JPS6010498B2

JPS6010498B2 - 超電導回転子

Info

Publication number: JPS6010498B2
Application number: JP52054658A
Authority: JP
Inventors: 雅之佐藤; 陸郎高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-05-12
Filing date: 1977-05-12
Publication date: 1985-03-18
Also published as: JPS53139108A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、液体ヘリウム等の冷却液体で超電導界磁巻線
を冷却する超電導回転子に関する。

第１図は従来のこの種超電導回転子の概略構造を示す縦
断側面図である。液体ヘリウム等のような冷却液体１は
、超電導回転子２の外部から実線矢印で示す如く、トル
クチューブ３内に注入され、トルクチューブ３に設けら
れた多数の半径方向貫通孔４を通して、トルクチューブ
３と内側ダンパ５との間に収納された超電導界磁巻線６
等を冷却する。

この冷却液体１は、トルクチュープ３内の空間、すなわ
ち内部室７を完全に充満していないので、超電導回転子
２の回転による遠心力によって、トルクチューブ３の内
壁８に、トルクチューブ３と同０状に片寄り、液体自由
表面９が形成される。なお、冷却液体１の一部は、超電
導界磁巻線６等の熱によりペーパーとなり、点線矢印で
示す如く超電導回転子２の外部に放出させる。第２図は
、超電導回転子２の回転中におけるトルクチューブ内壁
８の半径（液体外径）ａと液体自由表面９の半径（液体
内径）ｂとの比ａ／ｂと、液体１が入っていない場合の
危険速度の。

で超電導回転子２の回転速度○を割った値○／の。との
関係を示す特性図である。この第２図において、一点鎖
線のは液体１が入っている場合の危険速度で、一般にの
／の。

である。また、２本の実線間には斜線で示された回転速
度Ｑ／のｏの領域Ｕ‘ま、液体１の挙動に趣函する不安
定振動を起こす回転速度の範囲を示す。超電導回転子２
がこの不安定領域Ｕで回転すると、液体自由表面９は回
転触りこ対して同Ｄ状ではなくなり、トルクチューブ内
壁８に液体１による不均合い力が作用する。しかも、こ
の不均合い力は時間と共に増大するため、超電導回転子
２はその振動振幅が増大し、非常に危険な状態となって
、ついには破損するという重大な事態に立ち至る。本発
明の目的は、上記した従来技術の問題点を解消し、不安
定振動の発生を防止して、静粛に安定した状態で回転さ
せ得る超電導回転子を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、トルクチューブ内
に、中空リング状の浸債部材を、その外周側部分が自由
表面を形成している冷却液体内に浸潰され、その内周側
部分が自由表面から露出する状態で設け、浸溝部材の浸
贋部分で冷却液体の自由表面を前記トルクチューブの回
転軸心側に近付け、前記浸漬部材の露出部分で前記冷却
液体の自由表面を複数に区分したことを特徴とする。

以下、本発明の一実施例を第３図ないし第５図について
説明する。駆動軸１０および給排軸１１にそれぞれ端板
１２，１３を介して両端が支持された外側ダンパ１４の
内部に、多数の貫通孔４を有するトルクチュープ３が外
側ダンパ１４と同Ｄ状に取付けられている。

このトルクチューブ３の外側には、内側ダンパ５がトル
クチューブ３と同Ｄ状に取付けられており、これらトル
クチュープ３および内側ダンパ５によって形成された界
滋巻線室１５内には、超電導界磁巻線６が収納され、ト
ルクチューブ３に取付支持される。トルクチユープ３の
両端部近くには、それぞれ仕切板１６，１７が固定され
、この仕切板１６，１７、トルクチューブ３および端板
１２，１３によって端部室１８，１９が構成されている
。また、内部室７内においては、内側円筒２０および外
側円筒２１がトルクチューブ３と同Ｄ状になるように仕
切板１６，１７に取付けられており、これらの円筒２０
，２１には透孔２２，２３がそれぞれ設けられ、これら
の透孔２２，２３はパイプ２４で接続されている。

このパイプ２４は回転軸心に対して第４図に示す如く対
称形に配置される。中空状の給擬軸１１には、これと同
０状に液体ヘリウム等の冷却液体１を注入する注入パイ
プ２５が取付けられ、この注入パイプ２５は仕切板１７
を貫通して内側円筒室２６まで延び、かつその先端部に
は放射状に液体１を放出させる吐出装置２７が設けられ
ている。

なお、この吐出装置２７は、内側円筒２０および外側円
筒２１を貫通し、その吐出口２８はトルクチューブ３と
外側円筒２１との間に形成された中間室２９に閉口して
いる。駆動鞠側の仕切板１６には、内側円筒室２６と端
部室１８を蓮適する貫通孔３０が設けられ、給費Ｅ軸１
１側の仕切板１７には、第５図に示す如く、内側円筒室
２６と端部室１９を運通する貫通孔３１が注入パイプ２
５に対して対称に複数個設けられている。

また、トルクチューブ３には、端部室１８，１９と外部
室３２を蓮適する貫通孔３３が設けられ、かつ給費Ｅ軸
１１側の端部室１９は給榎Ｅ軸１１内の気体ヘリウム等
のガスを導出する通路３４と貫通孔３５により蓮適して
いる。そのため、駆動軸１０側の端部室１８は外部室３
２および給排軸１１側の端部室１９を通してガス導出通
路３４に蓮適している。なお、３６，３７は駆動軸１０
および給費Ｅ軸１１を支承する軸受である。以上のよう
に構成された超電導回転子２において、外部から液体１
のペーパーを実線矢印で示すように、注入パイプ２５お
よび吐出装置２７を介して中間室２９内に注入する。

そして、超電導回転子２を回転し、その速度が上昇して
ｒの／ｇ（ｒ：外側円筒２１の外径、の：超電導回転子
の回転角速度、−ｇ：重力の加速度）の関係になったと
き、先に注入したペーパーの代りに液体１を同様に注入
する。液体１は遠心力によりトルクチューブ内壁８側に
片寄り、貫通孔４より界磁巻線室１５へ流入する。

界磁巻線室１５および中間室２９が液体１で満たされて
も、さらに液体１に圧力を加えて注入し、液体１の表面
９がパイプ２４にくるか、あるいは内側円筒２６内に少
量の液体１が入る状態にする。この際、液体１の一部は
トルクチュープ３に設けられた貫通孔４を通して界磁巻
線室１５内に出入して、超電導界磁巻線６を冷却する。
超電導界磁巻線６等を冷却した液体１は、その温度が上
昇して一部はペーパーあるいはガス化し、液体表面に浮
上したり、あるいは液体表面より蒸発する。このペーパ
ーあるいはガスは、内側円筒室２６に集まり、点線矢印
で示す方向に、仕切板貫通孔３０、端部室１８、トルク
チュープ貫通孔３３、外部室３２、トルクチューブ貫通
孔３３および端部室１９を流通して、超電導回転子２内
を冷却しつつ、給排軸内ガス導出通路３４より外部に排
出される。

なお、注入パイプ２５からは排出されたガス量に相当す
る液体１を外部より注入し、常時トルクチューブ３内の
液体１の量を一定に保つようにする。また、超電導回転
子２の回転を停止するに当っては、実線矢印とは逆の方
向へ液体１が流れるように負圧をかけ、内側円筒室２６
、パイプ２４内の液体１、および中間室２９の液体１の
一部を超電導回転子２の外部に排出する。

ついで、超電導回転子２の回転数がｒの２＞ｇを満足す
る回転数において、超電導回転子２内部の残留液体が気
化するまで運転し、その後、回転を停止させる。あるい
はまた、上記回転数で運転中、注入パイプ２５から液体
１の温度より高い温度の気体を中間室２９内に送り、液
体１の気化を促進させることも行なわれている。このよ
うな液体１の注入、排出方法により、液体１の片寄りに
起因する超電導回転子２の熱変形による不釣り合い振動
は防止される。

本実施例によれば、超電導回転体２内部における液体１
の自由表面９は、パイプ２４内にくるため、著しく少な
くなり、液体１の自由表面の挙動に起因する超電導回転
子２の不安定振動の発生を防ぎ、不安定振動の発生範囲
を減少させることができる。

その結果、超電導回転子２を安定にかつ静粛に回転させ
ることが可能となる。第６図は本発明の他の実施例を示
す。

この例では、注入パイプ２５の一端が超電導回転子２の
中央部附近まで延び、さらに注入パイプ２５の池端には
、固定側冷煤通路と回転側冷煤通路をつなぐカップリン
グ３８を介して冷嬢の供給、排出を行なう給排装置３９
が設置されている。

したがって、吐出装置２７の吐出口２８から注入される
液体’の冷却作用に関する熱対流が超電導回転子２に対
して対称となり、液体１を端部から注入する第３図の場
合に比べて、熱変形に起因する不釣り合い振動を少なく
することができる。また、第７図は本発明のさらに他の
実施例を示す。

この実施例では、互に軸方向に間隔をあげて並談された
複数個の中空状リング４０が、液体１中に内周側部分が
自由表面９に露出した状態で浸潰され、取付具４１を介
してトルクチュ−ブ３に固定されている。

したがって、中空状リング４０の液体１中への浸積によ
り、液体１の自由表面９を回転軸線側に近付けて、これ
を少なくすることができるとともに、超電導回転子２内
部における液体１の容量を削減して、不釣り合い量を少
なくすることができ、その結果、液体１の自由表面の挙
動に起因する不安定振動、および不釣り合い振動を防止
することができる。

また、中空状リング４０の内周側部分が液体１０の自由
表面９上に露出し、これによって液体１の自由表面９は
軸方向に互に区分されているため、自由表面に起因する
不安定振動はさらに効果的に防止される。以上説明した
ように、本発明によれば、トルクチューブ内に注入され
て自由表面を形成している冷却液体内に、中空リング状
の浸贋部村の外周側部分を浸潰したので、冷却液体の自
由表面トルクチューブの回転軸心側に近付けて、この自
由表面を少なくすることができるとともに、冷却液体の
容量を削減して不釣り合い量を少なくすることができ、
冷却液体の自由表面に起因する不安定振動、および不釣
り合振動を防止することができる。

また、浸債部材の内周側部分を冷却液体の自由表面から
露出させ、この露出部分で冷却液体の自由表面を複数の
区分したので、自由表面に起因する不安定振動をさらに
効果的に防止することができる。その結果、超電導回転
子を静粛にかつ安定した状態で回転させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における超電導回転子の概略構造を示す縦
断側面図、第２図は内部液体の状態と回転数に関する不
安定振動の発生領域を示す特性図、第３図は本発明の一
実施例に係る超電導回転子の概略構造を示す縦断側面図
、第４図は第３図の×−Ｘ線断面図、第５図は第３図の
Ｙ−Ｙ線断面図、第６図および第７図は本発明の他の各
実施例に係る超電導回転子の概略構造を示す縦断側面図
である。１・・・・・・冷却液体、２・・・・・・超電導回転子
「３・・・…トルクチュ−ブ、５・・・・・・内側ダ
ンパ、６・・…・超電導界磁巻線、１４・・・・・・外
側ダンパ、２０・・・・・・内側円筒、２１・・・・・
・外側円筒、２４…・・・パイプ、４０・・…・中空状
リング。すーのすＺ風丁３瀬すム鼠オＳ菌汁６反幻ブ７図

Claims

【特許請求の範囲】１円筒状のトルクチユーブと、このトルクチユーブの
外周側に取付けられた超電導界磁巻線と、前記トルクチ
ユーブの内部に注入された前記超電導界磁巻線を冷却す
る冷却液体とを備え、前記冷却液体は、回転時に遠心力
により前記トルクチユーブの内壁側にトルクチユーブと
ほぼ同心状に片寄ってその内周側に自由表面を形成する
超電導回転子において、前記トルクチユーブ内に、中空
リング状の浸漬部材を、その外周側部分が自由表面を形
成している前記冷却液体内に浸漬され、その内周側部分
が自由表面から露出する状態で設け、前記浸漬部材の浸
漬部分で前記冷却液体の自由表面を前記トルクチユーブ
の回転軸心側に近付け、前記浸漬部材の露出部分で前記
冷却液体の自由表面を複数に区分したことを特徴とする
超電導回転子。２特許請求の範囲第１項において、前記浸漬部材は、
内側円筒、外側円筒およびこれらをつなぐ通路から構成
されていることを特徴とする超電導回転子。