JP2006515980A - 回転子と超伝導性の回転子巻線とを備えた機械 - Google Patents

Abstract

本発明は、回転軸線の周りに回転可能に支えられている回転子を備え、回転子が超伝導性の回転子巻線ならびに冷却されない回転子ブロックを含み、回転子ブロックがその外側に平坦部を有し、それによってそれぞれ少なくともほぼ円弧状の横断面を有する外側範囲が構成され、それらの外側範囲において少なくとも１つのクライオスタット内に回転子巻線の少なくとも１つのコイルが引張応力を吸収する保持装置（６）に配置されている機械において、保持装置（６）の引張応力吸収が回転子ブロック（４）において平坦部（４ａ、４ｂ）の範囲（４ｃ、４ｄ）内で行われることを特徴とする。

Description

本発明は、回転軸線の周りに回転可能に支えられている回転子を備え、回転子が冷却すべきまたは冷却される超伝導性の回転子巻線ならびに冷却されない回転子ブロックを含んでいる機械に関する。回転子ブロックはその外側に平坦部を有し、それによってそれぞれ少なくともほぼ円弧状の横断面を有する外側範囲が構成され、それらの外側範囲において少なくとも１つのクライオスタット内に回転子巻線の少なくとも１つのコイルが引張応力を吸収する保持装置に配置されている。このような機械は欧州特許出願公開第１２６１１１４号明細書に記載されている。

同期電動機および同期発電機のような超伝導技術による機械では回転する超伝導性の励磁機巻線により高い電力密度、僅かな損失および他の利点が達成され得る。巻線の超伝導導体は冷却されなければならず、巻線は熱絶縁の理由から高真空絶縁されたクライオスタット内に収納されていなければならない。発生した回転モーメントは超伝導導体に作用し、また適当な伝達要素を介して熱い回転子軸に伝達されなければならない。特に大きいユニットにおいて、超伝導導体巻線に作用する遠心加速度は数１０００ｇ（ｇ＝重力加速度）である。この遠心加速度は超伝導導体材料の損傷なしに吸収されなければならない。半径方向の遠心力および方位磁気力は巻線から適当な取付手段を介して機械的に安定な回転子ブロックまたは巻線鉄心または回転子鉄心に伝達されなければならない。この鉄心は好ましくは、励磁機磁界の上昇を達成するために、鉄のような磁気的に透過性の材料から成っていてよい。

非磁性または磁性の材料から成り、巻線温度にある円筒状の回転子ブロックに直接に取付けられている巻線を有する機械の実施例は知られている（独国特許出願公開第１９９４３７８３号明細書、米国特許第４１４６８０４号明細書、国際公開第９８／０２９５３号パンフレット）。しかし、例えば発電所の発電機のような大きいユニットでは回転子ブロックは数１０トンまでの大きい冷たい質量を含んでいる。このことは長い冷却時間および加熱時間と、冷たい範囲内への高い熱流を有する熱い軸への安定な回転モーメント伝達要素と、冷たい鉄心および巻線を囲んでいる大きいクライオスタットとに起因している。

巻線の温度に冷却されない回転子ブロックを有する回転子を備えた機械も知られている（欧州特許第０８０５５４６号明細書または欧州特許第０６９０５５０号明細書を参照）。巻線はいわゆる長円形タイプであり、クライオスタット真空容器、クライオ遮蔽体および冷却材を導く冷却管と一緒に、熱い回転子鉄心にフライス加工された溝内に納められる。溝は比較的頑丈な密封要素により外部に対して密封されており、密封要素を介して巻線に作動中に作用する力が吸収され、回転子鉄心に伝達される。懸吊輪またはハニカム構造は力を巻線と遮蔽体との間および遮蔽体と回転子鉄心の密封要素との間で伝達する。端において巻線クライオスタットは回転子鉄心内の半径方向の孔を通して導かれる。巻線用の超伝導導体材料としては、１０Ｋの冷たいＨｅ気体で冷却されるＮｂ₃Ｓｎが用いられている。巻線およびクライオスタットがそれぞれの溝内にどのように構成されているかの詳細はこの従来技術から知られていない。しかし直接に溝内に巻回し組立てるのには少なからざる費用を必要とする。

冒頭に挙げられた欧州特許出願公開第１２６１１１４号明細書に記載されている機械においてもその回転子ブロックは冷却されない。この回転子ブロックは対向する長辺に平坦部を有し、それによって円筒形状に関して円弧状の横断面を有する外側範囲が構成されている。これらの外側範囲内に、冷却すべき回転子巻線の導体を受入れるための少なくとも１つのクライオスタットが位置している。端において巻線クライオスタットは回転子鉄心内の半径方向の孔を通して導かれている。組立のために回転子鉄心は３つの部分に分けて構成されている。平坦部を有する磁性鉄心は巻線を含んでいる。軸線方向に両側にボルトにより端片が置かれており、これらの端片は１つの側に巻線用の切欠きを、また外方に向いた端に回転子の軸端を保持する。これらの端片はステンレス鋼のような非磁性材料から成っていてよい。回転子ブロックを貫通して、回転子ブロックに対して熱絶縁されて、保持装置の少なくとも１つの冷たい引張要素が延びており、この引張要素によりクライオスタット、従って回転子巻線の半径方向に対向する部分が保持される。回転子巻線のこのような取付けおよび保持は費用がかかる。さらに、機械、特にその保持装置のこの構成では、作動の際および特に短絡または他の障害の際に作用する接線方向の力の吸収が十分に行われ得ない。

従って、本発明の課題は、冒頭に挙げた構成を有する機械を、巻線の組立がこの従来の技術に比べて簡単化され、それにも拘わらず大きい半径方向および方位方向の力の際にも確実な取付けが保証されているように構成することである。

この課題は本発明によれば請求項１に記載されている手段により解決される。それによれば、冒頭で述べた構成を有する機械は、保持装置の引張応力吸収が回転子ブロックにおいて平坦部の範囲内で行われるように構成されていなければならない。

この構成に結び付けられた利点は、回転子ブロックを貫通して延び、回転子ブロックに対して熱絶縁すべき冷たい引張要素が省略され得ることにある。保持装置は巻線に作動中に作用する力を主に引張力の形で冷却されない回転子ブロックに平坦部の底の範囲内で伝達する。このことと結び付いて、少なくとも１つのコイルが平らな長円形コイルまたは四角形コイルとして構成されていてよい巻線を少なくとも部分的に予め製造し得ることの他に、クライオスタットが少なくとも部分的に予め製造され、熱い回転子ブロックの側方の平坦範囲に取付けられ、またはそこで形状を補うという利点もある。回転子ブロックは巻線または保持装置の部分を受入れる細長い溝を有していない。巻線が検査のために鉄心なしで冷却かつ検査され得ると特に有利である。

本発明による機械の有利な実施態様は請求項１の従属請求項に挙げられている。請求項１による構成は従属請求項の特徴または好ましくは複数の従属請求項からの特徴と組み合わされ得る。それに応じて特に同期電動機、好ましくは同期発電機として構成された本発明による機械は追加的に下記の特徴をも有し得る。
・回転子ブロックは、磁界を強くする理由から、強磁性材料から成る回転子鉄心を含んでいてよく、またはこの鉄心から形成されていてよい。
・少なくとも１つのクライオスタットが少なくとも部分的に予め製造されていてよく、平坦部に取付けられている。クライオスタットは回転子ブロックの円筒形状を補う外側輪郭を有し得る。
・さらに、少なくとも１つのクライオスタットは少なくとも部分的に電気伝導性の良い金属から成っていてよく、それによって有利に電磁的ダンピング遮蔽体として作用する。
・好ましくは機械の保持装置は輪状および／または棒状の引張要素を有する。有利に引張要素は、冷却時にクライオスタットに比べて回転子巻線の長さ収縮を許すように構成されていてよい。
・一般に有利に、引張要素は十分な機械的な強度を有する熱絶縁性材料から成っていてよい。
・さらに、回転子巻線は電気絶縁されて、引張要素に取付けられている保持レール内に配置されていてよい。
・有利に、少なくとも１つのコイルの半径方向に測るべき巻線高さはそれぞれのコイルの超伝導導体の最大許容される合計圧力負荷が遠心力および回転子モーメント力に基づいて超過されないように選ばれている。回転子巻線の一般に複数のコイルがそれぞれ巻線室内に配置されていてよく、巻線室およびコイルの最小数は巻線室内のそれぞれのコイルの最大許容される巻線高さにより決定されている。
・さらに、回転子巻線は少なくとも１つの長方形コイルまたは少なくとも１つの長円形コイルまたは少なくとも２つの鞍形コイルを有し得る。
・長方形コイルまたは長円形コイルを有する回転子巻線は組立可能な回転子ブロックの中心部分に配置すべきであってよい。
・回転子巻線は少なくとも部分的に予め製造されていてよい。
・特に有利に、回転子巻線に軸線平行にまたは回転子巻線を通って、循環する気体状および／または液体状の冷却材用の冷却材導管が延びている。冷却材が冷却材導管内を自由（自然）対流の利用のもとに循環すると望ましい。冷却材の循環は特にサーモサイフォンループ内で行われ得る。
・複数の冷却材導管は保持装置の、特に引張要素のような部分に熱結合されている。
・機械の回転子巻線はＨＴＳ（高温超伝導）材料から成る導体により構成されていてよい。その代わりにもちろんＬＴＳ（低温超伝導）材料から成る導体も使用可能である。使用される導体は帯導体またはケーブル複合導体であってよい。

以下において本発明を好ましい実施例について図面を参照して一層詳細に説明する。
図はそれぞれ概略図を示す。
図１および図２は本発明による機械の第１の実施例を示す縦断面図および横断面図、
図３および図４はこの機械のクライオスタットを示す横断面図および縦断面図、
図５および図６は本発明による機械の種々の回転子ブロックに対するクライオスタットの別の実施例を示す図、
図７はクライオスタットを有する回転子ブロックの実施例を示す斜視図、
図８および図９は２つのクライオスタットを有する回転子ブロックの別の実施例を示す斜視図および横断面図、
図１０は２つの特別な形状のクライオスタットまたはコイルを有する回転子ブロックの他の実施例を示す図である。
図において対応する部分には同一の参照符号が付されている。

図１，２に示されている回転子では特に超伝導同期電動機または超伝導同期発電機の公知の実施例から出発される。図には機械の各部に下記の参照符号が付されている。
２： 軸線Ａの周りに回転可能に支えられた回転子全体、
３ａ，３ｂ： 回転子軸受、
４： 冷却されない鉄心から成る回転子鉄心を含む回転子ブロック、
４ａ，４ｂ： 回転子ブロックの半径上で対向する平坦部、
５： 超伝導材料、特に高Ｔｃ超伝導材料の導体を使用して予め製造された２極の回転子巻線、
６： 巻線を半径方向に懸吊または固定するための保持装置、
７： 冷却材Ｋに対する超伝導巻線に熱伝導的に結合している少なくとも１つの冷却材往流導管７ａおよび少なくとも１つの冷却材復流導管７ｂを有する冷却材導管システム、
８： 外から液体の冷却材Ｋが静止している冷却材供給導管９を介して導入され、冷却材往流導管７ａおよび冷却材復流導管７ｂに接続されている回転冷却材（集め）室、
１０： クライオスタット外壁１０ａと回転子ブロック４を囲んでいるクライオスタット内壁１０ｂとを備え、超伝導巻線５、冷却材室８ならびに冷却材供給導管９を囲んでいる回転クライオスタット、
１１： 冷却材供給導管９を囲んでいる静止真空室、
１２： 回転真空室、
１３： 静止真空室１１とこれを同心に囲んでいる回転クライオスタット外壁の部分との間に構成されているリング状の間隙シール、
１４： 強磁性流体シール、
１５： 特に冷却材供給導管９、真空室１１，１２ならびにシール１３，１４を有する公知の冷却材移送結合部。

特に図２から一層詳細に明らかなように、巻線５の１つまたは複数の超伝導性の長方形コイルが、少なくとも主に引張応力を吸収する保持装置６によりリングクライオスタットの真空絶縁されたケース内に保たれる。クライオスタットは少なくともその外側が有利にアルミニウムまたは銅のような電気伝導性の良い金属から成っており、こうして電磁的なダンピング遮蔽体として作用する。真空にされたクライオスタットケース内には公知のように、巻線５への熱導入をさらに減少させる熱放射遮蔽体および／または超絶縁体のような手段が存在していてよい。長方形コイルは、冷却材Ｋを固定部分から回転部分へ、特に冷却材集め室内に導く公知の冷却材移送結合部１５の回転部分と一緒に予め製造される。示されている実施例では回転子巻線は２極に構成されており、そのクライオスタットは回転子ブロック４の外側に平坦部４ａ，４ｂの範囲内で配置または取付けられている。そこに存在している外側範囲は全体として４ｃ，４ｄを付されている。横断面で見てそれぞれこれらの外側範囲は円形平面に関して少なくともほぼ円弧状または円錐状の平面を占める。回転子巻線の４極、６極、８極等の極数の構成に相応して２個、３個、４個等の分離した巻線クライオスタットが４個、６個、８個等の平坦部を有する熱い鉄心上に実現されている。

次に、特に図３による巻線５の実施例を説明する。

有利に、予め製造された巻線が回転子ブロックの上に、詳細には側面を平坦にされた熱い鉄心の上に取付けられる。

巻線は長円形または四角形のフラットコイルから成っている。巻線は好ましくは高Ｔｃ超伝導（ＨＴＳ）材料を有する帯状導体からまたはいわゆる"パンケーキ"１８の形のＨＴＳケーブル複合導体から製造され、巻線室１９の内側に巻線ブロックに積み重ねられている。巻線ブロックは、レール状、溝状または桶状の保持要素（以下では保持レール２１と呼ばれる）から成る１つまたは複数の並んで位置している巻線室内に、半径方向に内側に位置している側で収納されている。保持要素は特に非磁性鋼から成っていてよい。

巻回数はアンペアターンの必要な数により与えられている。それによって断面積も積"巻線高さ×全巻線幅"から決定されている。

個々の巻線室内の巻線高さは、最大回転数の際にＨＴＳ巻線に作用する遠心力および／または回転モーメント力の結果として保持レール側の表面におけるＨＴＳ導体に及ぼされる最大許容圧力により制限されている。ビスマス-銅酸化物超伝導帯の場合、遠心力は高々５０ＭＰａ、好ましくは１５ＭＰａ以下であるべきである。巻線高さから全巻線幅も生ずる。

巻線室幅は、回転モーメントが巻線に作用する際に全ての生ずる作動状態および／または欠陥状態において超伝導体巻線への方位力の結果としての合計面圧力が許容値を超過しないように定められている。ビスマス-銅酸化物超伝導帯の場合、遠心力は高々５０ＭＰａ、好ましくは１５ＭＰａ以下であるべきである。

全巻線幅および巻線高さが予め定められている場合、それから巻線室の必要な最小数が生ずる。図１〜４，７による実施例ではそれぞれ２つの巻線室を有する巻線から出発される。

保持装置６の引張要素は、好ましくは巻線室の間に構成された条帯の範囲内の保持レール２１と側部条帯とに係合する。

次に、特に図３および図４による懸吊の実施例を説明する。

両図中の図示はそれぞれの図に記入されている相応の切断線に沿う断面において生ずる。図示は尺度的には忠実でない。

引張応力を吸収する保持装置６はクライオスタットの基板２４を含んでいる。この基板２４は付属の平坦部のそれぞれの平面に対して平行に延び、巻線室１９の保持レール２１内に位置している巻線５から半径方向および接線方向の力を引張要素２２，２３を介して伝達される。この基板は一般にクライオスタット内壁１０ｂを形成する。この壁は回転子ブロックに付設された平坦部自体の範囲内に形成され、もしくは図中に示されている実施例の場合のようにブロックがそれぞれの平坦部に摩擦結合により結合されている。図３は断面図で力吸収を含めてクライオスタット１０内の巻線５を示す。

保持装置６の引張要素は好ましくは輪２２または棒２３である。それらは有利に、生ずる力を顧慮して十分な機械的強度を有するＧＦＲＰ（ガラス繊維強化プラスチック）またはＣＦＲＰ（炭素繊維強化プラスチック）のような熱伝導性の悪い材料から製造されている。さらにこれらの要素は有利に、回転子ブロックに比べて巻線の熱収縮を吸収するように、回転子軸線の方向に傾斜を許す。図４は引張要素として、懸吊要素２０ａ（冷たい）および懸吊要素２０Ｂ（熱い）内に吊下げられている輪２２を有する実施例を縦断面図で示す。

基板２４は、好ましく軸線方向に離間され回転子軸線に対して垂直に延びている台形状のリブ２４ａを有する。リブ２４ａは蟻継ぎの形に構成されており、回転子ブロック内の相応な形状の凹部２５内に嵌合し、こうしてこれらに巻線５に作用する力を伝達する。

もちろん、基板に巻線を保持する図示とは異なる実施例が力伝達のために設けられていてよい。重要なことは、懸吊が熱的に惹起される収縮をも許容するだけである。

次に、クライオスタットまたは保持装置の別の実施例を説明する。

図３によれば、リングクライオスタット１０はセグメント状の横断面を有する。リングクライオスタット１０は好ましくは伝導性の良い金属から成っており、こうして同時に磁気的ダンピング遮蔽体として作用する。

回転子ブロック４の外側輪郭ならびにクライオスタットの相応の輪郭は好ましくは、空気摩擦を最小にするために、円筒に形成されている。

図５によれば、保持装置６またはその引張要素は直接に回転子ブロック４に固定され得る。巻線範囲は、縁部を回転子ブロックの鉄と真空密に溶接され得る湾曲状の壁セグメント２６により覆われる。このようにして巻線の周りの絶縁真空の構成および保持が可能である。クライオスタット壁は非磁性であってよく、または、その溶接性を改善するために、回転子ブロックと類似または同一の磁性材料から成っていてもよい。

次に、特に図１および２による巻線冷却の実施例を説明する。

超伝導性の回転子巻線５における軸線平行な枝路に沿ってまたはこれを貫通して、好ましくは１つまたは複数のサーモサイフォンループを形成する冷却管が延びており、冷却管内を低温の冷却材Ｋが自由対流の利用のもとに循環する。巻線の導体としてＨＴＳ材料を使用する際には例えば液体ネオン（ＬＮｅ）または液体水素（ＬＨ₂）またはこれらの液体とヘリウム（Ｈｅ）との混合物が使用され得る。冷却材往流導管７ａ内の往流は軸線平行な通路として内側にまたは冷却管として保持レールに熱接触して構成されていてよい（図３参照）。冷却材復流導管７ｂ内の冷却材の熱い復流は有利に、回転の際にセルフポンプ作用を生じるように、回転軸線の近くを延びている。その復流はなかんずく、流入する熱を引張要素を介して巻線５の前で捕らえるために、引張要素２２に熱接触している。巻線端に位置している半径方向のコイル部分は例えば超伝導体に沿った熱伝導によってのみ冷却され得る。

励磁機側の端において、全てのサーモサイフォンループは、クライオスタットケース１０の真空内で回転子軸線の周りに取付けられている冷却材室８内の回転貯蔵槽内に開口する（図１参照）。この冷却材室内で冷却材Ｋの液体および気体が分離される。冷却材Ｋは、真空絶縁された冷却材供給導管９を有する公知のクライオカップリングを介して外部のクライオクーラーに連通している。

もちろん、例えば強制冷却のような他の公知の冷却形式も本発明による機械に対して応用可能である。冷却材としてヘリウム、水素またはネオンのような一相の気体を使用することも考えられる。気体は、超臨界状態にあるような高い圧力状態にあり得る。

次に、特に図２，５，６による回転子ブロック４の実施例を説明する。

図６から明らかなように回転子ブロック２７の実施例では必ずしも図２，５による実施例の場合のようにその横断面の正確な円形から出発しなくてよい。回転子ブロック２７はそれどころか有利に、所望の磁界特性"Ｂ∝ｃｏｓΦ"への一層良い近似を達成するために、別の平坦面２８の形の予め定められた形状を有し得る。具体的な形状は磁界計算から決定されるべきである。ここにもほぼ円弧状の外側範囲が存在しており、その中にクライオスタット１０が配置されている。明らかなように、本発明による機械において、外側範囲の少なくともほぼ円弧状の形状とは、この外側範囲またはクライオスタットの外側輪郭が正確に円弧状である必要がない形状としても理解される。

もちろん極数ｐ＞２も実現可能である。ここで特にｐ個のフラットな長円形コイルが固有のクライオスタットケース内で図示されているようにｐ側の回転子（基本）ブロック上の平坦範囲に取付けられており、これは特に磁界強化のために強磁性材料から成る鉄心を有することができ、または少なくとも巻線の範囲でこの材料から成っている。

次に、巻線５の巻線ヘッドの実施例を説明する。

前記のフラット巻線により構成されているような２極の回転子では、巻線端は中実の回転子ブロック４を貫通しなければならない。図７に示されている実施例のように回転子ブロックは組立可能である。例えば回転子ブロックは３分割されており、２つの円板状の正面側端片３０ａ，３０ｂと、半径方向に対向する２つの平坦部を有し巻線５を受入れる中央部分３１とを含んでいる。端片３０ａ，３０ｂを有する軸端３２ａ，３２ｂは次にそれらの例えば溝付きフランジにより、コイルクライオスタットケース１０の組立後に初めて中央部分３１に取付けられる、例えばねじ止めされる。図７にはさらに、保持レールの一緒に冷却される部分２１ａ〜２１ｄが示されており、それらにフラット巻線として構成された回転子巻線５が保持され、中央部分３１に摩擦結合により結合される。保持レール部分２１ｃ，２１ｄは軸線方向のコイル部分５ｃ，５ｄに付設され、保持レール部分２１ａ，２１ｂは半径方向のコイル部分５ａ，５ｂを巻線５の巻線ヘッド範囲内に保持する。

遠心力は半径方向の巻線部分５ａ，５ｂ内で巻線端つまり巻線ヘッドに主として引張力を発生する。巻線と回転子ブロックつまり回転子鉄心との間の軸線方向の磁気力を吸収するためにここに同じく端側の保持レールおよび引張要素が設けられている。引張力は巻線の必要に応じて機械的に強化された導体により吸収され、もしくは、巻線のコイル部分５ａ，５ｂが適当な樹脂により巻線室内に接着されているならば部分的に保持レール部分２１ａ、２１ｂにより吸収される。

図８，９は２極の回転子の代替的な実施例を示す。ここでは回転子巻線は２つの離間した部分巻線３５ａ，３５ｂに分割されており、それらはそれぞれ固有のリングクライオスタット３６ａ，３６ｂ内に位置している。これらのリングクライオスタットはここでは連続する回転子ブロック３８の軸端３２ａ，３２ｂ内の正面側切欠き３７ａ，３７ｂ内に係合する。この実施例では、図７による実施例に比べて、回転子ブロックの分割が省略され得る。

図１０は連続する回転子ブロック４１上に２つのクライオスタットを有する別の実施例を示す。この実施例では回転子巻線は図に詳細には示されていない２つの超伝導鞍形コイル４２ａ，４２ｂに分割されており、それらは相応の形状のクライオスタット４３ａ，４３ｂ内に位置している。ここでも保持レールおよび引張要素により巻線の力吸収が行われる。この実施例では帯状のＨＴＳ導体の使用の際に、しばしば最大１ｍに制限されている高いエッジを超える曲げ半径を顧慮しなければならない。

次に、具体的な実施例を説明する。
ＨＴＳ巻線を有する８３０ＭＶＡターボ発電機に対する図１による２極回転子の数値を以下に示す。
回転数 ５０／ｓ
定格回転モーメント ２４ ＭＮｍ
回転子寸法（φ×軸長さ） １１６×６３ ｍ
巻回数 ４１００
巻線への半径方向の加速度 ５５０００ ｍ2/s4
巻線高さ×幅×巻線室数 １５ｍｍ×７５ｍｍ×４
幅×厚み 保持レール ３５０ｍｍ×１５ｍｍ
半径方向の力 全巻線 ５０ ＭＮ
接線方向の力 全巻線 ４５ ＭＮ
ＨＴＳ導体への半径方向の最大圧力 ６５ ＭＰａ
ＨＴＳ導体への接線方向の圧力 ５８ ＭＰａ
ＧＦＫ引張要素の長さ ００６ ｍ
（×＝乗算記号）

本発明による機械の第１の実施例を示す縦断面図 本発明による機械の第１の実施例を示す横断面図 この機械のクライオスタットを示す横断面図 この機械のクライオスタットを示す縦断面図 本発明による機械の種々の回転子ブロックに対するクライオスタットの別の実施例を示す図 本発明による機械の種々の回転子ブロックに対するクライオスタットの別の実施例を示す図 クライオスタットを有する回転子ブロックの実施例を示す斜視図 ２つのクライオスタットを有する回転子ブロックの別の実施例を示す斜視図 ２つのクライオスタットを有する回転子ブロックの別の実施例を示す横断面図 ２つの特別な形状のクライオスタットまたはコイルを有する回転子ブロックの他の実施例を示す図

符号の説明

４ 回転子ブロック
４ａ，４ｂ 平坦部
６ 保持装置
１０ クライオスタット
１９ 巻線室
２２，２３ 引張要素

Claims (21)

1. 回転軸線の周りに回転可能に支えられている回転子を備え、回転子が超伝導性の回転子巻線ならびに冷却されない回転子ブロックを含み、回転子ブロックがその外側に平坦部を有し、それによってそれぞれ少なくともほぼ円弧状の横断面を有する外側範囲が構成され、それらの外側範囲において少なくとも１つのクライオスタット内に回転子巻線の少なくとも１つのコイルが引張応力を吸収する保持装置（６）に配置されている機械において、保持装置（６）の引張応力吸収が回転子ブロック（４）において平坦部（４ａ、４ｂ）の範囲（４ｃ、４ｄ）内で行われることを特徴とする機械。
2. 回転子ブロック（４）が強磁性材料から成る回転子鉄心を含んでいることを特徴とする請求項１記載の機械。
3. 少なくとも１つのクライオスタット（１０）が少なくとも部分的に予め製造され、平坦部（４ａ、４ｂ）に取付けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の機械。
4. 少なくとも１つのクライオスタット（１０）が回転子ブロック（４）の円筒形状を補う外側輪郭を有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の機械。
5. 少なくとも１つのクライオスタット（１０）が少なくとも部分的に電気伝導性の良い金属から成り、電磁的なダンピング遮蔽体として作用することを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の機械。
6. 保持装置（６）が輪状および／または棒状の引張要素（２２、２３）を有することを特徴とする請求項１乃至５の１つに記載の機械。
7. 引張要素（２２、２３）が、冷却時にクライオスタット（１０）に比べて回転子巻線（５）の長さ収縮を許すように構成されていることを特徴とする請求項６記載の機械。
8. 引張要素（２２、２３）が十分な機械的な強度を有する熱絶縁性材料から成ることを特徴とする請求項６又は７記載の機械。
9. 回転子巻線（５）が電気絶縁されて、引張要素（２２、２３）に取付けられている保持レール（２１；２１ａ〜２１ｄ）内に配置されていることを特徴とする請求項６乃至８の１つに記載の機械。
10. 回転子巻線（５）の少なくとも１つのコイルが、半径方向に測るべき巻線高さであって、遠心力および／または回転モーメント力に基づいてそれぞれのコイルの超伝導導体の最大許容される合計圧力負荷により制限されている巻線高さを有することを特徴とする請求項１乃至９の１つに記載の機械。
11. 回転子巻線（５）の複数のコイルがそれぞれ１つの巻線室（１９）内に配置され、巻線室（１９）および／またはコイルの最小数が巻線室のそれぞれのコイルの最大許容される巻線高さにより決定されていることを特徴とする請求項１０記載の機械。
12. 回転子巻線（５）が少なくとも１つの長方形コイルまたは少なくとも１つの長円形コイルまたは少なくとも２つの鞍形コイル（４２ａ、４２ｂ）を有することを特徴とする請求項１乃至１１の１つに記載の機械。
13. 回転子巻線（５）が組立可能な回転子ブロック（４）の中心部分（３１）に配置すべき長方形コイルまたは長円形コイルを有することを特徴とする請求項１乃至１２の１つに記載の機械。
14. 回転子巻線（５）が少なくとも部分的に予め製造されていることを特徴とする請求項１乃至１３の１つに記載の機械。
15. 回転子巻線（５）に軸線平行にまたは回転子巻線（５）を通って冷却材（Ｋ）の冷却材導管（７ａ、７ｂ）が延びていることを特徴とする請求項１乃至１４の１つに記載の機械。
16. 冷却材（Ｋ）が冷却材導管（７ａ、７ｂ）内を自由対流の利用のもとに循環することを特徴とする請求項１５記載の機械。
17. サーモサイフォンループで冷却材（Ｋ）の循環が行われることを特徴とする請求項１５又は１６記載の機械。
18. 複数の冷却材導管（７ａ、７ｂ）が保持装置（６）の部分に熱結合されていることを特徴とする請求項１５乃至１７の１つに記載の機械。
19. 回転子巻線（５）が高温超伝導材料から成る導体により構成されていることを特徴とする請求項１乃至１８の１つに記載の機械。
20. 高温超伝導の帯導体または高温超伝導のケーブル複合導体が設けられていることを特徴とする請求項１９記載の機械。
21. 同期電動機、好ましくは同期発電機として構成されていることを特徴とする請求項１乃至２０の１つに記載の機械。

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