JPS6041829Y2 - 超電導回転子 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は冷却のための構成を改良した超電導回転子即ち
超電導回転機の超電導コイルを備えた回転子に関する。

超電導回転子においては、内蔵した超電導コイルを運転
中宮に冷却しなければならない。

このため一般には第１図に示すように回転子の内筒１に
環状のコイル支持溝３を設け、その中に円周方向に等間
隔で複数のポールピース５（別体で作り内筒１に固定し
てもまた内筒と一体に形成してもよい）を設けその周り
の鞍形超電導コイル７を配置した後、蓋として作用する
円筒９を嵌装することにより超電導コイル７のまわりに
環状の密封空間を作り、該空間に冷媒給送管１１より延
びた管路１３を内筒１の内径側より接続し矢印で示す方
向に冷媒である液体ヘリウムを強制循環するように構成
して超電導コイル７を約４．２’Ｋに維持することによ
って運転中超電導コイルを起電導状態に維持する。

この場合超電導コイル７には、コイル内の径方向および
軸方向に液体ヘリウムが通流し得るように、超電導線と
適宜のスペーサとにより冷媒流路が形成され、液体ヘリ
ウムが遠心力によりこの冷媒流路の少くともコイル外径
側空間には充満されるように構成されている。

（特開昭５１−７４０３号および実開昭５１−１５０４
０３号参照）このような構成においては、回転子が回転
している間は冷媒が環状の密封空間の周方向に均一に分
散されるが運転停止期間中は冷媒は重力の作用で下方部
のみに通されるようになるため、回転子の温度分布が上
下において不均一になる。

下方部のみに通されるようになるのは次のような理由に
よる。

即ち、運転中は気体ヘリウムより比重の大きい液体ヘリ
ウムがコイルの外径方向に流動するようなより大きい遠
心圧力を受けるので侵入熱により液体ヘリウム流路中で
一部気化したヘリウムガス気泡が液体ヘリウムとともに
円滑に径方向に運ばれて比較的均一な液体ヘリウムの流
動が得られる。

ところが、回転を停止すると遠心圧力がなくなるため、
液体ヘリウムの所定の供給圧のみで流動が行われること
になる。

この場合、コイル内で侵入熱により気化がおこると、気
化の体積膨張に伴う圧力上昇や２相流による流動損失の
増大により液体ヘリウムが流れにくいパスができ、偏流
を生ずるようになる。

供給圧が過大であれば勿論偏流はさけられる場合もある
が、供給圧を過大に設定することは、回転子の強度設計
上も、供給装置の設計上も好ましいことではない。

この偏流傾向は液体ヘリウム冷媒が通流しないと温度上
昇に伴ないさらに気化が助長されそれに伴ない偏流が助
長される。

回転が停止すると液体ヘリウムは動力の作用により下方
部へ圧力をうけるので、必然的に下方部に選択的に液体
ヘリウム冷媒が流れれる傾向となり、そのために以下の
ような問題が生ずる。

周知のようにコイル付近は数度にの極低温であるため、
外気との温度差が大きく、冷媒の達しない部分は急激に
温度が上り、一方冷媒に接する部分は極低温のままにと
どまるため、内筒１の上下の温度差は非常に大きくなり
、大きな曲げモーメントが作用する。

内筒１は両端の軸受部１５より熱がコイルに伝導するの
を極力妨げるように肉薄とされているため、このような
大きな曲げモーメントが作用すると次にこの状態を改善
せずにそのまま起動した場合極めて大きな振動を生じ、
場合によっては回転子を破壊する懸念がある。

従来技術の別の実施例として、前記実施例のように超電
導線とスペーサとによって構成された超電導コイルの内
部空間に液体ヘリウムを通流する冷却構造とは異なり、
コイルスロット内に挿入された絶縁板に設けた冷却溝に
液体ヘリウムを通流する構造のものが知られている。

（特開昭５１−１００２０５号参照）。

上記冷却溝は、超電導体に向い合った面上で、回転子軸
方向に平行にコイルスロットに沿って多数設けられたも
ので、導体は直接冷却されるようになっている。

本冷却構造は、前記のコイル内部空間に液体ヘリウムを
通流する複雑な冷却通路構造に比べれば、前記偏流の問
題に対し比較的好ましい構造ではあるが、回転子軸方向
に直行する冷却溝が、円筒状に多数並列分布していて、
円周方向に流れる一本道を構成する冷却溝が軸方向にわ
たって構成されていないので、回転子が停止すると、並
列冷却溝間の偏流が生じ易く、回転子上下間の温度差発
生の問題は相変らず解消し得ない。

本考案は、回転子の停止時にも内筒の周方向に温度差を
生じさせることのない構成の冷却系統を備えた超電導回
転子の提供を目的とするものであり、以下第２図以降に
示した本考案の実施例について説明する。

第２図において２１．２１’は超電導回転子の必駆動側
及び駆動側軸受部であり、夫々の軸受部２１．２１’に
は内端に円板状フランジ２１ａ。

２１ｂが設けられ、両フランジ超電導コイルを支持する
内筒２３とダンパーシールドとしての外筒２５が溶接等
の手段により固定されそれらの間に真空の空間を形成し
ている。

内筒２３にはその円周方向にほぼ環状のコイル支持溝２
７が設けられている。

コイル支持溝２７にはポール数に応じて円周方向に等ピ
ッチで複数個のポールピース２９が固定される。

尚、このポールピースは内筒ト一体に形成してもよい。

各々のポールピース２９にはそれを取巻いて鞍形超電導
コイル３１が配置される。

超電導コイル３１の半径方向内側と内筒２３の外周との
間には前記環状コイル支持溝２７部において熱の良導体
例えば鍋、アルミニウムなどで作られた冷却スペーサ３
３を介在配設し、超電導コイル３１の少くとも一部に接
触したスペーサ３３によりその外方を除いて包囲するよ
うに構成する。

スペーサ３３の内側と内筒２３の周面との間には冷媒を
通す流路が設けられる。

図示の実施例においてはこの流路はスペーサ３３が内筒
２３と接する面に設けられた溝３５によって構成されて
いる。

この溝はスペーサと内筒が接する面において、内筒側に
又は両方に設けてもよい。

この場合超電導コイル３１としては、コイル内部に流路
を設ける必要がないので、樹脂を含浸して超電導線を固
めたいわゆる樹脂含浸コイルを採用することが好適であ
る。

溝の配設状態が明らかになるよう、第３図及び第４図に
コイル支持溝２７の展開図を示した。

これらの図において破線で示されるように、溝はスペー
サ３３の全域にわたり内筒軸方向に流れる蛇行流路とし
て設けられる。

尚、第３図はポールピースが２つ即ち２極で、流路が内
筒２３側に設けられ、２つの流路がポールピースのない
区間では並行して構成される例を示し、第４図はポール
ピースが２つでスペーサ３３を核状に２分割して各々に
流路を構成した例を示す。

第３図においては、一方の冷媒流路に着目した場合、ポ
ールピースの部分を除いて、はＳ゛内筒全周にわたって
液冷媒の一本道が形成されているので、冷媒が通流して
いる状態においては、偏流により回転子の上下に温度差
が生じる問題はあり得ない。

従って第４図に比べてより好適である。これらの溝の一
方の側は、供給パイプ３７を介して、液体ヘリウム等の
冷媒の給送パイプ３９の供給側に接続されこれによって
溝３５には運転中常時冷媒が通流し、スペーサ３３が全
域にわたり冷却され、このスペーサを介して超電導コイ
ル３１が冷却される。

溝３５の他方の側を出た冷媒はパイプ４１によって、コ
イル支持溝２７の両側に夫々設けられた２つの熱交換部
４３に送られ、ここで回転子両端部からの熱伝導による
熱を吸収し、超電導状態にある超電導コイル部に伝わる
侵入熱を減少する。

左右の熱交換部４３を出た冷媒は復帰パイプ４５を介し
て給送パイプ３９の戻り側管路に戻る。

超電導コイルの半径方向の高さが大となった場合には、
スペーサ３３に、第５図に示されるように、超電導コイ
ル支持溝２７の側壁部より水平に延びるフィン４７を形
成して夫々のフィン間にコイル３１の巻線を介在させて
さらに冷却効果を高めることも可能である。

尚、第２図において４９で示したコイル押え内筒はコイ
ルの遠心力による外方への移動を拘束するものであるが
、この内筒も鋼板からなる円筒にスペーサ３３と同様の
熱良導体板を内張すして超電導コイル３１が冷却された
熱良導体と接する面積を増やしさらに冷却効果を上げる
こともできる。

かかる構成は超電導回転子の回転、停止の頻度の大きい
特に港内で停泊する船舶の推進用超電導電動機として特
に有効である。

上述の如き構成においては、回転子が停止しているとき
も、冷媒は溝３５を通って流されるため、偏流の問題が
ほとんどなく内筒の円周方向に関し均一に分布し、上下
間に温度差が生じることがなく、従って内筒に曲げ応力
が加わることが確実に防止でき再起動時の振動も小さく
抑えることができる。

なお、第３図、第４図においては冷媒供給路は夫々２つ
設けた例を示したが、例えば第３図において流路は単一
路や３つ以上の流路であってもかまわない。

また内筒軸方向に流れる流路が形成できるならば、本実
施例に示した蛇行流路に限定されるものではなく、蛇行
形状の変形やその変形の一つである螺線流路などの種々
の変形例がこの考案の技術思想の範囲内において採用し
得ることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な超電導回転子の内部構造を示す断面図
；第２図は本考案の１つの実施例による超電導回転子の
断面図；第３図及び第４図は第２図に示した冷媒用流路
としての溝の形状を示す展開図；第５図は冷却スペーサ
の変形例を示す断面で示した部分図である。 ２３・・・・・・内筒、２９・・・・・・ポールピース
、３１・・・・・・超電導コイル、３３・・・・・・ス
ペーサ、３５・・・・・・流路を形成する溝、３９・・
・・・・冷媒給送パイプ、４７・・・・・・フィン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 回転子軸の端板と共に真空空間を形成する外筒と、軸方
   向はぼ中央部に超電導コイル取付部を有し前記中央部の
   両側が肉薄の円筒より戒る内筒とを備えた超電導回転子
   において、前記内筒の超電導コイル取付部と超電導コイ
   ルとの間に熱良導体から成るスペーサを超電導コイルに
   密着させて介在せしめ、このスペーサまたは内筒の超電
   導コイル取付部に、内筒軸方向に蛇行する極低温液冷媒
   通流用の溝を形成し、該通流溝の液冷媒導入出部に液冷
   媒給排パイプを連結して、超電導コイルをスペーサを介
   して間接的に冷却するようにしたことを特徴とする起電
   導回転子。