JPS62213558A - 超電導回転電機の回転子 - 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〕 この発明は超電導回転電機の回転子の構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来この種の回転子として例えば特開昭５７−２２８７
２号公報に開示されたものがあり、その構成を第４図に
示す。第４図において、（１）はトルクチューブ、（２
）はトルクチューブ（１）の中央部を形成するコイル取
付軸、（３）はコイル取付軸（２）に固定されている超
電導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１）とコイ
ル取付軸（２）を囲繞する常温ダンパ、（５）はこの常
温ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の間に配設されて
いる低温ダンパ、（６）及び（７）はコイル取付軸（２
）の夫々外周部及び側面部に取り付けられたヘリウム外
筒−ヘリウム端板、（８）及び（９）は夫々駆動側、反
駆動側端部軸、Ｑ（Ｉはこれらの端部軸（ｓｌ　＋　（
９）を軸支する軸受１（ロ）は界磁電流供給用のスリッ
プリング、（６）はトルクチューブ（１）に形成或いは
配置されている熱交換器％（２）は側部輻射シールド、
α４は真空部である。

上記構成からなる超電導回転機の回転子においては、コ
イル取付軸（２）に配設されている超電導界磁コイル（
３）を極低温に冷却することにより、電気抵抗を零の状
態とし、励磁損失をなくすことにより、この超電導界磁
コイル（３）に強力な磁界を発生させ、固定子（図示せ
ず）に交流電力を発生させる。この超電導界磁コイル（
３）を極低温に冷却、保持するために液体ヘリウムを反
駆動側端部軸（９）の中央部から導入管（図示せず）を
通じ、ヘリウム外筒（６）、ヘリウム端板（７）により
形成される液体ヘリウム容器部に供給する一方、回転子
内部を真空部α４により高真空に保つと共に、極低温の
超電導界磁コイ〃（３）及びコイル取付軸（２）に回転
トルクを伝えるトルクチューブ（１）を薄肉円筒とし１
且つ熱交換器（２）を設け、このトルクチューブ（１）
を通じ極低温部に侵入する熱を極力減らす構造が最も一
般的である・さらに、側面からの輻射により侵入する熱
を低減するため箋側部輻射シールド四が設けられている
。

一方、常温ダンパ（４）及び低温ダンパ（５）は、固定
子からの高調波磁界をシールドし、超電導界磁コイル（
３）を保護すると共に、電力系統のしよう乱による回転
子振動を減衰させる機能を有する一方、常温ダンパ（４
）は真空外筒としての機能、低温ダンパはヘリウム容器
部への輻射シールドとしての機納を兼ねる方式が一般的
である。なお第４図においては、回転子内部のヘリウム
導入、排呂系を構成する配管類及び回転子に接続されて
いるヘリウム導入−排出装置は省略した。

第５図は第４図ｖ−ｖ線における断面図、即ち一特開昭
５７−２０２８５２号公報に示されたものであり、（２
）はコイル取付軸、（３）は超電導界磁コイル、（６）
はヘリウム外筒、（２）は液体ヘリウムの液溜め部、α
６はヘリウム蒸気空間、αηはコイル取付軸（２）に形
成された超電導界磁コイＡ／　（３）を収納するスロッ
ト、（ト）はスロット（ロ）内の両サイドに配設された
サイドつめもの、（２）は超電導界磁コイル（３］を固
定するウェッジ１翰、（財）は超電導界磁コイル（３）
の外周面）内周面にそれぞれ接する上部つめもの１下部
つめものであり、それぞれ例えば円形状の貫通孔（２０
ａ）。

（２１ａ　、）を有している。に）はコイル取付軸（２
）とヘリウム外筒（６）との間に設けられたヘリウム流
路、に）は液溜め部（イ）とスロット（ロ）の底部とに
連通して設けられたコイル取付軸ヘリウム流通孔である
。

一般的に超電導回転電機においては、超電導界磁コイル
の極低温冷却をいかにして行なうかという点に重要な技
術問題がある。超電導界磁コイルを超電導状態にするた
めには、超電導遷移温度以下に冷却することが必要であ
り、現在ではヘリウムを冷却媒体として絶対温度ＩＫな
いし２０Ｋに保持することが行なわれている。一方、こ
のような極低温状態においては超電導界磁コイルの比熱
が極めて小さくなっているため１超電導界磁コイル内の
微少な発熱あるいは超電導界磁コイルへの僅かな侵入熱
量によって超電導界磁コイルの温度が上昇し超電導遷移
温度を越える恐れが常に存在する。従って、超電導界磁
コイル内の微少な発熱あるいは超電導界磁コイルへの僅
かな侵入熱量をいかに速かに除去して超電導界磁コイル
の温度上昇をおさえるかが超電導回転電機の設計上の重
要なデイントとなる。

次に冷却動作を第６図に基づいて説明する。超電導界磁
コイル（３）内の微少発熱、あるいは超電導界磁コイル
（３）への僅かな熱侵入によって生じた熱は、超電導界
磁コイ／Ｌ’　（３）の周囲の僅かな間隙に存在してい
るヘリウムに吸収される。吸熱により膨張し密度が小さ
くなったヘリウムは、遠心力場の自然対流によって下部
つめもの（２）の貫通孔（２１ａ）を通り抜け、コイル
取付軸（２）のヘリウム流通孔（至）を経て液溜め部（
ハ）に出る。一方、超電導界磁コイ／１／　（３）回り
で生ずるヘリウム不足は、ヘリウム流路（イ）からウェ
ッジ０１１の隙間及び上部つめものに）の貫通孔（２０
ａ）を通って超電導界磁コイル（３）回りに流入するヘ
リウムによって補われる。吸熱膨張したヘリウムは、液
溜め部（至）において、その一部が蒸発することによっ
て冷却される。冷却されたヘリウムは１別のコイル取付
軸ヘリウム流通孔（イ）から下部つめもの（２）の貫通
孔（２１ａ）を経て超電導界磁コイル（３）の周囲に入
り込み、さらに上部つめもの（ホ）の貫通孔（２０ａ）
及びウェッジ０１の隙間を通りヘリウム流路（イ）に出
る。

以上のように円滑な自然循環を行なうことにより、超電
導界磁コイル（３）の冷却が行なわれ、超電導界磁コイ
＃　（３）を超電導遷移温度以下に保っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の超電導回転電機の回転子において、超電導界磁コ
イｌＬ／（３）に開口しているヘリウム入出口の間隔が
広いため、第６図に示すように入出口近傍と、入出口か
ら離れた位置とでは、ヘリウム流路の長さに大きな差が
あり冷却条件も異なる。超電導界磁コイ／ｌ／　（３）
の発熱が入出口から離れた位置テ起これば、熱を吸収し
たヘリウムがコイル取付軸ヘリウム流通孔（ホ）を経て
液溜め部（イ）へすみやかに流出することが困難となり
１超電導界磁コイル（３］の温度が上昇し、超電導臨界
温度を超えて常電導遷移が発生し、発電機の機能を停止
する可能性が高かった。そこで、コイル取付軸ヘリウム
流通孔（至）の間隔を狭めることが考えられるが、コイ
ル取付軸（２）の強度低下、切削加工時間の増大等のた
め、製作コストが高くなる問題点がある。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、超電導界磁コイルの熱除去を円滑に行い１常
電導遷移を起こさない超電導回転電機の回転子を得るこ
とを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る超電導回転電機の回転子は、スロットの
底部にコイル取付軸ヘリウム流通孔と連通ずる軸方向の
スロット底溝を設けたものである。

〔作用〕

この発明における超電導回転電機の回転子は、スＯット
の底部に設けたコイル取付軸ヘリウム流通孔と連通ずる
スロット底溝により、ヘリウムの流通性が良くなり超電
導界磁コイルの熱除去を円滑に行え、超電導界磁コイル
の性能が向上する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図、第２図において、（２１、＋３）　、　（６）　、
　０１９〜＠は上述した従来の回転子の構成と同様であ
る。（財）はスロットα力の底部に形成されたコイル取
付軸ヘリウム流通孔（２）と連通ずる軸方向のスロット
底溝である。

次の動作について説明する。超電導界磁コイル（３）内
の微少発熱、あるいは超電導界磁コイル（３）への僅か
な熱侵入によって生じた熱は、超電導界磁コイ／Ｌ’　
（３）の周囲の僅かな間隙に存在しているヘリウムに吸
収される。吸熱により膨張し密度が小さくなったヘリウ
ムは、遠心力場の自然対流によって下部つめもの（２）
の貫通孔（２１ａ）に入り、スロット底溝（ハ）を軸方
向に通ってコイル取付軸ヘリウム流通孔（至）を経て液
溜め部（至）に出る。一方、超電導界磁コイル（３）回
りで生ずるヘリウム不足は、ヘリウム流路に）からウェ
ッジ（至）の隙間及び上部つめもの（１）の貫通孔（２
０ａ）を通り、超電導界磁コイ／Ｌ／（３）回りに流入
するヘリウムによって補われる。吸熱膨張したヘリウム
は、液溜め部（ト）において、その一部が蒸発すること
によって冷却される。冷却されたヘリウムは、別のコイ
ル取付軸ヘリウム流通孔（至）からスロット底溝（ハ）
の軸方向に通り、下部つめもの（２）の貫通孔（２１ａ
）を経て超電導界磁コイル（３）の周囲に入り込み、さ
らに上部つめもの（ホ）の貫通孔（２Ｏａ）及びウェッ
ジＱ嗜の隙間を通りヘリウム流路（２）に出る。このよ
うにスロット底溝（財）により超電導・界磁コイル（３
）の発熱部付近のヘリウム流量が増大すると共に円滑な
ヘリウムの自然循環を行うことができ、超電導界磁コイ
ル（３）の効率的冷却が行なえ、超電導界磁コイル（３
）を超電導遷移温度以下に保っている。即ち、超電導界
磁コイル（３）がら熱を吸収した高温のヘリウムが超電
導界磁コイル（３）の周囲に滞溜することがなくなり、
常電導遷移が発生することがなく、発電機の機能を停止
することもない。

また、第８図に示すように下部つめもの（ハ）の厚さを
Ａとし、下部つめもの（２）の貫通孔（２１ａ）の径と
スロット底溝■の幅との差をＢとすると、絶縁沿面距離
はＡ＋Ｂである。従って、スロット底溝（２）の幅とコ
イル取付軸ヘリウム流通孔（至）の径との差すだけ絶縁
沿面距離が増大し、絶縁耐力が向上する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、スロットの底部にコイル
取付軸ヘリウム流通孔と連通ずる軸方向ノスロット底溝
を形成したことにより、ヘリウムの流通性が良くなり超
電導界磁コイルの熱除去を円滑に行え、超電導界磁コイ
ルの性能向上が図れ、信頼性の高い超電導回転電機の回
転子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による超電導回転電機の回
転子におけるスロット部を示す断面図、第２図はこの発
明に係わるヘリウムの流れを示す断面図、第３図はこの
発明に係わる絶縁特性を説明するためのスロット部を示
す断面図、第４図は一般的な超電導回転電機の回転子の
全体概念を示す断面図、第５図は第４図ｖ−ｖ線におけ
る断面図、第６図は従来の超電導回転電機の回転子にお
けるヘリウムの流れを示す断面図である。 図において、（２）はコイル取付軸、（３）は超電導界
磁コイル、αηはスロット、（財）はスロット底溝であ
る。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コイル取付軸に設けられたスロット内に収納される超電
   導界磁コイル、上記スロットから上記コイル取付軸中心
   へ半径方向に貫通して設けられたコイル取付軸ヘリウム
   流通孔を備えたものにおいて、上記スロットの底部に上
   記コイル取付軸ヘリウム流通孔と連通して設けられた軸
   方向のスロット底溝を備えたことを特徴とする超電導回
   転電機の回転子。