[发明专利]利用加热管的超导旋转电机冷却装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用加热管的超导旋转电机冷却装置，更详细而言，涉及一种在缠绕有超导线圈的线圈架或超导线圈的绕线部分安装加热管，能够飞跃性地减小冷头的近处部分与远处部分的温度偏差，由此还能够体现基于传导方式的超导冷却方式，使得能够迅速应对瞬间的温度变化的利用加热管的超导旋转电机冷却装置。

背景技术

大部分现有电动机的定子，通过空气的自然对流(natural convection)或强制对流(forced convection)进行冷却，也有使用水冷却或油冷却的情形。

就空气冷却而言，能够在定子线圈中流动的电流的密度与水冷却或油冷却方式相比相对较低，但自然对流空冷式完全不需要另外的冷却装置，强制对流空冷式只需安装冷却用风扇(鼓风机)即可。

就水(油)冷式而言，在1000马力以上的较大容量中使用，与空冷式相比，能够在定子线圈中流动的电流的密度虽高，但冷却所需的装置却极为复杂。

一般而言，现有电动机的水冷或油冷却方式如图1所示，不是直接冷却产生热最多的定子线圈(1)，而是对包围线圈的定子铁芯(2)进行冷却，通过与定子线圈的热传递来消除产生的热。

因此，定子冷却所需的水或油流动的通道(3)构成冷却定子轭铁芯的结构。

如上所述，现有电动机由于定子线圈被热传递良好的铁芯包围，因此即使把冷却通道只安装于定子轭部，也能够使定子线圈充分冷却。

另一方面，诸如超导电动机和发电机之类的超导旋转电机，使用即使不用铁芯也能够产生强磁场的超导线圈。

现有旋转电机使用由铜构成的线圈，因而如果不使用铁芯，难以获得所需的功率，为了使定子线圈与转子线圈的磁链量（magnetic flux interlinkage）实现最大化，定子铁芯与转子铁芯之间的空隙极小。

因此，定子线圈插入由铁芯构成的狭槽(slot)，具有实现与转子的空隙实现最小化的结构。

但是，磁场集中于这种由铁芯构成的狭槽，当因转子而产生的磁场旋转时，在狭槽部，交流损耗发生得比其它部分大，狭槽部与线圈部的导磁率(permeability)不同，因而成为发电电压波形的畸变率增加的主要因素。

超导旋转电机为了解决现有设备的这种问题，定子狭槽由并非铁芯的诸如FRP(Fiber-glass Reinforced Plastics，玻璃纤维增强塑料)之类的非磁体构成。

因此，具有消除了在狭槽部的损耗、发电电压的波形是非常正弦(sinusoidal)这样的优点，另一方面，由于与铁芯相比，FRP的导热率极小，因而具有在定子线圈中产生的热不易排出这样的缺点。

由于这种理由，就超导旋转电机而言，维持极低温状态是最重要的因素之一。

在使作为超导旋转电机核心的超导线圈冷却的方法中，有设置氦气管路进行冷却的方法，还有无需氦气管路，仅借助传导而进行冷却的传导方式。

设置氦气管路的方法的优点是能够使超导线材的温度分布均匀，并能够实现迅速冷却，缺点是需要构成氦气管路，需要设置用于使氦气循环的循环器等，结构极为复杂。

通过传导使超导线圈冷却的方法中，在制冷机冷头部分设置传导冷却板，设置传导线直至超导线圈，只借助于传导进行冷却，该方法的优点是结构非常简单，耐久性卓越，缺点是冷却速度慢，缠绕有超导线圈的线圈架的温度分布不均匀。

图1表示了以往超导旋转电机冷却装置，在中心体(2)的中央插入结合有轴(1)，在中心体(2)的外廓上结合有定子轭(3)，在设置于定子轭(3)的线圈架(4)上缠绕有超导线圈(5)，作为用于对所述超导线圈(5)进行冷却的装置，在轴(1)的端部结合有2级结构的冷头(6)，在冷头(6)与线圈架(4)之间形成辐射屏蔽膜(11)，使得维持密闭状态，冷头(6)的第1端部(7)使所述辐射屏蔽膜(11)冷却，冷头(6)的第2端部(8)通过铜编织线(9)、铜板(10)、铜编织线(9)而连接于超导线圈(5)，使超导线圈(5)冷却。

其中，铜编织线(9)用于减小急剧温度差异导致的应力降低。

但是，以往技术的超导旋转电机冷却装置存在冷头近处部分与远处部分发生严重的温度偏差的问题。

发明内容

技术课题

本发明旨在改进如上所述的以往问题，其目的在于提供一种利用加热管的超导旋转电机冷却装置，在缠绕有超导线圈的线圈架或超导线圈的绕线部分安装加热管，能够飞跃性地减小冷头的近处部分与远处部分的温度偏差，由此还能够体现基于传导方式的超导冷却方式，使得能够迅速应对瞬间的温度变化。

解决课题手段