JPS6198156A

JPS6198156A - 超電導回転子

Info

Publication number: JPS6198156A
Application number: JP59219922A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Gocho; 牛腸　義次
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1986-05-16

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］本発明は超電導線を回転子コイルに用いた超電導回転子
に関する。

［発明の技術的背景］超電導回転子は、その回転子コイルに超電導線を用いて
液体ヘリウム等で極低温に保持すると、電気抵抗が殆ん
ど生じないという超電導現象を利用して、効率向上、小
形軽量化を図るようにしたものであり、近年、タービン
発電は、同期調相機に実用化されつつある。

従来、この種の超電導回転子として、タービン発電波に
適用したＭ３図に示す如く３重構造よりなるものが知ら
れている。即ち、最外径側は０の剛性、並びに真空容器
と固定子とからの高周波の交流磁界をシールドして超電
導界【ａコイルを保護するダンパ効果を有する常温ロー
ター１と、その内径側に配置され常温ローター１からの
熱輻用による熱侵入を低減するラジエーションシールド
２と、その内径側に極低ｉ　（４，２に程度）の液体ヘ
リウムで冷却されてる界磁コイル３とそれを収納　”す
るコイル支持筒４よりなる低温？−ター５とからなる３
重構造となっている。

この低温ローター５の構成は、従来、特公昭５８−５２
４１９号公報、特公昭５８−５５７３９号公報、特開昭
５７−１６６８４３号公報等で示されているように、界
磁コイル３を収納するコイル支持筒４と界磁コイル３の
遠心力及び電磁力を支持する外円筒６とが配置され構成
されている。この外円筒６はコイル支持筒４の外表面部
にて溶接（４ａ）されている。

コイル支持筒４の両端は、電気トルクは伝えるが低温部
への熱侵入を極力減らすため薄肉円筒の薄肉部（トルク
チューブ）７が形成されている。

このトルクチューブ７には熱交換器８が取付けられ、蒸
発した低温のヘリウムガスで冷却されるようになってい
る。

コイル支持＠４とトルクチューブ７とは一体構成され、
常温ロタ−ター１と同様に回転自在に回転子を支持する
軸受９を貫通する継シャフト１゜に直結されている。

常温ローター１、コイル支持筒４、外円筒６及び継シャ
フト１０で囲まれた真空部分１１は１０−４〜１０−　
’　ｔｏｒｒの真空に保持し、常温部から低温部への輻
射による熱侵入を最小限におさえるようになっている。

液体ヘリウムは、継シャフト１０に形成された中心孔の
供給バイブ１２より、コイル支持筒４の内側中空部の液
溜め部１３に導かれ、界磁コイル３廻りの低温ローター
５を４．２にの極低温に保持している。

［背撥技術の問題点］超電導機器でその特性を左右する重要な事項としては真
空保持があげられ、このため、リークは絶対生じてはな
らない。

しかし乍ら、上記構成の超電導回転子で真空部　　　　
゛分１１と外部との境界となっているのは、外円筒６と
コイル支持筒４の外表面部との溶接部４ａである。そし
てこの溶接部４ａは、トルクチューブ７と一体であるの
で大きなトルクが作用し、また、回転半径が大きく、強
大な力が作用することになり、上記リークの発生が懸念
される。従って、この溶接点４ａの存在は信頼性向上を
因る上で大きな弱点となっている。

また、上記構成で電気トルク、遠心力、電磁力が強く作
用するのは、トルクチューブ７及び外円Ｉ？Ｉ６であり
、このため、これらは高強度材で製作されている。しか
し乍ら、比較的高強度膏必要としないコイル支持筒４も
トルクチューブと一体となっているので、高価な高強度
材が無駄に用いられている不具合がある。

さらに、コイル支持筒４にトルクチューブ７が一体とな
っているので、軸長が長くなり、界磁コイル３の巻回時
の巻き冶具が大型化したり、作業スペースが広く必要と
なったりして製造上不具合があった。

［発明の目的コ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、真空保持を図るべく溶接部をなくして機
械的強度を向上させ、高価な材料の節減を図ると共に製
作容易な超電導回転子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９本発明では、円筒状コイ
ル支持筒の外周近傍にて軸方向に延出し且つ周方向に所
定のピッチで設けられた複数のスロット内に超電導回転
子コイルを収納して櫟により支持し、該コイル支持筒外
周全体を内側シャフトより覆ってなる超電導回転子にお
いて、上記内側シャフトの一方側に、内径側に張出した
フランジを設け、上記コイル支持筒端面にラジアルキー
を嵌入して、上記コイル支持筒と上記内側シャフトとを
上記７ランジ及びラジアルキーを介してボルト結合し、
内側シャフトの該コイル支持筒部より軸方向外側を、内
側部より　１、−′３〜１　、／’　５に薄肉とし、該
薄肉部の帖方向外側の両端部には、外径側に張出したフ
ランジを設け、このフランジを軸受部を貫通する継シャ
フトにボルト結合してなることを特徴とする。

［発明の実施例］以下本発明に係る超電導回転子を超電導タービン発電し
に適用した一実施例に従い説明する。

第１図は同実施例の縦断面であり、第３図と同一部分に
は同一符号を付している。

即ち、常温ローター１は、回転子内の真空保持と回転子
の曲げ剛性を受けもつ外側シャフト２１と、その外側に
嵌入された良電導材として例えば、高ＩＴ！度銅製の常
温ダンパー２２と、その外側に高強度非磁性材のダンパ
ーサポート２３の３層より構成されている。

外側シャツ（−２１の内側には、常温ローター１より低
温ローター４への熱輻射を極力抑制するためのラジエー
ションシールド２が真空部８をｆＦ　Ｌで設けられてい
る。コイル支持筒２４は円筒状に形成され、外周囲近傍
に軸方向に延び且つ周方向に所定のピッチで設けられた
複数のスロットを有し、そのスロットの中に超電導界磁
コイル３が収納されている。なお、このコイル支持筒２
４は、コイルの収納を可能とする大きさだけになってい
る。

界Ｅｆｌコイル３に作用する遠心力と電磁力とは、冷却
通路を有する絶縁ブロック２５を介して内側シャフト２
６により保持されている。コイル支持筒２４のタービン
側端部には、内側シャフト２６より内径側に張出したフ
ランジ２７が設けられている。

第２図はフランジ２７部の拡大図である。コイル支持筒
２４とフランジ２７とのトルク伝達を安全に行うため半
１￥方向キー（ラジアルキー）２８が嵌入され、短絡事
故時等に生ずる過大トルクにも十分耐えるようにすると
共に、コイル支持筒２４と内側シャフト２６とを、フラ
ンジ２７及び半径方向キー２８を介してボルト結合して
いる。

また、内側シャフト２６のコイル支持筒２４より軸方向
外側には、回転トルクは伝えるが熱の伝導を極力抑制す
るため他の部分より肉厚を１７３〜１，１５に薄肉とし
た薄肉部（トルクチューブ）２９を設けている。この薄
肉部２９の内部には、常温部と低温部の温度勾配を合理
的になるように凹形状の冷却ダクト３１が形成された冷
却円筒３０を設けている。

冷却円筒３０は、冷却ダクト３１を通り蒸発した低温の
ヘリウムガスで薄肉部２つと共に冷却され、コイル支持
筒側の外周コーナ一部には液体ヘリウムの流出を防ぐた
めにメタルパツキン３２が設けられ、反対側（反コイル
支持筒側）には、冷却用ヘリウムガスが真空部に洩れな
いように薄肉部２９に溶接されている。１肉部２９のざ
らに軸側端には、外径側に張出したフランジ３３を設け
、このフランジ３３は軸受９を貫通している継シャフｌ
−１０にボルト結合されている。

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。

常温ローター１においては、外側シャフト２１とダンパ
ーサポート２３にサンドインチされている常温グンバー
２２により、固定子からの交流磁界の浸入を防ぎ、超電
導界磁コイル３のロスの発生を無くし、且つ常温ダンパ
ー２２に作用する電磁力による４節の楕円変形が制限さ
れることが可能となる。

また、外側シャフト２１は、継シャフトと共に回転子内
を真空に保持されると共に回転子の曲げ剛性が所定の値
に設定可能となる。

コイル支持筒２４は、界磁コイル３を収納に要する長さ
にとどめているので、コイルスロットの加工及びコイル
の保持筒２４への直巻き作業等において、その作業スペ
ース、治工具、製造装置の小形化等を可能とし作業性を
向上させることができる。

コイル支持筒２４と内側シャフト２６とのトルク伝導に
おいても、内径側に張出されたフランジ２７と半径方向
キー２８により、事故時の過大トルクに対しても十分耐
える構造とし、信頼性の高い結合を行うことができる。

また、フランジ２７は、内側シャフト２６より削り出し
て形成した場合、或いは溶接した場合のいずれでも良く
、真空リークの発生が防止可能となる。

高強度が要求さる内側シャフト２６と薄肉部２９とは一
体となっているので、トルクの伝達部における溶接箇所
は無い。

また、高強度を要する内側シャフト２６と薄肉部（トル
クチューブ）２９とを一体の溶接部の無い構成としたの
で、これらは高強度材とし、コイル支持筒２４は比較的
低強度材を用いることができ、高価な材料の節減を回る
ことができる。

薄肉部（１−ルクチューブ）２９の内側に、凹形状の冷
ＩＪ′Ｉダクト３１が形成された円筒状冷却円筒３ｏを
組込んで、コイル支持筒２４の内部を覆い、薄肉部（ト
ルクチューブ）２９の軸端側の常温に近い部位にて冷却
円筒３０に溶接して真空シールを塘こしている。ここで
上記溶接部は機械的、熱的に有利な箇所で行われるので
、リークの心配の無い真空部８を構成することができ、
信頼性の高い超電導回転子とすることができる。

［発明の効果］以上述べたように本発明によれば、円筒状コイル支持筒
の外周近傍にて軸方向に延出し且つ周方向に所定のピッ
チで設けられた複数のスロット内に超電導回転子コイル
を収納して楔により支持し、該コイル支持筒外周全体を
内側シャフトより覆っでなる超電導回転子において、上
記内側シャフトの一方側に、内径側に張出したフランジ
を設け、上記コイル支持筒端面にラジアルキーを嵌入し
て、上記コイル支持筒と上記内側シャフトとを上記フラ
ンジ及びラジアルキーを介してボルト結合し、内側シャ
フトの該コイル支持筒部より軸方向外側を、内側部より
　１／３〜１１５に薄肉とし、該薄肉部の軸方向外側の
両端部には、外径側に張出したフランジを設け、このフ
ランジを軸受部を貫通する継シャフトにボルト結合した
ので、溶接部が無く機械的強度が向上して真空保持が向
上し、高価な材料の節減が図られ且つ製作容易とした超
電導回転子が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る超電導回転子の一実施例を示す縦
断面図、第２図は第１図におけるフラン　　　′ジ部の
拡大図、第３図は従来の超電導回転子を示す縦断面図で
ある。１・・・常温ロータ、２・・・ラジエーションシールド
、３・・・超電導界磁コイル、４・・・コイル支持筒、
５・・・低１０−タ、８・・・真空部、９・・・軸受、
１０・・・継シャフト、２１・・・外側シャフト、２２
・・・常温ダンパー、２３・・・ダンパーサポート、２
４・・・コイル支持筒、２５・・・絶縁ブロック、２６
・・・内側シャフト、２７・・・フランジ、２８・・・
半径方向キー（ラジアルキー）、２９・・・薄肉部（ト
ルクチューブ）、３０・・・冷却円筒、３１・・・冷却
ダクト、３２・・・メタルパツキン、３３・・・フラン
ジ。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）円筒状コイル支持筒の外周近傍にて軸方向に延出
し且つ周方向に所定のピッチで設けられた複数のスロッ
ト内に超電導回転子コイルを収納して楔により支持し、
該コイル支持筒外周全体を内側シャフトより覆ってなる
超電導回転子において、上記内側シャフトの一方側に内
径側に張出したフランジを設け、上記コイル支持筒端面
にラジアルキーを嵌入して、上記コイル支持筒と上記内
側シャフトとを上記フランジ及びラジアルキーを介して
ボルト結合し、内側シャフトの該コイル支持筒部より軸
方向外側を、内側部より１／３〜１／５に薄肉とし、該
薄肉部の軸方向外側の両端部には、外径側に張出したフ
ランジを設け、このフランジを軸受部を貫通する継シャ
フトにボルト結合してなることを特徴とする超電導回転
子。
（２）該薄肉部の径方向内側には、凹部が形成された冷
却円筒を設け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子。