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Die Erfindung betrifft eine Sattelspule für einen wenigstens zwei Pole aufweisenden Rotor einer elektrischen Maschine sowie eine elektrische Maschine.
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Im Stand der Technik wurden bereits synchrone elektrische Maschinen vorgeschlagen, beispielsweise zum Einsatz in Kraftwerksgeneratoren, deren Rotorspulen bandförmige Leitersegmente, insbesondere Hochtemperatursupraleiterbänder, umfassen. Die Verwendung von Hochtemperatursupraleitern (HTS) kann die Effizienz der Synchronmaschine erhöhen und verschiedene andere Eigenschaften verbessern.
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Hochtemperatursupraleiterbänder, insbesondere solche mit flächigen, dünnen Hochtemperatursupraleiterschichten auf metallischen, bandförmigen Substraten, zeigen vielversprechende Eigenschaften für die Herstellung von Spulenwicklungen. Allgemein vorteilhaft bei der Verwendung von Hochtemperatursupraleiterbändern ist, dass bei einer Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters ein Strom nahezu verlustfrei fließen kann.
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Bei der Herstellung von Spulenwicklungen aus derartigen Hochtemperatursupraleitern ist jedoch zu beachten, dass Hochtemperatursupraleiterbänder allgemein sehr empfindlich gegenüber mechanischen Belastungen sind. Dabei erweist es sich als relativ einfach, planare, zweidimensionale Spulengeometrien, mithin Flachspulen/Rennbahnspulen („pancake coils“) zu wickeln, wobei es sich als deutlich schwieriger darstellt, andere, dreidimensionale Spulengeometrien zu realisieren, was jedoch wünschenswert wäre.
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Denn für einen zweipoligen Rotor einer elektrischen Synchronmaschine, wie er in den meisten Kraftwerks-Leistungsgeneratoren eingesetzt wird, werden die axial verlaufenden Längsabschnitte der Rotorspule idealerweise nahe an der Symmetrieebene (Äquatorebene) des Rotors platziert. Daraus resultiert bei Flachspulen der Nachteil, dass die Spulenenden sehr nahe an der Maschinenachse vorbeigeführt werden müssen. Dies hat eine Vielzahl von technischen Schwierigkeiten zur Folge.
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So kann das Rotoreisen nicht länger als ein einziges Stahlobjekt geschmiedet werden, sondern muss aus mehreren Teilen, beispielsweise angenieteten Wellenenden, zusammengesetzt werden, so dass die Flachspulen auf dem Rotor befestigt werden können. Dies führt zur Entstehung von mechanischen Schwächen und kann zu dynamischen Instabilitäten führen, insbesondere in großen Maschinen mit hohen Zentrifugalkräften und Zugbelastungen.
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Ferner ist zu beachten, dass Rotorspulen mit Hochtemperatursupraleitern auf niedrige Betriebstemperaturen heruntergekühlt werden müssen. In bekannten Kühlkonzepten wird Kühlfluid in den Rotor hinein und aus dem Rotor heraus nahe zu der Rotorachse geführt. Dasselbe gilt für die Leitungen für Spulenstrom und Spulenspannung. Bei Flachspulen führt dies zu Problemen im Design und in der Herstellung.
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Zur Lösung dieser Probleme wurde vorgeschlagen, Flachspulen leicht versetzt zur Äquatorebene anzuordnen, um die Rotorachse für den Kühlzugang und die Stromleitungen bereitzuhalten. So ist beispielsweise in
WO 01/20756 A1 eine supraleitende Maschine mit einer mehrpoligen Wicklungsanordnung offenbart, bei der zwei zu einer Mittelebene (der angesprochenen Äquatorebene) symmetrische Teilspulen aus einem Stapel von ebenen Rennbahntyp-Spulenelementen verwendet werden. Jedes Spulenelement ist aus bandförmigen Hoch-T
c-Supraleitern erstellt.
DE 203 18 174 U1 offenbart eine Doppelscheibenwicklung aus zwei flachen, gegenseitig isolierten Einzelscheibenwicklungen, die aus einem bandförmigen Leiter mit Hoch-T
c-Supraleitermaterial gewickelt sind. Dabei soll eine verhältnismäßig leicht herstellbare Innenkontaktierungsmöglichkeit für den Einsatz in elektrischen Maschinen gegeben werden.
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Es existieren ferner im Stand der Technik Ansätze, bei denen ein Hochtemperatursupraleiterband zu einer dreidimensionalen Sattelspule gewickelt wird, so dass die Spulenenden von der Rotorachse beabstandet verlaufen können. Ein Artikel von M.P. Oomen et al., „Transposed-Cable Coil & Saddle Coils of HTS for Rotating Machines: Test Results at 30 K“, IEEE Trans. Appl. Superconductivity 19 - 3, Seiten 1633 bis 1638 (2009), beschreibt die Ausbildung einer dreidimensional ausgeformten Spulenwicklung durch nachträgliches Biegen einer flachgewickelten ovalen Wicklung in die Form einer Zylinderoberfläche.
DE 10 2008 035 655 A1 offenbart eine Möglichkeit, das Hochtemperatursupraleiterband bereits dreidimensional zu wickeln. Zur Vermeidung starker Biegungen des Bandleiters sind jedoch in beiden Fällen platzaufwendige Wickelköpfe nötig, um die Längsabschnitte der Spulenwicklung in ihren axialen Endbereichen zu verbinden und gleichzeitig niedrige Biegeradien des Bandleiters zu erlauben. Durch diese Wickelköpfe wird ein hoher Platzbedarf verursacht. Ein mit solchen Wicklungen hergestellter Rotor ist daher vergleichsweise lang, was wiederum zu einem hohen Gewicht und zu einem hohen Materialverbrauch führt.
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Im Stand der Technik sind bereits Verfahren bekannt, Hochtemperatursupraleiterbänder, insbesondere mit Hochtemperatursupraleitern der zweiten Generation, mit einem sehr geringen Widerstand elektrisch zu verbinden, beispielsweise durch Verpressen gemeinsam mit Indium (vgl. hierzu den Artikel von S. Ito et al., „Structure and Magnetic Field Dependences of Joint Resistance in a Mechanical Joint of REBCO Tapes“, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 26 - 4, Seite 6601505 (2016)) oder durch vorsichtiges Löten, vgl. hierzu beispielsweise den Artikel von S.L. Lalitha, „Low resistance splices for HTS devices and applications“, Cryogenics (2017), DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cryogenics.2017.06.003, und den Artikel von T. Lecrevisse et al., „Tape-to-Tape Joint Resistances of a Magnet Assembled with (RE)BCO Double-Pancake Coils“, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 25 - 3, Seite 6602505 (2015)). Diese Verfahren werden angewendet, um Bandabschnitte zu erhalten, die länger sind als jene, die kommerziell erhalten werden können (also Bandabschnitte einer Länge von mehreren 100 m) und um kompakte Magnetsysteme aus mehreren Rennbahnspulen zusammenzusetzen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sattelspule aus einem Hochtemperatursupraleiterband anzugeben, welche dreidimensional ausgeformt ist, einen vergleichsweise niedrigen Platzbedarf an den Kopfseiten aufweist und zu starke mechanische Belastungen des Hochtemperatursupraleiterbands möglichst vermeidet.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß eine Sattelspule mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine elektrische Maschine, insbesondere eine synchrone elektrische Maschine, mit den Merkmalen des Anspruchs 14 vorgesehen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Eine erfindungsgemäße Sattelspule für einen wenigstens zwei Pole aufweisenden Rotor einer elektrischen Maschine weist demgemäß eine Rechteckform und für jede Spulenwindung zwei gerade, eine erste Länge aufweisende Längsabschnitte und zwei im rechten Winkel an die Längsabschnitte anschließende, symmetrisch gewölbt ausgeführte Querabschnitte einer zweiten Länge, die kleiner als die erste Länge ist, auf, wobei jeder Längsabschnitt und jeder Querabschnitt wenigstens einen Spulenleiter mit wenigstens einem Hochtemperatursupraleiterband aufweist und die Spulenleiter an den Ecken der Sattelspule durch Verpressen und/oder Verlöten direkt oder indirekt, insbesondere niederohmig, miteinander verbunden sind.
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Erfindungsgemäß werden also Sattelspulen vorgeschlagen, die im Wesentlichen in der Aufsicht rechteckig ausgebildet sind und für jede Spulenwicklung aus vier zusammengesetzten Abschnitten, nämlich zwei Längsabschnitten und zwei Querabschnitten, bestehen. Während in den Längsabschnitten ein einer Gerade entsprechender Verlauf der Spulenleiter und somit der Hochtemperatursupraleiterbänder gegeben ist, ist für die Querabschnitte ein Biegen des Spulenleiters in eine Sattelform gegeben, insbesondere eine Kreisabschnittsform. Die Hochtemperatursupraleiterbänder der kurzen Seiten, also der Querabschnitte, werden mit den Hochtemperatursupraleiterbändern der Längsabschnitte bevorzugt direkt oder aber indirekt in einem 90°-Winkel verbunden. Nachdem diese Verbindungen an jeder Ecke der rechteckigen Sattelspule benötigt werden, weist jede Spulenwindung vier derartige Verbindungen auf. Dabei wird ausgenutzt, dass Hochtemperatursupraleiterbänder, insbesondere solche aus Hochtemperatursupraleitern der zweiten Generation, mit äußerst niedrigem Widerstand, mithin niederohmig, verbunden werden können, insbesondere bei Temperaturen um 30 Kelvin. Dabei ist der Gesamtwiderstand aller Verbindungen noch immer niedrig genug, um eine effiziente Kühlung bei diesen niedrigen Temperaturen, also den Betriebstemperaturen der Sattelspule, zu ermöglichen.
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Dabei sind die Verbindungen in den Ecken bevorzugt durch Verpressen von Hochtemperatursupraleiterbändern mit Indium und/oder durch Verlöten der Hochtemperatursupraleiterbänder in Überlappungsbereichen hergestellt, wie dies beispielsweise in den eingangs genannten Artikeln von S. Ito et al. beziehungsweise S.L. Lalitha/T. Lecrevisse et al. beschrieben ist. Diese verpressenden beziehungsweise verlötenden Verbindungstechniken schaffen bereits äußerst niedrige Widerstände im Verbindungsbereich an den Ecken, wobei die vorliegende Erfindung im Folgenden noch weitere Möglichkeiten in Weiterbildungen vorschlägt, den Gesamtwiderstand der Verbindungen zu reduzieren.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist die flache Seite der Hochtemperatursupraleiterbänder bevorzugt so orientiert, dass sie im Einbauzustand zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Radialrichtung des Rotors verläuft, und zwar an jeder Stelle der Sattelspule. Die Hochtemperatursupraleiterbänder der Querabschnitte sind dabei in einem adäquaten Radius zur Bildung eines Kreisabschnitts gebogen, wobei die Wölbung aufgrund der senkrechten Orientierung der flachen Seite zur Radialrichtung des Rotors durch Verbiegen der Hochtemperatursupraleiterbänder in der „einfach biegbaren“ Richtung der Hochtemperatursupraleiterbänder gebildet ist, mithin derart, dass die geringstmöglichen nachteiligen Folgen durch die mechanische Belastung auftreten. Im Ergebnis wird so der Bereich der Rotorachse freigehalten. In jedem Fall liegen die flachen Seiten der Hochtemperatursupraleiterbänder an den Ecken zumindest im Wesentlichen, bei Direktverbindung gänzlich, in der gleichen Ebene, so dass eine möglichst große Überlappung gegeben ist, was zur weiteren Reduzierung der Kontaktwiderstände beiträgt.
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Wie bereits dargelegt, handelt es sich bei den eingesetzten Hochtemperatursupraleitern der Hochtemperatursupraleiterbänder bevorzugt um Hochtemperatursupraleiter der zweiten Generation, für die eine Vielzahl widerstandsarmer Kontaktmöglichkeiten bekannt ist.
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Für Kraftwerksgeneratoren („Utility Generator“) als elektrische Maschinen beträgt die erste Länge bevorzugt 4 bis 8 Meter und die zweite Länge bevorzugt 0,5 bis 1 Meter.
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In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass wenigstens ein insbesondere aus Kupfer bestehendes Verbindungselement, mit dem die Hochtemperatursupraleiterbänder der Spulenleiter jeweils verbunden sind, vorgesehen ist. In diesem Fall ist also eine indirekte Verbindung der Hochtemperatursupraleiterbänder gegeben, welche durch ein insbesondere aus Kupfer bestehendes Verbindungselement hergestellt ist. Ein solches Verbindungselement kann den Vorteil aufweisen, dass eine größere Kontaktfläche beim Löten/Verpressen gegeben ist, was ebenso zu äußerst geringen Widerstandswerten führen kann. Zudem wirkt ein Verbindungselement als eine Art „Verteilstelle“, über die sich der durch die jeweiligen Spulenleiter fließende Strom geeignet umverteilen kann, beispielsweise bei einem defekten Hochtemperatursupraleiterband in einem der Spulenleiter. Das Verbindungselement kann eine Profilierung beziehungsweise Formgebung aufweisen, die auf die entsprechenden Enden der Spulenleiter, insbesondere die Positionen der Hochtemperatursupraleiterbänder in den Spulenleitern, abgestimmt ist, um möglichst für jedes Hochtemperatursupraleiterband möglichst optimale Kontaktmöglichkeiten zu bieten.
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Dabei sei noch darauf hingewiesen, dass ein Hochtemperatursupraleiterband üblicherweise, mithin auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung vorzugsweise, eine auf ein metallisches Substrat aufgebrachte Hochtemperatursupraleiterschicht aufweist, wobei zwischen dem Substrat, also der Substratschicht, und der Hochtemperatursupraleiterschicht noch wenigstens eine Pufferschicht vorgesehen sein kann. Insofern weist das Hochtemperatursupraleiterband eine Hochtemperatursupraleiterschichtseite und eine Substratseite auf. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es selbstverständlich besonders bevorzugt, jegliche Verbindungen, insbesondere bei direkter Verbindung von Hochtemperatursupraleiterbändern, hochtemperatursupraleiterschichtseitig vorzusehen.
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Es sei ferner noch allgemein darauf hingewiesen, dass die Spulenleiter und die Verbindungsbereiche selbstverständlich elektrisch isoliert ausgeführt sind, wofür grundsätzlich bekannte Vorgehensweisen eingesetzt werden können. Beispielsweise können die Spulenleiter und/oder die Verbindungsbereiche nach Aufbringen eines Isolationsmaterials, beispielsweise Glasfasergewebe, mit einem Harz imprägniert sein.
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Allgemeine Vorteile der erfindungsgemäßen Sattelspule und der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine umfassen zunächst, dass keine komplexe 3D-Wickeltechnik für mehrere Hochtemperatursupraleiterbänder, die parallel vorgesehen sind, oder auch nur ein einzelnes Hochtemperatursupraleiterband entwickelt werden muss. Ein weiterer besonderer Vorteil ist, wie bereits dargelegt wurde, dass alle Hochtemperatursupraleiterbänder im Rotor senkrecht zur Radialrichtung orientiert werden können, so dass die starke Zentrifugalkraft in dem Rotor als Druck lediglich in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Hochtemperatursupraleiterbänder wirkt, mithin nicht als Scherbeanspruchung beziehungsweise Scherspannung. Es hat sich gezeigt, dass Hochtemperatursupraleiterbänder zu ihrer flachen Seite senkrechtem Druck besonders gut widerstehen können.
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Die Spulenwindungen können vorteilhafterweise aus kurzen Hochtemperatursupraleiterbänderstücken, im oben genannten Beispiel bis zu einigen Metern lang, zusammengesetzt werden. Vom Hersteller können mithin Hochtemperatursupraleiterbänder höchster Qualität angefordert und verwendet werden, selbst wenn diese Qualität noch nicht verlässlich und gleichmäßig über beim Wickeln verwendete Hochtemperatursupraleiterbänder von hunderten Meter Länge hergestellt werden kann.
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Mithin wird zusammenfassend eine zusätzliche Ausgestaltungsoption für Rotoren in elektrischen Maschinen, insbesondere großen Zweipolmaschinen wie Kraftwerksgeneratoren, bereitgestellt. Die Verwendung der vorgeschlagenen Sattelspulen ist insbesondere daher vorteilhaft, dass ein Hochtemperatursupraleiter, insbesondere ein Hochtemperatursupraleiter der zweiten Generation, verwendet wird, für welchen der Rotor, oder wenigstens die Rotorspule, bei niedrigen Betriebstemperaturen gehalten werden muss. Die erfindungsgemäße Sattelspule erlaubt die Kühlmittelzuführung entlang der Rotorachse, nachdem dort keine Spulenleiter entlanggeführt werden müssen, obwohl in den Längsabschnitten die Spulenleiter, dem Idealfall folgend, in der Mittelebene (Äquatorebene) des Rotors geführt sind. Zudem ist kein übermäßiger Platzbedarf an Wickelköpfen erforderlich.
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Dabei sei an dieser Stelle noch darauf hingewiesen, dass es selbstverständlich denkbar ist, auch mehrere Sattelspulen in einem Rotor einzusetzen beziehungsweise Sattelspulen verschiedener Windungszahl in verschiedener Anordnung auf die erfindungsgemäße Weise bereitzustellen. Insgesamt werden Maschinen mit Hochtemperatursupraleitern im Rotor so attraktiver als herkömmliche, mit Kupferleitern ausgestattete elektrische Maschinen.
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Die Spulenleiter können mehrere, insbesondere zwei bis sechs, Hochtemperatursupraleiterbänder umfassen. Dabei wird die Zahl der Hochtemperatursupraleiterbänder bevorzugt gerade gewählt, da sich hiermit, wie im Folgenden noch näher dargelegt werden wird, die besten Konstellationen im Hinblick auf die Verbindungsbereiche an den Ecken erreichen lassen. Bei der Zahl der benötigten Bänder ist selbstverständlich auch die Breite zu beachten. Nachdem Hochtemperatursupraleiterbänder in verschiedenen Breiten existieren, lässt sich im Zweifel über eine Breitenanpassung auch eine gerade Anzahl der in einem Spulenleiter benötigten Hochtemperatursupraleiterbänder erreichen. Allgemein hat es sich in der Praxis gezeigt, dass zwei bis sechs Hochtemperatursupraleiterbänder meist ausreichend sind, um den benötigten Strom in einem Kraftwerksgenerator als elektrische Maschine zu tragen.
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Konkret kann vorgesehen sein, dass die Hochtemperatursupraleiterbänder eines jeweiligen Spulenleiters wenigstens teilweise übereinander (face-to-face) und/oder wenigstens teilweise nebeneinander (edge-to-edge) parallel geführt sind. Es ist also sowohl möglich, die Hochtemperatursupraleiterbänder so zu führen, dass sich ihre flachen Seiten zugewandt sind, sie mithin einen Stapel bilden, was eine äußerst kompakte Ausgestaltung des Spulenleiters erlaubt. Steht der benötigte Raum zur Verfügung, ist es jedoch denkbar, die Hochtemperatursupraleiterbänder nebeneinander (mit ihren schmalen Seiten einander zugewandt) zu führen, was, worauf im Folgenden noch näher eingegangen werden wird, Vorteile bezüglich der Kontaktierung in den Verbindungsbereichen mit sich bringen kann. Dabei sei bereits an dieser Stelle allgemein darauf hingewiesen, dass bezüglich der Längsabschnitte der Sattelspule im Rotor meist weniger Bauraum zur Verfügung steht, so dass hier eine kompakte Ausgestaltung eher bevorzugt ist, mithin Hochtemperatursupraleiterbänder bevorzugt übereinander geführt werden. In den Endbereichen des Rotors, in denen die Querabschnitte zu liegen kommen, steht jedoch häufig mehr Bauraum zur Verfügung, so dass hier Ausgestaltungen, in denen die Hochtemperatursupraleiterbänder nebeneinander liegen (und somit ein breiter Spulenleiter entsteht) eher eingesetzt werden können. Kombinationen von übereinander angeordneten Hochtemperatursupraleiterbändern in den Längsabschnitten und nebeneinander angeordneten Supraleiterbändern in den Querabschnitten können zu äußerst widerstandsarmen, leicht verbindbaren sowie gegebenenfalls weitere Vorteile aufweisenden Kombinationen führen, wie im Folgenden noch näher erläutert werden wird.
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Die Spulenleiter der Querabschnitte und die Spulenleiter der Längsabschnitte können sich bezüglich der Zahl der Hochtemperatursupraleiterbänder und/oder deren geometrischer Anordnung und/oder deren Ausdehnung unterscheiden. Dies ist ein weiterer, massiver Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, denn im Gegensatz zu gewickelten Rotorspulen bestehen bei der erfindungsgemäßen Sattelspule eine Vielzahl zusätzlicher Freiheitsgrade, insbesondere dahin, die Längsabschnitte und die Querabschnitte, beispielsweise den Anforderungen an den Bauraum und/oder die Feldverhältnisse entsprechend, lokal anzupassen, wobei eine unterschiedliche Ausgestaltung auch der Herstellung eines verbesserten Widerstands in den Verbindungsbereichen an den Ecken dienen kann. Beispielsweise ist es möglich, die Querabschnitte mit einer größeren Zahl an Hochtemperatursupraleiterbändern auszustatten, beispielsweise, um eine Reduzierung der Größe und/oder eine ungünstige Kontaktierung einer zusätzlichen Ausgleichs-Leiterschicht zu kompensieren und dergleichen.
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In einer konkreteren Ausbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass bei übereinanderliegend geführten Hochtemperatursupraleiterbändern in einem Spulenleiter die Hochtemperatursupraleiterbänder im Verbindungsbereich der Ecken beabstandet geführt werden, wobei jeweils ein Hochtemperatursupraleiterband des an der Ecke anschließenden Querabschnitts mit einem Hochtemperatursupraleiterband des Längsabschnitts direkt verbunden ist und die Hochtemperatursupraleiterbänder im Verbindungsbereich unter Nutzung der Beabstandung ineinander eingreifend angeordnet sind. Eine entsprechende Ausgestaltung ließe sich auch bei einem Verbindungselement realisieren, welches dann ein Eingriffprofil aufweist, in das die beabstandeten Hochtemperatursupraleiterbänder zur jeweiligen Kontaktierung eingreifen. Die Beabstandung der Hochtemperaturleiterbänder kann durch Auffächern an den Enden erreicht werden, denkbar und bevorzugt ist es jedoch, wenn ohnehin, beispielsweise durch andere Schichten, eine geeignete Beabstandung herbeigeführt werden kann, beispielsweise durch zusätzliche, zum Ausgleich beziehungsweise zur Kompensation bei starken Strömen vorgesehene normalleitende Leiterschichten, insbesondere aus Kupfer.
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Eine weitere konkrete Ausgestaltung sieht vor, dass in wenigstens einem Verbindungsbereich einer Ecke einer der zu verbindenden Spulenleiter, in dem Hochtemperatursupraleiterbänder übereinander geführt sind, ein gestuftes, die Hochtemperatursupraleiterbänder in Längsrichtung beabstandet freilegendes Ende aufweist und der andere der zu verbindenden Spulenleier versetzt entsprechend der Beabstandung nebeneinander verlaufende Hochtemperatursupraleiterbänder aufweist, wobei jeweils ein Paar von Hochtemperatursupraleiterbändern miteinander direkt verbunden ist. Auch für eine gestufte Ausgestaltung gilt grundsätzlich, dass sie auch bei Vorhandensein eines Verbindungselements, welches dann ein entsprechendes passendes gestuftes Verbindungsprofil aufweist, möglich und sinnvoll ist. Bei einer vorgesehenen direkten Verbindung der Hochtemperatursupraleiterbänder ist es in diesem Kontext zweckmäßig, wenn die nebeneinander verlaufenden Hochtemperatursupraleiterbänder des anderen Supraleiters, insbesondere des Querabschnitts, in ihrer Höhe entsprechend der Stufung des gestuften Endes versetzt sind. Auf diese Weise lässt sich eine besonders einfache Kontaktierung erreichen, wobei bei direkter Kontaktierung der Hochtemperatursupraleiterbänder miteinander wiederum, wie allgemein sinnvoll, bevorzugt die Hochtemperatursupraleiterschichtseiten miteinander verbunden werden.
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Eine zweckmäßige, vorteilhafte konkrete Ausführungsform ergibt sich ferner, wenn in einem Verbindungsbereich wenigstens einer Ecke nebeneinander geführte Hochtemperatursupraleiterbänder des einen Spulenleiters die nebeneinander geführten, zu verbindenden Hochtemperatursupraleiterbänder des anderen Spulenleiters alle überlappen und jeweils mit diesen allen verbunden sind. Auf diese Weise wird eine maximale Kontaktfläche zwischen den Hochtemperatursupraleitern der zu verbindenden Spulenleiter geschaffen, was den Widerstand zum einen deutlich erniedrigt, zum anderen eine Umverteilung von Strömen zwischen einzelnen Hochtemperatursupraleiterbändern auf besonders einfache Weise erlaubt. Auch ist in diesem Fall im Übrigen durchaus eine Kombination mit einem gestuften Ende denkbar. Bei entsprechend nebeneinander geführten Hochtemperatursupraleiterbändern ergibt sich im Übrigen auch bei Verwendung eines Verbindungselements eine große Kontaktfläche, so dass entsprechende Ausgestaltungen auch bei Vorsehen eines solchen Verbindungselements zweckmäßig sein können.
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Bezüglich des zwischengeschalteten Verbindungselements, welches beispielsweise als ein massives Endstück und/oder aus gut leitendem Metall, insbesondere Kupfer oder Aluminium, ausgebildete sein kann, ist im Allgemeinen noch anzumerken, dass ein derartiges Verbindungselement zwar etwas Gewicht und Widerstand hinzufügen mag, auf der anderen Seite aber eine deutlich größere Verbindungsfläche pro Hochtemperatursupraleiterband erlaubt, so dass der Gesamtwiderstand erniedrigt werden kann. Zweckmäßig kann eine solche Ausgestaltung beispielsweise dann sein, wenn die internen Schnittstellenwiderstände in den Hochtemperatursupraleiterbändern zu hoch und/oder nicht uniform verteilt und/oder nicht hinreichend gut vorhersagbar sind. Bei der Verwendung solcher Verbindungselemente gilt ferner, dass sie leichter zu isolieren sind, mechanisch zu befestigen sind und mit einer Kühleinrichtung der elektrischen Maschine für den Rotor verbindbar sind.
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Die im Vorangehenden genannten vier Grundmöglichkeiten (führen der Hochtemperatursupraleiterbänder als Stapel/nebeneinander; gestuftes Ende; Verbindungselement; ein Hochtemperatursupraleiterband/mehrere Hochtemperatursupraleiterbänder) können situationsgerecht für die entsprechenden Sattelspulen/Rotoren und die konkreten Anwendungen optimal kombiniert werden, so dass sich hier beispielsweise durch unterschiedliche Kombinationen bereits sechzehn unterschiedliche Ausgestaltungen ergeben.
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Bei einer mehrere Spulenwindungen umfassenden Sattelspule und aufgrund der Verbindung an den Ecken in der Höhe ausgedehnteren Spulenwindungen können die Spulenleiter an den Ecken auseinandergeführt sein und/oder die Spulenwindungen können durch eine Isolatorschicht beabstandet sein. Letztlich können die Spulenleiter dann aufgefächert werden, um den Raum für die Verbindungen zu schaffen und/oder es können ohnehin Abstände zwischen den einzelnen Spulenleitern, beispielsweise durch Isoliermaterial gegeben sein.
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Eine andere Möglichkeit der Flexibilität ist jedoch gegeben, wenn zusätzliches Leitermaterial zum elektrischen Ausgleich verwendet wird, dessen Anordnung beziehungsweise konkrete Ausgestaltung ebenso genutzt werden kann, um Räume bereitzustellen, die der konkreten Kontaktierung der Hochtemperatursupraleiterbänder der Spulenleiter dienen.
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Vorzugsweise können die Spulenleiter mithin zusätzlich wenigstens eine Leiterschicht aus einem normal leitenden Material, insbesondere Kupfer, umfassen, welche in elektrischem Kontakt zu jedem Hochtemperatursupraleiterband des jeweiligen Spulenleiters steht, insbesondere wenigstens zu einer die Hochtemperatursupraleiterschicht aufweisenden Seite der Hochtemperatursupraleiterbänder. Eine derartige Leiterschicht kann beispielsweise bei Überstrom einen Teil des durch den Spulenleiter geführten Stroms übernehmen. Die Leiterschicht dient mithin der elektrischen Stabilisierung und stellt einen Parallelwiderstand bereit; besondere Vorteile sind, insbesondere bei der Verwendung von Kupfer als normal leitendes Leitermaterial, auch eine hervorragende Wärmeleitung und/oder Wärmekapazität.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung kann nun vorgesehen sein, dass in dem Verbindungsbereich wenigstens einer Ecke wenigstens ein Freiraum für wenigstens ein zu verbindendes Hochtemperatursupraleiterband durch Weglassen wenigstens eines Teils der Leiterschicht am Ende wenigstens eines Spulenleiters besteht. Das Vorhandensein des zusätzlichen Leitermaterials bietet mithin die Flexibilität, Freiräume zur eigentlichen Kontaktierung der Hochtemperatursupraleiterbänder zu schaffen, indem die Leiterschicht bereits kurz vor Erreichen der Ecke endet und somit den entsprechenden Freiraum bereitstellt. Auf diese Weise kann auf Auffächerungen und/oder bezüglich unterschiedlicher Spulenwindungen zugeordneten Spulenleitern auf Isolationsmaterial und dergleichen wenigstens teilweise, bevorzugt völlig, verzichtet werden.
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In einer konkreten, vorteilhaften Ausgestaltung in diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass einer der an einer Ecke verbundenen Spulenleiter, insbesondere der einem Längsabschnitt zugeordnete Spulenleiter, eine geringere Zahl von Hochtemperatursupraleiterbändern als der andere Spulenleiter, insbesondere der einem Querabschnitt zugeordnete Spulenleiter aufweist, wobei bei dem einen Spulenleiter die Hochtemperatursupraleiterbänder mit einer Hochtemperatursupraleiterschichtseite mit der jeweiligen Leiterschicht verbunden sind, bei dem anderen mit der Substratseite. Auf diese Weise ist ein auch geringerem Bauräumen genügender Längsabschnitt realisierbar, indem die Hochtemperatursupraleiterbänder, geringer in ihrer Zahl, übereinander geführt auf ihrer Hochtemperatursupraleiterschichtseite mit der wenigstens einen Leiterschicht verbunden sind. Ist dies für den Querabschnitt nicht der Fall, das bedeutet, schließt dort die Leiterschicht auf der Substratseite an, kann dies über zusätzliche Hochtemperatursupraleiterbänder ausgeglichen werden. Konkret kann mithin vorgesehen sein, dass die Hochtemperatursupraleiterbänder des einen Spulenleiters, insbesondere des Längsabschnitts, übereinander angeordnet sind und die Hochtemperatursupraleiterbänder des anderen Spulenleiters wenigstens teilweise nebeneinander.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Maschine, insbesondere eine Synchronmaschine, weist einen wenigstens zwei Pole aufweisenden Rotor mit wenigstens einer erfindungsgemäßen Sattelspule auf. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Sattelspule lassen sich analog auf die erfindungsgemäße elektrische Maschine übertragen, mit welcher mithin ebenso die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere handelt es sich bei dem Rotor um einen zweipoligen Rotor, während es sich bei der elektrischen Maschine bevorzugt um einen Kraftwerksgenerator („Utility Generator“) handelt. Besonders bevorzugt ist es, wie bereits eingangs dargelegt, wenn sich die flache Seite der Hochtemperatursupraleiterbänder möglichst weitgehend, insbesondere vollständig, senkrecht zur Radialrichtung des Rotors erstreckt.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
- 1 einen Querschnitt eines Rotors einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine mit erfindungsgemäßen Sattelspulen,
- 2 die Struktur einer Spulenwindung der Sattelspule,
- 3 eine Prinzipskizze zur Verbindung von Querschnitten und Längsabschnitten,
- 4 eine erste konkrete Ausgestaltung einer Ecke der Sattelspule in einer Aufsicht,
- 5 einen Querschnitt entlang der Linie V-V in 4,
- 6 einen Querschnitt entlang der Linie VI-VI in 4,
- 7 eine zweite konkrete Ausgestaltung einer Ecke der Sattelspule in einer Aufsicht,
- 8 einen Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7,
- 9 einen Querschnitt entlang der Linie IX-IX in 7,
- 10 eine dritte konkrete Ausgestaltung einer Ecke der Sattelspule,
- 11 einen Querschnitt entlang der Linie XI-XI in 10,
- 12 aufgefächerte Spulenleiter zur Schaffung eines Freiraums zur Kontaktierung,
- 13 eine vierte konkrete Ausgestaltung einer Ecke der Sattelspule,
- 14 einen Querschnitt entlang der Linien XIV-XIV in 13,
- 15 eine fünfte konkrete Ausgestaltung der Ecke der Sattelspule,
- 16 einen Querschnitt entlang der Linie XVI-XVI in 15,
- 17 einen Querschnitt entlang der Linie XVII-XVII in 15,
- 18 eine sechste konkrete Ausgestaltung der Ecke der Sattelspule,
- 19 einen Querschnitt entlang der Linie XIX-XIX in 18,
- 20 einen Querschnitt entlang der Linie XX-XX in 18,
- 21 einen Querschnitt entlang der Linie XXI-XXI im Verbindungsbereich bei einer Verbindung gemäß 15 oder 18,
- 22 eine siebte konkrete Ausgestaltung der Ecke der Sattelspule,
- 23 einen Querschnitt entlang der Linie XXIII-XXIII in 22, und
- 24 einen Querschnitt entlang der Linie XXIV-XXIV in 22.
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1 zeigt als eine Prinzipskizze einen zweipoligen Rotor 1 einer erfindungsgemäßen elektrischen Maschine, wobei der Rotor 1 innerhalb eines hier der Übersichtlichkeit halber nicht dargestellten Stators der elektrischen Maschine drehbar gelagert ist. Der Rotor 1 umfasst zwei Sattelspulen 2, die symmetrisch zu einer Mittenebene 3 (Äquatorebene) des Rotors 1 angeordnet sind. Bei der elektrischen Maschine kann es sich insbesondere um einen Kraftwerksgenerator handeln.
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Von der Sattelspule 2 sind vorliegend hauptsächlich die kopfseitigen Kopfstücke 4 zu sehen, die an Ecken 5 windungsweise mit Längsstücken aus entsprechenden Längsabschnitten verbunden sind.
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2 zeigt die Struktur einer Spulenwindung 6 der Sattelspule 2 diesbezüglich genauer in einer Aufsicht. Ersichtlich sind die Spulenwindungen 6 und somit die Sattelspule 2 rechteckig in der Aufsicht ausgestaltet und weisen jeweils Längsabschnitte 7, die in axialer Richtung des Rotors 1 verlaufen, und Querabschnitte 8, die die Kopfstücke 4 bilden, auf. An den Ecken 5 sind die Abschnitte 7, 8 jeweils verbunden, wie im Folgenden noch genauer erläutert wird. Die Querabschnitte 8 sind in einer Kreisabschnittsform gewölbt, wie es sich aus 1 ersehen lässt, so dass die Sattelform der Sattelspule 2 entsteht. Hierdurch kann der Bereich um die Rotorachse 9 für den Anschluss einer hier nicht näher gezeigten Kühleinrichtung der elektrischen Maschine und elektrische Leitungen freigehalten werden.
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Die Längsabschnitte 7 und die Querabschnitte 8 umfassen jeweils wenigstens ein Hochtemperatursupraleiterband in dem durch sie gebildeten Spulenleiter, wobei üblicherweise mehrere Hochtemperatursupraleiterbänder, insbesondere 2 bis 6, vorgesehen sind. Die flachen Seiten der Hochtemperatursupraleiterbänder verlaufen dabei innerhalb des Rotors 1 so, dass sie sich immer senkrecht zur jeweiligen Radialrichtung 10 des Rotors 1 erstrecken, so dass auch die Wölbung der Querabschnitte 8/der Kopfstücke 4 entsprechend gewählt ist. Dies hat zur Folge, dass nicht nur das Biegen der Querabschnitte 8 in der „einfachen“, diese am wenigsten mechanisch belastenden Biegerichtung der Hochtemperatursupraleiterbänder erfolgt, sondern auch, dass die große Zentrifugalkraft in dem Rotor 1 als Druck nur in einer Richtung senkrecht zur Ebene der Hochtemperatursupraleiterbänder wirkt, wo diese diesen Kräften besonders gut standhalten.
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In den Ecken 5 in entsprechenden Verbindungsbereichen sind die Spulenleiter der Längsabschnitte 7 und der Querabschnitte 8 in einem 90°-Winkel verbunden, wie dies in 3 nochmals deutlicher gezeigt ist.
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Die Hochtemperatursupraleiterbänder weisen jeweils eine Hochtemperatursupraleiterschicht aus einem Hochtemperatursupraleiter, insbesondere einen Hochtemperatursupraleiter zweiter Generation, zu einer Seite auf, die von einem Substrat getragen wird. Zwischen dem Substrat und der Hochtemperatursupraleiterschicht können Pufferschichten vorgesehen sein.
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Die bevorzugt direkte Verbindung von Hochtemperatursupraleiterbändern an den Ecken 5 ist durch Verpressen mit Indium oder Löten an den Hochtemperatursupraleiterschichtseiten hergestellt. Entsprechende Verfahren sind aus den bereits in der allgemeinen Beschreibung diskutierten Artikeln bekannt, so dass eine niederohmige Verbindung, die gut zu kühlen bleibt, vorliegt.
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Die folgenden Figuren stellen nun konkrete Realisierungen der Verbindungsbereiche an den Ecken 5 im größeren Detail dar, wobei in den Ausführungsbeispielen der 4 bis 8 der Übersichtlichkeit halber zunächst nur die Hochtemperatursupraleiterbänder und deren Verlauf im Detail gezeigt sind; in den 9 bis 12 sind vorteilhafte Weiterbildungen bei Vorliegen einer zusätzlichen Leiterschicht aus einem normalleitenden Material, insbesondere Kupfer, dargestellt. Dabei ist die Konvention, dass in diesen Zeichnungen horizontal der Spulenleiter des Längsabschnitts 7 verläuft, vertikal der Spulenleiter des Querabschnitts 8.
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Die 4 bis 6 zeigen in einem ersten konkreten Ausführungsbeispiel eine Aufsicht 12 auf den Verbindungsbereich in 4, einen Querschnitt 11 der jeweiligen Spulenleiter bezüglich der Hochtemperatursupraleiterbänder 14 in 5 und einen Querschnitt 13 des Verbindungsbereichs in 6. Dabei sind vorliegend, wie auch in den 7 bis 14, beispielhaft drei Hochtemperatursupraleiterbänder seitens des Spulenleiters des Längsabschnitts 7 dargestellt; der Spulenleiter des Querabschnitts 8 kann für jedes Hochtemperatursupraleiterband 14 des Spulenleiters des Längsabschnitts 7 mehrere, beispielsweise 2, Hochtemperatursupraleiterbänder 14 aufweisen; diese optionalen zusätzlichen Hochtemperatursupraleiterbänder sind in den 4 bis 14 gestrichelt angedeutet.
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Wie 5 und 6 in den Querschnitten 11 und 13 zeigen, sind die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 beider Spulenleiter dort übereinander angeordnet, mithin in einer äußerst platzsparenden Anordnung, liegen mithin als ein Stapel vor. An den zur Ecke 5 hin gelegenen Enden der Spulenleiter sind diese, wie der Querschnitt 13 zeigt, aufgefächert, dass die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 ineinander eingreifen können und in den entsprechenden Überlappungsbereichen 15 direkt mit einem Hochtemperatursupraleiterband 14 des jeweils anderen Spulenleiters verbunden werden können. Durch das Auffächern wird allerdings im Verbindungsbereich mehr Raum in der Höhe benötigt.
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Es sei angemerkt, dass es grundsätzlich auch denkbar ist, jeden Spulenleiter nur an einer Stelle mit dem jeweils anderen Spulenleiter zu verbinden, was jedoch weniger bevorzugt ist.
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Die 7 bis 9 zeigen ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel, bei dem die benötigte Höhe im Bereich der Ecke 5 reduziert ist. Wie der Querschnitt 13 in 9 zeigt, ist der Spulenleiter 13, der mit übereinander gestapelten Hochtemperatursupraleiterbändern 14 wiederum vom Längsabschnitt 7 eintrifft, an seinem Ende 16 gestuft ausgebildet, so dass in bestimmten aufeinanderfolgenden Abschnitten einzelne der übereinander gestapelten Hochtemperatursupraleiterbänder 14 freigelegt werden. In dem Spulenleiter des Querabschnitts 8 sind die Hochtemperatursupraleiterbänder nun seitlich nebeneinander angeordnet, um den Stufenabstand versetzt und idealerweise auch in ihrer Höhe leicht versetzt, so dass sie unmittelbar mit dem zugehörigen Hochtemperatursupraleiterband 14 des Spulenleiters des Längsabschnitts in Berührung kommen und entsprechend, beispielsweise durch Verpressen oder Löten mit diesem verbunden werden können. Dabei wird weniger Raum in der Höhe und somit weniger Platz an den Spulenköpfen benötigt, wobei allerdings der Spulenleiter des Querabschnitts 8 breiter ausgeführt ist. Das Ausführungsbeispiel gemäß 4 bis 6 ist insgesamt als etwas robuster zu bewerten.
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Die 10 und 11 zeigen ein weiteres mögliches Ausführungsbeispiel, in dem sowohl die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 des Spulenleiters des Längsabschnitts 7 als auch die Hochtemperaturleiterbänder 14 des Spulenleiters des Querabschnitts 8 nebeneinander angeordnet sind und im Verbindungsbereich der Ecke 5 jeweils mit jedem Hochtemperatursupraleiterband 14 des jeweils anderen Spulenleiters überlappen, so dass der Kontaktbereich für die Verbindung deutlich erhöht ist, eine einfache Umverteilung von Stromlasten stattfinden kann und ein großer Anschlussbereich für Kühlverbindungen besteht. Der große Kontaktbereich, vgl. Überlappungsbereiche 15, sorgt für einen geringeren Gesamtwiderstand.
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12 zeigt ein Auffächern von mehreren übereinander liegenden Spulenleitern 17, die unterschiedlichen Spulenwindungen oder derselben Spulenwindung angehören können, für das Ausführungsbeispiel gemäß 10 bis 12. Es ergibt sich für jeden der Spulenleiter 17 ein hinreichender Raum zur Herstellung der Verbindung mit dem entsprechend aufgefächerten Spulenleitern 17 des Querabschnitts 8, deren (optionale und in diesem Ausführungsbeispiel in jedem Fall vorhandene) Hochtemperatursupraleiterbänder 14 entsprechend gezeigt sind. Die Spulenleiter 17 können, insbesondere im Fall von unterschiedlichen Spulenwindungen, auch durch Isolationsmaterial beabstandet sein, um ein Auffächern wenigstens teilweise zu vermeiden.
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Weitere Möglichkeiten, insbesondere auch im Fall einer einzigen Spulenwindung, ergeben sich durch die im Hinblick auf die 15 bis 24 dargestellten Beispiele mit einer zusätzlichen Leiterschicht.
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Die 13 und 14 zeigen ein weiteres, viertes Ausführungsbeispiel der Verbindung in der Ecke 5, wobei dort ein Verbindungselement 18, hier aus Kupfer, verwendet wird, welches profiliert ist, um die wiederum gestuft ausgeführten Enden 16 beider Spulenleiter 17, in denen drei Hochtemperatursupraleiterbänder 14 übereinander liegen, aufzunehmen und eine Kontaktfläche für die Hochtemperatursupraleiterschichtseite jedes Hochtemperatursupraleiterbandes 14 bereitzustellen. Das Verbindungselement 18 fügt Gewicht und Widerstand hinzu, erlaubt jedoch einen größeren Kontaktbereich pro Hochtemperatursupraleiterband 14, so dass der Gesamtwiderstand sinkt. Zudem ist die mechanische Robustheit erhöht und die Anbindung an ein Kühlsystem vereinfacht.
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Die 15 bis 24 zeigen nun Ausgestaltungen, in denen zusätzlich wenigstens eine Leiterschicht aus einem normal leitenden Material, hier Kupfer, verwendet wird. Dies erlaubt zusätzliche Flexibilität, insbesondere was das Bereitstellen von Freiräumen im Verbindungsbereich an den Ecken 5 angeht. Dabei ist in den 15, 18 und 22 jeweils eine (teilgeschnittene) Aufsicht auf die Ecke 5 gezeigt; Querschnitten der Spulenleiter 17 ergeben sich aus den 16, 17, 19, 20, 23 und 24 und ein Verbindungsbereichsquerschnitt aus 21 gezeigt.
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Das fünfte konkrete Ausführungsbeispiel der 15 bis 17 nutzt dabei einen Spulenleiter 17 des Längsabschnitts 8, der zwei Hochtemperatursupraleiterbänder 14 aufweist, die mit einander zugewandten Hochtemperatursupraleiterschichten 19 übereinander geführt sind, wobei zwischen den Hochtemperatursupraleiterbändern 14 die Leiterschicht 20 aus Kupfer angeordnet ist. Umgebend ist ein isolierendes Material 21 angedeutet.
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Für den Spulenleiter 17 des Querabschnitts 8, der von unten in die 15 einläuft, ist zu erkennen, dass hier nebeneinander angeordnete, in Zweierpärchen jeweils leicht höhenversetzte Hochtemperatursupraleiterbänder 14 vorgesehen sind. Die Hochtemperatursupraleiterschichten 19 weisen dabei nach außen, weg von den auch dort vorgesehenen Leiterschichten 20, so dass ein schlechterer Kontakt gegeben ist, wozu jedoch mehr Hochtemperatursupraleiterbänder vorliegen als im Spulenleiter 17 des Längsabschnitts 7.
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Die Leiterschicht 20 des Spulenleiters 17 des Längsabschnitts 7 endet an einer Stelle 22, um einen Freiraum zu schaffen, in den die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 des Spulenleiters 17 des Querabschnitts 8 einragen können, wobei die Hochtemperatursupraleiterschichten 19 jeweils aneinander angrenzen und mit einem der genannten Verfahren direkt verbunden sind. Dabei wird in diesem Ausführungsbeispiel im Übrigen ausgenutzt, dass am Rotorkopf mehr Raum besteht und daher der Spulenleiter 17 des Querabschnitts 8 ausgedehnter ausgestaltet werden kann als der Spulenleiter 17 des Längsabschnitts 7.
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Während das Ausführungsbeispiel der 15 für einen geringen Zusatz an Kupfer ausgestaltet ist, zeigen 18 bis 20 eine Modifikation für einen Fall, in dem eine größere Menge Kupfer für jeden der Spulenleiter 17 verwendet werden soll. Ersichtlich erstreckt sich das Kupfermaterial der Leiterschicht 20 nun auch neben den Hochtemperatursupraleiterbändern 14 weiter, während die Leiterschichten 20 des Spulenleiters 17 des Querabschnitts 8 so erweitert sind, dass das Kupfer die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 auch an der Seite der Hochtemperatursupraleiterschicht 19 kontaktiert. Die abdeckenden Anteile der Leiterschichten 20 enden auch hier entsprechend vor dem Verbindungsbereich in der Ecke 5, um die entsprechende Verbindung zu ermöglichen.
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21 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie XXI - XXI in 18, der auch für 15 bis 17 den Verbindungsbereich genauer erläutert. Zu erkennen ist deutlich das Enden der Leiterschicht 20 des Spulenleiters 17 des Längsabschnitts 7 zwischen den Hochtemperatursupraleiterbändern 14 dieses Spulenleiters, um einen Freiraum zu schaffen, in den die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 des anderen Spulenleiters 17 des Querabschnitts 8 eingreifen, so dass die Hochtemperatursupraleiterbänder 14 jeweils mit ihren Seiten der Hochtemperatursupraleiterschicht 19 verbunden sind. Dabei ist idealerweise keine Verdickung im Verbindungsbereich erforderlich.
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Die 22 bis 24 zeigen schließlich eine modifizierte, weitere Ausführungsform, in der ebenso eine große Menge an Kupfer benötigt wird. Während der Spulenleiter 17 des Längsabschnitts 7 wiederum wie in 15 bis 17, nur mit einer dickeren Leiterschicht 20, ausgebildet ist, wird der durch die dickere Leiterschicht 20 des Spulenleiters 17 des Längsabschnitts 7 genutzte zusätzliche Raum für den Spulenleiter 17 des Querabschnitts 8 genutzt, um jeweils zwei nebeneinander geführte Hochtemperatursupraleiterbänder 14 übereinander anzuordnen, wobei zusätzlich auch eine Leiterschicht 20 dazwischen vorgesehen ist.
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Dies verdeutlicht nochmals die Vielzahl an Optionen, die sich aufgrund der Flexibilität der Möglichkeit zur unterschiedlichen Gestaltung der Spulenleiter 17 des Längsabschnitts 7 und des Querabschnitts 8 und durch das Hinzufügen von Kupfer ergibt.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 0120756 A1 [0008]
- DE 20318174 U1 [0008]
- DE 102008035655 A1 [0009]
