JPH03285559A - 超電導回転電機の回転子 - 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に関し、特に常温
ダンパとコイル取付軸、トルクチューブの温度差により
発生する熱応力を緩和するための、軸方向に可撓なフレ
キシブルディスクを備えた超電導回転電機の回転子に関
するものである。

［従来の技術〕 従来、この種の回転子として第２図に示すものがあり、
図において、トルクチューブ（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６トルクチユーブ（１）とコイル取付軸（２）
を囲繞して常温ダンパ（４）が、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）の外周部および側面
部にはそれぞれヘリウム外筒（６）およびヘリウム端板
（ア）が取付けられている。（８）および（９）はそれ
ぞれ駆動側、反駆勅使端部軸と軸受（１０）により支承
されている。

（１１）は界磁電流供給用のスリップリングである。

トルクチューブ（１）には熱交換器（１２）が配置され
ている。（１３）は側部輻射シールド、（１４）は真空
部である。　（１５）は薄肉の円環状の金属板を複数枚
積層したフレキシブルディスク、（１７）はトルクチュ
ーブ（１）とフレキシブルディスク（１５）の内周側を
結合する接続リング、（１６）はフレキシブルディスク
（１５）を接続リング（１７）にボルト等で締結するた
めの円環状の押えリングである。

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）を極低温に冷却して電気抵抗
を零の状態とし、励磁損失をなくすることにより、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内に供給する。回
転子内部は真空部（１４）により高真空に保つとともに
、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）により、トルクチ
ューブ（１）を通じて極低温部に侵入する熱を極力減ら
すようになっている。さらに、側部輻射シールド（１３
）は側面からの輻射により侵入する熱を低減する。

一方、常温ダンパ（４）および低温ダンパ（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ように機能するほか、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それぞ
れ兼ねている。

ここで、コイル取付軸（２）が液体ヘリウムにより極低
温に冷却されると、コイル取付軸（２）、トルクチュー
ブ（１）等は熱収縮により長さが減少し、一方、常温ダ
ンパ（４）は常温であるからその長さは変化しない。そ
のため、もし。トルクチューブ（１）と端部軸（８）を
直接締結すると、この長さの差によりトルクチューブ（
１）に過大な熱応力が発生する。フレキシブルディスク
（１５）は、内周を接続リング（１７）を介してトルク
チューブ（１）と、外周を端部軸（８）および常温ダン
パ（４）と締結されているので、トルクチューブ（１）
と端部軸（８）の相対変位に対し、半径方向および円周
方向には剛性が高く、軸方向の剛性は小さく可視性を有
している。従って、フレキシブルディスク（１５）は、
コイル取付軸（２）やトルクチューブ（１）の熱収縮を
容易に許容する方向に変形し、過大な熱応力の発生を防
止することができる。

第３図は実公昭６０−３７０３１号公報に示された従来
のフレキシブルディスクの構造である０図において、フ
レキシブルディスク（１５）は、トルクチューブ（１）
　と反駆動側端部軸（９）のフランジ（９ａ）を、取付
円板体（１８）を介して結合しており、フレキシブルデ
ィスク（１５）の内、外周は押えリング（１６ａ）　。

（１６ｂ）により締付けられている。構造的に第３図と
第２図に異なる点はあるが、熱応力を除去するためのフ
レキシブルディスク（１５）の機能、基本的構成は同一
である。

「発明が解決しようとする課題］ 従来の超電導回転電機の回転子は以上のように構成され
ているため、コイル取付軸（２）をトルクチューブ（１
）を介して端部軸（８）、（９）と結合するためには、
必らずフレキシブルディスク（１５）を取付ける必要が
ある。一方、超電導回転電機の回転子は高速回転体であ
るため、回転時の振動抑ｉＫのためにコイル取付軸（２
）に界磁コイル（３）を巻回し、ヘリウム外筒（６）を
取付けた時点で、常温ダンパ（４）の無い状態でバラン
ス調整を行うことが、バランスウェイト取付作業上、お
よびバランス調整の正確さから重要となる。このバラン
ス調整は少なくとも回転電機の定格回転速度で回転子を
回転させて行う必要があるが、そのために端部軸（８）
、（９）をトルクチューブ（１）と結合する場合、フレ
キシブルディスク（１５）は軸方向に可撓性を持つので
、回転子の自重による曲げモーメントに対する剛性が極
めて小さく、第４図に示すように、フレキシブルディス
ク（１５）の部分で軸受（１０）に支承された回転子が
くの字状に折れ曲がってしまうこととなる。なお、第４
図において、（１６ｃ）は外径側で仮にフレキシブルデ
ィスク（１５）を締結するための仮押えリングである。

第４図の状態を防止するためには、フレキシブルディス
ク（１５）に代えて、曲げモーメントに対する剛性の高
い厚肉の円板を用いて端部軸（８）と接続リング（１７
）を結合する、フレキシブルディスク（１５）を用いず
に接続リング（１７）を直接端部軸（８）と結合する、
等の構造が考えられる。しかし、この２種の構造とも、
最終組立状態と異なる軸系でのバランス調整となり、最
終組立状態の軸系とは振動の態様が異なって、バランス
調整の目的を達するうえで問題となること、また、治具
の製作や製品に不必要な加工等が必要となって多大な費
用を要すること、等の問題があった。

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、界磁コイル巻回後のコイル取付軸のバランス
調整作業が容易に、かつ、高い精度で行うことができる
とともに、バランス調整のための特殊な治具や加工等が
不要で、経済性に優れた超電導回転電機の回転子を得る
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超電導回転電機の回転子は、トルクチュ
ーブとその中央部を形成するコイル取付軸が、駆動側端
部軸および反駆動側端部軸と直接締結され、トルクチュ
ーブおよびコイル取付軸を囲繞する常温ダンパが、少な
くとも一端においてフレキシブルディスクを介して端部
軸と結合されるように、フレキシブルディスクを配設し
たものである。

［作　用コ この発明のおいては、フレキシブルディスクは端部軸と
常温ダンパを結合するように配設されてコイル取付軸の
熱収縮による常温ダンパと端部軸の相対的な動きを許容
し、駆動側および反駆動側の端部軸はｌ・ルクチューブ
と直接締結されて強固な軸系を構成するうえ、この軸系
は製作段階で常温ダンパの取付けされていない状態で最
終組立状態と同一の軸系が完成する。

［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示し、（１５）はフレキ
シブルディスク、（ｌｅａ）　、　（１６ｂ）はそれぞ
れ内径側、外径側の押えリングである。この実施例では
フレキシブルディスク（１５）は駆動側において端部軸
（８）゛と常温ダンパ（４）を接続するように配設され
ている。端部軸（８）とトルクチューブ（１）とは直接
結合されている。

その他第２図におけると同一符号は同一部分を示してお
り、説明を省略する。

次に動作について説明する。フレキシブルディスク（１
５）は、コイル取付軸（２）が液体ヘリウムにより冷却
されて熱収縮した場合、その収縮を容易に許容するよう
に変形して熱応力の発生を防止する。さらに、第１図か
ら明らかなように、駆動側端部軸（８）、トルクチュー
ブ（１）、その中央部をなすコイル取付軸（２）、反駆
動側端部軸（９）は、界磁コイル（３）のコイル取付軸
（２）への巻回完了後、ヘリウム外筒（６）を取付けた
状態で直接結合され、それ自体十分な曲げ剛性をもった
完全な軸系を形成する。そしてその軸系は回転子の最終
組立状態の一部を構成するものであり、−度、軸系の組
立てを行った後、フレキシブルディスク（１５）や常温
ダンパ（４）の取付けのために分解する必要が生じない
構造物である。従って、コイル取付軸（２）のバランス
調整を行う際には、常温ダンパ（４）の無い状態で端部
軸（８）、（９）をトルクチューブ（１）に締結し、回
転体として取扱うことができる。このため、バランス調
整作業は高精度に、かつ、容易に行うことができ、かつ
、特殊な治具や加工等、−切不要となる。

バランス調整後、常温ダンパ（４）、フレキシブルディ
スク（１５）、押えリング（１６ａ）　、　（１６ｂ）
等を組立て、最終的な回転子が完成する。

ちなみに、フレキシブルディスク（１５）、内径側押え
リング（１６ａ）の内径が端部軸の駆動側フランジ（８
ａ）より寸法的に小さい場合に必要となる。端部軸のフ
ランジ（８ａ）を焼嵌めによる取外し可能な構造とする
ことは、通常、火力発電機用大型タービン発ｔｔｌｌ”
Ｃら用いられている周知の構造であり、何ら問題が無い
。

なお、上記実施例では駆動側にフレキシブルディスクを
配設したものを示したが、反駆動側、もしくはその両方
にフレキシブルディスクを設けてもよく、要するに、端
部軸とトルクチューブ、コイル取付軸の構成する軸系に
フレキシブルディスクを介在させない構造とすることに
より、上記実施例と同様の効果を奏する。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、端部軸とトルクチュ
ーブ、コイル取付軸を直接結合するので、常温ダンパの
取付けされていない状態でも、それ自体十分曲げ剛性を
もった完全な軸系が得られ、コイル取付軸のバランス調
整作業が高精度に、かつ、容易に行うことができ、回転
体としての信頼性が大きく向上する。また、特殊な治具
や加工が不要となるので経済性が向上する等の効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の縦断面図、第２図は従来
の超電導回転電機の回転子の縦断面図、第３図は同じく
他の変形の要部拡大側面図、第４図は同じく問題点を説
明するための縦断面図である。 （１）・・トルクチューブ、（２）・・コイル取付軸、
（３）・・超電導界磁コイル、（４）・・常温ダンパ、
（８）、（９）・・端部軸、（１５）・・フレキシブル
ディスク。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 液体ヘリウムにより極低温に冷却して用いる超電導界磁
   コイルと、この超電導界磁コイルを取付け液体ヘリウム
   で同時に冷却されるコイル取付軸と、このコイル取付軸
   の軸方向両側に配設され常温で用いられる端部軸と、前
   記コイル取付軸と前記端部軸の間に設けられ常温部と極
   低温部とを結合するトルクチューブと、前記界磁コイル
   、コイル取付軸、トルクチューブを囲繞して両側の前記
   端部軸を結合し常温で用いられる常温ダンパと、この常
   温ダンパと前記コイル取付軸で、トルクチューブの温度
   差により発生する熱応力を緩和するための軸方向に可撓
   なフレキシブルディスクと、を備えた超電導回転電機の
   回転子において、前記フレキシブルディスクが少なくと
   も一方の前記端部軸と前記常温ダンパを接続して配設さ
   れ、両側の前記端部軸と前記トルクチューブおよび前記
   コイル取付軸は直接結合していることを特徴とする超電
   導回転電機の回転子。