JPS62250866A - 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１５７−２２３７
２号公報に開示されたものがあシ、その構成を第７図に
示す。第７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）Ｋ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、ａυはこれらの端部軸（８）　、　（９
１を軸支する軸受、（］Ｄは界磁″、２＜流供給用のス
リップリング、０のはトルクグーユーブ（１）Ｋ形成酸
いは配置されている熱交換器、０１は側部輻射シールド
、α荀は真空部でるる。

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成導界磁コイル（
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ｕ４によシ高真空に保つと共に、極低温の
超電導界磁コイル（３）及びコイル取付軸＋２）　Ｋ回
転トルクを伝えるトルクチューブ（１）を薄肉円筒とし
、且つ熱交換器（イ）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、側部輻射シールド（至）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）を保腫すると共に、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能を兼ねる方式が一般的
である。なお第７図においては、回転子内部のヘリウム
導入、排出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８図は第７図ＶＷ−■線における断面図、即ち、特開
昭５’？−２０２８５２号公報に示されたものであり１
（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、（至）は液体ヘリウムの液溜め部
、αＱ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ル（３）を収納するスロッ
ト、（至）は超電導界磁コイル（３）を固定するウェッ
ジ、α侍は超電導界磁コイル（３）とウェッジ（７）と
の間に挿入されたつめものであシ、例えば円形状の貫通
孔（１９ａ）を有している。（１）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、Ｑｐは液溜め部ａＦＪとスロットαηの底部とに連
通して設けられたコイル取付軸ヘリラム流通孔である。

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Ｋ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
シ、現在ではヘリウムを冷却媒体として絶対温度ＩＫな
いし２０　Ｋ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轢においては超電導界磁コイルの比
熱が極めて小きくなっているため、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
重要なポイントとなる。

次に冷却動作を第９図に基づいて説明する。超電導５１
ｒ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
導界磁コイル（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ｔ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コイル
取付軸（２）のヘリウム流通孔な力を経て液溜め部（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（ホ）からウェッジ（財
）の隙間及びつめものα呻の貫通孔（１９ａ）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、別のコイル取付軸ヘリウム流
通孔（財）から超電導界磁コイル（３）の周囲（Ｃ入シ
込み、さらにつめものＯＩの貫通孔（１９ａ　）及びウ
ェッジ帥の隙間を通りヘリウム流路翰に出る。

以上のよって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
ル（３）を超電導遷移温度以下に保っている０ 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来は上記のように構成されておシ、つめものα値の部
分のヘリウム通路は他の部分に比べ狭くなっており、こ
の個所でヘリウムの流通が制限されていた。つめものα
値の貫通孔（１９ａ）のうちウェッジ（ト）相互間の隙
間に開口するのは一部で、開口していない貫通孔（１９
ａ）を出たヘリウムはウェッジ（至）とつめものα値と
の間のわずかな隙間を流れることになる。貫通孔（１９
ａ）の部分では超電導界磁コイル（３）が支持されてい
ないため、強大な遠心力を考慮すると貫通孔（１９ａ）
の直径を増すことはできない。またつめものα値の厚さ
は超電導界磁コイル（３）とコイル取付軸（２）との間
の絶縁浴面距離で定まり、厚さも減少できない。従って
、従来の構成では、超電導界磁コイル（３）の冷却が悪
くなっているという大きな問題があシ、それによシ常電
導遷移が発生して発電機の機能を停止する可能性が高か
った。

仁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、常
電導遷移を起こさない超電導回転ｔｊ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、超電導界磁
コイルとウェッジとの間に複数の小孔を有するＭｌのつ
めものを挿着し、超電導界磁コイルと第１のつめものと
の間に第１のつめものの小孔と連通ずる小判状孔を有す
る第２のつめものを挿着したものである。

〔作用〕

この発明においては、第１のつめものに複数の小孔を設
け、第２のつめものに第１のつめものの小孔と連通ずる
小判状孔を設けているので、スロット内のヘリウム流通
を円滑にする。

〔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
図ないし第５図において、器は超電導界磁コイル（３）
とウェッジ（至）との間に挿着され、複数の小孔（２２
ａ）を有する第１のつめもの、（財）は超電導界磁コイ
ル（３）と第１のつめもの■との間に挿着され、篤１の
つめもの（イ）の小孔（Ｚ２ａ）と連通ずる例えば軸方
向に対して斜めに配設され、幅方向。

軸方向に複数配設された小判状孔（２３ａ）を有する第
２のつめものであシ、第１図、第３図から明らかなよう
に第２のつめもの翰の小判状孔（２３ａ）は第１のつめ
もの（支）の小孔（２２ａ）　２個を連通ずるようにな
っておシ、これら第１のつめもの（イ）、第２のつめも
の（ホ）によυつめものが構成されている。

また、小判状孔（２３ａ　）はウェッジ（至）相互間の
隙間に合わせた位置に配設されている。

次に動作について説明する。第５図はスロットＱｆＪ内
のヘリウムの流通状態を示し、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、超電導界磁コイル（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。吸熱によシ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コイル取付軸ヘリウム流
通孔ｔ２１）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（イ）からウェッジ（至）相互間の隙間、第１
のつめもの（２）の小孔（２２ａ）及びｆａ２のつめも
の（至）の小判状孔（２３ａ）を経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、別のコイル取付軸ヘリウム流通孔Ｑυから超電
導界磁コイル（３）の周囲に入υ込み、さらに、第２の
つめもの働の小判状孔（２３ａ）　、第１のつめもの（
財）の小孔（ｇｚａ）及びウェッジ（至）相互間の隙間
を通シヘリウム流路翰に出る。このよう忙超電導界磁コ
イル（３）のどの位置においても熱除去が速やかに行わ
れ、常電導遷移を起こすことがなく、発電機の機能停止
を未然に防止することができる。また、ウェッジ（至）
相互間の隙間が規定よりずれていても、貫通孔（２２ａ
）　ｅ小判状孔（２３ａ）からはずれることがなく、確
実にヘリウム流路が確保できる。また、第１のつめもの
（イ）、第２のつめもの翰は電気絶縁の役目も合わせて
持つ部材であり、絶縁沿面距離は第６図に示すように、
ｔｇユのつめもの（イ）、８１￥２のつめもの嬶の厚さ
の合計Ａ、第２のつめもの＠の小判状孔（２３ａ）の寸
法と第１のつめもの（イ）の小孔（２２ａ）の寸法との
差Ｂの和（Ａ＋Ｂ　）で表わされ、第１のつめもの（財
）、第２のつめもの翰の２枚でつめものを構成すること
によシ、厚さＡを増すことなく絶縁沿面距離をＢだけ増
大でき、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、超電導界磁コイルとウェ
ッジとの間に複数の小孔を有する第】、のつめものを挿
着し、超電導界磁コイルと第１のつめものとの間に第１
のつめものの小孔と連通ずる小判状孔を有する第２のつ
めものを挿着したことにより、スロット内のヘリウム流
通を円滑に行うことができ、冷却性能が向上する効果が
得られる０

【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
転子における第１のつめものを示す平面図、第２図は第
１図ト］線における断面図、第３図はこの発明に係る第
２のつめものを示す平面図、ｖ、４図は第３図ＩＹ−Ｉ
Ｖ線における断面図、第５図はこの発明に係るヘリウム
の流れを示す断面図、第６図はこの発明に係るスロット
部を示す断面図、第７図は従来の一般的な超電導回転電
機の回転子を示す縦断面図、第８図は第７図Ｖｌｌ　−
Ｖｌｌｌ線における断面図、第９図は従来のスロット内
長手向を示す断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、この超電導界磁コイルを固定する
   ウェッジ、このウェッジと上記超電導界磁コイルとの間
   に挿入され、複数の小孔を有する第１のつめもの、この
   第１のつめものと上記超電導界磁コイルとの間に挿入さ
   れ、上記第１のつめものの小孔と連通する小判状孔を有
   する第２のつめものを備えたことを特徴とする超電導回
   転電機の回転子。
2. （２）第２のつめものの小判状孔は軸方向に対して斜め
   に配設され、幅方向、軸方向に複数配設されていること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超電導回転電
   機の回転子。