JPS62213563A - 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（６１Ｊ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に関するもの
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５７−２２８７
２号公報に開示されたものがあり、その構成を第７図Ｅ
ζ示す。第７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目ζ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Ｅζ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ｆζ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、反駆動側端部軸、αＢはこれらの端部軸＋８１　、
　（９］を軸支する軸受、ｕｌｌは界磁″電流供給用の
スリップリング、（１２１はトルクチューブ（１）１ζ
形成或いは配置されている熱交換器、１．［３は側部輻
射シールド、Ｉは真空部である。

上記４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ｌζ冷却すること１ζより、電気抵抗を零
の状態とし、励磁損失をなくすこと薔ζより、この超電
導界磁コイル（３）Ｃζ強力な磁界を発生させ、固定子
（図示せず）Ｉζ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Ｃで液体
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）１ヘリウム端板
（７）Ｅζより形成される液体ヘリウム容器部Ｅζ供給
する一方、回転子内部を真空部Ｕ滲により高真空に保−
】と共Ｅζ、極低温の超電導界磁コイル（３）及びコイ
ル取付軸（２＋　ｆζ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α２を設け、こ
のトルクチューブ（１）を通じ極低温部１ζ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ｉζより侵入する熱を低酸するため、側部輻射
シールド１１３１が設けられている。

一方、常温ダンパ（４１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、超電導界磁コイル（
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ｔ４
１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７図においては、回転子内部のヘリウム
導入、排出系を構成する配管類及び回転子ｉζ接続され
ているヘリウム導入、排出装置は省略した。

第８図は第７図■−■線における断面図、即ち特開昭５
７−２０２８５２号公報に示されたものであり、（２１
はコイル取付軸、ｔ３）はＮ１電導界磁コイル、（６）
はヘリウム外筒、（１５１は液体ヘリウムの液溜め部、
ｔ１６１はヘリウム蒸気空間、ｕ′７）はコイル取付軸
（２目ζ形成された超電導界磁コイル（３）を収納する
スロット、α囚は超電導界磁コイル（３）を固定するウ
ェッジ、ｕ！３）は超電導界磁コイル（３）とウェッジ
ｑ＆との間に挿入されたつめものであり、例えば円形状
の貫通孔（１９ａ）を有している。■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、シυは液溜め部ＯＳｌとスロット［７）の底部と
Ｃζ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。尚、図示しないが超電導界磁コイル＋３１とスロ
ット１９面との間はヘリウムの流通を防げないように絶
縁されている。

一般的に超電導回転電機Ｃζおいては、超電導界磁コイ
ルの極低温冷却をいかＥζ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Ｅζ
するためには、超電導遷移温度以下Ｉζ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２０Ｋに保持することが行なわれている。

−万、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界磁コイルへの僅か
な侵入熱量によ−】で超電導界磁コイルの温度が上昇し
超電導遷移温度を越える恐れが常（ζ存在する。従−］
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。

次に冷却動作第９図に基づいて説明する。超電導界磁コ
イル（３１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擾ζ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、コイル取
付軸（２）のヘリウム流通孔（社）を経て液溜め部αＱ
に出る。−万、超電導界磁コイル４３１回りで生ずるヘ
リウム不足は、ヘリウム流路圓からウェッジｔｔＳの隙
間及びつめものｕｇＪの貫通孔Ｑ９ａ）を通って超電導
界磁コイル（３１回りｆζ流入するヘリウム１ζよって
補われる。吸熱膨張したヘリウムは、液溜め部ｔ１５１
１ζおいて、その一部が蒸発することＣζ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
ム蒸気空間υから超電導界磁コイル（３）の周囲に入り
込み、さらｆζつめものｕｇＩの貫通孔（１９ａ）及び
ウェッジ（１８）の隙間を通りヘリウム流路■１ζ出る
。

以上のようＣζ円滑な自然循環を行なうこと鉦ζ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１ζ保っている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来は上記のように構成されており、つめものｕ９の部
分のヘリウム通路は他の部分Ｃζ比べ狭くなっており、
この細形でヘリウムの流通が制限されていた。つめもの
ｕｇＩの貫通孔（１９ａ）のうちウェッジｔｔａ＋相互
間の隙間に開口するのは一部で、開口していない貫通孔
（１９ａ）を出たヘリウムはウェッジ（１０とつめもの
１０との間のわずかな隙間を流れることになる。貫通孔
（１９ａ）の部分では超電導界磁コイル（３）が支持さ
れていないため、強大な遠心力を考慮すると貫通孔（１
９ａ）の直径を増すことはできない。またつめもの０９
の厚さは超電導界磁コイル（３）とコイル取付軸＋２１
との間の絶縁沿面距離で定まり、厚さも減少できない。

従って、従来の構成では、超電導界磁コイル（３）の冷
却が悪くなっているという大きな問題があり、それ１ζ
より常電導遷移が発生して発電掘の機能を停止する可能
性が高かった。

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い、常
電導遷移を起こさない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、超電導界磁
コイルとウェッジとの間Ｃζスロット幅方向の小判状孔
を有する第１のつめものを挿着し、ウェッジと第１のつ
めものとの間に第１のつめものの小判状孔と連通ずる貫
通孔を有する第２のつめものを挿着したものである。

〔作用〕

この発明においては、第１のつめものＣζスロット幅方
向の小判状孔を設け、第２のつめものＥζ第１のつめも
のの小判状孔と連通ずる貫通孔を設けているので、スロ
ット内のヘリウム流通を円滑にする。

〔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
図ないし第５図１ζおいて、（支）は超電導界磁コイル
（３）とウェッジ叩との間１ζ挿着され、スロット幅方
向の小判状孔（２２ａ）を有する第１のつめも。

の、＠はウェッジαｇと第１のつめもの＠との間に挿着
され、第１のつめもの（２）の小判状孔（２２ａ）と連
通ずる例えば小判状孔（２２ａ）の幅寸法より大きい径
の貫通孔（２８ａ）を有する第２のつめものであり、貫
通孔（２８ａ）はウェッジｄｌＯ相互間の隙間１ζ合わ
せた位置に配設されている。

次に動作Ｃζついて説明する。第５図はスロットａη内
のヘリウムの流通状態を示し、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１ζ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コイル取付軸ヘリウム
通孔圓を経て液溜め部ｔ１５１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
流路のからウェッジ（１印相互間の隙間、第２のつめも
の内の貫通孔（２８ａ）及び第１のつめもの＠の小判状
孔（２２ａ）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０９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（２Ｄから超電導界磁コイル（３
）の周囲に入り込み、さらに、第１のつめもの器の小判
状孔（２２ａ）、第２のつめもの（ハ）の貫通孔（２８
ａ）及びウェッジ叩相互間の隙間を通りヘリウム流路■
（ζ出る。このよう擾ζ超電導界磁コイル（３）のでの
位置においても熱除去が速やか蛋ζ行われ、常電導遷移
を起こすことがなく、発電機の機能停止を未然に防止す
ることができる。また、ウェッジＵε相互間の隙間が規
定よりずれていても、貫通孔（２８ａ）からはずれるこ
とがなく、確実にヘリウム流路が確保できる。また、第
６図に示すように第２のつめもの＠の貫通孔（２８ａ）
の径寸法を第１のつめもの（２）の小判状孔（２２ａ）
の幅寸法より小さくしてもよい。

また、第１のつめもの（支）、第２のつめもの（２）は
電気絶縁の役目も合わせて持つ部材であり、絶縁沿面距
離は第６図に示すようコζ、第１のつめもの＠、第２の
つめもののの厚さの合計Ａ１第２のつめものＧの貫通孔
（２８ａ）の寸法と第１のつめもの＠の小刺状孔（２２
ａ）の寸法との差Ｂの和（Ａ＋Ｂ）で表わされる。尚、
上記実施例の如く、第２のつめもののの貫通孔（２８ａ
）の径寸法が大きい場合も同様に表わされ、第１のつめ
もの＠、第２のつめもの（社）の２枚でつめものを構成
することｌζより、厚さＡを増すことなく絶縁沿面側熱
をＢだけ増大でき、絶縁耐力が向上する。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、超電導界磁コイルとウェ
ッジとの間ｆζスロット幅方向の小判状孔を有する第１
のつめものを挿着し、ウェッジと第１のつめものとの間
に第１のつめものの小判状孔と連通する貫通孔を有する
第２のつめものを挿着したこと８こより、スロット内の
ヘリウム流通を円滑ｉζ行うことができ、冷却性能が向
上する効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例１てよる超電導回転電機の
回転子ｉζおける第１のつめものを示す平面図、第２図
は第１図Ｉ［−Ｉ［線に、おける断面図、第８図はこの
発明Ｅζ係る第２のつめものを示す平面図、第４図は第
ａ図ＩＶ−ＩＶ線奢ζおける断面図、第５図はこの発明
に係るヘリウムの流れを示す断面図、第６図はこの発明
の他の実施例Ｃζよるスロット部を示す断面図、第７図
は従来の一般的な超電導回転電機の回転子を示す縦断面
図、第８図は第７図■−■線における断面図、第９図は
従来のスロット内長手方向を示す断面図である。 図において、（２）はコイル取付軸、１３）は超電導界
磁コイル、Ｕηはスロット、（支）は第１のつめもの、
＠は第２の一ノめものである。 尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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を固定する
   ウェッジ、このウェッジと上記超電導界磁コイルとの間
   に挿入され、スロット幅方向の小判状孔を有する第１の
   つめもの、この第１のつめものと上記ウェッジとの間に
   挿入され、上記第１のつめものの小判状孔と連通する貫
   通孔を有する第２のつめもの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）第２のつめものの貫通孔の径方法は第１のつめも
   のの小判状孔の幅寸法より大きい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。