JPH09140120A - 超電導回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】大型機においても、輻射シールドと冷媒取出管
またはトルクチューブとの間の熱収縮差を吸収し、輻射
シールドや冷媒取出管やトルクチューブの変形に対して
柔軟に追従し外力に耐えること。 【解決手段】輻射シールドを冷媒にて直接冷却する構造
の超電導回転電機の回転子において、輻射シールドに接
続する冷媒供給・排気管として、少なくとも一ケ所以上
の曲げ部を有し、かつ回転軸方向、径方向、周方向のい
ずれか一方向または複数方向に引き回した形状の管を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、回転子界磁巻線と
して超電導線を用いた超電導回転電機の回転子に係り、
特に常温部と低温部との間に輻射熱の進入を低減する輻
射シールドを設け、この輻射シールドを冷媒にて直接冷
却する構造の超電導回転電機の回転子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、回転子界磁巻線として超電導
線を用いた超電導回転電機においては、超電導性能を維
持するためにコイルを極低温に保つ必要がある。そのた
め、一般に、常温部からの輻射熱の進入を低減すること
を目的として、超電導コイルを収納しているコイル取付
軸と真空容器である常温ロータとの間に、輻射シールド
と呼ばれる円筒を設置している。

【０００３】この輻射シールドは、コイル取付軸との熱
伝導によってある程度低温に保たれるが、超電導コイル
を冷却して気化した気体冷媒を利用して、直接輻射シー
ルドの冷却を強化する方法がある。そのためには、回転
子中心部の冷媒を、冷媒容器の外周に配置された輻射シ
ールドまで導く配管が必要となる。

【０００４】図１１は、この種の従来の超電導回転電機
の回転子の構成例を示す要部縦断面図である。図１にお
いて、１１は超電導コイル、２はこの超電導コイル１１
を収納するコイル取付軸であり、内部に冷媒を蓄える中
心孔３を有している。

【０００５】また、４は液体冷媒、５は気体冷媒であ
り、液体冷媒４は外部より中心管６を通って中心孔３内
に供給される。さらに、７Ａ，７Ｂはコイル取付軸２の
両端に形成されたトルクチューブ、８は真空容器を形成
する常温ロータ、９はコイル取付軸２の外周に取り付け
られた冷媒容器であるベッセル、１０は常温ロータ８と
ベッセル９との間に配置された輻射シールド、１１Ａ，
１１Ｂは端部回転軸である。

【０００６】一方、気体冷媒５は、冷媒取入管１２より
トルクチューブ７に取り付けられた熱交換器１３に導か
れ、冷媒供給管１４を通って輻射シールド１０に導かれ
る。また、気体冷媒５は、輻射シールド１０を冷却した
後に、冷媒排気管１５を通って冷媒取出管１６に導かれ
る。すなわち、輻射シールド１０を冷媒４，５にて直接
冷却する構造となっている。

【０００７】さて、以上のような輻射シールド直接冷却
構造の超電導回転電機の回転子においては、これらの冷
媒供給・冷媒排気管１４，１５類は、回転子の回転に伴
なう遠心力を受けるが、小容量機では回転子全体が小型
であり、回転子の径も小さいことから、当該管類にかか
る遠心力は小さい。

【０００８】また、冷媒供給・排気管１４，１５類の接
続する両端の部材（輻射シールド１０と冷媒取出管１６
またはトルクチューブ７）には、温度差があってそれぞ
れ変形量が異なるため、これらの管類には強制的な変形
が加わって応力が発生するが、部材の熱変形量が小さい
小型機では、図１１に示すような真直な管で、輻射シー
ルド１０の直接冷却構造が成立する。

【０００９】しかしながら、機器の大容量化に伴なって
回転子が長尺・大径化すると、冷媒供給・排気管１４，
１５の配管位置が大径部になるため、管自体にかかる遠
心力や輻射シールド１０の回転時変形量の増加に伴なう
強制変形量が増大すると共に、管両端が接続される輻射
シールド１０と冷媒取出管１６またはトルクチューブ７
との間の熱変形差が増大するので、熱応力も過大にな
る。

【００１０】この場合、図１１に示すような真直な管で
は、他部材の変形に追従できる変形量に限界があり、大
型機においては、前述の輻射シールド１０の直接冷却構
造が成立しなくなる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
輻射シールド直接冷却構造の超電導回転電機の回転子に
おいては、大型機になると、輻射シールドと冷媒取出管
またはトルクチューブとの間の熱変形差が増大して熱応
力が過大となり、輻射シールドの直接冷却構造が成立し
なくなるという問題があった。

【００１２】本発明の目的は、輻射シールド直接冷却構
造の超電導回転電機の回転子において、大型機において
も、輻射シールドと冷媒取出管またはトルクチューブと
の間の熱収縮差を吸収し、輻射シールドや冷媒取出管や
トルクチューブの変形に対して柔軟に追従し外力に耐え
ることが可能な配管構造を有する超電導回転電機の回転
子を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、まず、請求項１に対応する発明では、液体冷媒を
蓄える中心孔を有する低温ロータと、低温ロータに巻装
された超電導コイルと、液体冷媒の円筒容器を形成する
ベッセルと、低温ロータを支持するトルクチューブと、
トルクチューブに取り付けられた熱交換器と、ベッセル
の外周側に配置され真空容器を形成する常温ロータと、
ベッセルと常温ロータとの間に設けられ回転子本体と同
軸円筒の輻射シールドと、外部より中心孔に液体冷媒を
供給して超電導コイルを冷却する中心管と、回転子本体
の回転に伴なう遠心力によって回転子容器中心に生ずる
冷媒気相部分より気体冷媒を熱交換器または輻射シール
ドに供給する冷媒供給管と、中心孔部に配設され気体冷
媒を外部へ取り出す冷媒取出管と、輻射シールドより冷
媒取出管に気体冷媒を導く冷媒排気管とを備えて、輻射
シールドを冷媒にて直接冷却する構造の超電導回転電機
の回転子において、輻射シールドに接続する冷媒供給・
排気管として、少なくとも一ケ所以上の曲げ部を有し、
かつ回転軸方向、径方向、周方向のいずれか一方向また
は複数方向に引き回した形状の管を用いて成る。

【００１４】また、請求項２に対応する発明では、上記
請求項１に対応する発明の超電導回転電機の回転子にお
いて、輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管におけ
る冷媒供給管または冷媒排気管を、管自体を長尺にし
て、一ケ所の曲げ部を設けるか、もしくは３次元に曲げ
て複数ケ所の曲げ部を設けるようにしている。

【００１５】さらに、請求項３に対応する発明では、上
記請求項１または請求項２に対応する発明の超電導回転
電機の回転子において、輻射シールドに接続する冷媒供
給・排気管における冷媒供給管または冷媒排気管を、常
温ロータに接するように引き回すようにしている。

【００１６】一方、請求項４に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発明の
超電導回転電機の回転子において、輻射シールドに接続
する冷媒供給・排気管における冷媒供給管または冷媒排
気管を、その軸方向の変形に対して拘束を与えないよう
にサポートするサポート手段を付加して成っている。

【００１７】また、請求項５に対応する発明では、上記
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発明の
超電導回転電機の回転子において、輻射シールドに接続
する冷媒供給・排気管における冷媒供給管または冷媒排
気管の材料として、低比重でかつ伸縮性の良い低弾性率
材料を用いている。

【００１８】さらに、請求項６に対応する発明では、上
記請求項５に対応する発明の超電導回転電機の回転子に
おいて、低弾性率材料として、純チタン、あるいは純チ
タン合金を用いている。

【００１９】さらにまた、請求項７に対応する発明で
は、上記請求項５に対応する発明の超電導回転電機の回
転子において、低弾性率材料として、アルミニウム合金
を用いている。

【００２０】一方、請求項８に対応する発明では、上記
請求項５に対応する発明の超電導回転電機の回転子にお
いて、輻射シールドまたは冷媒取出管あるいはトルクチ
ューブと、冷媒供給管または冷媒排気管とを、爆着、ま
たはホットプレス、ＨＩＰ等の拡散接合により製作され
た異材継手を介して接続している。

【００２１】また、請求項９に対応する発明では、上記
請求項８に記載の超電導回転電機の回転子において、異
材継手として、冷媒供給管または冷媒排気管の同心円筒
面、および当該円筒面に対して傾斜した円錐面または管
中心線の垂直面の二面に接合面を有する異材継手を用い
ている。

【００２２】さらに、請求項１０に対応する発明では、
上記請求項１乃至請求項５、請求項８のいずれか１項に
対応する発明の超電導回転電機の回転子において、輻射
シールドまたは冷媒取出管あるいはトルクチューブと、
冷媒供給管または冷媒排気管とを、当該冷媒供給管また
は冷媒排気管よりも径および肉厚の大きい円筒継手を介
して接続している。

【００２３】従って、まず、請求項１および請求項２に
対応する発明の超電導回転電機の回転子においては、管
を曲げて、一方向または複数方向に引き回すことによ
り、管自体の強制変形に対する追従が容易となり、また
長尺化することにより、吸収できる変形量が増大するた
め、管全体で輻射シールドやトルクチューブまたは冷媒
取出管との変形差を吸収でき、管に局所的に発生する応
力を低減することができる。

【００２４】これにより、前述の輻射シールドの直接冷
却構造を成立させることが可能となる。また、請求項３
に対応する発明の超電導回転電機の回転子においては、
冷媒供給管または冷媒排気管を、外周側に配置された常
温ロータに接触するように配管することにより、管の軸
方向への変形を拘束することなく、管の自重にかかる遠
心力を常温ロータで受けて、管の負担を軽減することが
できる。

【００２５】さらに、請求項４に対応する発明の超電導
回転電機の回転子においては、管が長尺になると、管の
固有振動数が低下して回転周波数に近くなる恐れが出て
くるが、回転の径方向または周方向の自由度のみを拘束
し、任意の位置に設けることにより、管の固有振動数低
下を制御することができる。

【００２６】一方、請求項５乃至請求項７に対応する発
明の超電導回転電機の回転子においては、冷媒供給管ま
たは冷媒排気管として、低比重で伸縮性の良い低弾性率
材料を使用することにより、管の自重による遠心力の負
荷を低減することができる。すなわち、この低弾性率の
材料を使用することにより、管に発生する応力は、一般
の材料を使用した場合と比較して、同じ変形量に対する
応力が低減する。

【００２７】特に、請求項６および請求項７に記載した
ように、低弾性率の材料として、純チタン材料、チタン
合金材料、またはアルミニウム合金材料を使用すること
により、当該変形量に対する応力をより一層効果的に低
減することができる。

【００２８】また、請求項８に対応する発明の超電導回
転電機の回転子においては、輻射シールドまたは冷媒取
出管あるいはトルクチューブと、冷媒供給管または冷媒
排気管とを、爆着、またはホットプレス、ＨＩＰ等の拡
散接合で製作された異材継手を介して接続することによ
り、冷媒供給・排気管の材質が接続部材（輻射シール
ド，トルクチューブ，冷媒取出管）の材質と異なり直接
溶接が困難なものであっても、輻射シールドの直接冷却
構造を成立させることができる。

【００２９】さらに、請求項９に対応する発明の超電導
回転電機の回転子においては、異材継手の接合面を管と
同心円筒面とすることにより、管の外径を増加させずに
接合面積を増やして、継手の接合を強化することができ
る。また、円筒面に対して傾斜した円錐面、または管中
心線に垂直な面に接合面を設けることにより、管内径を
一様にすることが可能となり、継手を設けても冷媒流量
を一定に保つことができる。

【００３０】さらにまた、請求項１０に対応する発明の
超電導回転電機の回転子においては、輻射シールドまた
は冷媒取出管あるいはトルクチューブと、冷媒供給管ま
たは冷媒排気管とを、当該冷媒供給管または冷媒排気管
よりも径および肉厚の大きい円筒継手を介して接続する
ことにより、接続部への負荷の集中を低減することがで
きる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して詳細に説明する。 （第１の実施形態）図１は、本実施形態による超電導回
転電機の回転子の構成例を示す要部縦断面図であり、図
１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略
し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００３２】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図１に示すように、前記輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管として、一ケ所の曲げ部
を有し、かつ回転軸方向、径方向のいずれか一方向に引
き回した形状の管を用いた構成としている。

【００３３】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５
を、管自体を長尺にして、一ケ所の曲げ部を設けてい
る。以上のように構成した本実施形態による超電導回転
電機の回転子においては、冷媒排気管１５に一ケ所の曲
げ部を設けて、一方向に引き回すことにより、管自体の
強制変形に対する追従が容易となり、また長尺化するこ
とにより、前述した図１１に示すような真直な管を用い
た場合よりも、管自体が吸収できる変形量が増大する。
このため、管全体で輻射シールド１０やトルクチューブ
７Ａ，７Ｂまたは冷媒取出管１６との変形差を吸収する
ことができ、管に局所的に発生する応力を低減すること
ができる。

【００３４】これにより、前述の輻射シールドの直接冷
却構造を成立させることが可能となる。上述したよう
に、本実施形態による超電導回転電機の回転子において
は、冷媒排気管１５を、管自体を長尺にして、一ケ所の
曲げ部を設けることにより、輻射シールド１０に接続す
る冷媒供給・排気管として、一ケ所の曲げ部を有し、か
つ回転軸方向、径方向のいずれか一方向に引き回した形
状の管を用いるようにしたものである。

【００３５】従って、輻射シールド１０を直接冷却する
ための配管類が、輻射シールド１０や冷媒取出管１６や
トルクチューブ７Ａ，７Ｂ等の他の部材の変形に追従で
き、管や接続部に加わる負荷を低減することができるた
め、超電導回転電機の容量の大きさに関わらず、前述し
た輻射シールド１０の直接冷却構造を成立させることが
可能となり、極めて信頼性の高い超電導回転電機の回転
子を得ることができる。

【００３６】（第２の実施形態）図２は、本実施形態に
よる超電導回転電機の回転子の構成例を示す要部斜視図
であり、図１１と同一部分には同一符号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００３７】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図２に示すように、前記輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管として、複数ケ所以上の
曲げ部を有し、かつ回転軸方向、径方向、周方向の複数
方向に引き回した形状の管を用いた構成としている。

【００３８】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５
を、管自体を長尺にして、３次元に曲げて複数ケ所の曲
げ部を設けている。以上のように構成した本実施形態に
よる超電導回転電機の回転子においては、冷媒排気管１
５に複数ケ所以上の曲げ部を設けて、複数方向に引き回
すことにより、管自体の強制変形に対する追従が、前記
第１の実施形態の場合よりも容易となり、すなわちどの
方向の変形に対しても柔軟に追従でき、また長尺化する
ことにより、前述した図１１に示すような真直な管を用
いた場合、および前記第１の実施形態の場合よりも、管
自体が吸収できる変形量がより一層増大する。このた
め、管全体で輻射シールド１０やトルクチューブ７Ａ，
７Ｂまたは冷媒取出管１６との変形差を吸収することが
でき、管に局所的に発生する応力をより一層低減するこ
とができる。

【００３９】これにより、前述の輻射シールドの直接冷
却構造をより一層効果的に成立させることが可能とな
る。上述したように、本実施形態による超電導回転電機
の回転子においては、冷媒排気管１５を、管自体を長尺
にして、３次元に曲げて複数ケ所の曲げ部を設けること
により、輻射シールド１０に接続する冷媒供給・排気管
として、複数ケ所の曲げ部を有し、かつ回転軸方向、径
方向、周方向の複数方向に引き回した形状の管を用いる
ようにしたものである。

【００４０】従って、輻射シールド１０を直接冷却する
ための配管類が、輻射シールド１０や冷媒取出管１６や
トルクチューブ７Ａ，７Ｂ等の他の部材のどの方向の変
形に対しても柔軟に追従でき、管や接続部に加わる負荷
を低減することができるため、超電導回転電機の容量の
大きさに関わらず、前述した輻射シールド１０の直接冷
却構造をより一層効果的に成立させることが可能とな
り、極めて信頼性の高い超電導回転電機の回転子を得る
ことができる。

【００４１】（第３の実施形態）図３は、本実施形態に
よる超電導回転電機の回転子の構成例を示す要部縦断面
図であり、図１１と同一部分には同一符号を付してその
説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べ
る。

【００４２】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図３に示すように、前記輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管を、外周に設置されてい
る常温ロータ８に接するように引き回した構成としてい
る。

【００４３】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５
を、外周に設置されている常温ロータ８の方へ引き回し
た後、冷媒取出管１６へ接続している。以上のように構
成した本実施形態による超電導回転電機の回転子におい
ては、冷媒排気管１５を常温ロータ８に接するように引
き回することにより、管の軸方向への変形を拘束するこ
となく、管の自重にかかる遠心力を常温ロータ８で受け
て、管の負担を軽減することができる。

【００４４】すなわち、輻射シールド１０に接続されて
いる排気管付根１７Ａや、冷媒取出管１６に接続されて
いる排気管付根１７Ｂには、拘束を与えずに、管の自重
による遠心力に対しては、常温ロータ８にて変形を制御
して負担を軽減することができる。

【００４５】上述したように、本実施形態による超電導
回転電機の回転子においては、冷媒排気管１５を、外周
に設置されている常温ロータ８に接するように引き回す
ようにしたものである。

【００４６】従って、管の軸方向への変形を拘束するこ
となく、管の自重にかかる遠心力を常温ロータ８で受け
て、管の負担を軽減することが可能となる。 （第４の実施形態）図４は、本実施形態による超電導回
転電機の回転子の構成例を示す要部斜視図であり、図１
１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、
ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００４７】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図４に示すように、前記輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管を、その軸方向の変形に
対して拘束を与えないようにサポートするサポート手段
であるＵ字ブロック１８を付加した構成としている。

【００４８】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５
を、Ｕ字ブロック１８でサポートしている。以上のよう
に構成した本実施形態による超電導回転電機の回転子に
おいては、前記第１および第２の各実施形態のように、
管が長尺になると、管の固有振動数が低下して回転周波
数に近くなる恐れが出てくるが、冷媒排気管１５を、Ｕ
字ブロック１８でサポートすることにより、回転の径方
向または周方向の自由度のみを拘束し、任意の位置に設
けることにより、管の固有振動数低下を制御することが
できる。

【００４９】すなわち、冷媒排気管１５の径方向外周側
と周方向両側の変形のみを拘束し、他の方向には変形自
由度を有しているため、周方向に拘束を与えることで、
所期の目的を損なうことなく、管の固有振動数の低下を
防止することができる。

【００５０】なお、冷媒排気管１５をサポートするサポ
ート手段としては、図４に示すようなＵ字ブロック１８
に限らず、例えば図５の要部斜視図に示すようなＬ字ブ
ロック１９によりサポートする構成としても、図４の場
合と同様の効果を得ることができる。

【００５１】上述したように、本実施形態による超電導
回転電機の回転子においては、冷媒排気管１５を、Ｕ字
ブロック１８、あるいはＬ字ブロック１９でサポートす
るようにしたものである。

【００５２】従って、回転の径方向または周方向の自由
度のみを拘束し、任意の位置に設けることにより、管の
固有振動数低下を制御することが可能となる。 （第５の実施形態）図６は、本実施形態による超電導回
転電機の回転子の構成例を示す要部縦断面図であり、図
１乃至図５と同一部分には同一符号を付してその説明を
省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００５３】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図６に示すように、前記輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管の材料として、一般の鉄
材料ではなく、低比重でかつ伸縮性の良い低弾性率材料
を用いた構成としている。

【００５４】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５の
材料として、純チタン、またはチタン合金（例えば、Ｊ
ＩＳ Ｈ４６３０に規定されるＴＴＰ３５Ｄ等）、ある
いはアルミニウム合金（例えばＪＩＳ Ｈ４０８０に規
定されるＡ５０８３ＴＤ等）を使用することにより、更
にその効果を高めることができる。

【００５５】ここで、輻射シールド１０や冷媒取出管１
６が鉄系材料であるのに対し、冷媒排気管１５の材料と
して、上記低弾性率材料（例えばチタン合金）を使用し
た場合、冷媒排気管１５と他部材（輻射シールド１０あ
るいは冷媒取出管１６）との直接溶接が困難となる。

【００５６】そこで、さらに本実施形態では、輻射シー
ルド１０または冷媒取出管１６あるいはトルクチューブ
７Ａ，７Ｂと、冷媒供給管１４または冷媒排気管１５と
を、異材継手２０を介して接続している。

【００５７】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５と
冷媒取出管１６との間を、異材継手２０を介して接続し
ている。図７は、この異材継手２０の“Ｘ”部の構成例
を示す部分拡大図である。

【００５８】すなわち、図７に示すように、異材継手２
０は、冷媒排気管材質部２１と取出管材質部２２とから
なり、爆着、またはホットプレス、ＨＩＰ等の拡散接合
により、接合面２３にて接合されている。

【００５９】ここで、同材質同士の溶接は可能であるた
め、異材継手２０の冷媒排気管材質部２１と冷媒排気管
１５、異材継手２０の取出管材質部２２と冷媒取出管１
６を、それぞれ溶接により一体化している。

【００６０】なお、図７中、２４Ａ，２４Ｂはそれぞれ
異材継手２０と冷媒排気管１５との溶接部、異材継手２
０と冷媒取出管１６との溶接部を示している。以上のよ
うに構成した本実施形態による超電導回転電機の回転子
においては、前記第１乃至第４の各実施形態において、
冷媒排気管１５として、低比重で伸縮性の良い低弾性率
材料（純チタン材料、またはチタン合金材料、またはア
ルミニウム合金材料）を使用することにより、管の自重
による遠心力の負荷を低減することができる。

【００６１】すなわち、この低弾性率の材料を使用する
ことにより、管に発生する応力は、一般の鉄材料を使用
した場合と比較して、同じ変形量に対する応力が低減す
ることになる。

【００６２】また、冷媒排気管１５と冷媒取出管１６と
の間を、爆着、またはホットプレス、ＨＩＰ等の拡散接
合により製作された異材継手２０を介して接続すること
により、冷媒排気管１５の材質が接続部材（輻射シール
ド１０，トルクチューブ７Ａ，７Ｂ，冷媒取出管１６）
の材質と異なり直接溶接が困難なものであっても、前述
した輻射シールド１０の直接冷却構造を成立させること
ができる。

【００６３】上述したように、本実施形態による超電導
回転電機の回転子においては、冷媒排気管１５の材料と
して、純チタン、またはチタン合金、あるいはアルミニ
ウム合金を使用し、さらに冷媒排気管１５と冷媒取出管
１６との間を、爆着、またはホットプレス、ＨＩＰ等の
拡散接合により製作された異材継手２０を介して接続す
るようにしたものである。

【００６４】従って、管の自重による遠心力の負荷を低
減することが可能となる。すなわち、この低弾性率の材
料を使用することにより、管に発生する応力は、一般の
材料を使用した場合と比較して、同じ変形量に対する応
力を低減することが可能となる。

【００６５】また、冷媒排気管１５の材質が接続部材
（輻射シールド１０，トルクチューブ７Ａ，７Ｂ，冷媒
取出管１６）の材質と異なり直接溶接が困難なものであ
っても、前述した輻射シールド１０の直接冷却構造を成
立させることが可能となる。

【００６６】（第６の実施形態）図８は、本実施形態に
よる超電導回転電機の回転子における異材継手の構成例
を示す部分拡大図であり、図７と同一部分には同一符号
を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分につい
てのみ述べる。

【００６７】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図８に示すように、前記異材継手２０と
して、輻射シールド１０に接続する冷媒供給・排気管の
同心円筒面、および当該円筒面に対して傾斜した円錐面
または管中心線の垂直面の二面に接合面を有する異材継
手を用いた構成としている。

【００６８】特に、本実施形態では、異材継手２０を、
接合面２３で冷媒排気管材質部２１と取出管材質部２２
に分割している。図９は、この異材継手２０の構成例を
示す分割図である。

【００６９】すなわち、図９に示すように、異材継手２
０の接合面２３を、冷媒排気管１５の同心円筒面２５
と、この円筒面２５に対して傾斜した円錐面２６とに設
けている。

【００７０】以上のように構成した本実施形態による超
電導回転電機の回転子においては、異材継手２０の接合
面２３を管と同心円筒面２５とすることにより、管の外
径を増加させずに接合面積を増やして（図７に示すよう
な接合面の異材継手２０と比べて広い接合面積を有す
る）、継手の接合を強化することができる。

【００７１】また、円筒面２５に対して傾斜した円錐面
２６、または管中心線に垂直な面に接合面を有すること
により、管内径を一様にすることが可能となり、継手を
設けても冷媒（気体冷媒５）流量を一定に保つことがで
きる。

【００７２】なお、当然のことながら、輻射シールド１
０と冷媒排気管１５との接続や、トルクチューブ７Ａと
輻射シールド１０との接続等についても、第５の実施形
態や第６の実施形態による方法を応用することができ
る。

【００７３】上述したように、本実施形態による超電導
回転電機の回転子においては、異材継手２０として、冷
媒排気管１５の同心円筒面２５、およびこの円筒面２５
に対して傾斜した円錐面２６または管中心線の垂直面の
二面に接合面２３を有する異材継手を用いるようにした
ものである。

【００７４】従って、管の外径を増加させずに接合面積
を増やして、継手の接合を強化することが可能となる。
また、管内径を一様にすることができ、継手を設けても
冷媒（気体冷媒５）流量を一定に保つことが可能とな
る。

【００７５】（第７の実施形態）図１０は、本実施形態
による超電導回転電機の回転子における異材継手の構成
例を示す部分拡大図であり、図７および図８と同一部分
には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異な
る部分についてのみ述べる。

【００７６】すなわち、本実施形態による超電導回転電
機の回転子は、図１０に示すように、前記輻射シールド
１０または冷媒取出管１６あるいはトルクチューブ７
Ａ，７Ｂと、輻射シールド１０に接続する冷媒供給・排
気管とを、当該冷媒供給・排気管よりも径および肉厚の
大きい円筒継手を介して接続した構成としている。

【００７７】特に、本実施形態では、冷媒排気管１５と
冷媒取出管１６とを、冷媒排気管１５よりも径および肉
厚の大なる円筒継手２７を介して接続している。以上の
ように構成した本実施形態による超電導回転電機の回転
子においては、冷媒排気管１５と冷媒取出管１６とを、
冷媒排気管１５よりも径および肉厚の大なる円筒継手２
７を介して接続することにより、接続部が補強されて、
接続部への負荷の集中を低減することができる。

【００７８】なお、輻射シールド１０と冷媒排気管１５
との接続や、トルクチューブ７Ａと輻射シールド１０と
の接続等についても、第５の実施形態や第６の実施形態
や第７の実施形態による方法を応用することができる。

【００７９】また、本実施形態の円筒継手２７を、前記
異材継手２０と兼用する構成としてもよい。上述したよ
うに、本実施形態による超電導回転電機の回転子におい
ては、冷媒排気管１５と冷媒取出管１６とを、冷媒排気
管１５よりも径および肉厚の大なる円筒継手２７を介し
て接続するようにしたものである。

【００８０】従って、接続部を補強して、接続部への負
荷の集中を低減することが可能となる。 （他の実施形態）前記第１乃至第７の実施形態では、輻
射シールド１０に接続する冷媒供給・排気管として、冷
媒排気管１５を対象として本発明をそれぞれ適用する場
合について説明したが、これに限らず、輻射シールド１
０に接続する冷媒供給・排気管として、冷媒供給管１４
を対象として、前記同様にして本発明をそれぞれ適用す
ることも可能であり、この場合にもそれぞれ前述と同様
の作用効果を得ることができる。

【００８１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に対応す
る発明によれば、液体冷媒を蓄える中心孔を有する低温
ロータと、低温ロータに巻装された超電導コイルと、液
体冷媒の円筒容器を形成するベッセルと、低温ロータを
支持するトルクチューブと、トルクチューブに取り付け
られた熱交換器と、ベッセルの外周側に配置され真空容
器を形成する常温ロータと、ベッセルと常温ロータとの
間に設けられ回転子本体と同軸円筒の輻射シールドと、
外部より中心孔に液体冷媒を供給して超電導コイルを冷
却する中心管と、回転子本体の回転に伴なう遠心力によ
って回転子容器中心に生ずる冷媒気相部分より気体冷媒
を熱交換器または輻射シールドに供給する冷媒供給管
と、中心孔部に配設され気体冷媒を外部へ取り出す冷媒
取出管と、輻射シールドより冷媒取出管に気体冷媒を導
く冷媒排気管とを備えて、輻射シールドを冷媒にて直接
冷却する構造の超電導回転電機の回転子において、輻射
シールドに接続する冷媒供給・排気管として、少なくと
も一ケ所以上の曲げ部を有し、かつ回転軸方向、径方
向、周方向のいずれか一方向または複数方向に引き回し
た形状の管を用いるようにしたので、輻射シールド直接
冷却構造の超電導回転電機の回転子において、大型機に
おいても、輻射シールドと冷媒取出管またはトルクチュ
ーブとの間の熱収縮差を吸収し、輻射シールドや冷媒取
出管やトルクチューブの変形に対して柔軟に追従し外力
に耐えることが可能な配管構造を有する超電導回転電機
の回転子が提供できる。

【００８２】また、請求項２に対応する発明によれば、
上記請求項１に対応する発明の超電導回転電機の回転子
において、輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管に
おける冷媒供給管または冷媒排気管を、管自体を長尺に
して、一ケ所の曲げ部を設けるか、もしくは３次元に曲
げて複数ケ所の曲げ部を設けるようにしたので、大型機
においても、輻射シールドと冷媒取出管またはトルクチ
ューブとの間の熱収縮差を吸収し、輻射シールドや冷媒
取出管やトルクチューブの変形に対して柔軟に追従し外
力に耐えることが可能な配管構造を有する超電導回転電
機の回転子が提供できる。

【００８３】さらに、請求項３に対応する発明によれ
ば、上記請求項１または請求項２に対応する発明の超電
導回転電機の回転子において、輻射シールドに接続する
冷媒供給・排気管における冷媒供給管または冷媒排気管
を、常温ロータに接するように引き回すようにしたの
で、管の軸方向への変形を拘束することなく、管の自重
にかかる遠心力を常温ロータで受けて、管の負担を軽減
することが可能な超電導回転電機の回転子が提供でき
る。

【００８４】一方、請求項４に対応する発明によれば、
上記請求項１乃至請求項３のいずれか１項に対応する発
明の超電導回転電機の回転子において、輻射シールドに
接続する冷媒供給・排気管における冷媒供給管または冷
媒排気管を、その軸方向の変形に対して拘束を与えない
ようにサポートするサポート手段を付加するようにした
ので、回転の径方向または周方向の自由度のみを拘束し
て、管の固有振動数低下を制御することが可能な超電導
回転電機の回転子が提供できる。

【００８５】また、請求項５に対応する発明によれば、
上記請求項１乃至請求項４のいずれか１項に対応する発
明の超電導回転電機の回転子において、輻射シールドに
接続する冷媒供給・排気管における冷媒供給管または冷
媒排気管の材料として、低比重でかつ伸縮性の良い低弾
性率材料を用いるようにしたので、管の自重による遠心
力の負荷を低減して、変形量に対する応力を低減するこ
とが可能な超電導回転電機の回転子が提供できる。

【００８６】さらに、請求項６に対応する発明によれ
ば、上記請求項５に対応する発明の超電導回転電機の回
転子において、低弾性率材料として、純チタン合金を用
いるようにしたので、管の自重による遠心力の負荷を低
減して、変形量に対する応力をより一層低減することが
可能な超電導回転電機の回転子が提供できる。

【００８７】さらにまた、請求項７に対応する発明によ
れば、上記請求項５に対応する発明の超電導回転電機の
回転子において、低弾性率材料として、アルミニウム合
金を用いるようにしたので、管の自重による遠心力の負
荷を低減して、変形量に対する応力をより一層低減する
ことが可能な超電導回転電機の回転子が提供できる。

【００８８】一方、請求項８に対応する発明によれば、
上記請求項５に対応する発明の超電導回転電機の回転子
において、輻射シールドまたは冷媒取出管あるいはトル
クチューブと、冷媒供給管または冷媒排気管とを、爆
着、またはホットプレス、ＨＩＰ等の拡散接合により製
作された異材継手を介して接続するようにしたので、冷
媒供給・排気管の材質が接続部材（輻射シールド，トル
クチューブ，冷媒取出管）の材質と異なり直接溶接が困
難なものであっても、輻射シールドの直接冷却構造を成
立させることが可能な超電導回転電機の回転子が提供で
きる。

【００８９】また、請求項９に対応する発明によれば、
上記請求項８に記載の超電導回転電機の回転子におい
て、異材継手として、冷媒供給管または冷媒排気管の同
心円筒面、および当該円筒面に対して傾斜した円錐面ま
たは管中心線の垂直面の二面に接合面を有する異材継手
を用いるようにしたので、管の外径を増加させずに接合
面積を増やして継手の接合を強化することができ、また
管内径を一様にして継手を設けても冷媒流量を一定に保
つことが可能な超電導回転電機の回転子が提供できる。

【００９０】さらに、請求項１０に対応する発明によれ
ば、上記請求項１乃至請求項５、請求項８のいずれか１
項に対応する発明の超電導回転電機の回転子において、
輻射シールドまたは冷媒取出管あるいはトルクチューブ
と、冷媒供給管または冷媒排気管とを、当該冷媒供給管
または冷媒排気管よりも径および肉厚の大きい円筒継手
を介して接続するようにしたので、接続部への負荷の集
中を低減することが可能な超電導回転電機の回転子が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導回転電機の回転子の第１の
実施形態を示す要部縦断面図。

【図２】本発明による超電導回転電機の回転子の第２の
実施形態を示す要部斜視図。

【図３】本発明による超電導回転電機の回転子の第３の
実施形態を示す要部縦断面図。

【図４】本発明による超電導回転電機の回転子の第４の
実施形態を示す要部斜視図。

【図５】同第１乃至第４の実施形態による応用例を示す
要部斜視図。

【図６】本発明による超電導回転電機の回転子の第５の
実施形態を示す要部縦断面図。

【図７】同第５の実施形態の超電導回転電機の回転子に
おける“Ｘ”部分の拡大図。

【図８】本発明による超電導回転電機の回転子の第６の
実施形態を示す要部縦断面図。

【図９】同第６の実施形態の超電導回転電機の回転子に
おける異材継手の分割例を示す斜視図。

【図１０】本発明による超電導回転電機の回転子の第７
の実施形態を示す要部図。

【図１１】従来の超電導回転電機の回転子の構成例を示
す要部縦断面図。

【符号の説明】

１…超電導コイル、 ２…コイル取付軸、 ３…中心孔、 ４…液体冷媒、 ５…気体冷媒、 ６…中心管、 ７Ａ，７Ｂ…トルクチューブ、 ８…常温ロータ、 ９…ベッセル、 １０…輻射シールド、 １１Ａ，１１Ｂ…端部回転軸、 １２…冷媒取入管、 １３Ａ，１３Ｂ…熱交換器、 １４…冷媒供給管 １５…冷媒排気管、 １６…冷媒取出管、 １７Ａ，１７Ｂ…冷媒排気管付根、 １８…Ｕ字ブロック、 １９…Ｔ字ブロック、 ２０…異材継手、 ２１…異材継手冷媒排気管材質部、 ２２…異材継手取出管材質部、 ２３…異材継手接合面、 ２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…溶接部、 ２５…接合部円筒面、 ２６…接合部円錐面、 ２７…円筒継手。

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体冷媒を蓄える中心孔を有する低温ロ
   ータと、前記低温ロータに巻装された超電導コイルと、
   前記液体冷媒の円筒容器を形成するベッセルと、前記低
   温ロータを支持するトルクチューブと、前記トルクチュ
   ーブに取り付けられた熱交換器と、前記ベッセルの外周
   側に配置され真空容器を形成する常温ロータと、前記ベ
   ッセルと常温ロータとの間に設けられ回転子本体と同軸
   円筒の輻射シールドと、外部より前記中心孔に液体冷媒
   を供給して前記超電導コイルを冷却する中心管と、前記
   回転子本体の回転に伴なう遠心力によって回転子容器中
   心に生ずる冷媒気相部分より気体冷媒を前記熱交換器ま
   たは輻射シールドに供給する冷媒供給管と、前記中心孔
   部に配設され前記気体冷媒を外部へ取り出す冷媒取出管
   と、前記輻射シールドより冷媒取出管に気体冷媒を導く
   冷媒排気管とを備えて、前記輻射シールドを冷媒にて直
   接冷却する構造の超電導回転電機の回転子において、 前記輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管として、
   少なくとも一ケ所以上の曲げ部を有し、かつ回転軸方
   向、径方向、周方向のいずれか一方向または複数方向に
   引き回した形状の管を用いて成ることを特徴とする超電
   導回転電機の回転子。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載の超電導回転電機の
   回転子において、 前記輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管における
   冷媒供給管または冷媒排気管を、管自体を長尺にして、
   一ケ所の曲げ部を設けるか、もしくは３次元に曲げて複
   数ケ所の曲げ部を設け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。
3. 【請求項３】 前記請求項１または請求項２に記載の超
   電導回転電機の回転子において、 前記輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管における
   冷媒供給管または冷媒排気管を、前記常温ロータに接す
   るように引き回すようにしたことを特徴とする超電導回
   転電機の回転子。
4. 【請求項４】 前記請求項１乃至請求項３のいずれか１
   項に記載の超電導回転電機の回転子において、 前記輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管における
   冷媒供給管または冷媒排気管を、その軸方向の変形に対
   して拘束を与えないようにサポートするサポート手段を
   付加して成ることを特徴とする超電導回転電機の回転
   子。
5. 【請求項５】 前記請求項１乃至請求項４のいずれか１
   項に記載の超電導回転電機の回転子において、 前記輻射シールドに接続する冷媒供給・排気管における
   冷媒供給管または冷媒排気管の材料として、低比重でか
   つ伸縮性の良い低弾性率材料を用いることを特徴とする
   超電導回転電機の回転子。
6. 【請求項６】 前記請求項５に記載の超電導回転電機の
   回転子において、 前記低弾性率材料として、純チタン、あるいは純チタン
   合金を用いることを特徴とする超電導回転電機の回転
   子。
7. 【請求項７】 前記請求項５に記載の超電導回転電機の
   回転子において、 前記低弾性率材料として、アルミニウム合金を用いるこ
   とを特徴とする超電導回転電機の回転子。
8. 【請求項８】 前記請求項５に記載の超電導回転電機の
   回転子において、 前記輻射シールドまたは冷媒取出管あるいはトルクチュ
   ーブと、前記冷媒供給管または冷媒排気管とを、爆着、
   またはホットプレス、ＨＩＰ等の拡散接合により製作さ
   れた異材継手を介して接続したことを特徴とする超電導
   回転電機の回転子。
9. 【請求項９】 前記請求項８に記載の超電導回転電機の
   回転子において、 前記異材継手として、前記冷媒供給管または冷媒排気管
   の同心円筒面、および当該円筒面に対して傾斜した円錐
   面または管中心線の垂直面の二面に接合面を有する異材
   継手を用いることを特徴とする超電導回転電機の回転
   子。
10. 【請求項１０】 前記請求項１乃至請求項５、請求項８
    のいずれか１項に記載の超電導回転電機の回転子におい
    て、 前記輻射シールドまたは冷媒取出管あるいはトルクチュ
    ーブと、前記冷媒供給管または冷媒排気管とを、当該冷
    媒供給管または冷媒排気管よりも径および肉厚の大きい
    円筒継手を介して接続したことを特徴とする超電導回転
    電機の回転子。