JPS63310367A - 超電導界磁巻線 - Google Patents
超電導界磁巻線Info
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- JPS63310367A JPS63310367A JP62145082A JP14508287A JPS63310367A JP S63310367 A JPS63310367 A JP S63310367A JP 62145082 A JP62145082 A JP 62145082A JP 14508287 A JP14508287 A JP 14508287A JP S63310367 A JPS63310367 A JP S63310367A
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- Japan
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- winding
- liquid helium
- superconducting
- winding shaft
- flow
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- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
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- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 46
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- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超電導発電機の超電導界磁巻線に係り、特に超
電導界磁巻線の液体ヘリウムの流れによる冷却の改善に
関する。
電導界磁巻線の液体ヘリウムの流れによる冷却の改善に
関する。
従来の超電導界磁巻線の冷却は、特開昭５７−２０２８
５１号公報に記載のように、円筒状巻線軸の内周側に貯
えられている液体ヘリウムが、遠心力作用で巻線軸内側
から外側に貫通した流路を経て界磁巻線の外周側に流れ
たのち、各スロットの巻線内部クーリングチャンネルに
分流してスロット底部に設けたヘリウム流出孔より巻線
軸内側に戻ることにより行われていた。
５１号公報に記載のように、円筒状巻線軸の内周側に貯
えられている液体ヘリウムが、遠心力作用で巻線軸内側
から外側に貫通した流路を経て界磁巻線の外周側に流れ
たのち、各スロットの巻線内部クーリングチャンネルに
分流してスロット底部に設けたヘリウム流出孔より巻線
軸内側に戻ることにより行われていた。
従来技術では１巻線軸内側で蒸発により冷却された液体
ヘリウムは遠心力で流出孔より巻線内に向って流れるの
で、巻線の内部から出てくる液体ヘリウムの流れと干渉
し合い、巻線内部の液体ヘリウムの流れは悪い。このた
め、巻線の冷却が悪く、巻線導体の動きに基づく摩擦熱
、超速応励磁及び外部擾乱による過渡時の発生熱で超電
導界磁巻線はクエンチ（超電導破壊）を起こすことがあ
った。
ヘリウムは遠心力で流出孔より巻線内に向って流れるの
で、巻線の内部から出てくる液体ヘリウムの流れと干渉
し合い、巻線内部の液体ヘリウムの流れは悪い。このた
め、巻線の冷却が悪く、巻線導体の動きに基づく摩擦熱
、超速応励磁及び外部擾乱による過渡時の発生熱で超電
導界磁巻線はクエンチ（超電導破壊）を起こすことがあ
った。
本発明の目的は、超電導界磁巻線の内部の液体ヘリウム
の流れを良くすることによって、超電導界磁巻線がクエ
ンチを起こさないようにすることにある。
の流れを良くすることによって、超電導界磁巻線がクエ
ンチを起こさないようにすることにある。
上記目的は、巻線軸の界磁巻線両端位置に巻線軸内側と
外側を貫通する液体ヘリウムの流出孔を設け、各スロッ
トの巻線を支持するウェッジに設ける液体ヘリウム流出
孔の大きさを、磁極近傍の磁束密度の大きいところでは
磁極から遠く磁束密度の小さいところよりも大きくし、
かつ、巻線端部に近づくにつれて小さくすることにより
達成される。
外側を貫通する液体ヘリウムの流出孔を設け、各スロッ
トの巻線を支持するウェッジに設ける液体ヘリウム流出
孔の大きさを、磁極近傍の磁束密度の大きいところでは
磁極から遠く磁束密度の小さいところよりも大きくし、
かつ、巻線端部に近づくにつれて小さくすることにより
達成される。
回転子の回転によって巻線軸内側に貯液されている液体
ヘリウムは、遠心力で前記した液体ヘリウム入口孔より
スロット内の超電導コイルに入り、クーリングチャンネ
ル及び巻線導体間の隙間を流れてウェッジの流出孔より
出て巻線軸端の流出孔に向って流れる。ウェッジの流出
孔は巻線端部に近づくにつれて小さくなっているので、
流路抵抗は巻線端部に近づくにつれて大きくなり、巻線
内部の液体ヘリウムは流路抵抗の小さい巻線中央部寄り
のウェッジ流出孔にも分流するようになる。
ヘリウムは、遠心力で前記した液体ヘリウム入口孔より
スロット内の超電導コイルに入り、クーリングチャンネ
ル及び巻線導体間の隙間を流れてウェッジの流出孔より
出て巻線軸端の流出孔に向って流れる。ウェッジの流出
孔は巻線端部に近づくにつれて小さくなっているので、
流路抵抗は巻線端部に近づくにつれて大きくなり、巻線
内部の液体ヘリウムは流路抵抗の小さい巻線中央部寄り
のウェッジ流出孔にも分流するようになる。
そのため１巻線内の液体ヘリウムの流れが良くなり、巻
線の冷却が改善される。
線の冷却が改善される。
巻線軸端の流出孔近傍の液体ヘリウムは１巻線軸端から
の侵入後によって温められるため、密度が幾分小さくな
る。密度の小さい液体ヘリウムは遠心力作用で軸心に向
うので、巻線軸端の流出孔より巻線軸内側に戻る。この
ため、巻線内部から流れ出た液体ヘリウムは巻線軸端の
流出孔に向って流れ、液体ヘリウムの循環が起り、巻線
は冷却される。
の侵入後によって温められるため、密度が幾分小さくな
る。密度の小さい液体ヘリウムは遠心力作用で軸心に向
うので、巻線軸端の流出孔より巻線軸内側に戻る。この
ため、巻線内部から流れ出た液体ヘリウムは巻線軸端の
流出孔に向って流れ、液体ヘリウムの循環が起り、巻線
は冷却される。
第１図は超電導発電機を構成する回転子の一部分を示す
、超電導界磁巻線１は巻線軸２の外周側に設けられた鞍
形のスロット３内に超電導コイルＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，Ｉ
Ｄを収納し、各超電導コイルを接続して構成する０巻線
軸２にはスロット３の底部と巻線軸２の内周側を貫通す
る液体ヘリウムの入口孔４が多数設けられており、巻線
端部近くに巻線軸２の外周側と内周側を貫通する液体ヘ
リウム出口孔５が設けられる。そして、液体ヘリウム容
器６が超電導界磁巻線１を取り囲むように取り付けられ
る。液体ヘリウム容器６の外周側には真空層を介してダ
ンパーがある。
、超電導界磁巻線１は巻線軸２の外周側に設けられた鞍
形のスロット３内に超電導コイルＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，Ｉ
Ｄを収納し、各超電導コイルを接続して構成する０巻線
軸２にはスロット３の底部と巻線軸２の内周側を貫通す
る液体ヘリウムの入口孔４が多数設けられており、巻線
端部近くに巻線軸２の外周側と内周側を貫通する液体ヘ
リウム出口孔５が設けられる。そして、液体ヘリウム容
器６が超電導界磁巻線１を取り囲むように取り付けられ
る。液体ヘリウム容器６の外周側には真空層を介してダ
ンパーがある。
第１図の■−■線に沿う断面を第２図に示す。
超電導コイルＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，１０はＮｂＴｉ超電導
線７を巻回し、導体間にクーリングチャンネル８を設け
る。超電導コイルの上、下には孔９の開いた絶縁物１０
を置き、側面には横１１を、外周側には径方向に孔１２
の開いたウェッジ１３を打込んで超電導コイルが動かな
いようにしである。ウェッジ１３の孔１２の大きさは図
１に示すように、磁極１４の近傍では大きく１巻線端部
に近づくにつれて小さくなっている。
線７を巻回し、導体間にクーリングチャンネル８を設け
る。超電導コイルの上、下には孔９の開いた絶縁物１０
を置き、側面には横１１を、外周側には径方向に孔１２
の開いたウェッジ１３を打込んで超電導コイルが動かな
いようにしである。ウェッジ１３の孔１２の大きさは図
１に示すように、磁極１４の近傍では大きく１巻線端部
に近づくにつれて小さくなっている。
超電導界磁巻線１の冷却は、巻線軸２の内側に貯えられ
る液体ヘリウム１５が遠心力で液体ヘリウム入口孔４か
らコイル内部に入り、クーリングチャンネル８を通って
ウェッジ１３の孔１２からコイル外周側の流路１６に流
出し、巻線軸２の両端からの侵入熱による熱サイホン作
用（温められた液体ヘリウムは密度が小さくなるので遠
心力によって軸心に向う）によって液体ヘリウム流出孔
に向って流れ、この流れが循環することによって行われ
る。
る液体ヘリウム１５が遠心力で液体ヘリウム入口孔４か
らコイル内部に入り、クーリングチャンネル８を通って
ウェッジ１３の孔１２からコイル外周側の流路１６に流
出し、巻線軸２の両端からの侵入熱による熱サイホン作
用（温められた液体ヘリウムは密度が小さくなるので遠
心力によって軸心に向う）によって液体ヘリウム流出孔
に向って流れ、この流れが循環することによって行われ
る。
超電導コイル内の液体ヘリウムの流れを第３図に示す、
液体ヘリウム流入口４、及び、コイル内部のクーリング
チャンネルがどの位置でも同じで、ウェッジ１３の孔１
２の大きさを液体ヘリウム流出口に近づくにつれて小さ
くした場合、クーリングチャンネルを流れる液体ヘリウ
ムの流れはウェッジの孔１２の流路抵抗の関係で矢印の
ように分流する。
液体ヘリウム流入口４、及び、コイル内部のクーリング
チャンネルがどの位置でも同じで、ウェッジ１３の孔１
２の大きさを液体ヘリウム流出口に近づくにつれて小さ
くした場合、クーリングチャンネルを流れる液体ヘリウ
ムの流れはウェッジの孔１２の流路抵抗の関係で矢印の
ように分流する。
本実施例の効果を従来例と比較検討した結果を第４図に
示す、同図は縦軸に従来例を１．０ とした場合の巻線
電流密度をとり、横軸に従来例を１．０ とした場合の
磁界をとって、磁界と電流密度との関係を示す。図から
明らかなように、本実施例の超電導界磁巻線の特性Ｐは
、特性Ｑに比べて巻線電流密度が大きく優れており、線
材の特性Ｒに近い特性になっている。すなわち、従来の
超電導界磁巻線は巻線電流密度が１パーユニツト（Ｐ、
Ｕ）でクエンチを起こすのに対し、本実施例の超電導界
磁巻線では巻線電流密度が１．３パーユニツトでクエン
チを起こすようになる。このように本実施例の超電導界
磁巻線の特性が向上したのは、巻線軸の端部に液体ヘリ
ウムの流出孔を設けたことにより、熱サイホン作用が液
体ヘリウムの流れに寄与したことと、ウェッジに設けた
液体ヘリウム流出孔の大きさを巻線端部に近づくにつれ
て小さくしたことにより、巻線内部の流れに分流が起こ
り冷却が大幅に改善された効果による。
示す、同図は縦軸に従来例を１．０ とした場合の巻線
電流密度をとり、横軸に従来例を１．０ とした場合の
磁界をとって、磁界と電流密度との関係を示す。図から
明らかなように、本実施例の超電導界磁巻線の特性Ｐは
、特性Ｑに比べて巻線電流密度が大きく優れており、線
材の特性Ｒに近い特性になっている。すなわち、従来の
超電導界磁巻線は巻線電流密度が１パーユニツト（Ｐ、
Ｕ）でクエンチを起こすのに対し、本実施例の超電導界
磁巻線では巻線電流密度が１．３パーユニツトでクエン
チを起こすようになる。このように本実施例の超電導界
磁巻線の特性が向上したのは、巻線軸の端部に液体ヘリ
ウムの流出孔を設けたことにより、熱サイホン作用が液
体ヘリウムの流れに寄与したことと、ウェッジに設けた
液体ヘリウム流出孔の大きさを巻線端部に近づくにつれ
て小さくしたことにより、巻線内部の流れに分流が起こ
り冷却が大幅に改善された効果による。
本発明によれば、超電導界磁巻線内部の液体ヘリウムの
流れが良いので冷却性が向上し、電磁力及び遠心力で巻
線導体が動いてもクエンチを起さず、安定度の高い高電
流密度の超電導界磁巻線が得られる。
流れが良いので冷却性が向上し、電磁力及び遠心力で巻
線導体が動いてもクエンチを起さず、安定度の高い高電
流密度の超電導界磁巻線が得られる。
第１図は本発明の超電導界磁巻線周辺の一実施例を示す
斜視図、第２図は第１図のｎ−ｎ矢視断面図、第３図は
超電導界磁巻線内部の液体ヘリウムの流れを示す図、第
４図は本発明の超電導界磁巻線の一実施例と、従来例の
巻線電流密度と磁界との関係を示す特性図である。 １・・・超電導界磁巻線、ＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＬＤ・・
・鞍形超電導コイル。 冨 １ ■ ／Ａ 豚２図 罫 ３ 図 ｙ４図 石秩ＪＰＦ（Ｐ、Ｉ））
斜視図、第２図は第１図のｎ−ｎ矢視断面図、第３図は
超電導界磁巻線内部の液体ヘリウムの流れを示す図、第
４図は本発明の超電導界磁巻線の一実施例と、従来例の
巻線電流密度と磁界との関係を示す特性図である。 １・・・超電導界磁巻線、ＬＡ、ＩＢ、ＩＣ，ＬＤ・・
・鞍形超電導コイル。 冨 １ ■ ／Ａ 豚２図 罫 ３ 図 ｙ４図 石秩ＪＰＦ（Ｐ、Ｉ））
Claims (1)
- １、巻線軸の外周側に設けた複数個の鞍形スロット内に
、超電導線を巻回した鞍形の超電導コイルを複数個収納
及び支持し、前記超電導コイルを取り囲むように、液体
ヘリウム容器を前記巻線軸に取り付けた超電導界磁巻線
において、前記巻線軸の端部に外周側と内周側を貫通す
る液体ヘリウム流出孔を設け、前記超電導コイルを支持
するウェッジの径方向貫通孔を巻線端部に近づくにつれ
て小さくし、前記液体ヘリウム流出孔と前記超電導コイ
ルを取り囲むように前記液体ヘリウム容器を取り付けた
ことを特徴とする超電導界磁巻線。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145082A JPS63310367A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 超電導界磁巻線 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62145082A JPS63310367A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 超電導界磁巻線 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63310367A true JPS63310367A (ja) | 1988-12-19 |
Family
ID=15376965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62145082A Pending JPS63310367A (ja) | 1987-06-12 | 1987-06-12 | 超電導界磁巻線 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63310367A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885120B2 (en) * | 2003-07-14 | 2005-04-26 | General Electric Company | Structural enclosed rotor configuration for electric machine |
| US6965185B1 (en) * | 2004-05-26 | 2005-11-15 | General Electric Company | Variable pitch manifold for rotor cooling in an electrical machine |
| US7208854B1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-04-24 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotor cooling system for synchronous machines with conductive sleeve |
| US9006942B2 (en) | 2009-05-07 | 2015-04-14 | Hamilton Sundstrand Corporation | Generator main stator back-iron cooling sleeve |
-
1987
- 1987-06-12 JP JP62145082A patent/JPS63310367A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6885120B2 (en) * | 2003-07-14 | 2005-04-26 | General Electric Company | Structural enclosed rotor configuration for electric machine |
| US6965185B1 (en) * | 2004-05-26 | 2005-11-15 | General Electric Company | Variable pitch manifold for rotor cooling in an electrical machine |
| US7208854B1 (en) * | 2006-03-09 | 2007-04-24 | Hamilton Sundstrand Corporation | Rotor cooling system for synchronous machines with conductive sleeve |
| US9006942B2 (en) | 2009-05-07 | 2015-04-14 | Hamilton Sundstrand Corporation | Generator main stator back-iron cooling sleeve |
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