JPH11113241A - 超電導直流発電装置 - Google Patents

超電導直流発電装置

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JPH11113241A
JPH11113241A JP9284500A JP28450097A JPH11113241A JP H11113241 A JPH11113241 A JP H11113241A JP 9284500 A JP9284500 A JP 9284500A JP 28450097 A JP28450097 A JP 28450097A JP H11113241 A JPH11113241 A JP H11113241A
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JP
Japan
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rotor
power generator
superconductor
generator according
conductive member
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Application number
JP9284500A
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English (en)
Inventor
Sakutaro Yamaguchi
作太郎 山口
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YYL KK
Original Assignee
YYL KK
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Publication date
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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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  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】超電導直流発電器において、ブラシを不要と
し、長時間安定に発電可能とした全く新規な直流発電装
置の提供。 【解決手段】超伝導磁石によって生成された直流磁場中
に、第二種超伝導体を含む回転子を配し、前記回転子の
そばに前記回転子と離間して導体を配置して、前記回転
子を回転させて該導体内に電場を誘起せしめ該導体から
出力を取り出す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、発電装置に関し、
特に、超電導直流発電装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に、従来の直流超電導(超伝導)磁
石を用いた円形型単極発電機の構成を示す(電気学会、
「超電導工学」、オーム社、1988年刊、第234
頁、図7.1参照)。図6を参照すると、この単極発電
機は、回転子を室温空間に置き、該回転子と摺接するブ
ラシを通じて大電流を外部に取り出し、界磁コイルとし
て真空断熱容器内に収容した超伝導コイルを用いたもの
である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
単極発電機は下記記載の問題点を有している。
【0004】すなわち、高速で動く電極から大電流を取
り出すためのブラシを必要としており、ブラシの消耗が
激しく、長時間安定動作させることが出来ない、という
ことである。
【0005】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、超電導直流発電
装置において、ブラシを不要とし、長時間安定に発電可
能とした全く新規な直流発電装置を提供することにあ
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の直流発電装置は、磁場中に、第二種超伝導
体を含む回転子を配し、前記回転子のそばに前記回転子
と離間して導体を配置し、前記回転子を回転させて該導
体内に電場を誘起せしめ該導体から出力を取り出すよう
に構成したことを特徴とする。
【0007】本発明は、好ましくは、前記直流磁場を超
伝導磁石で生成する。
【0008】また本発明は、好ましくは、磁束量子をピ
ン止めした状態の第二種超伝導体を含み、回転軸を中心
に回転自在に配置された回転子と、前記回転子に対向し
て固定配置された導電部材と、前記導電部材の端部に接
続された出力端子と、前記回転子の回転面に垂直方向の
直流磁場を発生する手段と、を備え、前記回転子を回転
させ、前記出力端子から電力を取り出す、ことを特徴と
する。
【0009】本発明においては、前記導電部材が、前記
回転子に対向配置される中空円盤型の平面形状とされ、
径方向の内側端と外側端に前記出力端子をそれぞれ接続
する構成とされる。
【0010】本発明においては、前記回転子が、前記回
転子を構成する前記超伝導体を支持するリブ構造を備え
たことを特徴とする。
【0011】本発明においては、前記リブ構造内部に冷
媒を流し前記超伝導体を冷却する、ことを特徴とする。
【0012】本発明においては、前記回転子が、前記回
転子を構成する前記超伝導体の外周を支持するリング形
状の支持部材(「支持リング」という)を、備え、前記
支持リングと回転軸間に径方向に配設される支持リブを
複数備える。
【0013】本発明においては、好ましくは、前記支持
リブ及び前記支持リングをパイプ構造とし、前記支持リ
ブ及び前記支持リングに冷媒を流して前記超伝導体を冷
却する、ことを特徴とする。
【0014】また、本発明においては、好ましくは、前
記回転軸がパイプ構造とされ、前記回転軸と前記支持リ
ブとが連通し、前記回転軸から前記冷媒が出し入れさ
れ、前記支持リブ及び前記支持リブと連通した前記支持
リング中を前記冷媒が流れ、前記超伝導体を冷却する、
ことを特徴とする。
【0015】本発明においては、好ましくは、前記支持
リング及び支持リブが絶縁部材よりなる。また、前記支
持リング及び支持リブにおいて前記超伝導体との接続部
が電気的に絶縁処理される。
【0016】また、本発明においては、前記回転子を前
記回転軸を共通として複数備え、前記各回転子に対向し
て固定配置される前記導電部材を複数備える。
【0017】本発明においては、前記超伝導磁石により
前記回転子の回転面に垂直方向の直流磁場を発生する。
【0018】本発明においては、前記回転子、前記導電
部材、前記超伝導磁石を鉄心中空部内に収容したことを
特徴とする。
【0019】本発明においては、前記導電部材を複数に
分割し、分割された各部材から出力を取り出すことを特
徴とする。また、前記導電部材から出力端子を複数取り
出すようにしてもよい。
【0020】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の構成を説明
するまえに、まず本発明の原理について説明する。
【0021】図1は、本発明の原理を説明するための説
明図であり、超伝導体のピン止め効果を模式的に示す図
である。図1を参照すると、第二種超伝導体はその中に
磁場(磁界)を含んでおり、この状態は、一般に混合状
態と呼ばれる。そして、この磁束は量子化された磁束で
あり、磁束量子はフラキソイドと呼ばれ、図1には、ピ
ン止め中心でのフラキソイドが複数模式的に示されてい
る。これらのフラキソイドは同時に超伝導体にピン止め
(pinning)される。これは、超伝導体中の不純物や格
子欠陥がある位置にフラキソイドが固定される、ことを
意味する。
【0022】このフラキソイドのピン止め効果は、電流
密度として測定される。したがって、逆に、超伝導体を
動かすと、これに伴い、磁束が移動することになり、こ
れが本発明のおける発電の原理である。
【0023】本発明の実施の形態について以下に説明す
る。本発明の直流発電装置は、その好ましい実施の形態
において、超伝導コイルにより発生した磁場中に、第二
種超伝導体を含む回転子を配し、該回転子のそばに導体
を配置し、該導体に出力端子を取り付けて構成される。
【0024】より詳細には、磁場を発生さる超伝導磁石
(図1の101)と、第二種超電体を含む回転子(図1
の103)と、該回転子の近くに前記回転子に離間して
配した導電部材(図1の102)と、を備え、回転子
(図1の103)を回転軸を中心に回転させて導電部材
(図1の102)内に電場を誘起せしめ、該導電部材端
部に接続した出力端子(図1の105)から電力を取り
出すように構成したものである。
【0025】
【実施例】上記した実施の形態について更に詳細に説明
すべく、本発明の実施例について図面を参照して以下に
説明する。
【0026】図2は、本発明の第一の実施例の構成を示
す図である。図2を参照すると、本実施例は、超伝導
(電導)磁石101と、回転軸104を中心に回転す
る、第二種超電体を含むを円盤(ディスク)型の回転子
103と、回転子103の近くに前記回転子の面に対向
して配した中空円盤(ディスク)型の固定型導電部材1
02と、を備え、超伝導磁石101で発生した磁場中で
回転子103を回転軸104を中心に回転させて導電部
材102内に電場を誘起せしめ、導電部材102の端部
(図では中空円盤導電部材102の径方向の内側端、外
側端)に電源供給線(出力ケーブル)を介して接続した
出力端子105から電力を取り出す。超伝導磁石101
は超伝導コイルよりなる。また導電部材102は銅(C
opper)等の導体からなる。
【0027】超伝導コイルによって発生する磁場は直流
磁場であり、時間的に変化しないが、本実施例において
は、磁束をピン止めした超伝導体が回転するので、これ
によって固定導電部材102内では、磁束が回転子10
3の回転速度に応じて移動し、このため、導電部材10
2では、ローレンツ力により電荷担体(キャリア)に電
磁力が半径方向に働き、電場が生じ、このため直流発電
を行うことができる。
【0028】図3は、本発明の一実施例の超伝導体より
なる回転子の構成を示す斜視図である。回転子を構成す
る超伝導部材の強度はさほど高くないことから、本実施
例では、大きな電磁力や遠心力等が加わる部分に支持構
造を組み込む。図3を参照すると、回転軸104を回転
中心として回動する回転子103において、円盤状の超
伝導体109の外周縁部に支持リング108が取り付け
られている。この支持リングは、外周だけでなく、同心
状に複数配置してもよい。さらに、図3に示すように、
支持リング108と回転軸104との間の径方向に複数
の支持リブ107が配設されて構成されている。
【0029】この支持リング108、及び支持リブ10
7は、好ましくは断面構造を中空パイプ状として、液体
ヘリウム、液体窒素等の冷却剤(冷媒)を流し、中心軸
104もパイプ状として支持リブ107と内部で連通
し、冷却剤を出し入れする構成とされる。そして、回転
子103全体は断熱のため、不図示のクライオスタット
内に収容される。
【0030】支持リング108、及び支持リブ107は
絶縁部材で形成される。あるいは、支持リブ107、及
び支持リング108の超伝導体109との接続部を電気
的に絶縁するような構成とされる。
【0031】図4は、本発明の第2の実施例の構成を示
す図である。図4を参照すると、本発明の第2の実施例
は、ディスク状の超伝導体回転子103を複数層備え、
各超伝導体回転子103と対向して、中空円盤型の導電
部材(導体)102を複数個備えて構成されている。複
数の導電部材102の内周端、外周端から引き出される
出力ケーブルは磁力線に沿って取り出す。
【0032】図5は、本発明の一実施例の装置構成を示
す図である。図5を参照すると、図1に示した超伝導磁
石(コイル)101、超伝導体回転子103、導電部材
102は、中空の鉄心(コア)106の内部に収容さ
れ、導体102端部に接続した出力ケーブルを介して鉄
心106外部の出力端子105に接続されている。
【0033】なお、円盤状の導電部材102を複数に分
割し、分割された各部材から出力を取り出すようにして
もよい。この場合、導電部材102は、周方向又は径方
向に複数分割する構成としてもよい。また同一の導電部
材102から出力端子を複数取り出すようにしてもよ
い。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、超
電導直流発電機において、従来必要とされていたブラシ
を不要とし、このためブラシ等の消耗部品がなくなり、
発電動作の信頼性、安定性を向上し、長寿命化を達成す
るものであり、その実用的価値は極めて高い。
【0035】その理由は、本発明においては、超伝導コ
イルにより発生した磁場中に、第二種超伝導体を含む回
転子を配し、該回転子のそばに導体を配置し、該導体に
出力端子を取り付けた構成として、ブラシ等の消耗部品
をなくしたためである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明するための図である。
【図2】本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図3】本発明の一実施例の超伝導回転子の構成を示す
図である。
【図4】本発明の第2実施例の構成を示す図である。
【図5】本発明の実施例の装置構成を示す図である。
【図6】従来の直流発電機の構成を示す図である。
【符号の説明】
101 超伝導磁石(超伝導コイル) 102 中空円盤型導電部材 103 回転子(超伝導体回転子) 104 回転軸 105 出力端子 106 鉄心 107 支持リブ 108 支持リング 109 超伝導体(第二種超伝導体)

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁場中に、第二種超伝導体を含む回転子を
    配し、前記回転子のそばに前記回転子と離間して導体を
    配置し、前記回転子を回転させて該導体内に電場を誘起
    せしめ該導体から出力を取り出すように構成したことを
    特徴とする直流発電装置。
  2. 【請求項2】前記直流磁場を超伝導磁石で生成する、こ
    とを特徴とする請求項1記載の直流発電装置。
  3. 【請求項3】磁束量子をピン止めした状態の第二種超伝
    導体を含み、回転軸を中心に回転自在に配置された回転
    子と、 前記回転子に対向して固定配置された導電部材と、 前記導電部材の端部に接続された出力端子と、 前記回転子の回転面に垂直方向の直流磁場を発生する手
    段と、 を備え、 前記回転子を回転させ前記出力端子から電力を取り出
    す、ことを特徴とする直流発電装置。
  4. 【請求項4】前記導電部材が、前記回転子に対向配置さ
    れる中空円盤型の平面形状とされ、径方向の内側端と外
    側端に前記出力端子をそれぞれ接続したことを特徴とす
    る請求項3記載の直流発電装置。
  5. 【請求項5】前記回転子が、前記回転子を構成する前記
    超伝導体を支持するリブ構造を備えたことを特徴とする
    請求項3記載の直流発電装置。
  6. 【請求項6】前記リブ構造内部に冷媒を流し前記超伝導
    体を冷却する、ことを特徴とする請求項5記載の直流発
    電装置。
  7. 【請求項7】前記回転子が、前記回転子を構成する前記
    超伝導体の外周を支持するリング形状の支持部材(「支
    持リング」という)を備え、前記支持リングと前記回転
    軸間に径方向に配設される支持リブを複数備えたことを
    特徴とする請求項3記載の直流発電装置。
  8. 【請求項8】前記支持リブ及び前記支持リングをパイプ
    構造とし、前記支持リブ及び前記支持リングに冷媒を流
    して前記超伝導体を冷却する、ことを特徴とする請求項
    7記載の直流発電装置。
  9. 【請求項9】前記回転軸がパイプ構造とされ、前記回転
    軸と前記支持リブとが連通し、前記回転軸から前記冷媒
    が出し入れされ、前記支持リブ及び前記支持リブと連通
    した前記支持リング中を前記冷媒が流れ、前記超伝導体
    を冷却する、ことを特徴とする請求項8記載の直流発電
    装置。
  10. 【請求項10】前記支持リング及び支持リブが絶縁部材
    よりなる、ことを特徴とする請求項7又は8記載の直流
    発電装置。
  11. 【請求項11】前記支持リング及び支持リブにおいて前
    記超伝導体との接続部が電気的に絶縁処理されている、
    ことを特徴とする請求項7又は8記載の直流発電装置。
  12. 【請求項12】前記回転子を前記回転軸を共通として複
    数備え、前記各回転子に対向して固定配置される前記導
    電部材を複数備えたことを特徴とする請求項3乃至11
    のいずれか一に記載の直流発電装置。
  13. 【請求項13】前記超伝導磁石により前記回転子の回転
    面に垂直方向の直流磁場を発生する、ことを特徴とする
    請求項3乃至11のいずれか一に記載の直流発電装置。
  14. 【請求項14】前記回転子、前記導電部材、前記超伝導
    磁石を、鉄心中空内に収容したことを特徴とする請求項
    12記載の直流発電装置。
  15. 【請求項15】前記導電部材を複数に分割し、分割され
    た各部材から出力を取り出すことを特徴とする請求項3
    又は4記載の直流発電装置。
  16. 【請求項16】一つの前記導電部材から出力端子を複数
    取り出すことを特徴とする請求項3又は4記載の直流発
    電装置。
JP9284500A 1997-10-01 1997-10-01 超電導直流発電装置 Withdrawn JPH11113241A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7315103B2 (en) 2004-03-03 2008-01-01 General Electric Company Superconducting rotating machines with stationary field coils
US7489060B2 (en) 2006-06-30 2009-02-10 General Electric Company Superconducting rotating machines with stationary field coils
US7492073B2 (en) 2006-06-30 2009-02-17 General Electric Company Superconducting rotating machines with stationary field coils
WO2020013606A1 (ko) * 2018-07-10 2020-01-16 이종훈 중력을 회전운동 모드로 변경하여 전기를 발생시키는 발전 장치

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