JPS6118348A - 超電導回転電機の回転子 - Google Patents

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】 １発明の技術分野〕 この発明は超電導回転電機の回転子、特に超電導界磁コ
イルをコイル取付軸に保持する構造に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来この種の一般的な回転子として第１図に示すものが
あった。第１図において、（１）はトルクチューブ、（
２）はトルクチューブ（１）の中央部を形成するコイル
取付軸、（３）はコイル取付軸（２）に固定されている
超電導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１ンとコ
イル取付軸（２）を囲続する常温ダンパ、（５）はこの
常温ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の間に配設され
ている低温ダンパ、（６）及び（７）はコイル取付軸（
２）のそれぞれ外周部及び側面部に取り付けられたヘリ
ウム外筒及びヘリウム外筒、（８）及び（９）はそれぞ
れ駆動側、反駆動側端部軸、（１０）はこれらの端部軸
（ｓ）、（９）を軸支する軸受、（１１）は界磁電流供
給用のスリップリング、（１２）はトルクチューブ（１
）に形成或いは配置されている熱交換器、（１３）は側
部輻射シールド、（１４）は真空部である。

上記構成からなる超電導回転電機の回転子においては、
コイル取付軸（２）に配設されている超電導界磁コイル
（３）を極低温に冷却することにより、電気抵抗を零の
状態とし、動磁損失をなくすことにより、この超電導界
磁コイル（３）に強力な磁界を発生させ、固定子（図示
せず）に交流電力を発生させる。この超電導界磁コイル
（３）を極低温に冷却、保持するために液体ヘリウムを
反駆動側端部軸（９）の中央部から導入管（図示せず）
を通じ、ヘリウム外筒（６）、ヘリウム外筒（７）によ
り形成される液体ヘリクム容器部に供給する一方、回転
子内部を真空部（１４）により高真空に保つと共に、極
低温の超電導界磁コイル（３）及びコイル取付４ｉ［！
Ｉ（２）に回転トルクを伝えるトルクチューブ（１）を
薄肉円筒とし、且つ熱交換器（１２）を設け、このトル
クチューブ（１）を通じ極低温部に侵入する熱を極力減
らす構造が最も一般的である。さらに、側面からの輻射
により侵入する熱を低減するため、側部輻射シールド（
１３）が設けられている。

一方、常温ダンパ（４〕及び低温ダンパ（５）は、固定
子からの高調波磁界をシールドし、超電導界嫉コイル（
３）を保護すると共に、電力系統のしよう乱による回転
子振動を減衰させる機能を有する一方、常温ダンパ（４
）は真空外筒としての機能、低温ダンパ（５）はヘリク
ム容器部への輻射シールドとしての機能を兼ねる方式が
一般的である。尚、第１図においては、回転子内部のヘ
リクム導入、排出系を構成する配管類及び回転子に接続
されているヘリクム導入、排出装置は省略している。

超電導界磁コイル（３）は第２図に示すように直線部（
３１）、アーク部（３２）、コーナ部（３３）を有する
構造となっている。この超電導界磁コイル（３）が運転
中に動くと摩擦熱によって超電導破壊を起こすので、堅
固に保持する必要がある。

又、第１図から判るように、超電導界磁コイル（３）は
、ヘリウム外筒（６）、低温ダンパ（５）、常温ダンパ
（４）によって三重に覆われているので、点検・修理が
非常に困難である。特に、回転電機においては、高い信
頼性が要求されるので、超電導界磁コイル（３）の保持
方法は、超電導回転電機の成否の鍵であるといっても過
言ではない。

従来この種の超電導界磁コイル（３）の保持方法として
は、特開昭５７−１６６８３９号公報に記載されるもの
がある。この保持方法は第３図に示すように、超電導界
磁コイル（３）の直線部（３１）はコイル取付軸（２）
に形成されたスロットの直線部に収納されそのスロット
に挿入された楔（１５）で保持され、超電導界１銭コイ
ル（３）のアーク部（３２）とコーナ部（３３）はコイ
ル取付軸（２）に形成された段落ぢ部に収納され保持環
（１６）と絶縁つめ物（１７）で保持されている。

なお、保持環（１６）の内周側には絶縁力、り−（２２
）力；配設されている。

第４図は第１図のｆｆ−ｆｆ線における断面図、ｆｆｒ
Ｊち、超電導界磁コイル（３〕の直線部（３１）の円周
方向の断面図を示し、第４図において、（２）はコイル
取付軸、（３）は超電導界磁コイル、（１５）Ｉｄ疾、
（１８）Ｉｄコイル取付軸（２）の表面に軸方向に形成
されたスロット、（１９）はスロット内絶縁、（２０）
は楔絶縁である。この構成において、超電導界磁コイル
（３）は、Ａ−Ａ線を収り巻くように巻回しており、従
って、Ａ−Ａ線を極中心として強力な磁界を発生する。

楔（１５）は超電導界磁コイル（３）をスロット（１８
）内に堅固に保持するように打ち込まれている。従って
、コイル保持の信頼性は高い。

又、第５図は超電導界磁コイル（３）のアーク部（３２
）の軸方向の断面図を示し、第５図において、（１）は
トルクチューブ、（２〕はコイル取付軸、（３）は超電
導界磁コイル、（６）及び（７）はヘリクム外筒及びヘ
リクム端板、（１６）は保持環、（１７）は絶縁つめ物
、（２１）は絶縁敷板、（２２）は絶縁カバーである。

第３図、第５図において、超電導界磁コ・ｆル（３）の
アーク部（３２）とコーナ部（３３）ｌｄコイル取付＠
（２）に形成された段落ち部に収納され、その隙間に絶
縁つめ物（１７）が堅固に打ち込まれており、更に、そ
の上から保持環（１６）が焼ばめられている。

しかしながら、超電導界磁コイル（３）のアーク部（３
２）とコーナ部（３３）、即ち、コイル取付軸（２）に
形成された段落ち部における大きな体積を占める絶縁つ
め物（１７）の熱収縮量はコイル取付軸（２）や超電導
界磁コイル（３）の熱収縮量に比べ約２倍程度大きく、
常温での製作段階で絶縁つめ物（１７）を堅固に打ち込
んでも極低温に冷却すると、絶縁つめ物（１７）と超電
導界磁コイル（３）との間に隙間が生じる。

絶縁つめ物（１７）は大きな体積を有するのでこの隙間
も大きなものとなり、従って、運転中に振動などの原因
で超電導界磁コイル（３）が動き、ギ擦熱によって超電
導破壊を起こす恐れがある。

この改善案としては、第６図に示すように、超電導界磁
コイル（３）の直線部（３１）、アーク部（３２）、コ
ーナ部（３３）の全体をスロンート（１８）中に収納し
楔（１５）で保持する方法があるが、コイル取付軸（２
）の外向側に形成されたスロン）　（１８）の中へ、予
め巻線成形された超電導界磁コイル（３）を組込むこと
ができず、超電導界磁コイル（３）をコイル取付軸（２
）のスロット（１８）の中へ直接巻線して成形する必要
がある。し〃・し、スロツｌ−（１８）中での巻線は作
業性が悪く、巻線に多大の時間と買用が必要きなる欠点
がある。

〔発明の概要〕

この発［シコは上記のような従来のものの欠点に＠がみ
てなされたものであり、コイル取付軸に形成されるスロ
ットを直線部、アーク部、コーナ部で構成し、スロット
のコーナ部に隣接するコイル取付軸のティースに切り欠
き部を形成し、この切り欠き部に支持部材を超電導界磁
コイルに隣接して配置して締付部材によりコイル取付軸
に固定し、超電導界磁コイルのコーナ部１＊いで支持部
材上例配置した押え板をコイル取付軸に固定することに
より、超電導界磁コイルを堅固に保持することができ、
しかも予め巻線成形された超電導界磁コイルを組込むこ
とができる超電導回転電機の回転子を提供するものであ
る。

〔発明の一実施例〕

以下、この発明の一実施例を第７図〜第１２図に基づい
て説明する。第７図はコイル取付軸端部を示す斜視図、
第８図は第７図■−■線における断面図、即ち、コーナ
部の断面図、第９図は押え板を示す斜視図、第１０図は
支持部材を示す斜視図、第１１図は第７図ト１線におけ
る断面図、第１２図は超電導界磁コイルの組込み状態を
示す斜視図であり、第７図〜第１２図において、（２）
はコイル取付軸、（３）は超電導界磁コイル、（３１）
Ｖｉ直線部、（３２）はアーク部、（３３）はコーナ部
、（１５）は楔、（１８）はコイル取付軸（２）に形成
されたスロットであり、直線部（１８ａ）、アーク部（
１８ｂ）、コーナ部（１８ｃ）によ多構成されている。

（１９）はスロント内絶縁、（２０）は楔絶縁、（２３
）はコイル敢行１ｌｌｉｌｌ（２＞のティース、（２４
）はスロット（１８）のコーナ部（１８ｃ）に隣接する
コイル取付軸（２）のティース（２３）に形成された切
り欠き都、（２５）はこの切り欠き部（２４）に超電導
界磁コイル（３）のコーナ部（３３）に隣接して配置さ
れポル）（２６）Ｉｃよシコイル取付軸（２）に固定さ
れた支持部材、（２７）は超電導界磁コイル（３）のコ
ーナ部（３３）を跨いで支持部材（２５）上に配置され
ボルト（２８）により支持部材（２５）に固定され、超
電導界磁コイル（３）のコーナ部（３３）を堅固に保持
する押え板であり、ボルト（２８）を通すボルト穴（２
７ａ）が形成されている。尚、支持部材（２５）にはポ
ル）　（２６）を通すボルト穴（２５ａ）とポル）　（
２８）のネジ穴（２５ｂ）が形成されている。

以上のような構成により、超電導界磁コイル（３）のコ
ーナ部（３３）は支持部材（２５）、押え板（２７）に
よってスロッｌ−（１８）中に堅固に保持され、超電等
界磁コイル（３）のアーク部（３２）と直線部（３１）
は楔（１５）によってスロット（１８）中に堅固に保持
される。又、超電導界磁コイル（３）は、第１２図に示
すように、直線部（３１）とアーク部（３２〕を初めに
スロット（１８）中に収納し、その後コーナ部（３３）
をスロット（１８）中に収納することにより、スロット
（１８）中に組込まれる。スロット（１８）のコーナ部
（１８ｃ　）に隣接するコイル取付軸（２）のティース
（２３）に切り欠き部（２４）を形成しているので、超
電導界磁コイル（３）のコーナ部（３３）はティース（
２３）に影響されることなくスロット’　（１８）中に
容易に組込むことができる。

従って、工作が容易であり、しかも超電導界磁コイル（
３）を堅固に保持できる。文に、超電導界蜂コイル（３
）の直線部（３１）、アーク部（３２）、コーナ部（３
３）の全体をスロッ）　（１８）中に収納し楔（１５）
と支持部材（２５）と押え板（２７）で保持する構造と
しているので、保持・項（１６）が不要となシ、構造が
簡単で点検・修理が容易となると共に経済的効果も高い
。

ところで、ボルト（２６）、（２８）には超電導界磁コ
イル（３）と支持部材（２５）と押え板（２７ンの遠心
力が作用する。超電導回転電機の回転子は高速で回転す
るので、ボルト（２６）、（２８）の応力は大きなもの
となる。この応力を低減するには、比重の比較的小さな
チタン又はチタン合金で支持部材（２５）、押え板（２
７）を製作することが好ましく、このようなチタン製の
支持部材（２５）、押え板（２７）とすることにより、
ポル）　（２６）、（２８）に作用する応力を低減する
ことができる。

又、上記実施例では、押え板（２７）がポル）　Ｃ２Ｂ
）例より支持部材（２５）に固定され、支持部材（２５
）を介してコイル取付軸（２）に固定された場合につい
て述べたが、支持部材（２５）　、押え板（２７）のボ
ルト穴を同一位置、同一大きさとすることにより、支持
部材（２５）、押え板（２７）を同一の糊付部材により
コイル取付軸（２）に−諸に固定するようにしてもよく
、上記実施例と同様の効果を奏する。

［発明の効果〕 この発明は以上説明した通如、コイル取付軸に形成され
るスロットを直線部、アーク部、コーナ部で構成し、ス
ロットのコーナ部に隣接するコイル取付軸のティースに
切り欠き部を形成し、この切り欠き部に支持部材を超電
導界磁コイルに隣接して配置して締付部材によりコイル
取付軸に固定し、超電導界磁コイルのコーナ部を跨いで
支持部材上に配置した押え板をコイル取付軸に固定する
ようにしたので、保持環を使用することなく簡単な構造
で超電導界磁コイルを堅固に保持することができ、しか
も予め巻線成形された超電導界磁コイルを容易に組込む
ことができる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。

概念を示す断面図、第２図は第１図における超電導界磁
コイルの巻線後の状態を示す斜視図、第３図は従来の超
電導回転電機の回転子のコイル取付軸端部を示す斜視図
、第４図は第１図ｆｆ−ｆｆ線における断面図、第５図
は従来の超電導界磁コイ７しのアーク部を示す断面図、
第６図は従来の他の超電導回転電機の回転子のコイル取
付軸端部を示す斜視図、第７図はこの発明の一実施例に
よる超電導回転電機の回転子のコイル取付軸端部を示す
斜視図、第８図は第７図■−■線における断面図、第９
図はこの発明に係わる押え板を示す斜視図、第１０図は
この発明に係わる支持部材の斜視図、第１１図は第７図
夏−■線における断面図、第１２図はこの発明に係わる
超電導界磁コイルの組込み状態を示す斜視図である。

図において、（２）はコイル取付軸、（３）は超電導界
磁コイル、（３１）は直線部、（３２）はアーク部、（
３３）はコーナ部、（１５）は楔、（１８）はスロット
、（１８ａ）は直線部、（１８ｂ）はアーク部、（，１
８ｃ）はコーナ部、（２３）はティース、（２４）は切
り欠き部、（２５）は支持部材、（２６）は締付部材、
（２７）は押え板である。

尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸表面に直線部とアーク部を有するスロットが形
   成されたコイル取付軸と、このコイル取付軸のスロット
   中に収納される超電導界磁コイルと、上記スロットに挿
   入され上記超電導界磁コイルを保持する楔と、上記スロ
   ットの直線部とアーク部とのコーナ部に隣接する上記コ
   イル取付軸のテイースに形成された切り欠き部と、この
   切り欠き部に上記超電導界磁コイルと隣接とて配置され
   、締付部材により上記コイル取付軸に固定された支持部
   材と、上記超電導界磁コイルのコーナ部を跨いで上記支
   持部材上に配置されて上記コイル取付軸に固定され、上
   記スロットのコーナ部の上記超電導界磁コイルを保持す
   る押え板とを備えたことを特徴とする超電導回転電機の
   回転子。
2. （２）支持部材はチタンで構成されたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の超電導回転電機の回転子。
3. （３）支持部材はチタン合金で構成されたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の超電導回転電機の回転
   子。
4. （４）押え板はチタンで構成されたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超電導回転電機の回転子。
5. （５）押え板はチタン合金で構成されたことを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の超電導回転電機の回転子
   。
6. （６）押え板は支持部材を介してコイル取付軸に固定さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第５項
   の何れかに記載の超電導回転電機の回転子。
7. （７）押え板と支持部材は締付部材によりコイル取付軸
   に一諸に固定されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項乃至第５項の何れかに記載の超電導回転電機の回転
   子。