JP2003032938A - 鉄製コアロータによって支えられた高温超伝導コイル - Google Patents
鉄製コアロータによって支えられた高温超伝導コイルInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期機械のためのロータが開示される。
【解決手段】 該ロータは、中実の円筒形磁性ロータコ
アと、ロータコアの周りに延びるレーストラック形超伝
導コイル巻線と、コアを貫通して延びて、コイル巻線の
対向する長さ方向側部に取り付けられたコイル支持体
と、コアから軸方向に延び、コアに取り付けられた１対
の端シャフトとを含む。
アと、ロータコアの周りに延びるレーストラック形超伝
導コイル巻線と、コアを貫通して延びて、コイル巻線の
対向する長さ方向側部に取り付けられたコイル支持体
と、コアから軸方向に延び、コアに取り付けられた１対
の端シャフトとを含む。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一般的に、同期回
転機械における超伝導コイルに関する。より具体的に
は、本発明は、超伝導コアと、コイル支持構造体と、電
磁シェルとを有するロータに関する。
転機械における超伝導コイルに関する。より具体的に
は、本発明は、超伝導コアと、コイル支持構造体と、電
磁シェルとを有するロータに関する。
【０００２】
【発明の背景】界磁コイル巻線を有する同期電気機械
は、それに限定するわけではないが、回転発電機、回転
モータ及びリニアモータを含む。これらの機械は、一般
的に、電磁的に結合されたステータとロータとを備え
る。ロータは、多極ロータコアと、ロータコアに取り付
けられた１つ又はそれ以上のコイル巻線とを含むことが
できる。ロータコアは、鉄製コア（鉄心）ロータのよう
な、透磁性の中実材料を含むことができる。
は、それに限定するわけではないが、回転発電機、回転
モータ及びリニアモータを含む。これらの機械は、一般
的に、電磁的に結合されたステータとロータとを備え
る。ロータは、多極ロータコアと、ロータコアに取り付
けられた１つ又はそれ以上のコイル巻線とを含むことが
できる。ロータコアは、鉄製コア（鉄心）ロータのよう
な、透磁性の中実材料を含むことができる。
【０００３】従来の銅巻線が、同期電気機械のロータに
一般に使用されている。しかしながら、銅巻線の電気抵
抗は、（従来の尺度では小さいが）ロータの大きな加熱
の一因となり、機械の出力効率を減少させる程である。
近年、ロータのための超伝導（ＳＣ）コイル巻線が開発
されてきた。ＳＣ巻線は、実効的には抵抗を持たず、非
常に有利なロータのコイル巻線である。
一般に使用されている。しかしながら、銅巻線の電気抵
抗は、（従来の尺度では小さいが）ロータの大きな加熱
の一因となり、機械の出力効率を減少させる程である。
近年、ロータのための超伝導（ＳＣ）コイル巻線が開発
されてきた。ＳＣ巻線は、実効的には抵抗を持たず、非
常に有利なロータのコイル巻線である。
【０００４】鉄心ロータは、約２テスラの空隙磁界強度
で飽和する。公知の超伝導ロータは、ロータ内に鉄がな
い空コア設計を利用して３テスラ又はそれ以上の空隙磁
界を達成している。これらの高いエアギャップ磁界は、
電気機械の出力密度の増大を生じさせ、機械の重量と寸
法の著しい減少をもたらす。空コア超伝導ロータは、大
量の超伝導線を必要とする。大量のＳＣ線は、必要なコ
イル数と、コイル支持体の複雑さと、ＳＣコイル巻線及
びロータのコストとを増大させる。
で飽和する。公知の超伝導ロータは、ロータ内に鉄がな
い空コア設計を利用して３テスラ又はそれ以上の空隙磁
界を達成している。これらの高いエアギャップ磁界は、
電気機械の出力密度の増大を生じさせ、機械の重量と寸
法の著しい減少をもたらす。空コア超伝導ロータは、大
量の超伝導線を必要とする。大量のＳＣ線は、必要なコ
イル数と、コイル支持体の複雑さと、ＳＣコイル巻線及
びロータのコストとを増大させる。
【０００５】高温ＳＣコイル界磁巻線は、脆性の超伝導
材料で形成されており、超伝導を達成しこれを維持する
ためには、例えば２７°Ｋの臨界温度又はそれ以下の温
度まで冷却しなければならない。ＳＣ巻線は、ＢＳＣＣ
Ｏ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯ x）ベースの導体のよう
な、高温超伝導材料で形成することができる。
材料で形成されており、超伝導を達成しこれを維持する
ためには、例えば２７°Ｋの臨界温度又はそれ以下の温
度まで冷却しなければならない。ＳＣ巻線は、ＢＳＣＣ
Ｏ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯ x）ベースの導体のよう
な、高温超伝導材料で形成することができる。
【０００６】超伝導コイルは、液体ヘリウムによって冷
却されてきた。ロータの巻線を通過した後に、高温のヘ
リウムは、室温の気体ヘリウムとして戻される。極低温
冷却に液体ヘリウムを使用するには、戻された室温の気
体ヘリウムを連続的に再液化することが必要であり、こ
のような再液化は、信頼性に関する大きな問題を提起
し、また大きな補助出力を必要とする。
却されてきた。ロータの巻線を通過した後に、高温のヘ
リウムは、室温の気体ヘリウムとして戻される。極低温
冷却に液体ヘリウムを使用するには、戻された室温の気
体ヘリウムを連続的に再液化することが必要であり、こ
のような再液化は、信頼性に関する大きな問題を提起
し、また大きな補助出力を必要とする。
【０００７】従来のＳＣコイルの冷却技術は、エポキシ
含浸したＳＣコイルを極低温冷却機からの固体伝導路を
介して冷却することを含む。別の手法では、ロータの冷
却チューブが、液体及び／又は気体の極低温剤の流れに
浸漬した多孔質のＳＣコイル巻線に、液体及び／又は気
体の極低温剤流を送るようにすることができる。しかし
ながら、浸漬冷却は、界磁巻線及びロータ構造体全体を
極低温にすることを必要とし、その結果、極低温におけ
る鉄の脆性性質のため、ロータの磁気回路に鉄を使用す
ることができない。
含浸したＳＣコイルを極低温冷却機からの固体伝導路を
介して冷却することを含む。別の手法では、ロータの冷
却チューブが、液体及び／又は気体の極低温剤の流れに
浸漬した多孔質のＳＣコイル巻線に、液体及び／又は気
体の極低温剤流を送るようにすることができる。しかし
ながら、浸漬冷却は、界磁巻線及びロータ構造体全体を
極低温にすることを必要とし、その結果、極低温におけ
る鉄の脆性性質のため、ロータの磁気回路に鉄を使用す
ることができない。
【０００８】必要とされるものは、例えば、公知の超伝
導ロータの空コア液冷式超伝導界磁巻線集成体の欠点を
有しない、電気機械のための超伝導界磁巻線集成体であ
る。
導ロータの空コア液冷式超伝導界磁巻線集成体の欠点を
有しない、電気機械のための超伝導界磁巻線集成体であ
る。
【０００９】さらに、高温超伝導（ＨＴＳ）コイルは、
大きな曲げ歪み及び引張歪みによる劣化に対して敏感で
ある。これらのコイルは、コイル巻線に応力を加え歪み
を与える大きな遠心力に耐えなければならない。電気機
械の通常の作動は、数年にわたって何千回もの始動及び
停止サイクルを伴い、その結果、ロータの低サイクル疲
労負荷を生じる。さらに、ＨＴＳロータ巻線は、周囲温
度におけるロータの平衡時に２５％の過速度作動に耐え
なければならず、また発電作動時の極低温において時た
ま起こる過速度状態にもやはり耐えなければならない。
これらの過速度状態は、通常作動状態における巻線に作
用する遠心力負荷をかなり増大させる。
大きな曲げ歪み及び引張歪みによる劣化に対して敏感で
ある。これらのコイルは、コイル巻線に応力を加え歪み
を与える大きな遠心力に耐えなければならない。電気機
械の通常の作動は、数年にわたって何千回もの始動及び
停止サイクルを伴い、その結果、ロータの低サイクル疲
労負荷を生じる。さらに、ＨＴＳロータ巻線は、周囲温
度におけるロータの平衡時に２５％の過速度作動に耐え
なければならず、また発電作動時の極低温において時た
ま起こる過速度状態にもやはり耐えなければならない。
これらの過速度状態は、通常作動状態における巻線に作
用する遠心力負荷をかなり増大させる。
【００１０】大きな歪みは、ＨＴＳ超伝導線を破壊する
おそれがある。大きな歪みに耐えるために、ＨＴＳ線
は、これまで大きく複雑なコイル巻線とコイル支持構造
体とによって保護されてきた。しかしながら、大きく複
雑な超伝導巻線及び支持体は、特に高級技術水準の空コ
ア電気機械においては高価である。更に、これらの大き
な巻線は、極低温にまで冷却されなくてはならず、従っ
て大きな冷却装置を必要とする。
おそれがある。大きな歪みに耐えるために、ＨＴＳ線
は、これまで大きく複雑なコイル巻線とコイル支持構造
体とによって保護されてきた。しかしながら、大きく複
雑な超伝導巻線及び支持体は、特に高級技術水準の空コ
ア電気機械においては高価である。更に、これらの大き
な巻線は、極低温にまで冷却されなくてはならず、従っ
て大きな冷却装置を必要とする。
【００１１】コイル巻線はまた、高温のコイル支持体と
ロータから隔離される。コイル巻線を隔離するために、
コイルをその支持システムから隔離すべく、これまで大
きな断熱部材が使用されてきた。コイルとその支持シス
テムとの間に断熱部材は位置するから、コイルに加わる
大きな遠心荷重を支えることができるように、従来技術
による断熱部材は大きな構造とされている。これらの大
きな断熱部材は低温のコイルに接触しているから、断熱
体はコイルに対して大きな熱源となる。断熱部材はコイ
ルに対する熱伝導を最少にするように設計されていなが
ら、断熱部材自体が大きな極低温熱負荷となり、高価な
極低温冷却装置を必要とさせる。
ロータから隔離される。コイル巻線を隔離するために、
コイルをその支持システムから隔離すべく、これまで大
きな断熱部材が使用されてきた。コイルとその支持シス
テムとの間に断熱部材は位置するから、コイルに加わる
大きな遠心荷重を支えることができるように、従来技術
による断熱部材は大きな構造とされている。これらの大
きな断熱部材は低温のコイルに接触しているから、断熱
体はコイルに対して大きな熱源となる。断熱部材はコイ
ルに対する熱伝導を最少にするように設計されていなが
ら、断熱部材自体が大きな極低温熱負荷となり、高価な
極低温冷却装置を必要とさせる。
【００１２】ＨＴＳコイルのための支持システムの開発
においては、ＳＣコイルをＨＴＳロータに適合させるの
が難しい課題であった。以前に提案されているＨＴＳロ
ータ用のコイル支持システムの例が、米国特許第５，５
４８，１６８号、同第５，５３２，６６３号、同第５，
６７２，９２１号、同第５，７７７，４２０号、同第
６，１６９，３５３号、及び、同第６，０６６，９０６
号に開示されている。しかしながら、これらのコイル支
持システムは、高価である、複雑である、甚だしい数の
構成部品を必要とする等の種々の課題に苦慮している。
ＳＣコイルのためのコイル支持システムを有するＨＴＳ
ロータに対する積年の要請がある。低コストで製造し易
い構成部品で作られるコイル支持システムへの要請もあ
る。
においては、ＳＣコイルをＨＴＳロータに適合させるの
が難しい課題であった。以前に提案されているＨＴＳロ
ータ用のコイル支持システムの例が、米国特許第５，５
４８，１６８号、同第５，５３２，６６３号、同第５，
６７２，９２１号、同第５，７７７，４２０号、同第
６，１６９，３５３号、及び、同第６，０６６，９０６
号に開示されている。しかしながら、これらのコイル支
持システムは、高価である、複雑である、甚だしい数の
構成部品を必要とする等の種々の課題に苦慮している。
ＳＣコイルのためのコイル支持システムを有するＨＴＳ
ロータに対する積年の要請がある。低コストで製造し易
い構成部品で作られるコイル支持システムへの要請もあ
る。
【００１３】
【発明の概要】鉄のような中実の磁性材料で形成された
２極コア本体を有する高温超伝導（ＨＴＳ）ロータが開
発された。このロータコア本体は、ほぼ円筒形状であっ
て、その全長に沿って長さ方向に機械加工された平らな
表面を有する。ＨＴＳコイルは、これらの平らな表面の
周りに組み立てられ、コイルはコアの周りに延びるレー
ストラック形状を有する。このレーストラック形コイル
は、鉄製コア（鉄心）ロータ本体を貫通して延びるテン
ションコイル支持部材によって支持される。駆動シャフ
トとコレクタシャフトとが、ロータコアに対し機械的に
固定される。円筒形シェルの電磁遮蔽体が、ＨＴＳコイ
ルと鉄心ロータ本体とを取り囲む。
２極コア本体を有する高温超伝導（ＨＴＳ）ロータが開
発された。このロータコア本体は、ほぼ円筒形状であっ
て、その全長に沿って長さ方向に機械加工された平らな
表面を有する。ＨＴＳコイルは、これらの平らな表面の
周りに組み立てられ、コイルはコアの周りに延びるレー
ストラック形状を有する。このレーストラック形コイル
は、鉄製コア（鉄心）ロータ本体を貫通して延びるテン
ションコイル支持部材によって支持される。駆動シャフ
トとコレクタシャフトとが、ロータコアに対し機械的に
固定される。円筒形シェルの電磁遮蔽体が、ＨＴＳコイ
ルと鉄心ロータ本体とを取り囲む。
【００１４】鉄心ロータは、空冷式ロータに比べて、界
磁巻線アンペア回数と、超伝導体使用量と、コストとを
著しく低減させる。単一のレーストラック形コイルが、
典型的な複雑なサドル形コイル巻線と置き換えられる。
テンションコイル支持体は、冷却中及び遠心荷重が加え
られている間、コイルに加わる歪みが減少するように、
ＨＴＳコイルに対して直接的な支持を与える。更に、コ
イル支持システムは、コイルと共に極低温になってい
る。
磁巻線アンペア回数と、超伝導体使用量と、コストとを
著しく低減させる。単一のレーストラック形コイルが、
典型的な複雑なサドル形コイル巻線と置き換えられる。
テンションコイル支持体は、冷却中及び遠心荷重が加え
られている間、コイルに加わる歪みが減少するように、
ＨＴＳコイルに対して直接的な支持を与える。更に、コ
イル支持システムは、コイルと共に極低温になってい
る。
【００１５】ＨＴＳロータは、元々ＳＣコイルを含むよ
うに設定された機械に実装することができる。これとは
別に、ＨＴＳロータは、２極同期機械の従来のロータ界
磁巻線を、単一のレーストラック形高温超伝導（ＨＴ
Ｓ）コイルで置き換えるように構成することもできる。
ロータとそのＳＣコイルとは、発電機の場合に即して記
述されているが、ここに記載するＨＴＳコイルロータ及
びコイル支持体はまた、その他の同期機械における使用
にも適している。
うに設定された機械に実装することができる。これとは
別に、ＨＴＳロータは、２極同期機械の従来のロータ界
磁巻線を、単一のレーストラック形高温超伝導（ＨＴ
Ｓ）コイルで置き換えるように構成することもできる。
ロータとそのＳＣコイルとは、発電機の場合に即して記
述されているが、ここに記載するＨＴＳコイルロータ及
びコイル支持体はまた、その他の同期機械における使用
にも適している。
【００１６】第１の実施形態において、本発明は、同期
機械のためのロータであって、該ロータは、中実の円筒
形磁性ロータコアと、ロータコアの周りに延びるレース
トラック形超伝導コイル巻線と、コアを貫通して延び、
コイル巻線の対向する長さ方向側部に取り付けられたコ
イル支持体と、コアから軸方向に延び、コアに取り付け
られた１対の端シャフトとを含む。
機械のためのロータであって、該ロータは、中実の円筒
形磁性ロータコアと、ロータコアの周りに延びるレース
トラック形超伝導コイル巻線と、コアを貫通して延び、
コイル巻線の対向する長さ方向側部に取り付けられたコ
イル支持体と、コアから軸方向に延び、コアに取り付け
られた１対の端シャフトとを含む。
【００１７】第２の実施形態において、本発明は、同期
機械の中実の鉄製ロータコア上にコイル巻線を有する高
温超伝導ロータを組み立てるための方法であって、該方
法は、ロータコアの長さ方向側面上の対向する平らな部
分間に延びる導管を貫通させてテンションバーを延ばす
段階と、コイルの部分の上にハウジングを挿入する段階
と、テンションバーの一端部をハウジングに取り付ける
段階と、ロータコアの対向する端部にロータ端シャフト
を取り付ける段階とを含む。
機械の中実の鉄製ロータコア上にコイル巻線を有する高
温超伝導ロータを組み立てるための方法であって、該方
法は、ロータコアの長さ方向側面上の対向する平らな部
分間に延びる導管を貫通させてテンションバーを延ばす
段階と、コイルの部分の上にハウジングを挿入する段階
と、テンションバーの一端部をハウジングに取り付ける
段階と、ロータコアの対向する端部にロータ端シャフト
を取り付ける段階とを含む。
【００１８】別の実施形態において、本発明は、同期機
械におけるロータであって、該ロータは、その対向する
側面上に、それに沿って長さ方向に延びる１対の平らな
部分を有する円筒形のロータコアと、ロータコアの少な
くとも一部の周りに延び、コアの平らな部分に隣接する
１対の側部分を有する超伝導コイル巻線と、ロータコア
の第１の端部から軸方向に延びる第1の端シャフトと、
ロータコアの第２の端部から軸方向に延びる第２の端シ
ャフトとを含む。
械におけるロータであって、該ロータは、その対向する
側面上に、それに沿って長さ方向に延びる１対の平らな
部分を有する円筒形のロータコアと、ロータコアの少な
くとも一部の周りに延び、コアの平らな部分に隣接する
１対の側部分を有する超伝導コイル巻線と、ロータコア
の第１の端部から軸方向に延びる第1の端シャフトと、
ロータコアの第２の端部から軸方向に延びる第２の端シ
ャフトとを含む。
【００１９】
【発明の実施の形態】本明細書に関連する添付図面に、
本発明の実施形態を記載する。
本発明の実施形態を記載する。
【００２０】図１は、ステータ１２とロータ１４とを有
する例示的な同期発電機械１０を示す。ロータは、ステ
ータの円筒形のロータ真空キャビティ１６内に嵌まる界
磁巻線コイルを含む。ロータは、ステータのロータ真空
キャビティ内に嵌まる。ロータがステータ内で回転する
と、ロータとロータコイルによって発生する磁界１８
（点線で示される）はステータを通って移動／回転し、
ステータのコイル巻線１９に電流を生じさせる。この電
流は、発電機によって電力として出力される。
する例示的な同期発電機械１０を示す。ロータは、ステ
ータの円筒形のロータ真空キャビティ１６内に嵌まる界
磁巻線コイルを含む。ロータは、ステータのロータ真空
キャビティ内に嵌まる。ロータがステータ内で回転する
と、ロータとロータコイルによって発生する磁界１８
（点線で示される）はステータを通って移動／回転し、
ステータのコイル巻線１９に電流を生じさせる。この電
流は、発電機によって電力として出力される。
【００２１】ロータ１４は、ほぼ長さ方向に延びる軸線
２０と、全体的に中実のロータコア２２とを有する。中
実のコア２２は、大きな透磁率を有し、鉄のような強磁
性材料で形成するのが普通である。低電力密度の超伝導
機械では、ロータの鉄心を使用して、起磁力（ＭＭＦ）
を減少させ、従ってコイル巻線に必要とされる超電導
（ＳＣ）コイル線の量を最小にする。例えば、中実の鉄
製ロータコアは、約２テスラの空隙磁界強度で磁気的に
飽和させることができる。
２０と、全体的に中実のロータコア２２とを有する。中
実のコア２２は、大きな透磁率を有し、鉄のような強磁
性材料で形成するのが普通である。低電力密度の超伝導
機械では、ロータの鉄心を使用して、起磁力（ＭＭＦ）
を減少させ、従ってコイル巻線に必要とされる超電導
（ＳＣ）コイル線の量を最小にする。例えば、中実の鉄
製ロータコアは、約２テスラの空隙磁界強度で磁気的に
飽和させることができる。
【００２２】ロータ１４は、少なくとも１つの長さ方向
に延びるレーストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイ
ル巻線３４（図２参照）を支持する。ここでは、単一の
レーストラック形ＳＣコイル巻線のためのコイル支持シ
ステムが開示されている。このコイル支持システムは、
複数のレーストラック形コイル構成のような、中実ロー
タコア上に取り付けられた単一のレーストラック形コイ
ル以外のコイル構成に対しても適合させることができ
る。
に延びるレーストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイ
ル巻線３４（図２参照）を支持する。ここでは、単一の
レーストラック形ＳＣコイル巻線のためのコイル支持シ
ステムが開示されている。このコイル支持システムは、
複数のレーストラック形コイル構成のような、中実ロー
タコア上に取り付けられた単一のレーストラック形コイ
ル以外のコイル構成に対しても適合させることができ
る。
【００２３】ロータコアは、コアに取り付けられた端シ
ャフトによって支持される。ロータは、軸受２５によっ
て支持されたコレクタ端シャフト２４と駆動端シャフト
３０とを含む。端シャフトは、外部装置に連結すること
ができる。コレクタ端シャフト２４は、ＳＣコイルに外
部電気接続を提供するコレクタリング７８を含む。コレ
クタ端シャフトはまた、ロータのＳＣコイル巻線を冷却
するのに使用される極低温冷却流体の源への極低温剤移
送継手２６を有する。極低温剤移送継手２６は、極低温
剤冷却流体の源に連結される固定セグメントと、ＨＴＳ
コイルに冷却流体を供給する回転セグメントとを有す
る。ロータの駆動端シャフト３０は、動力継手３２を介
して発電タービンによって駆動されることができる。
ャフトによって支持される。ロータは、軸受２５によっ
て支持されたコレクタ端シャフト２４と駆動端シャフト
３０とを含む。端シャフトは、外部装置に連結すること
ができる。コレクタ端シャフト２４は、ＳＣコイルに外
部電気接続を提供するコレクタリング７８を含む。コレ
クタ端シャフトはまた、ロータのＳＣコイル巻線を冷却
するのに使用される極低温冷却流体の源への極低温剤移
送継手２６を有する。極低温剤移送継手２６は、極低温
剤冷却流体の源に連結される固定セグメントと、ＨＴＳ
コイルに冷却流体を供給する回転セグメントとを有す
る。ロータの駆動端シャフト３０は、動力継手３２を介
して発電タービンによって駆動されることができる。
【００２４】図２は、例示的なＨＴＳレーストラック形
の界磁コイル巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３
４は、高温超伝導（ＳＣ）コイル３６を含む。各々のＳ
Ｃコイルは、固体状エポキシ含浸巻線複合材料で積層さ
れたＢＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯx）導線のよ
うな、高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣ
Ｏ２２２３線を、積層し、互いに接着し、巻いて中実の
エポキシ含浸コイルとすることができる。
の界磁コイル巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３
４は、高温超伝導（ＳＣ）コイル３６を含む。各々のＳ
Ｃコイルは、固体状エポキシ含浸巻線複合材料で積層さ
れたＢＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａxＣｕxＯx）導線のよ
うな、高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣ
Ｏ２２２３線を、積層し、互いに接着し、巻いて中実の
エポキシ含浸コイルとすることができる。
【００２５】ＳＣ線は、脆くて、傷つき易い。ＳＣコイ
ルは、一般的に、エポキシ含浸されたＳＣテープが巻か
れた層である。ＳＣテープは、厳密な寸法公差を得るた
めに、精密なコイル形態に巻かれている。テープは螺旋
に巻かれ、レーストラック形ＳＣコイル３６を形成す
る。
ルは、一般的に、エポキシ含浸されたＳＣテープが巻か
れた層である。ＳＣテープは、厳密な寸法公差を得るた
めに、精密なコイル形態に巻かれている。テープは螺旋
に巻かれ、レーストラック形ＳＣコイル３６を形成す
る。
【００２６】レーストラック形コイルの寸法は、ロータ
コアの寸法で決まる。一般的に、各々のレーストラック
形ＳＣコイルは、ロータコアの両端部において磁極を囲
み、ロータ軸線に対して平行である。コイル巻線は、レ
ーストラックの周りで連続している。ＳＣコイルは、ロ
ータコアの周り及び該コアの磁極の間に、無抵抗の電流
路を形成する。コイルは、該コイルをコレクタ７８に電
気的に接続する電気接点１１４を有する。
コアの寸法で決まる。一般的に、各々のレーストラック
形ＳＣコイルは、ロータコアの両端部において磁極を囲
み、ロータ軸線に対して平行である。コイル巻線は、レ
ーストラックの周りで連続している。ＳＣコイルは、ロ
ータコアの周り及び該コアの磁極の間に、無抵抗の電流
路を形成する。コイルは、該コイルをコレクタ７８に電
気的に接続する電気接点１１４を有する。
【００２７】極低温冷却流体のための流路３８が、コイ
ル巻線３４に含まれる。これらの流路は、ＳＣコイル３
６の外縁部の周りに延びることができる。流路は、コイ
ルに極低温冷却流体を供給し、該コイルから熱を除去す
る。冷却流体は、ＳＣコイル巻線において、該コイルに
電気抵抗がない場合を含む超伝導状態をもたらすのに必
要とされる低温、例えば２７°Ｋを維持する。冷却路
は、ロータコアの一端に入口及び出口ポート１１２を有
する。これらの流体（気体）ポート１１２は、ＳＣコイ
ル上の冷却路３８を、極低温剤移送継手２６に接続す
る。
ル巻線３４に含まれる。これらの流路は、ＳＣコイル３
６の外縁部の周りに延びることができる。流路は、コイ
ルに極低温冷却流体を供給し、該コイルから熱を除去す
る。冷却流体は、ＳＣコイル巻線において、該コイルに
電気抵抗がない場合を含む超伝導状態をもたらすのに必
要とされる低温、例えば２７°Ｋを維持する。冷却路
は、ロータコアの一端に入口及び出口ポート１１２を有
する。これらの流体（気体）ポート１１２は、ＳＣコイ
ル上の冷却路３８を、極低温剤移送継手２６に接続す
る。
【００２８】各々のＨＴＳレーストラック形コイル巻線
３４は、ロータ軸線２０に対して平行でほぼ真っ直ぐな
一対の側部分４０と、該ロータ軸線に直交する一対の端
部分５４とを有する。コイルの側部分は、最も大きな遠
心応力に曝される。従って、その側部分は、コイルに作
用する遠心力を打ち消すコイル支持システムによって支
持される。
３４は、ロータ軸線２０に対して平行でほぼ真っ直ぐな
一対の側部分４０と、該ロータ軸線に直交する一対の端
部分５４とを有する。コイルの側部分は、最も大きな遠
心応力に曝される。従って、その側部分は、コイルに作
用する遠心力を打ち消すコイル支持システムによって支
持される。
【００２９】図３は、高温超伝導コイルのためのロータ
コア２２及びコイル支持システムの分解図を示す。支持
システムは、各ロッドの対向する両端部においてＵ形コ
イルハウジングに連結されたテンションロッド４２を備
える。コイルハウジングは、ロータ内にコイル巻線３８
の側部分４０を保持し、支持する。図３において、１つ
のテンションロッド及びコイルハウジングが示されてい
るが、一般的に、コイル支持システムは、各ロッドの両
端部にハウジングを備える一連のテンションロッドを含
む。図３は単に図解のために、テンションロッドの１つ
の端部８６がコイルの側部分４０を越えて延びているよ
うに示しているが、実際には端部８６はコイルの内面に
当接する。テンションロッド及びコイルハウジングは、
ロータ作動中のコイル巻線の損傷を防ぎ、遠心力及び他
の力に対してコイル巻線を支持し、該コイル巻線に防護
のための遮蔽を与える。
コア２２及びコイル支持システムの分解図を示す。支持
システムは、各ロッドの対向する両端部においてＵ形コ
イルハウジングに連結されたテンションロッド４２を備
える。コイルハウジングは、ロータ内にコイル巻線３８
の側部分４０を保持し、支持する。図３において、１つ
のテンションロッド及びコイルハウジングが示されてい
るが、一般的に、コイル支持システムは、各ロッドの両
端部にハウジングを備える一連のテンションロッドを含
む。図３は単に図解のために、テンションロッドの１つ
の端部８６がコイルの側部分４０を越えて延びているよ
うに示しているが、実際には端部８６はコイルの内面に
当接する。テンションロッド及びコイルハウジングは、
ロータ作動中のコイル巻線の損傷を防ぎ、遠心力及び他
の力に対してコイル巻線を支持し、該コイル巻線に防護
のための遮蔽を与える。
【００３０】鉄製コアロータにおけるＨＴＳコイル巻線
３４の主な荷重は、ロータの回転時の遠心加速度による
ものである。効果的なコイル構造支持体が、遠心力を打
ち消すために必要とされる。コイル支持体は、最も大き
な遠心加速度を受けるコイルの側部分４０に沿うことが
とりわけ必要とされる。コイルの側部分を支持するた
め、テンションロッド４２は、コイルの側部分の間を跨
ぎ、コイルの対向した側部分を把持するコイルハウジン
グ４４に取り付けられる。テンションロッドは、ロータ
コアの導管４６、例えば孔を貫通して延び、該ロッド
は、同一コイルの側部分の間、又は隣接するコイルの間
を跨ぐことができる。
３４の主な荷重は、ロータの回転時の遠心加速度による
ものである。効果的なコイル構造支持体が、遠心力を打
ち消すために必要とされる。コイル支持体は、最も大き
な遠心加速度を受けるコイルの側部分４０に沿うことが
とりわけ必要とされる。コイルの側部分を支持するた
め、テンションロッド４２は、コイルの側部分の間を跨
ぎ、コイルの対向した側部分を把持するコイルハウジン
グ４４に取り付けられる。テンションロッドは、ロータ
コアの導管４６、例えば孔を貫通して延び、該ロッド
は、同一コイルの側部分の間、又は隣接するコイルの間
を跨ぐことができる。
【００３１】導管４６は、真っ直ぐな軸線を有する、ロ
ータコア内のほぼ円筒形の通路である。導管の直径は、
ロータの凹状の表面付近における導管端部を除いて、ほ
ぼ一定である。導管は、ロータコアとテンションロッド
との間に滑動可能な軸受面及び熱的絶縁を与える非熱導
伝性の円筒形の断熱チューブ５２を受け入れるため、そ
れらの端部のところで大きな直径に拡張することができ
る。
ータコア内のほぼ円筒形の通路である。導管の直径は、
ロータの凹状の表面付近における導管端部を除いて、ほ
ぼ一定である。導管は、ロータコアとテンションロッド
との間に滑動可能な軸受面及び熱的絶縁を与える非熱導
伝性の円筒形の断熱チューブ５２を受け入れるため、そ
れらの端部のところで大きな直径に拡張することができ
る。
【００３２】導管４６の軸線は、ほぼレーストラック形
コイルによって定められる平面内に位置する。さらに、
導管の軸線は、該導管を貫通して延びるテンションロッ
ドが連結されるコイルの側部分に対して直交している。
さらに、ここに示される実施形態においては、導管は、
ロータ軸線と直交し、かつ該軸線と交差している。導管
の数と導管の位置は、ＨＴＳコイルの位置及びコイルの
側部分を支持するのに必要とされるコイルハウジジング
の数で決まることになる。
コイルによって定められる平面内に位置する。さらに、
導管の軸線は、該導管を貫通して延びるテンションロッ
ドが連結されるコイルの側部分に対して直交している。
さらに、ここに示される実施形態においては、導管は、
ロータ軸線と直交し、かつ該軸線と交差している。導管
の数と導管の位置は、ＨＴＳコイルの位置及びコイルの
側部分を支持するのに必要とされるコイルハウジジング
の数で決まることになる。
【００３３】テンションロッドがコイル巻線の両側部間
をほぼ半径方向に延びるので、該テンションロッドは、
遠心力に対して特に良好にコイルを支持する。各テンシ
ョンロッドは、該ロッドの長さ方向に沿って連続し、レ
ーストラック形コイルの平面内にあるシャフトである。
テンションロッドの長さ方向の連続性は、コイルに対し
て横剛性を与え、ロータに動的利点をもたらす。さら
に、横剛性は、コイル支持体をコイルと一体にするのを
可能にし、ロータの最終的な組み立ての前にコイルをコ
イル支持体と共に組み立てることができる。コイルとコ
イル支持体の事前組み立ては、製造サイクルを減少さ
せ、コイル支持体の品質を向上させ、コイル組み立ての
ばらつきを減少させる。レーストラック形コイルは、コ
イルの長い側を跨ぐテンション部材の列によって支持さ
れる。テンションロッドを備えるコイル支持部材は、コ
イルに予め組み立てられる。
をほぼ半径方向に延びるので、該テンションロッドは、
遠心力に対して特に良好にコイルを支持する。各テンシ
ョンロッドは、該ロッドの長さ方向に沿って連続し、レ
ーストラック形コイルの平面内にあるシャフトである。
テンションロッドの長さ方向の連続性は、コイルに対し
て横剛性を与え、ロータに動的利点をもたらす。さら
に、横剛性は、コイル支持体をコイルと一体にするのを
可能にし、ロータの最終的な組み立ての前にコイルをコ
イル支持体と共に組み立てることができる。コイルとコ
イル支持体の事前組み立ては、製造サイクルを減少さ
せ、コイル支持体の品質を向上させ、コイル組み立ての
ばらつきを減少させる。レーストラック形コイルは、コ
イルの長い側を跨ぐテンション部材の列によって支持さ
れる。テンションロッドを備えるコイル支持部材は、コ
イルに予め組み立てられる。
【００３４】ＨＴＳコイル巻線及び構造支持体構成部品
は、極低温状態にあり、これに対して、ロータコアは、
周囲の「高」温度状態にある。コイル支持体は、熱がロ
ータコアからＨＴＳコイルに到達するのを許す熱伝導源
となる可能性がある。ロータは、作動時に高温になる。
コイルを極低温状態に保持しようとすると、コイルへの
熱伝導を回避しなければならない。ロッドは、ロータの
孔、例えば導管を貫通して延びるが、ロータと接触しな
い。このように接触しないことにより、ロータからテン
ションロッド及びコイルへの熱伝導が回避される。
は、極低温状態にあり、これに対して、ロータコアは、
周囲の「高」温度状態にある。コイル支持体は、熱がロ
ータコアからＨＴＳコイルに到達するのを許す熱伝導源
となる可能性がある。ロータは、作動時に高温になる。
コイルを極低温状態に保持しようとすると、コイルへの
熱伝導を回避しなければならない。ロッドは、ロータの
孔、例えば導管を貫通して延びるが、ロータと接触しな
い。このように接触しないことにより、ロータからテン
ションロッド及びコイルへの熱伝導が回避される。
【００３５】コイルからの熱の漏れを減少させるため、
コイル支持体を最小にして、ロータコアのような熱源か
ら支持体を通る熱伝導を減少させる。一般的に、超伝導
巻線のための支持体については２つのカテゴリー、即
ち、（ｉ）「常温」支持体と（ii）「低温」支持体があ
る。常温支持体では、支持構造体は、冷却されたＳＣ巻
線から熱的に隔離されている。常温支持体については、
超伝導（ＳＣ）コイルの機械的荷重の大部分は、低温の
部材から常温の部材に跨る構造部材によって支持され
る。
コイル支持体を最小にして、ロータコアのような熱源か
ら支持体を通る熱伝導を減少させる。一般的に、超伝導
巻線のための支持体については２つのカテゴリー、即
ち、（ｉ）「常温」支持体と（ii）「低温」支持体があ
る。常温支持体では、支持構造体は、冷却されたＳＣ巻
線から熱的に隔離されている。常温支持体については、
超伝導（ＳＣ）コイルの機械的荷重の大部分は、低温の
部材から常温の部材に跨る構造部材によって支持され
る。
【００３６】低温支持システムでは、支持システムは、
ＳＣコイルの冷たい極低温又はその付近にある。低温支
持体では、ＳＣコイルの機械的荷重の大部分は、極低温
又はその付近にある構造部材によって支持される。ここ
に開示される例示的なコイル支持システムは、テンショ
ンロッド及び該テンションロッドをＳＣコイル巻線に連
結する関連するハウジングが、極低温又はその付近に維
持されるので、低温支持体である。支持部材が低温なの
で、これらの部材は、例えばロータの他の「高温」構成
部品からロータコアを通る非接触導管によって、熱的に
隔離される。
ＳＣコイルの冷たい極低温又はその付近にある。低温支
持体では、ＳＣコイルの機械的荷重の大部分は、極低温
又はその付近にある構造部材によって支持される。ここ
に開示される例示的なコイル支持システムは、テンショ
ンロッド及び該テンションロッドをＳＣコイル巻線に連
結する関連するハウジングが、極低温又はその付近に維
持されるので、低温支持体である。支持部材が低温なの
で、これらの部材は、例えばロータの他の「高温」構成
部品からロータコアを通る非接触導管によって、熱的に
隔離される。
【００３７】個々の支持部材は、テンションロッド４２
（バーと該バーの両端における一対のボルトとしてもよ
い）、１対のコイルハウジング４４、及び各ハウジング
をテンションロッド端部に連結する止めピン８０によっ
て構成される。各々のコイルハウジング４４は、テンシ
ョンロッドに連結される脚部とコイル巻線３４を受ける
溝とを有するＵ形ブラケットである。Ｕ形ハウジング
は、コイルのための支持システムの精密で便利な組み立
てを可能にする。一連のコイルハウジングを、コイル巻
線の側部に沿って端から端まで配置することができる。
コイルハウジングは、全体として、各々のコイルの側部
分４０のほぼ全体にわたってコイルに作用する力、例え
ば遠心力を分散させる。
（バーと該バーの両端における一対のボルトとしてもよ
い）、１対のコイルハウジング４４、及び各ハウジング
をテンションロッド端部に連結する止めピン８０によっ
て構成される。各々のコイルハウジング４４は、テンシ
ョンロッドに連結される脚部とコイル巻線３４を受ける
溝とを有するＵ形ブラケットである。Ｕ形ハウジング
は、コイルのための支持システムの精密で便利な組み立
てを可能にする。一連のコイルハウジングを、コイル巻
線の側部に沿って端から端まで配置することができる。
コイルハウジングは、全体として、各々のコイルの側部
分４０のほぼ全体にわたってコイルに作用する力、例え
ば遠心力を分散させる。
【００３８】コイルハウジング４４は、コイルの側部分
４０を、遠心力による過剰な撓みと曲げから防ぐ。コイ
ル支持体は、ガスタービンの通常の始動／停止作動時に
生ずる長さ方向の熱膨張及び収縮に対してコイルを拘束
しない。特に、熱膨張は、主として側部分の長さに沿う
方向に向いている。従って、コイルの側部分は、コイル
ハウジング及びテンションロッドに対して長さ方向にわ
ずかに摺動する。
４０を、遠心力による過剰な撓みと曲げから防ぐ。コイ
ル支持体は、ガスタービンの通常の始動／停止作動時に
生ずる長さ方向の熱膨張及び収縮に対してコイルを拘束
しない。特に、熱膨張は、主として側部分の長さに沿う
方向に向いている。従って、コイルの側部分は、コイル
ハウジング及びテンションロッドに対して長さ方向にわ
ずかに摺動する。
【００３９】Ｕ形ハウジングは、極低温において延性で
ある軽量の高強度材料で形成される。コイルハウジング
のための一般的な材料は、非磁性体であるアルミニウ
ム、インコネル、又はチタン合金である。Ｕ形ハウジン
グの形状を最適にして、軽量及び高強度にすることがで
きる。
ある軽量の高強度材料で形成される。コイルハウジング
のための一般的な材料は、非磁性体であるアルミニウ
ム、インコネル、又はチタン合金である。Ｕ形ハウジン
グの形状を最適にして、軽量及び高強度にすることがで
きる。
【００４０】止めピン８０は、コイルハウジング及びテ
ンションロッドの孔を貫通して延びる。重さを軽くする
ために、止めピンは中空としてもよい。ロックナット
（図示せず）を、止めピンの両端にねじ込み、又は取り
付けて、ハウジングを固定し、該ハウジングの両側面
が、荷重を受けて別々に広がるのを防ぐ。止めピンは、
高強度のインコネル又はチタン合金で作ることができ
る。端部に２つの平坦な面８６を有するように機械加工
した拡径端部が、テンションロッドに設けられる。
ンションロッドの孔を貫通して延びる。重さを軽くする
ために、止めピンは中空としてもよい。ロックナット
（図示せず）を、止めピンの両端にねじ込み、又は取り
付けて、ハウジングを固定し、該ハウジングの両側面
が、荷重を受けて別々に広がるのを防ぐ。止めピンは、
高強度のインコネル又はチタン合金で作ることができ
る。端部に２つの平坦な面８６を有するように機械加工
した拡径端部が、テンションロッドに設けられる。
【００４１】これらの平坦な面の幅は、Ｕ字形ハウジン
グとコイルの幅に適合する。テンションロッドの平坦部
８６は、ロッド、コイル及びハウジングが互いに組み立
てられるとき、ＨＴＳコイル３４の内面に当接する。こ
の組立体は、止め具を受けるテンションロッドの孔にお
ける応力集中を減少させる。
グとコイルの幅に適合する。テンションロッドの平坦部
８６は、ロッド、コイル及びハウジングが互いに組み立
てられるとき、ＨＴＳコイル３４の内面に当接する。こ
の組立体は、止め具を受けるテンションロッドの孔にお
ける応力集中を減少させる。
【００４２】コイルの長い側部４０のためのテンション
ロッド４２とコイルハウジング４４とからなるコイル支
持システムと、コイル端部のための１対の分割型クラン
プ５８とを、ＨＴＳコイル巻線３４と共に組み立てて、
両者をロータコア２２に取り付けることができる。テン
ションロッド、コイルハウジング、及びクランプは、コ
イル巻線を支持し、該コイル巻線をロータコアに対して
適所に保持するための適正な剛構造体を構成する。
ロッド４２とコイルハウジング４４とからなるコイル支
持システムと、コイル端部のための１対の分割型クラン
プ５８とを、ＨＴＳコイル巻線３４と共に組み立てて、
両者をロータコア２２に取り付けることができる。テン
ションロッド、コイルハウジング、及びクランプは、コ
イル巻線を支持し、該コイル巻線をロータコアに対して
適所に保持するための適正な剛構造体を構成する。
【００４３】各々のテンションロッド４２は、ロータコ
アを貫通して延びるが、ロータ軸線２０を通って直交し
て延びてもよい。ロータコアを貫通する導管４６は、テ
ンションロッドが貫通して延びる通路を形成する。導管
４６は、ロータ軸線に対して垂直に延び、コアの全長に
沿って対称的に配置される。通路４６とテンションロッ
ド４２の数、及びそれらのロータコア上における配置、
また相互間の配置は、設計上の選択事項である。導管の
直径は、十分に大きいので、導管の高温のロータ壁が低
温のテンションロッドと接触するのを回避することがで
きる。接触を回避することにより、テンションロッドと
ロータコアとの間の熱的隔離が向上する。
アを貫通して延びるが、ロータ軸線２０を通って直交し
て延びてもよい。ロータコアを貫通する導管４６は、テ
ンションロッドが貫通して延びる通路を形成する。導管
４６は、ロータ軸線に対して垂直に延び、コアの全長に
沿って対称的に配置される。通路４６とテンションロッ
ド４２の数、及びそれらのロータコア上における配置、
また相互間の配置は、設計上の選択事項である。導管の
直径は、十分に大きいので、導管の高温のロータ壁が低
温のテンションロッドと接触するのを回避することがで
きる。接触を回避することにより、テンションロッドと
ロータコアとの間の熱的隔離が向上する。
【００４４】図５及び図６に示すように、ロータ１４
は、ステンレス鋼製の駆動端シャフト３０と、鉄製のロ
ータコア２２と、非磁性ステンレス鋼製のコレクタ端シ
ャフト２４という３つの主要な構造的構成部品を含む。
ロータコアと端シャフトとは一般的には別個の構成部品
であって、それらは互いに組み立てられて、ボルト又は
溶接により互いに固く結合される。駆動端シャフトとコ
レクタ端シャフトとは、鉄製ロータコアにラベットとボ
ルトとで結合される。鉄製ロータコアは、円筒形の鍛造
品であって、高温超伝導テープ３６で巻かれたレースト
ラック形コイル３４を受けるために、コアの４つの象限
軸にわたって機械加工された平らな表面４８を有する。
は、ステンレス鋼製の駆動端シャフト３０と、鉄製のロ
ータコア２２と、非磁性ステンレス鋼製のコレクタ端シ
ャフト２４という３つの主要な構造的構成部品を含む。
ロータコアと端シャフトとは一般的には別個の構成部品
であって、それらは互いに組み立てられて、ボルト又は
溶接により互いに固く結合される。駆動端シャフトとコ
レクタ端シャフトとは、鉄製ロータコアにラベットとボ
ルトとで結合される。鉄製ロータコアは、円筒形の鍛造
品であって、高温超伝導テープ３６で巻かれたレースト
ラック形コイル３４を受けるために、コアの４つの象限
軸にわたって機械加工された平らな表面４８を有する。
【００４５】銅又はアルミニウム合金で作られた高い導
電性を有する円筒形のシェル９０が、ロータコア上に被
せられる。シェル９０は、ロータ巻線のための電磁遮蔽
体として働き、かつ低温のロータコイル巻線３４を取り
囲む真空空間のための真空囲いを形成することができ
る。電磁遮蔽体の両端部は、遮蔽体９０の組み立ての部
品としてのステンレス鋼製の移行リング１３０に結合さ
れる。遮蔽体サブアセンブリは、コイル巻線の周りに真
空密閉アセンブリを作り出すために、駆動端シャフトと
コレクタ端シャフトとに溶接される。
電性を有する円筒形のシェル９０が、ロータコア上に被
せられる。シェル９０は、ロータ巻線のための電磁遮蔽
体として働き、かつ低温のロータコイル巻線３４を取り
囲む真空空間のための真空囲いを形成することができ
る。電磁遮蔽体の両端部は、遮蔽体９０の組み立ての部
品としてのステンレス鋼製の移行リング１３０に結合さ
れる。遮蔽体サブアセンブリは、コイル巻線の周りに真
空密閉アセンブリを作り出すために、駆動端シャフトと
コレクタ端シャフトとに溶接される。
【００４６】コイル巻線を受けるために、ロータコアは
平らな又は三角形の領域又はスロットのような凹状の表
面４８を有する。これらの表面４８は、円筒形のコアの
湾曲した表面５０に形成され、ロータコアを横切って長
さ方向に延びる。コイル巻線３４は、凹状の領域４８に
隣接してロータに取り付けられる。コイルは、一般的
に、凹状の領域の外表面に沿って長さ方向に、かつロー
タコアの両端の周りに延びる。ロータコアの凹状の表面
４８は、コイル巻線を受ける。凹状の領域の形状は、コ
イル巻線に一致している。例えば、コイル巻線が、サド
ル形状又は何らかの他の形状を有する場合には、ロータ
コアの凹みは、巻線の形状を受けるように構成されるこ
とになる。
平らな又は三角形の領域又はスロットのような凹状の表
面４８を有する。これらの表面４８は、円筒形のコアの
湾曲した表面５０に形成され、ロータコアを横切って長
さ方向に延びる。コイル巻線３４は、凹状の領域４８に
隣接してロータに取り付けられる。コイルは、一般的
に、凹状の領域の外表面に沿って長さ方向に、かつロー
タコアの両端の周りに延びる。ロータコアの凹状の表面
４８は、コイル巻線を受ける。凹状の領域の形状は、コ
イル巻線に一致している。例えば、コイル巻線が、サド
ル形状又は何らかの他の形状を有する場合には、ロータ
コアの凹みは、巻線の形状を受けるように構成されるこ
とになる。
【００４７】凹状の表面４８は、コイル巻線の外表面が
ロータの回転によって定められる包絡面まで実質的に延
びるように、コイルを受ける。ロータコアの湾曲した外
表面５０は、回転時に、円筒形の包絡面を定める。ロー
タのこの回転包絡面は、ステータにおけるロータキャビ
ティ１６（図１参照）とほぼ同じ直径を有する。
ロータの回転によって定められる包絡面まで実質的に延
びるように、コイルを受ける。ロータコアの湾曲した外
表面５０は、回転時に、円筒形の包絡面を定める。ロー
タのこの回転包絡面は、ステータにおけるロータキャビ
ティ１６（図１参照）とほぼ同じ直径を有する。
【００４８】ロータ包絡面とステータキャビティ１６と
の間のギャップは、ロータが通風冷却を必要としないの
で、ステータのみの強制流通風冷却に必要とされるよう
な比較的小さい隙間である。ロータのコイル巻線とステ
ータの巻線との間における電磁的結合を増大させるた
め、ロータとステータとの間の隙間を最小にするのが望
ましい。さらに、ロータによって形成される包絡面まで
延びて、ロータとステータとの間の隙間ギャップのみに
よってステータから離されるように、ロータのコイル巻
線を配置するのが好ましい。
の間のギャップは、ロータが通風冷却を必要としないの
で、ステータのみの強制流通風冷却に必要とされるよう
な比較的小さい隙間である。ロータのコイル巻線とステ
ータの巻線との間における電磁的結合を増大させるた
め、ロータとステータとの間の隙間を最小にするのが望
ましい。さらに、ロータによって形成される包絡面まで
延びて、ロータとステータとの間の隙間ギャップのみに
よってステータから離されるように、ロータのコイル巻
線を配置するのが好ましい。
【００４９】コイル巻線３４の端部分５４は、ロータコ
アの対向した端部５６に隣接している。分割型クランプ
５８は、コイル巻線の端部分の各々をロータ内に保持す
る。各々のコイル端部５４における分割型クランプは、
コイル巻線３４を間に挟む一対の対向するプレートを含
む。クランププレートの表面は、コイル巻線及び該巻線
への接続部１１２、１１４を受けるための溝を備える。
アの対向した端部５６に隣接している。分割型クランプ
５８は、コイル巻線の端部分の各々をロータ内に保持す
る。各々のコイル端部５４における分割型クランプは、
コイル巻線３４を間に挟む一対の対向するプレートを含
む。クランププレートの表面は、コイル巻線及び該巻線
への接続部１１２、１１４を受けるための溝を備える。
【００５０】分割型クランプ５８は、アルミニウム又は
インコネル合金のような非磁性材料で形成することがで
きる。同じ又は同様の非磁性材料を使用して、テンショ
ンロッド、溝形のハウジング、及びコイル支持システム
の他の部分を形成することができる。強磁性材料は、キ
ュリー転移温度以下の温度では脆性になり、荷重支持構
造体として使用することができないので、コイル支持シ
ステムは、極低温で延性を保持するために非磁性体であ
るのが好ましい。
インコネル合金のような非磁性材料で形成することがで
きる。同じ又は同様の非磁性材料を使用して、テンショ
ンロッド、溝形のハウジング、及びコイル支持システム
の他の部分を形成することができる。強磁性材料は、キ
ュリー転移温度以下の温度では脆性になり、荷重支持構
造体として使用することができないので、コイル支持シ
ステムは、極低温で延性を保持するために非磁性体であ
るのが好ましい。
【００５１】分割型クランプ５８は、カラー６２に囲ま
れているが、該カラーと接触していない。端シャフト２
４、３０は、ロータコア２２の端部に接続されるカラー
６２を含む。カラーは、ロータのシャフトを形成する材
料と同じ又は類似のステンレス鋼のような非磁性材料の
厚いディスクである。カラーは、ロータ軸線と直交し、
分割型クランプ５８を受け、かつ通過させるのに十分広
いスロット６４を有する。スロット付きカラーの高温の
側壁６６は、低温の分割型クランプから離間して配置さ
れ、それらは互いに接触状態になることはない。
れているが、該カラーと接触していない。端シャフト２
４、３０は、ロータコア２２の端部に接続されるカラー
６２を含む。カラーは、ロータのシャフトを形成する材
料と同じ又は類似のステンレス鋼のような非磁性材料の
厚いディスクである。カラーは、ロータ軸線と直交し、
分割型クランプ５８を受け、かつ通過させるのに十分広
いスロット６４を有する。スロット付きカラーの高温の
側壁６６は、低温の分割型クランプから離間して配置さ
れ、それらは互いに接触状態になることはない。
【００５２】カラー６２は、ロータコアの隆起したディ
スク領域７０（対向するカラー内に挿入される隆起した
ディスク領域については、ロータコアの反対側を参照）
を受けるために凹状のディスク領域６８（スロット６４
によって二分されている）を含むことができる。ロータ
コアの端部５６の隆起したディスク領域を凹状のディス
ク６８に挿入することにより、カラー内にロータコアが
支持され、ロータコアとカラーとの位置合わせが容易に
なる。さらに、カラーは、該カラーを貫通し、該カラー
のリムの周りを長さ方向に延びる円形配列のボルト孔７
２を有することができる。これらのボルト孔は、ロータ
コア中に部分的に延びるねじを切られた適合するボルト
孔７４に対応する。ねじを切られたボルト孔７５（図５
参照）が、これらの長さ方向のボルト孔７２、７４を貫
通して延び、カラーをロータコアに固定する。
スク領域７０（対向するカラー内に挿入される隆起した
ディスク領域については、ロータコアの反対側を参照）
を受けるために凹状のディスク領域６８（スロット６４
によって二分されている）を含むことができる。ロータ
コアの端部５６の隆起したディスク領域を凹状のディス
ク６８に挿入することにより、カラー内にロータコアが
支持され、ロータコアとカラーとの位置合わせが容易に
なる。さらに、カラーは、該カラーを貫通し、該カラー
のリムの周りを長さ方向に延びる円形配列のボルト孔７
２を有することができる。これらのボルト孔は、ロータ
コア中に部分的に延びるねじを切られた適合するボルト
孔７４に対応する。ねじを切られたボルト孔７５（図５
参照）が、これらの長さ方向のボルト孔７２、７４を貫
通して延び、カラーをロータコアに固定する。
【００５３】ロータコアを金属の円筒形遮蔽体９０に入
れることが可能であり、この遮蔽体は、ロータを取り巻
く渦電流及び他の電流から超電導コイル巻線３４を保護
し、ロータの極低温構成部品の周りに強力な真空を維持
するために必要とされる真空包体を構成するものであ
る。円筒形の遮蔽体９０は、銅合金又はアルミニウムの
ような高導電性材料で形成することができる。ＳＣコイ
ル巻線３４は、真空状態に維持される。この真空を遮蔽
体９０によって形成することができ、該遮蔽体は、コイ
ル及びロータコア周りに真空の容器を形成するステンレ
ス鋼の円筒形層を含むことができる。
れることが可能であり、この遮蔽体は、ロータを取り巻
く渦電流及び他の電流から超電導コイル巻線３４を保護
し、ロータの極低温構成部品の周りに強力な真空を維持
するために必要とされる真空包体を構成するものであ
る。円筒形の遮蔽体９０は、銅合金又はアルミニウムの
ような高導電性材料で形成することができる。ＳＣコイ
ル巻線３４は、真空状態に維持される。この真空を遮蔽
体９０によって形成することができ、該遮蔽体は、コイ
ル及びロータコア周りに真空の容器を形成するステンレ
ス鋼の円筒形層を含むことができる。
【００５４】図６、図７及び図８は、コレクタ端シャフ
ト２４のクローズアップ断面図である。特にこれらの図
は、冷却流体チューブと電線のための通路を提供する、
シャフトを貫通した導管チューブ７６を示している。図
７及び図８は、コレクタ端シャフトの導管７６と、これ
に関係したロータコア近くにおけるシャフト構造とを示
している。図７に示した断面図は、図８に示した断面図
と直交する。図６は、冷却継手２６の近くにおけるコレ
クタ端シャフト２４の端部の断面図を示す。
ト２４のクローズアップ断面図である。特にこれらの図
は、冷却流体チューブと電線のための通路を提供する、
シャフトを貫通した導管チューブ７６を示している。図
７及び図８は、コレクタ端シャフトの導管７６と、これ
に関係したロータコア近くにおけるシャフト構造とを示
している。図７に示した断面図は、図８に示した断面図
と直交する。図６は、冷却継手２６の近くにおけるコレ
クタ端シャフト２４の端部の断面図を示す。
【００５５】コイル巻線３４からの電気接続部１１４は
電線１３２に接続される。これらの電線は、コレクタリ
ング７８に向かってコレクタ端シャフト２４の全長にわ
たって延びる。電線１３２は導管７６を貫通して延び
る。電線１３２の冷たい側の端部は、熱を遮断する断熱
チューブ１４０内で支えられる。電気接点１３４は、端
シャフトの内部からの電線１３２を、端シャフトの外部
をコレクタ継手リング１３８まで延びるリード線１３６
に接続する。
電線１３２に接続される。これらの電線は、コレクタリ
ング７８に向かってコレクタ端シャフト２４の全長にわ
たって延びる。電線１３２は導管７６を貫通して延び
る。電線１３２の冷たい側の端部は、熱を遮断する断熱
チューブ１４０内で支えられる。電気接点１３４は、端
シャフトの内部からの電線１３２を、端シャフトの外部
をコレクタ継手リング１３８まで延びるリード線１３６
に接続する。
【００５６】コイルからの冷却流体入口及び出口ポート
１１２は、端シャフトの全長にわたって延びる入口及び
出口冷却チューブ９４に接続される。これらのチューブ
は同軸になっている。入口チューブ１４２は出口チュー
ブ１５０の中心にある。入口チューブ１４２は、ロータ
軸線と同軸のコイル継手１１２の入口ポート１４４まで
延びている。コイル継手１１２の冷却ガス出口ポート１
４６は、ロータ軸線からオフセットしている。出口ポー
トは、コイルから環状出口チューブ１５０へと冷却流体
を向けるガス移送ハウジング１４８に連結される。出口
チューブ１５０は、入口チューブ１４２と同軸であっ
て、入口チューブの外側にある。
１１２は、端シャフトの全長にわたって延びる入口及び
出口冷却チューブ９４に接続される。これらのチューブ
は同軸になっている。入口チューブ１４２は出口チュー
ブ１５０の中心にある。入口チューブ１４２は、ロータ
軸線と同軸のコイル継手１１２の入口ポート１４４まで
延びている。コイル継手１１２の冷却ガス出口ポート１
４６は、ロータ軸線からオフセットしている。出口ポー
トは、コイルから環状出口チューブ１５０へと冷却流体
を向けるガス移送ハウジング１４８に連結される。出口
チューブ１５０は、入口チューブ１４２と同軸であっ
て、入口チューブの外側にある。
【００５７】本発明を、現在最も実用的で好ましい実施
形態であると思われるものに関連して説明してきたが、
本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、
むしろ特許請求の範囲の技術思想内にある全ての実施形
態を保護しようとするものであることを理解されたい。
形態であると思われるものに関連して説明してきたが、
本発明は開示した実施形態に限定されるものではなく、
むしろ特許請求の範囲の技術思想内にある全ての実施形
態を保護しようとするものであることを理解されたい。
【００５８】特許請求の範囲に示した参照符号は、本発
明の技術的範囲を制限することを意図したものではな
く、その理解を容易にすることを意図するものである。
明の技術的範囲を制限することを意図したものではな
く、その理解を容易にすることを意図するものである。
【図１】 超伝導ロータとステータとを有する同期電気
機械の概略側面図。
機械の概略側面図。
【図２】 例示的なレーストラック形超伝導コイル巻線
の斜視図。
の斜視図。
【図３】 高温超伝導（ＨＴＳ）ロータの構成部品の分
解図。
解図。
【図４】 図３に示すＨＴＳロータの概略断面図。
【図５】 図３に示すＨＴＳロータの概略断面図。
【図６】 図３に示すＨＴＳロータの概略断面図。
【図７】 図３に示すＨＴＳロータの概略断面図。
【図８】 図３に示すＨＴＳロータの概略断面図。
１０ 同期発電機械
１２ ステータ
１４ ロータ
１６ ロータキャビティ
１９ ステータのコイル巻線
２０ ロータ軸線
２２ ロータコア
２４ コレクタ端シャフト
２６ 極低温剤移送継手
３０ 駆動端シャフト
３２ 動力継手
３４ 超伝導コイル巻線
７８ コレクタリング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年７月９日（２００２．７．９）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正内容】
【００２９】図３は、高温超伝導コイルのためのロータ
コア２２及びコイル支持システムの分解図を示す。支持
システムは、各ロッドの対向する両端部においてＵ形コ
イルハウジングに連結されたテンションロッド４２を備
える。コイルハウジングは、ロータ内にコイル巻線３４
の側部分４０を保持し、支持する。図３において、１つ
のテンションロッド及びコイルハウジングが示されてい
るが、一般的に、コイル支持システムは、各ロッドの両
端部にハウジングを備える一連のテンションロッドを含
む。図３は単に図解のために、テンションロッドの１つ
の端部８６がコイルの側部分４０を越えて延びているよ
うに示しているが、実際には端部８６はコイルの内面に
当接する。テンションロッド及びコイルハウジングは、
ロータ作動中のコイル巻線の損傷を防ぎ、遠心力及び他
の力に対してコイル巻線を支持し、該コイル巻線に防護
のための遮蔽を与える。
コア２２及びコイル支持システムの分解図を示す。支持
システムは、各ロッドの対向する両端部においてＵ形コ
イルハウジングに連結されたテンションロッド４２を備
える。コイルハウジングは、ロータ内にコイル巻線３４
の側部分４０を保持し、支持する。図３において、１つ
のテンションロッド及びコイルハウジングが示されてい
るが、一般的に、コイル支持システムは、各ロッドの両
端部にハウジングを備える一連のテンションロッドを含
む。図３は単に図解のために、テンションロッドの１つ
の端部８６がコイルの側部分４０を越えて延びているよ
うに示しているが、実際には端部８６はコイルの内面に
当接する。テンションロッド及びコイルハウジングは、
ロータ作動中のコイル巻線の損傷を防ぎ、遠心力及び他
の力に対してコイル巻線を支持し、該コイル巻線に防護
のための遮蔽を与える。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
Ｆターム(参考） 5H604 AA02 AA05 CC02 CC04 CC20
QA03 QA04 QA08
5H655 AA11 AA13 BB01 BB04 BB09
CC02 CC07 CC08 DD03 HH15
Claims (27)
- 【請求項１】 同期機械のためのロータであって、 中実の円筒形磁性ロータコア（２２）と、 該ロータコアの周りに延びるレーストラック形超伝導コ
イル巻線（３４）と、 前記コアを貫通して延び、前記コイル巻線の対向する長
さ方向側部に取り付けられたコイル支持体（４２、４
４）と、 前記コアから軸方向に延び、該コアに取り付けられた１
対の端シャフト（２４、３０）と、 を含むことを特徴とするロータ。 - 【請求項２】 前記ロータコアが、該ロータコアの対向
する長さ方向側面上に形成された１対の平らな表面（４
８）を含み、前記コイル巻線の前記長さ方向側部（４
０）が、前記平らな表面に隣接することを特徴とする、
請求項１に記載のロータ。 - 【請求項３】 前記ロータコアが、前記平らな表面（４
８）の間に延びる導管（４６）を含み、前記コイル巻線
を支えるために、前記導管を貫通して延びるコイル支持
システム（４２）を更に含むことを特徴とする、請求項
２に記載のロータ。 - 【請求項４】 前記コイル支持システム及び前記コイル
が極低温であり、前記コイル支持システムが前記ロータ
コアから断熱されていることを特徴とする、請求項１に
記載のロータ。 - 【請求項５】 前記ロータコア内に挿入された断熱チュ
ーブ（５２）が、前記コイル支持体を前記コアから隔離
することを特徴とする、請求項４に記載のロータ。 - 【請求項６】 前記端シャフト（２４、３０）が非磁性
金属であることを特徴とする、請求項１に記載のロー
タ。 - 【請求項７】 前記端シャフト（２４、３０）がステン
レス鋼であることを特徴とする、請求項６に記載のロー
タ。 - 【請求項８】 前記ロータコア（２２）が中実の磁性鉄
鍛造品であることを特徴とする、請求項１に記載のロー
タ。 - 【請求項９】 前記コイル（３４）がレーストラック形
状を有することを特徴とする、請求項１に記載のロー
タ。 - 【請求項１０】前記ロータコア及びコイルの周りに導電
性遮蔽体（９０）を更に含むことを特徴とする、請求項
１に記載のロータ。 - 【請求項１１】 前記端シャフトのうちの一方が、コレ
クタリング（７８）と極低温流体継手（２６）とを有す
るコレクタ端シャフト（２４）であることを特徴とす
る、請求項１に記載のロータ。 - 【請求項１２】 同期機械（１０）の中実の鉄製ロータ
コア（２２）上にコイル巻線（３４）を有する高温超伝
導ロータ（１４）を組み立てるための方法であって、 ａ．前記ロータコアの長さ方向側面上の対向する平らな
部分（４８）間に延びる導管（４６）を貫通させてテン
ションバー（４２）を延ばす段階と、 ｂ．前記コイルの部分（４０）の上にハウジング（４
４）を挿入する段階と、 ｃ．前記テンションバーの一端部を前記ハウジングに取
り付ける（８０）段階と、 ｄ．前記ロータコアの対向する端部にロータ端シャフト
（２４、３０）を取り付ける段階と、を含むことを特徴
とする方法。 - 【請求項１３】 前記コアを導電性遮蔽体（９０）で覆
う段階を更に含むことを特徴とする、請求項１２に記載
の方法。 - 【請求項１４】 極低温冷却流体の源を、極低温継手
（２６）を有する第１の端シャフトに結合する段階を更
に含むことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１５】 各端シャフトが、カラースロットを有
するカラーを含み、 前記コイルの一端部が前記カラースロット（６４）内に
嵌合されるように、前記カラー（６２）を前記コアの一
端部に取り付ける段階を更に含むことを特徴とする、請
求項１２に記載の方法。 - 【請求項１６】 テンションバーを延ばす前記段階と、
前記コイルの部分（４０）の上にハウジング（４４）を
挿入する前記段階と、前記テンションバーの一端部を前
記ハウジングに取り付ける（８０）前記段階と、ロータ
端シャフトを取り付ける前記段階とが、連続して順次行
なわれることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１７】 同期機械（１０）におけるロータであ
って、 その対向する側面上に、それに沿って長さ方向に延びる
１対の平らな部分（４８）を有する円筒形のロータコア
（２２）と、 該ロータコアの少なくとも一部の周りに延び、前記コア
の平らな部分に隣接する１対の側部分（４０）を有する
超伝導コイル巻線（３４）と、 前記ロータコアの第１の端部から軸方向に延びる第1の
端シャフトと、 前記ロータコアの第２の端部から軸方向に延びる第２の
端シャフトと、を含むことを特徴とするロータ。 - 【請求項１８】 前記第1の端シャフトが、前記コイル
巻線に冷却流体を供給するための極低温継手（２６）を
含むことを特徴とする、請求項１７に記載のロータ。 - 【請求項１９】 少なくとも１つのテンションロッド
（４２）を含むコイル支持体を更に含み、前記少なくと
も１つのテンションロッドが、前記コアを貫通して延
び、その両端部においてコイルハウジング（４４）に取
り付けられ、該コイルハウジングの各々が、前記コイル
の側部分のうちの１つの周りを包み込むことを特徴とす
る、請求項１７に記載のロータ。 - 【請求項２０】 前記コイル支持体及び前記コイルが極
低温であり、前記コイル支持体が前記ロータコアから断
熱されていることを特徴とする、請求項１９に記載のロ
ータ。 - 【請求項２１】 前記ロータコア内に挿入された断熱チ
ューブ（５２）が、前記テンションロッドを前記コアか
ら隔離することを特徴とする、請求項２０に記載のロー
タ。 - 【請求項２２】 前記端シャフト（２４、３０）が非磁
性金属であることを特徴とする、請求項１７に記載のロ
ータ。 - 【請求項２３】 前記端シャフト（２４、３０）がステ
ンレス鋼であることを特徴とする、請求項２２に記載の
ロータ。 - 【請求項２４】 前記ロータコア（２２）が中実の磁性
鉄鍛造品であることを特徴とする、請求項１７に記載の
ロータ。 - 【請求項２５】 前記コイル（３４）がレーストラック
形状を有することを特徴とする、請求項１７に記載のロ
ータ。 - 【請求項２６】 前記ロータコア及びコイルの周りに導
電性遮蔽体（９０）を更に含むことを特徴とする、請求
項１７に記載のロータ。 - 【請求項２７】 前記端シャフトのうちの一方が、コレ
クタリング（７８）と極低温流体継手（２６）とを有す
るコレクタ端シャフト（２４）であることを特徴とす
る、請求項１７に記載のロータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/854939 | 2001-05-15 | ||
| US09/854,939 US6617714B2 (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | High temperature super-conducting coils supported by an iron core rotor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6617714B2 (ja) |
| EP (1) | EP1258971A3 (ja) |
| JP (1) | JP4002784B2 (ja) |
| KR (1) | KR100902693B1 (ja) |
| CN (1) | CN100483902C (ja) |
| BR (1) | BR0201841A (ja) |
| CA (1) | CA2384558C (ja) |
| CZ (1) | CZ20021674A3 (ja) |
| MX (1) | MXPA02004832A (ja) |
| NO (1) | NO331565B1 (ja) |
| PL (1) | PL200476B1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| WO2002027736A1 (en) * | 2000-09-27 | 2002-04-04 | Igc-Superpower, Llc | Low alternating current (ac) loss superconducting coils |
| US6727633B2 (en) * | 2001-05-15 | 2004-04-27 | General Electric Company | High temperature super-conducting synchronous rotor coil support with tension rods and method for assembly of the coil support |
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| US6794792B2 (en) * | 2002-11-13 | 2004-09-21 | General Electric Company | Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings. |
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| US7357012B2 (en) * | 2005-08-17 | 2008-04-15 | General Electric Company | Methods and assemblies for bending strands of material |
| US7342331B2 (en) * | 2005-10-25 | 2008-03-11 | Honeywell International, Inc. | Multi-plane flexible rotor balancing |
| DE102006027219A1 (de) * | 2006-06-12 | 2007-12-20 | Siemens Ag | Maschine mit ungekühltem Rotorkörper und gekühlter Rotorwicklung sowie zugeordneter Halte- und/oder Abstützeinrichtung |
| US8630688B2 (en) * | 2007-03-16 | 2014-01-14 | Siemens Energy, Inc. | Winding for use in high temperature superconducting generator |
| DE102011005291A1 (de) * | 2011-03-09 | 2012-09-13 | Siemens Aktiengesellschaft | HTS-Synchronmaschine mit erhöhter Läuferstreuung |
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|---|---|---|---|---|
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