JPH03284159A - 超電導回転電機の回転子の製造方法 - 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、特に、超電導界
磁コイルをコイル取付軸に保持する構造を改良した超電
導回転電機の回転子およびその製造方法に関するもので
ある。

［従来の技術］ 従来この種の超電導回転電機の回転子として、例えば特
開昭６１−１８８４６号公報に開示された第５図に示す
ものがあった。第５図において、トルクチュブ（１）の
中央部を形成するコイル取付軸（２）に超電導界磁コイ
ル（３）が固定されている。トルクチューブ（１）とコ
イル取付軸（２）を囲繞して常温ダンパ（４）、この常
温ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の間に低温ダンパ
（５）がそれぞれ設けられているコイル取付軸（２）の
それぞれ外周部および側面部はヘリウム外筒（６）およ
びヘリウム端板（７）が取付けられている。（８）およ
び（９）はそれぞれ駆動側、反駆動側の端部軸て、軸受
（１０）に支承されている。（１１）は界磁電流供給用
のスリップリング、（１２）はトルクデユープ（１）に
設けられている熱交換器、（１３）は側部輻射シールド
、（１４）は真空部である。

以上の構成により、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）を通し、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（１４）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）およ
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、かつ、熱交換器（１２）を
設け、このトルクチューブ（１）を通し極低温部に侵入
する熱を極力減らす構造が最も一数的である。さらに、
側面からの輻射により侵入する熱を低減するなめ、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）および低温タンパ（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）を保護するとともに、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に加え、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
ている。なお、第５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および回転子に接続さ
れているヘリウム導入、排出装置は省略している。

次に、第６図において、（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。

その他、第５図におけると同一符号は同一部分である。

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されており、従って、Ａ−Ａ線
を極中心として強力な磁界を発生する。楔（］５）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。

また、第７図、第８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（１
８）とコイル取付軸（２）の軸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。その他、第５図、第６図と同一符号は同
一部分である。

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と、軸両端部で円周方向に沿
ったアークスロットと、その直線スロットとアークスロ
ットとに連通ずるコーナスロットとからなっている。し
たがって、楔（１５）はそれらスロットに応した形状と
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（３）
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７図、第９図に示す
。図において、複数の超電導素線を撚り線等により成形
された超電導線（３ａ）は、複数列、複数層巻回されて
いる。これら超電導線（３ａ）の列間には列間絶縁（２
３）が挿入され、超電導線（３ａ）の層間には眉間絶縁
（２４）が挿入されている。なお、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）の列間には列間絶縁（２３）を、超電導線（
３ａ）の眉間には層間絶縁（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
状に成形され、超電導線（３ａ）の短絡防止処理がなさ
れている。

［発明が解決しようとする課題］ 以上のような従来の超電導回転電機の回転子では、超電
導界磁コイル（３）を堅固に保持する楔（１５）はスロ
ワ１〜（１８）の各部の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
皿ひに打ち込み作業に多大の労力を要していた。また、
超電導界磁コイル（３）の冷却がその外周面からしか冷
却されない構造となっており、超電導界磁コイル（３）
内部の超電導線（３ａ）で発熱した場合、超電導線（３
ａ）の熱は列間絶縁（２３）、層間絶縁（２４）、また
他の超電導線（３ａ）を介して熱伝導を経て超電導界磁
コイル（３）外周のヘリウムで冷却されて除去されるこ
とになり、冷却効果が悪く、超電導線（３ａ）の温度が
上昇し、超電導破壊（クエンチ）を生じる問題点があっ
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、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と共に、冷却効果を高め超電導破
壊を生じることのない超電導回転電機の回転子およびそ
の製造方法を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明の第一の発明に係る超電導回転電機の回転子は
、超電導界磁コイルの超電導線にスパイラル絶縁をスパ
イラル状に巻回し、そのスパイラル絶縁間の空隙に冷却
路を形成し、超電導界磁コツ イルの外周側に上部絶縁材を配設し、超電導界磁コイル
とコイル取付軸のスロット壁面との間にスロワ１へ内絶
縁材を装着して冷媒の冷却路を形成し、コイル取付軸の
外周側に円筒体を嵌着して上部絶縁材を介して超電導界
磁コイルをスロット内に堅固に保持するようにしたもの
である。

第二の発明に係る超電導回転電機の回転子の製造方法は
、予めコイル絶縁材がコイル取付軸表面よりとび出すよ
うに製作しておき、このとび出た北部絶縁材に外部がら
円筒体の嵌着によって加わるに等しい荷重を与えた状態
で上部絶縁材の側周にコイル取付外周と一致することを
示すけがき線をマーキングする。その後上部絶縁材に加
えられている外部荷重を取除き、上部絶縁材をスロット
から取外した後、その上部をけがき線位置まで機械加工
する。その後、再び上部絶縁材をスロット内へ装着して
円筒体を嵌着する。

［作用］ 第一の発明においては、超電導界磁コイルをスロット内
に嵌着した後、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。

又、各冷却路を冷媒が流通して超電導界磁コイルを冷却
する、 第二の発明においては、円筒体をコイル取付軸外周側に
嵌着すると、上部絶縁材には設計的に意図された所定の
面圧が一定の精度以内で印加される。

［実施例コ 以下、この発明の一実施例を図に基づいて説明する。な
お、第５図〜第９図にお（つると同一符号は同一部分で
ある。第１図〜第３図において、コイル取付軸（２）の
外周部に液体ヘリウムの冷却路（２ａ）が形成されてい
る。（２５）はスロット（１８）内に嵌着された超電導
界磁コイルてあり、超電導線（２５ａ）が複数列、複数
層巻回されて形成されている。超電導界磁コイル（２５
）の超電導線（２５ａ）にはスパイラル状にスパイラル
絶縁（２６）が巻回され、このスパイラル絶縁（２６）
間の空隙に冷却路（２７）が形成されている。（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）に連通ずる軸方向に延在する冷却路（２８ａ）
と、この冷却路（２８ａ）に連通ずる半径方向の冷却路
（２８ｂ）と、この冷却路（２８ｂ）に連通ずる周方向
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）　、　（２８ｃ）を介して連通されて
いる。（２９）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）に連通する冷却路（２９ａ）と、この冷却
路（２９ａ）に連通ずる軸方向の冷却路（２９ｂ）と、
この冷却路（２９ｂ）に連通する周方向の冷却路（２９
ｃ）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（２９ａ）　、　（２９ｂ）　、　
＜２９ｅ）を介して連通されている。（３０）は超電導
界磁コイル（２５）とスロワ）　（１８）壁面との間に
装着されたスロット内絶縁材であり、超電導界磁コイル
（２５）側に冷却路（３０ａ）が形成されている。円筒
体（３１）は、コイル取付軸（２）の外周側に例えば焼
嵌めにより嵌着され、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）内に堅固に保持している。

次に、組立て手順について説明する。第４図において、
（３２）は円筒体（３１）を嵌着する前に上部絶縁材（
２９）の側周にコイル取付軸外周位置をマーキングする
ためのけかき針であり、（３３）はこのけがき針によっ
てマーキングされた上部絶縁材側周上のけがき線である
。（３４）はプレス装置であって上部絶縁材（２９）の
頂部を押して所定の面圧を与える。

（２９ｄ）は士１部絶縁材（２９）に予め余分に付加さ
れている機械加工代である。

まず、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。次いで、超電導線（
２５ａ）にスパイラル絶縁（２６）をスパイラル状に巻
回した超電導界磁コイル（２５）をスロット（１８）内
に装着する。そして超電導界磁コイル（２５）の外周ｆ
ｌ［に上部絶縁材（２９）を配置する。

スパイラル絶縁（２６）の樹脂の硬化は回転加熱により
行われる。

この回転加熱後、上部絶縁材（２９）の外部ｔこプレ１ ス装置（３４）を置き、上部絶縁材（２９）に荷重を与
える。この荷重はプレス装置（３４）によって自由に調
整可能であり、円筒体く３１）を嵌着したときに上部絶
縁材（２９）が受ける面圧と等しくなるように設定する
６ 次に、けがき針（３２）を用いて上部絶縁材（２９）の
側周にけがき線（３３）をマーキングする。けがき線（
３３）のマーキング後、上部絶縁材（２９）をスロット
（１８）から取外して機械加工を行い、けがき線（３３
）により上部にある機械加工代（２９ｄ）の部分を削り
取る。その後、再び上部絶縁材（２９）をスロット（１
８）内に嵌着し、続いて円筒体（３１）を焼嵌等によっ
てコイル取付軸（２）の外周に装着することにより、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。

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２ 込み作業が皆無となる。また、従来の楔（１５）をスロ
ット（１８）内に挿着するための機構も不要となる。

さらに、楔（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る。

次に、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われる。コイル取付軸（２）
の外周側に形成した冷却路（２ａ）を通じて液体ヘリウ
ムが供給され、スロット内絶縁材（３０）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冷却路（２９ｂ）に流入して冷
却路（２９ｃ）を経て超電導線（２５ａ）にスパイラル
絶縁（２６）により形成した冷却路（２７）に流入する
。

これら冷却路（２７）　、　（３０ａ）を液体ヘリウム
が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）　、　（２８ｂ）　、　（２８ｃ）を経
てヘリウム流通孔（２２）に流出する。

なお、上記実施例では上部絶縁材（２９）、下部絶縁材
（２８）に形成した冷却路は種々の形状のものとしたが
、上部絶縁材（２９）は冷却路（２ａ）と冷却路（２７
）を連通ずる冷却路であればよく、下部絶縁材（２８）
は冷却路（２７）とヘリウム流通孔（２２）を連通ずる
冷却路であればよい。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、この第一の発明は、超
電導界磁コイルの超電導線にスパイラル絶縁をスパイラ
ル状に巻回し、そのスパイラル絶縁間の空隙に冷却路を
形成し、その冷却路が冷媒が流通することにより超電導
線を冷却することができ、冷却効果が向上し、超電導破
壊を生ずることなく信頼性が向上する。またコイル取付
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する
ようにしたので、複雑な形状の楔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、第二の発明は、上部絶縁材の高さは、その頂部に
所定の荷重を与えてけがき針によってマーキンクして位
置決めすることとしたので、円筒体の嵌着後の面圧管理
が正確になるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は第一の発明の一実施例を示し、第１図
は要部横断面図、第２図は第１図の一部拡大図、第３図
は第１図の■−■線に沿う平面による断面図である。 第４図は第二の発明の一実施例を説明するための要部横
断面図である。 第５図〜第９図は従来の超電導回転電機の回転子を示し
、第５図は縮断面図、第６図は第５図の■−■線に沿う
平面による断面図、第７図は一部斜視図、第８図は第７
図の■−■線に沿う平面による断面図、第９図は一部断
面図である。 （２）　　・　コイル取付軸、（２ａ）・・冷却路、頁
１８）・スロット、（２５）・・超電導界磁コイル、（
２５ａ）・・超電導線、（２６）・・スパイラル絶縁、
（２７）冷却路、（２８）　　・下部絶縁材、（２９）
・・上部絶縁材、（３０）・・スロット内絶縁材、（３
１）・　円筒体、１″） （３２）・・けがき針、（３３）・・けがき線、（３４
）・・プレス装置。 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）外周部に冷媒の冷却路が形成されたコイル取付軸
   と、このコイル取付軸に形成されたスロットと、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を有する超電導回転電
   機の回転子において、上記超電導界磁コイルの超電導線
   にスパイラル状に巻回されたスパイラル絶縁と、このス
   パイラル絶縁間の空隙に形成された冷却路と、上記超電
   導界磁コイルの外周側に配設され、上記コイル取付軸の
   冷却路及び上記スパイラル絶縁間の冷却路に連通する冷
   却路が形成された上部絶縁材と、上記超電導界磁コイル
   と上記スロットの底面との間に装着され上記スパイラル
   絶縁間の冷却路に連通した冷却路が形成された下部絶縁
   材と、上記超電導界磁コイルと上記スロットの壁面との
   間に装着され冷媒の冷却路が形成されたスロット内絶縁
   材と、上記コイル取付軸の外周側に嵌着され上記スロッ
   ト内に装着された上記超電導界磁コイルを上記上部絶縁
   材を介して上記スロット内に堅固に保持する円筒体とを
   備えてなることを特徴とする超電導回転電機の回転子。
2. （２）コイル取付軸の外周部に形成されたスロットに、
   上部、下部絶縁材およびスロット内絶縁材を介して超電
   導界磁コイルを装着固定するに際し、予め上記上部絶縁
   材が上記コイル取付軸の表面よりとび出るように製作し
   ておき、このとび出た上記上部絶縁材に外部から円筒体
   の嵌着によって加わるに等しい荷重を与えた状態で上記
   上部絶縁材の側周に上記コイル取付軸の外周と一致する
   ことを示すけがき線をマーキングし、その後、上記上部
   絶縁材に加えられている外部荷重を取除いて上記上部絶
   縁材を上記スロットから取外した後、その上部を上記け
   がき線位置まで機械加工により削除し、その後、再び上
   記上部絶縁材を上記スロット内へ装着して上記円筒体を
   装着することにより上記上部絶縁材に所定の面圧を印加
   する超電導回転電機の回転子の製造方法。