JPH0471363A

JPH0471363A - 超電導発電機界磁巻線

Info

Publication number: JPH0471363A
Application number: JP2182691A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Matsunobu; 豊松延; Kiyoshi Yamaguchi; 潔山口
Original assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Current assignee: Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Priority date: 1990-07-12
Filing date: 1990-07-12
Publication date: 1992-03-05
Anticipated expiration: 2010-04-19
Also published as: JPH0736693B2

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界磁巻線に係り、特に
超電導発電機の回転子に刻まれた複数個のスロット内に
分割して納めるタイプの界磁巻線端部の磁束集中緩和に
関する。

〔従来の技術〕

従来の超電導界磁巻線部の回転軸方向間隔は、特開昭５
８−５００９３号公報の第４図に記載のように、等間隔
に配置されている。端部での磁束集中を少なくする方法
としては、磁極近くでその寸法を小さくする方法が知ら
れている。

また、形状を変化させる代わりに、電流密度を変化させ
る方法もある。しかし、上記２つの方法の端部軸方向間
隔は、いずれも等間隔配置のままである。等間隔配置で
、更に磁束集中を少なくするためには、コイル相互の影
響が少なくなるように、端部回転軸方向長さをある程度
長くしたり、間隔を大きくすることが考えられる。

その他としては、素粒子加速器の２極マグネツトコイル
に見られるように、端部の鞍の半径を大きく膨らませて
、磁束集中を少なくする方法があるが、発電機に応用す
る場合は、回転子外径が一定という制限のため使用でき
ない。

〔発明が解決しようとする課題〕超電導界磁巻線の形状を設計する場合、ある制限を受け
る。すなわち、定格容量を決めた場合、必要とされる磁
場、磁場を有効に発生させるだめのコイル半径、コイル
直線部長さがある程度決まる。また、回転子より発生し
た磁束を効率良く利用するため、固定子長さと回転子の
端部長さがある程度決定される。

上記制限のだ必、回転子端部の磁束集中を緩和させるた
めに、各コイルの軸方向間隔を長くすることは好ましく
ない。また、もっと大きな要素として振動の問題がある
。回転子が軸方向に長くなると回転子の危険速度が低く
なり、回転子の振動上から好ましくないので、回転子は
短い方がよい。

在来技術は上記の点についての配慮がなされておらず、
実施には問題があった。

・本発明の目的は、回転子の端部長さを長くする事なく
、集中磁場を少なくした超電導発電機界磁巻線を提供す
ることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明では、超電導発電機
の回転子の界磁巻線取り付け軸に複数個のスロットを刻
み、各スロット内に挿入固定して用いられる超電導界磁
巻線において、前記各スロットに挿入するコイルの端部
軸方向間隔が、磁極に近いコイルでは相対的に大きく、
磁極から遠いコイルでは相対的に小さくなるように、段
階的に配置されている事を特徴とする超電導界磁巻線と
したものである。

そして、前記超電導界磁巻線において、コイルの端部軸
方向間隔を、η個（ただしｎ≧４）のコイルを持ち端部
長さｌの場合、最も磁極に近いコイル間は１．２０ｘＩ
ｌ／　（ｎ−１）以上とし、次のコイル間を１．０５　
Ｘβ／（ｎ−１）以上とし、以下段階的に小さくし、磁
極から最も遠いコイル間を０．８０×４！／（ｎ−４＞
以下とし、次に遠いコイル間を０．９５　×ｌ／　（ｎ
−１）以下とし、かつ全てのコイル間の総和が矛となる
配置を採るのがよい。

また、上記において、ｎが４〜８の場合は、特に、コイ
ルの端部軸方向を、最も磁極に近いコイル間は１．２０
〜１．２５ｘｊ！／　（ｎ−１）とし、次のコイル間を
１．０５〜Ｌ１０Ｘｆｆ／（ｎｌ）とし、磁極から遠い
コイル間を０．７５〜０、８０　ｘβ／（ｎ−１）とし
、次に遠いコイル間を０．９０〜０．９５ｘβ／　（Ｔ
Ｉ−１）とし、かつ全てのコイル間の総和が１となる配
置を採るのが好ましい。

なお、通常の界磁巻線においては、コイル端部軸方向間
隔は、ｎ個のコイルをもち端部長さｌの場合、！／（ｎ
−１）で表わされる等間隔である。

すなわち、本発明では、通常最も磁束が集中する最も磁
極に近いコイルへの、他のコイル特に２番目のコイルの
影響を少なくするため、最も磁極に近いコイルと２番目
のコイルの間隔を等間隔の場合よりも相対的に離し、ま
た、２番目と３番目のコイルの間隔も、１番目のコイル
程ではないが、等間隔よりも離す。一方、磁極から遠い
コイルの間隔は相対的に小さくする。

以上の様な構成を取る事により、通常最も磁極に近いコ
イルに集中していた磁束を緩和し、最大磁束密度を減少
する事が出来る。

〔作用〕

超電導界磁巻線を回転子に持つ超電導発電機（２極機）
の場合を例にとって考察する。超電導線を用いる場合、
通常の導線と最も異なる点は、超電導のｔｌ−１ｃ特性
により、磁場が増加すると通電可能な電流が減少する点
である。

したがって、磁場集中の値を可能な限り小さくすること
は、超電導界磁巻線にとって重要な課題である。磁束集
中の値を小さくするために提案されているものでは、電
流密度を一定にし、スロットの形状を変化させ、磁束分
布を理想的なＣＯ８θ配置とする方法が一般的であり、
また、スロットの形状を一定にし、電流密度を変化させ
る方法も提案されている。以上二つの場合は共に、直線
部での改良により端部の磁束集中を小さくする方法であ
り、コイルの端部間隔は等間隔に配置されている。

通常最も磁束が集中するコイルは、最も磁極に近いコイ
ルである。なぜなら、最も磁極に近いコイルには、他の
すべてのコイルが影響を与えるからである。次に、２番
目のコイルは、１番目のコイルが磁束集中を緩和する働
きをするため、１番目よりも磁束集中が少ない。したが
って、複数個のコイルがある場合、最も磁極に近いコイ
ルに最も磁束が集中し、磁極からはなれるにしたがって
、磁束集中の値が小さくなる。

本発明では、最も磁極に近いコイルと、２番目のコイル
の端部軸方向間隔を相対的に大きくし、以下徐々に小さ
くする配置を採ることにより、最も磁極に近いコイルの
磁束集中の値を小さくし、磁極から遠いコイルの磁束集
中の値は、逆に大きくすることが出来る。よって、各コ
イルの磁束集中の値を平均化でき、磁束最大値を小さく
できる。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発
明はこれに限定されない。

実施例１本発明の一例を第１図により説明する。第１図に於て、
最も磁極に近いコイルと２番目のコイルの端部軸方向間
隔は、第２図に示す等間隔の場合よりも２５％程大きい
。２番目と３番目のコイル間隔は、等間隔の場合よりも
５％大きい。一方、３番目と４番目のコイルの間隔は８
％、４番目と５番目のコイルの間隔は２２％、逆に等間
隔の場合よりも小さい。

以上の構成を採ることにより、最も磁極に近いコイルの
磁束集中は緩和され、最も遠いコイルの磁束集中は増大
する。よって、各コイルの最大磁束集中は平均化され、
界磁巻線全体としての最大磁束密度は減少する。

本発明の構成を採った場合及び等間隔の構成を採った場
合の磁場分布を、三次元磁場解析コードを用いて計算検
討した。結果を第３図に示す。

第３図は、本発明及び従来型巻線の各コイルにおける最
大磁束密度を縦軸に、中心から各コイルまでの距離を横
軸とした場合の磁場分布図である。

この磁場解析を行った巻線の仕様を、本発明の場合第４
図に、従来例である等間隔の場合を第５図に示す。

第４図及び第５図において、１は導体端部長さで３２０
ｍｍ、２は導体直線部で１２００ｍｍ。

３は半径で３２０１１１［０，４は導体断面であり、５
は導体厚みで２４ｍｍ、６は導体幅で７６＋ｎ＋＋＋、
７は導体で５個／極を表わし、また、中心磁場は３テス
ラである。

第３図から判るように、等間隔配置の場合、最も磁極に
近いコイルに最も磁束が集中し、約４テスラの磁場が発
生する。一方、本発明の配置によると、３．６テスラか
ら３．７テスラの間に、各コイルの磁場が平均化されて
おり、最大磁束密度は３．７テスラである。

したがって、本実施例によれば、界磁巻線の限られた外
径と長さの条件で、端部磁束集中を、等間隔に配置した
場合より７．５％緩和できる効果がある。以上、コイル
５個の場合の例であるが、コイル数ｎが４以上の場合同
様の事が言える。

ｎが４から８の場合について計算した結果、磁束集中の
緩和に最も重要なポイントは、最も磁極側のコイルと２
番目のコイルの間隔を可能な限り離す事である。但し、
甚だしく離すと、他のコイルでの集中が著しくなるので
、好ましくなく、好適には磁場が平均的に分布する事が
理想である。そのためには、最も磁極に近いコイル間を
等間隔の場合よりも２０〜２５％程離し、次のコイル間
を５〜１０％度離す。逆に磁極から遠いコイル間は　２
０〜２５％程狭め、次に遠いコイルを５〜１０％狭める
と比較的理想化出来る。また、ｎが９以上の場合につい
てもほぼ同様の結果が得られる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、界磁巻線の限られた半径と長さの条件
で、超電導発電機の回転子に取り付けられる鞍型超電導
界磁巻線の端部磁束集中を小さくできる。

よって、本構成を採らない場合と同じ超電導線を用いる
場合、臨界磁場までの余裕が増大するので、発生磁場を
増大できる効果がある。

また、発生磁場を同じとする場合、本構成を採用すれば
臨界磁場までの余裕が増大する。この余裕を端部軸方向
長さを短くすることに用いる。即ち端部軸方向長さを短
（する事により増大する端部磁束集中を、本構成を採る
ことにより相殺することが出来る。したがって、本構成
を採ると界磁巻線の長さを短くでき、振動が減少出来る
ので安全性、安定性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１−ａ図は本発明の一例の端部不等間隔配置界磁巻線
の鳥敵図、第１−ｂ図は、第１−ａ図をＸ軸から見た断
面図、第１−ａ図は、第１ａ図をｙ軸から見た断面図で
あり、（ただし、ｘ、ｙ、ｚ方向に対して１／２即ち１
極分のコイルの１／４を示す。）第２−ａ図は従来の端
部軸方向等間隔配置の界磁巻線の鳥敞図、第２ｂ図は、
第２−ａ図をｙ軸方向からみた断面図、第２−ａ図は、
第２−ａ図をＸ軸方向から見た断面図であり、第３図は
、本発明及び従来型巻線の各コイルにおける最大磁束密
度を縦軸に、中心から各コイルまでの距離を横軸とした
場合の磁場分布図であり、第４図は磁場解析を行なった
不等間隔配置の巻線の仕様を示す断面図であり、第５図
は磁場解析を行なった等間隔配置の巻線の仕様を示す断
面図である。１・・・導体端部、２・・・導体直線部、３・半径、４
・・・導体断面、５・・・導体厚み、６・・・導体幅、
７・・・導体特許出願人　　超電導発電関連機器・材料技術研究組合代　　理　　人　　　中　　　本　　　　　　　宏量　
　　　　　井　　　上　　　　　　　昭第１４１！１Ｘ第１−′ｂ図喝２−（１１￥１易２−ｂ図

Claims

【特許請求の範囲】１、超電導発電機の回転子の界磁巻線取り付け軸に複数
個のスロットを刻み、各スロット内に挿入固定して用い
られる超電導界磁巻線において、前記各スロットに挿入
するコイルの端部軸方向間隔が、磁極に近いコイルでは
相対的に大きく、磁極から遠いコイルでは相対的に小さ
くなるように、段階的に配置されている事を特徴とする
超電導界磁巻線。２、前記超電導界磁巻線において、コイルの端部軸方向
間隔を、ｎ個（ただしｎ≧４）のコイルを持ち端部長さ
ｌの場合、最も磁極に近いコイル間は１．２０×ｌ／（
ｎ−１）以上とし、次のコイル間を１．０５×ｌ／（ｎ
−１）以上とし、以下段階的に小さくし、磁極から最も
遠いコイル間を０．８０×ｌ／（ｎ−１）以下とし、次
に遠いコイル間を０．９５×ｌ／（ｎ−１）以下とし、
かつ全てのコイル間の総和がｌとなる配置を採ることを
特徴とする請求項１記載の超電導界磁巻線。３、前記超電導界磁巻線において、コイルの端部軸方向
間隔を、ｎ個（ただしｎ＝４〜８）のコイルを持ち端部
長さｌの場合、最も磁極に近いコイル間は１．２０〜１
．２５×ｌ／（ｎ−１）とし、次のコイル間を１．０５
〜１．１０×ｌ／（ｎ−１）とし、磁極から最も遠いコ
イル間を０．７５〜０．８０×ｌ／（ｎ−１）とし、次
に遠いコイル間を０．９０〜０．９５×ｌ／（ｎ−１）
とし、かつ全てのコイル間の総和がｌとなる配置を採る
ことを特徴とする請求項２記載の超電導界磁巻線。