JPH02211053A - 超電導回転電機の回転子及びその製造方法 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、超電導回転電機の回転子、特（こ超電導界
磁コイルをコイル取付軸に、保持する構造に関するもの
である。

〔従来の技術〕

従来、この種の一般的な回転子として例えば特開昭６１
−１８８４６号公報に開示された第１０図に示すものが
あった。第１０図において、（１）はトルクチューブ、
（２）はトルクチューブ（１）の中央部を形成するコイ
ル取付軸、（３）はコイル取付軸（２）、に固定されて
いる超電導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１）
とコイル取付軸（２）を囲繞する常温ダンパ、（５）は
この常温ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の間に配設
されている低温ダンパ、（６）及び（ア）はコイル取付
軸（２）のそれぞれ外周部及び側面部に取り付けられた
ヘリウム外筒及びヘリウム端板、（８）及び（９）はそ
れぞれ駆動側、反駆動側端部軸、（１０）はこれらの端
部軸（８）　、（９）を軸支する軸受、（１１）は界磁
電流供給用のスリップリング、（１２）はトルクチュー
ブ（１）に形成或いは配置されている熱交換器、（１３
）は側部幅対シールド、（１４）は真空部である。

上記構成からなる超電導回転電機の回転子においては、
コイル取付軸（２）に配設されている超電導界磁コイル
（３）を極低温に冷却することにより、電気抵抗を零の
状態とし、励磁損失をなくすことにより、この超電導界
磁コイル（３）に強力な磁界を発生させ、固定子（図示
せず）に交流電力を発生させる。この超電導界磁コイル
（３）を極低温に冷却、保持するために液体ヘリウムを
反駆動側端部軸（９）の中央部から導入管（図示せず）
を通じ、ヘリウム外筒（６）、ヘリウム端板（７）によ
り形成される液体ヘリウム容器部に供給する。一方、回
転子内部を真空部（１０により高真空に保つと共に、極
低温の超電導界磁コイル（３）及びコイル取付軸（２）
に回転トルクを伝えるトルクチューブ（１）を薄肉円筒
とし、且つ熱交換器（１２）を設け、このトルクチュー
ブ（１）を通じ極低温部に侵入する熱を極力減らすよう
になっている。また、側面からの輻射により侵入する熱
を低減するため、側部輻射シールド（１３）が設けられ
ている。

一方、常温ダンパ（４）及び低温ダンパ（５）は、固定
子からの高調波磁界をシールドし、超電導界磁コイル（
３）を保護すると共に、電力系統のしよう乱による回転
子振動を減衰させる機能を有する一方、常温ダンパ（４
）は真空外筒としての機能、低温ダンパ（５）はヘリウ
ム容器部への輻射シールドとしての機能を兼ねる。尚、
第１図においては、回転子内部のヘリウム導入、排出系
を構成する配管類及び回転子に接続されているヘリウム
導入、排出装置は省略している。

第１１図は第１０図のＸＩ−ｎ線に沿う断面図を示し、
（１５）は楔、（１８）はコイル取付軸（２）の表面に
軸方向に形成されたスロット、（１９）はスロット内絶
縁スペーサ、（２０）は上部絶縁スペーサである。

この構成において、超電導界磁コイル（３）は、Ａ−Ａ
線を取り巻くように巻回しており、従って、Ａ−Ａ線を
極中心として強力な界磁を発生する。

楔（１５）は超電導界磁コイル（３）をスロット（１８
）内に堅固に保持するように打ち込まれている。

第１２図はコイル取付軸端部を示す斜視図、第１３図は
第１２図のｘｍ−ｘｍ線における断面図であり、図にお
いて、（２１）は下部絶縁スペーサ、（２２）はコイル
取付軸（２）のスロット（１８）とコイル取付軸（２）
の軸中心内部の液体ヘリウムの液溜め部（図示せず）と
に連通して設けられたヘリウム流通孔である。

スロット（１８）はコイル取付軸（２）の軸表面に軸方
向に沿った直線スロット、軸両端部で円周方向に沿った
アークスロット、その直線スロットとアークスロットと
に連設するコーナスロットにより構成されている。した
がって、１ｌｒ（１５）はそれらスロットに応じた形状
とし、スロット（１８）内に超電導界磁コイル（３）　
を収納した後、スロット（１８）に楔（１５）を挿着し
て超電導界磁コイル（３）を堅固に保持している。

このような回転子に使用される超電導界磁コイルとして
は例えば特開昭５７−１８６９６０号公報に開示された
ものがあり、その構成を第１４図に示す。

図において、（３ａ）は複数の超電導素線を撚り線など
により形成された超電導線であり、複数列、複数層巻回
されている。　（２３）はこれら超電導線（３ａ）の列
間に挿入された列間絶縁、（２４）は超電導線（３ａ）
の眉間に挿入された眉間絶縁である。尚、超電導界磁コ
イル（３）は、超電導線（３ａ）を１本持ちで、かつ超
電導線（３ａ）列間には列間絶縁（２３）を、超電導線
（３ａ）の眉間には眉間絶縁（２４）をそれぞれ挿入し
ながら巻回し、巻回後はエポキシ樹脂で処理してモール
ド状に形成され、超電導線（３ａ）の短絡防止がなされ
ている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように構成された従来の超電導回転電機の回転子
においては、超電導界磁コイル（３）を堅固に保持する
楔（１５）はスロット（１８）の各形状に応じた形状と
する必要があり、特にコイル取付軸（２）の軸両端部に
配置された楔（１５）の形状は複雑な形状となりその製
作加工並びに打ち込み作業に多大の労力を要するという
問題点があった。

この発明は、上記のような問題点を解消するためになさ
れたものであり、多大の労力を要することなく超電導界
磁コイルを堅固に保持できる超電導回転電機の回転子及
びその製造方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る超電導回転電機の回転子は、上部絶縁材
をコイル取付軸に固定する上部絶縁材固定手段により、
コイル取付軸に上部絶縁材を固定したものである。

また、この発明の他の発明である超電導回転電機の回転
子の製造方法は、樹脂が含浸された半硬化状の絶縁テー
プを超電導線に巻回して超電導界磁コイルを形成してス
ロット内に装着し、その後超電導界磁コイルの外周側に
上部絶縁材を配設し、次にコイル取付軸の回転加熱によ
り前記絶縁テープを加熱硬化し、その次に上部絶縁材固
定手段によりコイル取付軸に上部絶縁材を固定し、その
後コイル取付軸と上部絶縁材とを同時に表面加工して円
筒体の嵌合面を形成し、その嵌合面に円筒体を嵌着した
ものである。

〔作　用〕

この発明及びこの発明の他の発明は、超電導界磁コイル
をスロット内に装着した後、上部絶縁固定手段によりコ
イル取付軸に上部絶縁材を固定し、コイル取付軸の外周
側に円筒体を嵌着させて超電導界磁コイルをスロット内
に堅固に保持する。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図について説明する。

第１図ないし第４図はこの発明の第１の実施例を示すも
ので、第１０図ないし第１４図と同−渡たは相当部分は
同一符号を付し、その説明は省略する。

図において、（２ａ）はコイル取付軸（２）の外周部に
形成された冷媒である液体ヘリウムの冷却路、（２５）
はスロット（１８）内に装着された超電導界磁コイルで
あり、超電導線（２５ｍ）が複数列、複数層巻回されて
形成されている。　（２６）は超電導界磁コイル（２５
）の超電導線（２５ａ）にスパイラル状に巻回され樹脂
が含浸された半硬化状からなり巻回後硬化される絶縁テ
ープ、（２７）はこの絶縁テープ（２６）間の、空隙に
形成された冷却路、（２８）は超電導界磁コイル（２５
）とスロット（１８）の底面との間に装着された下部絶
縁材であり、ヘリウム流通孔（２２）と連設する軸方向
に延在する冷却路（２８ａ）と、この冷却路（２８ａ）
と連設する半径方向の冷却路（２８ｂ）と、この冷却路
（２８ｂ）と連設する周方向の冷却路（２８ｃ）が形成
されており、冷却路（２７）とヘリウム流通孔（２２）
とはこれら冷却路（２８ａ）　、（２８ｂ）　、（２８
ｃ）を介して連設されている。（ＺＳ）は超電導界磁コ
イル（２５）の外周側に配設された上部絶縁材であり、
コイル取付軸（２）の冷却路（２ａ）と連設する周方向
の冷却路（２９ａ）と、この冷却路（２９ａ）と連設す
る半径方向の冷却路（２９ｂ）と、この冷却路（２９ｂ
）と連設する周方向の冷却路（２９ｃ）が形成されてお
り、冷却路（２ａ）と冷却路（２７）とはこれら冷却路
（２９ｍ）　。

（２９ｂ）　、（２９ｃ）を介して連設されている。（
３０）は超電導界磁コイル（２５）とスロット（１８）
の壁面との間に装着されたスロット内地゛縁材であり、
冷却路（３０ｍ）が形成されている。　（３１）はコイ
ル取付軸（２）の外周側に例えば焼嵌め等により嵌着さ
れ、スロット（１８）内に装着された超電導界磁コイル
〈２５）を上部絶縁材（２９）を介してスロット（１８
）内に堅固に保持する円筒体である。

（３２）は上部絶縁材（２９）の押さえ治具であって、
上部絶縁材（２９）及びコイル取付軸（２）の外周面の
円周方向に形成された押さえ治具装着溝（３３）に装着
されている。（３４）は押さえ治具（３２）をコイル取
付軸（２）に取付けるための締付ボルトであり、（３５
）は締付ボルト（３４）を取付けるためにコイル取付軸
（２）に設けられたネジ穴である。しかして、押さえ治
具装着７１１（３３）、押さえ治具（３２）、ネジ穴（
３５）および締付ボルト（３４）により上部絶縁材固定
手段を構成している。

次に、動作について説明する。コイル取付軸（２）のス
ロット（１８）の底面に下部絶縁材（２８）、スロット
（１８）の両壁面にスロット内絶縁材（３０）を装着す
る０次いで、超電導線（２５ｍ）に樹脂が含浸された半
硬化状の絶縁テープ（２６）をスパイラル状に巻回して
超電導界磁コイル（２５）を形成してスロット（１８）
内に装着する。そして、超電導界磁コイル（２５）の外
周側に上部絶縁材（２９）を配設する。

絶縁テープ（２６）の樹脂の硬化はコイル取付軸（２）
の回転加熱により行なわれる。絶縁テープ（２６）の硬
化後のコイル取付軸（２）の外周の機械加工のために上
部絶縁材（２９）を強固に固定する必要があるが、そこ
で押さえ治具（３２）を押さえ治具装着溝（３３）に装
着して上部絶縁材（２９）をコイル取付軸（２）に固定
する。その後、コイル取付軸（２）の外表面を上部絶縁
材（２９）と同時、一体に旋盤加工して上記円筒体（３
１）の嵌合面を形成する。旋盤により加工した後、コイ
ル取付軸（２）の外周側に円筒体（３１）を焼嵌めによ
り嵌着して超電導界磁コイル（２５）を上部絶縁材（２
９）を介してスロット（１８）内に堅固に保持する。

以上のように円筒体（３１）をコイル取付軸（２）の外
周側に焼嵌めにより嵌着することによって超電導界磁コ
イル（２５）をスロット（１８）内に堅固に保持できる
ので、従来のような形状の複雑な楔（１５）を全く使用
しなくてよくその製作加工並びに打ち込み作業が皆無に
なる。又、楔（１５）をスロット（１８）内に挿着する
ための楔溝も不要となる。さらに、１１！　（１５）を
省略したことにより、その厚さ寸法分外径を小さくする
ことができ、しかも超電導界磁コイル（２５）の樹脂硬
化後にコイル取付軸（２）外表面を加工するようにした
ので、コイル高さの調整作業が不要となる。

又、超電導界磁コイル（２５）の超電導線（２５ａ）の
冷却は次のようにして行なわれる。コイル取付軸（２）
の外周部に形成した冷却路（２ａ）を通じて液体ヘリウ
ムが供給されスロット内絶縁材（２９）によって形成さ
れた半径方向の冷却路（３０ａ）と上部絶縁材（２９）
の冷却路（２９ａ）に流入する。冷却路（２９ａ）に流
入した液体ヘリウムは（２９ｂ）に流入して冷却路（２
９ｅ）を経て超電導線（２５ａ）に絶縁テープ（２６）
をスパイラル状に形成することにより形成した冷却路（
２））に流入する。これら冷却路（２７）　。

（３０ａ）を液体ヘリウム流通することにより超電導線
（２５ａ）が直接冷却される。超電導線（２５ａ）を冷
却した後の液体ヘリウムは冷却路（２８ａ）、（２Ｂｂ
）。

（２８ｍ）を経てヘリウム流通孔（２２）に流出する。

第５図はこの発明の第２の実施例を示す要部断面図、第
６図は第５図のＷ−Ｖｌ線に沿う断面図であり、図にお
いて、（３５）は超電導コイル（２５）の外周側に設け
られた上部絶縁材、、（３５ａ）は冷却路（２ａ）と連
設する周方向の冷却路、（３５ｂ）は冷却路（３５ａ）
と連設する半径方向の冷却路、（３５ｃ）は冷却路（３
５ｂ）と連設する周方向−の冷却路、（３５ｍ）は上部
絶縁材（３５）に形成されたボルト取付部、（３６）は
このボルト取付部（３５ｄ）に螺着された締付ボルト、
（３））はコイル取付軸（２）に設けられたネジ穴であ
る。そして、ボルト取付穴（３５ｍ）　、締付ボルト（
３６）およびネジ穴（３７）により上部絶縁材固定手段
を構成している。

そして、上記実施例の場合、コイル取付軸（２）の外周
の機械加工のために上部絶縁材（３５）を強固に固定す
る必要があるが、この固定は締付ボルト（３６）を用い
て上部絶縁材（３５）のボルト取付部（３５ｄ）をコイ
ル取付軸（２）に締付けることで行なわれる。

その後、コイル取付軸（２）の外周面を上部絶縁材（３
５）と同時に一体として旋盤加工して円筒体（３１）の
嵌合面を形成する、その後の工程は第１の実施例の場合
と同様である。

第７図はこの発明の第３の実施例を示す要部断面図、第
８図は第７図の■−■線に沿う断面図であり、（ＡＯ）
はコイル取付軸（２）及び上部絶縁材（２９）の外周側
に絶縁テープ等を巻回し固着し外周を機械加工した上部
絶縁材固定手段としての上部絶縁材押さえ部である。

上記実施例の場合、コイル取付軸（２）及び上部絶縁材
（２９）の外周側に上部絶縁材押さえ部（４０）を巻回
し、固着して上部絶縁材（２９）を固定する。その後圧
部絶縁材押さ゛え部（４０）及びコイル取付軸（２）の
外表面を旋盤にて同時に一体加工して円筒体（３１）の
嵌合面を形成する。その後の工程は第１の実施例と同様
である。

第９図はこの発明の第４の実施例を示す要部断面図であ
り、（４３）は超電導コイルの外周側に設けられた上部
絶縁材で、コイル取付軸（２）の冷却路（２ａ）と連設
する周方向の冷却Ｎ（４３ｍ）と、この冷却路＜４３ｍ
＞と連設する半径方向の冷却Ｎ　（４３ｂ）と、この冷
却路（４３ｂ）と連設する周方向の冷却路（４３ｃ）が
形成されている。　（４１）はコイル取付軸（２）と上
部絶縁材（４３）とに軸方向にある間隔で形成された円
周方向の溝であり、この溝（４１）には、上部絶縁材（
４３）を強固に固定するため上部絶縁材固定手段として
のバインド線（４２）が巻回されている。

上記実施例の場合、溝（４１）にバインド線（４２）を
巻回して上部絶縁材（４３）をコイル取付軸（２）に固
定し、その後上部絶縁材（４０）およびコイル取付軸（
２）の外周面を同時に旋盤加工して円筒体（３１）の嵌
合面を形成する。その後の工程は第１の実施例と同様で
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の超電導回転電機の回転
子及びその製造方法により、コイル取付軸のスロット内
に装着された超電導界磁コイルをコイル取付軸の外周側
に嵌着した円筒体により堅固に保持され、複雑な形状の
楔を全く使用しなくてよくその製作加工ならびに打ち込
み作業が皆無となり、作業性が著しく向上すると共に経
済的にも優れた効果が得られる。また、上部絶縁材を上
部絶縁材固定手段によりコイル取付軸に固定した後でコ
イル取付軸表面を加工するようにしたので、その表面加
工が容易になるという効果も得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１の実施例を示す断面図、第２図
は第１図の超電導線の正面図、第３図は第１図の円筒体
を除いた状態での要部平面図、第４図は第３図のｆｆ−
Ｎ線に沿う断面図、第５図はこの発明の第２の実施例を
示す断面図、第６図は第５図のＶｌ−Ｖｌ線に沿う断面
図、第７図はこの発明の第、３の実施例を示す断面図、
第８図は第７図の■−■線に沿う断面図、第９図はこの
発明の第４の実施例を示す断面図、第１０図は従来の超
電導回転電機の回転子の一例を示す断面図、第１１図は
第１０図のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面図、第１２図は第１
０図の要部斜視図、第１３図は第１２図のｘｎｔ−ｘｍ
線に沿う断面図、第１４図は第１３図の超電導界磁コイ
ルの断面図である。 図において、（２）はコイル取付軸、（１８）はスロッ
ト、（２５）は超電導界磁コイル、（２９）は上部絶縁
材、（３１）は円筒体、（３２）は押さえ治具、（３３
）は押さえ泊具装着渭、（３４）は締付ボルト、（３５
）は上部絶縁材、（３５ｄ）はボルト取付部、（３６）
は締付ボルト、（３））はネジ穴、（４０）は上部絶縁
材押え部、（４１）は溝、（４２）はバインド線、（４
３）は上部絶縁材である。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）外周部にスロットが形成されたコイル取付軸と、
   このスロット内に装着され超電導線が複数列、複数層巻
   回されて形成された超電導界磁コイルと、前記コイル取
   付軸の外周面に嵌着され前記超電導界磁コイルを上部絶
   縁材を介して前記スロットに保持する円筒体とを備えた
   超電導回転電機の回転子において、前記上部絶縁材は、
   上部絶縁材を前記コイル取付軸に固定する上部絶縁材固
   定手段によりコイル取付軸に固定されたことを特徴とす
   る超電導回転電機の回転子。
2. （２）樹脂が含浸された半硬化状の絶縁テープを超電導
   線に巻回して超電導界磁コイルを形成してスロット内に
   装着し、その後超電導界磁コイルの外周側に上部絶縁材
   を配設し、次にコイル取付軸の回転加熱により前記絶縁
   テープを加熱硬化し、その次に上部絶縁材固定手段によ
   りコイル取付軸に上部絶縁材を固定し、その後コイル取
   付軸と上部絶縁材とを同時に表面加工して円筒体の嵌合
   面を形成し、その嵌合面に円筒体を嵌着したことを特徴
   とする超電導回転電機の回転子の製造方法。