JPH01129764A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
- Publication number
- JPH01129764A JPH01129764A JP62287292A JP28729287A JPH01129764A JP H01129764 A JPH01129764 A JP H01129764A JP 62287292 A JP62287292 A JP 62287292A JP 28729287 A JP28729287 A JP 28729287A JP H01129764 A JPH01129764 A JP H01129764A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- rotor
- temperature
- superconducting
- low
- current lead
- Prior art date
- 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.)
- Granted
Links
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
- 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】
〔発明の目的〕
（産業上の利用分野）
本発明は回転電機の超電導回転子に関する。
（従来の技術）
最近、超電導導体を回転界磁巻線として利用したいわゆ
る超電導回転子を備えた発電機が開発されている。超電
導導体を用いた界磁巻線は、その超電導性を維持するた
めに臨界温度以下に冷却しなければならず、例えば導体
としてＮｂＴｉ、Ｎｂ、Ｓｎを用いた場合は冷却媒体と
して４に程度の液体ヘリウムを使用する。
る超電導回転子を備えた発電機が開発されている。超電
導導体を用いた界磁巻線は、その超電導性を維持するた
めに臨界温度以下に冷却しなければならず、例えば導体
としてＮｂＴｉ、Ｎｂ、Ｓｎを用いた場合は冷却媒体と
して４に程度の液体ヘリウムを使用する。
このような低温の冷媒は一般に蒸発潜熱が小さく、冷媒
が気化し易いために、超電導界磁巻線の超電導状態を維
持するにはその界磁巻線を備えた低温ロータへの侵入熱
を極力少なくする必要がある。
が気化し易いために、超電導界磁巻線の超電導状態を維
持するにはその界磁巻線を備えた低温ロータへの侵入熱
を極力少なくする必要がある。
侵入熱は輻射伝熱、希薄気体伝熱、伝導伝熱等に分類さ
れるが、従来はこれらを抑制するために低温ロータの周
囲は真空圧力の小さい真空層とし。
れるが、従来はこれらを抑制するために低温ロータの周
囲は真空圧力の小さい真空層とし。
機械的に低温ロータと常温ロータを接続する構造部材は
低温ロータ内で気化した気体の冷媒により冷却されてい
た。すなわち１．低温ロータ内で気化した冷媒は単に排
出・回収されるのではなく、トルクチューブや電流リー
ドなど熱伝導による低温ロータへの侵入熱を抑制するた
めに、これらの部材を冷却する媒体として排気ガスを有
効に利用されつつ（Ａｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｏ
ｐｔｉｍａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎｏｆ Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
Ｒｏｔｏｒ；に、５ａｔｏ。
低温ロータ内で気化した気体の冷媒により冷却されてい
た。すなわち１．低温ロータ内で気化した冷媒は単に排
出・回収されるのではなく、トルクチューブや電流リー
ドなど熱伝導による低温ロータへの侵入熱を抑制するた
めに、これらの部材を冷却する媒体として排気ガスを有
効に利用されつつ（Ａｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｏ
ｐｔｉｍａｌ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｄｅｓｉｇｎｏｆ Ｓ
ｕｐｅｒｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ
Ｒｏｔｏｒ；に、５ａｔｏ。
ｅｔ、ａｌ、ＩＥＥＥ／ＰＥＳ、１９８５．（８５ＳＭ
３３４−８）参照）回収されている。
３３４−８）参照）回収されている。
この従来の超電導発電機は、コレクタリング側の超電導
界磁巻線端部とコレクタリングを真本断熱空間の内部を
貫通する構造で配設されていた。
界磁巻線端部とコレクタリングを真本断熱空間の内部を
貫通する構造で配設されていた。
第５図は、従来の超電導回転子の電流リードめ概略配置
図を示すものである。同図に示すように、絶縁物で絶縁
された電流リード■（通常は常電導導体）の内部の冷却
パス■を低温冷媒が図中の矢印の方向に流れ、電流リー
ド■を冷却する。すなわち、電流リード■を中空にして
内部に冷却パス■を設けることにより、それ自体が熱交
換器の機能を有することになる。電流リード■を介して
の低温ロータ０への侵入熱を抑制するためには、冷却パ
ス■の構成を検討し、熱交換性能を向上させること、冷
却長を長くすること、電流リード断面積を小さくするこ
とが一般的である。 従来の超電導回転子の構造では、
前述したように、コレクタリング（６）側の界磁巻線■
の端部からコレクタリングに）までの長さをある程度確
保されており、その長さは概ねトルクチューブ０の軸方
向長さに継ぎシャフト■の軸方向長さを加えた程度であ
った。
図を示すものである。同図に示すように、絶縁物で絶縁
された電流リード■（通常は常電導導体）の内部の冷却
パス■を低温冷媒が図中の矢印の方向に流れ、電流リー
ド■を冷却する。すなわち、電流リード■を中空にして
内部に冷却パス■を設けることにより、それ自体が熱交
換器の機能を有することになる。電流リード■を介して
の低温ロータ０への侵入熱を抑制するためには、冷却パ
ス■の構成を検討し、熱交換性能を向上させること、冷
却長を長くすること、電流リード断面積を小さくするこ
とが一般的である。 従来の超電導回転子の構造では、
前述したように、コレクタリング（６）側の界磁巻線■
の端部からコレクタリングに）までの長さをある程度確
保されており、その長さは概ねトルクチューブ０の軸方
向長さに継ぎシャフト■の軸方向長さを加えた程度であ
った。
そして、一般にはこの電流リードの長さは発電機容量が
大きくなってもトルクチューブ０や継シヤフト■がそれ
に比例して長くなることはなく、ＩＱＯＯＭ Ｖ Ａ級
の機械でも高々３ｍ程度であった。
大きくなってもトルクチューブ０や継シヤフト■がそれ
に比例して長くなることはなく、ＩＱＯＯＭ Ｖ Ａ級
の機械でも高々３ｍ程度であった。
ところで、近年に至っては、超電導回転子の熱性能（冷
却性能）をさらに向上させ冷媒の効率的運用の試みがな
されると共に、小形機への超電導導体搭載が検討されて
いる。
却性能）をさらに向上させ冷媒の効率的運用の試みがな
されると共に、小形機への超電導導体搭載が検討されて
いる。
（発明が解決しようとする問題点）
上記のように１機械、特に回転子軸長を長くすることな
く、電流リードを介して低温ロータへの侵入熱を低減、
抑制する必要があるため、低熱侵入形の電流リードの構
造にしなければならないが。
く、電流リードを介して低温ロータへの侵入熱を低減、
抑制する必要があるため、低熱侵入形の電流リードの構
造にしなければならないが。
電流リード断面を小さくする方式をとると常電導部の電
流密度が上昇し、電流リードの過熱やひいては焼損を引
起こすことになる。
流密度が上昇し、電流リードの過熱やひいては焼損を引
起こすことになる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は低温ロータへの熱伝導による伝熱量を・低減せしめる
電流リードを具備した超電導回転子を提供することにあ
る。
は低温ロータへの熱伝導による伝熱量を・低減せしめる
電流リードを具備した超電導回転子を提供することにあ
る。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、上記目的を達成するために、電流リードを内
部に低温ガスを流して冷却する形式の超電導回転子にお
いて、常電導導体と超電導導体の接続場所を反コレクタ
リング側の超電導界磁巻線端部に移行し、電流リードを
低温ロータ内部に通したことを特徴とする超電導回転子
を提供するものである。
部に低温ガスを流して冷却する形式の超電導回転子にお
いて、常電導導体と超電導導体の接続場所を反コレクタ
リング側の超電導界磁巻線端部に移行し、電流リードを
低温ロータ内部に通したことを特徴とする超電導回転子
を提供するものである。
（作 用）
このように構成されたものにおいては１例えば常電導導
体層の電流リードの断面積を小さくすることになく、あ
るいは、寸法的に余裕のない小容量機においても電流リ
ード長を確保できるので侵入熱を低減することが可能と
なり、冷却性能の高い超電導回転子を提供することがで
きる。
体層の電流リードの断面積を小さくすることになく、あ
るいは、寸法的に余裕のない小容量機においても電流リ
ード長を確保できるので侵入熱を低減することが可能と
なり、冷却性能の高い超電導回転子を提供することがで
きる。
（実施例）
実施例１
以下１本・発明の第１の実施例について第１図および第
２図を参照して説明する。
２図を参照して説明する。
尚、第１図および第２図において、従来例の第５図と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、未説明のも
のは説明をつけるから従来例の理解の参考にされたい。
一部分には同一符号を付して説明を省略し、未説明のも
のは説明をつけるから従来例の理解の参考にされたい。
低温ロータ（３）内部の反コレクタリング側の超電導界
磁巻線端部（５ａ）と常電導導体層の電流リード■の低
温端が反コレクタリング側で接続されている。常電導導
体の周囲は絶縁物（１１）により電気的に絶縁されてお
り、常温端一側からの伝導熱と自身のジュール損失によ
る発熱に対して、低温ロータ■内部で気化した冷媒であ
るガスヘリウム０）をその電流リードω内に設けた冷却
パス■に導入し。
磁巻線端部（５ａ）と常電導導体層の電流リード■の低
温端が反コレクタリング側で接続されている。常電導導
体の周囲は絶縁物（１１）により電気的に絶縁されてお
り、常温端一側からの伝導熱と自身のジュール損失によ
る発熱に対して、低温ロータ■内部で気化した冷媒であ
るガスヘリウム０）をその電流リードω内に設けた冷却
パス■に導入し。
通過させることにより、熱交換を行い電流り−ド■を冷
却する。
却する。
低温ロータ■内部における電流リードのは、周囲に液体
ヘリウム（９ａ）から蒸発した低温の冷媒であるガスヘ
リウム■が存在するため、このガスヘリウム■によりこ
の部分の軸方向の均一的な冷却を防止するように真空断
熱層（１０）を真空配管（１２）により隔離すると共に
真空配管（１２）と、絶縁物（１１）の周囲に設けた保
持管（１３）との間に複数層のスーパーインシュレイシ
ヨン（１４）を設けることにより、軸方向にゆるやかな
温度勾配をもたせるようにしである。この真空配管（１
２）は常温ロータ（１３）内部の他の真空断熱空間（１
５）と連通している。
ヘリウム（９ａ）から蒸発した低温の冷媒であるガスヘ
リウム■が存在するため、このガスヘリウム■によりこ
の部分の軸方向の均一的な冷却を防止するように真空断
熱層（１０）を真空配管（１２）により隔離すると共に
真空配管（１２）と、絶縁物（１１）の周囲に設けた保
持管（１３）との間に複数層のスーパーインシュレイシ
ヨン（１４）を設けることにより、軸方向にゆるやかな
温度勾配をもたせるようにしである。この真空配管（１
２）は常温ロータ（１３）内部の他の真空断熱空間（１
５）と連通している。
電流リードの常温側構成は従来の超電導回転子と同様で
あり、図中の矢印で示した電流リードを冷却した冷媒と
分離されて接続導体（１６）を介してコクタリングに）
と接続されている。尚、冷媒供給管（２１）と冷媒回収
管（２２）とで冷媒給排管（２３）を形成して液体ヘリ
ウム（９ａ）を界磁巻線■に供給後、ガスヘリウム■と
して１部は電流リードω内を通し、ガスヘリウム排出孔
（２４）から連通管（２５）を介して冷媒回収を行わせ
、残部は冷媒回収管（２２）を介して冷媒回収を行わせ
る。
あり、図中の矢印で示した電流リードを冷却した冷媒と
分離されて接続導体（１６）を介してコクタリングに）
と接続されている。尚、冷媒供給管（２１）と冷媒回収
管（２２）とで冷媒給排管（２３）を形成して液体ヘリ
ウム（９ａ）を界磁巻線■に供給後、ガスヘリウム■と
して１部は電流リードω内を通し、ガスヘリウム排出孔
（２４）から連通管（２５）を介して冷媒回収を行わせ
、残部は冷媒回収管（２２）を介して冷媒回収を行わせ
る。
このような構成とすることによれば次のような作用効果
が得られる。
が得られる。
第３図は従来の電流リードに沿った温度分布と１本実施
例の構造の電流リードに沿った温度分布の比較を示した
もので１回転子の機械的・電気的諸元は同一のベースで
ある。これによると、本実施例では明らかに温度勾配が
ゆるやかになり、電流リードの低温端近傍の温度勾配と
熱伝導率の積で決定する侵入熱が低減している。
例の構造の電流リードに沿った温度分布の比較を示した
もので１回転子の機械的・電気的諸元は同一のベースで
ある。これによると、本実施例では明らかに温度勾配が
ゆるやかになり、電流リードの低温端近傍の温度勾配と
熱伝導率の積で決定する侵入熱が低減している。
そして、常温端の温度は従来の電流リードの構造では常
温（室温）以下になる場合もあり、その場合空気中の水
分による電流リード常温側端部への霜の付着、氷結ある
いはそれに到らないまでも結露などが発生し絶縁破壊を
もたらしていたものが、当該部の室温への接近により絶
縁破壊を防止することが可能となる。従って良好な熱交
換性能と、熱侵入の低減を図ることが可能で、電流リー
ドの冷却媒体の十分な活用が可能となり、電流リードω
長をロータ長を延ばすことなく長くすることができ、熱
侵入量を数分の−から一桁小さくすることができるため
、低温ロータ内の超電導界磁巻線の安定した超電導状態
を維持する極めて安全な超電導回転子を提供することが
できる。そして、冷媒の消費量の観点から言えば、侵入
熱が少なくなった分だけ冷却効率の良い機械を提供でき
るわけである。
温（室温）以下になる場合もあり、その場合空気中の水
分による電流リード常温側端部への霜の付着、氷結ある
いはそれに到らないまでも結露などが発生し絶縁破壊を
もたらしていたものが、当該部の室温への接近により絶
縁破壊を防止することが可能となる。従って良好な熱交
換性能と、熱侵入の低減を図ることが可能で、電流リー
ドの冷却媒体の十分な活用が可能となり、電流リードω
長をロータ長を延ばすことなく長くすることができ、熱
侵入量を数分の−から一桁小さくすることができるため
、低温ロータ内の超電導界磁巻線の安定した超電導状態
を維持する極めて安全な超電導回転子を提供することが
できる。そして、冷媒の消費量の観点から言えば、侵入
熱が少なくなった分だけ冷却効率の良い機械を提供でき
るわけである。
これは特に、小容量機においてその利点が拡大される。
実施例２
次に第２の実施例について説明する。これは特に図示し
ないが第１の実施例のスーパーインシュレイシヨン（１
４）を省略したもので、実施例１に準じた作用効果を得
ることができる。
ないが第１の実施例のスーパーインシュレイシヨン（１
４）を省略したもので、実施例１に準じた作用効果を得
ることができる。
実施例３
第４図は本発明の第３の実施例を示すもので、低温ロー
タ■内部に電流リード■を配設することにより侵入熱を
低減させるに十分な常温端からの距離を確保できること
に着目し、コレクタリング（へ）をベアリング（１８）
の内側、すなわち、界磁巻線０寄りに配置し、他は実施
例１又は２の通りにした構成である。
タ■内部に電流リード■を配設することにより侵入熱を
低減させるに十分な常温端からの距離を確保できること
に着目し、コレクタリング（へ）をベアリング（１８）
の内側、すなわち、界磁巻線０寄りに配置し、他は実施
例１又は２の通りにした構成である。
上述した実施例３の構造によれば、単に小容量機の熱侵
入対策のみならず、ベアリング（１８）の外側、すなわ
ち軸端部の重量を低減することが可能であるので、オー
バーハングした軸端部の振動低減が容易になるという付
帯効果を有するほか、実施例１または２と同様な作用効
果が得られる。
入対策のみならず、ベアリング（１８）の外側、すなわ
ち軸端部の重量を低減することが可能であるので、オー
バーハングした軸端部の振動低減が容易になるという付
帯効果を有するほか、実施例１または２と同様な作用効
果が得られる。
以上説明したように、本発明によれば、電流リード長を
ロータ長を延ばすことなく長くすることができ、熱侵入
量を数分の−から一桁小さくすることができるため、低
温ロータ内の超電導線の安定した超電導状態を維持する
極めて安全な超電導回転子を提供することができる。そ
して、冷媒の消費量の観点から言えば、侵入熱が少なく
なった分だけ冷却効率の良い機械を提供できるわけであ
る。これは特に小容量機においてその利点が拡大される
。
ロータ長を延ばすことなく長くすることができ、熱侵入
量を数分の−から一桁小さくすることができるため、低
温ロータ内の超電導線の安定した超電導状態を維持する
極めて安全な超電導回転子を提供することができる。そ
して、冷媒の消費量の観点から言えば、侵入熱が少なく
なった分だけ冷却効率の良い機械を提供できるわけであ
る。これは特に小容量機においてその利点が拡大される
。
第１図は本発明の超電導回転子の第１の実施例を示す上
半部縦断面図、第２図は第１図の■−■線に沿う矢視拡
大断面図、第３図は第１の実施例と従来例との電流リー
ドに沿った温度分布比較図、第４図は第３の実施例を示
す上半部縦断面図、第５図は従来例を示す上半部縦断面
図である。 １・・・電流リード、 ２・・・冷却パス。 ３・・・低温ロータ、 ４・・・コレクタリング
、５・・・超電導界磁巻線、 ９・・・低温ガスであるガスヘリウム、１１・・・絶縁
物、 １２・・・真空配管、１４・・・スーパ
ーインシュレイシヨン。 １８・・・ベアリング。
半部縦断面図、第２図は第１図の■−■線に沿う矢視拡
大断面図、第３図は第１の実施例と従来例との電流リー
ドに沿った温度分布比較図、第４図は第３の実施例を示
す上半部縦断面図、第５図は従来例を示す上半部縦断面
図である。 １・・・電流リード、 ２・・・冷却パス。 ３・・・低温ロータ、 ４・・・コレクタリング
、５・・・超電導界磁巻線、 ９・・・低温ガスであるガスヘリウム、１１・・・絶縁
物、 １２・・・真空配管、１４・・・スーパ
ーインシュレイシヨン。 １８・・・ベアリング。
Claims (3)
- （１）電流リードを内部に低温ガスを流して冷却する超
電導回転子において、電流リードはコレクタリングから
コレクタリング側真空断熱空間と低温ロータ内を通して
反コレクタリング側の超電導界磁巻線端部に接続したこ
とを特徴とする超電導回転子。 - （２）低温ロータ内部の電流リードは真空配管内にてス
ーパーインシュレイシヨンを介して配設したことを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の超電導回転子。 - （３）コレクタリングはベアリングより低温ロータ寄り
に設けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項記載の超電導回転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287292A JP2529981B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287292A JP2529981B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129764A true JPH01129764A (ja) | 1989-05-23 |
| JP2529981B2 JP2529981B2 (ja) | 1996-09-04 |
Family
ID=17715498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287292A Expired - Lifetime JP2529981B2 (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2529981B2 (ja) |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62287292A patent/JP2529981B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2529981B2 (ja) | 1996-09-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5774032A (en) | Cooling arrangement for a superconducting coil | |
| US7119644B2 (en) | Mounting structure for superconducting windings | |
| US6600251B2 (en) | Super-conducting rotor coil winding support assembly method for synchronous machine | |
| MXPA02004838A (es) | Soporte de bobina de rotor super conductora de alta temperatura con alojamiento de bobina dividido y metodo de ensamble. | |
| EP1261116B1 (en) | High Temperature Superconducting Synchronous Rotor Coil Support with Tension Rods | |
| US6617714B2 (en) | High temperature super-conducting coils supported by an iron core rotor | |
| US4227102A (en) | Electrical machine with cryogenic cooling | |
| CA2384574C (en) | A high power density super-conducting electric machine | |
| US6577028B2 (en) | High temperature superconducting rotor power leads | |
| CN101111985A (zh) | 具有对其超导转子绕组的温差环流冷却的电机装置 | |
| US4208598A (en) | Electrical machine with cryogenic cooling | |
| JP2529981B2 (ja) | 超電導回転子 | |
| JP4002783B2 (ja) | 高温超伝導ロータコイル支持体とコイル支持方法 | |
| JPH01144356A (ja) | 超電導回転電機 | |
| JPH01129765A (ja) | 超電導回転子 | |
| CN101268602A (zh) | 超导技术的电机和阻隔屏蔽件 | |
| JPS63198574A (ja) | 超電導回転子 | |
| JPS6268060A (ja) | 超電導回転子 | |
| JPS626410B2 (ja) | ||
| JPS63299765A (ja) | 超電導回転機 | |
| JPS63302758A (ja) | 超電導回転子 | |
| JPH0474947B2 (ja) | ||
| JPH04351462A (ja) | 超電導回転電機の回転子 | |
| JPH06327233A (ja) | 超電導回転子 | |
| JPH04120777A (ja) | 超電導電磁石用電流リード |