DE2858052C2 - Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische Maschine - Google Patents
Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische MaschineInfo
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Description
der erfindungsgemäßen elektrischen Maschine näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 den schematischen Längsschnitt einer kryogengekühlten elektrischen Maschine,
Fig.2 einen Längsschnitt der Stromzuführungseinrichtung
und
F i g. 3 den Schnitt IX-IX durch die Darstellung gemäßFig.Z
Die kryogengekühlte elektrische Maschine hat ein Gehäuse 1 (Fig 1), in dem eine (in der Zeichnung nur
angedeutete) Ständerwicklung 2 angeordnet ist, und einen sich mit den Enden 4,5 der Hohlwelle auf Lager 6
stützenden Hohlläufer 3. Die Lager 6 liegen in Stirnschilden 7 des Gehäuses 1 zur Aufrechterhaltung eines
Vakuums im Spalt zwischen der Ständerwicklung 2 und dem Läufer 3. In den Stirnschilden 7 gibt es auch drehbare
Vakuumdichtungen. 8 und drehbare Gasdichtungen 9.
Innerhalb des zylindrischen Teils des Läufers 3 ist eine in der Zeichnung angedeutete, mindestens zwei gekühlte
Stromzuführungen 11, 12 aufweisende supraleitende Wicklung 10 angeordnet Die Stromzuführung 11
ist elektrisch mit der supraleitenden Wicklung 10 und
einer Stromzuführungseinrichtung 13 positiver Polarität verbunden und innerhalb von mindestens einem
Kühlkanal eines der Enden der Hohlwelle des Läufers 3 angeordnet Eine Gruppe von schraubenförmig verlaufenden
Kühlkanälen 14 ist am Ende 4 der Hohlwelle des Läufers 3 ausgeführt Die Stromzuführung 12 ist elektrisch
mit der supraleitenden Wicklung 10 und einer Stromzuführungseinrichtung 15 negativer Polarität verbunden
und liegt in einem in Form einer am Ende 4 der Hohlwelle des Läufers 3 verlaufenden und mit dem
Hohlraum des Läufers 3 verbundenen Rohrleitung ausgeführten Axialkanal 16. Zur Abkühlung ist die supraleitende
Wicklung 10 zusätzlich mit einem in Form einer innerhalb des Endes 5 der Hohlwelle des Läufers 3 befindlichen,
wärme- und vakuumdicht isolierten und mit einem Anschluß 18 zur Einführung des Kühlmittels in
den Läufer verbundenen Rohrleitung ausgeführten Axialkanal 17 hydraulisch verbunden.
Zur Abkühlung des Endes 5 de? Hohlwelle des Läufers 3 sind innerhalb dessen analog zu den Kühlkanälen
14 ausgeführte Kühlkanäle 19 vorgesehen.
Am Ausgang der Kühlkanäle 14,19 und am Ausgang des Kanals 16 sind an den beiden Enden 4,5 der Hohlwelle
des Läufers 3 Einrichtungen zum Pumpen des Kühlmittels aus dem Läufer 3 ausgeführt, mit deren Hilfe
die Kanäle 14,16,19 mit jeweils an den Enden 4,5 der
Hohlwelle des Läufers 3 angeordneten Sammelkammern 23, 24 für das Kühimittel verbunden sind. Die
Pumpeinrichtungen sind in der Wand der Welle des Läufers 3 ausgeführte Radialkanäle. In den Stirnwänden
der Sammelkammern 23,24 für das Kühlmittel sind analog den drehbaren Gasdichtungen 9 ausgeführte drehbare
Gasdichtungen angeordnet
Die Kühlkanäle 14 sind mit der Sammelkammer 23 für das Kühlmittel mittels eines Schleuderrades verbunden,
das in Form von zwei Scheiben 29 (F i g. 2), 30 ausgeführt ist Die Stromzuführungseinrichtung 13 (F i g. 2)
und 15 positiver bzw. negativer Polarität sind in Form von Scheiben 33 bzw. 34 aus elektrisch leitendem Werkstoff
(beispielsweise aus Kupfer) hergestellt und über wärmeisolierende Zwischenlagen 35 am Ende 4 der
Hohlwelle des Läufers 3 an der Austrittsstelle der Stromzuführungen H1 12 starr befestigt. Die Scheiben
33, 34 sind in einzelne, durch die Stirnwände der Sammelkammer 23 für das Kühlmittel und durch innere
ringförmige Zwischenwände 38,39 gebildete Kammern 36 bzw. 37 eingebaut und elektrisch über aus einer zur
Stromabnahme vorgesehenen flüssigen eutektische*) Gallium-Indium-Legierung hergestellte Kontakte 40
bzw. 41 mit den Klemmen der Stromzuführungseinrichtungen 13 und 15 positiver bzw. negativer Polarität verbunden.
Das Gehäuse der Kammer 23 und die Zwischenwände 38,39 sind aus einem elektrischen Wärmeisolierstoff,
beispielsweise aus glasfaserverstärktem
ίο Kunststoff oder aus Keramikmaterial hergestellt
Die Scheiben 29,30 sind in einer durch die Zwischenwände
38, 39 gebildeten und durch das Kühlmittel mit den Kammern 36, 37 verbundenen Zentralkarmner 42
untergebracht Die durch die Zwischenwände 38,39 gebildete Kammer 42 ist mit einem diese Kammer 42 mit
einer (in der Zeichnung nicht gezeigten) Kältemaschine verbindenden Austrittsstutzen 43 für das Kühlmittel
verbunden. Der Stutzen 43 ist mit e:ner Erweiterung ausgeführt und tangential zur Kammer 42 montiert
Sein Austritt ist zu einer der Drehrichtung des Läufers 3 entgegengesetzten Seite gerichtet
Die Scheiben 33,34 sind bezüglich der Kammern 36
bzw. 37 zur Verringerung der Anzahl von drehbaren Gasdichtungen mit der Läuferwelle und die Sammelkammern
23 (F i g. 2), 24 sind mit den Gehäusen der an den entsprechenden Stirnschildern 7 des Gehäuses 1 der
Maschine angeordneten Lager 6 starr verbunden, während die Kammer 24 zusätzlich mit dem Anschluß 18
starr verbunden ist. Dabei ist die innerhalb der Kammer 24 liegende Stromzuführungseinrichtung 27 positiver
Polarität analog der in der Kammer 23 liegenden Stromzuführungseinrichtung 13 positiver Polarität ausgeführt
Die Stromzuführungseinrichtung 27 enthält eine in einer durch eine Zwischenwand 45 und die Stirn-
wand der Sammelkammer 24 für das Kühlmittel gebildeten Kammer montierte Scheibe 44 und einen den
Kontakten 40,41 ähnlichen Flüssigmetallkon takt 46.
Außer der an die Stromzuführungseinrichtung 13 positiver Polarität angeschlossenen Stromzuführung J-I ist
eine zweite, innerhalb der Kühlkanäle 19 des Endes 5 der Hohlwelle des Läufers 3 angeordnete und analog
der Stromzuführung 11 ausgeführte Stromzuführung 26 (Fig. 1) angeordnet. Die genannte zweite Stromzuführung
26 ist elektrisch mit der supraleitenden Wicklung 10 und einer zweiten Stromzuführungseinrichtung 27
positiver Polarität verbunden und innerhalb der Sammelkammer 24 für das Kühlmittel angeordnet.
Um einen stabilen Betrieb der elektrischen Maschine auch in Obergangszuständen zu gewährleisten, ist die an
die Stromzuführungseinrichtung 15 negativer Polarität angeschlossene Stromzuführung 12 (F i g. 2) aus einem
porösen Sintermaterial hergestellt, das sich aus zwei Komponenten A und B zusammensetzt, deren eine normalleitend
und deren zweite supraleitend ist. Hierbei sind die Komponenten A und B über die Länge der
Stromzuführung 12 derart verteilt, daß der Werkstoff,
aus dem das mit der Stromzuführungseinrichtung 15 negativer Polarität verbundene Ende dieser Stromzuführung
12 ausgeführt ist, 100% der Komponente A und das Material, aus de.n das andere, mit der supraleitenden
Wicklung 10 (F i g. 1) verbundene Ende der Stromzuführung 12 ausgeführt ist, 100% der Komponente B
enthält. Der Gehalt einer jeden der Komponenten A und B nimmt in Richtung von dem entsprechenden Ende
der Stromzuführung 12, dessen Material die Höchstmenge dieser Komponente enthält, zu dem entgegengesetzten
Ende der Stromzuführung 12 hin nach und nach ab. Bei einer derartigen Ausführung der Stromzufüh-
DO
rung 12 gibt es im mittleren Teil einen zehn bis zwanzig
Durchmesser der Stromzuführung 12 langen Abschnitt, der eine gleiche Menge der beiden Komponenten enthält.
Die poröse Stromzuführung 12 wird durch Sintern hergestellt und erstreckt sich von der supraleitenden
Wicklung 10 bis zur Scheibe 34 (Fig.2) der Stromzuführungseinrichtung
15 negativer Polarität.
Die Stromzuführung 12 ist zur Erzielung einer Pumpwirkung mit einem verzweigten Ende ausgebildet, dessen
Zweige in den Kanälen 47 liegen. Die Anzahl der Kanäle 47 (Fig.3) und die entsprechende Anzahl der
Zweige beträgt in der beschriebenen Variante acht.
Zum freien und gleichmäßigen Austritt des Kühlmittels aus der Scheibe 34 und folglich auch zur Wärmeverteilung
über diese wird zweckmäßig der Austritt der Kanäle 47 (F i g. 2, 3) aus der Scheibe 34 der Stromzuführungseinrichtung
15 (Fig.2) negativer Polarität nach der Seite der Innenkammer 42 der Sammelkammer
23 für das Kühlmittel ausgerichtet und in einem Radius unterhalb des Radius der bei der Drehung des
Läufers ausgebildeten freien Fläche des Flüssigmetallkontaktes 41 (F i g. 3) angeordnet.
Die Bewegungsrichtung des Kühlmittels ist in F i g. 1 und 2 durch Pfeile angedeutet.
Zur Sicherung einer störungsfreien Arbeit der elektrischen Maschine im Übergangsbetrieb wird der Bereich
der Durchflußmenge für das Kühlmittel über die Stromzuführung
12 und die Kanäle 47 (F i g. 2, 3) so gewählt, daß der Übergang der Komponente B der Stromzuführung
12 in den supraleitenden Zustand dort eintritt, wo der prozentuale Gehalt der beiden Komponenten A und
B gleich ist. Die Stromzuführung 12 arbeitet dann bei deren Optimalwerten, d. h. die über die Stromzuführung
12 an die supraleitende Wicklung 10 geleitete Warmemenge ist minimal und von starken Stromschwankungen
unabhängig.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
40
45
55
60
65
Claims (2)
1. Kryogengekühlte elektrische Maschine, deren stimmt werden, daß sich über die Länge der Stromzu-Hohlläufer
(3) eine supraleitende Wicklung (10) auf- 5 führung ein Temperaturgefälle einstellt, bei dem diejeweist,
deren Stromzuführungen (t 1,12) mit je einer nige Stelle, im folgenden kurz Sprungstelle genannt, von
Stromzuführungseinrichtung (13, 15) am Ende der der an in Richtung zur Wicklung gesehen die Tempera-Läuferwelle
verbunden und in wenigstens einem in tür unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters
der Läuferwelle ausgebildeten Kühlmittelkanal (14, liegt, sich im Dauerbetrieb mit Sicherheit ira normallei-16)
angeordnet sind, der den Hohlraum des Läufers ig tenden Teil der Stromzuführung befindet. Wandert bei
(3) mit einer am Ende (4) der Läuferwelle angeord- Obergangsvorgängen, z. B. wenn sich der Kühlmittelneten
Kühlmittel-Sammelkammer (23) verbindet, strom oder der Erregerstrom ändern, die Sprungstelle in
wobei die an die Stromzuführungseinrichtung (15) den Bereich, wo sich Supraleiter und Normalleiter übernegative
Polarität angeschlossene Stromzuführung lappen, dann wird der Erregerstrom auf der kalten Seite
(12) an dem an der supraleitenden Wicklung gelege- 15 der Sprungstelle vom Supraleiter und auf der wärmen
nen Ende aus supraleitendem und an dem an der Seite vom Normalleiter übernommen. Es ist daher auch
Stromzuführungseinrichtung (15) gelegenen Ende dann noch ein sicherer Betrieb möglich. Wandert jedoch
aus normalleitendem Material besteht, und wobei in die Sprungstelle in den Bereich des supraleitfähigen
dem im Kühlmittelkanal (14, 16) befindlichen Ver- Teils der Stromzuführung, so muß der Erregerstrom
bindungsbereich zwischen supra- und normalleken- 20 sehr schnell abgeschaltet werden, um eine Zerstörung
dem Teil (itr Stromzuführung (12) über einen Teil des Erregersystems zu verhindern.
seiner Längserstreckung supra-und normalleitendes Hinzu kommt, daß bei der bekannten elektrischen
Material vorhanden sind, dadurch gekenn- Maschine der supra-und der normalleitende Teil der
zeichnet, daß die an die Stromzuführungsein- Stromzuführung aus massivem Material ausgeführt
richtung (15) negativer Polarität angeschlossene 25 sind, so daß der Wärmeübergang zum Kühlmittel ver-
Stromzuführung (12) aus porösem Sintermaterial hältnismäßig schlecht ist
besteht, und aus einem Werkstoff hergestellt ist, der Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, unaus
einer normalleitenden (A) und einer supraleiten- ter Gewährleistung-eines guten Wärmeüberganges zwiden
Komponente (B) besteht, deren Gehalt in Rieh- sehen Kühlmittel und supra- bzw. normalleitendem Teil
tung zur Stromzuführungseinrichtung (15) bzw. zur 30 der Stromzuführung einen sicheren Betrieb auch dann
supraleitenden Wicklung hin jeweils allmählich ab- zu gewährleisten, wenn die Sprungstelle infolge stönimmt,
wobei die Länge des Abschnittes der Strom- rungs- oder betriebsbedingter Übergangsvorgänge
zuführung (12), in dem der Anteil der normalleiten- längs der Stromzuführung über weite Bereiche wandert
den Komponente (A) gleich dem der supraleitenden Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Komponente (B)ist, das'Zeiin- bis Zwanzigfache des 35 Merkmale nach dem kennzeichnenden Teil des Patent-Durchmessers
der Stromzuführung (12) beträgt, anspruchs 1 gelöst.
2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch Bei der erfindungsgemäßen kryogengekühlten elekgekennzeichnet,
daß die mit der Stromzuführung trischen Maschine wird über die gesamte Länge der
(12) verbundene Stromzuführungseinrichtung (15) Stromzuführung der Erregerstrom .überwiegend vom
innerhalb der Sammelkammer (23) angeordnet ist, 40 normalleitenden bzw. supraleitende Material über-
und daß das in Höhe der Sammelkammer (23) ange- nommen, so daß ein sicherer Betrieb selbst dann mögordnete
Ende der Stromzuführung (12) in mehrere lieh ist, wenn die Sprungstelle unerwartet weit nach inZweige
aufgeteilt ist, die radial in den Schleifring (34) nen wandert Dabei ist wegen der Porosität des Sinterder
Stromzuführungseinrichtung verlaufen und an materials ein guter Wärmeübergang zwischen diesem
einer an den Innenraum der Sammelkammer (23) 45 und dem Kühlmittel gewährleistet.
angrenzenden Oberfläche des Schleifringes (34) Die erfindungsgemäße poröse Stromzuführung mit
münden. dem sich über ihre Länge ändernden Gehalt der supra-
und der normalleitenden Materialkomponente läßt sich,
wie bekannt (Römpps Chemielexikon 1976, S. 3236) auf
50 pulvermetallurgischem Wege durch Sintern herstellen.
Durch die CH-PS 4 93 905 ist eine Stromzuführung zu
Die Erfindung bezieht sich auf eine kryogengekühlte einem Supraleiter bekannt, bei dem die in einem Kühlelektrische
Maschine der im Oberbegriff des Patentan- kanal angeordnete Stromzuführung aus einem Litzenspruchs
1 beschriebenen, aus der DE-OS 27 48 479 be- geflecht mit mehr oder weniger langen Einzellitzen bekannten
Art. 55 steht, deren Anteil in der einen oder anderen Richtung Bei der bekannten kryogengekühlten elektrischen der Stromzuführung allmählich ab- bzw. zunimmt. Im
Maschine ist der Verbindungsbereich als normalleiten- Litzengeflecht sind untereinander verbundene Hohlräudes
Rohr ausgeführt, in dessen der Stromzuführungsein- me zur Durchleitung eines Kühlgases vorhanden,
richtung zugewandtes Ende der normalleitende Teil der Die Sprungstelle legt man am günstigsten in den Stromzuführung eingeführt ist. Der von der supraleiten- 60 Punkt der Stromzuführung, an dem die Anteile der beiden Wicklung kommende supraleitende Teil der Strom- den Komponenten gleich sind. Daher läßt sich eine grözuführung ist in eine auf der Außenseite des Rohres ßere Sicherheit erreichen, wenn man einen längeren Abangeordnete Nut eingelegt und dort mit dem Rohr ver- schnitt vorsieht, in dem die Anteile der beiden Kompolötet. Im Verbindungsbereich zwischen dem supra- und nenten gleich sind.
richtung zugewandtes Ende der normalleitende Teil der Die Sprungstelle legt man am günstigsten in den Stromzuführung eingeführt ist. Der von der supraleiten- 60 Punkt der Stromzuführung, an dem die Anteile der beiden Wicklung kommende supraleitende Teil der Strom- den Komponenten gleich sind. Daher läßt sich eine grözuführung ist in eine auf der Außenseite des Rohres ßere Sicherheit erreichen, wenn man einen längeren Abangeordnete Nut eingelegt und dort mit dem Rohr ver- schnitt vorsieht, in dem die Anteile der beiden Kompolötet. Im Verbindungsbereich zwischen dem supra- und nenten gleich sind.
dem normalleitenden Teil der Stromzuführung überlap- 65 Eine bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäpen
diese sich somit, so daß in diesem Bereich über Ben elektrischen Maschine ist Gegenstand des Patenteinen
Teil der Längserstreckung des Verbindungsbe- anspruchs 2.
reichs und somit der Stromzuführung sowohl supra- als Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
reichs und somit der Stromzuführung sowohl supra- als Anhand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2858052A DE2858052C2 (de) | 1978-12-22 | 1978-12-22 | Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische Maschine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2858052A DE2858052C2 (de) | 1978-12-22 | 1978-12-22 | Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische Maschine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2858052C2 true DE2858052C2 (de) | 1986-03-20 |
Family
ID=6058903
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2858052A Expired DE2858052C2 (de) | 1978-12-22 | 1978-12-22 | Stromzuführung für eine kryogengekühlte elektrische Maschine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE2858052C2 (de) |
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- 1978-12-22 DE DE2858052A patent/DE2858052C2/de not_active Expired
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