DE69725942T2 - Anordnung zum Kühlen einer supraleitenden Wicklung - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Supraleitfähigkeit und insbesondere auf die Kühlung einer supraleitenden Spule in einer supraleitenden Einrichtung.
  • Supraleitende Einrichtungen enthalten, ohne darauf beschränkt zu sein, supraleitende Rotoren für elektrische Synchronmaschinen, wie beispielsweise Generatoren und Motoren, und supraleitende Magnete für MRI (Magnetresonanz-Bildgebung)-Maschinen, Maglev(Magnetschwebe)-Transportsysteme, magnetische Energiespeichervorrichtungen und Linearmotoren. Die supraleitende Spule oder die Spulen in einer supraleitenden Einrichtung sind aus einem supraleitenden Material, wie beispielsweise Niob-Zinn hergestellt, das eine Temperatur an oder unter einer kritischen Temperatur erfordert, um Supraleitfähigkeit zu erreichen und beizubehalten. Kühltechniken umfassen die Kühlung einer mit Epoxid getränkten Spule durch eine feste Leitungsbahn aus einem Kryo-Kühler oder durch Kühlröhren, die ein flüssiges und/oder gasförmiges Kryogen enthalten, und kühlen eine poröse Spule (oder sogar eine mit Epoxid getränkte Spule) durch Eintauchen in ein flüssiges und/oder gasförmiges Kryogen. Die supraleitende Spule ist von einem Vakuummantelumgeben, und zwischen der supraleitenden Spule und dem Vakuummantel ist wenigstens eine thermische Abschirmung hinzugefügt.
  • Bekannte Supraleiter-Rotorkonstruktionen umfassen solche, wie den Supraleiter-Rotor, der in US-A-5,532,663 beschrieben ist, die eine ovale bzw. rennstreckenförmige supraleitende Spule haben, die mit einer extrudierten Wärmestation in Kontakt ist, die einen Innenkanal aufweist, der gasförmiges Helium bei einer Temperatur von zehn Kelvin enthält. Die supraleitende Spule ist von einer im Abstand angeordneten thermischen Abschirmung umgeben, die durch Kontakt mit einer Kühlmittelröhre gekühlt wird, die gasförmiges Helium bei einer Temperatur von zwanzig Kelvin enthält. Die thermische Abschirmung ist im Abstand von einem Vakuummantel angeordnet und von diesem umgeben. Was benötigt wird, ist eine supraleitende Einrichtung mit einer verbesserten Kühlanordnung für ihre supraleitende Spule oder Spulen.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine supraleitende Einrichtung bereitzustellen, die durch ein Kühlmittelrohr gekühlt wird, das ein kryogenes Fluid enthält.
  • Die supraleitende Einrichtung gemäß Erfindung enthält einen Vakuummantel, der eine Innenwand aufweist, die eine im allgemeinen ringförmige Kammer umgibt, die eine supraleitfähige Spule enthält, ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Blech aus thermisch leitfähigem Material, ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Kühlmittelrohr und eine im allgemeinen ringförmig angeordnete Spulenüberwicklung. Die nach innen gerichtete Oberfläche von dem Blech ist mit der gesamten nach aussen gerichteten Oberfläche von der supraleitfähigen Spule im allgemeinen in Kontakt. Das Kühlmittelrohr kontaktiert einen im allgemeinen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt von der nach aussen gerichteten Fläche des Bleches. Das Kühlmittelrohr und die nach innen gerichtete Fläche von der Spulenüberwicklung kontaktieren zusammen die im allgemeinen gesamte nach aussen gerichtete Fläche von dem Blech.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nimmt das Vakuum den gesamten Kammerabschnitt zwischen der nach innen gerichteten Fläche von der supraleitfähigen Spule und der Innenwand ein. In einem Ausführungsbeispiel sind die zwei Stromleiter der supraleitfähigen Spule in thermischer Verbindung innerhalb der Kammer des Vakuummantels mit der äusseren Fläche von dem Auslassende des Kühlmittelrohres.
  • Mit der Erfindung sind mehrere Nutzen und Vorteile erzielbar. Das Kühlmittelrohr kann auf einfache Weise ringförmig angeordnet werden (beispielsweise durch Biegen), während dies bei der zuvor genannten bekannten Wärmestation mit einem Kühlmittelkanal nicht der Fall ist. Indem das bevorzugte Vakuum den Kammerabschnitt zwischen der nach innen gerichteten Fläche von der supraleitfähigen Spule und der Innenwand vollständig einnimmt, wird die teuere übliche thermische Abschirmung eliminiert, insbesondere für Hochtemperatur-Supraleiter. Indem die zwei Stromleiter in thermischer Verbindung mit der äusseren Fläche von dem Auslassende des Kühlmittelrohres angeordnet werden, wird ermöglicht, dass 10–15% mehr elektrischer Strom in die supraleitende Spule fließt – ohne Löschen (d. h. Ver lust der Supraleitfähigkeit) aufgrund von Leiterüberhitzung.
  • Die beigefügten Zeichnungen stellen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar, wobei:
  • 1 eine schematische Seitenansicht von einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der supraleitenden Einrichtung gemäß der Erfindung ist, wobei die supraleitende Einrichtung ein supraleitender Rotor ist;
  • 2 ein schematischer Seitenschnitt entlang Linien 2-2 in 1 ist und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel zur Kühlung der supraleitfähigen Spule zeigt; und
  • 3 ein schematischer Seitenschnitt entlang den Linien 3-3 in 1 ist und ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel auch zum Kühlen der zwei Stromleiter in der supraleitfähigen Spule zeigt.
  • Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei gleiche Bezugszahlen gleiche Elemente darstellen. 1–3 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel von der supraleitfähigen Einrichtung gemäß der Erfindung, wobei die supraleitende Einrichtung ein supraleitender Rotor 10 mit einer Drehachse 12 ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die supraleitende Einrichtung gemäß der Erfindung nicht auf einen Rotor beschränkt ist, sondern jede supraleitende Einrichtung, wie beispielsweise, ohne darauf beschränkt zu sein, supraleitende Magnete für MRI (Magnetresonanz-Bildgebung)-Maschinen, Maglev (Magnetschwebe)-Transportsysteme, magnetische Energiespeichervorrichtungen und Linearmotoren enthalten kann. Vorzugsweise ist der supraleitende Rotor 10 für eine elektrische Synchronmaschine, wie beispielsweise einen Generator oder Motor, vorgesehen. Es sei darauf hingewiesen, dass übliche Generatoren und Motoren nachgerüstet werden können, damit ihre nicht-supraleitenden Rotoren durch den supraleitenden Rotor 10 gemäß der Erfindung ersetzt werden.
  • Die supraleitende Einrichtung (d. h. der supraleitende Rotor 10), wie sie in den 1–3 gezeigt ist, enthält einen Vakuummantel 14 mit einer Innenwand 16, die eine im allgemeinen ringförmige Kammer 18 umgibt. Die Kammer 18 hat eine im allgemeinen longitudinal verlaufende Achse 20 und enthält ein Vakuum mit einem Druck, der im allgemeinen 0,133 Pa (ein-Tausendstel Torr) nicht überschreitet. Die Auslegung des Vakuummantels 14 ist dem Fachmann überlassen. Der in den 2 und 3 gezeigte Vakuummantel 14 hat eine monolithische Vakuumantelkonstruktion. Andere Vakuummantelkonstruktionen umfassen, ohne Einschränkung, einen Vakuummantel (in den Figuren nicht gezeigt), der einen Eisenkern, der den geraden Abschnitt von der der Längsachse 20 nächst gelegenen Innenwand 16 einschließt, ein Polstück aus Aluminium, das an dem Eisenkern befestigt ist und die übrigen Abschnitte von der Innenwand 16 einnschließt, und eine umgebende elektromagnetische Abschirmung aus Aluminium hat, wobei der Eisenkern, das Aluminium-Polstück und die elektromagnetische Aluminium-Abschirmung jeweils mehrere Teile aufweisen können.
  • Der supraleitende Rotor 10 enthält auch eine supraleitfähige Spule 22, die in der Kammer 18 im allgemeinen koaxial ausgerichtet mit der Längsachse 20 und im allgemeinen im Abstand von der Innenwand 16 angeordnet ist. Die supraleitfähige Spule 22 hat eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche 24 und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche 26. In einem Ausführungsbeispiel ist die supraleitfähige Spule 22 eine ovale bzw. rennstreckenförmige supraleitfähige Spule, und die Drehachse 12 von dem supraleitenden Rotor 10 ist im allgemeinen senkrecht zu der Längsachse 20 der Kammer 18 ausgerichtet. Es sei darauf hingewiesen, daß „oval bzw. rennstreckenförmig" gerade Abschnitte aufweist, die durch abgerundete Ecken verbunden sind. Der in 2 gezeigte supraleitende Rotor 10 ist ein zweipoliger Rotor. Die supraleitende Einrichtung gemäß der Erfindung in der Form von dem supraleitenden Rotor 10 gemäß 2 ist auch auf andere Rotortypen anwendbar, wie beispielsweise vielpolige Rotoren (in den Figuren nicht gezeigt), die mehrere in Umfangsrichtung in Abstand angeordnete ovale bzw. rennstreckenförmige supraleitfähige Spulen haben, deren Längsachsen im allgemeinen senkrecht zu der Drehachse des Rotors angeordnet sind. Es sei darauf hingewiesen, dass die Nebenachse von jeder supraleitfähigen Spule von einem vielpoligen Rotor im allgemeinen parallel zu der Umfangsrichtung der Bewegung der Spule um die Drehachse herum angeordnet ist, während die Nebenachse von der supraleitenden Spule 22 des in 2 ge zeigten zweipoligen Rotors 10 (oder eines ähnlich aufgebauten vierpoligen Rotors) im allgemeinen senkrecht zu der Umfangsrichtung der Bewegung der Spule 22 um die Drehachse 12 herum angeordnet ist. Vorzugsweise ist die supraleitfähige Spule 22 eine BSCCO (Wismuth-Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxid) supraleitfähige Spule.
  • Der supraleitende Rotor 10 enthält zusätzlich ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Blech 28 aus thermisch leitfähigem Material mit einem Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit, der wenigstens gleich demjenigen von Kupfer bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin ist. Das Blech 28 ist der in Kammer 18 angeordnet, ist im allgemeinen koaxial mit der Längsachse 20 ausgerichtet und ist im Abstand von der Innenwand 16 angeordnet. Das Blech 28 kann ein einschichtiges oder ein vielschichtiges Blech sein und hat eine Dicke (entlang einer Richtung senkrecht zur der Drehachse 12 und der Längsachse 20), die kleiner als im allgemeinen einem Zehntel der Dicke (entlang einer Richtung senkrecht zu der Drehachse 12 (und der Längsachse 20) der supraleitfähigen Spule 22 ist. Der Mantel 28 hat eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche 30 und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche 32, wobei die nach innen gerichtete Fläche 32 von dem Mantel 28 im allgemeinen die gesamte nach aussen gerichtete Fläche 24 von der supraleitfähigen Spule 22 kontaktiert. Das Blech 28 ist vorzugsweise ein OFHC (sauerstofffreies Hartkupfer-) Kupferblech.
  • Der supraleitende Rotor 10 enthält darüber hinaus ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Kühlmittelrohr 34, das ein kryogenes Fluid 36 mit einer kryogenen Temperatur enthält (d. h. eine Flüssigkeit und/oder ein Gas mit einer genügend niedrigen Temperatur, damit sich die supraleitfähige Spule 22 supraleitend verhält). Das Kühlmittelrohr 34 ist in der Kammer 18 angeordnet, ist im allgemeinen koaxial mit der Längsachse 20 ausgerichtet und ist im allgemeinen im Abstand von der Innenwand 16 angeordnet. Das Kühlmittelrohr 34 kontaktiert einen im allgemeinen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt von der nach aussen gerichteten Fläche 30 des Bleches 28. Vorzugsweise ist das Kühlmittelrohr 34 ein Kühlmittelrohr aus rostfreiem Stahl, das an dem Mantel 28 angelötet bzw. angeschweißt ist. In einem Ausführungsbeispiel weist das kryogene Fluid gasförmiges Helium bei einer Temperatur zwischen im allgemeinen 15 Kelvin und im allgemeinen 50 Kelvin auf.
  • Der supraleitende Rotor 10 enthält ferner eine im allgemeinen ringförmig angeordnete Spulenüberwicklung 38 aus thermisch isolierendem Material mit einem Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit, der nicht größer als derjenige von Glasfaser bei einer Temperatur von allgemeinen 50 Kelvin ist. Die Spulenüberwicklung 38 ist in der Kammer 18 angeordnet, ist im allgemeinen koaxial mit der Längsachse 20 ausgerichtet und ist im allgemeinen im Abstand von der Innenwand 16 angeordnet. Die Spulenüberwicklung 38 hat eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche 40 und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche 42. Die Spulenüberwicklung 38 umgibt im allgemeinen in Umfangsrichtung die nach aussen gerichtete Fläche 30 von dem Blech 28. Das Kühlmittelrohr 34 und die nach innen gerichtete Fläche 42 von der Spulenüberwicklung 38 kontaktieren gemeinsam im allgemeinen die gesamte nach aussen gerichtete Fläche 30 von dem Mantel 28. Die Spulenüberwicklung 38 hilft, den Mantel 28 festzuhalten, damit er nicht während der Rotation des supraleitenden Rotors 10 von der nach aussen gerichteten Fläche 24 der supraleitfähigen Spule 22 abhebt. Vorzugsweise ist die Spulenüberwicklung 38 eine mit Epoxid getränkte vielschichtige Glasfasergewebe-Spulenüberwicklung (mit einer einzelnen Schichtdicke von 0,076 bis 0,127 mm (0,003 bis 0,005 Zoll), die die frei liegenden Abschnitte von dem Kühlmittelrohr 34 vollständig überdeckt. Es sei darauf hin gewiesen, dass das Kupferblech 28 mit einem üblichen Oxidhemmer behandelt sein kann, um die Verbindung mit der Spulenüberwicklung 38 zu verbessern. In einer bevorzugten Konstruktion ist das Kupferblech 28 mit einer Anzahl von Durchgangslöchern (in den Figuren nicht gezeigt) von dem Bereich weg versehen, der für das Kühlmittelrohr 34 aus rostfreiem Stahl vorgesehen ist, und ist in eine allgemeine ringförmige Anordnung gebogen; das Kühlmittelrohr 34 aus rostfreiem Stahl ist in eine im allgemeinen ringförmige Anordnung gebogen und ist an dem Kupferblech 28 angelötet bzw. angeschweisst; das Kupferblech 28 ist über der supraleitfähigen Spule 22 angeordnet; das Glasfasergewebe ist um die nach aussen gerichtete Fläche 30 von dem Kupferbleck 28 gewickelt (und auch um das Kühlmittelrohr 34 aus rostfreiem Stahl), um eine im allgemeinen ringförmig angeordnete Spulenüberwicklung 38 zu bilden; das Epoxid ist direkt auf die zugänglichen Bereiche von der supraleitfähigen Spule 22 und das gewickelte Glasfasergewebe aufgebracht, wobei ein gewisser Teil von dem Epoxid von dem Glasfasergewebe die supraleitfähige Spule 22 über die Durch gangslöcher in dem Mantel 28 erreicht. Somit ist ersichtlich, dass vorzugsweise die supraleitfähige Spule 22, der Mantel 28, das Kühlmittelrohr 34 und die Spulenüberwicklung 38 gemeinsam als eine einzelne Rotor-Untereinrichtung 44 mit Epoxid getränkt sind.
  • Die Kammer 18 hat einen Kammerabschnitt 46, der sich zwischen und zu der nach innen gerichteten Fläche 26 der supraleitfähigen Spule 22 und zur Innenwand 16 erstreckt, und das Vakuum nimmt den gesamten Kammerabschnitt 46 ein. Somit gibt es keine thermische Abschirmung zwischen der supraleitfähigen Spule 22 und dem Vakuummantel 14, insbesondere für Hochtemperatur-Supraleiter, wie beispielsweise BSCCO. Es sei darauf hingewiesen, dass eine thermische Abschirmung möglicherweise für einen Halbleiter mit niedrigerer Temperatur, wie beispielsweise Nb3Sn (Niob-Zinn), erforderlich sein kann.
  • Wie in 3 gezeigt ist, hat die supraleitfähige Spule 22 zwei Stromleiter 48 und 50, das Kühlmittelrohr 34 hat ein Einlassende 52 und ein Auslassende 54 und das Auslassende 54 hat eine Aussenfläche 56. In einem Ausführungsbeispiel sind die zwei Stromleiter 48 und 50 der supraleitfähigen Spule 22 in thermischer Verbindung, innerhalb der Kammer 18 des Vakuummantels 14, mit der Aussenfläche 56 von dem Auslassende 54 des Kühlmittelrohrs 34. Da die Stromleiter 48 und 50 üblicherweise ohne elektrische Isolation sind, ist ein Block 57 aus dielektrischem, aber thermisch leitfähigem, Material (wie beispielsweise Berylliumoxid) in Stosskontakt zwischen dem Auslassende 54 von dem Kühlmittelrohr 34 und den zwei Stromleitern 48 und 50 angeordnet.
  • Die Rotor-Untereinrichtung 44 (d. h. die durch Epoxid verbundene supraleitfähige Spule 22, das Blech 28, das Kühlmittelrohr 34 und die Spulenüberwicklung 38) ist in der Kammer 18 im Abstand von der Innenwand 16 durch eine Positioniereinrichtung angeordnet. Vorzugsweise ist diese Positioniereinrichtung eine Honigwabenvorrichtung 58 mit einem Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit, der im allgemeinen nicht größer als derjenige von Glasfaser bei einer Temperatur von im allgemeinen 50 Kelvin ist. Es ist bevorzugt, dass die Honigwabenvorrichtung 58 mehrere im allgemeinen identische Zellen mit einer gemeinsamen offenen Richtung 60 hat, die senkrecht zu sowohl der Drechachse 12 als auch der Längsachse 20 ist. In einem Ausführungsbeispiel ist die Honigwabenvorrichtung 58 eine faserverstärkte Epoxid(FRE)-Verbundwabenstruktur, deren Abstand zwischen gegenüberliegenden Seiten von einer Zelle in dem Bereich zwischen im allgemeinen 1 Millimeter und im allgemeinen 1 Zentimeter liegt. In einem konstruktiven Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Honigwabenvorrichtung 58 zwischen und bis zur nach aussen gerichteten Fläche 40 der Spulenüberwicklung 38 und der Innenwand 16 von dem Vakuummantel 14. Vorzugsweise weist die Honigwabenvorrichtung 58 im Abstand angeordnete Honigwabenblöcke auf.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass der Vakuummantel 14 eine äussere Fläche 62 in Kontakt mit Umgebungsluft 64 bei Umgebungstemperatur hat. Diese Umgebungstemperatur wird während des Betriebs des supraleitenden Rotors 10 ansteigen, wie es für den Fachmann ohne weiteres klar ist. Die Honigwabenvorrichtung 58 bildet Mittel, um die supraleitende Spule 22, bei Umgebungstemperatur, nach innen in Richtung auf die Längsachse 20 mit einer ersten Druckkraft zu drücken und, bei kryogener Temperatur, die supraleitfähige Spule 22 nach innen auf Richtung der Längsachse 20 mit einer zweiten Druckkraft zu drücken, die kleiner als die erste Druckkraft ist. Eine andere Positioniereinrichtung und/oder Druckeinrichtung enthält Federn, Befestigungsbolzen und ähnliches, wie es für den Fachmann bekannt ist. Ein bevorzugtes Verfahren (in den Figuren nicht gezeigt) zum Zusammendrücken der supraleitfähigen Spule 22 unter Verwendung der Honigwabenvorrichtung 58 beinhaltet die Verwendung einer Klemmhalterung während der Rotormontage. Die Klemmhalterung (die auf einfache Weise erhalten oder durch den Fachmann gemacht werden kann) verwendet Bolzen, um einen Stab auf die supraleitfähige Spule 22 nach unten zu drücken, der sie zusammenpresst. Dann wird die nichtzusammengedrückte Honigwabenvorrichtung 58 in der Kammer 18 angeordnet. Als nächstes werden die Bolzen durch Löcher in dem Vakuummantel 14 heraus genommen, wobei diese Löcher später überdeckt werden (wie beispielsweise mit einer umgebenden elektromagnetischen Abschirumung aus Aluminium). Die Entfernung der Bolzen bewirkt, dass sich die supraleitfähige Spule 22 leicht ausdehnt, wodurch die Spulenüberwicklung 38 gegen die Honigwabenvorrichtung 58 geschoben wird, so daß die Honigwabenvorrichtung 58 die supraleitfähgie Spule 22 unter Druck hält. Der Druck ist kleiner bei kälteren (z. B. kryogenen) Temperaturen wegen unterschiedlicher Koeffizienten der thermischen Kontraktion für die zuvor angegebenen bevorzugten Materialien, die die verschiedenen Komponenten des supraleitenden Rotors 10 bilden, wie es für den Fachmann ohne weiteres klar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die nicht-zusammengedrückte Honigwabenvorrichtung 58 mit einem üblichen kryogenen Zweikomponenten – Epoxid beschichtet sein kann, bevor sie in der Kammer 18 angeordnet wird, wenn erwartete Scherkräfte eine derartige Epoxid-Bindung zwischen der Honigwabenvorrichtung 58 und der Innenwand 16 von dem Vakuummantel 14 und/oder zwischen der Honigwabenvorrichtung 58 und der nach aussen gerichteten Fläche 40 der Spulenüberwicklung 38 erfordern würden.
  • Im Betrieb wird die Wärme, die entlang der Positioniervorrichtung (z. B. Honigwabenvorrichtung 58) von der warmen Aussenfläche 62 des Vakuummantels 14 geleitet wird, an dem Kupferblech 28 (die als ein Wärmetauscher wirkt) abgefangen, bevor die Wärme die supraleitfähige Spule 22 erreicht, und die Wärme wird entlang dem Kupferblech 28 zum Kühlmittelrohr 34 geleitet. Wärme, die direkt zur supraleitfähigen Spule 22 abgestrahlt wird oder durch Widerstandsverluste innerhalb der supraleitfähigen Spule 22 erzeugt wird, wird zum Kupferblech 28 geleitet, wo sie auf wirksame Weise zum Kühlmittelrohr 34 geleitet wird. Da die supraleitfähige Spule 28 in den Querrichtungen (d. h. in anderen Richtungen als entlang dem Leiter) eine kleine thermische Leitfähigkeit hat, dient das Kupferblech 28 als eine Bahn mit kleinem Widerstand für zu leitende Wärme von der Aussenfläche der supraleitfähigen Spule 22 zum Kühlmittelrohr 34, wodurch die Temperaturgradienten innerhalb der supraleitfähigen Spule 22 minimiert werden. Die Verwendung von Kupfer für den Mantel 28 gestattet, dass er gebogen werden kann, um sich an die Aussenfläche 24 von der supraleitfähigen Spule 22 anzupassen. Die Verwendung von rostfreiem Stahl für das Kühlmittelrohr 34 gestattet, dass es gebogen und zusammengeschweisst werden kann, um mit dem im allgemeinen ringförmig angeordneten Blech 28 übereinzustimmen. Die Verwendung von Glasfasergewebe in der Spulenüberwicklung 38 gestattet, dass sie sich auf einfache Weise an die freiliegenden Flächen von dem Kupfermantel 28 und dem aus rostfreiem Stahl bestehenden Kühlmittelrohr 34 während des „trockenen" Wickelns anpasst, und die Verwendung von Epoxid zum Tränken des gewickelten Glasfasergewebes bildet eine robuste mechanische Spulenüberwicklung 38. Indem die supraleitfähige Spule 22 mit der Honigwabenvorrichtung 58 unter Druck gehalten wird, wird die im Abstand angeodnete Positionierung der supraleitfähigen Spule 22 in der Kammer 18 beibehalten. Das thermische Verbinden der zwei Stromleiter 48 und 50 mit dem Auslassende 54 von dem Kühlmittelrohr 34 gestattet die Verwendung eines höheren Stromanstiegs ohne übermäßige Erwärmung.

Claims (10)

  1. Supraleitende Einrichtung (10) enthaltend: a) einen Vakuummantel (14) mit einer Innenwand (16), die eine im allgemeinen ringförmige Kammer (18) umgibt, wobei die Kammer eine im allgemeinen longitudinale Achse (20) hat und wobei die Kammer ein Vakuum mit einem Druck enthält, der nicht höher als im allgemeinen 0,133 Pa ist, b) eine supraleitfähige Spule (22), die in der Kammer angeordnet ist, mit der Längsachse im allgemeinen longitudinal ausgerichtet ist, von der Innenwand im allgemeinen im Abstand angeordnet ist, eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche (24) und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche (26) aufweist, c) ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Blech (28) aus thermisch leitfähigem Material mit einem Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit, der wenigstens gleich demjenigen von Kupfer bei einer Temperatur von im allgemeinen 50° Kelvin ist, das in der Kammer angeordnet ist, im allgemeinen koaxial mit der Längsachse ausgerichtet ist, eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche (30) und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche (32) aufweist, wobei die nach innen gerichtete Fläche des Bleches im allgemeinen mit der gesamten nach aussen gerichteten Fläche der supraleitfähigen Spule in Kontakt ist, d) ein im allgemeinen ringförmig angeordnetes Kühlmittelrohr (34), das ein kryogenes Fluid (36) mit einen kryogenen Temperatur enthält, in der Kammer angeordnet ist, mit der Längsachse im allgemeinen ausgerichtet ist und im allgemeinen im Abstand von der Innenwand angeordnet ist, wobei das Kühlmittelrohr mit einem im allgemeinen in Umfangsrichtung verlaufenden Abschnitt von der nach aussen gerichteten Fläche des Bleches in Kontakt ist, und e) eine im allgemeinen ringförmig angeordnete Spulenüberwicklung (38) aus thermisch isolierendem Material mit einem Koeffizienten der thermischen Leitfähigkeit, der nicht grösser als derjenige von Glasfaser bei einer Temperatur von im allgemeinen 50°Kelvin ist, die in der Kammer angeordnet ist, mit der Längsachse im allgemeinen longitudinal ausgerichtet ist, von der Innenwand im allgemeinen im Abstand angeordnet ist, eine nach aussen gerichtete Umfangsfläche (40) und eine nach innen gerichtete Umfangsfläche (42) aufweist, wobei die Spulenüberwicklung die nach aussen gerichtete Fläche des Bleches im allgemeinen in Umfangsrichtung umgibt, wobei das Kühlmitteilrohr und die nach innen gerichtete Fläche der Spulenüberwicklung zusammen mit der gesamten nach aussen gerichteten Fläche des Bleches in Kontakt sind und wobei die supraleitfähige Spule, das Blech und die Spulenüberwicklung vollständig aussenseitig von dem Kühlmittelrohr angeordnet sind.
  2. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die supraleitfähige Spule zwei Stromleiter (48, 50) hat, das Kühlmittelrohr ein Einlassende (52) und ein Auslassende (54) hat, wobei das Auslassende eine Aussenfläche (56) hat und wobei die zwei Stromleiter der supraleitfähigen Spule in der Kammer des Vakuummantels mit der Aussenfläche des Auslassendes des Kühlmittelrohres in thermischer Verbindung sind.
  3. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei die Kammer einen Kammerabschnitt (46) hat, der sich zwischen und zur nach innen gerichteten Fläche der supraleitfähigen Spule und der Innenwand erstreckt, und wobei das Vakuum den gesamten Kammerabschnitt einnimmt.
  4. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 1, wobei der Vakuummantel eine Aussenfläche (62) hat, die mit Umgebungsluft bei Umgebungstemperatur in Kontakt ist.
  5. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 4, wobei auch eine Vorrichtung (58) zum Pressen, bei der Umgebungstemperatur, der supraleitfähigen Spule nach innen in Richtung auf die Längsachse mit einer ersten Druckkraft vorgesehen ist.
  6. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 5, wobei die Pressvorrichtung, bei der kryogenen Temperatur, die supraleit-fähige Spule nach innen in Richtung auf die Längsachse mit einer zweiten Druckkraft drückt, die kleiner als die erste Druckkraft ist.
  7. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 6, wobei die supraleitfähige Spule rennstreckenförmig bzw. oval ist und wobei die supraleitende Vorrichtung ein supraleitender Rotor mit einer Drehachse (12) ist, die im allgemeinen senkrecht zu der Längsachse der Kammer ausgerichtet ist.
  8. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 7, wobei das kryogene Fluid gasförmiges Helium enthält.
  9. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 8, wobei die supraleitfähige Spule eine BSCCO (Wismuth-Strontium-Kalzium-Kupfer-Oxid) supraleitfähige Spule ist, wobei das Blech ein OFHC (sauerstofffreies Hartkupfer) Kupferblech ist, wobei das Kühlmittelrohr ein Kühlmittelrohr aus rostfreiem Stahl ist und wobei die Spulenüberwicklung eine Epoxid-getränkte Glasfasergewebe-Spulenüberwicklung ist.
  10. Supraleitende Einrichtung nach Anspruch 9, wobei die Kammer einen Kammerabschnitt (46) hat, der sich zwischen und zur nach innen gerichtete Fläche der supraleitfähigen Spule und der Innenwand erstreckt, und wobei das Vakuum den gesamten Kammerabschnitt einnimmt.
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