JPS5914354A - 超電導回転子 - Google Patents

超電導回転子

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JPS5914354A
JPS5914354A JP57122042A JP12204282A JPS5914354A JP S5914354 A JPS5914354 A JP S5914354A JP 57122042 A JP57122042 A JP 57122042A JP 12204282 A JP12204282 A JP 12204282A JP S5914354 A JPS5914354 A JP S5914354A
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Shigenobu Mori
誉延 森
Hiroshi Fukui
寛 福井
Tetsuo Kashimura
樫村 哲夫
Yoshimi Yanai
吉美 矢内
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • 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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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電磁遮蔽体に係り特に超電導発電機の常温電磁
遮蔽体に好適な電磁遮蔽体に関する。
第1図は超電導発電機の回転子の構成を示す断−面図で
ある。これは回転界磁型超電導発電機におけるものであ
る。回転子は多重同心中空円筒構造を有し、外側より、
常温電磁a液体11、低温電磁遮蔽体9(液体ヘリウム
の液化温度より約50℃高くなっている。)、超電導コ
イルカバー8、超電導コイルバインド7、超電導コイル
2、超電導コイル2を収納するトルクチューブ6、冷却
用ヘリウム流路5、シャフト10、電流リード線1、液
体ヘリウム4、液体ヘリウム導入管3によって構成され
ている。液体ヘリウムは回転の遠心力によってトルクチ
ューブ6の壁に押しつけられ、図のように円筒状になる
。低温電磁遮蔽体9および常温電磁遮蔽体11内はいず
れも真空になっている。
大容量発電機においては電力系統事故時に電機子巻線の
電流が変動する。このときもし電磁遮蔽体9.11かな
いと、電機子巻線の発生する磁束と界磁電流との相互作
用により制動力が働らく為、回転子が減速し、同期をは
ずれる。同期をはずれると電機子′電流か尚−膚著しく
変動し、かつ回転子に過大なる推力と制動力が交互に発
生するため電力系統にとっても発電機にとっても致命的
な損傷となる。
このように電磁遮蔽体9,11は回転子が同期からはず
れるのを防止するために設けるものである。換言すれば
、電磁遮蔽体9.11は、電機子磁束の変動分が界磁巻
線に鎖交するのを防止するためのものであり、導体内に
うず電流を流して磁束密度を減衰させるのである。電機
子磁束には120H2成分と、回転子の動揺に伴う0.
5〜2)1zの低周波成分があり、前者は常温電磁遮蔽
体により、後者は低温電磁遮蔽体により、それぞれ遮蔽
される。この時、電機子磁束と電磁遮蔽体のうず電流と
の相互作用によ・す、常温電磁遮蔽体11には回転動揺
制動力と強大な電磁力か発生する。
したがって常温遮蔽体に用いる材料は導電性が良好でか
つ強度の高いことが必要である。また、次の理由から非
磁性であることが要求される。すなわち、超電導コイル
の磁束密度は極めて高いが、電機子巻線との間に強磁性
体が存在すると、磁性体の磁気飽和現象によって、有効
利用できる磁束が減少してしまうためである。
このような常温電磁遮蔽体の材料として、非磁性で導電
率の高い銅合金と機械強度の高い非磁性鋼とを爆発圧着
で張り合わせた二層複合材とすることが既に提案されて
いる(%開昭54−38792)。
しかし二層複合材を用いた電磁g触体は、その製作過程
での溶接によって、二層複合材の剥離や溶接部で溶接割
れを発生し、これらの欠陥が回転中に進展して電磁遮蔽
体の破壊をもたちす恐れがある。すなわち常温電磁遮蔽
体の製作に複合材や溶接構造を採用することは実際上問
題があった。
このため常温電磁遮蔽体は単一材料でしかも一体品とし
て製作されたものが望まれていた。
また従来、常温で非磁性かつ導電性の高い材料として析
出硬化型のアルミニウム合金や銅合金が知られているが
、これらの材料はいずれも常温0.2%耐力が50kg
f/mm’ 以下である。容量50MVA以上の超電導
発電機では常温電磁遮蔽体の材料として常温0.2%耐
力が60 kg f 7mm2以上のものを必要とする
ためアルミニウム合金や銅合金の適用は不可能である。
本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、常温で非
磁性であるとともに、導電性が高く高強度を有する電磁
遮蔽体を提供するにある。
本発明は、ニッケルと、ニッケルのキュリ一点を低下さ
せる金属元素とを主成分とし、常温で非磁性であるとと
もに、常温における比抵抗が70μΩ・cm以下であり
、析出強化されているニッケル基合金製の電磁遮蔽体に
よってこの目的を達成するものである。
発明者らは、強度と導電性が高く、非磁性を得られるニ
ッケル基合金について種々検討した結果、ニッケル・銅
合金が実用的見地から最も好適な合金であることを見出
した。
ニッケル・銅合金では銅含有量の増加とともにキュリ一
点が低下し、銅含有量が33%を越えると常温で非磁性
が得られる。また鋼含有量の増加とともに比抵抗が増し
導電性が低下する。常温電磁遮蔽体で必要とされる比抵
抗は70μΩ・10m以下であるが、銅含有量が33%
以下のニッケ/し・銅合金は70μΩ・cm以下の比抵
抗を示す。
ニッケル・銅合金における問題は機械的強度である。こ
のためニッケル・銅合金の比抵抗に大きな影智ヲ与える
ことなく析出強化させることが可能な元素を検討した結
果、アルミニウムが最も優れていることがわかった。ア
ルミニウムを適量添加したニッケル・銅合金を450℃
〜650℃の温度範囲で時効処理するとガンマ・プライ
ム相(Ni、Cu )sA/f有す8゛オ一ステナイト
組織となり、合金の機械的強度は著しく高くなる。ア/
L。
ミニラムはまたニッケル・銅合金のキュリ一点を低下さ
せる元素として有効である。
本発明の常温電磁遮蔽体に適した前記ニッケル基合金の
成分は重量係で、下記の範囲とするのが好ましい。
すなわち重量係で、炭素0.251以下、シリコン0.
5%以丁、マンガン1.5係以下、チタン1.5チ以下
、アルミニウム2.5〜7.0’l、銅8〜33チ、残
部ニッケルから成り、アルミニウムと銅の含有tは、Y
軸がアノCミニラム含有量、Y軸が銅含壱量である。第
2図においてA(5,33)、B(7,33)、C(7
,8)、1)(2,5,s)、7E(2,5,15)、
F(5,15)の各点を結ぶ直線に囲まれる範囲内から
EFAの各点を結ぶ線上の含有量を除いた含有量を有す
る範囲である。
C(0,25、Si  0.1〜0.5 %、Mn0.
5〜1.5チ、TiQ、l〜0.5%、A t 3.5
〜5 %、CL115〜27%。
このように組成範囲を限定するのは以下の理由による。
炭素は合金の固溶強化元素であるが、多過ぎると電気抵
抗を増加させるとともに、TICが析出して切削加工性
か悪くなるので0.25チ以下が好ましい。
シリコンは合金溶解時に脱酸剤として添加することが好
ましいが、0.5%を越えると合金の鍛造性、靭性、導
電性を低下させるところから0.5%以下が好適である
マンガンは合金溶解時に脱酸剤および脱硫剤として添加
することが好ましいが、1.5%を越えると導電性を著
しく低下させるところから1.5チ以下が好適である。
チタンは合金の鍛造性を良好にするので添加することが
好ましいが、1.5チを越えると導電性を著しく低下さ
せふところから1.5%以下が好適である。
アルミニウムはガンマ・プライム相(Ni、Cu)3A
tk生成して合金を強化し、また合金のキュリ一点を低
下させる元素として必要である。また銅も合金のキュリ
一点を低下させる元素として必要である。アルミニウム
と銅の含有量は第1図のABCl)EFの各点を結ぶ直
線に囲まれる範囲において本発明の目的とする特性、す
なわち、常温0.2 %耐力カ60 kgf/mm2以
上、常温比抵抗が70μΩ・cm以下、キュリ一点が0
℃以下なる特性を満足できる。
なお、本発明の電磁遮蔽体は、例えば、溶製後熱間鍛造
し、次いで必要に応じ溶体化処理し、さらに時効処理し
て製造される。
次に本発明の実施例について説明する。
実施例1 第1表に示す成分から成るニッケル基合金を真空溶解後
、600〜1100℃で熱間鍛造して板厚15mmとし
、これを800〜900℃に1時間保持し、その直後に
水冷し溶体化処理するとともに、さらに、590℃に1
66時間保持後炉冷、次いで540℃に6時間保持後炉
冷し、更に480℃に6時間保持後空中冷却し、時効処
理を与えた後、キュリ一点、常温比抵抗、常温0.2チ
耐力を測定した。その結果を第1表に示した。また第2
図〜第4図にグラフとして示した。
第2図は本発明合金のキュリ一点とCuiとの関係、第
3図は本発明合金の比抵抗とCu量との関係、第4図は
本発明合金の0.2%耐力とCu量との関係を示す。
第1表より本発明合金はいずれもキュリ一点が0℃以下
であす、シたがって常温で非磁性であることが認められ
る。また常温で70μΩ・cm以下ノ比抵抗トロ 0 
kg f/m1Il+’以上の0.2%耐力を有し超電
導発電機用電磁遮蔽体の材料に好適である。
実施例2 第2表に示す成分のニッケル基合金を真空溶解によって
10 kg溶製後、熱間鍛造して直径30mInの棒と
し、次にこれを電極としてエレクトロスラグ再溶解し、
直径5Qmln、長さ230mmのインゴットを得た。
この時、フラックスには(409ACaF、  30%
CaC304kttOs )+1チTiO2を用い、電
流750〜800A、’電圧25〜27■、溶解速度3
20 (g/min ) ノ条件で再溶解した。この後
、インボッ)k600〜1100℃で熱間鍛造して直径
15 m1llの棒とし、850℃に1時間保持し、こ
の直後水冷する溶体化処理後、590℃に166時間保
持後炉冷、さらに540℃に6時間保持後炉冷し、次い
で480℃に6時間保持後空中冷却して時効処理を与え
た。
このようにして製作したニッケル基合金のキュリ一点1
d−20℃、比抵抗は5?4μΩecm。
0.2%耐力は80 kg f/mm2に示シ、超電導
発電機用電磁S触体に要求される特性を全て満足した。
また本実施例においては、エレクトロスラグ再溶解を採
用することによって、清浄度の高い合金を得られる他、
中空インゴットの大型化が可能となるため、500MV
八以上の大容量超電導発電機の常温電磁遮蔽体を一体鍛
造品として製作することも可能である。
第  21表 以上の通り本発明によれば、磁性、抵抗および強度の緒
特性において優れた、ニッケル基合金製の電磁遮蔽体が
提供される。
【図面の簡単な説明】
第1図は超電導発電機用回転子の構成を示す断面図、第
2図は本発明合金のアルミニウムおよび銅含有量の適正
範囲図、第3図は本発明の一実施例の合金のキュリ一点
とCu量との関係を示す説明図、第4図は本発明合金の
比抵抗とCu量との関係を示す説明図、第5図は本発明
合金の0.2チ耐力とCu量との関係を示す説明図であ
る。 第10 第2囚 2    3    4     E     6  
  7アルミーウA(中量 り 第3 [¥] C−(vd、Z) 第4囚 CcL(uJ、 % )

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 重量係で、炭素0.25チ以下、シリコン0.5係
    以下、マンガン1.5%以下、チタン1.5チ以下、ア
    リミニラム2.5〜7.0 % 、銅8〜33%、残部
    ニッケルから成り、アルミニウムと銅の含有量は、X軸
    がアルミニウム含有量、Y軸が銅含有量である図におい
    てAC5,33)、B (7,33)、C(7,8)、
    D(2,5,8)、E(2,5,15)、F (5,1
    5)の各点を結ぶ直線に囲まれる範囲内からEFAの各
    点を結ぶ線上の含有量を除いた含有量を有し、ガンマ・
    プライム相を析出したオーステナイト組織からなること
    を特徴とする電磁遮蔽体。
JP57122042A 1982-07-15 1982-07-15 超電導回転子 Granted JPS5914354A (ja)

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JP57122042A JPS5914354A (ja) 1982-07-15 1982-07-15 超電導回転子

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JPS5914354A true JPS5914354A (ja) 1984-01-25
JPH0318427B2 JPH0318427B2 (ja) 1991-03-12

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JP57122042A Granted JPS5914354A (ja) 1982-07-15 1982-07-15 超電導回転子

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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52112709A (en) * 1976-03-19 1977-09-21 Hitachi Ltd Cooling apparatus for low-temperature rotor

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS52112709A (en) * 1976-03-19 1977-09-21 Hitachi Ltd Cooling apparatus for low-temperature rotor

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