JP2011124252A

JP2011124252A - ギャップ付き鉄心形超電導リアクトル

Info

Publication number: JP2011124252A
Application number: JP2009278229A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Matsubara; 克夫松原
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2009-12-08
Filing date: 2009-12-08
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚と、クライオスタットと、超電導コイルと、ヨーク鉄心と、を一体に組み合わせて構成されるギャップ付き鉄心形超電導リアクトルのギャップ部分での磁束漏れを抑制することができるギャップ付き鉄心形超電導リアクトルを提供することを目的とする。
【解決手段】複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚のギャップ部分の近傍に超電導板や導電板を配置することによって、磁束漏れを抑制することができるギャップ付き鉄心形超電導リアクトルを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ギャップ付き鉄心形超電導リアクトルに関するものである。

分路リアクトルなどに使用されるリアクトルとしては、一般にギャップ付き鉄心形リアクトルが用いられる。このギャップ付き鉄心形リアクトルは、珪素鋼板を積層して構成した複数個のブロック鉄心を、その間に絶縁物のギャップ部材を挟み込むことにより複数の磁気ギャップが形成されるように積み重ねた、ギャップ付き鉄心脚を備えている。このギャップ付き鉄心脚の上下には、同様に珪素鋼板を積層して構成したヨーク鉄心が配置されている。また、ギャップ付き鉄心脚の周囲には、電線が巻回されたコイルが配置されている（特許文献１）。

超電導コイルは高磁界発生手段として種々の分野で実用化が進んでいる。超電導導体素線の細線化による交流損失の小さな超電導線が開発されて変圧器などの交流機器への適用研究が行われている。その場合、ヘリウムの蒸発温度である４°Ｋの極低温で超電導状態を維持する金属超電導体が使用された超電導線に代わって、液体窒素による冷却で超電導状態になる酸化物超電導体を使用した超電導線が実用的な超電導材料として使用される。酸化物超電導体は高温超電導体とも呼ばれており、この高温超電導体を使用した超電導線は金属超電導体を使用した超電導線に比べて運転コストが低いという特長がある（特許文献２）。

この高温超電導体技術の進展によって変圧器などの交流機器への応用研究がさらに進められている。最近の電力ケーブルの増加等によって、進相無効電力補償用として、屋内や地下式変電所に適用できる小型、高効率で不燃性の分路リアクトルが必要とされている。そのため、高温超電導変圧器の研究実績を基に、ギャップ付き鉄心形超電導リアクトルの開発が進められている。

図７を用いて、従来のギャップ付き鉄心形超電導リアクトルの構成について説明する。珪素鋼板を積層して構成した複数個のブロック鉄心１ａは、その間にギャップ部１ｂを設けて、全体として円形断面としたギャップ付き鉄心脚１が構成されている。このギャップ付き鉄心脚１の上下には、珪素鋼板を積層して構成した断面が矩形のヨーク鉄心２が配置されている。

ＦＲＰなどの絶縁材料で構成されたクライオスタット３がギャップ付き鉄心脚１の周りを囲む様に配置されている。このクライオスタット３は円筒状の容器になっており、内部に液体窒素等の冷媒を入れられるように構成されている。そしてクライオスタット３の内部には、ギャップ付き鉄心脚１を中心として超電導コイル４が配置されている。超電導コイル４は高温超電導体を使用した超電導線を巻回して作られており、クライオスタット３の内部に液体窒素等の冷媒を入れ、図示していない冷凍機等で冷却することによって、超電導コイル４を極低温に冷却し超電導相状態に維持することができる。

特開平６−３３３７６１号公報特開平１０−１７２８２４号公報

図８に示すように、ギャップ付き鉄心脚１のギャップ部１ｂ部分では磁束が漏れ、比較的大きな半径方向磁束密度Ｂｒが発生していることがわかる。

図７に示すような従来の構成においては、磁束密度Ｂｒの値を極力小さくするために超電導コイル４の巻線径を大きくしギャップ付き鉄心脚１との距離を長くするといったことや、臨界電流の低下を見込み小さな許容電流で超電導コイル４の超電導線材を設計するなどといった、不経済な設計を行なっていた。

本発明は、珪素鋼板を積層してなる複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚と、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に配置されたクライオスタットと、前記クライオスタットの内部に配置され、かつ前記ギャップ付き鉄心脚を中心に超電導線によって巻回された超電導コイルと、珪素鋼板を積層してなるヨーク鉄心と、を一体に組み合わせて構成されたギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記ギャップ付き鉄心脚側であって前記クライオスタットと前記超電導コイルとの間に切り欠きを有する超電導板が配置されたことを特徴としている（請求項１の発明）。

請求項１のギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記超電導板は前記ギャップ部に対向する周囲にのみ配置されたことを特徴としている（請求項２の発明）。

さらに、他の実施形態として、珪素鋼板を積層してなる複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚と、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に配置されたクライオスタットと、前記クライオスタットの内部に配置され、かつ前記ギャップ付き鉄心脚を中心に超電導線によって巻回された超電導コイルと、珪素鋼板板帯を積層してなるヨーク鉄心と、を一体に組み合わせて構成されたギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に切り欠きを有する導電板が配置されたことを特徴としている（請求項３の発明）。

さらに、請求項３のギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記導電板は前記ギャップ部に対向する周囲にのみ配置されたことを特徴としている（請求項４の発明）。

ギャップ付き鉄心脚のギャップ部分での漏れ磁束密度Ｂｒを超電導薄板または導電板を用いて遮蔽することによって、磁束密度Ｂｒによる臨界電流の低下を防ぐことができる。すなわち、許容電流を大きくできるので、超電導巻線を有効に活用することができる。また、磁束密度Ｂｒを無視できるので、超電導巻線とギャップ付き鉄心脚との距離を小さくでき、コンパクトで経済的な超電導リアクトルを作ることができる。

図１は本発明の代表的な実施形態の正面図である。図２は本発明の他の実施形態の正面図である。図３は本発明の超電導板の詳細図である。図４は本発明の超電導板の展開図である。図５は本発明の他の実施形態の正面図である。図６は本発明の他の実施形態の正面図である。図７は従来のギャップ付き鉄心形超電導リアクトルの正面図である。図８は従来のギャップ付き鉄心形超電導リアクトルのギャップ部での漏れ磁束分布図である。

以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。なお、実施例の図中で、図７に対応する部材には同じ符号を付して詳細な説明は省略する。図１に示すように、クライオスタット３と超電導コイル４との間であってギャップ付き鉄心脚１に設けられたギャップ部１ｂ全体を覆うようにひとつの超電導板５が配置されている。

次に図２を用いて他の実施例について説明する。超電導板５が配置される場所は図１で示した実施例と同様にクライオスタット３と超電導コイル４との間である。ただし、図１の実施例とは異なり、超電導板５は同一形状のものが３つ用いられる。３つの超電導板５はそれぞれがギャップ付き鉄心脚１に設けられた３箇所のギャップ部１ｂに対向する位置に配置されている。

次に図３を用いて超電導板５について説明する。図３に示すように、超電導板５は円筒形のクライオスタット３の内壁の周りに巻きつく様に配置されている。この実施例では超電導板５は１枚の短冊状の板を円く曲げ、切り欠き５ａが設けられて１ターンショートしないように構成されている。

次に図４を用いて超電導板５の他の実施例について説明する。図４に示すように超電導板５は同一幅の線材を組み合わせて構成されている。この実施例では、同一幅の線材である長板５ｂと短板5ｃとが組み合わされ銀ロー付け等によって固定され、これらの線材間を遮蔽電流が点線で示すように還流するように構成されている。そしてこれらの線材が組み合わされて構成されたものが図３の実施例と同様に切り欠き５ａが設けられて１ターンショートしないように円く曲げられている。また、図４の実施例では長板５ｂを４枚用いているが、この長板５ｂの枚数を増やすことによって、図１で示したようなギャップ部１ｂ全体を覆うような超電導板５を作ることもできる。

次に図５を用いて他の実施例について説明する。図５に示すようにひとつの導電板６がギャップ部１ｂ全体を覆うようにギャップ付き鉄心脚１の外側に巻きつくように配置されている。この導電板６も図３の実施例と同様に１枚の短冊状の板を円く曲げ、切り欠き５ａが設けられて１ターンショートしないように構成されている。導電板６は導電性の薄板で、銅やアルミを用いて作る。この導電板６は、前述した超電導板５ほどの磁界遮蔽効果は期待できないが、直接ギャップ付き鉄心脚１に接地するなど、導電板６の電位取りが容易に行うことができる。

次に図６を用いて導電板６の他の実施例について説明する。導電板６が配置される場所は図５で示した実施例と同様にギャップ付き鉄心脚１の外側に配置されている。ただし、図５の実施例とは異なり、導電板６は同一形状のものが３つ用いられる。３つの導電板６はそれぞれがギャップ付き鉄心脚１に設けられた３箇所のギャップ部１ｂに対向する位置に配置されている。

１ギャップ付き鉄心脚
１ａブロック鉄心
１ｂギャップ部
２ヨーク鉄心
３クライオスタット
４超電導コイル
５超電導薄板
５ａ切り欠き
５ｂ長板
５ｃ短板
６導電板

Claims

珪素鋼板を積層してなる複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚と、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に配置されたクライオスタットと、前記クライオスタットの内部に配置され、かつ前記ギャップ付き鉄心脚を中心に超電導線によって巻回された超電導コイルと、珪素鋼板を積層してなるヨーク鉄心と、を一体に組み合わせて構成されたギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記ギャップ付き鉄心脚側であって前記クライオスタットと前記超電導コイルとの間に切り欠きを有する超電導板が配置されたことを特徴とするギャップ付き鉄心形超電導リアクトル。
前記超電導板は前記ギャップ部に対向する周囲にのみ配置された請求項１記載のギャップ付き鉄心形超電導リアクトル。
珪素鋼板を積層してなる複数個のブロック鉄心にギャップ部を設けて構成されるギャップ付き鉄心脚と、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に配置されたクライオスタットと、前記クライオスタットの内部に配置され、かつ前記ギャップ付き鉄心脚を中心に超電導線によって巻回された超電導コイルと、珪素鋼板を積層してなるヨーク鉄心と、を一体に組み合わせて構成されたギャップ付き鉄心形超電導リアクトルにおいて、前記ギャップ付き鉄心脚の周囲に切り欠きを有する導電板が配置されたことを特徴とするギャップ付き鉄心形超電導リアクトル。
前記導電板は前記ギャップ部に対向する周囲にのみ配置された請求項３記載のギャップ付き鉄心形超電導リアクトル。