JPH01129765A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
- Publication number
- JPH01129765A JPH01129765A JP62287293A JP28729387A JPH01129765A JP H01129765 A JPH01129765 A JP H01129765A JP 62287293 A JP62287293 A JP 62287293A JP 28729387 A JP28729387 A JP 28729387A JP H01129765 A JPH01129765 A JP H01129765A
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- Japan
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- rotor
- lead
- superconducting
- torque tube
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- 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１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１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、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、低温
ロータ内で気化した冷媒に単に排出・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ツツ（Ａ
ｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｏｐｔｉｍａｇ Ｔｈｅ
ｎ’ｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｏｆ ５ｕｐｅｓ ｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｒｏｔｏｒ ； ｋ
、５ａｔｏ。
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、低温
ロータ内で気化した冷媒に単に排出・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ツツ（Ａ
ｎ Ａｐｐｒｏａｃｈ ｔｏ Ｏｐｔｉｍａｇ Ｔｈｅ
ｎ’ｎｄ Ｄｅｓｉｇｎｏｆ ５ｕｐｅｓ ｃｏｎｄｕ
ｃｔｉｎｇ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｒｏｔｏｒ ； ｋ
、５ａｔｏ。
ｅｔ、ａｌ、 ＩＥＥＥ／ＰＥＳ、 １９８５． （８
５５Ｍ ３３４−８）参照）回収されている。
５５Ｍ 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空断熱空間の内部を
直線状にて軸方向に貫通して、電気的に接続する構造で
配設されている。
界磁巻線端部とコレクタリングを真空断熱空間の内部を
直線状にて軸方向に貫通して、電気的に接続する構造で
配設されている。
第５図は、従来の超電導回転子の電流リードの概略配置
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ωを冷却する。すなわち、電流リード（１１）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ωを
介しての低温ロータ■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、電流リード断面積を小さく
することが一般的である。
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ωを冷却する。すなわち、電流リード（１１）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ωを
介しての低温ロータ■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、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（へ）側の界磁巻線■の端部からコレクタリ
ング（イ）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、１００１００Ｏ級の機械でも高々３
ｍ程度であった。
クタリング（へ）側の界磁巻線■の端部からコレクタリ
ング（イ）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、１００１００Ｏ級の機械でも高々３
ｍ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、小型機への超電導導体塔載が検討されて
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、小型機への超電導導体塔載が検討されて
いる。
（発明が解決しようとする問題点）
上記のように、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、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。
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。
また、系統安定度向上の為に近年開発されている超速応
励磁形超電導発電機では遠路時の励磁電圧が数ｋＶと、
従来の数Ｖに比較して飛躍的に上昇し、そのために電流
リード絶縁厚は増加する。すると、電流リードの断面積
が増加し、侵入熱が増大する。
励磁形超電導発電機では遠路時の励磁電圧が数ｋＶと、
従来の数Ｖに比較して飛躍的に上昇し、そのために電流
リード絶縁厚は増加する。すると、電流リードの断面積
が増加し、侵入熱が増大する。
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導量を低減せ
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。
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超電導回転子において、
電流リードはトルクチューブ内の真空断熱空間にて軸方
向に複数回折り返したことを特徴とする超電導回転子を
提供する。
部に低温ガスを流して冷却する超電導回転子において、
電流リードはトルクチューブ内の真空断熱空間にて軸方
向に複数回折り返したことを特徴とする超電導回転子を
提供する。
（作 用）
このように構成されたものにおいては、折り返しにより
電流リードの全長を長くすることが可能となり、例えば
常電導導体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し、さらに、電流リードの
絶縁被覆の厚い、安全な超速応励磁が可能となり、冷却
性能が高く、信頼性の高い超電導回転子を提供すること
ができる。
電流リードの全長を長くすることが可能となり、例えば
常電導導体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し、さらに、電流リードの
絶縁被覆の厚い、安全な超速応励磁が可能となり、冷却
性能が高く、信頼性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。尚、第１図および第２１；！Ｉ
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、
従来例の理解の参照にされたい。
図を参照して説明する。尚、第１図および第２１；！Ｉ
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、
従来例の理解の参照にされたい。
常電４導体製の第１段電流リード（ｌａ）は端部で超電
導回転子ＩｉＡ■と接続し、継シャフト■側で一旦Ｕ字
状孔を有する第１段接続パイプ（８ａ）に連結する。第
１の接続パイプ（８ａ）には折り返して第２段電流リー
ド（１ｂ）を連結する。第２段電流リード（１ｂ）の他
端はＵ字状孔を有する第２の接続パイプ（８ｂ）を連結
し、第２の接続パイプ（８ｂ）には折り返して第３段電
流リード（１ｃ）を連結する。これらの電流リード（ｌ
ａ）、 （ｌｂ）＝ （ｌｃ）の折り返しは、トルクチ
ューブ０と低温ロータ■端面と継シャフト■端面で囲ま
れたトルクチューブ内の真空断熱空間０内で行なう。第
３段電流リード（１ｃ）の折り返し反対端は従来の配設
方法と同様に継シャフト■内を貫通し、接続導体（１０
）を用いてコレクタリング（イ）に接続する。
導回転子ＩｉＡ■と接続し、継シャフト■側で一旦Ｕ字
状孔を有する第１段接続パイプ（８ａ）に連結する。第
１の接続パイプ（８ａ）には折り返して第２段電流リー
ド（１ｂ）を連結する。第２段電流リード（１ｂ）の他
端はＵ字状孔を有する第２の接続パイプ（８ｂ）を連結
し、第２の接続パイプ（８ｂ）には折り返して第３段電
流リード（１ｃ）を連結する。これらの電流リード（ｌ
ａ）、 （ｌｂ）＝ （ｌｃ）の折り返しは、トルクチ
ューブ０と低温ロータ■端面と継シャフト■端面で囲ま
れたトルクチューブ内の真空断熱空間０内で行なう。第
３段電流リード（１ｃ）の折り返し反対端は従来の配設
方法と同様に継シャフト■内を貫通し、接続導体（１０
）を用いてコレクタリング（イ）に接続する。
第２図は上述の真空断熱空間０内に配置された電流リー
ドの横断面を示すもので、冷却パス■を′有する第１．
第２、第３段の電流リード（ｌａ）。
ドの横断面を示すもので、冷却パス■を′有する第１．
第２、第３段の電流リード（ｌａ）。
（ｌｂ）、 （ｌｃ）は低温部はど超電導回転子の中心
から半径の小さい側に配設され、電気的に絶縁物（１１
）を介して第１、第２、第３の真空パイプ（１２ａ）。
から半径の小さい側に配設され、電気的に絶縁物（１１
）を介して第１、第２、第３の真空パイプ（１２ａ）。
（１２ｂ）、 （１２ｃ）により閉じた系を構成してい
る。
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（２４）を界磁
巻線（イ）に供給後、ガスヘリウム（２５）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（２６）
から連通管（２７）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。
給排管（２３）を形成して液体ヘリウム（２４）を界磁
巻線（イ）に供給後、ガスヘリウム（２５）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（２６）
から連通管（２７）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。
次に上記実施例１の作用を説明する。
本実施例によれば、電流リード■を折り返して畏くした
から電流リード内を通る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、侵入熱が小さ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
於いてその利点が拡大される。さらに電流リードの温度
勾配が小さくなるから、電流リードを介して低温ロータ
に侵入する伝熱量を従来に比較して増加させることなく
電気的絶縁厚を十分確保できるので、超速応励磁形発電
機にも有効で信頼性を著しく向上できる。
から電流リード内を通る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、侵入熱が小さ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
於いてその利点が拡大される。さらに電流リードの温度
勾配が小さくなるから、電流リードを介して低温ロータ
に侵入する伝熱量を従来に比較して増加させることなく
電気的絶縁厚を十分確保できるので、超速応励磁形発電
機にも有効で信頼性を著しく向上できる。
又、従来クールダウン時に電流リードの排ガスがマイナ
ス数１０［”Ｃ］になる場合があり、排気ループ（発電
機本体の外側）に配設した冷凍機系のコンプレッサに不
具合を発生する可能性があったが、本実施例では電流リ
ード長が長く熱交換量の増大から、排ガスは安定して常
温に維持可能となり発電機全体システムの信頼性を向上
できる。
ス数１０［”Ｃ］になる場合があり、排気ループ（発電
機本体の外側）に配設した冷凍機系のコンプレッサに不
具合を発生する可能性があったが、本実施例では電流リ
ード長が長く熱交換量の増大から、排ガスは安定して常
温に維持可能となり発電機全体システムの信頼性を向上
できる。
実施例２
第３図は本発明の第２の実施例を示すもので、第１の実
施例を示す第２図の横断面に相当する図である。
施例を示す第２図の横断面に相当する図である。
すなわち、高温部になるほど常電導電流リード■は導体
の電気抵抗が増大するゆえ、当該部のジュール損失が増
加する。そこで低温部の第１段電流リード（ｌａ）断面
積より高温部の第２段、第３段の電流リード（１ｂ）、
（１ｃ）の断面を大きくしたもので軸方向に折り返して
構成する方式は実施例１と基本的に変りない。
の電気抵抗が増大するゆえ、当該部のジュール損失が増
加する。そこで低温部の第１段電流リード（ｌａ）断面
積より高温部の第２段、第３段の電流リード（１ｂ）、
（１ｃ）の断面を大きくしたもので軸方向に折り返して
構成する方式は実施例１と基本的に変りない。
このようにすれば各電流リード（ｌａ） −（ｌｂ）
＊ （ｌｃ）の温度勾配は更に小さくなる他、実施例１
と同様な作用効果が得られる。
＊ （ｌｃ）の温度勾配は更に小さくなる他、実施例１
と同様な作用効果が得られる。
実施例３
第４図は本発明の第３の実施例を示すもので、第１の実
施例を示す第２図の横断面に相当する図である。
施例を示す第２図の横断面に相当する図である。
すなわち電流リードを折り返すトルクチューブ内の真空
断熱空間（ロ）が半径方向に余裕のない場合に１周方向
に位相をずらして配設した例である。
断熱空間（ロ）が半径方向に余裕のない場合に１周方向
に位相をずらして配設した例である。
他は実施例１と同様である。
このようにすれば小直径の回転子でも、実施例１と同様
な作用効果が得られる。
な作用効果が得られる。
［発明の効果］
以上説明したように１本発明によれば、電流リードを折
り返して長くしたから、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、侵入熱が小さ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
量機に於いてその利点が拡大される。
り返して長くしたから、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、侵入熱が小さ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
量機に於いてその利点が拡大される。
さらに電流リードの温度勾配が小さくなるから、電流リ
ードを介して低温ロータに侵入する伝熱量を従来に比較
して増加させることなく電気的絶縁厚を十分確保できる
ので、超速応励磁形発電機にも有効で信頼性を著しく向
上できる。
ードを介して低温ロータに侵入する伝熱量を従来に比較
して増加させることなく電気的絶縁厚を十分確保できる
ので、超速応励磁形発電機にも有効で信頼性を著しく向
上できる。
又、従来クールダウン時に電流リードの排ガスがマイナ
ス数１０［”Ｃ］になる場合があり、排気ループ（発電
機本体の外側）に配設した冷凍機系のコンプレッサに不
具合を発生する可能性があったが、本発明では電流リー
ド長が長く熱交換量の増大から、排ガスは安定して常温
に維持可能となり発電機全体システムの信頼性を向上で
きる。
ス数１０［”Ｃ］になる場合があり、排気ループ（発電
機本体の外側）に配設した冷凍機系のコンプレッサに不
具合を発生する可能性があったが、本発明では電流リー
ド長が長く熱交換量の増大から、排ガスは安定して常温
に維持可能となり発電機全体システムの信頼性を向上で
きる。
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図および第４図は第２および第３の実施
例の第２図相当部を示す断面図、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、 ５・・・界磁巻線、６・
・・トルクチューブ、 ９・・・真空断熱空間、２５
・・・低温ガスであるガスヘリウム。
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図および第４図は第２および第３の実施
例の第２図相当部を示す断面図、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、 ５・・・界磁巻線、６・
・・トルクチューブ、 ９・・・真空断熱空間、２５
・・・低温ガスであるガスヘリウム。
Claims (2)
- （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、電流リードはトルクチューブ内の
真空断熱空間にて軸方向に複数回折り返したことを特徴
とする超電導回転子。 - （２）折り返しの電流リードは、低温側より常温側へ接
続するものほど通電断面積を大に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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287293A JPH01129765A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62287293A JPH01129765A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01129765A true JPH01129765A (ja) | 1989-05-23 |
Family
ID=17715507
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62287293A Pending JPH01129765A (ja) | 1987-11-16 | 1987-11-16 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01129765A (ja) |
-
1987
- 1987-11-16 JP JP62287293A patent/JPH01129765A/ja active Pending
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