JPH0463616B2 - - Google Patents
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- JPH0463616B2 JPH0463616B2 JP57168828A JP16882882A JPH0463616B2 JP H0463616 B2 JPH0463616 B2 JP H0463616B2 JP 57168828 A JP57168828 A JP 57168828A JP 16882882 A JP16882882 A JP 16882882A JP H0463616 B2 JPH0463616 B2 JP H0463616B2
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- cooling liquid
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Motor Or Generator Cooling System (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の技術分野］
本発明は、超電導線を巻回してなる界時コイル
を備えた超電導回転電機に係り、特に回転子内部
の冷却液体を安定した状態を保ちつつ強制気化さ
せる機能を有する回転電機に関する。
を備えた超電導回転電機に係り、特に回転子内部
の冷却液体を安定した状態を保ちつつ強制気化さ
せる機能を有する回転電機に関する。
［発明の技術的背景］
近年、高い磁束密度を得ることのできる超電導
界磁コイルを装着した超電導回転電機は、高効率
化、小形化が可能であることから、その研究・開
発が盛んに進められてきている。
界磁コイルを装着した超電導回転電機は、高効率
化、小形化が可能であることから、その研究・開
発が盛んに進められてきている。
超電導界磁コイルは超電導線を超電導化するた
め、液体ヘリウム等の極低温の冷却液体で、マイ
ナス230℃程度に冷却しなければならない。
め、液体ヘリウム等の極低温の冷却液体で、マイ
ナス230℃程度に冷却しなければならない。
このため、超電導界磁コイルを効率的に冷却す
るための冷却通路の構造や、常温部との間の熱絶
縁の構造等が、超電導回転電機の開発上の重要な
ポイントである。
るための冷却通路の構造や、常温部との間の熱絶
縁の構造等が、超電導回転電機の開発上の重要な
ポイントである。
すなわち、超電導回転電機では、液体ヘリウム
等の極低温の冷却液体は、回転子の中心孔より供
給され、遠心力により外周壁側に同心円状に片寄
る。また、外周壁内面に超電導界磁コイルが取り
付けられ、超電導線は冷却液体に浸漬され、低温
を維持して超電導状態が保たれる。冷却液体は、
超電導界磁コイルの熱によつて気化され、冷却液
体となつて冷却通路を通り、トルクチユーブ等の
周囲の熱を吸収して徐々にその温度が高まり、中
心孔より排出される。
等の極低温の冷却液体は、回転子の中心孔より供
給され、遠心力により外周壁側に同心円状に片寄
る。また、外周壁内面に超電導界磁コイルが取り
付けられ、超電導線は冷却液体に浸漬され、低温
を維持して超電導状態が保たれる。冷却液体は、
超電導界磁コイルの熱によつて気化され、冷却液
体となつて冷却通路を通り、トルクチユーブ等の
周囲の熱を吸収して徐々にその温度が高まり、中
心孔より排出される。
この冷却通路の設計は、常温からマイナス230
℃程度という大な熱勾配を考慮して各部の熱応力
を計算し、かつ超電導界磁コイルを安定して超電
導状態に保つため、外部から熱が侵入しないよう
に設計されている。
℃程度という大な熱勾配を考慮して各部の熱応力
を計算し、かつ超電導界磁コイルを安定して超電
導状態に保つため、外部から熱が侵入しないよう
に設計されている。
［背景技術の問題点］
ところで、上述のように設計・制作された超電
導回転電機を停止させる場合、定常状態では同心
円状に分布している冷却液体は、回転数が低下し
てくると遠心力が小さくなり、回転子の内部下方
に溜まつてくる。すると、回転子上部は温度が高
く、下部は極低温に保たれることとなり、回転子
上部・下部で大きな熱歪みが発生し、軸振動の増
大等、超電導回転電機を停止させる場合には、定
常回転状態で速やかに内部の冷却液体を気化させ
る必要がある。
導回転電機を停止させる場合、定常状態では同心
円状に分布している冷却液体は、回転数が低下し
てくると遠心力が小さくなり、回転子の内部下方
に溜まつてくる。すると、回転子上部は温度が高
く、下部は極低温に保たれることとなり、回転子
上部・下部で大きな熱歪みが発生し、軸振動の増
大等、超電導回転電機を停止させる場合には、定
常回転状態で速やかに内部の冷却液体を気化させ
る必要がある。
しかしながら、一度極低温状態になつた回転子
は外部からの熱侵入は殆んどなく、冷却液体の供
給を停止しても短時間では内部の冷却液体を気化
させることは不可能である。
は外部からの熱侵入は殆んどなく、冷却液体の供
給を停止しても短時間では内部の冷却液体を気化
させることは不可能である。
［発明の目的］
本発明の目的は、超電導回転子を停止する場合
に、安定した状態を保ちつつ回転子内部の冷却液
体を速やかに気化することが可能な超電導回転電
機を提供することにある。
に、安定した状態を保ちつつ回転子内部の冷却液
体を速やかに気化することが可能な超電導回転電
機を提供することにある。
［発明の概要］
上記の目的を達成するために本発明において
は、回転子の内部に巻装され、常電導状態におい
て超電導線材より電気抵抗の小さい母材に超電導
線材を埋め込んだ超電導線を巻回してなる超電導
界磁コイルと、この超電導界磁コイルにスリツプ
リング・ブラシを介して接続され、当該超電導界
磁コイルに直流電流を流す励磁用の直流電源とを
備え、冷却媒体を外部から前記回転子の内部へ導
入して超電導界磁コイルを冷却し、この冷却によ
り気化した冷却媒体を機外へ排出するようにした
超電導回転電機において、前記回転子内部の冷却
液体の強制気化時に前記直流電源の回路に切換ス
イツチを介して直列接続され、前記超電導界磁コ
イルに前記励磁用の直流電源に加えて、超電導か
ら常電導に転移するのに必要な値の交流電流を重
畳させる交流電源を備えるようにしている。
は、回転子の内部に巻装され、常電導状態におい
て超電導線材より電気抵抗の小さい母材に超電導
線材を埋め込んだ超電導線を巻回してなる超電導
界磁コイルと、この超電導界磁コイルにスリツプ
リング・ブラシを介して接続され、当該超電導界
磁コイルに直流電流を流す励磁用の直流電源とを
備え、冷却媒体を外部から前記回転子の内部へ導
入して超電導界磁コイルを冷却し、この冷却によ
り気化した冷却媒体を機外へ排出するようにした
超電導回転電機において、前記回転子内部の冷却
液体の強制気化時に前記直流電源の回路に切換ス
イツチを介して直列接続され、前記超電導界磁コ
イルに前記励磁用の直流電源に加えて、超電導か
ら常電導に転移するのに必要な値の交流電流を重
畳させる交流電源を備えるようにしている。
［発明の実施例］
以下、本発明を図面に示す一実施例について説
明する。
明する。
第１図は、本発明による超電導回転電機の構成
例を示す断面図である。第１図において、本超電
導回転電機は回転子１と固定子２とを備えてな
り、回転子１の内部には超電導線を巻回してなる
超電導界磁コイル３が巻装されている。また、４
は液体ヘリウム等の冷却液体を、回転電機外部か
ら回転子１内部へ導くための冷却液体供給中心管
である。そして、これにより導かれる回転子１内
部の冷却液体を、遠心力により超電導界磁コイル
３が巻装されている室の外周壁５に同心円状に分
布させて超電導界磁コイル３を冷却し、気化した
冷却液体を中心孔の排気管６を介して機外に排出
する構成としている。
例を示す断面図である。第１図において、本超電
導回転電機は回転子１と固定子２とを備えてな
り、回転子１の内部には超電導線を巻回してなる
超電導界磁コイル３が巻装されている。また、４
は液体ヘリウム等の冷却液体を、回転電機外部か
ら回転子１内部へ導くための冷却液体供給中心管
である。そして、これにより導かれる回転子１内
部の冷却液体を、遠心力により超電導界磁コイル
３が巻装されている室の外周壁５に同心円状に分
布させて超電導界磁コイル３を冷却し、気化した
冷却液体を中心孔の排気管６を介して機外に排出
する構成としている。
第２図は、本発明の超電導回転電機における超
電導界磁コイルの励磁電源システムの構成例を示
す回路図である。第２図において、３は上記回転
子１側の超電導界磁コイル、７は固定子２側の３
相の固定子コイルである。この超電導界磁コイル
３は、スリツプリング・ブラシ８を介して励磁用
の外部の直流電源９に接続され、直流電源９より
励磁電流としての直流電流を流すようにしてい
る。また、１０は超電導線を超電導状態から常電
導状態に転移させるための交流電源であり、回転
子１内の冷却液体の強制冷却時に、切換スイツチ
１１の切換動作によつて直流電源９の回路と直列
に接続し、直流電源９と交流電源１０の双方に
て、超電導界磁コイル３に励磁電流を流すように
構成している。
電導界磁コイルの励磁電源システムの構成例を示
す回路図である。第２図において、３は上記回転
子１側の超電導界磁コイル、７は固定子２側の３
相の固定子コイルである。この超電導界磁コイル
３は、スリツプリング・ブラシ８を介して励磁用
の外部の直流電源９に接続され、直流電源９より
励磁電流としての直流電流を流すようにしてい
る。また、１０は超電導線を超電導状態から常電
導状態に転移させるための交流電源であり、回転
子１内の冷却液体の強制冷却時に、切換スイツチ
１１の切換動作によつて直流電源９の回路と直列
に接続し、直流電源９と交流電源１０の双方に
て、超電導界磁コイル３に励磁電流を流すように
構成している。
かかる構成において、超電導回転電機が定格回
転数で運転されている場合、冷却液体は第１図に
示すように、回転子１内部の外周壁５に同心円状
に分布し、超電導界磁コイル３は超電導状態に保
たれている。すなわち、超電導線は、極低温にす
ると抵抗が略零となり、電流を流しても殆んど損
失を発生しない。しかし、流す電流がある値を越
えると、低温が保たれていても、超電導から常電
導に転移して損失を発生する。また、周囲の磁界
の大きさによつても制限され、超電導線が超電導
状態を保つためには、温度と電流と磁界との３つ
が、材料および形状で決まるある値以下でなけれ
ばならない。さらに、超電導線は直流電流が流れ
るときには超電導状態を保つことができるが、交
流電流が流れると電流がわずかな値でも常電導に
転移する。
転数で運転されている場合、冷却液体は第１図に
示すように、回転子１内部の外周壁５に同心円状
に分布し、超電導界磁コイル３は超電導状態に保
たれている。すなわち、超電導線は、極低温にす
ると抵抗が略零となり、電流を流しても殆んど損
失を発生しない。しかし、流す電流がある値を越
えると、低温が保たれていても、超電導から常電
導に転移して損失を発生する。また、周囲の磁界
の大きさによつても制限され、超電導線が超電導
状態を保つためには、温度と電流と磁界との３つ
が、材料および形状で決まるある値以下でなけれ
ばならない。さらに、超電導線は直流電流が流れ
るときには超電導状態を保つことができるが、交
流電流が流れると電流がわずかな値でも常電導に
転移する。
超電導回転電機に用いられる超電導線は、超電
導状態を安定化するため、銅母材に超電導線材を
埋め込んだものを使用し、たとえ常電導に転移し
ても電流が抵抗の小さい銅材に流れるようにし
て、界磁コイルを保護している。
導状態を安定化するため、銅母材に超電導線材を
埋め込んだものを使用し、たとえ常電導に転移し
ても電流が抵抗の小さい銅材に流れるようにし
て、界磁コイルを保護している。
本超電導回転電機では、冷却液体を強制的に気
化させるために、超電導界磁コイル３の励磁電源
としての直流電源９に交流電源１０を直列に接続
して超電導界磁コイル３を励磁すると、超電導線
材は、常電導に転移し、励磁電流、すなわち直流
電流は銅母材に流れる。銅母材は、常電導の超電
導線材に比べると、小さな抵抗を有するため損失
を発生し、この銅母材から発生する熱により、冷
却液体が気化して機外に排出される。この気化が
余りにも急激に行われると、回転子１内部の圧力
が増大して危険な状態となるが、本超電導回転電
機では、冷却液体気化用の交流電流と励磁電流と
を同時に超電導界磁コイル３に流す回路構成とし
ているので、励磁電流の大きさを制御することに
より、安定した状態で冷却液体の強制気化を行う
ことができる。
化させるために、超電導界磁コイル３の励磁電源
としての直流電源９に交流電源１０を直列に接続
して超電導界磁コイル３を励磁すると、超電導線
材は、常電導に転移し、励磁電流、すなわち直流
電流は銅母材に流れる。銅母材は、常電導の超電
導線材に比べると、小さな抵抗を有するため損失
を発生し、この銅母材から発生する熱により、冷
却液体が気化して機外に排出される。この気化が
余りにも急激に行われると、回転子１内部の圧力
が増大して危険な状態となるが、本超電導回転電
機では、冷却液体気化用の交流電流と励磁電流と
を同時に超電導界磁コイル３に流す回路構成とし
ているので、励磁電流の大きさを制御することに
より、安定した状態で冷却液体の強制気化を行う
ことができる。
上述したように、たとえ直流電流であつても、
ある値を越すと超電導線材は常電導となるので、
単純に直流励磁電流で強制気化もでき得るが、こ
の場合には急激な気化となり危険な状態となる。
ある値を越すと超電導線材は常電導となるので、
単純に直流励磁電流で強制気化もでき得るが、こ
の場合には急激な気化となり危険な状態となる。
また、回転子１内部に強制気化用のヒータ巻線
を超電導界磁コイル３と別個に配置することも考
えられるが、複雑な超電導回転電機の回転子１内
に、定常運転時には全く使用しない部品を取付け
ることは信頼性の低下につながることになり、さ
らに、ヒータ巻線を外部電源に接続するためのリ
ード線が必要であり、このリード線を伝つての熱
侵入があるため、定常運転時の損失ともなる。
を超電導界磁コイル３と別個に配置することも考
えられるが、複雑な超電導回転電機の回転子１内
に、定常運転時には全く使用しない部品を取付け
ることは信頼性の低下につながることになり、さ
らに、ヒータ巻線を外部電源に接続するためのリ
ード線が必要であり、このリード線を伝つての熱
侵入があるため、定常運転時の損失ともなる。
この点、本実施例の超電導回転電機では、回転
子外部に設けた切換スイツチの操作のみで、回転
子１内部の冷却液体を安定した状態を保ちつつ、
強制的に気化することが可能である。
子外部に設けた切換スイツチの操作のみで、回転
子１内部の冷却液体を安定した状態を保ちつつ、
強制的に気化することが可能である。
なお、冷却液体の強制気化時の外部励磁電源と
しては、前述した作用から直流電源との併用に依
らず交流電源のみでもよいことは明らかである。
しては、前述した作用から直流電源との併用に依
らず交流電源のみでもよいことは明らかである。
［発明の効果］
以上説明したように本発明によれば、回転子内
の冷却液体の強制気化時に、超電導界磁コイルに
直流電流に加えて交流電流を流す交流電源システ
ムを備えるようにしたので、回転子を停止する場
合に、安定した状態で超電導から常電導に転移し
て、回転子内部の冷却液体を速やかに気化するこ
とができ、構成が簡単でしかも外部からの熱侵入
もなく極めて信頼性の高い超電導回転電機を提供
することができる。
の冷却液体の強制気化時に、超電導界磁コイルに
直流電流に加えて交流電流を流す交流電源システ
ムを備えるようにしたので、回転子を停止する場
合に、安定した状態で超電導から常電導に転移し
て、回転子内部の冷却液体を速やかに気化するこ
とができ、構成が簡単でしかも外部からの熱侵入
もなく極めて信頼性の高い超電導回転電機を提供
することができる。
第１図および第２図は本発明による超電導回転
電機の一実施例を示す断面図および回路図であ
る。 １……回転子、３……超電導界磁コイル、９…
…直流電源、１０……交流電源、１１……切換ス
イツチ。
電機の一実施例を示す断面図および回路図であ
る。 １……回転子、３……超電導界磁コイル、９…
…直流電源、１０……交流電源、１１……切換ス
イツチ。
Claims (1)
- １ 回転子の内部に巻装され、常電導状態におい
て超電導線材より電気抵抗の小さい母材に超電導
線材を埋め込んだ超電導線を巻回してなる超電導
界磁コイルと、この超電導界磁コイルにスリツプ
リング・ブラシを介して接続され、当該超電導界
磁コイルに直流電流を流す励磁用の直流電源とを
備え、冷却媒体を外部から前記回転子の内部へ導
入して超電導界磁コイルを冷却し、この冷却によ
り気化した冷却媒体を機外へ排出するようにした
超電導回転電機において、前記回転子内部の冷却
液体の強制気化時に前記直流電源の回路に切換ス
イツチを介して直列接続され、前記超電導界磁コ
イルに前記励磁用の直流電源に加えて、超電導か
ら常電導に転移するのに必要な値の交流電流を重
畳させる交流電源を備えたことを特徴とする超電
導回転電機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57168828A JPS5959042A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 超電導回転電機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57168828A JPS5959042A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 超電導回転電機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5959042A JPS5959042A (ja) | 1984-04-04 |
| JPH0463616B2 true JPH0463616B2 (ja) | 1992-10-12 |
Family
ID=15875266
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57168828A Granted JPS5959042A (ja) | 1982-09-28 | 1982-09-28 | 超電導回転電機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5959042A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04145863A (ja) * | 1990-10-05 | 1992-05-19 | Toshiba Corp | 超電導回転電機 |
| DE10057664A1 (de) | 2000-11-21 | 2002-05-29 | Siemens Ag | Supraleitungseinrichtung mit einem thermisch an eine rotierende,supraleitende Wicklung angekoppelten Kaltkopf einer Kälteeinheit |
| AU2019382966B2 (en) * | 2018-11-22 | 2024-09-26 | Tokamak Energy Ltd | Rapid dump of partially insulated superconducting magnet |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54129411A (en) * | 1978-03-31 | 1979-10-06 | Hitachi Ltd | Rotor of superconductive revolving armature |
-
1982
- 1982-09-28 JP JP57168828A patent/JPS5959042A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS54129411A (en) * | 1978-03-31 | 1979-10-06 | Hitachi Ltd | Rotor of superconductive revolving armature |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5959042A (ja) | 1984-04-04 |
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