DE102004048961A1 - Elektrische Maschine mit HTS-Läuferwicklung - Google Patents

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DE102004048961A1
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Michael Dr. Frank
Joachim Frauenhofer
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Siemens AG
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Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

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Abstract

Elektrische Maschine mit hochtemperatur-supraleitender (HTS)-Wicklung (8) in einem Läufer (2) und einer Erregereinrichtung (6) für diese HTS-Wicklung (8), wobei im Inneren einer zumindest teilweise axial hohl ausgebildeten Welle (4) des Läufers (2) die Erregereinrichtung (6) untergebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine mit hochtemperatur-supraleitender (HTS) Läuferwicklung.
  • Elektrische Maschinen mit HTS-Läuferwicklungen benötigen zur Aufrechterhaltung des Läuferstromes eine Erregereinrichtung. Insbesondere für höhere Drehzahlen und/oder für rauhere Umgebungen scheiden dafür Schleifringe aus und es müssen berührungslose Energieübertragungseinrichtungen zum Einsatz kommen. Diese Einrichtungen weisen neben einer dementsprechenden Elektronik einen rotierenden Übertrager auf, der aus einem rotierenden und einem feststehenden Teil besteht, welche geschlossene Ferritringkerne enthalten. Diese Einrichtungen befinden sich typischerweise auf der B-seitigen Welle der elektrischen Maschine, wie dies z.B. in der WO 03/047077 A1 dargestellt ist.
  • Auf der B-Seite sind bisher zwei Einbaupositionen der Erregereinrichtung üblich. Zum einen innerhalb des Maschinengehäuses, d.h. zwischen den beiden Lagern des Läufers. Diese Unterbringung hat den Vorteil, dass die Erregereinrichtung vom Maschinengehäuse umgeben ist und damit nach außen hin entsprechend geschützt ist.
  • Des Weiteren kann sich die Erregereinrichtung außerhalb des Maschinengehäuses befinden, damit ist der Lagerabstand verringert, die Erregereinrichtung benötigt aber ein eigenes Gehäuse.
  • Diesen bisher bekannten Lösungen ist gemein, dass die Erregereinrichtung auf der BS-Welle sitzt. Bei großen elektrischen Maschinen kann diese Welle einen Durchmesser von mehreren 100 mm aufweisen. Dies führt dazu, dass für den Energieübertrager keine geschlossenen Ringkerne mehr verfügbar sind, sondern die Ferritkerne segmentiert aufgebaut werden müssen. Dies hat neben den finanziellen Aufwendungen auch technische Aufwendungen zur Folge. So müssen z.B. die Kontaktstellen der einzelnen Segmente aus dem sehr harten und spröden Ferritmaterial bis in den μm-Bereich rein passgenau geschliffen werden. Des Weiteren sind die segmentierten Kerne nicht selbsttragend und müssen damit gegen die Fliehkraft zusammen gehalten werden.
    •
  • Demzufolge liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Maschine mit einer Erregereinrichtung zu schaffen, die mit geringen finanziellen und technischen Aufwendungen auch bei höheren Drehzahlen und für raube Umgebungen eine ausreichende Energieübertragung bei gattungsgemäßen elektrischen Maschinen vorsieht.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt dadurch, dass im Inneren einer zumindest teilweise axial hohl ausgebildeten Welle die Erregereinrichtung untergebracht ist.
  • Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt aber auch dadurch, dass sich die Erregereinrichtung am B-seitigen Wellenende befindet.
  • Durch die Unterbringung im Inneren der teilweise axial hohl ausgebildeten Welle wird kein zusätzlicher axialer Bauraum für die Erregereinrichtung benötigt. Damit kann der Lagerabstand kurz gehalten werden und gleichzeitig können auch die Längen des Halsrohres und eines Kühlrüssels für die Läuferkühlung minimal gehalten werden, wodurch Resonanzprobleme gegenüber herkömmlichen Anordnungen reduziert werden. Außerdem erreicht man eine weitere Steigerung der Leistungsdichte der gesamten elektrischen Maschine, da der Lagerabstand gegenüber herkömmlichen Maschinen reduziert werden kann.
  • Da nunmehr lediglich das feststehende Kühlrohr durch den Ringkern gefädelt werden muss, kann der Innendurchmesser des Ringkerns entsprechend klein gehalten werden. Damit können relativ kleine Ferritringkerne in kommerziell verfügbaren Abmessungen eingesetzt werden und es kann auf die aufwendige Segmentierung verzichtet werden.
  • Des Weiteren ist kein zusätzliches Gehäuse für die Erregereinrichtung notwendig. Damit ergibt sich auch der Vorteil, dass die Erregereinrichtung z.B. für die Wartungsarbeiten von außen her leicht zugänglich ist.
    •
  • Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in einer Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
  • 1 einen Teillängsschnitt einer elektrischen Maschine.
  • 1 zeigt einen Teillängsschnitt einer elektrischen Maschine mit HTS-Läuferwicklung, wobei HTS für Hoch-Temperatur-Supraleitung steht. Die nicht näher dargestellte elektrische Maschine weist einen Stator 1 mit Wickelkopf 3 und einen Läufer 2 auf. Der Läufer 2 weist eine Welle 4 auf, die am B-seitigen Lagerbereichsende 5 hohl ausgeführt ist, so dass eine Erregereinrichtung 6 dort eingepasst werden kann. Die Welle 4 ist über eine Aufhängung 10 an dem Blechpaket des Läufers befestigt. Diese Aufhängung 10 dient u.a. der Führung des Kaltteil. Axial durch die Erregereinrichtung 6 ist ein Kühlrüssel 7, der Bestandteil des Kaltteils ist, zur Kühlung einer HTS-Wicklung 8 des Läufers 2 geführt. Der feststehende Kühlrüssel 7 ist durch den Ringkern der Erregereinrichtung 6 gefädelt und mittels einer Drehdurchführung 9 abgedichtet. Ein Dämpferschirm 11 umgibt den aktiven Teil des Läufers 2.
  • Durch den erfindungsgemäßen Hohlraum in der Welle 4 reduziert sich der axiale Bauraum dieser elektrischer Maschinen, da für die Erregereinrichtung 6 kein zusätzlicher Bauraum notwendig ist. Die Längen des Kühlrüssels 7 können damit vergleichsweise kurz gehalten werden, wodurch Resonanzprobleme reduziert werden. Außerdem erreicht man eine weitere Steigerung der Leistungsdichte der gesamten elektrischen Maschine, da der Abstand, der nicht näher dargestellten Lager gegenüber herkömmlichen Maschinen reduziert werden kann. Es ist zudem kein separates Gehäuse für die Erregereinrichtung 6 notwendig. Des Weiteren ist die Erregereinrichtung 6 z.B. für Wartungsarbeiten von außen her leicht zugänglich.
  • Die Erregereinrichtung ist entweder als transformatorische Übertragungseinrichtung wie sie explizit in der WO 03/047077 beschrieben ist, oder als Stromübertragungseinrichtung basierend auf einer Flüssigmetalllegierung ausgeführt. Besonders vorteilhaft sind dabei Galium, Indium, Zinn oder Selenverbindungen.

Claims (5)

  1. Elektrische Maschine mit hochtemperatur-supraleitender (HTS)-Wicklung (8) in einem Läufer (2) und einer Erregereinrichtung (6) für diese HTS-Wicklung (8), dadurch gekennzeichnet dass im Inneren einer zumindest teilweise axial hohl ausgebildeten Welle (4) des Läufers (2) die Erregereinrichtung (6) untergebracht ist.
  2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Erregereinrichtung (6) am B-seitigen Wellenende (5) befindet.
  3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregereinrichtung (6) die Energie in den Läufer (2) verschleißfrei überträgt.
  4. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung transformatorisch erfolgt.
  5. Elektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragung durch Flüssigmetalllegierungen erfolgt.
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Cited By (1)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2656821A1 (es) * 2016-08-30 2018-02-28 Gamesa Innovation & Technology, S.L. Generador síncrono para aerogeneradores

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