JP2003070202A - 高温超伝導ロータコイル支持体とコイル支持方法 - Google Patents
高温超伝導ロータコイル支持体とコイル支持方法Info
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- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 同期機械のためのロータを開示する。
【解決手段】 該ロータは、ロータコアと、ロータコア
の少なくとも一部分の周りに延び、ロータコアの端部に
隣接するコイル端部分を有する超伝導コイル巻線と、端
部分を支え、ロータコアから熱的に隔離されたコイル支
持体とを含む。
の少なくとも一部分の周りに延び、ロータコアの端部に
隣接するコイル端部分を有する超伝導コイル巻線と、端
部分を支え、ロータコアから熱的に隔離されたコイル支
持体とを含む。
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、同期機械のロータにおける超伝導界磁巻
線のための支持構造に関する。
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、同期機械のロータにおける超伝導界磁巻
線のための支持構造に関する。
【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
けられた一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
けられた一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
界を達成する。このような高い空隙磁界は、電気機械の
出力密度を増大させ、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、多量の超伝導線を必
要とする。多量のＳＣ線は、所要コイル数を増加させ、
コイル支持体を複雑にし、ＳＣコイル巻線及びロータの
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
界を達成する。このような高い空隙磁界は、電気機械の
出力密度を増大させ、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、多量の超伝導線を必
要とする。多量のＳＣ線は、所要コイル数を増加させ、
コイル支持体を複雑にし、ＳＣコイル巻線及びロータの
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。ロータの巻線を通過して高温になった使
用済みのヘリウムは、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、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て高温になった使
用済みのヘリウムは、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、大きな補助出力を必要とする。
【０００７】従来のＳＣコイル冷却技術は、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する。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。
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する。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及びその他の加速力に耐えなけれ
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
ータに対する低サイクル疲労負荷となり、又ロータコイ
ルを歪ませる曲げモーメントを与える。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及びその他の加速力に耐えなけれ
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
ータに対する低サイクル疲労負荷となり、又ロータコイ
ルを歪ませる曲げモーメントを与える。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】電気機械のＨＴＳロータの界磁巻線として
使用されるＳＣコイルは、冷却及び通常作動時に応力及
び歪みを受ける。それらは、遠心荷重、曲げモーメン
ト、トルク伝達及び過渡的欠陥状態に曝される。力、応
力、歪み及び周期的荷重に耐えるため、ＳＣコイルは、
コイル支持システムによってロータに適切に支持されな
ければならない。これらの支持システムは、ＳＣコイル
をＨＴＳロータ内に保持し、ロータの回転による非常に
大きな遠心力及びその他の加速力に抗してコイルを固定
しなければならない。さらに、コイル支持システムは、
ＳＣコイルを保護するものであり、コイルに早期に亀裂
を生じたり、疲労その他の破壊を生じたりしないことを
保証するものである。
使用されるＳＣコイルは、冷却及び通常作動時に応力及
び歪みを受ける。それらは、遠心荷重、曲げモーメン
ト、トルク伝達及び過渡的欠陥状態に曝される。力、応
力、歪み及び周期的荷重に耐えるため、ＳＣコイルは、
コイル支持システムによってロータに適切に支持されな
ければならない。これらの支持システムは、ＳＣコイル
をＨＴＳロータ内に保持し、ロータの回転による非常に
大きな遠心力及びその他の加速力に抗してコイルを固定
しなければならない。さらに、コイル支持システムは、
ＳＣコイルを保護するものであり、コイルに早期に亀裂
を生じたり、疲労その他の破壊を生じたりしないことを
保証するものである。
【００１１】高温超伝導（ＨＴＳ）電気機械の開発に対
する課題は、超伝導界磁コイルの構造的一体性を維持す
ることである。コイルが脆弱なため、ＢＳＣＣＯベース
コイルの臨界電流は、コイルの機械的歪みの度合いに敏
感である。従って、臨界電流の最適レベルを維持するた
めに、ＳＣコイルの機械的歪みは最小にされなければな
らない。
する課題は、超伝導界磁コイルの構造的一体性を維持す
ることである。コイルが脆弱なため、ＢＳＣＣＯベース
コイルの臨界電流は、コイルの機械的歪みの度合いに敏
感である。従って、臨界電流の最適レベルを維持するた
めに、ＳＣコイルの機械的歪みは最小にされなければな
らない。
【００１２】同期機械のロータのためのＳＣコイルにお
ける機械的歪みを最小化するために、頑丈なコイル支持
体が必要とされる。コイル支持体は、コイルの歪みを最
小化することにより、コイルがその臨界電流能力を持ち
続けることを保証する。コイルの歪みを最小化すること
に加えて、コイル支持体は、ロータから極低温コイルへ
熱を伝導してはならない。
ける機械的歪みを最小化するために、頑丈なコイル支持
体が必要とされる。コイル支持体は、コイルの歪みを最
小化することにより、コイルがその臨界電流能力を持ち
続けることを保証する。コイルの歪みを最小化すること
に加えて、コイル支持体は、ロータから極低温コイルへ
熱を伝導してはならない。
【００１３】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。
【００１４】
【発明の概要】レーストラック形ＳＣコイルの端部を把
持する分割型クランプを有するコイル支持体が開発され
た。クランプは、コイルに剛度と剛性を与え、遠心加速
時にコイルが曲がるのを防止する。コイルに剛性を持た
せることにより、クランプはコイルの歪みを最小化し、
それによってコイルの臨界電流能力を維持する。
持する分割型クランプを有するコイル支持体が開発され
た。クランプは、コイルに剛度と剛性を与え、遠心加速
時にコイルが曲がるのを防止する。コイルに剛性を持た
せることにより、クランプはコイルの歪みを最小化し、
それによってコイルの臨界電流能力を維持する。
【００１５】分割型クランプはコイルに自由浮遊状態で
取り付けられ、ロータには固定されない。従って、分割
型クランプはコイルと共に極低温に保たれることができ
る。自由浮遊状態のクランプは、ロータコア及び端シャ
フトカラーのような高温の構造体から熱的に隔離（断
熱）される。自由浮遊状態のクランプは、ロータからの
熱がクランプを介してコイルへ伝導するのを防ぐための
断熱構造を必要としない。
取り付けられ、ロータには固定されない。従って、分割
型クランプはコイルと共に極低温に保たれることができ
る。自由浮遊状態のクランプは、ロータコア及び端シャ
フトカラーのような高温の構造体から熱的に隔離（断
熱）される。自由浮遊状態のクランプは、ロータからの
熱がクランプを介してコイルへ伝導するのを防ぐための
断熱構造を必要としない。
【００１６】ＨＴＳロータは、もともとＳＣコイルを含
むように設計された同期機械のためのものであってもよ
い。或いは、ＨＴＳロータは、従来の発電機のような、
既存の電気機械における銅コイルロータと置き換わるも
のでもよい。ロータ及びそのＳＣコイルは、ここでは発
電機に関連して記載されているが、ＨＴＳコイルロータ
はまた、他の同期機械に使用するのにも適している。
むように設計された同期機械のためのものであってもよ
い。或いは、ＨＴＳロータは、従来の発電機のような、
既存の電気機械における銅コイルロータと置き換わるも
のでもよい。ロータ及びそのＳＣコイルは、ここでは発
電機に関連して記載されているが、ＨＴＳコイルロータ
はまた、他の同期機械に使用するのにも適している。
【００１７】分割型クランプを含むコイル支持システム
は、該コイル支持システムをコイルとロータとに一体化
させる上で有用である。更に、コイル支持システムは、
最終的なロータの組み立てに先立っての、コイル支持シ
ステムとコイルとロータコアとの容易な事前組み立てを
助ける。事前組み立ては、コイルとロータの組み立て時
間を短縮し、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。
は、該コイル支持システムをコイルとロータとに一体化
させる上で有用である。更に、コイル支持システムは、
最終的なロータの組み立てに先立っての、コイル支持シ
ステムとコイルとロータコアとの容易な事前組み立てを
助ける。事前組み立ては、コイルとロータの組み立て時
間を短縮し、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。
【００１８】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、ロータコア
と、ロータコアの少なくとも一部分の周りに延び、ロー
タコアの端部に隣接するコイル端部分を有する超伝導コ
イル巻線と、端部分を支え、ロータコアから熱的に隔離
されたコイル支持体とを含む。
機械のためのロータであって、該ロータは、ロータコア
と、ロータコアの少なくとも一部分の周りに延び、ロー
タコアの端部に隣接するコイル端部分を有する超伝導コ
イル巻線と、端部分を支え、ロータコアから熱的に隔離
されたコイル支持体とを含む。
【００１９】第２の実施形態において、本発明は、同期
機械のロータコア上に超伝導コイル巻線を支持するため
の方法であって、該方法は、コイル巻線の端部分を端部
コイル支持体によって支える段階と、コイル巻線と端部
コイル支持体とロータコアとを組み立てる段階と、ロー
タコアにロータ端シャフトを取り付ける段階と、コイル
支持体をロータコア及びシャフトから熱的に隔離する段
階とを含む。
機械のロータコア上に超伝導コイル巻線を支持するため
の方法であって、該方法は、コイル巻線の端部分を端部
コイル支持体によって支える段階と、コイル巻線と端部
コイル支持体とロータコアとを組み立てる段階と、ロー
タコアにロータ端シャフトを取り付ける段階と、コイル
支持体をロータコア及びシャフトから熱的に隔離する段
階とを含む。
【００２０】第３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、ロータの長
手方向軸線と直交する少なくとも１つのロータコア端部
を有するロータコアと、ロータコア端部に取り付けられ
た少なくとも１つの端シャフトと、ロータコアの周りに
延び、ロータコア端部に隣接するコイル端部分を有する
レーストラック形超伝導（ＳＣ）コイル巻線と、コイル
端部分に取り付けられ、ロータコア及びロータ端シャフ
トから熱的に隔離されたコイル支持体とを含む。
機械のためのロータであって、該ロータは、ロータの長
手方向軸線と直交する少なくとも１つのロータコア端部
を有するロータコアと、ロータコア端部に取り付けられ
た少なくとも１つの端シャフトと、ロータコアの周りに
延び、ロータコア端部に隣接するコイル端部分を有する
レーストラック形超伝導（ＳＣ）コイル巻線と、コイル
端部分に取り付けられ、ロータコア及びロータ端シャフ
トから熱的に隔離されたコイル支持体とを含む。
【００２１】
【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。
【００２２】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。
【００２３】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。
【００２４】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。別の構成では、Ｈ
ＴＳコイル巻線は、サドル形にしてもよく、或いは、特
定のＨＴＳロータ設計に適した幾つかの他の形状を有し
てもよい。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ここに開示される。このコイル支持
システムは、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形態に適合させることが
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。別の構成では、Ｈ
ＴＳコイル巻線は、サドル形にしてもよく、或いは、特
定のＨＴＳロータ設計に適した幾つかの他の形状を有し
てもよい。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ここに開示される。このコイル支持
システムは、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形態に適合させることが
できる。
【００２５】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及び駆動端シャフト３０を含む。
コレクタ端シャフトは、コレクタリング７８を含み、該
コレクタリング７８は、コイル接点７９を通してのＳＣ
コイルに対する外部電気接点となる。コレクタ端シャフ
ト２４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２
６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、駆動継手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。
レクタ端シャフト２４及び駆動端シャフト３０を含む。
コレクタ端シャフトは、コレクタリング７８を含み、該
コレクタリング７８は、コイル接点７９を通してのＳＣ
コイルに対する外部電気接点となる。コレクタ端シャフ
ト２４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２
６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、駆動継手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。
【００２６】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。
【００２７】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。
【００２８】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７８に電気的に接続する
電気接点７９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７８に電気的に接続する
電気接点７９を有する。
【００２９】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流体ポート３９及び出口ポ
ート４１を有する。これらの流体（ガス）ポート３９、
４１は、ＳＣコイル上の冷却通路３８を低温剤移送継手
２６につながる通路に接続する。
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流体ポート３９及び出口ポ
ート４１を有する。これらの流体（ガス）ポート３９、
４１は、ＳＣコイル上の冷却通路３８を低温剤移送継手
２６につながる通路に接続する。
【００３０】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。
【００３１】機械の作動中にロータが加速及び減速され
る時、コイル巻線の端部分５４は大きな曲げモーメント
を受ける。コイル端部分５４は、ロータ端部５６を横切
って半径方向に延びる。端部分が半径方向に延びている
ので、コイル端部分の加速度はその長さに沿って変化す
る。従って、ロータの加速及び減速中に、コイル端部分
には曲げモーメントが作用する。端部分に作用する曲げ
モーメントは、コイルの側部分４０に作用するどんな曲
げモーメントよりも一層顕著に現れる。
る時、コイル巻線の端部分５４は大きな曲げモーメント
を受ける。コイル端部分５４は、ロータ端部５６を横切
って半径方向に延びる。端部分が半径方向に延びている
ので、コイル端部分の加速度はその長さに沿って変化す
る。従って、ロータの加速及び減速中に、コイル端部分
には曲げモーメントが作用する。端部分に作用する曲げ
モーメントは、コイルの側部分４０に作用するどんな曲
げモーメントよりも一層顕著に現れる。
【００３２】ＳＣコイルの曲がりは、脆弱なＳＣコイル
に機械的な歪みを与える。ＳＣコイルにおける過度な歪
みは、超伝導状態において臨界電流を処理するコイルの
能力を低下させるおそれがある。従って、コイルの過度
な曲がり及び歪みを防止するコイル支持体が、コイルの
端部分５４のために必要とされる。分割型クランプ５８
（図３）がコイル端部分に適用される。分割型クランプ
はコイル端部分に剛性を与え、それによってコイル端部
分５４における過度な曲がりと歪みを防止する。
に機械的な歪みを与える。ＳＣコイルにおける過度な歪
みは、超伝導状態において臨界電流を処理するコイルの
能力を低下させるおそれがある。従って、コイルの過度
な曲がり及び歪みを防止するコイル支持体が、コイルの
端部分５４のために必要とされる。分割型クランプ５８
（図３）がコイル端部分に適用される。分割型クランプ
はコイル端部分に剛性を与え、それによってコイル端部
分５４における過度な曲がりと歪みを防止する。
【００３３】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。コイ
ル支持システムは、コイルの端部分５４を挟む１対の板
６０で形成された分割型クランプ５８を含む。更に、コ
イル支持システムは、コイルの長い側部分４０のための
支持体を含む。これらコイル側部４０の支持体は、溝ハ
ウジングに連結されたテンションロッド４２を含む。ハ
ウジングは、コイル巻線３４の側部分４０をロータ内に
保持し支持する。図３において、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部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。コイ
ル支持システムは、コイルの端部分５４を挟む１対の板
６０で形成された分割型クランプ５８を含む。更に、コ
イル支持システムは、コイルの長い側部分４０のための
支持体を含む。これらコイル側部４０の支持体は、溝ハ
ウジングに連結されたテンションロッド４２を含む。ハ
ウジングは、コイル巻線３４の側部分４０をロータ内に
保持し支持する。図３において、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部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。
【００３４】鉄製コアロータにおけるＨＴＳコイル巻線
３４の主な荷重は、ロータ回転時における遠心加速と、
停止及び始動時におけるロータの加速及び減速とによる
ものである。効果的なコイル構造支持体が、ロータに作
用する力を打ち消すために必要とされる。
３４の主な荷重は、ロータ回転時における遠心加速と、
停止及び始動時におけるロータの加速及び減速とによる
ものである。効果的なコイル構造支持体が、ロータに作
用する力を打ち消すために必要とされる。
【００３５】コイル巻線３４の端部分５４は、ロータコ
アの対向する端部５６に隣接する。分割型クランプ５８
は、コイル端部分が一層よく曲げモーメントに耐えるこ
とができるように、各コイル端部分を支える。各端部分
５４における分割型クランプは１対の対向する板６０を
含み、それらの間にコイル巻線３４の端部分５４が挟ま
れる。各クランプ板の表面は、コイル巻線３４と巻線に
対する冷却流体及び電気接続部３９、４１、７９とを受
けるための溝１１６、１１８（図６）を含む。
アの対向する端部５６に隣接する。分割型クランプ５８
は、コイル端部分が一層よく曲げモーメントに耐えるこ
とができるように、各コイル端部分を支える。各端部分
５４における分割型クランプは１対の対向する板６０を
含み、それらの間にコイル巻線３４の端部分５４が挟ま
れる。各クランプ板の表面は、コイル巻線３４と巻線に
対する冷却流体及び電気接続部３９、４１、７９とを受
けるための溝１１６、１１８（図６）を含む。
【００３６】分割型クランプ５８は、コイルの端部分の
曲がりが最小になるように、コイルの端部分に剛性を与
える。分割型クランプは、コイルの端部分の曲がりを減
らすことにより、コイルの歪みを減少させる。分割型ク
ランプは、アルミニウム、インコネル合金、又はステン
レス鋼で形成することができる。これらの材料はまた、
貼り合わせられたＢＳＣＣＯ２２２３超伝導線と同様の
熱膨張係数を有する。従ってクランプは、コイルと同様
な熱膨張及び熱収縮特性を有する。分割型クランプの板
６０は、それらの間にコイル端部分を挟んだ状態で互い
に結合することができる。これとは別に、これらの板
は、板と板との間にコイルのための小さな隙間が保持さ
れるように、互いにボルトで組み立ててもよい。
曲がりが最小になるように、コイルの端部分に剛性を与
える。分割型クランプは、コイルの端部分の曲がりを減
らすことにより、コイルの歪みを減少させる。分割型ク
ランプは、アルミニウム、インコネル合金、又はステン
レス鋼で形成することができる。これらの材料はまた、
貼り合わせられたＢＳＣＣＯ２２２３超伝導線と同様の
熱膨張係数を有する。従ってクランプは、コイルと同様
な熱膨張及び熱収縮特性を有する。分割型クランプの板
６０は、それらの間にコイル端部分を挟んだ状態で互い
に結合することができる。これとは別に、これらの板
は、板と板との間にコイルのための小さな隙間が保持さ
れるように、互いにボルトで組み立ててもよい。
【００３７】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、分割型クランプを含むコイル支持シス
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。
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、分割型クランプを含むコイル支持シス
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。
【００３８】分割型クランプ５８は、ロータ端シャフト
２４、３０のカラー６２によって取り囲まれるが、カラ
ー６２と接触しない。各々の端シャフトのカラー６２
は、ロータコア２２の端部５６に結合される。図３には
１つのカラーだけしか図示していないが、カラーは両方
の端シャフト上に設けられ、コアの両端部に取り付けら
れるのが普通である。カラー６２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。実際には、カラーは
ロータシャフトの一部である。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。分割型クランプは、
カラーの側壁６６から真空によって隔てられる。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。
２４、３０のカラー６２によって取り囲まれるが、カラ
ー６２と接触しない。各々の端シャフトのカラー６２
は、ロータコア２２の端部５６に結合される。図３には
１つのカラーだけしか図示していないが、カラーは両方
の端シャフト上に設けられ、コアの両端部に取り付けら
れるのが普通である。カラー６２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。実際には、カラーは
ロータシャフトの一部である。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。分割型クランプは、
カラーの側壁６６から真空によって隔てられる。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。
【００３９】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（図示せず）
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（図示せず）
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。
【００４０】側部コイル支持体が、遠心加速度を最も強
く受けるコイルの側部分４０に沿って必要とされる。コ
イルの側部分４０を支持するために、テンションロッド
４２がコイルの両側部分の間を跨ぎ、コイルの対向する
側部分を把持する溝ハウジング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。
く受けるコイルの側部分４０に沿って必要とされる。コ
イルの側部分４０を支持するために、テンションロッド
４２がコイルの両側部分の間を跨ぎ、コイルの対向する
側部分を把持する溝ハウジング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。
【００４１】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。チ
ューブは、ロックナット８４によって、コア内に保持さ
れる。
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。チ
ューブは、ロックナット８４によって、コア内に保持さ
れる。
【００４２】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ングの
数で決まることになる。
【００４３】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。
【００４４】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。
【００４５】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。
【００４６】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。
【００４７】止めピン８０が、溝ハウジング４４をテン
ションロッドの端部に連結する。各々の溝ハウジング４
４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。
ションロッドの端部に連結する。各々の溝ハウジング４
４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。
【００４８】溝ハウジング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、溝ハウジン
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。
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、溝ハウジン
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。
【００４９】コイル構造体から支持ロッドへの遠心力の
伝達は、コイルの外表面及び側部直線部分の周りに嵌ま
り、テンションロッドの拡径端に、ピン８０によって止
められる溝ハウジングによる。Ｕ形溝ハウジングは、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。溝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。
伝達は、コイルの外表面及び側部直線部分の周りに嵌ま
り、テンションロッドの拡径端に、ピン８０によって止
められる溝ハウジングによる。Ｕ形溝ハウジングは、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。溝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。
【００５０】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（図示
せず）を、止めピンの両端にねじ込み、又は取り付け
て、Ｕ形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。Ｕ形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（図示
せず）を、止めピンの両端にねじ込み、又は取り付け
て、Ｕ形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。Ｕ形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。
【００５１】テンションロッド４２、溝ハウジング４４
及び分割型クランプ５８からなるコイル支持システム
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、溝ハウジング、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。
及び分割型クランプ５８からなるコイル支持システム
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、溝ハウジング、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。
【００５２】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
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
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。
【００５３】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。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。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。
【００５４】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。
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。
【００５５】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。
【００５６】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。
【００５７】ロータコアを金属の円筒形遮蔽体（図示せ
ず）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３
４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。
ず）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３
４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。
【００５８】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。この真空を遮蔽体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。
【００５９】図４、図５、及び図６は、ロータにおける
コイル支持構造体とコイル巻線のための組み立て工程を
概略的に示す。図４に示すように、ロータコアがカラー
及び他のロータの構成部品と組み立てられる前に、テン
ションロッド４２が、ロータコアを貫通して延びる導管
４６の各々に挿入される。各テンションロッドの各々の
端部における断熱チューブ５２は、導管４６の各々の端
部にある拡大端部に配置される。チューブ５２は、リテ
ーナロックナット８４によって適所に固定される。テン
ションロッドがロータコア２２内に組み立てられると、
コイル巻線をコア上に挿入することが可能になる。
コイル支持構造体とコイル巻線のための組み立て工程を
概略的に示す。図４に示すように、ロータコアがカラー
及び他のロータの構成部品と組み立てられる前に、テン
ションロッド４２が、ロータコアを貫通して延びる導管
４６の各々に挿入される。各テンションロッドの各々の
端部における断熱チューブ５２は、導管４６の各々の端
部にある拡大端部に配置される。チューブ５２は、リテ
ーナロックナット８４によって適所に固定される。テン
ションロッドがロータコア２２内に組み立てられると、
コイル巻線をコア上に挿入することが可能になる。
【００６０】図５に示されるように、テンションロッド
４２の平坦な端部８６がＳＣコイルの側部分４０の内面
に当接するように、ＳＣコイル３６がロータコア上に挿
入される。巻線がテンションバーの端部上に挿入された
後に、溝ハウジング４４がＳＣコイルを覆って挿入され
る。溝ハウジングは、止め具８０をそれぞれテンション
ロッド及び溝ハウジング１０４、１０８内の孔を通して
挿入することによって、テンションバーの端部に固定さ
れる。
４２の平坦な端部８６がＳＣコイルの側部分４０の内面
に当接するように、ＳＣコイル３６がロータコア上に挿
入される。巻線がテンションバーの端部上に挿入された
後に、溝ハウジング４４がＳＣコイルを覆って挿入され
る。溝ハウジングは、止め具８０をそれぞれテンション
ロッド及び溝ハウジング１０４、１０８内の孔を通して
挿入することによって、テンションバーの端部に固定さ
れる。
【００６１】溝ハウジング４４は、冷却導管３８を受
け、コイル３６に対して該導管を保持する上部内面に沿
ったスロットを含む。
け、コイル３６に対して該導管を保持する上部内面に沿
ったスロットを含む。
【００６２】複数の溝ハウジングが、遠心力による影響
なしに、適所にコイルを効果的に保持する。溝ハウジン
グは、互いに近接した状態で示されているが、遠心荷
重、トルク伝達、及び過渡的欠陥状態の間に大きな曲げ
及び引張歪みによって引き起こされるコイルの劣化を防
ぐために必要なだけ近接していればよい。
なしに、適所にコイルを効果的に保持する。溝ハウジン
グは、互いに近接した状態で示されているが、遠心荷
重、トルク伝達、及び過渡的欠陥状態の間に大きな曲げ
及び引張歪みによって引き起こされるコイルの劣化を防
ぐために必要なだけ近接していればよい。
【００６３】ロータコア及びコイルがカラー及びロータ
の他の部品と組み立てられる前に、溝ハウジング及びテ
ンションロッドをコイル巻線と組み立てることができ
る。従って、ロータ及び同期機械の他の部品を組み立て
る前に、ロータコア、コイル巻線、及びコイル支持シス
テムを一つの装置として組み立てることができる。
の他の部品と組み立てられる前に、溝ハウジング及びテ
ンションロッドをコイル巻線と組み立てることができ
る。従って、ロータ及び同期機械の他の部品を組み立て
る前に、ロータコア、コイル巻線、及びコイル支持シス
テムを一つの装置として組み立てることができる。
【００６４】図６は、クランププレート６０によって形
成される分割型クランプ５８の組立体を示す。クランプ
プレート６０は、コイル巻線の端部分５４をそれらの間
に挟む。分割型クランプは、コイル巻線３４の端部に対
する構造的支持体を構成する。分割型クランプのプレー
ト６０は、その内面にコイル巻線を受けるチャネル１１
６を含む。同様に、プレートは、気体の入口／出口ライ
ン３９、４１と、コイルへの入力及び出力電流用接続部
７９とのための溝１１８を含む。コイル支持体、コイ
ル、及びロータコアが組み立てられると、このユニット
はいつでもロータ及び同期機械内に組み立てることがで
きる。
成される分割型クランプ５８の組立体を示す。クランプ
プレート６０は、コイル巻線の端部分５４をそれらの間
に挟む。分割型クランプは、コイル巻線３４の端部に対
する構造的支持体を構成する。分割型クランプのプレー
ト６０は、その内面にコイル巻線を受けるチャネル１１
６を含む。同様に、プレートは、気体の入口／出口ライ
ン３９、４１と、コイルへの入力及び出力電流用接続部
７９とのための溝１１８を含む。コイル支持体、コイ
ル、及びロータコアが組み立てられると、このユニット
はいつでもロータ及び同期機械内に組み立てることがで
きる。
【００６５】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に含まれる全ての
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に含まれる全ての
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。
【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】 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ロータのための組み立て工
程を示す斜視図。
程を示す斜視図。
【図５】 図３に示すＨＴＳロータのための組み立て工
程を示す斜視図。
程を示す斜視図。
【図６】 図３に示すＨＴＳロータのための組み立て工
程を示す斜視図。
程を示す斜視図。
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】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 エバンゲロス・トリフォン・ラスカリス
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、スケネ
クタデイ、クリムゾン・オーク・コート、
15番
(72)発明者 ファニ・ケイ・ヌカラ
アメリカ合衆国、ニューヨーク州、オール
バニ、アパートメント・２、ウッドレイ
ク・ロード、53番
Ｆターム(参考） 5H604 AA03 AA05 CC02 CC04 CC05
CC12 CC20 QA03 QA08
5H609 BB03 BB07 BB08 PP02 PP07
PP09 QQ06 QQ09 RR37 RR46
RR50 RR68
Claims (27)
- 【請求項１】 同期機械におけるロータであって、 ロータコアと、 該ロータコアの少なくとも一部分の周りに延び、該ロー
タコアの端部に隣接するコイル端部分を有する超伝導コ
イル巻線と、 前記端部分を支え、前記ロータコアから熱的に隔離され
たコイル支持体と、を含むことを特徴とするロータ。 - 【請求項２】 前記コイル支持体が、分割型クランプで
あることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。 - 【請求項３】 前記コイル支持体が、前記コイル端部分
をそれらの間に挟む１対の板を含むことを特徴とする、
請求項１に記載のロータ。 - 【請求項４】 前記コイル巻線に冷却流体を供給する極
低温継手を更に含み、 前記コイル支持体が、前記コイル巻線からの伝導によっ
て冷却されることを特徴とする、請求項１に記載のロー
タ。 - 【請求項５】 前記コイル端部分とコイル支持体とを受
けるためのスロットを有するロータ端シャフトを更に含
み、前記端シャフトが、前記コイル支持体から熱的に隔
離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６】 前記コイル支持体が、前記コイル端部分
の全長を支えることを特徴とする、請求項１に記載のロ
ータ。 - 【請求項７】 前記コイル支持体が、前記ロータコアの
軸線と直交し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８】 前記ロータコアの第２の端部に隣接する
第２のコイル端部分と、該第２のコイル端部分を支える
第２のコイル支持体と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９】 前記コイル支持体が、前記コイルの長い
側部分に取り付けられた側部支持体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１０】 前記コイル支持体が、前記ロータコア
を貫通して直角方向に延びる少なくとも１つのテンショ
ンロッドと、該テンションロッドの両端部に取り付けら
れたコイルハウジングとを更に含み、該コイルハウジン
グの各々が、前記コイルの対向する長い側部分に取り付
けられることを特徴とする、請求項１に記載のロータ。 - 【請求項１１】 前記テンションロッドが、前記ロータ
コアの導管を貫通して延びることを特徴とする、請求項
１０に記載のロータ。 - 【請求項１２】 同期機械のロータコア上に超伝導コイ
ル巻線を支持するための方法であって、 前記コイル巻線の端部分を端部コイル支持体で支える段
階と、 前記コイル巻線と前記端部コイル支持体と前記ロータコ
アとを組み立てる段階と、 前記ロータコアにロータ端シャフトを取り付ける段階
と、 前記コイル支持体を前記ロータコア及びシャフトから熱
的に隔離する段階と、を含むことを特徴とする方法。 - 【請求項１３】 前記端部分が、分割型クランプによっ
て支えられることを特徴とする、請求項１２に記載の方
法。 - 【請求項１４】 前記組み立てる段階が、前記コイルの
端部分と前記コイル支持体とを、前記ロータ端シャフト
のスロット内へ挿入する段階を含むことを特徴とする、
請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１５】 前記支持する段階が、前記端部分の対
向する表面上に板を当てる段階を含むことを特徴とす
る、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１６】 前記コイルを極低温冷却する段階と、
前記端部コイル支持体を前記コイルと該コイル支持体と
の間の熱伝達によって冷却する段階とを更に含むことを
特徴とする、請求項１２に記載の方法。 - 【請求項１７】 同期機械のためのロータであって、 該ロータの長手方向軸線に直交する少なくとも１つのロ
ータコア端部を有するロータコアと、 前記ロータコア端部に取り付けられた少なくとも１つの
端シャフトと、 前記ロータコアの周りに延び、前記ロータコア端部に隣
接するコイル端部分を有するレーストラック形超伝導
（ＳＣ）コイル巻線と、 前記コイル端部分に取り付けられ、前記ロータ及びロー
タ端シャフトから熱的に隔離されたコイル支持体と、を
含むことを特徴とするロータ。 - 【請求項１８】 前記コイル支持体が、分割型クランプ
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１９】 前記コイル支持体が、前記コイル端部
分をそれらの間に挟む１対の板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２０】 前記コイル巻線に冷却流体を供給する
極低温継手を更に含み、前記コイル支持体が、前記コイ
ル巻線からの伝導によって冷却されることを特徴とす
る、請求項１７に記載のロータ。 - 【請求項２１】 前記ロータ端シャフトが、前記コイル
端部分とコイル支持体とを受けるためのスロットを有
し、前記コイル支持体から熱的に隔離されていることを
特徴とする、請求項１７に記載のロータ。 - 【請求項２２】 前記コイル支持体が、前記コイル端部
分の全長を被うことを特徴とする、請求項１７に記載の
ロータ。 - 【請求項２３】 前記コイル支持体が、前記ロータコア
の軸線と直交していることを特徴とする、請求項１７に
記載のロータ。 - 【請求項２４】 前記ロータコアの第２の端部に隣接す
る第２のコイル端部分と、該第２のコイル端部分に取り
付けられた第２のコイル支持体と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２５】 前記コイルの長い側部分に取り付けら
れたコイル側部支持体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２６】 前記ロータコアを貫通して直角方向に
延びる少なくとも１つのテンションロッドと、該テンシ
ョンロッドの両端部に取り付けられたコイルハウジング
とを更に含み、該コイルハウジングの各々が、前記コイ
ルの対向する長い側部分に取り付けられることを特徴と
する、請求項１７に記載のロータ。 - 【請求項２７】 前記テンションロッドが、前記ロータ
コアの導管を貫通して延び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 |
|---|---|---|---|
| US09/854940 | 2001-05-15 | ||
| US09/854,940 US6787967B2 (en) | 2001-05-15 | 2001-05-15 | High temperature super-conducting rotor coil support and coil support method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003070202A true JP2003070202A (ja) | 2003-03-07 |
| JP4002783B2 JP4002783B2 (ja) | 2007-11-07 |
Family
ID=25319937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002138011A Expired - Fee Related JP4002783B2 (ja) | 2001-05-15 | 2002-05-14 | 高温超伝導ロータコイル支持体とコイル支持方法 |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6787967B2 (ja) |
| EP (1) | EP1261117A3 (ja) |
| JP (1) | JP4002783B2 (ja) |
| KR (1) | KR100871944B1 (ja) |
| CN (1) | CN100492827C (ja) |
| BR (1) | BR0201839A (ja) |
| CA (1) | CA2384570C (ja) |
| CZ (1) | CZ20021675A3 (ja) |
| MX (1) | MXPA02004835A (ja) |
| NO (1) | NO331352B1 (ja) |
| PL (1) | PL202618B1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200457313Y1 (ko) | 2007-11-05 | 2011-12-13 | 현대중공업 주식회사 | 클램프를 갖는 전동기 |
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|---|---|---|---|---|
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| DE102008035275A1 (de) * | 2008-07-29 | 2010-02-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Läufer mit supraleitender Läuferwicklung und die Läuferwicklung umgebender einheitlicher Hülle |
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|---|---|---|---|---|
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