CH423957A - Gleichstromgenerator - Google Patents

Description

      Gleichstromgenerator       Die Erfindung     bezieht    sich auf einen Gleichstrom  generator, der geeignet ist, hohe Ströme zu     erzeugen     und der besonders     vorteilhaft    zur Speisung von     supra-          leitenden    Spulen verwendet werden kann.  



  Die Anwendung von     supraleitenden    Spulen hat in  letzter Zeit bei der Erzeugung von extrem hohen ma  gnetischen Feldstärken eine     besondere    Bedeutung er  langt. Diese Spulen sind dabei in einem     Kryostat    unter  gebracht,     in    dem die für das Eintreten der     Supra-          leitung    nötige tiefe Temperatur     herrscht.    Die bei den  benötigten hohen Strömen in den nicht     supraleitenden     Speiseleitungen auftretenden Verluste können jedoch       beträchtliche    Werte annehmen.

   Um     diese    Verluste zu  vermeiden, wird der Generator im     Kryostat        selbst     untergebracht.  



       Erfindungsgemäss    weist der Generator ein sich  periodisch     änderndes        Magnetfeld    auf, das sich relativ  zu einem System von Supraleitern bewegt, wodurch  in den Supraleitern Spannungen induziert werden,  wobei dieses System mindestens eine     Serieschaltung          einschliesst,    bestehend aus einerseits einem Leiter  eines ersten Typs,     dessen        Supraleitung    durch das  Magnetfeld nicht aufgehoben wird, und     andererseits     einer Parallelschaltung von mindestens zwei Leitern  eines zweiten Typs     (Kryotrons),

      deren     Supraleitung     durch das Magnetfeld aufgehoben wird, wobei das  Magnetfeld und die Leiter so ausgelegt sind, dass in  jedem Augenblick     mindestens    ein Leiter des zweiten  Typs     supraleitend    bleibt.  



  Anhand der Figuren wird die Erfindung beispiels  weise erläutert:  Die     Fig.    1 und 2     zeigen    eine erste Variante, bei der  das sich periodisch ändernde Magnetfeld durch einen  rotierenden, vorzugsweise permanenten Magneten 1  erzeugt wird.

   Das System von     Supraleitern    ruht und  besteht aus einem     Leiter    eines ersten Typs 2,     dessen          Supraleitung    durch das Magnetfeld nicht aufgehoben  wird und aus zwei Supraleitern eines zweiten Typs 3,    deren     Supraleitung    durch das Magnetfeld aufgehoben  wird     (Kryotrons),    wein die Feldstärke einen an sich  bekannten     Schwellwert    überschreitet. Die     supraleiten-          den    Verbindungen 4, S besorgen einerseits die Par  allelschaltung der Leiter und ihre     Serieschaltung    mit  dem Leiter 2.

   Die durch das sich bewegende Magnet  feld in jedem der Leiter vom zweiten Typ     induzierte          EMK    wird jedoch kurzgeschlossen, da das Magnet  feld und die Leiter so ausgelegt sind, dass in jedem  Augenblick     mindestens    ein Leiter 3     supraleitend        bleibt.     Der in der Parallelschaltung der Leiter 3 entstehende  Kurzschlussstrom hat jedoch Verluste zur Folge. Um       diese    Verluste möglichst klein zu halten, sollen diese  Leiter 3 in ihrem normalleitenden Zustand einen mög  lichst grossen Widerstand aufweisen, was durch ent  sprechende Formgebung,     z.B.    durch Verlängerung des  Strompfades erreicht werden kann.  



  Beispielsweise weist der Strompfad der Leiter des  zweiten Typs 3 eine Länge auf, die grösser ist als die  Distanz zwischen den Leiterenden, wobei diese Länge  insbesondere mindestens das Doppelte dieser Distanz  beträgt. Diese vergrösserte Länge des Strompfades  kann vorteilhaft durch Faltung des     supraleitenden     Materials erreicht werden.

   Auch     wendel-    oder     zick-          zackartig    geformte Leiter sind     denkbar.    Wie man sieht,  ist das zwischen den Klemmen 6 liegende Leiter  system in jedem Augenblick     supraleitend.    Für den er  zeugten Strom ist jedoch nur die im Leiter 2 induzierte  Spannung massgebend, da die in den     Leitern    3 indu  zierten     Spannungen    immer kurzgeschlossen werden,  so dass die Anordnung gemäss     Fig.    1 und 2 als Gleich  stromgenerator arbeitet.  



  Anhand von     Fig.    3 und 4 wird eine zweite Variante       beschrieben.    Hier ist der rotierende permanente     Ma-          gnet    zweipolig ausgebildet.  



  Anstelle eines einzigen Systems von     Supraleitern     gemäss     Fig.    1 und 2 sind zwei solche Systeme     in    Serie  geschaltet und räumlich entsprechend der     Polteilung              in    Drehrichtung des Magneten um 180  gegenein  ander     versetzt.    Die paarweise     parallelgeschalteten     Leiter vom zweiten Typ 3a und 3b bzw. 3c und 3d  sind gegeneinander um 90      versetzt.     



  Die     Fig.    5 und 6 betreffen eine dritte Variante, bei  der das Leitersystem ruht und im wesentlichen wie  bei der ersten     Variante        ausgebildet    ist. Anstatt eines  rotierenden permanenten Magneten wird     das        sich    be  wegende Magnetfeld mit     Hilfe    von ruhenden     Dreh-          stromwicklungen    7     erzeugt.     



  Damit der Generator als Gleichstromerzeuger       wirken    kann, muss das Magnetfeld im Luftspalt zwi  schen den Aussenpolen 8 und dem     Innenpol    9 über  all oder zumindest vorwiegend die gleiche radiale  Orientierung     aufweisen.    Dies kann vorteilhaft durch,  einen     permanenten    Magneten oder durch eine Gleich  stromwicklung     z.B.    an der Stelle 10     realisiert    werden.  



  Bei den     beschriebenen    Varianten mit rotierenden  Magneten     (Fig.    1 bis 4) weist das     Magnetfeld    einen  angenähert     rechteckigen    Verlauf mit steilen     Anstieg-          bzw.        Abfallflanken    auf.  



  Um die     dritte        Variante    zu verbessern, werden     er-          findungsgemäss    zur Erzielung eines     ähnlichen,    ange  nähert rechteckigen     Verlaufs        zusätzlich        Wicklungen     zur Erzeugung von     Oberwellen    angebracht.  



  Anstelle     eines    einzigen     Grundschaltungssystems     von     Supraleitern    wie bei den Varianten gemäss den       Fig.    1 und. 2 bzw. 5 und 6 können     unabhängig    von .der  gewählten Variante, zwecks Erhöhung der Generator  spannung, mehrere- dieser     Grundschaltungssysteme        in          Reihe    geschaltet werden. Eine     Reihenschaltung    von  zwei Systemen ist in     Fig.    7 in der Abwicklung gezeigt.  



  Es ist bekannt, dass jedes     supraleitende        Material          seine        Supraleitung        verliert    wenn das Material einem       Magnetfeld    ausgesetzt ist, dessen Feldstärke     einen     spezifischen Schwellwert überschreitet. Für den Leiter  vom ersten Typ 2 kann man also     vorteilhaft    ein  Material     wählen;    bei dem dieser Schwellwert nicht er  reicht wird. Dadurch wird man jedoch in der Wahl  des     Materials    eingeschränkt.  



       Andererseits    könnte man für den Leiter 2 ein  Material mit     niedrigerem    Schwellwert verwenden,       wenn    es gelingt, das eingeprägte Magnetfeld an der  Stelle dieser Leiter zu     schwächen.     



  Beispielsweise wird eine solche Schwächung des  Magnetfeldes durch Anordnung von     magnetischen          Abschirmkörpern    11 realisiert, die die Form von  magnetischen Brücken haben können, wie es in den       Fig.    8 und 9     z.B.    bei einer Variante mit rotierendem  Magneten gezeigt wird.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Gleichstromgenerator mit einem sich periodisch ändernden Magnetfeld, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld sich relativ zu einem System von Supraleitern bewegt, wodurch in den Supraleitern Spannungen induziert werden und dass dieses System mindestens eine Serieschaltung einschliesst, bestehend aus einerseits einem Leiter eines ersten Typs (2), des sen Supraleitung durch das Magnetfeld nicht aufge hoben wird,

   und andererseits einer Parallelschaltung von mindestens zwei Leitern eines zweiten Typs (3), deren Supraleitung durch das Magnetfeld aufgehoben wird, wobei das Magnetfeld und die Leiter so aus gelegt sind, dass in jedem Augenblick mindestens ein Leiter des zweiten Typs supraleitend bleibt. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Gleichstromgenerator gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Supraleiter vom zweiten Typ (3) einen Strompfad aufweisen, dessen Länge grösser ist als die Distanz zwischen den Leiter enden und insbesondere mindestens das Doppelte dieser Distanz beträgt. 2. Gleichstromgenerator gemäss Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die grössere Länge des Strompfades durch Faltung des Supraleiters erreicht ist.. 3.

   Gleichstromgenerator gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das System von Supra leitern ruht, während das Magnetfeld durch minde stens einen sich bewegenden Magneten (1) erzeugt wird. 4. Gleichstromgenerator gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld mit Hilfe von ruhenden Wicklungen (7) erzeugt wird, die durch Wechselstrom gespeist werden. 5.

   Gleichstromgenerator gemäss Unteranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass Wicklungen zur Erzeu gung von Oberwellen angebracht sind, um einen an- genähert rechteckigen Verlauf des Magnetfeldes in Richtung seiner Bewegung zu erhalten. 6. Gleichstromgenerator gemäss Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Magnetfeld an der Stelle der Leiter vom ersten Typ (2) durch magne tische Abschirmkörper geschwächt wird.