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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Maschine mit einem um eine Rotationsachse
drehbar gelagerten Rotor, der einen ungekühlten Rotorkörper enthält, welcher
an seiner Außenseite
sich axial erstreckende Ausnehmungen aufweist mit der Rotationsachse
zugewandten Bodenteilen, die im Querschnitt gesehen längs Kreissehnen
liegen, wobei in den Ausnehmungen jeweils mindestens ein Kryostat
angeordnet ist, in dem sich eine von einer Halteeinrichtung mit
einer Zugaufnahme an dem jeweiligen Bodenteil gehaltene Erregerwicklung
mit Wicklungsteilen vom Rennbahnspulen-Typ befindet, die Supraleiter
mit Hoch-T
c-Supraleitermaterial enthalten. Eine
entsprechende Maschine geht aus der
DE 103 03 307 A1 hervor.
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In
Maschinen der Supraleitungstechnik wie Synchronmotoren und -generatoren
können
mit einer rotierenden supraleitenden Erregerwicklung höhere Leistungsdichten,
geringere Verluste und weitere Vorteile erreicht werden. Der Supraleiter
der Wicklung muss dabei gekühlt
werden, wobei die Wicklung aus Gründen einer thermischen Isolation
in einen hochvakuumisolierten Kryostaten eingeschlossen sein muss.
Das hervorgerufene Drehmoment greift am Supraleiter an und muss über geeignete Übertragungselemente
auf eine warme Rotorwelle weitergeleitet werden. Insbesondere in
großen
Einheiten beträgt
die auf die Supraleiterwicklung wirkende Zentrifugalbeschleunigung
einige 1000 g (g = Erdbeschleunigung), die ohne Schädigung des
Supraleitermaterials aufgenommen werden müssen. Radiale Flieh- und azimutale Magnetkräfte sind
von der Wicklung über
geeignete Befestigungsmittel auf einen mechanisch stabilen Rotorkörper bzw.
einen Wicklungs- oder Rotorkern zu übertragen. Dabei kann dieser
Kern vorzugsweise aus magnetisch permeablem Material wie Eisen bestehen,
um so eine Erhöhung
des Erregerfeldes zu erreichen.
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Bekannt
sind Ausführungsformen
von Maschinen mit einer Wicklung, die direkt auf einem zylinderförmigen Rotorkörper befestigt
ist, der aus unmagnetischem oder magnetischem Material besteht und
sich auf der tiefen Wicklungstemperatur befindet (vgl.
DE 199 43 783 A1 ,
US 4,146,804 A1 ,
WO 98/02953 A1). Bei entsprechenden großen Einheiten wie z.B. Kraftwerksgeneratoren
umfasst der Rotorkörper
dann aber eine große kalte
Masse von bis zu etlichen 10 Tonnen. Dies bedingt lange Abkühl- und
Aufwärmzeiten,
stabile Drehmomentsübertragungselemente
auf die warme Welle mit einem hohen Wärmestrom in den Kaltbereich
sowie einen großen
Vakuumkryostaten, der denkalten Kern und die Wicklung umschließt.
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Es
sind auch Maschinen mit Rotoren bekannt, deren Rotorkörper nicht
auf die Temperatur der Wicklung gekühlt wird (vgl.
EP 0 805 546 B1 ,
EP 0 690 550 B1 ).
Die Wicklungen sind dabei vom so genannten Rennbahn- oder Rechteckspulen-Typ
und zusammen mit einem Kryostat-Vakuumbehälter, einem Kryoschild und
das Kühlmittel
führenden
Kühlrohren
in eine in den warmen Rotorkern eingefräste Nut eingelegt. Die Nut ist
dabei durch ein verhältnismäßig massives
Verschlusselement nach außen
verschlossen, über
das auf die Wicklung im Betrieb wirkende Kräfte aufgenommen und auf den
Rotorkern übertragen
werden. Aufhängeschlaufen
bzw. Honigwabenstrukturen übertragen
dabei Kräfte
zwischen der Wicklung und dem Schild bzw. dem Schild und dem Verschlusselement
des Rotorkerns. An den Enden ist der Wicklungskryostat durch radiale Bohrungen
im Rotorkern geführt.
Als Supraleitermaterial für
die Wicklungen ist beispielsweise das klassische metallische Supraleitermaterial
Nb
3Sn vorgesehen, das mit 10 K kaltem He-Gas
gekühlt
wird. Einzelheiten, wie die Wicklung und der Kryostat in der jeweiligen
Nut ausgebildet sind, gehen aus diesem Stand der Technik nicht hervor.
Ein Wickeln und eine Montage direkt in den Nuten erfordern jedoch
einen erheblichen Aufwand.
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Auch
bei der aus der
EP
1 261 114 A1 zu entnehmenden Maschine ist deren Rotorkörper ungekühlt. Dieser
Rotorkörper
weist an gegenüberliegenden
Längsseiten
Abplattungen und somit Ausnehmungen auf, so dass dort Außenbereiche
mit jeweils bezüglich
einer Zylinderform kreissegmentartigem Querschnitt ausgebildet sind.
In diesen Außenbereichen
befindet sich wenigstens ein Kryostat zur Aufnahme der Leiter der
zu kühlenden
Erregerwicklung. An den Enden ist der Wicklungskryostat durch radiale
Bohrungen im Rotorkern geführt.
Deshalb ist zur Montage der Rotorkern dreiteilig ausgebildet. Der
magnetische Kern mit Abplattungen umfasst die Wicklung; axial beidseitig
sind mit Bolzen Endstücke
angesetzt, die auf einer Seite Aussparungen für die Wicklung und am nach
außen
weisenden Ende die Wellenenden des Rotors tragen. Diese Endstücke können aus
unmagnetischem Material wie rostfreiem Stahl bestehen. Durch den
Rotorkörper
hindurch und gegenüber
diesem thermisch isoliert erstreckt sich wenigstens ein kaltes Zugelement
einer Halteeinrichtung, von dem die radial gegenüberliegenden Teile des oder
der Kryostaten und damit der Erregerwicklung gehalten werden. Eine
derartige Befestigung und Halterung der Erregerwicklung ist aufwendig.
Außerdem
ist mit dieser Ausbildung der Maschine und insbesondere ihrer Halteeinrichtung
eine Aufnahme tangentialer Kräfte,
die beim Betrieb und insbesondere bei Kurzschlüssen oder anderen Störungsfällen wirken,
nicht hinreichend möglich.
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Aus
der eingangs genannten DE-A1-Schrift ist eine Maschine zu entnehmen,
bei der die Montage der Wicklung gegenüber diesem Stand der Technik
vereinfacht ist und die dennoch eine sichere Fixierung auch bei
großen
radialen und azimutalen Kräften
zulässt.
Dort werden nämlich
auf kalte, sich durch den Rotorkörper hindurch
erstreckende und gegenüber
diesem thermisch zu isolierende Zugelemente verzichtet. Ihre Halteeinrichtung überträgt die auf
die Wicklung im Betrieb wirkenden Kräfte im Wesentlichen nur in
Form von Zugkräften
auf den ungekühlten
Rotorkörper
im Bereich der Bodenteile der Ausnehmungen. Damit wird auch eine
zumindest teilweise Vorfertigung der Wicklung ermöglicht,
deren wenigstens ein Wicklungsteil als flache Rennbahnspule ausgebildet
sein kann. Ruch ist der Kryostat zumindest teilweise vorzufertigen
und an seitlich abgeplatteten Bereichen des warmen Rotorkörpers zu
befestigen bzw. dort zu komplettieren. Der Rotorkörper hat also
keine Längsnuten,
die die Wicklung oder Teile ihrer Halteeinrichtung aufnehmen.
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Für die bekannte
Maschine sind erhältliche
bandförmige
Supraleiter mit BiSrCaCuO-Hoch-Tc-Supraleitermaterial
in einer Silbermatrix oder mit einem YBaCuO-Hoch-Tc-Supraleitermaterial
auf einem Trägerband zu
verwenden. Solche Leiter tragen Ströme von 100 A bis höchstens
einige 100 A. Um bei großen
Maschinen das erforderliche Erregerfeld zu erzeugen, sind deshalb
hohe Windungszahlen erforderlich. D.h., dass die Induktivität, die proportional
zum Quadrat der Windungszahl ist, dann sehr hoch wird. Dies bedeutet
bei im Betrieb nötigen
schnellen Erregungsänderungen
wie Lastwechsel, Lastabwurf oder Kurzschlüssen eine gegebenenfalls nicht
beherrschbare hohe Erregerspannung.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Maschine mit den
eingangs genannten Merkmalen dahingehend auszugestalten, dass solche
Erregerspannungen beherrschbar werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den
in Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen
gelöst.
Demgemäß soll bei
der Maschine mit den eingangs genannten Merkmalen die Erregerwicklung
aus mindestens einem transponierten Röbelleiter mit wenigstens annähernd rechteckigem
Querschnitt erstellt sein, wobei jeder transponierte Röbelleiter
N axial verlaufende, um seine Mittelachse verseilte Einzelleiterbänder mit
dem Hoch-Tc-Supraleitermaterial aufweist,
deren Flachseiten zumindest annähernd
parallel zu dem jeweiligen Bodenteil ausgerichtet sind, und wobei
die Anzahl N an Einzelleiterbändern
jedes transponierten Röbelleiters mindestens
5 beträgt.
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Die
mit dieser Ausgestaltung der Erfindung verbundenen Vorteile sind
darin zu sehen, dass sich mit der Verwendung solcher transponierter
HTS(Hoch-Tc-Supraleiter)-Röbelleiter
der kritische Strom gegenüber einer
Erstellung der Erregerwicklung aus einem einzelnen HTS-Leiterband
auf N·Ic erhöht
und zugleich die Induktivität
um den Faktor 1/N2 vermindert wird. Die
Induktivität
L und damit die mögliche
Anzahl N richtet sich dabei nach der geforderten Erregungsänderung
dI/dt und der zulässigen
maximalen Erregerspannung U = L·dI/dt. Außerdem wird mit der Verseilung
der Einzelleiterbänder
auf Grund einer gegenseitigen magnetischen Entkopplung zumindest
weitgehend die Induktion von unerwünschten Schleifenströmen unterbunden.
Mit der genannten Mindestanzahl an HTS-Einzelleiterbändern pro
transponiertem HTS-Röbelleiter
lassen sich die genannten Forderungen erfüllen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine gehen aus den
von Anspruch 1 abhängigen
Ansprüchen
hervor. Dabei kann die Ausführungsform
nach Anspruch 1 mit den Merkmalen eines der Unteransprüche oder
vorzugsweise auch denen aus mehreren Unteransprüchen kombiniert werden. Demgemäß kann die
insbesondere als Synchronmotor oder als Synchrongenerator ausgebildete
Maschine nach der Erfindung zusätzlich
noch folgende Merkmale aufweisen:
- – So kann
die Erregerwicklung mehrere Lagen aus dem transponierten HTS-Röbelleiter
aufweisen.
- – Selbstverständlich kann
die Erregerwicklung aus mehreren Rennbahnspulen zusammengesetzt
sein, die insbesondere vorgefertigt werden können.
- – Die
Einzelleiterbänder
innerhalb des transponierten HTS-Röbelleiters
können
jeweils mit einer eigenen Isolation oder einem elektrisch schlecht-leitenden
Belag versehen sein, um so Wechselstromverluste auf Grund von induzierten
Schleifeströmen
zu begrenzen.
- – Aus
demselben Grund kann auch der transponierte HTS-Röbelleiter
selbst von einer Isolation umhüllt sein.
- – Die
Erregerwicklung kann mit einem ausgehärteten Harz imprägniert sein,
um die Kraftübertragung
zu verbessern und Leiterbewegungen zu unterbinden.
- – Vorzugsweise
kann die Halteeinrichtung rinnen- oder schienenartige Halteelemente
aufweisen, die jeweils in Richtung auf die Rotorachse hin eine Öffnung zur
Aufnahme der Erregerwicklung oder Teilen von dieser bilden. Solche
Elemente sind zu einer Kraftübertragung
besonders geeignet.
- – Deshalb
können
diese Halteelemente bevorzugt aus Metall bestehen.
- – Um
gegebenenfalls eine elektrische Verbindung zwischen metallischen
Halteelementen und der Erregerwicklung, insbesondere bei fehlender
oder unzureichender Isolation der Röbelleiter, zu unterbinden,
kann sich zwischen diesen Elementen und dem jeweiligen Teil der
Erregerwicklung eine Isolation in Form mindestens eines entsprechenden
Zwischenelementes befinden.
- – Besonders
vorteilhaft kann in oder an den Halteelementen mindestens ein Kühlkanal
für ein
Kältemittel vorhanden
sein. Dabei kann sich der mindestens eine Kühlkanal bevorzugt an der der
Erregerwicklung zugewandten Seite des jeweiligen Halteelementes
befinden, um so eine gute thermische Ankopplung des HTS-Materials
an das Kältemittel
zu gewährleisten.
- – Zur
Verbesserung dieser thermischen Ankopplung kann sich zwischen den
Halteelementen und dem jeweiligen Teil der Erregerwicklung noch
mindestens ein Element aus einem thermisch gut-leitenden Material befinden.
- – Besonders
vorteilhaft wird ein Stator vorgesehen, der für einen Rotor mit normalleitender
Erregerwicklung ausgelegt ist und den Rotor mit der Erregerwicklung
aus dem wenigstens einen transponierten HTS-Röbelleiter enthält. Bei
solchen erfindungsgemäßen Maschinen
ist bei gleicher abgegebener Leistung ein vergleichsweise größerer Gesamtwirkungsgrad
möglich.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Maschine gehen aus den
vorstehend nicht angesprochenen Unteransprüchen und der nachfolgend erläuterten
Zeichnung hervor. Dabei zeigen in jeweils schematisierter Form
-
deren 1 eine
bekannte Ausführungsform
eines Rotors mit Kryostat in Schrägansicht,
-
deren 2 eine
Rennbahnspule dieses Rotors in Schrägansicht,
-
deren 3 einen
Querschnitt durch diesen Rotor,
-
deren 4 einen
bekannten HTS-Röbelleiter
in Schrägansicht
sowie
-
deren 5 einen
Querschnitt durch einen Teil der mit einem derartigen Röbelleiter
erstellten Erregerwicklung einer erfindungsgemäßen Maschine.
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Dabei
sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit denselben Bezugszeichen
versehen.
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Beim
Aufbau und der Anordnung der Rotorwicklung einer erfindungsgemäßen Maschine
wird von einer Ausführungsform
ausgegangen, wie sie aus der eingangs genannten DE-A1-Schrift zu
entnehmen ist.
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Von
einer entsprechenden Maschine zeigt
1 die Schrägansicht
auf ihren um eine Rotorachse A drehbar gelagerten Rotor
2,
der beispielsweise zweipolig ausgebildet sein kann (vgl.
DE 199 43 783 A1 ).
Die Erregerwicklung des Rotors ist aus einer entsprechenden Anzahl
von Spulen zusammengesetzt, von denen eine einzige in
2 angedeutet
und mit
3 bezeichnet ist. Die Ausführungsform der Spule ist vom
so genannten Rennbahn(race track)-Typ. Unter einer solchen Rennbahnspule
einer erfindungsgemäßen Maschine
sei in diesem Zusammenhang jede Spule oder Teilwicklung verstanden,
die gemäß
2 eine
zumindest annähernd
rechteckige Fläche
einnimmt, an ihren Längsseiten
lang gestreckte, insbesondere gerade Seitenteile oder- schenkel
3a,
3b,
ferner abgerundete Eckteile
3i sowie gegebenenfalls an
ihren Breit- oder Stirnseiten zwischen den jeweiligen Eckteilen
3i verlaufende,
insbesondere gerade Querteile oder -schenkel
3c,
3d aufweist.
Entsprechende Spulen werden auch als Rechteck-Spulen bezeichnet.
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Bei
einem Rotor mit derartigen Spulen müssen die Wicklungsenden der
Wicklung seinen massiven Rotorkörper 4 durchdringen.
Gemäß der in 1 angedeuteten
Ausführungsform
ist deshalb der Rotorkörper 4 zusammensetzbar.
Z.B. ist er dreigeteilt und umfasst zwei scheibenförmige stirnseitigen
Endstücke 4a und 4b sowie
einen zwei radial gegenüberliegende
Ausnehmungen aufweisenden, die flachen Rennbahnspulen 3 aufnehmenden
Mittelteil 4c. Wellenteile 6a und 6b mit
den jeweiligen Endstücken 4a bzw. 4b des
Rotorkörpers werden
dann mit beispielsweise genuteten Flanschen erst nach einem Zusammenbau
des jeweiligen Gehäuses 8 eines
Spulenkryostaten an dem Mittelteil 4c befestigt, beispielsweise
mit diesem verschraubt. In der Figur sind Löcher 7 zur Aufnahme
entsprechender Schraubbolzen ersichtlich.
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Abweichend
von dem dargestellten Ausführungsbeispiel
kann der Rotor einer erfindungsgemäßen Maschine selbstverständlich auch
eine höhere
Polzahl als zwei besitzen.
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3 zeigt
einen Querschnitt durch den Aufbau des Rotors 2 nach 1 innerhalb
eines in der Figur nur teilweise ausgeführten Stators 9. Weiterhin
sind in der Figur bezeichnet mit
-
- 10
- ein
ungekühlter
Kern des Rotorkörpers 4 aus
ferro
-
- magnetischem
Material wie insbesondere Eisen,
- 11a,
11b
- radial
gegenüberliegende
Ausnehmungen des Rotor
-
- kerns 4 an
der Außenseite,
die im Querschnitt gese
-
- hen
kreissegmentartig sind und sich axial, d.h. pa
-
- rallel
zur Achse A des Rotors erstrecken,
- 12a,
12b
- der
Rotationsachse A zugewandte Bodenteile der Aus
-
- nehmungen,
die im Querschnitt gesehen längs
Kreis
-
- sehnen
oder -sekanten liegen,
- 13a,
13b
- Kryostaten
jeweils mit Vakuumwand 14a bzw. 14b und
-
- Bodenplatte 15a bzw. 15b,
- 16a,
16b
- Spulen
oder Wicklungsteile einer Erregerwicklung 16
-
- vom
Rennbahnspulentyp mit HTS-Röbelleitern,
- 17a,
17b
- schienen-
oder rinnenartige Halteelemente einer
-
- Halteeinrichtung 17 in
dem Kryostaten 13a bzw. 13b
-
- zur
Anordnung und Halterung der entsprechenden
-
- Rennbahnspule
und zu einer Zugaufnahme bzw. -über
-
- tragung
an dem jeweiligen Bodenteil 12a bzw. 12b,
- 18a,
18b
- Spulenaufhängungselemente,
- 19i
- einige
radial verlaufende Schlitze des Stators 9
-
- sowie
mit
- S
- ein
Spalt zwischen dem Rotor und dem Stator.
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Die
Halterung der HTS-Spulen 16a, 16b mittels der
Halteeinrichtung 17 über
ihre Halteelemente 17a bzw. 17b an den Bodenteilen 12a bzw. 12b ist
bekannt (vgl. z.B. die eingangs genannte DE-A1-Schrift).
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Erfindungsgemäß sollen
die HTS-Spulen (bzw. -Spulenteile)
16a,
16b der
Erregerwicklung
16 mit einem oder mehreren transponierten
HTS-Röbelleitern
erstellt werden. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel eines solchen
Röbelleiters
ist in Schrägansicht
in
4 angedeutet. Entsprechende Leiter sind prinzipiell bekannt
(vgl. WO 01/59909 A1,
DE
102 23 542 A1 ). Der hier zu verwendende Röbelleiter
20 hat
selbst einen wenigstens annähernd
rechteckigen Querschnitt, wobei ein solcher transponierter Röbelleiter
N zumindest weitgehend axial und großenteils parallel verlaufende
Einzelleiterbänder
21i mit
dem Hoch-T
c-Supraleitermaterial aufweist.
Die Anzahl N an Einzelleiterbändern
21i jedes
transponierten Röbelleiters
20 soll
dabei mindestens fünf,
vorzugsweise mindestens sieben betragen und liegt gemäß dem gewählten Ausführungsbeispiel
bei neun. Die Einzelleiterbänder
können
dabei vorteilhaft isoliert und/oder mit einem resistiven Belag versehen sein.
Beispielsweise können
YBaCuO-Bänder
mit elektrisch schlecht leitendem Substratband verarbeitet sein. Der
gesamte Röbelleiter
ist vorzugsweise mit einer elektri schen Isolierung umhüllt. Die
Isolierungen verringern die Verluste in wechselnden Magnetfeldern.
In der Figur sind ferner die Flachseiten der Einzelleiterbänder
21i mit
f bezeichnet.
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5 zeigt
einen Querschnitt durch einen Teil einer Rotorwicklung 16,
die mehrere Lagen 16i aus entsprechenden Röbelleitern 20 aufweist.
Die einzelnen Röbelleiter
können
dabei zu einer oder auch mehreren Rennbahnspulen gehören. D.h.,
die Erregerwicklung lässt
sich aus mehreren, vorzugsweise vorzufertigenden Rennbahnspulen 3 zusammensetzen.
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Die
in 5 gezeigten Wicklungsteile 16a der Erregerwicklung 16 sind
jeweils in mindestens ein rinnen- oder schienenartiges Halteelement 17a eingelegt,
das Teil einer Halteeinrichtung 17 ist. Im Allgemeinen werden
mehrere solcher Halteelemente vorgesehen. Sie sind in Richtung auf
die Rotorachse A hin offen, topfförmig mit einer im Querschnitt
gesehen U-Form gestaltet und bestehen insbesondere aus Festigkeitsgründen aus
Metall wie z.B. Stahl. Dabei sind die HT5-Einzelleiterbänder 21i jedes
Röbelleiters 20 so
angeordnet, dass ihre Flachseiten f zumindest annähernd parallel
zu dem zugeordneten Bodenteil (12a, 12b) der Ausnehmung (11a, 11b)
in dem Rotorkern (10) gerichtet sind (vgl, hierzu auch 3).
Das nachfolgend als Metallschiene bezeichnete schienenartige Halteelement 17a dient
insbesondere zur Aufnahme nach außen hin wirkender Zentrifugalkräfte (vgl.
die eingangs genannte DE-A1-Schrift).
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In
die jeweilige Metallschiene 17a sind vorteilhaft an ihrer
der Erregerwicklung 16 zugewandten Unterseite mehreren
von einem kryogenen Kältemittel
K durchströmten
Kühlkanälen 24 integriert.
Hierzu sind in Ausnehmungen 25 entsprechende Kältemittelrohre 24a zum
Beispiel aus Cu (Kupfer) angeordnet. Das Kältemittel befindet sich somit
in unmittelbarer Nähe
des Leiterpakets aus den einzelnen Lagen 16i der Wicklung 16.
Um die Wärmeabfuhr
aus der Wicklung an das Kältemittel
K noch weiter zu verbessern, kann zwischen dieser und der Metallschiene 17a ein
gut-wärmeleitendes
Element 23, z.B. in Form einer Schicht oder eines Streifens
aus Cu-Blech, eingefügt
werden. Dieses wärmeleitende
Element 23 steht in enger thermischer Verbindung mit einem 24,
die sich z.B. in entsprechenden Ausnehmungen der Metallschiene 17a oder
an dessen Außenseite
befinden. Gegebenenfalls kann man noch zwischen der Erregerwicklung 16 und
der Metallschienen 17a elektrisch isolierende Zwischenlagen
bzw. -elemente 22 vorsehen, falls die elektrische Isolation
der Erregerwicklung selbst nicht ausreichen sollte.
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Vorteilhaft
ist der Rotor 2 mit seiner Erregerwicklung 16 aus
den HTS-Leitern 20 vom Röbelleiter-Typ innerhalb eines
Stators 9 untergebracht, der für einen Rotor mit normalleitender
Erregerwicklung ausgelegt ist. Gegenüber einer solchen Ausführungsform
mit normalleitender Erregerwicklung ist dann bei der erfindungsgemäßen Maschine
der Luftspalt S zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 9 (vgl.
hierzu 3) um einen Faktor 1,5 bis 4 größer. Um
den magnetischen Fluss und damit die elektrische Leistung der Maschine
auf gleicher Größe zu halten,
wird dann die Amperewindungszahl in der Erregerwicklung 16 entsprechend
erhöht.
Dies ist wegen der Verwendung der transponierten Röbelleiter 20 für die Wicklung 16 im
Allgemeinen ohne Schwierigkeiten realisierbar. Auf diese Weise ist
eine schnelle Erregungsänderung
des Rotors ohne unzulässig
hohe Erregerspannungen möglich.
Durch den größeren Luftspalt
S erniedrigt sich die synchrone Reaktanz Xd der
Maschine. Dies hat weniger Spannungsänderung und Regelbedarf bei
Laständerungen
zur Folge und erhöht
die Stabilität
am Netz. Ferner sinken auch Gasreibungsverluste und von den Ständerzähnen induzierte
magnetische Zusatzverluste an der Rotoroberfläche. Außerdem spart die supraleitende
Erregerwicklung 16 die ohmschen I2R-Verluste,
aber auch Lüfterverluste
durch weniger benötigte
Kühlleistung
und Verluste in der Erregereinrichtung. Der Gesamtwirkungsgrad steigt,
wie aus einem in der nachfolgenden Tabelle gezeigten Ausführungsbeispiel
ersicht lich ist, um beispielsweise etwa 0,5 % trotz einer Zusatzleistung
zum Betrieb einer Kältemaschine.
Die in der Tabelle angegebenen Vergleichswerte beziehen sich dabei
auf eine konventionelle Maschine mit normalleitender Statorwicklung
und einem Rotor mit normalleitender Erregerwicklung, z.B. aus Cu-Leitern. Die angegebenen
Werte für
die Maschine nach der Erfindung ergeben sich, wenn man den Rotor dieser
konventionellen Maschine gegen einen erfindungsgemäß gestalteten
Rotor 2 mit einer Erregerwicklung 16 aus den besonderen
transponierten Röbelleitern 20 austauscht,
wobei in beiden Maschinen der magnetische Fluss zumindest in etwa
auf die gleiche Größe eingestellt
wird.
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Vorstehend
nicht näher
erläuterte
Details der erfindungsgemäßen Maschine
sind bekannt und insbesondere in der eingangs genannten DE-A1-Schrift
beschrieben. Demgemäß kann der
Rotor 2 noch so ausgeführt
sein, dass er zumindest einige der nachfolgenden Merkmale, vorzugsweise
auch Kombinationen aus mehreren dieser Merkmale aufweist:
- – Der
wenigstens eine Kryostat 13a, 13b kann zumindest
teilweise vorgefertigt und in den Ausnehmungen 11a, 11b befestigt
sein.
- – Der
wenigstens eine Kryostat 13a, 13b kann eine eine
Zylinderform des Rotorkörpers 4 ergänzende Außenkontur
besitzen.
- – Der
wenigstens eine Kryostat 13a, 13b kann zumindest
teilweise aus elektrisch gut leitendem Metall bestehen und insbesondere
mit seiner Außenwand 14a, 14b als
ein elektromagnetischer Dämpferschild
wirken.
- – Die
Halteeinrichtung 17 kann schlaufenförmige und/oder stabförmige Zugelemente
aufweisen.
- – Dabei
können
die Zugelemente derart ausgebildet sein, dass sie eine Längskontraktion
der Rotorwicklung 16 bei einer Abkühlung gegenüber dem Kryostaten 13a, 13b erlauben.
- – Außerdem können dabei
die Zugelemente aus thermisch isolierendem Material hinreichender
mechanischer Festigkeit bestehen.
- – Die
mindestens eine Spule 16a, 16b der Rotorwicklung 16 kann
eine in radialer Richtung zu messende Wicklungshöhe aufweisen, die durch die
maximal zulässigen,
summierten Druckbeanspruchungen der supraleitenden Röbelleiter
der jeweiligen Spule auf Grund von Zentrifugal und/oder Drehmomentkräften begrenzt
ist.
- – Dabei
können
mehrere Spulen der Rotorwicklung jeweils in einer Wicklungskammer
angeordnet sein, wobei die maximale Anzahl der Kammern und/oder
Spulen durch die vorgegebenen Windungszahl und die maximal zulässige Wicklungshöhe der jeweiligen
Spule in der ihr zugeordneten Kammer festgelegt ist.
- – Die
Rotorwicklung 16 kann zumindest teilweise vorgefertigt
sein.
- – Bevorzugt
können
die achsenparallel an der Rotorwicklung 16 oder durch diese
hindurch verlaufenden Kühlmittelleitungen
bzw. -kanäle 24 Teil
eines Thermosiphon-Leitungssystems für das Kältemittel K sein, in dem eine
selbst induzierte Strömung
des Kältemittels
unter Ausnutzung der Zentrifugalbeschleunigung angeworfen wird.