JPS6162356A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
- Publication number
- JPS6162356A JPS6162356A JP59180274A JP18027484A JPS6162356A JP S6162356 A JPS6162356 A JP S6162356A JP 59180274 A JP59180274 A JP 59180274A JP 18027484 A JP18027484 A JP 18027484A JP S6162356 A JPS6162356 A JP S6162356A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- helium
- temperature
- gas
- torque tube
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
- H02K9/19—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil
- H02K9/20—Arrangements for cooling or ventilating for machines with closed casing and closed-circuit cooling using a liquid cooling medium, e.g. oil wherein the cooling medium vaporises within the machine casing
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- 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、超電等タービン発電機のような超電導回転電
機の回転子に関する。
機の回転子に関する。
近年、超電導線を回転電機の回転子に応用する超電導回
転電機が開発されて・おり、例えば超電導タービン発電
機がそれである。
転電機が開発されて・おり、例えば超電導タービン発電
機がそれである。
超電導線はその超゛亀専性を維持する為に極低温（約４
．２Ｋ）に保冷される。冷媒としては液体ヘリウムが使
用され、これは回転子端部に設けたヘリウムトランスフ
ァーカップリングを介して低温ロータ内部へ注入し蓄え
られるが構造部材を通しての伝導熱、常温ロータ（約３
０００Ｋ）からの輻射熱、真空断熱空間の残留気体によ
る対流伝達熱等（二より気化（蒸発）する。
．２Ｋ）に保冷される。冷媒としては液体ヘリウムが使
用され、これは回転子端部に設けたヘリウムトランスフ
ァーカップリングを介して低温ロータ内部へ注入し蓄え
られるが構造部材を通しての伝導熱、常温ロータ（約３
０００Ｋ）からの輻射熱、真空断熱空間の残留気体によ
る対流伝達熱等（二より気化（蒸発）する。
気化したガスヘリウムは回転子内の排気経路に沿って常
温側へ移動し、前述のヘリウムトランスファーカップリ
ングを経由して機械の外部に設置した冷凍機系へ回収さ
れ、再び液体ヘリウムに液化して回転子へ注入するとい
う閉回路を構成している。
温側へ移動し、前述のヘリウムトランスファーカップリ
ングを経由して機械の外部に設置した冷凍機系へ回収さ
れ、再び液体ヘリウムに液化して回転子へ注入するとい
う閉回路を構成している。
低温ロータ内部で気化したガスヘリウムは極低温であり
、一部は電流リードを冷却する冷媒として用い、残りは
トルクチューブを冷却する冷媒として用い、低温ロータ
への熱伝導による侵入熱を極力抑えるように設計されて
いる。
、一部は電流リードを冷却する冷媒として用い、残りは
トルクチューブを冷却する冷媒として用い、低温ロータ
への熱伝導による侵入熱を極力抑えるように設計されて
いる。
また、トルクチューブを冷却する排気経路に於いては上
述の侵入熱抑制効果の他に１回転子の回転によるポンプ
効果をもたせるように設計されている。すなわち、トル
クチューブを冷却する手前で極低温のガスヘリウムを回
転軸近傍から外径側へ導き、然る後にトルクチューブを
冷却し、熱交換後の加温されたガスヘリウムを外径側か
ら内径側へ排気管等により導き１回転軸１；沿って軸端
側のヘリウムトランスファカップリングへと移動する経
路を構成する。この経路で回転中にガスヘリウムに加え
られる遠心力は極低温のガスヘリウムの方が加温された
ガスヘリウムに比較して密度が大きい為に、大きい。従
って、ガスヘリウムを回転軸通ｆ１ｊ（内径側）→外径
側→回転軸近傍（内径側）なる排気経路にもかかわらず
、その密度差によりポンプ効果が発生し、ガスヘリウム
は低温ロータから外へ排出される。
述の侵入熱抑制効果の他に１回転子の回転によるポンプ
効果をもたせるように設計されている。すなわち、トル
クチューブを冷却する手前で極低温のガスヘリウムを回
転軸近傍から外径側へ導き、然る後にトルクチューブを
冷却し、熱交換後の加温されたガスヘリウムを外径側か
ら内径側へ排気管等により導き１回転軸１；沿って軸端
側のヘリウムトランスファカップリングへと移動する経
路を構成する。この経路で回転中にガスヘリウムに加え
られる遠心力は極低温のガスヘリウムの方が加温された
ガスヘリウムに比較して密度が大きい為に、大きい。従
って、ガスヘリウムを回転軸通ｆ１ｊ（内径側）→外径
側→回転軸近傍（内径側）なる排気経路にもかかわらず
、その密度差によりポンプ効果が発生し、ガスヘリウム
は低温ロータから外へ排出される。
このポンプ効果により、回転子の回転中は超電導界磁巻
線を備えた低温ロータ内部を大気圧以下にすることが可
能で、低温ロータ内に貯液した液体ヘリウムの沸点を低
下させることができる。よって、より安定な超電導状態
を維持すること、もしくはより強磁場を発生させること
ができる。
線を備えた低温ロータ内部を大気圧以下にすることが可
能で、低温ロータ内に貯液した液体ヘリウムの沸点を低
下させることができる。よって、より安定な超電導状態
を維持すること、もしくはより強磁場を発生させること
ができる。
従来はトルクチューブから低温ロータへの侵入熱を最小
限に抑えることが機械を成立させる重要条件であったの
で、例えば常温ロータと直接結合する側のトルクチュー
ブの冷却後のガスヘリウム温度は室温近傍値であるが、
フレキシブル接合する側のトルクチューブの冷却後のガ
スへリクム温度は１５０〜２００に程度（：なり、トル
クチューブを冷却する排気経路（二於けるポンプ効果は
大きくなかった。従って低温ロータ内の液体ヘリラムの
減圧沸騰を起すことは困難であった。
限に抑えることが機械を成立させる重要条件であったの
で、例えば常温ロータと直接結合する側のトルクチュー
ブの冷却後のガスヘリウム温度は室温近傍値であるが、
フレキシブル接合する側のトルクチューブの冷却後のガ
スへリクム温度は１５０〜２００に程度（：なり、トル
クチューブを冷却する排気経路（二於けるポンプ効果は
大きくなかった。従って低温ロータ内の液体ヘリラムの
減圧沸騰を起すことは困難であった。
本発明は上記欠点に鑑みなされたもので、トルクチュー
ブを通して熱伝導による侵入熱を抑えつつ、しかもトル
クチューブを冷却する排気経路のポンプ効果を増大させ
、低温ロータ内の減圧による安定した超電導性を保持し
、強磁場を発生する回転子を提供することを目的とする
。
ブを通して熱伝導による侵入熱を抑えつつ、しかもトル
クチューブを冷却する排気経路のポンプ効果を増大させ
、低温ロータ内の減圧による安定した超電導性を保持し
、強磁場を発生する回転子を提供することを目的とする
。
本発明は上記目的を達成する為、トルクチューブ冷却後
のガスヘリウムを常温ロータ内壁（すなわちトルクチュ
ーブより外径側）に設けた熱交換器で常温近傍迄加温し
、密度の小さくなったガスへリクムな内径側へ排気管を
用いてもどし、ヘリウムトランスファーカップリングへ
と導く通風経路を構成したことを特徴としたものである
。
のガスヘリウムを常温ロータ内壁（すなわちトルクチュ
ーブより外径側）に設けた熱交換器で常温近傍迄加温し
、密度の小さくなったガスへリクムな内径側へ排気管を
用いてもどし、ヘリウムトランスファーカップリングへ
と導く通風経路を構成したことを特徴としたものである
。
本発明の一実施例の構成を第１図を参照して説明する。
トルクチューブ（１）はｆｆｌ電導界磁巻線（２）を支
持し、主軸５と連結される。このトルクチューブ（１）
は反駆動側軸端に備えられたヘリウムトランスファーカ
ップリング（３）から供給・貯液された冷媒である液体
ヘリ、ラム（４）により熱収縮するので、トルクチュー
ブの一端（１ａ）は主軸（５ａ）と直結し。
持し、主軸５と連結される。このトルクチューブ（１）
は反駆動側軸端に備えられたヘリウムトランスファーカ
ップリング（３）から供給・貯液された冷媒である液体
ヘリ、ラム（４）により熱収縮するので、トルクチュー
ブの一端（１ａ）は主軸（５ａ）と直結し。
その他端（１ｂ）は主軸（５ｂ）とフレキシブル接合し
ている。
ている。
供給された液体ヘリウム（４）は蒸発潜熱が小さい為、
外部からの侵入熱に対処する保護を行う。すなわち、ト
ルクチューブ（１）の外側（二円筒状の輻射遮閉板（６
）と円板状の輻射遮閉板（６ａ） 、 （６ｂ）を配置
する。これら幅射遮閉板ｔ６） 、 （６ａ）、（６ｂ
）とトルクチューブ（１）と超電導界磁巻線（２）を総
称して低温ロータを呼ぶ。低温ロータ周囲の空間は真空
断熱としている。
外部からの侵入熱に対処する保護を行う。すなわち、ト
ルクチューブ（１）の外側（二円筒状の輻射遮閉板（６
）と円板状の輻射遮閉板（６ａ） 、 （６ｂ）を配置
する。これら幅射遮閉板ｔ６） 、 （６ａ）、（６ｂ
）とトルクチューブ（１）と超電導界磁巻線（２）を総
称して低温ロータを呼ぶ。低温ロータ周囲の空間は真空
断熱としている。
トルクチューブ（１）には低温ロータ内で気化したガス
ヘリウムを排出する排気経路（７ａ）、（７ｂ）が有り
、冷却が促進される側のトルクチューブ端（１ｂ）から
排出される経路には外筒（８）の内周面に熱交換器（９
）が配置され、ここで加温されたガスヘリウムは、主軸
（５ａ）と直結する側のトルクチューブ端（１ｂ）を冷
却したガスヘリウムと合流すべく配管が連結している。
ヘリウムを排出する排気経路（７ａ）、（７ｂ）が有り
、冷却が促進される側のトルクチューブ端（１ｂ）から
排出される経路には外筒（８）の内周面に熱交換器（９
）が配置され、ここで加温されたガスヘリウムは、主軸
（５ａ）と直結する側のトルクチューブ端（１ｂ）を冷
却したガスヘリウムと合流すべく配管が連結している。
外筒（８）の外側：二は常温ダンパー四が装着され、こ
れらを総称して常温ロータと呼ぶ。
れらを総称して常温ロータと呼ぶ。
配管は回転軸中心近傍を軸に沿って配置され、ヘリウム
トランスファーカップリング迄、ガスヘリウムを導く排
出経路を形成する。
トランスファーカップリング迄、ガスヘリウムを導く排
出経路を形成する。
冷媒の他の移送経路については、従来の超電導回転電機
と同様であるのでここでは省略する。
と同様であるのでここでは省略する。
このように構成されたガスヘリウム排気経路（通風経路
）を有する超電導回転子の作用について説明する。
）を有する超電導回転子の作用について説明する。
超電導回転電機の低温ロータの予冷が完了し、運転状態
に入ると第２図に示す矢印に従って低温ロータ内部で気
化したガスヘリウムは低温ロータから排出される。極低
温のガスヘリウムはまず低温ロータの回転軸中心近傍（
１０ａ） 、 （１０ｂ）からトルクチューブ（ｌａ）
、（ｌｂ）の低温側（ｌｌａ） 、 （ｌｌｂ）へ外径
方向へ立ち上げられ、トルクチューブ（１ａ ） 、（
ｌｂ）を冷却しつつガスヘリウム自体は温度上昇する。
に入ると第２図に示す矢印に従って低温ロータ内部で気
化したガスヘリウムは低温ロータから排出される。極低
温のガスヘリウムはまず低温ロータの回転軸中心近傍（
１０ａ） 、 （１０ｂ）からトルクチューブ（ｌａ）
、（ｌｂ）の低温側（ｌｌａ） 、 （ｌｌｂ）へ外径
方向へ立ち上げられ、トルクチューブ（１ａ ） 、（
ｌｂ）を冷却しつつガスヘリウム自体は温度上昇する。
直結側のトルクチューブ（１ａ）の冷却ガスヘリウム温
度はトルクデユープ冷却後の位［（１２ａ）で約３００
Ｋｌ二なるよう；；設計されており、フレキシブル接合
側のトルクチューブ（１ｂ）のそこ（１２ｂ）では、フ
レキシブルサポートｕ３が配置されているので侵入熱流
束が小さくガスヘリウム温度は約１５０〜２００に程度
である。従来はこの温度のまま回収していた排気経路に
本考案の熱交換器（９）が配置すると、この熱交換器出
口付近（１４ａ）ではガスヘリウムは約３００Ｋに加温
される。然る後、内径側へ導き回転軸近傍叫１；て直結
側のトルクチューブ（１ａ）冷却後のガスヘリウムと合
流し、配管１ｌｉｔ内を軸方向、軸端側へ導かれる。
度はトルクデユープ冷却後の位［（１２ａ）で約３００
Ｋｌ二なるよう；；設計されており、フレキシブル接合
側のトルクチューブ（１ｂ）のそこ（１２ｂ）では、フ
レキシブルサポートｕ３が配置されているので侵入熱流
束が小さくガスヘリウム温度は約１５０〜２００に程度
である。従来はこの温度のまま回収していた排気経路に
本考案の熱交換器（９）が配置すると、この熱交換器出
口付近（１４ａ）ではガスヘリウムは約３００Ｋに加温
される。然る後、内径側へ導き回転軸近傍叫１；て直結
側のトルクチューブ（１ａ）冷却後のガスヘリウムと合
流し、配管１ｌｉｔ内を軸方向、軸端側へ導かれる。
以上の様に本発明（−よれは、トルクチューブを冷却す
るヘリウムガスの排気経路に於いて、（１０ｂ）→（ｌ
ｌｂ）→（１２ｂ）→・（１４ｂ）の内径側から外径側
へガスヘリウムに加わる遠心力の方が、（１４ａ）→Ｑ
５１の外径側から内径側へ移送される時にガスヘリウム
に加わる遠心力よりも大きくなる。これは熱交換器出口
（１４ａ）でガスヘリウムを十分加温し、外径側から内
径側へ導かれるガスヘリウムの密度を小さくできるため
である。
るヘリウムガスの排気経路に於いて、（１０ｂ）→（ｌ
ｌｂ）→（１２ｂ）→・（１４ｂ）の内径側から外径側
へガスヘリウムに加わる遠心力の方が、（１４ａ）→Ｑ
５１の外径側から内径側へ移送される時にガスヘリウム
に加わる遠心力よりも大きくなる。これは熱交換器出口
（１４ａ）でガスヘリウムを十分加温し、外径側から内
径側へ導かれるガスヘリウムの密度を小さくできるため
である。
従って、ポンプ効果が得られる。通常、ポンプ効果に見
合うだけの量の低温ロータ内部で気化するガスヘリウム
は無いように設計するので、低温ロータ内は減圧される
ことになる。するｉ、ｅ、体ヘリウムの沸点を降下させ
、より女定した超電導状態を作り出すことができる。あ
るいはより大きな電流を通電させたり、より強砒場を発
生することが可能となる。
合うだけの量の低温ロータ内部で気化するガスヘリウム
は無いように設計するので、低温ロータ内は減圧される
ことになる。するｉ、ｅ、体ヘリウムの沸点を降下させ
、より女定した超電導状態を作り出すことができる。あ
るいはより大きな電流を通電させたり、より強砒場を発
生することが可能となる。
又、熱交換器（９）を外周（８）に隣接して配置したこ
と：二より、熱交換器（９）の内周面温度が室温より低
下し、幅射遮閉板（６）への輻射熱が、従来の熱交の無
い外向内面からの輻射熱に比較して、小さくなり、低温
ロータ内への侵入熱をさらに抑えられる効果も生む。
と：二より、熱交換器（９）の内周面温度が室温より低
下し、幅射遮閉板（６）への輻射熱が、従来の熱交の無
い外向内面からの輻射熱に比較して、小さくなり、低温
ロータ内への侵入熱をさらに抑えられる効果も生む。
さらに、常温ロータ外周面が、熱交換器（９） ｌニー
より過冷却された場合にはその外周面の風損による固定
子通風系の冷媒の温度上昇をも抑制する効果を生む。
より過冷却された場合にはその外周面の風損による固定
子通風系の冷媒の温度上昇をも抑制する効果を生む。
以上の様に低−ロータ内で発生したガスヘリウムを有効
（−用い、信頼性が高く、冷却的（：余裕のある効率の
高い超電導回転子を提供できる。
（−用い、信頼性が高く、冷却的（：余裕のある効率の
高い超電導回転子を提供できる。
尚、本発明に用いる熱交換器は機、賊的なそれ１；限ら
ず、例えばヒータを用いた′電気的なそれを配置するな
どして、述べた実施例に限らずその要旨を変更しない範
凹に於いて種々変形して実施できる。
ず、例えばヒータを用いた′電気的なそれを配置するな
どして、述べた実施例に限らずその要旨を変更しない範
凹に於いて種々変形して実施できる。
’Ｐ１図は本発明の超電導回転子の一実施例な示す縦断
面図、第２図は冷媒の流れを説明するための回転子の断
面図である。 １・・・トルクチューブ、２・・・超電導界磁巻線。 ３・・・ヘリクムトランスファーカップリング。 ４・・・液体ヘリウムｒ ５ ａ 、 ５ ｂ・・・
主軸。 ６．６ａ、６ｂ・・・輻射遮閉）反。 ９・・・熱交換器、１６・・・配管。
面図、第２図は冷媒の流れを説明するための回転子の断
面図である。 １・・・トルクチューブ、２・・・超電導界磁巻線。 ３・・・ヘリクムトランスファーカップリング。 ４・・・液体ヘリウムｒ ５ ａ 、 ５ ｂ・・・
主軸。 ６．６ａ、６ｂ・・・輻射遮閉）反。 ９・・・熱交換器、１６・・・配管。
Claims (1)
- 低温ロータにトルクチューブを備えそのトルクチューブ
を低温ローター内に蓄えた冷媒の蒸発気体により冷却す
る超電導回転電機の回転子において、トルクチューブを
冷却した冷媒の温度上昇を促進させる為の熱交換器を常
温ロータの内壁の一部に設け、冷媒の排気経路の一部と
したことを特徴とする超電導回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59180274A JPS6162356A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59180274A JPS6162356A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | 超電導回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6162356A true JPS6162356A (ja) | 1986-03-31 |
Family
ID=16080356
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59180274A Pending JPS6162356A (ja) | 1984-08-31 | 1984-08-31 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6162356A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009290988A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 超電導回転電機の冷媒給排装置 |
-
1984
- 1984-08-31 JP JP59180274A patent/JPS6162356A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009290988A (ja) * | 2008-05-29 | 2009-12-10 | Fuji Electric Systems Co Ltd | 超電導回転電機の冷媒給排装置 |
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