JPS62213553A - 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】 【産業上の利用分野〕 この発明は超電導回転電機の回転子の構造【こ関するも
のである。

【従来の技術〕

従来この種の回転子として例えば特開昭６７−２２８７
２号公報に開示されたものがあり、その構成を第８図に
示す。第８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）番と固定されている
超電導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１）とコ
イル取付軸（２）を囲繞する常温ダンパ、（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）の夫々外周部及び側面部に取り付けられたヘリウム
外筒、ヘリウム端板、（８）及び（９）は夫々駆動側１
反駆動側端部軸、　ＧＯはこれらの端部軸（８）　、　
（９）を軸支する軸受、Ｑ１＋は界磁電流供給用のスリ
ップリング。

□□□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、何は側部輻射シールド、α４は真空部で
ある。

上記構成からなる超電導回転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ｉζより、電気抵抗を零の
状態とし、励磁損失をなくすことによリ、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）Ｉこ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）、ヘリウム端板（７）に
より形成される液体ヘリウム容器部に供給する一方、回
転子内部を真空部α４により高真空に保つと共に、極低
温の超電導異母コイル（３）及びコイル取付軸（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（ロ）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、側部輻射シールトロが設けられて
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、超電導異母コイル（
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
はヘリウ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。なお第８図においては１回転子
内部のヘリウム導入、排出系を溝成する配管類及び回転
子に接続されているヘリウム導入、排出装置は省略した
。

第４図は第８図ＩＶ−ＩＶ線における断面図、即ち。

特開昭５７−２０２８５２号公報に示されたものであり
、（２）はコイル取付軸、（３）は超電導界磁コイル、
（６）はヘリウム外筒、（至）は液体ヘリウムの液溜め
部、　Ｍはヘリウム蒸気空間、αηはコイル取付軸（２
）に形成された超電導界磁コイル（３）を収納するスロ
ット。

（ト）はスロットｑη内の両サイドに配設されたサイド
つめもの、α９は超電導界磁コイル（３）を固定するウ
ェッジ、（４）、＠は超電導界磁コイル（３）の外周面
。

内周面にそれぞれ接する上部つめもの、下部つめもので
あり、それぞれ例えば円形状の貫通孔（２０ａ　）。

（２１ａ）を有している。（資）はコイル取付軸（２）
とヘリウム外筒（６）との間に設けられたヘリウム流路
、ｑは液溜め邪曲とスロットαηの底部とに連通して設
けられたコイル取付軸ヘリウム流通孔である、一般的に
超電導回転電機においては、超電導界磁コイルの極低温
冷却をいかにして行なうかという点に重要な技術問題が
ある。超電導界磁コイルを超電導状態にするためには、
超電導遷移温度以下に冷却することが必要であり、現在
ではヘリウムを冷却媒体として絶対温度ＩＫないし２０
Ｋｌ′ｃ保持することが行なわれている。一方、このよ
うな極低温状態においては超電導界磁コイルの比熱が極
めて小さくなっているため、超電導界磁コイル内の微少
な発熱あるいは超電導異母コイルへの僅かな侵入熱量に
よって超電導界磁コイルの温ヴが上昇し超電導遷移温度
を越える恐れが常に存在する。

従って、超電導界磁コイル内の微少な発熱あるいは超電
導界磁コイルへの僅かな侵入熱量をいかに速かに除去し
て超電導界磁コイルの温度上昇をおさえるかが超電導回
転電機の設計上の重要なポイントとなる。

次に冷却動作を第５図に基づいて説明する。超電導界磁
コイル（３）内の微少発熱、あるいは超電導界磁コイル
（３）への僅かな熱侵入によって生じ１こ熱は、超電導
界磁コイル（３）の周囲の僅かな間隙に存在しているヘ
リウムに吸収される。吸熱により膨張し密度が小さくな
ったヘリウムは、遠心力場の自然対流によって下部つめ
もの同の貫通孔（２１ａ）を通り抜け、コイル取付軸（
２）のヘリウム流通孔（イ）を経て液溜め部ａθに出る
。一方、超電導界磁コイル（３）回りで生ずるヘリウム
不足は、ヘリウム流路中からウェッジα優の隙間及び上
部つめもの（１）の貫通孔（２０ａ　）を通って超電導
界磁コイル（３）回りに流入スるヘリウムによって補わ
れる。吸熱膨張したヘリウムは、液溜め部（至）におい
て、その一部が蒸発することによって冷却される。冷却
されたヘリウムは、別のコイル取付軸ヘリウム流通孔Ｑ
から下部つめもの３１の貫通孔（２１ａ）を経て超電導
界磁コイル（３）の周囲に入り込み、さらに上部つめも
の（７）の貫通孔（２０ａ）及びウェッジａ９の隙間を
通りヘリウム流路中に出る。

以上のように円滑な自然循環を行なうことにより、超重
溝界磁コイル（３）の冷却が行なわれ、超電導界磁コイ
ル（３）を超電導遷移温度以下に保っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の超電導回転電機の回転子では、上部つめもの（７
）、下部つめものゆの貫通孔（２０ａ）、（２１ａ）が
半径方向のみで、それらの軸方向の間隔も広いため、超
電導界磁コイル（３）　ｋのこれら貫通孔（２０ａ　）
　。

（２１ａ）近傍と、これら貫通孔（２０ａ）、（２１ａ
）から遠く離れた場所とでは、第５図に示すようにヘリ
ウム流路の長さに大きな差が生じる。従って、もし貫通
孔（２０ａ）、（２１ａ）から遠く離れた場所において
。

微小発熱又は僅かな熱侵入が生じた場合は、熱を吸収し
たヘリウムはコイル取付軸ヘリウム流通孔＠へ逃げにく
くなり、この場所の超電導界磁コイル（３）の温度が上
昇し、容易蛋こ超電導臨界温度を越えてクエンチに至る
という問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、超電導界磁コイルの熱除去を円滑に行ない、
超電導界磁コイルの性能を向上できる超電導回転電機の
回転子を得ることを目的とする、 〔問題点を解決するための手段〕 この発明に係る超電導回転電機の回転子は、上部つめも
のの超電導界磁コイルに接する面に軸方向及び幅方向の
第１の流路溝を形成し、この第１の流路溝に第１の小孔
を複数形成し、下部つめものの超電導界磁コイルに接し
ない面に軸方向及び幅方向の第２の流路溝を形成し、こ
の第２の流路溝に第２の小孔を複数形成したものである
。

【作用〕

この発明における超電導回転電機の回転子は。

上部つめものに形成した第１の流路溝、第１の小孔及び
下部つめものに形成した第２の流路溝、第２の小孔によ
り、ヘリウムの流通が軸方向、幅方向において良くなり
超電導界磁コイルの熱除去を円滑に行え、超電導異母コ
イルの性能が向上する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図、第２図において、　（２７、（３）　、　（１１）
　、　Ｍ　。

σｅ　、　Ｑｌ　、■、２１１は上述した従来の回転子
の構成と同様である。（ハ）は超電導界磁コイル（３）
の外周面に接する上部つめもの、＠はと部つめもの（財
）の超電導界磁コイル（３）と接する面に軸方向及び超
電導界磁コイル（３）の幅方向に形成された第１の流路
溝。

（至）は第１の流路溝に）に複数形成されｔこ第１の小
孔であり、ウェッジα燵間の隙間に相対向する部分にも
形成されている。弼は超電導界磁コイル（３）の内周面
に接する下部つめもの、＠は下部つめもの＠の超電導外
出コイル（３）と接しない面に軸方向及び幅方向に形成
された第２の流路溝、翰は第２の流路溝（ホ）に複数形
成された第２の小孔であり、コイル取付軸ヘリウム流通
孔■と相対向する部分にも形成されている。

次に動作について説明する。超電導界磁コイル（３）内
の微少発熱、あるいは超電導界磁コイル（３）への僅か
な熱侵入によって生じた熱は、超電導界磁コイル（３）
の周囲の僅かな間隙に存在しているヘリウムに吸収され
る。吸熱Ｃζより膨張し密度が小さくなったヘリウムは
、遠心力場の自然対流ｆζよって下部つめもの（イ）の
第２の小孔−に入り、下部つめもの翰の第２の流路溝（
至）を通ってコイル取付軸ヘリウム流通孔Ｑを経て液溜
め邪曲に出る。一方。

超電導界磁コイル（３）回りで生ずるヘリウム不足は、
ヘリウム流路（資）からウェッジα９の隙間及び上部つ
めもの（財）の第１の小孔（至）を通り、上部つめもの
（ハ）の第１の流路溝（イ）を経て超電導界磁コイル（
３）回りに流入するヘリウムによって補われる。吸熱膨
張したヘリウムは、液溜め部（至）において、その一部
が蒸発することによって冷却される。冷却されたヘリウ
ムは、別のコイル取付軸ヘリウム流通孔−から下部つめ
もの勾の第２０流路溝（至）を通り、下部つめもの勾の
第２の小孔−を経て超電導界磁コイル（３）の周囲に入
り込み、さらに上部つめもの（至）の第１の流路溝（イ
）、第１の小孔（ホ）及びウェッジＱ１の隙間を通りヘ
リウム流路口に出る。このように円滑な自然循環を行う
ことにより、超電導界磁コイル（３）の冷却が行なわれ
、超電導界磁コイル（３）を超電導遷移温度以下に保っ
ている。

〔発明の効果） この発明は以上説明した通り、上部つめものの超電導界
磁コイルに接する面に軸方向及び幅方向の第１の流路溝
を形成し、この第１の流路溝に第１の小孔を複数形成し
、下部つめものの超電導界磁コイルに接しない面に軸方
向及び幅方向の第２の流路溝を形成し、この第２の流路
溝に第２の小孔を複数形成したことにより、ヘリウムの
流通が軸方向、＠方向において良くなり超電導界磁コイ
ルの熱除去を円滑に行え、超電導界磁コイルの性能向上
が図れる超電導回転電機の回転子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１囚はこの発明の一実施例による超電導回転電機の回
転子におけるヘリウムの流れを示す断面図、第２図はこ
の発明に係わる上部つめもの、下部つめものを示す平面
図、第８図は一般的な超電導回転１！機の回転子の全体
概念を示す断面図、第４図は第３図ｆｆ−ＩＶ線におけ
る断面図、第６図は従来の超電導回転電機の回転子にお
けるヘリウムの流れを示す断面図である。 図において、（２）はコイル取付軸、（３）は超電導界
磁コイル、α力はスロット、（財）は上部つめもの、＠
は第１の流路溝、（至）は第１の小孔、勾は下部つめも
の、（支）は第２の流路溝、四は第２の小孔である。 尚１図中同一行号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. コイル取付軸に設けられたスロット内に収納される超電
   導界磁コイル、この超電導界磁コイルの外周面、内周面
   にそれぞれ接する上部つめもの、下部つめものを備えた
   ものにおいて、上記上部つめものの上記超電導界磁コイ
   ルに接する面に軸方向及び幅方向に形成された第１の流
   路溝、この第１の流路溝に複数形成された第１の小孔、
   上記下部つめものの上記超電導界磁コイルに接しない面
   に軸方向及び幅方向に形成された第２の流路溝、この第
   ２の流路溝に複数形成された第２の小孔を備えたことを
   特徴とする超電導回転電機の回転子。