JPH03289345A - 超電導回転電機の集電装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は超電導回転電機の集電装置に関するしのである
。

（従来の技術） 最近超電導線を回転界磁巻線として利用したいわゆる超
電導発電機が開発されている。超電導線を用いたＷ磁巻
線はその超電導性を維持するために４Ｋ）１度の極低温
に冷却しなければならず、そのためにａ却媒体として液
体ヘリウムを用いている。

第３図は従来の超電導発電機の回転子の構造を示す断面
図である。超電導発電機ｍｌは、巻線取付軸２に固定さ
れ、そのまわりをヘリウムベッセル３が包み、ヘリウム
容器を形成している。４ａ。

４ｂは巻線酸イ・ｉ軸にトルクを伝達するトルクチュブ
であり、駆動側端部軸５ａと反駆動側端部軸５ｂに接続
されている。トルクチューブ４ａ、　４ｂは、熱侵入を
地力抑えるために薄肉円筒構造となっている。

６は福射＋町人凸を低減するための◆１．ｉ射ンールド
、７は４ｊｊ空容’ａ’Ａ　’Ａ　ｉ７ｉの役割を果た
すとともに系統事故１１！ｊの外乱から起電導界磁巻線
１を守る電磁シールドとなるダンパである。超電導Ｗ磁
巻線１は電流を供給する゛重点リード８によりコレクタ
ーリング９に電気的に接続されている。コレクターリン
グ９は静止しているブラシ（図示しない）に接触してい
て、ブラシは励磁電源に接続されている。

次に定常運転時、つまり高速回転時の回転子のヘリウム
流路を第３図を用いて説明する。液体ヘリウムＡは回転
軸シール（図示しない）を備えた冷媒給排装ＫｌＯを介
し静止部から回転部に入り液体ヘリウム供給管１１によ
り、巻線取付軸２とヘリウムベッセル３から成る液体ヘ
リウム容器内に矢印の様に導かれる。液体ヘリウムＡを
連続的に供給スレばヘリウムベッセル３内に一定量の液
体ヘリウムＡが保灯され、保有された液体ヘリウムＡは
遠心力によりヘリウムベッセル３内周に張りつく。よっ
て超電導界磁巻線１は液体ヘリウムＡに浅溝され所定の
温度以下に冷却され超電導状態になっている。

一方ヘリウムベツセル３内部には熱伝導や輻射流などの
熱侵入かあり、この侵入熱は液体ヘリウムの蒸発潜熱に
より奪われる。これによって蒸発したヘリウムガスＢは
巻線取付軸２の中心からヘリウムガス管路１２ａに導か
れ、途中でトルクチュブ４ａ、４ｂ侵入熱を低減するた
めに熱交換により冷却し、冷媒給排装置１０を経て、超
電導回転子の外部にヘリウムガス排出口１２ｂより排出
される。

第４図は従来の超電導発電機の集電装置構造の一例を示
す図である。励磁電源（図示せず）より供給される電流
はピッグテール８９１１３によりブラシ１４に導かれる
。ブラシ１４は回転子軸１６の外周部に設けられ、１！
１転しているコレクターリング９ト接触しており、ここ
から回転部に電流を供給する。

運転負荷時においてピッグテール線１３、ブラシ１４、
コレクターリング９は電流の抵抗損により発熱する。さ
らにブラシ１４とコレクターリング９の接触により摩擦
熱が発生する。ブラシ１４およびコレクターリング９の
異常温度上昇は、接触被膜の破壊につながり、さらにコ
レクターリング９表面の荒損、ブラシ１４の異常摩耗を
引きおこす。またブラシ１４とピッグテール線１３の接
触部の異常温度上昇は接触部の接触抵抗を１曽加させブ
ラシ間電流不平衡の原因となる。したかって、集電装置
内の発熱を除去するために、回転子軸１６に取付けられ
共に回転するファン１７により図の矢印に示す気流を起
こし外気をピッグテール線１３、ブラシ１４、コレクタ
リング９にあてることにより冷却している。

（発明か解決しようとする課題） 超電導発電機は通常のタービン発電機と比較して同一出
力ならば体格が小さくなることが利点のひとつである。

しかし超電導発電機の集電装置は大電流を昇磁在線に供
給するため、同一出力の通常のタービン発電機の集電装
置と比較して同等もしくはそれ以−にの体格を有する。

よって超電導発電機の集電装置を小型化することは超電
導発電機のメリットを増大させる。集電装置を小型化す
るには供給電流の密度を大きくすればよいが、それに伴
ない初熱量もｉ曽加するので冷却を強化する必要がある
。前述の通り従来の技術では外気を直接取り入れ集電装
置に当てているのでその冷却能力は外気温度に大きく依
存していた。

本発明は冷却能力か高くかつ冷却能力が外気温度に依存
しない冷却装置構造を備えた超電導回転電機の集電装置
を堤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） 本発明では前述の目的を達成するために、超電導Ｗ磁巻
線を冷却した後の排出冷媒ガスを冷熱源とする熱交換器
を集電装置の通風経路内に設置する。また集電装置の通
風経路内に温度センサー及びハ交換器に流入するヘリウ
ムガスの流量を調整する冷媒ガス流量調整バルブを設け
、前記温度センサーで検知した集電装置雰囲気温度によ
り前記冷媒ガス流量調整バルブの開度を決定する制御機
禍を設ける。

（作　用） 本発明は−に記の様に構成されており排出冷媒ガス温度
は外気温度と比べて十分低いので集電装置の通風人口Ｑ
ＭＡ度は外気温度より低くなり、従来よりち冷却能力か
増大する。また熱交換器に流入する一′５媒ガスの流量
制御機構により集電装置人口温度は外気温度によらず所
定の一定温度に保持される （実施例） 以下本発明の一実施例について図面を参照して説明する
。第１図は本発明に係る超電導回転電機の集電装置の要
部構成を示している。冷媒給排装置ｌＯから排出された
ヘリウムガスはヘリウムガス流量調整バルブＩ９により
分けられ、その一部は直接ヘリウムガス回収管２０に入
りまた一部は熱交換器２１に冷媒として入り空気を熱交
換により冷却してからヘリウムガス回収管２０に入るヘ
リウムガス回収管２０はヘリウムガス回収装置（図示せ
ず）に接続されている。

集電装置カバ−１８内部の気流は回転子軸１６に取り付
けられたファン１７によって生じ、図中の矢印の様にな
る。外気吸入口２２より入った外気は熱交換器２１によ
り冷却され、集電装置の通風経路人口２３を経て集電装
置内部に入る。そしてコレクターリング９、ブラシ１４
、ピッグテール線１３を冷却し通風排出口２４より外部
に放出される。

集電装置の通風経路人口２３には温度センサー２５ａを
設置し、通風人口温度を検知する。そして通風温度を検
知しそれによってヘリウムガス流量調整バルブ１９の開
度を制御する制御装置（図示しない）をもうけることに
より熱交換器２１に流入するヘリウムガス量を調整し、
外気温度が変化しても通風人口温度温度を一定に保持す
る。

次に本発明の他の実施例について第２図を参照して説明
する。図において、冷媒給排装置ｌＯより排出されたヘ
リウムガスは直接熱交換交換器２１に入る。通風温度の
調整は外気導入バルブ２６を設置しこのバルブの開度を
調整して冷却された通風と導入された外気の量の比率を
変化させることにより通風温度を一定に保つ。

また通風排出口２４付近に温度センサー２５ｂを増設し
て２ケ所の温度を検知する。このようにすれば集電装置
西の異常発熱を温度センサー２５ｂで検出することによ
り通風温度を下げるという制御が可能となる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の集電装置においては、集電
装置の通風経路内に超電導巻線を冷却した排出冷媒ガス
を冷熱源とする熱交換器を設け、外気を冷却し温度、を
下げてから集電装置内に導入するので冷却能力が向上す
る。また、熱交換器に流入する冷媒ガスの流量を制御す
ることができるので通風温度を一定に保つことができる
。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例による超電導回転電機の集電
装置の構成図、第２図は本発明の他の実施例による超電
導発電機の集電装置の構成図、第３図は従来の超電導回
転子の断面図、第４図は従来の超電導回転電機の集電装
置の構成図である。 ９・・・コレクターリング　　ｌＯ・・・冷媒給排装置
１６・・回転子軸　　　　　　１８・・・カバ１９・・
・ヘリウムガス流量調整バルブ２０・・・ヘリウムガス
回収管 ２１・・・熱交換器　　　　　　２２・・・外気吸入口
２３・・・通風経路人口　　　　２４・・通風排出口２
５ａ、２５ｂ　−ｉ？、度センサー ２０・・・外気導入バルブ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部から供給される冷媒で冷却される超電導巻線
   をそなえた超電導回転電機の集電装置において、集電装
   置の通風経路内に、前記超電導巻線を冷却した排出冷媒
   を冷熱源とする熱交換器を有することを特徴とする超電
   導回転電機の集電装置。
2. （２）集電装置雰囲気の温度を所定の値にコントロール
   するための制御機構を有することを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の超電導回転電機の集電装置。