JPH06141531A - 超電導発電機および固定子部品 - Google Patents

超電導発電機および固定子部品

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JPH06141531A
JPH06141531A JP4283099A JP28309992A JPH06141531A JP H06141531 A JPH06141531 A JP H06141531A JP 4283099 A JP4283099 A JP 4283099A JP 28309992 A JP28309992 A JP 28309992A JP H06141531 A JPH06141531 A JP H06141531A
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東村  豊
Makoto Takamura
誠 高村
Miyoshi Takahashi
身佳 高橋
Yukinori Sato
征規 佐藤
Takashi Haruta
孝 春田
Yasuomi Yagi
恭臣 八木
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 強大な磁束密度による歯部渦流損の増加を抑
制しながら、別置手段を設けることなく固定子コロナシ
ールドを確実に接地するための手段を提供する。 【構成】 非金属材料から成る固定子歯部の発電機軸方
向配列分布の少なくとも一部に半導電性の板状歯部部品
を配する。また必要に応じて固定子コイルと歯部間に半
導電性弾性体クッションを挿入、または/および半導電
性接着剤を用いてコロナシールドと歯部を固着する。 【効果】 磁束密度に対応してその数を定めた半導電性
歯部部品の非導電性歯部間あるいは歯部端への挿入によ
り、歯部渦流損の増加を抑制しながら固定子コイルの接
地を確実に行える。半導電性弾性体クッションの使用、
半導電性接着剤使用により突発電流や経年劣化に対抗し
て接地を確保し信頼性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導発電機の固定子
に関する。
【0002】
【従来の技術】超電導発電機が開発される以前の発電機
の固定子は、外側に配されリング状断面を有する円筒形
の磁気シールド部材と、その内壁に配される歯部とが同
一磁性鋼板を打抜いたものの積層構造により構成されて
いた。しかし電気学会技術報告(II部)第192号(昭
和60年7月)の11頁に記載されているように、超電
導発電機においては、強大な磁束密度の影響による渦電
流損失の低減を目的として、前記歯部は磁気特性を犠性
にして非金属材料すなわち非導電性材料で置き換えら
れ、その歯部間に配される固定子コイルの支持のために
だけ配されることが行われるようになった。前記歯部の
構成材にはその成形性と強度の観点からガラス繊維を用
いた繊維強化プラスチック(以下FRPと略称する)が
採用され、板状に成形された歯部が発電機軸方向に積層
されて磁気シールド部材内壁に固定される。ところで高
電圧の発電機の固定子コイルにはコロナの発生を防止す
るために最外層にコロナシールド層が形成される。そし
てコロナシールド層の接地は、超電導発電機が開発され
る以前の発電機の固定子コイルの場合磁性鋼板製歯部が
存在したため、これを通して行われていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし超電導発電機で
は歯部が非導電体に置き換えられてしまったため、外側
に配された磁気シールド部材あるいは更にその外側に配
される固定子枠との間のいずれかと導通を計かるための
導体接地を必要とすることになり余計な手間を要するこ
とになった。しかも、運転時に振動する固定子コイルの
比較的薄くて脆弱なコロナシールド層を確実に捕縛して
アースとの導通を確保するのは簡単ではない。
【0004】本発明の目的は、強大な磁束密度の影響に
よる歯部渦電流損失の増加を抑制しながら、固定子コイ
ルのコロナシールド層を確実に接地する超電導発電機固
定子部品を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】非導電性材料から成る固
定子歯部の発電機軸方向配列中の少なくとも一部に半導
電性でかつ高剛性の非金属材料を含む板状歯部部品を配
する。また必要に応じて、更に固定子コイルのコロナシ
ールド層と前記半導電性板状歯部部品との接触を確実に
するために歯部とコロナシールド層の間に半導電性弾性
体クッションを挿入、または/および半導電性接着材料
を用いてコロナシールド層と歯部を固着する。
【0006】
【作用】非導電性歯部の発電機軸方向配列の一部に半導
電性板状歯部部品を配することにより、磁束密度の影響
による歯部渦電流損失の増加の抑制と固定子コイル最外
層のコロナシールド層の接地とが同時に可能になる。こ
れにより別置きのコロナシールド層の導体接地が不要と
なって経済的になる。
【0007】この半導電性歯部部品が弾性率の高いもの
であれば、固定子コイルの接触支持部材としてより好適
である。板状歯部部品にFRPを使用した場合にはFR
Pとして弾性率の高くなる材料を選ぶと共に、板状歯部
部品成形時に、発電機固定子に組立てた時の発電機軸の
直角断面内半径方向およびその直角方向に繊維方向がほ
ぼ揃うようにして、同方向の弾性率をより高いものにす
る。
【0008】1個の板状歯部部品内全繊維を半導電性繊
維で構成すると歯部渦電流が増え過ぎる場合には、1個
の板状歯部部品内の発電機軸方向の半導電性繊維分布量
を減らして対処する。逆に歯部渦電流損失問題の回避が
可能な場合には、全歯部部品の全ての繊維を半導電性の
ものにして、固定子コイルの振動発生時にも固定子コイ
ルの何処かが半導電性歯部に接触してコロナ対策が確実
に作用するようにする。
【0009】全面的に半導電性板状歯部部品の採用が不
可能な場合には特に、全面的に半導電性歯部とした場合
にも、半導電性弾性体クッションを用い、あるいは/お
よび半導電性接着性材料によるコロナシールド層と半導
電性歯部との間の固着法を採用することによってコロナ
シールド層とアース間の電気的接続を確実なものとし信
頼性を向上させる。
【0010】
【実施例】本発明を実施例により以下に説明する。
【0011】図1は、超電導発電機固定子の上半分を発
電機軸に沿って切断した断面図である。図2は図1のA
−A断面線に沿って切断した断面図である。外側に配さ
れたリング状断面を構成する磁性金属材料を積層した円
筒形の磁気シールド部材1の内壁にダブテール2を用い
てFRPにより板状に成形して積層された歯部3を固定
する。本実施例における歯部3内の発電機軸方向配列
は、ガラス繊維を基材に用いた非導電性FRP歯部部品
31の中央と両端部にカーボン繊維を基材に用いた半導
電性FRP歯部部品32を配したものとなっている。歯
部間には固定子コイル4を納めるためのスロット5が設
けてあり、その中に納められた最外層に半導電性のコロ
ナシールド層を有する固定子コイル4はウェッジ6によ
り歯部3にしっかりと固定される。FRPを作成する場
合の繊維7の配列方法には種々あり、発電機軸方向に対
しては軸と垂直な平面に平行に繊維を積層するのが普通
であるが、軸と垂直な平面内の繊維方向はどの方向でも
自由に選択できる。また繊維7の状態もばらばらのも
の、織物にしたものが選択できる。しかしこれらの中で
は図2の拡大図の中に示すように、固定子コイル4に対
向する面Bにほぼ垂直に配された繊維71と磁気シール
ド部材1の内壁面に対向する面Cにほぼ垂直に配された
繊維72を構成する方向に配した織物を使用するのが弾
性率ひいては剛性の面からも取扱いの面からも最適であ
る。コロナシールド層と磁気シールド部材1とを電気的
に接続するためには、半導電性FRPにおいて繊維71
と繊維72の交点Dが電気的に確実に接続されているこ
とが重要になる。これらの要件を満たすものとして本実
施例における半導電性FRPの繊維7には平織カーボン
繊維織物を使用した。またFRPのマトリックスにはエ
ポキシ樹脂を用いることにした。
【0012】本実施例の測定では1個の板状歯部部品の
面Bと面Cとの間の体積抵抗率は40μΩmの値を示
し、固定子コイルのコロナシールド層はこの半導電性回
路を通して磁気シールド部材経由で接地された。またこ
のカーボンFRP32はガラスFRP31に対し弾性率
において約3倍の大きさの6000kg/mm2を示
し、固定子コイル4が電磁力により振動した場合にもカ
ーボンFRP32にコロナシールド層が強く押しつけら
れてコロナシールド層とカーボンFRPの間の電気的接
続は良好に保たれた。一方、強大な磁束密度の回転磁界
による半導電性歯部部品32での渦電流損失は、非磁性
金属材料歯部を用いた場合の1/100以下であった。
【0013】次に半導電性FRP歯部部品32の発電機
軸方向配列を中央部のみ、両端部のみ、適当な位置1個
所あるいは数個所に変えて前記同様の測定を行った結
果、ほぼ同様の接地効果を示すことが判明した。また磁
束密度が小さく渦電流損失にそれ程留意する必要のない
場合、歯部3全体を半導電性FRP歯部部品32のみで
構成することができるが、この場合も固定子コイル4の
コロナシールド層と磁気シールド部材1の間の電気的接
続は良好に保たれた。
【0014】第2の実施例として、カーボンFRPの繊
維材料を朱子織織物やロービング織物に変え、またFR
Pのマトリクスをエポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリ
エステル樹脂等に変化させてみたが、ほぼ同様な効果を
得ることができた。
【0015】第3の実施例として図3に、半導電性FR
P歯部部品32の構造の異なるものを示す。すなわち、
1個の歯部部品内の発電機軸方向の繊維組成分布を半導
電性繊維層、例えばカーボン繊維層73の部分と非導電
性繊維層、例えばガラス繊維層74の部分とに分割す
る。このような繊維配列を採ることによって、板状歯部
部品の抵抗率は少し大きくなるが、歯部渦電流損失を著
しく低下させることができる。渦電流損失は一体となっ
ている半導電性部分の厚みの3乗に比例するので、図3
のように非導電性繊維層74により半導電性繊維層73
を2分割にした場合には半導電性FRP歯部部品32の
渦電流損失は分割せずに同一厚みの半導電性繊維層73
を使用した場合の1/8以下に小さくなる。しかし渦電
流損失が許容されるのなら必ずしも分割する必要はな
く、またコロナシールド層との接触性が保たれるのなら
分割数を増やしても差支えない。
【0016】以上に説明した実施例いずれの場合に対し
ても、固定子コイル4のコロナシールド層と半導電性歯
部部品32との間の電気的接続の信頼性を向上させる必
要が生じてくる。発電機の短絡事故での突発電流発生時
にも前記電気的接続を確実にするために、例えばカーボ
ン粉末を添加したエポキシ樹脂等、半導電性接着材を用
いて前記コロナシールド層と半導電性歯部部品32とを
接着する。温度が高く経年劣化の大きい固定子コイルに
対してはバネ係数1〜50kg/mm程度の半導電性波
板のような半導電性の弾性体クッションを図4の参照番
号8で示すように歯部3のスロット5の面Bに接する位
置に挿入すると前記コロナシールド層と歯部部品32と
の電気的接続の信頼性は大いに向上する。さらに半導電
性接着材で接着すると信頼性は更に向上する。構造上こ
の半導電性弾性体クッション8は、半導電性歯部部品3
2のスパンだけでなく歯部3の発電機軸方向全長に亘っ
て挿入することが肝要である。
【0017】
【発明の効果】超電導発電機の磁束密度の大きさに対応
してその数を定めた半導電性歯部部品を非導電性の歯部
間あるいは歯部端へ挿入することにより、歯部渦電流損
失の増加の抑制と固定子コイルのコロナシールド層の接
地とを同時に達成できることになった。さらに半導電性
接着性材料による固着および半導電性弾性体クッション
のスロット内挿入により経年劣化後も巨大振動発生時に
おけるコロナシールド層接地の信頼性を向上させること
ができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】超電導発電機固定子の上半分を発電機軸に沿っ
て切断した断面図である。
【図2】図1のA−A断面線に沿って切断した断面図で
ある。
【図3】1ブロック内で一部の厚み分のみ半導電性繊維
を用い他の厚み分には非導電性繊維を用いた半導電性歯
部の構造説明図である。
【図4】半導電性弾性体クッションをスロット内に挿入
した場合の図2と同一の断面図である。
【符号の説明】
1 磁気シールド部材 3 歯部 4 固定子コイル 7 FRPの繊維 8 半導電性弾性体クッション 31 非導電性FRP歯部部品 32 半導電性FRP歯部部品 71 スロット面に垂直方向の繊維 72 磁気シールド部材内壁面に垂直方向の繊維
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 身佳 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 佐藤 征規 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 春田 孝 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 八木 恭臣 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (18)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 円筒形の磁気シールド部材と、非導電性
    材料により板状に成形され前記磁気シールド部材の内壁
    に積層されて固定される歯部と、該歯部間に配され最外
    層にコロナシールド層を有する固定子コイルとを備えた
    固定子を有する超電導発電機において、前記歯部の発電
    機軸方向配列の少なくとも一部に半導電性材料を含む板
    状歯部部品を配したことを特徴とする超電導発電機。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記半導電性材料を
    含む板状歯部部品を他の前記板状歯部部品よりも弾性率
    の高いものとすることを特徴とする超電導発電機。
  3. 【請求項3】 請求項1において、前記半導電性材料を
    含む板状歯部部品をカーボン繊維強化プラスチックによ
    り構成することを特徴とする超電導発電機。
  4. 【請求項4】 請求項3において、前記カーボン繊維強
    化プラスチックを、発電機軸方向に積層したカーボン繊
    維織物を用いて成形することを特徴とする超電導発電
    機。
  5. 【請求項5】 請求項4において、更に各カーボン繊維
    織物の繊維方向を大略超電導発電機固定子の半径方向と
    その直角方向に揃えたことを特徴とする超電導発電機。
  6. 【請求項6】 請求項1において、前記半導電性材料を
    含む板状歯部部品をカーボン繊維強化プラスチックによ
    り構成し、他の前記板状歯部部品をガラス繊維強化プラ
    スチックにより構成することを特徴とする超電導発電
    機。
  7. 【請求項7】 請求項1において、前記半導電性材料を
    含む板状歯部部品は複数の繊維織物を積層してなり、該
    繊維織物の少なくとも一層が半導電性繊維織物であり他
    は非導電性繊維織物であることを特徴とする超電導発電
    機。
  8. 【請求項8】 請求項7において、半導電性繊維織物に
    カーボン繊維織物を、非導電性繊維織物にガラス繊維織
    物を使用することを特徴とする超電導発電機。
  9. 【請求項9】 請求項1において、前記歯部の全てを半
    導電性材料を含む板状歯部部品により構成することを特
    徴とする超電導発電機。
  10. 【請求項10】 請求項1において、前記コロナシール
    ド層を有する固定子コイルと前記歯部とを半導電性の接
    着性材料を用いて固着することを特徴とする超電導発電
    機。
  11. 【請求項11】 請求項1において、前記コロナシール
    ド層を有する固定子コイルと前記歯部との間に半導電性
    の弾性体から成るクッションを挿入することを特徴とす
    る超電導発電機。
  12. 【請求項12】 請求項11において、更に、前記固定
    子コイルと前記半導電性弾性体クッションと前記歯部と
    を半導電性の接着性材料を用いて固着することを特徴と
    する超電導発電機。
  13. 【請求項13】 円筒形の磁気シールド部材と、非金属
    材料により板状に成形され前記磁気シールド部材の内壁
    に積層されて固定される歯部と、該歯部間に配され最外
    層にコロナシールド層を有する固定子コイルとを備える
    超電導発機の固定子用の板状歯部部品が半導電性を有す
    ることを特徴とする超電導発電機固定子部品。
  14. 【請求項14】 請求項13において、前記半導電性を
    有する板状歯部部品が高い弾性率を付与されることを特
    徴とする超電導発電機固定子部品。
  15. 【請求項15】 請求項13において前記半導電性を有
    する板状歯部部品がカーボン繊維強化プラスチックによ
    り構成されることを特徴とする超電導発電機固定子部
    品。
  16. 【請求項16】 請求項15において、前記カーボン繊
    維が、発電機として組立てられた時に発電機軸方向に積
    層された、かつ発電機軸直角断面内で大略半径方向とそ
    の直角方向に揃えられた織物であることを特徴とする超
    電導発電機固定子部品。
  17. 【請求項17】 請求項13において、前記半導電性を
    有する板状歯部部品は複数の繊維織物を積層した繊維強
    化プラスチックより構成され、該繊維織物の少なくとも
    一層が半導電性繊維織物であり他は非導電性繊維織物で
    あることを特徴とする超電導発電機固定子部品。
  18. 【請求項18】 請求項17において、半導電性繊維織
    物にカーボン繊維織物を、非導電性繊維織物にガラス繊
    維織物を使用したことを特徴とする超電導発電機固定子
    部品。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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