール部７０ｗでシールされており、仕切盤１１０に対してシール部１１０ｗでシールされている。シール部７０ｗ，１１０ｗは電気絶縁性を有することが好ましい。

（参考例４）
図５は参考例４を示す。本参考例は基本的には参考例１と同様の構成および作用効果を有する。熱交換媒体供給部１０４Ｄは、着霜温度および／または結露温度よりも高い温度をもつ熱交換媒体を供給できるポンプ機能をもち、電極５のうち固定部７０よりも突出する突出部５５の外壁面に非接触（図５では非接触）でまたは接触させてスパイラル状に巻回された熱交換室として機能する通路１０６Ｄを形成するスパイラル管１０９をもつ。スパイラル管１０９の通路１０６Ｄを流れる液状または気体状の熱交換媒体により、電極５は温度調整される。スパイラル管１０８は、金属パイプ管で形成されていても良いし、あるいは、図示しないものの、金属パイプ管の外壁面に電気絶縁層が被覆されていても良い。

（参考例５）
図６は参考例５を示す。本参考例は基本的には参考例１と同様の構成および作用効果を有する。図６に示すように、固定部７０は仕切盤１１０の上側に配置されている。固定部７０は、電極５の突出部５５から下降傾斜する傾斜面７０ｔをもつ。従って万一、電極５の突出部５５および／または固定部７０で着霜した霜が解凍されて水が発生したときであっても、水を傾斜面７０ｔに沿って流下させ得るため、水を電極５の突出部５５から離間させることができる。なお、送風機能のほかにヒータ機能を有する乾燥促進装置により、電極５の突出部５５および／または固定部７０付近を乾燥させることが好ましい。

（実施例１）
図７は実施例１を示す。本実施例は基本的には参考例１と同様の構成および作用効果を有する。図７に示すように、電極温度調整要素１００は、冷却部としての極低温発生部３に設けられている冷凍機３０のコンプレッサ３０ａを熱交換媒体（冷却液）で冷却させる熱交換媒体循環通路１３１と、熱交換媒体循環通路１３１の熱交換媒体を熱交換室１０２に供給するための搬送源として機能するポンプ１３３とを備えている。更に、熱交換媒体循環通路１３１を流れる熱交換媒体をラジエータとして機能する放熱させる放熱器１３５が、熱交換媒体循環通路１３１において熱交換室１０２の上流に設けられている。通路１３１、ポンプ１３３、放熱器１３５は、冷凍機３０のコンプレッサ３０ａを冷却させるために従来より搭載されている。本実施例は、従来から搭載されている通路１３１、ポンプ１３３、放熱器１３５を有効利用している。

ここで、ポンプ１３３が駆動すると、熱交換媒体循環通路１３１に熱交換媒体が循環する。ここで、熱交換媒体は、コンプレッサ３０ａと熱交換してコンプレッサ３０ａを冷却させると共に加熱される。加熱された熱交換媒体は、放熱器１３５で放熱されて冷却された後に、入口１０２ｉから熱交換室１０２に供給され、出口１０２ｐから吐出される。このため熱交換媒体により電極５は温度調整される。これにより電極５および／または固定部７０付近は、着霜温度および／または結露温度以上に維持される。従って電極５の突出部５５が空気に触れている環境であっても、空気に含まれる水蒸気が電極５および／または固定部７０の表面に着霜したり、結露したりすることが抑制される。従って電極５から超電導コイル２２に良好に給電できる。

ところで、電極５の温度が過剰に高温になると、着霜や結露は防止できるものの、電極５から電流導入線５６を介して超電導コイル２２側に熱侵入するおそれがある。この点本実施例によれば、放熱器１３５で放熱されて一旦冷却された後の熱交換媒体を熱交換室１０２に供給し、電極５を温度調整することにしている。このため、電極５や固定部７０の温度が過剰に高温になることが抑制される。従って電極５や固定部７０から超電導コイル２２への熱侵入量が抑えられる。

本実施例によれば、コンプレッサ３０ａと熱交換してコンプレッサ３０ａを冷却させる熱交換媒体は、コンプレッサ３０ａの上流に位置する熱交換室１０２において電極５との熱交換により冷却される。このためコンプレッサ３０ａに流れる直前の熱交換媒体の温度を低下させて熱交換媒体の冷却能力を高めることが期待される。この場合、コンプレッサ３０ａを効果的に冷却できる。場合によっては放熱器１３５を廃止しても良い。

（実施例２）
図８は実施例２を示す。本実施例は基本的には実施例１と同様の構成および作用効果を有する。図８に示すように、電極温度調整要素１００は、冷却部としての極低温発生部３に設けられているコンプレッサ３０ａを熱交換媒体で冷却させる熱交換媒体循環通路１３１と、熱交換媒体循環通路１３１の熱交換媒体を熱交換室１０２に供給するための搬送源として機能するポンプ１３３とを備えている。更に、熱交換媒体循環通路１３１を流れる熱交換媒体を放熱させる放熱器１３５が、熱交換媒体循環通路１３１に設けられている。熱交換媒体循環通路１３１は、熱交換室１０２を迂回する迂回路１３８と、迂回路１３８の入口に設けられた三方弁で形成された切替弁１３９（切替要素）とを有する。切替弁１３９は、熱交換室１０２に供給する熱交換媒体の単位時間あたりの流量を連続的にまたは断続的に可変に調整できる。

電極５および／または固定部７０に着霜または結露が発生しているとき、あるいは、発生するおそれがあるときには、切替弁１３９が切り替えられ、熱交換媒体循環通路１３１を流れる熱媒体が熱交換室１０２に多量に供給され、電極５および／または固定部７０が温度調整される。ここで、電極５および／または固定部７０における着霜または結露は、センサ３００により検知される。これに対して、着霜または結露が発生していないとき、発生するおそれがないときには、切替弁１３９が切り替えられ、熱交換媒体は迂回路１３８に流れるものの、熱交換室１０２に供給されない。あるいは、熱交換室１０２に流れる熱交換媒体の単位時間あたりの流量が小さくなる。このように熱交換媒体が熱交換室１０２に供給されないか、熱交換室１０２に供給されることが制限される。この結果、ポンプ１３３の駆動エネルギを節約できるばかりか、熱交換媒体の熱エネルギが熱交換室１０２から電極５に与えられることが抑制される。故に、電極５および／または固定部７０の過剰昇温が抑制され、電極５から超電導コイル２２への熱侵入量が抑制される。このように切替弁１３９は、着霜または結露の防止のために電極５を温度調整するモードと、電極５を温度調整しないモードとに切り替える切替要素として機能する。

（実施例３）
図９は実施例３を示す。本実施例は基本的には実施例１，２と同様の構成および作用効果を有する。図９に示すように、電極５の突出部５５および／または固定部７０（結露場所または着霜場所）に向けて気体状の熱交換媒体（例えば空気等）を送風するファンを有する乾燥促進装置４００が設けられている。これにより万一、着霜または結露が電極５および／または固定部７０に発生したときであっても、霜が溶けた水または結露水を送風により早期に乾燥させることを期待できる。乾燥促進装置４００は送風機能のほかにヒータ機能を有していても良い。

（実施例４）
図１０は実施例４を示す。本実施例は基本的には参考例５と同様の構成および作用効果を有する。エンジン４００を有する車両に車載用として適用した場合である。図１０に示すように、電極温度調整要素１００Ｅは、エンジン４００を熱交換媒体（エンジン冷却液）で冷却させる熱交換媒体循環通路１３１Ｅと、熱交換媒体循環通路１３１Ｅの熱交換媒体を循環させると共に熱交換室１０２に供給するための搬送源として機能するポンプ１３３とを備えている。更に、熱交換媒体循環通路１３１を流れる熱交換媒体の熱を外部に放出させる放熱器１３５がラジエータとして熱交換媒体循環通路１３１に熱交換室１０２の下流に設けられている。ポンプ１３３が駆動すると、熱交換媒体循環通路１３１に熱交換媒体が循環する。ここで、熱交換媒体は、エンジン４００と熱交換してエンジン４００を冷却させると共に加熱される。加熱された熱交換媒体は、放熱器１３５に至り、放熱器１３５で放熱されて冷却された後に、放熱器１３５の下流に位置する入口１０２ｉから熱交換室１０２に供給され、出口１０２ｐから吐出される。このため熱交換室１０２の熱交換媒体により電極５の温度調整は実施される。これにより電極５付近は、着霜温度および／または結露温度以上に維持される。従って水蒸気が電極５の表面に着霜したり、結露したりすることが抑制される。

電極５および固定部７０の温度が過剰に高温になると、着霜や結露は防止できるものの、電極５から電流導入線５６を介して超電導コイル２２側に熱侵入するおそれがある。この点本実施例によれば、エンジン４００を冷却した後に放熱器１３５で放熱されて一旦冷却された熱交換媒体を熱交換室１０２に供給し、電極５を温度調整することにしている。このため、電極５および／または固定部７０を温度調整する熱交換媒体の温度が過剰に高温になることが抑制されている。故に、熱交換室１０２内の電極５および／または固定部７０の温度が過剰に高温になることが抑制されている。従って電極５から超電導コイル２２への熱侵入量ができるだけ抑えられる。

本実施例によれば、図１０から理解できるように、エンジン４００と熱交換してエンジン４００を冷却させるエンジン冷却水で形成された熱交換媒体は、エンジン４００の上流に位置する熱交換室１０２において電極５と熱交換して冷却される。このためエンジン４００に流れる直前の熱交換媒体の温度を低下させることができる。ひいては、エンジン４００に流れる直前の熱交換媒体の冷却能力を高めることが期待される。この場合、エンジン４００を効果的に冷却できる。更に、万一、着霜または結露が電極５の突出部５５および／または固定部７０付近に発生したときであっても、霜が溶けた水または結露水を、送風機能をもつ乾燥促進装置４００からの送風により早期に乾燥させることが期待できる。

（参考例６）
上記した参考例６によれば、回転子２７は、軸心Ｐ１の回りで回転可能に支持された回転軸２８と、回転軸２８の外周部にこれの周方向に間隔を隔てて配置された複数個の永久磁石部２９とを有する。しかしこれに限らず、固定子２０側に永久磁石部が設けられており、回転子２７側に超電導コイル２２が設けられていても良い。上記した参考例１によれば、車載用の超電導モータ装置１に適用しているが、車載用に限らず、定置用でも良い。上記した参考例によれば、超電導モータ装置１は回転タイプであるため、可動子は回転子２７とされているが、可動子を直動させる直動タイプのリニアモータでも良い。この場合、固定子２０は一方向に延設された形状となり、可動子を直動させる可動磁場を発生させる。超電導モータ装置１は三相モータであるが、これに限らず、二相モータでも良い。上記した参考例によれば、回転子２７が永久磁石部２９を有し、固定子２０は、固定鉄心２１と、固定鉄心２１に巻回されて保持された超電導コイル２２とを有するが、これに限られるものではない。固定子が永久磁石部を有し、回転子が超電導コイルを有する構造でも良い。固定部７０はプレート状とされているが、これに限定されるものではなく、アーム状、柱状でも良い。参考例１では、固定鉄心２１は筒形状とされているが、周方向に複数に分割された分割体を周方向に組み付けて筒体としても良い。ある実施例及び参考例に特有の構造および機能は他の実施例にも適用できる。例えば、結露または着霜を検知するセンサ３００を全実施例に適用しても良い。その他、本発明は上記した実施形態および実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

本発明は例えば産業用、車載用、医療用等の超電導装置に利用することができる。

１は超電導モータ装置（超電導装置）、２は超電導モータ、２０は固定子、２１は固定鉄心、２２は超電導コイル（超電導部）、２７は回転子（可動子）、３は極低温発生部（冷却部）、３０は冷凍機、３０ａはコンプレッサ、３２はコールドヘッド、３３は熱伝導部、４は容器（基体）、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、４３は第１容器、４３２は案内室（真空断熱室）、４４は第２容器、４５は第３容器、４６は第４容器、４１は外側真空断熱室、４２は内側真空断熱室、１００は電極温度調整要素、１０２は熱交換器、１０４は熱交換媒体供給部、１０６は通路、１１０は仕切壁、１１２は筒体、１３１は熱交換媒体循環通路、１３３はポンプ（搬送源）、１３５は放熱器、１３８は迂回路、１３９は切替弁を示す。

Claims (2)

1. 臨界温度以下において超電導現象を示す超電導部と、
   前記超電導部を収容する基体と、
   前記基体に収容されている前記超電導部がこれの臨界温度以下となるように前記超電導部を冷却させるための冷却部と、
   前記超電導部または電気機器に給電すると共に前記冷却部による冷却の影響を受ける電極と、
   前記電極を前記基体に固定する固定部と、
   前記電極および／または前記固定部に熱エネルギを与えて前記電極および／または前記固定部の表面を着霜温度または結露温度以上に維持することにより、結露および／または着霜を抑制する電極温度調整要素とを具備し、
   前記電極温度調整要素は、前記電極および／または前記固定部に熱エネルギを与える熱交換媒体が供給される熱交換室と、前記熱交換室に前記熱交換媒体を供給するための熱交換媒体供給部とを備え、
   前記冷却部はコンプレッサを備えており、
   前記電極温度調整要素の前記熱交換媒体供給部は、前記冷却部に設けられている前記コンプレッサを前記熱交換媒体で冷却させる熱交換媒体循環通路と、前記熱交換媒体循環通路の前記熱交換媒体を前記熱交換室に供給するための搬送源とを備えていることを特徴とする超電導装置。
2. 請求項１において、前記熱交換室と前記超電導部との間には、真空断熱室が配置されていることを特徴とする超電導装置。

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