DE112008000036T5 - Supraleitende Synchronmaschine - Google Patents

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Young Kil Changwon Kwon
Ho Min Changwon Kim
Seung Kyu Changwon Baik
Eon Young Gimhae Lee
Jae Deuk Masan Lee
Sang Ho Jinhae Lee
Yeong Chun Changwon Kim
Young Sik Gimhae Jo
Gang Sik Changwon Ryu
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Korea Electrotechnology Research Institute KERI
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Korea Electrotechnology Research Institute KERI
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • H02K55/02Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
    • HELECTRICITY
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Abstract

Supraleitende Synchronmaschine, mit
einer supraleitenden aus supraleitendem Draht gewickelten Feldspule, die durch Gleichstrom anregbar ist,
die supraleitende Feldspule ist in einem Kühlbehälter angeordnet, der ein cryogenes Kühlmedium enthält, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff oder flüssiges Neon und ist direkt mit einer Kältemaschine verbunden, um über ein Übertragungskühlverfahren gekühlt zu werden.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine supraleitende Erregerwicklung einer supraleitenden Synchronmaschine, aufgebaut aus, einem Rotor mit zwei Induktoren aus einem magnetischen Material und einem Feldkern, einer Erregerwicklung umfassend eine supraleitende Wicklung, die während des Betriebes nicht rotiert, wobei die Erregerwicklung durch Gleichstrom derart angeregt wird, dass einer der beiden Induktoren ein N-Pol und der andere ein S-Pol wird, eine kernfreie Ankerwicklung, die dreiphasig angeregt wird, die um jeden Induktor angeordnet ist und ein äußerstes Bauteil, das von einer mechanischen Abschirmung umgeben ist und betrifft den Aufbau einer Spule und ein Kühlverfahren.
  • Technischer Hintergrund
  • Im Allgemeinen nimmt bei einem herkömmlichen phasenleitenden Motor ein Magnetkern, hergestellt aus magnetischem Material, wie zum Beispiel laminierten Silikon-Stahlplatten, das meiste Gewicht des Rotors ein, und eine Feld- und eine Ankerspule werden in einen Schlitz eingebracht, der den Kern aufnimmt. Indes verwendet ein supraleitender Motor eine supraleitende Erregerwicklung, die ein starkes magnetisches Feld erzeugt und so die gleiche Leistung abgibt, wie die herkömmlichen phasenleitenden Motoren, bei der Hälfte bis zu einem Drittel der Größe von herkömmlichen phasenleitenden Motoren, ohne den Kern im Motor zu verwenden.
  • Um die gewünschte Leistung mit kernfreiem Aufbau, der den Kern nicht verwendet, bereitzustellen, wird eine Feld- bzw. Erregerspule in einem rotierenden Kälteregler derart angeordnet, dass ein starkes magnetisches Feld unter supraleitenden Bedingungen bereitgestellt wird. Somit müssen Einrichtungen zum Kühlen supraleitender Spulen zusammen mit elektrischen Spulen angeordnet werden. Im Falle einer Feldspule aus Bi2223 oxid-basierten supraleitenden Drähten, die bisher nicht in der Drehmaschinentechnik verwendet werden und kürzlich in der Kältetechnik verwendet wurden, wird die Feldspule auf in etwa 30 Kelvin heruntergekühlt und flüssiges Neon oder gasförmiges Helium wird meist als Kühlmedium verwendet.
  • Der supraleitende Motor/Generator ist dadurch vorteilhaft, dass ein starkes Magnetfeld in der supraleitenden Feldspule erzeugt werden kann sodass die Größe und das Gewicht deutlich reduziert werden im Vergleich mit herkömmlichen Maschinen und der Wirkungsgrad erhöht werden kann. Jedoch ist der supraleitende Motor/Generator dadurch nachteilig, dass die supraleitende Feldspule auf eine sehr niedrige Betriebstemperatur von 50 Kelvin oder weniger heruntergekühlt werden muss. Somit bleiben technische Schwierigkeiten aufgrund der Entwicklung der cryogenen Kühltechnologie aus, sogar wenn ein stationärer supraleitender Magnet, wie zum Beispiel ein MRI, einen Metall basierten supraleitenden Draht verwendet, der auf 4,2 Kelvin heruntergekühlt werden muss. Allerdings muss in einer stationären Kältemaschine, in der das Kühlmedium verflüssigt ist, und auch in einer Leitung durch die das Kühlmedium herein und heraus fließt, eine sehr niedrige Temperatur aufrechterhalten werden und ein Teil zum Koppeln eines drehbaren Teils mit einem stationären Teil ist erforderlich, um die rotierende supraleitende Feldspule, wie zum Beispiel bei einer supraleitenden Drehmaschine, mit einem Kühlmedium zu versorgen. Um dieses Problem zu lösen wird eine Ferro-Fluiddichtung installiert. Jedoch ist das Verbindungsteil im Aufbau komplex und ist schwach, sodass die Betriebssicherheit sich verschlechtert wenn der Motor/Generator für eine längere Zeitspanne betrieben wurde wobei die Kühleffizienz sich verschlechtert. Dadurch verringert sich der gesamte Wirkungsgrad des supraleitenden Motors/Generators.
  • Da die rotierende cryogene supraleitende Feldspule in der Regel ein konstantes Magnetfeld (DC magnetic field) erzeugt, wird sie als Erreger bzw. Feldspule für eine Synchronmaschine oder eine Gleichstrommaschine verwendet. Eine phasenleitende Kupferspule, die in bestehenden Motoren verwendet wurde, wird in einer Ankerwicklung, in der ein sich wechselndes Magnetfeld (AC magnetic field) erzeugt wird, verwendet.
  • Somit sind die meisten supraleitenden Maschinen, die zur Zeit entwickelt worden sind, so aufgebaut, dass eine Magnetfeld Abschirmung auf der äußersten Schicht der Maschine vorgesehen ist, die durch Schichten eines ferromagnetischen Körpers ausgebildet ist, der auf die vorhandenen Drehmaschinen in zylindrischer Form aufgebracht wird und eine Drei-Phasen-Leitspule bzw. eine Drehstrom-Wicklung ist innerhalb des mechanischen Schildes angeordnet.
  • Ein thermischer Isolator, aus Aluminium oder Kupfer und mit guten elektrischen Leiteigenschaften, ist zwischen der Ankerwicklung und der supraleitenden Feldspule angeordnet wobei Flüsse Strom induzieren, wenn die bestehende Synchronmaschine außer Tritt kommt, sodass das Wiederherstellen einer synchronen Geschwindigkeit unterstützt wird. Zudem dient der thermische Isolator dazu zu verhindern, dass ein magnetisches Wechselstromfeld, das in der Ankerwicklung erzeugt wird, die supraleitende Feldspule beeinflusst, die ein konstantes Magnetfeld erzeugt. Ein cryogener Isolator, der zwischen der Kältemaschine und der supraleitenden Feldspule angeordnet ist, dient dazu die abstrahlende Wärme, die von einer äußeren Abdeckung des Rotors übertragen wird, abzuhalten. Im Allgemeinen wird der thermische Isolator verwendet, wenn die Oxid-basierten supraleitenden Drähte verwendet werden, die hoch invariant sind bzw. eine hohe Unveränderlichkeit aufweisen.
  • Da der derzeit entwickelte supraleitende Motor/Generator eine rotierende Feldstruktur aufweist, müssen die Probleme des cryogenen Kühlsystems der supraleitenden Maschine behoben werden, diese sind, der komplexe Aufbau zum Kühlen der rotierenden supraleitenden Feldspule, die Verschlechterung der Betriebssicherheit und die Verminderung der Kühleffizienz aufgrund langer Betriebszeiten. Das heißt, dass eine Verbesserung des cryogenen Kühlsystems der supraleitenden Drehmaschine erforderlich ist. Zudem, wenn die supraleitende Feldspule einen kernfreien Aufbau bei einer mittleren oder kleinen Maschine mit ca. 10 MW aufweist, sind zu viele supraleitende Drähte, die teuer sind, erforderlich, so dass die Wirtschaftlichkeit des supraleitenden Motors/Generators gering ist.
  • Offenbarung
  • Technisches Problem
  • Dem entsprechend wurde die vorliegende Erfindung unter Berücksichtigung der oben erläuterten und im Stand der Technik auftretenden Probleme gemacht und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine supraleitende Feldspule, die in einem supraleitenden Motor/Generator verwendet wird, bereitzustellen, welche die Probleme eines vorhandenen cryogenen Kühlsystems löst und die Menge an supraleitendem Draht in einer Maschine gleicher Leistung minimiert.
  • Technische Lösung
  • Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine supraleitende Synchronmaschine bereit, mit einer supraleitenden Feldspule, die eine supraleitende Feldspule umfasst, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes ausgebildet ist und durch Gleichstrom erregt wird wobei die supraleitende Feldspule in einem Kühlbehälter angeordnet ist, der ein cryogenes Kühlmedium, wie zum Beispiel flüssigem Stickstoff oder flüssiges Neon enthält und der direkt mit einer Kältemaschine verbunden ist, um durch ein Kälteübertragungsverfahren gekühlt zu werden.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die supraleitende Feldspule zudem einen Rotor, der an beiden Seiten der supraleitenden Feldspule und des Kühlbehälters gegenüberliegenden Enden vorgesehen ist, einen Stator mit Kern, der außerhalb des Rotors vorgesehen ist, eine kernfreie Ankerwicklung bzw. Drehstromwicklung, die an einer inneren Oberfläche des Stators derart ausgebildet ist, dass sie den Induktor umgibt und die dreiphasig angeregt wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die supraleitende Feldspule zudem einen Isolator der ausgebildet ist, um die supraleitende Feldspule zu umgeben und abstrahlende Wärme vom Rotor und ein Wechselstrommagnetfeld, erzeugt durch die Ankerwicklung, zu unterbrechen bzw. abzuschirmen.
  • Zudem beinhaltet der Kühlbehälter mehrere Schichten eines Superisolators die den Kühlbehälter umgeben, um das Eindringen von Strahlungswärme zu verhindern und eine Vakuumschicht ist zwischen dem Kühlbehälter und dem Isolator vorgesehen.
  • In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt die vorliegende Erfindung eine supraleitende Synchronmaschine bereit, mit
    einer supraleitenden Feldspule, die eine einzelne Flach- bzw. Scheibenspule oder eine doppelte Scheibenspule umfasst, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahts ausgebildet ist und ein konstantes Feld erzeugt,
    einem Rotor umfassend einen Induktor vom Kern-Typ, der an beiden gegenüberliegenden Enden der supraleitenden Feldspule angeordnet ist und aus magnetischem Material ausgebildet ist,
    einem Feldkern, der im Zentrum der supraleitenden Feldspule angeordnet ist und einer Welle, die koaxial zum Induktor und dem Feldkern montiert ist und um eine Achse rotiert,
    einem Stator mit Kern, der außerhalb des Rotors angeordnet ist,
    einer kernfreien Ankerwicklung, die auf der inneren Oberfläche des Stators vorgesehen ist und dreiphasig angeregt wird, und
    einem Isolator, der vorgesehen ist, um die supraleitende Feldspule zu umgeben und Strahlungswärme vom Rotor und ein wechselndes Magnetfeld, das von der Ankerwicklung erzeugt wird, abzuschirmen. Hierbei ist die supraleitende Feldspule in einem Kühlbehälter angeordnet, der ein cryogenes Kühlmedium enthält, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff oder flüssiges Neon und direkt mit einer Kältemaschine zum Kühlen mittels eines Kälteübertragungsverfahrens verbunden ist und mehrere Schichten bzw. Lagen einer Superisolierung umgeben den Kühlbehälter, um das Eindringen von Strahlungswärme zu verhindern und eine Vakuumschicht ist zwischen dem Kühlbehälter und dem äußeren Umfang des Feldkerns oder zwischen dem Kühlbehälter und dem Isolator ausgebildet.
  • Zudem umfasst der Induktor einen ersten Induktor, der integriert mit dem Feldkern ausgebildet ist und mit mehreren herausstehenden Polen, die diametral von einem Ende des Feldkerns hervorstehen und einen zweiten Induktor, der gegenüberliegend dem ersten Induktor angeordnet ist und mehrere herausstehende Pole aufweist.
  • Die supraleitende Feldspule ist zwischen den herausstehenden Polen des ersten und zweiten Induktors angeordnet. Die supraleitende Feldspule ist aus BSCCO oder YBCO supraleitendem Draht ausgebildet und umfasst mehrere einfache oder doppelte Scheiben- bzw. Flachspulen.
  • Um eine supraleitende Feldspule, wie die eine oben beschriebene, zu kühlen, kann die supraleitende Feldspule in einem Kühlbehälter angeordnet sein und könnte durch Kühlmedien, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff oder flüssiges Neon gekühlt werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Feldspule stationär, so dass die Kältemaschine direkt mit der Feldspule verbunden ist und somit die Feldspule durch ein Kälteübertragungsfahren gekühlt wird.
  • Zudem ist der Isolator außerhalb des Kühlbehälters angeordnet und aus Aluminium- oder einer Kupferlegierung ausgebildet, so dass er die Festigkeit besitzt, um ein starkes Vakuum aufrechtzuerhalten, zusätzlich zum Abschirmen eines wechselnden oder sich ändernden Magnetfeldes, das bei einem abnormalen Betriebszustand erzeugt wird.
  • Hoch-Vakuumschichten sind zwischen dem äußeren Umfang der Feldspule und dem inneren Umfang des Kühlbehälters und zwischen dem äußeren Umfang des Kühlbehälters und dem inneren Umfang des Isolators ausgebildet, um auf diese Weise das Eindringen von Wärme in den Kühlbehälter zu verhindern. Des Weiteren sind mehrere Lagen eines Superisolators um den Kühlbehälter herum angeordnet, um das Eindringen von Strahlungswärme zu verhindern.
  • Der Isolator muss dazu ausgebildet sein, das Eindringen eines sich wechselnden Magnetfelds von der Ankerspule, das während abnormalem Betrieb auftritt, abzuschirmen und zusätzlich ein starkes Vakuum aufrechterhalten, deshalb ist der Isolator vorzugsweise aus Aluminium oder einer Kupferlegierung ausgebildet, die die erforderliche Festigkeit und überragende elektrische Leitfähigkeiten aufweist.
  • Vorteilhafte Effekte
  • Wie oben beschrieben, stellt die vorliegende Erfindung eine supraleitende Synchronmaschine bereit, bei der eine supraleitende Feldspule nicht rotiert wird, wenn die Maschine in Betrieb ist, so dass es leichter und einfacher ist, ein Kühlsystem zum Kühlen der supraleitenden Spule zu entwickeln im Vergleich zu supraleitenden Synchronmaschinen mit einem umlaufenden Feld, wodurch sich die Betriebssicherheit und Stabilität der Maschine erhöht und das Volumen des Gesamtsystems reduziert wird.
  • Zudem ist ein Isolator zwischen den herausstehenden Polen des ersten und zweiten Induktors angeordnet, so dass ein effektiver Spalt vermindert wird. Da der Rotor aus einem magnetischen Material ausgebildet ist, wird der Verlust magnetomotorischer Kraft verringert, so dass die Menge an supraleitendem Draht reduziert wird. Da der Feldkern 220 eine Bahn für den durch den Feldkern erzeugten magnetischen Fluss darstellt, wird die Wirkung des magnetischen Feldes auf die supraleitende Feldspule 100 vermindert und die Gefahr eines Quenchens, verursacht durch das magnetische Feld das in der Feldspule 100 erzeugt werden kann, wird reduziert. Zudem wird der magnetische Fluss im Luftspalt nicht alterniert, so dass das Volumen der Maschinen erhöht wird, aber das Kühlsystem ist vereinfacht und das Volumen des Gesamtsystems wird verringert. Die Maschine kann mehrpolig durch eine Änderung der Anzahl der Induktoren ausgebildet werden. Die supraleitende Feldspule weist einen Aufbau mit einfacher oder doppelter Scheibenform auf, somit ist es einfach, den Wickelvorgang durchzuführen.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1a und 1b sind Ansichten, die den Aufbau einer supraleitenden Synchronmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, und
  • 2 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer supraleitenden Feldspule, eines Kühlbehälters und eines Isolators, die wichtige Teile der vorliegenden Erfindung sind, zeigen.
  • Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
  • Im Folgenden wird das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen detailliert beschrieben.
  • Als bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden eine supraleitende Synchronmaschine vom gleichpoligen bzw. homopolaren Typ beschrieben. Bei dieser Synchronmaschine ist die Anzahl der Pole eines Rotors 200 sechs und eine Ankerwicklung 400 ist mit kernfreiem Aufbau bzw. mit Luftkern gewickelt.
  • Im Allgemeinen ist die supraleitende Synchronmaschine des gleichpoligen Typs eine solche Synchronmaschine, die mit einer synchronen Geschwindigkeit entsprechend der Anzahl der Pole und der Betriebsfrequenz der Maschine rotiert. Hierin wird die Betriebsgeschwindigkeit der Synchronmaschine nicht von Veränderungen der Last beeinflusst.
  • Die 1a und 1b zeigen den Aufbau und die Form von wichtigen Teilen der supraleitenden Synchronmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung und 2 zeigt die supraleitende Synchronmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung, bei der eine supraleitende Feldspule und ein Kühlbehälter in der Synchronmaschine vorgesehen sind und eine Kältemaschine die mit der supraleitenden Feldspule verbunden ist.
  • Wie in den Zeichnungen gezeigt, umfasst die supraleitende Synchronmaschine gemäß der vorliegenden Erfindung eine supraleitende Feldspule 100, einen Rotor 200, einen Stator 300, Ankerwicklungen 400, und einen Isolator 500.
  • Die supraleitende Feldspule 100 umfasst eine einzelne Flachspule oder eine doppelte Flachspule, die durch Wickeln eines bandförmigen supraleitenden Drahtes ausgebildet sind. Um ein gewünschtes magnetisches Feld und eine gewünschte Intensität bereitzustellen, wird eine einfache oder doppelte Flachspule verwendet oder es werden mehrere Flachspulen oder doppelte Flachspulen verwendet, die in Lagen angeordnet sind.
  • Die supraleitende Feldspule 100, die durch Schichten der einzelnen Flachspulen oder Doppelflachspulen ausgebildet wird, ist koaxial mit einem Feldkern 220 gekoppelt.
  • Hierin ist der supraleitende Draht ein Bi-2223 Draht oder ein YBCO hochtemperatursupraleitender-Draht, der ein Draht der zweiten Generation ist.
  • Die supraleitende Feldspule 100 ist zwischen den zwei Induktoren 210 angeordnet, die aus einem magnetischen Material ausgebildet sind, und koaxial mit dem Feldkern 220 gekoppelt ist, der in einen Induktor 210 integriert ist. Gleichstromleistung wird an die supraleitende Feldspule 100 angelegt, so dass die supraleitende Feldspule 100 von Gleichstrom angeregt wird und dadurch eine der beiden Induktoren 210 ein Nord-Pol und der andere ein Süd-Pol wird.
  • Die Induktoren 210 umfassen einen ersten Induktor 211, der integral mit dem Feldkern 220 ausgebildet ist und einen zweiten Induktor 212, der gegenüberliegend zum ersten Induktor 211 angeordnet ist. Der erste Induktor 211 umfasst mehrere herausstehende Pole 213, die diametral von einem Ende des Feldkerns 220 hervorstehen. Der zweite Induktor 212 umfasst mehrere herausstehende Pole 213 so dass sie den hervorstehenden Polen 213 des ersten Induktors 211 entsprechen. Dadurch ist die Anzahl der Pole des Rotors 200 sechs.
  • Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Anzahl von herausstehenden Polen 213 drei. Jedoch ist es für Fachleute offensichtlich, dass die Anzahl der herausstehenden Pole 213 in geeigneter Weise geändert werden kann ohne auf die Anzahl drei begrenzt zu sein.
  • Zudem ist der Stator 300 vom Kern-Typ außerhalb des Rotors 200 vorgesehen, so dass die Kältemaschine 600 thermisch mit der supraleitenden Feldspule 100 gekoppelt ist.
  • Zudem sind die Ankerwicklungen 400, mit einem kernfreien Aufbau, zwischen dem inneren Umfang des Stators 300 und den äußeren Umfängen der Induktoren 210 des Rotors 200 angeordnet und werden dreiphasig angeregt.
  • Hierin weist die supraleitende Feldspule 100, die nicht rotiert, einen kernfreien Aufbau um den Rotor 200, mit den Induktoren 210 und dem Feldkern 220, auf, wobei die Ankerwicklungen 400, die dreiphasig angeregt werden, ein rotierendes Magnetfeld erzeugen und dadurch wird der Rotor 200 gedreht.
  • Die supraleitende Feldspule 100 ist im Kühlbehälter 110 angeordnet, um eine sehr geringe Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Geeignete Kühlmedien, wie flüssiger Stickstoff oder flüssiges Neon, werden abhängig von der Betriebstemperatur ausgewählt.
  • Als weiteres Kühlverfahren kann eine Kältemaschine 600, vom G-M-Typ oder nach Pulsröhrenart (pulse tube type cryocooler), direkt mit der stationären supraleitenden Feldspule 100 verbunden werden, so dass die supraleitende Feldspule 100 über ein Kälteübertragungsverfahren oder Kältemediumströmverfahren gekühlt wird.
  • Dieses Kühlverfahren ist dadurch vorteilhaft, dass verschiedene Betriebstemperaturen ausgewählt werden können. Besonders wenn die YBCCO Drähte zweiter Generation, von denen zur Zeit die höchste Wirtschaftlichkeit erwartet wird, als supraleitende Feldspule verwendet werden, kann das Kühlverfahren beträchtlich die Betriebstemperatur erhöhen. Als Kühlverfahren kann ein Kühlverfahren verwendet werden das effektiv im Betriebsbereich von 50 Kelvin ist.
  • Wie in 1a und 2 gezeigt, ist eine Vakuumschicht 120 von ungefähr 10–5 Torr außerhalb des Kühlbehälters 110 ausgebildet, um das Eindringen von Wärme von außen zu verhindern. Die Oberfläche des Kühlbehälters 110 ist mit mehreren Lagen von Superisolierung bedeckt, zum Beispiel ein Aluminium-Dünnfilm, der eine sehr niedrige Strahlungsdichte aufweist, um die Übertragung von Strahlungswärme zu verhindern. Letztlich ist der zylindrische Isolator 500 außerhalb des Kühlbehälters 110 angeordnet und die Vakuumschicht 120 von ca. 10–5 Torr ist zwischen dem Kühlbehälter 110 und der inneren Oberfläche des Isolators 500 ausgebildet.
  • Hier dient der Isolator 500 zum Unterbrechen des magnetischen Wechselfeldes, das in der Ankerwicklung 400 erzeugt wird.
  • Nachfolgend werden die Eigenschaften von homopolaren supraleitenden Synchronmaschinen, die einfach hohes Drehmoment und statische Drehmomentausgabecharakteristiken für einen großen Arbeitsgeschwindigkeitsbereich aufweisen und die supraleitende Maschinen des umlaufenden Feld-Typs mit jenen verglichen.
  • Bei der wie oben beschrieben aufgebauten einpoligen homopolaren supraleitenden Synchronmaschine ist die Feldspule stationär, so dass die supraleitende Feldspule nicht rotiert wird während die Maschine in Betrieb ist. Auf diese Weise wird der Aufbau einer Vorrichtung zum Kühlen der supraleitenden Feldspule vereinfacht.
  • Zudem, da der Isolator 500 zwischen dem ersten und zweiten Induktor 211 und 212 angeordnet ist, wird ein effektiver Spalt verkleinert. Da der Rotor aus magnetischem Material ausgebildet ist, wird der Verlust an magnetomotorischer Kraft reduziert, so dass die Menge an supraleitendem Draht reduziert wird. Da der Feldkern 220 eine Bahn für durch die Feldspule erzeugten magnetischen Fluss darstellt, wird der Effekt, den das magnetische Feld auf die supraleitende Feldspule 100 ausübt reduziert.
  • Auf diese Weise wird das Quenchen, verursacht durch das magnetische Feld, das von der magnetischen Feldspule 100 erzeugt wird, reduziert. Der magnetische Luftspalt Fluss alterniert nicht, so dass das Volumen der Maschine sich erhöht, aber das Kühlsystem ist vereinfacht und das Volumen des Gesamtsystems wird reduziert.
  • Zudem, da der Rotor eine Kernstruktur aus magnetischem Material aufweist, wird die mechanische Stabilität erhöht. Die Maschine kann durch eine Änderung der Anzahl der Induktoren multi-polarisiert werden. Die Feldwicklung hat eine einfache oder doppelte Scheibenform, was den Wickelvorgang vereinfacht.
  • Obwohl das bevorzugte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu Erläuternden Zwecken offenbart worden ist, werden Fachleute unterschiedliche Abwandlungen, Ergänzungen und Ersetzungen erkennen, ohne den Schutzbereich der Erfindung und den Erfindungsgedanken, wie sie in den anhängigen Ansprüchen definiert sind, zu verlassen.
  • Zusammenfassung
  • Hierin ist ein supraleitender Feldkern einer einpoligen supraleitenden Synchronmaschine beschrieben. Die supraleitende Synchronmaschine umfasst eine supraleitende Feldspule, die eine Einzel- oder Doppelflachspule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes ausgebildet ist, umfasst, einen Rotor mit Kern, der aus magnetischem Material ausgebildet ist und eine Ankerwicklung, die dreiphasig angeregt wird auf einer Oberfläche eines Kerns eines Stators. Der Feldkern der einpoligen supraleitenden Synchronmaschine wird nicht rotiert, wenn die Maschine in Betrieb ist. Auf diese Weise ist kein Teil zum Verbinden der sich drehenden Feldspule mit einer stationären Kältemaschine zum Kühlen mittels eines Kühlmediums notwendig, so dass der Aufbau einfach ist, die Zuverlässigkeit hoch ist und verschiedene Kühlverfahren möglich sind.
  • 100
    supraleitende Feldspule
    110
    Kühlbehälter
    120
    Vakuumschicht
    200
    Rotor
    210
    Induktoren
    211
    erster Induktor
    212
    zweiter Induktor
    213
    herrausstehende Pole
    220
    Feldkern
    230
    Welle
    300
    Stator
    400
    Ankerwicklungen
    500
    Isolator
    600
    Kältemaschine

Claims (8)

  1. Supraleitende Synchronmaschine, mit einer supraleitenden aus supraleitendem Draht gewickelten Feldspule, die durch Gleichstrom anregbar ist, die supraleitende Feldspule ist in einem Kühlbehälter angeordnet, der ein cryogenes Kühlmedium enthält, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff oder flüssiges Neon und ist direkt mit einer Kältemaschine verbunden, um über ein Übertragungskühlverfahren gekühlt zu werden.
  2. Die supraleitende Feldspule gemäß Anspruch 1, ferner umfassend einen Rotor, der an beiden gegenüberliegenden Enden der supraleitenden Feldspule und des Kühlbehälters angeordnet ist, einen Stator vom Kern-Typ, der außerhalb des Rotors angeordnet ist, eine kernfreie Ankerwicklung, die an der inneren Oberfläche des Stators derart ausgebildet ist, dass sie den Induktor umgibt und dreiphasig anregbar ist.
  3. Die supraleitende Feldspule gemäß Anspruch 2, ferner umfassend einen Isolator, der die supraleitende Feldspule umgibt und Strahlungswärme vom Rotor und ein durch die Ankerwicklung erzeugtes sich wechselndes Magnetfeld abschirmt.
  4. Der Kühlbehälter gemäß Anspruch 3, ferner umfassend mehrere Lagen einer Superisolierung, die den Kühlbehälter umgeben, um das Eindringen von Strahlungswärme zu verhindern und eine Vakuumschicht, die zwischen dem Kühlbehälter und dem Isolator vorgesehen ist.
  5. Eine supraleitende Synchronmaschine, mit einer supraleitenden Feldspule, umfassend eine einzelne Flachspule oder eine doppelte Flachspule, die durch Wickeln eines supraleitenden Drahtes ausgebildet sind und mittels Gleichstrom anregbar sind, einen Rotor, umfassend einen Induktor vom Kern-Typ, der an beiden gegenüberliegenden Enden der supraleitenden Feldspule vorgesehen ist und aus magnetischem Material ausgebildet ist, einen Feldkern, der im Zentrum der supraleitenden Feldspule angeordnet ist, und eine Welle, die koaxial zum Induktor und zum Feldkern montiert ist und um eine Achse rotiert, einen Stator vom Kern-Typ, der außerhalb des Rotors angeordnet ist, eine kernfreie Ankerwicklung, die an der inneren Oberfläche des Stators derart ausgebildet ist, dass sie den Induktor umgibt und dreiphasig anregbar ist, und einen Isolator, der die supraleitende Feldspule umgibt, und Strahlungswärme vom Rotor und ein sich wechselndes Magnetfeld, erzeugt durch die Ankerwicklung, abschirmt, wobei die supraleitende Feldspule in einem Kühlbehälter angeordnet ist, der ein kryogenes Kühlmedium enthält, wie zum Beispiel flüssigen Stickstoff oder flüssiges Neon und der direkt mit einer Kältemaschine verbunden ist, um über ein Übertragungskühlverfahren gekühlt zu werden, und mehrere Lagen eines Superisolators, die den Kühlbehälter umgeben, um das Eindringen von Strahlungswärme zu verhindern, und eine Vakuumschicht die zwischen dem Kühlbehälter und dem Isolator ausgebildet ist.
  6. Die supraleitende Synchronmaschine gemäß Anspruch 5, wobei der Induktor umfasst, einen ersten Induktor, der innerhalb des Feldkerns angeordnet ist und mehrere herausstehende Pole, die diametral von einem Ende des Feldkerns hervorstehen, und einen zweiten Induktor, der gegenüberliegend des ersten Induktors angeordnet ist und mehrere herausstehende Pole aufweist.
  7. Die supraleitende Synchronmaschine gemäß Anspruch 6, wobei der supraleitende Feldkern zwischen den hervorstehenden Polen des ersten und zweiten Induktors angeordnet ist.
  8. Die supraleitende Synchronmaschine gemäß Anspruch 5, wobei der Isolator außerhalb des Kühlbehälters angeordnet ist und aus Aluminium- oder Kupferlegierung derart ausgebildet ist, dass er die Festigkeit besitzt, ein starkes Vakuum aufrecht zu erhalten und zusätzlich ein sich wechselndes Magnetfeld, das bei abnormalem Betrieb entsteht, abzuschirmen.
DE112008000036T 2007-10-02 2008-10-01 Supraleitende Synchronmaschine Pending DE112008000036T5 (de)

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Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2007-0099338 2007-10-02
KR1020070099338A KR100888030B1 (ko) 2007-10-02 2007-10-02 초전도 동기 전동기
PCT/KR2008/005759 WO2009045038A2 (en) 2007-10-02 2008-10-01 Superconducting synchronous machine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112008000036T5 true DE112008000036T5 (de) 2009-09-10

Family

ID=40526823

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