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公開番号2024120550
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-05
出願番号2023027409
出願日2023-02-24
発明の名称超電導回転電機の回転子および超電導回転電機
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
主分類H02K 55/04 20060101AFI20240829BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】超電導回転電機のコイル最高温度を低くすることができ、安定した運転を行えるようにすること。
【解決手段】実施形態による超電導回転電機の回転子は、超電導コイルと、前記超電導コイルに通電する電流リードと、ロータコアに設けられ、前記超電導コイル及び前記電流リードと熱的に接続される伝熱部と、前記ロータコアの内部に冷媒ガスを供給する供給配管と、前記供給配管の外径側に設けられ、前記ロータコア側で前記伝熱部を介して前記超電導コイルを冷却した冷媒ガスを排出する戻り配管と、を具備し、前記電流リードは、前記超電導コイルを冷却した後の冷媒ガスにより冷却されるように構成されている。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
超電導コイルと、
前記超電導コイルに通電する電流リードと、
ロータコアに設けられ、前記超電導コイル及び前記電流リードと熱的に接続される伝熱部と、
前記ロータコアの内部に冷媒ガスを供給する供給配管と、
前記供給配管の外径側に設けられ、前記ロータコア側で前記伝熱部を介して前記超電導コイルを冷却した冷媒ガスを排出する戻り配管と、
を具備し、
前記電流リードは、前記超電導コイルを冷却した後の冷媒ガスにより冷却されるように構成されている、
超電導回転電機の回転子。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記伝熱部は、円筒形状を成し、その円周側の面に前記超電導コイルが配置されている、
請求項１に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項３】
前記伝熱部と熱的に接続され、前記電流リードを冷却するための電流リード冷却ステージをさらに具備する、
請求項１に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項４】
前記電流リード冷却ステージは、前記伝熱部の回転子軸方向端部の面に熱的に接続されている、
請求項３に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項５】
前記ロータコアは、
前記供給配管から供給される冷媒ガスと前記戻り配管へ送出する冷媒ガスとの間の断熱を行う断熱部を備えている、
請求項１に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項６】
前記断熱部は、真空の断熱層を含む、
請求項５に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項７】
前記供給配管を流れる冷媒ガスと前記戻り配管を流れる冷媒ガスとの間の断熱を行う断熱部を備えている、
請求項１に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項８】
前記断熱部は、真空の断熱層を含む、
請求項７に記載の超電導回転電機の回転子。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の超電導回転電機の回転子を用いて構成される、超電導回転電機。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、超電導回転電機の回転子および超電導回転電機に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策としてカーボンニュートラルが求められている。その中で、電動航空機等に向けた超電導回転電機の開発が進められている。超電導回転電機を用いるシステムでは、超電導コイルを極低温に冷却する。冷却方式は大きく２つに分けられる。
【０００３】
一つは超電導コイル毎に小型冷凍機を設置し、冷凍機と超電導コイルを直結する方法である。もう一つは、中央に大型冷凍機を配置し、冷凍機で冷却した冷媒を循環させる方法である。一般に冷凍機は大型になるほど効率が向上するため、効率の面では後者の方が優れている。冷媒を循環させて超電導回転電機を冷却する方法としては、液体ヘリウムを用いる方法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００７－０８９３１４号公報
特開平０３－０４０７５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電動航空機等に向けた超電導回転電機を用いるシステムでは、小型軽量化等の観点から、冷却が容易な高温超電導コイルを２０Ｋ程度に冷却するものが検討されている。２０Ｋ程度の冷却では、冷媒としてヘリウムガスや液体水素等を用いることになる。以下ではヘリウムガスを用いる方法について述べる。
【０００６】
液体冷媒を用いたシステムでは、液が存在する間は冷媒温度が一定であるため、熱負荷を上回る冷媒を循環させればよいが、ガスを冷媒として循環させる場合は、冷媒ガスが受け取った熱によって温度上昇するため、冷媒ガスの温度が高くなり過ぎないように工夫する必要がある。一方で、超電導コイルは一部でも常電導転移すると全体が常電導転移するため、超電導コイルのコイル最高温度を臨界温度以下に保つ必要があるが、冷媒ガスがコイルに到達するまでに熱侵入があると、冷媒ガスの温度が大きく上昇し、コイル最高温度が高くなってしまう。そのような場合、安定した運転を行うことが困難となる。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、コイル最高温度を低くすることができ、安定した運転を行うことができる超電導回転電機の回転子および超電導回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態による超電導回転電機の回転子は、超電導コイルと、前記超電導コイルに通電する電流リードと、ロータコアに設けられ、前記超電導コイル及び前記電流リードと熱的に接続される伝熱部と、前記ロータコアの内部に冷媒ガスを供給する供給配管と、前記供給配管の外径側に設けられ、前記ロータコア側で前記伝熱部を介して前記超電導コイルを冷却した冷媒ガスを排出する戻り配管と、を具備し、前記電流リードは、前記超電導コイルを冷却した後の冷媒ガスにより冷却されるように構成されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、超電導回転電機のコイル最高温度を低くすることができ、安定した運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図１は、実施形態に係る超電導回転電機を含むシステム全体の構成の例を示す概念図である。
図２は、図１中に示される超電導回転電機１の構成の例を示す概念図である。
図３は、図２中に示される回転部１１の構成の例を示す断面図である。
図４は、図３中に示されるロータ１１ａのＡ－Ａ断面における断面形状の例を示す断面図である。
図５は、図３中に示される超電導コイル３１とブラシ１２ｃとの電気的接続関係の例を示す概念図である。
図６は、図２中に示される配管連通部Ｑ近傍の構造の例を示す断面図である。
図７は、図６中に示される構造のＢ－Ｂ断面における断面形状の例を示す断面図である。
図８は、図６中に示される構造のＣ－Ｃ断面における断面形状の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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