JPH01133560A - 超電導回転電機の回転子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は超電導回転電機の回転子、特に超電導界磁コ
イルをコイル取付軸に保持する構造に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来この種の一般的な回転子として例えば特開昭６１−
１８８４６号公報に開示された第４図に示すものがあっ
たＯ第４図において、（１）はトルクチューブ、（２）
はトルクチューブ（１）の中央部を形成すルコイル取付
軸、（３）はコイル取付軸（２）に固定されている超電
導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１）とコイル
取付軸（２）を囲繞する常温ダンパ、（５）はこの常温
ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の間（こ配設されて
いる低温ダンパ、（６）及び（７）はコイル取付軸（２
）のそれぞれ外周部及び側面部に取っ付けられたヘリウ
ム外筒及びヘリウム端板、（８）及び（９）はそれぞれ
駆動側９反駆動側端部軸、頭はこれらの端部軸（８）　
ｌ　（９）を軸支する軸受、Ｑυは界磁電流供給用のヌ
リップリング、０２はトルクチューブ（１）に形成或い
は配置されている熱交換器、（至）は側部輻射シールド
、ａ４は真空部である。

上記構成からなる超電導回転電機の回転子においては、
コイル取付！！４１（２）に配設されている超電導界磁
コイル（３）を極低温に冷却することによυ、電気抵抗
を零の状態とし、励磁損失をなくすこと（こより、この
超電導界磁コイＡ／　（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Ａ／　（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）の中央部から導
入管（図示せず）を通じ、ヘリウム外筒（６）、ヘリウ
ム端板（７）により形成される液体ヘリウム容器部に供
給する一方、回転子内部を真空部０４によシ高真空に保
つと共に、極低温の超電導界磁コイ／Ｌ／　（３）及び
コイル取付軸（２）に回転トルりを伝えるトルクチュー
ブ（１）を薄肉円筒とし、且つ熱交換器（２）を設け、
このトルクチューブ（１）を通じ極低温部１こ侵入する
熱を極力減らす構造が最も一般的である。さらに、側面
からの輻射によシ侵入する熱を低減するため、側部輻射
シールド（至）が設けられている。

一方、常温ダンパ（４）及び低温ダンパ（５）は、固定
子からの高調波士界をシールドし、超電導界磁コイＡ／
　（３）を保護すると共に、電力系統のしよう乱による
回転子振動を減衰させる機能を有する一方、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
リウム容器部への輻射シールドとしての機能を兼ねる方
式が一般的である。尚、第１図においては、回転子内部
のヘリウム導入、排出系を構成する配管類及び回転子に
接続されているヘリウム導入、排出装置は省略している
。

第５図は第４図のｖ−ｖ線における断五図断面図を示し
、第５図において、（２）はコイル取付軸、（３）は超
電導界磁コイ／Ｌ／、ＯｔＪは楔、（ト）はコイル取付
軸（２）の表面に軸方向に形成されたスロット、α１は
スロット内絶縁ヌペーサ、（ホ）は上部絶縁スペーサで
ある。この構成において、超電導界磁コイ／Ｖ　（３）
は、Ａ−Ａ線を取シ巻くように巻回してお）、従って、
Ａ−Ａ線を極中心として強力な磁界を発生する。喫０場
は超電導界磁コイル（３）をスロットα枠内に堅固に保
持するように打ち込まれている。

第６図はコイμ取付軸端部を示す斜視図、第７図は第６
図の■−■線における断面図であシ、第６図、第ｒ図に
おいて、（２）はコイル取付軸、（３）は超電導界磁コ
イル、（至）はコイル取付軸（２）に形成され、超電導
界磁コイル（３）を収納するヌロツ）、（ｌｆｅはスロ
ット（至）に挿着され、超電導界磁コイ／Ｌ’　（３）
を堅固に保持する楔である。（１’Ｊはスロット内絶縁
スペーサ、（１）は上部絶縁スペーサ、Ｑ］）は下部絶
縁スペーサ、（財）はコイル取付軸（２）のスロット（
ト）とコイル取付軸（２）の軸心内部の液体ヘリウムの
液溜め部（図示せず）とに連通して設けられたヘリウム
流通孔である。

スロット（至）はコイル取付軸（２）の軸表面に軸方向
に沿った直線スロット、軸両端部で円周方向に沿ったア
ークスロット、その直線スロットとアークスロットとに
連設するコーナスロットによ＃）構成されている。した
がって、僕（ｌはそれらスロットに応じた形状とし、ス
ロット（至）内に超電導界磁コイＡ／　（３）を収納し
た後、スロット（ト）に撲ａＧを挿着して超電導界磁コ
イ／ｌ／　（３）を堅固に保持している。

このような回転子に使用される超電導界磁コイルとして
は例えば特開昭５７−１８６９６０号公報に開示された
ものがあシ、その構成を第８図に示す。

図において、（３）は超電導界磁コイル、（８ａ）は複
数の超電導素線を撚シ線等によシ成形された超電導線で
あシ、複数列、複数層巻回されている。（至）はこれら
超電導線（３ａ）の列間に挿入された列間絶縁、（ハ）
は超電導線（８ａ）の層１ＪＨｃ挿入された層間絶縁で
ある。尚、超電導界磁コイ／ｌ／　（３）は、超電導線
（３ａ）を１本持ちで１かつ超電導線（３ａ）の列間に
は列間絶縁に）を、超電導線（３ａ）の層間には層間絶
縁（ハ）をそれぞれ挿入しながら巻回し、巻回後はエホ
ー＋シ樹脂で処理してモールド状に形成され、超電導線
（３ａ）の短絡防止がなされている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した従来装置では、超電導界磁コイ／
ｌ／　（３）を堅固に保持する楔αυはスロワ）　（Ｉ
ｌｌの各形状に応じた形状とする必要があシ、特にコイ
ル取付軸（２）の軸両端部に配置された楔０５の形状は
複雑な形状となシその製作加工皿らびに打ち込み作業に
多大の労力を要していた。また、超電導界磁コイル（３
）の冷却がその外周面からしか冷却されない構造となっ
ており、超電導界磁コイＡ／　（３）内部の超電導線（
３ａ）で発熱した場合、超電導線（８ａ）の熱は列間絶
縁（至）、層間絶縁（ハ）、また他の超電導線（８ａ）
を介した熱伝導を経て超電導界磁コイＩｖ（３）外周の
ヘリウムで冷却されて除去されることになシ、冷却効果
が悪く、超電導線（３ａ）の温度が上昇しへ超電導破壊
（クエンチ）を生ずる問題点があった。

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
たものであり、多大の労力を要することなく超電導界磁
コイルを堅固に保持できると共に冷却効果を高め超電導
破壊を生ずることのない超電導回転電機の回転子を提供
することを目的とする。

Ｃ問題点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、超電導界磁
コイルの超電導線に薄い絶縁材を巻回し・超電導界磁コ
イルの層間に挿着した層間絶縁材によシ層間絶縁を行う
と共にその層間に冷却路を形成し、超電導界磁コイルの
外周側に上部絶縁材を配設し、超電導界磁コイルとコイ
ル取付軸のスロット壁面との間にスロット内絶縁材を装
着して冷媒の冷却路を形成し、コイル取付軸の外周側に
円筒体を嵌着して上部絶縁材を介して超電導界磁コイル
をスロット内に堅固に保持するようにしたものである。

〔作用〕

この発明における超電導回転Ｃ１機の回転子は）超電導
界磁コイルをスロット内に装着した後％３イル取付軸の
外周側に円筒体を嵌着させて超電導界磁コイルをスロッ
ト内に堅固に保持する。又１各冷却路を冷媒が流通して
超電導界磁コイμを冷却する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。第
１図〜第８図において、（２）はコイル取付軸、（２ａ
）はコイル取付軸（２）の外周部に形成された冷媒であ
る液体ヘリウムの冷却路、（至）はスロット、に）はヘ
リウム流通孔、（２）はスロット（７）内に装着された
超電導界磁コイルであシ、超電導線（２５ａ）が複数列
、複数層巻回されて形成されている。０Ｉは超電導界磁
コイ／Ｌ／（７）の超電導＠　（２５ａ）に巻回された
薄い絶縁材であシ、その厚さは例えば刀〜ωμのものが
使用され、超電導線（２５ａ）の列間絶縁を行っている
。＠は超電導界磁コイル（２）とスロット（ト）底面と
の間に装着された下部絶縁材であり・ヘリウム流通孔（
イ）と連設する冷却路（２７ａ）が形成されている。＠
は超電導界磁コイ）ｖに）の外周側に配設された上部絶
縁材、翰は超電導界磁コイル（イ）とスロット（ト）壁
面との間に装着されたスロット内絶縁材であり、冷却路
（２ａ）と冷却路（２７ａ）とに連設する冷却路（２９
ａ）が形成されている。■は超電導界磁コイ／Ｖ（イ）
の超電導線（Ｚ５ａ）の層間に挿着された層間絶縁材で
あシ、超電導（２５ａ）の層間絶縁を行っている。又、
層間絶縁材（７）を適当な間隔を置いて配設してその層
間絶縁材（７）間に冷却路（２９ａ）と連設する冷却路
（８ｏａ）が形成されている。さらに、層間絶縁材（１
）は下部側の超電導線（２５ａ）と下部絶縁材勾との間
、上部側の超電導線（２５ａ）と上部絶縁材燭との間に
もそれぞれ同様に配設され冷却路（８ｏａ）が形成され
ている。＠υはコイル取付軸（２）の外周側に例えば焼
嵌め等により嵌着され、スロット（ト）内に装着された
超電導界磁コイル（イ）を上部絶縁材（１）を介してス
ロット（至）内に堅固に保持する円筒体である。

次に動作について説明する。コイル取付ＩＭ　Ｃ２）の
７ｏツト（至）の底面に下部絶縁材（財）、スロットα
膀の両壁面にヌロット内絶縁材四を装着する。次いで、
超電導線（２５ａ）に薄い絶縁材（１）を巻回し超電導
線（２５ａ）層間に層間絶縁材（７）を挿着して形成し
た超電導界磁コイル（ロ）をスロット（ト）内に装着す
る・そして、超電導界磁コイ）Ｖ（ハ）に樹脂含浸を施
し超電導界磁コイ／Ｉ／に）の外周側に上部絶縁材（至
）を配設する。樹脂を適宜の粘度に調整することによシ
隣接する相互間は密着状態に保持される。樹脂の硬化は
回転加熱によシ行うが、その加熱硬化時に冷却路からは
樹脂が流出し、超電導Ｍ（２５ａ）間あるいは超電導線
（２５ａ）と上部絶縁材（至）等の密着した部分へ浸透
した樹脂は表面張力作用のため流出しない、従って超電
導界磁コイル缶の固定が堅固となシ上部絶縁材（ト）の
固定もできる。硬化後、コイル取付軸（２）の外周面を
旋盤によシ加工した後、コイル取付軸（２）の外周側に
円筒体＠０を焼嵌めにより嵌着して超電導界磁コイｌｖ
（ハ）を上部絶縁材（ト）を介してスロット（至）内に
堅固に保持する。

以上のように円筒体賄）をコイル取付軸（２）の外周側
に焼嵌めにより嵌着することによって超電導界磁コイ／
ｌ／（ハ）をスロット（至）内に堅固に保持できるので
、従来のような形状の複雑な撲００を全く使用しなくて
よくその製作加工並びに打ち込み作業が皆無となる。又
、楔Ｏ！９をスロット（７）内に挿着するための楔溝も
不要となる。さらに、喫θＧを省略したことによシ、そ
の厚さ寸法分外径を小さくすることができ、しかも超電
導界磁コイ）Ｖ（イ）の極脂硬化後にコイル取付軸（２
）の外表面を加工するようにしたので、コイル高さの調
整作業が不要となる。

又、超電導界磁コイ）ｖ（イ）の超電導線（２５ａ）の
冷却は次のようにして行われる。コイル取付軸（２）の
外周部に形成した冷却路（２ａ）を通じて液体ヘリウム
が供給されヌロット内絶縁材日によって形成された半径
方向の冷却路（２９ａ）に流入する。冷却路（２９ａ）
に流入した液体ヘリウムは層間絶縁材（７）によって形
成された超電４線（２５ａ）層間の冷却路（加ａ）に流
入する。これら冷却路（２９ａ）　、　（＋３０ａ）を
液体ヘリウムが流通することによシ超電導線（２５ａ）
が冷却される。この超電導線（２５ａンの冷却は薄い絶
縁材（１）を介しての冷却となるので、絶縁材（至）と
してはなるべく薄い方がよシ良い冷却効果が得られる。

超電導線（２５ａ）を冷却した後の液体ヘリウムは冷却
路（２７ａ）を経てヘリウム流通孔（２）に流出する。

尚、上記実施例では超電導界磁コイ／Ｉ／に）の層間の
冷却路（８０ａ）は層間絶縁材（１）を適当な間隔を置
いて配設して形成した場合について述べたが、層間絶縁
材（１）に溝等を形成して冷却路（８０ａ）を形成する
ようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、超電導界磁コイルの超電
導線に薄い絶縁材を巻回し、超電導界磁コイルの層間に
層間絶縁材を挿着して層間絶縁を行うと共に冷媒の冷却
路を形成し、その冷却路を冷媒が流通することζこよ）
超電導線を冷却することができ、冷却効果が向上し、超
電導破壊を生ずることがなく信頼性が向上する。又、コ
イル取付軸のスロット内（こ装着された超電導界磁コイ
μをコイル取付軸の外周側に嵌着した円筒体によシ堅固
に保持するようにしたので、複雑な形状の楔を全く使用
しなくてよくその製作加工並びに打ち込み作業が皆無と
なシ、作業性が著しく向上すると共に経済的（こも優れ
た効果が得られる。又、スロット内に装着された超電導
界磁コイルを樹脂硬化させて上部絶縁材を固定し、コイ
ル取付軸の外表面を加工した後、コイル取付軸の外周側
に円筒体を嵌着させて超電導界磁コイルを堅固に保持す
るようにしたので、超電導界磁コイルのスロット内での
コイル高さ調整を不要とすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による超電導回転電機の回
転子における超電導界磁コイルを示す断面図、第２図は
第１図の要部拡大図、第３図は第１図のト」線における
断面図、第４図は従来の一般的な超電導回転電機の回転
子を示す縦断面図、第５図は第４図のｖ−Ｖ線における
断面図、＠６図は従来のコイｌ／Ｌ／取付軸端部を示す
斜視図、第７図は第６図の■−■線における断面図、第
８図は従来の超電導界磁コイルを示す断面図である。 図において、（２）はコイル取付軸、（２ａ）は冷却路
、０秒はヌロット、（ト）は超電導界磁コイＮ、（２５
ａ）　ハ超電導線、（１）は薄い絶縁材、（財）は下部
絶縁材、（２７ａ）は冷却路、（ハ）は上部絶縁材、四
はスロット内絶縁材、四は冷却路−、（１）は層間絶縁
材）（８０ａ）　ハ冷却路、０υは円筒体である。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周部に冷媒の冷却路が形成されたコイル取付軸
   と、このコイル取付軸に形成されたスロットと、このス
   ロット内に装着され、超電導線が複数列、複数層巻回さ
   れて形成された超電導界磁コイルとを有する超電導回転
   電機の回転子において、上記超電導界磁コイルの超電導
   線に巻回された薄い絶縁材と、上記超電導界磁コイルの
   層間に挿着され、上記超電導線の層間絶縁を行うと共に
   その層間に冷媒の冷却路を形成する層間絶縁材と、上記
   超電導界磁コイルの外周側に配設され、上記超電導界磁
   コイルに樹脂含浸して硬化させることにより固持される
   上部絶縁材と、上記超電導界磁コイルと上記スロット底
   面との間に装着された下部絶縁材と、上記超電導界磁コ
   イルと上記スロット壁面との間に装着され冷媒の冷却路
   が形成されたスロット内絶縁材と、上記コイル取付軸の
   外周側に嵌着され、上記スロット内に装着された上記超
   電導界磁コイルを上記上部絶縁材を介して上記スロット
   内に堅固に保持する円筒体とを備えたことを特徴とする
   超電導回転電機の回転子。
2. （２）コイル取付軸のスロット内に装着された超電導界
   磁コイルを樹脂含浸して硬化させて上部絶縁材を固定し
   、上記コイル取付軸の外周面を加工した後、上記コイル
   取付軸の外周側に円筒体を嵌着させて上記超電導界磁コ
   イルを上記スロット内に上記上部絶縁材を介して堅固に
   保持するようにしたことを特徴とする超電導回転電機の
   回転子の製造方法。