JPS60194751A - 超電導回転子とその製造方法 - Google Patents
超電導回転子とその製造方法Info
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- JPS60194751A JPS60194751A JP59047101A JP4710184A JPS60194751A JP S60194751 A JPS60194751 A JP S60194751A JP 59047101 A JP59047101 A JP 59047101A JP 4710184 A JP4710184 A JP 4710184A JP S60194751 A JPS60194751 A JP S60194751A
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- Japan
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- temperature damper
- damper
- rings
- reinforcing rings
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
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- Power Engineering (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の技術分野〕
本発明は回転電機の超電導回転子の構造とその製造方法
に関する。
に関する。
第１図および第２図は、従来および本発明の一実施例に
共通した構造部分を示す超電導回転子の縦断面および横
断面図である。図において、本回転子は内部に冷却媒体
としての液体ヘリウム（１）を保持する回転子内筒（２
）と、その外径側に位置する回転子外筒（３）とから構
成されており、これらは回転子内筒（２）の両端に位置
するトルクチューブ（４）端において、一端部は強固に
ボルト等で、また他端部は回転子内外筒（２）、（３）
の熱伸縮を吸収する熱伸縮吸収構造（５）を介して連結
されている。回転子内筒（２）内部の液体ヘリウム（１
）は、軸端から回転２重管（６）を通じて供給され、ま
た、回転子内筒（２）のコイル溝（７）に収納される超
電導コイル（８）は、楔（９）、絶縁物（１０）を用い
て、また、回転子内筒（２）から出たエンド部の超電導
コイル（１１）については保持環（１２）を用いて、夫
々遠心力、電磁力に対して強固に固定されている。また
、回転子外筒（３）の両側には、継ぎシャフト（１３）
がボルト等を介して強固に結合されている。また、回転
子外筒（３）は真空容器を兼ね、また交流磁界の浸透を
くい止めるため、また、負荷変動時の回転子動揺の防止
のため、常温ダンパー（３ａ）、およびその内外層の補
強リング（３ｂ） 、 （３ｃ）を焼嵌等で一体化した
積層構造とするのが従来の手段である。
共通した構造部分を示す超電導回転子の縦断面および横
断面図である。図において、本回転子は内部に冷却媒体
としての液体ヘリウム（１）を保持する回転子内筒（２
）と、その外径側に位置する回転子外筒（３）とから構
成されており、これらは回転子内筒（２）の両端に位置
するトルクチューブ（４）端において、一端部は強固に
ボルト等で、また他端部は回転子内外筒（２）、（３）
の熱伸縮を吸収する熱伸縮吸収構造（５）を介して連結
されている。回転子内筒（２）内部の液体ヘリウム（１
）は、軸端から回転２重管（６）を通じて供給され、ま
た、回転子内筒（２）のコイル溝（７）に収納される超
電導コイル（８）は、楔（９）、絶縁物（１０）を用い
て、また、回転子内筒（２）から出たエンド部の超電導
コイル（１１）については保持環（１２）を用いて、夫
々遠心力、電磁力に対して強固に固定されている。また
、回転子外筒（３）の両側には、継ぎシャフト（１３）
がボルト等を介して強固に結合されている。また、回転
子外筒（３）は真空容器を兼ね、また交流磁界の浸透を
くい止めるため、また、負荷変動時の回転子動揺の防止
のため、常温ダンパー（３ａ）、およびその内外層の補
強リング（３ｂ） 、 （３ｃ）を焼嵌等で一体化した
積層構造とするのが従来の手段である。
さて、この常温ダンパー（３ａ）は超電導回転電機を発
電機として用いる場合、発電機の短絡時に、次式にて示
す電磁力を受けることが良く知られでいる。
電機として用いる場合、発電機の短絡時に、次式にて示
す電磁力を受けることが良く知られでいる。
Ｐ ” Ｐ １ ＋ Ｐ ２ ｃｏｓ ２θここで、Ｐ
ｌは定常圧力弁、Ｐ２は第３図に示すように常温ダンパ
ー（３ａ） １周に対して、円周方向角度をθとしｃｏ
ｓ２θで分布する圧力成分であるにのため、常温ダンパ
ー（３ａ）およびその内外層の補強リング（３ｂ） 、
（３ｃ）から構成される回転子外筒（３）は、楕円形
に変形する動きをし、第３図のＡ点およびＢ点に符号の
反転する曲げ応力が生ずる。
ｌは定常圧力弁、Ｐ２は第３図に示すように常温ダンパ
ー（３ａ） １周に対して、円周方向角度をθとしｃｏ
ｓ２θで分布する圧力成分であるにのため、常温ダンパ
ー（３ａ）およびその内外層の補強リング（３ｂ） 、
（３ｃ）から構成される回転子外筒（３）は、楕円形
に変形する動きをし、第３図のＡ点およびＢ点に符号の
反転する曲げ応力が生ずる。
商用機用として計算すると１例えば第３図のＢ点におけ
る応力は第４図のようになり、内外層補強リング（３ｂ
） 、 （３ｃ）には約７０〜８０ｋｇ／ｍｍ２程度、
常温ダンパー（３ａ）には約２０〜３０ｋｇ／ ｍｍ２
程度の応力が作用する。これらの応力に耐えるために常
温ダンパー（３ａ）は高強度の銅合金（０，２％耐力σ
岬４００．２ ｋｇ／ＴｎＩｎ２程度）、内外層補強リング（３ｂ）
、 （３ｃ）についても高強度の非磁性合金（０，２％
耐力σ ＝１０００．２ ｋｇ／ｍｍ２）が用いられるのが常である。
る応力は第４図のようになり、内外層補強リング（３ｂ
） 、 （３ｃ）には約７０〜８０ｋｇ／ｍｍ２程度、
常温ダンパー（３ａ）には約２０〜３０ｋｇ／ ｍｍ２
程度の応力が作用する。これらの応力に耐えるために常
温ダンパー（３ａ）は高強度の銅合金（０，２％耐力σ
岬４００．２ ｋｇ／ＴｎＩｎ２程度）、内外層補強リング（３ｂ）
、 （３ｃ）についても高強度の非磁性合金（０，２％
耐力σ ＝１０００．２ ｋｇ／ｍｍ２）が用いられるのが常である。
常温ダンパー（３ａ）の板材は（１０１）式で与えられ
る交流磁界に対する表皮効果深さ６以上の厚さが必要で
、一般に１０Ｈｚ以上をカットするとして１５〜２５ｍ
ｍ程度の厚さにし、又、内外層補強リング（３ｂ） 。
る交流磁界に対する表皮効果深さ６以上の厚さが必要で
、一般に１０Ｈｚ以上をカットするとして１５〜２５ｍ
ｍ程度の厚さにし、又、内外層補強リング（３ｂ） 。
（３ｃ）は上述の短絡力に対する剛性を受けもつ点から
２５〜３５ｍｍ程度以上の厚さに選定されることが多ｂ
）。
２５〜３５ｍｍ程度以上の厚さに選定されることが多ｂ
）。
但し、ω＝２πｆ、ｆ：周波数、μ：透磁率。
σ：導電率
上記常温ダンパー（３ａ）、内外層補強リング（３ｂ）
。
。
（３ｃ）の３層構造の製造方法として、（１）あらかじ
め爆着又は圧着により接合した板を丸めて溶接接合する
方法。
め爆着又は圧着により接合した板を丸めて溶接接合する
方法。
（２）あらかじめ円筒を個々に製作しておき、これらを
逐次又は３層同時に爆着で接合する方法。
逐次又は３層同時に爆着で接合する方法。
（３）円筒を焼嵌又はろう付、はんだ付等で構成する方
法。
法。
等が考えられる。
しかしながら、上記（１）、 （２）の爆着による方法
では補強リング材が高強度材料であること及び板厚が厚
いことから良好な形状を得ることは難かしい。
では補強リング材が高強度材料であること及び板厚が厚
いことから良好な形状を得ることは難かしい。
又上記（１）の溶接接合において常温ダンパー材に補強
リング材の成分が混入し、導電率が低下すると共に溶接
部の強度が低下する欠点があった。
リング材の成分が混入し、導電率が低下すると共に溶接
部の強度が低下する欠点があった。
（３）の方法では、長尺の焼嵌およびろう付けにより十
分信頼性のあるものを得ることが困難である欠点があっ
た。
分信頼性のあるものを得ることが困難である欠点があっ
た。
本発明は内外層補強リング材の強度および常温ダンパー
材の強度も満足し、しかも密着のよい一体として挙動す
る超電導回転子とその製造方法を提供することを目的と
する。
材の強度も満足し、しかも密着のよい一体として挙動す
る超電導回転子とその製造方法を提供することを目的と
する。
本発明においては、超電導回転子の構造としては、内部
に冷却媒体を保持する回転子内筒と、この回転子内筒の
外側に位置し、常温ダンパーおよびその内外層の補強リ
ングを一体化した積層構造の回転子外筒とを具備した超
電導回転子において、常温ダンパーは内外層の補強リン
グ間に常温ダンパー材料を溶湯で注入固化したものとし
、その製造方法としては、内部に冷却媒体を保持する回
転子内筒と、この回転子内筒の外側に位置し、常温ダン
パーおよびその内外層の補強リングを一体化した積層構
造の回転子外筒とを具備した超電導回転子の製造方法に
おいて、内外層の補強リング間に常温ダンパー材料を溶
湯で注入同化する工程と、固化した常温ダンパーを時効
硬化熱処理を施こす工程とを有することにより、常温ダ
ンパーの強度も、内外層補強リングの強度も満足し、し
かもそれらの密着をよくし、一体として挙動できるよう
にするものである。
に冷却媒体を保持する回転子内筒と、この回転子内筒の
外側に位置し、常温ダンパーおよびその内外層の補強リ
ングを一体化した積層構造の回転子外筒とを具備した超
電導回転子において、常温ダンパーは内外層の補強リン
グ間に常温ダンパー材料を溶湯で注入固化したものとし
、その製造方法としては、内部に冷却媒体を保持する回
転子内筒と、この回転子内筒の外側に位置し、常温ダン
パーおよびその内外層の補強リングを一体化した積層構
造の回転子外筒とを具備した超電導回転子の製造方法に
おいて、内外層の補強リング間に常温ダンパー材料を溶
湯で注入同化する工程と、固化した常温ダンパーを時効
硬化熱処理を施こす工程とを有することにより、常温ダ
ンパーの強度も、内外層補強リングの強度も満足し、し
かもそれらの密着をよくし、一体として挙動できるよう
にするものである。
以下、本発明の一実施例について、第５図を参照して説
明する。尚、製造された超電導回転子の縦断面図および
横断面図は、第１図および第２図の通りであるので、こ
れも参照されたい。
明する。尚、製造された超電導回転子の縦断面図および
横断面図は、第１図および第２図の通りであるので、こ
れも参照されたい。
第５図は本実施例により、回転子外筒（３）を製造して
いる状態を示す斜視図である。
いる状態を示す斜視図である。
ニッケル基合金から成る内層補強リング（３ｂ）と外層
補強リング（３ｃ）をあらかじめリング鍛造又は板曲げ
溶接により製作し、必要に応じて７００℃程度の時効硬
化熱処理を施した後、内層補強リング（３ｂ）は外側を
、外層補強リング（３ｃ）は内側を機械切削仕上加工を
行なう。さらに常温ダンパー（３ａ）材との密着性を良
好にするために、その機械切削仕上加面に銅めっきを前
処理として行なう。その後、第５図に示すように内外層
補強リング（３ｂ） 。
補強リング（３ｃ）をあらかじめリング鍛造又は板曲げ
溶接により製作し、必要に応じて７００℃程度の時効硬
化熱処理を施した後、内層補強リング（３ｂ）は外側を
、外層補強リング（３ｃ）は内側を機械切削仕上加工を
行なう。さらに常温ダンパー（３ａ）材との密着性を良
好にするために、その機械切削仕上加面に銅めっきを前
処理として行なう。その後、第５図に示すように内外層
補強リング（３ｂ） 。
（３Ｃ）を同心に配置し、その間へ銅合金（例えばＣｕ
”−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｚｒ合金）の溶湯（１４）を注
ぎ込み、凝固させ、常温ダンパー（３ａ）、内外層補強
リング（３ｂ） 、 （３ｃ）の３層を一体とし、その
後、最大５００℃程度の温度で銅合金の時効硬化熱処理
を施こし。
”−Ｃｒ合金、Ｃｕ−Ｚｒ合金）の溶湯（１４）を注
ぎ込み、凝固させ、常温ダンパー（３ａ）、内外層補強
リング（３ｂ） 、 （３ｃ）の３層を一体とし、その
後、最大５００℃程度の温度で銅合金の時効硬化熱処理
を施こし。
銅合金から成る常温ダンパー（３ａ）の強度上昇を図る
。
。
次に作用について説明する。
常温ダンパー（３ａ）の時効硬化熱処理温度は、最大５
００℃程度であり、内外層補強リング（３ｂ） 、 （
３ｃ）の時効硬化熱処理温度の７００℃程度より、はる
かに低いため、内外層補強リング（３ｂ） 、 （３ｃ
）に悪影響を及ぼすことはない。常温ダンパー（３ａ）
（７） （ＩＡ ｓ材料の１つであるＣｕ −Ｃｒ合
金の一般的な材料（鍛造材とか圧延材等）と鋳造材の時
効硬化熱処理温度とロックウェル硬さの関係を第６図に
示す。
００℃程度であり、内外層補強リング（３ｂ） 、 （
３ｃ）の時効硬化熱処理温度の７００℃程度より、はる
かに低いため、内外層補強リング（３ｂ） 、 （３ｃ
）に悪影響を及ぼすことはない。常温ダンパー（３ａ）
（７） （ＩＡ ｓ材料の１つであるＣｕ −Ｃｒ合
金の一般的な材料（鍛造材とか圧延材等）と鋳造材の時
効硬化熱処理温度とロックウェル硬さの関係を第６図に
示す。
第６図から明らかなように鋳造材は鍛造材又は圧延材と
比較すると若干硬さが低いが、Ｂスケールのロックウェ
ル硬さで約６０あり、強度的にも一般材よりわずかに下
廻ると予想されるが十分仕様を満足する。
比較すると若干硬さが低いが、Ｂスケールのロックウェ
ル硬さで約６０あり、強度的にも一般材よりわずかに下
廻ると予想されるが十分仕様を満足する。
又７００℃程度で析出硬化熱処理されたニッケル基合金
をさらに５００℃で長時間熱処理した後の機械的性質を
第７図に示す。第７図から明白なように、５００℃にお
ける熱処理はニッケル基合金の機械的性質に何んら影響
しない。従ってニッケル基合金製の内外層補強リング（
３ｂ） 、 （３ｃ）は、常温ダンパー（３ａ）を時効
硬化熱処理しても健全である。
をさらに５００℃で長時間熱処理した後の機械的性質を
第７図に示す。第７図から明白なように、５００℃にお
ける熱処理はニッケル基合金の機械的性質に何んら影響
しない。従ってニッケル基合金製の内外層補強リング（
３ｂ） 、 （３ｃ）は、常温ダンパー（３ａ）を時効
硬化熱処理しても健全である。
尚、第５図にのように単純に上部から銅合金を注ぐと、
これら銅合金は若干流動性が悪いため、より信頼性を高
めるためにダイキャスト方式で溶湯を瞬時に注入し、内
部の欠陥の発生を防止するようにしてもよいし、又は、
常温ダンパー（３ａ）と内外補強リング（３ｂ） 、
（３ｃ）との密着性をより強固なものにするため、第８
図に示すように内層補強リング（３ｂ）の外周側、外層
補強リング（３ｃ）の内周側に同じ偶数個の先端拡張突
条（１５）をたがいちがいに設け、３層をより強固に一
体化したものにしてもよい。
これら銅合金は若干流動性が悪いため、より信頼性を高
めるためにダイキャスト方式で溶湯を瞬時に注入し、内
部の欠陥の発生を防止するようにしてもよいし、又は、
常温ダンパー（３ａ）と内外補強リング（３ｂ） 、
（３ｃ）との密着性をより強固なものにするため、第８
図に示すように内層補強リング（３ｂ）の外周側、外層
補強リング（３ｃ）の内周側に同じ偶数個の先端拡張突
条（１５）をたがいちがいに設け、３層をより強固に一
体化したものにしてもよい。
以上説明したように、本発明によれば、常温ダンパーと
内外層補強リングが強固で密着性の良好な、超電導回転
子の製造が可能で、従来提案されているものに比べて、
極めて信頼性の高い超電導回転子が提供できる。
内外層補強リングが強固で密着性の良好な、超電導回転
子の製造が可能で、従来提案されているものに比べて、
極めて信頼性の高い超電導回転子が提供できる。
第１図は従来および本発明の一実施例に共通した構造部
分を示す超電導回転子の縦断面図、第２図は第１図の拡
大横断面図、第３図は第１図の常温ダンパーの回転電機
短絡時に受ける電磁力とそれによる変形を示す説明図、
第４図は第３図のＢ点における応力分布を示す説明図、
第５図は本発明の超電導回転子の製造方法の一実施例の
一工程の状態を示す斜視図、第６図は常温ダンパー材の
時効硬化熱処理温度と硬さの関係を示す曲線図、第７図
は内外層補強リングの５００℃における時効時間と機械
的性質の関係を示す曲線図、第８図は他の実施例を示す
要部横断面図である。 ■・・・冷却媒体である液体ヘリウム ２・・・回転子内筒 ３・・・回転子外筒３ａ・・・常
温ダンパー ３ｂ・・・内層補強リング３ｃ・・・外層
補強リング １４・・・常温ダンパー材の溶湯代理人
弁理士 井 上 −男 第 １ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 叶絢４Ｉ−＃Ｉ処硬結（Ｌ） 第 ７ 図
分を示す超電導回転子の縦断面図、第２図は第１図の拡
大横断面図、第３図は第１図の常温ダンパーの回転電機
短絡時に受ける電磁力とそれによる変形を示す説明図、
第４図は第３図のＢ点における応力分布を示す説明図、
第５図は本発明の超電導回転子の製造方法の一実施例の
一工程の状態を示す斜視図、第６図は常温ダンパー材の
時効硬化熱処理温度と硬さの関係を示す曲線図、第７図
は内外層補強リングの５００℃における時効時間と機械
的性質の関係を示す曲線図、第８図は他の実施例を示す
要部横断面図である。 ■・・・冷却媒体である液体ヘリウム ２・・・回転子内筒 ３・・・回転子外筒３ａ・・・常
温ダンパー ３ｂ・・・内層補強リング３ｃ・・・外層
補強リング １４・・・常温ダンパー材の溶湯代理人
弁理士 井 上 −男 第 １ 図 第 ４ 図 第 ５ 図 第 ６ 図 叶絢４Ｉ−＃Ｉ処硬結（Ｌ） 第 ７ 図
Claims (2)
- （１）内部に冷却媒体を保持する回転子内筒と、この回
転子内筒の外側に位置し、常温ダンパーおよびその内外
層の補強リングを一体化した積層構造の回転子外筒とを
具備した超電導回転子において、常温ダンパーは内外層
の補強リング間に常温ダンパー材料を溶湯で注入固化し
たものであることを特徴とする超電導回転子。 - （２）内部に冷却媒体を保持する回転子内筒と、この回
転子内筒の外側に位置し、常温ダンパーおよびその内外
層の補強リングを一体化した積層構造の回転子外筒とを
具備した超電導回転子の製造方法において、内外層の補
強リング間に常温ダンパー材料を溶湯で注入固化する工
程と、固化した常温ダンパーを時効硬化熱処理を施こす
工程とを有することを特徴とする超電導回転子の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047101A JPS60194751A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 超電導回転子とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59047101A JPS60194751A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 超電導回転子とその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60194751A true JPS60194751A (ja) | 1985-10-03 |
Family
ID=12765784
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59047101A Pending JPS60194751A (ja) | 1984-03-14 | 1984-03-14 | 超電導回転子とその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60194751A (ja) |
-
1984
- 1984-03-14 JP JP59047101A patent/JPS60194751A/ja active Pending
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