DE60210704T2

DE60210704T2 - Spulenträger für hochtemperatursupraleitenden Synchronrotor mit Zugankern

Info

Publication number: DE60210704T2
Application number: DE60210704T
Authority: DE
Inventors: Evangelos Trifon Schenectady Laskaris; James Pellegrino Ballston Lake Alexander; Phani K. Albany Nukala; Ramesh Troy Gambheera
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-03-29
Anticipated expiration: 2022-05-16
Also published as: NO325277B1; CA2384482A1; PL353913A1; MXPA02004842A; CZ20021668A3; JP2003023766A; EP1261116A2; CN1316722C; US6727633B2; CZ301804B6; BR0201836A; KR20020087365A; PL201416B1; EP1261116B1; KR100902434B1; ATE323963T1; CN1387303A; NO20022297D0; NO20022297L; US20020171304A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein eine supraleitende Spule in einer rotierenden Synchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Trägerstruktur für supraleitende Feldwicklungen in dem Rotor einer Synchronmaschine.
Elektrische Synchronmaschinen, die Feldspulenwicklungen enthalten, sind beispielsweise, ohne darauf beschränken zu wollen, drehende Generatoren, drehende Antriebe und lineare Antriebe. Diese Maschinen weisen im Allgemeinen einen Stator und einen Rotor auf, die elektromagnetisch gekoppelt sind. Der Rotor kann einen mehrpoligen Rotorkern und eine oder mehrere an dem Rotorkern angebrachte Spulenwicklungen enthalten. Die Rotorkerne können auf einem magnetisch permeablen festen Werkstoff basieren, z.B. einem Eisenkern.
In den Rotoren elektrischer Synchronmaschinen werden im Allgemeinen herkömmliche Kupferwicklungen verwendet. Allerdings ist der elektrische Widerstand von Kupferwicklungen (obwohl dieser nach herkömmlichen Maßstäben gering ist) ausreichen hoch, um eine erhebliche Erwärmung des Rotors zu verursachen und den Wirkungsgrad der Maschine zu reduzieren. In letzter Zeit wurden für Rotoren supraleitende (SC)-Spulenwicklungen entwickelt. SC-Wicklungen sind praktisch widerstandslos und eignen sich in hohem Maße vorteilhaft für Spulenwicklungen von Rotoren.
Eisenkernrotoren sind bei einer Luftspaltmagnetfeldstärke von etwa 2 Tesla gesättigt. Bekannte supraleitende Rotoren verwenden eisenlose Luftkern-Konstruktionen, um Luftspaltmagnetfelder von 3 Tesla oder höher zu erzielen.
Diese hohen Luftspaltmagnetfelder erzielen höhere Leistungsdichten der elektrischen Maschine und erlauben eine erhebliche Reduzierung des Gewichts und der Abmessungen der Maschine. Eisenlose supraleitende Rotoren benötigen große Mengen an supraleitenden Draht. Aufgrund der großen Mengen von SC-Draht erhöhen sich die Anzahl erforderlicher Spulen, die Komplexität der Spulenträger und die Kosten der SC-Spulenwicklungen und des Rotors.
Hochtemperatur-SC-Spulenfeldwicklungen werden aus supraleitenden Werkstoffen gefertigt, die spröde sind und auf eine Temperatur bei oder unterhalb einer kritischen Temperatur, beispielsweise 27 °K, abgekühlt werden müssen, um Supraleitfähigkeit zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Die SC-Wicklungen können aus einem bei (relativ) hoher Temperatur supraleitenden Werkstoff ausgebildet sein, beispielsweise aus einem auf BSCCO (Bi_xSr_xCa_xCu_xO_x) basierenden Leitermaterial.
Supraleitende Spulen wurden bisher mit flüssigem Helium gekühlt. Nach einem Durchqueren der Wicklungen des Rotors, wird das erwärmte, gebrauchte Helium als gasförmiges Helium mit Raumtemperatur zurückgegeben. Der Einsatz flüssigen Heliums für kryogenes Kühlen erfordert eine kontinuierliche erneute Verflüssigung des zurückgegebenen, Raumtemperatur aufweisenden gasförmigen Heliums, und eine solche erneute Verflüssigung ist mit erheblichen Betriebssicherheitsproblemen verbunden und erfordert eine wesentliche Hilfsleistung.
SC-Spulenkühltechniken nach dem Stand der Technik beinhalten das Kühlen einer mit Epoxidharz imprägnierten SC-Spule durch einen von einer Kryokühleinrichtung ausge henden festen Leitungspfad. In einer Abwandlung können in dem Rotor vorhandene Kühlrohre ein flüssiges und/oder gasförmiges Kältemittel zu einer durchlässigen SC-Spulenwicklung übertragen, die in den Strom des flüssigen und/oder gasförmigen Kältemittels eingetaucht ist. Allerdings erfordert die Immersionskühlung, dass die gesamte Konstruktion von Feldwicklung und Rotor eine kryogene Temperatur aufweist. Aufgrund der spröden Natur von Eisen bei kryogenen Temperaturen ist dieses daher für den Einsatz in dem magnetischen Kreis des Rotors ungeeignet.
Es besteht Bedarf nach einer für eine elektrische Maschine geeigneten Konstruktion einer supraleitenden Feldwicklung, die nicht die Nachteile der eisenlosen und flüssigkeitsgekühlten Konstruktion supraleitender Feldwicklungen aufweist, wie sie beispielsweise in bekannten supraleitenden Rotoren verwendet werden. Darüber hinaus neigen für hohe Temperaturen konstruierte supraleitende (HTS)-Spulen dazu, durch hohe Biege- und Zugspannungen an Qualität zu verlieren. Die Spulen sind erheblichen Zentrifugalkräften ausgesetzt, die die Spulenwicklungen belasten und dehnen. Im normalen Betrieb erfahren elektrische Maschinen im Verlauf von Jahren Tausende von Zyklen des Hoch- und Herunterfahrens, mit der Folge einer geringen Lastspielzahl des Rotors. Außerdem sollte die HTS-Rotorwicklung in der Lage sein, dem Betrieb einer Drehzahlüberschreitung von 25 % während des Rotorauswuchtprozesses bei Umgebungstemperatur und ungeachtet gelegentlicher Drehzahlüberschreitungsbedingungen bei kryogenen Temperaturen während des Stromerzeugungsbetriebs standzuhalten. Diese Drehzahlüberschreitungsbedingungen steigern die Zentrifugalkraftbelastung der Wicklungen gegenüber normalen Betriebsbedingungen erheblich.
Als HTS-Rotor-Feldwicklung einer elektrischen Maschine verwendete SC-Spulen sind während des Abkühlungs- und normalen Betriebs Spannungen und Dehnungen ausgesetzt. Sie sind einer Zentrifugalbelastung, Drehmomentübertragung sowie Einschwingvorgangsfehlerbedingungen unterworfen. Um den Kräften, Spannungen, Dehnungen und zyklischen Belastungen standzuhalten, sollten die SC-Spulen in dem Rotor durch ein Spulenstützsystem geeignet aufgehängt sein. Diese Stützsysteme tragen die SC-Spule(n) in dem HTS-Rotor und sichern die Spulen vor den aufgrund der Rotation des Rotors entstehenden gewaltigen Zentrifugalkräften. Darüber hinaus dient das Spulenstützsystem den SC-Spulen als Schutz und stellt sicher, dass die Spulen nicht frühzeitig brechen, ermüden oder in sonstiger Weise zerfallen.
Die Entwicklung von Stützsystemen für HTS-Spulen warf bisher große Probleme bei der Anpassung der SC-Spulen an HTS-Rotoren auf. Beispiele von bisher vorgeschlagenen Spulenstützsystemen für HTS-Rotoren sind in den US-Patenten 5 548 168; 5 532 663; 5 672 921; 5 777 420; 6 169 353 und 6 066 906 offenbart. Allerdings haben diese Spulenstützsysteme vielfältige Nachteil, beispielsweise sind sie kostspielig und komplex und benötigen eine übermäßige Anzahl von Komponenten. Seit langem besteht ein Bedarf nach einem HTS-Rotor mit einem Spulenstützsystem für eine SC-Spule. Bedarf besteht außerdem nach einem Spulenstützsystem, das sich auf der Grundlage kostengünstiger und einfach herzustellender Komponenten fertigen lässt.
Die Patentanmeldung US-A 4 184 089 offenbart einen Rotor mit supraleitenden Spulen. Der Rotorkern und darin eingebettete Spulen definieren eine kryogen gekühlte innere Komponente, die an dem Umgebungstemperatur aufweisenden äußeren Rotorelement lediglich über Speichen (Zugstangen) befestigt sind. Jede Speiche erstreckt sich von dem Inneren des Magnetkreises durch die gegenüberliegende Magnetkreisseite zu dem äußeren Rotorelement.
Die vorliegende Erfindung schafft gemäß den beigefügten Patentansprüchen einen Rotor für eine Synchronmaschine.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Spulenstützkonstruktion mit Zugstangen und U-förmigen Kanalgehäusen offenbart, um SC-Spulen innerhalb des Vakuumraums eines HTS-Rotors zu befestigen. Die Zugstangen überspannen entgegengesetzte Seiten einer Spule. Die Kanalgehäuse sind an beiden Enden der Zugstange angebracht und fassen einen Seitenabschnitt der Spule ein. Die Spule wird durch die Zugstangen und Kanalgehäuse mit Blick auf zentrifugale und sonstige auf die Spule ausgeübte Kräfte getragen.
Der HTS-Rotor kann in Verbindung mit einer Synchronmaschine verwendet werden, für die ursprünglich die Verwendung von SC-Spulen vorgesehen ist. In einer Abwandlung kann der HTS-Rotor in einer bestehenden elektrischen Maschine, z.B. in einem herkömmlichen Generator, an die Stelle eines Kupferspulenrotors treten. Der Rotor und dessen SC-Spulen sind hier in Verbindung mit einem Generator beschrieben, allerdings ist der HTS-Spulenrotor auch für den Einsatz in sonstigen Synchronmaschinen geeignet.
Das Spulenstützsystem eignet sich dazu, das Spulenstützsystems mit der Spule und dem Rotor zu integrieren. Darüber hinaus erleichtert das Spulenstützsystem eine einfache Vormontage von Spulenstützsystem, Spule und Rotorkern vor der endgültigen Montage des Rotors. Die Vormontage reduziert die für den Zusammenbau von Spule und Rotor benötigte Zeit, verbessert die Qualität der Spulenunterstützung und reduziert Abweichungen bei dem Zusammenbau der Spule.
Im Folgenden wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung exemplarisch beschrieben:
1 zeigt in einer schematischen Draufsicht von der Seite eine elektrische Synchronmaschine mit einem supraleitenden Rotor und einem Stator.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen rennbahnförmigen supraleitenden Spulenwicklung.
3 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht der Komponenten eines bei hohen Temperaturen supraleitenden (HTS) Rotors.
4 bis 6 zeigen schematische Schnittansichten des in 3 veranschaulichten HTS-Rotors.
7 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt einer Spulenstützkonstruktion für den in 3 gezeigten HTS-Rotor.
8 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Kanalgehäuses.
9 bis 11 veranschaulichen in perspektivische Ansichten den Vorgang des Zusammenbaus im Falle des in 3 gezeigten HTS-Rotors.
1 zeigt eine exemplarische Synchrongeneratormaschine 10 mit einem Stator 12 und einem Rotor 14. Der Rotor enthält Feldwicklungsspulen, die in das Innere des zylindrischen Rotorvakuumhohlraums 16 des Stators passen. Der Rotor passt innerhalb des Rotorvakuumhohlraums des Stators. Während sich der Rotor innerhalb des Stators dreht, bewegt/dreht sich ein (durch gestrichelte Linien veranschaulichtes) durch den Rotor und die Rotorspulen erzeugtes Magnetfeld 18 durch den Stator hindurch und erzeugt in den Wicklungen der Statorspulen 19 einen elektrischen Strom. Dieser Strom wird in Form elektrischer Energie von dem Generator ausgegeben.
Der Rotor 14 weist eine im Allgemeinen sich in Längsrichtung erstreckende Achse 20 und einen im Allgemeinen massiven Rotorkern 22 auf. Der massive Kern 22 weist eine hohe magnetische Permeabilität auf und ist gewöhnlich aus einem ferromagnetischen Werkstoff, z.B. Eisen, hergestellt. In einer supraleitenden Maschine geringer Leistungsdichte dient der Eisenkern des Rotors dazu, die magnetomotorische Kraft (MMK) zu reduzieren und somit die für die Spulenwicklung benötigte Menge an supraleitenden (SC)-Spulendraht zu minimieren. Beispielsweise kann der Rotorkern aus massivem Eisen sein, das bei einer Luftspaltmagnetfeldstärke von etwa 2 Tesla magnetisch gesättigt ist.
Der Rotor 14 trägt wenigstens eine sich in Längsrichtung erstreckende, rennbahnförmige, bei hoher Temperatur supraleitende (HTS = High-Temperature Super-conducting)-Spulenwicklung 34 (siehe 2). Die HTS-Spulenwicklung kann in Abwandlungen eine Sattelform oder eine sonstige Gestalt aufweisen, die für eine spezielle HTS-Rotorkons truktion geeignet ist. Hier ist ein Spulenstützsystem für eine rennbahnförmige SC-Spulenwicklung offenbart. Das Spulenstützsystem kann für Spulenkonfigurationen eingerichtet sein, die sich von einer an einem massiven Rotorkern angebrachten Rennbahnspule unterscheiden.
Der Rotor enthält eine Kollektorwelle 24 und eine antriebseitige Welle 30, die den Rotorkern 22 zwischen sich stützen und durch Lager 25 getragen werden. Die Endwellen können an externe Einrichtungen gekoppelt werden. Beispielsweise weist die Endkollektorwelle 24 eine Kühlmittelkupplung 26 zu einer Quelle kryogenen Kühlfluids auf, das zum Kühlen der SC-Spulenwicklungen in dem Rotor dient. Die Kühlmittelkupplung 26 enthält ein stationäres Segment, das an eine Quelle kryogenen Kühlfluids gekoppelt ist, und ein rotierendes Segment, das Kühlfluid an die HTS-Spule liefert. Die Kollektorendwelle 24 enthält ferner einen Kollektor 78, der dazu dient, die rotierende SC-Spulenwicklung elektrisch zu verbinden. Die antriebseitige Welle 30 des Rotors kann über eine Leistungsturbinenkupplung 32 angetrieben werden.
2 zeigt eine exemplarische rennbahnförmige HTS-Feldspulenwicklung 34. Die SC-Feldwicklungsspule 34 des Rotors enthält eine für Hochtemperatur geeignete supraleitende (SC-) Spule 36. Jede SC-Spule enthält einen bei hoher Temperatur supraleitenden Leiter, beispielsweise BSCCO-(Bi_xSr_xCa_xCu_xO_x)-Leiterdrähte, die in einem mit Epoxidharz imprägnierten massiven Wicklungsverbund laminiert sind. Beispielsweise können eine Reihe von BSCCO-2223-Drähten laminiert, aneinander geklebt und zu einer mit Epoxidharz imprägnierten Spule gewickelt werden.
SC-Draht ist spröde und anfällig für Beschädigung. Die SC-Spule basiert gewöhnlich auf in Schichten gewickeltem SC-Band, das mit Epoxidharz imprägniert ist. Das SC-Band wird in einer Präzisionspulenform gewickelt, um enge Bemessungstoleranzen zu erzielen. Das Band wird spiralförmig gewickelt, um die rennbahnförmige SC-Spule 36 zu bilden.
Die Abmessungen der Rennbahnspule sind von den Abmessungen des Rotorkerns abhängig. Im Allgemeinen umschließt jede rennbahnovalförmige SC-Spule die magnetischen Pole des Rotorkerns und ist parallel zu der Rotorachse angeordnet. Die Spulenwicklungen sind kontinuierlich um die Rennbahn angebracht. Die SC-Spulen bilden einen widerstandslosen elektrischen Strompfad um den Rotorkern und zwischen den magnetischen Polen des Magnetkreises. Die Spule weist elektrische Kontakte 114 auf, die die Spule mit dem Kollektor 78 elektrisch verbinden.
In der Spulenwicklung 34 sind Fluidkanäle 38 für kryogenes Kühlfluid enthalten. Diese Durchlasskanäle können sich um einen Außenrand der SC-Spule 36 erstrecken. Die Durchlasskanäle führen der Spule kryogenes Kühlfluid zu und führen Wärme von der Spule ab. Das Kühlfluid hält in der SC-Spulenwicklung die tiefen Temperaturen, von beispielsweise 27 °K, aufrecht, die erforderlich sind, um supraleitende Bedingungen zu ermöglichen, die den Wegfall eines elektrischen Widerstands in der Spule beinhalten. Die Kühlkanäle weisen an einem Ende des Rotorkerns einen Fluideinlass- und Fluidauslassanschluss 112 auf. Diese Fluid-(Gas-)-Kanäle 112 verbinden die auf der SC-Spule ausgebildeten Kühlkanäle 38 mit der Kühlmittelkupplung 26.
Jede HTS-Rennbahnovalspulenwicklung 34 weist ein Paar im Wesentlichen geradlinige, parallel zu einer Rotorachse 20 verlaufende Seitenabschnitte 40 und ein Paar sich senkrecht zu der Rotorachse erstreckende Endabschnitte 54 auf. Die Seitenabschnitte der Spule sind den größten Zentrifugalspannungen unterworfen. Dementsprechend werden die Seitenabschnitte durch ein Spulenstützsystem getragen, das den auf die Spule ausgeübten Zentrifugalkräften entgegenwirkt.
3 zeigt eine auseinandergezogene Ansicht eines Rotorkerns 22 und eines Spulenstützsystems für eine bei hoher Temperatur supraleitende Spule. Das Stützsystem enthält Zugstangen 42, die mit U-förmigen Kanalgehäusen verbunden sind. Die Gehäuse halten und stützen die Seitenabschnitte 40 der Spulenwicklung 38 in dem Rotor. Während in 3 eine Zugstange und ein Kanalgehäuse gezeigt sind, enthält das Spulenstützsystem im Allgemeinen eine Reihe von Zugstangen, die jeweils an ihren beiden Enden Spulenstützgehäuse aufweisen. Die Zugstangen und Kanalgehäuse verhindern eine Beschädigung der Spulenwicklung während des Rotorbetriebs, stützen die Spulenwicklung mit Blick auf zentrifugale und sonstige Kräfte und dienen als Schutzschild für die Spulenwicklung.
Die Hauptbelastung der HTS-Spulenwicklung 34 in einem Rotor mit Eisenkern rührt von der Zentrifugalbeschleunigung während der Rotordrehung her. Um den Zentrifugalkräften entgegenzuwirken, benötigt die Spule eine wirkungsvolle Stützkonstruktion. Die Stütze der Spule ist insbesondere längs der Seitenabschnitte 40 der Spule erforderlich, die die größte Zentrifugalbeschleunigung erfahren. Um die Seitenabschnitte der Spule zu stützen, erstrecken sich die Zugstangen 42 zwischen den Abschnitten der Spule und sind an den Kanalgehäusen 44 angebracht, die gegenüberliegende Seitenabschnitte der Spule erfassen. Die Zugstangen erstrecken sich durch in dem Rotorkern vorhandene Kanäle 46, z.B. durch Öffnungen, so dass die Stangen in der Lage sind, sich zwischen Seitenabschnitten derselben Spule oder benachbarter Spulen zu erstrecken.
Die Kanäle 46 sind im Wesentlichen in dem Rotorkern ausgebildete zylindrische Durchlasskanäle mit einer geraden Achse. Der Durchmesser der Kanäle ist, mit Ausnahme an deren Enden in der Nähe der ausgenommenen Flächen des Rotors, im Wesentlichen konstant. An ihren Enden können die Kanäle zu einem größeren Durchmesser erweitert sein, um eine nicht-leitende zylindrische Büchse (Isolatorrohr) 52 aufzunehmen, die eine Gleitlagerfläche und eine thermische Isolierung zwischen dem Rotorkern und der Zugstange vorsieht.
Die Achsen der Kanäle 46 liegen im Allgemeinen in einer durch die Rennbahnspule definierten Ebene. Darüber hinaus sind die Achsen der Kanäle senkrecht zu den Seitenabschnitten der Spule, mit denen die Zugstangen verbunden sind, die sich durch die Kanäle erstrecken. Weiter sind die Kanäle in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel orthogonal zu der Rotorachse angeordnet und schneiden diese. Die Anzahl und die Position der Kanäle wird von der Position der HTS-Spulen und der Anzahl von Spulengehäusen abhängen (siehe 10), die zum Stützen der Seitenabschnitte der Spulen benötigt werden.
Die Zugstangen stützen die Spule besonders gut hinsichtlich der Zentrifugalkräfte, da sich die Stangen im Wesentlichen radial zwischen den Seiten der Spulenwicklung erstrecken. Jede Zugstange basiert auf einem Schaft, der entlang der Längsrichtung der Stange und in der Ebene der Rennbahnspule Kontinuität aufweist. Die longitudinale Kontinuität der Zugstangen verleiht den Spulen laterale Steifigkeit, was für die Rotordynamik von Vorteil ist. Darüber hinaus erlaubt die laterale Steifigkeit, die Spulenstütze mit den Spulen zu integrieren, so dass sich die Spule vor dem endgültigen Zusammenbau des Rotors mit der Spulenstütze zusammenbauen lässt. Die Vormontage der Spule und des Spulenträgers reduziert den Produktionszyklus, verbessert die Qualität des Spulenträgers und reduziert Abweichungen bei dem Spulenzusammenbau. Die Rennbahnspule wird durch eine Gruppe von Spannelementen getragen, die sich entlang der Längsseiten der Spule erstrecken. Die Zugstangen verwendenden Spulenstützelemente sind mit der Spule vormontiert.
Die Komponenten der HTS-Spulenwicklung und der strukturellen Halterung weisen kryogene Temperatur auf. Im Gegensatz dazu ist der Rotorkern der "heißen" Umgebungstemperatur ausgesetzt. Die Spulenträger sind potentielle Wärmeleitungsbrücken, die in der Regel zulassen, dass aus dem Rotorkern stammende Wärme die HTS-Spulen erreicht. Der Rotor erwärmt sich während des Betriebs. Da hochgekühlte Bedingungen für die Spulen aufrechtzuerhalten sind, ist eine Wärmeleitung in die Spulen hinein zu vermeiden. Die Stangen erstrecken sich durch in dem Rotor ausgebildete Öffnungen, z.B. Kanäle, stehen jedoch mit dem Rotor nicht in Berührung. Diese Berührungslosigkeit verhindert die Wärmeleitung von dem Rotor zu den Zugstangen und Spulen.
Um ein Entweichen von Wärme von der Spule zu reduzieren, ist der Spulenträger minimal gestaltet, um die von Wärmequellen, beispielsweise dem Rotorkern, ausgehende Wärmeleitung durch die Stütze hindurch zu reduzieren. Es exis tieren im Allgemeinen zwei Kategorien einer Stütze für supraleitende Wicklung: (i) "warme" Stützen und (ii) "kalte" Stützen. Im Falle einer warmen Stütze sind die tragenden Strukturen von den gekühlten SC-Wicklungen thermisch isoliert. Mittels warmer Stützen wird der größte Teil der mechanischen Last einer supraleitenden (SC-) Spule durch strukturelle Elemente getragen, die sich von kalten zu warmen Elementen erstrecken.
Im Falle eines kalten Stützsystems weist das Stützsystem die kalte kryogene Temperatur der SC-Spulen oder eine nahe daran heranreichende Temperatur auf. Bei kalten Stützen wird der größte Teil der mechanischen Last einer SC-Spule durch strukturelle Elemente getragen, die die kalte kryogene Temperatur der SC-Spulen oder eine nahe daran heranreichende Temperatur aufweisen. Das hier offenbarte exemplarische Spulenstützsystem basiert insofern auf einer kalten Stütze, als für die Zugstangen und die zugeordneten Gehäuse, die die Zugstangen mit den SC-Spulenwicklungen verbinden, eine kryogene Temperatur oder eine nahe daran heranreichende Temperatur aufrechterhalten wird. Aufgrund der Tatsache, dass die stützenden Elemente kalt sind, sind diese Elemente, beispielsweise durch die durch den Rotorkern verlaufenden berührungsfreien Kanäle, von sonstigen "heißen" Komponenten des Rotors thermisch isoliert.
Ein einzelnes Stützelement basiert auf einer Zugstange 42 (die aus einem Stab und einem an beiden Enden des Stabes angeordneten Paar Bolzenschrauben aufgebaut sein kann), einem Kanalgehäuse 44 und einem Dübel 80, der das Gehäuse mit dem Ende der Zugstange verbindet. Jedes Kanalgehäuse 44 basiert auf einer U-förmigen Klammer, die Beine aufweist, die mit einer Zugstange und einem Kanal verbunden sind, um die Spulenwicklung 34 aufzunehmen. Das U-förmige Kanalgehäuse ermöglicht den präzisen und einfachen Zusammenbau des Stützsystems für die Spule. Eine Reihe von Kanalgehäusen kann von einem Ende zum anderen entlang der Seite der Spulenwicklung angeordnet sein. Die Kanalgehäuse verteilen gemeinsam die auf die Spule ausgeübten Kräfte, z.B. Zentrifugalkräfte, im Wesentlichen über die gesamten Seitenabschnitte 40 jeder Spule.
Die Kanalgehäuse 44 verhindern, dass die Seitenabschnitte 40 der Spulen aufgrund von Zentrifugalkräften übermäßig verdrillt und gebogen werden. Die Spulenträger hindern die Spulen nicht an einer während des normalen Betriebs des Hoch- und Herunterfahrens der Gasturbine auftretenden longitudinalen Wärmeausdehnung bzw. -kontraktion. Insbesondere ist die Wärmeausdehnung in erster Linie in Richtung der Länge der Seitenabschnitte gerichtet. Die Seitenabschnitte der Spule gleiten daher geringfügig in Längsrichtung relativ zu dem Kanalgehäuse und den Zugstangen.
Die Übertragung der Zentrifugalkraft von der Spulenkonstruktion auf eine Stützstange findet über das Kanalgehäuse statt, das um die Außenfläche und geraden Seitenabschnitte der Spule angepasst ist und mittels Dübeln 80 an ein mit großem Durchmesser bemessenes Ende der Zugstange gedübelt ist. Die U-förmigen Kanalgehäuse sind aus einem leichtgewichtigen Werkstoff hoher Festigkeit ausgebildet, der bei kryogenen Temperaturen zugverformbar ist. Typische für Kanalgehäuse geeignete Werkstoffe sind nicht magnetische Aluminium-, Inconel- oder Titanlegierungen. Die Gestalt des U-förmigen Gehäuses kann mit Blick auf geringes Gewicht und hohe Festigkeit optimiert werden.
Der Dübelstift 80 erstreckt sich durch in dem Kanalgehäuse und der Zugstange ausgebildete Öffnungen. Um das Gewicht zu reduzieren, kann der Dübel hohl sein. Sicherungsmuttern (die nicht gezeigt sind) sind auf die Enden des Dübels geschraubt oder daran befestigt, um das U-förmige Gehäuse zu sichern und zu verhindern, dass die Seiten des Gehäuses unter Last gespreizt werden. Der Dübel kann aus Inconel- oder Titanlegierungen hoher Festigkeit hergestellt sein. Die Zugstangen sind mit Enden 82 ausgebildet, deren Durchmesser größer bemessen ist, wobei die Enden spanabhebend bearbeitet sind, um zwei ebene Flächen 86 zu erzeugen, die zu dem U-förmigen Gehäuse und der Spulenbreite passen. Die flachen Enden 86 der Zugstangen stehen mit der Innenfläche der HTS-Spulen in Anlage, wenn die Stange, die Spule und das Gehäuse zusammengebaut sind. Diese Anordnung reduziert die Konzentration mechanischer Spannungen an dem in der Zugstange ausgebildeten Loch, das den Dübel aufnimmt.
Das auf Zugstangen 42, Kanalgehäuse 44 und geteilter Klammer 58 basierende Spulenstützsystem kann mit den HTS-Spulenwicklungen 34 zusammengesetzt werden, während die beiden Einheiten an dem Rotorkern 22 befestigt werden. Die Zugstangen, Kanalgehäuse und die Klammer schaffen eine ausreichend starre Konstruktion, die in der Lage ist, die Spulenwicklungen zu tragen und diese bezüglich des Rotorkerns an Ort und Stelle zu halten.
Jede Zugstange 42 erstreckt sich durch den Rotorkern und kann sich senkrecht durch die Achse 20 des Rotors erstrecken. Die durch den Rotorkern hindurch ausgebildeten Kanäle 46 bilden einen Durchlass, durch den sich die Zugstangen erstrecken. Der Durchmesser der Kanäle ist ausreichend groß, um zu vermeiden, dass die heißen Rotorwände der Kanäle mit den kalten Zugstangen in Berührung kommen. Diese Vermeidung einer Berührung verbessert die thermische Isolierung zwischen den Zugstangen und dem Rotorkern.
Der Rotorkern 22 ist gewöhnlich aus einem magnetischen Material, beispielsweise Eisen, gefertigt, während die Rotorendwellen in der Regel aus einem nicht magnetischen Werkstoff, beispielsweise rostfreiem Stahl, hergestellt sind. Der Rotorkern und die Endwellen sind gewöhnlich individuelle Komponenten, die zusammengebaut und durch Verschrauben oder Schweißen sicher aneinander befestigt werden.
Der Rotoreisenkern 22 weist eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt auf, die in der Lage ist, innerhalb der Rotorkammer 16 des Stators 12 zu rotieren. Um die Spulenwicklung aufzunehmen, weist der Rotorkern ausgesparte Flächen 48 auf, z.B. flache oder dreieckige Bereiche oder Schlitze. Diese Flächen 48 sind in der gekrümmten Fläche 50 des zylindrischen Kerns ausgebildet und erstrecken sich in Längsrichtung über den Rotorkern. Die Spulenwicklung 34 ist benachbart zu den ausgesparten Bereichen 48 an dem Rotor befestigt. Die Spulen erstrecken sich im Wesentlichen in Längsrichtung entlang einer Außenfläche der ausgenommenen Fläche und um die Enden des Rotorkerns. Die ausgenommenen Flächen 48 des Rotorkerns nehmen die Spulenwicklung auf. Die Gestalt der ausgenommenen Fläche entspricht derjenigen der Spulenwicklung. Falls beispielsweise die Spulenwicklung eine Sattelgestalt oder ein sonstige Gestalt aufweist, ist (sind) die Ausnehmung(en) in dem Rotorkern geeignet ausgebildet, um die Gestalt der Wicklung aufzunehmen.
Die ausgenommenen Flächen 48 nehmen die Spulenwicklung so entgegen, dass sich die äußere Umfangsfläche der Spulenwicklung im Wesentlichen bis zu einer durch die Drehung des Rotors definierten Hüllkurve hin erstreckt. Wenn die äußeren gekrümmten Flächen 50 des Rotorkerns rotieren, definieren sie eine zylindrische Hüllkurve. Diese Rotationshüllkurve des Rotors weist im Wesentlichen denselben Durchmesser wie die Rotorkammer 16 (siehe 1) in dem Stator auf.
Der Spalt zwischen der Rotorhüllkurve und der Statorkammer 16 bildet einen verhältnismäßig kleinen Spielraum, wie er für eine Zwangsventilationskühlung lediglich des Stators erforderlich ist, da der Rotor keine Ventilationskühlung benötigt. Es ist wünschenswert, den Spielraum zwischen dem Rotor und dem Stator auf ein Minimum zu reduzieren, um die elektromagnetische Kopplung zwischen den Rotorspulenwicklungen und den Statorwicklungen zu steigern. Darüber hinaus ist die Rotorspulenwicklung vorzugsweise so angeordnet, dass sie sich bis zu der durch den Rotor gebildeten Hüllkurve erstreckt und auf diese Weise lediglich durch den zwischen dem Rotor und dem Stator vorhandenen Toleranzspalt von dem Stator getrennt ist.
Die Endabschnitte 54 der Spulenwicklung 34 sind benachbart zu entgegengesetzten Enden 56 des Rotorkerns angeordnet. Eine geteilte Klammer 58 hält jeden der Endabschnitte der Spulenwicklungen in dem Rotor an Ort und Stelle. Die geteilte Klammer weist an jedem Spulenende 54 ein Paar gegenüber liegende Platten 60 auf, zwischen denen die Spulenwicklung 34 eingebettet ist. Die Fläche der Klemmplatten ist mit Kanälen 116, 118 ausgebildet (siehe 11), um die Spulenwicklung und deren Anschlüsse 112, 114 aufzunehmen.
Die geteilte Klammer 58 kann aus einem nicht magnetischen Werkstoff, z.B. Aluminium- oder Inconel-Legierungen, ausgebildet sein. Dieselben oder ähnliche nicht magnetische Werkstoffe können verwendet werden, um die Zugstangen, Kanalgehäuse und sonstige Teile des Spulenstützsystems auszubilden. Das Spulenstützsystem ist vorzugsweise antimagnetisch, um die Duktilität bei kryogenen Temperaturen aufrecht zu erhalten, da ferromagnetische Werkstoffe bei Temperaturen unterhalb des Curieschen Punkts spröde werden und als lasttragende Strukturen nicht verwendet werden können.
Die geteilte Klammer 58 ist von einem Kragen 62 umgeben, steht mit diesem jedoch nicht in Berührung. Ein Kragen 62 ist an jedem Ende des Rotorkerns 22 vorhanden, obwohl in 3 lediglich einer der Krägen gezeigt ist. Der Kragen basiert auf einer dicken Scheibe aus einem nicht magnetischen Werkstoff, z.B. aus rostfreiem Stahl, der mit dem Werkstoff, aus dem die Rotorwellen ausgebildet sind, übereinstimmt oder diesem ähnelt. In der Praxis ist der Kragen mit der Rotorwelle einstückig ausgebildet. Der Kragen weist einen Spalt 64 auf, der zu der Rotorachse orthogonal angeordnet ist und ausreichend breit ist, um die geteilte Klammer 58 mit einem Toleranzspielraum aufzunehmen. Die heißen Seitenwände 66 des Spaltkragens sind von der kalten geteilten Klammer beabstandet, so dass sie nicht miteinander in Berührung kommen.
Der Kragen 62 kann einen ausgenommenen Scheibenbereich 68 aufweisen (der durch den Spalt 64 zweigeteilt ist), um einen erhabenen Scheibenbereich 70 des Rotorkerns aufzuneh men (siehe die gegenüberliegende Seite des Rotorkerns hinsichtlich des erhabenen Scheibebereichs, der dazu bestimmt ist, in den gegenüber liegenden Kragen eingefügt zu werden). Das Einfügen des erhabenen Scheibenbereichs an dem Ende 56 des Rotorkerns in den ausgenommenen Scheibenbereich 68 verleiht dem Rotorkern in dem Kragen Halt und erleichtert ein fluchtendes Ausrichten des Rotorkerns mit den Krägen. Darüber hinaus kann der Kragen eine kreisförmige Reihe von Bolzenlöchern 72 aufweisen, die sich in Längsrichtung durch den Kragen erstrecken und um den Rand des Kragens angeordnet sind. Diese Bolzenlöcher entsprechen passenden, mit Gewinde versehenen Bolzenlöchern 74, die sich teilweise durch den Rotorkern erstrecken. Mit Gewinde versehene Bolzenschrauben 75 (siehe 5) erstrecken sich durch diese longitudinalen Bolzenlöcher 72, 74 und sichern die Krägen an dem Rotorkern.
4 zeigt eine erste Schnittansicht des Rotorkerns und Kragens. 5 zeigt eine orthogonal zu der ersten Ansicht genommene zweite Schnittansicht des Rotors und Kragens. Die elektrischen Leitungen und Kühlfluidkanäle sind durch eine dünnwandige Röhre 76 abgeschirmt, die sich ausgehend von einem der Spulenendabschnitte 54 längs der Rotorachse und durch einen Kragen 62 erstreckt. Die in der Röhre 76 angeordneten Kühlkanäle sind strömungsmäßig mit den Einlass- und Auslassanschlüssen 112 des Kühlkanals 38 auf der Spulenwicklung mit der Kühlmittelübertragunskupplung 26 verbunden. An demselben Endabschnitt der Spule wie die Kühlenmittelkupplung 26 ist eine elektrische Anschlusskupplung 114 für die Spule vorgesehen.
Die Seitenabschnitte 40 der rennbahnförmigen Spulenwicklung 34 werden durch die Reihe von Zugstangen 42 ge stützt, die sich durch die in dem Rotorkern ausgebildeten Kanäle 46 erstrecken. Die Zugstangen sind antimagnetische, gerade Stäbe, die sich zwischen gegenüberliegenden Seitenabschnitten derselben Spule oder zwischen Seitenabschnitten beider Spulen erstrecken. Die Zugstange kann aus antimagnetischen Legierungen hoher Festigkeit, z.B. Inconel X718, ausgebildet sein. Die Zugstangen weisen an jedem Ende eine Anschlussverbindung mit einem Kanalgehäuse 44 auf, das die Seite 40 der Spulenwicklung einfasst und hält. Die Kanalgehäuse 44 und die Zugstangen 42 können eine Einstellung der auf die Seitenabschnitte der Spulenwicklungen ausgeübten Spannung ermöglichen. Beispielsweise können die Zugstangen aus einem Zugstab ausgebildet sein, der sich durch den Rotorkern erstreckt und an jedem Ende eine mit Gewinde versehene Öffnung aufweist, um eine Zugbolzenschraube entgegen zu nehmen. Die Zugbolzenschrauben können jeweils mit einer ebenen Stirnfläche 86 ausgebildet sein, die mit der Spulenwicklung in Anlage steht.
Die Spulenwicklung 34 wird durch die die gegenüberliegenden Seitenabschnitte 40 der Spule überspannenden Zugstangen 42 getragen (wobei lediglich eine von diesen in 4 gezeigt ist). Das Kanalgehäuse 44 ist mittels eines Dübels 80 mit dem Ende der Zugstange verbunden. Für Zwecke der Veranschaulichung ist die Zugstange auf der linken Seite in 6 ohne Kanalgehäuse dargestellt. In ähnlicher Weise ist im oberen Abschnitt von 4 die Zugstange 46 ohne Kanalgehäuse gezeigt; wohingegen im unteren Abschnitt ein an der Zugstange befestigtes Kanalgehäuse veranschaulicht ist. Die Zugstangen 42 ragen durch die in dem Rotorkern 22 ausgebildeten Kanäle 46. Diese Kanäle weisen an deren entsprechenden Enden 88 größere Durchmesser auf. Diese erweiterten Enden 88 nehmen das Isolatorrohr 52 auf, das als eine Büchse auf der Zugstange ausgebildet ist. Die Isolatorrohre schirmen die Zugstangen 42 von dem heißen Rotorkern 22 thermisch ab.
Wie in 5 gezeigt, erstrecken sich die Kanäle 46 senkrecht durch die Rotorachse und sind über die Länge des Kerns symmetrisch angeordnet. Die Anzahl von Kanälen 46 und deren Anordnung auf dem Rotorkern und in Bezug zueinander hängt von der Wahl der Konstruktion ab.
Der Rotorkern kann in einer metallenen zylindrischen Abschirmung 90 untergebracht sein, die die supraleitende Spulenwicklung 34 vor Wirbelströmen und sonstigen elektrischen Strömen in der Umgebung des Rotors schützt, und die erforderliche Vakuumhülle bereit stellt, um die kryogenen Komponenten des Rotors unter einem hohen Vakuum zu halten. Die zylindrische Abschirmung 90 kann aus einem in hohem Maße elektrisch leitfähigen Werkstoff ausgebildet sein, beispielsweise aus einer Kupferlegierung oder Aluminium.
Die SC-Spulenwicklung 34 wird in einem Vakuum gehalten. Das Vakuum kann durch die Abschirmung 90 gestaltet sein, die auf einer zylindrischen Schicht aus rostfreiem Stahl basieren kann, die um die Spule und den Rotorkern eine Vakuumkammer bildet. Die 7 zeigt in einem senkrecht zu der Rotorachse quergeschnittenen Diagramm einen vergrößerten Abschnitt des Rotorkerns 22, der Zugstange 42, der Spulenwicklung 34 und zugeordneter Strukturen. Das flache Ende 86 der Zugstange steht an einer Innenfläche der Spulenwicklung 34 in Anlage. Das (in 7 nicht gezeigte) entgegengesetzte Ende der Zugstange liegt an einer ähnlichen Innenfläche der gegenüberliegenden Seite der Spulenwicklung an. Somit erstreckt sich die Zugstange zwischen der Spulenwicklung und stellt eine feststehende Fläche 86 zur Verfügung, die die Spulenwicklung stützt.
Jede Zugstange 42, obwohl gewöhnlich über ihre Länge zylindrisch ausgebildet, weist flache Enden 86 auf, die eine enge Anbindung an die Spulenwicklung und das U-förmige Kanalgehäuse 44 erlauben. Jede Zugstange ist mit einem Kanalgehäuse 44 durch einen Dübel 80 verbunden, der verhindert, dass das Gehäuse radial von der Zugstange nach außen gleitet. Das Kanalgehäuse hindert die Zentrifugalkraft daran, die Spule während der Rotation des Rotors zu verbiegen oder zu verdrillen. An die Enden des Dübels 80 sind (nicht gezeigte) Sicherungsmuttern geschraubt, um sicherzustellen, dass die Seitenbeine 106 des Gehäuses 44 nicht unter Belastung gespreizt werden. Der Dübel kann aus Inconel- oder Titanlegierungen hoher Festigkeit gefertigt sein. Jede Zugstange 42 passt in einen berührungsfreien Kanal 46, so dass die Zugstange den Rotorkern nicht berühren soll. Am Ende jeder Zugstange kann eine isolierende Röhre 52 vorgesehen sein, die die Spulenstützkonstruktion an dem heißen Rotor befestigt und eine Übertragung von Wärme zwischen den Komponenten reduziert. Darüber hinaus kann eine Sicherungsmutter 84 auf die mit der isolierenden Röhre 52 verbundenen Zugstange 42 geschraubt sein, und dazu dienen, die Position der Stange 42 innerhalb des Kanals 46 zu sichern und einzustellen. Die Sicherungsmutter 84 und die Röhre 52 sichern die Zugstange und das Kanalgehäuse an dem Rotorkern, während sie die Wärmeabfuhr von dem heißen Rotor zu der Gehäuseanordnung minimieren.
Das Isolatorrohr ist aus einem thermisch isolierenden Werkstoff ausgebildet. Eines der Enden der Röhre kann einen externen Ring 120 aufweisen, der an der Wand des Kanals 88 anliegt. Das andere Ende der Röhre weist einen inneren Ring 122 auf, der mit der Sicherungsmutter 84 eingreift, die die Zugstange hält. Von dem Rotor ausgehende Wärme müsste über die Länge des Isolatorrohrs 52 und über die Sicherungsmutter 84 übertragen werden, bevor sie die Zugstange erreicht. Das Isolatorrohr isoliert somit die Zugstange thermisch von dem Rotorkern.
Die Spulenwicklung wird auch durch das Kanalgehäuse 44 getragen (siehe 8). Das Kanalgehäuse stützt die Spulenwicklung gegen Zentrifugalkräfte (Pfeil 100 in 7) und tangentiale Drehmomentkräfte (Pfeil 102). Das Kanalgehäuse kann aus antimagnetischen metallischen Werkstoffen ausgebildet sein, z.B. Aluminium-, Inconel- und Titanlegierungen. Das Kanalgehäuse wird durch einen Dübel 80, der sich durch eine Öffnung 104 in dem Ende der Zugstange erstreckt, an der Zugstange an Ort und Stelle gehalten. Die Beine 106 des Kanalgehäuses können dick sein und mit Rippen ausgebildet sein, so dass um die den Dübel aufnehmenden Öffnungen 108 herum struktureller Halt geschaffen ist. Zentrifugalkräfte entstehen aufgrund der Rotation des Rotors. Tangentialkräfte können aufgrund von Beschleunigungen und Verzögerungen des Rotors sowie aufgrund von Drehmomentübertragungen entstehen. Da die Seiten 40 der Spulenwicklung von dem Kanalgehäuse 44 und den Enden 86 der Zugstäbe umhüllt sind, sind sie innerhalb des Rotors vollkommen abgestützt.
Eine Halteklammer 124 ist vorgesehen, um die Zugstangen und das Kanalgehäuse darin zu unterstützen, den großen Radialkräften standzuhalten, die bei einem Auftreten von Netzfehlerbedingungen entstehen können. Die radiale Stütze kann ein rechteckiges Gehäuse sein, das um die Seiten 40 der Spulenwicklung passt und sich über die geteilte Klammer 58 erstreckt. Die Halteklammer weist ein Paar Seitenwände auf, die nach Art eines Schwalbenschwanzes in einen in der ausgenommenen Fläche ausgebildeten Spalt eingeführt werden. Die Seitenwände erstrecken sich von der Rotorkernoberfläche 48 zu der Schale 90 und verleihen der Schale strukturelle Festigkeit.
9 bis 11 zeigen schematisch den Einbauvorgang der Spulenstützkonstruktion und der Spulenwicklung in den Rotor. Wie in 9 gezeigt, werden die Zugstangen 42, bevor der Rotorkern mit den Krägen und sonstigen Komponenten des Rotors zusammengebaut wird, in jeden der durch den Rotorkern sich erstreckenden Kanäle 46 eingeführt. Das für jedes Ende jeder Zugstange vorgesehen Isolatorrohr 52 wird in dem erweiterten Ende 88 an jedem Ende der Kanäle 46 angeordnet. Die Röhre 52 wird durch eine Sicherungsmutter 84 an Ort und Stelle fixiert. Nachdem die Zugstangen in den Rotorkern 22 eingesetzt sind, lassen sich die Spulenwicklungen auf dem Kern positionieren.
Wie in 10 gezeigt, wird die SC-Spule 36 so auf dem Rotorkern positionieren, dass die flachen Enden 86 der Zugstangen 42 mit der Innenfläche der Seitenabschnitte 40 der SC-Spule in Anlage kommen. Wenn die Wicklung über den Enden des Zugstabs positioniert ist, werden die Kanalgehäuse 44 über der SC-Spule eingesetzt. Die Kanalgehäuse werden an den Enden der Zugstäbe befestigt, indem durch die Öffnungen in der Zugstange bzw. des Kanalgehäuses 104, 108 Dübel 80 gesteckt werden.
Das Kanalgehäuse 44 weist längs seiner oberen Innenfläche einen Schlitz 110 auf, der den Kühlkanal 38 aufnimmt und diesen gegen die Spule 36 hält.
Die mehreren Kanalgehäuse halten die Spule, durch Zentrifugalkräfte unbeeinträchtigt, wirkungsvoll an Ort und Stelle. Obwohl die Kanalgehäuse in enger räumlicher Nachbarschaft zueinander dargestellt sind, brauchen die Gehäuse lediglich so nahe angeordnet zu sein, wie es erforderlich ist, um Beschädigungen der Spule zu verhindern, die durch hohe Biege- und Zugspannungen während einer Zentrifugalbelastung, Drehmomentübertragung und Fehlerbedingungen von Einschwingvorgängen hervorgerufen werden.
Die Kanalgehäuse und Zugstangen können mit der Spulenwicklung zusammengebaut werden, bevor der Rotorkern und die Spulen mit dem Kragen und sonstigen Komponenten des Rotors zusammengebaut sind. Dementsprechend lassen sich der Rotorkern, die Spulenwicklung und das Spulenstützsystem vor dem Zusammenbau der anderen Komponenten des Rotors und der Synchronmaschine als eine Einheit vormontieren.
11 zeigt die Anordnung der geteilten Klammer 58, die durch Klemmplatten 60 gebildet wird. Die Klemmplatten 60 betten zwischen sich die Endabschnitte 64 der Spulenwicklung ein. Die geteilte Klammer verleiht den Enden der Spulenwicklung 34 strukturellen Halt. Die Platten 60 der geteilten Klammer sind auf ihren Innenflächen mit Kanälen 116 ausgebildet, die die Spulenwicklung aufnehmen. In ähnlicher Weise weisen die Platten Kanäle 118 für die Einlass/Auslassleitungen 112 der Gase und für die Eingangs-und Ausgangsstromanschlüsse 114 der Spule auf. Wenn die Spulenträger, die Spule, der Kragen und der Rotorkern zu sammengebaut sind, ist diese Einheit vorbereitet, um in den Rotor und in die Synchronmaschine eingebaut zu werden.

Claims

Rotor für eine Synchronmaschine (10) mit: einem Rotorkern (22), einer supraleitenden Spulenwicklung (34), die sich um wenigstens einen Abschnitt des Rotorkerns herum erstreckt, wobei die Spulenwicklung wenigstens ein Paar von Seitenabschnitten (40) an einander gegenüber liegenden Seiten des Rotorkerns aufweist, gekennzeichnet durch: wenigstens eine Zugstange (42), die sich zwischen dem Paar Seitenabschnitte der Spulenwicklung und durch den Rotor erstreckt, wobei ein erstes Ende (86) der Zugstange an einem ersten Seitenabschnitt der Spulenwicklung und ein zweites Ende des Zugstange an einem gegenüberliegenden Abschnitt der Spulenwicklung angeordnet ist und wobei zwischen der Zugstange und dem Rotorkern ein Vakuumbereich (16) existiert, und ein Spulengehäuse (44) an jedem der beiden gegenüber liegenden Enden der Zugstange, wobei das Gehäuse die Spulenwicklung einfasst und an der Zugstange befestigt ist und wobei wenigstens die Zugstange und/oder das Spulengehäuse gegen den Rotorkern thermisch isoliert sind.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem das Spulengehäuse (44) ein u-förmiger Kanal ist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei der Rotorkern in einem inneren Vakuum angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 1, wobei er außerdem eine Kryomittelkupplung (26) aufweist, die Kühlfluid an die Spulenwicklung liefert, wobei das Gehäuse (44) und die Zugstange (42) durch Wärmeleitung von der Spulenwicklung (34) gekühlt sind.
Rotor nach Anspruch 1, wobei er außerdem einen Dübel (80) oder einen Hohlzapfen aufweist, der das Gehäuse (44) mit der Zugstange (42) verbindet.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem sich die Zugstange (42) durch eine Längsachse (20) des Rotors erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem sich die Zugstange (42) durch Kanäle (46) in dem Rotorkern erstreckt.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem der Rotorkern (22) außerdem einen Kanal (46) aufweist, der zu einer Längsachse (20) des Rotors orthogonal angeordnet ist, wobei die wenigstens eine Zugstange (42) in dem Kanal angeordnet ist.
Rotor nach Anspruch 8, außerdem aufweisend eine Anzahl von Kanälen (46), die orthogonal zu der Längsachse (20) des Rotorkerns und in einer Ebene angeordnet sind, die durch die supraleitende Spule (34) definiert ist.
Rotor nach Anspruch 1, bei dem die supraleitende Spule (34) aus einer rennbahnförmigen supraleitenden Spulenwicklung (34) in ebener Rennbahnform parallel zu der Längsachse (20) des Rotors gebildet ist.