DE3222478A1

DE3222478A1 - Rotor fuer eine supraleitende elektrische rotationsmaschine

Info

Publication number: DE3222478A1
Application number: DE19823222478
Authority: DE
Inventors: Toshiki Hirao; Kouichi Kobe Hyogo Okamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-06-15
Filing date: 1982-06-15
Publication date: 1982-12-30
Also published as: JPS57208857A; US4443722A; JPH0145833B2; GB2100939B; DE3222478C2; GB2100939A

Description

~³~ 13. Juni 1982

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine oder einen supraleitenden elektrischen Drehmotor, bei denen geschichtete Spulenschutz abdeckungen, die aus einer Vielzahl von dünnwandigen zylindrischen Platten bestehen, zwischen den Endteilen der supraleitenden Feldspulen und den Spulenhaiteringen angeordnet sind, welche an beiden Enden einer Spulenhalterungswelle montiert sind. Die Hauptfunktion der Schutzabdeckungen besteht darin, auf die Halteringe zentrifugale oder elektromagnetische Kräfte sowie thermische Belastungen zu übertragen, die auf die Halteringe und die elektrische Isolation zwischen den Feldspulen und den Halteringen ausgeübt werden, und die Spulen fest zu halten. Dementsprechend müssen die Abdeckungen eine Dicke in der Größenordnung von einigen Millimetern haben.

Eine herkömmliche Schutzabdeckung ist in Fig. 1 dargestellt und besteht aus einem Paar von halbzylindrischen Isoliersegmenten, die miteinander zu einem Zylinder verbunden sind, der einen Durchmesser von einigen 10 cm besitzt.

Die Abdeckung besteht aus zwei halbzylindrischen Segmenten, da die Spulenhalterungswelle einen größeren Außendurchmesser als der Innendurchmesser der Schutzabdeckung besitzt;

^ow deswegen kann eine als einstückiger Zylinder ausgebildete Abdeckung nicht in ihrer Position auf der Halterungswelle montiert werden.

Die Schutzabdeckung 22 ist als gegossener oder vergossener Isolator aus einem Isoliermaterial ausgebildet. Derartige Abdeckungen sind jedoch kostspielig wegen der Kosten, die mit dem Formen und Bearbeiten verbunden sind. Außerdem

ist eine genaue Bearbeitung erforderlich, um eine Schutzabdeckung aus einem Rohling aus Isoliermaterial herzustellen.

Andererseits muß die ümfangsoberfläche der Abdeckung wirklich kreisförmig unter Berücksichtigung dessen sein, daß der Haltering an die Ümfangsoberfläche angepaßt ist. Im Falle einer Fehlausrichtung oder Fehlanpassung zwischen den supraleitenden Feldspulen und der Isolierauskleidung entsteht ein Spalt zwischen den Spulen und der Auskleidung, so daß schwierige Arbeitsgänge erforderlich sein können, um die halbzylindrischen Isolatoren auf eine wirklich kreisförmige Gestalt zu bearbeiten. In jedem Falle muß eine große Menge an Klebemittel bei der Herstellung von herkömmlichen Schutzabdeckungen 22 verwendet werden, und die wirklich kreisförmige Gestalt der Schutzabdeckung 22 muß bei der Verwendung eines Verdichtungs- oder Verfestigungswerkzeugs durch eine sorgfältige Zusammenbau- oder Montageoperation aufrechterhalten werden.

Aufgabe der Erfindung ist es," diese Unzulänglichkeiten beim Stande der Technik auszuräumen und einen Rotor mit verbesserten Eigenschaften anzugeben, der sich in einfacher und zuverlässiger Weise herstellen laßt.

Der erfindungsgemäße Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine oder einen elektrischen Drehmotor weist eine Schutzabdeckung auf, die einen geschichteten

Aufbau besitzt, wobei die Schichten der Schutzabdeckung aneinander zu einer einheitlichen zylindrischen Schutzabdeckung geklebt werden, die in den Rotor für die supraleitende dynamoelektrische Maschine eingebaut wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in
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Fig. 1 eine Vorderansicht im Querschnitt zur Erläuterung einer Spulen-Schutzabdeckung, die bei einem Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine verwendet wird;
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Fig. 2 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt

zur Erläuterung des Gesamtaufbaus des Rotors einer supraleitenden elektrischen Rotationsmaschine;

Fig. 3 eine Teilvorderansicht im Querschnitt zur Erläuterung des Aufbaus des Endteiles der Feldspule;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht im Querschnitt zur Erläuterung des Aufbaus des Endteiles der Feldspule;

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung der Anordnung gemäß Fig. 4, teilweise im Querschnitt? und in

Fig. 6 eine Vorderansicht im Querschnitt zur Erläuterung einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Schutzabdeckung zur Verwendung bei einem Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine .

In den verschiedenen Figuren der Zeichnung werden durchgehend gleiche Bezugszeichen für gleiche oder äquivalente Bauelemente verwendet.

Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Schutzabdeckung 22, die aus einem Paar von halbzylindrischen Isoliersegmenten besteht, die miteinander einen Zylinder bilden. Fig. 2 zeigt den

generellen Aufbau eines Rotors für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine oder einen elektrischen Drehmotor. In Fig. 2 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein Drehrohr oder eine Hohlwelle, das Bezugszeichen 2 eine Spulenhalterungswelle, welche den zentralen Teil der

Hohlwelle 1 bildet. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet supraleitende Feldspulen, die an der Spulenhalterungswelle befestigt sind. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet ein Normaltempera tur-Dämpfungselement oder eine Normaltemperatur-XO Abschirmung, welche das Drehrohr bzw. die Hohlwelle 1 und die Spulenhalterungswelle 2 umgibt. Das Bezugszeichen 5 bezeichnet ein Tieftemperatur-Dämpfungselement oder eine Tieftemperatur—Abschirmung, die zwischen der Normaltemperatur-Dämpfungsabschirmung 4 und der Spulenhalterungswelle 2 montiert ist. Das Bezugszeichen 6 bezeichnet ein äußeres Rohr für Helium, das am Umfang der Spulenhalterungswelle 2 montiert ist, während das Bezugszeichen 7 Stirnplatten oder Endplatten bezeichnet, die an den stirnseitigen Enden oder Flächen der Spulenhalterungswelle 2 montiert sind. Das Bezugszeichen 8 bezeichnet eine stirnseitige oder Endwelle am Antriebsende und das Bezugszeichen 9 eine stirnseitige oder Endwelle an der dem Antriebsende gegenüberliegenden Seite. Das Bezugszeichen 10 bezeichnet Lager, die diese Endwellen 8 und tragen. Das Bezugszeichen 11 bezeichnet Schleifringe, über welche der Feldstrom angelegt wird. Das Bezugszeichen 12 bezeichnet Wärmetauscher, die in die Hohlwelle 1 eingebaut oder mit dieser ausgebildet sind. Das Bezugszeichen 13 bezeichnet seitliche Strahlungsschilde. Das Bezugszeichen 14 bezeichnet Vakuumzonen, die auf

Vakuum gehalten werden. Das Bezugszeichen 15 bezeichnet eine Senke oder einen Raum für flüssiges Helium. Das Bezugszeichen 16 bezeichnet Halteringe, di,e auf beiden Seiten der Spulenhalterungswelle 2 montiert sind. 35

Bei einem Rotor der oben beschriebenen Art werden die auf der SpulenhaiterungsweLIe 2 montierten Feldspulen 3 auf eine extrem niedrige Temperatur gekühlt, so daß der elek-

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trische Widerstand im wesentlichen auf Null verringert wird. Ein starkes Magnetfeld wird in den Feldspulen 3 erzeugt, die frei von Erregerverlusten ist, und eine Wechselspannung wird im nicht dargestellten Stator erzeugt. Damit die Feldspulen 3 auf extrem niedrige Temperatur gekühlt und auf dieser gehalten werden, wird üblicherweise flüssiges Helium vom zentralen Bereich der Endwelle 9 in einen Behälter für flüssiges Helium eingeleitet, der von der äußeren Hülse oder dem äußeren Rohr 6 und den Endplatten 7 gebildet wird. Die Innenseite des Rotors wird mittels der Vakuumzonen 14 auf Hochvakuum gehalten. Das Drehrohr oder die Hohlwelle 1, die so ausgelegt ist, daß sie das Drehmoment auf die supraleitenden Feldspulen 3 und die Spulenhalterungswelle 2 überträgt, ist als dünnwandi^r'3r Zylinder ausgebildet. Ein Wärmetauscher 12 ist vorgesehen, um die Wärme, die durch die Hohlwelle 1 in den Bereich extrem niedriger Temperatur eindringt, auf einen möglichst geringen Wert zu reduzieren. Die seitlichen Strahlungsschilde 13 sind vorgesehen, um die Wärme zu reduzieren, die von beiden Seiten durch Strahlung eindringt. Die Normaltemperatur- und Tieftemperatur-Dämpfungselemente bzw. -Abschirmungen 4 bzw. 5 dienen dazu, die Feldspulen 3 gegenüber dem Magnetfeld abzuschirmen oder zu schützen, welches von den hohen Harmonischem vom Stator erzeugt wird, sowie die Rotorschwingungen zu dämpfen, die durch Störungen in der Versorgungsleitung hervorgerufen werden. Die Normaltemperatur- und Tieftemperatur-Dämpfungselemente bzw. -Abschirmungen 4 bzw. 5 arbeiten üblicherweise gleichzeitig als

äußeres Vakuumrohr bzw. als Strahlungsschilde gegenüber dem Heliumgefäß. In Fig. 2 sind das Leitungssystem, die einen Heliumeinlaß und einen Heliumauslaß im Rotor bilden, sowie die an den Rotor angeschlossenen Heliumeinlaß- und -auslaßeinrichtungen weggelassen, um die Darstellung zu vereinfachen.

-δι Wenn NbTi oder ähnliche elastische Drahtmaterialien als supraleitende Feldspulen verwendet werden, wird vorzugsweise die Oberfläche der Spulenhalterungswelle mit axialen Schlitzen versehen und die supraleitenden Spulen in diesen Spulen angeordnet. Gemäß einer typischen Konstruktion der supraleitenden Feldspulen werden die Spulen oder Wicklungen vorher auf ein Formteil oder eine Spule aufgewickelt und die resultierende Anordnung auf der Spulenhalterungswelle montiert. Es besteht jedoch insofern ein Nachteil bei diesem System, als der Raum oder Platz zum Wickeln der Feldspule um einen Wert verringert ist, der gleich dem Volumen des Formteils oder der Spule ist, und daß zusätzliche Zeit und Arbeit zur Herstellung des Formteiles oder Spulenkörpers erforderlich sind.

Die Art und Weise, wie die supraleitenden Feldspulen in die Schlitze gebracht werden, die auf der Oberfläche der Spulenhalterungswelle 2 vorgesehen sind, ist nachstehend im einzelnen anhand von Fig. 3 erläutert, die eine Vorderansicht im Querschnitt für die Anordnung der Feldspulen zeigt.

In Fig. 3 bezeichnet das Bezugszeichen 2 die Spulenhalterungswelle, und das Bezugszeichen 17 bezeichnet eine Anzahl von axialen Schlitzen, die auf der Oberfläche der Spulenhalterungswelle ausgebildet sind. Das Bezugszeichen 3 bezeichnet supraleitende Feldspulen, die in den axialen Schlitzen 17 angeordnet sind. Das Bezugszeichen 18 bezeichnet eine Isolierschicht, die in jedem Schlitz 17 vorgesehen ist. Das Bezugszeichen 19 bezeichnet einen Keil zur Befestigung oder Verriegelung jeder Feldspule 3 in dem Schlitz 17, und das Bezugszeichen 20 bezeichnet eine Isolation, die an dem Keil 19 vorgesehen ist.

Wie in Fig. 3 dargestellt, sind die supraleitenden Feldspulen 3 so angeordnet, daß sie die Pollinie B-B umgeben, und somit wird ein kräftiges Magnetfeld um die Pollinie B-B erzeugt.

Fig. 4 zeigt den Endbereich der Spulenhalterungswelle 2 gemäß Fig. 2, d.h. den Endbereich der supraleitenden Feldspulen 3 mit näheren Einzelheiten.

In Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 2 die Spulenhalterungswelle, und das Bezugszeichen 16 bezeichnet den Haltering, der durch Schrumpfung auf die Spulenhalterungs* welle 2 aufgebracht und an diese angepaßt ist. Das Bezugszeichen 21 bezeichnet eine zylindrische Isolierbodenplatte, die am Boden des gestuften Bereiches der Spulenhalterungswelle 2 angebracht ist. Das Bezugszeichen 23 bezeichnet eine Isolierauskleidung, die fest in den Raum zwischen benachbarten oder angrenzenden Spulen sowie in den Raum zwischen den Spulen und der Endwand oder Stirnwand an der Stufe oder Aussparung hineingetrieben ist. Das Bezugszeichen 22 bezeichnet eine Schutzabdeckung, die die Feldspulen 3 umgebend montiert ist.

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung zur näheren Erläuterung des Aufbaus der Anordnung gemäß Fig. 4 und zeigt den Endbereich der Spulenhalterungswelle 2. Die Bezugszeichen in Fig. 5 sind die gleichen wie in Fig. 4. -

Beim Aufbau des Endbereiches der oben beschriebenen Art sind die supraleitenden Feldspulen 3 nicht nur mit Isoliermaterial umgeben, sondern auch durch die Halteringe 16 angedrückt gehalten, so daß die Feldspulen 3 in hohem Maße zuverlässig gehalten werden können. Außerdem können aufgrind dieser Schützabdeckungen 22 zentrifugale oder ^O elektromagnetische Kräfte oder thermische Belastungen, die auf die elektrische Isolation zwischen den Feldspulen 3 und den Halteringen 16 sowie die Feldspulen 3 ausgeübt werden, auf die Halteringe 16 übertragen werden, und letztere können wirksam und zuverlässig gehalten werden.

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Eine herkömmliche Schutzabdeckung ist in Fig. 1 dargestellt und hat eine Reihe von Unzulänglichkeiten, wie oben bereits erläutert worden ist.

-ιοί Fig. 6 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform gemäß der Erfindung einer Schutzabdeckung 22, die bei einem Rotor der beschriebenen Art verwendet wird. Die Schutzabdeckung 22 besteht aus zahlreichen dünnwandigen zylindrischen Isolierschichten, die mit einem Klebemittel oder Klebstoff miteinander verklebt bzw. verbunden sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wird jede Schicht von zwei halbzylindrischen Platten gebildet, die an einander diametral gegenüberliegenden Punkten oder Stellen miteinander verbunden sind. Eine Vielzahl von Paaren von derartigen halbzylindrischen Platten sind miteinander in der Weise verklebt, daß die Verbindungsstellen, Stoßstellen oder Klebestellen der halbkreisförmigen bzw. halbzylindrischen Platten jedes Paares von Schicht zu Schicht gegeneinander versetzt sind, um eine ausreichende Festigkeit als isolierende Schutzabdeckung 22 zu gewährleisten. Die Dicke der Isolierplatte wird so bestimmt, daß der resultierende Ring in einfacher Weise verfügbar ist und eine möglichst kleine Anzahl von Bauteilplatten besitzt sowie einen bestimmten Grad an Flexibilität oder Biegsamkeit aufweist.

Beispielsweise kann ein schichtenförmiger Ring aus thermo-· härtbarem Kunststoff mit einer Dicke von 0,5 mm verwendet werden.

Auf diese Weise läßt sich die Schutzabdeckung 22 bei niedrigen Kosten herstellen, da sie aus isolierenden Kunststoffplatten hergestellt ist, welche in großer Menge und bei geringen Kosten zur Verfügung stehen. Da die Schutzabdeckungen 22 zur gleichen Zeit herge-

stellt und auf der Spulenhalterungswelle 2 montiert werden können, läßt sich der Herstellungsvorgang vereinfachen.

Gemäß der Erfindung sind die erwähnten Schutzabdeckungen 22 somit als geschichtete oder laminierte Schichten aus dünnwandigen zylindrischen Platten aufgebaut, die mit-

einander verklebt sind, und der Rotor der supraleitenden dynamoelektrischen Maschine läßt sich bei verringerten Kosten unter Verwendung von derartigen Schutzabdeckungen 22 zum Schutz der supraleitenden· Feldspulen 3 zusammenbauen

Al

Leerseite

Claims

Henkel, Kern, Feiler fir HSnzel , Patentanwälte Möhlstraße 37 MITSUBISHI DENKI D-8000 München KABUSHIKI KAISHA Tokio, Japan Telegramme:ellipsoid FAM-5527 15. Juni 1982 Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine Patentansprüche

1./Rotor für eine supraleitende elektrische Rotationsmaschine, bei der supraleitende Feldspulen in Einlagebereichen in axialen Schlitzen auf der Oberfläche einer Halterungswelle und an den Endbereichen in Endaussparungen in der Halterungswelle angeordnet sind, wobei der Raum in den Aussparungen zwischen benachbarten Spulen mit einer Isolierauskleidung ausgefüllt ist und die so in den Schlitzen angeordneten Spulen durch Halteringe festgehalten sind, die an der Halterungswelle montiert sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine laminierte oder geschichtete Isolieranordnung (22), die aus einer Vielzahl von dünnwandigen zylindrischen Schichten besteht, zwischen den jeweiligen Halte-

ringe (16) und die Endbereiche der supraleitenden Spulen (3) angeordnet und geklebt ist (Fig. 5).

2. Rotor nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Isolierplatten (22) für jede Schicht verwendet sind und

an einer Stelle zusammenstoßen und daß die Schichten miteinander in der Weise verklebt sind, daß die Verbindungs- oder Stoßstellen der beiden Platten von Schicht zu Schicht gegeneinander versetzt sind. 10

3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierplatten (22) aus thermohärtbarem Kunststoff material bestehen.