DE3524162C2 - - Google Patents
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- DE3524162C2 DE3524162C2 DE3524162A DE3524162A DE3524162C2 DE 3524162 C2 DE3524162 C2 DE 3524162C2 DE 3524162 A DE3524162 A DE 3524162A DE 3524162 A DE3524162 A DE 3524162A DE 3524162 C2 DE3524162 C2 DE 3524162C2
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02K55/02—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type
- H02K55/04—Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures of the synchronous type with rotating field windings
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine supraleitende ro
tierende elektrische Maschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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 DE-OS 32 12 197 beschreibt (ähnlich wie die
JP-OS 57-166839) einen Rotor für eine supraleitende rotieren
de elektrische Maschine, bei der gerade, in Längsrichtung
verlaufende Bereiche der Feldspulen in separaten, in Längs
richtung verlaufenden Nuten im Rotor untergebracht und
gegen Zentrifugalkräfte mit Nutkeilen befestigt sind,
die in die Nuten über den Spulen eingesetzt sind, während
die bogenförmigen Bereiche der Feldspulen alle in einem einzigen
breiten, in Umfangsrichtung verlaufender Nut im
Rotor untergebracht sind. Die bogenförmigen Bereiche der Feld
spulen 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 Nuten 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 elek
trisch isolierenden Packung. Da die elektrisch isolierende
Packung nicht in den Nuten im Rotor befestigt ist, ist
es möglich, daß sich die Feldspulen bewegen und Reibungs
wärme erzeugen, die zum Verlust der Supraleitfähigkeit füh
ren kann. Außerdem 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.
Weitere Möglichkeiten zur Befestigung von Feldspulen an Ro
toren werden in der DE-OS 22 62 045, der FR 20 50 535 und der
DE-OS 22 33 508 gezeigt. In diesen Schriften sind nicht nur
die in Längsrichtung verlaufenden Bereiche der Feldspulen,
sondern auch die bogenförmigen Bereiche (tangentialen Berei
che) der Feldspulen in einzelnen Nuten im Rotor unter
gebracht. In der DE-OS 22 62 045 werden die bogenförmigen
Bereiche der Feldspule in den Nuten 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 Repa
ratur erleichtert wird. Die genannte Offenlegungsschrift be
trifft jedoch einen Turbogenerator, bei dem die Feldspulen im
Innern der Nuten gewickelt werden. Bei supraleitenden
Feldspulen, wie sie bei der erfindungsgemäßen Gattung verwen
det werden, ist es jedoch notwendig, vorher gewickelte Feld
spulen in die Nuten des Rotors einzusetzen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Möglichkeiten zur Befe
stigung von Feldspulen an einem Rotor für eine supraleitende
rotierende elektrische Maschine dahingehend weiterzubilden,
daß vorgefertigte Feldspulen
im Rotor eingesetzt und bei sämtlichen Temperaturen zuverlässig am Rotor befestigt sind.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird durch die Merkmale des
kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird in vorteilhafter
Weise erreicht, daß die Feldspulen sich zuverlässig am Rotor
befestigen lassen, ohne daß ein Haltering über den bogenför
migen Bereichen der Feldspulen erforderlich ist. Dabei können
vorher gewickelte Feldspulen in einfacher Weise am Rotor in
stalliert werden. Ferner ergibt sich der Vorteil, daß sich
die Feldspulen leicht untersuchen, warten und gegebenenfalls
reparieren lassen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 einen Längsschnitt eines Rotors für eine supralei
tende rotierende elektrische Maschine von dem Typ,
auf den sich die Erfindung bezieht;
Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer supraleiten
den 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 gemäß
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 Feld
spulen 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;
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.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines Rotors der angespro
chenen Art, während Fig. 2 eine perspektivische Darstel
lung von einer der Feldspulen des Rotors gemäß Fig. 1 zeigt.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, weist der Rotor ein zylindri
sches 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 angeschlos
sen, 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
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 Drehmoment
rohr 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 abzu
schirmen, und dienen ferner dazu, Niederfrequenzschwingun
gen 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 Hohl
raum 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 ein
geleitetes, flüssiges Helium sich nicht auf die anderen
Teile des Rotors verteilen wird. Wärmestrahlungsabschir
mungen 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 Fig. 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 Fig. 3 bis 8 zeigen eine Spulen tragende Welle 2
eines Rotors gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Welle
2 hat eine Anzahl von darin ausgebildeten parallelen
Wicklungsnuten 19, in denen die Feldspulen 14 angeordnet
und untergebracht sind. Jede Wicklungsnut 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 Wicklungsnuten 19 sind voneinander durch Rotor
zähne 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 wer
den, um die in den Wicklungsnuten 19 untergebrachten Feld
spulen 14 gegen Zentrifugalkräfte festzuhalten und zu
sichern.
In den Bereichen der Zähne 18, die an die Ecken 22 der
Wicklungsnuten 19 angrenzen, sind Aussparungen 32 eingeschnitten,
die sich zwischen benachbarten Wicklungsnuten 19 erstrecken.
Wie in Fig. 4 dargestellt, die einen Querschnitt der
Welle 2 längs der Linie A-A in Fig. 3 zeigt, haben die Aus
sparungen 32 eine geringere Tiefe als die angrenzenden
Wicklungsnuten 19. In jeder der Aussparungen 32 sind Einrichtungen
vorgesehen, die eine Bewegung der Keile 24 in den
benachbarten oder angrenzenden Wicklungsnuten 19 verhin
dern. Bei der ersten Ausführungsform umfassen diese Ein
richtungen, 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 Fig. 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 Wicklungsnuten 19 angrenzen, und sie
haben ein oder mehrere, darin ausgebildete Schraubenlöcher
38, durch welche die erwähnten Schrauben 36 hindurchgehen.
Die Schrauben 36 sind dabei in nicht dargestellte Schrauben
löcher in den Bodenbereichen der Aussparungen 32 eingeschraubt.
Wie am deutlichsten in Fig. 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 Wicklungsnuten 19 passen, so daß die
Keile 24 an jeglicher Bewegung gehindert sind. Die linke
Seite des Keiles 24 an der ganz linken Seite in Fig. 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 der Wicklungsnut 19 sind die supralei
tenden Feldspulen 14 am Boden und an den Seiten mit einer
inneren elektrischen Isolierung 40, die zwischen den Feld
spulen 14 und den seitlichen Bereichen der Wicklungsnuten
19 angeordnet sind, und an der Oberseite mit einer elek
trischen Keilisolierung 42, über der die Keile 24 angeord
net sind, umgeben. In den geraden Bereichen 20 und den
bogenförmigen Bereichen 21 der Wicklungsnuten 19 sind die
Feldspulen 14 an ihrem Ort mit Keilen 24 gehalten, die in
Keilnuten in den oberen Bereichen der Wicklungsnuten 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.
Fig. 7 zeigt einen Querschnitt längs der Linie B-B in
Fig. 3 zur Erläuterung, wie die Feldspulen 14 in den bogen
förmigen Bereichen 22 gehalten sind. Die Feldspulen 14
sind in gleicher Weise in den geraden Bereichen 20 der
Wicklungsnuten 19 untergebracht.
Fig. 8 zeigt, wie eine vorher gewickelte Feldspule 14 in
die Wicklungsnuten 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
in die entsprechenden Bereiche der Wicklungsnuten 19 ein
gesetzt, und dann wird die jeweilige Ecke 17 jeder Spule
14 in die Ecke 22 der entsprechenden Wicklungsnut 19
eingesetzt. Dann werden die Keile 24 in die Keilnuten in
den Wicklungsnuten 19 eingesetzt, um die Spulen 14 zu über
decken, und die Halteplatten 34 werden in den Aussparun
gen 32 mit Schrauben 36 befestigt, um die Keile 24 in den
Ecken 22 der Wicklungsnuten 19 festzuhalten. Es ist ersichtlich,
daß aufgrund der Anbringung der Aussparungen 32 eine vor
her gewickelte Feldspule 14 in einfacher Weise in die
Welle 2 eingesetzt und darin untergebracht werden kann,
wobei sie zugleich mit den Halteplatten 34 gegen Bewegun
gen gesichert werden kann. Da ferner kein Haltering vor
handen 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 Fig. 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 Wicklungsnuten 19
in ihrer Oberfläche ausgebildet, wobei jeder Wicklungsnut
19 gerade Bereiche 20, bogenförmige Bereiche 21 und Ecken
22 aufweist, welche die geraden Bereiche 20 und die bogen
förmigen Bereiche 21 verbinden. In gleicher Weise sind die
geraden Bereiche 15 der Feldspulen 14 in den geraden
Bereichen 20 der Wicklungsnuten 19 untergebracht und die bogen
förmigen Bereiche 16 der Feldspulen 14 in den bogenförmi
gen Bereichen 21 der Wicklungsnuten 19 untergebracht und in
ihrer Position mit Keilen 24 gehalten, welche in Keilnuten
in den Rotorzähnen 18 eingesetzt bzw. eingepaßt sind,
welche zwischen den Wicklungsnuten 19 in der in Fig. 7 dar
gestellten Weise ausgebildet sind. Wie bei der oben
beschriebenen Ausführungsform sind auch hier Aussparungen
52 in den Rotorzähnen 18 der Spulen tragenden Welle 2 in
den Bereichen, die an die Ecken 22 der Wicklungsnuten 19 angrenzen,
ausgebildet. Bei der zweiten Ausführungsform sind
jedoch die Aussparungen 52 nur an einer Seite jeder Wicklungsnuten
19 ausgebildet, und zwar an der Seite, die an die
Außenseite der Ecke 22 der jeweiligen Wicklungsnuten 19 angrenzt,
und die Aussparungen 52 erstrecken sich nicht zu angrenzen
den oder benachbarten Wicklungsnuten 19. Jede Aussparung 52 hat
eine geringere Tiefe als die angrenzende Wicklungsnut 19,
und eine Halteplatte 54 ist fest am Boden der jeweiligen
Aussparung 52 mit einer Schraube 60 befestigt. Wie in
Fig. 11 dargestellt, ist jede Halteplatte 54 mit einem
darin ausgebildeten, eingesenkten Schraubenloch 56 für
eine Schraube 60 sowie mit einem Vorsprung 58 ausgestat
tet, 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 gebil
deten Schraubenlöcher eingeschraubt sind, die Vorsprünge
58 der Halteplatten 54 über eine der Kanten eines Keiles
24 in der jeweiligen Wicklungsnut 19 passen und den Keil
24 an einer Bewegung hindern. Die gegenüberliegende Kante
jedes Keiles 24 ist in einer Keilnut gehalten, die in dem
jenigen Bereich des jeweiligen Rotorzahnes 18 ausgebildet
ist, der der Aussparung 52 gegenüberliegt. Die Installa
tion einer Feldspule 14 in der Spulen tragenden Welle 50
erfolgt in gleicher Weise wie bei der ersten Ausführungs
form.
Wie bei der ersten Ausführungsform ermöglicht es die An
bringung der Aussparungen 52 in den Rotorzähnen 18, die
an die Ecken 22 der Wicklungsnuten 19 angrenzen, daß eine
vorher gewickelte Feldspule 14 ohne weiteres in die Wicklungsnuten
19 eingesetzt werden kann; die Halteplatten 54 sorgen für
eine sichere Befestigung der Keile 24 und der Feldspulen
14 in den Wicklungsnuten 19 und verhindern deren Bewegung
im Betrieb des Rotors. Da ferner kein Haltering erforder
lich ist und die Halteplatten 54, falls erforderlich, aus
den Aussparungen 52 gelöst werden können, wird die Inspek
tion und Reparatur der Feldspulen 14 erleichtert.
Die Fig. 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 Rotorzähnen 18 der
Welle 70, an die Ecken 22 der Wicklungsnuten 19 angrenzend, aus
gebildet sind, die gleiche Tiefe wie die Wicklungsnuten 19. Die
Aussparungen 72 erstrecken sich zwischen benachbarten
Wicklungsnuten 19. Bei dieser Ausführungsform weisen die Ein
richtungen, die eine Bewegung der Keile 24 und der Feld
spulen 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 Ausspa
rungen 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 Schrau
ben 80 hindurchgehen, sowie eine Anzahl von an seiner obe
ren 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 Schrauben
löcher 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 zwi
schen 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
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 Betriebstempera
tur 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.
Fig. 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 Rotor
zähnen 18 der Spulen tragenden Welle 70 vorgesehen sind,
kann eine vorher gewickelte Feldspule 14 ohne weiteres in
den Wicklungsnuten 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 Halte
ring erforderlich, und somit wird die Inspektion und Repa
ratur 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 Ausführungs
form, mit der Abweichung, daß anstelle der Aussparungen
72, die nur in den Bereichen der Rotorzähne 18 ausgebil
det sind, welche an die Ecken 22 der Wicklungsnuten 19
angrenzen, sich die Aussparungen 72 auch über die Bereiche
der Rotorzähne 18 erstrecken, die an die bogenförmigen
Bereiche 21 der Wicklungsnuten 19 angrenzen. Wie in Fig. 17
dargestellt, die einen Querschnitt längs der Linie E-E in
Fig. 16 zeigt, haben die Aussparungen 72 in den Bereichen
der Rotorzähne 18, die an die bogenförmigen Bereiche 21
der Wicklungsnuten 19 angrenzen, die gleiche Tiefe wie die
Wicklungsnuten 19 und erstrecken sich zwischen benachbarten
Wicklungsnuten 19, so daß in der Tat die bogenförmigen Bereiche
16 und die Ecken 17 der Feldspulen 14 in einer einzigen
breiten, längs des Umfanges verlaufenden Wicklungsnut 19 am jeweiligen
Ende der Welle 90 untergebracht sind, anstatt in
getrennten Wicklungsnuten 19.
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
Wicklungsnuten 19. Sie ist im wesentlichen in gleicher Weise
ausgebildet wie die Halteplatten 34, die an die Ecken 22
der Wicklungsnuten 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. Fig. 19 zeigt ein Tragteil 74 zur Befestigung
der bogenförmigen Bereiche 16 der Spulen 14, das ab
gesehen 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 ein
geschraubt 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 voll
ständig die Zwischenräume zwischen benachbarten Spulen 14
und lassen keine Spalten, die den Spulen 14 eine Bewegung
ermöglichen könnten. Wie bei der vorherigen Ausführungs
form 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 Betriebs
temperatur abgekühlt wird.
Die Fig. 20 bis 22 zeigen eine Welle 90 eines Rotors
gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei dieser Ausfüh
rungsform unterscheiden sich die Mittel, die eine Bewegung
der Keile 24 und der Feldspulen 14 verhindern, in denjeni
gen Bereichen der Aussparungen 72, die an die Ecken 17
bzw. die bogenförmigen Bereiche 16 der Feldspulen 14 an
grenzen. Bei den Bereichen, die an die Ecken 17 der Spulen
14 angrenzen, weist die Bewegungssicherung Halteplat
ten 34 und Tragteile 74 auf, die identisch sind wie bei
der vorherigen Ausführungsform. In den Bereichen der Aus
sparungen 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 Halte
teile 92 erstrecken sich über der Höhe sowohl der Spulen
14 als auch der Keile 24 und verhindern seitliche Bewegun
gen der Spulen 14 und sorgen außerdem für eine Halterung
und Sicherung der Keile 24 und der Spulen 14 gegen Zentri
fugalkräfte. Wie in Fig. 22 dargestellt, ist jedes Halte
teil 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 bei
den 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 Fig. 21 dargestellt,
die einen Querschnitt längs der Linie F-F in Fig. 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 Reduzie
rung der Anzahl von Teilen, die zur Befestigung der bogen
förmigen Bereiche 16 der Spulen 14 an der Welle 90 erfor
derlich sind.
Wie bei den Tragteilen 74 wird bevorzugt, daß die Halte
teile 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 Feldspu
len 14 sowie die bogenförmigen Bereiche 16 an einer
Bewegung durch Halteteile 92 wie bei der Anordnung gemäß
Fig. 22 gehindert, wobei die Halteteile 92 an den Boden
flächen der Aussparungen 72 mit Schrauben 96 lösbar befe
stigt sind, die in Schraubenlöcher in den Aussparungen 72
eingeschraubt sind. Wie in Fig. 24 dargestellt, die einen
Querschnitt längs der Linie G-G in Fig. 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 bogen
förmigen Bereiche 16 der Spulen 14 befestigen, bestehen
auch die Halteteile 92 für die Ecken 17 der Spulen 14 vor
zugsweise 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 Schnittan
sichten 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 Bau
teile reduzieren läßt. Titan oder Titanlegierungen sind
besonders geeignete Materialien für diese Teile, da sie
zusätzlich zu ihrem geringen Gewicht einen sehr niedrigen
Wärmeausdehnungskoeffizienten haben
Claims (10)
1. Rotor für eine supraleitende rotierende elektrische Ma
schine, mit einer zylindrischen, spulentragenden Welle
(2, 90), in deren Oberfläche eine Vielzahl von paralle
len Wicklungsnuten (19) ausgebildet ist, wobei jeder
Wicklungsnut (19) in Längsrichtung der Welle (2, 90)
verlaufende gerade Bereiche (15), in Umfangsrichtung der
Welle (2, 90) verlaufende bogenförmige Bereiche (16)
an den Enden der geraden Bereiche (15) sowie Ecken (17)
aufweist, welche die geraden Bereiche (15) und die bo
genförmigen Bereiche (16) der Wicklungsnuten (19) verbinden,
wobei die Welle (2, 90) eine Vielzahl von darin ausge
bildeten Rotorzähnen (18) aufweist, deren Seiten von den
Seiten der Wicklungsnuten (19) gebildet werden, wobei
in jedem der Rotorzähne (18) Keilnuten zum Einsetzen
von Keilen (24) ausgebildet sind, wobei lösbare Halte
einrichtungen (34, 36) vorgesehen sind, die eine Be
wegung der Keile (24) und der Spulen (14) verhindern
sollen, wobei einige, vorzugsweise jeder der Rotor
zähne (18) zumindest an einer Seite eine Aussparung (32,
52) in dem Bereich aufweist, der an die Ecken (17) der
Wicklungsnuten (19) angrenzt und wobei die lösbare Halte
einrichtung (34, 36) jeweils in dieser Ausnehmung ange
bracht ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halteeinrich
tungen (34, 36) Halteplatten (34) aufweisen, die an den
Bodenflächen der jeweiligen Aussparungen (32) lösbar be
festigt sind, wobei jede der Halteplatten (34) in ihrem
oberen Bereich Vorsprünge (35) aufweist, die über die Kan
ten der Keile (24) in den angrenzenden Wicklungsnuten (19)
passen, um deren Bewegung zu verhindern.
2. Rotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen
(52) nur an denjenigen Seiten der Rotorzähne (18) ausge
bildet sind, die an die Außenseiten der Ecken (17) der
Wicklungsnuten (19) angrenzen.
3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der Ausspa
rungen (32, 52) eine geringere Tiefe als die Wicklungsnuten
(19) aufweist.
4. Rotor nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß jede der Aussparungen
(72) die gleiche Tiefe wie die Wicklungsnuten (19)
aufweist und daß die Halteeinrichtung (34, 36, 74) Hal
teplatten (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), also über die
Tragteile (74) indirekt an den Bodenflächen der Aussparungen
(72), lösbar befestigt sind, wobei jede der Halte
platten (34) in ihrem oberen Bereich ausgebildete Vor
sprünge (32) aufweist, die über die Kanten der Keile (24)
in den angrenzenden Wicklungsnuten (19) passen, um deren Bewe
gung zu verhindern, und wobei jedes der Tragteile (74)
sich zwischen den Spulen (14) in den angrenzenden Wicklungsnuten
(19) erstreckt, um deren Bewegung zu verhin
dern.
5. Rotor nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparungen
(72) auch an die bogenförmigen Bereiche (16) der Wicklungsnuten
(19) angrenzen.
6. Rotor nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Bereichen
der Aussparungen (72), die an die bogenförmigen Bereiche
(16) der Wicklungsnuten (19) angrenzen, die Halteeinrich
tungen (34, 74, 92) Halteteile (92) aufweisen, die an den
Bodenflächen der Aussparungen (72) lösbar befestigt sind
und in ihrem oberen Bereich Keilnuten aufweisen, in wel
che die Keile (24) in den angrenzenden Wicklungsnuten (19) pas
sen und gegen Bewegung gesichert sind, wobei jedes der
Halteteile (92) als Einzelkörper ausgebildet ist, der sich
über die Höhe der Keile (24) und der Feldspulen (14) in
den angrenzenden Wicklungsnuten (19) erstreckt, so daß
vorzugsweise Halteteile (92) in den bogenförmigen Bereichen
wenigstens zum Teil Funktionen von Halteplatten (34) und/
oder Tragteilen (74) übernehmen.
7. Rotor nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Halteteile
(92) sich zwischen den Spulen (14) in den angrenzenden
Wicklungsnuten (19) erstrecken, um deren Bewegung zu
verhindern.
8. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein
Element von Halteteilen (92) und Tragteilen (74) aus dem
gleichen Material wie die Spulen (14) tragende Welle (92)
besteht.
9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein
Element von Halteplatten (34), Tragteilen (74) und Halte
teilen (92) aus Titan besteht.
10. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Ele
ment von Halteplatten (34), Tragteilen (74) und Haltetei
len (92) aus einer Titanlegierung besteht.
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