JPH0442904B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回転電機、たとえば超電導発電機の
ロータに関し、さらに詳細には過冷ロータ
（Supercooled rotor）の非過冷ダンパ
（Warmdamper）を製造する方法及びその構造に
関する。

超電導発電機は、典型的には、過冷を必要とす
るロータの界磁巻線を用い、そのコイルに直流電
流を通す。この直流電流は、過冷状態により本質
的に抵抗がないところを流れるため、電力損失が
著しく減少する。

しかしながら、安定性を維持するために、この
直流電流の振幅変動を回避する必要がある。これ
らの振幅変動の原因としては、過渡的な障害によ
り変動する磁界の影響下にロータ巻線が置かれる
ことがある。

超電導のロータ巻線コイルを、それらとこの磁
界の発生源である発電機のステータ巻線との間に
ダンパを介在させることにより、変動磁界からシ
ールドすることが可能である。それ自身過冷され
ないため非過冷ダンパと呼ぶこのダンパは、ロー
タ巻線のまわりに配置した管状の構造体である。
そのダンパは、外部で発生する磁界を吸収できる
導電性円筒体より成る。純銅はこのためには必要
な機械的強度をもたないのであるが、この導電性
円筒体は、高力ジルコニウム−銅合金で作ること
ができる。もつとも、クロミウム−銅のような高
力で導電性の適当な材料を有望な代替物として用
いてもよい。磁界はその力が円筒体内でうず電流
を発生せしめることによりその円筒体に吸収され
る。

この磁界の消滅メカニズムをみると、その消滅
により円筒状の遮へい体内に潜在的に大きな力が
生じ、この力により遮へい体内に大きなひずみが
生じる虞れがある。したがつて、この中心の円筒
遮へい体を剛性的に支持する何らかの手段が必要
となる。この中心円筒状遮へい体の半径方向内側
及び外側の表面を支持するために高力スーパーア
ロイ材料を用いることができる。スーパーアロイ
は、鉄心、コバルトあるいはニツケルをベースと
した合金で、酸化及び高温腐食に対する抵抗力を
付加するためのクロミウムを含有し、さらに高温
で強度を得るため他の元素も含む。ここで理解さ
れねばならないことは、降伏強さが130000psi以
上で超電導のロータに用いるに適当な充分な延伸
性を有する、インコネル706あるいはインコネル
718として知られた材料を、上述したスーパーア
ロイのかわりに用いることは、本発明の範囲内で
ある。本発明の実施例では、その構造は実質的
に、スーパーアロイ−銅−スーパーアロイの層状
組立体であり、過冷状態において中心円筒遮へい
体に充分な機械的強度を付与することが可能であ
る。しかしながら、その層状組立体をその軸方向
端部において他の構成要素に結合さねばならない
場合製造上の問題が生じる。

上述した構造体は結局のところ、異なる材料の
３つの同心リング、すなわち上述の例ではインコ
ネル−銅−インコネルより成る軸方向表面をもつ
組立体となる。これらの表面は、他の構成要素と
ボルト接続しその接続を維持するには適当でな
い。その理由は、中心の銅製の円筒体は発電機の
ロータに付随する力に耐えるだけの充分な機械的
強度を有しない。これとは対照的に、全体をイン
コネル合金で作つた軸方向表面は、上述の組立体
の軸方向に隣接して配置した他のロータ構成要素
にボルト接続しその接続を維持するに充分な機械
的強度を与えるであろう。

本発明の一実施例によれば、回転電機のダンパ
組立体は、第１及び第２の端部と中央貫通孔を有
する第１の導電性円筒体と、中央貫通孔を有し前
記第１の円筒体と同軸心合関係に配置されて前記
第１の円筒体の前記第１端部に結合された第２の
円筒体と、中央貫通孔を有し前記第１の円筒体と
同軸心合関係に配置され前記第１の円筒体の前記
第２の端部に結合された第３の円筒体とを含み、
前記第１，第２及び第３の円筒体は実質的に同一
の内径及び外径を有し、さらに、中央貫通孔を有
し前記第１，第２及び第３の円筒体の半径方向で
内部においてそれらと同軸的に配設され前記第
１，第２及び第３の円筒体に結合された第４の円
筒体と、中央貫通孔を有し前記第１，第２及び第
３の円筒体の半径方向において外部でそれらと同
軸的に配設され前記第１，第２及び第３の円筒体
に結合された第５の円筒体とを含み、前記第１の
円筒体は前記第２及び第３の円筒体に結合され、
前記第４の円筒体は前記第１，第２及び第３の円
筒体に溶接され、前記第５の円筒体は前記第１，
第２及び第３の円筒体に溶接されることを特徴と
する。

さらに好ましい実施例によれば、高力銅合金で
作つた中心円筒体を有する複合構造の組立体は、
極低温の状態でその性質を維持できる高力材料あ
るいは任意の適当なスーパーアロイで作つた穀内
に完全に包装され、したがつてその組立体の軸方
向表面は銅の部分を有さない。好ましくは、本発
明の実施例による非過冷ダンパは、導電性の中心
円筒体と、その両端部に同軸心合関係で半田付け
あるいはろう付けにより結合されたスーパーアロ
イで作つた高力円筒体とより成る。これら３つの
円筒体の各々は、中央貫通孔を有し、それらの内
径及び外径は実質的に同一である。この複合構造
の組立体は、高力スーパーアロイで作つた内側及
び外側円筒体の間に同心同軸関係に配設される。
この複合構造の円筒体はその後、それらの隣接す
る周面にそつて内側及び外側円筒体に結合され
る。複合構造の円筒体、内側及び外側円筒体は、
爆発溶接によつて相互に結合される。

半田付けあるいはろう付け、そして爆発溶接を
組合わせると、非過冷ダンパのすべての隣接表面
の間において充分な冶金結合が得られる。この結
合は、発電機のロータに生じる応力に耐えうるに
必要な強度を付与し、また非過冷ダンパを円筒状
であるが他のロータ構成要素に容易にボルト接続
できる２つの軸表面をもつ構造体を形成するのを
可能にする。

本発明は、たとえば超電導発電機のロータに関
し、さらに詳細には、それに用いる非過冷ダンパ
の構造に関する。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。

第１図は、過冷ロータの超電導巻線のコイルを
外部に形成される変動磁界からシールドするため
に、その超電導巻線のまわりに装着する構成の非
過冷ダンパ１０を示す。

第１図は、非過冷ダンパ１０の重要な構成要素
を示し、それらは導電性心管１２と剛性支持構造
１４より成る。導電性の心管１２は、変動磁界を
吸収しその構造内に磁界により誘導されるうず電
流を通すことによつてそのエネルギーを消滅せし
める。しかしながら、ジルコニウム−銅のような
高力銅合金より成る導電性心管１２は、このエネ
ルギー消滅に付随して生じるその心管を破砕しか
ねない力に耐えうるだけ充分な機械的強度を有し
ない。そのため、支持管１４のような高力で実質
的に剛性の構造を、この機械的支持を与えるため
に用いる。

第１図に示すように、各構成要素は、心管１２
が支持構造１４内に包装されるような構造に組立
てられる。しかしながら、ここで問題となるの
は、この構造体はねじ付き軸穴１６のように他の
ロータ構成要素に軸方向にボルトで接続できるも
のである必要がある。軸穴１６は、２つの異なる
材料の介在領域内には延びてはならず、また上述
した銅合金のような材料中に延びても困る。その
理由はその材料は機械的強度が劣るからである。

スーパーアロイで作ることもできる支持構造１
４は、ねじ付き穴１６により示されるような極低
温の状態でボルト接続を行うに充分な機械的強度
をもつのであるが、このボルト接続可能な軸方向
端部を形成する問題を、非過冷ダンパ１０全体が
製造可能なような方法で解決する必要がある。本
発明は、第２図に示すように複合構造の心管２０
を用いる。その心管は、導電性管２２とその心管
が結合され高力スーパーアロイで出来た２つの管
２４及び２６より成る。これらの軸方向で外側の
２つの管２４及び２６はジルコニウム−銅あるい
はクロミウム−銅のような銅合金で作ることので
きる導電性管２２の軸方向端部に冶金結合され
る。これらの結合を行うには、ろう付けより半田
付けの方が好ましいことが判明している。その理
由は、ろう付けに必要な温度が銅の性質を低下さ
せる温度より一般的に高いからである。しかしな
がら、低い温度でろう付けが可能なときはいつ
も、かわりにろう付けを用いることができ、いず
れの場合においても結合される表面を予めニツケ
ルメツキをして用いる場合ろう付けにより適当な
冶金結合が得られる。さらに、導電性管２２自身
を同軸的に結合した２以上の管で構成してもよ
い。

第２図の複合管２０は、同軸関係にその３つの
構成部分を並べて結合したもので、管２２と２４
及び管２２と２６の間の境界領域２８及び２９の
それぞれには冶金結合が形成される。

この複合管２０が出来上がると、それはさらに
第３図に示すように、スーパーアロイのような高
力材料で作つた内側管３２及び外側管３３といつ
しよに組立てる。これらの支持管３２及び３３
は、複合管２０の内側及び外側表面に爆発溶接に
よつて冶金結合する。

厚い支持管を必要とする場合、爆発溶接により
適当な結合が得られる管の厚さにはほぼ5/8イン
チという実際上の制限があるため、爆発溶接を複
数回連続的に行う必要がある。したがつて、第３
図に示すように所望の厚さを得るために複数の管
を連続的に爆発溶接することもできる。

第３図において、管３４及び３５はそれぞれ管
３２及び３３に結合され、その結果、導電性の心
管２２のまわりにインコネルの厚い支持構造が形
成されたものが出来上る。したがつて、第３図に
示す非過冷ダンパ４０は導電性の心管２２あるい
はシリンダを有し、その心管は軸方向で外側の２
つの管２４及び２６に冶金結合されて複合管２０
を形成する。内側及び外側支持管３２及び３３を
その表面に結合して、一般的に剛性の構造体を形
成し、さらに厚さを増すために必要とあらば管３
４及び３５を結合する。

第３図において、心管２２はジルコニウム−銅
のような導電性材料で作り、すべての支持管２
４，２６，３２，３３，３４及び３５はスーパー
アロイのような高力金属で作る。この方法による
と、軸方向端部にねじ付き穴３８を形成して、他
のロータ構成要素へボルト接続するのに適当な端
部をもつ一般的に剛性の非過冷ダンパを構成でき
る。心管２２は、軸方向で隣接する管２４及び２
６に半田付けし、他のすべての隣接部材の結合に
ついては爆発溶接を用いる。導電性心管２２をそ
の軸方向で隣接するスーパーアロイ製の管に半田
付けあるいはろう付けすると、爆発溶接作業時こ
れらの構成要素が互いに分離するのを阻止するに
充分な強度が得られ、また高い応力が生じやすく
故障しやすいこの領域での割れが起る可能性を無
くすことができる。

本発明は、剛性で、他のロータ構成要素にボル
ト接続できる非過冷ダンパ組立体を提供する本発
明の実施例では、半田付けあるいは爆発溶接を用
いたが、他の冶金結合を行う方法も用いることも
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、隣接する構成要素にボルト接続する
ための必要な軸方向端部構造を示す非過冷ダンパ
の一部端面図、第２図は、複合構造の心管を示す
図、第３図は、第２図の複合管を用いて第１図に
示した所望の軸方向端部構造をうるための構造体
を示す図である。 １０…非過冷ダンパ、１２…導電性心管、１４
…剛性支持構造、２０…複合構造の心管、２８，
２９…境界領域、２２…導電性心管、２４，２６
…軸方向で外側の管、３２…内側支持管、３３…
外側支持管、３８…ねじつき穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ダンパ組立体を有し、前記組立体は第１及び
   第２の端部と中央貫通孔を有する導電性の第１の
   円筒体と、中央貫通孔を有し前記第１の円筒体と
   同軸心合関係に配設されて前記第１の円筒体の前
   記第１の端部に結合された第２の円筒体と、中央
   貫通孔を有し前記第１の円筒体と同軸心合関係に
   配設され前記第１の円筒体の前記第２の端部に結
   合された第３の円筒体とを含み、前記第１，第２
   及び第３の円筒体は実質的に同一の内径及び外径
   を有し、さらに、前記第１，第２及び第３の円筒
   体の半径方向内側においてそれらと同軸関係で配
   設され前記第１，第２及び第３の円筒体に結合さ
   れた第４の円筒体と、中央貫通孔を有し前記第
   １，第２及び第３の円筒体の半径方向外側におい
   てそれらと同軸関係に配設され前記第１，第２及
   び第３の円筒体に結合された第５の円筒体とを含
   み、前記第１の円筒体は前記第２及び第３の円筒
   体に結合され、前記第４の円筒体は前記第１，第
   ２及び第３の円筒体に溶接され、前記第５の円筒
   体は前記第１，第２及び第３の円筒体に溶接され
   ることを特徴とするダンパ組立体を有する回転電
   機。 ２ 前記第１の円筒体は、ジルコニウム−銅合金
   で作られることを特徴とする前記第１項記載の回
   転電機。 ３ 前記第２，第３，第４及び第５の円筒体はス
   ーパーアロイで作られることを特徴とする前記第
   １あるいは第２項記載の回転電機。 ４ 超電導ロータは、第１及び第２の端部をもつ
   第１の管状部分と前記第１の端部に結合した第２
   の管状部分と前記第２の端部に結合した第３の管
   状部分とより成り、前記第１，第２及び第３の管
   状部分は同軸心合関係に配設されて各々実質的に
   同一の内径及び外径を有する複合構造の管と前記
   複合構造の管の半径方向外側において同軸関係に
   配設され前記複合管に結合した外部管と前記複合
   管の半径方向内側において同軸関係に配設され前
   記複合管に結合した内部管とより成り、前記第２
   の管状部分は前記第１の管状部分に半田付けさ
   れ、前記第３の管状部分は前記第１の管状部分に
   半田付けされることを特徴とする、前記第１ない
   し第３項のうち任意の第１項に記載した回転電
   機。 ５ 前記外部管は前記複合管に溶接され、前記内
   部管は前記複合管に溶接されることを特徴とする
   前記第４項記載の回転電機。 ６ 前記第１の管状部分はジルコニウム−銅合金
   で作られることを特徴とする前記第４あるいは第
   ５項記載の回転電機。 ７ 前記ロータは第１及び第２の端部を有し、前
   記第１の端部は第１の外側管に溶接され、前記第
   ２の端部は第２の外側管に半田付けされ、前記第
   １及び第２の外側管と同軸心合関係に配設された
   心管と、前記心管の半径方向にそれと同軸関係で
   配設され前記心管と前記第１及び第２の外側管に
   爆発溶接される外部管と、前記心管の半径方向内
   側において同軸関係に配設され前記心管及び第１
   及び第２の外側管に爆発溶接される内部管とより
   成ることを特徴とする前記第１あるいは第２項記
   載の回転電機。 ８ 前記心管はジルコニウム−銅合金で作られ、
   前記第１及び第２の外側管と前記内部及び外部管
   は極低温の状態で高力特性を有するスーパーアロ
   イで作られることを特徴とする前記第７項記載の
   回転電機。 ９ ダンパを有する回転電機を製造する方法にお
   いて、心管を２つの外側管の間に同軸同心関係に
   配置し、前記心管を前記２つの外側管に半田付け
   して複合管を形成し、前記複合管の半径方向で外
   側にそれと同軸関係に外部管を配設し、前記複合
   管の半径方向で内側にそれと同軸関係に内部管を
   配設し、前記複合管を前記内部及び外部管に爆発
   溶接することによりなる、ダンパを有する回転電
   機を製造する方法。