EP3350895A1 - Energieübertragungsvorrichtung für ein fahrzeug - Google Patents

Energieübertragungsvorrichtung für ein fahrzeug

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Publication number
EP3350895A1
EP3350895A1 EP16777630.1A EP16777630A EP3350895A1 EP 3350895 A1 EP3350895 A1 EP 3350895A1 EP 16777630 A EP16777630 A EP 16777630A EP 3350895 A1 EP3350895 A1 EP 3350895A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
superconducting
cable system
cable
vehicle
energy
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16777630.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tabea Arndt
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.)
Rolls Royce Deutschland Ltd and Co KG
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 EP3350895A1 publication Critical patent/EP3350895A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/16—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B12/00—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines
    • H01B12/02—Superconductive or hyperconductive conductors, cables, or transmission lines characterised by their form
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
    • H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D2221/00—Electric power distribution systems onboard aircraft
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
    • B64D27/00—Arrangement or mounting of power plants in aircraft; Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/02—Aircraft characterised by the type or position of power plants
    • B64D27/24—Aircraft characterised by the type or position of power plants using steam or spring force

Definitions

  • the present invention relates to a power transmission ⁇ device for transferring energy within a vehicle, particularly an aircraft, with a Jardinsys ⁇ tem. Furthermore, the invention relates to a vehicle with such a power transmission system and a method for transmitting energy in a vehicle.
  • normally conducting cables are typically used to supply electrical energy from a power source, such as a battery, fuel cell, or generator, within the vehicle to an electrical power source
  • the electrical load may be, for example, one or more elements of the on-board electrical system and / or electronics or else an electric motor for driving the vehicle, in particular a propeller motor, fan motor and / or rotor motor.
  • a propeller motor often has to be supplied with a high electrical power. Therefore, electrical power in the range of 1 MW and 20 MW between the at least one power source and a consumer ⁇ cher can be transferred at least must be of an appropriate power transmitting device.
  • a current transport services for such high to enabling ⁇ union, a normally conducting cable can be used with copper conductors according to the prior art.
  • Voltage range of such cables in aircraft is due to both high-altitude ionization and by the weight rising sharply with the operating voltage the required cable insulation is limited to values below about 2.5 kV.
  • three-phase alternating current can be transmitted at an operating voltage of 1 kV and a total current of 500 A.
  • a dedicated three-phase three-phase transmission device can achieve a conductor weight of approximately 3.6 kg per meter, for example when using three commercially available Nexans RHEYWIND LV-RS (N) HXCMFOE 0.6 / lkV cables.
  • Superconducting cables are generally suitable for achieving high ampacity even at low voltages with a low conductor cross section.
  • conventional superconducting cables are typically also difficult since, in addition to the actual conductor elements, there are also added cryostat walls, thermal insulation elements, supporting elements and the ⁇ lectric insulation elements to the total weight.
  • cryostat walls which walls are each formed as a corrugated tube. Between the two corrugated pipes lies a thermally insulating vacuum jacket and often an additional thermal insulation jacket.
  • Such based on a high-temperature superconducting cables are commercially available ⁇ Lich example, from Nexans.
  • a coolant channel is arranged here, within which two or more layers of conductor strands are guided.
  • Each layer consists ty ⁇ pisch enough, over 10 individual conductors, for example about 40 single conductor per layer.
  • the individual layers are arranged concentrically around each other and by supporting materials As well as solid state dielectrics separated from each other to achieve the ever ⁇ specified voltage strength.
  • Example ⁇ such as high-temperature superconducting cables for AC operating voltages of 350 kV or direct current operating voltages of 650 kV are offered. Due to the described complex structure such cables are not or not much lighter than known normal conductive cable for transmitting high electrical power.
  • the object of the invention is therefore to provide a power transmission ⁇ device that overcomes the disadvantages mentioned.
  • an energy transmission device is to be made available, which is particularly suitable for mobile use in vehicles.
  • would be a more up is to provide a vehicle with such a Energybergertra ⁇ constriction device and a method for transmission of energy.
  • the power transmission device of the invention for over-transmission of energy within a vehicle, especially an aircraft comprises a cable system, which we ⁇ iquess includes a superconducting wire harness having at least a superconducting conductor element.
  • the superconducting cable system is designed to transmit electrical energy with a power of at least 1 MW.
  • the supra ⁇ conductive cable system includes a related to its length Ge ⁇ weight of not more than 2 kg / m.
  • the transmission system according to the invention has one or more superconducting cable strands which are so light overall that they can be used in vehicles without making an excessively high contribution to the total weight of the vehicle.
  • a high current carrying capacity can be achieved, whereby the transmission of services of at least 1 MW, for instance for an on ⁇ drive motor of the vehicle is possible.
  • a core idea of the present invention is to transmit this power at comparatively high current and to utilize the high current carrying capacity of the superconducting conductor element for this purpose.
  • the cable system then does not have to be designed for a very high voltage range, but can be set for low high voltages, for example in the range of no more than 10 kV of ⁇ , so the requirements so that the weight of a wire harness can be lower to the dielectric isolation and.
  • the complexity of the cable system compared to conventional superconducting cable systems can be reduced to achieve a low cable weight.
  • the electrical insulation of the cable can be easily carried out, therefore, that the indicated total weight of the Ka ⁇ belsystems is not exceeded.
  • Compared to normal ⁇ conductive cable systems can be significantly reduced by the superconducting properties of the cross section of the actual conductor element, which in turn a lower cable weight can be achieved.
  • the vehicle according to the invention in particular an aircraft, has a power source, a consumer and an inventive according to the energy transfer system for transmitting electrical energy within the vehicle from the power source to the consumer.
  • the method for transmitting power in a vehicle, especially an aircraft comprises the steps of: generating electric power by means of the vehicle-mounted power source and over ⁇ transmission of electric current from the power source to a consumer with the aid of a power transmission device of the invention.
  • the at least one superconducting cable strand can have a beneficial ⁇ way related to its length weight of at most 0.7 kg / m.
  • This weight per cable harness can be particularly advantageously at most 0.3 kg / m, in particular at most 0.15 kg / m.
  • the weight of the terminations may lie ahead with ⁇ .
  • the related to the length of the total weight of the entire cable system can (including any terminations) ⁇ advantageous way of at most 1 kg / m, particularly advantageously at Hoechsmann ⁇ least 0.5 kg / m.
  • the cable system can also have a plurality of cable strands, for example three cable strands for the transmission of three-phase alternating current.
  • the cable system may generally comprise a current carrying capacity of at least 500 A, particularly advantageous ⁇ a current carrying capacity of at least 1000 A, in particular even GR At least 3000 A.
  • each individual cable harness can have such a high current carrying capacity.
  • Such a high current carrying capacity is advantageous to a high electric power of at least 1 MW at relatively low
  • the cable system may be designed for operation at a voltage which is below 10 kV.
  • a voltage which is below 10 kV for example, such an operating voltage of the cable system can be between 0.5 kV and 5 kV.
  • the wire harness or cable strands of such a designed cable system can / can then be correspondingly easily performed because the at least one superconducting conductor element need not be protected against voltage arcing at extremely high voltages and the electrical insulation of the cable can be carried out entspre ⁇ accordingly thin and light.
  • it can be ⁇ enough that the weight of the electrical insulation is so far below the specified total weight that the given ⁇ values for the total weight of the cable system per length are not exceeded.
  • the cable system may have at least one double-walled cryostat for cooling the superconducting conductor element to a temperature below its transition temperature. Between the two walls of the cryostat a vacuum can be formed to thermally insulate the interior of the cryostat against the external environment.
  • the cryostat can have, for example, at least one further thermal insulation element between the two walls or also adjoining inside and / or outside.
  • Cable systems which have a plurality of cable strands may have a common cryostat within which a plurality of cable strands are routed.
  • the weight of such a cable system with several cable strands can advantageously be kept particularly low.
  • each wire harness has its own surrounding cryostat.
  • the Kryostat hinder of doppelwan ⁇ ended cryostat may be formed to a majority of the longitudinal extent of the cable system as a smooth-walled pipes.
  • the smooth-walled double tube of such a cryostat may also be interrupted by one or more undulating sections.
  • the correspondingly formed with a double corrugated pipe sections can be used similar to the prior art for mechanical deformation.
  • the cryostat is formed on a part of the cable exceeds predominant length than smooth-walled cryostat from ⁇ . Due to the smoothly formed in the corresponding areas Kryostatposition a rei ⁇ poor transport of a guided inside the cryostat liquid coolant is advantageously possible, which also advantageously reduces the weight of a pumping system for the cooling circuit. Also voltage flashovers between conductor element and
  • Cryostat wall can be advantageously reduced by a smooth shape of the cryostat wall without the need for heavy dielectric isolation elements between the conductor element and the cryostat wall.
  • the proportion by weight of the double-walled cryostat on the weight of the cable system can advantageously be below 0.25 kg / m, in particular below 0.1 kg / m.
  • the cryostat walls may be formed of metallic material or at least comprise a metallic material.
  • the Kryostatstate ⁇ may be gebil ⁇ det also of a plastic material or comprise such a material.
  • the plastic may advantageously be a polyetheretherketone (PEEK).
  • the at least one superconductive conductor element may comprise a high-temperature superconducting conductor material.
  • High- Temperature superconductors are superconducting materials with a transition temperature above 25 K and in some classes of materials, such as cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature can be achieved by cooling with cryogenic materials other than liquid helium. HTS materials are particularly attractive because these materials can have very high critical current densities, depending on the choice of operating temperature, and thus for very high cable systems
  • the high temperature superconducting material may comprise magnesium diboride.
  • the conductor element can comprise magnesium diboride as the main constituent or even consist essentially of magnesium diboride.
  • Magnesium diboride has a transition temperature of about 39 K and is thus considered a high-temperature superconductor, but the transition temperature is rather low compared to other HTS materials.
  • the advantages of this material in comparison to high-temperature oxide ceramic superconductors lie in its easy and thus inexpensive manufacturability.
  • Magnesium diboride based conductors can be prepared particularly simply and favorably by aerosol deposition or by the so-called powder-in-tube process.
  • the conductive element may also include other high temperature superconducting materials in ⁇ play HTS materials of the second generation, that compounds of the type REBa 2 CU30 x (short REBCO), wherein RE represents a rare earth element or a mixture of such elements , REBCO superconductors can due to their high
  • HTS materials of the first generation for example the different variants of bismuth strontium calcium copper oxide.
  • the cable system can be designed for the transmission of alternating current.
  • the cable system may comprise a plurality of superconducting conductor elements, which are each associated with a phase of the alternating current.
  • it may be a cable for the transmission of three-phase alternating current.
  • the conductor elements, which are assigned to the respective phases, can advantageously be guided in individual cable strands.
  • a single ⁇ ner harness may be provided for each phase, which may each have two electrically separate conductors.
  • the cable strands of the individual ⁇ nen phases can, as described above, either advantageously be arranged in a common cryostat or alternatively be arranged in separate cryostat.
  • the cable system can also be designed as a cable system for DC transmission.
  • the cable system can also be designed as a cable system for DC transmission.
  • superconducting conductor elements advantageously a transfer of high electrical power at a low overall weight of the cable system.
  • For DC transmission only two electrically separated superconducting conductors are advantageously required for this purpose. Accordingly, less mass per meter of cable system for insulation elements must be used, and the cable system can be made particularly easy as a DC cable system.
  • each harness can advantageously have only a maximum of two separate superconducting conductor elements that are ne ⁇ by side and in parallel to each other.
  • each conductor layer does not consist of a multiplicity of separate conductor strands or filaments, but each electrical conductor unit is made of only one element. formed element.
  • this conductor member may be, for example, a superconducting wire, a supralei ⁇ Tenden stripline or other type of superconducting layer on a substrate. It is essential that the respective conductor element not from a plurality of individual
  • Conductor strands is composed of or consists of a strand bundle, but only consists of a superconducting body, so that the complexity of the cable construction is significantly reduced. In this way, a much simpler and easier cable system can be realized.
  • each electrically separate conductor unit is not formed by a single, but only a few conductor elements. It can involve, for example, two to four conductor elements per electrically isolated Lei ⁇ territt. In comparison with the embodiment with only one conductor element per unit of electrical conductors can be ⁇ achieved here with a higher redundancy, which still show a simple and therefore easily executed Ka ⁇ belsystem present.
  • each cable harness has only two separate conductor elements as a single conductor or as described above, a slightly larger number of up to four conductor strands per conductor unit, the two conductor units of a Ka ⁇ belstrangs can advantageously be carried side by side and parallel to each other.
  • the individual conductor unit typically extend coaxially into one another, such a construction can be constructed much simpler with a smaller number and / or mass of mechanical support elements and / or electrical insulation elements.
  • such a cable harness can be formed with a lower weight per meter than a conventional cable harness with coaxially formed conductor units.
  • a superconducting Porterele ⁇ ment can be carried by one or more support elements having at least and / or be surrounded by one or more electrical insulation elements.
  • the total weight of support elements and insulating elements can in each cable strand of the cable system advantageously at most 0.1 kg / m, particularly advantageously at most 0.05 kg / m or even at Hoechsmann ⁇ least 0.03 kg / m respectively.
  • each wire harness can in turn be assigned to one phase of an alternating current transmission system.
  • Particularly advantageous is even the Ge ⁇ total weight for support and insulation elements in the whole cable system sels within the specified value ranges. With such a low weight for the elements of the insulation and the support, the stated maximum values for the total weight per meter for the cable harness and / or the total weight per meter for the cable system can be realized particularly easily.
  • the superconducting conductor member can be cooled at least during loading ⁇ operating the cable system by a fluid coolant.
  • a coolant passage in the interior of the cable system in particular be arranged in the interior of a cryostat of the cable ⁇ system in which, for example, liquid nitrogen, liquid hydrogen or liquid helium may strö ⁇ men.
  • the at least one superconducting conductor element can be arranged within a coolant channel such that a liquid coolant can flow around it during operation of the energy transmission device. This is particularly advantageous since then the coolant can also serve for dielectric isolation in addition to the cooling ⁇ and thus less weight is caused by solid state dielectrics.
  • Liquid coolant such as liquid nitrogen, liquid helium or liquid What ⁇ serstoff have apsfestig ⁇ ness in the range of 50 kV / mm. If the at least one and in particular all the superconducting conductor elements are surrounded radially on all sides by coolant, an additional solid insulation can thus either be completely eliminated or reduced to a minimum.
  • the at least one conductor element can be seen radially in all directions from at least one 1 mm to 2 mm thick liquid keitsmantel be surrounded by coolant.
  • This liquid ⁇ coat can be substantially continuous, in which case it should not be excluded that it is interrupted by individual support elements, such as support struts, for the mechanical support tion of at least one conductor element in its interior.
  • the wire harness may generally have a circular outer cross section. But it may alternatively also deviates from this geometry outer cross-sectional shape alswei ⁇ sen.
  • a lower weight of the coolant channel is ⁇ closed coolant can be achieved with a polygonal cross-section before ⁇ part adhesive, while maintaining a predetermined minimum thickness of a liquid coat the respective gene conductor elements surrounding of at ⁇ play, at least 1 mm on all sides.
  • Liquid hydrogen is particularly advantageous ⁇ way as the coolant because it has the liquids mentioned, a particularly low specific weight, and thus contributes little to the total weight of the respective wiring harness.
  • the weight contribution of the coolant can be below 100 g / m and in some cases even below 50 g / m.
  • the weight contribution of the liquid hydrogen as the coolant may be about 35 g / m.
  • the liquid coolant may form a closed circuit via the coolant channel of the Ka ⁇ belsystems within which it reusing the refrigerant ⁇ example by means of a pump, is circulated. It can also be provided for this purpose a plurality of coolant channels within the same or inner ⁇ half different cable strands to circulate the coolant along the cable system back and forth.
  • the coolant can also advantageously be transported in only one direction along the cable system. This is particularly useful when the coolant is liquid hydrogen which is used at the end of the cable system to which it flows to generate energy.
  • the at least one superconductive conductor element can be electrically insulated by a surrounding solid-state dielectric.
  • the conductor element in particular any conductor element present, may be enveloped by an electrically insulating polymer such as, for example, extruded polyetheretherketone (PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • Such an envelope can be designed with a small layer thickness and thus correspondingly low weight contribution to the weight of the cable system.
  • the layer thickness can be below 2 mm, in particular below 1 mm.
  • the superconductive conductor element can be connected to a superconducting coil winding at at least one end of the cable system.
  • the superconducting Porterele ⁇ ment can be connected without any interruption of its coolable to a cryogenic temperature environment with such a superconducting coil winding.
  • the superconducting coil winding can either also be part of the energy transmission device, or it can alternatively be an additional electrical device, which is also arranged in the vehicle. Is essential for this execution ⁇ form that the cable system does not have to be provided lock with a terminal at the end at which the superconducting ⁇ conductive coil winding is arranged, through which an electrical connection from the cryogenically cooled superconducting provided to a warm outer conductor becomes.
  • the corresponding end of the cable is advantageously provided with a contact element for connection to the superconducting coil winding, which, like the superconducting conductor element and the superconducting coil winding, can be cooled to a cryogenic temperature.
  • the superconducting coil winding as well as the present between ⁇ existing electrical contact throughout in a cryogenic temperature range, without intervening an electrical connection element in the temperature range of the comparatively warm ambient temperature of the vehicle is ⁇ assigned .
  • This continuous cryogenic electrical connection between the conductor element of the cable system to the conductor of the coil Wick ⁇ development firstly has the advantage that the Ge ⁇ weight is saved for a costly sealing end for the connection of hot and cold conductors on this page.
  • the superconducting coil winding may be a winding of a transformer or a stator or rotor winding of a motor or generator.
  • the embodiment with a superconducting transformer winding is particularly useful when dealing with the over ⁇ tragungsvorraum a device for transmitting alternating current. Then, two such superconducting transformer windings can be provided - one at each end of the cable system - around the power to be transmitted after the
  • the transformers are also parts of the Energy Recentlytragungs oroplasty.
  • one end of the cable system may be connected to a winding of a motor or a generator. It is also possible that one end with a winding of a generator and the other end with a winding of a motor is connected ⁇ ver.
  • the generator may be part of a power source arranged on the vehicle, and / or the engine may be part of a drive system arranged on the vehicle. Particularly advantageously, then the entire electrical chain between the power source, transmission system and consumer ⁇ cher continuously cold and in particular even continuously sup ⁇ ra foid be formed. This can in principle be designed for both DC and AC transmission systems.
  • a significant advantage of such embodiments is that the weight of the transmission system can be kept low, since complex connecting elements for the connection of hot and cold conductor elements can be omitted. Furthermore, electrical and thermal losses are reduced overall.
  • direct current transmission systems such ⁇ , through superconducting ⁇ tragungskette is particularly advantageous as there is no galvanic ⁇ specific separation by transformers and / or converter is Untitled benö-.
  • the energy transfer device may generally advantageously comprise a transformer at each end of the cable system to transform the current generated by a current source to a lower voltage for transmission in the cable system and to transform the transmitted current for a consumer back to a higher voltage.
  • the transformers have sup ⁇ conducting coil windings. If this is the case, there can be a continuous, cryogenic temperature-coolable environment across the windings of the two transformers and across the cable system.
  • a cryostat of the cable system can be used continuously with the Cryostats be connected to the superconducting transformers. It can be a jointly coolable interior of these three components with a common coolant circuit vorlie ⁇ gene.
  • transforming the alternating current to be transmitted to a lower voltage for transmission is advantageous in order to transmit the electrical energy with a cable system with a lower weight.
  • a high voltage of some 10 kV or more can be transformed to a much lower voltage in the range below 10 kV. It then only a higher current must be transmitted, which is easy to reali ⁇ by a superconducting conductor element.
  • the superconducting cable system need not be designed for very high voltages, and we ⁇ iquess a wire harness can be carried out according to easily due to lower requirements for its dielectric strength. With superconducting transformer windings transforming can be implemented very easily to a favorable for the transmission of power without much extra weight accumulates for Transforma ⁇ tors.
  • a transformer having one or more superconducting windings can be formed in the majority of the winding, as a result of which its weight can be substantially lower than in the case of transformers with such cores.
  • a polyphase transformer there may be multiple superconducting windings, with each pair of windings each associated with a phase.
  • This Wicklun ⁇ gen can be arranged within a common cryostat, which also contributes to saving space and weight at ⁇ .
  • the superconducting transformers can be advantageous as in the non-prepublished DE
  • the individual superconducting windings of the transformer can be designed as ring-like windings, each with an annular opening and an axial offset in the region of the opening be.
  • a predetermined magnetic coupling of the individual phases can advantageously be achieved via these openings.
  • an additional inverter may be arranged on the side of the power source and / or on the side of the load to change a frequency of the alternating current to be transmitted or transmitted.
  • Such a converter can be arranged, for example, between the power source and the first transformer or between the second transformer and the load. Such converters can be regarded as parts of the transmission ⁇ device.
  • the vehicle with the described energy transmission device may be an aircraft, in particular an aircraft or a helicopter. In principle, however, it may also be another vehicle, that is to say a land vehicle, watercraft or spacecraft, in particular such a vehicle, in which the light weight of an electrical transmission device is important.
  • the aforementioned consumer of the vehicle may be an electric motor for driving the vehicle.
  • the vehicle may be an electrically and / or hybrid-electric powered vehicle.
  • the engine may be a
  • Actuator motor, fan motor and / or rotor motor of the electrically driven vehicle act.
  • Embodiment of the invention in a schematic cross section shows Figure 3 shows a superconducting cable harness to a third
  • Figure 4 shows a power transmission device according to a third embodiment of the invention.
  • Figure 5 shows a superconducting harness after a fourth
  • FIG. 1 shows a schematic cross section of a supralei ⁇ Tenden wire harness 5 is shown according to a first embodiment of the invention. Shown are two superconducting Lei ⁇ terimplantation 7, each comprising only one conductor strand and are not divided into further sub-conductors. These two conductor elements 7 extend adjacent and parallel to zuei ⁇ Nander inside of the wire harness 5. They are surrounded by a double walled cryostat 9, wherein the intermediate space between the outer cryostat wall 9a and the inner cryostat wall is evacuated 9b.
  • the vacuum V serves to thermally insulate the area within the cryostat against the warm external environment to maintain the superconducting conductor elements 7 at a cryogenic operating temperature below the critical temperature of the respective superconducting material.
  • a coolant channel 13 is formed in the interior of the cryostat 9, within ⁇ half of which a fluid coolant 15 can flow.
  • the cooling medium flows around ⁇ the two circuit elements 7 and can cool them so effective.
  • the two conductor elements 7 ge ⁇ against each other and electrically insulate against the inner wall 9b of the cryostat 9, they are retained by means of support elements 11 in an inner region of the coolant passage 13 at a predetermined distance.
  • the inner Kryostatwand 9a which may for example be at least 1 mm. So-acts with the gas flowing through the coolant passage 13demit ⁇ tel 15 as a dielectric and serves for the electrical insulation of the conductor members 7 and in particular to avoid voltage flashovers. As shown in Figure 1, this electrical insulation is given only by the coolant 15 and not by another solid dielectric, then the cable harness can be performed with a particularly low cable weight per cable length. Alternatively, however, the conductor elements 7 can generally also be surrounded by additional solid-state insulation (not shown here).
  • This cable harness 5 can be used in a cable system 3 to realize a power transmission device 1 according to the present invention, as will be described in the later example of FIG.
  • the cable harness 5 according to the first exemplary embodiment can in particular already form the cable system 3 of the transmission device 1 as a single strand.
  • a single cable harness can be used for DC transmission.
  • a plurality of such cable strands can be used to obtain a cable system 3 therefrom.
  • multiple cable strands can be performed as parts of a sol ⁇ chen cable system parallel to each other.
  • a three-phase alternating current can be transmitted.
  • the outer diameter of the cable strand 5 should be in the example shown at 2.5 cm, the distance of the inner Kryostatwand 9b and the outer Kryostat is 1 mm.
  • the thickness of the two cryostat walls can each be about 0.2 mm. This results in cryostat walls made of stainless steel, a weight contribution of about 250 g / m and in Kryostat ⁇ walls made of PEEK a weight contribution of only about 41 g / m for both walls 9a and 9b together.
  • This example shows clearly that the weight contribution of the Kryostatwiki, is signi ficantly ⁇ , and that, therefore, the use of a Kunststoffma- terials is particularly advantageous.
  • the use of aluminum for the cryostat walls may be advantageous to achieve a weight reduction compared to stainless steel. For the dimensions mentioned, a weight contribution of 84 g / m results for aluminum cryostat walls.
  • the weight contribution of the two conductor elements results in a conductor width of 10 mm and a conductor thickness of 0.2 mm, assuming an average density of about 8 g / cm 3 to about 32 g / m for both conductor elements 7 together.
  • the values ge ⁇ called based on typical dimensions and densities for band conductors with high temperature superconducting layers of the second generation on a metallic substrate band.
  • the weight contribution of the supporting elements 11 depends not only on the di ⁇ bridge and the material of the individual elements also on their axial distance, so the number per meter cable. In the example shown, the weight contribution of the support elements 11 should be below 30 g / m, that is to say lower than that of the conductor elements 7.
  • the support elements may advantageously be formed of plastic or at least comprise plastic as a material.
  • the weight contribution of the coolant 15 flowing in the interior of the coolant channel 13 results in the dimensions mentioned at about 380 g / m for liquid nitrogen and at only about 34 g / m for liquid hydrogen.
  • the outer diameter of the wire harness 5 may be both higher and lower than in the example given here. It is merely to be shown here as an example, as a lightweight cable through the use of beneficial ⁇ -like materials and the absence of a high volume fraction of solid dielectric strnature 5 can be realized.
  • FIG. 2 shows a schematic cross section of a supralei ⁇ Tenden wire harness 5 is shown according to a second embodiment of the invention. Shown is a cable harness 5 for the transmission of three-phase alternating current with a total of six superconducting conductor elements 7, which are each performed in pairs next to each other. Within a pair, there is a phase conductor and a return conductor. These two conductors of a pair are supported by comparatively short support members 11 against each other, while each ⁇ the pair is supported by a total of longer supporting elements 11 against the inner wall 9b of all conductor elements 7 together ⁇ the cryostat. In the interior of the cryostat, a coolant channel 13 is formed, within which the conductor elements 7 and the support elements 11 can be surrounded by fluid coolant ⁇ medium.
  • FIG. 3 shows a schematic cross section of an alternatively ⁇ ven superconducting wire harness 5 is shown, which is also designed for the transmission of three-phase alternating current.
  • a total of six superconducting conductor elements 7 are arranged in ⁇ within a common cryostat 9.
  • three conductor elements 7 acting as return conductors are arranged in the center of the inner cavity as a parallel-guided bundle, these individual return conductors being in turn supported by short support elements 11 against each other and by longer support elements 11 against the inner cryostat wall 9b.
  • the three phase conductors 7, however, are individually in radial are further outer regions of the coolant channel 13 and are each supported individually by a plurality of support members 11 against the inner Kryostatwand 9b.
  • the cable strands 5 of the second and thirdmony ⁇ game can, moreover, particularly in reference to the From ⁇ states of the conductor elements 7 to each other and to the cryostat, the coolant and the optionally present additional hard ⁇ body insulation around the conductor elements analogous to the cable ⁇ strand of the be constructed first embodiment.
  • Figure 4 shows a schematic perspective view of an energy transmission device 1 according to a fourth
  • the energy transmission ⁇ device 1 is designed for the transmission of three-phase alternating current. It has for this purpose a cable system 3, which may comprise, for example, three cable strands according to the embodiment of Figure 1 or in accordance with the embodiment of Fi gur ⁇ . 2
  • This cable system 3 is electric power generated by a generator 21 is transmitted to ei ⁇ nem motor 23rd
  • both effetssys ⁇ tem 1 and generator 21 and motor 23 are arranged on a mobile vehicle, which is not shown here in detail.
  • the generator 21 thus serves to generate three-phase alternating current with a generator voltage U G and a generator current of strength I G.
  • U G may be about 33 kV and I G about 30 A.
  • the input current is here by means of a Transformed transformer 19 down to a lower transmission voltage U T.
  • the current is trans ⁇ formed by means of another transformer 19 again.
  • the two transformers 19 shown here are each part of the transmission device 1.
  • the transmission voltage U T may be in the range of about 1 kV and the transmission current I T may be in the range of about 1 kA.
  • an electric power in the range of 1 MW can be transmitted.
  • the at least one superconducting conductor element 7 of the cable system 3 is used here in order to achieve the required high current carrying capacity for the comparatively high transmission current I A.
  • the transfer voltage U T is comparatively low, the dielektri ⁇ specific insulation of the wire harness or the cable may strands relatively easy and space-saving realized ⁇ , the so that the total weight of the cable system kept for 3 (including the refrigerant contained therein 15) according to the invention low can be.
  • the two transformers 19 of FIG. 4 may each be constructed with superconducting transformer windings 17.
  • these coils 17 can be disposed within a cryostat designed as transformers ⁇ gate housing twentieth
  • the total of six windings required for trans ⁇ formation of three-phase alternating current can be arranged within a common housing 20 ⁇ , as indicated in Figure 4.
  • the further construction of the respective transformers can be described, for example, as in the unpublished DE 102015212824.
  • the three phases and soft magnetic coupling ⁇ yoke 28 may be magnetically coupled in the end regions of the windings 17.
  • An advantage of the superconducting embodiment of the transformers 19 in connection with the present invention is that the cryostats 20 of the transformers 19 together with the at least one cryostat 9 of the cable system 5 in FIG to form a common, continuous cold environment in their interior. As is indicated in FIG. 4, these three cryostats 20 can therefore be connected over the length 1 of the cable system 5 to form a continuous cold system.
  • the superconducting conductor elements 7 of the cable system 3 to the coil windings 17 of the transformers 19 so no particular implementation in the end of the cable system 3 between cold and warm environment is necessary. The weight required in conventional cable systems for the correspondingly designed end pieces for overcoming such a temperature difference is thus saved.
  • generator 21 and motor 23 are each connected to a further connection system 25 or 27 with the respective associated transformer 19.
  • These other connection systems 25 and 27 are preferably made very short in comparison to the cable system 3, so that they accordingly little beitra ⁇ gen to the weight of the vehicle.
  • the stream can also be transmitted over normal conducting cable in the warm, especially when generator and motor have normal conducting windings.
  • the transformer; ⁇ ren can then on the side facing away from the cable system in each case 3 side sen feedthroughs for connecting the cold windings 17 with the warm connection system 25 or 27 aufwei-.
  • generator 21 and / or motor 23 may also have one or more superconducting stator windings. Then, the generator or the motor side of the transformers can be connected via continuous superconducting lines with the corresponding superconducting stator windings in a continuous cold environment. This saves the weight typically required for bushings between cold and warm environments and further reduces electrical and thermal losses.
  • Figure 5 shows a schematic longitudinal section of a supra ⁇ conductive wire harness 5 according to a fifth,sbei ⁇ game of the invention.
  • the cable cross section may be constructed as in the example of Figure 1 play as similar in ⁇ .
  • the double-walled cryostat 9 is formed into a Regionheitli ⁇ chen part of the length 1 of the harness with smooth, so unwaved Kryostat professionn 9a and 9b. In the section shown, these are the segments 33. In between, a corrugated segment 31 is arranged in the section shown. In such corrugated segments 31, the vacuum-insulated Sleeve Shirt ⁇ le on a wave-shaped profile, which increases a mechanical Flexi ⁇ stability of the line both with respect to expansion or compression than with respect to a bend in this area. In order nevertheless to achieve the lowest possible flow resistance and the lowest possible turbulence of the coolant 15 flowing in the coolant channel 13, the inside wall of the cryostat 9b may be lined internally with a smooth-walled tube insert 29 in these segments.

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Abstract

Es wird eine Energieübertragungsvorrichtung zur Übertragung von Energie innerhalb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, angegeben. Die Übertragungsvorrichtung weist ein Kabelsystem auf, welches wenigstens einen supraleitenden Kabelstrang mit wenigstens einem supraleitenden Leiterelement umfasst. Der supraleitende Kabelstrang ist dabei zur Übertragung elektrischer Energie mit einer Leistung von wenigstens 1 MW ausgelegt. Das supraleitende Kabelsystem weist ein auf seine Länge bezogenes Gewicht von höchstens 2 kg/m auf. Weiterhin wird ein Fahrzeug mit einer solchen Energieübertragungsvorrichtung sowie Verfahren zum Übertragen von Energie mit einer solchen Vorrichtung angegeben.

Description

Beschreibung
Energieübertragungsvorrichtung für ein Fahrzeug Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieübertragungs¬ vorrichtung zur Übertragung von Energie innerhalb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, mit einem Kabelsys¬ tem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einem solchen Energieübertragungssystem sowie ein Verfahren zur Übertragung von Energie in einem Fahrzeug.
Bei bekannten Fahrzeugen werden typischerweise normalleitende Kabel verwendet, um elektrische Energie von einer Stromquelle - beispielsweise einer Batterie, Brennstoffzelle oder einem Generator - innerhalb des Fahrzeugs zu einem elektrischen
Verbraucher zu übertragen. Allgemein bei Fahrzeugen und besonders bei Luftfahrzeugen ist es dabei wichtig, dass das Ge¬ wicht über die Gesamtlänge der Energieübertragungsvorrichtung möglichst niedrig bleibt, um den Energieverbrauch für den Transport des Eigengewichts des Fahrzeugs niedrig zu halten. Bei dem elektrischen Verbraucher kann es sich beispielsweise um ein oder mehrere Elemente der Bordelektrik und/oder -elek- tronik oder auch um einen elektrischen Motor zum Antrieb des Fahrzeugs handeln, insbesondere um einen Propellermotor, Fanmotor und/oder Rotormotor. Gerade bei einem Luftfahrzeug muss ein solcher Antriebsmotor oft mit einer hohen elektrischen Leistung versorgt werden. Daher müssen von einer entsprechenden Energieübertragungsvorrichtung elektrische Leistungen im Bereich zwischen 1 MW und 20 MW zwischen der we- nigstens einen Stromquelle und dem wenigstens einen Verbrau¬ cher übertragen werden können.
Um einen Stromtransport für derart hohe Leistungen zu ermög¬ lichen, kann nach dem Stand der Technik ein normalleitendes Kabel mit Kupferleitern eingesetzt werden. Der sinnvolle
Spannungsbereich solcher Kabel in Luftfahrzeugen ist sowohl aufgrund von Ionisationsvorgängen in großer Höhe als auch durch das mit der Betriebsspannung stark ansteigende Gewicht der nötigen Kabelisolation auf Werte unterhalb von etwa 2.5 kV beschränkt. Um eine Übertragungsleistung von 500 kW zu erreichen, kann beispielsweise Dreiphasenwechselstrom bei einer Betriebsspannung von 1 kV und einer Gesamtstromstärke von 500 A übertagen werden. Eine hierfür ausgelegte dreiphasige Übertragungsvorrichtung mit drei Leitersträngen kann ein Leitergewicht von circa 3, 6 kg pro Meter erreichen, beispielsweise bei Verwendung von drei kommerziell erhältlichen Kabeln des Typs RHEYWIND LV-RS (N) HXCMFOE 0,6/lkV der Firma Nexans . Für eine Übertragung der für den Antriebsmotor benötigten elektrischen Leistung können in einem Luftfahrzeug Kabellängen von mehreren 10 m, beispielsweise im Bereich von 50 m und bis zu 100 m, benötigt werden. Ein derart schweres Kabel, zu dessen Gewicht in der Übertragungsvorrichtung auch noch das Gewicht der benötigten Anschlussvorrichtungen hinzukommt, ist daher für den Einsatz in einem Luftfahrzeug unvorteilhaft.
Supraleitende Kabel sind generell geeignet, um mit einem niedrigen Leiterquerschnitt eine hohe Stromtragfähigkeit auch bei niedrigen Spannungen zu erreichen. Herkömmliche supraleitende Kabel sind jedoch typischerweise ebenfalls schwer, da zusätzlich zu den eigentlichen Leiterelementen noch Kryostat- wände, thermische Isolationselemente, Stützelemente und die¬ lektrische Isolationselemente zum Gesamtgewicht hinzukommen. Nach dem Stand der Technik weisen kommerziell erhältliche supraleitende Kabel für solche Übertragungsvorrichtungen einen doppelwandigen Kryostaten auf, dessen Wände jeweils als Wellrohr ausgebildet sind. Zwischen den beiden Wellrohren liegt dabei ein thermisch isolierender Vakuummantel und oft noch ein zusätzlicher thermischer Isolationsmantel vor. Derartige, auf einem Hochtemperatursupraleiter basierende Kabel sind beispielsweise von der Firma Nexans kommerziell erhält¬ lich. Im Inneren des inneren Wellrohrs ist hier ein Kühlmittelkanal angeordnet, innerhalb dessen zwei oder mehr Lagen von Leitersträngen geführt sind. Jeder Lage besteht dabei ty¬ pischerweise aus über 10 Einzelleitern, beispielsweise etwa 40 Einzelleiter pro Lage. Die einzelnen Lagen sind dabei konzentrisch umeinander angeordnet und durch Stützmaterialien sowie Festkörperdielektrika voneinander getrennt, um die je¬ weils angegebene Spannungsfestigkeit zu erreichen. Beispiels¬ weise werden solche hochtemperatursupraleitenden Kabel für Wechselstrom-Betriebsspannungen von 350 kV oder für Gleich- strom-Betriebsspannungen von 650 kV angeboten. Durch den beschriebenen komplexen Aufbau sind solche Kabel nicht oder nicht viel leichter als bekannte normalleitende Kabel zur Übertragung hoher elektrischer Leistungen. Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Energieübertragungs¬ vorrichtung anzugeben, welche die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll eine Energieübertragungsvorrichtung zur Verfügung gestellt werden, welche für die mobile Anwendung in Fahrzeugen besonders geeignet ist. Eine weitere Auf- gäbe ist es, ein Fahrzeug mit einer solchen Energieübertra¬ gungsvorrichtung sowie ein Verfahren zur Übertragung von Energie anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch die in Anspruch 1 beschriebene Energieübertragungsvorrichtung, das in Anspruch 13 beschriebene Fahrzeug und das in Anspruch 15 beschriebene Verfahren gelöst .
Die erfindungsgemäße Energieübertragungsvorrichtung zur Über- tragung von Energie innerhalb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs, weist ein Kabelsystem auf, welches we¬ nigstens einen supraleitenden Kabelstrang mit wenigstens einem supraleitenden Leiterelement umfasst. Das supraleitende Kabelsystem ist dabei zur Übertragung elektrischer Energie mit einer Leistung von wenigstens 1 MW ausgelegt. Das supra¬ leitende Kabelsystem weist ein auf seine Länge bezogenes Ge¬ wicht von höchstens 2 kg/m auf.
Unter dem genannten, auf die Länge des Kabelsystems bezogenen Gewicht soll dabei hier und im Folgenden allgemein das Ge¬ samtgewicht des Kabelsystems (inklusive eventuell vorhandener Endverschlüsse) geteilt durch seine Gesamtlänge verstanden werden. Bei vergleichsweise kurzen Kabelsträngen wirkt sich daher das Gewicht solcher Endverschlüsse, die beispielsweise zur Überwindung einer Temperaturdifferenz zwischen kryogener Temperatur und warmer Umgebungstemperatur eingesetzt werden, besonders stark aus. Weiterhin soll das genannte Gesamtge- wicht des Kabelsystems auch ein fluides Kühlmittel mit umfas¬ sen, welches zu einem Betrieb des Kabelsystems in einem inne¬ ren Kühlmittelkanal vorliegt.
Das erfindungsgemäße Übertragungssystem weist also einen oder mehrere supraleitende Kabelstränge auf, die so insgesamt so leicht sind, dass sie in Fahrzeugen eingesetzt werden können, ohne einen übermäßig hohen Beitrag zum Gesamtgewicht des Fahrzeugs zu leisten. Durch das supraleitende Leiterelement kann trotz des relativ geringen Gewichts eine hohe Stromtrag- fähigkeit erreicht werden, wodurch die Übertragung von Leistungen von wenigstens 1 MW, beispielsweise für einen An¬ triebsmotor des Fahrzeugs, möglich wird. Ein Kerngedanke der vorliegenden Erfindung ist es, diese Leistung bei vergleichsweise hohem Strom zu übertragen und dafür die hohe Stromtrag- fähigkeit des supraleitenden Leiterelements auszunutzen. Das Kabelsystem muss dann nicht für einen sehr hohen Spannungsbereich ausgelegt sein, sondern kann für niedrige Hochspannungen beispielsweise im Bereich von höchstens bis zu 10 kV aus¬ gelegt sein, wodurch die Anforderungen an die dielektrische Isolation und damit das Gewicht eines Kabelstrangs niedriger werden können. Es kann also die Komplexität des Kabelsystems im Vergleich zu herkömmlichen supraleitenden Kabelsystemen reduziert werden, um ein niedriges Kabelgewicht zu erreichen. Die elektrische Isolation des Kabels kann daher so leicht ausgeführt werden, dass das angegebene Gesamtgewicht des Ka¬ belsystems nicht überschritten wird. Im Vergleich zu normal¬ leitenden Kabelsystemen kann durch die supraleitenden Eigenschaften der Querschnitt des eigentlichen Leiterelements deutlich reduziert werden, wodurch auch wiederum ein niedri- geres Kabelgewicht erreicht werden kann.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug, insbesondere ein Luftfahrzeug, weist eine Stromquelle, einen Verbraucher und ein erfindungs- gemäßes Energieübertragungssystem zur Übertragung elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugs von der Stromquelle zu dem Verbraucher auf. Das Verfahren zur Übertragung von Energie in einem Fahrzeug, insbesondere einem Luftfahrzeug, weist die folgenden Schritte auf: Erzeugen von elektrischem Strom mittels einer im Fahrzeug angeordneten Stromquelle und Über¬ tragung des elektrischen Stroms von der Stromquelle zu einem Verbraucher mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsvorrichtung. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Fahr- zeugs und des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich dabei analog zu den angegebenen Vorteilen der erfindungsgemäßen Übertragungsvorrichtung .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin- dung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 13 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen der Energieübertragungsvorrichtung, des Fahrzeugs und des Verfahrens vorteil¬ haft miteinander kombiniert werden.
Der wenigstens eine supraleitende Kabelstrang kann vorteil¬ haft ein auf seine Länge bezogenes Gewicht von höchstens 0,7 kg/m aufweisen. Besonders vorteilhaft kann dieses Gewicht pro Kabelstrang bei höchstens 0,3 kg/m, insbesondere bei höchs- tens 0,15 kg/m liegen. Im Gegensatz zum genannten Gesamtgewicht des Kabelsystems soll das auf seine Länge bezogene Ge¬ wicht eines Kabelstrangs hier das Gewicht der eventuell vor¬ liegenden Endverschlüsse nicht mit einschließen. Allgemein kann das auf die Länge bezogene Gesamtgewicht des gesamten Kabelsystems (inklusive eventueller Endverschlüsse) vorteil¬ haft bei höchstens 1 kg/m, besonders vorteilhaft bei höchs¬ tens 0,5 kg/m liegen. Dabei kann das Kabelsystem auch mehrere Kabelstränge aufweisen, beispielsweise drei Kabelstränge zur Übertragung von Dreiphasenwechselstrom.
Das Kabelsystem kann allgemein eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 500 A aufweisen, besonders vorteilhaft eine Strom¬ tragfähigkeit von wenigstens 1000 A, insbesondere sogar we- nigstens 3000 A. Bei einem Kabelsystem mit mehreren Kabelsträngen kann insbesondere jeder einzelne Kabelstrang eine derart hohe Stromtragfähigkeit aufweisen. Eine solch hohe Stromtragfähigkeit ist vorteilhaft, um eine hohe elektrische Leistung von wenigstens 1 MW bei vergleichsweise geringer
Spannung im Bereich von wenigen kV zu übertragen. Beispielsweise kann dann das Kabelsystem für den Betrieb bei einer Spannung ausgelegt sein, welche unterhalb von 10 kV liegt. Beispielsweise kann eine solche Betriebsspannung des Kabel- Systems zwischen 0,5 kV und 5 kV liegen. Der Kabelstrang oder die Kabelstränge eines derart ausgelegten Kabelsystems kann/können dann entsprechend leicht ausgeführt werden, da das wenigstens eine supraleitende Leiterelement nicht gegen Spannungsüberschläge bei extrem hohen Spannungen abgesichert sein muss und die elektrische Isolation des Kabels entspre¬ chend dünn und leicht ausgeführt werden kann. So kann er¬ reicht werden, dass das Gewicht der elektrischen Isolation so weit unter dem angegebenen Gesamtgewicht liegt, dass die an¬ gegebenen Werte für das Gesamtgewicht des Kabelsystems pro Länge nicht überschritten werden.
Das Kabelsystem kann wenigstens einen doppelwandigen Kryostaten zur Kühlung des supraleitenden Leiterelements auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur aufweisen. Zwi- sehen den beiden Wänden des Kryostaten kann ein Vakuum ausgebildet werden, um das Innere des Kryostaten gegen die äußere Umgebung thermisch zu isolieren. Zusätzlich kann der Kryostat beispielsweise zwischen den beiden Wänden oder auch innen und/oder außen angrenzend wenigstens ein weiteres thermisches Isolationselement aufweisen.
Kabelsysteme, welche mehrere Kabelstränge aufweisen, können dabei einen gemeinsamen Kryostaten aufweisen, innerhalb dessen mehrere Kabelstränge geführt sind. So kann das Gewicht eines solchen Kabelsystems mit mehreren Kabelsträngen vorteilhaft besonders gering gehaltenwerden. Alternativ ist es jedoch prinzipiell auch möglich, dass jeder Kabelstrang einen eigenen, ihn umgebenden Kryostaten aufweist. Besonders vorteilhaft können die Kryostatwände des doppelwan¬ digen Kryostaten zu einem mehrheitlichen Teil der Längsausdehnung des Kabelsystems als glattwandige Rohre ausgebildet sein. Eine solche Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, um ein geringes Gewicht des Kabelsystems zu erreichen. Für Anwendungen, bei denen eine hohe mechanische Flexibilität des Kabelsystems benötigt wird, kann das glattwandige Doppelrohr eines solchen Kryostaten auch von einem oder mehreren gewellt ausgeformten Abschnitten unterbrochen sein. Die entsprechend mit einem doppelten Wellrohr ausgebildeten Teilabschnitte können ähnlich wie beim Stand der Technik für eine mechanische Verformung genutzt werden. Für das geringe Gewicht des Kabels ist es ausreichend, wenn der Kryostat auf einem über- wiegenden Teil der Kabellänge als glattwandiger Kryostat aus¬ gebildet ist. Aufgrund der in den entsprechenden Bereichen glatt ausgebildeten Kryostatwände ist vorteilhaft ein rei¬ bungsarmer Transport eines innerhalb des Kryostaten geführten flüssigen Kühlmittels möglich, was ebenfalls vorteilhaft das Gewicht eines Pumpsystems für den Kühlkreislauf reduziert. Auch Spannungsüberschläge zwischen Leiterelement und
Kryostatwand können durch eine glatte Form der Kryostatwand vorteilhaft reduziert werden, ohne dass schwere dielektrische Isolationselemente zwischen Leiterelement und Kryostatwand benötigt werden.
Allgemein kann der Gewichtsanteil des doppelwandigen Kryostaten am Gewicht des Kabelsystems vorteilhaft unterhalb von 0.25 kg/m, insbesondere unterhalb von 0.1 kg/m liegen. Die Kryostatwände können aus metallischem Material gebildet sein oder zumindest ein metallisches Material aufweisen. Alterna¬ tiv können die Kryostatwände auch aus einem Kunststoff gebil¬ det sein oder ein solches Material umfassen. Beispielsweise kann es sich bei dem Kunststoff vorteilhaft um ein Poly- etheretherketon (PEEK) handeln.
Das wenigstens eine supraleitende Leiterelement kann ein hochtemperatursupraleitendes Leitermaterial aufweisen. Hoch- temperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS-Materialien sind deshalb besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur sehr hohe kritische Stromdichten aufweisen können und somit für Kabelsysteme mit sehr hohen
Stromtragfähigkeiten geeignet sind.
Insbesondere kann das hochtemperatursupraleitende Material Magnesiumdiborid umfassen. Besonders vorteilhaft kann das Leiterelement als Hauptbestandteil Magnesiumdiborid aufweisen oder sogar im Wesentlichen aus Magnesiumdiborid bestehen. Magnesiumdiborid weist eine Sprungtemperatur von etwa 39 K auf und gilt somit als Hochtemperatur-Supraleiter, allerdings ist die Sprungtemperatur im Vergleich zu anderen HTS-Materialien eher niedrig. Die Vorteile dieses Materials im Ver- gleich zu oxidkeramischen Hochtemperatur-Supraleitern liegen bei seiner leichten und somit kostengünstigen Herstellbarkeit. Auf Magnesiumdiborid basierende Leiter können besonders einfach und günstig durch Aerosoldeposition oder durch das sogenannte Powder-in-Tube-Verfahren hergestellt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann das Leiterelement aber auch andere hochtemperatursupraleitende Materialien umfassen, bei¬ spielsweise HTS-Materialien der zweiten Generation, also Verbindungen des Typs REBa2Cu30x (kurz REBCO) , wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht. REBCO-Supraleiter können aufgrund ihrer hohen
Sprungtemperaturen auch mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden und weisen vor allem bei tieferen Temperaturen als 77 K eine besonders hohe Stromtragfähigkeit auf.
Andere vorteilhafte Materialien sind HTS-Materialien der ersten Generation, beispielsweise die verschiedenen Varianten des Bismut-Strontium-Calcium-Kupferoxids . Alternativ können auch supraleitende Pnictide zum Einsatz kommen. Aufgrund ih¬ rer eher niedrigen Sprungtemperatur kommen supraleitende Pnictide für eine Betriebstemperatur von etwa 20 bis 30 K in Frage .
Das Kabelsystem kann zur Übertragung von Wechselstrom ausgebildet sein. Hierzu kann das Kabelsystem mehrere supraleitende Leiterelemente aufweisen, die jeweils einer Phase des Wechselstroms zugeordnet sind. Insbesondere kann es sich um ein Kabel zur Übertragung von Dreiphasenwechselstrom handeln. Die Leiterelemente, die den jeweiligen Phasen zugeordnet sind, können dabei vorteilhaft in einzelnen Kabelsträngen geführt werden. Beispielsweise kann für jede Phase ein einzel¬ ner Kabelstrang vorgesehen sein, der jeweils zwei elektrisch getrennte Leiter aufweisen kann. Die Kabelstränge der einzel¬ nen Phasen können, wie oben beschrieben, entweder vorteilhaft in einem gemeinsamen Kryostaten angeordnet sein oder alternativ in separaten Kryostaten angeordnet sein.
Alternativ kann das Kabelsystem jedoch auch als Kabelsystem zur Gleichstromübertragung ausgelegt sein. Auch bei dieser Ausführungsform kann mit supraleitenden Leiterelementen vorteilhaft eine Übertragung hoher elektrischer Leistung bei insgesamt niedrigem Gewicht des Kabelsystems erreicht werden. Zur Gleichstromübertragung werden hierfür vorteilhaft sogar nur zwei elektrisch getrennte supraleitende Leiter benötigt. Entsprechend muss noch weniger Masse pro Meter Kabelystem für Isolationselemente aufgewendet werden, und das Kabelsystem kann als Gleichstrom-Kabelsystem besonders leicht ausgeführt werden .
Allgemein kann jeder Kabelstrang vorteilhaft nur höchstens zwei separate supraleitende Leiterelemente aufweisen, die ne¬ beneinander und parallel zueinander geführt sind. Im Gegen- satz zum Stand der Technik - beispielsweise den Kabeln von Nexans - besteht hier also jede Leiterlage nicht aus einer Vielzahl von separaten Leitersträngen oder -filamenten, sondern jede elektrische Leitereinheit wird aus nur einem Lei- terelement gebildet. Bei diesem Leiterelement kann es sich beispielsweise um einen supraleitenden Draht, einen supralei¬ tenden Bandleiter oder eine andere Art von supraleitender Schicht auf einem Substrat handeln. Wesentlich ist, dass das jeweilige Leiterelement nicht aus einer Vielzahl einzelner
Leiterstränge zusammengesetzt ist oder aus einem Litzenbündel besteht, sonder nur aus einem supraleitenden Körper besteht, so dass die Komplexität des Kabelaufbaus deutlich reduziert ist. Auf diese Weise kann ein deutlich einfacheres und leich- teres Kabelsystem realisiert werden.
Es sind alternativ auch andere Ausführungsformen als vorteilhaft anzusehen, bei denen jede elektrisch getrennte Leitereinheit nicht durch ein einzelnes, sondern nur wenige Leiter- elemente gebildet wird. Es kann sich dabei beispielsweise um zwei bis vier Leiterelemente pro elektrisch getrennter Lei¬ tereinheit handeln. Im Vergleich zur Ausführungsform mit nur einem Leiterelement pro elektrischer Leitereinheit kann hier¬ mit eine höhere Redundanz erreicht werden, wobei trotzdem noch ein einfaches und somit auch leicht auszuführendes Ka¬ belsystem vorliegt.
Unabhängig davon, ob jeder Kabelstrang nur zwei separate Leiterelemente als Einzelleiter oder wie vorab beschrieben, eine etwas größere Zahl von bis zu vier Leitersträngen pro Leitereinheit aufweist, können die beiden Leitereinheiten eines Ka¬ belstrangs vorteilhaft nebeneinander und parallel zueinander geführt sein. Im Unterschied zum Stand der Technik, bei denen die einzelnen Leitereinheit typischerweise koaxial ineinander verlaufen, kann ein solcher Aufbau wesentlich einfacher mit einer geringeren Anzahl und/oder Masse an mechanischen Stützelementen und/oder elektrischen Isolationselementen aufgebaut werden. Somit kann ein solcher Kabelstrang mit einem geringeren Gewicht pro Meter ausgebildet werden als ein herkömmli- eher Kabelstrang mit koaxial ausgebildeten Leitereinheiten.
Allgemein kann das wenigstens eine supraleitende Leiterele¬ ment von einem oder mehreren Stützelementen getragen werden und/oder von einem oder mehreren elektrischen Isolationselementen umgeben sein. Dabei kann das Gesamtgewicht von Stützelementen und Isolationselementen in jedem Kabelstrang des Kabelsystems vorteilhaft bei höchstens 0,1 kg/m, besonders vorteilhaft bei höchstens 0,05 kg/m oder sogar nur bei höchs¬ tens 0,03 kg/m liegen. Dabei kann wiederum jeder Kabelstrang wiederum einer Phase eines Wechselstrom-Übertragungssystems zugeordnet sein. Besonders vorteilhaft liegt sogar das Ge¬ samtgewicht für Stütz- und Isolationselemente im ganzen Ka- belsystem innerhalb der angegebenen Wertebereiche. Mit einem derart niedrigen Gewicht für die Elemente der Isolation und der Abstützung können die angegebenen vorteilhaften Höchstwerte für das Gesamtgewicht pro Meter für den Kabelstrang und/oder das Gesamtgewicht pro Meter für das Kabelsystem be- sonders einfach realisiert werden.
Das wenigstens eine supraleitende Leiterelement kann beim Be¬ trieb des Kabelsystems durch ein fluides Kühlmittel gekühlt werden. Dazu kann ein Kühlmittelkanal im Inneren des Kabel- System, insbesondere im Inneren eines Kryostaten des Kabel¬ systems angeordnet sein, in dem beispielsweise flüssiger Stickstoff, flüssiger Wasserstoff oder flüssiges Helium strö¬ men kann. Vorteilhaft kann das wenigstens eine supraleitende Leiterelement so innerhalb eines Kühlmittelkanals angeordnet sein, dass es beim Betrieb der Energieübertragungsvorrichtung von einem flüssigen Kühlmittel umströmt werden kann. Dies ist besonders vorteilhaft, da dann das Kühlmittel neben der Küh¬ lung auch zur dielektrischen Isolation dienen kann und somit weniger Gewicht durch Festkörperdielektrika verursacht wird. Flüssige Kühlmittel wie flüssiger Stickstoff, flüssiger Was¬ serstoff oder flüssiges Helium weisen eine Spannungsfestig¬ keit im Bereich von 50 kV/mm auf. Wenn das wenigstens eine und insbesondere alle supraleitenden Leiterelemente radial auf allen Seiten von Kühlmittel umgeben sind, kann somit eine zusätzliche Festkörperisolation entweder ganz entfallen oder aber auf ein Minimum reduziert werden. Beispielsweise kann das wenigstens eine Leiterelement radial gesehen in allen Richtungen von wenigstens einem 1 mm bis 2 mm dicken Flüssig- keitsmantel an Kühlmittel umgeben sein. Dieser Flüssigkeits¬ mantel kann im Wesentlichen durchgehend sein, wobei hierbei nicht ausgeschlossen sein soll, dass er von einzelnen Stützelementen, beispielsweise Stützstreben, zur mechanischen Hal- terung des wenigstens einen Leiterelements in seinem Inneren unterbrochen ist.
Der Kabelstrang kann allgemein einen kreisförmigen äußeren Querschnitt aufweisen. Er kann aber alternativ auch eine von dieser Geometrie abweichende äußere Querschnittsform aufwei¬ sen. Beispielsweise kann mit einem eckigen Querschnitt vor¬ teilhaft ein geringeres Gewicht des im Kühlmittelkanal einge¬ schlossenen Kühlmittels erreicht werden, bei gleichzeitiger Einhaltung einer vorgegebenen Mindestdicke eines die jeweili- gen Leiterelemente umgebenden Flüssigkeitsmantels von bei¬ spielsweise wenigstens 1 mm auf allen Seiten.
Flüssiger Wasserstoff ist als Kühlmittel besonders vorteil¬ haft, da es von den genannten Flüssigkeiten ein besonders niedriges spezifisches Gewicht aufweist und somit wenig zum Gesamtgewicht des jeweiligen Kabelstrangs beiträgt. So kann auch bei Kabeldurchmessern von mehreren Zentimetern der Gewichtsbeitrag des Kühlmittels unterhalb von 100 g/m und teil¬ weise sogar unterhalb von 50 g/m liegen. Beispielsweise kann bei einem Kabeldurchmesser von 2,5 cm der Gewichtsbeitrag des flüssigen Wasserstoffs als Kühlmittel bei etwa 35 g/m liegen.
Das flüssige Kühlmittel kann über den Kühlmittelkanal des Ka¬ belsystems einen geschlossenen Kreislauf ausbilden, innerhalb dessen es unter Wiederverwendung des Kühlmittels, beispiels¬ weise mittels einer Pumpe, zirkuliert wird. Es können hierzu auch mehrere Kühlmittelkanäle innerhalb desselben oder inner¬ halb unterschiedlicher Kabelstränge vorgesehen sein, um das Kühlmittel entlang des Kabelsystems hin und wieder zurück zu zirkulieren.
Alternativ kann das Kühlmittel jedoch auch vorteilhaft nur in einer Richtung entlang des Kabelsystems transportiert werden. Dies ist vor allem dann zweckmäßig, wenn es sich bei dem Kühlmittel um flüssigen Wasserstoff handelt, welcher an dem Ende des Kabelsystems, zu welchem er fließt, zur Erzeugung von Energie verwendet wird.
Alternativ oder zusätzlich zu der elektrischen Isolation durch das Kühlmittel kann das wenigstens eine supraleitende Leiterelement durch ein umgebendes Festkörperdielektrikum elektrisch isoliert sein. Beispielsweise kann das Leiterele- ment, insbesondere jedes vorhandene Leiterelement von einem elektrisch isolierenden Polymer wie zum Beispiel extrudiertem Polyetheretherketon (PEEK) umhüllt sein. Eine solche Umhüllung kann mit geringer Schichtdicke und somit entsprechend geringem Gewichtsbeitrag zum Gewicht des Kabelsystems ausge- führt werden. Beispielsweise kann die Schichtdicke unterhalb von 2 mm, insbesondere unterhalb von 1 mm liegen.
Das supraleitende Leiterelement kann an wenigstens einem Ende des Kabelsystems mit einer supraleitenden Spulenwicklung ver- bunden sein. Insbesondere kann das supraleitende Leiterele¬ ment ohne Unterbrechung seiner auf eine kryogene Temperatur kühlbaren Umgebung mit einer solchen supraleitenden Spulenwicklung verbunden sein. Die supraleitende Spulenwicklung kann dabei entweder ebenfalls Teil der Energieübertragungs- Vorrichtung sein, oder es kann sich alternativ um eine zusätzliche elektrische Vorrichtung handeln, welche ebenfalls im Fahrzeug angeordnet ist. Wesentlich für diese Ausführungs¬ form ist, dass das Kabelsystem an dem Ende, an dem die supra¬ leitende Spulenwicklung angeordnet ist, nicht mit einem End- verschluss versehen werden muss, über welchen eine elektrische Verbindung vom kryogen gekühlten Supraleiter zu einem warmen äußeren Leiter geschaffen wird. Das entsprechende Ende des Kabels ist vielmehr vorteilhaft mit einem Kontaktelement zu Verbindung mit der supraleitenden Spulenwicklung versehen, welcher ebenso wie das supraleitende Leiterelement und die supraleitende Spulenwicklung auf eine kryogene Temperatur kühlbar ist. Bei einem Betrieb der Energieübertragungsvorrichtung befindet sich also das wenigstens eine supraleitende Leiterelement, die supraleitende Spulenwicklung sowie der da¬ zwischen vorliegende elektrische Kontakt durchgehend in einem kryogenen Temperaturbereich, ohne dass dazwischen ein elektrisches Verbindungselement im Temperaturbereich der ver- gleichsweise warmen Umgebungstemperatur des Fahrzeugs ange¬ ordnet ist. Diese durchgehend kryogene elektrische Verbindung vom Leiterelement des Kabelsystems zum Leiter der Spulenwick¬ lung hat zum einen den Vorteil, dass auf dieser Seite das Ge¬ wicht für einen aufwendigen Endverschluss zur Verbindung von kaltem und warmem Leiter eingespart wird. Somit kann die
Energieübertragungsvorrichtung insgesamt leichter ausgeführt werden. Andererseits ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass durch die durchgehend kalte elektrische Verbindung die elektrischen Verluste reduziert werden. Besonders vorteilhaft kann die Verbindung zwischen Leiterelement des Kabelsystems und supraleitender Spulenwicklung sogar durchgehend supraleitend sein. Dies ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, um den Vorteil der Gewichtsersparnis zu realisieren. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das supraleitende Leiterelement an beiden Enden des Kabelsystems auf die beschriebene Weise mit einer supraleitenden Spulenwicklung verbunden ist und/oder wenn alle Leiterelemente des Kabelsystems mit einer oder meh¬ reren supraleitenden Spulenwicklungen verbunden sind. Bei der vorab beschriebenen Ausführungsform kann die supraleitende Spulenwicklung eine Wicklung eines Transformators oder eine Stator- oder Rotorwicklung eines Motors oder Generators sein. Die Ausführungsform mit einer supraleitenden Transformatorwicklung ist besonders zweckmäßig, wenn es sich bei der Über¬ tragungsvorrichtung um eine Vorrichtung zur Übertragung von Wechselstrom handelt. Dann können zwei solche supraleitende Transformatorwicklungen vorgesehen sein - eine an jedem Ende des Kabelsystems - um den zu übertragenden Strom nach der
Stromquelle auf eine für die Übertragung geeignete Spannung zu transformieren und Anschließend wieder auf eine für den Verbraucher geeignete Spannung zu transformieren. Bei dieser Ausführungsform sind die Transformatoren ebenfalls Teile der Energieübertragungs orrichtung .
Alternativ kann ein Ende des Kabelsystems mit einer Wicklung eines Motors oder eines Generators verbunden sein. Es ist auch möglich, dass ein Ende mit einer Wicklung eines Generators und das andere Ende mit einer Wicklung eines Motors ver¬ bunden ist. Der Generator kann dabei Teil einer auf dem Fahrzeug angeordneten Stromquelle sein, und/oder der Motor kann Teil eines auf dem Fahrzeug angeordneten Antriebssystems sein. Besonders vorteilhaft kann dann die ganze elektrische Kette zwischen Stromquelle, Übertragungssystem und Verbrau¬ cher durchgehend kalt und insbesondere sogar durchgehend sup¬ raleitend ausgebildet sein. Dies kann prinzipiell sowohl für Gleichstrom- als auch für Wechselstrom-Übertragungssysteme so ausgestaltet sein. Ein wesentlicher Vorteil derartiger Ausführungsformen ist, dass das Gewicht des Übertragungssystems gering gehalten werden kann, da aufwendige Verbindungselemente zur Verbindung von warmen und kalten Leiterelementen ent- fallen können. Weiterhin werden elektrische und thermische Verluste insgesamt reduziert. Bei Gleichstrom-Übertragungs¬ systemen ist eine derartige, durchgehend supraleitende Über¬ tragungskette besonders vorteilhaft, da hier keine galvani¬ sche Trennung durch Transformatoren und/oder Umrichter benö- tigt wird.
Die Energieübertragungsvorrichtung kann allgemein vorteilhaft an jedem Ende des Kabelsystems einen Transformator aufweisen, um den von einer Stromquelle erzeugten Strom zur Übertragung im Kabelsystem auf eine niedrigere Spannung zu transformieren und um den übertragenen Strom für einen Verbraucher wieder auf eine höhere Spannung zu transformieren. Dabei ist es vorteilhaft, aber nicht zwingend, wenn die Transformatoren sup¬ raleitende Spulenwicklungen aufweisen. Wenn dies der Fall ist, kann über die Wicklungen der beiden Transformatoren und über das Kabelsystem hinweg eine durchgehende, auf eine kryogene Temperatur kühlbare Umgebung vorliegen. Insbesondere kann ein Kryostat des Kabelsystems durchgehend mit den Kryostaten der supraleitenden Transformatoren verbunden sein. Es kann ein gemeinsam kühlbarer Innenraum über diese drei Komponenten mit einem gemeinsamen Kühlmittelkreislauf vorlie¬ gen .
Allgemein ist ein Transformieren des zu übertragenden Wechselstroms auf eine niedrigere Spannung zur Übertragung vor¬ teilhaft, um die elektrische Energie mit einem Kabelsystem mit niedrigerem Gewicht zu übertragen. So kann eine Hochspan- nung von einigen 10 kV oder mehr auf eine wesentlich niedrigere Spannung im Bereich unterhalb von 10 kV transformiert werden. Es muss dann nur ein höherer Strom übertragen werden, was durch ein supraleitendes Leiterelement leicht zu reali¬ sieren ist. Andererseits muss das supraleitende Kabelsystem nicht für sehr hohe Spannungen ausgelegt sein, und der we¬ nigstens eine Kabelstrang kann aufgrund der niedrigeren Anforderungen an seine Spannungsfestigkeit entsprechend leicht ausgeführt werden. Mit supraleitenden Transformatorwicklungen kann ein Transformieren auf eine für die Übertragung günstige Spannung besonders leicht realisiert werden, ohne dass für die Transforma¬ toren viel zusätzliches Gewicht anfällt. Vorteilhaft kann ein Transformator mit einer oder mehreren supraleitenden Wicklun- gen nämlich ohne weichmagnetischen Kern im überwiegenden Teil der Wicklung ausgebildet sein, wodurch sein Gewicht wesentlich niedriger sein kann als bei Transformatoren mit solchen Kernen. Bei einem Mehrphasen-Transformator können mehrere supraleitende Wicklungen vorliegen, wobei jedes Paar von Wicklungen jeweils einer Phase zugeordnet ist. Diese Wicklun¬ gen können innerhalb eines gemeinsamen Kryostaten angeordnet sein, was ebenfalls zur Einsparung von Platz und Gewicht bei¬ trägt. Allgemein können die supraleitenden Transformatoren vorteilhaft wie in der nicht vorveröffentlichten DE
102015212824 beschrieben ausgebildet sein. Insbesondere können die einzelnen supraleitenden Wicklungen des Transformators als ringartige Wicklungen mit jeweils einer Ringöffnung und einem axialen Versatz im Bereich der Öffnung ausgebildet sein. Über diese Öffnungen kann vorteilhaft eine vorgegebene magnetische Kopplung der einzelnen Phasen erreicht werden.
Optional kann auf der Seite der Stromquelle und/oder auf der Seite des Verbrauchers ein zusätzlicher Umrichter angeordnet sein, um eine Frequenz des zu übertragenden oder übertragenen Wechselstroms zu verändern. Ein solcher Umrichter kann beispielsweise zwischen Stromquelle und erstem Transformator oder zwischen zweitem Transformator und Verbraucher angeord- net sein. Solche Umrichter können als Teile der Übertragungs¬ vorrichtung angesehen werden.
Das Fahrzeug mit der beschriebenen Energieübertragungsvorrichtung kann ein Luftfahrzeug sein, insbesondere ein Flug- zeug oder ein Hubschrauber. Es kann sich jedoch prinzipiell auch um ein anderes Fahrzeug handeln, also auch ein Land-, Wasser- oder Raumfahrzeug, insbesondere solch ein Fahrzeug, bei dem es auf ein geringes Gewicht einer elektrischen Übertragungsvorrichtung ankommt.
Vorteilhaft kann es sich bei dem vorab genannten Verbraucher des Fahrzeugs um einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs handeln. Es kann sich also bei dem Fahrzeug um ein elektrisch und/oder hybridelektrisch angetriebenes Fahrzeug handeln. Insbesondere kann es sich bei dem Motor um einen
Propellermotor, Fanmotor und/oder Rotormotor des elektrisch angetriebenen Fahrzeugs handeln.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 einen supraleitenden Kabelstrang nach einem ersten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen Querschnitt zeigt,
Figur 2 einen supraleitenden Kabelstrang nach einem zweiten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen Querschnitt zeigt, Figur 3 einen supraleitenden Kabelstrang nach einem dritten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen
Querschnitt zeigt,
Figur 4 eine Energieübertragungsvorrichtung nach einem drit- ten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt und
Figur 5 einen supraleitenden Kabelstrang nach einem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung im schematischen
Längsschnitt zeigt. In Figur 1 ist ein schematischer Querschnitt eines supralei¬ tenden Kabelstrangs 5 nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Gezeigt sind zwei supraleitende Lei¬ terelemente 7, die jeweils nur einen Leiterstrang umfassen und nicht in weitere Teilleiter unterteilt sind. Diese beiden Leiterelemente 7 verlaufen nebeneinander und parallel zuei¬ nander im Inneren des Kabelstrangs 5. Sie sind von einem doppelwandigen Kryostaten 9 umgeben, wobei der Zwischenraum zwischen äußerer Kryostatwand 9a und innerer Kryostatwand 9b evakuiert ist. Das Vakuum V dient dazu, den Bereich innerhalb des Kryostaten thermisch gegen die warme äußere Umgebung zu isolieren, um die supraleitenden Leiterelemente 7 auf einer kryogene Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des jeweiligen supraleitenden Materials zu halten. Um die entsprechende Kühlung effizient zu bewirken, ist im Inneren des Kryostaten 9 ein Kühlmittelkanal 13 ausgebildet, inner¬ halb dessen ein fluides Kühlmittel 15 strömen kann. Das Kühl¬ mittel umströmt also die beiden Leiterelemente 7 und kann diese so wirksam kühlen. Um die beiden Leiterelemente 7 ge¬ geneinander und gegen die Innenwand 9b des Kryostaten 9 elektrisch zu isolieren, werden diese mittels Stützelementen 11 in einem innenliegenden Bereich des Kühlmittelkanals 13 auf einem vorgegebenen Abstand gehalten. Sie weisen also einen Mindestabstand zueinander und zur inneren Kryostatwand 9a auf, der beispielsweise bei wenigstens 1 mm liegen kann. So- mit wirkt das durch den Kühlmittelkanal 13 strömende Kühlmit¬ tel 15 als Dielektrikum und dient zur elektrischen Isolation der Leiterelemente 7 und insbesondere zur Vermeidung von Spannungsüberschlägen. Ist wie in der Figur 1 gezeigt, diese elektrische Isolation nur durch das Kühlmittel 15 und nicht durch ein weiteres Festkörperdielektrikum gegeben, dann kann der Kabelstrang mit einem besonders niedrigen Kabelgewicht pro Kabellänge ausgeführt werden. Alternativ können die Lei- terelemente 7 allgemein jedoch auch von einer hier nicht gezeigten, zusätzlichen Festkörperisolation umgeben sein.
Wesentlich für das in Figur 1 gezeigte Beispiel ist, dass durch die einfache Ausgestaltung des Kabelstrangs 5 ein ins- gesamt sehr geringes Gewicht des Kabelstrangs 5 erzielt wer¬ den kann. Dieser Kabelstrang 5 kann in einem Kabelsystem 3 eingesetzt werden, um eine Energieübertragungsvorrichtung 1 nach der vorliegenden Erfindung zu realisieren, wie im späteren Beispiel der Figur 4 beschrieben wird. Der Kabelstrang 5 nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann insbesondere bereits als einzelner Strang das Kabelsystem 3 der Übertragungsvorrichtung 1 ausbilden. Beispielsweise kann ein solcher einzelner Kabelstrang zur Gleichstromübertragung verwendet werden. Alternativ können auch mehrere derartige Kabelstränge verwen- det werden, um ein Kabelsystem 3 daraus zu erhalten. Beispielsweise können mehrere Kabelstränge als Teile eines sol¬ chen Kabelsystems parallel zueinander geführt werden. So kann mit drei solchen Kabelsträngen 5 ein Dreiphasenwechselstrom übertragen werden.
Im Folgenden werden beispielhafte Materialien und Dimensionen angegeben, um zu verdeutlichen, wie der in Fig. 1 gezeigte Kabelstrang 5 mit einem ausreichend geringen Gewicht entspre¬ chend der vorliegenden Erfindung ausgeführt werden kann:
Der Außendurchmesser des Kabelstrangs 5 soll im gezeigten Beispiel bei 2,5 cm liegen, wobei der Abstand der inneren Kryostatwand 9b und der äußeren Kryostatwand bei 1 mm liegt. Die Dicke der beiden Kryostatwände kann jeweils bei etwa 0,2 mm liegen. Hieraus ergibt sich bei Kryostatwänden aus Edelstahl ein Gewichtsbeitrag von etwa 250 g/m und bei Kryostat¬ wänden aus PEEK ein Gewichtsbeitrag von nur etwa 41 g/m für beide Wände 9a und 9b zusammen. Aus diesem Beispiel ist er- sichtlich, dass der Gewichtsbeitrag der Kryostatwände signi¬ fikant ist, und dass daher die Verwendung eines Kunststoffma- terials besonders vorteilhaft ist. Auch die Verwendung von Aluminium für die Kryostatwände kann vorteilhaft sein, um im Vergleich zu Edelstahl eine Gewichtsreduktion zu erzielen. Bei den genannten Abmessungen ergibt sich für Aluminium- kryostatwände ein Gewichtsbeitrag von 84 g/m.
Der Gewichtsbeitrag der beiden Leiterelemente ergibt sich bei einer Leiterbreite von 10 mm und einer Leiterdicke von 0,2 mm unter Annahme einer mittleren Dichte von etwa 8 g/cm3 zu ungefähr 32 g/m für beide Leiterelemente 7 zusammen. Die ge¬ nannten Werte basieren auf typischen Abmessungen und Dichten für Bandleiter mit hochtemperatursupraleitenden Schichten der zweiten Generation auf einem metallischen Substratband.
Der Gewichtsbeitrag der Stützelemente 11 hängt neben der Di¬ cke und dem Material der einzelnen Elemente auch von deren axialem Abstand, also der Anzahl pro Meter Kabel ab. Im ge- zeigten Beispiel soll der Gewichtsbeitrag der Stützelemente 11 unterhalb von 30 g/m liegen, also niedriger als der der Leiterelemente 7 sein. Die Stützelemente können vorteilhaft aus Kunststoff gebildet sein oder zumindest Kunststoff als Material umfassen.
Der Gewichtsbeitrag des im Inneren der Kühlmittelkanals 13 fließenden Kühlmittels 15 ergibt sich bei den genannten Abmessungen zu etwa 380 g/m für flüssigen Stickstoff und zu nur etwa 34 g/m für flüssigen Wasserstoff.
Je nach gewählter Kombination der genannten Materialbeispiele kann das auf die Länge bezogene Gesamtgewicht des Kabel¬ strangs 5 (ohne einen Beitrag der Endverschlüsse) also zwi¬ schen etwa 137 g/m (für PEEK-Kryostatwände und flüssigen Was- serstoff) und 692 g/m (für Edelstrahl-Kryostatwände und flüs¬ sigen Stickstoff) liegen. Die genannten Abmessungen sind selbstverständlich nur beispielhaft zu verstehen, und die Gewichtsbeiträge der einzelnen Komponenten skalieren in bekann- ter Weise mit dem Durchmesser des Kabelstrangs 5, des Kühl¬ mittelkanals 15, den Wandstärken der Kryostatwände 9a, 9b und den Abmessungen der Leiterelemente 7 sowie den Dichten der eingesetzten Materialien. Insbesondere der Außendurchmesser des Kabelstrangs 5 kann sowohl höher als auch niedriger sein als im hier angegebenen Beispiel. Es soll hier lediglich beispielhaft aufgezeigt werden, wie durch den Einsatz vorteil¬ hafter Materialien und den Verzicht auf einen hohen Volumenanteil eines Festkörperdielektrikums ein sehr leichter Kabel- sträng 5 realisiert werden kann.
In Figur 2 ist ein schematischer Querschnitt eines supralei¬ tenden Kabelstrangs 5 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Gezeigt ist ein Kabelstrang 5 zur Übertragung von Dreiphasenwechselstrom mit insgesamt sechs supraleitenden Leiterelementen 7, die jeweils paarweise nebeneinanderliegend geführt sind. Innerhalb eines Paares liegt dabei jeweils ein Phasenleiter und ein Rückleiter vor. Diese beiden Leiter eines Paares sind durch vergleichsweise kurze Stützelemente 11 gegeneinander abgestützt, während je¬ des Paar insgesamt durch längere Stützelemente 11 gegen die Innenwand 9b des alle Leiterelemente 7 gemeinsam umschließen¬ den Kryostaten abgestützt ist. Im Innenraum des Kryostaten ist ein Kühlmittelkanal 13 ausgebildet, innerhalb dessen die Leiterelemente 7 und die Stützelemente 11 von fluidem Kühl¬ mittel umspült werden können.
In Figur 3 ist ein schematischer Querschnitt eines alternati¬ ven supraleitenden Kabelstrangs 5 gezeigt, der ebenfalls zur Übertragung von Dreiphasenwechselstrom ausgelegt ist. Auch hier sind insgesamt sechs supraleitende Leiterelemente 7 in¬ nerhalb eines gemeinsamen Kryostaten 9 angeordnet. In diesem Beispiel sind drei als Rückleiter wirkenden Leiterelemente 7 als parallel geführtes Bündel im Zentrum des inneren Hohl- raums angeordnet, wobei diese einzelnen Rückleiter wiederum durch kurze Stützelemente 11 gegeneinander und durch längere Stützelemente 11 gegen die innere Kryostatwand 9b abgestützt sind. Die drei Phasenleiter 7 sind dagegen einzeln in radial weiter außenliegenden Bereichen des Kühlmittelkanals 13 angeordnet und sind jeweils einzeln durch mehrere Stützelemente 11 gegen die innere Kryostatwand 9b abgestützt. Bei dieser Anordnung ergibt sich insgesamt ein komplexeres Netz aus Stützelementen. Die in der schematischen Querschnittsdarstellung gezeigte Kreuzung verschiedener Stützelemente 11 ist in der Realität jedoch unproblematisch, da diese in axialer Richtung des Kabelstrangs 5 an unterschiedlichen Positionen geführt sein können und sich daher nicht wirklich an überlap- pender Position befinden.
Die Kabelstränge 5 des zweiten und dritten Ausführungsbei¬ spiels können im Übrigen, insbesondere im Bezug auf die Ab¬ stände der Leiterelemente 7 zueinander und zur Kryostatwand, das Kühlmittel und die optional vorhandene zusätzliche Fest¬ körperisolation um die Leiterelemente analog wie der Kabel¬ strang des ersten Ausführungsbeispiels aufgebaut sein.
Figur 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung einer Energieübertragungsvorrichtung 1 nach einem vierten
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Energieübertragungs¬ vorrichtung 1 ist zur Übertragung von Dreiphasenwechselstrom ausgebildet. Sie weist dazu ein Kabelsystem 3 auf, welches beispielsweise drei Kabelstränge gemäß dem Ausführungsbei- spiel der Figur 1 oder gemäß dem Ausführungsbeispiel der Fi¬ gur 2 umfassen kann. Über dieses Kabelsystem 3 wird elektrische Energie, die von einem Generator 21 erzeugt wird, zu ei¬ nem Motor 23 übertragen. Hierbei sind sowohl Übertragungssys¬ tem 1 als auch Generator 21 und Motor 23 auf einem mobilen Fahrzeug angeordnet, welches hier nicht näher dargestellt wird. Der Generator 21 dient also zur Erzeugung von Dreiphasenwechselstrom mit einer Generatorspannung UG und einem Generatorstrom der Stärke IG. Beispielsweise kann UG bei etwa 33 kV und IG bei etwa 30 A liegen. Diese Werte für Strom und Spannung können im gleichen Bereich liegen wie die vom Motor 23 des Fahrzeugs benötigten Werte für Strom IM und Spannung UM. Zur Übertragung mittels der Energieübertragungsvorrichtung 1 wird hier der Eingangsstrom jedoch mittels eines Transformators 19 auf eine niedrigere Übertragungsspannung UT heruntertransformiert. Nach der Übertragung wird der Strom mittels eines weiteren Transformators 19 wieder herauf trans¬ formiert. Die beiden gezeigten Transformatoren 19 sind hier jeweils Teil der Übertragungsvorrichtung 1. Beispielsweise kann die Übertragungsspannung UT im Bereich von etwa 1 kV liegen und der Übertragungsstrom IT kann im Bereich von etwa 1 kA liegen. Somit kann eine elektrische Leistung im Bereich von 1 MW übertragen werden. Das wenigstens eine supraleitende Leiterelement 7 des Kabelsystems 3 wird hierbei genutzt, um die benötigte hohe Stromtragfähigkeit für den vergleichsweise hohen Übertragungsstrom IA zu erreichen. Da die Übertragungsspannung UT vergleichsweise niedrig ist, kann die dielektri¬ sche Isolation des Kabelstrangs beziehungsweise der Kabel- stränge relativ leicht und auch platzsparend realisiert wer¬ den, so dass das Gesamtgewicht des Kabelsystems 3 (inklusive des darin enthaltenen Kühlmittels 15) erfindungsgemäß niedrig gehalten werden kann.
Die beiden Transformatoren 19 der Figur 4 können jeweils mit supraleitenden Transformatorwicklungen 17 aufgebaut sein. Um diese supraleitenden Transformatorwicklungen 17 auf einer kryogenen Betriebstemperatur zu halten, können diese Wicklungen 17 innerhalb eines als Kryostat ausgebildeten Transforma¬ torgehäuses 20 angeordnet sein. Dabei können die zur Trans¬ formation von Dreiphasenwechselstrom benötigten insgesamt sechs Wicklungen innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses 20 an¬ geordnet sein, wie in Figur 4 angedeutet. Der weitere Aufbau der jeweiligen Transformatoren kann beispielsweise wie in der nicht vorveröffentlichten DE 102015212824 beschrieben sein. So können die drei Phasen auch weichmagnetisches Kopplungs¬ joch 28 in den Endbereichen der Wicklungen 17 magnetisch gekoppelt sein. Ein Vorteil der supraleitenden Ausführungsform der Transformatoren 19 im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, dass die Kryostaten 20 der Transformatoren 19 zusammen mit dem wenigstens einen Kryostaten 9 des Kabelsystems 5 in ihrem Inneren eine gemeinsame, durchgehend kalte Umgebung ausbilden können. Diese drei Kryostaten 20 können also wie in Figur 4 angedeutet über die Länge 1 des Kabelsystems 5 hinweg zu einem durchgehend kalten System verbunden sein. Für die Übergänge zwischen den supraleitenden Leiterelementen 7 des Kabelsystems 3 zu den Spulenwicklungen 17 der Transformatoren 19 ist also insbesondere keine Durchführung im Endbereich des Kabelsystems 3 zwischen kalter und warmer Umgebung nötig. Das in herkömmlichen Kabelsystemen benötigte Gewicht für die ent- sprechend ausgeführten Endstücke für die Überwindung einer solchen Temperaturdifferenz wird also eingespart.
Im Beispiel der Figur 4 sind Generator 21 und Motor 23 jeweils mit einem weiteren Anschlusssystem 25 beziehungsweise 27 mit dem jeweiligen zugeordneten Transformator 19 verbunden. Diese weiteren Anschlusssysteme 25 und 27 sind bevorzugt sehr kurz im Vergleich zum Kabelsystem 3 ausgebildet, so dass sie entsprechend nur wenig zum Gewicht des Fahrzeugs beitra¬ gen. Hier kann der Strom auch über normalleitende Kabel im Warmen übertragen werden, vor allem dann, wenn Generator und Motor normalleitende Wicklungen aufweisen. Die Transformato¬ ren können dann auf den jeweils von dem Kabelsystem 3 abgewandten Seite Durchführungen zur Verbindung der kalten Wicklungen 17 mit dem warmen Anschlusssystem 25 oder 27 aufwei- sen.
Alternativ zu einer solchen Ausführungsform können aber auch Generator 21 und/oder Motor 23 eine oder mehrere supraleitende Statorwicklungen aufweisen. Dann kann auch die Generator- beziehungsweise die Motorseite der Transformatoren über durchgehend supraleitende Leitungen mit den entsprechenden supraleitenden Statorwicklungen in einer durchgehend kalten Umgebung verbunden sein. Dies spart das für Durchführungen zwischen kalter und warmer Umgebung typischerweise benötigte Gewicht ein und reduziert weiterhin die elektrischen sowie thermischen Verluste. Figur 5 zeigt einen schematischen Längsschnitt eines supra¬ leitenden Kabelstrangs 5 nach einem fünften Ausführungsbei¬ spiel der Erfindung. Der Kabelquerschnitt kann dabei bei¬ spielsweise ähnlich wie beim Beispiel der Figur 1 aufgebaut sein. Der doppelwandige Kryostat 9 ist zu einem mehrheitli¬ chen Teil der Länge 1 des Kabelstrangs mit glatten, also ungewellten Kryostatwänden 9a und 9b ausgebildet. Im gezeigten Ausschnitt sind dies die Segmente 33. Dazwischen ist im gezeigten Ausschnitt ein gewelltes Segment 31 angeordnet. In solchen gewellten Segmenten 31 weist die vakuumisolierte Hül¬ le ein wellenförmiges Profil auf, was eine mechanische Flexi¬ bilität der Leitung sowohl bezüglich Dehnung oder Stauchung als bezüglich einer Biegung in diesem Bereich erhöht. Um trotzdem einen möglichst niedrigen Strömungswiderstand und möglichst geringe Verwirbelungen des im Kühlmittelkanal 13 strömenden Kühlmittels 15 zu erreichen, kann die Kryostat- innenwand 9b in diesen Segmenten innen mit einem glattwandi- gen Rohreinsatz 29 ausgekleidet sein.

Claims

Patentansprüche
1. Energieübertragungsvorrichtung (1) zur Übertragung von Energie innerhalb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luft- fahrzeugs,
mit einem Kabelsystem (3) , umfassend
wenigstens einen supraleitenden Kabelstrang (5) mit wenigstens einem supraleitenden Leiterelement (7),
- wobei das supraleitende Kabelsystem (5) zur Übertragung elektrischer Energie mit einer Leistung von wenigstens 1 MW ausgelegt ist
- und wobei das supraleitende Kabelsystem (3) ein auf seine Länge (1) bezogenes Gewicht von nicht mehr als 2 kg/m auf¬ weist.
2. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach Anspruch 1, bei der ein supraleitender Kabelstrang (5) ein auf seine Länge (1) bezogenes Gewicht von nicht mehr als 0,7 kg/m aufweist und das Kabelsystem (3) ein auf seine Länge bezogenes Gewicht von nicht mehr als 1 kg/m aufweist.
3. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
- bei welcher das Kabelsystem (3) eine Stromtragfähigkeit von wenigstens 500 A aufweist
- und bei welcher das Kabelsystem (3) für den Betrieb bei ei¬ ner Übertragungsspannung (UT) ausgelegt ist, welche unterhalb von 10 kV liegt.
4. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kabelsystem (3) wenigstens einen doppelwandigen Kryostaten (9) zur Kühlung des supraleitenden Leiterelements (7) aufweist, dessen Kryostatwände (9a, 9b) zu einem mehrheitlichen Teil der Längsausdehnung (1) des Kabelsystems (3) als glattwandige Rohre ausgebildet sind.
5. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Kabelsystem (3) zur Übertra- gung von Wechselstrom ausgebildet ist und hierzu mehrere sup¬ raleitende Leiterelemente (7) aufweist, die jeweils einer Phase des Wechselstroms zugeordnet sind.
6. Energieübertragungsvorrichtung (7) nach Anspruch 5, bei der die Leiter (7) für mehrere Phasen innerhalb eines gemeinsamen doppelwandigen Kryostaten (9) angeordnet sind.
7. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, bei der jeder Kabelstrang (5) nur zwei bis höchstens sechs separate supraleitende Leiterelemente (7) aufweist, die jeweils paarweise nebeneinander und parallel zueinander geführt sind.
8. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine supraleitende Leiterelement (7) von einem oder mehreren Stützelementen (11) getragen wird und/oder von einem oder mehreren elektrischen Isolationselementen (13) umgeben ist,
wobei das Gesamtgewicht von Stützelementen (11) und Isolati¬ onselementen (13) in jedem Kabelstrang bei höchstens 0,1 kg/m liegt .
9. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorher- gehenden Ansprüche, bei der das wenigstens eine supraleitende Leiterelement (7) so innerhalb eines Kühlmittelkanals (13) angeordnet ist, dass es beim Betrieb der Vorrichtung von ei¬ nem flüssigen Kühlmittel (15) umströmt werden kann.
10. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das supraleitende Leiterelement (7) an wenigstens einem Ende des Kabelsystems (3) mit einer supraleitenden Spulenwicklung (17) verbunden ist.
11. Energieübertragungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der die supraleitende Spulenwicklung (17) eine Wicklung eines Transformators (19) oder eine Statorwicklung eines Motors (23) oder eines Generators (21) ist.
12. Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welche an jedem Ende des Kabelsystems (3) einen Transformator (19) aufweist, um den von einer Strom- quelle (21) erzeugten Strom zur Übertragung im Kabelsystem
(3) von einer ursprünglichen Spannung (UG) auf eine niedrige¬ re Spannung (UT) zu transformieren und um den übertragenen Strom für einen Verbraucher (23) wieder auf eine höhere Spannung (UM) zu transformieren.
13. Fahrzeug, insbesondere Luftfahrzeug, mit
- einer Stromquelle (21),
- einem Verbraucher (23)
- und einem Energieübertragungssystem (1) nach einem der vor- hergehenden Ansprüche zur Übertragung elektrischer Energie innerhalb des Fahrzeugs von der Stromquelle (21) zu dem Ver¬ braucher (23) .
14. Fahrzeug nach Anspruch 12, bei der der Verbraucher (23) ein Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs ist.
15. Verfahren zur Übertragung von Energie in einem Fahrzeug, insbesondere einem Luftfahrzeug, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Erzeugen von elektrischem Strom mittels einer im Fahrzeug angeordneten Stromquelle (21),
- Übertragung des elektrischen Stroms von der Stromquelle (21) zu einem Verbraucher (23) mit Hilfe einer Energieübertragungsvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
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