JPH022076Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、超電導回転電機の回転子に関する
ものであり、とりわけ、超電導界磁コイルを収納
する複数のスロツトが軸方向に形成されたコイル
取付軸を有する超電導回転電機の回転子に関する
ものである。

従来、この種の回転子として第２図、第３図に
示すものがあつた。第２図において、トルクチユ
ーブ１は、コイル取付軸２とトルク伝達部３を有
し、厚肉円筒でなるコイル取付軸２の外周部に超
電導界磁コイル４が配設されている。トルクチユ
ーブ１には常温ダンパ５が設けられ、コイル取付
軸２と常温ダンパ５の間には低温ダンパ６が配設
されている。コイル取付軸２の外側および両端部
にはヘリウム外筒７およびヘリウム端板８がそれ
ぞれ取付けられている。トルク伝達部３および常
温ダンパ５の両端部には、駆動側端部軸９および
反駆動側端部軸１０が軸受１１に軸支されて結合
されている。反駆動側端部軸１０にはスリツプリ
ング１２が係合していて界磁電流を超電導界磁コ
イル４に供給する。トルク伝達部３には熱交換器
１３、側部輻射シールド１４が配設されている。
また、１５は真空部、１６はトルクチユーブ１内
に形成された液体ヘリウムムの液溜め部である。
超電導界磁コイル４は、第３図に示すように、コ
イル取付軸２の外周部に軸方向に形成された複数
のスロツト１７中に配設され、ウエツジ１８で固
定されている。１９はスロツト１７間のテイース
である。２Ｃは極中心、２C′は極間中心を示す。

以上の構成でなる回転子においては、コイル取
付軸２に配設されている超電導界磁コイル４を極
低温、たとえば約4.2Kに保持することにより電
気抵抗が零の状態とし、励磁損失を無くすること
により超電導界磁コイル４に強力な磁界を発生さ
せ、固定子（図示せず）に交流電力を励起させ
る。そうして、超電導界磁コイル４を冷却して極
低温に保持するために、液体ヘリウムを反駆動側
端部軸１０の中央部から導入管（図示せず）を通
じ、ヘリウム外筒７、ヘリウム端板８により形成
される液体ヘリウム収容部に供給する。一方、回
転子内部を真空部１５によつて高真空に保ち、さ
らにコイル取付軸２に回転トルクを伝えるトルク
伝達部３を薄肉円筒とし、かつ、熱交換器１３を
設けることにより、トルク伝達部３を径て極低温
部位に侵入する熱を極力制限している。また、軸
方向側面から輻射によつて侵入する熱を低減する
ため、側部輻射シールド１４が設けられている。

一方、常温ダンパ５および低温ダンパ６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４を保護すると共に、電力系統のじよう乱
による回転子の振動を抑制する機能を有し、ま
た、常温ダンパ５は真空外筒としての機能、低温
ダンパ６はヘリウム収容部への輻射シールドとし
ての機能を有している。

なお、第２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および回転子に
接続されているヘリウム導入、排出装置は省略し
た。

以上の構成により、極低温に保持された超電導
界磁コイル４には磁束と電流の積として表される
電磁力と、回転による遠心力が作用する。超電導
界磁コイル４の円周方向電磁力はテイース１９に
より支持され、半径方向電磁力と遠心力はウエツ
ジ１８によつて支持される。常電導界磁コイルの
場合は電流密度が小さいので上記の電磁力は遠心
力に比し無視できる値であるが、超電導界磁コイ
ル４の場合は電流密度が著しく大きく、また磁束
も大きいので、超電導界磁コイル４に作用する電
磁力は遠心力より大となる。また、コイル取付軸
２の磁束分布は極中心２Ｃ側で最大となり、極間
中心２C′側で最小となるため、超電導界磁コイル
４に生じる電磁力は極中心２Ｃ側で大きく、極間
中心２C′側で小さくなる。また、コイル取付軸２
に作用する力のうち最大のものは円周方向電磁力
であり、コイル取付軸２の強度設計上のもつとも
重要な要因となす。かかる円周方向電磁力によつ
てテイース１９に働く曲げ応力は次式であらわさ
れる。

σ＝6Fθ・ｈ／b²＝6fθ・（Ｓ×ｔ）・ｈ／b² ここで、σ＝テイース１９に生じる曲げ応力、 Fθ＝単位長あたりの超電導界磁コイル４に働
く円周方向電磁力、 f₁θ＝単位長、単位面積あたりの超電導界磁コ
イル４に働く円周方向電磁力、 Ｓ＝スロツト１７の幅、 ｔ＝スロツト１７の深さ、 ｈ＝超電導界磁コイル４に働く円周方向電磁力
の作用点のスロツト１７底面からの高さ、 ｂ＝テイース１９の幅。

コイル取付軸２の許容応力をσaとすると、ス
ロツト１７の幅Ｓは Ａσa・b²／6fθ・ｈ，Ｓσa・b²／6fθ・ｔ・
ｈ とする必要がある。

〔考案が解決しようとする課題〕

以上のような従来の超電導回転電機の回転子で
は、コイル取付軸２に、同一形状で同一幅S₀同一
深さのスロツト１７を円周上に等間隔に配列して
いたので、スロツト１７の幅は、円周方向電磁力
が最大となる極中心２Ｃ側のスロツトに合わせて
決定する必要がある。そのため、コイル取付軸２
のうちスロツト１７の占める割合が小となり、超
電導界磁コイル４を収納するスロツトの総断面積
が小さいので、コイルの巻回数が減少して回転子
の超磁力が制限されるという欠点があつた。

この考案は、以上の欠点を解消するためになさ
れたもので、テイースに生じる曲げ応力の再大値
を増加させることなく、超電導界磁コイルを配設
するスロツトの総合的な断面積を増加させ、回転
子の超磁力を増大しうる超電導回転電機の回転子
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この考案に係る超電導回転電機の回転子は、コ
イル取付軸の互いに同一深さのスロツトの幅を、
各スロツト内の超電導界磁コイルの円周方向電磁
力の値に対応して変化させ、すなわち、円周方向
電磁力が最大となる極中心側のスロツト幅を最小
とし、極中心から遠ざかるに従いスロツト幅を逐
次増加した構造になつている。

〔作用〕

この考案においては、テイースに生じる曲げ応
力の最大値を増加させることなく、超電導界磁コ
イルを配設するスロツトの総合的な断面積が増加
する。

〔実施例〕

以下、この考案の一実施例を第１図について説
明する。図において、コイル取付軸２に形成され
る同一深さのスロツト１７ａの断面積は次式によ
り決定される。

Si＝σa・b²／6fθi・ｔ・ｈ ここで、Si＝極中心２Ｃ側からｉ番目のスロツ
トの幅、 fθi＝極中心２Ｃ側からｉ番目の超電導コイル
４に働く単位長、単位面積あたりの円周方向電磁
力。

超電導界磁コイル４に作用する円周方向電磁力
は、極中心側で大きく、極中心から遠ざかるに従
い、減少する。そこで、上式に沿つて、図示のよ
うに、極中心側のスロツト幅S₁を最小とし、極中
心から遠ざかるに従い順次スロツト幅を増加させ
た構造になつている。

その他の構造は第２図、第３図に示したものと
同様である。

以上の構成により、テイース１９に生じる曲げ
応力の最大値を増加させることなく、スロツト１
７ａの総合的な断面積が増加し、超電導界磁コイ
ル４の巻数を増やすことができる。

なお、超電導界磁コイルは、一般に、直線部、
アーク部、コーナ部からなつており、アーク部と
コーナ部におけるコイル保持構造は、コイル取付
軸に形成された段落ち部にコイルを収納し保持環
と絶縁つめ物により保持するもの、あるいは、ア
ーク部とコーナ部のコイルを収納するスロツトを
直線部のスロツトに連続して形成しウエツジで保
持するもの等が周知であるが、この考案は直線部
にのみ着目したものであるため、アーク部および
コーナ部の構造はいずれであつてもよい。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案は、超電導界磁コイル
を収納するスロツトの総断面積を増加させて超電
導界磁コイルの巻回数を増大し、回転子の超磁力
を大きくして超電導回転電機の出力を向上するこ
とができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の一実施例の要部横断面図、
第２図は従来の超電導回転電機の回転子の縦断面
図、第３図は第２図の−線に沿う平面での拡
大断面図である。 １……トルクチユーブ、２……コイル取付軸、
２Ｃ……極中心、２C′……極間中心、３……コイ
ル伝達部、４……超電導界磁コイル、１７ａ……
スロツト、１９……テイース。なお、各図中、同
一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 厚肉円筒でなり極低温に保持されてトルク伝達
   部とともにトルクチユーブを形成しているコイル
   取付軸と、このコイル取付軸の外周面に軸方向に
   互いに平行に形成された複数個のスロツトに収納
   されている超電導界磁コイルとを備えた超電導回
   転電機の回転子において、深さが互いに同一な前
   記スロツトの幅を、極中心側で最小にして極間中
   心側へ順次増大させてなることを特徴とする超電
   導回転電機の回転子。