JP2757957B2 - Superconducting rotor - Google Patents
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- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、超電導回転電気機械に
関し、特にその超電導回転子中の超電導界磁コイルの保
護に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a superconducting rotating electric machine, and more particularly to protection of a superconducting field coil in a superconducting rotor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】回転クライオスタットに収められて液体
ヘリウムや液体窒素等の極低温液化ガス冷媒で冷却さ
れ、回転状態で用いられる超電導界磁コイルを持つ、超
電導発電機や超電導電動機等のいわゆる超電導回転電気
機械を運転する場合、超電導界磁コイルが常電導転移す
なわちクエンチしたとき、超電導界磁コイルのインダク
タンス（Ｌ）と界磁電流（Ｉ）により蓄積されている電
磁エネルギー（Ｅ＝Ｌ×Ｉ 2）が界磁コイル内に発生し
た抵抗（ｒ）で消費され、界磁コイル自身が焼損する場
合がある。2. Description of the Related Art Liquid stored in a rotating cryostat
Cooled with cryogenic liquefied gas refrigerant such as helium or liquid nitrogen
With a superconducting field coil used in the rotating state
So-called superconducting rotating electricity such as electric conduction generators and superconducting motives
When operating a machine, the superconducting field coil undergoes a normal conduction transition.
In other words, when quenched, the inductance of the superconducting field coil
Current (L) and the electric field accumulated by the field current (I).
Magnetic energy (E = L × I Two) Is generated in the field coil
When the field coil itself is burned out by the resistance (r)
There is a case.
【０００３】一般にはこの焼損を避けるために、超電導
界磁コイルに並列にエネルギー消費手段すなわち保護抵
抗器（あるいは保護ダイオード）を接続し、クエンチが
生じた場合には、超電導界磁コイルに蓄えられたエネル
ギーの大部分を界磁コイルから取り出してこの抵抗器
（Ｒ）で熱エネルギー（Ｅ＝Ｒ×Ｉ2）として消費する
ようにしている。Generally, in order to avoid this burning, an energy consuming means, that is, a protection resistor (or a protection diode) is connected in parallel with the superconducting field coil, and when a quench occurs, the energy is stored in the superconducting field coil. Most of the generated energy is taken out from the field coil and is consumed as heat energy (E = R × I 2 ) by the resistor (R).
【０００４】図５は、従来一般に採用されている超電導
発電機の概略構成図で、極低温液化ガス冷媒として液体
ヘリウムを用いたものを示す。図６はその電気回路図で
ある。なお、ここでは説明を簡単にするため固定子を図
示省略し、回転子のみを図示してある。また、超電導発
電機は回転子を動力によって強制的に回転させる駆動機
構を備えるが、駆動機構も簡単のため図示しない。FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a superconducting generator generally used in the prior art, which uses liquid helium as a cryogenic liquefied gas refrigerant. FIG. 6 is an electric circuit diagram thereof. Here, for simplicity of description, the stator is not shown, and only the rotor is shown. Further, the superconducting generator includes a drive mechanism for forcibly rotating the rotor by power, but the drive mechanism is not shown for simplicity.
【０００５】内部に極低温液化ガス冷媒、この場合は液
体ヘリウム１が封入された回転クライオスタット２は、
軸受３に支えられて回転できるようになっており、その
内部には超電導界磁コイル４が設置されている。超電導
界磁コイル４はパワーリード５を介してコレクタリング
６に接続されており、静止側にあるブラシ７を介して電
源８に接続されている。電源８は超電導界磁コイル４に
通電して励磁するためのものである。電源８とブラシ７
の間には遮断器９及び保護抵抗器１０が設置されてい
る。保護抵抗器１０には冷却用の冷却扇１１が取り付け
られている場合もある。A rotary cryostat 2 in which a cryogenic liquefied gas refrigerant, in this case liquid helium 1, is sealed,
The bearing 3 is supported by a bearing 3 and is rotatable. A superconducting field coil 4 is provided inside the bearing 3. The superconducting field coil 4 is connected to a collector ring 6 via a power lead 5 and to a power source 8 via a brush 7 on the stationary side. The power supply 8 is for energizing the superconducting field coil 4 to excite it. Power supply 8 and brush 7
Between them, a circuit breaker 9 and a protection resistor 10 are provided. The protection resistor 10 may be provided with a cooling fan 11 for cooling.
【０００６】回転クライオスタット２内の超電導界磁コ
イル４は、冷媒である液体ヘリウム１で冷却されてい
る。運転時、液体ヘリウム１はヘリウム給排装置１２を
介して回転クライオスタット２内に供給され、回転に伴
う遠心力で回転クライオスタット２の内壁に所定の厚さ
に蓄えられる。蒸発したヘリウムガスはクライオスタッ
ト２の中心部に集まり、パワーリード５等の内部を通
り、それらを冷却してヘリウム給排装置１２から回転子
外部に取り出される。The superconducting field coil 4 in the rotary cryostat 2 is cooled by liquid helium 1 as a refrigerant. During operation, the liquid helium 1 is supplied into the rotary cryostat 2 via the helium supply / discharge device 12, and is stored in a predetermined thickness on the inner wall of the rotary cryostat 2 by centrifugal force accompanying rotation. The evaporated helium gas collects at the center of the cryostat 2, passes through the inside of the power lead 5, etc., cools them, and is taken out of the helium supply / discharge device 12 to the outside of the rotor.
【０００７】回転クライオスタット２には、さらに安全
弁１３が取り付けられている。超電導界磁コイル４がク
エンチしたとき、保護抵抗器１０で回収しきれなかった
界磁コイルの残存エネルギーによる蒸発ヘリウムガス
を、この安全弁１３及び緊急ガス放出管１４を通して回
転子外部に放出し、回転子内部の圧力が異常に上昇する
ことを防止するようになっている。The rotary cryostat 2 is further provided with a safety valve 13. When the superconducting field coil 4 is quenched, the evaporated helium gas due to the residual energy of the field coil that cannot be completely recovered by the protection resistor 10 is discharged to the outside of the rotor through the safety valve 13 and the emergency gas discharge pipe 14, and The pressure inside the child is prevented from rising abnormally.
【０００８】この超電導回転電気機械は、次のような手
順で界磁コイルを励磁して運転される。遮断器９を閉じ
ると、電源８より供給された励磁電流はブラシ７、スリ
ップリング６、パワーリード５を介して超電導状態の界
磁コイル４に通電される。この励磁電流は電源８の操作
により徐々に増加し、所定電流値（定格電流値）になっ
たところで保持される。The superconducting rotary electric machine is operated by exciting the field coil in the following procedure. When the circuit breaker 9 is closed, the excitation current supplied from the power supply 8 is supplied to the superconducting field coil 4 via the brush 7, the slip ring 6, and the power lead 5. This exciting current gradually increases by operating the power supply 8 and is held when a predetermined current value (rated current value) is reached.
【０００９】[0009]
【発明が解決しようとする課題】このように構成されて
いる超電導回転子において、超電導界磁コイル４が冷却
され、電源８により励磁されて運転されているとき、何
らかの原因で超電導界磁コイル４にクエンチが発生する
と、超電導界磁コイルの両端電圧を監視しているクエン
チ検出器１５よりの信号で遮断器９が開放される。する
と、電源８から供給され界磁コイル４を流れていた励磁
電流は保護抵抗器１０に転流し、界磁コイル４に蓄えら
れていたエネルギーのほとんどはそこでジュール熱（Ｅ
＝Ｒ×Ｉ2）として消費される。通常、蓄積エネルギー
に対して保護抵抗器１０で回収されるエネルギーの割
合、すなわちエネルギー回収率はおおむね６０％以上で
ある。In the superconducting rotor constructed as described above, when the superconducting field coil 4 is cooled and energized by the power supply 8 and operated, the superconducting field coil 4 may be damaged for some reason. When the quench occurs, the circuit breaker 9 is opened by a signal from the quench detector 15 monitoring the voltage across the superconducting field coil. Then, the exciting current supplied from the power supply 8 and flowing through the field coil 4 is diverted to the protection resistor 10 and most of the energy stored in the field coil 4 is there where Joule heat (E
= R × I 2 ). Normally, the ratio of the energy recovered by the protection resistor 10 to the stored energy, that is, the energy recovery rate is approximately 60% or more.
【００１０】保護抵抗器１０で回収されなかったエネル
ギーは界磁コイル４自身を加熱し、冷媒１の急激な蒸発
を招き、回転クライオスタット２の内部圧力を上昇させ
る。ほとんどの冷媒ガスはヘリウム給排装置１２より排
出されるが、残りの蒸発ガスは、規定圧力以上になると
開放するように設定されている安全弁１３の働きによっ
て緊急ガス放出管１４から回転子外部に放出される。The energy not recovered by the protection resistor 10 heats the field coil 4 itself, causing rapid evaporation of the refrigerant 1 and increasing the internal pressure of the rotary cryostat 2. Most of the refrigerant gas is discharged from the helium supply / discharge device 12, but the remaining evaporative gas is discharged from the emergency gas discharge pipe 14 to the outside of the rotor from the emergency gas discharge pipe 14 by the action of the safety valve 13 which is set to open when the pressure exceeds a specified pressure. Released.
【００１１】以上のように、保護抵抗器１０によるエネ
ルギーの回収が設計通りに行われた場合にはなんら問題
は無いが、保護抵抗器１０によるエネルギー回収率が低
下あるいは回収が全く行われなかった場合には重大な事
故を招いてしまう。すなわち、界磁コイル４は加熱し焼
損してしまうこともある。さらに、急激に大量の蒸発ガ
スが発生し、そのガスは緊急放出管１４を通って回転子
外に出ようとするが、軸受け３の寸法等による制約のた
め回転クライオスタット２に設けられている安全弁１３
や緊急ガス放出管１４の寸法には十分な余裕がないの
で、回転クライオスタット２内部のガス圧力が異常に上
昇して、ヘリウム給排装置１２を故障させてしまった
り、場合によっては回転クライオスタット２を変形させ
て使用不能にしてしまう。As described above, there is no problem when the energy is recovered by the protection resistor 10 as designed, but the energy recovery rate by the protection resistor 10 is reduced or no energy is recovered. In some cases, a serious accident may occur. That is, the field coil 4 may be heated and burnt out. Further, a large amount of evaporative gas is suddenly generated, and the gas tends to go out of the rotor through the emergency discharge pipe 14. However, the safety valve provided in the rotary cryostat 2 is restricted by the size of the bearing 3 and the like. 13
Since there is not enough room for the size of the emergency gas discharge pipe 14 and the gas pressure inside the rotary cryostat 2, the gas pressure inside the rotary cryostat 2 abnormally rises, causing the helium supply / discharge device 12 to fail, or in some cases, the rotary cryostat 2 It becomes deformed and unusable.
【００１２】この保護抵抗器１０のエネルギー回収率低
下が生じる一つの場合は、電気回路の一部が切断されて
励磁中の界磁コイル４と保護抵抗器１０が分離した場合
である。そのような回路切断が生じる可能性のある箇所
は、超電導回転電気機械の回転子と外部回路との接続に
不可欠なブラシ７とコレクタリング６の接触部分であ
る。One case in which the energy recovery rate of the protection resistor 10 is reduced is a case where a part of the electric circuit is cut off and the field coil 4 being excited and the protection resistor 10 are separated. A place where such circuit disconnection may occur is a contact portion between the brush 7 and the collector ring 6 which is indispensable for connecting the rotor of the superconducting rotary electric machine to an external circuit.
【００１３】図６の電気回路図からも分かるように、こ
の部分は３０００ｒｐｍ〜３６００ｒｐｍもの高速で回
転するコレクタリング６と静止側のブラシ７とが機械的
な接触により数千アンペアの電流を受け渡ししており、
電気回路の他の部分に比べると、接触不良あるいは回路
切断事故を起こしやすい。もちろんその様なことの無い
ように、ブラシ７の数を増やして常にどれかが接触して
いるように構成されてはいるが、事故の可能性が皆無で
あるとはいえない。As can be seen from the electric circuit diagram of FIG. 6, the collector ring 6 rotating at a high speed of 3000 rpm to 3600 rpm and the brush 7 on the stationary side deliver a current of several thousand amps by mechanical contact. And
As compared with other parts of the electric circuit, poor contact or circuit disconnection accident is more likely to occur. Of course, in order to avoid such a situation, the number of brushes 7 is increased so that the brushes 7 are always in contact with each other, but it cannot be said that there is no possibility of an accident.
【００１４】回路切断事故が起きると、超電導界磁コイ
ル４の両端は保護抵抗器１０無しに解放されてしまい、
超電導界磁コイル４の両電極端には急激な電流変化のた
め高電圧が発生し、コレクタリング６間やパワーリード
５間で放電し、それらが溶断してしまうなどの重大事故
を引き起こし、さらにこの放電電流を介して界磁コイル
４内に蓄積されていた電磁エネルギーの大部分は界磁コ
イル４内で熱に変わってしまい、界磁コイル４の焼損や
冷媒の急激な蒸発を引き起こす。When a circuit disconnection accident occurs, both ends of the superconducting field coil 4 are released without the protective resistor 10, and
A high voltage is generated at both electrode ends of the superconducting field coil 4 due to a sudden current change, and discharge occurs between the collector ring 6 and between the power leads 5, causing serious accidents such as fusing. Most of the electromagnetic energy stored in the field coil 4 via this discharge current is converted into heat in the field coil 4, causing burning of the field coil 4 and rapid evaporation of the refrigerant.
【００１５】本発明は、このような問題に鑑みなされた
もので、その目的とするところは超電導界磁コイルのク
エンチに対応できるとともに、たとえブラシとコレクタ
リングの接触が断たれたとしても、超電導界磁コイルと
保護抵抗器が切断されることがなく、界磁コイルや回転
クライオスタットが損傷を受けることのない超電導回転
子の保護装置を提供することにある。The present invention has been made in view of such a problem, and its object is to cope with the quench of the superconducting field coil, and even if the contact between the brush and the collector ring is cut off, the superconductivity is reduced. An object of the present invention is to provide a protection device for a superconducting rotor in which a field coil and a protection resistor are not cut and a field coil and a rotating cryostat are not damaged.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明においては、超電導回転子上に保護抵抗器や
保護ダイオード等の保護素子を設けるようにした。すな
わち、本発明は、回転クライオスタット内に配置された
超電導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路
に接続するための一対のコレクタリングを備えた超電導
回転子において、前記超電導界磁コイルを保護するため
に前記超電導界磁コイルと並列に電気接続される保護素
子を超電導回転子の内部あるいは外表面に配置したこと
を特徴とする。In order to achieve the above object, in the present invention, a protection element such as a protection resistor or a protection diode is provided on a superconducting rotor. That is, the present invention protects the superconducting field coil in a superconducting rotor provided with a superconducting field coil disposed in a rotating cryostat and a pair of collector rings for connecting the superconducting field coil to an external circuit. For this purpose, a protection element electrically connected in parallel with the superconducting field coil is disposed inside or on the outer surface of the superconducting rotor.
【００１７】保護素子は、超電導回転子に設けられた一
対のコレクタリング間に配置することができ、その際、
回転軸の円周上に複数に分割して設置してもよい。保護
素子は、回転クライオスタットの中心領域に配置しても
よく、また、安全弁が設けられた緊急ガス放出管内に配
置してもよい。ここで緊急ガス放出管とは、回転クライ
オスタットの内部を安全弁を介して外部に連通する管部
を指す。[0017] The protection element can be arranged between a pair of collector rings provided on the superconducting rotor.
It may be divided and installed on the circumference of the rotating shaft. The protection element may be arranged in the central area of the rotating cryostat or in an emergency gas discharge pipe provided with a safety valve. Here, the emergency gas discharge pipe refers to a pipe section that communicates the inside of the rotary cryostat with the outside via a safety valve.
【００１８】保護素子は金属製あるいはセラミック製の
抵抗器で形成しても、ダイオードで形成してもよい。The protection element may be formed of a metal or ceramic resistor or a diode.
【００１９】[0019]
【作用】保護抵抗器や保護ダイオードからなる保護素子
を静止側ではなく超電導回転子側に設けたため、界磁コ
イル励磁中にブラシとスリップリングが離れるような事
故が発生しても、界磁コイルと保護素子が切断されるこ
とはなく、保護素子による電磁エネルギーの回収は設計
通り行われる。[Function] Since the protection element including the protection resistor and the protection diode is provided on the superconducting rotor side instead of the stationary side, even if an accident such as the brush and the slip ring being separated during the excitation of the field coil occurs, the field coil is prevented. The protection element is not cut off, and the recovery of the electromagnetic energy by the protection element is performed as designed.
【００２０】この保護素子を回転子表面に設置すると、
回転子の回転に伴う風で冷却されるため小型化を図るこ
とができる。また、保護素子を安全弁のある緊急ガス放
出管の内部に設置する場合にも、緊急ガス放出管を流れ
る冷たい冷媒ガスで冷却されるため同様に小型化を図る
ことができる。狭小な回転子上に保護素子を設置するこ
とのマイナスは、このような冷却作用を利用して保護素
子の小型化を図ることで補うことができる。When this protection element is installed on the rotor surface,
Cooling by the wind accompanying the rotation of the rotor enables downsizing. Also, when the protection element is installed inside the emergency gas discharge pipe having the safety valve, the cooling element is cooled by the cold refrigerant gas flowing through the emergency gas discharge pipe, so that the size can be reduced similarly. The disadvantage of installing the protection element on a narrow rotor can be compensated for by reducing the size of the protection element using such a cooling action.
【００２１】[0021]
【実施例】以下、超電導発電機の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例の概略構成を示し
た一部断面図であり、図２はその電気回路図である。な
お、説明を簡単にするため固定子は図示を省略し、従来
装置の機能部分と同じ機能部分には図５及び図６と同一
の符合を付し、その詳細な説明を省略する。従来の装置
と異なる点は、保護抵抗器１０が、回転子上に設けられ
たコレクタリング６の近傍、図の場合には２本のコレク
タリング６の中間に設置され、直接コレクタリング６に
電気接続されている点である。保護抵抗器１０は、金属
抵抗体あるいは機械的強度の高いセラミックで形成する
ことができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of a superconducting generator will be described below in detail with reference to the drawings. [Embodiment 1] FIG. 1 is a partial sectional view showing a schematic structure of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an electric circuit diagram thereof. In order to simplify the description, the stator is not shown, and the same functional parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 5 and 6, and detailed description thereof is omitted. The difference from the conventional device is that the protection resistor 10 is installed near the collector ring 6 provided on the rotor, in the case shown in the figure, between the two collector rings 6 and directly connected to the collector ring 6. It is a connected point. The protection resistor 10 can be formed of a metal resistor or a ceramic having high mechanical strength.
【００２２】運転に当たっては、遮断器９を閉じ、電源
８よりブラシ７、スリップリング６、パワーリード５を
介して超電導界磁コイル４に励磁電流を供給する。これ
は従来の運転方法と全く同じである。何らかの原因でブ
ラシ７が破損してスリップリング６から離れ、励磁回路
が開放状態となってしまっても、本実施例の場合には界
磁コイル４と保護抵抗器１０の接続が切断されることは
なく、なんら不具合は発生しない。電源８から切り放さ
れた励磁電流は保護抵抗器１０に転流し、超電導界磁コ
イル４に蓄積された電磁エネルギーは保護抵抗器１０で
消費される。電源８は、クエンチ信号で遮断器９が動作
して電源回路が開放されると、端子電圧の急激な上昇に
よって電源８の内部に備えられている過電圧保護装置が
動作して電源遮断するようになっている。In operation, the circuit breaker 9 is closed, and an exciting current is supplied from the power source 8 to the superconducting field coil 4 via the brush 7, the slip ring 6, and the power lead 5. This is exactly the same as the conventional operation method. In the case of the present embodiment, the connection between the field coil 4 and the protection resistor 10 is disconnected even if the brush 7 is broken for some reason and separates from the slip ring 6 and the excitation circuit is opened. There is no problem. The exciting current cut off from the power supply 8 is diverted to the protection resistor 10, and the electromagnetic energy stored in the superconducting field coil 4 is consumed by the protection resistor 10. When the circuit breaker 9 is operated by the quench signal and the power supply circuit is opened, the power supply 8 cuts off the power by operating the overvoltage protection device provided inside the power supply 8 due to a sharp rise in the terminal voltage. Has become.
【００２３】保護抵抗器１０は回転子表面に設置してあ
るため、回転に伴う風で冷却されるので、静止している
場所に設置してある場合よりも小型化でき、回転子上の
ような狭小な場所に設置する場合非常に有利である。も
ちろん、従来例のような保護抵抗器１０を冷却するため
の冷却扇風機等の必要もない。図１では、保護抵抗器１
０をコレクタリング６上の二カ所に分割して設置してあ
るが、一カ所に設置しても、あるいはさらに多くに分割
して設置しても良い。しかし、回転体上に設置するもの
であるため、バランス良く、回転時の軸振動を避けるよ
うに配置することが望ましい。 〔実施例２〕図３は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、保護
抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５との
間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の中心
部に設置されている点である。Since the protection resistor 10 is installed on the rotor surface, it is cooled by the wind accompanying the rotation, so that the protection resistor 10 can be downsized compared to the case where it is installed in a stationary place. It is very advantageous when it is installed in a small space. Of course, there is no need for a cooling fan or the like for cooling the protection resistor 10 as in the conventional example. In FIG. 1, the protection resistor 1
0 is divided and installed at two places on the collector ring 6, but it may be installed at one place or may be further divided and installed. However, since it is installed on a rotating body, it is desirable to dispose it in a well-balanced manner so as to avoid shaft vibration during rotation. [Embodiment 2] FIG. 3 is a partial sectional view showing a schematic structure of another embodiment of the present invention. In order to simplify the description, the stator is not shown, and the same functional parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 5 and 6, and detailed description thereof is omitted. This embodiment is different from the first embodiment in that the protection resistor 10 is electrically connected between the superconducting field coil 4 and the power lead 5 and is installed at the center of the rotating cryostat 2. .
【００２４】本実施例は、超電導界磁コイル４がクエン
チした時に保護抵抗器１０に発生する熱で速やかに液体
ヘリウムを蒸発させてしまい、クライオスタット２内に
残存する液体ヘリウム１を、速やかに無くしてしまおう
とするときに採用する設置方法である。超電導界磁コイ
ル４のクエンチ後、液体ヘリウム１が残存している状態
で回転子の回転を止めてしまうと、回転子の下になった
部分に冷たい液体ヘリウムが貯まってしまい、回転子の
上部と下部の熱膨張に差が生じ、回転子が曲がってしま
う等の不具合が生じることがあるが、それを防ぎ回転子
を早急に止めることが必要なときに本実施例は好都合で
ある。In this embodiment, the liquid helium is quickly evaporated by the heat generated in the protection resistor 10 when the superconducting field coil 4 is quenched, and the liquid helium 1 remaining in the cryostat 2 is quickly eliminated. This is the installation method to be used when trying to save. If the rotation of the rotor is stopped with the liquid helium 1 remaining after the quench of the superconducting field coil 4, cold liquid helium accumulates in a portion below the rotor, and the upper part of the rotor In some cases, a difference may occur between the thermal expansion of the rotor and the lower part, causing a problem such as bending of the rotor. However, this embodiment is advantageous when it is necessary to prevent such a problem and stop the rotor immediately.
【００２５】ただし、本実施例によると、クエンチ時に
超電導界磁コイル４に蓄積された電磁エネルギーが全て
回転子内で消費されるため、一時に大量の蒸発ガスが生
じる。そのため安全弁１３及び緊急ガス放出管１４は、
口径を大きくする等の配慮を必要とする。 〔実施例３〕図４は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１、２と異なる点は、
保護抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５
の間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の緊
急放出管１４の内部に設置されている点である。However, according to this embodiment, since all the electromagnetic energy stored in the superconducting field coil 4 during the quench is consumed in the rotor, a large amount of evaporative gas is generated at one time. Therefore, the safety valve 13 and the emergency gas discharge pipe 14
Considerations such as increasing the caliber are required. [Embodiment 3] FIG. 4 is a partial sectional view showing a schematic configuration of another embodiment of the present invention. In order to simplify the description, the stator is not shown, and the same functional parts as those of the conventional device are denoted by the same reference numerals as in FIGS. 5 and 6, and detailed description thereof is omitted. This embodiment is different from the first and second embodiments in that:
The protection resistor 10 includes the superconducting field coil 4 and the power lead 5
And is installed inside the emergency discharge pipe 14 of the rotating cryostat 2.
【００２６】本実施例は、保護抵抗１０を実施例１のよ
うにコレクタリング６の近傍に設置することが出来ない
ときや、実施例２のように超電導界磁コイル４のクエン
チ時に積極的に冷媒を蒸発させる意図のないときに採用
される。保護抵抗１０をクエンチ等の事故時以外には無
用な空間である緊急ガス放出管１４の内部に設置して空
間を有効活用するとともに、超電導界磁コイル４のクエ
ンチ時には、クエンチによる冷媒ガスの急激な発生と保
護抵抗器１０の発熱が同時に起きることを利用して、内
圧の上昇により安全弁１３が開いて放出される冷媒ガス
で保護抵抗器１０を冷却する。In this embodiment, when the protection resistor 10 cannot be installed near the collector ring 6 as in the first embodiment, or when the superconducting field coil 4 is quenched as in the second embodiment, the protection resistor 10 is actively used. Used when there is no intention to evaporate the refrigerant. The protection resistor 10 is installed inside the emergency gas discharge pipe 14 which is a useless space other than during an accident such as a quench so as to effectively utilize the space, and when the superconducting field coil 4 is quenched, the refrigerant gas is rapidly abruptly generated by the quench. Utilizing the fact that the generation of heat and the heat generation of the protection resistor 10 occur simultaneously, the protection resistor 10 is cooled by the refrigerant gas released by opening the safety valve 13 due to the increase of the internal pressure.
【００２７】このように、緊急放出管１４の内部に保護
抵抗器１０を配置すると、発熱時に自動的に冷却される
ため保護抵抗器１０の小型化にも寄与し、都合の良い設
置場所である。さらに、緊急放出管１４は、ほぼ回転中
心部に位置するため回転による回転遠心力があまり作用
せず、保護抵抗器１０や、その取り付け構造も簡単にで
きる利点がある。When the protection resistor 10 is disposed inside the emergency discharge pipe 14 as described above, the protection resistor 10 is automatically cooled when heat is generated, which contributes to downsizing of the protection resistor 10 and is a convenient installation place. . Furthermore, since the emergency discharge tube 14 is located substantially at the center of rotation, there is an advantage that the rotational centrifugal force due to rotation does not act so much, and the protection resistor 10 and its mounting structure can be simplified.
【００２８】以上の実施例では、冷媒として液体ヘリウ
ムを用いる場合を例にとって説明したが、高温超電導体
と液体窒素の組み合わせのように、界磁コイルを超電導
状態に維持できる冷媒ならばその種類を選ばないことは
明白である。上記実施例では保護抵抗器の設置場所とし
て、２本のコレクタリングの中間、回転クライオスタッ
トの中心部、及び緊急放出管内部の３カ所を例示した
が、発明の主旨からその設置場所は、回転子の上である
ならばその他の場所でも良いことは明白である。In the above embodiment, the case where liquid helium is used as the refrigerant has been described as an example. However, if the refrigerant can maintain the field coil in a superconducting state, such as a combination of a high-temperature superconductor and liquid nitrogen, the type thereof is selected. It is clear not to choose. In the above-mentioned embodiment, three places, that is, the middle of the two collector rings, the center of the rotating cryostat, and the inside of the emergency discharge pipe are illustrated as the places for installing the protective resistor. It is clear that other places are fine if above.
【００２９】また、上記実施例では保護素子として保護
抵抗器を用いる場合を例にとって説明したが、保護素子
は超電導界磁コイル保護用の部品、設備であるなら保護
抵抗器に限らず、保護ダイオード、アレスター、ＳＲＣ
等、他の素子を用いても良いことは明白である。さらに
また、上記実施例では超電導回転子を動力で強制的に回
転させることで固定子に起電力を発生させ、それを外部
回路に取り出す発電機の例で説明したが、反対に固定子
に電力を供給し、回転子を回転させてそれを動力として
用いる超電導電動機として用いることも可能で、その場
合にも本発明の超電導回転子保護装置を適用できること
はもちろんである。In the above embodiment, the case where a protection resistor is used as a protection element has been described as an example. However, the protection element is not limited to a protection resistor if it is a component or equipment for protecting a superconducting field coil. , Arrester, SRC
Obviously, other elements may be used. Furthermore, in the above-described embodiment, an example has been described in which the electromotive force is generated in the stator by forcibly rotating the superconducting rotor with power, and the electromotive force is extracted to an external circuit. Can be used as a superconducting motor for rotating the rotor and using it as power. In such a case, the superconducting rotor protection device of the present invention can of course be applied.
【００３０】[0030]
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、回転子上に保護抵抗器等の保護素子を設けるように
なしたから、超電導回転電気機械の機械的な弱点である
ブラシが破損あるいは解離するような重大事故が発生し
ても、界磁コイルと保護素子が電気的に解離するような
ことがなく、保護素子は目的通り超電導回転子を保護す
ることができるため、信頼性のある超電導回転子を得る
ことができる。As described above, according to the present invention, since a protection element such as a protection resistor is provided on the rotor, the brush which is a mechanical weak point of the superconducting rotary electric machine is damaged. Or even if a serious accident such as dissociation occurs, the field coil and the protection element do not electrically dissociate, and the protection element can protect the superconducting rotor as intended, so A certain superconducting rotor can be obtained.
【図１】本発明の超電導回転子保護装置の一実施例を示
す縦断側面図。FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing one embodiment of a superconducting rotor protection device of the present invention.
【図２】図１に対応する電気回路図。FIG. 2 is an electric circuit diagram corresponding to FIG.
【図３】本発明の超電導回転子保護装置の他の実施例を
示す縦断側面図。FIG. 3 is a longitudinal sectional side view showing another embodiment of the superconducting rotor protection device of the present invention.
【図４】本発明の超電導回転子保護装置の他の実施例を
示す縦断側面図。FIG. 4 is a longitudinal sectional side view showing another embodiment of the superconducting rotor protection device of the present invention.
【図５】従来の超電導回転子保護装置を示す縦断側面
図。FIG. 5 is a vertical sectional side view showing a conventional superconducting rotor protection device.
【図６】図６に対応する電気回路図。FIG. 6 is an electric circuit diagram corresponding to FIG. 6;
１…液体ヘリウム、２…回転クライオスタット、３…軸
受、４…超電導界磁コイル、５…パワーリード、６…コ
レクタリング、７…ブラシ、８…電源、９…遮断器、１
０…保護抵抗器、１１…冷却扇、１２…ヘリウム給排装
置、１３…安全弁、１４…緊急ガス放出管、１５…クエ
ンチ検出器DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Liquid helium, 2 ... Rotary cryostat, 3 ... Bearing, 4 ... Superconducting field coil, 5 ... Power lead, 6 ... Collector ring, 7 ... Brush, 8 ... Power supply, 9 ... Circuit breaker, 1
0: protection resistor, 11: cooling fan, 12: helium supply / discharge device, 13: safety valve, 14: emergency gas discharge pipe, 15: quench detector
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−99759（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−327232（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02K 55/00 - 55/06────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-63-99759 (JP, A) JP-A-6-327232 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) H02K 55/00-55/06
Claims (6)
導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路に接
続するための一対のコレクタリングを備えた超電導回転
子において、前記超電導界磁コイルを保護するために前
記超電導界磁コイルと並列に電気接続される保護素子を
超電導回転子の外表面に配置したことを特徴とする超電
導回転子。1. A superconducting rotor provided with a superconducting field coil disposed in a rotating cryostat and a pair of collector rings for connecting the superconducting field coil to an external circuit, wherein the superconducting field coil is protected. A protection element electrically connected in parallel with the superconducting field coil is disposed on an outer surface of the superconducting rotor.
間に配置したことを特徴とする請求項１記載の超電導回
転子。2. The superconducting rotator according to claim 1, wherein said protection element is arranged between said pair of collector rings.
グ間に、回転軸の円周上に複数に分割して設置したこと
を特徴とする請求項１記載の超電導回転子。3. The superconducting rotator according to claim 1, wherein said protection element is divided between said pair of collector rings and installed on a circumference of a rotating shaft.
導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路に接
続するための一対のコレクタリングを備えた超電導回転
子において、前記回転クライオスタットは内部の冷媒ガ
ス圧力が所定値に達したとき開く安全弁及び前記安全弁
の出口と外部空間とを連通するガス放出管を更に備え、
前記超電導界磁コイルを保護するために前記超電導界磁
コイルと並列に電気接続される保護素子を前記ガス放出
管内に配置したことを特徴とする超電導回転子。 4. A supercharger arranged in a rotating cryostat.
Connecting the field conducting coil and the superconducting field coil to an external circuit;
Superconducting rotation with a pair of collector rings to connect
The rotating cryostat has an internal refrigerant gas.
Safety valve which opens when the pressure reaches a predetermined value and said safety valve
Further comprising a gas discharge tube communicating the outlet of the container and the external space,
The superconducting field coil is used to protect the superconducting field coil.
Discharge the protection element electrically connected in parallel with the coil
A superconducting rotor characterized by being disposed in a tube.
する請求項１〜４のいずれか１項記載の超電導回転子。5. any one superconducting rotor according to claim 1-4, wherein the protective element is a resistor.
徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の超電導回転
子。6. any one superconducting rotor according to claim 1-4, wherein the protective element is a diode.
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