JPH0748419B2 - 超電導コイル装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は例えば超電導回転電機の回転子、特に超電導
界磁コイルなどとして好ましく用いることのできる超電
導コイル装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来この種の超電導コイルを用いた一般的な回転子とし
て第５図に示すものがあった。第５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コイル装置としての超電
導界磁コイル、（４）はトルクチューブ（１）とコイル
取付軸（２）を囲繞する常温ダンパ、（５）はこの常温
ダンパ（４）とコイル取付軸（２））の間に配設されて
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電機の回転子においては、
コイル取付軸（２）に配設されている超電導界磁コイル
（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
反駆動側端部軸（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
子内部を真空部（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）及びコイル取付軸（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、且つ熱交換器（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、側面からの輻射により侵入
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）及び低温ダンパ（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、電力系統のじょう乱による回
転子振動を減衰させる機能を有する一方、常温ダンパ
（４）は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ドとしての機能を兼ねる方
式が一般的である。尚、第５図においては、回転子内部
の液体ヘリウム導入、排出系を構成する配管類及び回転
子に接続されている液体ヘリウム導入、排出装置は省略
している。

従来この種の超電導コイル（３）としては例えば特開昭
54−7509号公報に記載されたものがある。第６図は従来
の超電導界磁コイルを構成する超電導線の斜視図であ
り、（15）は超電導線、（16）はこの超電導線（15）に
スパイラル状に巻回された絶縁性のテープ材（以下、単
に絶縁テープという）、（17）は絶縁テープ（16）にお
おわれていない表面であり、液体ヘリウムなどの冷却用
液体で直接冷却される。第７図は従来の絶縁テープの構
造を模式的に示す断面図である。絶縁テープ（16）はガ
ラスクロステープ（18）内部にエポキシ樹脂（19）が含
浸され、ガラスクロステープ（18）の表面にもエポキシ
樹脂（19）が付着されてなるものであり、半硬化処理が
施されたいわゆるプリプレグエポキシガラスクロステー
プである。

絶縁テープ（16）を備えた超電導線（15）は複数列，複
数段、相互に隣接して巻回されて超電導界磁コイル
（３）を形成する。これにより第８図に示すように超電
導線（15）の相互間に絶縁テープ（16）の厚さの約２倍
の間隙が生じ、超電導線の周囲には冷却用流体の通路
（20）が形成される。又、巻回後硬化処理を行い超電導
線（15）相互エポキシ樹脂（16）で接着することにより
強固な超電導コイルと成すようになっている。

［発明が解決しょうとする課題］ 従来の超電導コイル装置は以上のように構成されている
ので、巻線段階でプレス成形形する際に絶縁テープが高
圧を受けるとガラスクロステープから半硬化状の樹脂が
過度に流出すると共にガラスクロステープが柔軟なため
テープ厚さが減少する問題があった。このようなことが
起これば、超電導線の冷却部分（17）が樹脂でおおわれ
面積が減少し、さらに冷却通路（20）がせばまるため、
冷却性能が低下する。ひいては超電導状態が維持できな
くなり例えば超電導発電機等の機能が停止するおそれが
あった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、冷却通路を確保することにより冷却性能の高
い超電導コイル装置を得ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る超電導コイル装置は、繊維材からなり、
かつ、樹脂材が含浸されたテープと、少なくともこのテ
ープの表裏両面の幅方向中央部を露出し、かつ、該テー
プの両端面を塞ぐようにテープ長さ方向に沿ってテープ
の幅方向両端部に一体に配設された高分子フィルムとか
らテープ材を構成してなるものである。

［作用］ この発明における高分子フィルムは一般に圧縮率が小さ
く、しかも少なくともこのテープの表裏両面の幅方向中
央部を露出し、かつ、該テープの両端面を塞ぐようにテ
ープ長さ方向に沿ってテープの幅方向両端部に一体に配
設されているので、超電導線の巻回段階におけるプレス
成形時に、圧力が高分子フィルムで受けられ、高分子フ
ィルムの厚みの減少が抑えられて超電導線相互間の間隙
が確保され、またこの時高分子フィルムが超電導線と密
接し、テープからにじみ出した樹脂材のテープ材間への
流出が阻止されてテープ材間の間隙が確保され、これに
より冷媒流路を確保する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図は実施例による超電導コイルにおける絶縁テープの巻
回し状態を示す斜視図であり、第２図は用いた絶縁テー
プの断面図である。（18）は繊維材を用いたテープとし
てのガラスクロステープであり、エポキシ樹脂（19）が
含浸されると共に表面にもエポキシ樹脂（19）が付着さ
れている。（21）は高分子フィルムであり、第２図に示
すように、ガラスクロステープ（18）の幅方向両端部を
それぞれ包み込むように配設されており、表面のみエポ
キシ樹脂（19）が塗布されている。なお、これらのエポ
キシ樹脂（19）はテープ巻回時には半硬化状態に保持さ
れている。高分子フィルムとしては例えばポリイミド、
ポリアミド、ポリエチレンテレフタレートなどがあげら
れ、これらは電気絶縁耐力、圧縮強度共に優れている。

半硬化処理を施した絶縁テープ（16）はコイルのプレス
成形時に高圧が印加されてもガラスクロステープ（18）
の両端部に圧縮率の小さい高分子フィルム（21）が配設
されているため、厚さの変化量が少く、また高分子フィ
ルム（21）によって（18）のガラスクロステープに含浸
されたエポキシ樹脂の流出が防止できるため、冷却通路
（20）の面積を最小限確保することが可能である。

また、逆にプレス成形時に超電導線（15）相互の間隔が
大きく絶縁テープ（16）に加わる圧力が小さい場合で
も、ガラスクロステープ（18）からエポキシ樹脂（19）
が適切に流出し接着面に広がるため硬化後は強固な接着
力が得られる。

第３図、第４図はこの発明の他の実施例の要部を示す図
であり、この実施例では高分子フィルム（21）はガラス
クロステープ（18）の幅方向両端部にそれぞれ密着する
ように配設されており、その表面部にはテープ（16）巻
回時には半硬化性の樹脂が塗着されている。この実施例
のものでも第１図、第２図に示すものとほぼ同様の効果
が期待できる。

なお上記の実施例ではガラスクロステープ（18）及び高
分子フィルム（21）は各１層としたが何れか一方、また
両方をそれぞれ複数層としても良い。また、エポキシ樹
脂以外の樹脂を用いても良い。また、繊維材を用いたテ
ープとしてガラスクロステープを用いたが、必ずしもこ
れに限定されるものではない。さらに冷却媒体は、用い
る超電導線材の臨界温度によって決められるべきもので
あり、液体ヘリウムのみに限定されるものでないことは
言うまでもない。

ところで上記実施例の説明では、この発明を超電導回転
電機の回転子の界磁コイルに用いる場合について説明し
たが、必ずしもこれに限定されるものではない。

［発明の効果］ 以上説明した通り、この発明によれば繊維材からなり、
かつ、樹脂材が含浸されたテープと、少なくともこのテ
ープの表裏両面の幅方向中央部を露出し、かつ、該テー
プの両端面を塞ぐようにテープ長さ方向に沿ってテープ
の幅方向両端部に一体に配設された高分子フィルムとか
らテープ材を構成したことにより、製造時のプレス成形
によって冷却通路が狭められることがなく、必要とする
冷却通路を容易に確保できる冷却性能の高い超電導コイ
ル装置が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図はこの発明の一実施例による超電導
コイル装置の要部をそれぞれ示す斜視図及び断面図であ
る。第３図及び第４図この発明の他の実施例の要部をそ
れぞれ示す斜視図及び断面図である。第５図は一般的な
超電導回転電機の回転子の断面図、第６図は従来の超電
導界磁コイルを構成する超電導線の斜視図、第７図は従
来の絶縁テープの断面図、第８図は従来の超電導界磁コ
イルの部分断面図である。 図において（15）は超電導線、（16）はテープ材として
の絶縁テープ、（18）は繊維材を用いたテープとしての
ガラスクロステープ、（19）は樹脂材としてのエポキシ
樹脂、（20）は冷却用流体の通路、（21）は高分子フィ
ルムである。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 芝丸 雅夫 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町１丁目１番２ 号 三菱電機株式会社神戸製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】超電導線に絶縁性のテープ材をスパイラル
   状に巻回し、これにより超電導線の周囲及び超電導線相
   互間に冷却用流体の通路を形成してなる超電導コイル装
   置において、上記テープ材は、繊維材からなり、かつ、
   樹脂材が含浸されたテープと、少なくともこのテープの
   表裏両面の幅方向中央部を露出し、かつ、該テープの両
   端面を塞ぐようにテープ長さ方向に沿ってテープの幅方
   向両端部に一体に配設された高分子フィルムとを備えて
   いることを特徴とする超電導コイル装置。