JP2003065477A - 超伝導コイルを備えたロータへの極低温気体移送継手を有する同期機械 - Google Patents
超伝導コイルを備えたロータへの極低温気体移送継手を有する同期機械Info
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- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
- Joints Allowing Movement (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期機械の超伝導巻線及び極低温冷却流体の
源を有するロータへ冷却流体を供給するための冷却流体
継手（２６）を開示する。 【解決手段】 流体継手は、ロータ内で該ロータの軸線
と同軸に、入口冷却チューブ（１５６）と出口冷却チュ
ーブ（１６６）とを備える。入口冷却チューブは、極低
温冷却流体の源（１９０）から冷却流体（１５７）を受
けるように連結された入口ポートを有する。出口冷却チ
ューブは、冷却流体（１６４）をロータから源へ戻すよ
うに連結された出口ポートを有する。固定の運動間隙シ
ール（１６２）が、継手の入口ポートと出口ポートとを
隔てる。
源を有するロータへ冷却流体を供給するための冷却流体
継手（２６）を開示する。 【解決手段】 流体継手は、ロータ内で該ロータの軸線
と同軸に、入口冷却チューブ（１５６）と出口冷却チュ
ーブ（１６６）とを備える。入口冷却チューブは、極低
温冷却流体の源（１９０）から冷却流体（１５７）を受
けるように連結された入口ポートを有する。出口冷却チ
ューブは、冷却流体（１６４）をロータから源へ戻すよ
うに連結された出口ポートを有する。固定の運動間隙シ
ール（１６２）が、継手の入口ポートと出口ポートとを
隔てる。
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、極低温流体の源と機械のロータとの間の
極低温気体継手に関する。
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、極低温流体の源と機械のロータとの間の
極低温気体継手に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】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。
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、それにより、電気機械の出力密度を増大さ
せ、重量と寸法の著しい減少をもたらす。しかしなが
ら、空コア超伝導ロータは、多量の超伝導線を必要と
し、このことは、所要コイル数を増加させ、コイル支持
体を複雑にし、コストを増加させる。
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、それにより、電気機械の出力密度を増大さ
せ、重量と寸法の著しい減少をもたらす。しかしなが
ら、空コア超伝導ロータは、多量の超伝導線を必要と
し、このことは、所要コイル数を増加させ、コイル支持
体を複雑にし、コストを増加させる。
【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。ロータのコイル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巻線から戻
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
必要である。この再液化は、信頼性に関する大きな問題
を提起し、極低温冷却のために大きな補助出力を必要と
する。
却されてきた。ロータのコイル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巻線から戻
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
必要である。この再液化は、信頼性に関する大きな問題
を提起し、極低温冷却のために大きな補助出力を必要と
する。
【０００７】従来の冷却技術は、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。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。
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。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】
【発明が解決しようとする課題】固定の極低温冷却ユニ
ットをロータ及びそのＳＣコイルに連結するために、冷
却流体継手が必要とされる。継手は、入口及び出口冷却
流体を固定の源とロータの回転端シャフトとの間で移送
しなければならない。一般に、ロータ及び他の回転構成
部品に連結された極低温冷却システム用の移送継手にお
いて、接触型シールが使用される。接触型シールは、摩
擦損失を増大させ、このことが、極低温冷却機の容量を
低下させ、シールの磨耗により継手の寿命と信頼性を制
限していた。相対運動間隙シールもまた、ロータへの冷
却流体の移送継手に用いられてきた。しかしながら、相
対運動間隙シールは、熱伝達損失が大きい。極低温気体
への熱伝達損失を減らし、極低温冷却機の容量を向上さ
せるために、相対運動間隙の熱的隔離長さを長くするこ
とが行われてきた。しかしながら、この熱的隔離長さを
長くすることは、長いオーバーハング状チューブをもた
らし、該オーバーハング状チューブは、過度に振動し、
発電機のロータと摩擦接触するようになるおそれがあ
る。従って、ロータとのより良い極低温気体継手への必
要性が、長い間にわたり感じられてきた。
ットをロータ及びそのＳＣコイルに連結するために、冷
却流体継手が必要とされる。継手は、入口及び出口冷却
流体を固定の源とロータの回転端シャフトとの間で移送
しなければならない。一般に、ロータ及び他の回転構成
部品に連結された極低温冷却システム用の移送継手にお
いて、接触型シールが使用される。接触型シールは、摩
擦損失を増大させ、このことが、極低温冷却機の容量を
低下させ、シールの磨耗により継手の寿命と信頼性を制
限していた。相対運動間隙シールもまた、ロータへの冷
却流体の移送継手に用いられてきた。しかしながら、相
対運動間隙シールは、熱伝達損失が大きい。極低温気体
への熱伝達損失を減らし、極低温冷却機の容量を向上さ
せるために、相対運動間隙の熱的隔離長さを長くするこ
とが行われてきた。しかしながら、この熱的隔離長さを
長くすることは、長いオーバーハング状チューブをもた
らし、該オーバーハング状チューブは、過度に振動し、
発電機のロータと摩擦接触するようになるおそれがあ
る。従って、ロータとのより良い極低温気体継手への必
要性が、長い間にわたり感じられてきた。
【０００９】ＨＴＳコイル用の極低温気体冷却システム
に関する熱伝達損失は、好ましくは冷却力を保持するた
めに最小限に抑えられなければならない。固定の極低温
気体の源と同期機械のロータとの間の継手は、極低温気
体の漏れの原因になる可能性がある。継手における気体
の漏れを最小限にするために、入口気体流と戻り気体流
との間の漏れが最小限にされ、極低温気体と大気温度の
周囲構成部品との間に適切な熱絶縁が行なわれることが
望ましい。さらに、移送継手の作動寿命及び高い信頼性
は、同期電気機械の期待される寿命及び信頼性に見合っ
たものにしなければならない。
に関する熱伝達損失は、好ましくは冷却力を保持するた
めに最小限に抑えられなければならない。固定の極低温
気体の源と同期機械のロータとの間の継手は、極低温気
体の漏れの原因になる可能性がある。継手における気体
の漏れを最小限にするために、入口気体流と戻り気体流
との間の漏れが最小限にされ、極低温気体と大気温度の
周囲構成部品との間に適切な熱絶縁が行なわれることが
望ましい。さらに、移送継手の作動寿命及び高い信頼性
は、同期電気機械の期待される寿命及び信頼性に見合っ
たものにしなければならない。
【００１０】
【課題を解決するための手段】極低温気体(又は、冷却
流体)の供給源を、同期電気機械のロータのシャフトに
接続するために、冷却気体継手が開発されてきた。冷却
された極低温気体（又は、他の流体）は、固定の極低温
冷却機から、固定差込みを通ってＨＴＳコイル巻線を有
するロータと共に回転するチューブへと移送される。冷
却気体の移送は、ロータのコレクタ端部に取り付けられ
た極低温気体の移送ジョイントを用いて行われる。差込
み継手の周りの間隙シールにより形成された相対運動間
隙は、入口冷却気体の低圧の戻り気体への漏れを制限
し、回転戻りチューブの長さにわたる相対運動間隙によ
り、戻り極低温気体に対する熱絶縁を行なう。
流体)の供給源を、同期電気機械のロータのシャフトに
接続するために、冷却気体継手が開発されてきた。冷却
された極低温気体（又は、他の流体）は、固定の極低温
冷却機から、固定差込みを通ってＨＴＳコイル巻線を有
するロータと共に回転するチューブへと移送される。冷
却気体の移送は、ロータのコレクタ端部に取り付けられ
た極低温気体の移送ジョイントを用いて行われる。差込
み継手の周りの間隙シールにより形成された相対運動間
隙は、入口冷却気体の低圧の戻り気体への漏れを制限
し、回転戻りチューブの長さにわたる相対運動間隙によ
り、戻り極低温気体に対する熱絶縁を行なう。
【００１１】第１の実施形態において、本発明は、超伝
導巻線を有する同期機械のロータ及び極低温冷却流体の
源へ、冷却流体を供給するための冷却流体継手である。
流体継手は、ロータ内で該ロータの軸線に対して同軸
に、入口冷却チューブと出口冷却チューブとを備える。
入口冷却チューブは、極低温冷却流体の源から入口冷却
流体を受けるように連結された入口ポートを有する。出
口冷却チューブは、冷却流体をロータから源へ戻すよう
に連結された出口ポートを有する。回転運動間隙シール
は、継手の入口ポートと出口ポートとを隔てる。
導巻線を有する同期機械のロータ及び極低温冷却流体の
源へ、冷却流体を供給するための冷却流体継手である。
流体継手は、ロータ内で該ロータの軸線に対して同軸
に、入口冷却チューブと出口冷却チューブとを備える。
入口冷却チューブは、極低温冷却流体の源から入口冷却
流体を受けるように連結された入口ポートを有する。出
口冷却チューブは、冷却流体をロータから源へ戻すよう
に連結された出口ポートを有する。回転運動間隙シール
は、継手の入口ポートと出口ポートとを隔てる。
【００１２】別の実施形態において、本発明は、同期機
械のロータと極低温冷却流体の源との間の冷却流体継手
である。この継手は、（ｉ）ロータ内で該ロータの軸線
に対して同軸に、回転入口冷却チューブと回転出口冷却
チューブとを備え、（ii）入口冷却チューブは、極低温
冷却流体の源から入口冷却流体を受けるように連結さ
れ、（iii）出口冷却チューブは、冷却流体をロータか
ら源へ戻すように連結され、（iv）回転運動間隙シール
が、入口冷却チューブを出口冷却チューブ内に支持す
る。
械のロータと極低温冷却流体の源との間の冷却流体継手
である。この継手は、（ｉ）ロータ内で該ロータの軸線
に対して同軸に、回転入口冷却チューブと回転出口冷却
チューブとを備え、（ii）入口冷却チューブは、極低温
冷却流体の源から入口冷却流体を受けるように連結さ
れ、（iii）出口冷却チューブは、冷却流体をロータか
ら源へ戻すように連結され、（iv）回転運動間隙シール
が、入口冷却チューブを出口冷却チューブ内に支持す
る。
【００１３】更に別の実施形態において、本発明は、同
期機械のロータと極低温冷却流体の源との間の冷却流体
継手である。この継手は、（ｉ）ロータ内で該ロータの
軸線に対して同軸に、回転入口冷却チューブと回転出口
冷却チューブとを備え、（ii）入口冷却チューブは、極
低温冷却流体の源から入口冷却流体を受けるように連結
され、（iii）出口冷却チューブは、冷却流体をロータ
から源へ戻すように連結され、(iv)回転非接触式運動間
隙シールが、入口冷却チューブを出口冷却チューブ内に
支持し、（ｖ）軸受によって支持された固定の第３チュ
ーブが、出口冷却チューブを囲み、（vi）界磁シールが
出口冷却チューブを固定の第３チューブ内に支持する。
期機械のロータと極低温冷却流体の源との間の冷却流体
継手である。この継手は、（ｉ）ロータ内で該ロータの
軸線に対して同軸に、回転入口冷却チューブと回転出口
冷却チューブとを備え、（ii）入口冷却チューブは、極
低温冷却流体の源から入口冷却流体を受けるように連結
され、（iii）出口冷却チューブは、冷却流体をロータ
から源へ戻すように連結され、(iv)回転非接触式運動間
隙シールが、入口冷却チューブを出口冷却チューブ内に
支持し、（ｖ）軸受によって支持された固定の第３チュ
ーブが、出口冷却チューブを囲み、（vi）界磁シールが
出口冷却チューブを固定の第３チューブ内に支持する。
【００１４】
【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。
【００１５】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
ータの円筒形の真空キャビティ１６内に嵌まる界磁巻線
コイル３４を含む。ロータは、ステータの真空の円筒形
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
ータの円筒形の真空キャビティ１６内に嵌まる界磁巻線
コイル３４を含む。ロータは、ステータの真空の円筒形
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。
【００１６】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、従ってコイル巻線の使用を最少限にする。
例えば、ロータの鉄は、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、従ってコイル巻線の使用を最少限にする。
例えば、ロータの鉄は、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。
【００１７】ロータ１４は、ほぼ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を
支持する。ＨＴＳコイル巻線は、サドル形のコイルにし
てもよく、或いは、特定のＨＴＳロータ設計に適した幾
つかの他のコイル巻線形状を有してもよい。ここに開示
される冷却継手は、中実のロータコアに取り付けられた
レーストラック形コイル以外のコイル巻線及びロータの
形態に適合させることができる。
ストラック形の高温超伝導（ＨＴＳ）コイル巻線３４を
支持する。ＨＴＳコイル巻線は、サドル形のコイルにし
てもよく、或いは、特定のＨＴＳロータ設計に適した幾
つかの他のコイル巻線形状を有してもよい。ここに開示
される冷却継手は、中実のロータコアに取り付けられた
レーストラック形コイル以外のコイル巻線及びロータの
形態に適合させることができる。
【００１８】ロータは、コア２２を支える一対の端シャ
フト２４、３０を含み、該端シャフトは、軸受２５によ
って支持される。コレクタ端シャフト２４は、回転ＳＣ
コイル巻線に電気的に接続するコレクタリング３５を備
える。コレクタ端シャフトは、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、
極低温冷却流体の源に結合される固定セグメントと、Ｈ
ＴＳ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。駆動端シャフト３０を、駆動タービンによって動
力継手３２を介して駆動することができる。
フト２４、３０を含み、該端シャフトは、軸受２５によ
って支持される。コレクタ端シャフト２４は、回転ＳＣ
コイル巻線に電気的に接続するコレクタリング３５を備
える。コレクタ端シャフトは、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、
極低温冷却流体の源に結合される固定セグメントと、Ｈ
ＴＳ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。駆動端シャフト３０を、駆動タービンによって動
力継手３２を介して駆動することができる。
【００１９】図２は、例示的なＨＴＳレーストラック形
のＳＣ界磁巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３４
は、高温超伝導コイル３６を含む。各々のＨＴＳコイル
は、固体状エポキシ含浸巻線複合材テープで積層された
ＢＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａ xＣｕxＯx）導線のよう
な、高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣＯ
２２２３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ＳＣ界磁巻線３４を示す。ロータのＳＣ界磁巻線３４
は、高温超伝導コイル３６を含む。各々のＨＴＳコイル
は、固体状エポキシ含浸巻線複合材テープで積層された
ＢＳＣＣＯ（ＢｉxＳｒxＣａ xＣｕxＯx）導線のよう
な、高温超伝導導体を含む。例えば、一連のＢＳＣＣＯ
２２２３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。
【００２０】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。
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。
【００２１】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３５に電気的に接続する
電気接点３７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３５に電気的に接続する
電気接点３７を有する。
【００２２】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。ヘリウムのような冷却流体は、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ポート３９
と出口ポート４１とを有する。これらのポートは、ＳＣ
コイル上の冷却路３８、及び端シャフト２４の反対端の
極低温剤移送継手２６に接続される。
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。ヘリウムのような冷却流体は、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ポート３９
と出口ポート４１とを有する。これらのポートは、ＳＣ
コイル上の冷却路３８、及び端シャフト２４の反対端の
極低温剤移送継手２６に接続される。
【００２３】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、コイルハウジング４４に連結されたテンシ
ョンロッド４２を備える。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。一つの
テンションロッド及び溝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、一連のテンションロ
ッドを含み、その各々が該ロッドの両端にコイル支持ハ
ウジングを有する。テンションロッド及び溝ハウジング
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、コイルハウジング４４に連結されたテンシ
ョンロッド４２を備える。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。一つの
テンションロッド及び溝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、一連のテンションロ
ッドを含み、その各々が該ロッドの両端にコイル支持ハ
ウジングを有する。テンションロッド及び溝ハウジング
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。
【００２４】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
導管４６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を減少させる。
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
導管４６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を減少させる。
【００２５】コイルへの熱伝達を減少させるため、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。
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。
【００２６】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。断熱チューブ５２が、テンションロッド４
２をロータコアの導管壁から隔てる。これらのチューブ
が、各々の導管４２の両端に挿入される。テンションロ
ッドは、チューブの中心を貫通して延びる。断熱チュー
ブ５２は、テンションロッドを導管の中心に位置させ、
高温のロータコアから低温のテンションロッドへと熱が
伝わるのを防ぐ。
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。断熱チューブ５２が、テンションロッド４
２をロータコアの導管壁から隔てる。これらのチューブ
が、各々の導管４２の両端に挿入される。テンションロ
ッドは、チューブの中心を貫通して延びる。断熱チュー
ブ５２は、テンションロッドを導管の中心に位置させ、
高温のロータコアから低温のテンションロッドへと熱が
伝わるのを防ぐ。
【００２７】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）、溝ハウジング４４、及び該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。各々の溝ハウジング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形溝ハウジングは、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。一連の溝ハウジングを、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。溝ハウジングは、
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）、溝ハウジング４４、及び該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。各々の溝ハウジング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形溝ハウジングは、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。一連の溝ハウジングを、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。溝ハウジングは、
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。
【００２８】止めピン８０は、溝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８４
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４４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。コイルハ
ウジング及びコイル幅に適合させるように、端部に２つ
の平坦部８６を有するように機械加工した拡径端部８２
が、テンションロッドに設けられる。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コイルの内面に当接す
る。このコイル支持組立体は、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。
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８４
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４４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。コイルハ
ウジング及びコイル幅に適合させるように、端部に２つ
の平坦部８６を有するように機械加工した拡径端部８２
が、テンションロッドに設けられる。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コイルの内面に当接す
る。このコイル支持組立体は、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。
【００２９】ロータ端シャフトは、一般的には、ステン
レス鋼のような非磁性材料で作られるが、ロータコア２
２は、一般的に、鉄のような磁性材料で作られる。端シ
ャフト２４、３０をステンレス鋼で形成してもよい。一
般的に、ロータコア及び端シャフトは、組み立てられ、
かつボルト止め又は溶接のいずれかによって互いに固定
的に接合されている別々の構成部品である。
レス鋼のような非磁性材料で作られるが、ロータコア２
２は、一般的に、鉄のような磁性材料で作られる。端シ
ャフト２４、３０をステンレス鋼で形成してもよい。一
般的に、ロータコア及び端シャフトは、組み立てられ、
かつボルト止め又は溶接のいずれかによって互いに固定
的に接合されている別々の構成部品である。
【００３０】鉄製ロータコア２２は、ステータ１２のロ
ータキャビティ１６内で回転するのに適したほぼ円筒形
状を有する。コイル巻線３４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。
ータキャビティ１６内で回転するのに適したほぼ円筒形
状を有する。コイル巻線３４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。
【００３１】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。
【００３２】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。
【００３３】分割型クランプ５８は、各端シャフトのカ
ラー６２に囲まれているが、該カラーとは接触していな
い。図３には１つのカラーだけが示されているが、ロー
タコア２２の両端にカラー６２が取り付けられる。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。
ラー６２に囲まれているが、該カラーとは接触していな
い。図３には１つのカラーだけが示されているが、ロー
タコア２２の両端にカラー６２が取り付けられる。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。
【００３４】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。
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。
【００３５】図４及び図５は、ロータの断面図であり、
ここで図５は、平面図においてロータコア周りのコイル
巻線を示し、図４は、図５と直交する方向に見た図を示
す。図６、図７及び図８は、コレクタ端シャフト２４の
拡大断面図である。具体的には、これらの図は、ロータ
のコレクタ端シャフト２４を貫通して延びる導管７６を
示す。この導管７６は、ＳＣ巻線に接続する冷却チュー
ブ及び電気接点のための通路を提供する。導管７６は、
端シャフト２４を貫通して、カラー６２から冷却継手２
６のシャフトの反対端まで延びる。図６及び図７は、ロ
ータコア２２及び端シャフト２４の近くの導管７６を示
す。図８は、コイル巻線の冷却路３８に連結する冷却入
口ポート及び出口ポート３９、４１の拡大図を示す。
ここで図５は、平面図においてロータコア周りのコイル
巻線を示し、図４は、図５と直交する方向に見た図を示
す。図６、図７及び図８は、コレクタ端シャフト２４の
拡大断面図である。具体的には、これらの図は、ロータ
のコレクタ端シャフト２４を貫通して延びる導管７６を
示す。この導管７６は、ＳＣ巻線に接続する冷却チュー
ブ及び電気接点のための通路を提供する。導管７６は、
端シャフト２４を貫通して、カラー６２から冷却継手２
６のシャフトの反対端まで延びる。図６及び図７は、ロ
ータコア２２及び端シャフト２４の近くの導管７６を示
す。図８は、コイル巻線の冷却路３８に連結する冷却入
口ポート及び出口ポート３９、４１の拡大図を示す。
【００３６】コイル巻線３４からの電気接続部３７は、
端シャフト２４の長さ方向にコレクタリング３５に向か
って延びる電線に接続される。電線は、シャフトの導管
７６を貫通して延び、薄壁チューブ１７４内に支持され
る。
端シャフト２４の長さ方向にコレクタリング３５に向か
って延びる電線に接続される。電線は、シャフトの導管
７６を貫通して延び、薄壁チューブ１７４内に支持され
る。
【００３７】コイルからの冷却入口及び出口ポート３
９、４１は、端シャフトの長さ方向に延びる入口及び出
口冷却チューブ１５６、１６６に接続される。入口チュ
ーブ１５６は、ロータの軸と同軸の入口ポート３９まで
延びる。冷却気体出口ポート４１は、ロータの軸からオ
フセットしており、気体移送ハウジングを通って環状の
出口チューブ１６６に連結される。出口チューブ１６６
は、入口チューブ１５６と同軸であり、該入口チューブ
の外側にある。
９、４１は、端シャフトの長さ方向に延びる入口及び出
口冷却チューブ１５６、１６６に接続される。入口チュ
ーブ１５６は、ロータの軸と同軸の入口ポート３９まで
延びる。冷却気体出口ポート４１は、ロータの軸からオ
フセットしており、気体移送ハウジングを通って環状の
出口チューブ１６６に連結される。出口チューブ１６６
は、入口チューブ１５６と同軸であり、該入口チューブ
の外側にある。
【００３８】図９は、回転シャフト構成部品１５０と該
シャフト構成部品を囲む固定構成部品１５２を有する例
示的な移送継手２６を示す。移送継手は、ロータの端シ
ャフト２４を、ロータのＳＣコイル巻線を冷却するため
に用いられる極低温冷却流体の固定された源に連結す
る。
シャフト構成部品を囲む固定構成部品１５２を有する例
示的な移送継手２６を示す。移送継手は、ロータの端シ
ャフト２４を、ロータのＳＣコイル巻線を冷却するため
に用いられる極低温冷却流体の固定された源に連結す
る。
【００３９】低温の極低温気体は、固定の極低温冷却機
１９０（概略的に示す）から、固定差込み１５４を通っ
て、ロータシャフト２４と共に回転する入口チューブ１
５６へと移送される。右向き矢印１５７は、継手を通り
過ぎ、ＨＴＳコイルに向かってロータの軸線２０に沿っ
て流れる入口冷却気体を示す。差込み１５４は、ロータ
の軸線２０と同軸である。差込みの端部１５８は、入口
チューブ１５６との非接触型シールを提供する。差込み
の反対端は、極低温冷却機に連結された可撓性チューブ
１６０に連結され、入口冷却ヘリウムガスの源を提供す
る。差込みの周りの間隙シールを有する回転相対運動間
隙シール１６２が、入口冷却ガスの低圧戻りガスへの漏
れを制限する。
１９０（概略的に示す）から、固定差込み１５４を通っ
て、ロータシャフト２４と共に回転する入口チューブ１
５６へと移送される。右向き矢印１５７は、継手を通り
過ぎ、ＨＴＳコイルに向かってロータの軸線２０に沿っ
て流れる入口冷却気体を示す。差込み１５４は、ロータ
の軸線２０と同軸である。差込みの端部１５８は、入口
チューブ１５６との非接触型シールを提供する。差込み
の反対端は、極低温冷却機に連結された可撓性チューブ
１６０に連結され、入口冷却ヘリウムガスの源を提供す
る。差込みの周りの間隙シールを有する回転相対運動間
隙シール１６２が、入口冷却ガスの低圧戻りガスへの漏
れを制限する。
【００４０】高温冷却ガス（左向き矢印１６４により示
される）は、冷却入口チューブ１５６と冷却出口チュー
ブ１６６の間に形成された、入口チューブと同軸の環状
空間の中を流れる。高温冷却ガスは、ＨＴＳコイル巻線
を通過し、該巻線から熱を除去する。
される）は、冷却入口チューブ１５６と冷却出口チュー
ブ１６６の間に形成された、入口チューブと同軸の環状
空間の中を流れる。高温冷却ガスは、ＨＴＳコイル巻線
を通過し、該巻線から熱を除去する。
【００４１】高温冷却気体は、回転出口チューブ１６６
を出て、間隙シール１６２と該間隙シールを囲む固定円
筒形ケーシング１６８の間を通る。ケーシングの端ディ
スク１６９は、高温冷却気体をロータから極低温冷却機
１９０に移送する戻り可撓性チューブ１７０に連結され
た、ロータの軸線からオフセットした出口ポートを有す
る。高温冷却気体は、極低温冷却機に連結された可撓性
チューブ１７０に入る。可撓性チューブは、ロータの軸
線２０からオフセットしている。
を出て、間隙シール１６２と該間隙シールを囲む固定円
筒形ケーシング１６８の間を通る。ケーシングの端ディ
スク１６９は、高温冷却気体をロータから極低温冷却機
１９０に移送する戻り可撓性チューブ１７０に連結され
た、ロータの軸線からオフセットした出口ポートを有す
る。高温冷却気体は、極低温冷却機に連結された可撓性
チューブ１７０に入る。可撓性チューブは、ロータの軸
線２０からオフセットしている。
【００４２】全ての極低温気体移送チューブ１５６、１
６６は、真空ジャケット１７２で囲まれており、気体へ
の熱伝達が最小限にされる。戻りガス流１６４は、相対
運動のための小さな間隙（薄壁チューブ１７４と回転真
空ジャケットチューブ１６６との間の）をもつ薄壁チュ
ーブ１７４の長さにより、周囲温度から熱的に隔離さ
れ、対流熱伝達を最小にする。薄壁チューブ１７４と円
筒形ハウジング１８４との間の間隙に適用される真空に
よって、更に別の熱的隔離が与えられる。
６６は、真空ジャケット１７２で囲まれており、気体へ
の熱伝達が最小限にされる。戻りガス流１６４は、相対
運動のための小さな間隙（薄壁チューブ１７４と回転真
空ジャケットチューブ１６６との間の）をもつ薄壁チュ
ーブ１７４の長さにより、周囲温度から熱的に隔離さ
れ、対流熱伝達を最小にする。薄壁チューブ１７４と円
筒形ハウジング１８４との間の間隙に適用される真空に
よって、更に別の熱的隔離が与えられる。
【００４３】シャフト１７４端部の磁性流体シール１７
６は、加圧気体システムの積極的な非接触型シールを提
供する。空気流１７７が、外部源から供給され、軸受１
７８のオイルを磁性シールの磁性流体から隔てるバッフ
ァとして働くので、該軸受オイルは、磁性流体と接触す
ることはない。
６は、加圧気体システムの積極的な非接触型シールを提
供する。空気流１７７が、外部源から供給され、軸受１
７８のオイルを磁性シールの磁性流体から隔てるバッフ
ァとして働くので、該軸受オイルは、磁性流体と接触す
ることはない。
【００４４】極低温気体移送継手２６は、精密な軸受１
７８によってロータシャフト上に支持されており、該軸
受は、シール間及び相対運動のための間隙での擦れ合い
を防ぐために、オーバーハング状チューブの振動及び回
転振れを制限する。オイル噴射ノズル１８０が、軸受に
潤滑油を供給する。オイルドレン１８２が、使用済みの
余分の軸受オイルを除去することを可能にする。ラビリ
ンスシール１８４が、軸受からのオイルの漏れを防ぐ。
７８によってロータシャフト上に支持されており、該軸
受は、シール間及び相対運動のための間隙での擦れ合い
を防ぐために、オーバーハング状チューブの振動及び回
転振れを制限する。オイル噴射ノズル１８０が、軸受に
潤滑油を供給する。オイルドレン１８２が、使用済みの
余分の軸受オイルを除去することを可能にする。ラビリ
ンスシール１８４が、軸受からのオイルの漏れを防ぐ。
【００４５】円筒形ハウジング１８６は、冷却移送継手
２６の差込み端部及び可撓性チューブ１６０、１７０を
囲む。ハウジングは、極低温冷却機１９０に連結された
可撓性の円筒形蛇腹１８８に取り付けられる。真空がハ
ウジング１８６内で維持され、周囲温度と可撓性チュー
ブ及び気体移送継手との間の熱的隔離を与える。
２６の差込み端部及び可撓性チューブ１６０、１７０を
囲む。ハウジングは、極低温冷却機１９０に連結された
可撓性の円筒形蛇腹１８８に取り付けられる。真空がハ
ウジング１８６内で維持され、周囲温度と可撓性チュー
ブ及び気体移送継手との間の熱的隔離を与える。
【００４６】磁性流体シール１７６は、円筒形ハウジン
グ１９６内に入れられ、戻りガスの漏れを防ぐために、
継手２６の非回転構成部品に対してＯリング１９８でシ
ールされている。
グ１９６内に入れられ、戻りガスの漏れを防ぐために、
継手２６の非回転構成部品に対してＯリング１９８でシ
ールされている。
【００４７】回転チューブ１５６、１６６は、真空ジャ
ケット１７２によって互いに熱的に隔離される。冷却気
体入口チューブ１５６は、固定の運動間隙シール１６２
（及び、真空ジャケットで囲まれた入口気体チューブ１
５６の二重壁）によって、気体の出口から分離して維持
される。同様に、二重壁の外側回転チューブ（冷却出口
チューブ１６６）は、真空ジャケット１７２を設けられ
ており、更に薄壁の固定チューブ１７４内に収められ
る。これらの入口及び出口チューブ１５６、１６６は、
継手からＨＴＳコイル巻線の入口及び出口ポート３９、
４１まで延びる。
ケット１７２によって互いに熱的に隔離される。冷却気
体入口チューブ１５６は、固定の運動間隙シール１６２
（及び、真空ジャケットで囲まれた入口気体チューブ１
５６の二重壁）によって、気体の出口から分離して維持
される。同様に、二重壁の外側回転チューブ（冷却出口
チューブ１６６）は、真空ジャケット１７２を設けられ
ており、更に薄壁の固定チューブ１７４内に収められ
る。これらの入口及び出口チューブ１５６、１６６は、
継手からＨＴＳコイル巻線の入口及び出口ポート３９、
４１まで延びる。
【００４８】継手２６の回転部品と固定部品の間におい
てガス流に対するシールを提供するために、精密な軸受
及び狭い相対運動間隙を有する短いオーバーハング状の
チューブと共に、非接触型の間隙シール及び磁性流体シ
ールが使用される。気体移送継手２６のこれらの特徴
は、摩擦熱を防ぐものである。このような摩擦熱は、擦
れ合い、或いは振動のために、接触型シールシステムに
おいて生じる。非接触型シールシステムの他の利点は、
気体継手の長い継手寿命、高い信頼性の気体シール、及
び低い熱損失である。
てガス流に対するシールを提供するために、精密な軸受
及び狭い相対運動間隙を有する短いオーバーハング状の
チューブと共に、非接触型の間隙シール及び磁性流体シ
ールが使用される。気体移送継手２６のこれらの特徴
は、摩擦熱を防ぐものである。このような摩擦熱は、擦
れ合い、或いは振動のために、接触型シールシステムに
おいて生じる。非接触型シールシステムの他の利点は、
気体継手の長い継手寿命、高い信頼性の気体シール、及
び低い熱損失である。
【００４９】作動において、移送継手２６の差込みチュ
ーブ１５４は、可撓性チューブ１６０を介して極低温冷
却流体源に連結される。同様に、出口チューブ１６６及
び気体シール１６８のためのケーシングは、可撓性の出
口チューブ１７０に連結される。極低温のシールハウジ
ング１８６は、移送継手２６の円筒形ハウジングに連結
される。真空がハウジング１８６内及び回転チューブの
真空ジャケット１７２内に確立される。
ーブ１５４は、可撓性チューブ１６０を介して極低温冷
却流体源に連結される。同様に、出口チューブ１６６及
び気体シール１６８のためのケーシングは、可撓性の出
口チューブ１７０に連結される。極低温のシールハウジ
ング１８６は、移送継手２６の円筒形ハウジングに連結
される。真空がハウジング１８６内及び回転チューブの
真空ジャケット１７２内に確立される。
【００５０】冷却気体は、通常、ヘリウム、ネオン、或
いは水素のような不活性ガスである。ＨＴＳ超伝導体に
適した温度は、通常、３０°Ｋより低く、約２７°Ｋが
好ましい。極低温剤流体は、約２７°Ｋの温度で極低温
冷却機を出て行く。冷却流体（矢印１５７）は、可撓性
入口チューブ１６０から、差込みチューブ１５４及び入
口チューブ１５６を通って、ロータ及びＨＴＳコイル巻
線３４へ流れる。
いは水素のような不活性ガスである。ＨＴＳ超伝導体に
適した温度は、通常、３０°Ｋより低く、約２７°Ｋが
好ましい。極低温剤流体は、約２７°Ｋの温度で極低温
冷却機を出て行く。冷却流体（矢印１５７）は、可撓性
入口チューブ１６０から、差込みチューブ１５４及び入
口チューブ１５６を通って、ロータ及びＨＴＳコイル巻
線３４へ流れる。
【００５１】冷却された極低温流体は、ロータの導管を
通ってＨＴＳコイル３６の冷却通路３８内へ流れる。冷
却気体は、ＨＴＳコイルから熱を除去し、該コイルを十
分低温に維持し、該コイルの超伝導特性を達成する。冷
却導管は、冷却流体継手２６に連結するロータコアの一
端に、入口及び出口ポート３９、４１を有する。
通ってＨＴＳコイル３６の冷却通路３８内へ流れる。冷
却気体は、ＨＴＳコイルから熱を除去し、該コイルを十
分低温に維持し、該コイルの超伝導特性を達成する。冷
却導管は、冷却流体継手２６に連結するロータコアの一
端に、入口及び出口ポート３９、４１を有する。
【００５２】冷却力を保持し、かつ、ＳＣコイルに必要
とされる低い作動温度を維持するため、極低温気体への
熱伝達損失は最小限にされる。熱損失は、冷却流体の漏
れを最小限にすること、及び極低温冷却流体への熱伝達
を最小限にすることによって、最小にされる。
とされる低い作動温度を維持するため、極低温気体への
熱伝達損失は最小限にされる。熱損失は、冷却流体の漏
れを最小限にすること、及び極低温冷却流体への熱伝達
を最小限にすることによって、最小にされる。
【００５３】相対運動間隙シール１６２が、差込みチュ
ーブ１５４の周りに間隙シールを備える形で形成され、
該間隙シールは、外を流れる戻りガス（矢印１６４）の
低い圧力に向かっての入口極低温気体（矢印１５７）の
漏れを制限する。冷却流体の漏れは、冷却システムに不
要な熱エネルギーが移される作用を有する。従って、極
低温冷却システム２６の熱絶縁及び全体冷却効率を増加
させるために、冷却流体の漏れが減らされる。
ーブ１５４の周りに間隙シールを備える形で形成され、
該間隙シールは、外を流れる戻りガス（矢印１６４）の
低い圧力に向かっての入口極低温気体（矢印１５７）の
漏れを制限する。冷却流体の漏れは、冷却システムに不
要な熱エネルギーが移される作用を有する。従って、極
低温冷却システム２６の熱絶縁及び全体冷却効率を増加
させるために、冷却流体の漏れが減らされる。
【００５４】冷却流体の漏れに加えて、熱的非効率の第
２の源は、ロータ周囲の構成部品からの熱伝導である。
極低温気体への熱伝達を最小限にするため、極低温冷却
気体と、それを取り巻く大気温度の構成部品との間に、
適切な熱絶縁が与えられる。例えば、極低温気体の移送
チューブ１５６、１６６は、高い熱絶縁を保証するため
に、真空ジャケット１７２で囲まれる。
２の源は、ロータ周囲の構成部品からの熱伝導である。
極低温気体への熱伝達を最小限にするため、極低温冷却
気体と、それを取り巻く大気温度の構成部品との間に、
適切な熱絶縁が与えられる。例えば、極低温気体の移送
チューブ１５６、１６６は、高い熱絶縁を保証するため
に、真空ジャケット１７２で囲まれる。
【００５５】さらに、戻りガス流（矢印１６４）は、薄
壁チューブ１７４と小さな相対運動間隙（固定チューブ
１７４と回転真空ジャケットチューブ１６６との間の）
を有する真空ジャケットチューブ１６６とによって、大
気温度から熱的に隔離され、対流熱伝達を最小限にす
る。例えば、チューブ間の真空ジャケットが形成された
間隙といったこれらの相対運動間隙の隔離長さが、極低
温流体への熱伝達を減少させ、（熱損失を減少すること
によって）極低温冷却機の容量を向上させる。熱的隔離
長さを長くすると、オーバーハング状のチューブが長く
なり、該チューブが過度に振動し摩擦接触するようにな
る可能性がある。
壁チューブ１７４と小さな相対運動間隙（固定チューブ
１７４と回転真空ジャケットチューブ１６６との間の）
を有する真空ジャケットチューブ１６６とによって、大
気温度から熱的に隔離され、対流熱伝達を最小限にす
る。例えば、チューブ間の真空ジャケットが形成された
間隙といったこれらの相対運動間隙の隔離長さが、極低
温流体への熱伝達を減少させ、（熱損失を減少すること
によって）極低温冷却機の容量を向上させる。熱的隔離
長さを長くすると、オーバーハング状のチューブが長く
なり、該チューブが過度に振動し摩擦接触するようにな
る可能性がある。
【００５６】極低温気体移送継手２６の支持システム
は、チューブの振動に関連した問題を減らすように設計
される。継手２６は、オーバーハング状チューブの振動
と振れを制限する精密な軸受１７８によってロータのシ
ャフト上に支持される。
は、チューブの振動に関連した問題を減らすように設計
される。継手２６は、オーバーハング状チューブの振動
と振れを制限する精密な軸受１７８によってロータのシ
ャフト上に支持される。
【００５７】本発明を、現在最も実用的で好ましい実施
形態と考えられるものに関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、それ
とは逆に、特許請求の範囲の技術思想内の全ての実施形
態を保護しようとするものであることを理解されたい。
形態と考えられるものに関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、それ
とは逆に、特許請求の範囲の技術思想内の全ての実施形
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】特許請求の範囲において示される参照符号
は、本発明の範囲を限定するものではなく、それらを容
易に理解できるようにすることを意図するものである。
は、本発明の範囲を限定するものではなく、それらを容
易に理解できるようにすることを意図するものである。
【図１】 超伝導ロータ及びステータを有する同期電気
機械の概略側面図。
機械の概略側面図。
【図２】 冷却気体通路を有するレーストラック形ＳＣ
コイルの概略図。
コイルの概略図。
【図３】 レーストラック形ＳＣコイル巻線を有するロ
ータの一部を破断して示した概略図。
ータの一部を破断して示した概略図。
【図４】 レーストラック形ＳＣコイル巻線及び端シャ
フトを有するロータの断面図。
フトを有するロータの断面図。
【図５】 レーストラック形ＳＣコイル巻線及び端シャ
フトを有するロータの断面図。
フトを有するロータの断面図。
【図６】 ロータのコレクタ端シャフトの断面図。
【図７】 ロータのコレクタ端シャフトの断面図。
【図８】 ロータのコレクタ端シャフトの断面図。
【図９】 極低温気体の移送継手組立体の概略断面図。
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
３５ コレクタリング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年７月５日（２００２．７．５）
【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】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正内容】
【図２】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ジェームズ・ペレグリノ・アレクサンダー
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、ボール
ストン・レイク、ノースウエスト・パス、
12番
(72)発明者 ロバート・アドルフ・アッカーマン
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ
クタデイ、コンソール・ロード、4125番
Ｆターム(参考） 3H104 JA04 JB02 JC05 JD09 LE02
5H609 BB07 PP02 PP07 PP09 QQ06
QQ12 RR26 RR37 RR42 RR46
RR73
5H655 AA19 BB01 BB04 BB09 CC30
CC33 DD03 DD13 DD20 DD25
DD26 EE03 EE11 EE18 EE29
EE38 FF02 HH15
Claims (20)
- 【請求項１】 同期機械（１０）のためのロータ（１
４）と極低温冷却流体の源（１９０）との間の冷却流体
継手（２６）であって、 前記ロータ内で該ロータの軸線（２０）に対して同軸
に、回転入口冷却チューブ（１５６）と回転出口冷却チ
ューブ（１６６）とを備え、 前記入口冷却チューブ（１５６）は、前記極低温冷却流
体の源（１９０）から入口冷却流体を受けるように連結
された入口ポートを有し、 前記出口冷却チューブは、冷却流体を前記ロータから前
記源へ戻すように連結された出口ポートを有し、 固定の運動間隙シール（１６２）が、前記入口ポートと
前記出口ポートとを隔てる、ことを特徴とする冷却流体
継手。 - 【請求項２】 磁性流体シール（１７６）を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却流体継手。 - 【請求項３】 前記入口冷却チューブと前記出口冷却チ
ューブとの間に真空ジャケット（１７２）を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却流体継手。 - 【請求項４】 前記入口冷却チューブ内に延び、前記極
低温冷却流体の源（１９０）へ連結された差込みチュー
ブ（１５４）を更に備えることを特徴とする、請求項１
に記載の冷却流体継手。 - 【請求項５】 前記極低温冷却流体が、ヘリウムガスで
あることを特徴とする、請求項１に記載の冷却流体継
手。 - 【請求項６】 前記ロータの軸線からオフセットし、前
記出口冷却チューブに連結された可撓性チューブ（１７
０）と、該第１のチューブに隣接し、前記入口冷却チュ
ーブに連結された第２の可撓性チューブ（１６０）とを
更に備え、該第２の可撓性チューブが前記ロータの軸線
と同軸であることを特徴とする、請求項１に記載の冷却
流体継手。 - 【請求項７】 前記入口冷却チューブと前記出口冷却チ
ューブとの間に真空ジャケット（１７２）を更に備える
ことを特徴とする、請求項１に記載の冷却流体継手。 - 【請求項８】 前記出口冷却チューブを囲み、該出口冷
却チューブと同軸の固定チューブ（１５２）を更に備え
ることを特徴とする、請求項１に記載の冷却流体継手。 - 【請求項９】 前記出口冷却チューブと前記固定チュー
ブとの間に真空ジャケット（１７２）を更に備えること
を特徴とする、請求項８に記載の冷却流体継手。 - 【請求項１０】 前記固定チューブを支持する軸受（１
７８）を更に備えることを特徴とする、請求項８に記載
の冷却流体継手。 - 【請求項１１】 前記固定チューブ（１５２）を支持す
る軸受と、前記出口冷却チューブを前記固定チューブ内
に支持する磁界シール（１７６）と、前記入口冷却チュ
ーブを前記出口冷却チューブ内に支持する回転運動間隙
シールとを更に備えることを特徴とする、請求項８に記
載の冷却流体継手。 - 【請求項１２】 同期機械（１０）のためのロータ（１
４）と極低温冷却流体の源（１９０）との間の冷却流体
継手（２６）であって、 前記ロータ内で該ロータの軸線（２０）に対して同軸
に、回転入口冷却チューブ（１５６）と回転出口冷却チ
ューブ（１６６）とを備え、 前記入口冷却チューブは、前記極低温冷却流体の源から
入口冷却流体を受けるように連結され、 前記出口冷却チューブは、冷却流体を前記ロータから前
記源へ戻すように連結され、 回転運動間隙シールが、前記入口冷却チューブを前記出
口冷却チューブ内に支持する、ことを特徴とする冷却流
体継手。 - 【請求項１３】 同期機械（１０）のためのロータ（１
４）と極低温冷却流体の源（１９０）との間の冷却流体
継手（２６）であって、 前記ロータ内で該ロータの軸線に対して同軸に、回転入
口冷却チューブ（１５６）と回転出口冷却チューブ（１
６６）とを備え、 前記入口冷却チューブは、前記極低温冷却流体の源から
入口冷却流体を受けるように連結され、 前記出口冷却チューブは、冷却流体を前記ロータから前
記源へ戻すように連結され、 回転非接触型運動間隙シールが、前記入口冷却チューブ
を前記出口冷却チューブ内に支持し、 軸受（１７８）に支持された第３のチューブが、前記出
口冷却チューブを囲み、 磁界シールが、前記出口冷却チューブを前記固定チュー
ブ内に支持する、ことを特徴とする冷却流体継手。 - 【請求項１４】 前記入口冷却チューブと前記出口冷却
チューブとの間に真空ジャケットを更に備えることを特
徴とする、請求項１３に記載の冷却流体継手。 - 【請求項１５】 前記入口冷却チューブ内に延び、前記
極低温冷却流体の源に連結された差込みチューブを更に
備えることを特徴とする、請求項１３に記載の冷却流体
継手。 - 【請求項１６】 前記極低温冷却流体が、ヘリウムガス
であることを特徴とする、請求項１３に記載の冷却流体
継手。 - 【請求項１７】 前記ロータの軸線からオフセットし、
前記出口冷却チューブに連結された可撓性チューブと、
該第１のチューブに隣接し、前記入口冷却チューブに連
結された第２の可撓性チューブとを更に備え、該第２の
可撓性チューブが、前記ロータの軸線と同軸であること
を特徴とする、請求項１３に記載の冷却流体継手。 - 【請求項１８】 前記第３のチューブと前記出口冷却チ
ューブとの間に真空ジャケットを更に備えることを特徴
とする、請求項１３に記載の冷却流体継手。 - 【請求項１９】 前記第３のチューブが固定されたもの
であることを特徴とする、請求項１３に記載の冷却流体
継手。 - 【請求項２０】 前記入口冷却チューブと前記出口冷却
チューブとの間に真空ジャケットを更に備えることを特
徴とする、請求項１３に記載の冷却流体継手。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/854,931 US6412289B1 (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | Synchronous machine having cryogenic gas transfer coupling to rotor with super-conducting coils |
| US09/854931 | 2001-05-15 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003065477A true JP2003065477A (ja) | 2003-03-05 |
| JP2003065477A5 JP2003065477A5 (ja) | 2006-06-15 |
| JP4064721B2 JP4064721B2 (ja) | 2008-03-19 |
Family
ID=25319903
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002137962A Expired - Fee Related JP4064721B2 (ja) | 2001-05-15 | 2002-05-14 | 超伝導コイルを備えたロータへの極低温気体移送継手を有する同期機械 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6412289B1 (ja) |
| EP (1) | EP1261115A1 (ja) |
| JP (1) | JP4064721B2 (ja) |
| KR (1) | KR100902429B1 (ja) |
| CN (1) | CN100338859C (ja) |
| BR (1) | BR0201771A (ja) |
| CA (1) | CA2384601C (ja) |
| CZ (1) | CZ20021666A3 (ja) |
| MX (1) | MXPA02004840A (ja) |
| NO (1) | NO330804B1 (ja) |
| PL (1) | PL200277B1 (ja) |
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| WO2009119176A1 (ja) | 2008-03-28 | 2009-10-01 | イーグル工業株式会社 | ロータリジョイント |
| WO2009122782A1 (ja) | 2008-04-03 | 2009-10-08 | イーグル工業株式会社 | ロータリジョイント |
| WO2010140627A1 (ja) * | 2009-06-02 | 2010-12-09 | 国立大学法人東京海洋大学 | 低温用ロータリージョイント |
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