JPH0810983B2 - 超電導回転電機の回転子 - Google Patents

超電導回転電機の回転子

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JPH0810983B2
JPH0810983B2 JP2332180A JP33218090A JPH0810983B2 JP H0810983 B2 JPH0810983 B2 JP H0810983B2 JP 2332180 A JP2332180 A JP 2332180A JP 33218090 A JP33218090 A JP 33218090A JP H0810983 B2 JPH0810983 B2 JP H0810983B2
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outer cylinder
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渡辺  孝
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は超電導回転電機の回転子に関するものであ
る。
〔従来の技術〕 超電導回転電機では、界磁巻線部は極低温に冷却され
るため、回転子全体が多重円筒構造のクライオスタット
構造となっている。界磁巻線を有する内筒は極低温に冷
却されるため、外筒との間に熱収縮差を生ずる。この熱
収縮差を補償するために2重軸受構造がある。これは内
筒と外筒とを別々の軸受で支持することにより、熱収縮
差を補償するものである。この構造を用いた場合、内筒
と外筒との間の真空断熱層を保つための真空保持部が必
要となる。この真空保持部として、軸方向に対し変位可
能なベローズが用いられるものがある。このベローズは
軸方向の変位に対しては強度的に非常に強いが、周方向
のねじり荷重に対しては非常に弱い。この周方向の変位
を押えるために、内筒と外筒との間でキーとキー溝とに
より接合を行い、内筒、外筒間で周方向変位差を生じな
いような構造で軸方向には変位可能な構造が考えられて
いる。
従来、このキーとキー溝構造では第10図および第11図
に示されているように、平行キー1を、内筒を支持する
内シャフト2と外筒を支持する外シャフト3との間に設
けていた。この平行キー1では、常温での組立時におい
ても、平行キー1の周方向端面部4とキー溝間のギャッ
プを正確に調整する必要があった。なお、同図において
5はベローズである。
なお、これに関するものとして特開昭52−95006号公
報がある。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術のキーとキー溝構造では平行キーを用い
ており、常温時と低温時および回転時と非回転時にかか
わりなく、キーとキー溝間のギャップ精度が要求されて
いた。このギャップが適当でなければ、内筒を極低温に
冷却し内筒が熱収縮した場合、内、外筒間でスティック
が発生し、回転子に不要な曲げ応力が発生し、回転時の
振動発生、さらには回転子の破壊を引き起す懸念があっ
た。
本発明はこれに鑑みなされたもので、その目的とする
ところは、組立て作業性の制度をそれ程高度なものとす
る必要なくして、内筒と外筒間の周方向変位を充分防止
することができるこの種超電導回転電機の回転子を提供
するにある。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち本発明は、外筒と、この外筒内に真空断熱層
を介して配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャ
フト、内筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持
され、内筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に
形成されるとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と
外筒間の周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を
備えている超電導回転電機の回転子において、前記周方
向変位防止手段を、前記内、外シャフト間に設けられ、
かつ周方向端面部が軸方向に対してテーパー状に形成さ
れたテーパーキーおよびこのテーパーキーを所定の間隙
を介して収納するキー溝を有するテーパーキー装置で形
成するようになし、所期の目的を達成するようにしたも
のである。
また、本発明は周方向変位防止手段を、内シャフトを
軸方向端部へ向かうに従い太くなるテーパー状に形成
し、外シャフトをこの内シャフトと同一テーパー状の内
壁面を有し、かつ内シャフトと所定の間隙を有して対向
配置されるように形成すると共に、この間隙を、内シャ
フトの軸方向熱収縮時に内シャフトの外壁面と外シャフ
トの内壁面が静合するように形成し、内外シャフトの静
合摩擦で内外シャフト間の周方向の変位を防止するよう
に形成したものである。
また、周方向変位防止手段を、内シャフトの端部に歯
車リングを設け、かつ外シャフトの端部に前記歯車リグ
と所定の間隙を介して対向配置するとともに、この間隙
を、内シャフトの軸方向熱収縮時に内シャフトの歯車と
外シャフトの歯車が噛み合うように形成し、内外シャフ
トにそれぞれ設けられている歯車の噛み合いで内外シャ
フト間の周方向の変位を防止するように形成したもので
ある。
また、周方向変位防止手段を、内、外シャフト間に軸
方向に伸びて設けられ、かつ外シャフト側が先細のテー
パー状に形成されたテーパーキーおよび内、外シャフト
にそれぞれ設けられ、前記テーパーキーを所定の間隙を
介して収納するキー溝とで形成したものである。
また、周方向変位防止手段を、内、外シャフト間に軸
方向に伸びて設けられたキーおよび内、外シャフトにそ
れぞれ設けられ、前記キーを所定の間隙を介して収納す
るキー溝および前記内シャフトに設けられ、かつ周方向
変位の拘束時に前記キー近辺の内シャフトを加熱し、前
記内シャフトを加熱膨張させる加熱装置で形成し、前記
内シャフトの加熱膨張で内、外シャフトが合体するよう
にしたものである。
また、周方向変位防止手段を、内、外シャフト間に軸
方向に伸びて設けられたキーおよび内、外シャフトにそ
れぞれ設けられ、前記キーを所定の間隙を介して収納す
るキー溝および前記外シャフトに設けられ、かつ周方向
変位の拘束時に前記キー近辺の外シャフトを冷却し、前
記外シャフトを冷却収縮させる冷却装置で形成し、前記
外シャフトの冷却収縮で内、外シャフトが合体するよう
にしたものである。
〔作用〕
上記手段を設けたので、テーパーキーを所定の間隙を
介してキー溝に収納すればよくなって、従来のように組
立作業性の精度を要しなくなる。
〔実施例〕
以下、図示した実施例に基づいて本発明を説明する。
第1図から第3図には本発明の一実施例が示されてい
る。なお、従来と同じ部品には同じ符号を付したので説
明を省略する。同図に示されているように超電導発電機
の回転子は、常温ダンパ(外筒)6、輻射シールド7、
巻線取付軸(内筒)8から構成される多重円筒構造をし
ている。巻線取付軸8には超電導コイルを構成するため
に液体ヘリウム温度まで冷却されるため、巻線取付軸8
は熱収縮する。タービン側においては、常温ダンパ6お
よび巻線取付軸8を支持するトルクチューブ9は共に1
つのタービン側シャフト10に接続されているが、反ター
ビン側においては、極低温時の巻線取付軸8の熱収縮を
補償するために、常温ダンパ6と巻線取付軸8とを夫々
外シャフト3、内シャフト2で別々に支持し、軸受も夫
々別々に設ける2重軸受構造である。回転子内部には、
極低温に保ための真空断熱層11が設けられている。この
ように構成された超電導発電機の回転子で本実施例では
周方向変位防止手段を、内、外シャフト2、3間に設け
られ、かつ周方向端面部4を軸方向に対してテーパー状
に形成したテーパーキー1aおよびこのテーパーキー1aを
所定の間隙を介して収納するキー溝(図示せず)を有す
るテーパーキー装置で構成した。このようにすることに
よりテーパーキー1aを所定の間隙を介してキー溝に収納
すればよくなって、従来のように組立作業性の精度を要
しなくなり、内筒、外筒間の周方向変位の防止を容易に
することを可能とした超電導回転電機の回転子を得るこ
とができる。
すなわち真空保持機構として使用しているベローズ5
の周方向(ねじり方向)変位拘束手段のキー構造とし
て、周方向端面部4をテーパー形状にし、それに対応す
るキー溝構造を熱収縮発生時にテーパーキー1aとリジッ
トに結合するような構造とする。このようなテーパーキ
ー1aにより、極低温時にはテーパーキー1aがくさびの役
目をして周方向変位を拘束することが可能となり、ま
た、常温時にはテーパーキー1aとキー溝間にギャップが
存在し得るので、作業性が改善される。
このように本実施例によれば、2重軸受構造の内シャ
フト、外シャフト間の極低温時に発生する相対変位を効
果的に拘束することができ、また組立作業性が改善され
る。
第4図には本発明の他の実施例が示されている。本実
施例は周方向変位防止手段を、内、外シャフトがテーパ
ー状に形成され、かつ所定の間隙を介して対向配置され
たテーパー付内シャフト12とテーパー付外シャフト13と
で構成した。このようにすることにより、テーパー付内
シャフト12に熱収縮が作用した場合、テーパー付内シャ
フト12は巻線取付軸側に移動して回転するようになって
テーパー付内シャフト12とテーパー付外シャフト13とが
接触し、テーパー角を調整しておけばその間に周方向変
位拘束に必要な面圧を発生させることができるようにな
って、前述の場合と同様な作用効果を奏することができ
る。
第5図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例は周方向変位防止手段を、内シャフト2の端部
に設けられた歯車リング14と、この歯車リング14と所定
の間隙を介して対向配置されると共に、外シャフト3の
端部に設けられ、かつ歯車リング14と内シャフト2の収
縮時に噛み合う歯車15とで構成した。すなわち内シャフ
ト2に歯車リング14を外シャフト3の端部と接する部分
に装着し、一方外シャフト3の端部にも歯車15を加工し
ておく。常温時、外シャフト3の歯車15、内シャフト2
の歯車リング14との間にはギャップを介して装着してお
き、ねじりが問題となる極低温時には両者の歯車がリジ
ットに噛み合い、トルク伝達が可能な構造とした。この
ようにすることにより、内筒、外筒間に周方向変位は発
生しなくなって、前述の場合と同様な作用効果を奏する
ことができる。
第6図及び第7図には本発明の更に他の実施例が示さ
れている。本実施例は周方向変位防止手段を、内、外シ
ャフト2、3間に設けられ、かつ遠心荷重発生時に内、
外シャフト2、3間の変位を拘束するくさび型キー16で
形成した。すなわち遠心方向に移動可能なくさび型キー
16を内シャフト2、外シャフト3間に装着し、その形状
として遠心力作用時にテーパー部によるくさびが作用す
るように、遠心方向に細くなったくさび型キー16を使用
する。このようにすることにより、静止した組立時には
周方向変位が拘束されず、回転時のみ周方向変位拘束が
可能となって、前述の場合と同様な作用効果を奏するこ
とができる。
第8図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例は周方向変位防止手段を、内、外シャフト2、
3間にキー溝(図示せず)と所定間隙を持って設けられ
たキー1bと、内シャフト2に設けられた加熱装置17とで
構成した。すなわち内シャフト2に加熱装置17を装着
し、周方向変位の拘束を行いたい時点で内シャフト2を
加熱し、装着されたキー1bを温め熱膨張させ、内、外シ
ャフト2、3をリジットに固定する。このようにするこ
とにより周方向の変位が防止されるようになって、前述
の場合と同様な作用効果を奏することができる。
この場合、キー1bの材料としては熱膨張率がシャフト
材に対して大きいものを使用するのが望ましい。
また、内、外シャフト2、3間にキー1bを使用せず、
前述のように内、外シャフト2、3の面圧により周方向
の変位を拘束する場合には、内シャフト2の材料として
外シャフト3より熱膨張率の大きいものを使用するのが
望ましい。
第9図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例は周方向変位防止手段を、内、外シャフト2、
3間にキー溝(図示せず)と所定間隙を持って設けられ
たキー1bと、外シャフト3に設けられた冷却装置18とで
構成した。すなわち外シャフト3に冷却装置18を設け、
周方向の変位拘束を行いたい時点で外シャフト3を冷却
し、外シャフト自体を収縮させ、キー1bとリジットに合
体するような構造とする。このようにすることにより周
方向の変位が防止されるようになって、前述の場合と同
様な作用効果を奏することができる。
この場合、キー1bの材料としてはシャフト材に対して
熱収縮率が小さいものを使用するのが望ましい。
また、キー1bを使用せず前述のように内、外シャフト
2、3の面圧により周方向変位拘束する場合には、外シ
ャフト3の材料として内シャフト2より熱収縮率の大き
いものを使用するのが望ましい。
〔発明の効果〕
以上説明してきたように、本発明によれば、組立て作
業性の制度をそれ程高度なものとする必要なくして、内
筒と外筒間の周方向変位を充分防止することができるこ
の種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図は本発明の超電導回転電機の回転子の一実施例の
縦断側面図、第2図は第1図のP矢視図、第3図は第2
図のQ方向から見た内シャフト周りの正面図、第4図か
ら第6図は本発明の超電導回転電機の回転子の夫々異な
る実施例を示す回転子要部の縦断側面図、第7図は第6
図のくさび型キー周りを示す正面図、第8図および第9
図は本発明の超電導回転電機の回転子の夫々異なる実施
例を示す回転子要部の縦断側面図、第10図は従来の超電
導回転電機の回転子の回転子要部の縦断側面図、第11図
は第10図のR方向から見た内シャフト周りの正面図であ
る。 1a……テーパーキー、1b……キー、2……内シャフト、
3……外シャフト、6……常温ダンパ(外筒)、8……
巻線取付軸(内筒)、11……断熱真空層、12……テーパ
ー付内シャフト、13……テーパー付外シャフト、14……
歯車リング、15……歯車、16……くさび型キー、17……
加熱装置、18……冷却装置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】外筒と、この外筒内に真空断熱層を介して
    配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャフト、内
    筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持され、内
    筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に形成され
    るとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と外筒間の
    周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を備えてい
    る超電導回転電機の回転子において、 前記周方向変位防止手段を、 前記内、外シャフト間に設けられ、かつ周方向端面部が
    軸方向に対してテーパー状に形成されたテーパーキーお
    よびこのテーパーキーを所定の間隙を介して収納するキ
    ー溝を有するテーパーキー装置で形成したことを特徴と
    する超電導回転電機の回転子。
  2. 【請求項2】外筒と、この外筒内に真空断熱層を介して
    配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャフト、内
    筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持され、内
    筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に形成され
    るとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と外筒間の
    周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を備えてい
    る超電導回転電機の回転子において、 前記周方向変位防止手段を、 前記内シャフトの端部に歯車リングを設け、かつ 前記外シャフトの端部に前記歯車リングと所定の間隙を
    介して対向配置するとともに、 この間隙を、内シャフトの軸方向熱収縮時に内シャフト
    の歯車と外シャフトの歯車が噛み合うように形成し、 内外シャフトにそれぞれ設けられている歯車の噛み合い
    で内外シャフト間の周方向の変位を防止するように形成
    したことを特徴とする超電導回転電機の回転子。
  3. 【請求項3】外筒と、この外筒内に真空断熱層を介して
    配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャフト、内
    筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持され、内
    筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に形成され
    るとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と外筒間の
    周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を備えてい
    る超電導回転電機の回転子において、 前記周方向変位防止手段を、 前記内、外シャフト間に軸方向に伸びて設けられ、かつ
    外シャフト側が先細のテーパー状に形成されたテーパー
    キーおよび内、外シャフトにそれぞれ設けられ、前記テ
    ーパーキーを所定の間隙を介して収納するキー溝とで形
    成したことを特徴とする超電導回転電機の回転子。
  4. 【請求項4】外筒と、この外筒内に真空断熱層を介して
    配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャフト、内
    筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持され、内
    筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に形成され
    るとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と外筒間の
    周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を備えてい
    る超電導回転電機の回転子において、 前記周方向変位防止手段を、 前記内、外シャフト間に軸方向に伸びて設けられたキー
    および内、外シャフトにそれぞれ設けられ、前記キーを
    所定の間隙を介して収納するキー溝および前記内シャフ
    トに設けられ、かつ周方向変位の拘束時に前記キー近辺
    の内シャフトを加熱し、前記内シャフトを加熱膨張させ
    る加熱装置で形成し、前記内シャフトの加熱膨張で内、
    外シャフトが合体するようにしたことを特徴とする超電
    導回転電機の回転子。
  5. 【請求項5】外筒と、この外筒内に真空断熱層を介して
    配置された内筒とを備え、これら外筒が外シャフト、内
    筒が内シャフトを介して夫々異なる軸受で支持され、内
    筒の熱収縮時にこの内筒が軸方向に変位可能に形成され
    るとともに、この内筒と外筒との間に、内筒と外筒間の
    周方向の変位を防止する周方向変位防止手段を備えてい
    る超電導回転電機の回転子において、 前記周方向変位防止手段を、 前記内、外シャフト間に軸方向に伸びて設けられたキー
    および内、外シャフトにそれぞれ設けられ、前記キーを
    所定の間隙を介して収納するキー溝および前記外シャフ
    トに設けられ、かつ周方向変位の拘束時に前記キー近辺
    の外シャフトを冷却し、前記外シャフトを冷却収縮させ
    る冷却装置で形成し、前記外シャフトの冷却収縮で内、
    外シャフトが合体するようにしたたことを特徴とする超
    電導回転電機の回転子。
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KR20140063202A (ko) * 2012-11-16 2014-05-27 현대자동차주식회사 부분 억지 끼움형 키홈을 갖는 구동모터의 회전자 샤프트 및 이를 이용한 회전자 코어 조립체

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