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

超電導回転電機の回転子

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JPH09140120A
JPH09140120A JP7296923A JP29692395A JPH09140120A JP H09140120 A JPH09140120 A JP H09140120A JP 7296923 A JP7296923 A JP 7296923A JP 29692395 A JP29692395 A JP 29692395A JP H09140120 A JPH09140120 A JP H09140120A
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JP
Japan
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refrigerant
rotor
pipe
electric machine
radiation shield
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Application number
JP7296923A
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English (en)
Inventor
Yoko Kokuni
陽子 小國
Yasuhiro Furukawa
康広 古川
Nobuhisa Suzuki
信久 鈴木
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Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Original Assignee
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3413442A1 (en) 2017-06-06 2018-12-12 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Hollow metal part of stator of rotating electrical machine, rotating electrical machine, and manufacturing process of hollow metal part

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KR20180133323A (ko) 2017-06-06 2018-12-14 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 회전 전기 기기 고정자의 중공 금속 부품, 회전 전기 기기, 중공 금속 부품의 제조 방법
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