JP3210353B2 - 超電導回転子 - Google Patents

超電導回転子

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superconducting
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転子界磁巻線に超電
導巻線を用いた超電導回転電機の回転子に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の技術について、図2を用いて説明
する。超電導界磁巻線1は円筒状の巻線取付軸2に取り
付けられ、その外径側に真空断熱層3を介して設置され
た外筒4と共に、両端でタービン側端部軸5aおよびH
TC側端部軸5bにて支持されている。回転中心軸上に
は、巻線取付軸内への液体ヘリウムの供給および蒸発ガ
スヘリウムの回収を行うヘリウム給排管6が、HTC側
端部軸5bを軸方向に貫通して設置されている。その外
径側には、超電導界磁巻線に電流を供給する電流リード
7が電流リードガイド8に挿入され、同様にHTC側端
部軸5bを軸方向に貫通して設置されている。電流リー
ドガイド8は、巻線取付軸2およびHTC側端部軸5b
に溶接され真空断熱層3の気密を保っている。電流リー
ド7は、機内側で超電導界磁巻線1と接続され、一方軸
端側では立ち上りスタッド9によりコレクタリング10と
接続される。立ち上りスタッド9は、立ち上りスタッド
絶縁11により対地絶縁される。電流リード7とHTC側
端部軸5bの間には、電流リード7と電流リードガイド
8の間隙を通って漏れてくるガスヘリウムが立ち上りス
タッド絶縁11近傍に充満するのを防止するため、例えば
ゴム等を用いたパッキン12が設置されシールが行われて
いる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のような構造をと
った場合、パッキン12付近は、運転中電流リード7の中
を通って排出される低温ガスヘリウムにより低温にな
る。通常、パッキン12は低温下ではシール能力が低下す
るためガスヘリウムの漏れが生じ、立ち上りスタッド絶
縁11近傍に充満することとなる。立ち上りスタッド絶縁
11には沿面絶縁箇所が存在する。ガスヘリウムは絶縁強
度が非常に弱く、特に界磁電流制御型超電導発電機にお
いて高いフォーシング電圧を印加した場合、立ち上りス
タッド絶縁11での地絡の懸念があった。このように、電
流リード7と電流リードガイド8の間の間隙では溶接等
のシール構成がとれないため、漏れガスヘリウムによる
立ち上りスタッド絶縁11の絶縁信頼性が劣ることとな
る。本発明は、以上に鑑みなされたもので、電流リード
絶縁信頼性の高い超電導回転子を提供することを目的と
する。 [発明の構成]
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明においては、電流リードとHTC側端部軸の間に
設置されるパッキンを二重構造にする(以下、機内側よ
り第1パッキン、第2パッキン2)とともに、当該二重
パッキン間の空間とHTC側端部軸外部とを連通する通
風路を設置することにより当該空間の換気を行う。ま
た、さらに効率的換気を行うため、通風路を複数箇所に
設け、そのうちの少なくとも1本は端部軸外部との連通
開口部の回転半径を他のものより大きくとる。また、パ
ッキンにおけるガスヘリウム漏れを防止するため、パッ
キン部に温度センサとヒータを設置しパッキンの温度コ
ントロールを行う。
【0005】
【作用】本発明は上記のように構成されており、運転中
低温にさらされることにより万一パッキンのシール性能
が低下し、第1パッキンからガスヘリウム漏れを生じて
も、第2パッキンとの間の空間はHTC側端部軸外部と
を連通する通風路により換気が行われているため、ガス
ヘリウムがさらに第2パッキンから漏れてコレクタリン
グ部の対地絶縁近傍に充満することを防止することがで
きる。
【0006】また、ガスヘリウムは周囲のガス(空気
等)に比べて比重小さいため、回転重力場を考慮する
と、端部軸外部と連通する通風路を設けただけでは第1
パッキンと第2パッキンとの間の空間に残留することが
考えられるため、第1パッキンと第2パッキンとの間の
空間と端部軸外部とを連通する通風路を複数箇所に設
け、そのうちの少なくとも1本は、端部軸外部との連通
開口部の回転半径を他のものより大くとることにより、
回転重力場において、前記回転半径を大きくとった通風
路を排気路、他の通風路を吸気路として強制通風換気を
行うことが可能となり、効率的に換気を行うことができ
る。
【0007】また、運転中パッキン近傍の温度が、パッ
キンのシール性能低下をきたすような低温になる場合、
パッキン近傍に設置された温度センサにより温度を検知
し、パッキン近傍に設置されたヒータを運転して、パッ
キンの温度がそれ以上低下しないように温度コントロー
ルを行う。これにより、パッキンのシール性能低下を防
止することができる。
【0008】
【実施例】以下本発明の一実施例について、図1および
一部図2を参照して説明する。表面を電流リード絶縁7
bにより絶縁された電流リード7は電流リードガイド8
の中に挿入され、HTC側端部軸5bを軸方向に貫通し
て設置されている。電流リードガイド8は巻線取付軸2
およびHTC側端部軸5bに溶接され、真空断熱層3の
気密を保っている。電流リード7は、機内側で超電導界
磁巻線1と接続され、一方軸端側では立ち上りスタッド
9によりコレクタリング10と接続されいる。立ち上りス
タッド9は、立ち上りスタッド絶縁11により対地絶縁さ
れている。電流リード7とHTC側端部軸5bの間に
は、電流リード7と電流リードガイド8の間の間隙を通
って漏れてくるガスヘリウムが立ち上りスタッド絶縁11
近傍に充満するのを防止するため、例えばゴム等を用い
たパッキン12が設置されシールが行われている。パッキ
ン12は、HTC側端部軸5bと、さらにその軸端側のコ
レクタリング継シャフト16とのカップリング部に設置さ
れる。
【0009】パッキン12は、機内側より第1パッキン12
a、第2パッキン12bで構成される二重パッキンとす
る。当該二重パッキン間の空間とHTC側端部軸5b外
部とは通風管13により連通している。通風管13は複数本
とし、そのうち約半数(通風管13a)は端部軸カップリ
ングフランジ部にて端部軸外部と連通し、残り約半数
(通風管13b)は端部軸胴部にて端部軸外部と連通して
いる。したがって、前者は後者より開口部の回転半径が
大きくとってある。また、パッキン12部に温度センサ14
とヒータ15を設置し、パッキン12の温度コントロールを
行う。
【0010】電流リード7と電流リードカイド8の間の
間隙を通って漏れてくるガスヘリウムは、まず第1パッ
キン12aにてシールされる。しかしながら、運転中低温
にさらされることにより万一パッキン12aのシール性能
が低下すると、第1パッキン12aからガスヘリウム漏れ
を生じる可能性があるが、第2パッキン12bとの間の空
間は、回転重力場において、通風管13aおよび通風管13
bのHTC側端部軸5b外部との連通開口部の回転半径
差に基づく圧力による強制通風換気が行われており、ガ
スヘリウムがさらに第2パッキン12bから漏れて立ち上
りスタッド絶縁11近傍に充満するのを防止することがで
きる。
【0011】また、運転中パッキン12近傍の温度が、パ
ッキン12のシール性能低下をきたすような低温になる場
合、パッキン12近傍に設置された温度センサ14により温
度を検知し、パッキン12近傍に設置されたヒータ15を運
転して、パッキン12の温度がそれ以上低下しないように
温度コントロールを行う。これにより、パッキン12のシ
ール性能低下を防止することができ、ガスヘリウムがパ
ッキン12から漏れて立ち上りスタッド絶縁11近傍に充満
するのを防止することができる。なお、パッキン12の温
度コントロールを行う場合、必ずしも前述の二重パッキ
ンや通風管構成と併用する必要はない。
【0012】他の実施例としてパッキン12近傍に設置さ
れた温度センサ14により温度を検知してヒータ15を駆動
するための温度コントローラ(図示せず)は、回転子内
に設置し、電源のみ回転子外からスリップリング(図示
せず)により供給してヒータ15を駆動してもよいし、固
定側に設置し、温度センサ14の信号をFM電波などの非
接触伝送装置(図示せず)あるいはスリップリング(図
示せず)により一度固定子側に取り出し改めてスリップ
リングを介してヒータ15を駆動してもよい。また、後者
の場合、温度センサ14により警報装置を駆動するように
構成することにより保護・監視の上でさらに有効であ
る。
【0013】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、機
内より漏れ出たガスヘリウムが沿面絶縁箇所のある立ち
上りスタッド絶縁近傍に充満して起こる地絡事故を防止
することが可能となり、電流リード絶縁信頼性の高い超
電導回転子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による電流リード部要図。
【図2】従来方式による超電導回転子全体図。
【符号の説明】
1…界磁巻線 2…巻線取付軸 3…真空断熱層 4…外筒 5a…タービン側端部軸 5b…HTC側
端部軸 6…ヘリウム給排管 7…電流リード 8…電流リードガイド 9…立上りスタ
ッド 10…コレクタリング 11…立上りスタ
ッド絶縁 12…パッキン 13,13a,13b
…通風管 14…温度センサ 15…ヒータ 16…コレクタリング継ぎシャフト

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超電導界磁巻線が取り付けられた円筒状
    巻線取付軸と、その外径側に真空断熱層を介して外筒を
    有し、それらが両端で端部軸にて支持されてなる超電導
    回転子において、超電導界磁巻線に電流を供給するため
    端部軸を軸方向に貫通して設置される電流リードと端部
    軸との間のギャップの気密シールを二重パッキン構造と
    し、当該二重パッキン間の空間と端部軸外部とを連通す
    る通風路を設けたことを特徴とする超電導回転子。
  2. 【請求項2】 二重パッキン間の空間と端部軸外部とを
    連通する通風路を複数箇所に設け、そのうちの少なくと
    も1箇所は端部軸外部との連通開口部の回転半径を他の
    ものより大きくとったことを特徴とする請求項1記載の
    超電導回転子。
  3. 【請求項3】 超電導界磁巻線が取り付けられた円筒状
    巻線取付軸と、その外径側に真空断熱層を介して外筒を
    有し、それらが両端で端部軸にて支持されてなる超電導
    回転子において、超電導界磁巻線に電流を供給するため
    端部軸を軸方向に貫通して設置される電流リードと端部
    軸との間のギャップの気密シールパッキン部に温度監視
    センサとヒータを設置し、気密シールパッキン部の温度
    低下を検知してヒータを自動運転することを特徴とする
    超電導回転子。
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DE10039951C2 (de) * 2000-08-16 2002-10-10 Siemens Ag Verfahren und Anordnung zur Kompensation von Kreuzphasenmodulation
US6794792B2 (en) * 2002-11-13 2004-09-21 General Electric Company Cold structural enclosure for multi-pole rotor having super-conducting field coil windings.

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