JPH04289763A - 超電導発電機用ダンパおよびその製造方法 - 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】

〔発明の目的〕

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、超電導発電機の回転子
を保護する超電導発電機用ダンパおよびその製造方法に
係り、特にダンパ径および軸方向の長さが長大になって
も、充分な強度と高い寸法精度が得られる超電導発電機
用ダンパおよびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】超電導発電機用ダンパは、超電導発電機
の回転子の周面を一定の間隔をおいて包囲し、回転子と
共に回転しながら、回転子に異常な振動が作用したとき
、この異常振動を吸収して振動抑制を行なうようになっ
ている。この超電導発電機用ダンパは、超電導異磁巻線
とその支持構造物の電磁シールドや回転子の内部極低温
部の熱絶縁の作用を行なう他に、高速回転による遠心力
と三相短絡等の事故時におけるダンパへの径方向電磁力
とねじトルクに耐え得るダンパ構造であることが要求さ
れる。

【０００３】この点を考慮した超電導発電機用ダンパと
して、特公昭６１−３５７８７号公報に示されるものが
ある。この公報には超電導発電機の回転子最外円筒を形
成するダンパを高導電性の析出硬化型銅合金と高強度の
析出硬化型非磁性鋼とを圧接して層状に重ね合せた重筒
ダンパ構造が開示されている。

【０００４】しかし、この重筒ダンパ構造では、高導電
性の析出硬化型銅合金は導電率ＩＡＣＳ（％）が４０％
以上で、強度は０．２％耐力で３５ｋｇｆ／ｍｍ２　以
上が要求され、高強度の析出硬化型非磁性鋼の強度は０
．２％耐力で６５ｋｇｆ／ｍｍ２　以上が必要である。

【０００５】従来の超電導発電機用ダンパは、いずれも
溶体化処理状態にある高導電性の析出硬化型銅合金の円
筒と高強度の析出硬化型非磁性鋼の円筒を、まず圧接し
て二重筒構造に形成し、次いで非磁性鋼硬化のための時
効熱処理と銅合金硬化のための時効熱処理を２段階に分
けて順次行なうことでダンパ製造を行なう方法である。

【０００６】ところで、超電導発電機用ダンパは、前述
したような材料の組合せおよびダン構造が要求されてお
り、その製造には高導電性金属と高強度非磁性金属の各
円筒を焼きばめまたは冷しばめによって重筒構造に密着
させるかあるいは火薬を用いた爆発接合によって重筒構
造に製造する方法がある。

【０００７】ところが、焼きばめあるいは冷しばめによ
る接合では、各円筒が密着して接合するわけではないた
め、運転中の遠心力と電磁力が重畳作用すると、積層し
た重筒構造の円筒体に変形が生じ、剥離したりする問題
が生じる。

【０００８】一方、超電導発電機用ダンパを爆発接合に
より製造した場合は、各円筒は密着して接合されるため
、円筒体の機械的強度は強くなり、遠心力や電磁力の影
響を受けにくいという特徴がある。しかし、火薬爆発に
よる加圧力を全ての各円筒面に均等に作用させることは
困難であるため、円筒の曲がりや座屈等の変形を生じ易
く、仕上り寸法精度も悪い。さらに、円筒端面の近傍で
は加圧力不足に伴って未接合部が生じることもある。

【０００９】そこで、高導電性金属の円筒と高強度非磁
性金属の円筒を接合させる上述の製造方法の代りに、特
開昭５５−１０８５５号公報には、２層あるいは３層の
円筒体（パイプ）を径方向に加圧しながら高温に加熱し
て重筒構造に接合する方法が提案されている。

【００１０】この円筒体の加圧方法は、不活性ガスある
いは還元性ガスを用いて静水圧式に加圧する方法であり
、具体的には、２層あるいは３層の構成部品（各円筒）
を仕上り寸法に近い寸法精度に加工する一方、相互に接
合される各円筒の内周面と外周面を平坦な面に加工する
。その後、各円筒を重ね合せ、高温のガスによって高い
圧力を加えて接合するものである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】ところが、超電導発電
機は容量が７０ＭＷクラスになると、ダンパは外径寸法
が約９００ｍｍ、軸方向の長さが例えば約３０００ｍｍ
程度と大型化する。しかし、このような大きな超電導発
電機用ダンパであっても、高導電性金属の円筒の板厚は
せいぜい１０ｍｍ程度と薄い。しかも、この金属には高
導電性のために銅合金が用いられるが、この銅合金は高
強度非磁性金属と比較して剛性に劣る。しかも、高導電
性金属の円筒は板厚に比して径方向と軸方向の寸法が大
きい軟質の円筒であり、この円筒の板厚調整のような周
面研削等の加工を、変形を起こさないようにしながら重
筒構造に接合する前に行なうこは極めて困難である。ま
た特に超電導発電機用ダンパを３層の重筒構造にする場
合は、既に仕上り寸法に近い精度に加工した各円筒につ
いて、２つの高強度非磁性金属の円筒の間に接触して損
傷や変形の生じないように高導電性金属の円筒を挿入す
ることは難しい。

【００１２】本発明は上述した事情を考慮してなされも
ので、筒状ダンパの径および軸方向の長さが長大になっ
ても健全な接合が得られ、接合強度や寸法精度に優れた
重筒構造の超電導発電機用ダンパおよびその製造方法を
提供することを目的とする。 〔発明の構成〕

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る超電導発電
機用ダンパは、上述した課題を解決するために、高導電
性金属の円筒の内周側および外周側の少なくとも一方に
高強度非磁性金属の円筒を配置して重筒構造に構成した
超電導発電機用ダンパにおいて、前記高導電性金属の円
筒は軸方向に分割された複数の短尺筒エレメントから構
成したことを特徴とする超電導発電機用ダンパ。

【００１４】また、上述した課題を解決するために、本
発明に係る超電導発電機用ダンパの製造方法は、高導電
性金属の円筒の内周側および外周側の少なくとも一方に
、高金属非磁性金属の円筒を配置して重筒構造に形成す
る超電導発電機用ダンパの製造方法において、高導電性
金属の円筒を軸方向に分割された複数の短尺筒エレメン
トで形成し、この短尺筒エレメントを高強度非磁性金属
の円筒に嵌合させて相互に接合させた後、高導電性金属
の円筒と高強度非磁性金属の円筒を拡散接合により一体
化する方法である。

【００１５】

【作用】本発明は、高強度非磁性金属と、この非磁性金
属に比較して、剛性に劣る高導電性金属とを組み合せて
重筒構造の超電導発電機用ダンパを構成するもので、高
強度非磁性金属の円筒は一体の筒状物であるのに対して
高導電性金属の円筒は軸方向に分割された複数の短尺筒
エレメントで構成されたものであり、これらの短尺筒エ
レメントを組み合せて、高導電性金属の円筒と高強度非
磁性金属の円筒とを一体化して重筒構造とすることで、
所定のダンパ形状およびダンパ寸法に加工することがで
きるようにしたものである。

【００１６】また、本発明の超電導発電機用ダンパは高
導電性金属の円筒を拡散接合に必要な構成部品とするこ
とで、その加工および構造が容易となり、高導電性金属
の円筒と高強度非磁性金属の円筒との健全な接合が得ら
れる共に、接合強度と寸法精度に優れた超電導発電機用
ダンパの製造を行なうことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の一実施例について添付図面を
参照して説明する。

【００１８】図１（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る
超電導発電機用ダンパの第１実施例を示すダンパ軸方向
および径方向の断面図である。この超電導発電機用ダン
パ１は、Ａ２８６などの高強度非磁性金属製の円筒２の
外周側に、クロム銅などの高導電性金属性の円筒３を密
に嵌合させて相互に接合して一体化させ、重筒構造に形
成したものである。

【００１９】高導電性金属の円筒３は、図２に示すよう
に、軸方向に分割された複数の短尺筒エレメント３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄからなり、各短尺筒エレメント３ａ〜
３ｄを溶接等で相互に接合することにより構成される。 剛性の高い高強度非磁性金属の円筒２は、軸方向一体の
筒状物である。次に、超電導発電機用ダンパの製造方法
を説明する。

【００２０】この超電導発電機用ダンパ１を製造する場
合、初めに、例えばＡ２８６製の高強度非磁性金属の円
筒（内筒）２を用意し、この円筒２に複数個のクロム銅
製の高導電製金属の短尺筒エレメント３ａ〜３ｄを順次
挿入して嵌合させる。短尺筒エレメント３ａ〜３ｄを高
強度非磁性金属の円筒２に嵌合させた後、各短尺筒エレ
メント３ａ〜３ｄの接触端面同士を全周に亘って溶接し
、相互に接合する。符号４はこの溶接部を示す。この結
果、高強度非磁性金属の円筒２に高導電性金属の円筒３
を嵌合させた２重筒構造の円筒体５が構成される。

【００２１】その後に、高強度非磁性金属の円筒２と高
導電性金属の円筒３を密着して接合させることになるが
、この密着接合作業は、高強度非磁性金属円筒２の外周
面と高導電性金属円筒３の内周面を真空シールすること
により行なう。図３は、この真空シールされた高強度非
磁性金属円筒２と高導電性金属円筒３の軸方向の断面図
である。

【００２２】真空シールを行なう手順は、まず円筒体５
の両端面にシール溶接リング６を密着させて、高強度非
磁性金属円筒２および高導電性金属円筒３とそれぞれ拡
散接合して一体化する。但し、シール溶接リング６は、
Ａ２８６系およびクロム銅系の異種金属を予め接合して
構成される。

【００２３】次に、一方のシール溶接リング６に図３に
示すように穿孔し、この孔７に排気管８を差し込む。排
気管８は弁９を介して圧力計１０を備えた排気装置１１
に接続される。排気装置１１の配備が終わったら、圧力
計１０を監視しながら例えば５×１０−４Ｔｏｒｒ以下
になるまで真空引きを行なう。そして所定の真空度が圧
力計１０の監視により得られたら、真空引きを続けなが
ら排気管８の途中を加熱・鍛接して潰し、真空封じを行
なう。 符号１２はこの鍛接部を示す。

【００２４】このように円筒体５の高強度非磁性金属円
筒２と高導電性金属円筒３の間を真空雰囲気にした状態
で高強度非磁性金属円筒２と高導電性金属円筒３を拡散
接合する。図４は高強度非磁性金属円筒２と高導電性金
属円筒３を拡散接合する拡散接合装置１４を示すもので
ある。

【００２５】この拡散接合装置１４は、密閉された圧力
容器１５と、この圧力容器１５にアルゴン等の不活性ガ
スを供給するガス供給装置１６と圧力容器１５からの排
気を行なう排気装置１７とを備える。そして圧力容器１
５内には、容器壁側から、リフレクタ１８、ヒータ１９
および輻射熱板２０を順次セットし、さらに各輻射熱板
２０の間に、鍛接部１２で真空シール用の排気装置１１
と切り離した円筒体５を収める。

【００２６】収容された円筒体５には熱電対２１を接触
させて、この熱電対２１を圧力容器１５外に引き出す一
方、ガス供給装置１６と排気装置１７への配管２２，２
３には、圧力計２４，２５をそれぞれ取り付ける。

【００２７】図４に示す拡散接合装置１４で円筒体５の
拡散接合を行なうには、まず排気装置１７を稼働させて
圧力計２５を観察しながら、圧力容器１５内の圧力を例
えば５×１０−４Ｔｏｒｒ程度の負圧にする。次いでガ
ス供給装置１６から圧力容器１５へ、アルゴンなどの不
活性ガスを圧力計２４を観察しながら例えば８０ｋｇ／
ｃｍ２　程度の初期圧に達するまで供給する。

【００２８】圧力容器１５内が所定の初期圧に達したら
、今度はヒータ１９を作動させて、圧力容器１５内の不
活性ガスを加熱し圧力上昇させる。ヒータ１９で発生し
た熱は四方に伝わるが、リフレクタ１８に向ったものは
反射されてやがて輻射熱板２０に到達する。そして輻射
熱板２０によって熱は均一な分布で圧力容器１５内全体
に行き渡る。圧力容器１５内に充満する不活性ガスは加
熱されることによって圧力が増大する。

【００２９】この状態は熱電対２７と圧力計２４によっ
て、円筒体５上の温度と圧力を計測することにより行な
い、拡散接合にふさわしい温度とガス圧が得られたら、
この温度とガス圧を一定に保持しながら、高強度非磁性
金属円筒２と高導電性金属円筒３の拡散接合を行なう。 本実施例における接合条件は、接合温度が例えば５００
〜９００℃、接合圧力が例えば１００〜１０００ｋｇ／
ｃｍ２　、接合時間が例えば３０〜１２０分である。

【００３０】このようにして拡散接合が終わったら、今
度はヒータ１９を停止して圧力容器１５内の不活性ガス
の温度を下げる。次いで排気装置１６を作動させて不活
性ガスを排出させた後、圧力容器１５内を大気圧に戻し
、その後円筒体５を圧力容器１５から取り出す。

【００３１】拡散接合が終わった円筒体５は、軟らかい
高導電性金属の円筒３が固い高強度非磁性金属円筒２と
強固に結合されて一体化し、この一体化により高い剛性
が付与される。したがって、高導電性金属円筒３は、薄
い板厚で径方向や軸方向の寸法が大きくなる場合でも、
硬い高強度非磁性金属円筒２を場合と同様に変形のおそ
れなく、機械加工によってその端面や外周面を仕上げ寸
法にまで精度を合せたり、表面の粗さを調節することが
できる。次に、本発明に係る超電導発電機用ダンパの第
２実施例を図５〜図８を参照して説明する。この実施例
に示された超電導発電機用ダンパ１Ａは、円筒体５Ａを
３重筒構造に構成したものである。

【００３２】この超電導発電機用ダンパ１Ａは、図５（
Ａ）および（Ｂ）に示すように、高強度非磁性金属の円
筒（内筒）２の外周部に高導電性金属基礎の円筒（中間
筒）３を密に嵌合させて接合するとともに、この高導電
性金属円筒３の外周部に高強度非磁性金属円筒（外筒）
３０を密に嵌合させて３重筒構造に構成している。

【００３３】超電導発電機用ダンパ１Ａの剛性の高い高
強度非磁性金属円筒２，３０は軸方向一体の筒状物で構
成される一方、高導電性金属円筒３は、図６に示すよう
に軸方向に分割された短尺筒エレメント３ａ，３ｂ，３
ｃ，３ｄからなり、各短尺筒エレメント３ａ〜３ｄを溶
接等で相互に接合することにより形成される。この超電
導発電機用ダンパ１Ａは次のようにして製造される。

【００３４】初めに、図６に示すように、所定の円筒形
状に加工された高強度非磁性金属円筒２に、複数個の高
導電性金属の短尺筒エレメント３ａ〜３ｄを順次挿入し
嵌合させる。この嵌合後、複数個の高導電性金属の短尺
筒エレメント３ａ〜３ｄの周囲に高強度非磁性金属円筒
３０を挿入し、嵌合させ、３重筒構造の円筒体５Ａを形
成する。

【００３５】この円筒体５Ａは、図３および図４に示す
ものと同様、図７に示す真空シール方法で真空シールし
た後、図５に示す拡散接合装置１４により拡散接合を行
ない、３重筒構造の円筒体を強く結合し一体化させる。

【００３６】真空シール方法は、図７（Ａ）に示すよう
に３重筒の円筒体５Ａの場合は、高強度非磁性金属円筒
２，３０および高導電性金属円筒３の軸方向の長さを変
え、シール溶接リング３１を用いて、図３に示すものと
同様な方法で真空シールを行なう。

【００３７】また、この真空シール方法に代えて、図７
（Ｂ）に示すように、異種金属の組合せからなるシール
溶接リング３２を用いた場合は、高強度非磁性金属円筒
２，３０および高導電性金属円筒３の軸方向の長さを同
一寸法にすることもできる。拡散接合作業は図８に略示
するように、拡散接合装置１４の圧力容器１５内の高温
高圧のガスにより、実線矢印で示すような等方圧の圧力
が円筒体５Ａに加わり、周方向および軸方向の接合が可
能となる。

【００３８】この超電導発電機用ダンパ１Ａは高強度非
磁性金属の円筒２の外周側に高導電性金属の円筒３を密
着して配置し、さらにその外周側に高強度非磁性金属の
円筒３０を密着して配置した３重筒構造のものである。 このダンパ１Ａの製造方法は要約すると、（１）高強度
非磁性金属の円筒２の外周側に、少なくとも２個以上の
複数個の高導電性金属の短尺筒エレメント３ａ，３ｂ…
を挿入して嵌合させる工程と、（２）嵌合せしめられた
高導電性金属の円筒３の外周側に、高強度非磁性金属の
円筒３０を挿入し嵌合させ、３重筒構造の円筒体５Ａに
構成する工程と、（３）この円筒体５Ａの高強度非磁性
金属、高導電性金属および高強度非磁性金属の各円筒２
，３，３０をお互いに接合する工程とを有するものであ
る。

【００３９】各実施例で示す超電導発電機用ダンパは、
剛性の低い高導電性金属の円筒３を軸方向に分割された
短尺筒エレメントに分割した設計構造とすることで、高
導電性金属の円筒の外径および内径の加工寸法精度が向
上し、表面粗さが拡散接合に必要な所定の精度に加工す
ることができる。

【００４０】このため、大型構造物でありながら、比較
的薄い板厚で剛性の小さな高導電性金属を含む２層ある
いは３層の重筒構造の円筒体の接合が可能となり、その
接合部の健全性が高まる。また寸法精度も設計仕様値に
見合う高精度の加工ができる。

【００４１】したがって、この超電導発電機用ダンパは
拡散接合により高い接合強度が得られるため、機械的強
度に優れ、遠心力および電磁力が作用しても接合面での
剥離を生じさせることがなく、変形も起こさない特長を
有する。また、この超電導発電機用ダンパは寸法精度が
高いため回転時の振動バランス調整が容易などの特長も
有する。

【００４２】図９は本発明の超電導発電機用ダンパに用
いられる高導電性金属の円筒のさらに他の実施例を示す
ものである。この高導電性金属円筒３５は複数個の短尺
筒エレメント３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ同士の接
合構造を改良したものである。高導電性金属の各短尺筒
エレメント３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，３５ｄ同士の接触
面がテーパ状に凹凸嵌合するように加工され、接合面積
の増大を図っている。この高導電性金属の円筒３５は半
径方向の加圧力を受け易い構造であり接合性が向上する
。特に、超電導発電機用ダンパの大型化に伴い長尺の円
筒体を必要とする場合に、その効果が大きい。

【００４３】本発明の各実施例では、高導電性金属の円
筒を複数の短尺筒エレメントから構成し、各エレメント
の端面同士を接触させたり、テーパ状に嵌合させて接合
した例を示したが、各短尺筒エレメントの端面同士を凹
凸嵌合させても、また、段差状に嵌合させてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明においては
、高導電性金属の円筒の内側部および外側部の少なくと
も一方に高強度非磁性金属の円筒を配置して重筒構造に
構成した超電導発電機用ダンパの高導電性金属の円筒を
軸方向に分割された複数個の短尺筒エレメントで構成し
たから、剛性が小さく、板厚が径に対して比較的薄い高
導電性金属円筒であっても、接合に必要な前加工である
短尺筒エレメントを容易に精度よく行なうことができる
。

【００４５】また、精度よく加工された短尺筒エレメン
トを高強度非磁性金属の円筒に挿入し、拡散接合するこ
とで高導電性金属の円筒と高強度非磁性金属の円筒とを
多重筒構造に結合させることができる。

【００４６】このため、この多重筒構造の超電導発電機
用ダンパは、各層の接合強度を高くし、かつ正確な寸法
精度を実現できる。したがって、この超電導発電機用ダ
ンパは、機械強度が高く、遠心力や電磁力が作用しても
接合面に剥離が生じるのを確実に防止でき、信頼性が向
上する一方、寸法精度がよいため振動バランスの調整も
容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）および（Ｂ）は、本発明に係る超電導発
電機用ダンパの第１実施例を示すダンパ軸方向および径
方向の断面図。

【図２】図１に示す２重筒構造の超電導発電機用ダンパ
を嵌合させる際の工程図。

【図３】２重筒構造の超電導発電機用ダンパの円筒体を
真空シールする際の円筒体の軸方向に沿う断面図。

【図４】図３に示した超電導発電機用ダンパの円筒体を
拡散接合させる拡散接合装置の断面図。

【図５】（Ａ）および（Ｂ）は本発明に係る超電導発電
機用ダンパの第２実施例を示すダンパ軸方向および径方
向の断面図。

【図６】図５に示す３重筒構造の超電導発電機用ダンパ
を嵌合させる際の工程図。

【図７】（Ａ）および（Ｂ）は図６に示した超電導発電
機用ダンパの円筒体を真空シールする際の円筒体の軸方
向に沿う断面をそれぞれ示す図。

【図８】図７に示す３重筒構造の円筒体を拡散接合させ
る際の加圧状態を示す拡散接合装置の略示断面図。

【図９】本発明の超電導発電機用ダンパに用いられる高
導電性金属の円筒の他の実施例を示す断面図。

【符号の説明】

１，１Ａ　　超電導発電機用ダンパ ２　　高強度非磁性金属の円筒（内筒）３，３５　　高
導電性金属の円筒 ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ　　高導電性金属の短尺筒エレ
メント ４　　溶接部 ５，５Ａ　　円筒体 ６，３１，３２　　シール溶接リング ８　　排気管 １０　　圧力計 １１　　排気装置 １４　　拡散接合装置 １５　　圧力容器 １６　　ガス供給装置 １７　　排気装置 １８　　リフレクタ １９　　ヒータ ２０　　輻射熱板 ２１　　熱電対 ３０　　高強度非磁性金属の円筒（外筒）３５ａ，３５
ｂ，３５ｃ，３５ｄ　　高導電性金属の短尺筒エレメン
ト

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　高導電性金属の円筒の内周側および外
   周側の少なくとも一方に高強度非磁性金属の円筒を配置
   して重筒構造に構成した超電導発電機用ダンパにおいて
   、前記高導電性金属の円筒は軸方向に分割された複数の
   短尺筒エレメントから構成したことを特徴とする超電導
   発電機用ダンパ。
2. 【請求項２】　　高導電性金属の円筒の内周側および外
   周側の少なくとも一方に、高金属非磁性金属の円筒を配
   置して重筒構造に形成する超電導発電機用ダンパの製造
   方法において、高導電性金属の円筒を軸方向に分割され
   た複数の短尺筒エレメントで形成し、この短尺筒エレメ
   ントを高強度非磁性金属の円筒に嵌合させて相互に接合
   させた後、高導電性金属の円筒と高強度非磁性金属の円
   筒を拡散接合により一体化することを特徴とする超電導
   発電機用ダンパの製造方法。