DE19804208A1 - Elektrischer Turbogenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Turbogenera­ tor der Synchronmaschinenbauart.

Grenzleistungs-Synchronmaschinen, welche in Kraftwerks­ blöcken zur Stromerzeugung dienen, arbeiten mit sehr hohen Wirkungsgraden und bilden Energieerzeugungseinheiten extrem hoher Leistung. Die bei solchen Synchron-Turbogeneratoren verwendeten Technologien lassen sich in vielen Fällen aber nicht auf kleinere Stromerzeugungseinheiten übertragen, so daß der Bedarf an elektrischen Turbogeneratoren der Syn­ chronmaschinenbauart hoher Leistungsdichte auch für kleine­ re Leistungen besteht, um solchen Maschinen ein breites Feld von Anwendungen zu eröffnen, etwa in leichten mobilen Kraftwerks zentralen, innerhalb von Anlageteilen, in denen wenig Raum zur Verfügung steht, zur Ausnutzung von als Ne­ benprodukt von Prozessen anfallender Primärenergie und der­ gleichen.

Aus der europäischen Patentanmeldung, Veröffentli­ chungsnummer 0 598 183 ist ein elektrischer Turbogenerator der Synchronmaschinenbauart bekannt, dessen Rotor Perma­ nentmagnete zur Erzeugung des Erregermagnetfeldes trägt, dessen Vektor oder dessen Vektoren mit der Rotorantriebs­ drehzahl umlaufen und dessen Stator einen magnetisierbaren Statorkörper und eine abschnittsweise darin eingebettete Statorwicklung enthält und der ferner ein den Rotor und den Stator umgebendes Außengehäuse und den Rotor beiderseits des Stators radial am Außengehäuse abstützende Lageranord­ nungen enthält. Ein Turbinenrad ist bei dieser bekannten Maschine jenseits einer der Lageranordnungen fliegend an der Rotorwelle befestigt und der Rotor wird mittels des Turbinenrades mit einer Drehzahl über 30 000 Umdrehungen je Minute angetrieben. Eine vorgespannte Manschette aus hoch­ festem Werkstoff umgibt die Permanentmagnete des Rotors zur Abstützung der Permanentmagnete gegen die hohen Fliehkräf­ te. Die Lageranordnungen haben bei der bekannten Maschine die Gestalt aktiver, in Abhängigkeit von Stellungssensoren gesteuerter Magnet-Schwebelager, welche eine Rotorabstüt­ zung in Radialrichtung und in Axialrichtung bewirken, der­ art, daß im Betrieb der Rotor berührungslos im Stator und in den Lageranordnungen gehalten ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen elektrischen Turbo­ generator der zuvor beschriebenen allgemeinen Bauart so auszubilden, daß eine weitere Erhöhung des Wirkungsgrades und eine Erniedrigung des Leistungsgewichtes erreicht wer­ den.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Außengehäuse gegenüber dem Stator und dem Rotor derart abgedichtet ist, daß der Freiraum zwischen Stator und Rotor evakuierbar ist.

Es hat sich gezeigt, daß es durch besondere Maßnahmen möglich ist, die Rotordrehzahl weiter zu erhöhen, bei­ spielsweise auf etwa 60 000 Umdrehungen je Minute, wobei dann die Ausgangsfrequenz der im Stator induzierten Span­ nung bei Verwendung eines einpoligen Rotors auf ein kHz steigt. Spannungen mit dieser Frequenz lassen sich problem­ los gleichrichten oder mit elektronisch gesteuerten Umrich­ tern auf Netzfrequenz reduzieren. Die hohe Rotordrehzahl gestattet die Verringerung der von der Antriebsmaschine zu übertragenden Drehmomente und damit die Verringerung der für die Übertragung der Antriebsenergie vorzusehenden Quer­ schnitte eines den Turbogenerator enthaltenden Maschinen­ satzes.

Allerdings wird bei hohen Drehzahlen über 30 000 Umdre­ hungen je Minute und bei Berücksichtigung der engen Luftspalte zwischen Rotor und Stator die Luftreibung und die hieraus resultierende Erwärmung sehr groß. Hier schafft die erfindungsgemäß vorgesehene Evakuierung des freien Rau­ mes zwischen Stator und Rotor Abhilfe.

Wird auf der Seite der Ankupplung des Turbogenerators an die Antriebsmaschine eine Lageranordnung verwendet, wel­ che eine Evakuierung des Außengehäuses bzw. des Spaltraumes zwischen Stator und Rotor zuläßt, so kann die Antriebsma­ schine, also beispielsweise ein Turbinenrad, unmittelbar auf die Rotorwelle gesetzt werden.

Vorzugsweise aber ist das Außengehäuse so ausgebildet, daß es den Rotor und seine Lageranordnungen vollständig um­ gibt und hermetisch einschließt und der Rotor ist mit der Antriebsmaschine über eine berührungslos arbeitende, durch einen Ansatz des Außengehäuses hindurch wirkende Magnet­ kupplung verbunden.

Die Lageranordnungen beidseits des Rotorpolrades haben dann die Gestalt an sich bekannter, in radialer und axialer Richtung wirkender Magnet-Schwebelager, die bei der Evaku­ ierung des Außengehäuses und damit auch der Lagerspalte we­ gen der dort nicht auftretenden Berührungen zwischen Lager­ flächen den Vorteil haben, im Vakuum auftretende Verschwei­ ßungserscheinungen auszuschließen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Evakuierung des Spaltraumes zwischen Stator und Rotor ist die hohe thermi­ sche Isolationswirkung dieses Spaltraumes bezüglich eines Wärmeüberganges zwischen Stator und Rotor.

Durch die Evakuierung des Spaltraumes fällt ein Wärme­ übergang durch Konvektion im wesentlichen weg. Werden dar­ überhinaus die einander gegenüberstehenden Flächen von Sta­ tor und Rotor mit einer Verspiegelung versehen, so wird auch ein Wärmeübergang durch Strahlung zwischen Rotor und Stator weitgehend unterbunden.

Bedeutsam ist diese Wirkung vornehmlich dann, wenn die Statorwicklung von hochfrequenten elektrischen Strömen durchflossen ist und folglich die Ummagnetisierungsverluste in dem auf der Seite des Stators gelegenen Teil des magne­ tischen Schließungskreises vergleichsweise hoch werden.

Diese Ummagnetisierungsverluste des Stators können ge­ mäß einer zweckmäßigen Ausführungsform dadurch herabgesetzt werden, daß der statorseitige Teil des magnetischen Schlie­ ßungskreises aus weichmagnetischem Pulververbundwerkstoff hergestellt ist, wodurch die Ummagnetisierungsverluste und Wirbelstromverluste gegenüber den Verhältnissen bei einem Stator-Blechpaket beträchtlich vermindert werden.

Schließlich sei noch auf den Vorteil der Evakuierung des Spaltraumes zwischen Stator und Rotor und ggf. der Ver­ spiegelung der einander gegenüberstehenden Stator- und Ro­ torflächen bezüglich der hohen thermischen Isolationsfähigkeit dieses Spaltraumes für solche Konstruktionen hingewie­ sen, bei denen der gesamte Statorkörper oder auch nur die Statorwicklung tieftemperaturgekühlt werden, um Supralei­ tungseigenschaften einer aus entsprechenden Werkstoffen ge­ fertigten Statorwicklung auszunützen.

Im übrigen bilden zweckmäßige Ausgestaltungen und Wei­ terbildungen des hier angegebenen elektrischen Turbogenera­ tors Gegenstand der dem Anspruch 1 nachgeordneten Patentan­ sprüche.

Einige Ausführungsformen werden nachfolgend unter Be­ zugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es stellen dar:

Fig. 1 eine teilweise im Schnitt gezeichnete Seitenan­ sicht eines Turbogenerators der hier angegebenen Art,

Fig. 2 einen ausschnittsweisen Radialschnitt entspre­ chend der in Fig. 1 angedeuteten Schnittlinie II-II, und

Fig. 3 einen Radialschnitt durch den Turbogenerator nach Fig. 1 entsprechend der Schnittlinie III-III.

Der Turbogenerator nach Fig. 1 enthält eine Welle 1 aus einem Stahl guter mechanischer und magnetischer Eigen­ schaft. Die Welle 1 trägt zwei Bünde 2 und 3 in einem ge­ genseitigen axialen Abstand entsprechend der axialen Länge des Generatorpolrades, sowie zwei Wellenstümpfe 4 bzw. 5 an den jeweiligen Wellenenden. Zwischen den Bünden 2 und 3 sind, wie aus der Querschnittsdarstellung von Fig. 2 er­ sichtlich, zwischen hohlzylindersektorförmigen, aus unma­ gnetischem Werkstoff bestehenden Füllstücken 6 und 7 eben­ falls hohlzylindersektorförmige Permanentmagnetstücke 8 und 9 eingesetzt, welche einander am Wellenumfang diametral ge­ genüberstehen und in Richtung ihrer radialen Dicke so ma­ gnetisiert sind, daß am Außenumfang des einen Permanentma­ gneten ein Nordpol und am Außenumfang des anderen Perma­ nentmagneten ein Südpol dargeboten ist.

Die Permanentmagneten 8 und 9 können jeweils aus mehre­ ren in Umfangsrichtung nebeneinander gesetzten, sich radial erstreckenden Hohlzylindersektorleisten zusammengesetzt sein.

In Abwandlung hiervon ist es auch möglich, die Perma­ nentmagneten und die Füllstücke als ein sich axial erstrec­ kendes Paket von Magnetkörperringen zusammenzusetzen, die in Umfangsbereichen entsprechend den in Fig. 2 gezeigten Permanentmagnetkörpern 8 und 9 eine selektive starke Magne­ tisierung zur Erzeugung der Pole aufweisen. Bei dieser Kon­ struktion ist zum Aufschieben des Permanentmagnet-Ring­ paketes mindestens einer der Bünde 2 oder 3 abnehmbar auf dem Wellenkörper montiert.

In weiterer Abwandlung gegenüber der gezeigten Ausfüh­ rungsform kann das Polrad zwischen den Wellenbünden 2 und 3 auch mit zwei Polpaaren ausgeführt sein, wobei am Umfang fortschreitend vier hohlzylindersektorförmige Permanentma­ gneten mit abwechselnd entgegengesetzter radialer Magneti­ sierungsrichtung in gleichmäßigen Abständen zwischen Füll­ stücken angeordnet sind.

Der Wellenkörper zwischen den Wellenbünden 2 und 3, der die Permanentmagnete und die Füllstücke auf ihren Zylinder­ innenflächen abstützt, bildet bei Polrädern mit der Pol­ paarzahl 1 und auch bei Polrädern mit größerer Polpaarzahl den jeweiligen inneren magnetischen Rückschluß.

Auf ihrer gemeinsamen zylindrischen Außenfläche sind die Permanentmagneten 8 und 9 und die Füllstücke 6 und 7 von einer zylindrischen Haltemanschette 10 umgeben. Die Haltemanschette 10 kann in mehreren Lagen auf das Polrad aufgewickelt sein oder kann, wenn in Abwandlung gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 einer der Wellenbünde 2 und 3 mit entsprechend geringerem Durchmesser ausgeführt ist, axial auf das Polrad aufgezogen werden. Sowohl beim Aufwic­ keln als auch beim Aufziehen der Haltemanschette 10 wird für eine solche, durch die Haltemanschette 10 auf die Per­ manentmagnete, die Füllstücke und die Welle ausgeübte Vor­ spannung Rechnung getragen, daß die Permanentmagnete und die Füllstücke bis zu der Schleuderdrehzahl des Turbogene­ rators gegen die Welle 1 gedrückt bleiben. Zu diesem Zwecke werden die einzelnen Lagen einer aufzuwickelnden Halteman­ schette 10 mit entsprechender Tangentialspannung gewickelt. Im Falle des Aufziehens der Haltemanschette 10 wird bei der Montage die Haltemanschette erhitzt und der Rotor im Be­ reich des Polrades beispielsweise in flüssiger Luft ge­ kühlt.

Bevorzugte Werkstoffe für eine in Lagen aufzuwickelnde Haltemanschette 10 sind Bänder aus kohlefaserverstärktem Verbundwerkstoff oder unmagnetischer Stahldraht hoher Zug­ festigkeit. Eine bei großem Temperaturunterschied der zu­ sammenzufügenden Teile aufzuziehende Haltemanschette 10 kann aus einem dünnwandigen Zylinder magnetfelddurchlässi­ gen Stahls gefertigt sein. Jedenfalls ist das Material der Haltemanschette 10 so gewählt, daß sie die erforderliche, radial einwärts gerichtete Stützkraft für die Permanentma­ gnete 8 und 9 bei ausreichender Dünnwandigkeit aufzubringen vermag und ein magnetischer Kurzschluß zwischen den Polen des Polrades vermieden wird.

Die Permanentmagneten 8 und 9 bestehen aus mit extrem hoher Magnetisierung versehenen Seltenerden-Magnet­ werkstoffen, beispielsweise Neodim-Magnetwerkstoff oder Samarium-Kobalt-Magnetwerkstoff.

Im Bereich der Axiallänge des die Permanentmagneten 8 und 9 enthaltenden Polrades ist der Rotor von einem Stator­ körper 11 umgeben, welcher in sich zur zentrischen Bohrung des Statorkörpers 11 hin öffnenden Nuten eine mehrphasige Statorwicklung 12 aufnimmt. Der Aufbau einer solchen mehr­ phasigen Statorwicklung und die Anordnung und ggf. Auftei­ lung der Wicklungsspulen in den Nuten des Statorkörpers 11 ist dem Fachmann an sich bekannt.

Bei der gezeigten Ausführungsform besteht der Stator­ körper 11 aus einem weichmagnetischen Pulververbundwerk­ stoff, welcher bei Ummagnetisierungsfrequenzen bis in den kHz-Bereich geringe Ummagnetisierungsverluste aufweist.

Der Statorkörper 11 und die Wickelköpfe der Statorwick­ lung 12 sind von einem Isolationsmantel 13 zur thermischen Isolation des Stators gegenüber seiner Umgebung umschlos­ sen. Auf seiner Außenseite grenzt der Isolationsmantel 13 an das den Turbogenerator enthaltende Außengehäuse 14 an und auf seiner Innenseite ist der Isolationsmantel 13 in der aus Fig. 1 erkennbaren Weise derart unterbrochen, daß der Statorkörper 11 radial nach einwärts durch die rundum­ laufende Öffnung des Isolationsmantels 13 hindurchreicht und somit der zylindrischen Außenfläche der Haltemanschette 10 des Rotors unmittelbar über einen engen Luftspalt 15 ge­ genübersteht.

Durch das Außengehäuse 14 und den Isolationsmantel 13 hindurch führen zu, den Statorkörper 11 durchziehenden Kühlmittelkanälen in Fig. 1 schematisch angegebene Kühlmit­ telanschlüsse 16 und 17, und ferner dient eine Durchführung 18 zum Durchführen der elektrischen Anschlußleitungen für die Wicklungsspulen der Statorwicklung 12 durch den Kühl­ mantel 13 und das Außengehäuse 14 hindurch.

Ist gemäß einer weiterentwickelten Ausführungsform des Turbogenerators die Statorwicklung 12 aus Leitermaterial gefertigt, das mindestens in bestimmten Abschnitten des Wicklungsverlaufes Supraleitungseigenschaften hat, so wird mindestens der Statorkörper 11 mit Kühlmittel auf Supralei­ tungstemperatur gekühlt. Das Kühlmittel kann auch durch Ka­ näle innerhalb der Leiter der Statorwicklung 12 geführt werden. Die Kühlung kann auch auf den Bereich der Wickel­ köpfe der Statorwicklung erstreckt werden.

Zur Abstützung der Rotorwelle 1 dienen berührungslos arbeitende, die Rotorwelle 1 in radialer Richtung und in axialer Richtung abstützende, abhängig von Stellungsfühler­ signalen steuerbare Magnetschwebelager 19 und 20, die in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise im Bereich von Absätzen der Wellenbünde 2 und 3 mit der Rotorwelle 1 zusammenwirken und eine berührungsfreie und schwingungsfreie Lagerung der Rotorwelle bis zu Drehzahlen über 60 000 Umdrehungen je Mi­ nute ermöglichen.

Außerdem befinden sich am Lagergehäuse 14 im Bereich der Wellenstümpfe 4 und 5 am Rotorwellenende Hilfslager 21 bzw. 22, welche mit Gleitlagerbüchsen ausgerüstet sind, de­ ren Lagerspiel zu den Wellenstümpfen 4 und 5 in Relation zum Lagerspiel der Magnet-Schwebelager 19 und 20 und in Re­ lation zur Weite des Luftspaltes 15 zwischen Polrad und Statorkörper so bemessen ist, daß die Hilfslager 21 und 22 den Rotor bei Stillstand, im Anlauf oder im Notbetrieb ab­ stützen, ohne daß eine Berührung zwischen dem Rotor und den Lageranordnungen 19 und 20 bzw. zwischen dem Rotor und dem Statorkörper 11 zustandekommt.

Während die in Fig. 1 nur schematisch angedeuteten ak­ tiven Magnet-Schwebelageranordnungen 19 und 20 mit entspre­ chenden Erregerwicklungen ausgestattet sind, kann in be­ stimmten Fällen auch eine vereinfachte Magnet-Schwebe­ lagerkonstruktion vorgesehen sein, die sowohl auf der Seite der Rotorwelle 1 als auch auf der Seite der die Abstützung zum Außengehäuse 14 vornehmenden Lager entspre­ chend magnetisierte Permanentmagnetkörper aus Seltenerden-Magnet­ material vorsieht.

Das Außengehäuse 14 des Turbogenerators umschließt die Ro­ torwelle mit dem darauf angeordneten Polrad, die Hilfslager 21 und 22, die Magnet-Schwebelageanordnungen 19 und 20 so­ wie die gesamte Statorkonstruktion hermetisch und ist mit einem Anschluß 23 zum Evakuieren des Außengehäuseinnenraums mittels einer Vakuumpumpe 24 versehen. Es sei angemerkt, daß bei praktischen Ausführungsformen das Außengehäuse 14 selbstverständlich entsprechend unterteilt ausgeführt ist, um die einwandfreie Herstellung, die Montage der Generator­ teile, die Montage der Kühlmittelkreisläufe und den dichten Gehäusezusammenbau zu ermöglichen. Entsprechende Flanschverbindungen der Gehäuseteile sind in der Zeichnung zur Vereinfachung der Darstellung weggelassen, durch den Fachmann jedoch ohne Schwierigkeiten zu ergänzen. Die Ge­ häusewandstärken sind in allen Bereichen so ausgeführt, daß das Außengehäuse 14 dem Umgebungsdruck bei Evakuierung des Gehäuseinnenraumes standzuhalten vermag. Entsprechendes gilt für die Druckdichtigkeit der Anschlüsse 16 und 17 und der Durchführung 18.

Die an den freien Raum zwischen dem Stator und dem Rotor angrenzenden Flächen, vorzugsweise die zylindrischen Innen­ flächen des Isoliermantels 13 und des Statorkörpers 11 so­ wie die zylindrischen Außenflächen der Haltemanschette 10 und der Wellenbünde 2 und 3, sind mit einer dünnen Verspie­ gelungsschicht versehen, die in Fig. 1 nicht gezeichnet ist. Diese Verspiegelungsschichten verhindern einen Wärme­ übergang durch Strahlung zwischen Rotor und Stator, nachdem derjenige Anteil eines solchen Wärmeüberganges, der durch Konvektion hätte bewirkt werden können, bereits durch die Evakuierung des Spaltraums zwischen Rotor und Stator besei­ tigt worden ist.

Zu den Erwärmungsvorgängen bei Turbogeneratoren der hier angegebenen Art sei folgendes ausgeführt:
Wird zur Verminderung der Luftreibung und der luftreibungs­ bedingten Erwärmung der Spaltraum zwischen Rotor und Stator zusammen mit den Lagerspalträumen zwischen der Rotorwelle und den rotorabstützenden Lageranordnungen evakuiert, dann stellt der gesamte Rotor mit einem durch Permanentmagneten das Erregerfeld erzeugenden Polrad eine thermisch weitge­ hend isolierte Einheit dar, die vor einer Aufheizung aus der Rotorumgebung, etwa vom Statorkörper aus geschützt wer­ den muß. Dieser Schutz vor einer Aufheizung geschieht bei dem hier angegebenen Turbogenerator zum einen durch die Isolationswirkung des evakuierten Luftspaltes 15 selbst und gegebenenfalls durch die vorher erwähnten Spiegelbeläge zur Unterbrechung eines Wärmetransports durch Strahlung. Zum anderen wird durch Herstellung des Statorkörpers 11 aus weichmagnetischem Pulververbundwerkstoff dafür Sorge getra­ gen, daß selbst bei in der Statorwicklung 12 fließenden hochfrequenten Strömen die Erwärmung des Statorkörpers durch Ummagnetisierungsverluste und Wirbelströme gering bleibt. Die Erwärmung des Statorkörpers und der Statorwick­ lung wird durch Kühlmitteldurchleitung weiter herabgesetzt.

Wird die Statorwicklung 12 im Supraleitungsbereich betrie­ ben, so spielt die thermische Einwirkung des Stators auf den Rotor ohnedies keine Rolle. In diesem Falle kann es al­ lerdings vorkommen, daß hochfrequente Statorströme bei Oberwellenhaltigkeit Magnetfeldkomponenten erzeugen, welche auf die Rotorkonstruktion rückwirken und dort durch Wirbel­ ströme eine Erwärmung des Rotors hervorrufen können, die wiederum eine Erwärmung der rotornahen Bereiche des Stators herbeiführen könnte. Eine solche Rückerwärmung wird aber bei der hier angegebenen Konstruktion wiederum durch den evakuierten Luftspalt zwischen Rotor und Stator und gegebe­ nenfalls durch die eine Strahlungssperre bildenden Verspie­ gelung auf den den Luftspalt begrenzenden Flächen verhin­ dert, so daß der Supraleitungsbetrieb im Stator nicht ge­ stört wird.

Damit ist die Beschreibung des eigentlichen Generatorteils des hier angegebenen Turbogenerators im wesentlichen abge­ schlossen. Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 3 sei nun auf die Einleitung des mechanischen Antriebsmomentes in das Außengehäuse 14 und auf die Rotorwelle 1 eingegangen. Das Außengehäuse 14 ist an einer Seite mit einem koaxialen, zy­ lindrischen Gehäuseansatz 26 verminderten Durchmessers ver­ sehen. Mindestens im Bereich dieses Gehäuseansatzes 26 be­ steht das Außengehäuse 14 aus einem magnetfelddurchlässigen Material, beispielsweise einem vergleichsweise dünnwandigen Hohlzylinder aus unmagnetischem Stahl oder aus Aluminium. Nur als Beispiel für die Ausbildung des zylindrischen Ge­ häuseansatzes 26 als gesondertes Gehäuseteil sei hier die Konstruktionsmöglichkeit angegeben, den zylindrischen Ge­ häuseansatz 26 als Ring zwischen Profilabsätzen benachbar­ ter Gehäuseteile einzuspannen, wobei das Zusammenspannen dieser Gehäuseteile mittels eines Zugankers erfolgt, der durch eine über die gesamte Länge der Rotorwelle 1 geführte Durchgangsbohrung dieser Rotorwelle zur jeweils anderen Ge­ häuseseite geführt ist.

Innerhalb des Gehäuseansatzes 26 steht diesem ein Abschnitt der Rotorwelle 1 gegenüber, der in einer rundumlaufenden Ausnehmung 27 am Umfang verteilt hohlzylindersektorförmige Permanentmagnetleisten 28, etwa aus Selten­ erden-Magnetwerkstoff enthält, welche durch Füllstücke 29 in gleichförmigem umfangsmäßigem Abstand gehalten und zusammen mit den Füllstücken von einer axial aufgezogenen oder als Bandage aufgewickelten, vorgespannten Hülse 30 umgeben sind, ähnlich, wie dies für das Polrad mit den Permanentma­ gneten 8 und 9 und den Füllstücken 6 und 7 oben beschrieben wurde. Der die Permanentmagneten tragende Wellenabschnitt, die Permanentmagnetleisten 28, die Füllstücke 29 und die Hülse 30 bilden jedoch hier den generatorseitigen Teil ei­ ner berührungslos arbeitenden Magnetkupplung, welche über den magnetfelddurchlässigen zylindrischen Gehäuseansatz 26 hinweg einem äußeren, mit einer Antriebsmaschine gekuppel­ ten Magnetkupplungsteil 31 gegenübersteht.

Der äußere Magnetkupplungsteil 31 hat die Gestalt einer an das Ende einer gelagerten Abtriebswelle einer Antriebsma­ schine angesetzten Glocke mit einem den zylindrischen Ge­ häuseansatz 26 und den das Hilfslager 22 enthaltenden Au­ ßengehäuseteil mit Spiel umfassenden Glockeninnenraum, wel­ cher mit den Permanentmagnetleisten 28 jeweils entsprechen­ den und in Radialrichtung über den Gehäuseansatz 26 und über angrenzende Luftspalte gegenüberstehenden, hohlzylin­ dersektorförmigen Permanentmagnetleisten 32 bestückt ist. Die Permanentmagnetleisten 32 sind ebenfalls aus Seltener­ den-Magnetwerkstoffen gefertigt und haben eine den Perma­ nentmagnetleisten 28 jeweils entsprechende radiale Magneti­ sierung. Die Anzahl von am Umfang der berührungsfreien Ma­ gnetkupplung vorgesehenen Permanentmagnetpaare 28 und 32 ist so gewählt, daß das Kippmoment der Magnetkupplung über dem maximalen Antriebsmoment des Turbogenerators liegt. Da die Magnetfelder des inneren und äußeren Kupp­ lungsteiles der berührungsfrei arbeitenden Magnetkupplung synchron umlaufen, tritt eine Erwärmung der Kupplungsteile im wesentlichen nicht auf. Es kann aber zweckmäßig sein, im Bereich der Magnetkupplung liegende Teile des Außengehäuses 14 aus Isolierwerkstoff, beispielsweise hochfestem Kunstoff oder Glas oder Keramik, zu fertigen, um Wirbelstromverluste aufgrund des Kupplungsbetriebs zu vermeiden.

Wird anstelle der Lageranordnung 20 in der Ausbildung als berührungsfrei arbeitende Magnet- Schwebelageranordnung ein die Evakuierung des freien Raumes zwischen Rotor und Stator des Turbogenerators gestattendes Lager gewählt und/oder wird eine den berührungsfreien Betrieb zulassende hochlei­ stungsfähige Labyrinthdichtung auf der Seite der Lageran­ ordnung 20 nach Fig. 1 verwendet, so kann anstelle der Ein­ leitung des Antriebsdrehmomentes über eine berührungsfrei arbeitende Magnetkupplung auch ein unmittelbarer Anschluß der Antriebsmaschine an die Rotorwelle 1 vorgesehen werden.

Schließlich sei noch eine Abwandlung der in Fig. 1 gezeig­ ten Ausführungsform dahingehend erwähnt, daß die Lageran­ ordnungen 19 und 20 nicht als berührungsfrei arbeitende Ma­ gnet-Schwebelageranordnungen ausgeführt sind, sondern von Hochleistungs-Keramikwälzlagern gebildet sind, welche eine entsprechende Vereinfachung des Aufbaus gegenüber der Kon­ struktion mit Magnet-Schwebelagern ermöglichen.

Claims (12)

1. Elektrischer Turbogenerator der Synchronmaschinenbau­ art, dessen Rotor Permanentmagnete (8, 9) zur Erzeugung des Erregermagnetfeldes trägt, dessen Stator einen magnetisier­ baren Statorkörper (11) und eine abschnittsweise darin ein­ gebettete Statorwicklung (12) enthält, der ferner ein den Rotor (1) und den Stator (11, 12) umgebendes Außengehäuse (14) und schließlich den Rotor beidseits des Stators radial am Außengehäuse (14) abstützende Lageranordnungen (19, 20) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengehäuse (14) gegenüber dem Stator (11, 12) und dem Rotor (1) derart ab­ gedichtet ist, daß der freie Raum mindestens zwischen Sta­ tor und Rotor evakuierbar (23, 24) ist.

2. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Rotorwellenende über eine die Eva­ kuierung des Raumes zwischen Stator (11, 12) und Rotor (1) zulassende Dichtung und/oder Lageranordnung zu einer An­ triebsmaschine geführt ist.

3. Turbogenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß mindestens ein Rotorwellenende eine innerhalb des Außengehäuses (14, 26) gelegene Kupplungshälfte einer be­ rührungsfrei wirkenden Magnetkupplung trägt, deren andere Kupplungshälfte (31) außerhalb des Außengehäuses angeordnet und mit einer Antriebsmaschine gekuppelt ist, wobei minde­ stens der zwischen den Kupplungshälften befindliche Außen­ gehäuseteil (26) aus magnetfelddurchlässigem Material be­ steht.

4. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Lageranord­ nungen (19, 20) eine aktive oder passive, im Betrieb berüh­ rungsfreie Magnetlagerung oder eine Hochleistungs-Keramik­ wälzlageranordnung ist.

5. Turbogenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß außer den Lageranordnungen (19, 20) für den Rotor insbesondere an den Rotorwellenenden vorgesehene Hilfslager (21, 22) zur Rotorabstützung bei Stillstand, im Anlauf oder im Notbetrieb vorgesehen sind.

6. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor eine seine Permanentma­ gnete (8, 9) umgebende hochfeste Manschette (10) aus magnet­ felddurchlässigem Material, insbesondere aus unmagnetischem Stahl oder kohlefaserverstärktem Verbundwerkstoff aufweist.

7. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Rotor und/oder der Stator auf wesentlichen, an den evakuierten Raum angrenzenden Oberflä­ chenbereichen mit einer Verspiegelung versehen ist.

8. Turbogenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Rotor außerhalb seiner verspiegelten Oberflä­ chenbereiche mit gegenüberstehenden Flächen des Außengehäu­ ses (14) und/oder der Lageranordnungen (19, 20) zusammen­ wirkende, strahlungsabgebende Oberflächenbereiche hat.

9. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der Statorkörper (11) und/oder die Statorwicklung (12) von Kühlmittelkanälen, insbesondere für ein Tiefsttemperatur-Kühlmittel, durchzogen ist bzw. sind.

10. Turbogenerator nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stator einen Isolationsmantel (13) zur thermi­ schen Isolation aufweist, welcher mit Teilen seiner Außen­ fläche an den evakuierten Raum angrenzt.

11. Turbogenerator nach Anspruch 9 oder 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Statorwicklung (12) mindestens ab­ schnittsweise aus Supraleiterwerkstoff hergestellt ist.

12. Turbogenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, da­ durch gekennzeichnet, daß der Statorkörper (11) aus weichmagnetischem Pulververbundwerkstoff hergestellt ist.