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JP2525066B2 - 超電導回転電機 - Google Patents
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JP2525066B2 - 超電導回転電機 - Google Patents

超電導回転電機

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JP2525066B2
JP2525066B2 JP2104545A JP10454590A JP2525066B2 JP 2525066 B2 JP2525066 B2 JP 2525066B2 JP 2104545 A JP2104545 A JP 2104545A JP 10454590 A JP10454590 A JP 10454590A JP 2525066 B2 JP2525066 B2 JP 2525066B2
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覚 大橋
恭臣 八木
誉延 森
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    • Y02E40/60Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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  • Motor Or Generator Cooling System (AREA)
  • Superconductive Dynamoelectric Machines (AREA)

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に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、超電導回転電機には電気学会静止器研究会(SA
−85−25)の50MVA超電導回転子(以下、回転子と称す
る)のヘリウム冷却特性や日立評論val66.No.2(1984−
2)の50MVA超電導同期発電機の文献に記されているよ
うに、超電導回転電機には回転時真空漏れやヘリウムの
リークなどに対しての計測装置の設置の例はない。
しかし、超電導発電機が今後実用化され、長期にわた
り信頼性を保持して運転される場合には、液体ヘリウム
の異常蒸発、超電導界磁巻線(以下、界磁巻線と称す
る)のクエンチ等につながる断熱真空層の監視が重要で
ある。
従来の計測装置としては温度計、真空計等の異常検出
用素子を回転子内に設置し、異常検出用素子の信号をス
リップリング等を介して固定子側へ取り出すものであ
る。また、回転子の回転を止めた時、すなわち停止時に
回転子の真空容器に真空計を取り付け、真空度を測定す
る。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記従来技術で回転子を停止させ真空度を測定するも
のは、運転中には測定できず、連続監視とはならない。
また、異常検出用素子を取り付けたものでは、素子の存
在する部分の測定のみが行われることになる。更に、回
転子に異常検出用素子を取り付けることで、この素子は
回転による高遠心力に耐え得るものとしなければなら
ず、かつこの異常検出用素子からの信号をスリップリン
グ等を通し取り出さなければならず、計測システムが複
雑となる。このため雑音等により誤動作を起す原因が生
じる問題がある。
本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、運転中
に回転子の異常を非接触で固定子側で検出することを可
能とし、更に異常部分の位置によらず素早く検出でき、
常温ダンパの磁性化により回転子の磁気をただちにシー
ルドすることを可能とした超電導回転電機を提供するこ
とを目的とするものである。
〔課題を解決するための手段〕
すなわち本発明は、回転子に設けられている常温ダン
パの少なくとも一部を、断熱真空槽での真空漏れ、ある
いは冷却ヘリウムのリーク時の熱伝導による温度の低下
で非磁性から磁性に変化するようキュリー点を調整した
材料で形成し、かつ固定子に、前記ダンパの非磁性から
磁性に変化する時に生ずる界磁巻線からの磁場の乱れを
検出する磁場検出装置を設け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。
〔作用〕
上記手段を設けたので、常温ダンパは動作温度が低下
すれば非磁性から磁性に変化するようになって、界磁巻
線による磁場に乱れが生じるが、その磁場の乱れが固定
子に設けた磁場検出装置で検出されるようになる。
このようにして運転中の回転子の異常を非接触で検出
できるが、常温ダンパのすべての部分または大部分を上
述のようなキュリー点を調整した材料で形成すれば、回
転子のすべての部分についての異常が素早く検出できる
ようになる。また、常温ダンパのすべての部分を上述の
ようなキュリー点を調整した材料で形成すれば、異常発
生の際常温ダンパが磁性を持つことになり、固定子、回
転子の高磁場をシールドして、固定子を回転子より独立
させることができ、自動的に系統遮断したのと同じよう
な状況とすることができる。
〔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図には本発明の一実施例が示されている。同図に示
されているように、超電導回転電機は回転子1、空隙電
機子巻線2および固定子鉄心3を有する固定子4を備
え、回転子1は励磁電源により励磁され、かつ液体ヘリ
ウム5によって冷却される界磁巻線6と、この界磁巻線
6の外側に液体ヘリウム容器(図示せず)、第1の断熱
真空層7を介して設けられた輻射シールド8と、この輻
射シールド8の外側に第2の断熱真空層7aを介して設け
られた常温ダンパ9とを有している。このように構成さ
れた超電導回転電機で本実施例は常温ダンパ9を常温ダ
ンパ9の動作温度が低下することにより非磁性から磁性
に変化するようにキュリー点を調整した材料で形成する
と共に、固定子4に磁場検出装置10を設けた。このよう
にすることにより常温ダンパ9は動作温度が低下すれば
非磁性から磁性に変化するようになって、界磁巻線6の
磁場に乱れを生じるが、その磁場の乱れが固定子4に設
けた磁場検出装置10で検出されるようになり、運転中に
回転子1の異常を非接触で固定子側で検出することを可
能とし、更に異常部分の位置によらず素早く検出でき、
常温ダンパ9の磁性化により回転子1の磁気をただちに
シールドすることを可能とした超電導回転電機を得るこ
とができる。
すなわち磁場検出装置10を固定子側の空隙電機子巻線
2に設置する。常温ダンパ9は常温ダンパ9の動作温度
が低下することにより非磁性から磁性に変化するように
キュリー点を調整した材料を使用する。界磁巻線6はト
ルクチューブ11及び液体ヘリウム容器内部におかれ、液
体ヘリウム5はトルクチューブ11及び液体ヘリウム容器
の内部に封入されている。
通常の状態ではトルクチューブ11や輻射シールド8と
常温ダンパ9との間は第1、第2の断熱真空層7、7aに
より隔てられており、熱的な伝導等は常温ダンパ9とト
ルクチューブ11や輻射シールド8の間では殆んど行われ
ない。
このような状態で何等かの原因により第1、第2の断
熱真空層7、7aで真空度の低下すなわち真空漏れを起し
た場合、またはヘリウムのリークが起った場合には、常
温ダンパ9の温度がより低温の輻射シールド8、トルク
チューブ11、ヘリウム等の熱伝導によって低下し、常温
ダンパ9が非磁性から磁性へと変化し、界磁巻線6によ
る磁界を常温ダンパ9が遮蔽し、固定子側に対して磁場
分布の乱れをつくるようになる。この乱れを検出できる
ように組み込んだ磁場検出装置10により、回転子1に非
接触で回転子1の異常状態が検出できるようになる。ま
た、磁場検出装置10で磁場分布の乱れの起りはじめた位
置を検出できるように磁場検出装置10を設定することに
より、回転子1の異常の発生した位置をある程度の範囲
で特定することができる。なお第1図で12はヘリウムト
ランスファーチューブ、13は予想されるヘリウムリーク
部、14は予想される空気リーク部である。
この検出状況を次に説明するが、第2図には正常状態
の磁場の分布が示されている。同図(イ)に示されてい
るように界磁巻線による磁力線15の乱れがなく、従って
磁場検出装置10aによって検出される検出波形も同図
(ロ)に示されているように正常で、異常が認められな
い。この第2図の状態でヘリウムリーク、真空漏れが生
じた場合は一例として第3図に示されているようにな
る。すなわち同図(イ)に示されているように、常温ダ
ンパ9の斜線部すなわち磁性を持った部分により界磁巻
線による磁力線15に乱れを生じ、磁場の分布に変化を生
じる。従って磁場検出装置10aで測定される検出波形も
同図(ロ)に示されているように歪が発生したものとな
る。この場合は常温ダンパ9の一部を磁性化するように
した場合であるが、常温ダンパ9全体を磁性化するよう
にした場合は、常温ダンパ9全体の磁性化の影響により
固定子側に界磁巻線による磁力線15がとどかなくなる。
すなわち常温ダンパ9による空隙電機子巻線への磁気の
シールド効果により、回転子は固定子側より磁気的に独
立することができ、系統から遮断されたような状況とな
る。また、この磁場検出装置10aは空隙電機子巻線で兼
用させることも可能である。
このように本実施例によれば、超電導回転電機の運転
中に回転子の真空漏れ、ヘリウムリークの異常が回転子
に非接触で発見できるので、回転している物体、例えば
回転子にスリップリング等を設置せずに連続的に異常が
監視できる。
回転子全体を動作温度が低下することにより非磁性か
ら磁性に変化するようなキュリー点を調整した材料で囲
むことができるので、回転子のごく一部で異常が起った
時でも素早く異常が検出でき、信頼性の面ですぐれてい
る。
また、異常時に回転子と固定子間の磁場がシールドさ
せられることにより、超電導発電機と系統とが実質的に
遮断され、回転子の異常状態による系統側への影響を最
小とすることができる。
第4図、第5図および第6図には本発明の他の実施例
が示されている。これらは常温ダンパには通常考え得る
非磁性の材料で作成した常温ダンパ9a、9b、9cを使用す
る。そしてこれらに常温ダンパ9a、9b、9cの軸方向長さ
と同じ長さを持ち、かつその動作温度の低下により非磁
性から磁性に変化するようにキュリー点を調整した材料
16a、16b、16cを夫々配置したものである。すなわち第
4図は常温ダンパ9aの内側の軸方向にキュリー点を調整
した材料16aを設置したものであり、第5図は常温ダン
パ9bの内部の軸方向にキュリー点を調整した材料16bを
設置したものであり、第6図は常温ダンパ9cの外側の軸
方向にキュリー点を調整した材料16cを設置したもので
ある。このようにすることにより、前述の場合と同様な
作用効果を奏することができる。
第7図には本発明の他の実施例が示されている。本実
施例は動作温度の低下により非磁性から磁性に変化する
ようにキュリー点を調整した材料16bを、前述の場合と
異なり非磁性の材料で作成した常温ダンパ9dの軸方向長
さより小さく形成した。このような長さのキュリー点を
調整した材料16dを常温ダンパ9dの内部で、かつ軸方向
のほぼ中央部に設置し、これと対向する固定子上に材料
16dと対向するように磁場検出装置10bを設置した。この
ようにすることにより、前述の場合に比べ回転子1のシ
ールド効果はほとんど起らないが、キュリー点を調整し
た材料16dの使用量が少なくてすみ、設置する磁場検出
装置10bも少なくてすむ。
なお、本実施例ではキュリー点を調整した材料16dを
非磁性の常温ダンパ9dの内部で、かつ軸方向のほぼ中央
部に設置したが、これのみに限るものではなく常温ダン
パ9dの内側、外側のいずれでもよく、また軸方向の端部
側であってもよい。
第8図には本発明の更に他の実施例が示されている。
本実施例は前述の場合と同様非磁性の常温ダンパ9eの軸
方向長さより小さい長さを持ち、かつその動作温度の低
下により非磁性から磁性に変化するようにキュリー点を
調整した材料16eを、常温ダンパ9eの内側に複数個配置
した。そしてこの材料16eと対向する固定子上に材料16e
と夫々対向して磁場検出装置10cを設けた。このように
することにより、前述の場合に比べ異常発生時の素早い
反応を求めることができる。
なおキュリー点を調整した材料16eの配置はこれのみ
に限るものではなく、常温ダンパ9eの内部、外側のいず
れであってもよい。
第9図には本発明の他の実施例が示されている。以上
の実施例で述べたように、超電導発電機に組み込んで回
転子の異常を検出した場合、その出力信号を情報として
AVR(自動電圧調整装置)17に入力する。この入力によ
りAVR17よりサイリスタ式励磁装置18への出力信号をサ
イリスタ式励磁装置18の出力制御に用い、回転子内部の
界磁巻線への直流電流の流れを制御し、回転子の異常発
生時に界磁巻線への直流電流の過剰な入力が起きないよ
うにする。これは常温ダンパが磁性化し、界磁巻線の磁
界が固定子側にとどかなくなり、電圧が下りAVR17が電
圧を維持するために界磁電流を強制的に上昇させるのを
保護するために必要となる。
このように本実施例によれば素早く異常が検出できる
ことにより、検出した信号をもとに超電導回転電機に関
して設置されているAVR、タービンなどの関連機器に対
して素早い制御が行えるため、各関連機器の保護が瞬時
にできる効果を奏することができる。
〔発明の効果〕
上述のように本発明は運転中に回転子の異常を非接触
で固定子側で検出することができ、更に異常部分の位置
によらず素早く検出でき、常温ダンパの磁性化により回
転子の磁気をただちにシールドできるようになって、運
転中に回転子の異常を非接触で固定子側で検出すること
を可能とし、更に異常部分の位置によらず素早く検出で
き、常温ダンパの磁性化により回転子の磁気をただちに
シールドすることを可能とした超電導回転電機を得るこ
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一実施例の縦断側面
図、第2図(イ)、(ロ)は磁場分布の乱れのない場合
を示すもので(イ)は磁力線の通過状態を示す説明図、
(ロ)は検出波形図、第3図(イ)、(ロ)は磁場分布
の乱れのある場合を示すもので(イ)は磁力線の通過状
態を示す説明図、(ロ)は検出波形図、第4図から第8
図は本発明の超電導回転電機の夫々異なる実施例を示す
縦断側面図、第9図は本発明の超電導回転電機の更に他
の実施例による超電導発電機のシステム図である。 1……超電導回転子、2……空隙電機子巻線、4……固
定子、5……液体ヘリウム、6……超電導界磁巻線、7
……第1の断熱真空層、7a……第2の断熱真空層、8…
…輻射シールド、9、9a、9b、9c、9d、9e……常温ダン
パ、10、10a、10b、10c……磁場検出装置、16a、16b、1
6c、16d、16e……キュリー点を調整した材料
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 誉延 茨城県日立市幸町3丁目1番1号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭51−33597(JP,A) 特開 昭58−144569(JP,A) 特開 平2−104888(JP,A) 特開 平2−106184(JP,A) 特開 昭63−99759(JP,A) 特開 昭60−147656(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】超電導回転子および空隙電機子巻線を有す
    る固定子を備え、 前記超電導回転子は、励磁電流により励磁され、かつ極
    低温冷媒によって冷却される超電導界磁巻線と、この超
    電導界磁巻線に極低温冷媒容器および第1の断熱真空槽
    を介して設けられた輻射シールドと、この輻射シールド
    の外側に第2の断熱真空槽を介して設けられた常温ダン
    パとを有している超導電回転電機において、 前記常温ダンパの少なくとも一部を、断熱真空槽での真
    空漏れ、あるいは冷却ヘリウムのリーク時の熱伝導によ
    る温度の低下で非磁性から磁性に変化するようキュリー
    点を調整した材料で形成し、かつ 前記固定子に、前記ダンパの非磁性から磁性に変化する
    時に生ずる界磁巻線からの磁場の乱れを検出する磁場検
    出装置を設けたことを特徴とする超電導回転電機。
  2. 【請求項2】前記磁場検出装置が、前記固定子の内側に
    複数個設けられるものである請求項1記載の超電導回転
    電機。
  3. 【請求項3】前記磁場検出装置で前記界磁巻線からの磁
    場の乱れを検出した場合は、前記界磁巻線を励磁する励
    磁電源にインターロックをかけるようにされたものであ
    る請求項1記載の超電導回転電機。
  4. 【請求項4】前記磁場検出装置で前記界磁巻線からの磁
    場の乱れを検出した場合は、前記回転子に真空漏れが生
    じたと判定されるものである請求項1記載の超電導回転
    電機。
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