DE3524162A1 - Rotor fuer eine supraleitende rotierende elektrische maschine - Google Patents

Description

Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine

Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Rotor für eine solche supraleitende rotierende elektrische Maschine, bei der die supraleitenden Feldspulen in zuverlässiger Weise am Rotor befestigt sind.

Aufgrund der sehr hohen Drehzahlen eines Rotors in einer supraleitenden rotierenden elektrischen Maschine sind die supraleitenden Feldspulen eines derartigen Rotors sehr grossen Zentrifugalkräften ausgesetzt. Da jede Bewegung der Feldspulen nicht nur zu ihrer Beschädigung führen, sondern auch Reibungswärme hervorrufen kann, die schließlich den Verlust

der Supraleitfähigkeit mit sich bringt, ist es sehr wichtig, daß die Feldspulen fest am Rotor befestigt sind.

Die JP-OS 57-166839 beschreibt einen Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine, bei der gerade, in Längsrichtung verlaufende Bereiche der Feldspulen in separaten, in Längsrichtung verlaufenden Schlitzen im Rotor untergebracht und gegen Zentrifugalkräften mit Schlitzkeilen befestigt sind, die in die Schlitze über den Spulen eingesetzt sind, während die bogenförmigen Bereiche der Feldspulen alle in einem einzigen breiten, in ümfangsrichtung verlaufenden Schlitz im Rotor untergebracht sind. Die bogenförmigen Bereiche der Feldspulen sind voneinander durch eine elektrisch isolierende Packung getrennt, und ein Haltering ist mit Schrumpfsitz über die bogenförmigen Bereiche der Spulen gesetzt, um sie gegen Zentrifugalkräfte zu sichern. Die elektrisch isolierende Packung zwischen den bogenförmigen Bereichen der Feldspulen hat jedoch einen Wärmeausdehnungskoeffizienten, der doppelt so groß ist wie der des Rotors oder der Feldspulen. Während es somit möglich ist, die Feldspulen in den Schlitzen bei normalen Temperaturen sicher zu befestigen, bilden sich dann, wenn der Rotor im Betrieb auf extrem niedrige Temperaturen abgekühlt wird, Spalten zwischen den Feldspulen und der elektrisch isolierenden Packung. Da die elektrisch isolierende Packung nicht in den Schlitzen im Rotor befestigt ist, ist es möglich, daß sich die Feldspulen bewegen und Reibungswärme erzeugen, : die zum Verlust der Supraleitfähigkeit führen kann. Außer-

dem macht es die Verwendung eines Halteringes zur Befestigung der bogenförmigen Bereiche der Feldspulen schwierig,

: die Feldspulen zu einem späteren Zeitpunkt zu untersuchen und zu reparieren, da sich die Halterung nicht ohne weiteres abnehmen läßt.

Eine weitere Möglichkeit zur Befestigung der Feldspulen am Rotor besteht darin, nicht nur die in Längsrichtung verlaufenden Bereiche der Feldspulen, sondern auch die

bogenförmigen Bereiche der Feldspulen in einzelnen Schlitzen im Rotor unterzubringen. Die bogenförmigen Bereiche der Feldspule werden in den Schlitzen mit Keilen gehalten, ebenso wie die in Längsrichtung verlaufenden Bereiche.

Dabei ist weder eine elektrische Packung zwischen den Spulen noch ein Haltering erforderlich, so daß die Inspektion und Reparatur erleichtert wird. Bei einer derartigen Anordnung ist es jedoch unmöglich, vorher gewickelte Feldspulen in die Schlitze im Rotor einzusetzen. Statt dessen müssen die Feldspulen im Inneren der Schlitze gewickelt werden, was ihre Installation extrem zeitraubend und kostspielig macht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine anzugeben, bei dem die Feldspulen bei sämtlichen Temperaturen zuverlässig am Rotor befestigt sind.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß die Feldspulen sich zuverlässig am Rotor befestigen lassen, ohne daß ein Haltering über den bogenförmigen Bereichen der Feldspulen erforderlich ist. Dabei können vorher gewickelte Feldspulen in einfacher Weise am Rotor installiert werden. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß sich die Feldspulen leicht untersuchen, warten und gegebenenfalls reparieren lassen.

Gemäß der Erfindung wird ein Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine angegeben, der eine Spulen tragende Welle aufweist, in die eine Anzahl von parallelen Spulenschlitzen eingearbeitet ist, wobei jeder Spulenschlitz gerade oder geradlinige Bereiche, bogenförmige oder gekrümmte Bereiche sowie Ecken aufweist, welche die geraden Bereiche und die bogenförmigen Bereiche verbinden.

In den zwischen benachbarten Schlitzen ausgebildeten Rotorzähnen sind zumindest in den Bereichen der Rotorzähne, die an die Ecken der Schlitze angrenzen, Aussparungen ausgebildet, so daß es möglich ist, vorher gewickelte Spulen

in die Schlitze einzusetzen. Die Zähne haben darin ausgebildete Keilnuten, in welche Keile eingesetzt werden, um eine Radialbewegung der in die Spulenschlitze eingesetzten Feldspulen zu vermeiden. Halteteile, die ein oder mehrere Komponenten aufweisen können, wie zum Beispiel Halteplatten und Tragteile, sind in den Aussparungen mit Schrauben oder dergleichen lösbar befestigt. Die Halteteile passen über die Oberkanten der Keile, welche in die Spulenschlitze passen und eingesetzt sind, und verhindern deren Bewegung.

Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rotors für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine von dem Typ, auf den sich die Erfindung bezieht;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer supraleitenden Feldspule des Rotors gemäß Fig. 1;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Querschnitt der Welle längs der Linie A-A in Fig. 3; ,

Fig. 5 eine Draufsicht von einer der Halteplatten gemäiß Fig. 3;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Halteplatte gemäß Fig. 5;

Fig. 7 einen Querschnitt der Welle längs der Linie B-B in Fig. 3;

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung der Welle gemäß Fig. 3 zur Erläuterung, wie die Feldspulen in die Spulenschlitze in der Welle eingesetzt sind;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung des einen Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 einen Querschnitt der Welle längs der Linie C-C in Fig. 9 ;

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung von einer der Halteplatten gemäß Fig. 10;

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung des einen Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 13 einen Querschnitt der Welle längs der Linie D-D in Fig. 12;

Fig. 14 eine perspektivische Darstellung von einem der Tragteile gemäß Fig. 13;

Fig. 15 eine perspektivische Darstellung der Welle gemäß Fig. 12 zur Erläuterung der Anbringung der Feldspulen in den Spulenschlitzen der Welle;

Fig. 16 eine perspektivische Darstellung des einen Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 17 einen Querschnitt der Welle längs der Linie E-E in Fig. 16;

Fig. 18 eine perspektivische Darstellung von einem der

Halteteile gemäß Fig. 17;

Fig. 19 eine perspektivische Darstellung von einem der Tragteile gemäß Fig. 17;

Fig. 20 eine perspektivische Darstellung des einen Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 21 einen Querschnitt der Welle längs der Linie F-F

in Fig. 20;
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Fig. 22 eine perspektivische Darstellung von einem der Halteteile gemäß Fig. 21;

Fig. 23 eine perspektivische Darstellung des einen Endes einer Spulen tragenden Welle eines Rotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 24 eine perspektivische Darstellung der Welle längs der Linie G-G in Fig. 23.

Nachstehend wird eine Reihe von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen stets gleiche oder entsprechende Teile bezeichnen.

Figur 1 zeigt einen Längsschnitt eines Rotors der angesprochenen Art, während Figur 2 eine perspektivische Darstellung von einer der Feldspulen des Rotors gemäß Fig. 1 zeigt, Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Rotor ein zylindrisches Drehmomentrohr 1 auf, in dessen Mitte eine Spulen tragende Welle 2 ausgebildet ist. Der Außenumfang des Rotors wird von einem zylindrischen warmen Dämpfungsschild 3 gebildet, der fest an beiden Enden einer nach außen gehenden Welle 7 und einer nach innen gehenden Welle 8 befestigt ist; dabei ist die nach innen gehende Welle 8 an eine nicht dargestellte Turbine oder Last angeschlossen, in Abhängigkeit davon, ob der Rotor als Teil eines Generators oder eines Motors verwendet wird. Beide Wellen 7 und 8 sind in Lagern 9 drehbar gelagert. An der nach

--Τι innen gehenden Welle 8 sind Schleifringe 10 ausgebildet, über die den auf der Spulen tragenden Welle 2 montierten supraleitenden Feldspulen 14 Strom zugeführt wird. Ein zylindrischer kalter Dämpfungsschild 4 ist am Drehmomentrohr 1 zwischen der Spulen tragenden Welle 2 und dem Dämpfungsschild 3 befestigt. Die Abschirmungen oder DämpfungsSchilde 3 und 4 dienen dazu, die supraleitenden Feldspulen 14 gegenüber Wechselstrom-Magnetfeldern abzuschirmen, und dienen ferner dazu, Niederfrequenzschwingungen des Rotors während Störungen des elektrischen Systems, an das der Rotor angeschlossen ist, zu dämpfen. Flüssiges Helium, dessen Strömungsweg in Fig. 1 mit Pfeilen angegeben ist, wird über eine nicht dargestellte Leitungsanordnung dem Innenhohlraum der Spulen tragenden Welle 2 und den Wärmetauschern 11 zugeführt, die in dem Drehmomentrohr 1 ausgebildet oder an diesem montiert sind. Der innere Hohlraum der Spulen tragenden Welle 2 ist mit einem Außenrohr 5, das am Außenumfang der Welle 2 befestigt ist, und mit Stirnplatten 6, die an den Enden der Welle 2 befestigt sind, hermetisch abgedichtet, so daß in den Hohlraum eingeleitetes, flüssiges Helium sich nicht auf die anderen Teile des Rotors verteilen wird. Wärmestrahlungsabschirmungen oder -schilde 12, die die Feldspulen 14 gegenüber seitlicher Strahlung schützen, sind am Drehmomentrohr 1 an den Enden der Spulen tragenden Welle 2 montiert. Die mit dem Bezugszeichen 13 bezeichneten Bereiche des Rotors gemäß Fig. 1 sind evakuiert.

Wie in Figur 2 dargestellt, weist jede der supraleitenden Feldspulen 14 parallele, geradlinige oder gerade Bereiche 15, die sich parallel zur Achse der Welle 2 erstrecken, in der sie untergebracht sind, bogenförmige Bereiche 16, die an den Enden der geraden Bereiche 15 ausgebildet sind und sich in Umfangsrichtung über der Welle 2 erstrecken, sowie Ecken 17 auf, welche die geraden Bereiche 15 und die bogenförmigen Bereiche 16 verbinden.

Die Figuren 3 bis 8 zeigen eine Spulen tragende Welle 2

—Χ Ι eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Welle 2 hat eine Anzahl von darin ausgebildeten parallelen Spulenschlitzen 19, in denen die Feldspulen 14 angeordnet und untergebracht sind. Jeder Spulenschlitz 19 weist in Längsrichtung verlaufende gerade Bereiche 20, in Umfangsrichtung verlaufende bogenförmige Bereiche 21 an den Enden der geraden Bereiche 20, sowie Ecken 22 auf, welche die geraden Bereiche 20 und die bogenförmigen Bereiche 21 verbinden. Die Spulenschlitze 19 sind voneinander durch Rotorzähne 18 getrennt, die sich von der Längsachse der Welle 2 radial nach außen erstrecken. Die Rotorzähne 18 sind mit Keilnuten ausgestattet, die in der Nähe der radial äußeren Enden ausgebildet sind und in die Keile 24 eingesetzt werden, um die in den Spulenschlitzen 19 untergebrachten FeIdspulen 14 gegen Zentrifugalkräfte festzuhalten und zu sichern.

In den Bereichen der Zähne 18, die an die Ecken 22 der Schlitze angrenzen, sind Aussparungen 32 eingeschnitten, die sich zwischen benachbarten Spulenschlitzen 19 erstrekken. Wie in Figur 4 dargestellt, die einen Querschnitt der Welle 2 längs der Linie A-A in Fig. 3 zeigt, haben die Aussparungen 32 eine geringere Tiefe als die angrenzenden Schlitze 19. In jeder der Aussparungen 32 sind Einrichtungen vorgesehen, die eine Bewegung der Keile 24 in den benachbarten oder angrenzenden Spulenschlitzen 19 verhindern. Bei der ersten Ausführungsform umfassen diese Einrichtungen, die eine Bewegung verhindern, Halteplatten 34, die an den Bodenflächen der Aussparungen mit Schrauben 36 lösbar befestigt sind. Zum besseren Verständnis des Aufbaues ist eine der Halteplatten 34 gemäß Fig. 3 in der Darstellung gemäß Fig. 4 weggelassen.

Wie in Figur 5 und 6 dargestellt, die eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht von einer der Halteplatten 34 zeigen, haben diese eine gekrümmte oder bogenförmige Gestalt, die der Form der Rotorzähne in den Bereichen entspricht, die an die Ecken 22 der Spulenschlitze 19 angrenzen, und sie

haben ein oder mehrere, darin ausgebildete Schraubenlöcher 38, durch welche die erwähnten Schrauben 3 6 hindurchgehen. Die Schrauben 36 sind dabei in nicht dargestellte Schraubenlöcher in den Bodenbereichen der Aussparungen 32 eingeschraubt. Wie am deutlichsten in Figur 4 dargestellt, hat jede der Halteplatten 34 Vorsprünge 35, die sich über ihre Länge erstrecken und die über die Kanten der Keile 24 in den angrenzenden Spulenschlitzen 19 passen, so daß die Keile 24 an jeglicher Bewegung gehindert sind. Die linke Seite des Keiles 24 an der ganz linken Seite in Figur 4 paßt in eine Keilnut, während seine rechte Seite von einer Halteplatte 34 gehalten ist. Bei den anderen Keilen 24, welche die Ecken 17 der Feldspulen 14 abdecken, sind beide Seiten mit Halteplatten 34 festgehalten.

In jedem Bereich des Spulenschlitzes 19 sind die supraleitenden Feldspulen 14 am Boden und an den Seiten mit einer inneren elektrischen Isolierung 40, die zwischen den Feldspulen 14 und den seitlichen Bereichen der Spulenschlitze 19 angeordnet sind, und an der Oberseite mit einer elektrischen Keilisolierung 42, über der die Keile 24 angeordnet sind, umgeben. In den geraden Bereichen 20 und den bogenförmigen Bereichen 21 der Spulenschlitze 19 sind die Feldspulen 14 an ihrem Ort mit Keilen 24 gehalten, die in Keilnuten in den oberen Bereichen der Spulenschlitze 19 eingesetzt sind, und in den Bereichen der Ecken 22 sind sie in ihrer Position von den Keilen 24 in Zusammenwirkung mit den oben beschriebenen Halteplatten 34 gehalten. Figur 7 zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B in Fig. 3 zur Erläuterung, wie die Feldspulen 14 in den bogenförmigen Bereichen 22 gehalten sind. Die Feldspulen 14 sind in gleicher Weise in den geraden Bereichen 20 der Spulenschlitze 19 untergebracht.

3g Fig. 8 zeigt, wie eine vorher gewickelte Feldspule 14 in die Spulenschlitze 19 der Spulen tragenden Welle 2 gemäß Fig. 3 eingesetzt wird. Die geraden Bereiche 15 und die bogenförmigen Bereiche 16 der Feldspulen 14 werden zuerst

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in die entsprechenden Bereiche der Spulenschlitze 19 eingesetzt, und dann wird die jeweilige Ecke 17 jeder Spule 14 in die Ecke 22 des entsprechenden Spulenschlitzes 19 eingesetzt. Dann werden die Keile 24 in die Keilnuten in den Schlitzen 19 eingesetzt, um die Spulen 14 zu überdecken, und die Halteplatten 34 werden in den Aussparungen 32 mit Schrauben 36 befestigt, um die Keile 24 in den Ecken 22 der Schlitze 19 festzuhalten. Es ist ersichtlich, daß aufgrund der Anbringung der Aussparungen 32 eine vorher gewickelte Feldspule 14 in einfacher Weise in die Welle 2 eingesetzt und darin untergebracht werden kann, wobei sie zugleich mit den Halteplatten 34 gegen Bewegungen gesichert werden kann. Da ferner kein Haltering vorhanden ist und die Halteplatten 34 lösbar an der Welle 2 befestigt sind, ist eine Inspektion und Reparatur der Feldspulen 14 nach dem Zusammenbau sehr einfach und ohne weiteres möglich.

Die Figuren 9 und 10 zeigen eine Spulen tragende Welle eines Rotors gemäß einer zweiten Ausführungsform. Wie bei der ersten Ausführungsform sind in der Spulen tragenden Welle 50 eine Vielzahl von parallelen Spulenschlitzen 19 in ihrer Oberfläche ausgebildet, wobei jeder Spulenschlitz 19 gerade Bereiche 20, bogenförmige Bereiche 21 und Ecken 22 aufweist, welche die geraden Bereiche 20 und die bogenförmigen Bereiche 21 verbinden. In gleicher Weise sind die geraden Bereiche 15 der Feldspulen 14 in den geraden Bereichen 20 der Schlitze 19 untergebracht und die bogenförmigen Bereiche 16 der Feldspulen 14 in den bogenförmi-

3Q gen Bereichen 21 der Schlitze 19 untergebracht und in ihrer Position mit Keilen 24 gehalten, welche in Keilnuten in den Rotorzahnen 18 eingesetzt bzw. eingepaßt sind, welche zwischen den Schlitzen 19 in der in Fig. 7 dargestellten Weise ausgebildet sind. Wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind auch hier Aussparungen 52 in den Rotorzahnen 18 der Spulen tragenden Welle 2 in den Bereichen, die an die Ecken 22 der Schlitze 19 angrenzen, ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform sind

-Μι jedoch die Aussparungen 52 nur an einer Seite jedes Spulenschlitzes 19 ausgebildet und zwar an der Seite, die an die Außenseite der Ecke 22 des jeweiligen Schlitzes 19 angrenzt, und die Aussparungen 52 erstrecken sich nicht zu angrenzenden oder benachbarten Schlitzen 19. Jede Aussparung 52 hat eine geringere Tiefe als der angrenzende Spulenschlitz 19, und eine Halteplatte 54 ist fest am Boden der jeweiligen Aussparung 52 mit einer Schraube 6.0 befestigt. Wie in Figur 11 dargestellt, ist jede Halteplatte 54 mit einem darin ausgebildeten, eingesenkten Schraubenloch 56 für eine Schraube 60 sowie mit einem Vorsprung 58 ausgestattet, der sich längs einer ihrer Seiten erstreckt. Fig. 10 zeigt einen Querschnitt der Welle 50 längs der Linie C-C in Fig. 9, und man erkennt, daß dann, wenn die Schrauben 60 in die im jeweiligen Boden der Aussparungen 52 gebildeten Schraubenlöcher eingeschraubt sind, die Vorsprünge 58 der Halteplatten 54 über eine der Kanten eines Keiles 24 in dem jeweiligen Spulenschlitz 19 passen und den Keil 24 an einer Bewegung hindern. Die gegenüberliegende Kante jedes Keiles 24 ist in einer Keilnut gehalten, die in demjenigen Bereich des jeweiligen Rotorzahnes 18 ausgebildet ist, der der Aussparung 52 gegenüberliegt. Die Installation einer Feldspule 14 in der Spulen tragenden Welle 50 erfolgt in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungsform.

Wie bei der ersten Ausführungsform ermöglicht es die Anbringung der Aussparungen 52 in den Rotorζahnen 18, die an die Ecken 22 der Spulenschlitze 19 angrenzen, daß eine vorher gewickelte Feldspule 14 ohne weiteres in die Schlitze 19 eingesetzt werden kann; die Halteplatten 54 sorgen für eine sichere Befestigung der Keile 24 und der Feldspulen 14 in den Spulenschlitzen 19 und verhindern deren Bewegung im Betrieb des Rotors. Da ferner kein Haltering erforderlieh ist und die Halteplatten 54, falls erforderlich, aus den Aussparungen 52 gelöst werden können, wird die Inspektion und Reparatur der Feldspulen 14 erleichtert.

Die Figuren 12 bis 15 zeigen eine Spulen tragende Welle 70 gemäß einer dritten Ausführungsform des Rotors. Von außen hat diese Welle 70 das gleiche Aussehen wie die Welle 2 in Fig. 3. Wie man aus Fig. 13 jedoch entnehmen kann, die einen Querschnitt längs der Linie D-D in Fig. 12 zeigt, haben die Aussparungen 72 , die in den Rotorzahnen 18 der Welle 70, an die Ecken 22 der Schlitze 19 angrenzend, ausgebildet sind, die gleiche Tiefe wie die Schlitze 19. Die Aussparungen 72 erstrecken sich zwischen benachbarten Schlitzen 19. Bei dieser Ausführungsform weisen die Einrichtungen, die eine Bewegung der Keile 24 und der Feldspulen 14 verhindern, Halteplatte 34 wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5 und 6 sowie Tragteile 74 auf, von denen eines perspektivisch in Fig. 14 dargestellt ist. Die Tragteile 74 sind mit Schrauben 80 an den Bodenflächen der Aussparungen 72 sicher befestigt, und die Halteplatten 34 sind an den oberen Oberflächen der Tragteile 74 mit Schrauben 36 befestigt. Jedes der Tragteile 74 weist eine Anzahl von eingesenkten Schraubenlöchern 76, durch welche die Schrauk>en 80 hindurchgehen, sowie eine Anzahl von an seiner oberen Oberfläche ausgebildeten Schraubenlöchern 78 auf, in welche die Schrauben 36 der Halteplatten 34 eingeschraubt werden. Die Schrauben 80 für die Tragteile 74 sind in Schraubenlöchern eingeschraubt, die in den Bodenflächen der Aussparungen 72 ausgebildet sind. Wenn die Schraubenlöchern 38 in den Halteplatten 34 mit den Schraubenlöchern 76 in den Tragteilen 74 ausgefluchtet sind, kann anstelle von separaten Schrauben für die Halteplatten 34 und die Tragteile 74 jeweils eine einzige lange Schraube verwendet werden, um die Halteplatten 34 und die Tragteile 74 in den Aussparungen 72 und aneinander an den jeweiligen Orten zu befestigen, an denen eine Schraube erforderlich ist. Wie in Fig. 13 dargestellt, ist die Breite des jeweiligen Tragteiles 74 groß genug gewählt, um den Zwischenraum zwisehen benachbarten Spulen 14 vollständig auszufüllen, so daß sich zwischen den Tragteilen 74 und den Spulen 14 keine Spalten bilden werden und die Spulen 14 gegen jegliche Bewegung festgehalten sind. Zum besseren Verständnis der

-π ι Anordnung ist in Fig. 13 eine der Halteplatten 34 gemäß Fig. 12 weggelassen.

Es ist wünschenswert, daß die Tragteile 74 aus demselben Material wie die Spulen tragende Welle 70 oder aus einem Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten bestehen, so daß dann, wenn der Rotor auf Betriebstemperatur abgekühlt wird, die Welle 70 und die Tragteile 74 in gleichem Maße schrumpfen werden und sich keine Spalten zwischen den Tragteilen 74 und den Spulen 14 bilden.

Figur 15 zeigt, wie eine vorher gewickelte Feldspule 14 in die Schlitze 19 in der Welle 70 eingesetzt wird, wobei dieses Vorgehen in gleicher Weise abläuft wie bei der An-Ordnung gemäß Fig. 8. Da die Aussparungen 72 in den Rotorzähnen 18 der Spulen tragenden Welle 70 vorgesehen sind, kann eine vorher gewickelte Feldspule 14 ohne weiteres in den Schlitzen 19 untergebracht werden. Da außerdem die Aussparungen 72 bei dieser Ausführungsform größer sind als bei den vorher beschriebenen Ausführungsformen, verhindern die Tragteile 74, die in den Aussparungen 72 befestigt sind, seitliche Bewegungen der Feldspulen 14, und die Halteplatten 34, die an der Oberseite der Tragteile 74 befestigt sind, verhindern eine Bewegung der Keile 24 und sichern und haltern die Spulen 14 gegen radiale Bewegungen. Wie bei den vorherigen Ausführungsformen ist kein Haltering erforderlich, und somit wird die Inspektion und Reparatur der Feldspulen 14 erleichtert.

Die Fig. 16 bis 19 zeigen eine Spulen tragende Welle 90 eines Rotors gemäß einer vierten Ausführungsform. Diese Ausführungsform ist ähnlich der vorherigen Ausführungsform, mit der Abweichung, daß anstelle der Aussparungen 72, die nur in den Bereichen der Rotorzähne 18 ausgebildet sind, welche an die Ecken 22 der Spulenschlitze 19 angrenzen, sich die Aussparungen 72 auch über die Bereiche der Rotorzähne 18 erstrecken, die an die bogenförmigen Bereiche 21 der Schlitze 19 angrenzen. Wie in Figur 17

-ΜΙ dargestellt, die einen Querschnitt längs der Linie E-E in Figur 16 zeigt, haben die Aussparungen 72 in den Bereichen der Rotorzähne 18, die an die bogenförmigen Bereiche 21 der Schlitze 19 angrenzen, die gleiche Tiefe wie die Schlitze 19 und erstrecken sich zwischen benachbarten Schlitzen 19, so daß in der Tat die bogenförmigen Bereiche 16 und die Ecken 17 der Feldspulen 14 in einem einzigen breiten, längs des Umfanges verlaufenden Schlitz am jeweiligen Ende der Welle 19 untergebracht sind, anstatt in getrennten Schlitzen.

Wie bei der vorherigen Ausführungsform sind die Spulen 14 und die Keile 24 an Bewegungen gehindert, und zwar durch Tragteile 74, die an den Bodenflächen der Aussparungen 72 mit Schrauben 80 befestigt sind, und durch Halteplatten 34, die an den oberen Oberflächen der Tragteile 74 mit Schrauben 36 befestigt sind. Zum besseren Verständnis der Anordnung ist in Fig. 17 eine der Halteplatten 34 gemäß Fig. 16 weggelassen. Fig. 18 zeigt eine Halteplatte 34 zur Verwendung in den bogenförmigen Bereichen 21 der Schlitze 19. Sie ist im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet wie die Halteplatten 34, die an die Ecken 22 der Schlitze 19 angrenzend vorgesehen sind, unterscheidet sich aber darin, daß sie eine bogenförmige Gestalt besitzt, die an die Umfangskrümmung der Spulen tragenden Welle 90 angepaßt ist, und daß sie in der Draufsicht gerade erscheint im Vergleich zu der gekrümmten Halteplatte 34 gemäß Fig.5. Figur 19 zeigt ein Tragteil 74 zur Befestigung der bogenförmigen Bereiche 16 der Spulen 14, das abgesehen von einer anderen Krümmung im wesentlichen in gleicher Weise ausgebildet ist wie das Tragteil 74 für die Ecken 17 der Spulen 14 gemäß Fig. 14.

Wie in Fig. 17 dargestellt, sind die Tragteile 74 an den Bodenflächen der Aussparungen 72 mit Schrauben 80 lösbar befestigt, die in Schraubenlöcher in den Bodenflächen der Aussparungen 72 eingeschraubt sind. Die Halteteile 34 sind an den oberen Oberflächen der Tragteile 74 mit

Schrauben 36 befestigt, die in die Schraubenlöcher 78 eingeschraubt sind. Wenn jedoch, wie im Zusammenhang mit der vorherigen Ausführungsform beschrieben, die Schraubenlöcher 38 und 76 miteinander ausgefluchtet sind, können die Halteplatten 34 und die Tragteile 74 in den Aussparungen 72 und aneinander jeweils mit einer einzigen langen Schraube an dem jeweiligen Ort befestigt werden, wo eine Schraube erforderlich ist. Die Tragteile 74 füllen vollständig die Zwischenräume zwischen benachbarten Spulen und lassen keine Spalten, die den Spulen 14 eine Bewegung ermöglichen könnten. Wie bei der vorherigen Ausführungsform ist es wünschenswert, daß die Tragteile 74 aus dem gleichen Material wie die Welle 90 bestehen, so daß sich keine Spalten zwischen den Tragteilen 74 und den angrenzenden Spulen 14 bilden werden, wenn der Rotor auf Betriebstemperatur abgekühlt wird.

Die Figuren 20 bis 22 zeigen eine Welle 90 eines Rotors gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei dieser Ausführungsform unterscheiden sich die Mittel, die eine Bewegung der Keile 24 und der Feldspulen 14 verhindern, in denjenigen Bereichen der Aussparungen 72, die an die Ecken 17 bzw. die bogenförmigen Bereiche 16 der Feldspulen 14 angrenzen. Bei den Bereichen, die an die Ecken 17 der Spulen 14 angrenzen, weist die Bewegungssicherung Halteplatten 34 und Tragteile 74 auf, die identisch sind wie bei der vorherigen Ausführungsform. In den Bereichen der Aussparungen 72 jedoch, die an die bogenförmigen Bereiche 16 der Spulen 14 angrenzen, weist die Bewegungssicherung Halteteile 92 auf, die mit Schrauben 96 lösbar an den Bodenflächen der Aussparungen 72 befestigt sind. Die Halteteile 92 erstrecken sich über der Höhe sowohl der Spulen 14 als auch der Keile 24 und verhindern seitliche Bewegungen der Spulen 14 und sorgen außerdem für eine Halterung und Sicherung der Keile 24 und der Spulen 14 gegen Zentrifugalkräfte. Wie in Fig. 22 dargestellt, ist jedes Halteteil 92 mit einem darin ausgebildeten, eingesenkten Schraubenloch 94 versehen, durch das eine Schraube 96 hindurchgeht,

wobei die Schraube 96 in ein Schraubenloch eingeschraubt ist, das in der Bodenfläche der Aussparung 72 ausgebildet ist. Außerdem erstrecken sich Keilnuten 98 längs der beiden Seiten der jeweiligen Halteteile 92. Die Kanten der Keile 24 passen in diese Keilnuten 98 und sind dadurch in ihrer Position sicher gehalten. Wie in Figur 21 dargestellt, die einen Querschnitt längs der Linie F-F in Figur 20 zeigt, sind die Abmessungen der Halteteile 92 so gewählt, daß sie die Zwischenräume zwischen benachbarten Spulen 14 vollständig ausfüllen. Dadurch existieren keine Spalten zwischen den Halteteilen 92 und den Spulen 14 oder zwischen den Spulen 14 und den Seiten der jeweiligen Aussparungen 72, so daß die Spulen 14 gegen jegliche seitliche Bewegungen gesichert und daran gehindert sind. Da ein einziges Halteteil 92 die Funktionen sowohl des Tragteiles als auch einer Halteplatte wahrnimmt, ermöglicht dies eine Reduzierung der Anzahl von Teilen, die zur Befestigung der bogenförmigen Bereiche 16 der Spulen 14 an der Welle 90 erforderlich sind.

Wie bei den Tragteilen 74 wird bevorzugt, daß die Halteteile 92 aus dem gleichen Material bestehen wie die Welle 90, so daß eine thermische Schrumpfung der Tragteile 74 beim Abkühlen auf die Betriebstemperaturen des Rotors nicht zu irgendwelchen Spalten zwischen den Halteteilen 92 und den Spulen 14 führt.

Fig. 23 und 24 zeigen eine Spulen tragende Welle 90 eines Rotors gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.

Bei dieser Ausführungsform sind die Ecken 17 der Feldspulen 14 sowie die bogenförmigen Bereiche 16 an einer Bewegung durch Halteteile 92 wie bei der Anordnung gemäß Figur 22 gehindert, wobei die Halteteile 92 an den Bodenflächen der Aussparungen 72 mit Schrauben 96 lösbar befestigt sind, die in Schraubenlöcher in den Aussparungen 72 eingeschraubt sind. Wie in Fig. 24 dargestellt, die einen Querschnitt längs der Linie G-G in Figur 23 zeigt, ist jedes der Halteteile 92 groß genug ausgebildet, um die

zwischenräume zwischen benachbarten Spulen 14 vollständig auszufüllen. Wie bei den Halteteilen 92, welche die bogenförmigen Bereiche 16 der Spulen 14 befestigen, bestehen auch die Halteteile 9 2 für die Ecken 17 der Spulen 14 vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Welle 90.

Bei dieser Ausführungsform ist der Aufbau der anderen Teile oder Bereiche der Welle 90 in gleicher Weise vorgesehen wie bei der vorherigen Ausführungsform, so daß Schnittansichten dieser Teile weggelassen sind.

Während des Betriebes einer supraleitenden rotierenden elektrischen Maschine dreht sich der Rotor mit einer sehr hohen Geschwindigkeit, und dementsprechend sind die Kräfte, die auf die verschiedenen Schrauben ausgeübt werden, welche die Halteplatten, die Tragteile und die Halteteile an der Spulen tragenden Welle befestigen, sehr hoch. Um diese Kräfte zu reduzieren, ist es wünschenswert, daß die Halteplatten, die Tragteile und die Halteteile aus einem Metall bestehen, das ein großes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis besitzt, so daß sich das Gewicht dieser Bauteile reduzieren läßt. Titan oder Titanlegierungen sind besonders geeignete Materialien für diese Teile, da sie zusätzlich zu ihrem geringen Gewicht einen sehr niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten haben.

Obwohl in den beiliegenden Figuren der Zeichnung die Anzahl an Halteplatten, Tragteilen und Halteteilen sowie die Anzahl der Schrauben zur Befestigung dieser Teile bei den verschiedenen Ausführungsformen unterschiedlich ist, kann deren Anzahl, den jeweiligen Erfordernissen entsprechend, vergrößert oder verkleinert werden, um die vorteilhaften Wirkungen gemäß der Erfindung zu beeinflussen.

Aus den vorstehenden Erläuterungen ist klar, daß das Anbringen der Aussparungen in den Rotorzähnen einer Spulen tragenden Welle eines Rotors für eine supraleitende rotierende elektrische Maschine es ermöglicht, vorher gewickelte

Feldspulen in einfacher Weise in die Schlitze in der Welle einzusetzen, während das Anbringen der Bewegungssicherungen in den Aussparungen es ermöglicht, daß die Feldspulen in fester und zuverlässiger Weise in den Schlitzen befestigt werden, ohne daß bei sämtlichen auftretenden Temperaturen irgendwelche Bewegungen stattfinden. Dementsprechend besteht bei der erfindungsgemäßen Anordnung keinerlei Gefahr der Bewegung der Spulen, die sonst Reibungswärme und damit den Verlust der Supraleitfähigkeit hervorrufen kann. Da außerdem kein Haltering erforderlich ist und die Halteplatten, die Tragteile und die Halteteile in einfacher Weise im Bedarfsfall von der Welle abgebaut werden können, wird die Inspektion und die Reparatur der Feldspulen stark erleichtert.

Claims (23)

Patentansprüche

1. Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische
Maschine, gekennzeichnet durch

eine zylindrische, Spulen tragende Welle (2), in deren
Oberfläche eine Vielzahl von parallelen Spulenschlitzen (19) ausgebildet ist, wobei jeder Spulenschlitz (19) in Längsrichtung der Welle (2) verlaufende gerade Bereiche (15), in Urnfangsrichtung der Welle (2) verlaufende bogenförmige Bereiche (16) an den Enden der geraden Bereiche (15) sowie Ecken (17) aufweist, welche die geraden
Bereiche (15) und die bogenförmigen Bereiche (16) der
Schlitze (19) verbinden, wobei die Welle (2) eine Vielzahl von darin ausgebildeten Rotorzähnen (18) aufweist,

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deren Seiten von den Seiten der Spulenschlitze (19) gebildet werden, wobei in jedem der Rotorzähne (18) Keilnuten zum Einsetzen von Keilen (24) ausgebildet sind und jeder der Rotorzähne (18) eine Aussparung (32) zumindest in dem Bereich aufweist, der an die Ecken (17) der Spulenschlitze (19) angrenzt; eine Vielzahl von Feldspulen (14), die jeweils in einem der Spulenschlitze (19) untergebracht sind; eine Vielzahl von Keilen (24), die in die Keilnuten der Rotorzähne (18) eingesetzt sind und über die Feldspulen (14) passen, um eine Radialbewegung der Spulen (14) zu verhindern; und

eine lösbare Halteeinrichtung (34, 36), die eine Bewegung der Keile (24) und der Spulen (14), die in den an die Aussparungen (32) angrenzenden Bereichen

der Spulenschlitze (19) untergebracht sind, verhindern.

2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, < daß die Aussparungen (32) an die Ecken (17) der Spu-

lenschlitze (19) angrenzend in den Rotorzähnen (18) ausgebildet sind,

daß die Aussparungen (32) zumindest an einer Seite der jeweiligen Rotorzähne (18) ausgebildet sind und sich zwischen den angrenzenden Ecken (17) der Schlitze (19) erstrecken,

daß jede der Aussparungen (32) eine geringere Tiefe als die Schlitze (19) aufweist, und

daß die Halteeinrichtungen (34, 36) Halteplatten (34) aufweisen, die an den Bjo^lenflachen der jeweiligen Aussparungen (32) lösbar befestigt sind, wobei jede der Halteplatten (34) in ihra|m oberen Bereich Vor Sprünge (35) aufweist, die über-die Kanten der Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) passen, um deren Bewegung zu verhindern.

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BAD ORIGINAL

3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten (34) aus Titan bestehen.

4. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten (34) aus einer Titanlegierung bestehen.

5. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Aussparungen (52) in den Zähnen (18) ausgebildet sind und an die Ecken (17) der Spulenschlitze (19) angrenzen;

daß die Aussparungen (52) nur an denjenigen Seiten der Zähne (18) ausgebildet sind, die an die Außenseiten der Ecken (17) der Schlitze (19) angrenzen; daß jede der Aussparungen (52) eine geringere Tiefe als die Schlitze (19) aufweist;

und daß die Halteeinrichtungen (54, 60) Halteplatten (54) aufweisen, die lösbar an den Bodenflächen der Aussparungen (52) befestigt sind, wobei jede der Halteplatten (54) einen in ihrem oberen Bereich ausgebildeten Vorsprung (58) aufweist, der über die Kante des Keiles (24) in dem angrenzenden Schlitz (19) paßt, um deren Bewegung zu verhindern.

6. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten (54) aus Titan bestehen.

7. Rotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten (54) aus einer Titanlegierung bestehen.

8. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (72) in den Zähnen (18) ausgebildet sind und an die Ecken (17) der Spulenschlitze (19) angrenzen;
daß die Aussparungen zumindest an einer Seite der jeweiligen Zähne (18) ausgebildet sind und sich zwischen den angrenzenden Ecken (17) der Schlitze (19) erstrecken; daß jede der Aussparungen (72) die gleiche Tiefe wie die Schlitze (19) aufweist;

und daß die Halteeinrichtung (34, 36, 74) Halteplatten (34) und Tragteile (74) aufweist, wobei die Tragteile (74) an den Bodenflächen der Aussparungen (72) lösbar befestigt sind, während die Halteplatten (34) an den oberen Oberflächen der Tragteile (74) lösbar befestigt sind, wobei jede der Halteplatten (34) in ihrem oberen Bereich ausgebildete VorSprünge (35) aufweist, die über die Kanten der Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) passen, um deren Bewegung zu verhindern, und wobei jedes der Tragteile (74) sich zwischen den Spulen (14) in den angrenzenden Spulenschlitzen (19) erstreckt, um deren Bewegung zu verhindern.

9- Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteplatten (34) und die Tragteile (74) aus Titan bestehen.

10. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bauteil von Halteplatten (34) und Tragteilen (74) aus einer Titanlegierung besteht.

11. Rotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragteile (74) aus dem gleichen Material bestehen wie die Spulen tragende Welle (70).

12. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Aussparungen (72) in den Zähnen (18) ausgebildet sind und an die Ecken (17) und die bogenförmigen Bereiche (16) der Spulenschlitze (19) angrenzen; daß die Aussparungen (72) zumindest an einer Seite der jeweiligen Zähne (18) ausgebildet sind und sich zwischen den angrenzenden Schlitzen (19) erstrecken; daß jede der Aussparungen (72) die gleiche Tiefe wie die Schlitze (19) aufweist;

und daß die Halteeinrichtung (34, 74) Halteplatten (34) und Tragteile (74) aufweist, wobei jedes der Tragteile (74) an der Bodenfläche von einer der Aussparungen (72)

lösbar befestigt ist und jede der Halteplatten (34) an der oberen Oberfläche von einem der Tragteile (74) lösbar befestigt ist,

wobei jede der Halteplatten (34) in ihrem oberen Bereich Vorsprünge (35) aufweist, die über die Kanten der Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) erstreckt, um deren Bewegung zu verhindern, und wobei jedes der Tragteile (74) sich zwischen den Spulen (14) in angrenzenden Spulenschlitzen (19) erstreckt, um deren Bewegung zu verhindern.

13. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bauteil von Halteplatten (34) und Tragteilen (74) aus Titan besteht.

14. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Bauteil von Halteplatten (34) und Tragteilen (74) aus einer Titanlegierung besteht.

15. Rotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragteile (74) aus dem gleichen Material wie die Spulen tragende Welle (70) bestehen.

16. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (72) in den Zähnen (18) ausgebil·⁴· det sind und an die Ecken (17) und die bogenförmigen Bereiche (16) der Spulenschlitze (19) angrenzen; daß die Aussparungen (72) zumindest an einer Seite der jeweiligen Zähne (18) ausgebildet sind und sich zwisehen den angrenzenden Schlitzen (19) erstrecken; daß jede der Aussparungen (72) die gleiche Tiefe wie die Schlitze (19) aufweist;

daß in den Bereichen der Aussparungen (72), die an die Ecken (17) der Schlitze (19) angrenzen, die Halteeinrichtungen (34, 74, 92) Halteplatten (34) und Tragteile (74) aufweisen, wobei die Tragteile (74) an den Bodenflächen der Aussparungen (72) lösbar befestigt sind und die Halteplatten (34) an den oberen Oberflächen

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der Tragteile (74( lösbar befestigt sind, wobei jede der Halteplatten (34) in ihrem oberen Bereich ausgebildete Vorsprünge (35) aufweist, die über die Kanten der Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) passen, um deren Bewegung zu verhindern, und wobei jedes der Tragteile (34) sich zwischen den Spulen (14) in den angrenzenden Spulenschlitzen (19) erstreckt, um deren Bewegung zu verhindern;

und daß in den Bereichen der Aussparungen (72), die an die bogenförmigen Bereiche (16) der Schlitze (19) angrenzen, die Halteeinrichtungen (34, 74, 92) Halteteile (92) aufweisen, die an den Bodenflächen der Aussparungen (72) lösbar befestigt sind und in ihrem oberen Bereich Keilnuten aufweisen, in welche die Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) passen und gegen Bewegung gesichert sind, wobei jedes der Halteteile (92) als Einzelkörper ausgebildet ist, der sich über die Höhe der Keile (24) und der FeIdspulen (14) in den angrenzenden Spulenschlitzen (19) erstreckt.

17. Rotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Element von Halteteilen (92) und Tragteilen (74) aus dem gleichen Material wie die Spulen tragende Welle (90) besteht.

18. Rotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Element von Halteplatten (34), Tragteilen (74) und Halteteilen (92) aus Titan besteht.

19. Rotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Element von Halteplatten (34), Tragteilen (74) und Halteteilen (92) aus einer Titanlegierung besteht.

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20. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen (72) in den Zähnen (18) ausgebildet sind und an die Ecken (17) und die bogenförmigen Bereiche (16) der Spulenschlitze (19) angrenzen;

daß die Aussparungen (92) zumindest an einer Seite der jeweiligen Zähne (18) ausgebildet sind und sich zwischen den angrenzenden Schlitzen' (19) erstrecken; daß jede der Aussparungen (72) die gleiche Tiefe wie die Schlitze (19) aufweist,

und daß in den Bereichen der Aussparungen (72) , die an die bogenförmigen Bereiche (16) angrenzen, und in den Bereichen der Aussparungen (72) , die an die Ecken (17) der Schlitze (19) angrenzen, die Halteeinrichtung

(92) Halteteile aufweist, die an den Bodenflächen der Aussparungen (72) lösbar befestigt sind und in ihrem oberen Bereich Keilnuten (98) aufweisen, in welche die Keile (24) in den angrenzenden Schlitzen (19) passen und gegen Bewegungen gesichert sind, wobei die Halteteile (92) sich zwischen den Spulen in den angrenzenden Spulenschlxtzen (19) erstrecken, um deren Bewegung zu verhindern, und wobei jedes der Halteteile (92) als Einzelkörper ausgebildet ist, der sich über die Höhe der Keile (24) und die Feldspulen

(14) in den angrenzenden Spulenschlxtzen (19) erstreckt.

21. Rotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (92) aus dem gleichen Material wie die Spulen tragende Welle (90) bestehen.

22. Rotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (92) aus Titan bestehen.

23. Rotor nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile (92) aus einer Titanlegierung bestehen.