JPH09103065A - 超電導回転子 - Google Patents
超電導回転子Info
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- JPH09103065A JPH09103065A JP7257721A JP25772195A JPH09103065A JP H09103065 A JPH09103065 A JP H09103065A JP 7257721 A JP7257721 A JP 7257721A JP 25772195 A JP25772195 A JP 25772195A JP H09103065 A JPH09103065 A JP H09103065A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
- Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment
Landscapes
- Containers, Films, And Cooling For Superconductive Devices (AREA)
- Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ブラシとコレクタリングの接触が断たれるよ
うな重大事故が発生しても、超電導界磁コイルの焼損や
回転クライオスタットが損傷を受けることのない超電導
回転子の保護装置を提供する。 【解決手段】 保護抵抗１０を回転子上に設置された一
対のコレクタリング６、６の間、回転クライオスタット
２の中心部、緊急放出管１４の内部等、超電導界磁コイ
ル４が取り付けられている超電導回転子側に設ける。
うな重大事故が発生しても、超電導界磁コイルの焼損や
回転クライオスタットが損傷を受けることのない超電導
回転子の保護装置を提供する。 【解決手段】 保護抵抗１０を回転子上に設置された一
対のコレクタリング６、６の間、回転クライオスタット
２の中心部、緊急放出管１４の内部等、超電導界磁コイ
ル４が取り付けられている超電導回転子側に設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、超電導回転電気機械に
関し、特にその超電導回転子中の超電導界磁コイルの保
護に関するものである。
関し、特にその超電導回転子中の超電導界磁コイルの保
護に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】回転クライオスタットに収められて液体
ヘリウムや液体窒素等の極低温液化ガス冷媒で冷却さ
れ、回転状態で用いられる超電導界磁コイルを持つ、超
電導発電機や超電導電動機等のいわゆる超電導回転電気
機械を運転する場合、超電導界磁コイルが常電導転移す
なわちクエンチしたとき、超電導界磁コイルのインダク
タンス（Ｌ）と界磁電流（Ｉ）により蓄積されている電
磁エネルギー（Ｅ＝Ｌ×Ｉ 2）が界磁コイル内に発生し
た抵抗（ｒ）で消費され、界磁コイル自身が焼損する場
合がある。
ヘリウムや液体窒素等の極低温液化ガス冷媒で冷却さ
れ、回転状態で用いられる超電導界磁コイルを持つ、超
電導発電機や超電導電動機等のいわゆる超電導回転電気
機械を運転する場合、超電導界磁コイルが常電導転移す
なわちクエンチしたとき、超電導界磁コイルのインダク
タンス（Ｌ）と界磁電流（Ｉ）により蓄積されている電
磁エネルギー（Ｅ＝Ｌ×Ｉ 2）が界磁コイル内に発生し
た抵抗（ｒ）で消費され、界磁コイル自身が焼損する場
合がある。
【０００３】一般にはこの焼損を避けるために、超電導
界磁コイルに並列にエネルギー消費手段すなわち保護抵
抗器（あるいは保護ダイオード）を接続し、クエンチが
生じた場合には、超電導界磁コイルに蓄えられたエネル
ギーの大部分を界磁コイルから取り出してこの抵抗器
（Ｒ）で熱エネルギー（Ｅ＝Ｒ×Ｉ2）として消費する
ようにしている。
界磁コイルに並列にエネルギー消費手段すなわち保護抵
抗器（あるいは保護ダイオード）を接続し、クエンチが
生じた場合には、超電導界磁コイルに蓄えられたエネル
ギーの大部分を界磁コイルから取り出してこの抵抗器
（Ｒ）で熱エネルギー（Ｅ＝Ｒ×Ｉ2）として消費する
ようにしている。
【０００４】図５は、従来一般に採用されている超電導
発電機の概略構成図で、極低温液化ガス冷媒として液体
ヘリウムを用いたものを示す。図６はその電気回路図で
ある。なお、ここでは説明を簡単にするため固定子を図
示省略し、回転子のみを図示してある。また、超電導発
電機は回転子を動力によって強制的に回転させる駆動機
構を備えるが、駆動機構も簡単のため図示しない。
発電機の概略構成図で、極低温液化ガス冷媒として液体
ヘリウムを用いたものを示す。図６はその電気回路図で
ある。なお、ここでは説明を簡単にするため固定子を図
示省略し、回転子のみを図示してある。また、超電導発
電機は回転子を動力によって強制的に回転させる駆動機
構を備えるが、駆動機構も簡単のため図示しない。
【０００５】内部に極低温液化ガス冷媒、この場合は液
体ヘリウム１が封入された回転クライオスタット２は、
軸受３に支えられて回転できるようになっており、その
内部には超電導界磁コイル４が設置されている。超電導
界磁コイル４はパワーリード５を介してコレクタリング
６に接続されており、静止側にあるブラシ７を介して電
源８に接続されている。電源８は超電導界磁コイル４に
通電して励磁するためのものである。電源８とブラシ７
の間には遮断器９及び保護抵抗器１０が設置されてい
る。保護抵抗器１０には冷却用の冷却扇１１が取り付け
られている場合もある。
体ヘリウム１が封入された回転クライオスタット２は、
軸受３に支えられて回転できるようになっており、その
内部には超電導界磁コイル４が設置されている。超電導
界磁コイル４はパワーリード５を介してコレクタリング
６に接続されており、静止側にあるブラシ７を介して電
源８に接続されている。電源８は超電導界磁コイル４に
通電して励磁するためのものである。電源８とブラシ７
の間には遮断器９及び保護抵抗器１０が設置されてい
る。保護抵抗器１０には冷却用の冷却扇１１が取り付け
られている場合もある。
【０００６】回転クライオスタット２内の超電導界磁コ
イル４は、冷媒である液体ヘリウム１で冷却されてい
る。運転時、液体ヘリウム１はヘリウム給排装置１２を
介して回転クライオスタット２内に供給され、回転に伴
う遠心力で回転クライオスタット２の内壁に所定の厚さ
に蓄えられる。蒸発したヘリウムガスはクライオスタッ
ト２の中心部に集まり、パワーリード５等の内部を通
り、それらを冷却してヘリウム給排装置１２から回転子
外部に取り出される。
イル４は、冷媒である液体ヘリウム１で冷却されてい
る。運転時、液体ヘリウム１はヘリウム給排装置１２を
介して回転クライオスタット２内に供給され、回転に伴
う遠心力で回転クライオスタット２の内壁に所定の厚さ
に蓄えられる。蒸発したヘリウムガスはクライオスタッ
ト２の中心部に集まり、パワーリード５等の内部を通
り、それらを冷却してヘリウム給排装置１２から回転子
外部に取り出される。
【０００７】回転クライオスタット２には、さらに安全
弁１３が取り付けられている。超電導界磁コイル４がク
エンチしたとき、保護抵抗器１０で回収しきれなかった
界磁コイルの残存エネルギーによる蒸発ヘリウムガス
を、この安全弁１３及び緊急ガス放出管１４を通して回
転子外部に放出し、回転子内部の圧力が異常に上昇する
ことを防止するようになっている。
弁１３が取り付けられている。超電導界磁コイル４がク
エンチしたとき、保護抵抗器１０で回収しきれなかった
界磁コイルの残存エネルギーによる蒸発ヘリウムガス
を、この安全弁１３及び緊急ガス放出管１４を通して回
転子外部に放出し、回転子内部の圧力が異常に上昇する
ことを防止するようになっている。
【０００８】この超電導回転電気機械は、次のような手
順で界磁コイルを励磁して運転される。遮断器９を閉じ
ると、電源８より供給された励磁電流はブラシ７、スリ
ップリング６、パワーリード５を介して超電導状態の界
磁コイル４に通電される。この励磁電流は電源８の操作
により徐々に増加し、所定電流値（定格電流値）になっ
たところで保持される。
順で界磁コイルを励磁して運転される。遮断器９を閉じ
ると、電源８より供給された励磁電流はブラシ７、スリ
ップリング６、パワーリード５を介して超電導状態の界
磁コイル４に通電される。この励磁電流は電源８の操作
により徐々に増加し、所定電流値（定格電流値）になっ
たところで保持される。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】このように構成されて
いる超電導回転子において、超電導界磁コイル４が冷却
され、電源８により励磁されて運転されているとき、何
らかの原因で超電導界磁コイル４にクエンチが発生する
と、超電導界磁コイルの両端電圧を監視しているクエン
チ検出器１５よりの信号で遮断器９が開放される。する
と、電源８から供給され界磁コイル４を流れていた励磁
電流は保護抵抗器１０に転流し、界磁コイル４に蓄えら
れていたエネルギーのほとんどはそこでジュール熱（Ｅ
＝Ｒ×Ｉ2）として消費される。通常、蓄積エネルギー
に対して保護抵抗器１０で回収されるエネルギーの割
合、すなわちエネルギー回収率はおおむね６０％以上で
ある。
いる超電導回転子において、超電導界磁コイル４が冷却
され、電源８により励磁されて運転されているとき、何
らかの原因で超電導界磁コイル４にクエンチが発生する
と、超電導界磁コイルの両端電圧を監視しているクエン
チ検出器１５よりの信号で遮断器９が開放される。する
と、電源８から供給され界磁コイル４を流れていた励磁
電流は保護抵抗器１０に転流し、界磁コイル４に蓄えら
れていたエネルギーのほとんどはそこでジュール熱（Ｅ
＝Ｒ×Ｉ2）として消費される。通常、蓄積エネルギー
に対して保護抵抗器１０で回収されるエネルギーの割
合、すなわちエネルギー回収率はおおむね６０％以上で
ある。
【００１０】保護抵抗器１０で回収されなかったエネル
ギーは界磁コイル４自身を加熱し、冷媒１の急激な蒸発
を招き、回転クライオスタット２の内部圧力を上昇させ
る。ほとんどの冷媒ガスはヘリウム給排装置１２より排
出されるが、残りの蒸発ガスは、規定圧力以上になると
開放するように設定されている安全弁１３の働きによっ
て緊急ガス放出管１４から回転子外部に放出される。
ギーは界磁コイル４自身を加熱し、冷媒１の急激な蒸発
を招き、回転クライオスタット２の内部圧力を上昇させ
る。ほとんどの冷媒ガスはヘリウム給排装置１２より排
出されるが、残りの蒸発ガスは、規定圧力以上になると
開放するように設定されている安全弁１３の働きによっ
て緊急ガス放出管１４から回転子外部に放出される。
【００１１】以上のように、保護抵抗器１０によるエネ
ルギーの回収が設計通りに行われた場合にはなんら問題
は無いが、保護抵抗器１０によるエネルギー回収率が低
下あるいは回収が全く行われなかった場合には重大な事
故を招いてしまう。すなわち、界磁コイル４は加熱し焼
損してしまうこともある。さらに、急激に大量の蒸発ガ
スが発生し、そのガスは緊急放出管１４を通って回転子
外に出ようとするが、軸受け３の寸法等による制約のた
め回転クライオスタット２に設けられている安全弁１３
や緊急ガス放出管１４の寸法には十分な余裕がないの
で、回転クライオスタット２内部のガス圧力が異常に上
昇して、ヘリウム給排装置１２を故障させてしまった
り、場合によっては回転クライオスタット２を変形させ
て使用不能にしてしまう。
ルギーの回収が設計通りに行われた場合にはなんら問題
は無いが、保護抵抗器１０によるエネルギー回収率が低
下あるいは回収が全く行われなかった場合には重大な事
故を招いてしまう。すなわち、界磁コイル４は加熱し焼
損してしまうこともある。さらに、急激に大量の蒸発ガ
スが発生し、そのガスは緊急放出管１４を通って回転子
外に出ようとするが、軸受け３の寸法等による制約のた
め回転クライオスタット２に設けられている安全弁１３
や緊急ガス放出管１４の寸法には十分な余裕がないの
で、回転クライオスタット２内部のガス圧力が異常に上
昇して、ヘリウム給排装置１２を故障させてしまった
り、場合によっては回転クライオスタット２を変形させ
て使用不能にしてしまう。
【００１２】この保護抵抗器１０のエネルギー回収率低
下が生じる一つの場合は、電気回路の一部が切断されて
励磁中の界磁コイル４と保護抵抗器１０が分離した場合
である。そのような回路切断が生じる可能性のある箇所
は、超電導回転電気機械の回転子と外部回路との接続に
不可欠なブラシ７とコレクタリング６の接触部分であ
る。
下が生じる一つの場合は、電気回路の一部が切断されて
励磁中の界磁コイル４と保護抵抗器１０が分離した場合
である。そのような回路切断が生じる可能性のある箇所
は、超電導回転電気機械の回転子と外部回路との接続に
不可欠なブラシ７とコレクタリング６の接触部分であ
る。
【００１３】図６の電気回路図からも分かるように、こ
の部分は３０００ｒｐｍ〜３６００ｒｐｍもの高速で回
転するコレクタリング６と静止側のブラシ７とが機械的
な接触により数千アンペアの電流を受け渡ししており、
電気回路の他の部分に比べると、接触不良あるいは回路
切断事故を起こしやすい。もちろんその様なことの無い
ように、ブラシ７の数を増やして常にどれかが接触して
いるように構成されてはいるが、事故の可能性が皆無で
あるとはいえない。
の部分は３０００ｒｐｍ〜３６００ｒｐｍもの高速で回
転するコレクタリング６と静止側のブラシ７とが機械的
な接触により数千アンペアの電流を受け渡ししており、
電気回路の他の部分に比べると、接触不良あるいは回路
切断事故を起こしやすい。もちろんその様なことの無い
ように、ブラシ７の数を増やして常にどれかが接触して
いるように構成されてはいるが、事故の可能性が皆無で
あるとはいえない。
【００１４】回路切断事故が起きると、超電導界磁コイ
ル４の両端は保護抵抗器１０無しに解放されてしまい、
超電導界磁コイル４の両電極端には急激な電流変化のた
め高電圧が発生し、コレクタリング６間やパワーリード
５間で放電し、それらが溶断してしまうなどの重大事故
を引き起こし、さらにこの放電電流を介して界磁コイル
４内に蓄積されていた電磁エネルギーの大部分は界磁コ
イル４内で熱に変わってしまい、界磁コイル４の焼損や
冷媒の急激な蒸発を引き起こす。
ル４の両端は保護抵抗器１０無しに解放されてしまい、
超電導界磁コイル４の両電極端には急激な電流変化のた
め高電圧が発生し、コレクタリング６間やパワーリード
５間で放電し、それらが溶断してしまうなどの重大事故
を引き起こし、さらにこの放電電流を介して界磁コイル
４内に蓄積されていた電磁エネルギーの大部分は界磁コ
イル４内で熱に変わってしまい、界磁コイル４の焼損や
冷媒の急激な蒸発を引き起こす。
【００１５】本発明は、このような問題に鑑みなされた
もので、その目的とするところは超電導界磁コイルのク
エンチに対応できるとともに、たとえブラシとコレクタ
リングの接触が断たれたとしても、超電導界磁コイルと
保護抵抗器が切断されることがなく、界磁コイルや回転
クライオスタットが損傷を受けることのない超電導回転
子の保護装置を提供することにある。
もので、その目的とするところは超電導界磁コイルのク
エンチに対応できるとともに、たとえブラシとコレクタ
リングの接触が断たれたとしても、超電導界磁コイルと
保護抵抗器が切断されることがなく、界磁コイルや回転
クライオスタットが損傷を受けることのない超電導回転
子の保護装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明においては、超電導回転子上に保護抵抗器や
保護ダイオード等の保護素子を設けるようにした。すな
わち、本発明は、回転クライオスタット内に配置された
超電導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路
に接続するための一対のコレクタリングを備えた超電導
回転子において、前記超電導界磁コイルを保護するため
に前記超電導界磁コイルと並列に電気接続される保護素
子を超電導回転子の内部あるいは外表面に配置したこと
を特徴とする。
め、本発明においては、超電導回転子上に保護抵抗器や
保護ダイオード等の保護素子を設けるようにした。すな
わち、本発明は、回転クライオスタット内に配置された
超電導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路
に接続するための一対のコレクタリングを備えた超電導
回転子において、前記超電導界磁コイルを保護するため
に前記超電導界磁コイルと並列に電気接続される保護素
子を超電導回転子の内部あるいは外表面に配置したこと
を特徴とする。
【００１７】保護素子は、超電導回転子に設けられた一
対のコレクタリング間に配置することができ、その際、
回転軸の円周上に複数に分割して設置してもよい。保護
素子は、回転クライオスタットの中心領域に配置しても
よく、また、安全弁が設けられた緊急ガス放出管内に配
置してもよい。ここで緊急ガス放出管とは、回転クライ
オスタットの内部を安全弁を介して外部に連通する管部
を指す。
対のコレクタリング間に配置することができ、その際、
回転軸の円周上に複数に分割して設置してもよい。保護
素子は、回転クライオスタットの中心領域に配置しても
よく、また、安全弁が設けられた緊急ガス放出管内に配
置してもよい。ここで緊急ガス放出管とは、回転クライ
オスタットの内部を安全弁を介して外部に連通する管部
を指す。
【００１８】保護素子は金属製あるいはセラミック製の
抵抗器で形成しても、ダイオードで形成してもよい。
抵抗器で形成しても、ダイオードで形成してもよい。
【００１９】
【作用】保護抵抗器や保護ダイオードからなる保護素子
を静止側ではなく超電導回転子側に設けたため、界磁コ
イル励磁中にブラシとスリップリングが離れるような事
故が発生しても、界磁コイルと保護素子が切断されるこ
とはなく、保護素子による電磁エネルギーの回収は設計
通り行われる。
を静止側ではなく超電導回転子側に設けたため、界磁コ
イル励磁中にブラシとスリップリングが離れるような事
故が発生しても、界磁コイルと保護素子が切断されるこ
とはなく、保護素子による電磁エネルギーの回収は設計
通り行われる。
【００２０】この保護素子を回転子表面に設置すると、
回転子の回転に伴う風で冷却されるため小型化を図るこ
とができる。また、保護素子を安全弁のある緊急ガス放
出管の内部に設置する場合にも、緊急ガス放出管を流れ
る冷たい冷媒ガスで冷却されるため同様に小型化を図る
ことができる。狭小な回転子上に保護素子を設置するこ
とのマイナスは、このような冷却作用を利用して保護素
子の小型化を図ることで補うことができる。
回転子の回転に伴う風で冷却されるため小型化を図るこ
とができる。また、保護素子を安全弁のある緊急ガス放
出管の内部に設置する場合にも、緊急ガス放出管を流れ
る冷たい冷媒ガスで冷却されるため同様に小型化を図る
ことができる。狭小な回転子上に保護素子を設置するこ
とのマイナスは、このような冷却作用を利用して保護素
子の小型化を図ることで補うことができる。
【００２１】
【実施例】以下、超電導発電機の実施例について図面を
参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例の概略構成を示し
た一部断面図であり、図２はその電気回路図である。な
お、説明を簡単にするため固定子は図示を省略し、従来
装置の機能部分と同じ機能部分には図５及び図６と同一
の符合を付し、その詳細な説明を省略する。従来の装置
と異なる点は、保護抵抗器１０が、回転子上に設けられ
たコレクタリング６の近傍、図の場合には２本のコレク
タリング６の中間に設置され、直接コレクタリング６に
電気接続されている点である。保護抵抗器１０は、金属
抵抗体あるいは機械的強度の高いセラミックで形成する
ことができる。
参照して詳細に説明する。 〔実施例１〕図１は本発明の一実施例の概略構成を示し
た一部断面図であり、図２はその電気回路図である。な
お、説明を簡単にするため固定子は図示を省略し、従来
装置の機能部分と同じ機能部分には図５及び図６と同一
の符合を付し、その詳細な説明を省略する。従来の装置
と異なる点は、保護抵抗器１０が、回転子上に設けられ
たコレクタリング６の近傍、図の場合には２本のコレク
タリング６の中間に設置され、直接コレクタリング６に
電気接続されている点である。保護抵抗器１０は、金属
抵抗体あるいは機械的強度の高いセラミックで形成する
ことができる。
【００２２】運転に当たっては、遮断器９を閉じ、電源
８よりブラシ７、スリップリング６、パワーリード５を
介して超電導界磁コイル４に励磁電流を供給する。これ
は従来の運転方法と全く同じである。何らかの原因でブ
ラシ７が破損してスリップリング６から離れ、励磁回路
が開放状態となってしまっても、本実施例の場合には界
磁コイル４と保護抵抗器１０の接続が切断されることは
なく、なんら不具合は発生しない。電源８から切り放さ
れた励磁電流は保護抵抗器１０に転流し、超電導界磁コ
イル４に蓄積された電磁エネルギーは保護抵抗器１０で
消費される。電源８は、クエンチ信号で遮断器９が動作
して電源回路が開放されると、端子電圧の急激な上昇に
よって電源８の内部に備えられている過電圧保護装置が
動作して電源遮断するようになっている。
８よりブラシ７、スリップリング６、パワーリード５を
介して超電導界磁コイル４に励磁電流を供給する。これ
は従来の運転方法と全く同じである。何らかの原因でブ
ラシ７が破損してスリップリング６から離れ、励磁回路
が開放状態となってしまっても、本実施例の場合には界
磁コイル４と保護抵抗器１０の接続が切断されることは
なく、なんら不具合は発生しない。電源８から切り放さ
れた励磁電流は保護抵抗器１０に転流し、超電導界磁コ
イル４に蓄積された電磁エネルギーは保護抵抗器１０で
消費される。電源８は、クエンチ信号で遮断器９が動作
して電源回路が開放されると、端子電圧の急激な上昇に
よって電源８の内部に備えられている過電圧保護装置が
動作して電源遮断するようになっている。
【００２３】保護抵抗器１０は回転子表面に設置してあ
るため、回転に伴う風で冷却されるので、静止している
場所に設置してある場合よりも小型化でき、回転子上の
ような狭小な場所に設置する場合非常に有利である。も
ちろん、従来例のような保護抵抗器１０を冷却するため
の冷却扇風機等の必要もない。図１では、保護抵抗器１
０をコレクタリング６上の二カ所に分割して設置してあ
るが、一カ所に設置しても、あるいはさらに多くに分割
して設置しても良い。しかし、回転体上に設置するもの
であるため、バランス良く、回転時の軸振動を避けるよ
うに配置することが望ましい。 〔実施例２〕図３は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、保護
抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５との
間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の中心
部に設置されている点である。
るため、回転に伴う風で冷却されるので、静止している
場所に設置してある場合よりも小型化でき、回転子上の
ような狭小な場所に設置する場合非常に有利である。も
ちろん、従来例のような保護抵抗器１０を冷却するため
の冷却扇風機等の必要もない。図１では、保護抵抗器１
０をコレクタリング６上の二カ所に分割して設置してあ
るが、一カ所に設置しても、あるいはさらに多くに分割
して設置しても良い。しかし、回転体上に設置するもの
であるため、バランス良く、回転時の軸振動を避けるよ
うに配置することが望ましい。 〔実施例２〕図３は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１と異なる点は、保護
抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５との
間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の中心
部に設置されている点である。
【００２４】本実施例は、超電導界磁コイル４がクエン
チした時に保護抵抗器１０に発生する熱で速やかに液体
ヘリウムを蒸発させてしまい、クライオスタット２内に
残存する液体ヘリウム１を、速やかに無くしてしまおう
とするときに採用する設置方法である。超電導界磁コイ
ル４のクエンチ後、液体ヘリウム１が残存している状態
で回転子の回転を止めてしまうと、回転子の下になった
部分に冷たい液体ヘリウムが貯まってしまい、回転子の
上部と下部の熱膨張に差が生じ、回転子が曲がってしま
う等の不具合が生じることがあるが、それを防ぎ回転子
を早急に止めることが必要なときに本実施例は好都合で
ある。
チした時に保護抵抗器１０に発生する熱で速やかに液体
ヘリウムを蒸発させてしまい、クライオスタット２内に
残存する液体ヘリウム１を、速やかに無くしてしまおう
とするときに採用する設置方法である。超電導界磁コイ
ル４のクエンチ後、液体ヘリウム１が残存している状態
で回転子の回転を止めてしまうと、回転子の下になった
部分に冷たい液体ヘリウムが貯まってしまい、回転子の
上部と下部の熱膨張に差が生じ、回転子が曲がってしま
う等の不具合が生じることがあるが、それを防ぎ回転子
を早急に止めることが必要なときに本実施例は好都合で
ある。
【００２５】ただし、本実施例によると、クエンチ時に
超電導界磁コイル４に蓄積された電磁エネルギーが全て
回転子内で消費されるため、一時に大量の蒸発ガスが生
じる。そのため安全弁１３及び緊急ガス放出管１４は、
口径を大きくする等の配慮を必要とする。 〔実施例３〕図４は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１、２と異なる点は、
保護抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５
の間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の緊
急放出管１４の内部に設置されている点である。
超電導界磁コイル４に蓄積された電磁エネルギーが全て
回転子内で消費されるため、一時に大量の蒸発ガスが生
じる。そのため安全弁１３及び緊急ガス放出管１４は、
口径を大きくする等の配慮を必要とする。 〔実施例３〕図４は、本発明の他の実施例の概略構成を
示す部分断面図である。なお、説明を簡単にするため固
定子は図示を省略し、従来装置の機能部分と同じ機能部
分には図５及び図６と同一の符合を付し、その詳細な説
明を省略する。本実施例が実施例１、２と異なる点は、
保護抵抗器１０が超電導界磁コイル４とパワーリード５
の間に電気的に接続され、回転クライオスタット２の緊
急放出管１４の内部に設置されている点である。
【００２６】本実施例は、保護抵抗１０を実施例１のよ
うにコレクタリング６の近傍に設置することが出来ない
ときや、実施例２のように超電導界磁コイル４のクエン
チ時に積極的に冷媒を蒸発させる意図のないときに採用
される。保護抵抗１０をクエンチ等の事故時以外には無
用な空間である緊急ガス放出管１４の内部に設置して空
間を有効活用するとともに、超電導界磁コイル４のクエ
ンチ時には、クエンチによる冷媒ガスの急激な発生と保
護抵抗器１０の発熱が同時に起きることを利用して、内
圧の上昇により安全弁１３が開いて放出される冷媒ガス
で保護抵抗器１０を冷却する。
うにコレクタリング６の近傍に設置することが出来ない
ときや、実施例２のように超電導界磁コイル４のクエン
チ時に積極的に冷媒を蒸発させる意図のないときに採用
される。保護抵抗１０をクエンチ等の事故時以外には無
用な空間である緊急ガス放出管１４の内部に設置して空
間を有効活用するとともに、超電導界磁コイル４のクエ
ンチ時には、クエンチによる冷媒ガスの急激な発生と保
護抵抗器１０の発熱が同時に起きることを利用して、内
圧の上昇により安全弁１３が開いて放出される冷媒ガス
で保護抵抗器１０を冷却する。
【００２７】このように、緊急放出管１４の内部に保護
抵抗器１０を配置すると、発熱時に自動的に冷却される
ため保護抵抗器１０の小型化にも寄与し、都合の良い設
置場所である。さらに、緊急放出管１４は、ほぼ回転中
心部に位置するため回転による回転遠心力があまり作用
せず、保護抵抗器１０や、その取り付け構造も簡単にで
きる利点がある。
抵抗器１０を配置すると、発熱時に自動的に冷却される
ため保護抵抗器１０の小型化にも寄与し、都合の良い設
置場所である。さらに、緊急放出管１４は、ほぼ回転中
心部に位置するため回転による回転遠心力があまり作用
せず、保護抵抗器１０や、その取り付け構造も簡単にで
きる利点がある。
【００２８】以上の実施例では、冷媒として液体ヘリウ
ムを用いる場合を例にとって説明したが、高温超電導体
と液体窒素の組み合わせのように、界磁コイルを超電導
状態に維持できる冷媒ならばその種類を選ばないことは
明白である。上記実施例では保護抵抗器の設置場所とし
て、２本のコレクタリングの中間、回転クライオスタッ
トの中心部、及び緊急放出管内部の３カ所を例示した
が、発明の主旨からその設置場所は、回転子の上である
ならばその他の場所でも良いことは明白である。
ムを用いる場合を例にとって説明したが、高温超電導体
と液体窒素の組み合わせのように、界磁コイルを超電導
状態に維持できる冷媒ならばその種類を選ばないことは
明白である。上記実施例では保護抵抗器の設置場所とし
て、２本のコレクタリングの中間、回転クライオスタッ
トの中心部、及び緊急放出管内部の３カ所を例示した
が、発明の主旨からその設置場所は、回転子の上である
ならばその他の場所でも良いことは明白である。
【００２９】また、上記実施例では保護素子として保護
抵抗器を用いる場合を例にとって説明したが、保護素子
は超電導界磁コイル保護用の部品、設備であるなら保護
抵抗器に限らず、保護ダイオード、アレスター、ＳＲＣ
等、他の素子を用いても良いことは明白である。さらに
また、上記実施例では超電導回転子を動力で強制的に回
転させることで固定子に起電力を発生させ、それを外部
回路に取り出す発電機の例で説明したが、反対に固定子
に電力を供給し、回転子を回転させてそれを動力として
用いる超電導電動機として用いることも可能で、その場
合にも本発明の超電導回転子保護装置を適用できること
はもちろんである。
抵抗器を用いる場合を例にとって説明したが、保護素子
は超電導界磁コイル保護用の部品、設備であるなら保護
抵抗器に限らず、保護ダイオード、アレスター、ＳＲＣ
等、他の素子を用いても良いことは明白である。さらに
また、上記実施例では超電導回転子を動力で強制的に回
転させることで固定子に起電力を発生させ、それを外部
回路に取り出す発電機の例で説明したが、反対に固定子
に電力を供給し、回転子を回転させてそれを動力として
用いる超電導電動機として用いることも可能で、その場
合にも本発明の超電導回転子保護装置を適用できること
はもちろんである。
【００３０】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明によれ
ば、回転子上に保護抵抗器等の保護素子を設けるように
なしたから、超電導回転電気機械の機械的な弱点である
ブラシが破損あるいは解離するような重大事故が発生し
ても、界磁コイルと保護素子が電気的に解離するような
ことがなく、保護素子は目的通り超電導回転子を保護す
ることができるため、信頼性のある超電導回転子を得る
ことができる。
ば、回転子上に保護抵抗器等の保護素子を設けるように
なしたから、超電導回転電気機械の機械的な弱点である
ブラシが破損あるいは解離するような重大事故が発生し
ても、界磁コイルと保護素子が電気的に解離するような
ことがなく、保護素子は目的通り超電導回転子を保護す
ることができるため、信頼性のある超電導回転子を得る
ことができる。
【図１】本発明の超電導回転子保護装置の一実施例を示
す縦断側面図。
す縦断側面図。
【図２】図１に対応する電気回路図。
【図３】本発明の超電導回転子保護装置の他の実施例を
示す縦断側面図。
示す縦断側面図。
【図４】本発明の超電導回転子保護装置の他の実施例を
示す縦断側面図。
示す縦断側面図。
【図５】従来の超電導回転子保護装置を示す縦断側面
図。
図。
【図６】図６に対応する電気回路図。
１…液体ヘリウム、２…回転クライオスタット、３…軸
受、４…超電導界磁コイル、５…パワーリード、６…コ
レクタリング、７…ブラシ、８…電源、９…遮断器、１
０…保護抵抗器、１１…冷却扇、１２…ヘリウム給排装
置、１３…安全弁、１４…緊急ガス放出管、１５…クエ
ンチ検出器
受、４…超電導界磁コイル、５…パワーリード、６…コ
レクタリング、７…ブラシ、８…電源、９…遮断器、１
０…保護抵抗器、１１…冷却扇、１２…ヘリウム給排装
置、１３…安全弁、１４…緊急ガス放出管、１５…クエ
ンチ検出器
Claims (7)
- 【請求項１】 回転クライオスタット内に配置された超
電導界磁コイル及び前記超電導界磁コイルを外部回路に
接続するための一対のコレクタリングを備えた超電導回
転子において、前記超電導界磁コイルを保護するために
前記超電導界磁コイルと並列に電気接続される保護素子
を超電導回転子の内部あるいは外表面に配置したことを
特徴とする超電導回転子。 - 【請求項２】 前記保護素子を前記一対のコレクタリン
グ間に配置したことを特徴とする請求項１記載の超電導
回転子。 - 【請求項３】 前記保護素子を、前記一対のコレクタリ
ング間に、回転軸の円周上に複数に分割して設置したこ
とを特徴とする請求項１記載の超電導回転子。 - 【請求項４】 前記保護素子を前記回転クライオスタッ
トの中心領域に配置したことを特徴とする請求項１記載
の超電導回転子。 - 【請求項５】 前記回転クライオスタットは内部の冷媒
ガス圧力が所定値に達したとき開く安全弁及び前記安全
弁の出口と外部空間とを連通するガス放出管を更に備
え、前記保護素子を前記ガス放出管内に配置したことを
特徴とする請求項１記載の超電導回転子。 - 【請求項６】 前記保護素子は抵抗器であることを特徴
とする請求項１〜５のいずれか１項記載の超電導回転
子。 - 【請求項７】 前記保護素子はダイオードであることを
特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の超電導回
転子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7257721A JP2757957B2 (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 超電導回転子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7257721A JP2757957B2 (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 超電導回転子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09103065A true JPH09103065A (ja) | 1997-04-15 |
| JP2757957B2 JP2757957B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=17310188
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7257721A Expired - Fee Related JP2757957B2 (ja) | 1995-10-04 | 1995-10-04 | 超電導回転子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757957B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7274125B2 (en) * | 2005-04-20 | 2007-09-25 | General Electric Company | Current collector ring for a generator having balance resistors |
| DE102011004660A1 (de) * | 2011-02-24 | 2012-08-30 | Siemens Aktiengesellschaft | Erregereinrichtung für eine elektrische Maschine mit supraleitender Last |
| WO2014020805A1 (ja) * | 2012-07-31 | 2014-02-06 | 川崎重工業株式会社 | 磁場発生装置及びこれを備える超電導回転機 |
| KR101486752B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2015-01-28 | 두산엔진주식회사 | 초전도 발전 시스템 |
| KR101497809B1 (ko) * | 2013-06-24 | 2015-03-02 | 두산엔진주식회사 | 단극형 초전도 발전 시스템 |
| JP6656498B1 (ja) * | 2019-07-10 | 2020-03-04 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| WO2023042689A1 (ja) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 住友重機械工業株式会社 | 超伝導磁石装置およびクライオスタット |
| JP7516716B1 (ja) * | 2023-09-12 | 2024-07-17 | 三菱ジェネレーター株式会社 | 発電システム |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS61170007A (ja) * | 1985-01-24 | 1986-07-31 | Mitsubishi Electric Corp | 超電導マグネツトの保護装置 |
| JPS6399759A (ja) * | 1986-10-13 | 1988-05-02 | Toshiba Corp | 超電導交流発電機 |
| JPH05343753A (ja) * | 1992-06-08 | 1993-12-24 | Toshiba Corp | 超電導装置の電流リード |
| JPH06327232A (ja) * | 1993-05-10 | 1994-11-25 | Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai | 超電導回転電機の回転子 |
-
1995
- 1995-10-04 JP JP7257721A patent/JP2757957B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JP6656498B1 (ja) * | 2019-07-10 | 2020-03-04 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| WO2021005749A1 (ja) * | 2019-07-10 | 2021-01-14 | 三菱電機株式会社 | 超電導マグネット |
| WO2023042689A1 (ja) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | 住友重機械工業株式会社 | 超伝導磁石装置およびクライオスタット |
| JPWO2023042689A1 (ja) * | 2021-09-16 | 2023-03-23 | ||
| JP7516716B1 (ja) * | 2023-09-12 | 2024-07-17 | 三菱ジェネレーター株式会社 | 発電システム |
| WO2025057298A1 (ja) * | 2023-09-12 | 2025-03-20 | 三菱ジェネレーター株式会社 | 発電システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2757957B2 (ja) | 1998-05-25 |
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