JPS6143949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子機器、詳しくは低温冷媒冷却電子
機器に関する。これは、蒸気、熱若しくは他の動
力プラント、並びに地上及び空中の乗物用の電動
機、発電機、ダイナモに応用できるものである。

標準の回路を利用している低温流体冷却電子機
械は、熱的かつ電磁的にシールドされた回転可能
クライオスタート（cryostat）としてのロータを
備えており、かつ超電導界磁巻線を収容してい
る。この巻線は、これを4.5〓の温度に冷却する
冷媒によつて超電導状態に維持される。冷媒とし
ては液体ヘリウムを使用するのが普通である。超
電導巻線にとつて低温システムの適正な選定は重
要である。冷却機械若しくは冷凍容器から、液状
ヘリウムが超電導巻線に供給され、これを洗浄し
それから機械から取出される。熱的な隔離は、対
流及び放射によつて伝達される熱フラツクスや巻
線の強化要素によつて生じた熱を防止するのに必
要である。更に、低温冷却の電子機械はその構造
の信頼性が高いことが必要である。なぜなら、第
１に、ロータが超電導巻線からの全トルクを受け
とらねばならないこと及びこれと併せてロータの
振動に基づく温度応力に耐えるに十分な機械的剛
直性を有していなければならないからである。ま
た、第２に、一方巻線を確実に取付けるための強
化要素の断面に直接比例する超電導巻線に対する
過大な熱の流入フラツクスを避けなければならな
いからである。

低温電子機器に関する公知技術として日本国特
許出願第52―142295号（昭和52年11月29日出願）
では超電導界磁巻線は冷媒で充填したロータの空
所内に配置されると共に、ロータ軸に固着されて
おり、一方熱的―電磁的シールドはロータとケー
シングとの間の排気空間に配置されている。この
シールドはロータの端面壁に直近して配置した冷
媒供給環状室を介しロータの空間から流れる冷媒
によつて冷却される。かかる機械では冷媒で充填
したロータの空所は、端面がロータ軸に固着した
殻体によつて限定されている。

かかる機械の欠点はロータ殻体の端面壁がロー
タ軸及び冷媒供給環状室に剛直結合されていると
いう点にある。殻体１をこのように取付けすると
シールド内に生じた熱がロータ殻の端面壁に沿つ
てロータ空所に充填した液体ヘリウムに伝わると
いう状態が生ずる。このことは軸の構成要素によ
つて超電導巻線にシールドから伝わる熱について
もあてはまる。何故なら、シールドは軸に剛直結
合され、この軸は熱の除去手段を備えていないか
らである。

更に機械始動に伴い突然の温度降下が生じロー
タシエルは複合応力によつて特徴される状態をと
る。殻体の端面壁は、かなりの温度降下の場合殻
体及びロータ軸の異つた膨脹、収縮に帰因する軸
方向力による影響をうける。

一方では、液体ヘリウムの圧力、並びに殻体及
びその端壁に働く遠心力によつて生じた力も存在
している。それ故に、殻体の端壁はその殻体及び
そのベースの安定性を適当にするべく重みのある
ものでなくてはならない。

本発明の目的は、ロータ軸によつてその超電導
界磁巻線に伝わる熱フラツクスが実質的に減少可
能な低温冷媒電子機械を提供することにある。

本発明の他の目的は作動安定性が高いことを特
徴とする低温冷却電子機械を提供することにあ
る。

本発明の更に他の目的は、冷却電子機械のロー
タ軸の長さを減少し、機械の全長を減少すること
も可能とすることにある。

本発明によれば、冷媒で充填したロータの空所
内に超電導界磁巻線を配置し、該巻線をロータの
軸に固着し、上記ロータとケーシングとの間の排
気空間に熱的―電磁的シールドを配置し、ロータ
の空所から、ロータの端面壁の直近に位置した冷
媒供給環状室を経てシールドに向う冷媒によつて
このシールドは冷却されるようになつており、ロ
ータの上記端面壁及び室の端面壁は隙間が形成さ
れるように相互に離れてロータの軸同芯に適合し
た首部を有しており、かつこれら首部はその縁部
で相互に接続されており、更に、首部間の上記隙
間はロータとケーシングとの間の排気空間と連通
し、二つの熱交換器が上記首部内に配装されてい
る低温冷却電子機器が提供される。

電子機械のロータをこのような構成にすると軸
によつてロータに伝わりシールド内で生ずる熱の
インフラツクス並びにロータ殻体により伝わる熱
のインフラツクスを減少することがことが可能と
なる。

好ましくは、上記熱交換器はロータの軸上でか
つ首部内に配置したらせんリブにより構成し、か
つ該らせんリブは相互に離れた関係で位置させる
ようにすると、ロータ殻内に生ずる応力は除去さ
れる。

以下添附図面によつて本発明の例を説明する。

本発明に係る、低温冷凍電気機器は中空ロータ
１を備える。そのロータ１の軸２はケーシング５
の端面板４内に配置した軸受３に回転自在に取付
けてある。そして、ケーシング５の内面にステー
タ巻線６が設けてある。尚、このステータの構造
は詳しくは示さない。ロータ１とケーシング５と
の間の空間は真空となつていてロータ１を熱的に
絶縁している。真空状態を維持するため回転可能
な真空保持シール７が端面板４内に配置されてい
る。

中空ロータ１は筒状の殻体８を備え、その端面
壁は軸２に接近している。殻体８内に超電導界磁
巻線９が設けてあり、これはエポキシ系樹脂接着
剤によつて軸２に固着してある。巻線９は、臨界
温度以下で超電導体として挙動する材料から作つ
てある。この目的のため、純粋な銅マトリツクス
によつて安定化したNb―Ti合金から作る。

ケーシング５と殻体８との間の排気された空間
に、環状に、超電導体として働きかつ良好な電気
伝導性を持つた材料より成る熱的−電磁的シール
ド１０が位置している。そのシールド１０は端面
壁を有した筒体として作つてある。

超電導界磁巻線９は冷媒１１（液体ヘリウム）
によつて冷却されて超電導状態に持込まれる。ロ
ータ１の空所を充填する冷媒１１は巻線９内の図
示しない通路を介して循環される。

冷媒１１がロータ１の空所に入るのを可能とす
るため、軸２はその一方端に穿設した中心孔を備
えており、この中心孔内に真空を保持した導管１
２が配置される。冷媒供給環状室１３がロータ１
の端面壁の極く近くここから排気隙間だけ離れる
ように位置していて、シールド１０に流入する冷
媒の通路が形成されるようになつている。ロータ
１の端面壁に面した室１３の端面壁はシールド１
０の端面壁によつて形成される。このシールド１
０は冷媒循環用の通路１４を有している。ロータ
１の軸２の両端に冷媒１１の戻し通路１５があつ
て、この通路１１は通路１４及び軸２の両端に設
けた集束器１６に通じている。

軸２に面した端部に設けた熱交換器１７はロー
タ１の空所への熱の流入フラツクスを防止するの
に使用する。

第２図は熱交換器１７の組立て場所（アセンブ
リーＡ）を拡大して示す。殻体８の端面壁（第２
図）は首部１８を備え、一方シールド１０の端面
壁は首部１９を備えている。首部１８は軸２を包
囲する首部１９内に位置している。首部１８，１
９間に隙間がある。首部１８，１９の縁部は真空
を保持できる合せ目によつて結合されており、首
部１８，１９間の隙間はロータ１とケーシング５
との間の隙間に通じており、そしてこの隙間は真
空に保たれる。首部１８，１９はこの上にこれら
が位置している軸２の端部に面している。熱交換
器１７は首部１８，１９内に位置している。

第３図は第２図のアセンブリーＡの他の実施例
を示す。この例では、首部２０，２１は、この上
にこれらが位置している軸２の端から延びてお
り、この結果、軸２の長さを減ずるのが可能とな
る。

第４図は熱交換器１７を軸２上のらせんリブ２
２と首部１８内のらせんリブ２３とで作つた例で
あり、これらのらせんリブ２２，２３は相互に離
れた関係で配置されている。

本発明に係る装置の超電導巻線９（第１図）は
次のように冷却される。冷媒１１は或る圧力下で
図示しない冷凍機から導管１２を介しロータ１の
空所に入り巻線９の外方に流れてこれを冷却す
る。それから、冷媒１１はロータ１の空所を去り
熱交換器１７を通り軸２及び殻８の首部１８を冷
却する。熱交換器１７の通過の際、冷媒１１は環
状室１３を通り、かくしてシールド１０の端面を
冷却しそれから管１４を通つてシールド１０を冷
却する。シールド１０を出た後、冷媒１１は軸２
の通路１５を通つてこれを冷却しそれからガス集
束器１６に供給される。以上述べたようにこの発
明では界磁巻線を通過した冷媒を熱交換器を介し
て電磁シールド１０に供給することで、軸部及び
外周部の双方からの熱の流入を防止し、内部の低
温をより効率的に保持することができる。またロ
ータ１とシールド１０との接続される首部の所に
熱交換器を設けることにより、ロータに生ずる熱
変形を首部の個所で吸収することができる。さら
に、軸２上に界磁巻線を直接取付けする構造をと
ることにより、冷却効率を向上することができる
と共に、耐久性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る電子機器の長手方向断面
図、第２図は第１図のアセンブリーＡを拡大して
本発明の、首部内に配置の熱交換器の位置を示し
た図、第３図は本発明の、拡大して示す第１図の
アセンブリーＡの他の実施例、第４図は本発明に
係る熱交換器を示す第１図のアセンブリーＡの斜
視図。 １……ロータ、２……ロータ１の軸、５……ケ
ーシング、９……超電導巻線、１０……熱的―電
磁的シールド、１１……冷媒、１３……冷媒供給
環状室、１７……熱交換器、１８，１９，２０，
２１……首部、２２，２３……らせん状リブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次の各構成要素、即ち、 ケーシング５、 ケーシング５内にその内面に沿つて配置された
   ステータ巻線６、 ケーシング５中に回転自在に配置された中空ロ
   ータ１、その中空ロータは対向する端面壁を持つ
   ている、 中空ロータ１を担持する軸２、 中空ロータ１内に配置され軸２に固着される超
   電導界磁巻線９、 ケーシング５と中空ロータ１間の、排気可能で
   あつて真空に維持されている空間、 この空間内に配置される熱的―電磁的シールド
   １０、このシールドは軸２によつて支持される端
   面壁を持つ、 中空ロータ１及び熱的―電磁的シールド１０に
   供給される冷媒、 熱的―電磁的シールド１０の冷却のためそのシ
   ールド内に設けられる冷媒の循環のための複数の
   通路１４、 熱的―電磁的シールド１０への冷媒の流通のた
   めの環状室１３、その環状室１３は中空ロータ１
   の端面壁の直近に配置されている、 中空ロータの端面壁及び熱的―電磁的シールド
   の端面壁内の首部１８，１９；２０，２１それら
   の首部の間に、中空ロータと軸との間の空間に連
   通する隙間があり、首部は中空ロータと軸とに対
   し同軸であり、間隔を持つて配置されていて前記
   隙間を形成しており、かつ首部は密封状態で相互
   に連結される縁部を持つ、 中空ロータの空間への熱の流入フラツクスを防
   止する、首部に設けた熱交換器１７；２２，２
   ３、 より成る低温冷却電子機械。