JPH04117161A - 超電導回転子 - 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〕 本発明は、超電導発電機の超電導回転子に係り、特に内
部に配置する巻線構造体のクエンチを防止するに好適な
冷却構造を有する超電導回転子に関する。

〔従来の技術〕

従来技術における超電導回転子は、特公昭６４−８５３
８号公報に記載のように、その回転子軸の回りに円筒状
の支持リムを固定して取り付け、支持リムの外周に回転
子の長さ方向に延びる複数の清書を設け、これら溝型間
に形成された各溝セルの中に１個の巻線構造体を配置し
ている。この巻線構造体は回転子の半径方向に積み重ね
た複数の超′＃、導導体からなる超電導導体列（積層体
）の複数を並列にして構成されており、超電導導体の積
層間には絶縁石を設けている。

超電導導体列の列間にはその側面を覆う列間分離絶縁体
を介在させ、この列間分離絶縁体の同個面には、超電導
導体列の列方向（回転子の半径方向）に沿って極低温冷
媒を流す複数の冷媒流路が形成されている。溝セル上部
には、溝セル内に配置された各部材を固定するための溝
ウェッジが設けられている。

溝ウェッジには、極低温冷媒を導入する冷媒入り口が設
けられ、ここがら導入された冷媒は溝セル内の各部材に
形成された各冷媒流路を通って超電導導体を冷却した後
、支持リムに設けられた冷媒出口から溝セル外部に流出
する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、冷媒流路を流れる冷媒の冷却特性が、
巻線構造体の場所及び回転子軸線に対する方向（半径方
向か周方向）によって変わることについて考慮されてお
らず、露出率（ある区間の超電導体について導体が冷媒
流路に露出している部分の面積の導体全表面積に対する
割合）を、−様にして冷媒流路寸法を決めているため、
超電導導体の冷却特性の最も悪い部分１例えば巻線構造
部で回転子軸線に最も近い部分において、種々の原因で
生じる熱的擾乱により誘発された常電導部分が、巻線構
造体全体に広がるクエンチ現象を生しさせてしまう問題
があった。また、この常電導部分を冷却して温度が高く
なった冷媒が、その冷却流路に接する巻線構造体の他の
部分の熱擾乱になることについて考慮されておらず、−
旦巻線構造体の一部に引き起こされた常電導の部分が他
の部分にも常電導を引き起こしてしまう問題があった。

本発明の目的は、超電導回転子運転時に巻線構造部各部
における冷媒の冷却能力を均等にし、かつ冷媒の温度上
昇を低減しクエンチ現象を起こさず安定に動作する超電
導回転子を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、超電導回転子は、軸心回り
に回転自在に設けた外側回転子と、該外側回転子内に固
定され極低温冷媒を貯蔵する内側回転子と、該内側回転
子内に設置され自身の外周面に軸方向および周方向に形
成された各２本の溝を略長方形につないでなる複数の環
状の溝を有する巻線支持筒と、溝の底面に平行に並べた
複数の超電導導体からなる層を複数積み重ねた超電導導
体群と該超電導導体の層間に介在する層間分離絶縁体と
該層間分離絶縁体に対し直角方向で超電導導体群を区画
し表裏両面に矩形断面の冷媒流路を形成した列間分離絶
縁体とにより構成された巻線構造体と、前記溝の開口部
に設け巻線構造体を溝内に固定する頂部詰物とを備え、
かつ該頂部詰物に内側回転子の貯蔵する極低温冷媒を導
入する導入孔と、巻線支持筒の溝底直には該巻線支持筒
の内部空間に導通する出口孔を設けた超電導回転子にお
いて、超電導導体が冷媒流路に露出する割合が、軸方向
の溝でより周方向の溝で小さくなるように列間分離絶縁
体に冷媒流路を形成するか、あるいは、冷媒流路の深さ
に対する幅の比が、軸方向の溝でより周方向の溝で大き
くなるように列間分離絶縁体に冷媒流路を形成するか、
あるいは冷媒流路の深さが、軸方向の溝でより周方向の
溝で小さくなるように列間分離＃！縁体に冷媒流路を形
成したものである。さらに列間分離絶縁体の冷媒流路は
、巻線支持筒の半径方向外側に向かって幅を太きすると
よい。

また列間分離！！縁体、層間分離絶縁体において、超電
導導体の複数層にわたり面接触し該超電導導体の延びる
方向に所定の間隔で設けられた短冊部分と、隣り合う該
短冊部分の厚さ方向中心部間を連結し該短冊部分より薄
いバー状の複数の連絡体とから構成されたことを特徴と
する列間分Ｍ絶縁体、あるいは超電導導体の複数層にわ
たる幅広の薄板部分と、該薄板部分の両面に千鳥状に設
け前記超電導導体に面接触する突出部分とから構成され
たことを特徴とする列間分離絶縁体、あるいは超電導導
体単体に適用する層間分離絶縁体と列間分ｍ絶縁体とを
一体にしてなる分離絶縁体で、列間分Ｍ絶縁体の一部を
列方向に通して切欠いたことを特徴とする一体形分離絶
縁体を用いることにしたものである。

〔作用〕

巻線構造体の冷却のため、遠心力によって引き起こされ
る半径方向の冷媒の自然対流を利用する時、巻線構造体
の冷却面が回転軸に対して平行な面にある場合と垂直な
面にある場合、つまり巻線支持筒に形成された環状の溝
のうち軸方向の溝内に配設された巻線構造体の部分（以
下、軸方向巻線部という）と、環状の溝のうち周方向の
溝内に配設された巻線構造体の部分（以下、周方向巻線
部という）とでは、冷媒の熱伝達係数は異なり、すなわ
ち周方向巻線部における熱伝達係数の方が軸方向巻線部
における熱伝達係数より大きい。これは、周方向巻線部
においてはコリオリのカが冷媒の熱伝達に影響を及ぼさ
ないが、軸方向巻線部においてはコリオリの力が冷媒の
熱伝達を抑制するからである。

さて、超電導導体が冷却流路に露出する面の割合を表す
露出率の大きさは、超電導導体の冷却能力を決定する。

露出率が周方向巻線部より大きい軸方向巻線部に設けた
列間分ｍ絶縁体超電導導体は冷媒に露出している面積、
すなわち冷却面積を増加させるが、軸方向に位置する分
だけ熱伝達は悪いので、巻線構造体の全体の冷却能力を
均一化する。また巻線支持筒の半径方向外側にいくにつ
れて冷却流路の幅を大きくした列間分離絶縁体は、冷媒
の圧力が高い（遠心力が大きい）とその熱伝達悪くなる
ので、半径方向に関して冷却能力を均一化する。

また冷媒流路の深さに対する幅の比を巻線構造体の周方
向巻線部よりも軸方向巻線部の方を小さくなるようにし
た列間内分Ｈ絶縁体、及び冷媒流路の深さを周方向巻線
部よりも軸方向巻線部の方を大きくなるようにした巻線
内分７１２１１１体は、冷媒流路内の冷媒の２次流れに
よる渦の数を減じ、熱伝達を周方向程度に向上させ、巻
線構造体の全体の冷却能力を均一にする。なお、冷媒の
２次流れによる渦の数を減少させるには、ある程度冷媒
流路の断面積を大きくすると、深さに対する幅の比を小
さくするのが有効であり、その比を小さくすると超電導
導体の冷却効果が大きくなる。

また、列間分離絶縁体及び層間弁Ｓ維縁体の巻線的分離
絶縁体において、超電導導体の複数層にわたり面接触し
該超電導導体の延びる方向に所定の間隔で設けられた短
冊部分と、隣り合う該短冊部分の厚さ方向中心部間を連
結し該短冊部分より薄いバー状の複数の連絡体とから構
成されたことを特徴とする列間分離絶縁体、あるいは超
電導導体の複数層にわたる幅広の薄板部分と、該薄板部
分の両面に千鳥状に設け前記超電導導体に面接触する突
出部分とから構成されたことを特徴とする列間分離絶縁
体、あるいは超電導導体単体に適用する層間分離絶縁体
と列間分Ｊｗ＠球体とを一体にしてなる分ｉｌｌ絶縁体
で、列間分離絶縁体の一部を列方向に通して切欠いたこ
とを特徴とする一体形分Ｉｔ絶縁体は、巻線の機械的強
度を保ちつつ冷媒流路を流れる冷媒の混合を促進し冷媒
温度が過度に上昇することを防ぐ。

〔実施例〕

実施例を説明する前に、超電導発電機について概略説明
しておきたい。

超電導発電機は、第１７図に示すように固定子ケース１
０１に内蔵する電機子１０２とその内側に設けられた超
電導回転子１０３とからなり、超電導回転子１０３は、
さらに中空円筒状で両端軸心部に軸を設けた外側回転子
１０４と、外側回転子１０４内に同心的に固定され極低
温冷媒１１を貯蔵する内側回転子１０５と、内側回転子
１０５内に設置され自身の外周部に超電導の巻線構造体
３を有する巻線支持筒１とから構成されている。

以下、本発明の実施例を図面の第１図〜第１６図により
説明する。

第１図は、超電導回転子の巻線支持筒の外ｌｌｌ観念図
である。巻線支持筒１の外表面には、その筒の軸方向お
よび周方向に形成されたそれぞれ２本づつの溝を略長方
形につないでなり、それぞれ大きさの異なる複数の環状
の溝２が、面内で多重に形成されている。それら複数の
環状の溝２の中には、超電導導体群と、その超電導導体
を冷却するための冷媒を流す冷媒流路を形成した電気的
絶縁体とからなる後述の巻線構造体が納められている。

溝２の中には、強大な電磁力及び遠心力を受ける巻線構
造体が溝２の中で動かないように溝２の壁と巻線構造体
とすき間を埋める詰め物も充填されている。冷媒となる
液体ヘリウムは巻線支持筒１を内包する図示しない真空
断熱容器内に満たされ、巻線支持筒１が回転している時
、その液面は巻線支持筒１の内側にまで達する。

第２図は、溝２及び巻線構造体３の概略構造を示す縦断
面図である。

溝２の断面形状は、巻線支持筒１の外周面に開口する矩
形である。場合によっては、溝２は巻線構造体３を詰物
で溝２内に固定しやすくするために若干くさび形状にし
てもよい。また、図では、溝底面の垂直中心線が巻線支
持環１の回転中心を通るよう溝が形成されているが、必
ずしも回転中心を通る必要はなく、例えば、巻線支持筒
１の軸方向の２つの溝のうちの１つの垂直中心線が、も
う片方の溝の垂直中心線と重なるようにしてもよい。巻
線構造体３と巻線支持筒１の電気的な絶縁のために、巻
線構造体３を周囲から取り囲むように、溝底部分離絶縁
体４、溝側面分離絶縁体５及び溝底部分離絶縁体６を配
置する。巻線構造体３の周方向の固定は、溝側面と溝側
面分離絶縁体５との間に装填した平板状又はくさび状の
溝側面詰物７によって行い、また半径方向の固定は、溝
側面分離絶縁体６を巻線支持筒１中心に向がって押さえ
込む頂部詰物８で行う。溝側面詰物７と溝底部分離絶縁
体４及び溝側面分離絶縁体５の隙間は、エポキシ系の接
着剤を充填し、巻線を強固に溝２に固定したほうがよい
。接着剤は、エポキシ系のものと同等の硬化強度を持ち
、かつ硬化完了時しこは若干の体積膨張を生ずるような
もの、例えば、発泡性接着剤などがあればもっとよい。

なお、この充填時に、前記の各分離絶縁体に形成された
冷媒流路を塞ぐことのないように注意しなければならな
い。頂部詰物８は、溝２の開口付近の溝２側面に設けら
れた鉤状突起に溝の内側からひっかかるようにし、十分
な固定圧力を得る。このとき、溝側面分離絶縁体５及び
溝側面詰物７と溝底部分離絶縁体４及び溝側面分離絶縁
体６又は溝頂部詰物８が干渉して十分な固定圧力が得ら
れないことのないように寸法を決めなければならない。

溝２底部には巻線支持筒１の内側に連通ずる冷媒人口９
を、溝頂部詰物８にはその外側と内側を連通する冷媒出
口１０を設け、各分離＃ｆ！縁体及び巻線内分層絶縁体
に設けた後述する冷却流路並びに巻線支持筒１の内側か
ら外側への図示しない戻り冷媒流路とで、巻線構造体３
内の何れかの部分で発熱が生じたときに、その発熱を駆
動力として生じる巻線支持筒１外側から内側へ流れる液
体ヘリウム１１の自然対流の流路を構成する。いうまで
もなく、超電導回転子が回転しているときには、大きな
遠心力（例えば、回転数が３６００ｒｐｍのとき重力の
４０００倍程度０遠心力）が液体ヘリウムに作用してお
り、自然対流で巻線構造体３の冷却が十分行える。なお
、ヘリウムの臨界圧は２．２７ｂａｒで、遠心力により
液体ヘリウムの圧力は、巻線構造体３の位置で超臨界状
態圧となる。前記の各分離絶縁体４，５及び詰物７，８
には、絶縁耐圧が高く、かつ大きな圧縮圧力にも耐えら
れる材料がよい。比較的厚いものはファイバーグラス等
の高い引っ張り強度を持つ繊維をエポキシ系の接着剤で
固めたＦＲＰ等の複合材料を、比較的薄いものはテープ
状のポリイミド等の高分子材料を使用するとよい。

第３図は巻線構造体３の断面概略図であり、巻線構造体
３内の巻線内分Ｍ絶縁体の配置方法の一例について示し
たものである。なお１列間分離絶縁体１３に設けられた
冷却流路は明示していないが、図において冷媒はその冷
媒流路を上から下に流れる。すなわち、巻線構造体３の
下面が溝底面分離絶縁体４に、巻線構造体３の上面が溝
側面分離絶縁体６に接する。巻線構造体３において超電
導導体１２は、層及び列（図の超電導４体の横の並びを
層、及び、縦の並びを列とする）間をそれぞれ複数の層
にわたる列間分離絶縁体１３及び積重ねられた超電導導
体相互間に設けられた層間分離絶縁体１４で、電気的に
絶縁する。この導体にはＮｂＴｉ系またはＮｂ、Ｓｎ系
のものを用いるとよい。冷媒の流れる冷媒流路は列間分
離＃！ｒＡｍ体１３に溝加工するか、または、短冊状の
ものを巻線構造体３の巻線方向に適宜間隔をあけて配置
して形成する。この冷媒流路には超電導導体１２面を露
出させ、冷媒である液体ヘリウム１１に直接接触させる
ようにする。列間分離絶縁体１３、層間分離絶縁体１４
の固定は、これら分離絶縁体が非常に薄手の場合は粘着
剤等を、厚手の場合はエポキシ系の接着剤を用いるとよ
い。ただし、超電導導体１２との摩擦力で十分に固定さ
れる場合についてはこの限りでない。

第４図は、第３図に示した列間分離絶縁体１３の配置方
法を示す。図には短冊状の列間分層絶縁体１３Ａを超電
導導体１２の長手方向である巻線方向に適宜な間隔をあ
けて配置する方法を示したが、列間分離絶縁体に溝加工
する場合は、その溝加工する間隔をこの図と同しように
するとよい。

第５図はただ単に、列間分離１１体の向きを、巻線方向
に対して斜めにした列間分離絶縁体１３Ｂを示しており
、これは第４図に示すものと冷却条件はほとんど変わら
ないが、各超電Ｒ導体１２が層間分Ｍ絶縁体１４によっ
て強固に固定されているときには巻線構造体３全体の強
度を向上するのに有効である。図中、βは冷媒に対して
超電導導体が要求される露出率で、次式にて求めること
ができる。

β＝ρ工２／　（αＡＰｈ）　　・・・・・・・・・・
・・・・　　　（１）ここで、αは安定化パラメータ、
ｈは冷媒の熱伝達係数、Ｐは超電導導体１２の冷却ペリ
メータ、ρは超電導導体１２内部の安定化材（通常は銅
又はアルミニウムが使用される）の抵抗率、■は超電導
導体１２を流れる電流、並びに、Ａは超電導導体１２の
断面積である。この式は、αを求める式に変形すると、
冷媒の冷却能力に対する超電導導体１２が常電導状態に
なったときの発熱量の比を表す式になる。すなわち、α
＝１のときには、冷却能力と発熱量が等しい時、α〈１
のときには、冷却能力が発熱量に勝っているとき、並び
に、α〉１のときには、冷却能力が発熱量より劣ってい
るときを表す。α≦１で設計した超電導導体は、超電導
状態に常電導部が生じても必ず常電導部が消滅し、超電
導状態に復帰することから、完全安定化超電導導体と言
い、α〉１で設計した超電導導体は、超電導状態に復帰
するとは限らないことから部分安定化超電導導体と言わ
れる。このαをどめような値にして設計を行うかは、設
計の方針及び設計する超電導マグネットの仕様による。

例えば、蓄積エネルギーのおおきな大形のマグネット、
あるいは超電導回転子のように運転中に絶対にクエンチ
することを避けたいようなマグネットに対しては、α〈
１にしたほうがよいし、逆に。

小型の高磁場用マグネットのように蓄積エネルギーは小
さいが電流をできるだけ多く流したい場合は、α〉１に
する。さて、冷媒の熱伝達係数りは、超電導導体１２の
冷却に遠心力によって引き起こされる巻線支持筒１の半
径方向の自然対流を利用する場合は、コリオリの力の存
在により、冷却面の向き、すなわち冷却面が巻線支持筒
１の回転中心軸に平行な場合と垂直な場合、つまり超電
導導体１２が巻線支持筒１の回転中心軸と平行に延びる
巻線構造体３の部分（以下軸方向巻線部という）と、超
電導導体１２が巻線支持筒１の周方向に延びる巻線構造
体３の部分（以下周方向巻線部という）とでは、冷媒の
熱伝達係数りの値は異なる。

すなわち周方向巻線部では、コリオリの力は冷媒の熱伝
達に影響を及ぼさないが、軸方向巻線部では冷媒の熱伝
達を抑制する。

実際、３６００ｒｐｍで回転する半径０．３０ｍの位置
にある冷媒流路の中のヘリウムの熱伝達係数を測定した
ところ、液体ヘリウムの温度が５にで、かつその温度と
超電導導体の温度差が４にの時、軸方向巻線部に相当す
る部分でのｈは７．７ｋ　Ｗ　／　ｒｎ”　Ｋ　、周方
向巻線部に相当する部分でのｈは１１．３　ｋＷ／ｍＫ
であり、軸方向巻線部に相当する部分でのｈは周方向巻
線部に相当する部分のそれより３０％程度小さかった。

また同様にして、前記温度差が２にのとき、ｈはそれぞ
れ４．７ｋ　Ｗ　／　ｍ　Ｋと７ｋＷ／ｍＫ、前記温度
差が６にの時、ｈはそれぞれ８．９ｋＷ／イにと１２．
２ｋＷ　／　ｒｒ？　Ｋであった。これは、軸方向巻線
部では冷媒流路内の液体ヘリウムの流れに、コリオリの
力が影響して生じた２次流れが熱伝達を抑制するからで
ある。従って、軸方向巻線部の露出率を周方向巻線部の
露出率よりも冷媒の熱伝達の差と同程度、すなわち３０
〜４０％はど大きくしなければならない。言い替えれば
、巻線方向が回転軸にたいして平行な軸方向巻線部の熱
伝達を基準にして安定化パラメータ及び露出率を決定す
れば、周方向巻線の露出率をかなり小さくでき、この部
分の機械的強度を著しく高めることができる。なお、上
記熱伝達係数りは、遠心力の大きさ及びその場所におけ
る冷媒の圧力と温度で決まる冷媒の物性値との兼ね合い
により決まる。例えば、半径が大きい場所においては、
遠心力は大きいが圧力が高いため熱伝達が悪く、逆に半
径の小さい場所においてはその逆の理由で熱伝達が良い
。よって、半径が大きくなるにしたがい、その熱伝達特
性の変化に応じて露出率βは、大きくしたほうが良い（
工学的にはほぼ比例関係にあると言ってよい）。

したがって、巻線の冷却の観点からは、列間分離絶縁体
１３に設ける冷媒流路の幅を半径が大きくなるにつれて
広がるようにしたほうがよい。なお。

冷却流路の横断面の高さと幅のアスペクト比を１に近付
けるほど上記２次流れによる熱伝達の抑制はある程度防
げるので、上記のように露出率を周方向巻線部と軸方向
巻線部で変える必要はない。

第６図は、第３図に示した列間分離ＩＰ！、ｍ体１３の
他の例を示したものである。この列間分離絶縁体１３Ｃ
両面に設けた冷却溝１５が冷媒流路となる。この冷却溝
１５は第５図のように巻線方向に対し斜めにしてもよい
。

超電導導体に接触する凸形状部分１３Ｃは、列間分離絶
縁体の冷却溝１５の底部を形成する部分により連絡し、
かくして強大な遠心力がはたらいても互いに位置関係が
変わらない。この列間分離絶縁体１３Ｃの厚さが第４又
は第５図に示すのと同じ場合、冷媒流路の一部を冷却溝
１５の底部を形成する部分が占めることで、煙突効果に
より冷媒の流速は早くなり、それだけ熱伝達は促進され
る。しかしながら、一方で常電導部から除去した熱で温
度の高くなった自然対流の境界層厚さは冷媒流路の断面
高さに対して極めて薄く、その熱が冷媒流路全体に拡散
し温度が比較的低くなるにはある一定の距離が必要なた
め、その常電導部よりも冷媒流路の中心方向のすぐ近傍
にある超電導導体１２は、その温度の高い冷媒の境界層
により逆に温められ、超電導導体１２の温度上昇に伴う
臨界電流の低下を生じ、か衣って、巻線構造体の熱的安
定性を損なってしまう場合も生じる。そこで、熱が冷媒
流路全体に拡散するのを促進するため、第７図のように
列間分離絶縁体の両面に面対称に設けたそれぞれの冷却
溝１５の底部に孔１６を明けて、両面の冷ｇ流路を連通
させるとよい６なお、孔１６は冷媒流路に沿って一定間
隔で設けるとよい。孔１６は、冷却流路内の冷媒の流れ
に対して乱れを加え、冷媒の拡散を促進する。また、コ
リオリの力が冷却面に対し垂直に働く場合は、冷却溝１
５の底きを形成する部分の両面の冷媒の混合も促進する
。なお、冷媒の流れ１５′は模式的に示したものである
。

第８図は、第７図で示した列間弁Ｍ超縁体の他の例であ
る。この列間分離絶縁体１３Ｅは、冷却溝１５の底部に
相当する部分はなく、列間分離絶縁体１３Ｅの超電導導
体１２に接する部分１３ｅと、それらの隣接する部分１
３ｅ同士を結合するバー状の連絡体１７とからなる。連
絡体１７の配置は列間分離１１１体縁体１３Ｅの機械的
強度が保たれ、かつ冷媒の拡散が十分行われる寸法にす
ればよい。

第９図は、第３＠に示した列間分離絶縁体の他の例であ
る。第７図及び第８図に示すそれぞれの列間分離絶縁体
１３Ｄ、１３Ｅは、冷媒の拡散を冷媒流路の方向に行う
ことを主眼としているが、この列間分離絶縁体１３Ｆで
は、それに加え巻線方向にも行う。すなわち、冷媒流路
に囲まれ列間分ｌｌｉ絶縁体１３Ｆの超電導導体１２に
接する凸状部１３ｆを千鳥状に配列する。凸状部１３ｆ
の大きさは、超電導導体１２の隣接する各層が互いにず
れることのない適当な大きさでなくてはならない。なお
、冷却溝１８の底面から突出した凸状部１３ｆの形状は
図のような矩形状である必要はない。また冷却溝１８の
底部に第７図に示すように。

孔１６を設けてもよい。また、第１０図に示すように、
隣接する凸状部１３ｇを第８図に示す十字形の連絡体１
７で固定してもよい。

第１１図は第１０図に示した列間分１１Ｍ縁体１３Ｇに
類似するもの、である。この列間分離１１１体１３Ｈは
、適切な厚みを持った素材に冷媒流路の溝加工を、素材
の両面で互いに交叉し、かつその両溝深さの和が前記素
材の厚みよりも大きくなるように行ったものである。こ
の溝加工により、第１０図に示す列間分離絶縁体１３Ｇ
と同じ効果を得ることができる。

第１２図は、巻線内に設けた分離絶縁体の他の例である
。この巻線的分離絶縁体１９は１巻線構造体３内の一つ
の超電導導体１２と組み合わせるもので、一つの超電導
導体１２の層間及び列間２面の電気絶縁を一つの巻線内
分ＭＷ縁体で行うものである。この巻線的分離絶縁体１
９の列間に該当する部分は、この一体となった巻線的分
離絶縁体１９の巻線方向長さの一部分で、その他の部分
は、他の巻線的分離絶縁体１９及び超電導導体とで、冷
却流路を形成する。また、′ａ数の一体となった巻線的
分離絶縁体１９が、巻線方向に層間分離絶縁体の端部で
つながっていてもよい。この巻線的分離絶縁体１９の特
徴は５巻線作業を前記列間分離絶縁体１３Ａ〜１３Ｈで
は、列方向を先に行う必要があったが、この実施例では
、層または列方向のどちらを行ってもよいことである。

どちらの方向に行うかは、どちらの方がより巻線の機械
的強度が得られるかによる。第１３図は、巻線内分離絶
縁体１９を用いて層間方向に巻線作業を行った巻線構造
体及び溝側面詰物の縦断面図である。一般に、列間方向
を先に行う巻線作業は、巻線作業の最終列に近づくに従
い、作業スペースが狭くなり、特に溝側面詰物５を確実
にいれることが困難になり、巻線の十分な機械的強度を
得ることができない。これにだいし、層間方向を先に巻
線作業を行う場合は、図に示すように、各層毎に確実に
溝側面詰物２０を挿入して機械的強度を得ることができ
、巻線構造体全体を強固に組み立てることができる。ま
た、溝側面分離絶縁体５は、超電導導体によって確実に
固定するので、巻線が強大な電磁力および遠心力を受け
ても巻線的分離絶縁体１９が超電導導体１２に対してず
れることはない。第１４図は、第１３図に示す巻線構造
体の詳細構造の斜視図である。ただし、この図に示した
巻線的分離絶縁体１９には、巻線作業時の位置決めを容
易にするため下層にまで達する突起部２１が設けである
。なお、この突起部２１は下層ではなく上層、または、
上下両層に設けてもかまわない。この図の左側の溝側面
分ｌＩ！絶縁体５には、超電導導体１２に接する側に、
冷媒流路が巻線的分離絶縁体１９で形成されないので、
冷却流路が設けである。一方、右側の溝側面分離絶縁体
５には、それと逆の理由で、冷却流路は設けていない。

溝側面分離絶縁体６には第２図に示す溝頂部詰物８の冷
媒流路と貫通孔２２を介してつながる冷媒流路とそこか
ら巻線構造体のそれぞれの冷却流路に冷媒を分配する冷
媒流路を設ける。また、溝底部分離絶縁体４には、冷媒
流路から流れ出た冷媒を第２図に示す巻線支持筒１の内
側に連通ずる冷媒流路へつながる貫通孔２３へと導く冷
媒流路を設ける。なお、貫通孔の代わりに、底部分Ｗ１
絶縁体４及び溝頂部の側部を回り込むような冷媒流路を
設けてもよい。

第１５図は、巻線内の分離絶縁体の他の例である。層間
分離絶縁体１４が各列にまたがっており、列間分離絶縁
体１３は、複数層にまたがっていない。このような巻線
間分離絶縁体の配置は、巻線作業のとき、層方向に行う
とき適している。

第１６図は、第１５図に示す巻線的分離絶縁体を用いた
巻線構造体の一部の詳細構造図である。

層間分離絶縁体１４Ａには第４又は第５図で示した冷媒
流路になる部分に冷媒流路孔２４を開ける。

列間分離１／ｌ！縁体１３Ｊはその冷媒流路孔２４の巻
線方向の間に位置するように配置する。列間分離絶縁体
１３Ｊは第６〜９図で示したようなものを用いてもよい
。この図の列間分離絶縁体１３Ｊの位置決めを確実にす
るために第１４図で示したような突起部２１と、この突
起部２１が嵌まる凹部を層間分離絶縁体１４Ａに設けて
もよい。

なお、以上述べたように列間分離絶縁体１３に冷却流路
を設けるだけでなく、層間分離絶縁体１４にも冷却流路
設けても良い。また、以上述入た列間分離絶縁体及び層
間分離絶縁体等はそれぞれ単独で用いる必要はなく、複
数種類を巻線構造体の要所々々で組あわせて用いてもよ
い。例えば。

周方向巻線部と軸方向巻線部の冷却条件は軸方向巻線部
の方が悪く、その分、冷却流路を大きくするので、軸方
向巻線部の機械的強度は周方向巻線部に比へ下がる。し
たがって、軸方向巻線部の巻線作業は、仮に作業工程が
増えたとしても機械的強度の確保しやすい巻線構造、例
えば、第１３図に示す巻線構造体を採用した方がよい。

一方、周方向巻線部は、逆に、作業工程の少ない構造、
例えば、第１５図に示す巻線構造体を採用した方がよい
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、超電導回転子は、冷媒を内蔵する内側
回転子内に設置され、外周面に軸方向および周方向の各
部分からなる環状の溝を有する巻線支持筒と、その溝内
に配設した超電導導体群と層間分離絶縁体と列間分離絶
縁体とにより構成された巻線構造体とを内部に備え、こ
の巻線導体が冷媒流路に露出する割合が、軸方向の溝で
より周方向の溝で／ＪＸさくなるように列間分離絶縁体
に冷媒流路を形成するか、あるいは、冷媒流路の深さに
対する幅の比が、軸方向の溝でより周方向の溝で大きく
なるように列間分離絶縁体に冷媒流路を形成するか、あ
るいは冷媒流路の深さが、軸方向の溝でより周方向の溝
で小さくなるように列間分離絶縁体に冷媒流路を形成し
、また列間分離絶縁体の冷媒流路は、巻線支持筒の半径
方向外側に向かって幅を大きくしたので、巻線構造体全
体を冷媒により均一に冷却することができ、クエンチ現
象を防止でき、超電導回転子を安定に動作させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は超電導回転機の回転子の外観概念図、第２図は
巻線支持筒に形成した溝及びその溝内に納めた巻線構造
体の断面図、第３図は巻線構造体の断面図、第４図は列
間分離絶縁体の配置を示す斜視図、第５図は別の列間巻
線内分！！絶縁体の配置を示す斜視図、第６図はさらに
別の列間分離絶縁体を示す斜視図、第７図は第６図に示
した列間分離絶縁体の変形型を示す縦断面図、第８図は
短冊部分と連絡体とからなる列間分離絶縁体の斜視図、
第９図は薄板部分と突出部分からなる列間分離絶縁体の
斜視図、第１０図は第９図に示した列間分離絶縁体の変
形型の斜視図、第１１図は第１０図に示した列間分離絶
縁体変形型の斜視図、第１２図は層間・列間一体型の巻
線的分離絶縁体の斜視図、第１３図は第１２図に示す巻
線的分離絶縁体を有する巻線構造体の断面図、第１４図
は第１３図の巻線内分！ｉ絶縁体の変形型を有する巻線
構造体の斜視図、第１５図は列間にまたがる巻線的分離
絶縁体を有する巻線構造体の縦断面図、第１６図は第１
５図に示す巻線構造部の詳細構造図、第１７図は超電導
回転子の概略構成図である。 １・・・巻線支持筒、　　　２・・・溝、３・・・巻線
構造体、　　　４・・・溝底面分ａ絶縁体、５・・・溝
側面分離絶縁体、６・・・溝側面分離絶縁体、７・・・
溝側面詰物、　　　８・・・頂部詰物、９・・・冷媒入
口、　　　　１ｏ・・・冷媒出口、１１・・・液体ヘリ
ウム、　１２・・・超電導導体、１３Ａ〜１３Ｈ・・・
列間分離絶縁体、１４・・・層間分離絶縁体、１９・・
・巻線内分ｍｌ絶縁体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、軸心回りに回転自在に設けた外側回転子と、該外側
   回転子内に固定され極低温冷媒を貯蔵する内側回転子と
   、該内側回転子内に設置され自身の外周面に軸方向およ
   び周方向に形成された各２本のほぼ矩形断面の溝を略長
   方形につないでなる複数の環状の溝を有する巻線支持筒
   と、前記溝の底面に平行に並べた複数の超電導導体から
   なる層を複数積み重ねた超電導導体群と該超電導導体の
   層間に介在する層間分離絶縁体と該層間分離絶縁体に対
   し直角方向で前記超電導導体群を区画し表裏両面に矩形
   断面の冷媒流路を形成した列間分離絶縁体とにより構成
   された巻線構造体と、前記溝の開口部に設け前記巻線構
   造体を溝内に固定する頂部詰物とを少くとも備え、かつ
   該頂部詰物に前記内側回転子の貯蔵する極低温冷媒を導
   入する導入孔と、前記巻線支持筒の溝底面には該巻線支
   持筒の内部空間に導通する出口孔を設けた超電導回転子
   において、前記超電導導体が冷媒流路に露出する割合が
   、軸方向の溝でより周方向の溝で小さくなるように前記
   列間分離絶縁体に冷媒流路を形成したことを特徴とする
   超電導回転子。 ２、軸心回りに回転自在に設けた外側回転子と、該外側
   回転子内に同心的に固定され極低温冷媒を貯蔵する内側
   回転子と、該内側回転子内に設置され自身の外周面に軸
   方向および周方向に形成された各２本のほぼ矩形断面の
   溝を略長方形につないでなる複数の環状の溝を有する巻
   線支持筒と、前記溝の底面に平行に並べた複数の超電導
   導体からなる層を複数積み重ねた超電導導体群と該超電
   導導体の層間に介在する層間分離絶縁体と該層間分離絶
   縁体に対し直角方向で前記超電導導体群を区画し表裏両
   面に矩形断面の冷媒流路を形成した列間分離絶縁体とに
   より構成された巻線構造体と、前記溝の開口部に設け前
   記巻線構造体を溝内に固定する頂部詰物とを少くとも備
   え、かつ該頂部詰物に前記内側回転子の貯蔵する極低温
   冷媒を導入する導入孔と、前記巻線支持筒の溝底面には
   該巻線支持筒の内部空間に導通する出口孔を設けた超電
   導回転子において、前記冷媒流路の深さに対する幅の比
   が、軸方向の溝でより周方向の溝で大きくなるように前
   記列間分離絶縁体に冷媒流路を形成したことを特徴とす
   る超電導回転子。 ３、前記冷媒流路の深さが、軸方向の溝でより周方向の
   溝で小さくなるように列間分離絶縁体に冷媒流路を形成
   したことを特徴とする請求項１または２記載の超電導回
   転子。 ４、前記列間分離絶縁体は、前記巻線支持筒の半径方向
   外側に向かって幅が大きくなる冷媒流路を有することを
   特徴とする請求項１または２記載の超電導回転子。 ５、超電導導体の複数層にわたり面接触し該超電導導体
   の延びる方向に所定の間隔で設けられた短冊部分と、隣
   り合う該短冊部分の厚さ方向中心部間を連結し該短冊部
   分より薄いバー状の複数の連絡体とから構成されたこと
   特徴とする請求項１または２記載の超電導回転子に用い
   る列間分離絶縁体。 ６、超電導導体の複数層にわたる幅広の薄板部分と、該
   薄板部分の画面に千鳥状に設け前記超電導導体に面接触
   する突出部分とから構成されたことを特徴とする請求項
   １または２記載の超電導回転子に用いる列間分離絶縁体
   。 ７、超電導導体単体に適用する層間分離絶縁体と列間分
   離絶縁体とを一体にしてなる一体形分離絶縁体で、前記
   列間分離絶縁体の一部を列方向に通して切欠いたことを
   特徴とする請求項１または２記載の超電導回転子に用い
   る一体形分離絶縁体。