EP3204954A1 - Superconducting device with coil devices and cooling device, and vehicle fitted therewith - Google Patents

Superconducting device with coil devices and cooling device, and vehicle fitted therewith

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Publication number
EP3204954A1
EP3204954A1 EP15797303.3A EP15797303A EP3204954A1 EP 3204954 A1 EP3204954 A1 EP 3204954A1 EP 15797303 A EP15797303 A EP 15797303A EP 3204954 A1 EP3204954 A1 EP 3204954A1
Authority
EP
European Patent Office
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coolant
coil
electrical
superconducting
iia
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP15797303.3A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jörn GRUNDMANN
Anne Bauer
Peter Kummeth
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP3204954A1 publication Critical patent/EP3204954A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/04Cooling
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    • H01F6/06Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • H01F6/065Feed-through bushings, terminals and joints
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    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K55/00Dynamo-electric machines having windings operating at cryogenic temperatures
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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    • B60L2220/50Structural details of electrical machines
    • B60L2220/54Windings for different functions
    • HELECTRICITY
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    • H01F6/00Superconducting magnets; Superconducting coils
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    • YGENERAL 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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    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Definitions

  • the invention relates to a device of superconducting ⁇ technology with at least two electrical coil means, of which at least one is designed as a superconducting coil means, and with a cooling device for cooling the coil means by means of a coolant.
  • the invention relates to a vehicle with such a device.
  • Known superconducting technology devices may include one or more superconducting coil devices.
  • a superconductive coil device has at least one coil winding with a superconducting conductor material.
  • it can be a coil winding of a transformer or a coil winding of a superconducting machine, in particular a supralei ⁇ tende rotor winding or a superconducting stator winding or even superconducting rotor and stator windings, which are present together in a machine.
  • the described devices of the superconducting technology there are devices having at least two electrical coil means, of which either one or both are as superconducting coil means being ⁇ staltet.
  • These two electrical Spuleneinrichtun- gene may in particular coils of a transformer on the one hand and an electric machine other hand han ⁇ spindles, said machine may be generally configured as either a motor or a generator.
  • said machine may be generally configured as either a motor or a generator.
  • either only the transformer may have a superconductive coil device or only the
  • Machine or both the transformer and the machine can each have at least one superconducting Spuleneinrich ⁇ tion.
  • Such a combination of a transformer and a motor in a higher-level device can be used, for example, in rail vehicles.
  • the coil means of such a device - both the superconducting and the normal conducting - can then be cooled by a common cooling device with the aid of a coolant.
  • the unpublished German patent application with the file reference 102014208437.7 describes, for example, a cooling device for at least two components to be cooled, at least one of which comprises a superconductor, wherein all components are cooled by the same in a closed cooling circuit guided cooling medium.
  • a disadvantage of the previously known superconducting devices with multiple coil devices is that so far each of these coil devices is equipped with its own power supply lines for connection to an external circuit, which simultaneously represents a thermal bridge between the coil and the external environment for each of these coil devices. Particularly in the case of superconducting coil devices whose conductor materials have to be cooled to cryogenic temperatures below the critical temperature of the superconductor, such thermal bridges are particularly disadvantageous. Further disadvantages of the known devices are due to the relatively high resistances of the typically normal-conducting power supply lines and the space required for these power supply lines.
  • the object of the invention is therefore to provide a device of supra-line technology of the type mentioned, which overcomes the mentioned disadvantages.
  • a further object of the invention is to specify a device of the superconducting technique with improved electrical power supply lines for the coil devices, in particular with lower-resistance power supply lines.
  • Another task The invention is the provision of a vehicle with such a device of the superconducting technique.
  • the inventive device of the superconducting technique has two electrical coil means on, GR of which ilias as a superconducting coil means is madestal ⁇ tet. It further comprises a cooling device for cooling the coil device by means of a coolant.
  • the device has at least one first connecting line between the two electrical coil devices, which comprises both a first electrical conductor for electrically connecting the two coil devices and a first coolant tube for transporting coolant between the two coil devices.
  • the two electrical coil devices are connected to each other via the connecting line, that both an electrical contact and a transport of coolant between the two coil devices is made possible via this combined line.
  • this connecting line so at least one power supply for one of the two coil means and at least one coolant tube are performed together.
  • the common guidance of the power supply and the coolant pipe within a connecting line should be understood to mean that the power supply and the coolant pipe are routed within a common outer channel, for example together inside a common jacket or within a common pipe and / or a common recess ,
  • the power supply and the coolant pipe can run parallel to one another. In principle, they can be arranged adjacent to one another as well as one inside the other. There are numerous possible, some of which are described in more detail below.
  • this coil device is especially significant if both electric coil devices have components which have to be cooled strongly. This is particularly the case when both Spulenein ⁇ directions have superconducting coil windings. But even if only one of the coil means includes a superconducting coil winding and the second coil means is based on normally conducting conductor material, a full- ⁇ shaped cooling said second coil means may be advantageous, for example, to reduce the line resistance and / or dissipate heat. Regardless of the specific embodiment of the coil windings, it is advantageous when using cooled coil windings if the power supply for at least one of the coil devices is guided together with the coolant between the two coil devices.
  • the power supply for the coil means may then be thermally well connected to the in coolant pipe transporting the coolant angekop ⁇ pelt, and the electrical conductor of the connecting line can be obtained by this thermal contact to a low temperature, for example to a cryogenic temperature underneath of 100 K to be cooled.
  • a low temperature for example to a cryogenic temperature underneath of 100 K to be cooled.
  • the present invention is at least the Coil means not directly connected to the warm components of an external circuit, but it is indi ⁇ rectly connected via the other coil means connected to this circuit, wherein the electricaltechnischslei- ter is cooled in the section between the two coil means. In other words, it eliminates each extension lines a cold-hot transition for each of the arranged between the coil means connects at an exporting ⁇ approximate shape with two coil means for each of the two coil means. This will be in an arrangement with two
  • the vehicle according to the invention is equipped with a device according to the invention, which is designed in particular as Antriebsvor ⁇ direction.
  • the vehicle may be the ⁇ particular a rail vehicle whose drive ⁇ device includes a motor and a transformer.
  • the advantages of the vehicle according to the invention are analogous to the described advantages of the device according to the invention of superconducting technology.
  • the apparatus may have only one cooling device, wherein the cooling device is configured to circulate coolant in the form of a closed circuit from the region of a cold head to the at least two coil devices and back.
  • the at least two coil devices of the device are thus cooled in this embodiment via a common cooling circuit.
  • they can be either parallel or sequential to the coolant be flowed through. They are sequenced ⁇ tially through which the coolant flows is particularly advantageous, in particular, the Rei ⁇ hendron the sequential flow may advantageously be selected so that the coil device is seen with the niedri- Geren predetermined operating temperature of the area of the cold head of first flowed through.
  • the coolant can in particular circulate in the closed circuit according to the thermosiphon principle. For this purpose, it can be condensed in the region of a condenser cooled by the cold head and forwarded in liquid form to the first coil device. In one embodiment, it can already evaporate from the first coil device through the heat absorption and then be forwarded as gaseous coolant to the second coil device, where it can absorb further heat from this second coil device, before it is returned to the condenser for renewed condensation and the circuit is recirculated closes. In an alternative embodiment, however, the coolant may also continue to be liquefied completely or partially even after flowing through the first coil device, and may evaporate there either completely or at least partially only when it flows through the second coil device. Again, the vaporized part of the coolant is returned to the condenser and condensed there again.
  • the various possible embodiments with only one common cooling device for both coil devices have different advantages in common.
  • the investment costs for cooling the at least two components to be cooled are lower since only one cooling device is required.
  • the cooling medium required cools more Components ⁇ th, for example, a first component in liquid form and a further component as a cold gas, so that essential lent less volume of liquid cooling medium, for example expensive neon, is needed to the components of the Intelsys ⁇ tems to cool.
  • the cooling medium used is therefore used in a particularly efficient manner .
  • One and the same cooling medium cools all components one after the other in a closed cooling circuit.
  • the operating parameters of the cooling device can be adjusted accordingly in order to tune the operation of the cooling device to the operating temperatures of the components to be cooled. For example, an adjustment of the operating pressure can be carried out (vapor pressure of the gaseous cooling medium) ent ⁇ speaking the necessary application.
  • At least one of the at least two coil devices can advantageously be connected to an external circuit only via the at least one connecting line.
  • one of the coil means is at least connected only through the (or a) each other Spuleneinrich ⁇ processing and only the power supply in the connecting line with the external circuit.
  • This Ausgestal ⁇ tion has the advantage that at least for this one coil ⁇ device only cooled power supply can be used, since the connecting line is a cooled line by the simultaneous transport of coolant.
  • a too ⁇ additional thermal bridge through the power supply to the external warm environment is advantageously avoided at least for one of the coil means in this arrangement.
  • the other coil means especially if it is a transformer, the number of thermal bridges to the outside warm environment is reduced.
  • the device may also comprise a plurality of coil means, which are each connected only indirectly via their cooled connection lines with the external circuit and have no separate power supply to the warm environment.
  • only one can only one of a plurality of coil devices may be connected to the warm environment via separate power supply lines.
  • the device may comprise two connecting lines between the two electric coil devices, each of which comprises both an electrical conductor for electrically connecting the two coil devices and a coolant tube for transporting coolant between the two coil devices.
  • the two electrical conductors of these two connecting lines can be used for electrical integration of a coil device in a closed outer circuit.
  • at least two electrical leads are needed.
  • Kings ⁇ NEN be performed in parallel, the two connecting lines.
  • the two required electrical supply lines can, however, also be routed in principle in a common connection line, wherein the supply lines can then both be cooled by the coolant pipe likewise guided therein.
  • At least one of the coil devices in addition to the connection conductor between the coil devices, can be connected to at least one further connection line, which in turn can have both an electrical conductor for connection to an external circuit and a coolant tube for transporting coolant.
  • the two coil devices electrically connected to one another by the connection conductor can be connected via the described connection line to the external electrical circuit whose remaining components are typically arranged within a warm environment and not in the cooled region of the device.
  • the combination of connecting line (s) and connecting line (s) means that both coil devices are then electrically connected to the external circuit.
  • connection line may also comprise the connecting line described either at least two power supply lines for the integration of the coil means in the external circuit, or there may be at least two such connection lines may alternatively be provided, in which the required power supply lines are kept separately and are each parallel to a separate coolant pipe.
  • Both electrical coil devices of the device can be designed as superconducting coil devices.
  • either all of these coil devices can be configured to be superconductive, or advantageously at least two of these coil devices can be designed to be superconducting.
  • the embodiments with more than one superconducting coil device are therefore particularly advantageous, since a common cooling device can be used particularly efficiently and platzspa ⁇ rend to both coil means, or at least the superconducting windings of the respective coil means to a cryogenic temperature below the transition temperature of the respective To cool superconductor. Furthermore, by using a plurality of superconducting coil devices, the ohmic losses of the overall system can be reduced substantially more than when using only one superconducting coil device.
  • the at least two superconducting coil devices may be connected to each other either electrically in parallel or electrically in series.
  • the at least one superconductive coil device may be a coil device with windings made of a high-temperature superconducting conductor.
  • This Conductor may advantageously comprise a second-generation high-temperature superconducting Ma ⁇ TERIAL, in particular a compound of the type REBa 2 CU30 x, where RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements.
  • RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements.
  • the device has magnesium diboride. If the device has multiple superconductive coil devices, these may be based on either the same superconducting material or on different superconducting materials.
  • first electrical coil means as part of an electrical machine
  • te two ⁇ electrical coil means may be designed as a transformer or as part of a transformer.
  • the electric machine can in principle be either a motor or a generator.
  • the first electrical coil device can generally either the
  • Stator windings or the rotor windings of the electric machine include.
  • the entire device serves as a drive device comprising a motor and an upstream transformer.
  • the first electrical coil device can then comprise the rotor windings of the motor, which are configured in particular as superconducting windings.
  • the Wick ⁇ lungs of the second electrical coil means may be superconducting transformer windings.
  • such a device can be used as a drive device in a vehicle, in particular as a drive device in a rail vehicle.
  • the electrical conductor of the at least one Vietnameseslei ⁇ tion can be brought by the coolant in the coolant pipe of the connecting line to a cryogenic temperature.
  • the refrigerant tube or the transported in the coolant pipe coolant may be thermally as well coupled to the electrical conductor, the electrical Lei ⁇ ter during operation of the device at a cryogenic temperature is located.
  • the achievement of such a temperature can additionally be achieved by a good thermal insulation of the coolant pipe ⁇ and electrical conductor against a warm external environment.
  • the coolant tube and the electrical conductor are thermally insulated against the external environment.
  • the achievable Be ⁇ operating temperature of the conductor can be, for example, below 100 K. In the case of a normally conducting conductor material, such cooling of the electrical conductor contributes significantly to a reduction in the electrical resistance and thus to a reduction in the electrical losses.
  • the electrical conductor of the at least one Vietnameseslei ⁇ tion may comprise a superconducting conductor material.
  • a superconducting conductor material In particular ⁇ special in an embodiment in which the electrical conductor can be brought to a cryogenic temperature during operation of the device by said measures, this embodiment is particularly advantageous.
  • the electrical conductor can advantageously comprise a high-temperature superconducting second-generation material, in particular a compound of the REBa 2 Cu 3 O x type .
  • the conductor can also
  • the superconducting conductor material of the connecting line can advantageously be guided electrically in parallel to a normal-conducting electrical conductor in the connecting line.
  • a superconducting parallel current path exists, which in this case can take over the main part of the current flow.
  • the electrical conductor and the coolant tube of the at least one connecting line can extend coaxially with one another. This is particularly advantageous in order to achieve a symmetrical temperature distribution seen over the circumference of the connecting line.
  • the electrical conductor may surround the coolant tube concentrically and / or the material of the electrical conductor may itself even form the outer wall of the coolant tube.
  • one or more strands of the electrical conductor may be applied to an outer wall of the coolant tube.
  • thedemit ⁇ telrohr can even represent the electrical conductor.
  • At least one electrical conductor of a connecting line can be guided inside the coolant tube.
  • the electrical conductor can be advantageously lapped directly by coolant or at least very well thermally coupled to the coolant. This allows a particularly simple way of effective cooling of the electrical conductor to a low temperature.
  • the device can have at least one connecting line with at least two coaxially extending coolant tubes.
  • an inner coolant tube for transporting colddemit- Tel be provided from a first to the second coil means, and an outer, surrounding the inner coolant tube coolant tube may be provided for the return of there heated coolant back to the first coil means.
  • the radially inner electrical conductors can be particularly well thermally isolated from the external environment.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a device according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic basic illustration of a device according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic cross section of a connecting line according to a fourth exemplary embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic cross section of a kauslei ⁇ device according to a fifth embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic cross section of a kauslei ⁇ tion according to a sixth embodiment
  • FIG. 7 is a schematic diagram of a vehicle after a seventh
  • Embodiment shows.
  • Fig. 1 shows a schematic diagram of a device 1 the Sup ⁇ ra Gustavstechnik according to a first embodiment of the invention.
  • the device 1 comprises two coil devices 3 and 5, whose components to be cooled are cooled by a common cooling device 7.
  • the cooling device 7 um- sums a cold head 17, which is thermally coupled to a condenser 19.
  • the area of the condenser 19 is part of a closed cooling circuit, in which a coolant circulates in a pipe system according to the thermosiphon principle.
  • the coolant is transported by the condenser in liquefied form to the components to be cooled at least one of the two coil devices 3 and 5.
  • the coolant By absorbing heat from these components to be cooled, the coolant can evaporate completely or partially, so that after passing through the two coil devices either only gaseous coolant or a mixture of liquid and gaseous coolant is transported via a return line 16 back to the condenser 19. In the region of the condenser 19, the gaseous coolant is liquefied again, and the circuit closes.
  • the coolant may include, for example, helium, neon or nitrogen.
  • both coil devices 3 and 5 are flowed through sequentially sequentially by coolant.
  • both coil devices 3 and 5 are superconducting coil devices in which the windings of the coils are formed from superconducting conductor material.
  • the first coil device 3 is the entirety of the superconducting rotor windings of an electrical machine.
  • the other components of the electric machine are not shown here. However, it additionally comprises a stator with normally conducting or also superconducting stator windings, wherein the stator radially surrounds the inner rotor.
  • the superconducting rotor windings comprise a high-temperature superconductor Materi ⁇ al.
  • the second, here also superconducting coil device 5 is in this example a transformer with superconducting transformer windings 6.
  • Transformer is for better cooling of its superconducting windings 6 within a thermally insulating
  • the windings 6 of the transformer Mators are here formed with a high-temperature superconducting material.
  • the maximum operating temperature of the transfor ⁇ mators is slightly higher than the maximum Be ⁇ operating temperature of the rotor coils, since the rotor windings must have a higher critical magnetic field, and thus need to be cooled to a lower operating temperature even with the same choice of the superconducting material.
  • the components of the device 1 are arranged so that the refrigerant flowing from the condenser 19 first flows through the first coil means 3 and there cools the rotor ⁇ windings of the machine and only then in be ⁇ already heated something and possibly partially or fully ⁇ constantly evaporated State is in the region of the second coil means 5, so the transformer is transported.
  • cow to ⁇ lumbar rotor windings of the first coil means are arranged in a reasonable not shown here thermally insulating vessel 3 so that they are opposed to the warm outside ambient iso ⁇ lines. Also not shown, but sufficiently well known from the prior art devices for coupling and decoupling of coolant to the rotating components of the electric machine, that is, for example, in an interior of a rotor shaft.
  • connection line IIa is connected by at least one combined connection line IIa.
  • connection lines IIa and IIb are two such connection lines IIa and IIb disposed therebetween, each of said connection ⁇ lines having an electrical conductor and a refrigerant pipe for the transport of coolant.
  • connection conductors Various possible embodiments of the detailed structure of these connection conductors will be described in more detail below. All have in common, however, that the electrical conductor of the connecting line is guided as part of a common line together with the coolant tube and thermally good at this is coupled.
  • This combined power and cooling line is advantageously thermally well insulated against the external environment, for example, by a jacket with a Vakuumisola ⁇ tion and / or wrapping with so-called super-insulation.
  • the electrical conductor of the connecting line is due to the thermal coupling to the coolant also at a low operating temperature and may also have a combintem- perature superconducting material, which may be electrically connected in parallel with a normal-conducting conductor.
  • the electrical losses in the supply line for the first coil device 3 are considerably reduced compared to known designs with hot supply lines.
  • an additional thermal bridge is advantageously avoided by a direct connection to a warm external circuit.
  • the second coil device 5 in this case the superconducting transformer, is provided with two additional external connection lines 21a and 21b. These connecting lines 21a and 21b also each have a region connected to the second coil device 5, in which coolant tube and electrical conductor of the respective connecting line are guided together in a combined line. Subsequent to this common running area, the coolant pipe of the respective connection line is connected to a common return line 16 for returning the coolant, and the electrical conductors are via separately extending power supply lines 22 with the remaining, warm components of an external circuit 23 (not further shown here) electrically connected.
  • the device 1 has two mutually parallel connecting lines IIa and IIb, each comprising an electrical conductor and a coolant pipe, and in which the parent flow direction 10 of the coolant is the same.
  • the first coil device 3 and the second coil device 5 are successively connected in the same way via both lines. sequence of coolant flows through.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a device 1 according to a second exemplary embodiment of the invention. Many components are arranged analogously to the first embodiment and provided with the same reference numerals.
  • Power supply lines 22 connected to the external circuit 23 are also possible in principle and may be advantageous to provide a coolant flow for reducing the line resistance even in the region of these power supply lines.
  • both normal-conducting and Superconducting cable materials are used for the power supply.
  • FIG. 3 shows a connecting line IIa for one of the previously described devices 1 in schematic cross section.
  • the connecting line IIa of this third,sbei ⁇ game is particularly suitable for use in a device 1, as shown in Fig. 1, since there the coolant flows in each of the connecting lines IIa, IIb only in one direction.
  • the connection ⁇ line IIa shown in Fig. 3 comprises a refrigerant pipe 15, liquid in the interior and / or gaseous refrigerant 9 is transported.
  • the coolant tube has at least one electrically conductive material which acts as an electrical conductor 13 of the connecting line.
  • the pipe jacket can be formed of copper, and the cross section of the copper can be sufficiently dimensioned to ensure the current flow to be transported by the power supply can.
  • the coolant tube 15 thus serving at the same time as the electrical conductor 13 can be insulated electrically and thermally from the external environment by further sheathing and / or wrapping.
  • a tubular jacket made of copper of the pipe shell can be coated with a sharmlichen to ⁇ electrically conductive material whose conductivity and cross-section is sufficiently large to carry the required current. It may also be a superconductive coating of a conductive or non-conductive tube.
  • Magnesium diboride which can be deposited in a simple manner, for example via aerosol deposition on rounded surfaces, is particularly suitable as a superconducting coating on tubular substrates.
  • the connecting line IIa may also have a further coolant tube enclosing the inner tube 15, which, for example, example, can transport coolant in the direction opposite to the inner tube direction. Such an arrangement would also facilitate the cooling of a superconducting layer deposited outside on the tube 15. The resulting connecting line IIa would therefore also be suitable for use in the device shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a schematic cross section of an alternative connection line IIa according to a fourth embodiment of the invention. Shown is an inner coolant tube
  • Coolant flows in each case within the two cooling tubes 15a and 15b, the flow directions in the two tubes advantageously being able to run in opposite directions in order to be able to cover both transport directions of the coolant already via a connecting conductor.
  • the coolant in the inner coolant tube 15 a is the colder coolant coming from the condenser, so that the electrical conductor 13 arranged therein is cooled particularly well.
  • the electrical conductor can ⁇ specific, as indicated in Fig. 4 are guided by not further shown here, devices relatively centrally within the inner tube 15a. However, it may alternatively be kept in the region of one side of the inner wall of the inner tube 15a, as this may be easier to achieve.
  • the electrical conductor 13 may be electrically insulated from the coolant tubes 15a and 15b. What is important is a good thermal coupling of the conductor 13 to the coolant flowing through.
  • Fig. 5 shows a schematic cross section of an alternatively ⁇ ven connecting line IIa according to a fifth exemplary embodiment play the invention. Shown in turn are two nested coolant tubes 15a and 15b, which are each traversed by coolant 9 in its interior.
  • a plurality of electrical conductors are brought in the form of individual conductor filaments on the outside of the inner tube 15a at ⁇ so that these conductor filaments are washed by the transported in the outer coolant tube 15b coolant.
  • they are thermally coupled via the material of the inner coolant tube 15a to the coolant flowing therein. In this case, optionally either the outside flowing coolant or the inside flowing coolant form the colder of the two coolant streams.
  • Fig. 6 shows a schematic cross section of an alternatively ⁇ ven connecting line IIa according to a sixth embodiment of the invention. Shown in turn are two nested coolant tubes 15a and 15b, which are each traversed by coolant 9 in its interior. In this example, only one electrical conductor 13 is mounted on the intermediar ⁇ te of the inner tube 15a, so that results in a asymmetri ⁇ shear and non-concentric configuration.
  • the right ⁇ angular cross section of the electrical conductor 13 is only an example. Both in the coolant tubes 15a, 15b and in the conductor 13, other than the cross-sectional shapes shown can be used. Also, the size relationships between the tubes 15a, 15b and the conductors 13 are generally not to scale, and the drawings are to be understood only as schematic sketches.
  • Fig. 7 shows schematically a vehicle according to the invention 25, which is formed in this example as a rail vehicle. This has one of the devices 1 described above on, wherein this device comprises a machine 27 with supralei ⁇ border rotor windings and a superconducting transformer 29. Both components are cooled by the common cooling device 7, as explained in FIGS. 1 and 2.

Abstract

A superconducting device (1) is provided, comprising - at least two electrical coil devices (3, 5), at least one of which is designed as a superconducting coil device (3, 5), - and comprising a cooling device (7) for cooling the coil devices (3, 5) with the aid of a coolant (9). The device (1) has at least one first connecting line (11a) between the two electrical coil devices (3, 5), which comprises both a first electrical conductor (13) for the electrical connection of the two coil devices (3, 5) and a first coolant tube (15) for transporting coolant (9) between the two coil devices (3, 5). Also provided is a vehicle (25) comprising such a device (1), which is designed as a drive device.

Description

Beschreibung description
Vorrichtung der Supraleitungstechnik mit Spuleneinrichtungen und Kühlvorrichtung sowie damit ausgestattetes Fahrzeug Device of the superconducting technique with coil devices and cooling device as well as vehicle equipped therewith
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der Supraleitungs¬ technik mit wenigstens zwei elektrischen Spuleneinrichtungen, von denen wenigstens eine als supraleitende Spuleneinrichtung ausgestaltet ist, und mit einer Kühlvorrichtung zur Kühlung der Spuleneinrichtungen mit Hilfe eines Kühlmittels. Daneben betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Vorrichtung . The invention relates to a device of superconducting ¬ technology with at least two electrical coil means, of which at least one is designed as a superconducting coil means, and with a cooling device for cooling the coil means by means of a coolant. In addition, the invention relates to a vehicle with such a device.
Bekannte Vorrichtungen der Supraleitungstechnik können eine oder mehrere supraleitende Spuleneinrichtungen umfassen. Eine solche supraleitende Spuleneinrichtung weist wenigstens eine Spulenwicklung mit einem supraleitenden Leitermaterial auf. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Spulenwicklung eines Transformators handeln oder um eine Spulenwicklung ei- ner supraleitenden Maschine, insbesondere um eine supralei¬ tende Rotorwicklung oder eine supraleitende Statorwicklung oder auch um supraleitende Rotor- und Statorwicklungen, die zusammen in einer Maschine vorliegen. Bei den hier beschriebenen Vorrichtungen der Supraleitungstechnik handelt es sich um Vorrichtungen mit wenigstens zwei elektrischen Spuleneinrichtungen, von denen entweder nur eine oder auch beide als supraleitende Spuleneinrichtungen ausge¬ staltet sind. Bei diesen zwei elektrischen Spuleneinrichtun- gen kann es sich insbesondere um Spulen eines Transformators einerseits und einer elektrischen Maschine andererseits han¬ deln, wobei die Maschine allgemein entweder als Motor oder als Generator ausgestaltet sein kann. Bei einer solchen Vorrichtung kann beispielsweise entweder nur der Transformator eine supraleitende Spuleneinrichtung aufweisen oder nur dieKnown superconducting technology devices may include one or more superconducting coil devices. Such a superconductive coil device has at least one coil winding with a superconducting conductor material. For example, it can be a coil winding of a transformer or a coil winding of a superconducting machine, in particular a supralei ¬ tende rotor winding or a superconducting stator winding or even superconducting rotor and stator windings, which are present together in a machine. The described devices of the superconducting technology there are devices having at least two electrical coil means, of which either one or both are as superconducting coil means being ¬ staltet. These two electrical Spuleneinrichtun- gene may in particular coils of a transformer on the one hand and an electric machine other hand han ¬ spindles, said machine may be generally configured as either a motor or a generator. In such a device, for example, either only the transformer may have a superconductive coil device or only the
Maschine oder es können sowohl der Transformator als auch die Maschine jeweils mindestens eine supraleitende Spuleneinrich¬ tung aufweisen. Eine solche Kombination eines Transformators und eines Motors in einer übergeordneten Vorrichtung kann beispielsweise in Schienenfahrzeugen zum Einsatz kommen. Die Spuleneinrichtungen einer solchen Vorrichtung - sowohl die supraleitenden wie auch die normalleitenden - können dann durch eine gemeinsame Kühlvorrichtung mit Hilfe eines Kühlmittels gekühlt werden. Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 102014208437.7 beschriebt beispielsweise eine Kühleinrichtung für wenigstens zwei zu kühlende Komponenten, von denen wenigstens eine einen Supraleiter umfasst, wobei alle Komponenten durch dasselbe in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführte Kühlmedium gekühlt werden. Machine or both the transformer and the machine can each have at least one superconducting Spuleneinrich ¬ tion. Such a combination of a transformer and a motor in a higher-level device can be used, for example, in rail vehicles. The coil means of such a device - both the superconducting and the normal conducting - can then be cooled by a common cooling device with the aid of a coolant. The unpublished German patent application with the file reference 102014208437.7 describes, for example, a cooling device for at least two components to be cooled, at least one of which comprises a superconductor, wherein all components are cooled by the same in a closed cooling circuit guided cooling medium.
Nachteilig an den bisher bekannten Vorrichtungen der Supraleitungstechnik mit mehreren Spuleneinrichtungen ist, dass bisher jede dieser Spuleneinrichtungen mit eigenen Stromzuführungen zur Verbindung mit einem äußeren Stromkreis ausgestattet ist, die für jede dieser Spuleneinrichtungen auch gleichzeitig eine Wärmebrücke zwischen der Spule und der äußeren Umgebung darstellt. Insbesondere bei den supraleitenden Spuleneinrichtungen, deren Leitermaterialien auf kryogene Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters gekühlt werden müssen, sind solche Wärmebrücken besonders nachteilig. Weitere Nachteile der bekannten Vorrichtungen sind durch die relativ hohen Widerstände der typischerweise normalleitenden Stromzuführungen und durch den Platzbedarf für diese Stromzuführungen bedingt. A disadvantage of the previously known superconducting devices with multiple coil devices is that so far each of these coil devices is equipped with its own power supply lines for connection to an external circuit, which simultaneously represents a thermal bridge between the coil and the external environment for each of these coil devices. Particularly in the case of superconducting coil devices whose conductor materials have to be cooled to cryogenic temperatures below the critical temperature of the superconductor, such thermal bridges are particularly disadvantageous. Further disadvantages of the known devices are due to the relatively high resistances of the typically normal-conducting power supply lines and the space required for these power supply lines.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der Sup- raleitungstechnik der eingangs genannten Art anzugeben, die die angeführten Nachteile überwindet. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, eine solche Vorrichtung mit einer verbesserten thermischen Isolation wenigstens einer der Spuleneinrichtungen gegen die warme äußere Umgebung anzugeben. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der Supraleitungstechnik mit verbesserten elektrischen Stromzuführungen für die Spuleneinrichtungen anzugeben, insbesondere mit niederohmigeren Stromzuführungen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines Fahrzeugs mit einer derartigen Vorrichtung der Supraleitungstechnik. The object of the invention is therefore to provide a device of supra-line technology of the type mentioned, which overcomes the mentioned disadvantages. In particular, it is an object of the invention to provide such a device with an improved thermal insulation of at least one of the coil devices against the warm external environment. A further object of the invention is to specify a device of the superconducting technique with improved electrical power supply lines for the coil devices, in particular with lower-resistance power supply lines. Another task The invention is the provision of a vehicle with such a device of the superconducting technique.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Vorrichtung sowie das in Anspruch 15 beschriebene Fahrzeug gelöst . These objects are achieved by the apparatus described in claim 1 and the vehicle described in claim 15.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung der Supraleitungstechnik weist zwei elektrische Spuleneinrichtungen auf, von denen we- nigstens eine als supraleitende Spuleneinrichtung ausgestal¬ tet ist. Sie umfasst weiterhin eine Kühlvorrichtung zur Kühlung der Spuleneinrichtung mit Hilfe eines Kühlmittels. Die Vorrichtung weist wenigstens eine erste Verbindungsleitung zwischen den beiden elektrischen Spuleneinrichtungen auf, welche sowohl einen ersten elektrischen Leiter zur elektrischen Verbindung der beiden Spuleneinrichtungen als auch ein erstes Kühlmittelrohr zum Transport von Kühlmittel zwischen den beiden Spuleneinrichtungen umfasst. Mit anderen Worten sind die beiden elektrischen Spuleneinrichtungen so miteinander über die Verbindungsleitung verbunden, dass über diese kombinierte Leitung sowohl ein elektrischer Kontakt als auch ein Transport von Kühlmittel zwischen den beiden Spuleneinrichtungen ermöglicht wird. Innerhalb dieser Verbindungsleitung werden also wenigstens eine Stromzuführung für eine der beiden Spuleneinrichtungen und wenigstens ein Kühlmittelrohr zusammen geführt. Unter der gemeinsamen Führung von Stromzuführung und Kühlmittelrohr innerhalb einer Verbindungsleitung soll in diesem Zusammenhang verstan- den werden, dass Stromzuführung und Kühlmittelrohr innerhalb eines gemeinsamen äußeren Kanals, beispielsweise zusammen im Inneren einer gemeinsamen Ummantelung oder innerhalb eines gemeinsamen Rohrs und/oder einer gemeinsamen Aussparung geleitet werden. Insbesondere können Stromzuführung und Kühl- mittelrohr dabei parallel zueinander verlaufen. Sie können prinzipiell sowohl zueinander benachbart als auch ineinander liegend angeordnet sein. Hierbei sind zahlreiche Ausgestal- tungen möglich, von denen einige weiter unten näher beschrieben werden. The inventive device of the superconducting technique has two electrical coil means on, GR of which nigstens as a superconducting coil means is ausgestal ¬ tet. It further comprises a cooling device for cooling the coil device by means of a coolant. The device has at least one first connecting line between the two electrical coil devices, which comprises both a first electrical conductor for electrically connecting the two coil devices and a first coolant tube for transporting coolant between the two coil devices. In other words, the two electrical coil devices are connected to each other via the connecting line, that both an electrical contact and a transport of coolant between the two coil devices is made possible via this combined line. Within this connecting line so at least one power supply for one of the two coil means and at least one coolant tube are performed together. In this context, the common guidance of the power supply and the coolant pipe within a connecting line should be understood to mean that the power supply and the coolant pipe are routed within a common outer channel, for example together inside a common jacket or within a common pipe and / or a common recess , In particular, the power supply and the coolant pipe can run parallel to one another. In principle, they can be arranged adjacent to one another as well as one inside the other. There are numerous possible, some of which are described in more detail below.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Spuleneinrichtung kom- men besonders zum Tragen, wenn beide elektrische Spuleneinrichtungen Komponenten aufweisen, die stark gekühlt werden müssen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn beide Spulenein¬ richtungen supraleitende Spulenwicklungen aufweisen. Aber auch wenn nur eine der Spuleneinrichtungen eine supraleitende Spulenwicklung aufweist und die zweite Spuleneinrichtungen auf normalleitendem Leitermaterial basiert, kann eine ausge¬ prägte Kühlung dieser zweiten Spuleneinrichtung vorteilhaft sein, beispielsweise um den Leitungswiderstand zu reduzieren und/oder Verlustwärme abzuführen. Unabhängig von der konkre- ten Ausgestaltung der Spulenwicklungen ist es bei der Verwendung gekühlter Spulenwicklungen vorteilhaft, wenn die Stromzuführung für zumindest eine der Spuleneinrichtungen zusammen mit dem Kühlmittel zwischen den beiden Spuleneinrichtungen geführt wird. Innerhalb der Verbindungsleitung kann dann die Stromzuführung für die eine Spuleneinrichtung thermisch gut an das im Kühlmittelrohr transportierte Kühlmittel angekop¬ pelt sein, und der elektrische Leiter der Verbindungsleitung kann durch diesen thermischen Kontakt auf eine niedrige Temperatur, beispielsweise auf eine kryogene Temperatur unter- halb von 100 K gekühlt werden. Dies hat zum einen den Vorteil, dass der Widerstand dieses elektrischen Leiters durch die Kühlung besonders niedrig sein kann, wodurch die Leitungsverluste und die damit verbundene Wärmeentwicklung ge¬ ring gehalten werden können. Zum anderen kann durch die Küh- lung des elektrischen Verbindungsleiters eine zusätzlicheThe advantages of this coil device according to the invention are especially significant if both electric coil devices have components which have to be cooled strongly. This is particularly the case when both Spulenein ¬ directions have superconducting coil windings. But even if only one of the coil means includes a superconducting coil winding and the second coil means is based on normally conducting conductor material, a full-¬ shaped cooling said second coil means may be advantageous, for example, to reduce the line resistance and / or dissipate heat. Regardless of the specific embodiment of the coil windings, it is advantageous when using cooled coil windings if the power supply for at least one of the coil devices is guided together with the coolant between the two coil devices. Within the connecting line, the power supply for the coil means may then be thermally well connected to the in coolant pipe transporting the coolant angekop ¬ pelt, and the electrical conductor of the connecting line can be obtained by this thermal contact to a low temperature, for example to a cryogenic temperature underneath of 100 K to be cooled. This has the advantage that the resistance of this electrical conductor through the cooling may be particularly low, first, whereby the power losses and heat generation associated therewith can be maintained ge ¬ ring. On the other hand, the cooling of the electrical connecting conductor can add an extra
Wärmebrücke im Bereich der Stromzuführung für die eine Spuleneinrichtung beziehungsweise für beide Spuleneinrichtungen vermieden werden. Nur die Stromzuführungen, die die Spuleneinrichtungen mit den warmen Komponenten eines äußeren Strom- kreises verbinden, bewirken durch die typischerweise hohe thermische Leitfähigkeit der verwendeten Leitermaterialien gleichzeitig auch ein thermisches Leck. Bei Vorrichtung ent¬ sprechend der vorliegenden Erfindung wird wenigstens eine der Spuleneinrichtungen nicht direkt mit den warmen Komponenten eines äußeren Stromkreises verbunden, sondern sie wird indi¬ rekt über die andere Spuleneinrichtung mit diesem Stromkreis in Verbindung gebracht, wobei der elektrische Verbindungslei- ter im Abschnitt zwischen den beiden Spuleneinrichtungen gekühlt ist. Anders ausgedrückt, es entfällt bei einer Ausfüh¬ rungsform mit zwei Spuleneinrichtungen für jede der beiden Spuleneinrichtungen jeweils ein kalt-warm-Übergang für jede der zwischen den Spuleneinrichtungen angeordneten Verbin- dungsleitungen . Damit werden bei einer Anordnung mit zweiThermal bridge in the field of power supply for a coil device or both coil devices are avoided. Only the power supply lines, which connect the coil devices to the hot components of an external circuit, also cause a thermal leak due to the typically high thermal conductivity of the conductor materials used. In apparatus ent ¬ speaking the present invention is at least the Coil means not directly connected to the warm components of an external circuit, but it is indi ¬ rectly connected via the other coil means connected to this circuit, wherein the electrical Verbindungslei- ter is cooled in the section between the two coil means. In other words, it eliminates each extension lines a cold-hot transition for each of the arranged between the coil means connects at an exporting ¬ approximate shape with two coil means for each of the two coil means. This will be in an arrangement with two
Verbindungsleitungen zwischen den Spuleneinrichtungen insgesamt vier kalt-warm-Übergänge für Stromzuführungen einge¬ spart . Das erfindungsgemäße Fahrzeug ist mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgestattet, die insbesondere als Antriebsvor¬ richtung ausgestaltet ist. Bei dem Fahrzeug kann es sich ins¬ besondere um ein Schienenfahrzeug handeln, dessen Antriebs¬ vorrichtung einen Motor und einen Transformator umfasst. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Supraleitungstechnik. Connecting lines between the coil devices a total of four cold-warm transitions for power supply ¬ saves. The vehicle according to the invention is equipped with a device according to the invention, which is designed in particular as Antriebsvor ¬ direction. The vehicle may be the ¬ particular a rail vehicle whose drive ¬ device includes a motor and a transformer. The advantages of the vehicle according to the invention are analogous to the described advantages of the device according to the invention of superconducting technology.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen und weiteren beschriebenen Ausführungsformen hervor. Dabei können die Ausgestaltungen der Vorrichtung der Supraleitungstechnik und des Fahrzeugs allgemein vorteilhaft miteinander kombi¬ niert werden. Advantageous embodiments and further developments of the invention emerge from the claims dependent on claim 1 and further described embodiments. The embodiments of the device of superconductivity technology and the vehicle can be generally advantageous to each other combinatorial ¬ defined.
Die Vorrichtung kann nur eine Kühlvorrichtung aufweisen, wobei die Kühlvorrichtung ausgestaltet ist, um Kühlmittel in Form eines geschlossenen Kreislaufs von dem Bereich eines Kaltkopfs zu den wenigstens zwei Spuleneinrichtungen und zu- rück zu zirkulieren. Die wenigstens zwei Spuleneinrichtungen der Vorrichtung werden bei dieser Ausführungsform also über einen gemeinsamen Kühlkreislauf gekühlt. Sie können dabei prinzipiell entweder parallel oder sequentiell vom Kühlmittel durchströmt werden. Besonders vorteilhaft werden sie sequen¬ tiell vom Kühlmittel durchströmt, wobei insbesondere die Rei¬ henfolge der sequentiellen Durchströmung vorteilhaft so gewählt werden kann, dass die Spuleneinrichtung mit der niedri- geren vorgegebenen Betriebstemperatur vom Bereich des Kaltkopfs aus gesehen zuerst durchströmt wird. The apparatus may have only one cooling device, wherein the cooling device is configured to circulate coolant in the form of a closed circuit from the region of a cold head to the at least two coil devices and back. The at least two coil devices of the device are thus cooled in this embodiment via a common cooling circuit. In principle, they can be either parallel or sequential to the coolant be flowed through. They are sequenced ¬ tially through which the coolant flows is particularly advantageous, in particular, the Rei ¬ henfolge the sequential flow may advantageously be selected so that the coil device is seen with the niedri- Geren predetermined operating temperature of the area of the cold head of first flowed through.
Das Kühlmittel kann insbesondere nach dem Thermosiphon-Prin- zip in dem geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Dazu kann es im Bereich eines von dem Kaltkopf gekühlten Kondensors kondensiert werden und in flüssiger Form zur ersten Spuleneinrichtung weitergeleitet werden. Es kann bei einer Ausführungsform durch die Wärmeaufnahme aus dieser ersten Spuleneinrichtung bereits hier verdampfen und dann als gasförmiges Kühlmittel zur zweiten Spuleneinrichtung weitergeleitet werden, wo es weitere Wärme aus dieser zweiten Spuleneinrichtung aufnehmen kann, bevor es zur erneuten Kondensation zum Kondensor zurückgeführt wird und sich der Kreislauf schließt. Bei einer alternativen Ausführungsform kann das Kühlmittel aber auch nach Durchströmen der ersten Spuleneinrichtung entweder ganz oder teilweise weiterhin verflüssigt vorliegen und erst bei Durchströmen der zweiten Spulenvorrichtung dort entweder vollständig oder zumindest teilweise verdampfen. Auch hier wird der verdampfte Teil des Kühlmittels zum Kondensor zurückgeführt und dort erneut kondensiert. The coolant can in particular circulate in the closed circuit according to the thermosiphon principle. For this purpose, it can be condensed in the region of a condenser cooled by the cold head and forwarded in liquid form to the first coil device. In one embodiment, it can already evaporate from the first coil device through the heat absorption and then be forwarded as gaseous coolant to the second coil device, where it can absorb further heat from this second coil device, before it is returned to the condenser for renewed condensation and the circuit is recirculated closes. In an alternative embodiment, however, the coolant may also continue to be liquefied completely or partially even after flowing through the first coil device, and may evaporate there either completely or at least partially only when it flows through the second coil device. Again, the vaporized part of the coolant is returned to the condenser and condensed there again.
Den verschiedenen möglichen Ausführungsformen mit nur einer gemeinsamen Kühlvorrichtung für beide Spuleneinrichtungen sind verschiedene Vorteile gemeinsam. So sind zum einen die Investitionskosten zur Kühlung der wenigstens zwei zu kühlenden Komponenten geringer, da nur eine Kühleinrichtung benötigt wird. Das benötigte Kühlmedium kühlt mehrere Komponen¬ ten, beispielsweise eine erste Komponente in flüssiger Form und einen weitere Komponente als kaltes Gas, so dass wesent- lieh weniger Volumen an flüssigem Kühlmedium, beispielsweise teures Neon, benötigt wird, um die Komponenten des Gesamtsys¬ tems zu kühlen. Entsprechend sind auch nicht zwei Vorratsbe¬ hälter als Puffervolumen für gasförmiges Kühlmedium, bei- spielsweise Neon oder Stickstoff, nötig. Damit wird der The various possible embodiments with only one common cooling device for both coil devices have different advantages in common. On the one hand, the investment costs for cooling the at least two components to be cooled are lower since only one cooling device is required. The cooling medium required cools more Components ¬ th, for example, a first component in liquid form and a further component as a cold gas, so that essential lent less volume of liquid cooling medium, for example expensive neon, is needed to the components of the Gesamtsys ¬ tems to cool. Accordingly, neither two Vorratsbe ¬ container as a buffer volume for gaseous cooling medium, examples For example, neon or nitrogen, necessary. This will be the
Platzbedarf zur Kühlung der zu kühlenden Komponenten deutlich geringer. Auch durch die Einsparung wenigstens einer weiteren Kühleinrichtung wird zusätzlich Platz und Gewicht gespart. Diese Vorteile sind insbesondere im Rahmen mobiler Anwendun¬ gen, beispielsweise eines Schienenfahrzeugs, äußerst wichtig. Das verwendete Kühlmedium wird mithin besonders effizient ge¬ nutzt. Ein und dasselbe Kühlmedium kühlt alle Komponenten nacheinander in einem geschlossenen Kühlkreislauf. Dabei können im Übrigen die Betriebsparameter der Kühleinrichtung entsprechend angepasst werden, um den Betrieb der Kühleinrichtung auf die Betriebstemperaturen der zu kühlenden Komponenten abzustimmen. Beispielsweise kann eine Anpassung des Betriebsdrucks (Dampfdruck des gasförmigen Kühlmediums) ent¬ sprechend der nötigen Anwendung erfolgen. Space required for cooling the components to be cooled significantly lower. Also by saving at least one other cooling device space and weight is additionally saved. These advantages are particularly important in the context of mobile appli ¬ conditions, such as a rail vehicle, extremely important. The cooling medium used is therefore used in a particularly efficient manner . One and the same cooling medium cools all components one after the other in a closed cooling circuit. Incidentally, the operating parameters of the cooling device can be adjusted accordingly in order to tune the operation of the cooling device to the operating temperatures of the components to be cooled. For example, an adjustment of the operating pressure can be carried out (vapor pressure of the gaseous cooling medium) ent ¬ speaking the necessary application.
Wenigstens eine der wenigstens zwei Spuleneinrichtungen kann vorteilhaft nur über die wenigstens eine Verbindungsleitung mit einem äußeren Stromkreis in Verbindung stehen. Mit anderen Worten ist wenigstens eine der Spuleneinrichtungen nur über die (beziehungsweise eine) jeweils andere Spuleneinrich¬ tung und nur über die Stromzuführung in der Verbindungsleitung mit dem äußeren Stromkreis verbunden. Diese Ausgestal¬ tung hat den Vorteil, dass zumindest für diese eine Spulen¬ einrichtung nur gekühlte Stromzuführungen zum Einsatz kommen können, da die Verbindungsleitung durch den gleichzeitigen Transport von Kühlmittel eine gekühlte Leitung ist. Eine zu¬ sätzliche Wärmebrücke durch die Stromzuführung zur äußeren warmen Umgebung wird zumindest für eine der Spuleneinrichtungen bei dieser Anordnung vorteilhaft vermieden. Für die andere Spuleneinrichtung, insbesondere wenn es sich um einen Transformator handelt, wird die Anzahl der Wärmebrücken zur äußeren warmen Umgebung verringert. Die Vorrichtung kann auch mehrere Spuleneinrichtungen umfassen, die jeweils nur über ihre gekühlten Verbindungleitungen indirekt mit dem äußeren Stromkreis verbunden sind und keine separaten Stromzuführungen zur warmen Umgebung aufweisen. Insbesondere kann nur eine einzige von mehreren Spuleneinrichtungen über separate Stromzuführungen mit der warmen Umgebung verbunden sein. At least one of the at least two coil devices can advantageously be connected to an external circuit only via the at least one connecting line. In other words, one of the coil means is at least connected only through the (or a) each other Spuleneinrich ¬ processing and only the power supply in the connecting line with the external circuit. This Ausgestal ¬ tion has the advantage that at least for this one coil ¬ device only cooled power supply can be used, since the connecting line is a cooled line by the simultaneous transport of coolant. A too ¬ additional thermal bridge through the power supply to the external warm environment is advantageously avoided at least for one of the coil means in this arrangement. For the other coil means, especially if it is a transformer, the number of thermal bridges to the outside warm environment is reduced. The device may also comprise a plurality of coil means, which are each connected only indirectly via their cooled connection lines with the external circuit and have no separate power supply to the warm environment. In particular, only one can only one of a plurality of coil devices may be connected to the warm environment via separate power supply lines.
Die Vorrichtung kann zwei Verbindungsleitungen zwischen den beiden elektrischen Spuleneinrichtungen aufweisen, welche jeweils sowohl einen elektrischen Leiter zur elektrischen Verbindung der beiden Spuleneinrichtungen als auch ein Kühlmittelrohr zum Transport von Kühlmittel zwischen den beiden Spuleneinrichtungen umfassen. Insbesondere können die beiden elektrischen Leiter dieser beiden Verbindungsleitungen zur elektrischen Einbindung der einen Spuleneinrichtung in einen geschlossenen äußeren Stromkreis dienen. Hierzu sind zumindest zwei elektrische Zuleitungen nötig. Beispielsweise kön¬ nen die beiden Verbindungsleitungen parallel geführt sein. Alternativ zu der beschriebenen Ausführungsform mit zwei Verbindungsleitern können die beiden benötigten elektrischen Zuleitungen aber auch prinzipiell in einer gemeinsamen Verbindungsleitung geführt werden, wobei die Zuleitungen dann beide durch das ebenfalls darin geführte Kühlmittelrohr gekühlt werden können. The device may comprise two connecting lines between the two electric coil devices, each of which comprises both an electrical conductor for electrically connecting the two coil devices and a coolant tube for transporting coolant between the two coil devices. In particular, the two electrical conductors of these two connecting lines can be used for electrical integration of a coil device in a closed outer circuit. For this purpose, at least two electrical leads are needed. For example, Kings ¬ NEN be performed in parallel, the two connecting lines. As an alternative to the described embodiment with two connecting conductors, the two required electrical supply lines can, however, also be routed in principle in a common connection line, wherein the supply lines can then both be cooled by the coolant pipe likewise guided therein.
Wenigstens eine der Spuleneinrichtungen kann zusätzlich zu dem Verbindungsleiter zwischen den Spuleneinrichtungen mit wenigstens einer weiteren Anschlussleitung verbunden sein, die wiederum sowohl einen elektrischen Leiter zur Verbindung mit einem äußeren Stromkreis als auch ein Kühlmittelrohr zum Transport von Kühlmittel aufweisen kann. Bei dieser Ausführungsform können also die beiden durch den Verbindungsleiter elektrisch miteinander verbundenen Spuleneinrichtungen über die beschriebene Anschlussleitung mit dem äußeren elektrischen Stromkreis verbunden sein, dessen übrige Komponenten typischerweise innerhalb einer warmen Umgebung angeordnet sind und nicht im gekühlten Bereich der Vorrichtung. Über die Kombination von Anschlussleitung (en) und Verbindungslei- tung(en) sind dann also beide Spuleneinrichtungen elektrisch mit dem äußeren Stromkreis verbunden. Die Integration eines Kühlmittelrohrs in die Anschlussleitung oder zumindest in einen Teil der Anschlussleitung bewirkt vorteilhaft, dass zu- mindest für diesen Teil durch die Kühlung der Widerstand des elektrischen Leiters der Anschlussleitung reduziert ist. Weiterhin kann auch hierbei ein unerwünschter Wärmeeintrag durch die Stromzuführung in die mit der Anschlussleitung verbundene Spuleneinrichtung reduziert werden. Analog zu den verschiede¬ nen möglichen Ausführungen der Verbindungsleitung kann auch die beschriebene Anschlussleitung entweder wenigstens zwei Stromzuführungen zur Einbindung der Spuleneinrichtungen in den äußeren Stromkreis umfassen, oder es können alternativ wenigstens zwei solche Anschlussleitungen vorgesehen sein, in denen die benötigten Stromzuführungen separat geführt werden und jeweils parallel zu einem separaten Kühlmittelrohr verlaufen . Es können beide elektrischen Spuleneinrichtungen der Vorrichtung als supraleitende Spuleneinrichtungen ausgestaltet sein. Analog können bei Vorliegen von mehr als zwei Spuleneinrichtungen entweder alle diese Spuleneinrichtungen supraleitend ausgeführt sein, oder es können vorteilhaft zumindest zwei dieser Spuleneinrichtungen supraleitend ausgestaltet sein.At least one of the coil devices, in addition to the connection conductor between the coil devices, can be connected to at least one further connection line, which in turn can have both an electrical conductor for connection to an external circuit and a coolant tube for transporting coolant. In this embodiment, therefore, the two coil devices electrically connected to one another by the connection conductor can be connected via the described connection line to the external electrical circuit whose remaining components are typically arranged within a warm environment and not in the cooled region of the device. The combination of connecting line (s) and connecting line (s) means that both coil devices are then electrically connected to the external circuit. The integration of a coolant tube into the connecting line or at least into a part of the connecting line advantageously has the effect that At least for this part is reduced by the cooling of the resistance of the electrical conductor of the connecting cable. Furthermore, in this case too, an undesirable heat input through the power supply into the coil device connected to the connecting line can be reduced. Analog about the various ¬ NEN possible embodiments of the connection line may also comprise the connecting line described either at least two power supply lines for the integration of the coil means in the external circuit, or there may be at least two such connection lines may alternatively be provided, in which the required power supply lines are kept separately and are each parallel to a separate coolant pipe. Both electrical coil devices of the device can be designed as superconducting coil devices. Similarly, in the presence of more than two coil devices, either all of these coil devices can be configured to be superconductive, or advantageously at least two of these coil devices can be designed to be superconducting.
Die Ausführungsformen mit mehr als einer supraleitenden Spulenvorrichtung sind deshalb besonders vorteilhaft, da eine gemeinsame Kühlvorrichtung besonders effizient und platzspa¬ rend benutzt werden kann, um beide Spuleneinrichtungen, bzw. zumindest die supraleitenden Wicklungen der jeweiligen Spuleneinrichtung, auf eine kryogene Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des jeweiligen Supraleiters zu kühlen. Weiterhin können durch die Verwendung von mehreren supraleitenden Spuleneinrichtungen die ohmschen Verluste des Gesamtsys- tems wesentlich stärker reduziert werden als bei Verwendung nur einer supraleitenden Spuleneinrichtung. Die wenigstens zwei supraleitenden Spuleneinrichtungen können hierbei grundsätzlich zueinander entweder elektrisch parallel oder elektrisch in Serie geschaltet sein. The embodiments with more than one superconducting coil device are therefore particularly advantageous, since a common cooling device can be used particularly efficiently and platzspa ¬ rend to both coil means, or at least the superconducting windings of the respective coil means to a cryogenic temperature below the transition temperature of the respective To cool superconductor. Furthermore, by using a plurality of superconducting coil devices, the ohmic losses of the overall system can be reduced substantially more than when using only one superconducting coil device. In principle, the at least two superconducting coil devices may be connected to each other either electrically in parallel or electrically in series.
Bei der wenigstens einen supraleitenden Spuleneinrichtung kann es sich um eine Spuleneinrichtung mit Wicklungen aus einem hochtemperatursupraleitenden Leiter handeln. Dieser Leiter kann vorteilhaft ein hochtemperatursupraleitendes Ma¬ terial der zweiten Generation umfassen, insbesondere eine Verbindung des Typs REBa2Cu30x, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht. Al- ternativ zu solchen oxidkeramischen Supraleitern kann derThe at least one superconductive coil device may be a coil device with windings made of a high-temperature superconducting conductor. This Conductor may advantageously comprise a second-generation high-temperature superconducting Ma ¬ TERIAL, in particular a compound of the type REBa 2 CU30 x, where RE stands for a rare earth element or a mixture of such elements. As an alternative to such oxide ceramic superconductors, the
Leiter auch Magnesiumdiborid aufweisen. Wenn die Vorrichtung mehrere supraleitende Spuleneinrichtungen aufweist, können diese entweder auf demselben supraleitenden Material oder auf verschiedenen supraleitenden Materialien basieren. Head also have magnesium diboride. If the device has multiple superconductive coil devices, these may be based on either the same superconducting material or on different superconducting materials.
Es kann eine erste elektrische Spuleneinrichtung als Teil einer elektrischen Maschine ausgestaltet sein, und eine zwei¬ te elektrische Spuleneinrichtung kann als Transformator oder als Teil eines Transformators ausgestaltet sein. Bei der elektrischen Maschine kann es sich prinzipiell entweder um einen Motor oder einen Generator handeln. Dabei kann die erste elektrische Spuleneinrichtung allgemein entweder die It can be designed a first electrical coil means as part of an electrical machine, and te two ¬ electrical coil means may be designed as a transformer or as part of a transformer. The electric machine can in principle be either a motor or a generator. In this case, the first electrical coil device can generally either the
Statorwicklungen oder die Rotorwicklungen der elektrischen Maschine umfassen. Besonders vorteilhaft ist eine Ausfüh- rungsform, bei der die gesamte Vorrichtung als Antriebsvorrichtung dient, die einen Motor und einen vorgeschalteten Transformator umfasst. Insbesondere kann dann die erste elektrische Spuleneinrichtung die Rotorwicklungen des Motors umfassen, die insbesondere als supraleitende Wicklungen aus- gestaltet sind. Besonders vorteilhaft können auch die Wick¬ lungen der zweiten elektrischen Spuleneinrichtung supraleitende Transformatorwicklungen sein. Zweckmäßig kann eine solche Vorrichtung als Antriebsvorrichtung in einem Fahrzeug eingesetzt werden, insbesondere als Antriebsvorrichtung in einem Schienenfahrzeug. Stator windings or the rotor windings of the electric machine include. Particularly advantageous is an embodiment in which the entire device serves as a drive device comprising a motor and an upstream transformer. In particular, the first electrical coil device can then comprise the rotor windings of the motor, which are configured in particular as superconducting windings. Particularly advantageously, the Wick ¬ lungs of the second electrical coil means may be superconducting transformer windings. Suitably, such a device can be used as a drive device in a vehicle, in particular as a drive device in a rail vehicle.
Der elektrische Leiter der wenigstens einen Verbindungslei¬ tung kann durch das Kühlmittel im Kühlmittelrohr der Verbindungsleitung auf eine kryogene Temperatur bringbar sein. Mit anderen Worten können das Kühlmittelrohr bzw. das im Kühlmittelrohr transportierte Kühlmittel thermisch so gut an den elektrischen Leiter gekoppelt sein, dass der elektrische Lei¬ ter beim Betrieb der Vorrichtung auf einer kryogenen Tempera- tur liegt. Zusätzlich zur guten thermischen Kopplung an das Kühlmittel kann das Erreichen einer solchen Temperatur zusätzlich durch eine gute thermische Isolation von Kühlmittel¬ rohr und elektrischem Leiter gegen eine warme äußere Umgebung erreicht werden. Vorteilhaft sind dabei Kühlmittelrohr und elektrischer Leiter gemeinsam thermisch gegen die äußere Umgebung isoliert. Die durch diese Maßnahmen erreichbare Be¬ triebstemperatur des Leiters kann beispielsweise unterhalb von 100 K liegen. Bei einem normalleitenden Leitermaterial trägt eine solche Kühlung des elektrischen Leiters deutlich zu einer Reduzierung des elektrischen Widerstands und somit zu einer Verringerung der elektrischen Verluste bei. The electrical conductor of the at least one Verbindungslei ¬ tion can be brought by the coolant in the coolant pipe of the connecting line to a cryogenic temperature. In other words, the refrigerant tube or the transported in the coolant pipe coolant may be thermally as well coupled to the electrical conductor, the electrical Lei ¬ ter during operation of the device at a cryogenic temperature is located. In addition to the good thermal coupling to the coolant, the achievement of such a temperature can additionally be achieved by a good thermal insulation of the coolant pipe ¬ and electrical conductor against a warm external environment. Advantageously, the coolant tube and the electrical conductor are thermally insulated against the external environment. The achievable Be ¬ operating temperature of the conductor can be, for example, below 100 K. In the case of a normally conducting conductor material, such cooling of the electrical conductor contributes significantly to a reduction in the electrical resistance and thus to a reduction in the electrical losses.
Der elektrische Leiter der wenigstens einen Verbindungslei¬ tung kann ein supraleitendes Leitermaterial aufweisen. Insbe¬ sondere bei einer Ausführungsform, bei der der elektrische Leiter beim Betrieb der Vorrichtung durch die genannten Maßnahmen auf eine kryogene Temperatur bringbar ist, ist diese Ausgestaltung besonders vorteilhaft. Durch die Ausführung des wenigstens einen elektrischen Leiters als Supraleiter kann der elektrische Widerstand im Bereich zwischen den beiden Spuleneinrichtungen besonders effektiv reduziert werden, insbesondere auf nahezu null. Ein Restwiderstand ist dann im We¬ sentlichen lediglich durch die elektrischen Verbindungen zwischen den (gegebenenfalls supraleitenden) Spuleneinrichtungen und dem supraleitenden Verbindungsleiter bedingt. Der elektrische Leiter kann vorteilhaft ein hochtemperatursupralei- tendes Material der zweiten Generation umfassen, insbesondere eine Verbindung des Typs REBa2Cu30x. Alternativ zu solchen oxidkeramischen Supraleitern kann der Leiter auch The electrical conductor of the at least one Verbindungslei ¬ tion may comprise a superconducting conductor material. In particular ¬ special in an embodiment in which the electrical conductor can be brought to a cryogenic temperature during operation of the device by said measures, this embodiment is particularly advantageous. By implementing the at least one electrical conductor as a superconductor, the electrical resistance in the region between the two coil devices can be reduced particularly effectively, in particular to almost zero. A residual resistance is then in ¬ We sentlichen only by the electrical connections between the (optionally superconductive) coil means and the superconducting connecting conductors caused. The electrical conductor can advantageously comprise a high-temperature superconducting second-generation material, in particular a compound of the REBa 2 Cu 3 O x type . As an alternative to such oxide ceramic superconductors, the conductor can also
Magnesiumdiborid aufweisen. Have magnesium diboride.
Das supraleitende Leitermaterial der Verbindungsleitung kann vorteilhaft elektrisch parallel zu einem normalleitenden elektrischen Leiter in der Verbindungsleitung geführt werden. Hierdurch lassen sich große Teile der durch die übliche normalleitende Stromzuführung verursachten elektrischen Verluste reduzieren. Gleichzeitig ist für den Fall eines Zusammen- bruchs der Supraleitung in diesem Bereich ein normalleitender paralleler Strompfad vorhanden, der in diesem Fall den Hauptanteil des Stromflusses übernehmen kann. Der elektrische Leiter und das Kühlmittelrohr der wenigstens einen Verbindungsleitung können koaxial zueinander verlaufen. Dies ist besonders vorteilhaft, um eine über den Umfang der Verbindungsleitung gesehen symmetrische Temperaturverteilung zu erreichen. Beispielsweise kann der elektrische Leiter das Kühlmittelrohr konzentrisch umgeben und/oder das Material des elektrischen Leiters kann sogar selbst die Außenwand des Kühlmittelrohrs bilden. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Stränge des elektrischen Leiters auf einer Außenwand des Kühlmittelrohrs aufgebracht sein. Allgemein kann wenigstens ein Kühlmittelrohr einer Verbindungsleitung im Bereich seines Rohrmantels ein elektrisch leitendes Mate¬ rial aufweisen, welches als elektrischer Leiter der Verbindungsleitung ausgestaltet ist. Insbesondere kann das Kühlmit¬ telrohr selbst den elektrischen Leiter darstellen. The superconducting conductor material of the connecting line can advantageously be guided electrically in parallel to a normal-conducting electrical conductor in the connecting line. As a result, large parts of the electrical losses caused by the usual normal conducting power supply can be reduced. At the same time, in the case of a In this case a superconducting parallel current path exists, which in this case can take over the main part of the current flow. The electrical conductor and the coolant tube of the at least one connecting line can extend coaxially with one another. This is particularly advantageous in order to achieve a symmetrical temperature distribution seen over the circumference of the connecting line. For example, the electrical conductor may surround the coolant tube concentrically and / or the material of the electrical conductor may itself even form the outer wall of the coolant tube. Alternatively or additionally, one or more strands of the electrical conductor may be applied to an outer wall of the coolant tube. Generally, a coolant pipe of a connecting line in the region of its pipe jacket, at least one electrically conductive mate rial having ¬, which is designed as an electrical conductor of the connecting line. In particular, the Kühlmit ¬ telrohr can even represent the electrical conductor.
Wenigstens ein elektrischer Leiter einer Verbindungsleitung kann im Inneren des Kühlmittelrohrs geführt werden. Bei die¬ ser Ausführungsform kann der elektrische Leiter vorteilhaft direkt von Kühlmittel umspült werden oder zumindest thermisch sehr gut an das Kühlmittel angekoppelt sein. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise eine effektive Kühlung des elektrischen Leiters auf eine tiefe Temperatur. At least one electrical conductor of a connecting line can be guided inside the coolant tube. In the ser ¬ embodiment, the electrical conductor can be advantageously lapped directly by coolant or at least very well thermally coupled to the coolant. This allows a particularly simple way of effective cooling of the electrical conductor to a low temperature.
Es sind auch Kombinationen der verschiedenen beschriebenen Konzepte möglich, wobei mehrere elektrische Leiter und/oder mehrere Kühlmittelleitungen konzentrisch ineinander verschachtelt geführt werden. Combinations of the various concepts described are also possible, wherein a plurality of electrical conductors and / or a plurality of coolant lines are guided concentrically in one another.
Allgemein kann die Vorrichtung wenigstens eine Verbindungs- leitung mit wenigstens zwei koaxial zueinander verlaufenden Kühlmittelrohren aufweisen. Beim Vorliegen von mehreren ineinander verschachtelten Kühlmittelrohren kann beispielsweise ein inneres Kühlmittelrohr zum Transport von kaltem Kühlmit- tel von einer ersten zur zweiten Spuleneinrichtung vorgesehen sein, und ein äußeres, das innere Kühlmittelrohr umgebendes Kühlmittelrohr kann zum Rücktransport von dort erwärmtem Kühlmittel zurück zur ersten Spuleneinrichtung vorgesehen sein. Bei Anwendung eines derartigen Gegenstromprinzips können die radial innenliegenden elektrischen Leiter besonders gut thermisch gegen die äußere Umgebung isoliert werden. In general, the device can have at least one connecting line with at least two coaxially extending coolant tubes. In the presence of a plurality of interleaved coolant tubes, for example, an inner coolant tube for transporting cold Kühlmit- Tel be provided from a first to the second coil means, and an outer, surrounding the inner coolant tube coolant tube may be provided for the return of there heated coolant back to the first coil means. When using such a countercurrent principle, the radially inner electrical conductors can be particularly well thermally isolated from the external environment.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen: In the following, the invention will be described by means of some preferred embodiments with reference to the appended drawings, in which:
Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel zeigt, 1 shows a schematic diagram of a device according to a first embodiment,
Fig. 2 eine schematische Prinzipdarstellung einer Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt, FIG. 2 shows a schematic basic illustration of a device according to a second exemplary embodiment, FIG.
Fig. 3 einen schematischen Querschnitt einer Verbindungslei¬ tung nach einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt, 3 shows a schematic cross section of a Verbindungslei ¬ tion according to a third embodiment,
Fig. 4 einen schematischen Querschnitt einer Verbindungsleitung nach einem vierten Ausführungsbeispiel zeigt, 4 shows a schematic cross section of a connecting line according to a fourth exemplary embodiment,
Fig. 5 einen schematischen Querschnitt einer Verbindungslei¬ tung nach einem fünften Ausführungsbeispiel zeigt, 5 shows a schematic cross section of a Verbindungslei ¬ device according to a fifth embodiment,
Fig. 6 einen schematischen Querschnitt einer Verbindungslei¬ tung nach einem sechsten Ausführungsbeispiel zeigt und Fig. 6 shows a schematic cross section of a Verbindungslei ¬ tion according to a sixth embodiment and FIG
Fig. 7 eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs nach einem siebten 7 is a schematic diagram of a vehicle after a seventh
Ausführungsbeispiel zeigt.  Embodiment shows.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze einer Vorrichtung 1 der Sup¬ raleitungstechnik nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei Spuleneinrichtungen 3 und 5, deren zu kühlende Komponenten durch eine gemeinsame Kühlvorrichtung 7 gekühlt werden. Die Kühlvorrichtung 7 um- fasst einen Kaltkopf 17, der thermisch an einen Kondensor 19 angekoppelt ist. Der Bereich des Kondensors 19 ist Teil eines geschlossenen Kühlkreislaufs, bei dem ein Kühlmittel in einem Rohrsystem nach dem Thermosiphon-Prinzip zirkuliert. Das Kühlmittel wird vom Kondensor in verflüssigter Form zu den zu kühlenden Komponenten mindestens einer der beiden Spuleneinrichtungen 3 und 5 transportiert. Durch die Wärmeaufnahme aus diesen zu kühlenden Komponenten kann das Kühlmittel ganz oder teilweise verdampfen, so dass nach Durchlauf der beiden Spu- leneinrichtungen entweder nur gasförmiges Kühlmittel oder aber eine Mischung aus flüssigem und gasförmigem Kühlmittel über eine Rückleitung 16 zurück zum Kondensor 19 transportiert wird. Im Bereich des Kondensors 19 wird das gasförmige Kühlmittel wieder verflüssigt, und der Kreislauf schließt sich. Das Kühlmittel kann beispielsweise Helium, Neon oder Stickstoff umfassen. Fig. 1 shows a schematic diagram of a device 1 the Sup ¬ raleitungstechnik according to a first embodiment of the invention. The device 1 comprises two coil devices 3 and 5, whose components to be cooled are cooled by a common cooling device 7. The cooling device 7 um- sums a cold head 17, which is thermally coupled to a condenser 19. The area of the condenser 19 is part of a closed cooling circuit, in which a coolant circulates in a pipe system according to the thermosiphon principle. The coolant is transported by the condenser in liquefied form to the components to be cooled at least one of the two coil devices 3 and 5. By absorbing heat from these components to be cooled, the coolant can evaporate completely or partially, so that after passing through the two coil devices either only gaseous coolant or a mixture of liquid and gaseous coolant is transported via a return line 16 back to the condenser 19. In the region of the condenser 19, the gaseous coolant is liquefied again, and the circuit closes. The coolant may include, for example, helium, neon or nitrogen.
Die beiden Spuleneinrichtungen 3 und 5 werden sequentiell nacheinander von Kühlmittel durchströmt. Im gezeigten Bei- spiel handelt es sich bei beiden Spuleneinrichtungen 3 und 5 um supraleitende Spuleneinrichtungen, bei denen die Wicklungen der Spulen aus supraleitendem Leitermaterial gebildet sind. Bei der ersten Spuleneinrichtung 3 handelt es sich um die Gesamtheit der supraleitenden Rotorwicklungen einer elektrischen Maschine. Die weiteren Komponenten der elektrischen Maschine sind hier nicht näher dargestellt. Sie umfasst jedoch zusätzlich einen Stator mit normalleitenden oder ebenfalls supraleitenden Statorwicklungen, wobei der Stator den innenliegenden Rotor radial umgibt. Die supraleitenden Rotor- Wicklungen umfassen ein hochtemperatursupraleitendes Materi¬ al . The two coil devices 3 and 5 are flowed through sequentially sequentially by coolant. In the example shown, both coil devices 3 and 5 are superconducting coil devices in which the windings of the coils are formed from superconducting conductor material. The first coil device 3 is the entirety of the superconducting rotor windings of an electrical machine. The other components of the electric machine are not shown here. However, it additionally comprises a stator with normally conducting or also superconducting stator windings, wherein the stator radially surrounds the inner rotor. The superconducting rotor windings comprise a high-temperature superconductor Materi ¬ al.
Bei der zweiten, hier ebenfalls supraleitenden Spuleneinrichtung 5 handelt es sich in diesem Beispiel um einen Transfor- mator mit supraleitenden Transformator-Wicklungen 6. DerThe second, here also superconducting coil device 5 is in this example a transformer with superconducting transformer windings 6. Der
Transformator ist zur besseren Kühlung seiner supraleitenden Wicklungen 6 innerhalb eines thermisch isolierenden Transformer is for better cooling of its superconducting windings 6 within a thermally insulating
Kryostaten 8 angeordnet. Auch die Wicklungen 6 des Transfor- mators sind hier mit einem hochtemperatursupraleitenden Material gebildet. Die maximale Betriebstemperatur des Transfor¬ mators liegt allerdings etwas höher als die maximale Be¬ triebstemperatur der Rotorwicklungen, da die Rotorwicklungen ein höheres kritisches Magnetfeld aufweisen müssen und damit auch bei gleicher Wahl des Supraleiter-Materials auf eine niedrigere Betriebstemperatur gekühlt werden müssen. Zweckmäßig sind daher die Komponenten der Vorrichtung 1 so angeordnet, dass das vom Kondensor 19 einströmende Kühlmittel zuerst die erste Spuleneinrichtung 3 durchströmt und dort die Rotor¬ wicklungen der Maschine kühlt und erst anschließend im be¬ reits etwas erwärmten und möglicherweise teilweise oder voll¬ ständig verdampften Zustand in den Bereich der zweiten Spuleneinrichtung 5, also des Transformators, transportiert wird. Cryostats 8 arranged. The windings 6 of the transformer Mators are here formed with a high-temperature superconducting material. However, the maximum operating temperature of the transfor ¬ mators is slightly higher than the maximum Be ¬ operating temperature of the rotor coils, since the rotor windings must have a higher critical magnetic field, and thus need to be cooled to a lower operating temperature even with the same choice of the superconducting material. Appropriately, therefore, the components of the device 1 are arranged so that the refrigerant flowing from the condenser 19 first flows through the first coil means 3 and there cools the rotor ¬ windings of the machine and only then in be ¬ already heated something and possibly partially or fully ¬ constantly evaporated State is in the region of the second coil means 5, so the transformer is transported.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass auch die zu küh¬ lenden Rotorwicklungen der ersten Spuleneinrichtung 3 in einem hier nicht gezeigten thermisch isolierenden Gefäß ange- ordnet sind, so dass sie gegen die warme äußere Umgebung iso¬ liert sind. Ebenfalls nicht dargestellt, aber aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt sind Vorrichtungen zur Ein- und Auskopplung von Kühlmittel auf die rotierenden Komponenten der elektrischen Maschine, also beispielsweise in ein In- neres einer Rotorwelle. The sake of completeness it should be mentioned that also the cow to ¬ lumbar rotor windings of the first coil means are arranged in a reasonable not shown here thermally insulating vessel 3 so that they are opposed to the warm outside ambient iso ¬ lines. Also not shown, but sufficiently well known from the prior art devices for coupling and decoupling of coolant to the rotating components of the electric machine, that is, for example, in an interior of a rotor shaft.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, dass die beiden Spuleneinrichtungen 3 und 5 durch wenigstens eine kombinierte Verbindungsleitung IIa verbunden sind. Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel sind zwei solche Verbindungsleitungen IIa und IIb dazwischen angeordnet, wobei jede dieser Verbindungs¬ leitungen einen elektrischen Leiter und ein Kühlmittelrohr zum Transport von Kühlmittel aufweist. Verschiedene mögliche Ausführungsbeispiele für den detaillierten Aufbau dieser Ver- bindungsleiter werden im Folgenden genauer beschrieben. Allen gemeinsam ist jedoch, dass der elektrische Leiter der Verbindungsleitung als Teil einer gemeinsamen Leitung zusammen mit dem Kühlmittelrohr geführt wird und thermisch gut an dieses angekoppelt ist. Diese kombinierte Strom- und Kühlleitung ist vorteilhaft thermisch gut gegen die äußere Umgebung isoliert, beispielsweise durch eine Ummantelung mit einer Vakuumisola¬ tion und/oder Umwicklung mit sogenannter Superisolation . Der elektrische Leiter der Verbindungsleitung liegt durch die thermische Ankopplung an das Kühlmittel ebenfalls auf einer niedrigen Betriebstemperatur und kann ebenfalls ein hochtem- peratursupraleitendes Material aufweisen, welches elektrisch parallel zu einem normalleitenden Leiter geschaltet sein kann. Durch diese Ausführung werden die elektrischen Verluste in der Zuleitung für die erste Spuleneinrichtung 3 gegenüber bekannten Ausführungen mit warmen Zuleitungen erheblich reduziert. Weiterhin wird im Bereich der ersten Spuleneinrichtung 3 eine zusätzliche Wärmebrücke durch eine direkte Verbindung mit einem warmen äußeren Stromkreis vorteilhaft vermieden. Essential for the present invention is that the two coil devices 3 and 5 are connected by at least one combined connection line IIa. In the illustrated first embodiment, are two such connection lines IIa and IIb disposed therebetween, each of said connection ¬ lines having an electrical conductor and a refrigerant pipe for the transport of coolant. Various possible embodiments of the detailed structure of these connection conductors will be described in more detail below. All have in common, however, that the electrical conductor of the connecting line is guided as part of a common line together with the coolant tube and thermally good at this is coupled. This combined power and cooling line is advantageously thermally well insulated against the external environment, for example, by a jacket with a Vakuumisola ¬ tion and / or wrapping with so-called super-insulation. The electrical conductor of the connecting line is due to the thermal coupling to the coolant also at a low operating temperature and may also have a hochtem- perature superconducting material, which may be electrically connected in parallel with a normal-conducting conductor. As a result of this embodiment, the electrical losses in the supply line for the first coil device 3 are considerably reduced compared to known designs with hot supply lines. Furthermore, in the region of the first coil device 3, an additional thermal bridge is advantageously avoided by a direct connection to a warm external circuit.
Die zweite Spuleneinrichtung 5, also hier der supraleitende Transformator, ist mit zwei zusätzlichen äußeren Anschlussleitungen 21a und 21b versehen. Auch diese Anschlussleitungen 21a und 21b weisen jeweils einen mit der zweiten Spuleneinrichtung 5 verbundenen Bereich auf, in dem Kühlmittelrohr und elektrischer Leiter der jeweiligen Anschlussleitung zusammen in einer kombinierten Leitung geführt sind. Im Anschluss an diesen gemeinsam verlaufenden Bereich ist das Kühlmittelrohr der jeweiligen Anschlussleitung mit einer gemeinsamen Rück- leitung 16 zur Rückführung des Kühlmittels verbunden, und die elektrischen Leiter sind über separat verlaufenden Stromzuführungen 22 mit den übrigen, warmen Komponenten eines hier nicht näher gezeigten äußeren Stromkreises 23 elektrisch ver- bunden. The second coil device 5, in this case the superconducting transformer, is provided with two additional external connection lines 21a and 21b. These connecting lines 21a and 21b also each have a region connected to the second coil device 5, in which coolant tube and electrical conductor of the respective connecting line are guided together in a combined line. Subsequent to this common running area, the coolant pipe of the respective connection line is connected to a common return line 16 for returning the coolant, and the electrical conductors are via separately extending power supply lines 22 with the remaining, warm components of an external circuit 23 (not further shown here) electrically connected.
Im gezeigten ersten Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 1 zwei parallel zueinander verlaufende Verbindungsleitungen IIa und IIb auf, die jeweils einen elektrischen Leiter und ein Kühlmittelrohr umfassen, und bei denen die übergeordnete Flussrichtung 10 des Kühlmittels gleich ist. Hier werden also die erste Spuleneinrichtung 3 und die zweite Spuleneinrichtung 5 über beide Leitungen nacheinander in der gleichen Rei- henfolge von Kühlmittel durchströmt. Es sind jedoch auch an¬ dere vorteilhafte Ausführungsformen denkbar, bei denen die Flussrichtungen des Kühlmittels in zwei nebeneinander verlaufenden Verbindungsleitungen IIa und IIb gegenläufig sein kön- nen, so dass sich schon durch diese Verbindungsleitungen, also ohne eine separate Rückleitung 16, ein geschlossener Kühlmittelkreislauf ergibt. Bei einer anderen möglichen Alterna¬ tive können auch zwei oder mehr für die elektrische Kontak- tierung benötigte Leiter auch innerhalb einer gemeinsamen Verbindungsleitung IIa zusammen mit einem Kühlmittelrohr geführt werden. Es kann also ausreichen, nur eine einzige Verbindungsleitung IIa zwischen den beiden Spuleneinrichtungen anzuordnen . In Fig. 2 ist eine Prinzipdarstellung einer Vorrichtung 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Viele Komponenten sind analog zum ersten Ausführungsbeispiel angeordnet und mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel ist hier jedoch keine separate, äußere Rückleitung 16 mit der zweiten Spuleneinrichtung 5 verbunden, sondern die beiden Verbindungsleitungen IIa und IIb umfassen jeweils zwei Kühlmittelrohre, über die Kühlmittel sowohl vom Rotor zum Transformator als auch zurück zum Rotor und von diesem zurück zum Kondensor 19 transportiert werden kann. Dies ist jeweils durch die beiden, einander entgegengesetzten Strömungsrichtungen 10 für jede der beiden Verbindungsleitungen angedeutet. Auch bei einer solchen Anordnung sind verschiedene Konfigurationen für die Verbindungsleiter IIa und IIb möglich, die im Folgenden noch näher erläutert werden. Bei diesem zweiten Ausführungsbei¬ spiel sind die Stromzuführungen der zweiten Spuleneinrichtung 5, also hier der Transformatorwicklungen, über separate In the first embodiment shown, the device 1 has two mutually parallel connecting lines IIa and IIb, each comprising an electrical conductor and a coolant pipe, and in which the parent flow direction 10 of the coolant is the same. Here, therefore, the first coil device 3 and the second coil device 5 are successively connected in the same way via both lines. sequence of coolant flows through. However, it is also conceivable to ¬ particular advantageous embodiments, in which the flow directions of the coolant in two adjacent extending connecting conduits IIa and IIb kön- be opposite NEN, so that it follows through these connecting cables, thus without a separate return line 16, a closed coolant circuit , In another possible Alterna ¬ tive two or more orientation required for the electrical Kontak- can be circulated together with a refrigerant pipe conductor within a common connecting line IIa. It may therefore be sufficient to arrange only a single connecting line IIa between the two coil devices. FIG. 2 shows a schematic representation of a device 1 according to a second exemplary embodiment of the invention. Many components are arranged analogously to the first embodiment and provided with the same reference numerals. In contrast to the first exemplary embodiment, however, no separate, outer return line 16 is connected to the second coil device 5, but the two connecting lines IIa and IIb each comprise two coolant tubes, via the coolant both from the rotor to the transformer and back to the rotor and back can be transported to the condenser 19. This is indicated in each case by the two, opposite flow directions 10 for each of the two connecting lines. Even with such an arrangement, different configurations for the connection conductors IIa and IIb are possible, which will be explained in more detail below. In this second Ausführungsbei ¬ game, the power supply lines of the second coil means 5, so here the transformer windings, via separate
Stromzuführungen 22 mit dem äußeren Stromkreis 23 verbunden. Es ist jedoch prinzipiell auch möglich und kann vorteilhaft sein, auch im Bereich dieser Stromzuführungen einen Kühlmittelstrom zur Verringerung der Leitungswiderstände vorzusehen. Dabei können allgemein wiederum sowohl normalleitende als auch supraleitende Leitungsmaterialien für die Stromzuführungen zum Einsatz kommen. Power supply lines 22 connected to the external circuit 23. However, it is also possible in principle and may be advantageous to provide a coolant flow for reducing the line resistance even in the region of these power supply lines. In this case, in turn, both normal-conducting and Superconducting cable materials are used for the power supply.
Fig. 3 zeigt eine Verbindungsleitung IIa für eine der vorab beschriebenen Vorrichtungen 1 im schematischen Querschnitt. Die Verbindungsleitung IIa dieses dritten Ausführungsbei¬ spiels eignet sich insbesondere für die Verwendung in einer Vorrichtung 1, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist, da dort das Kühlmittel in jeder der Verbindungsleitungen IIa, IIb nur in eine Richtung 10 strömt. Die in Fig. 3 gezeigte Verbindungs¬ leitung IIa umfasst ein Kühlmittelrohr 15, in dessen Innerem flüssiges und/oder gasförmiges Kühlmittel 9 transportiert wird. Das Kühlmittelrohr weist im Bereich seines Rohrmantels wenigstens ein elektrisch leitfähiges Material auf, das als elektrischer Leiter 13 der Verbindungsleitung wirkt. Beispielsweise kann der Rohrmantel aus Kupfer gebildet sein, und der Querschnitt des Kupfers kann ausreichend bemessen sein, um den von der Stromzuführung zu transportierenden Stromfluss gewährleisten zu können. Das somit gleichzeitig als elektri- scher Leiter 13 dienende Kühlmittelrohr 15 kann durch weitere Ummantelung und/oder Umwicklung elektrisch sowie thermisch von der äußeren Umgebung isoliert sein. FIG. 3 shows a connecting line IIa for one of the previously described devices 1 in schematic cross section. The connecting line IIa of this third Ausführungsbei ¬ game is particularly suitable for use in a device 1, as shown in Fig. 1, since there the coolant flows in each of the connecting lines IIa, IIb only in one direction. The connection ¬ line IIa shown in Fig. 3 comprises a refrigerant pipe 15, liquid in the interior and / or gaseous refrigerant 9 is transported. In the region of its tubular jacket, the coolant tube has at least one electrically conductive material which acts as an electrical conductor 13 of the connecting line. For example, the pipe jacket can be formed of copper, and the cross section of the copper can be sufficiently dimensioned to ensure the current flow to be transported by the power supply can. The coolant tube 15 thus serving at the same time as the electrical conductor 13 can be insulated electrically and thermally from the external environment by further sheathing and / or wrapping.
Alternativ oder zusätzlich zu der Ausführungsform mit einem Rohrmantel aus Kupfer kann der Rohrmantel auch mit einem zu¬ sätzlichen elektrisch leitfähigen Material beschichtet sein, dessen Leitfähigkeit und Querschnitt ausreichend bemessen ist, um den benötigten Strom transportieren zu können. Es kann sich dabei auch um eine supraleitende Beschichtung eines leitfähigen oder auch nichtleitenden Rohres handeln. Als supraleitende Beschichtung auf rohrförmigen Substraten eignet sich insbesondere Magnesiumdiborid, welches sich auf einfache Weise beispielsweise über eine Aerosol-Deposition auf gerundeten Oberflächen abscheiden lässt. Alternatively, or in addition to the embodiment comprising a tubular jacket made of copper of the pipe shell can be coated with a sätzlichen to ¬ electrically conductive material whose conductivity and cross-section is sufficiently large to carry the required current. It may also be a superconductive coating of a conductive or non-conductive tube. Magnesium diboride, which can be deposited in a simple manner, for example via aerosol deposition on rounded surfaces, is particularly suitable as a superconducting coating on tubular substrates.
Zusätzlich zu den in Fig. 3 gezeigten Bestandteilen kann die Verbindungsleitung IIa noch ein weiteres, das innere Rohr 15 umschließendes Kühlmittelrohr aufweisen, welches beispiels- weise Kühlmittel in der zum inneren Rohr entgegengesetzten Richtung transportieren kann. Eine solche Anordnung würde auch die Kühlung einer außen auf dem Rohr 15 abgeschiedenen supraleitenden Schicht zusätzlich erleichtern. Die resultie- rende Verbindungsleitung IIa wäre damit auch für den Einsatz in der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung geeignet. In addition to the components shown in FIG. 3, the connecting line IIa may also have a further coolant tube enclosing the inner tube 15, which, for example, example, can transport coolant in the direction opposite to the inner tube direction. Such an arrangement would also facilitate the cooling of a superconducting layer deposited outside on the tube 15. The resulting connecting line IIa would therefore also be suitable for use in the device shown in FIG.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Querschnitt einer alternativen Verbindungsleitung IIa nach einem vierten Ausführungsbei- spiel der Erfindung. Gezeigt ist ein inneres Kühlmittelrohr4 shows a schematic cross section of an alternative connection line IIa according to a fourth embodiment of the invention. Shown is an inner coolant tube
15a, welches von einem äußeren Kühlmittelrohr 15b radial konzentrisch umschlossen wird. Innerhalb des inneren Kühlmittel¬ rohres 15a ist der elektrische Leiter 13 geführt, welcher beispielsweise als supraleitender oder als normalleitender Draht ausgeführt sein kann. Denkbar sind auch komplexere Lei¬ teraufbauten mit mehreren Materialien und Schichten, bei denen beispielsweise auch supraleitende Leiter und normallei¬ tende Leiter elektrisch parallel geschaltet sein können. Innerhalb der beiden gezeigten Kühlrohre 15a und 15b strömt je- weils Kühlmittel, wobei die Strömungsrichtungen in den beiden Rohren vorteilhaft gegenläufig sein können, um bereits über einen Verbindungsleiter beide Transportrichtungen des Kühlmittels abdecken zu können. Besonders vorteilhaft ist das Kühlmittel im inneren Kühlmittelrohr 15a das vom Kondensor kommende kältere Kühlmittel, so dass der darin angeordnete elektrische Leiter 13 besonders gut gekühlt ist. Der elektri¬ sche Leiter kann, wie in Fig. 4 angedeutet durch hier nicht näher gezeigte Vorrichtungen relativ mittig innerhalb des inneren Rohres 15a geführt werden. Er kann jedoch auch alterna- tiv im Bereich einer Seite der Innenwand des inneren Rohres 15a gehalten werden, da dies einfacher zu erreichen sein kann. Der elektrische Leiter 13 kann elektrisch gegen die Kühlmittelrohre 15a und 15b isoliert sein. Wesentlich ist eine gute thermische Ankopplung des Leiters 13 an das durch- strömende Kühlmittel. 15a, which is enclosed radially concentrically by an outer coolant tube 15b. Within the inner coolant ¬ pipe 15 a of the electrical conductor 13 is guided, which may be performed for example as superconducting or normal-conducting wire. Also possible are more complex Lei ¬ teraufbauten with multiple materials and layers in which for example, superconducting conductor and normallei ¬ tend conductors may be electrically connected in parallel. Coolant flows in each case within the two cooling tubes 15a and 15b, the flow directions in the two tubes advantageously being able to run in opposite directions in order to be able to cover both transport directions of the coolant already via a connecting conductor. Particularly advantageously, the coolant in the inner coolant tube 15 a is the colder coolant coming from the condenser, so that the electrical conductor 13 arranged therein is cooled particularly well. The electrical conductor can ¬ specific, as indicated in Fig. 4 are guided by not further shown here, devices relatively centrally within the inner tube 15a. However, it may alternatively be kept in the region of one side of the inner wall of the inner tube 15a, as this may be easier to achieve. The electrical conductor 13 may be electrically insulated from the coolant tubes 15a and 15b. What is important is a good thermal coupling of the conductor 13 to the coolant flowing through.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Querschnitt einer alternati¬ ven Verbindungsleitung IIa nach einem fünften Ausführungsbei- spiel der Erfindung. Gezeigt sind wiederum zwei ineinander verschachtelte Kühlmittelrohre 15a und 15b, die jeweils in ihrem Inneren von Kühlmittel 9 durchströmt werden. Bei diesem Beispiel sind mehrere elektrische Leiter in Form einzelner Leiterfilamente auf der Außenseite des inneren Rohres 15a an¬ gebracht, so dass diese Leiterfilamente von dem im äußeren Kühlmittelrohr 15b transportierten Kühlmittel umspült werden. Weiterhin sind sie thermisch über das Material des inneren Kühlmittelrohrs 15a an das darin strömende Kühlmittel ange- koppelt. Dabei kann wahlweise entweder das außen strömende Kühlmittel oder das innen strömende Kühlmittel den kälteren der beiden Kühlmittelströme bilden. Wesentlich ist, dass die Filamente des elektrischen Leiters 13 durch das Kühlmittel 9 soweit gekühlt werden können, dass der Widerstand im Ver- gleich zur Umgebungstemperatur deutlich reduziert wird. Die elektrischen Leiter 13 können dabei wiederum entweder normalleitende Materialien und/oder supraleitende Materialien aufweisen . Fig. 6 zeigt einen schematischen Querschnitt einer alternati¬ ven Verbindungsleitung IIa nach einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Gezeigt sind wiederum zwei ineinander verschachtelte Kühlmittelrohre 15a und 15b, die jeweils in ihrem Inneren von Kühlmittel 9 durchströmt werden. Bei diesem Beispiel ist nur ein elektrischer Leiter 13 auf der Außensei¬ te des inneren Rohres 15a angebracht, so dass ein asymmetri¬ scher und nicht konzentrischer Aufbau resultiert. Der recht¬ eckige Querschnitt des elektrischen Leiters 13 ist dabei nur beispielhaft. Sowohl bei den Kühlmittelrohren 15a, 15b als auch bei dem Leiter 13 können auch andere als die gezeigten Querschnittsformen zum Einsatz kommen. Auch die Größenverhältnisse zwischen den Rohren 15a, 15b und den Leitern 13 sind allgemein nicht maßstabsgerecht, und die Zeichnungen sind nur als schematische Skizzen zu verstehen. Fig. 5 shows a schematic cross section of an alternatively ¬ ven connecting line IIa according to a fifth exemplary embodiment play the invention. Shown in turn are two nested coolant tubes 15a and 15b, which are each traversed by coolant 9 in its interior. In this example, a plurality of electrical conductors are brought in the form of individual conductor filaments on the outside of the inner tube 15a at ¬ so that these conductor filaments are washed by the transported in the outer coolant tube 15b coolant. Furthermore, they are thermally coupled via the material of the inner coolant tube 15a to the coolant flowing therein. In this case, optionally either the outside flowing coolant or the inside flowing coolant form the colder of the two coolant streams. It is essential that the filaments of the electrical conductor 13 can be cooled by the coolant 9 so far that the resistance is significantly reduced in comparison to the ambient temperature. The electrical conductors 13 may in turn have either normal conducting materials and / or superconducting materials. Fig. 6 shows a schematic cross section of an alternatively ¬ ven connecting line IIa according to a sixth embodiment of the invention. Shown in turn are two nested coolant tubes 15a and 15b, which are each traversed by coolant 9 in its interior. In this example, only one electrical conductor 13 is mounted on the geek ¬ te of the inner tube 15a, so that results in a asymmetri ¬ shear and non-concentric configuration. The right ¬ angular cross section of the electrical conductor 13 is only an example. Both in the coolant tubes 15a, 15b and in the conductor 13, other than the cross-sectional shapes shown can be used. Also, the size relationships between the tubes 15a, 15b and the conductors 13 are generally not to scale, and the drawings are to be understood only as schematic sketches.
Fig. 7 zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 25, das in diesem Beispiel als Schienenfahrzeug ausgebildet ist. Dieses weist eine der vorab beschriebenen Vorrichtungen 1 auf, wobei diese Vorrichtung eine Maschine 27 mit supralei¬ tenden Rotorwicklungen und einen supraleitenden Transformator 29 umfasst. Beide Komponenten werden von der gemeinsamen Kühlvorrichtung 7 gekühlt, wie sie in den Fig. 1 und 2 erläu- tert wurde. Fig. 7 shows schematically a vehicle according to the invention 25, which is formed in this example as a rail vehicle. This has one of the devices 1 described above on, wherein this device comprises a machine 27 with supralei ¬ border rotor windings and a superconducting transformer 29. Both components are cooled by the common cooling device 7, as explained in FIGS. 1 and 2.
Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt, und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung (1) der Supraleitungstechnik mit 1. Device (1) of the superconducting technique with
- wenigstens zwei elektrischen Spuleneinrichtungen (3,5), von denen wenigstens eine als supraleitende Spuleneinrichtung - At least two electrical coil means (3,5), of which at least one as superconducting coil means
(3,5) ausgestaltet ist, (3,5) is designed,
- und mit einer Kühlvorrichtung (7) zur Kühlung der Spuleneinrichtungen (3,5) mit Hilfe eines Kühlmittels (9),  - And with a cooling device (7) for cooling the coil means (3,5) by means of a coolant (9),
- wobei die Vorrichtung (1) wenigstens eine erste Verbin- dungsleitung (IIa) zwischen den beiden elektrischen Spuleneinrichtungen (3,5) aufweist, welche sowohl einen ersten elektrischen Leiter (13) zur elektrischen Verbindung der beiden Spuleneinrichtungen (3,5) als auch ein erstes Kühlmittelrohr (15) zum Transport von Kühlmittel (9) zwischen den beiden Spuleneinrichtungen (3,5) umfasst.  - wherein the device (1) at least a first connection line (IIa) between the two electrical coil means (3,5), which both a first electrical conductor (13) for electrically connecting the two coil means (3,5) and a first coolant tube (15) for transporting coolant (9) between the two coil devices (3,5).
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, die nur eine Kühlvorrichtung (7) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (7) ausgestaltet ist, um Kühlmittel (9) in Form eines geschlossenen Kreislaufs von einem Kaltkopf (17) zu den wenigstens zwei Spuleneinrichtungen (3,5) und zurück zu zirkulieren. 2. Device (1) according to claim 1, which has only one cooling device (7), wherein the cooling device (7) is designed to form coolant (9) in the form of a closed circuit from a cold head (17) to the at least two coil devices (7). 3.5) and back to circulate.
3. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der eine der Spuleneinrichtungen (3) nur über die wenigstens eine Verbindungsleitung (IIa) mit einem äußeren Stromkreis in elektrischer Verbindung steht. 3. Device (1) according to any one of claims 1 or 2, wherein one of the coil means (3) only via the at least one connecting line (IIa) is in electrical connection with an external circuit.
4. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die zwei Verbindungsleitungen (IIa, IIb) zwischen den beiden elektrischen Spuleneinrichtungen (3,5) aufweist, welche jeweils sowohl einen elektrischen Leiter (13) zur elektrischen Verbindung der beiden Spuleneinrichtungen (3,5) als auch ein Kühlmittelrohr (15) zum Transport von Kühlmittel (9) zwischen den beiden Spuleneinrichtungen (3,5) umfassen. 4. Device (1) according to one of the preceding claims, the two connecting lines (IIa, IIb) between the two electrical coil means (3,5), each having both an electrical conductor (13) for electrically connecting the two coil means (3, 5) as well as a coolant pipe (15) for transporting coolant (9) between the two coil devices (3,5).
5. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens eine Spuleneinrichtung (5) mit wenigstens einer weiteren Anschlussleitung (21a) verbunden ist, die wie- derum sowohl einen elektrischen Leiter zur Verbindung mit einem äußeren Stromkreis als auch ein Kühlmittelrohr zum Transport von Kühlmittel aufweist. 5. Device (1) according to one of the preceding claims, in which at least one coil device (5) is connected to at least one further connection line (21a), which in turn having both an electrical conductor for connection to an external circuit and a coolant tube for transporting coolant.
6. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der beide elektrischen Spuleneinrichtungen (3,5) als supraleitende Spuleneinrichtungen ausgestaltet sind. 6. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein both electrical coil means (3,5) are designed as superconducting coil means.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine erste elektrische Spuleneinrichtung (3) als Teil einer elektrischen Maschine ausgestaltet ist und eine zweite elektrische Spuleneinrichtung (5) als Transformator ausgestaltet ist. 7. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein a first electrical coil means (3) is designed as part of an electrical machine and a second electrical coil means (5) is designed as a transformer.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die beiden elektrischen Spuleneinrichtungen (3,5) unterschiedliche maximale Betriebstemperaturen aufweisen, und bei der die Kühlvorrichtung (7) ausgestaltet ist, um Kühlmit¬ tel (9) von einem Kaltkopf (17) aus zuerst zur Spuleneinrich- tung (3) mit der niedrigeren maximalen Betriebstemperatur und anschließend über die wenigstens eine Verbindungsleitung (IIa) zur Spuleneinrichtung (5) mit der höheren maximalen Betriebstemperatur zu leiten. 8. Device (1) according to one of the preceding claims, in which the two electrical coil devices (3,5) have different maximum operating temperatures, and in which the cooling device (7) is designed to Kühlmit ¬ tel (9) of a cold head ( 17) from first to the Spuleneinrich- device (3) with the lower maximum operating temperature and then via the at least one connecting line (IIa) to the coil means (5) with the higher maximum operating temperature to lead.
9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der elektrische Leiter (13) der wenigstens einen Ver¬ bindungsleitung (IIa) durch das Kühlmittel (9) in dessen Kühlmittelrohr (15) auf eine kryogenen Temperatur bringbar ist . 9. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor (13) of the at least one Ver ¬ connection line (IIa) by the coolant (9) in the coolant tube (15) can be brought to a cryogenic temperature.
10. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der elektrische Leiter (13) der wenigstens einen Ver¬ bindungsleitung (IIa) ein supraleitendes Leitermaterial auf¬ weist. 10. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor (13) of the at least one Ver ¬ connecting line (IIa) comprises a superconducting conductor material on ¬.
11. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der elektrische Leiter (13) und das Kühlmittelrohr (15) der wenigstens einen Verbindungsleitung (IIa) koaxial zueinander verlaufen. 11. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the electrical conductor (13) and the coolant tube (15) of the at least one connecting line (IIa) extend coaxially with each other.
12. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die wenigstens eine Verbindungsleitung (IIa) wenigstens zwei koaxial zueinander verlaufende Kühlmittelrohre (15a, 15b) aufweist. 12. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein the at least one connecting line (IIa) has at least two coaxially extending coolant tubes (15a, 15b).
13. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens ein Kühlmittelrohr (15) einer Verbindungs¬ leitung (IIa) im Bereich seines Rohrmantels ein elektrisch leitendes Material aufweist, welches als elektrischer Leiter (13) der Verbindungsleitung (IIa) ausgestaltet ist. 13. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one coolant pipe (15) of a connecting ¬ line (IIa) in the region of its tubular jacket comprises an electrically conductive material which as electrical conductor (13) of the connecting line (IIa) configured is.
14. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der wenigstens ein elektrischer Leiter (13) einer Verbindungsleitung (IIa) im Inneren eines Kühlmittelrohres (15) ge¬ führt ist. 14. Device (1) according to one of the preceding claims, wherein at least one electrical conductor (13) of a connecting line (IIa) in the interior of a coolant tube (15) ge ¬ leads.
15. Fahrzeug (25) mit einer Vorrichtung (1) nach einem vorhergehenden Ansprüche, die als Antriebsvorrichtung 15. vehicle (25) with a device (1) according to any preceding claim, as the drive device
staltet ist. is staltet.
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