JP2000502840A - 超伝導巻線を備えた変圧器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、コアリム３の周りに同心的に巻かれた一次および二次超伝導巻線１，２を備えた変圧器であって、それらの巻線の間に二つの巻線の間の絶縁用絶縁材料１０を備えた、同心管状空間、すなわち主要通路が設けられた変圧器に関する。大きい相対的透磁率を有する磁性材料の円筒形スクリーン１１，１２が主要通路両端の絶縁材料内に同心に導入されている。

Description

【発明の詳細な説明】 超伝導巻線を備えた変圧器 技術分野 変圧器が、超伝導巻線を設けられるとともに、通常の巻線を備えた変圧器に対 して対抗しうる製品となるための重要な条件は、交流損失が最少であることであ る。現在利用可能な高温超伝導材料がテープとして設計されているため、超伝導 巻線は従来のシート巻き巻線に似ている。超伝導テープにおける交流損失がテー プの平面に対する交番磁界の方向に従って大きくなるため、交流損失をうけ入れ 可能なレベルに維持しうるようにするため、特殊な手段が採用されなければなら ない。本発明はこれらの損失を最少にするのに役立つ設計に関するものである。 図面の簡単な説明 図１は変圧器コアのリムの周りの二つの同心の変圧器巻線における磁界形状の 略図であり、 図２は、従来のシート巻き変圧器巻線が、損失をできるだけ少なくするように 設計される、現在の技術水準による方法を示す図であり、 図３は、超伝導巻線を使用するとき、損失を少なくすることを、現在の技術水 準によって処理する方法を示し、 図４は、損失を少なくするための、本発明による設計を示す。 背景技術および課題 超伝導体の特性は、可能な電流密度が通常の導体よりいちじるしく大きいこと である。上記のように、変圧器巻線に使用される超伝導体はテープの形状を有す る。現在利用しうるテープは、約３０％の超伝導体および約７０％の銀マトリッ クスを含有する。超伝導材料は、もし導体がうける交番磁界が、磁界がテープ面 内にあるよりむしろテープ面に垂直の方向に向けられるならば、交流損失が３〜 ５倍の大きさになるような、テープにおける配向を有する。 もし変圧器に対して特殊な手段がなにも採用されなければ、変圧器コアのリム ３の周りの二つの同心巻線１および２に対する磁界は、図１に示されたような外 観を有するであろう。巻線の間に延長する実質的に軸線方向の漏洩磁束４は、巻 線の両端部において多かれ少なかれ半径方向に偏向する。そこで巻線は、導体に 渦電流を発生させかつ損失を生ずる半径方向成分を有する磁束が横切ることにな る。もちろん、このことは、巻線が通常のシート巻線よりなるものであるか、ま たは超伝導シート（テープ）巻線として設計されているかにかかわらず、真実で ある。テープ面に対する磁界の方向に依存する超伝導テープの損失特性のため、 この課題は従来の巻線におけるよりも超伝導巻線において一層顕著になる。 半径方向磁界成分のため発生する損失を減少するため通常のシート巻線に使用 される技術の典型的事例は、米国特許第４３２３８７０号明細書に開示されてい る。磁界形状に影響を与えるべく試みる代わりに、導体材料は磁界に沿うことを 考慮されている。このことは、各点における磁界のベクトルが導体面の切線方向 になるようテープが形成されるように実施される。このようにして、渦電流は排 除することができる。上記米国特許の図１と同様の添付された図２は、この所要 の効果を実現するため、シート巻き巻線をどのように設計すべきかを示している 。コアリムに向かう内側を向いた巻付けは、コアリムに向かう端部において、機 械的観点から実際には必ずしも必要でない巻線支持体５を丸くすることによって 実施され、外側を向いた巻線は異なった種類のくさびまたはライニングの助けに よって実施可能である。しかしながら、この方法は、必要な空間の増大、損失増 加を生ずる巻線半径の増大、および比較的時間を要しかつ困難な巻線作業を伴う 。 超伝導巻線が使用されるとき損失を小さく維持するように処理する方法の事例 は、スエーデン国特許第９２０２４５５３号、“超伝導体を備えた変圧器／リア クトル用巻線支持体”明細書および添付された図３から明らかである。超伝導テ ープ８は、実質的に真直ぐな、円形−円筒形の管状支持体よりなる巻線支持体６ 上に巻かれる。コアリム３と巻線支持体との間には、いわゆる寒冷壁７が設けら れている。巻線が位置する側に、支持体は外方に両端部に向かって支持体に沿う らせん溝を設けられ、溝は導体の幅に等しい幅の平面を有する。このようにして 、外向きの端部に向かう支持体の周りの溝の各巻きは、円錐の真直ぐな切頭体の 包囲面を実際に構成する面を形成する。コアの真直ぐな切頭体の包囲面における 母線９と支持体の軸方向中心線との間の角度は、各巻きに対して外向きに支持体 の 端部に向かって増大し、包囲面が、すべての点において、磁界の方向と一致する ようにする。支持体の中央部分は溝のない円形−円筒形包囲面を有する。支持体 の端部に沿うらせん溝のため、超伝導テープは支持体全体に沿って一層または二 層連続的に巻くことができる。 発明の要約、利点 本発明によれば、巻線の端部における渦電流の発生およびそれに関連した交流 損失を防止するため、異なった解決手段が使用される。その代わり、磁界は、巻 線全体の軸線方向長さにおいて、磁界が巻線の対称軸に平行に延長し、すなわち 図１におけるように、それは巻線の端部で偏向しないように、影響をうける。 同心に配置された変圧器の二次および一次巻線の間に、二つの巻線の間を電気 的に絶縁する絶縁物質を充填された、同心の管状空間、いわゆる主要空間が設け られる。巻線の端部においても巻線の対称軸に平行に延長するように磁界を制御 するため、大きい、好適には１０³ 以上の相対的透磁率を備えた多数の磁性材料 の同心の円筒形スクリーンが一緒にかつ絶縁して主要通路の両端に導入される。 もしスクリーンが非導電性材料のものであるならば、それらは閉鎖した巻きを形 成することができる。ある導電率において、スクリーンは溝付きとされるか、ま たは重なる場合には、重なりにおいて十分な絶縁性を有する。 本発明の一実施例は図４から明らかである。同心巻線は図１に符号１および２ で示され、変圧器のリムは符号３で示されている。磁界線４は絶縁材料を充填さ れた主要通路１０内に示されている。主要通路１０の上方および下方部分には、 上記による磁性材料の多数の円筒形スクリーン１１および１２が同心的に導入さ れている。図面から明らかなように、これらのスクリーンの目的は、巻線の上方 および下方部分においても、それらが主要通路内に延長し、多少でも巻線を半径 方向に貫通しないように、磁束線を集中することである。 本発明の範囲は、主要通路における現在の空間、他の点において、スクリーン 材料の厚さおよび磁気特性に従ってスクリーンリングの数を別のものとすること を可能にしている。しかしながら、スクリーンリングは、定格電流において、そ れらが磁気的に飽和されないような大きさにしなければならない。同時に、巻線 の間に十分な空間が存在しなければならない。そうでなければ、スクリーンの軸 線方向長さは現在の変圧器の設計に適合しなければならない。これらのスクリー ンに適した材料はいわゆるアモルファス変圧器シートまたはヒステリシス損失を 無視し得る他の材料である。 一実施例において、同心リングはらせんリングと置換することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．コアリム（３）の周りに同心的に巻かれた一次および二次超伝導巻線（１ ，２）を備えた変圧器であって、それらの巻線の間に二つの巻線の間の絶縁用絶 縁材料を備えた、同心管状空間、すなわち主要通路が設けられた前記変圧器にお いて、大きい相対的透磁率を有する磁性材料の円筒形スクリーン（１１，１２） が主要通路両端の絶縁材料内に同心的に導入されたことを特徴とする前記変圧器 。 ２．スクリーンはそれらが非導電性材料から作られるとき閉鎖した巻きを形成 することを特徴とする請求項１に記載された一次および二次超伝導巻線を備えた 変圧器。 ３．スクリーンはそれらが導電性材料から作られるとき溝付きにされることを 特徴とする請求項１に記載された一次および二次超伝導巻線を備えた変圧器。 ４．コアリム（３）の周りに同心的に巻かれた一次および二次超伝導巻線（１ ，２）を備えた変圧器であって、それらの巻線の間に二つの巻線の間の絶縁のた めに絶縁材料を充填された、同心管状空間、すなわち主要通路が設けられた前記 変圧器において、大きい相対的透磁率を有する磁性材料の円筒形、らせん状スク リーンが主要通路両端の絶縁材料内に同心的に導入されたことを特徴とする前記 変圧器。 ５．スクリーンがアモルファス変圧器シートから作られたことを特徴とする請 求項１に記載された一次および二次超伝導巻線を備えた変圧器。 ６．らせん状スクリーンがアモルファス変圧器シートから作られたことを特徴 とする請求項４に記載された一次および二次超伝導巻線を備えた変圧器。