JPS6118350A - 超電導回転電機の回転子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野〕 この発明は超電導回転電機の回転子、特に超電導界磁コ
イルをコイル取付軸に保持する構造に関するものである
。

〔従来の技術〕

従来この種の一般的な回転子として第１図に示すものが
あった。第１図において、（１）はトルクチューブ、（
２）はトルクチューブ（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）はトルクチューブ（１）とコ
イル取付軸（２）を囲続する常温ダンパ、（５）はこの
常温ダンパ（４）とコイル取付軸（２）の聞に配設され
ている低温ダンパ、（６〕及び（７）はコイル取付軸（
２〕のそれぞれ外周部及び側面部に取り付けられたヘリ
ウム外筒及びヘリウム端板、（８〕及び（９）はそれぞ
れ駆動側、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
給用のスリップリング、（１２）はトルクチューブ（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子においては、コイル取付
軸（２）に配設されている超電導界磁コ４　／Ｌ／（３
）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
動側端部幅（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
部を真室部（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１ｉ１１（２
）に回転トルクを伝えるトルクチューブ（１）を薄肉円
筒とし、１つ熱交換器（１２）を設け、このトルクチュ
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、側面からの郵（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／り（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、電力系統のしよう乱による回
転子振動を減衰させる機能を有する一方、常温ダンパ（
４）Ｖｉ真空外筒としての機能、低温ダンパ（５）はヘ
リウム容器部への輻射シール）’　、！：　Ｌテ１７）
機能を兼ねる方式が一般的である。尚、第１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
は省略している。

超電導界磁コイル（３）は第２図に示すように直線部（
３１）、アーク部（３２）、コーナ部（３３）を有する
構造となっている。この超電導界磁コイル（３）が運転
中に動くと摩擦熱によって超電導破壊を起こすので、堅
固に保持する必要がある。

又、第１図から判るように、超電導界磁コイル（３）は
、ヘリウム外筒（６）、低温ダン”（５）、常温り゛ン
パ（４）によって三重に覆われているので、点検・修理
が非常に困難である。特に、回転電機においては、高い
信頼性が要求されるので、超電導界磁コイル（３）の保
持方法は、超電導回転電機の成否の鍵であるといっても
過言ではない。

従来この種の超電導界磁コイル（３）の保持方法として
は、特開１’１ｉｌ（５７−１６６８３９号公報に記載
されるものがある。この保持方法は第３図に示すように
、超電導界磁コイル（３）の直線部（３１）はコイル取
付軸（２）に形成されたスロットの直線部に収納されそ
のスロットに押入された楔（１５）で保持され、超電導
界磁コイル（３）のアーク部（３２）とコーナ部（３３
）はコイル取付軸（２）に形成された段落ち部に収納さ
れ保持環（１６）と絶縁つめ物（１７）で保持されてい
る。

なお、保持環（１６）の内周側には絶縁力、＜−（２２
）力；配役されている。

第４図は第１図のＷ−１１Ｖ線における断面図、即ち、
超電導界磁コイル（３）の直線部（３１）の円筒方向の
断面図を示し、＠４図において、（２）はコイル取付軸
、（３）は超電導界磁コイル、（１５）は楔、（１８）
はコイル取付＠（２）の表面に軸方向に形成されたスロ
ットであり、直線部スロットと段付部スロットにより構
成されている。（１９）はスロット内絶縁、（２０）ｉ
は疾絶縁である。この構成において、超電導界磁コイル
（３）Ｖｉ、Ａ−Ａ線を取り巻くように巻回しており、
従って、Ａ−Ａ線を樟中心として強力な磁界を発生する
。疾（１５）は超電導界ムコイル（３）をスロソ）　（
１８）内に堅固に保持するように打ち込−４ｉ″Ｌでい
る。従って、コイル保持の信頼性は高い。

又、第５図は超電導界磁コイル（３）のアーク部（３２
）の軸方向の断面図を示し、第５図において、（１）は
トルクチューブ、（２）はコイル取付軸、（３）は超電
導界磁コイル、（６）及び（７）ｒ／′ｉヘリウム外筒
及びヘリウム端板、（１６）は保持環、（１７）は絶縁
つめ物、（１８）はスロットの段付部スロット、（２１
）は絶縁敷板、（２２）は絶縁カバーである。第３図、
第５図において、超電導界磁コイル（３）のアーク部（
３２）とコ−す部（３３）　／′ｉコイル取付軸（２）
に形成された段付部スロットに収納され、その隙間に絶
縁つめ物（１７）が堅固に打ち込まれてお）、更に、そ
の上から保持ｊＪ＃　（１６）が焼ばめられでいる。

しかしながら、超電導界磁コイル（３）のアーク部（３
２）とコーナ部（３３）、即ち、コイル取付軸（２）に
形成された段落ち部における大きな体積を占める絶縁り
め物（１７）の熱収縮量はコイル取付軸（２）や超電導
界磁コイル（３）の熱収Ｍ量に比べ約２程度度大きく、
常温での製作段階で絶縁つめ物（１７）を堅固に打ち込
んでも極低温に冷却すると、絶縁つめ物（１７）と超電
導界磁コイル（３）との間に隙間が生じる。

絶縁つめ物（１７）はコイル取付＠（２）に固定されて
いないため移動する可能性があシ、絶縁りめ物（１７）
の移動により隙間が集積した場合、この隙間は大きなも
のとなり、従って、運転中に振動などの原因で超電導界
磁コイル（３）が動き、摩擦熱によって超電導破壊を起
こす恐れがある。又、超電導界磁コイル（３）の遠心力
に対する保持に保持環（１６）が必要であり、構造が複
雑となり点検・修理に多大の労力を要していた。

〔発明の概要〕

この発明は上記のような従来のものの欠点に鑑がみてな
されたものであり、コイル取付軸に形成された段付部ス
ロット部で超電導界磁コイルと隣接して楔溝が形成され
た支持部材を配置し、その支持部材を締付部材によりコ
イル取付軸の段付部スロット部に固定し、この支持部材
の楔溝に楔を挿着し、段付部スロット部の超電導界磁コ
イル保持することにより、保持環を使用することなく簡
単な構造でコイル取付軸の段付部スロット部の超電導界
磁コイルを確実に保持することができる超電導回転電機
の回転子を提供するものである。

〔発明の一実施例］ 以下、この発明の一実施例を第６図〜第８図に基づいて
説明する。第６図はコイル取付軸端部を示す斜視図、第
７図は第６図轟−■線における断面図、第８図は支持部
材を示す斜視図であシ、第６図〜第８図において、（２
）はコイル取付軸、（３）／′ｉ超電導界磁コイル、（
１８）はスロットの段付部スロット、（１９）　ｌｄス
ロット内絶絶縁（２ｏ〕は疾絶縁、（２３）はコイル取
付軸（２）に形成された段付部スロットｆａ　（１ｓ）
で超電導界磁コイル（３〕のアークｌ］（（３２）々コ
ーナ部（３３）に隣接して配置されボルト（２４）にょ
シコイル取付軸（２）の段付部スロット部（１８）に固
定され、楔溝（２３ａ）が形成さｔ″した支持部材であ
り、ボルト（２４）を通すボルト穴（２３ｂ）が形成さ
れている。（２５）はこの支持部材（２３）の楔溝（２
３ａ）に挿着され、段付部スロット部（１８）の超電導
界画コイル（３）を保持する楔である。（２６）はコイ
ル絶縁である。

以上のような構成により、超電導界磁コイル（３）は、
直線部（３１）とアーク部（３２）を初めにスロット（
１８）中に収納し、その後、コーナ部（３３）をスロン
）　（１’８）中に収納することにより、スロット（１
８）　中に組込まれる。その後、楔（１５）をスロット
（１８）の直線部スロットに挿着して、超電導界磁コイ
ル（３）の直線部を堅固に保持するようにしている。又
、スロット（１８）の段付部スロットで超電導界娯コイ
ル（３）と隣接して支持部材（２３）を配置し、その支
持部材（２３）をボルト（２４）によりコイル取付軸（
２）の段付部スロット部（１８）に固定し、そして支持
部材（２３）の楔溝（２３ａ）に疾（２５）を挿着して
段付部スロット部（１８）の超電導界磁コイル（３）を
堅固に保持するようにしている。従って、超電導界磁コ
イル（３）のアーク部（３２）とコーナ部（３３）に隣
接して配置した支持部材（２３）をポル）　（２４）に
よりコイル取付軸（２）の段付部スロット部（１８）に
固定しているので、支持部材（２３）が移動することが
なく、支持部材（２３）の移動による隙間の集積が皆無
となる。即ち、超電導界磁コイル（３）周囲に隙間を生
じることがなくなり、運転中に超電導界磁コイル（３）
が動くのを阻止でき、摩擦熱によって超電４破壊を生じ
ることがない。

又、段付部スロット部（１８）の超電導界低コイル（３
）は遠心力に対し支持部材（２３）と楔（２５）により
保持されるので、保持環（１６）が不要とな、る。

尚、支持部材（２３）の材質をコイル取付軸（２）の材
質と同一の材質とすることにより、極低温に冷却する際
、コイル取付軸（２）と支持部材（２３）の間の熱収縮
量は零であシ、超電導界磁コイル（３）と支持部材（２
３）との隙間の発生を抑制でき、超電専界峰コイル（３
）の信頼性を向上できる。

又、ポル）　（２４）には超電導界磁コイル（３）と支
持部材（２３）の遠心力が作用する。超電導回転電機の
回転子は高速で回転するので、ポルｌ−（２４）の応力
は大きなものとなる。この応力を低減するには、比重の
比較的小さなチタン又１ｒ′ｉチタン合金で支持部材（
２３）を製作することが好ましく、このようなチタン製
の支持部材（２３）とすることにより、ボルト（２４）
に作用する応力を低減することができる。

〔発明の効果Ｊ この発明は以上説明した通り、コイル取付軸に形成され
た段付部スロット部で超電導界磁コイルと隣接して楔溝
が形成された支持部材を配置し、その支持部材を締付部
材によりコイル取付軸の段付部スロット部に固定し、そ
の支持部材の楔溝に楔を挿着して段付部スロット部の超
電導界磁コイルを保持するようにしたので、保持環を使
用することなく簡単な構造でコイル取付軸の段付部スロ
ット部の超電導界磁コイルを確実に保持することができ
、超電導破壊を生じる恐れの全くない信頼性の高い超電
導回転電機の回転子（ｆ−借ることができる。

４、区間の簡単な祝（７） 第１図は一般的な超電導回転電機の回転子の全体概念を
示す断面図、第２図は第１図にお・ける超電導界磁コイ
ルの巻線後の状態を示す斜視図、第３図は従来の超電導
回転電機の回転子のコイル取付軸端部を示す斜視図、第
４図ｒ／′ｉ第１図１＋’　−ｆｆ線における断面図、
第５図は従来の超電辱界嫉コイルのアーク部を示す断面
図、第６図はこの発明の一実地例による超電導回転電機
の回転子のコイル取付軸Ｎ部を示す斜視図、第７図は第
６　Ｖｆｌ　−ｆｆ線における助面図、第８図はこの発
明に係る支持部材を示す斜視図である。

図において、（２）はコイル取付軸、（３）ｌｄ超電等
界磁コイル、（３１）ｌ″ｉ直線部、（３２）はアーク
部、（３３）はコーナ部、（１８）ｒ／ｉスロット、（
２３）は支持部は、（２４）　Ｉ″ｉ締付都伺、（２５
）は楔である。

尚、図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

第２１′４ 第６１４ 第７図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）軸表面に直線部スロットと段付部スロットが形成
   されたコイル取付軸と、このコイル取付軸の直線部スロ
   ットと段付部スロットに収納される超電導界磁コイルと
   、上記直線部スロット部の上記超電導界磁コイルを保持
   する楔とを有する超電導回転電機の回転子において、上
   記コイル取付軸の段付部スロット部で上記超電導界磁コ
   イルと隣接して配置され締付部材により上記コイル取付
   軸の段付部スロット部に固定され、楔溝が形成された支
   持部材と、この支持部材の楔溝に挿着され、上記段付部
   スロット部の上記超電導界磁コイルを保持する楔とを備
   えたことを特徴とする超電導回転電機の回転子。
2. （２）支持部材はコイル取付軸と同一の材質で構成され
   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. （３）支持部材はチタン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。
4. （４）支持部材はチタン合金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。