JPS6268060A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
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- JPS6268060A JPS6268060A JP60204458A JP20445885A JPS6268060A JP S6268060 A JPS6268060 A JP S6268060A JP 60204458 A JP60204458 A JP 60204458A JP 20445885 A JP20445885 A JP 20445885A JP S6268060 A JPS6268060 A JP S6268060A
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- Japan
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- rotor
- current lead
- heat
- superconducting
- helium
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- 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
- 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〕
本発明は電流リードの冷却を良好にした回転電機の超電
導回転子に関する。
導回転子に関する。
近年、超電導線を回転子界磁巻線に応用する超電導回転
電機の開発が行われており、例えば超電導タービン発電
機がそれである。
電機の開発が行われており、例えば超電導タービン発電
機がそれである。
超電導線はその超電導性を維持する為に極低温（約４
（Ｋｌ）に保冷されなければならない。冷媒としては、
したがって液体ヘリウムが使用され、これは機械の外部
に設置された冷凍機により製造され、機械の端部に設け
られたヘリウムトランスファーカップリングを介して静
止側のヘリウム移送管から、回転側のヘリウム移送管へ
送り込まれる。
（Ｋｌ）に保冷されなければならない。冷媒としては、
したがって液体ヘリウムが使用され、これは機械の外部
に設置された冷凍機により製造され、機械の端部に設け
られたヘリウムトランスファーカップリングを介して静
止側のヘリウム移送管から、回転側のヘリウム移送管へ
送り込まれる。
同移送管は低温ロータへ連・通しており、低温ロータ内
に備えられた超電導界磁巻線を極低温に冷却すると共に
液槽に一定量備蓄される。
に備えられた超電導界磁巻線を極低温に冷却すると共に
液槽に一定量備蓄される。
一方、超電導回転子は、液体ヘリウムへの蒸発潜熱が約
０．６３［Ｋｃａｌ／Ｌ）と非常に小さい為、低温ロー
タへの熱侵入を極力抑える必要があり、通常は２重ロー
タ構造をとり、低温ロータの周囲の空間を常温ロータで
囲って真空にするなどして、液槽に蓄られた液体ヘリウ
ムの蒸発量を最小限にする工夫をしている。
０．６３［Ｋｃａｌ／Ｌ）と非常に小さい為、低温ロー
タへの熱侵入を極力抑える必要があり、通常は２重ロー
タ構造をとり、低温ロータの周囲の空間を常温ロータで
囲って真空にするなどして、液槽に蓄られた液体ヘリウ
ムの蒸発量を最小限にする工夫をしている。
熱の侵入の形態は概ね以下に分類される。すなわち、常
温ロータ（約３００（Ｋ））と低温ロータを接続する構
造部材を伝導によって伝達されるもの、真空空間の残留
気体によって伝達されるもの、そして放射により伝達さ
れるものである。侵入熱のうち、多くを占める伝導熱は
超電導回転子の主要構成要素であるところの電流リード
とトルクチューブを介して伝えられる。
温ロータ（約３００（Ｋ））と低温ロータを接続する構
造部材を伝導によって伝達されるもの、真空空間の残留
気体によって伝達されるもの、そして放射により伝達さ
れるものである。侵入熱のうち、多くを占める伝導熱は
超電導回転子の主要構成要素であるところの電流リード
とトルクチューブを介して伝えられる。
そこで二九ら主要要素は液槽内に侵入してきた伝熱量に
相当する蒸発したガスヘリウムによって、これが排気さ
れるときに冷却されるように排気経路をその要素内に設
ける構造としている。つまり、排気経路、すなわち、侵
入熱経路に於いて冷媒と侵入熱が熱交換することにより
、ガスヘリウムはその温度が上昇しつつ排気され、低温
ロータへの侵入熱は極力抑えるように設計されているわ
けである。これらの冷却方式は自己の侵入熱による蒸発
したガスヘリウムにより、自己の構成要素を冷却すると
いう意味で自己調整冷却方式と呼び、その機能を自己調
整冷却機能と呼んでいる。残留気体伝熱、放射伝熱につ
いてはここでは省略する。
相当する蒸発したガスヘリウムによって、これが排気さ
れるときに冷却されるように排気経路をその要素内に設
ける構造としている。つまり、排気経路、すなわち、侵
入熱経路に於いて冷媒と侵入熱が熱交換することにより
、ガスヘリウムはその温度が上昇しつつ排気され、低温
ロータへの侵入熱は極力抑えるように設計されているわ
けである。これらの冷却方式は自己の侵入熱による蒸発
したガスヘリウムにより、自己の構成要素を冷却すると
いう意味で自己調整冷却方式と呼び、その機能を自己調
整冷却機能と呼んでいる。残留気体伝熱、放射伝熱につ
いてはここでは省略する。
さて、以上述べたように自己調整冷却方式は伝導熱を抑
制する有効な方式であるが、各要素の構成状況、材質共
催により、各要素を介して伝達される侵入熱量は各々異
なっている。
制する有効な方式であるが、各要素の構成状況、材質共
催により、各要素を介して伝達される侵入熱量は各々異
なっている。
従来は自己調整冷却機能を良好に果させるように各要素
の侵入熱毎にそれに見合う蒸発ガスヘリウムを各要素の
排気経路へ導くようにしていたが、電流リードの低温端
であるラジアルパイプは低温ロータ内にあり、ラジアル
パイプから液体ヘリウムへ伝えられた侵入熱は、概ね電
流リード排気経路側へ伝えられガスヘリウムに気化せし
めたが、一部はラジアルパイプ外側へ伝えられ気化した
ガスヘリウムはトルクチューブ排気経路を通して排気さ
れることを余儀なくされていた。
の侵入熱毎にそれに見合う蒸発ガスヘリウムを各要素の
排気経路へ導くようにしていたが、電流リードの低温端
であるラジアルパイプは低温ロータ内にあり、ラジアル
パイプから液体ヘリウムへ伝えられた侵入熱は、概ね電
流リード排気経路側へ伝えられガスヘリウムに気化せし
めたが、一部はラジアルパイプ外側へ伝えられ気化した
ガスヘリウムはトルクチューブ排気経路を通して排気さ
れることを余儀なくされていた。
本発明は自己調整冷却機能を十分に果たすことが難しい
電流リードに対して、その機能を良好に発揮させる構造
とし、電流リード、トルクチューブの各要素から侵入し
てくる異った量の伝熱量に対してその伝熱量に等価な蒸
発ガスヘリウムを各要素に分配できる、すなわち液体ヘ
リウムの消費の観点から最も効率が良く、冷却の観点か
らみて有効である自己調整冷却機能の良好な電流リード
を有する超電導回転子を提供することを目的とする。
電流リードに対して、その機能を良好に発揮させる構造
とし、電流リード、トルクチューブの各要素から侵入し
てくる異った量の伝熱量に対してその伝熱量に等価な蒸
発ガスヘリウムを各要素に分配できる、すなわち液体ヘ
リウムの消費の観点から最も効率が良く、冷却の観点か
らみて有効である自己調整冷却機能の良好な電流リード
を有する超電導回転子を提供することを目的とする。
本発明においては液体ヘリウムを回転子の低温ロータの
液槽内周側に貯え、この液体ヘリウムに超電導磁界巻線
を浸漬し、この超電導界磁巻線に電流を供給するパイプ
状電流リードの常温側を回転子の主軸中に通し、低温端
側をラジアル方向に曲げて先端を前記液体ヘリウム中に
挿入し、かつラジアル方向に曲げた電流リードのラジア
ルパイプの内面に放熱フィンを設けると共に外周に断熱
層を設けることにより、電流リードからの浸入熱により
蒸発したガスヘリウムがトルクチューブ排気経路へ混入
することが抑制され、電流リードがアンダークールに、
トルクチューブがオーバークールにならない様に、自動
調整されるようにする。
液槽内周側に貯え、この液体ヘリウムに超電導磁界巻線
を浸漬し、この超電導界磁巻線に電流を供給するパイプ
状電流リードの常温側を回転子の主軸中に通し、低温端
側をラジアル方向に曲げて先端を前記液体ヘリウム中に
挿入し、かつラジアル方向に曲げた電流リードのラジア
ルパイプの内面に放熱フィンを設けると共に外周に断熱
層を設けることにより、電流リードからの浸入熱により
蒸発したガスヘリウムがトルクチューブ排気経路へ混入
することが抑制され、電流リードがアンダークールに、
トルクチューブがオーバークールにならない様に、自動
調整されるようにする。
以下本発明の一実施例について説明するが、はしめに本
発明の一実施例と共通な従来の超電導回転子の概略構成
図を第１図に示す。そして第２図および第３図が本実施
例の放熱フィンを有するラジアルパイプを低温端にもつ
電流リードの要部を示したもので低温部分以外は従来機
の構造と同一の為全体構成は省略しである。
発明の一実施例と共通な従来の超電導回転子の概略構成
図を第１図に示す。そして第２図および第３図が本実施
例の放熱フィンを有するラジアルパイプを低温端にもつ
電流リードの要部を示したもので低温部分以外は従来機
の構造と同一の為全体構成は省略しである。
トルクチューブ■は超電導界磁巻線■を支持し、主軸０
に連結している。電流リードに）は超電導界磁巻線■を
励磁する為に主軸■にマウントされたスリップリング■
、接続導体０を介して超電導線■とを接続する。
に連結している。電流リードに）は超電導界磁巻線■を
励磁する為に主軸■にマウントされたスリップリング■
、接続導体０を介して超電導線■とを接続する。
超電導界磁巻線■の作動温度は極低温であるので、冷媒
である液体ヘリウムを機械の軸端に備えたヘリウムトラ
ンスファーカップリング■によって静止側から回転側へ
圧送され、トルクチューブ■、放射熱遮閉板■、超電導
界磁巻線支持筒０から構成される低温ロータ（１０）の
液槽（１０ａ）へ移送・貯液され超電導状態を達成・依
持することになる。
である液体ヘリウムを機械の軸端に備えたヘリウムトラ
ンスファーカップリング■によって静止側から回転側へ
圧送され、トルクチューブ■、放射熱遮閉板■、超電導
界磁巻線支持筒０から構成される低温ロータ（１０）の
液槽（１０ａ）へ移送・貯液され超電導状態を達成・依
持することになる。
液体ヘリウムの蒸発潜熱は非常に小さいので、液槽（１
０）内の液体ヘリウムの気化を抑制する為に常温ロータ
（１１）と低温ロータ（１０）の間隙の空間（１２）は
真空となっている。放射熱は放射遮閉板（８）やスーパ
ーインシュレイジョン（図示せず）により抑制し、構造
部材を通して低温ロータ（１０）へ伝達される伝導熱は
気化したガスヘリウムを冷凍機（図示せず）へもどす途
中で熱交換する排気経路を構成することにより、抑制し
ている。そして従来の場合は真空断熱された電流リード
に）は低温ロータの液槽（１０ａ）内のラジアルパイプ
（１３）により伝導熱やジュール発熱が液体ヘリウムに
伝えられ、これが蒸発しラジアルパイプ（１３）と連通
ずる排気経路を経由してヘリウムトランスファーカップ
リング■から冷凍機へ回収され、液化され再度供給され
ることになる。トルクチューブ■の伝導熱の抑制も電流
リードと同様な方式により、低温ロータへの様々な形態
の侵入熱により蒸発したガスヘリウムを低温ロータ側板
の回転中心近傍に設けた複数の孔（１４）と、これに連
通するトルクチューブ（ト）の内径に備えた熱交換器（
１５）を経由して排気される。
０）内の液体ヘリウムの気化を抑制する為に常温ロータ
（１１）と低温ロータ（１０）の間隙の空間（１２）は
真空となっている。放射熱は放射遮閉板（８）やスーパ
ーインシュレイジョン（図示せず）により抑制し、構造
部材を通して低温ロータ（１０）へ伝達される伝導熱は
気化したガスヘリウムを冷凍機（図示せず）へもどす途
中で熱交換する排気経路を構成することにより、抑制し
ている。そして従来の場合は真空断熱された電流リード
に）は低温ロータの液槽（１０ａ）内のラジアルパイプ
（１３）により伝導熱やジュール発熱が液体ヘリウムに
伝えられ、これが蒸発しラジアルパイプ（１３）と連通
ずる排気経路を経由してヘリウムトランスファーカップ
リング■から冷凍機へ回収され、液化され再度供給され
ることになる。トルクチューブ■の伝導熱の抑制も電流
リードと同様な方式により、低温ロータへの様々な形態
の侵入熱により蒸発したガスヘリウムを低温ロータ側板
の回転中心近傍に設けた複数の孔（１４）と、これに連
通するトルクチューブ（ト）の内径に備えた熱交換器（
１５）を経由して排気される。
電流リードに）は、ラジアルパイプ（１３）、接続導体
０を含め銅の様な食型導性の材料から成る。一般に電流
リード（イ）の構成材料は熱伝導率が大きく熱を伝え易
い性質を有している。一方、トルクチューブ■の材料は
機械的強度の高いものを用いるが、一般にこれは銅など
の電流リードの材料に比べて熱伝導率は小さい。従って
、電流リードとトルクチューブの横断面積は前者の方が
小さいが熱伝導の違いにより各要素を通しての侵入熱は
結局はぼコンパラブルである。
０を含め銅の様な食型導性の材料から成る。一般に電流
リード（イ）の構成材料は熱伝導率が大きく熱を伝え易
い性質を有している。一方、トルクチューブ■の材料は
機械的強度の高いものを用いるが、一般にこれは銅など
の電流リードの材料に比べて熱伝導率は小さい。従って
、電流リードとトルクチューブの横断面積は前者の方が
小さいが熱伝導の違いにより各要素を通しての侵入熱は
結局はぼコンパラブルである。
しかして、本実施例の電流リード（イ）の低温端にラジ
アル方向に曲げて接続されたラジアルパイプ（工３）は
第２図に示す如く、その外周の全域又はその一部をテフ
ロン等の熱絶縁物（１６）で被覆されており、浸入熱が
ラジアルパイプ（１３）から外周側へ伝達され難い構造
となっている。さらに、ラジアルパイプ（１３）の内周
の全域又はその一部が放熱フィン（１７）を有しており
、ラジアルパイプ内の液体ヘリウム（１０ｂ）へ侵入熱
が伝達され易い構造となっている。ラジアルパイプ（１
３）の横断面は第３図に示す様な形状をしている。ラジ
アルパイプ（１３）と電流リード本体（４ａ）との接続
は従来と変わりなく、電流リード全体構成は、上記のラ
ジアルパイプの絶縁構成及び放熱フィン構成以外は基本
的に同一である。尚、（３０）は超電導線であって電流
リードに接続されている。そして（３１）はガスヘリウ
ムを示す。
アル方向に曲げて接続されたラジアルパイプ（工３）は
第２図に示す如く、その外周の全域又はその一部をテフ
ロン等の熱絶縁物（１６）で被覆されており、浸入熱が
ラジアルパイプ（１３）から外周側へ伝達され難い構造
となっている。さらに、ラジアルパイプ（１３）の内周
の全域又はその一部が放熱フィン（１７）を有しており
、ラジアルパイプ内の液体ヘリウム（１０ｂ）へ侵入熱
が伝達され易い構造となっている。ラジアルパイプ（１
３）の横断面は第３図に示す様な形状をしている。ラジ
アルパイプ（１３）と電流リード本体（４ａ）との接続
は従来と変わりなく、電流リード全体構成は、上記のラ
ジアルパイプの絶縁構成及び放熱フィン構成以外は基本
的に同一である。尚、（３０）は超電導線であって電流
リードに接続されている。そして（３１）はガスヘリウ
ムを示す。
以下、このように構成されたリードを備えた超電導回転
子の作用について説明する。
子の作用について説明する。
超電導回転子の低温ロータの予冷が完了し、運転状態に
入ると、第２図に示す破線の矢印に沿って電流リードや
トルクチューブその他から浸入熱が液体ヘリウムへ流れ
、これを気化させる。このとき、電流リードの低温ロー
タ内の半径方向に立ち上がっているラジアルパイプ（１
３）は外周側が断熱構造に、内周側が放熱促進構造とな
っていて、先端が液体ヘリウム（ｔａｂ）中に入ってい
る為、電流リードを通して低温ロータへ侵入してきた熱
はラジアルパイプ（１３）内の液体ヘリウム（ｉｏｂ）
の気化にほとんどが用いられ電流リードを冷却するので
、トルクチューブ■の排気経路側へ気化したガスヘリウ
ムが導かれることはほとんど無くなる。
入ると、第２図に示す破線の矢印に沿って電流リードや
トルクチューブその他から浸入熱が液体ヘリウムへ流れ
、これを気化させる。このとき、電流リードの低温ロー
タ内の半径方向に立ち上がっているラジアルパイプ（１
３）は外周側が断熱構造に、内周側が放熱促進構造とな
っていて、先端が液体ヘリウム（ｔａｂ）中に入ってい
る為、電流リードを通して低温ロータへ侵入してきた熱
はラジアルパイプ（１３）内の液体ヘリウム（ｉｏｂ）
の気化にほとんどが用いられ電流リードを冷却するので
、トルクチューブ■の排気経路側へ気化したガスヘリウ
ムが導かれることはほとんど無くなる。
勿論、トルクチューブから浸入した熱によって気化した
ガスヘリウムはトルクチューブを冷却する排気経路に導
かれる。
ガスヘリウムはトルクチューブを冷却する排気経路に導
かれる。
次にこの実施例の効果を説明する。
以上の様に本実施例によれば、電流リードを通して侵入
してくる熱によって蒸発するガスヘリウムのほとんどが
電流リードを冷却するために用いられる。
してくる熱によって蒸発するガスヘリウムのほとんどが
電流リードを冷却するために用いられる。
よってその自己調整冷却機能を十分に達成させることが
でき、従来の様に電流リードからの侵入熱に相当する蒸
発ガスヘリウムのうち無視できない量がトルクチューブ
排気系へ送り込まれトルクチューブがオーバークールに
なる一方、電流リードの冷却が不足しアンダークールに
なり、低温ロータ全体として侵入熱の増加を招くといっ
た効率の悪い（すなわち、供給冷媒量の増加、冷媒の消
費量の増加）システムを形成することがない。よって上
記のような電流リードの構成により、本来の自己調整冷
却機能をほぼ完全に満足する液体ヘリウムの消費量の極
めて小さな、望ましい超電導回転子を提供することがで
きる。
でき、従来の様に電流リードからの侵入熱に相当する蒸
発ガスヘリウムのうち無視できない量がトルクチューブ
排気系へ送り込まれトルクチューブがオーバークールに
なる一方、電流リードの冷却が不足しアンダークールに
なり、低温ロータ全体として侵入熱の増加を招くといっ
た効率の悪い（すなわち、供給冷媒量の増加、冷媒の消
費量の増加）システムを形成することがない。よって上
記のような電流リードの構成により、本来の自己調整冷
却機能をほぼ完全に満足する液体ヘリウムの消費量の極
めて小さな、望ましい超電導回転子を提供することがで
きる。
以上説明したように、本発明によれば、電流リード自身
の冷却を良好にすると共に、トルクチューブ側へ放散熱
を伝えないから、自己調整冷却機能の良好な電流リード
を有する超電導回転子を提供することができる。
の冷却を良好にすると共に、トルクチューブ側へ放散熱
を伝えないから、自己調整冷却機能の良好な電流リード
を有する超電導回転子を提供することができる。
第１図は本発明の一実施例と従来例に共通した超電導回
転子の概略構成を示す縦断面図、第２図は本発明の超電
導回転子の電流リードの低温部分を示す縦断面図、第３
図はそのラジアルパイプの横断面図である。 １・・・トルクチューブ、 ２・・・超電導界磁巻線。 ３・・・主軸、 ４・・・電流リード。 １０・・・低温ロータ、１０ａ・・・液槽。 ］、Ｏｂ・・・液体ヘリウム、１３・・・ラジアルパイ
プ。 １６・・・熱絶縁物、１７・・・放熱フィン。
転子の概略構成を示す縦断面図、第２図は本発明の超電
導回転子の電流リードの低温部分を示す縦断面図、第３
図はそのラジアルパイプの横断面図である。 １・・・トルクチューブ、 ２・・・超電導界磁巻線。 ３・・・主軸、 ４・・・電流リード。 １０・・・低温ロータ、１０ａ・・・液槽。 ］、Ｏｂ・・・液体ヘリウム、１３・・・ラジアルパイ
プ。 １６・・・熱絶縁物、１７・・・放熱フィン。
Claims (1)
- 液体ヘリウムを回転子の低温ロータの液槽内周側に貯え
、この液体ヘリウムに超電導界磁巻線を浸漬し、この超
電導界磁巻線に電流を供給するパイプ状電流リードの常
温側を回転子の主軸中に通し、低温端側をラジアル方向
に曲げて先端を前記液体ヘリウム中に挿入し、かつラジ
アル方向に曲げた電流リードのラジアルパイプ内面に放
熱フィンを設けると共に外周に断熱層を設けたことを特
徴とする超電導回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60204458A JPS6268060A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60204458A JPS6268060A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 超電導回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6268060A true JPS6268060A (ja) | 1987-03-27 |
Family
ID=16490865
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60204458A Pending JPS6268060A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6268060A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5810560A (en) * | 1995-05-30 | 1998-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system for non-linear control of a speed setting and a throttle valve in an aircraft engine |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS573571A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-09 | Hitachi Ltd | Current lead for superconductive rotary electric machine |
| JPS5797340A (en) * | 1980-12-08 | 1982-06-17 | Hitachi Ltd | Liquid helium feeder for superconductive rotary machine |
| JPS60105283A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-10 | Hitachi Ltd | 超電導用パワ−リ−ド |
-
1985
- 1985-09-18 JP JP60204458A patent/JPS6268060A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS573571A (en) * | 1980-06-06 | 1982-01-09 | Hitachi Ltd | Current lead for superconductive rotary electric machine |
| JPS5797340A (en) * | 1980-12-08 | 1982-06-17 | Hitachi Ltd | Liquid helium feeder for superconductive rotary machine |
| JPS60105283A (ja) * | 1983-11-14 | 1985-06-10 | Hitachi Ltd | 超電導用パワ−リ−ド |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5810560A (en) * | 1995-05-30 | 1998-09-22 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Control system for non-linear control of a speed setting and a throttle valve in an aircraft engine |
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