JP2020536476A

JP2020536476A - 高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置及び前記装置による超伝導コイルの性能評価方法

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Publication number: JP2020536476A
Application number: JP2020515846A
Authority: JP
Inventors: ホミンキム; ジヒョンキム
Original assignee: インダストリー−アカデミックコオペレーションファウンデーションジェジュナショナルユニバーシティ
Priority date: 2017-11-24
Filing date: 2018-04-23
Publication date: 2020-12-10
Also published as: DE112018000241T5; US20200081053A1; KR101850042B1; WO2019103253A1; US10890628B2

Abstract

本発明は高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置及び前記装置による超伝導コイルの性能評価方法に関するものである。ここで、本発明の技術的要旨は、超伝導コイルの安定度評価、信頼性検証方案提供及び商用化可否と超伝導コイル製作のための超電導線の臨界電流又は運転電流上限線を評価確認するようにするものであり、第２世代高温超電導回転機用超伝導コイルの電磁気的、熱的及び機械的性能評価が可能であることを特徴とする。このような本発明は、超伝導コイルを冷却するようにするボビンの冷却時に冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成され、外部固定子の電流大きさを設定制御によって容易に変更することができるようにすることにより、超伝導コイルに印加される時変磁場の大きさを異に調整することができるようにし、よって超伝導コイルが使われる実際の使用環境と同じ評価環境を設定及び制御することができるようにすることにより、超伝導コイルの性能評価信頼度を確保することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は超伝導コイルの安定度評価、信頼性検証方案提供及び商用化可否と超伝導コイル製作のための超電導線の臨界電流及び運転電流上限線を評価確認することができるようにするものであり、第２世代高温超電導回転機用超伝導コイルの電磁気的、熱的及び機械的性能を正確に評価することができることを特徴とする高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置及び前記装置による超伝導コイルの性能評価方法に関するものである。

このような本発明は、超伝導コイルを冷却するボビンを冷却するとき、冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成（冷凍機又は冷媒循環モジュールがボビンを介して超伝導コイルを冷却するとき、冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成され、運転温度の変更を容易に制御）され、外部固定子の電圧、電流の大きさなどを設定制御によって自由に変更することができるようにすることにより、超伝導コイルに印加される時変磁場の大きさを異に調整することができるようにし、よって超伝導コイルが使われる実際の使用環境と同じ評価環境を提供して超伝導コイルの性能評価信頼度が高いことを特徴とする。

一般に、超伝導コイルはＮＭＲ、ＭＲＩなどの医療分野と超伝導回転機（電動機、発電機）などの産業分野に商業及び研究用に広く使われる。

従来の超伝導コイル試験装置は、コイルの一部又は縮小モデルを使って電流の通電性能を試験する方法又は超伝導コイルが内部に装着された発電機又はモーターの性能試験によって超伝導コイルの通電性能を試験した。

しかし、超伝導コイルの一部又は縮小モデルを使って通電性能を試験する方法は、超伝導コイルがモーター又は発電機に使われる駆動環境を完全に模写することができない問題があった。

そして、超伝導コイルが内部に装着された電動機又は発電機の性能試験を行う方法は、シミュレーション解釈による検証でも３次元電磁場解析を適用しなければ目的とする水準の検証結果を得ることができない問題があった。

まとめると、従来の高温超電導コイルは、回転機内で起動するとき又は負荷変化によって３相電機子巻線に流れる電流が変化して発生する時変磁場の影響を受ける。

このような過渡状態の時変磁場は第２世代超伝導コイルに印加される外乱として作用し、交流損失及び超伝導コイルを支持する金属支持物に渦電流損失を発生させることによって超伝導コイルの運転温度上昇の要因として作用して超伝導コイルの熱的安全性及び性能を低下させることになる。

また、３相時変磁場は超伝導コイルの磁場分布に影響を与えて高温超電導コイルの臨界電流特性を低下させ、回転機定格出力を発生するための運転電流を通電させることができなくなり、よって回転機の出力低下として現れる。

このように、通常の超伝導コイルは、製作後に実際の使用環境に適用する場合、さまざまな熱的、電磁気的、機械的問題に晒されているが、このような超伝導コイルを事前に正確に性能評価することができる装置が全くない実情である。

ただ、最近、学界や関連業界ではこれを解決しようと多様な形態の超伝導コイルの性能評価実験装置が一部考案されてはいるが、これは実際の適用環境と性能評価の環境が互いに違うから、評価された超伝導コイルの実験信頼度が非常に低くて実質的な使用が困難であり、よって超伝導コイルの実際適用が難しい問題が持続的に発生している実情である。

本発明は上述した問題点を解決するためのものであり、その技術的要旨は、超伝導コイルの安定度評価、信頼性検証方案提供及び商用化可否と超伝導コイル製作のための超電導線の臨界電流及び運転電流上限線を評価確認することができるようにするものであり、第２世代高温超電導回転機用超伝導コイルの電磁気的、熱的及び機械的性能を正確に評価することができることを特徴とする高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置及び前記装置による超伝導コイルの性能評価方法を提供することにその目的がある。

このような本発明は、超伝導コイルを冷却するボビンを冷却するとき、冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成（冷凍機又は冷媒循環モジュールがボビンを介して超伝導コイルを冷却するとき、冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成され、運転温度の変更を容易に制御）され、外部固定子の電圧、電流の大きさなどを設定制御によって自由に変更することができるようにすることにより、超伝導コイルに印加される時変磁場の大きさを異に調整することができるようにし、よって超伝導コイルが使われる実際の使用環境と同じ評価環境を提供して超伝導コイルの性能評価信頼度が高いことを提供することにその目的がある。

このような目的を達成するために、本発明は、円周方向に沿って軸回転運転する回転子（１００）の内周面の一側及び他側に対称状に装着される超伝導コイル（２００）が備えられ、前記超伝導コイル（２００）は、外周面に、磁場及び温度分布特性を把握することができるようにホールセンサー（２１０）、温度センサー（２２０）及び構造変形量測定用ストレインゲージ２３０が形成され、前記超伝導コイル（２００）の底面端部には、超伝導コイルを支持しながら冷却するようにボビン（３００）が形成され、前記ボビン（３００）は内側又は外側に備えられた別途の冷凍機又は冷媒循環モジュール（３１０）によっての伝導方式で超伝導コイル（２００）を冷却させ、前記冷凍機又は冷媒循環モジュール（３１０）は、ボビンを介しての超伝導コイル（２００）の冷却時に冷媒供給の設定を自由に可変することにより運転温度の変更を容易に制御することができるように形成され、前記回転子（１００）の外周面には３相電機子巻線（４００）が備えられた固定子５００が形成され、前記３相電機子巻線（４００）は３相時変磁場生成のための電流供給用３相交流電源供給装置（６００）と連結され、前記３相交流電源供給装置（６００）は３相電機子巻線（４００）の電圧及び電流の大きさと印加周波数を調整することができるように形成され、時変磁場下の超伝導コイル（２００）が実際使用環境と同じ環境で性能評価できるように形成される。

前記超伝導コイル（２００）は外部から回転子（１００）内に注入された液体冷媒によって含浸されることにより、冷媒と超伝導コイル（２００）間の直接的な熱交換がなされるように形成される。

ここで、前記超伝導コイル（２００）は、外周面に冷却ジャケット（２４０）が形成され、前記冷却ジャケット（２４０）は熱容量の大きな固体冷媒を一定に分布させることにより、熱的外乱にも安定的な運転温度を維持することができるように形成される。

また、前記ボビン（３００）は、冷媒循環モジュール（３１０）を使う場合、並列式冷却チャネルである注入管（３１１）と排出管（３１２）が移送管（３１３）を基準に分岐管形態に分岐するように形成され、ボビンと冷媒供給及び回収ラインを成して超伝導コイル（２００）を冷却し、前記注入管（３１１）と排出管（３１２）は外部冷媒生成装置（３１４）及び極低温ポンプ（３１５）に連結されて運転温度が調節されるように形成される。

また、前記超伝導コイル（２００）は、外周面にヒーター部材（２５０）が付設されることにより、運転温度余裕値のエネルギーを一定時間印加して局部的なクエンチ（Ｑｕｅｎｃｈ）を引き起こした後、熱的性能を試験することができるように形成される。

一方、本発明は高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価方法であり、超伝導コイル（２００）が搭載された回転子（１００）を回転させることができるようにするとともに回転機の固定子（５００）と回転子（１００）間の位置による特性を評価することができるようにし、超伝導コイル（２００）と３相電機子巻線（４００）が位置する固定子（５００）との間にはダンパー構造物が位置して、前記ダンパー構造物の有無による超伝導コイルの性能を評価することができるように形成される。

前述した超伝導コイルの性能評価方法は、前記超伝導コイル（２００）として１極界磁用超伝導コイルを用いて固定子（５００）に位置する３相電機子巻線（４００）で鎖交する磁束と起電力を測定して回転機性能特性の試験を遂行することができるように形成される。

また、前述した超伝導コイルの性能評価方法は、３相パワースリップリング又は独立的な励磁装置を介して電機子に電源を印加して３相電機子巻線が位置する固定子を機械的に回転させて、超伝導コイルが搭載された回転子を停止状態で特性を評価することができるようにすることにより、回転子冷却のための部属装置を除去することができ、特性評価装置の構成の単純化によって信頼性を高めるようにするように形成される。

このように、本発明は、回転子界磁巻線用超伝導コイルが正常運転に影響を及ぼす温度、電流、磁場の実際運転環境を考慮した信頼性ある性能評価が可能であり、運転温度１．８〜３００Ｋ、真空度１０^−７Ｔｏｒｒ以上を維持することができる特徴がある。

また、本発明は、気体及び液体冷媒方式（超伝導コイルに対する含浸冷却方式及び超伝導コイルに対するボビンの伝導冷却方式）、極低温冷凍機による伝導冷却方式、及び液体及び固体冷媒を同時に使用するハイブリッド冷媒冷却方式の全てが適用可能であり、回転子の外部に位置する固定子は外部時変磁場が印加された状態での搭載された超伝導コイルの熱的及び電気的特性を評価することができるようにする特徴がある。

したがって、本発明は、高温超電導コイルが搭載された回転子を回転可能にすることにより回転機の固定子と回転子間の位置による特性評価が可能であり、超伝導コイルと３相電機子巻線が位置する固定子との間にはダンパー構造物が位置し、この構造物の有無による高温超電導コイルの性能評価が可能であり、超伝導コイルと連結される外部冷却装置とＤＣ電源装置による運転温度及び電流の可変が可能であり、３相電機子巻線を用いた外部時変磁場の生成時に自由な可変が可能である特徴がある。

また、本発明は、外部時変磁場が印加された状態で常温から運転温度までの冷却特性を繰り返し遂行することができるようにすることにより、信頼性ある性能評価が可能であり、運転温度の上昇時にも信頼性ある運転が可能であるかを判断するために、超伝導コイルの周辺部内にヒーターを挿入して熱的外乱性能試験を繰り返し遂行することができる特徴がある。

また、本発明は、ハイブリッド冷媒冷却方式の場合に使用可能な多くの候補群の極低温冷媒を適用して多様な運転温度環境を模写することができ、極低温冷凍機による伝導冷却方式の適用によって伝導冷却による高温超電導界磁コイルの電気的、熱的、機械的特性を統合的に評価することができ、ひいては磁場、温度センサー及びストレインゲージに関連したＤＡＱ装備を含めて高温超電導界磁コイル性能を実時間で計測及び評価することができる特徴がある。

本発明による超伝導コイル性能評価装置を示した一例示図である。図１による装置の一部を切開した拡大例示図である。図１による装置の一部を切開した拡大例示図である。図１の正断面例示図である。図４の要部拡大断面図である。本発明による超伝導コイルがボビンに結合された状態を示した例示図である。超伝導回転機がその他の設備と連結された状態を示した概略的構築図である。超伝導回転機がその他の設備と連結された状態を示した概略的構築図である。

このような目的を達成するために、本発明は、円周方向に沿って軸回転運転する回転子１００の内周面の一側及び他側に対称状に装着される超伝導コイル２００が備えられ、前記超伝導コイル２００は、外周面に、磁場及び温度分布特性を把握することができるようにホールセンサー２１０、温度センサー２２０及び構造変形量測定用ストレインゲージ２３０が形成され、前記超伝導コイル２００の底面端部には、超伝導コイルを支持しながら冷却するようにボビン３００が形成され、前記ボビン３００は内側又は外側に備えられた別途の冷凍機又は冷媒循環モジュール３１０によっての伝導方式で超伝導コイル２００を冷却させ、前記冷凍機又は冷媒循環モジュール３１０は、ボビンを介しての超伝導コイル２００の冷却時に冷媒供給の設定を自由に可変することにより運転温度の変更を容易に制御することができるように形成され、前記回転子１００の外周面には３相電機子巻線４００が備えられた固定子５００が形成され、前記３相電機子巻線４００は３相時変磁場生成のための電流供給用３相交流電源供給装置６００と連結され、前記３相交流電源供給装置６００は３相電機子巻線４００の電圧及び電流の大きさと印加周波数を調整することができるように形成され、時変磁場下の超伝導コイル２００が実際使用環境と同じ環境で性能評価できるように形成される。

発明の実施のための形態
以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

図１〜図８に示したように、本発明は、超伝導コイルの安定度評価、信頼性検証方案提供及び商用化可否と超伝導コイル製作のための超電導線の臨界電流又は運転電流上限線提供のための第２世代高温超電導回転機用超伝導コイルの電磁気的、熱的及び機械的性能評価が可能な評価装置に関するものである。

よって、本発明は、円周方向に沿って軸回転運転する回転子１００の内周面の一側及び他側に対称状に装着される超伝導コイル２００が備えられるように形成される。

このような超伝導コイルは冷却用ボビン３００の一面に装着され、固定子の３相電機子巻線の近くに形成される。そして、前記ボビンは中心軸を基準に断面三角形に形成された支持部７００によって支持固定されるように形成される。

ここで、前記超伝導コイル２００は、外周面に、磁場及び温度分布特性を把握することができるようにホールセンサー２１０、温度センサー２２０及び構造変形量測定用ストレインゲージ２３０が形成される（図１参照）。

このようなホールセンサー、温度センサー及びストレインゲージは設計された超伝導コイルの形状によって位置が少し違ってもよい。

前記超伝導コイル２００の底面端部には、超伝導コイルを支持しながら冷却するようにボビン３００が形成される。

ここで、前記ボビン３００は内側又は外側に備えられた別途の冷凍機又は冷媒循環モジュール３１０によっての伝導方式で超伝導コイル２００を冷却させるように形成される。

よって、前記冷凍機又は冷媒循環モジュール３１０は、ボビンを介しての超伝導コイル２００の冷却時、冷媒供給の設定を自由に可変することができるように形成され、運転温度の変更を容易に制御することができるように形成される。

ここで、前記回転子１００の外周面には３相電機子巻線４００を備えた固定子５００が形成され、前記３相電機子巻線４００は３相時変磁場生成のための電流供給用３相交流電源供給装置６００と連結される（図７参照）。

すなわち、３相交流電源供給装置は超伝導モーターを駆動させる電源装置であり、図７に示すように、ＩｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒＨＴＳｍａｃｈｉｎｅで表示され、動力計駆動用電源装置はＩｎｖｅｒｔｅｒｆｏｒｄｙｎａｍｏｍｅｔｅｒで表示されている。

前記３相交流電源供給装置６００は３相電機子巻線４００の電圧及び電流の大きさ及び印加周波数を調整することができるように形成され、時変磁場下の超伝導コイル２００が実際使用環境と同じ環境で性能評価できるように形成される。

また、前記超伝導コイル２００は外部から回転子１００内に注入された気体又は液体冷媒によって含浸されて冷媒と超伝導コイル２００間の直接的な熱交換がなされるように形成される。

ここで、前記超伝導コイル２００は、外周面に冷却ジャケット２４０が形成され、前記冷却ジャケット２４０は、熱容量の大きな固体冷媒を一定に分布させることにより熱的外乱にも安定的な運転温度を維持することができるように形成される。

また、前記ボビン３００は、冷媒循環モジュール３１０を使う場合、並列式冷却チャネルである注入管３１１と排出管３１２が移送管３１３を基準に分岐管形態に分岐するように形成されてボビンと冷媒供給及び回収ラインを成して超伝導コイル２００を冷却し、前記注入管３１１と排出管３１２は外部冷媒生成装置３１４及び極低温ポンプ３１５に連結され、運転温度の可変が可能であり、冷媒の供給及び回収が可能であるように形成される（図７参照）。

すなわち、前記外部冷媒生成装置３１４は、図７に示すように、ＣｏｍｐｒｅｓｓｏｒとＣｒｙｏ−ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍに相当するものであり、極低温ポンプ３１５はｃｒｙｏ−ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍに内蔵されており、ｃｒｙｏ−ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍの概略的な原理は、超伝導モーターを冷却させた後に熱くなった冷媒がｃｒｙｏ−ｃｏｏｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍに再び回収されて再冷却され、さらに超伝導回転機に再投入される。この際、極低温ポンプ３１５が冷媒を強制的に循環させるように形成される。

また、前記超伝導コイル２００は、外周面にヒーター部材２５０が付設されることにより、運転温度余裕値のエネルギーを一定時間印加して局部的なクエンチ（Ｑｕｅｎｃｈ）を引き起こした後、熱的性能を試験することができるように形成される。

これをより詳細に説明すれば、図１は第２世代超伝導コイル性能評価装置の構成図であり、超伝導コイル２００は第２世代高温超電導線材がパンケーキ形態に巻線されて形成される。

また、冷却注入管３１１と排出管３１２は強制冷媒循環チャネルであり、外部冷媒（気体及び液体冷媒）と回転子内部の固体冷媒を使うハイブリッド冷媒冷却方式で冷却される。

すなわち、超伝導コイルは、冷媒循環チャネルを通して流れる気体及び液体冷媒によってボビンが冷却されれば、主に伝導方式で冷却される。

また、固定子５００（機械シールド）の内周面には、外部時変磁場による界磁コイルの特性を把握するために、３相電機子巻線４００が位置し、３相時変磁場の生成のための電流供給用３相交流電源供給装置が連結される。

ここで、３相交流電源供給装置は、電圧／電流の大きさだけではなく印加周波数の調整ができるので、多様な大きさと周波数を有する時変磁場下の高温超電導コイルの性能評価が可能である。

そして、目標運転温度以下で超伝導コイルが冷却された状態で目標運転電流で超伝導コイルを充電した後、３相電機子巻線に定格交流磁場及び定格を超える時変磁場を生成するための３相交流電流が印加される。

また、冷却チャネルの注入管と排出管は超伝導コイルを支持するボビンを通過して循環する方式で配置され、外部の冷媒生成装置及び極低温ポンプと連結され、運転温度に相当する冷媒を注入及び排出する役割を果たすように形成される（極低温冷媒適用基準）。

ここで、固定子５００（機械シールド）は電機子巻線の時変磁場が外部に漏洩することを防止するように形成され、電気鋼板が積層された構造を有するように製作される。これは、機械シールドで発生する渦電流の損失を減らすためである。

また、超伝導コイルと３相電機子巻線が位置する固定子との間にはダンパー構造物が位置し、この構造物の有無によって超伝導コイルの性能を評価することができるように形成される。

ここで、超伝導コイルが搭載された回転子は回転可能になって回転機の固定子と回転子間の物理的な夾角を変化させることにより、外部の時変磁場が印加される角度による超伝導コイルの特性評価ができるように形成される。

また、熱的外乱による運転温度の上昇時にも信頼性ある運転が可能であるかを判断するために、超伝導コイルの周辺部内にヒーターを挿入し、運転温度余裕（例えば、ΔＴ＝５又は１０Ｋ）だけのエネルギーを一定時間印加して局部的なクエンチ（Ｑｕｅｎｃｈ）を引き起こした後、熱的性能をテストすることができるように形成される。

ここで、多様な運転温度での超伝導コイルの性能を評価するために、外部冷媒生成装置は、熱交換器での極低温冷媒温度を調節して１．８〜３００Ｋ（常温）範囲の超伝導コイル運転温度を調節することができるように形成される。

この他にも、外部から回転子内に注入された気体又は液体冷媒に超伝導コイルを含浸することによって冷媒と超伝導コイル間の直接的な熱交換ができるので、冷却性能の高い液体冷媒含浸（Ｃｒｙｏｇｅｎｂａｔｃｈ）方式が適用されることもできる。

また、超伝導コイルの形状に対応する冷却ジャケットを超伝導コイルの周辺に取り付けた後、熱容量の大きな固体冷媒を分布させて熱的外乱にも安定的に運転温度を維持することができるようにすることにより、界磁コイルの熱的／電気的安全性の向上を図るように形成される。

また、気体及び液体冷媒を使った冷却方式の他にも、超伝導コイルと極低温冷凍機の直接的な連結によって熱交換が可能な伝導冷却（ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｃｏｏｌｉｎｇｏｒｃｒｙｏｇｅｎ−ｆｒｅｅ）方式も適用可能である。

ここで、超伝導コイルは熱伝導度の高い素材の熱交換用伝導板を備えて熱交換性能を高めることができ、極低温冷凍機の温度を可変（１．８〜３００Ｋ）し、極低温冷凍機の伝導冷却による多様な温度での超伝導コイルの性能を評価することができることが好ましい。

そして、本発明は、磁場及び温度分布特性を把握するためのホールセンサー、温度センサー及び構造的変形量を測定することができるストレインゲージが超伝導コイルの各重要部位に付着され、各センサーへの電気的な信号を外部に位置する信号計測システム（ＤＡＱ装備）を介して実時間で計測及び特性把握することができる特徴がある。

一方、本発明は高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価方法であり、超伝導コイル２００が搭載された回転子１００を回転させることができるようにしながら回転機の固定子５００と回転子１００間の位置による特性を評価することができるようにし、超伝導コイル２００と３相電機子巻線４００が位置する固定子５００との間にはダンパー構造物８００が位置して、前記ダンパー構造物８００の有無による超伝導コイルの性能を評価することができるように形成される。

このようなダンパー構造物８００は、図１に示すように、回転子の最外層（灰色の円筒缶状）に相当するものであり、このようなダンパー構造物は着脱型（長手方向又は軸線方向に分離又は組立）に形成され、上述した超伝導コイルの性能評価を多様に実施することができるように形成される。

また、上述した超伝導コイルの性能評価方法は、前記超伝導コイル２００として１極界磁用超伝導コイルを用いて、固定子５００に位置する３相電機子巻線４００で鎖交する磁束と起電力を測定して回転機性能特性の試験を遂行することができるように形成される。

また、上述した超伝導コイルの性能評価方法は、３相パワースリップリング又は独立的な励磁装置を介して電機子に電源を印加して３相電機子巻線が位置する固定子を機械的に回転させることにより、超伝導コイルが搭載された回転子を停止状態で特性評価することができるようにすることにより、回転子冷却のための付属装置を除去することができ、特性評価装置の構成の単純化によって信頼性を高めることができるように形成される。

本発明は上述した特定の好適な実施例に限定されず、請求範囲で請求する本発明の要旨を逸脱することなしに、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば誰でも多様な変形実施が可能であるのは言うまでもなく、そのような変更は請求範囲記載の範囲内にあるものである。

本発明は、超伝導コイルの安定度評価、信頼性検証方案提供及び商用化可否と超伝導コイル製作のための超電導線の臨界電流又は運転電流上限線を評価確認することができるようにするものであり、これは第２世代高温超電導回転機用超伝導コイルの電磁気的、熱的及び機械的性能を正確に評価することができるので、産業上利用が可能である。

１００回転子
２００超伝導コイル
２１０ホールセンサー
２２０温度センサー
２３０ストレインゲージ
２４０冷却ジャケット
２５０ヒーター部材
３００ボビン
３１０冷凍機又は冷媒循環モジュール
３１１注入管
３１２排出管
３１３移送管
３１４冷媒生成装置
３１５極低温ポンプ
４００３相電機子巻線
５００固定子
６００３相交流電源供給装置
７００支持部

Claims

円周方向に沿って軸回転運転する回転子（１００）の内周面の一側及び他側に対称状に装着される超伝導コイル（２００）が備えられ、前記超伝導コイル（２００）は、外周面に、磁場及び温度分布特性を把握することができるようにホールセンサー（２１０）、温度センサー（２２０）及び構造変形量測定用ストレインゲージ（２３０）が形成され、
前記超伝導コイル（２００）の底面端部には、超伝導コイルを支持しながら冷却するようにボビン（３００）が形成され、前記ボビン（３００）は内側又は外側に備えられた別途の冷凍機又は冷媒循環モジュール（３１０）によっての伝導方式で超伝導コイル（２００）を冷却させ、前記冷凍機又は冷媒循環モジュール（３１０）は、ボビンを介しての超伝導コイル（２００）の冷却時に冷媒供給の設定を自由に可変することにより運転温度の変更を容易に制御することができるように形成され、
前記回転子（１００）の外周面には３相電機子巻線（４００）が備えられた固定子（５００）が形成され、前記３相電機子巻線（４００）は３相時変磁場生成のための電流供給用３相交流電源供給装置（６００）と連結され、前記３相交流電源供給装置（６００）は３相電機子巻線（４００）の電圧及び電流の大きさと印加周波数を調整することができるように形成され、時変磁場下の超伝導コイル（２００）が実際使用環境と同じ環境で性能評価できるように形成されることを特徴とする、高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置。
前記超伝導コイル（２００）は外部から回転子（１００）内に注入された液体冷媒によって含浸されることにより、冷媒と超伝導コイル（２００）間の直接的な熱交換がなされるように形成されることを特徴とする、請求項１に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置。
前記超伝導コイル（２００）は、外周面に冷却ジャケット（２４０）が形成され、前記冷却ジャケット（２４０）は熱容量の大きな固体冷媒を一定に分布させることにより、熱的外乱にも安定的な運転温度を維持することができ、多様な候補群の極低温固体及び液体冷媒を適用して多様なコイル運転環境を模写することができることを特徴とする、請求項１に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置。
前記ボビン（３００）は、冷媒循環モジュール（３１０）を使う場合、並列式冷却チャネルである注入管（３１１）と排出管（３１２）が移送管（３１３）を基準に分岐管形態に分岐するように形成され、ボビンと冷媒供給及び回収ラインを成して超伝導コイル（２００）を冷却し、前記注入管（３１１）と排出管（３１２）は外部冷媒生成装置（３１４）及び極低温ポンプ（３１５）に連結されて運転温度が調節され、前記ボビン（３００）と極低温冷凍機の直接的な連結による温度可変伝導冷却方式を適用することができることを特徴とする、請求項１に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置。
前記超伝導コイル（２００）は、外周面にヒーター部材（２５０）が付設されることにより、運転温度余裕値のエネルギーを一定時間印加して局部的なクエンチ（Ｑｕｅｎｃｈ）を引き起こした後、熱的性能を繰り返し試験して運転信頼性を評価することができることを特徴とする、請求項１に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価装置。
超伝導コイル（２００）が搭載された回転子（１００）を回転させることができるようにするとともに回転機の固定子（５００）と回転子（１００）間の位置による特性を評価することができるようにし、超伝導コイル（２００）と３相電機子巻線（４００）が位置する固定子（５００）との間にはダンパー構造物（８００）が位置して、前記ダンパー構造物の有無による超伝導コイルの性能を評価することができることを特徴とする、高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価方法。
前記超伝導コイル（２００）として１極界磁用超伝導コイルを用いて固定子（５００）に位置する３相電機子巻線（４００）で鎖交する磁束と起電力を測定して回転機性能特性の試験を遂行することができるようにすることを特徴とする、請求項６に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価方法。
３相パワースリップリング又は独立的な励磁装置を介して電機子に電源を印加して３相電機子巻線が位置する固定子を機械的に回転させて、超伝導コイルが搭載された回転子を停止状態で特性を評価することができるようにすることにより、回転子冷却のための部属装置を除去することができ、特性評価装置の構成の単純化によって信頼性を高めるようにすることを特徴とする、請求項６に記載の高温超電導回転機用超伝導コイルの性能評価方法。