JPS6194558A

JPS6194558A - 超電導回転電機

Info

Publication number: JPS6194558A
Application number: JP59217107A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和雄佐藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-16
Filing date: 1984-10-16
Publication date: 1986-05-13

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】（発明の技術分野〕本発明は、回転子内へ冷却媒体として液体ヘリウムを給
排するヘリウムトランスファーカップリング（以下ＨＴ
Ｃと略称する）を軸端部に鴎えた超電導回転電機に係り
、特に、上記ＨＴＣの構成を利用し、上記回転子内の断
熱空間の真空排気を回転子の停止０回転にかかわらずに
可能とした超電導回転電機に関する。

〔発明の技術的背景〕

近年、超電導線を発電園の回転界磁巻線に応用した超電
導発電機等の超電導回転電機が開発されてきている。

この種超電導回転電機におけるめ超電導線は、その超電
導性を保持するために冷却媒体として液体ヘリウムによ
り極低ｔｆｆｌ（４，２Ｋ）に保冷されている。

また、外部からの侵入熱を遮蔽するために超電導線を納
めた極低温回転子は、真空断熱及び放射伝熱遮蔽板等の
処置が施され、低温部と常温部との連結は、その内部に
低温ヘリウムの流路を設け、熱交換製能を有する円筒状
サポート（トルクチューブ）によりなされている。更に
、回転する極低温の内筒内に液体ヘリウムを注入し、超
電導線やｉ−ルクチューブ等を冷却した後の蒸発したガ
スヘリウムを回収するために、冷媒の給排装置である＋
１　Ｔ　Ｃが回転子の反駆動１測の軸端部に設けられて
いる。

上記おいて液体ヘリウムは、蒸発潜熱が約０．６３１ｋ
ｃａｌと非常に小さいため、超電導線を超電導状態に保
持するには、超電導線を納めた内筒への外部からの熱侵
入は極力抑制しなければならず、そのため真空断熱を施
す必要がある。即ち、上記内筒とこれをトルクチューブ
を介して保持する外筒との間に形成される断熱空間は、
１０’Ｔｏｒｒ程度、若しくはそれ以下の真空圧力とな
ように構成されなければならない。

〔背景技術の問題点〕上述した従来の超電導回転電機では、冷媒の給排をＨＴ
Ｃでおこなうようにし、真空断熱は、溶接、オーリング
等を用いて閉じた系を構成し、回転子の停止時に予め真
空排気を行なった後に密封して回転時に断熱作用を奉す
るようにしている。

この場合、上記断熱空間には、各種物理量の測定センサ
ー、リード線、放射伝熱遮蔽用のスーパーインシュレー
ション、パイトンオーリング等を有するため、これらの
材料に含まれる空気等のガス、水分の上記断熱空間への
放出、或いは構造部材によっては外気からのガスの等が
生じていた。

よって、たとえ真空密閉形式に構成していても、真空圧
力は徐々に上昇して、運転時間と共に断熱効果の低下を
招いていた。

従って、真空圧力が断熱効果を低下せしむる臨界値に達
する前に運転を停止し、ベーキングを含む回転子の真空
排気を行ない、真空圧力の回復後に密封し再度運転する
ようなことが行なわれていた。

また、何らかの異常により密封状態が破壊されて断熱効
果を瞬時に失った場合、外部から内筒への侵入熱が大幅
に増大して、内筒内の液体ヘリウムが急激に蒸発、膨張
するという危険性があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基いてなされたもので、その目的と
するところは、停止時、回転時においても常時真空断熱
が保持でき、即ち、連続真空排気が行なえる安全な真空
排気系を備えた超電導回転電機を提供することにある。

〔発明の概要〕

かかる目的を達成するために、本発明では、内筒に超電
導巻線及びこれを冷却する液体ヘリウムが収容され、こ
の内筒に断熱空間を介して外向が配置され、これら内、
外筒の端部に固定子に対して回転可能に軸が設けられ、
該軸内部に一方が上記内筒に連通したヘリウム給排管が
配置してなる超ｇ　＞１回転子を有し、上記液体ヘリウ
ムを上記ヘリウム給排管を介し上記内筒内に給排させる
ヘリウムトランスファーカップリングが上記軸端部に備
えてなる超電導回転子懇において、上記へりラムトラン
スファーカップリングの内部に空間が形成されるように
２つの磁性流体シールを配置し、該磁性流体シールによ
り形成された空間と上記断熱空間とを連通ずる真空排気
路を上記軸内に設け、外部に設置された真空ポンプによ
り、上記磁性流体シールにより形成された空間を真空排
気することにより上記回転子が停止９回転にかかわらず
に上記断熱空間を真空排気する構成としたことを特徴と
する。

〔発明の実施例〕

以下本発明に係る超電導回転電機の一実施例を図面を参
照して説明する。第１図は超電導回転電機の全体を示す
断面図、第２図は第１図の要部であるＨＴＣを示す部分
断面図である。

即ち、フレーム１内には、固定子巻線２を備えた固定子
３が配設され、この固定子３の内周側には以下に述べる
超電導回転子が回転可能に配設されている。４は内部に
界磁巻線５を収納し、両端の仕切壁６ａ、６ｂにより気
密に構成されたトルクチューブである。

トルクチューブ４は、その一端側にシャフト７ａと直結
するフランジ８を有し、他端側は非駆動は側のシャフト
７ｂにフレキシブルサポート９で連結されている。また
、駆動機側のシャフト７ａと非駆動機側のシャフト７ｂ
とには外筒１０が嵌合接続され、外筒１０の外側にはダ
ンパーシールド１１が配置され、外筒１０とトルクチュ
ーブ４との間には断熱空間１２が構成されている。

一方、非駆！ｌｌｎ側のシャフト７ｂの端部近傍の外周
面には、コレクタリング１３が配置され、また、非駆動
機側のシャフト７ｂの末端部にはヘリウム給排用のＨＴ
ＣＩ　４が設けられている。非駆動機側のシャフト７ｂ
の内部には、気密の穴１５が軸方向に貫通して設けられ
、この気密の穴１５には供給管１６、排出管１７が非接
触に配置されている。そして、これら管１６．１７はト
ルクチューブ４に気密接続され、トルクチューブ４内部
に液体ヘリウム１８ａを供給すると共にガスヘリウム１
８ｂを排出可能としている。

非駆動線側のシャフト７ｂの穴１５とダンパーシルト１
１とトルクチューブ４との間に形成された断熱空間１２
は真空に連通し、この断熱空間１２の中間部には、円筒
上の熱輻射シールド１つが配置され、これらを真空雰囲
気とするように駆動次側のシャフト７ａの内部には、真
空排気路２０が軸方向に形成されている。そして、駆動
機側シャフト７ａの端部には、真空排気に適切な内径の
排気孔２１ａを有した排気管２１が気密に取付けられ、
回転停止時に外部に設置した図示しない真空ポンプを排
気管２１に取付け、断熱空間１２及び真空排気路２０を
真空排気するようになっている。

ここで、断熱空間１２内の真空圧力が略１０′５ＴＯｒ
ｒ、若しくは密封後の真空圧力の経年上昇　。

を考慮して１０−”〜１０−７程度に排気した後に、排
気管２１の孔２１ａは塞がれ密封される。この構成によ
り、ＨＴＣｌ　４から供給される液体ヘリウム１８ａ及
びトルクチューブ４内に供給された液体ヘリウム１８ａ
を真空断熱保護し、更に熱輻射シールド１９により外部
からの熱侵入を抑制し、界磁巻線５を超電導状態に保持
するようにしている。

尚、上記において排気管２１を密封して真空断熱を図る
構成は、回転停止時に適応されるものであり、従来技術
での構成に相当している。

次に、第２図を参照してＨＴＣｌ４の詳細な構成を説明
する。即ち、反駆動機側のシャフト７ｂの軸端部に設け
られたＨＴｏ、１４の内部の一部分に、２つの磁性流体
シール２２ａ、２２ｂを設ける。この２つの磁性流体シ
ール２２ａ、２２ｂは例えば耐圧ｉ　Ｋ９　／　ｃｔＡ
以上のものとする。そして、予冷詩に低温の回収ガスヘ
リウムに触れる側の磁性流体シール２２ａ（以下、低温
側磁性流体シール２２ａと称する）にテフロン、ガラス
樹脂等の熱絶縁板２３を設ける。そして、これと他方の
磁性流体シール２２ｂ（以下、高温側磁性流体シール２
２ｂと称する）とに挟まれた部分のシャフト７ｂには、
その半径方向に少なくとも１つの孔２４を設け、超電導
回転子の断熱空間１２と連通させる真空排気路２５を構
成する。

次に上記の如く構成された本実施例の作用について説明
する。即ち、外部に設けた真空ポンプ２６により真空排
気運転に入れば、第１図の断熱空間１２は、これに連通
する真空排気路２５、シャフト７ｂの端部に設けた半径
方向の孔２４を通して真空排気される。この場合、回転
停止、回転時にかかわらずに孔２４の両側は耐圧１８９
　／　ｃｔＡ以上の磁性流体シール２２ａ、２２ｂによ
って外気とシールされ、真空排気が可能となる。

この場合、上記断熱空間１２には、各種物理量の測定セ
ンサー、リード線、放射伝熱遮蔽用のスーパーインシュ
レーション、パイトンオーリング等を有し、これらの材
料に含まれる空気等のガス、水分が上記断熱空間１２へ
放出、或いは構造部材にＪ：つでは外気からのガスの等
が生じ真空圧力の低下を招くことになるが、回転停止、
回転時にかかわらずに真空排気が可能であるので、真空
圧力は常に一定値に保持でき、断熱効果の低下をＪＴｈ
　＜ことはない。

従って、従来のように真空圧力が断熱効果を低下せしむ
る臨界値に達する前に運転を停止し、ベーキングを含む
回転子の真空排気を行ない、真空圧力の回復後に密封し
再度運転するような煩わしい作業も必要ない。

また、回転停止、回転時にかかわらずに真空排気が可能
であり真空圧力は常に一定値に保持できるので、密封状
態が破壊されて断熱効果を瞬時に失うこともなく、内筒
内の液体ヘリウムが急激に蒸発、膨服するという危険性
もない。

更に、外部に真空ポンプ２６ａ、２６ｂを設置し、これ
とＨＴＣ１４の孔２４とを接続する管の中間部に真空弁
２７ａ、２７ｂを設ければ、一方のポンプの事故時、ま
たはメンテナンス時にあっても、その系統の真空弁を閉
じれば、他方の系統にて真空排気を行なうことが可能と
なる。

本発明は、上記図示し且つ記載した実施例に限定される
ものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変
形して実施できるものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、内筒に超電導巻線及
びこれを冷却する液体ヘリウムが収容され、この内筒に
断熱空間を介して外筒が配置され、これら内、外筒の端
部に固定子に対して回転可能に軸が設けられ、該軸内部
に一方が上記内筒に連通したヘリウム給排管が配置して
なる超電導回転子を有し、上記液体ヘリウムを上記ヘリ
ウム給排管を介し上記内筒内に給排させるヘリウムトラ
ンスファーカップリングが上記軸端部に備えてなる超電
導回転電機において、上記ヘリウムトランスファーカッ
プリングの内部に空間が形成されるように２つの磁性流
体シールを配置し、該磁性流体シールにより形成された
空間と上記断熱空間とを連通ずる真空排気路を上記軸内
に設け、外部に設置された真空ポンプにより、上記磁性
流体シールにより形成された空間を真空排気することに
より上記回転子が停止１回転にかかわらずに上記断熱空
間を真空排気するを可能とした超電導回転子捜が提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明に係る超電導回転型（幾
の一実施例を示すものであり第１図は全体の構成を示す
断面図、第２図は第１図における要部の構成を示す部分
断面図である。１・・・フレーム、２・・・固定子巻線、３・・・固定
子、４・・・トルクチューブ、５・・・界磁巻線、６ａ
、６ｂ・・・仕切壁、７ａ・・・駆動機側のシャフト、
７ｂ・・・手駆動機側のシャフト、８・・・７ランジ、
９・・・フレキシブルサポート、１０・・・外筒、１１
・・・タンパ−シールド、１２・・・断熱空間、１３・
・・コレクタリング、１４・・・ＨＴＣ（ヘリウムトラ
ンスファーカップリング）、１５・・・穴、１６・・・
供給管、１７・・・排出管、１８ａ・・・液体ヘリウム
、１８ｂ・・・ガスヘリウム、１９・・・熱輻射シール
ド、２０・・・真空排気路、２１・・・排気管、２１ａ
・・・排気孔、２２ａ、２２ｂ・・・磁性流体シール、
２３・・・熱絶縁板、２４・・・孔、２５・・・真空排
気路、２６ａ、２６ｂ・・・真空ポンプ、２７ａ、２７
ｂ・・・真空弁。

Claims

【特許請求の範囲】

内筒に超電導巻線及びこれを冷却する液体ヘリウムが収
容され、この内筒に断熱空間を介して外筒が配置され、
これら内、外筒の端部に固定子に対して回転可能に軸が
設けられ、該軸内部に一方が上記内筒に連通したヘリウ
ム給排管が配置してなる超電導回転子を有し、上記液体
ヘリウムを上記ヘリウム給排管を介し上記内筒内に給排
させるヘリウムトランスファーカップリングが上記軸端
部に備えてなる超電導回転電機において、上記ヘリウム
トランスファーカップリングの内部に空間が形成される
ように２つの磁性流体シールを配置し、該磁性流体シー
ルにより形成された空間と上記断熱空間とを連通する真
空排気路を上記軸内に設け、外部に設置された真空ポン
プにより、上記磁性流体シールにより形成された空間を
真空排気することにより上記回転子が停止、回転にかか
わらずに上記断熱空間を真空排気する構成としたことを
特徴とする超電導回転電機。