JPH10127043A - 超電導発電機のラジエーションシールド - Google Patents

超電導発電機のラジエーションシールド

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JPH10127043A
JPH10127043A JP8278021A JP27802196A JPH10127043A JP H10127043 A JPH10127043 A JP H10127043A JP 8278021 A JP8278021 A JP 8278021A JP 27802196 A JP27802196 A JP 27802196A JP H10127043 A JPH10127043 A JP H10127043A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
radiation shield
cooling
superconducting generator
groove
surface side
Prior art date
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Pending
Application number
JP8278021A
Other languages
English (en)
Inventor
Nobuhisa Suzuki
信久 鈴木
Toshio Honda
登志男 本多
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
Original Assignee
Chodendo Hatsuden Kanren Kiki Zairyo Gijutsu Kenkyu Kumiai
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Publication date
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Publication of JPH10127043A publication Critical patent/JPH10127043A/ja
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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

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  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】短絡時に作用する電磁力に対して層間のずれや
剥離を防止でき、発電機としての信頼性を向上させるこ
とにある。 【解決手段】超電導発電機の回転子の構成要素として巻
線取付軸を冷却媒体温度に保つために設けられたラジエ
ーションシールドにおいて、外周面側に円周方向に適宜
の間隔を存して軸方向に伸びる複数の冷却溝15a を設け
たラジエーションシールド内筒15と、内周面側に冷却溝
15a に対応させて突起部14a を設けたラジエーションシ
ールド外筒14とを焼き嵌め方式により一体化し、且つ各
冷却溝15aと突起部14a とをいんろう部にして結合す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、超電導発電機に用
いられるラジエーションシールドに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の超電導発電機において、回転子の
代表的な構成としては図９及び図１０に示すようなもの
がある。図９及び図１０において、１は中心孔部に冷媒
として液体ヘリウムが収納された巻線取付軸で、この巻
線取付軸１には界磁巻線を構成する積層導体２がスリッ
ト内に収められ、この積層導体２の直線部分をくさび３
により圧縮保持している。また、積層導体２のエンド部
にはこの部分を圧縮保持するエンドリング４が設けられ
ている。
【０００３】また、５は巻線取付軸１の外周を覆うよう
に設けられた保持環で、この保持環５は巻線取付軸１の
中心孔に冷媒として収容された液体ヘリウムが外部に漏
れないようにするためのものである。
【０００４】さらに、６はこの保持環５の外周部に設け
られたラジエーションシールドで、このラジエーション
シールド６は巻線取付軸１を液体ヘリウム温度に保つた
めのものである。７はラジエーションシールド６の外周
部を包囲するように設けられた常温ダンパーで、この常
温ダンパー７の両端部はトルク伝達を行う継ぎシャフト
１１に取付けられている。
【０００５】上記巻線取付軸１の両端部には、トルクチ
ューブ１０が取付られ、このトルクチューブ１０はロー
タのトルク伝達を行うと共に、外部からの熱侵入を低減
する機能を有している。また、フレキシブルサポート１
２はロータ熱収縮時の軸方向変形を吸収するものであ
り、冷却筒１３はガスヘリウムを旋回してトルクチュー
ブ１０の冷却を行うものである。
【０００６】一方、９はロータを包囲するように設けら
れた固定子側の磁気シールドで、この磁気シールド９は
外部への漏れ磁束のシールドと主磁束の増大のための機
能を有する。また、８は磁気シールド９の内周側にロー
タと所定の間隙を存して設けられ、通電時には交流電流
が流れる固定子側の電機子巻線である。
【０００７】ところで、このような構成の超電導発電機
において、回転子側のラジエーションシールド６は、図
１１、図１２に示すようにラジエーションシールド外筒
２１と外周面側に円周方向に適宜の間隔を存して軸方向
に伸びる複数の冷却溝２２ａを有するラジエーションシ
ールド内筒２２とを重合せて設ける２層構造となってい
る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる構造の
ラジエーションシールドは層間のすべりを防止する機構
がないため、短絡時に作用する電磁力により内、外筒間
の層間にて剥離が生じるおそれがある。ラジエーション
シールドに層間剥離が生じると、剛性が低下するため、
過大な変形を生じ、回転子の構成要素である多重円筒間
の僅かなギャップでは接触を起こす可能性がある。従っ
て、このような剥離は発電機としての信頼性上好ましく
ない。
【０００９】また、組立の容易性によって内筒側に冷却
溝を設ける必要性があり、内外筒の曲げ応力は中立軸か
ら離れた距離に比例するため、中立軸から離れた冷却溝
コーナ部での曲げ応力が高くなる問題がある。
【００１０】本発明は上記のような問題を解消するため
なされたもので、短絡時に作用する電磁力に対して層間
のずれや剥離を防止でき、発電機としての信頼性を向上
させることができる超電導発電機のラジエーションシー
ルドを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により超電導発電機のラジ
エーションシールドを構成するものである。請求項１に
対応する発明は、超電導発電機の回転子に巻線取付軸を
冷却媒体温度に保つために設けられたラジエーションシ
ールドにおいて、外周面側に適宜の間隔を存して軸方向
に伸びる複数の冷却溝を設けたラジエーションシールド
内筒と、内周面側に前記冷却溝に対応させて突起部を設
けたラジエーションシールド外筒とを焼き嵌め方式によ
り一体化し、且つ前記各冷却溝と前記突起部とをいんろ
う部にして結合する。
【００１２】請求項２に対応する発明は、超電導発電機
の回転子に巻線取付軸を冷却媒体温度に保つために設け
られたラジエーションシールドにおいて、外周面側に適
宜の間隔を存して軸方向に伸びる複数の溝を設けたラジ
エーションシールド内筒と、内周面側に前記溝に対応さ
せて大きさの異なる第１の突起部及び第２の突起部を交
互に設けたラジエーションシールド外筒とを焼き嵌め方
式により一体化し、且つ前記溝と前記第１の突起部とを
冷却溝が形成されるようにいんろう部にして結合し、前
記溝と前記第２の突起部とを前記溝が塞がれるいんろう
部にして結合する。
【００１３】請求項３に対応する発明は、請求項１又は
請求項２に対応する発明において、焼き嵌め方式に代え
てラジエーションシールド内筒とラジエーションシール
ド外筒とをろう付けにより一体化する。
【００１４】請求項４に対応する発明は、請求項１又は
請求項２に対応する発明において、焼き嵌め方式に代え
てラジエーションシールド内筒とラジエーションシール
ド外筒とを拡散接合により一体化する。
【００１５】上記請求項１乃至請求項４に対応する発明
の超電導発電機のラジエーションシールドにあっては、
ラジエーションシールド内筒とラジエーションシールド
外筒間をいんろう部として結合しているので、層間のず
れや剥離を防止することができる。従って、十分な剛性
を確保することができ、短絡時に作用する電磁力に対し
ても過大な変形を生じることがない。
【００１６】また、冷却溝をいんろう部とすることで、
冷却溝を板厚の中央部に至る深さにまで形成することが
可能であり、応力集中が生じる冷却溝コーナ部での曲げ
応力も低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明による超電導発電機の
ラジエーションシールドの第１の実施の形態を示す断面
図、図２は図１の冷却溝部を示す拡大図である。
【００１８】第１の実施の形態では、図１及び図２に示
すように外周面側に適宜の間隔を存して複数の冷却溝１
５ａを設けたラジエーションシールド内筒１５と、内周
面側に内筒１５の冷却溝１５ａに対応させて突起部１４
ａを設けたラジエーションシールド外筒１４とを焼き嵌
め方式により挿入して一体化し、２層構造のラジエーシ
ョンシールドを構成するものである。この場合、ラジエ
ーションシールド外筒１４に設けた突起部１４ａはラジ
エーションシールド内筒１５に有する冷却溝１５ａに挿
入され、いわゆるいんろう部が形成される。
【００１９】このような構成の超電導発電機のラジエー
ションシールドとすれば、ラジエーションシールド外筒
１４の突起部１４ａとラジエーションシールド内筒１５
の冷却溝１５ａとをいんろう部にして結合しているの
で、層間のずれや剥離を防止することができる。
【００２０】従って、組み立て容易な焼き嵌めにより十
分な剛性を確保することができ、短絡時に作用する電磁
力に対しても過大な変形を生じることがなくなる。ここ
で、焼き嵌め方式による従来のラジエーションシールド
と本発明の第１の実施の形態によるラジエーションシー
ルドの荷重に対する変位量を対比すると次の通りであ
る。
【００２１】まず、従来のラジエーションシールドの
内、外筒間の層間を剛結合した場合と焼き嵌めした場合
の荷重に対する変位量の関係を図３に示す。図３におい
て、１６は層間剛結合した場合の荷重ー変位特性であ
り、１７は焼き嵌めした場合の荷重ー変位特性である。
従来のラジエーションシールドでは、図３に示すように
ある限界荷重Ｐｃに達すると層間剥離を生じ、以後剛性
が低下する。従って、同一荷重レベルに対し、層間剛結
合体に比べ過大な変形を生じる欠点がある。
【００２２】この限界荷重Ｐｃは図４の限界荷重−焼き
嵌め代特性１８に示すように焼き嵌め代δ0 に比例して
増加する。従って、焼き嵌め方式によるラジエーション
シールドを層間剛結合体に近づけるためには焼き嵌め代
δ0 を大きくとれば良い。
【００２３】しかし、図５の焼き嵌め応力−焼き嵌め代
特性１９に示すように焼き嵌め代δ0 に比例して焼き嵌
め応力σも増加するため、内、外筒の許容応力σm に対
応する焼き嵌め代δm 以上の値は取り得ない。従って、
従来の焼き嵌め方式によるラジエーションシールドの剛
性確保には限界がある。
【００２４】これに対して、図１及び図２に示す本発明
の第１の実施の形態によるラジエーションシールドを採
用した場合、内筒１５の冷却溝１５ａと外筒１４の突起
部１４ａとをいんろう部にして結合しているので、層間
のずれや剥離は生じない。
【００２５】従って、焼き嵌め代に関係なく、その荷重
に対する変位特性は図３の層間剛結合体の場合の変位特
性と同一となり、剛性の低下は生じない。また、本発明
の第１の実施の形態によるラジエーションシールドで
は、焼き嵌め代に関係なく剛性を確保できるので、図５
に示すように焼き嵌め代δ0 を小さくしても焼き嵌め応
力δm を低減させることができる。
【００２６】さらに、従来のラジエーションシールドの
場合、図１２に示すように冷却溝１２ａを内筒側に設け
るため、冷却溝を板厚中央部に至る深さにして設けるこ
とが困難である。従って、短絡時に作用する電磁力によ
る曲げ応力は応力集中が生じる冷却溝コーナ部において
高い値となる。
【００２７】一方、本発明の第１の実施の形態によるラ
ジエーションシールドでは、外筒１４に突起部１４ａを
設けているため、冷却溝を板厚中央部に設けることが可
能である。
【００２８】従って、図６の曲げ応力２０に示すように
応力集中が生じる冷却溝コーナ部での曲げ応力σc を低
減させることができる。図７は本発明による超電導発電
機のラジエーションシールドの第２の実施の形態を示す
断面図、図８は図７の冷却溝部を示す拡大図である。
【００２９】第２の実施の形態では、図７及び図８に示
すようにラジエーションシールド内筒２４外周面側に円
周方向に適宜の間隔を存して軸方向に伸びる複数の溝２
４ａを設け、またラジエーションシールド外筒２３の内
周面側に内筒２４の溝２４ａに対応させ、且つ一つ置き
に冷却溝が形成されるような大きさの第１の突起部２３
ａと他の一つ置きの溝２４ａに対しては完全に溝が塞が
れるような大きさの第２の突起部２３ｂとをそれぞれ設
け、これらラジエーションシールド内筒２４とラジエー
ションシールド外筒２３とを焼き嵌め方式により挿入し
て一体化し、２層構造のラジエーションシールドを構成
するものである。この場合、ラジエーションシールド外
筒２３に設けた第１及び第２の突起部２３ａ，２３ｂは
ラジエーションシールド内筒２４に設けられた溝２４ａ
に挿入され、いわゆるいんろう部がそれぞれ形成され
る。
【００３０】このような構成の超電導発電機のラジエー
ションシールドとすれば、ラジエーションシールド外筒
２３の第１及び第２の突起部２３ａ，２３ｂとラジエー
ションシールド内筒２４の溝２４ａとで一つ置きの溝２
４ａに対しては冷却溝が形成され、他の一つ置きの溝に
対しては冷却溝が完全に塞がれるいんろう部をそれぞれ
形成するようにしたので、第１の実施の形態よりもさら
に層間のずれや剥離に対する信頼性を向上させることが
できる。
【００３１】従って、組み立て容易な焼き嵌めにより十
分な剛性を確保することができ、短絡時に作用する電磁
力に対しても過大な変形を生じることがなくなる。な
お、上記第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、
ラジエーションシールド内筒及び外筒を焼き嵌め方式に
より接合する場合について述べたが、ろう付、および拡
散接合に対しても前述同様の作用効果を奏し得るもので
ある。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、ラジ
エーションシールド内筒の外周面側に円周方向に適宜の
間隔を存して軸方向に伸びる複数の冷却溝を設け、ラジ
エーションシールド外筒の内周面側に各冷却溝と対応さ
せて突起部をそれぞれ設け、これらラジエーションシー
ルド外筒と内筒とを冷却溝に突起部が挿入されるいんろ
う部として接合するようにしたので、短絡時に作用する
電磁力に対して層間のずれ、剥離を防止することができ
る超電導回転電機のラジエーションシールドを提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超電導発電機のラジエーションシ
ールドの第１の実施の形態を示す断面図。
【図２】同実施の形態における冷却溝部を示す拡大図。
【図３】ラジエーションシールドに圧縮力が作用した際
の荷重と変位量の関係を示す図。
【図４】ラジエーションシールドの焼き嵌め代と層間剥
離を開始する限界荷重との関係を示す図。
【図５】ラジエーションシールドの焼き嵌め代と焼き嵌
め応力の関係を示す図。
【図６】同実施の形態において、冷却溝を板厚中央部に
設けた際の電磁力による曲げ応力分布を示す図。
【図７】本発明による超電導発電機のラジエーションシ
ールドの第２の実施の形態を示す断面図。
【図８】同実施の形態における冷却溝部を示す拡大図。
【図９】従来の代表的な超電導発電機の構造を示す縦断
面図。
【図１０】同じく超電導発電機の構造を示す横断面図。
【図１１】同じく超電導発電機のラジエーションシール
ドを示す断面図。
【図１２】同ラジエーションシールドの冷却溝部を示す
拡大図。
【符号の説明】
１……巻線取付軸 ２……積層導体 ３……くさび ４……エンドリング ５……保持環 ６……ラジエーションシールド ７……常温ダンパ ８……電機子巻線 ９……磁気シールド １０……トルクチューブ １１……継ぎシャフト １２……フレキシブルサポート １３……冷却筒 １４，２３……ラジエーションシールド外筒 １４ａ，２３ａ，２３ｂ……突起部 １５，２４……ラジエーションシールド内筒 １５ａ……冷却溝 ２４ａ……溝

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超電導発電機の回転子に巻線取付軸を冷
    却媒体温度に保つために設けられたラジエーションシー
    ルドにおいて、 外周面側に円周方向に適宜の間隔を存して軸方向に伸び
    る複数の冷却溝を設けたラジエーションシールド内筒
    と、内周面側に前記各冷却溝に対応させて突起部を設け
    たラジエーションシールド外筒とを焼き嵌め方式により
    一体化し、且つ前記冷却溝と前記突起部とをいんろう部
    にして結合したことを特徴とする超電導発電機のラジエ
    ーションシールド。
  2. 【請求項２】 超電導発電機の回転子に巻線取付軸を冷
    却媒体温度に保つために設けられたラジエーションシー
    ルドにおいて、 外周面側に円周方向に適宜の間隔を存して軸方向に伸び
    る複数の溝を設けたラジエーションシールド内筒と、内
    周面側に前記溝に対応させて大きさの異なる第１の突起
    部及び第２の突起部を交互に設けたラジエーションシー
    ルド外筒とを焼き嵌め方式により一体化し、且つ前記溝
    と前記第１の突起部とを冷却溝が形成されるようにいん
    ろう部にして結合し、前記溝と第２の突起部とを前記溝
    が塞がれるようにいんろう部にして結合したことを特徴
    とする超電導発電機のラジエーションシールド。
  3. 【請求項３】 ラジエーションシールド内筒とラジエー
    ションシールド外筒とを焼き嵌め方式に代えてろう付け
    により一体化したことを特徴とする請求項１又は請求項
    ２記載の超電導発電機のラジエーションシールド。
  4. 【請求項４】 ラジエーションシールド内筒とラジエー
    ションシールド外筒とを焼き嵌め方式に代えて拡散接合
    により一体化したことを特徴とする請求項１又は請求項
    ２記載の超電導発電機のラジエーションシールド。
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