JPH04340361A - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は例えば超電導発電機の回
転子において、特に低温ロータの支持構造を改良した超
電導回転電機の回転子に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の回転子としては図７に示
すような構成のものがある。図７において、１は回転子
の外筒を形成し、且つ真空容器を兼ねたダンパ機能を有
する常温ダンパで、この常温ダンパ１の両端には回転軸
２が結合され、各々軸受３により支持されている。この
場合、一方の回転軸２には常温ロータ１の内部に液体ヘ
リウム等の冷媒を供給するための冷媒供給孔２ａが設け
られている。

【０００３】また、４は常温ロータ１の内部に同軸的に
設けられ、内部に冷媒を貯蔵する中心孔４ａを有するコ
イル取付軸で、このコイル取付軸の外周部に設けられた
複数個のスロットに超電導界磁コイル５が収納されてい
る。

【０００４】さらに、コイル取付軸４の両端部外周面に
はコイル取付軸部への熱侵入を低減するために薄肉円筒
を形成するトルクチューブ６ａ，６ｂが設けられ、その
一方のトルクチューブ６ａは常温ロータ１の内面にフレ
キシブルサポート７を介してフレキシブルに結合され、
他方のトルクチューブ６ｂは常温ロータ１の端板の内面
に取付けられている。また、両トルクチューブ６ａ，６
ｂの外周面にコイル取付軸４への輻射熱を低減するため
の輻射シールド８がコイル取付軸４を包囲するように取
付けられている。

【０００５】他方、９は常温ダンパ１の他方の軸端に取
付けられた冷媒搬送装置で、この冷媒搬送装置９は冷媒
供給孔２ａを通してコイル取付軸４の中心孔４ａに冷媒
を供給または回収するものである。

【０００６】上記構成の超電導回転子は、超電導界磁コ
イル５を所定の温度まで冷却することにより、超電導界
磁コイル５の電気抵抗を零として強力な磁界を発生させ
、図示しない固定子に交流電力を発生させる。

【０００７】ここで、一方のトルクチューブ６ａを常温
ダンパ１に取付ける場合、フレキシブルサポート７を設
けている主目的は、コイル取付軸４、並びにトルクチュ
ーブ６ａからなる低温ロータが冷媒により低温に冷却さ
れることによって生じる熱吸収変形をフレキシブルサポ
ートの変形によって吸収し、常温ロータとの間に不要な
応力を発生させないようにすることである。

【０００８】図８は従来用いられていたフレキシブルサ
ポート７を回転子の軸方向から見た図である。このフレ
キシブルサポート７は図８に示すように円盤の一部を切
欠いてスポーク形状を成しており、その外径部を常温ダ
ンパ１に、内径部をトルクチューブ６ａにリーマボルト
１０で結合されている。また、図示しないがフレキシブ
ルサポートとして切欠きのないダイアフラム状の円盤も
用いられるが、この場合も結合部にはリーマボルトが用
いられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超電導発電
機が大型化した場合、回転子軸長は伸びるが、それに伴
い低温ロータの熱収縮量は増加し、フレキシブルサポー
トの変形量も増加する。このため、フレキシブルサポー
トの強度上の要求からダイアフラム状、あるいはスポー
ク状の円盤の板厚を減少させ、複数枚の円盤を積層する
構造を採用していた。

【００１０】しかし、このような構造において、常温ロ
ータや低温ロータとの結合にリーマボルトを使用した場
合、多層の積層板へのリーマ穴加工の寸法精度は一枚板
のそれに比べて劣る。また、リーマボルトそのものが僅
かなりとも組立のためのギャップを必要としている。そ
の結果、常温ロータと低温ロータとの間で微小なガタが
生じ、回転子の振動特性の悪化や変動を招く懸念があっ
た。

【００１１】本発明はトルクチューブを支持する多層積
層構造のフレキシブルサポートにおいても、常温ロータ
並びに低温ロータとの結合をガタのない確実なものとす
ることができる超電導回転電機の回転子を提供すること
を目的とする。 ［発明の構成］

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、超電導コイルを収納し、且つ両端部にトル
クチューブを有するコイル取付軸を備えた低温ロータを
常温ロータの内部に設け、前記低温ロータの少なくとも
一端を前記常温ロータに対して円盤状のダイアフラム形
状、或いは円盤の一部を切欠いてスポーク状に形成した
フレキシブルサポートの外径側と内径側を各々前記常温
ロータと低温ロータに結合してなる超電導回転電機の回
転子において、前記フレキシブルサポートと常温ロータ
との結合部、およびフレキシブルサポートと低温ロータ
との結合部に互いに嵌合する半径方向のダブテール状の
溝と突起をそれぞれ設けて結合したものである。

【００１３】

【作用】このような構成の超電導回転電機の回転子にお
いて、フレキシブルサポートは通常運転中は低温ロータ
の熱収縮によって軸方向に変形、つまり円盤の面外変形
を生じる。この運転中の面外変形の大きさはフレキシブ
ルサポートの板厚の数倍に及ぶため、いわゆる大変形と
呼ばれる状態を示し、これにより内周と外周の間に半径
方向の引張り応力が生じる。しかし、フレキシブルサポ
ートの内外周で低温ロータおよび常温ロータにダブテー
ルによって嵌込まれた結合部においては、円盤の半径方
向の引張り応力によりダブテーブルの傾斜した当り面の
接触が確実に行われるので、結合部のガタがなくなる。

【００１４】また、フレキシブルサポートは常温ロータ
と低温ロータの中間に位置するため、フレキシブルサポ
ート自身もある程度冷却され、熱収縮が生ずるが、この
熱収縮もフレキシブルサポート内外周のダブテールを接
触させる方向に作用させることができる。

【００１５】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１６】図１は回転子のフレキシブルサポート部分
における断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ断面図を示
すもので、図７と同一部分には同一記号を付してその説
明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。本
実施例では、図１および図２に示すように一方のトルク
チューブ６ａの端部に形成された筒状部の外周面と常温
ダンパ１の内周面に複数個のダブテール状の突起１１と
１２とがそれぞれ対応させて設けられている。また、ト
ルクチューブ６ａを常温ダンパ１にフレキシブルに取付
けるためのフレキシブルサポート７はスポーク状の円盤
の薄板を積層して構成されており、その内周部と外周部
には上記ダブテール状の突起１１と１２にそれぞれ嵌合
するダブテール状の溝１３と１４がそれぞれ設けられて
いる。

【００１７】フレキシブルサポート７を組立てるには、
トルクチューブ６ａの筒状部外周面の突起１１をフレキ
シブルサポート７の内周部の溝１３に、また常温ダンパ
１の内周面の突起１２をフレキシブルサポート７の外周
部の溝１４にそれぞれ嵌込み、フレキシブルサポート７
の内周部と外周部を締付けボルト１６で締付けることに
より結合される。この場合、フレキシブルサポート７の
内周部を締付けるに当っては荷重が均等に作用させるた
めの押え板１５を当て締付けボルト１６により固定され
る。また、フレキシブルサポート７の外周部の各結合部
となるダブテール部の嵌め合いの関係は図３に示すよう
にダブテール溝１４とダブテール突起１２との間にはい
ずれの方向にもギャップ１７が存在しており、このギャ
ップ１７によりフレキシブルサポートの組立を容易に行
い得るようにしている。

【００１８】このような構成の回転子において、停止状
態にあるときは図１に示すようにフレキシブルサポート
７が軸方向の荷重を受けていないため、フレキシブルサ
ポート７を構成する薄板は撓みを生じていない。一方、
運転状態にあるときはフレキシブルサポート７が図４に
示すように低温ロータの熱収縮により軸方向に変形する
。このような変形を受けたフレキシブルサポート７は、
内径部と外形部において各々互いに半径方向に引張り力
を生ずる。

【００１９】図５はこの状態におけるダブテーブル部の
嵌め合い関係を示すものである。即ち、図５においては
、例えばフレキシブルサポート７の外周部に設けられた
ダブテール溝が変形によって内周側に引張られ、その結
果図４に示した組立時のギャップ１７が適性に選択され
ていれば、そのギャップはダブテールの肩部１８で零と
なり、両者はその接触部において圧縮応力を受ける接触
状態に至る。この場合、図示していないが、フレキシブ
ルサポート７の内周面に設けられたダブテール溝１３は
変形によって外周側に引張られ、トルクチューブ側のダ
ブテール突起１１との接触がなされる。

【００２０】また、フレキシブルサポート７は常温ロー
タと低温ロータの間に存在するため、フレキシブルサポ
ート自身もある温度勾配を持ちながら冷却されるため、
半径方向にも熱収縮を生じ、内外周のダブテールの接触
をより確実にする。

【００２１】なお、図１における締付ボルト１６は、フ
レキシブルサポート７を積層方向に締付けるためのもの
であり、従来技術のように位置決めや、トルク伝達、荷
重伝達のために使用する必要がないので、リーマボルト
である必要はない。図６は本発明の他の実施例を示す図
２と同様の断面図である。

【００２２】この実施例では図６に示すようにダブテー
ル溝１３−１，１４−１を常温ダンパ１側およびトルク
チューブ６ａ側に設け、フレキシブルサポート７側には
ダブテール突起１１−１，１２−１を設けたものである
。このような構成としても前述した実施例と同様の作用
効果が得られる。また、フレキシブルサポート７の内径
側をダブテール溝とし、外径側をダブテール突起とした
り、またはその逆の組合せとすることも可能である。 さらに、フレキシブルサポートの構成としては単層構造
でもよいし、ダイアフラム形状でもよい。

【００２３】また、外径側を低温ロータ、内径側を常温
ロータに結合するフレキシブルサポートの場合は、フレ
キシブルサポート自身の熱収縮の作用はダブテールを緩
める側に作用するが、面外変形による作用は前記実施例
と同様であり、ギャップ１７を適宜選択することにより
前述同様に適用実施することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、フレ
キシブルサポートの内外周部にダブテール状の溝または
突起を設け、常温ロータおよびトルクチューブと結合さ
れるため、組立時はある程度の隙間を持って容易に組立
ることができる一方、運転状態においては低温ロータの
熱収縮によるフレキシブルサポートの面外変形およびフ
レキシブルサポート自身の径方向熱収縮によって自動的
にダブテール溝と突起間の接触が行われ、常温ロータに
対する低温ロータの心出しも自動的に行われると共に、
低温ロータと常温ロータとの間のトルクや荷重の伝達を
確実に行うことができる。即ち、低温ロータと常温ロー
タ間の結合部の特性および強度が安定し、ロータ全体の
曲げ、捻り振動特性が安定化するため信頼性の高い超電
導回転電機の回転子を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による超電導発電機の回転子の一実施例
を示す断面図。

【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。

【図３】図２におけるダブテール部の嵌め合い状況を示
す図。

【図４】同実施例の運転状態におけるフレキシブルサポ
ートの変形状態を示す図。

【図５】同実施例の運転状態におけるダブテール部の嵌
め合い状況を示す図。

【図６】本発明の他の実施例を示す図２と同様の断面図
。

【図７】従来の超電導発電機の回転子を示す断面図。

【図８】従来のフレキシブルサポートの構造を示す正面
図。

【符号の説明】

１……常温ダンパ、２……端部軸、３……軸受、４……
コイル取付軸、５……超電導界磁コイル、６ａ，６ｂ…
…トルクチューブ、７……フレキシブルサポート、８…
…輻射シールド、９……冷媒搬送装置、１１，１２……
ダブテール突起、１３，１４……ダブテール溝、１５…
…押え板、１６……締付けボルト、１７……ギャップ、
１８……ダブテール肩部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　超電導コイルを収納し、且つ両端部に
   トルクチューブを有するコイル取付軸を備えた低温ロー
   タを常温ロータの内部に設け、前記低温ロータの少なく
   とも一端を前記常温ロータに対して円盤状のダイアフラ
   ム形状、或いは円盤の一部を切欠いてスポーク状に形成
   したフレキシブルサポートの外径側と内径側を各々前記
   常温ロータと低温ロータに結合してなる超電導回転電機
   の回転子において、前記フレキシブルサポートと常温ロ
   ータとの結合部、およびフレキシブルサポートと低温ロ
   ータとの結合部に互いに嵌合する半径方向のダブテール
   状の溝と突起をそれぞれ設けて結合したことを特徴とす
   る超電導回転電機の回転子。