JPH0561869B2 - - Google Patents

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の構造に関
するものである。

〔従来の技術〕

従来この種の回転子として例えば特開昭57−
22372号公報に開示されたものがあり、その構成
を第４図に示す。第４図において、１はトルクチ
ユーブ、２はトルクチユーブ１の中央部を形成す
るコイル取付軸、３はコイル取付軸２に固定され
ている超電導界磁コイル、４はトルクチユーブ１
とコイル取付軸２を囲繞する常温ダンパ、５はこ
の常温ダンパ４とコイル取付軸２の間に配設され
ている低温ダンパ、６及び７はコイル取付軸２の
夫々外周部及び側面部に取り付けられたヘリウム
外筒、ヘリウム端板、８及び９は夫々駆動側、反
駆動側端部軸、１０はこれらの端部軸８，９を軸
支する軸受、１１は界磁電流供給用のスリツプリ
ング、１２はトルクチユーブ１に形成或いは配置
されている熱交換器、１３は側部輻射シールド、
１４は真空部である。

上記構成からなる超電導回転機の回転子におい
ては、コイル取付軸２に配置されている超電導界
磁コイルを極低温に冷却することにより、電気抵
抗を零の状態とし、励磁損失をなくすことによ
り、この超電導界磁コイル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
リウム容器部に供給する一方、回転子内部を真空
部１４により高真空に保つと共に、極低温の超電
導界磁コイル３及びコイル取付軸２に回転トルク
を伝えるトルクチユーブ１を薄肉円筒とし、且つ
熱交換器１２を設け、このトルクチユーブ１を通
じ極低温部に侵入する熱を極力減らす構造が最も
一般的である。さらに、側面からの輻射により侵
入する熱を低減するため、側部輻射シールド１３
が設けられている。

一方、常温ダンパ４及び低温ダンパ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を保護すると共に、電力系統のじよう乱に
よる回転子振動を減衰させる機能を有する一方、
常温ダンパ４は真空外筒としての機能、低温ダン
パはヘリウム容器部への輻射シールドとしての機
能を兼ねる方式が一般的である。なお第４図にお
いては、回転子内部のヘリウム導入、排出系を構
成する配管類及び回転子に接続されているヘリウ
ム導入、排出装置は省略した。

第５図は第４図Ｖ−Ｖ線における断面図であ
り、図において、２はコイル取付軸、３は超電導
界磁コイル、６はヘリウム外筒、１５は液体ヘリ
ウムの液溜め部、１６はヘリウム蒸気空間、１７
はコイル取付軸２に形成された超電導界磁コイル
３を収納するスロツト、１８はスロツト１７内に
配設され、超電導界磁コイル３とコイル取付軸２
との間の対地絶縁、１９は超電導界磁コイル３を
固定するウエツジ、２０はコイル取付軸２とヘリ
ウム外筒６との間に設けられたヘリウム流路、２
１は液溜め部１５とスロツト１７とに連通して設
けられたヘリウム流通孔、２２ａ，２２ｂは対地
絶縁１８に形成された例えば円形状の貫通孔であ
る。このような回転子に使用される超電導界磁コ
イルとしては例えば特開昭57−186960号公報に開
示されたものがあり、その構成を第６図に示す。
図において、３は超電導界磁コイル、３ａは複数
の超電導素線を撚り線等により成形された超電導
線であり、複数列、複数層巻回されている。２３
はこれら超電導線３ａの列間に挿入された列間絶
縁、２４は超電導線３ａの層間に挿入された層間
絶縁である。尚、超電導界磁コイル３は、超電導
線３ａを１本持ちで、かつ超電導線３ａの列間に
は列間絶縁２３を、超電導線３ａの層間には層間
絶縁２４をそれぞれ挿入しながら巻回し、巻回後
はエポキシ樹脂で処理してモールド状に形成さ
れ、超電導線３ａの短絡防止がなされている。

一般的に超電導回転圧機においては、超電導界
磁コイルの極低温冷却をいかにして行なうかとい
う点に重要な技術問題がある。超電導界磁コイル
を超電導状態にするためには、超電導遷移温度以
下に冷却することが必要であり、現在ではヘリウ
ムを冷却媒体として絶対温度1Kないし20Kに保
持することが行なわれている。一方、このような
極低温状態においては超電導界磁コイルの比熱が
極めて小さくなつているため、超電導界磁コイル
内の微少な発熱あるいは超電導界磁コイルへの僅
かな侵入熱量によつて超電導界磁コイルの温度が
上昇し超電導遷移温度を越える恐れが常に存在す
る。従つて、超電導界磁コイル内の微少な発熱あ
るいは超電導界磁コイルへの僅かな侵入熱量をい
かに速かに除去して超電導界磁コイルの温度上昇
をおさえるかが超電導回転電機の設計上の重要な
ポイントとなる。

次に冷却動作について説明する。超電導界磁コ
イル３内の微少発熱、あるいは超電導界磁コイル
３への僅かな熱侵入によつて生じた熱は、超電導
界磁コイル３の外周側の対地絶縁１８との僅かな
間隙に存在しているヘリウムに吸収される。吸熱
により膨張し密度が小さくなつたヘリウムは、遠
心力場の自然対流によつて対地絶縁１８の貫通孔
２２ａを通り抜け、コイル取付軸２のヘリウム流
通孔２１を経て液溜め部１５に出る。一方、超電
導界磁コイル３回りで生ずるヘリウム不足は、ヘ
リウム流路２０からウエツジ１９の隙間及び対地
絶縁１８の貫通孔２２ｂを通つて超電導界磁コイ
ル３回りに流入するヘリウムによつて補われる。
吸熱膨張したヘリウムは、液溜め部１５におい
て、その一部が蒸発することによつて冷却され
る。冷却されたヘリウムは、別のヘリウム流通孔
２１から対地絶縁１８の貫通孔２２ａを経て超電
導界磁コイル３の周囲に入り込み、さらに対地絶
縁１８の貫通孔２２ｂ及びウエツジ１９の隙間を
通りヘリウム流路２０に出る。

以上のように円滑な自然循環を行なうことによ
り、超電導界磁コイル３の冷却が行なわれ、超電
導界磁コイル３を超電導遷移温度以下に保つてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら上述した従来装置では、超電導界
磁コイル３の冷却がその外周面からしか冷却され
ない構造となつており、超電導界磁コイル３内部
の超電導線３ａで発熱した場合、超電導線３ａの
熱は列間絶縁２３、層間絶縁２４、また他の超電
導線３ａを介した熱伝導を経て超電導界磁コイル
３外周のヘリウムで冷却されて除去されることに
なり、冷却効果が悪く、超電導線３ａの温度が上
昇し、超電導破壊（クエンチ）を生ずる問題点が
あつた。

この発明は上記のような問題点を解消するため
になされたものであり、冷却効果を高め超電導破
壊を生ずることのない超電導回転電機の回転子を
提供することを目的とする。

〔問題点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、超
電導界磁コイルの超電導線間の列間絶縁を穴付絶
縁材で構成し、層間絶縁を溝付絶縁材で構成した
ものである。

〔作 用〕

この発明における超電導回転電機の回転子は、
超電導界磁コイルを超電導状態にするための冷媒
である液体ヘリウムが、穴付絶縁材で構成された
列間絶縁の穴部、溝付絶縁材で構成された層間絶
縁の溝部を通つて超電導界磁コイルの超電導線を
直接冷却する。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図〜第３図において、３は超電導界磁コ
イル、３ａは複数の超電導素線が撚り線等により
成形された超電導線であり、複数列、複数層巻回
されている。２５は超電導線３ａの列間に挿入さ
れ、複数の穴２５ａを有する例えばエポキシ系マ
イカルタ板等からなる穴付絶縁材で構成された列
間絶縁であり、第３図にす通り、複数の穴付絶縁
材により構成されている。２６は超電導線３ａの
層間に挿入され、第１図上において横方向の溝２
６ａを有する例えばエポキシ系マイカル板等から
なる溝付絶縁材で構成された層間絶縁であり、超
電導界磁コイル３の長手方向に対し複数配設され
て構成されている。尚、超電導界磁コイル３は、
超電導線３ａを１本持ちで、かつ超電導線３ａの
列間には穴２５ａを有する列間絶縁２５を、超電
導線３ａの層間には溝２６ａを有する層間絶縁２
６をそれぞれ挿入しながら巻回されて形成され、
超電導線３ａは列間絶縁２５と層間絶縁２６とに
囲まれた状態となり、超電導線３ａの短絡防止が
なされている。また、超電導界磁コイル３のエポ
キシ樹脂処理は施していない。また、超電導線３
ａは撚り線等により成形しているので、超電導線
３ａと列間絶縁２５、層間絶縁２６との間には僅
かな隙間が存在している。

次に冷却動作について説明する。超電導界磁コ
イル３を超電導状態にするための冷媒である液体
ヘリウムは、超電導界磁コイル３の外表面を流れ
ると共に、超電導線３ａと列間絶縁２５、層間絶
縁２６との間の僅かな隙間、列間絶縁２５の穴２
５ａ、層間絶縁２６の溝２６ａを通つて超電導線
３ａの表面に流れ、超電導界磁コイル３の全ての
超電導線３ａを液体ヘリウムによつて直接冷却す
るようになつている。従つて、超電導線３ａで発
熱が生じても、超電導線３ａの周囲の液体ヘリウ
ムですばやく熱が取り除かれ、超電導線３ａの温
度上昇は極めて小さく、超電導破壊を生ずること
はない。

尚、上記実施例では層間絶縁２６の溝２６ａは
両面にそれぞれ設けた場合について述べたが、片
面に設けるようにしてもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、超電導界磁コイ
ルの超電導線間の列間絶縁を穴付絶縁材で構成
し、層間絶縁を溝付絶縁材で構成したので、超電
導界磁コイルを超電導状態にするための冷媒であ
る液体ヘリウムが、穴付絶縁材で構成された列間
絶縁の穴、溝付絶縁材で構成された層間絶縁の溝
を通つて超電導界磁コイルの超電導線を直接冷却
するので冷却効果が向上し、超電導破壊を生ずる
ことのない信頼性の高い超電導回転電機の回転子
を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による超電導回転
電機の回転子における超電導界磁コイルを示す断
面図、第２図は第１図の要部拡大図、第３図は第
２図の−線における断面図、第４図は従来の
一般的な超電導回転電機の回転子を示す縦断面
図、第５図は第４図のＶ−Ｖ線における断面図、
第６図は従来の超電導界磁コイルを示す断面図で
ある。 図において、２はコイル取付軸、３は超電導界
磁コイル、３ａは超電導線、２５は列間絶縁、２
６は層間絶縁である。尚、図中同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 超電導線が複数列、複数層巻回されて形成さ
   れた超電導界磁コイルと、この超電導界磁コイル
   を保持するコイル取付軸とを有する超電導回転電
   機の回転子において、上記超電導界磁コイルの超
   電導線間の列間絶縁を穴付絶縁材で、層間絶縁を
   溝付絶縁材でそれぞれ構成したことを特徴とする
   超電導回転電機の回転子。 ２ 穴付絶縁材はエポキシ系マイカルタ板で構成
   されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の超電導回転電機の回転子。 ３ 溝付絶縁材はエポキシ系マイカルタ板で構成
   されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項ま
   たは第２項記載の超電導回転電機の回転子。