JP3300707B2 - 超電導回転電機の回転子 - Google Patents
超電導回転電機の回転子Info
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- Japan
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- helium
- electric machine
- superconducting
- current lead
- field coil
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、超電導回転電機の回
転子に関し、特に、電流リードを含めた内部配管系支持
構造を改善した超電導回転電機の回転子に関するもので
ある。
転子に関し、特に、電流リードを含めた内部配管系支持
構造を改善した超電導回転電機の回転子に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の回転子として図５、図６
に示すものがあり、図５において、トルクチューブ(1)
の中央部を形成するコイル取付軸(2)に超電導界磁コイ
ル(3)が固定されている。トルクチューブ(1)とコイル取
付軸(2)を囲繞して常温ダンパ(4)が、常温ダンパ(4)と
コイル取付軸(2)の間に側部輻射シールドを兼ねる低温
ダンパ(5)がそれぞれ設けられている。コイル取付軸(2)
の外周部および側面部にはそれぞれヘリウム外筒(6)お
よびヘリウム槽端板(7)が取付けられている。(8)および
(9)はそれぞれ駆動側、反駆動側の端部軸であり軸受(1
0)により支承されている。(11)は界磁電流供給用のスリ
ップリングである。トルクチューブ(1)には熱交換器(1
2)が配置されている。(13)は端部輻射シールド、(14)は
真空部、(15)はヘリウム外筒(6)とヘリウム槽端板(7)、
コイル取付軸(2)より構成されるヘリウム槽である。(1
6)はスリップリング(11)より超電導界磁コイル(3)に界
磁電流を供給する１対の電流リードで、トルクチューブ
(2)の回転中心軸線を挟んで平行１対をなしている。(1
7)は液体ヘリウム供給管、(18)，(19)はガスヘリウム排
出管、(20)はヘリウム給排装置である。
に示すものがあり、図５において、トルクチューブ(1)
の中央部を形成するコイル取付軸(2)に超電導界磁コイ
ル(3)が固定されている。トルクチューブ(1)とコイル取
付軸(2)を囲繞して常温ダンパ(4)が、常温ダンパ(4)と
コイル取付軸(2)の間に側部輻射シールドを兼ねる低温
ダンパ(5)がそれぞれ設けられている。コイル取付軸(2)
の外周部および側面部にはそれぞれヘリウム外筒(6)お
よびヘリウム槽端板(7)が取付けられている。(8)および
(9)はそれぞれ駆動側、反駆動側の端部軸であり軸受(1
0)により支承されている。(11)は界磁電流供給用のスリ
ップリングである。トルクチューブ(1)には熱交換器(1
2)が配置されている。(13)は端部輻射シールド、(14)は
真空部、(15)はヘリウム外筒(6)とヘリウム槽端板(7)、
コイル取付軸(2)より構成されるヘリウム槽である。(1
6)はスリップリング(11)より超電導界磁コイル(3)に界
磁電流を供給する１対の電流リードで、トルクチューブ
(2)の回転中心軸線を挟んで平行１対をなしている。(1
7)は液体ヘリウム供給管、(18)，(19)はガスヘリウム排
出管、(20)はヘリウム給排装置である。
【０００３】以上の構成により、コイル取付軸(2)に配
設されている超電導界磁コイル(3)を極低温に冷却して
電気抵抗を零の状態とし、励磁損失をなくすることによ
り、超電導界磁コイル(3)に強力な磁界を発生させ、固
定子（図示せず）に交流電力を発生させる。この超電導
界磁コイル(3)を極低温に冷却、保持するために、液体
ヘリウムを反駆動側端部軸(9)の先端に配設されたヘリ
ウム給排装置(20)より導入し、液体ヘリウム供給管(17)
を経てヘリウム槽(15)内に供給する。回転子内部は真空
部(14)により高真空に保つとともに、極低温の超電導界
磁コイル(3)およびコイル取付軸(2)に回転トルクを伝え
るトルクチューブ(1)を薄肉円筒とし、かつ、熱交換器
(12)により、トルクチューブ(1)を通じて極低温部に侵
入する熱を極力減らすようになっている。さらに、端部
輻射シールド(13)は端面からの輻射により侵入する熱を
低減する。
設されている超電導界磁コイル(3)を極低温に冷却して
電気抵抗を零の状態とし、励磁損失をなくすることによ
り、超電導界磁コイル(3)に強力な磁界を発生させ、固
定子（図示せず）に交流電力を発生させる。この超電導
界磁コイル(3)を極低温に冷却、保持するために、液体
ヘリウムを反駆動側端部軸(9)の先端に配設されたヘリ
ウム給排装置(20)より導入し、液体ヘリウム供給管(17)
を経てヘリウム槽(15)内に供給する。回転子内部は真空
部(14)により高真空に保つとともに、極低温の超電導界
磁コイル(3)およびコイル取付軸(2)に回転トルクを伝え
るトルクチューブ(1)を薄肉円筒とし、かつ、熱交換器
(12)により、トルクチューブ(1)を通じて極低温部に侵
入する熱を極力減らすようになっている。さらに、端部
輻射シールド(13)は端面からの輻射により侵入する熱を
低減する。
【０００４】一方、常温ダンパ(4)および低温ダンパ(5)
は、固定子からの高調波磁界をシールドして超電導界磁
コイル(3)を保護するとともに、電力系統のじょう乱に
よる回転子振動を減衰させるように機能するほか、常温
ダンパ(4)は真空外筒としての機能、低温ダンパ(5)はヘ
リウム容器部への側部輻射シールドとしての機能をそれ
ぞれ兼ねている。ヘリウム槽(15)内の液体ヘリウムは、
トルクチューブ(1)よりの熱伝導による侵入熱、低温ダ
ンパ(5)および端部輻射シールド(13)よりの輻射による
侵入熱等により蒸発し、トルクチューブ(1)上に配設さ
れた熱交換器(12)に一旦導かれて端部軸(8)，(9)よりト
ルクチューブ(1)への侵入熱の大部分を吸収した後、ガ
スヘリウム排出管(18)を通ってヘリウム給排装置(20)よ
り機外に排出される。
は、固定子からの高調波磁界をシールドして超電導界磁
コイル(3)を保護するとともに、電力系統のじょう乱に
よる回転子振動を減衰させるように機能するほか、常温
ダンパ(4)は真空外筒としての機能、低温ダンパ(5)はヘ
リウム容器部への側部輻射シールドとしての機能をそれ
ぞれ兼ねている。ヘリウム槽(15)内の液体ヘリウムは、
トルクチューブ(1)よりの熱伝導による侵入熱、低温ダ
ンパ(5)および端部輻射シールド(13)よりの輻射による
侵入熱等により蒸発し、トルクチューブ(1)上に配設さ
れた熱交換器(12)に一旦導かれて端部軸(8)，(9)よりト
ルクチューブ(1)への侵入熱の大部分を吸収した後、ガ
スヘリウム排出管(18)を通ってヘリウム給排装置(20)よ
り機外に排出される。
【０００５】電流リード(16)はスリップリング(11)との
接続部で常温部と接し、また、リード自体は銅で形成さ
れているため、界磁電流の通電によりジュール損が発生
して発熱するため、液体ヘリウム槽(15)には、電流リー
ド(16)より熱が侵入する。この侵入熱により蒸発したガ
スヘリウムは電流リード(16)内を流れ、電流リード(16)
を冷却しながらガスヘリウム排出管(19)に達し、ヘリウ
ム給排装置(20)より機外に排出される。
接続部で常温部と接し、また、リード自体は銅で形成さ
れているため、界磁電流の通電によりジュール損が発生
して発熱するため、液体ヘリウム槽(15)には、電流リー
ド(16)より熱が侵入する。この侵入熱により蒸発したガ
スヘリウムは電流リード(16)内を流れ、電流リード(16)
を冷却しながらガスヘリウム排出管(19)に達し、ヘリウ
ム給排装置(20)より機外に排出される。
【０００６】ここで、電流リード(16)、ガスヘリウム排
出管(18)，(19)は回転電機の軸中心から偏心して配設さ
れるため、回転により、その単位長さ当たり、次式で表
される遠心力を受ける。 Ｆ＝Ｗ／ｇ・rω2 ただし、Ｆは単位長さ当たり遠心力（Kg/mm)、Ｗは単位
長さ当たりの重量(Kg/mm)、ｇは重力加速度(9807mm/sec
2)、ｒは軸中心からの半径(mm)、ωは回転角速度（ラジ
アン／sec)である。２極の超電導発電機の場合、回転角
速度が１２０πラジアン／sec（毎秒６０回転）と大き
いため、遠心力Ｆは半径ｒを仮に５０mmとしても重量Ｗ
の７２５倍の力となる。従って、電流リード(16)、ガス
ヘリウム排出管(18)，(19)は遠心力による変形、破壊を
防止するため、端部軸(9)の中心穴内で多数の支持構造
物を介して端部軸(9)の中心穴内面より支持する必要が
ある。液体ヘリウム供給管(17)は、通常、回転中心軸線
上に配置されるため、遠心力は小さい。
出管(18)，(19)は回転電機の軸中心から偏心して配設さ
れるため、回転により、その単位長さ当たり、次式で表
される遠心力を受ける。 Ｆ＝Ｗ／ｇ・rω2 ただし、Ｆは単位長さ当たり遠心力（Kg/mm)、Ｗは単位
長さ当たりの重量(Kg/mm)、ｇは重力加速度(9807mm/sec
2)、ｒは軸中心からの半径(mm)、ωは回転角速度（ラジ
アン／sec)である。２極の超電導発電機の場合、回転角
速度が１２０πラジアン／sec（毎秒６０回転）と大き
いため、遠心力Ｆは半径ｒを仮に５０mmとしても重量Ｗ
の７２５倍の力となる。従って、電流リード(16)、ガス
ヘリウム排出管(18)，(19)は遠心力による変形、破壊を
防止するため、端部軸(9)の中心穴内で多数の支持構造
物を介して端部軸(9)の中心穴内面より支持する必要が
ある。液体ヘリウム供給管(17)は、通常、回転中心軸線
上に配置されるため、遠心力は小さい。
【０００７】図６は、従来、端部軸(9)内で電流リード
(16)、ガスヘリウム排出管(18)を支持するため用いられ
ている構造を示し、図５のVI−VI断面図である。図６に
おいて(16a)は電流リード導体、(16b)は電流リード導体
を内包し、ヘリウムガス管路を形成する外管、(21)は電
流リード(16)およびガスヘリウム排出管(18)を端部軸
(9)より支持する配管支え、(22)は液体ヘリウム供給管
(17)を配管支え(22)より支持する液体ヘリウム供給管支
え、(0)は回転中心である。配管支え(21)は端部軸(9)よ
り電流リード(16)、液体ヘリウム供給管(17)への侵入熱
を低減する目的でFRP等の断熱材の板が用いられ、か
つ、例えば、図示のように、切欠かれて端部軸(9)との
接触面積を低減している。回転電機の回転により電流リ
ード(16)、ガスヘリウム排出管(18)はそれぞれ矢印の向
きに遠心力を受け、配管支え(21)により支持される。配
管支え(21)は、板状をなし、電流リード(16)、ガスヘリ
ウム排出管(18)の応力を許容値以下に抑制するため一定
の軸方向距離以下の間隔で挿入されている。
(16)、ガスヘリウム排出管(18)を支持するため用いられ
ている構造を示し、図５のVI−VI断面図である。図６に
おいて(16a)は電流リード導体、(16b)は電流リード導体
を内包し、ヘリウムガス管路を形成する外管、(21)は電
流リード(16)およびガスヘリウム排出管(18)を端部軸
(9)より支持する配管支え、(22)は液体ヘリウム供給管
(17)を配管支え(22)より支持する液体ヘリウム供給管支
え、(0)は回転中心である。配管支え(21)は端部軸(9)よ
り電流リード(16)、液体ヘリウム供給管(17)への侵入熱
を低減する目的でFRP等の断熱材の板が用いられ、か
つ、例えば、図示のように、切欠かれて端部軸(9)との
接触面積を低減している。回転電機の回転により電流リ
ード(16)、ガスヘリウム排出管(18)はそれぞれ矢印の向
きに遠心力を受け、配管支え(21)により支持される。配
管支え(21)は、板状をなし、電流リード(16)、ガスヘリ
ウム排出管(18)の応力を許容値以下に抑制するため一定
の軸方向距離以下の間隔で挿入されている。
【０００８】電流リード導体(16a)は回転電機の界磁電
流を通電する際のジュール損を一定値以下に抑制するの
に十分な断面積が必要であり、外管(16b)と一体に形成
されているため、単位長さ当たりの重量はガスヘリウム
排出管(18)の数倍となる。従って、配管支え(21)の厚
さ、端部軸内面との接触部(21a)の面積等は電流リード
(16)の遠心力に耐えるという観点から決定される。
流を通電する際のジュール損を一定値以下に抑制するの
に十分な断面積が必要であり、外管(16b)と一体に形成
されているため、単位長さ当たりの重量はガスヘリウム
排出管(18)の数倍となる。従って、配管支え(21)の厚
さ、端部軸内面との接触部(21a)の面積等は電流リード
(16)の遠心力に耐えるという観点から決定される。
【０００９】図７、図８は特開昭54−9705号公報に示さ
れた従来の端部軸内の別の配管配置を示す図であり、図
５のVII−VII断面に相当する位置の断面図である。これ
らの図は配管接続部のベローに関する発明を説明する図
であるが、ヘリウムガス排出管等配管の配置は基本的に
図６と同様である。
れた従来の端部軸内の別の配管配置を示す図であり、図
５のVII−VII断面に相当する位置の断面図である。これ
らの図は配管接続部のベローに関する発明を説明する図
であるが、ヘリウムガス排出管等配管の配置は基本的に
図６と同様である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の超電導回転電機
の回転子は、端部軸内部配管支持構造が以上のように構
成されているので、電流リードを支持する配管支えはそ
の大きな遠心力に耐える必要から必然的に厚さが厚くな
り、かつ、端部軸内面との接触面圧を材料の許容値以下
にする必要から接触部分の面積を小さくすることができ
ず、端部軸から電流リードへの侵入熱、さらに中心部の
液体ヘリウム供給管への侵入熱が大きく、超電導界磁コ
イルを極低温に冷却するための液体ヘリウムの消費量が
大きく、ヘリウム液化冷凍機が大型で高価なものにな
り、さらに端部軸が内面から冷却されるので外面に結露
する等の問題点があった。
の回転子は、端部軸内部配管支持構造が以上のように構
成されているので、電流リードを支持する配管支えはそ
の大きな遠心力に耐える必要から必然的に厚さが厚くな
り、かつ、端部軸内面との接触面圧を材料の許容値以下
にする必要から接触部分の面積を小さくすることができ
ず、端部軸から電流リードへの侵入熱、さらに中心部の
液体ヘリウム供給管への侵入熱が大きく、超電導界磁コ
イルを極低温に冷却するための液体ヘリウムの消費量が
大きく、ヘリウム液化冷凍機が大型で高価なものにな
り、さらに端部軸が内面から冷却されるので外面に結露
する等の問題点があった。
【００１１】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、端部軸からの電流リード、液体
ヘリウム供給管への侵入熱が小さく、液体ヘリウム消費
量が少なく、加えて、端部軸外面に結露することも少な
い超電導回転電機の回転子を得ることを目的とする。
ためになされたもので、端部軸からの電流リード、液体
ヘリウム供給管への侵入熱が小さく、液体ヘリウム消費
量が少なく、加えて、端部軸外面に結露することも少な
い超電導回転電機の回転子を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る超電導回
転電機の回転子は、平行１対の電流リードのみを、回転
により発生する電流リードの遠心力に十分耐える強度を
持つ結合部材によって、機械的に結合したものである。
転電機の回転子は、平行１対の電流リードのみを、回転
により発生する電流リードの遠心力に十分耐える強度を
持つ結合部材によって、機械的に結合したものである。
【００１３】
【作用】この発明においては、１対の電流リードは結合
部材により機械的に結合され、回転によって発生する電
流リード個々の遠心力は１対の電流リードが互いに結合
されていることによって相殺され、配管支えに対して加
わる遠心力荷重はほぼ消滅する。
部材により機械的に結合され、回転によって発生する電
流リード個々の遠心力は１対の電流リードが互いに結合
されていることによって相殺され、配管支えに対して加
わる遠心力荷重はほぼ消滅する。
【００１４】
【実施例】図１、図２はこの発明の一実施例を示し、(2
3)は電流リード(16)の結合部材である。この実施例にお
いては、バンド状の電流リード結合部材(23)により、電
流リード(16)は相互に結合されている。その他、図６に
おけると同一符号は同一部分を示しており、説明を省略
する。
3)は電流リード(16)の結合部材である。この実施例にお
いては、バンド状の電流リード結合部材(23)により、電
流リード(16)は相互に結合されている。その他、図６に
おけると同一符号は同一部分を示しており、説明を省略
する。
【００１５】以上の構成により、図１に示すように、回
転により発生する電流リード(16)の遠心力（矢印で示
す）は、結合部材(23)の張力（矢印で示す）により相互
に支持、相殺される。また、図２に示すように、結合部
材(23)は配管支え(21)の配設された間隔Ｌの間に設置さ
れ、長さＬにおける電流リード(16)の遠心力を支持する
ので、配管支え(21)には電流リード(16)の遠心力荷重は
加わらない。
転により発生する電流リード(16)の遠心力（矢印で示
す）は、結合部材(23)の張力（矢印で示す）により相互
に支持、相殺される。また、図２に示すように、結合部
材(23)は配管支え(21)の配設された間隔Ｌの間に設置さ
れ、長さＬにおける電流リード(16)の遠心力を支持する
ので、配管支え(21)には電流リード(16)の遠心力荷重は
加わらない。
【００１６】図６において説明したように、電流リード
(16)の遠心力はガスヘリウム排出管(18)のそれの数倍程
度以上の大きな値であるので、電流リード(16)の遠心力
の加わらない本実施例の配管支え(21)は薄く、また、端
部軸(9)との接触部分(21a)の面積も従来装置に比較して
数分の１に小さくすることができる。従って端部軸(9)
からの電流リード(16)、液体ヘリウム供給管(17)に至る
熱の侵入経路の熱抵抗値が増大し、侵入熱が大幅に減少
するとともに、端部軸(9)の過冷却による結露等が発生
しにくくなる。
(16)の遠心力はガスヘリウム排出管(18)のそれの数倍程
度以上の大きな値であるので、電流リード(16)の遠心力
の加わらない本実施例の配管支え(21)は薄く、また、端
部軸(9)との接触部分(21a)の面積も従来装置に比較して
数分の１に小さくすることができる。従って端部軸(9)
からの電流リード(16)、液体ヘリウム供給管(17)に至る
熱の侵入経路の熱抵抗値が増大し、侵入熱が大幅に減少
するとともに、端部軸(9)の過冷却による結露等が発生
しにくくなる。
【００１７】なお、上記実施例ではバンド状の結合部材
を用いる例を示したが、図３に示すように、ボルトでな
る結合部材(23)で電流リード(16)を結合してもよく、さ
らには図４に示すように、電流リード(16)の外管を一体
の溶接構造物で形成してもよい。この場合、外管(16b)
と結合部材(23)は一体化されている。要するに１対の電
流リード(16)相互を遠心力に耐える強固な部材で機械的
に一体にすればよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
を用いる例を示したが、図３に示すように、ボルトでな
る結合部材(23)で電流リード(16)を結合してもよく、さ
らには図４に示すように、電流リード(16)の外管を一体
の溶接構造物で形成してもよい。この場合、外管(16b)
と結合部材(23)は一体化されている。要するに１対の電
流リード(16)相互を遠心力に耐える強固な部材で機械的
に一体にすればよく、上記実施例と同様の効果を奏す
る。
【００１８】以上のように、この発明によれば、１対の
電流リード相互のみを結合部材により機械的に結合した
ので、配管支えの厚さ、端部軸内面との接触部面積を大
幅に減少でき、電流リードおよび液体ヘリウム供給管へ
の侵入熱が減少して超電導界磁コイルを極低温に冷却す
るための液体ヘリウムの消費量が低減でき、ヘリウム液
化冷凍機の小型化を達成して経済性が増すと同時に、端
部軸の過冷却による結露等の問題が発生しにくくなるな
どの効果がある。
電流リード相互のみを結合部材により機械的に結合した
ので、配管支えの厚さ、端部軸内面との接触部面積を大
幅に減少でき、電流リードおよび液体ヘリウム供給管へ
の侵入熱が減少して超電導界磁コイルを極低温に冷却す
るための液体ヘリウムの消費量が低減でき、ヘリウム液
化冷凍機の小型化を達成して経済性が増すと同時に、端
部軸の過冷却による結露等の問題が発生しにくくなるな
どの効果がある。
【図１】この発明の一実施例の要部横断面図
【図２】同じく要部縦断面図
【図３】他の実施例の要部横断面図
【図４】さらに他の実施例の要部横断面図
【図５】従来の超電導回転電機の回転子の縦断面図
【図６】図５のVI−VI線に沿う平面での断面図
【図７】別の従来装置の図６相当図
【図８】さらに別の従来装置の図６相当図
３ 超電導界磁コイル ９ 端部軸 １６ 電流リード １７ 液体ヘリウム供給管 １８ ガスヘリウム排出管 ２３ 結合部材
Claims (1)
- 【請求項１】 液体ヘリウムにより極低温に冷却して用
いる超電導界磁コイルと、この超電導界磁コイルに電流
を供給する平行１対の電流リードと、前記超電導界磁コ
イルを冷却するための液体ヘリウム供給管と、冷却用液
体ヘリウムが極低温部分への侵入熱により蒸発するため
に発生するガスヘリウムを排出するためのガスヘリウム
排出管とを備えた超電導回転電機の回転子において、 前記１対の電流リードのみを相互に結合する結合部材を
備え、回転電機の回転により発生する遠心力に対して前
記電流リードを支持することを特徴とする超電導回転電
機の回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41294190A JP3300707B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超電導回転電機の回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP41294190A JP3300707B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超電導回転電機の回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04351461A JPH04351461A (ja) | 1992-12-07 |
| JP3300707B2 true JP3300707B2 (ja) | 2002-07-08 |
Family
ID=18521681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP41294190A Expired - Lifetime JP3300707B2 (ja) | 1990-12-25 | 1990-12-25 | 超電導回転電機の回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3300707B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100981049B1 (ko) * | 2008-09-11 | 2010-09-10 | 두산중공업 주식회사 | 초전도 회전기기의 전류도입선 냉각장치 |
-
1990
- 1990-12-25 JP JP41294190A patent/JP3300707B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100981049B1 (ko) * | 2008-09-11 | 2010-09-10 | 두산중공업 주식회사 | 초전도 회전기기의 전류도입선 냉각장치 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04351461A (ja) | 1992-12-07 |
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