JPH03155363A - 超電導回転電機の回転子およびその製造方法 - Google Patents

超電導回転電機の回転子およびその製造方法

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JPH03155363A
JPH03155363A JP28998789A JP28998789A JPH03155363A JP H03155363 A JPH03155363 A JP H03155363A JP 28998789 A JP28998789 A JP 28998789A JP 28998789 A JP28998789 A JP 28998789A JP H03155363 A JPH03155363 A JP H03155363A
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JP
Japan
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damper
rotor
cylinder
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electric machine
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JP28998789A
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English (en)
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Toshiaki Murakami
俊明 村上
Nobuhisa Suzuki
信久 鈴木
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CHIYOUDENDOU HATSUDEN KANREN KIKI ZAIRYO GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Original Assignee
CHIYOUDENDOU HATSUDEN KANREN KIKI ZAIRYO GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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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】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は例えば液体ヘリウムからなる冷却媒体により冷
却される超電導回転電機の回転子に係り、特にこの回転
子における回転子外周の構造およびその製造方法に関す
る。
(従来の技術) 従来、この種の代表的な超電導回転電機、例えば超電導
発電機の回転子として第5図および第6図に示すような
構成のものがある。即ち、第5図および第6図に示す回
転子は両端部に回転軸2が取付けられた回転子外筒1と
この回転子外筒1の内部に同軸的に設けられ、且つ内部
に冷却媒体として液体ヘリウム3が収容される回転子内
筒4から構成されている。回転子内筒4の両端部には軸
方向に伸びるトルクチューブ5が取付けられ、その一方
のトルクチューブ5の端部は回転軸2の取付基端部に対
応する部分の回転子外筒1にボルト等により強固に固定
され、また他方のトルクチューブ5の端部は回転子外筒
1および回転子内筒4の熱収縮を吸収する例えばダイア
フラム状の熱収縮吸収体6を介して回転子外筒1と回転
軸2の取付基端部との間に連結されている。
一方、回転子内筒4の外周面部に形成されたコイル溝7
には超電導コイル8が収納されており、この超電導コイ
ル8はくさび9、絶縁物10を用いて固定されている。
また、回転子内筒4から出た超電導コイルエンド部11
については保持筒12を用いて遠心力、電磁力に十分耐
え得るように強固に固定されている。また、回転子内筒
4内には一方の回転軸2内を通して回転二重管13が挿
入され、この回転二重管13より供給される液体ヘリウ
ム3により超電導コイル8が冷却されている。
さらに、液体ヘリウムの温度とほぼ同温状態の回転子内
筒4と常温状態にある回転子外筒1の間には常温領域か
ら内部への熱侵入を防止するための輻射シールド14が
回転子内筒4両側のトルクチューブ5に形成された取付
座15間に跨がって同軸的に配設され、その端部を取付
座15上に固定している。
ところで、このような構成の超電導発電機の回転子にお
いて、回転子外筒1は真空容器を兼ね、交流磁界の浸透
の防止および負荷変動時の回転子揺動の防止のために、
常温ダンパー1aとこの常温ダンパー18を挟んで内側
ダンパーサポートtb、外側ダンパーサポート1cを内
外層の補強リングとして焼き嵌め等で一体化した構造が
採用されている。
このような回転子外筒1において、常温ダンパー1aは
系統事故時に次式で示すクラツシング力と呼ばれる電磁
力を受けることが良く知られている。
P −P 1(1+ cos  2 θ)ここで、P、
は第7図に示すように回転子外筒1を内向に押し潰そう
とする面圧であり、θは図示する円周方向角度である。
このため、常温ダンパー l aおよびその内外層の補
強リングである内側ダンパサポート1b1外側ダンパー
サポートICは第8図に示すよう1.:e−90@ 2
70@を長軸、e−0”、180’を短軸とする楕円形
に変形し、固定子外筒1には高い曲げ応力が発生する。
これらの応力に対して耐えるようにするには、常温ダン
パー1aについてはクロム銅などの高強度、高導電率の
銅または銅合金が、内側ダンパーサポートlb、外側ダ
ンパーサポート1cについても鉄基の超合金A286な
どの高強度、非磁性鋼が用いられるのが常である。
(発明が解決しようとする課題) しかし、このように過大なりラッシング力に対して回転
子外筒1を焼き嵌めで構成すると、各層間ですべりが生
じるために歪みが連続とならず、この応力は第8図(a
)のA−A断面をとって示す同図(b)のように各層で
圧縮から引張りに渡る分布を呈し、回転子外筒1の各層
は一体として挙動せず、クラツシング力に対して過大な
変形が生じるという欠点があった。
本発明はクラツシング力に対して回転子外筒が変形する
ことのない堅牢で信頼性の高い超電導回転電機の回転子
とその製造方法を提供することを目的とする。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するため、本発明による超電導回転電
機の回転子は、常温ダンパーを挟んで外側ダンパーサポ
ートおよび内側ダンパーサポートを設けた三層構成の回
転子外筒内に冷却媒体を収容する回転子内筒を同軸的に
設け、この回転子内筒の両端部に設けられたトルクチュ
ーブを前記回転子外筒に取付けるようにした超電導回転
電機の回転子において、前記回転子外筒を構成する前記
常温ダンパーとその内、外側ダンパーサポート間に低融
点金属からなる接着層をそれぞれ形成し、これら各接着
層を加熱溶融せしめて前記常温ダンパーとその内、外側
ダンパーサポートを一体化したものである。
また、本発明による超電導回転電機の回転子の製造方法
は、常温ダンパーを挟んで外側ダンパーサポートおよび
内側ダンパーサポートを設けた三層構成の回転子外筒内
に冷却媒体を収容する回転子内筒を同軸的に設け、この
回転子内筒の両端部に設けられたトルクチューブを前記
回転子外筒に取付けるようにした超電導回転電機の回転
子において、まず前記回転子外局を構成する内側ダンパ
ーサポートの外周面に低融点金属からなる接着層を形成
して常温ダンパーを焼き嵌めし、次いで常温ダンパーの
外周面に低融点金属からなる接着層を形成して外側ダン
パーサポート焼き嵌めし、しかる後内、外側ダンパーサ
ポートの時効熱処理と合わせて前記常温ダンパーとその
内、外側ダンパーサポート間の接着層を溶融せしめて前
記常温ダンパーとその内、外側ダンパーサポート相互間
を接着するようにしたものである。
(作用) 従って、このような超電導回転電機の回転子にあっては
、回転子外筒を構成する常温ダンパーとその内、外側ダ
ンパーサポート相互間が接着され、これらを一体化する
ことが可能となるので、過大なりラッシング力に対して
各層間のすべりの発生を抑え、より強固な剛性を得るこ
とが可能となり、また発生応力も低減し信頼性を飛躍的
に向上させることができる。
また、超電導回転電機の回転子の製造方法にあっては、
内側ダンパーサポートの外周面に低融点金属からなる接
着層を形成して常温ダンパーを焼き嵌めし、次に常温ダ
ンパー外周面に低融点金属からなる接着層を形成して外
側ダンパーサポートを焼き嵌めし、その後これらを加熱
処理により各接着層を溶融せしめて常温ダンパーとその
内、外側ダンパーサポート相互間を接着するようにして
いるので、三層構成の常温ダンパーとその内、外側ダン
パーサポートを一体化した回転子外筒を簡単、かつ容易
に得ることが可能となる。
(実施例) 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
第1図は本発明による超電導発電機の回転子における回
転子外筒の構成例とその製造工程を示すものである。
第1図に示すように本実施例では、まず内側ダンパーサ
ポート1bの外周面にメツキ、溶射等で薄い銀ロー層、
またはノ1ンダ層1dを形成し、その外周に常温ダンパ
ー18を焼き嵌めする。引続き常温ダンパー1aの外周
面に前述同様にメツキ、溶射等で薄い銀ロー層、または
11ンダ層1eを形成し、その外周に外側ダンパーサポ
ートICを焼き嵌めする。その後、内側ダンパーサポー
ト1b1常温ダンパー18および外側ダンパーサポート
ICの順で焼き嵌めされた回転子外筒1を加熱処理して
各銀ロー層、またはハンダ層1d、leを溶融し、自然
冷却することで、内側ダンパーサポートlb、常温ダン
パー1aおよび外側ダンパーサポートICの王者相互が
接着されて一体化される。
ここで、内側ダンパーサポートlb、外側ダンパーサポ
ートICは従来と同様の時効熱処理形の高強度、非磁性
鋼が用いられている。
このような回転子外筒の製造工程において、いま内側接
着層1d、外側接着層1eとして通常の銀ロー系、りん
銅ロー系、アルミニウムロー系のロー材を用いた場合に
は、その溶融温度は650’ C〜800” Cである
。したがって、上記の方法で三層のリングを構成し、時
効熱処理形の高強度、非磁性鋼である内側ダンパーサポ
ートlb、外側ダンパーサポートICの時効熱処理を行
えば、ロー材は溶融し、三層間が接着されることになる
。例えば内側ダンパーサポート1b1外側ダンパーサポ
ート1cの材料としてA286を用いれば、その時効熱
処理温度は700°C〜750’C程度である。
嵌めによりハンダ層が溶融し、三層間が接着される。
上記実施例で得られた回転子外筒1に対して過大なり゛
ララシン゛グカを作用させた場合の挙動について試験に
より評価したところ、第2図に示すような結果が得られ
た。すなわち、回転子外筒1の下端部を拘束し、上端部
にクラツシング力と等価な荷重を作用させ、その時の変
形、ひずみ分布を計測した。第2図にその時の荷重と変
形の関係を示す。
第2図において、回転子外筒1を常温ダンパー1 a 
s内側ダンパーサポートlb、外側ダンパーサポートl
cの焼き嵌めにより構成した従来の構造では、図示黒丸
点のデータが示すようにクラツシング力と等価な荷重に
達する以前から、層間のすべりにより変形が急増加して
いることが分かる。
これに対して本実施例では、図示白丸点のデータが示す
ようにクラツシング力と等価な荷重に達した以降も荷重
と変位の関係は直線的で、常温ダンパー1a、内側ダン
パーサポートlb、外側ダンパーサポート1cの三層が
強固に一体として挙動することが確認された。この時の
変形を1とすれば、従来構造の変形は2.1倍程度であ
り、また本実施例によれば剛性が2倍以上に増加してい
ることも確認された。
さらに、その時の各層の円周方向ひずみの分布を横軸に
半径方向位置、縦軸に発生ひずみを取ってm3図に示す
。第3図に示す黒丸点のデータから明らかなように、従
来構造では内側ダンパーサポート1b、常温ダンパー1
a、外側ダンパーサポート1cの各層間のすべり挙動の
ためにひずみが不連続になり、それぞれ曲げひずみが発
生している。これに対して本実施例では層間の接着のた
めにひずみ分布は連続となり、その最大値も1/2以下
に低減していることが分った。
以上の結果からも明らかなように本実施例によれば、常
温ダンパー1as内側ダンパーサポートlb、外側ダン
パーサポートICで構成される強固で信頼性の高い回転
子外筒1を得ることが可能となる。また、製造工程にお
いても内側ダンパーサポートlb、常温ダンパー1aの
順に銀ロー層、またはハンダ層1d、leを形成して常
温ダンパー1a1外側ダンパーサポートlcを順次焼き
嵌めして加熱処理するだけなので、回転子外筒1を簡単
、且つ容易に製造することができる。
なお、上記実施例ではメツキ、溶射等で内側ダンパーサ
ポートlb、常温ダンパー18の外周面に一様に銀ロー
層を形成するようにしたが、第4図に示すように銀ロー
層の代りに銀ロー箔を用いて、この銀ロー箔を各焼き嵌
め工程の前に内側ダンパーサポートib、常温ダンパー
1aの外周面に連続的、あるいは飛び飛びに巻付けるな
どして接着層1d、leに形成するようにしてもよい。
この他、本発明はその要旨を変更しない範囲内で種々変
形して実施できることは勿論である。
[発明の効果〕 以上述べたように本発明によれば、クラツシング力に対
して回転子外筒が変形することのない堅牢で信頼性の高
い超電導回転電機の回転子とその製造方法を提供するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による超電導回転電機の回転子の一実施
例における回転子外筒の構造とその製造工程を示す断面
図、第2図および第3図は同実施例の作用効果を説明す
るための曲線図、第4図は本発明の他の実施例における
回転子外筒の構造とその製造工程を示す断面図、第5図
は従来の代表的な超電導回転電機の回転子を示す断面図
、第6図は第5図のA−A線に沿う矢視断面図、第7図
および第8図は従来の超電導回転電機の回転子において
、回転子外筒に作用するクラツシング力およびその時の
変形、応力分布を示す図である。 1・・・回転子外筒、1a・・・常温ダンパー 1b・
・・内側ダンパーサポート、IC・・・外側ダンパーサ
ポート、ld、le・・・接着層、2・・・回転軸、3
・・・液体ヘリウム、4・・・回転子内筒、5・・・ト
ルクチニーブ、6・・・熱収縮吸収体、7・・・コイル
溝、8・・・超電導コイル、9・・・くさび、10・・
・絶縁物、11・・・超電導コイルエンド部、12・・
・保持筒、13・・・回転二重管、14・・・輻射シー
ルド、15・・・取付座、16.17・・・輻射シール
ドの端部。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)常温ダンパーを挟んで外側ダンパーサポートおよ
    び内側ダンパーサポートを設けた三層構成の回転子外筒
    内に冷却媒体を収容する回転子内筒を同軸的に設け、こ
    の回転子内筒の両端部に設けられたトルクチューブを前
    記回転子外筒に取付けるようにした超電導回転電機の回
    転子において、前記回転子外筒を構成する前記常温ダン
    パーとその内、外側ダンパーサポート間にそれぞれ低融
    点金属からなる接着層を形成し、これら常温ダンパーと
    その内、外側ダンパーサポートを焼き嵌め後の時効熱処
    理により前記接着層を溶融せしめてこれらを一体化した
    ことを特徴とする超電導回転電機の回転子。
  2. (2)常温ダンパーを挟んで外側ダンパーサポートおよ
    び内側ダンパーサポートを設けた三層構成の回転子外筒
    内に冷却媒体を収容する回転子内筒を同軸的に設け、こ
    の回転子内筒の両端部に設けられたトルクチューブを前
    記回転子外筒に取付けるようにした超電導回転電機の回
    転子において、まず前記回転子外筒を構成する内側ダン
    パーサポートの外周面に低融点金属からなる接着層を形
    成して常温ダンパーを焼き嵌めし、次いで常温ダンパー
    の外周面に低融点金属からなる接着層を形成して外側ダ
    ンパーサポートを焼き嵌めし、しかる後内、外側ダンパ
    ーサポートの時効熱処理と合わせて前記常温ダンパーと
    その内、外側ダンパーサポート間の接着層を溶融せしめ
    て前記常温ダンパーとその内、外側ダンパーサポート相
    互間を接着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。
JP28998789A 1989-11-09 1989-11-09 超電導回転電機の回転子およびその製造方法 Pending JPH03155363A (ja)

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JP (1) JPH03155363A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7211921B2 (en) * 2000-12-20 2007-05-01 Siemens Aktiengesellschaft Winding support of a superconductive rotor, comprising a structure to compensate for axial expansion of the support
JP2010511366A (ja) * 2007-10-02 2010-04-08 コリア エレクトロテクノロジー リサーチ インスティテュート 超伝導同期電動機

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