DE2736091A1 - Umlaufende elektrische maschine mit supraleitendem rotor - Google Patents

Umlaufende elektrische maschine mit supraleitendem rotor

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Description

Umlaufende elektrische Maschine mit supraleitendem
Die Erfindung betrifft eine umlaufende oder sich drehende elektrische Maschine,wie eine dynamoelektrische Maschine,und insbesondere eine umlaufende elektrische Maschine mit einem supraleitende. ♦ Wicklungen aufweisenden Rotor, d. h. einem supraleitenden Rotor.
Im allgemeinen werden supraleitende Rotoren unter sogenannter Supraleitbedingung verwendet, in der die Feldwicklung unter einer Umgebung extren tiefer Temperatur von beispielsweise 20 K gehalten ist,derart, daß der Widerstand der Wicklung In großem Ausmaß herabgesetzt ist.
Zum Schutz dieser supraleitenden Wicklung bei der Supraleitbedingung vor dem Einfluß des Magnetflusses des Stators, und um die Umgebung extren tiefer Temperatur gegen abgestrahlte Wärme, aufrechtzuerhalten, wird ein zylindrischer Abschirmkörper um die supraleitenden Feldwicklungen vorgesehen.
68O-(1415O-H462O)-MeF
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Es ist unbedingt nötig, die supraleitenden Wicklungen gegen den Wechselmagnetfluß zu schlltzen,da die Supraleitbedingung leicht abgebrochen wird durch Eindringen eines Wechselmagnetflusses weniger Hz von der Seite des Stators.
Aus diesem Grund muß der abschirmende Körper aus einem Werkstoff ausreichend niedrigen elektrischen Widerstandes bestehen, z. Ö. aus reinem Kupfer, Silber oder Aluminium.
Diese Leiterwerkstoffe haben im allgemeinen jedoch geringe Formänderungsfestigkeit, weshalb die Gefahr besteht, daß der abschirmende Körper elastisch oder ständig verformt wird durch eine Zentrifugalkraft, wenn der Rotor mit hoher Drehzahl, beispielsweise 3600 min , gedreht wird. Um eine derartige Verformung zu vermeiden, wurde bereits versucht, einen zylindrischen Verstärkungskörper eines Werkstoffes großen Elastizitätsmoduls an der äußeren Umfangsflache des Abschirmungskörpers zu befestigen, um so letzteren Widerstandsfähig gegen die Zentrifugalkraft zu machen (vgl. z. B. US-PS 3 679 920, Fig. 1 bis 3).
Zusätzlich zur Zentrifugalkraft 1st der abschirmende Körper oder Abschirmkörper häufig einer äußerst hohen elektromagnetischen Kraft ausgesetzt, bei einem Ausfall oder einer Störung des Dynamos selbst oder in dem äußeren Leistungs- bzw. StromUbertragungssystem t die derJZentrifugalkraft Überlagert wird. Die elektrpmagnetische Kraft wird entsprechend einer Sinuskurve verteilt, wobei sich die Kurve innerhalb und außerhalb des Abschirmkörpers bewegt derart, daß /der Abschirmkörper einer Verbiegungskraft unterliegt, die dessen Verformung in einer der sinusförmigen elektromagnetischen Kraft entgegengesetzten Richtung hervorruft.
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2736Q91
Wenn deshalb ein reiner Leiterwerkstoff fllr den Abschirmkörper verwendet wird, kann der Abschirmkörper in Form eines Zylinders insgesamt verformt und insbesondere verzogen oder geknickt werden, infolge der außerordentlich starken Verformung wegen des zu geringen Elastizitätsmoduls des Werkstoffes, wie das bereits erwähnt ist.
Diese Knick- oder KrUmmungsneigung wird verringert durch Anordnen des außen vorgesehenen Verstärkungskörpers an der Innenseite des Abschirmkörpers in enger Befestigung an diesem. Der Widerstand gegen die Zentrifugalkraft wird auch hier erhöht, wenn die Befestigungsflächen der zylindrlsohen Verstärkungskörper und des Abschirmungskörpers aneinander anhaften.
Bezüglich der Verbiegungskraft wird die Dehnung oder Streckung größer proportional zum Abstand von der neutralen Faser oder Linie der Verbiegung derart, daß die maximale Dehnung oder Spannung an der Umfangsfläche des Abschirmkörpers auftritt. Diese maximale Dehnung wird erheblich, wenn der Abschirmkörper und der zylindrische Verstärkungskörper anderen Werkstoffs Übereinander angeordnet oder schichtweise angeordnet sind,da die neutrale Fläche der Biegung im Verstärkungskörper vorhanden ist, wodurch Bruchgefahr für den Abschirmkörper besteht.
Die gleiche Gefahr besteht beim Anordnen eines zylindrischen Verstärkungskörpers an der Außenumfangsfläche des Abschirmkörpers bei enger Befestigung mittels Anklebens der PaBflachen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine umiatuftmi· elektrisohe Maschine mit supraleitendem Rotor vorzusehen, bei der
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die Spannung im Abschirmkörper erheblich verringert ist. Dabei soll eine drehende elektrische Maschine mit einem supraleitendem Rotor geschaffen werden, frei der der Abschirmkörper gleichzeitig gegenüber der Zentrifugalkraft und der elektromagnetischen Kraft geschlitzt ist.
Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung eine umlaufende elektrische Maschine angegeben, bei der das Abschirmglied geringer mechanischer Festigkeit verstärkt 1st sowohl an seiner Außenseite als auch seiner Innenseite mittels jeweils vorgesehener Verstärkungskörper.
Die Erfindung betrifft also eine umlaufende .< elektrische Maschine mit einem supraleitenden Rotor,wie eine dynamoelektrische Maschine. Ein zylindrischer Abschirmkörper ist vorgesehen zum Schützen der supraleitenden Wicklung vor dem Einfluß des Magnetflusses des Stators und zum Abschirmen der von der Seite der Maschine abgestrahlten Wärme, die auf Normaltemperatur ist, um so die Umgebung der supraleitenden Wicklung auf einer äußerst tiefen Temperatur zu halten. Ein inneres Verstärkungsglied und ein äußeres Verstärkungsglied sind an der inneren bzv. der äußeren Umfangsfläohe des zylindrischen Abschirmglieds so befestigt, daß letzteres verstärkt wird. Diese Verstärkungskörper oder-glieder bewirken eine Verringerung der Spannung im Rotor, der durch die Zentrifugalkraft und die elektromagnetische Kraft während des Laufens der Maschine hervorgerufen wird, um so den Abschirmkörper gegen Brechen und/oder Verformung zu schützen.
Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten AusfUhrungsbeispiele näher erläutert. Ee zeigen:
Fig. 1 im Schnitt einen die Erfindung verwendenden supraleitenden Rotor;
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-Jf-
AA
Fig. 2 bis 4 erläuternde Darstellungen für die
Spannungsverteilung eines inneren Abschirmkörpers« der mit Verstärkungskörpern versehenJLst, beim Einsatz in einer elektrischen Maschine gemäß der Erfindung;
Fig. 5 im Schnitt den wesentlichen Teil eines anderen
inneren Abschirmkörpers, der mit Verstärkungskörpern versehen ist, gemäß der Erfindung.
In Fig. 1 ist ein supraleitender Rotor eines Wechselstromgenerators dargestellt, wobei der Rotor allgemein aus einer Rotorwelle, einer Feldwicklung 5 und einem KUhlmittelströmungsweg besteeht zum Halten der Feldwicklung 5 auf extrem tiefer Temperatur von unterhalb 20 K.
Die Rotorwelle 5 1st geteilt ausgeführt und besteht aus zwei Teilen,deren einer die Antriebswelle 1 zum übertragen eines Antriebsdrehmoments von einem Primärtriebwerk, wie einer Oasturbine, einer Dampfturbine oder einer hydraulischen Turbine, bildet, während der andere Teil eine Hohlwelle 2 bildet zum Hindurchführen des KUhlmittelkreislaufes und einer Leitung bzw. Stromleitung, wie das weiter unten näher erläutert wird.
Diese Wellen 1,2 besitzen jeweils Flanschen IF bzw. 2F an einander gegenüberliegenden Enden und liegen einander mit einem vorgegebenen Abstand oder Spalt gegenüber.
Ein Rotorbauteil 3 zum Ausbilden eines Rotors ist zur Überbrückung der Flansohe IF und 2F so vorgesehen, daß sie miteinander einstückig werden. Innerhalb des Rotor-
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bauteile 3 ist konzentrisch dazu ein Drehrohr - 4 angeordnet, das ebenfalls die Flanschen IF und 2F Überbrückt. Das Rotorbauteil 3 kann weggelassen werden, wenn das "Drehrohr · 4 eine ausreichend hohe mechanische Festigkeit hat, um selbst den Rotor zu bilden. Auf diese Weise kann das ' Drehrohr · 4 auch als Rotorbauteil Z> wirken.
Außerhalb des Drehrohrs 4 ist die Feldwicklung 5 zur Drehmomentübertragung von der Antriebswelle 1 vorgesehen. Die Umfangsfläche der Feldwicklung 5 wird durch eine unmagnetische HalterungshUlse 5H gehalten. Eine Leistungsoder Stromleitung 5L, die durch die Hohlwelle 2 führt, ist mit der Feldwicklung 5 zur Leistungs- bzw. Stromzufuhr von einer äußeren elektrischen Leistungs- oder Stromquelle verbunden.
Das Drehrohr 4 bildet innerhalb der Axiallänge der Feldwicklung 5 ein Becken 7 für das Kühlmittel mittels der Trennwände 6A und 6B. Ein Kühlmittelzufuhrrohr 8, das sich durch die Hohlwelle 2 ers treckt, besitzt ein sich im Axialteil des Kühlmittel-Beckens 7 öffnendes Ende. In den Zentralabschnitten der Trennwände 6A, 6b, die das Kühlmittel-Becken 7 bilden, öffnen sich Einlaßöffnungen IQA, 1OB von KUhlmlttelleitungen 9A, 9B, die am inneren Umfang des Drehrohre 4 an dessen beiden Endabschnitten 4a, 4b angeordnet sind.
Die KUhlmittelleitung 9a erstreckt sich weiter kontinuierlich längs der inneren Umfangsfläche des Rotorbauteils J> und ist mit einer KUhlmittelabfUhrleitung 11 verbunden zusammen mit der anderen KUhlmittelleitung 9B. Die KUhlmittelabf Uhrleitung 11 ragt durch die Hohlwelle 2 nach außerhalb des Rotors.
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- V-
Die Rotorwelle, die Feldwicklung 5 und der Kühlmittelkreislauf sind im allgemeinen wie ausgeführt aufgebaut. Zusätzlich zu dieser allgemeinen Anordnung ist, um die Feldwicklung 5 vom Einfluß des Magnetflusses von der Statorseite zu schützen und um die äußerst tiefe Temperatur um die Feldwicklung 5 gegenüber Wärmestrahlung vom Stator zu bewahren, ein zylindrischer Abschirmkörper oder ein zylindrisches Abschirmglied um die Feldwicklung 5 vorgesehen. Das Abschirmglied weist einen äußeren Abschirmkörper 12, der als elektrisches Dämpfungsglied und als elektromagnetische Hochfrequenzabschirmung wirkt und einen inneren Abschirmkörper 14 auf, der als Strahlungshitze-Schild und als elektromagnetische Niederfrequenzabschirmung wirkt. Der äußere Abschirmkörper 12 ist außerhalb des Rotorbauteils 3 in enger Anpassung daran angeordnet und ist durch einen äußeren Verstärkungskörper 13,der darum herum angepaßt ist, umgeben zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit. Der innere Abschirmkörper 14 ist innerhalb eines Ringraums zwischen der Feldwicklung 5 und dem Rotorbauteil 3 konzentrisch dazu angeordnet.
Ein äußerer und ein innerer zylindrischer Verstärkungskörper 15B bzw. 15A ist eng angepaßt an die äußere und die Innere Umfangsfläche des inneren Abschirmkörpers 14 vorgesehen.
Der Innere und der äußere Verstärkungskörper 15A, 15B sowie der innere Abschirmkörper 14 sind durch die Endabschnitte 4a 4b des Drehmoment-Rohrs 4 gehaltert mittels/fragenden Endplatten 16A, 16b.
Der supraleitende Rotor eines Dynamos gemäß der Erfindung ist in dieser Weise ausgeführt.
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Wenn auch in der Zeichnung noch nicht dargestellt, sind die Antriebswelle 1 und die Hohlwelle 2 drehbar mittels Lager gehaltert/und ist ein Stator aus einem Statorkern und einer Statorwicklung in im Statorkern vorgesehenen
Nuten so vorgesehen, daß er den äußeren Verstärkungskörper mit einem geeigneten Luftspalt dazwischen umgibt.
Im folgenden wird erläutert, wie die Feldwicklung 5 in den supraleitenden Zustand geführt wird.
Zunächst wird FlUssighelium über die KUhlmittelzufUhrleitung 8 in das Kühlmittel-Beeken 7 zugeführt. Wenn der Rotor gedreht wird, wirkt die sich ergebende Zentrifugalkraft zum Verteilen oder Spfitzen des FlUssigheliums LH über die gesamte innere Umfangsf lacht des Drehrohre 'V* wie das durch eine Zwelpunkt-Strich-Linie dargestellt ist.
Folglich wird die Feldwicklung 5 von der Innenseite des Drehrohrs 4 gekUhltyund das während des Kühl ens siedende und verdampfte Helium wird an der Mitte des Kühlmittel-Beckens 7 abgeführt. Üblicherweise ist das Dreh rohr 4 mit einer Anzahl kleiner Bohrungen versehen, die die Feldwicklung 5 erreichen, damit das FlUssighelium im Becken ein- und austreten kann, unter Ausnutzung der Zentrifugalkraft, um die Feldwicklung 5 auf eine äußerst tiefe Temperatur abzukühlen. Das an der Mitte des Kühlmittel-Beckens strömende gasförmige Heilium wird, wie das durch einen Strichpunkt-Linien-Pfeil dargestellt ist, durch die Einlaßöffnungen 10a, 10b in die Kuhlmittelleitungen 9A, 9B eingeführt, zum Kühlen des Rotorbauteils j5 und wird dann abge führt durch die KUhlmittelabfUhrleitung 11, um dann In geeigneter Weise gesammelt zu werden.
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Die Feldwicklung 5 wird auf der äußerst tiefen Temperatur gehalten durch Führen und Umwälzen des Flussigheliums In der beschriebenen Welse unter Unterbrechen von durch die Umgebung der. Feldwicklung 5 geführter bzw. geleiteter Wärme, d. h. der Antriebswelle 1, der Hohlwelle 2 und dem Drehrohr * · 4.
Das Innere des Rotorbauteils 3 wird unter Vakuum gehalten und die vom Stator abgestrahlte Wärme wird isoliert oder gedämpft durch den inneren Abschirmkörper 14.
Die KUhlmittelversorgungsleitung 8, die KUhlmittelabfUhrleltung 11 und die Stromleitung 5L werden durch die Hohlwelle 12 geführt zur Verbindung mit Jeweils zugeordneten stationären Teilen. Insbesondere sind, auch wenn das nicht dargestellt ist, die KUhlraittelzufUhrleitung 8 und die KUhlmlttelabfUhrleitung 11 mit stationären Teilen über KUhltnittelzufUhrungen und KUhlmittelabfUhrungen verbunden, während die Stromleitung 5L mit dem stationären Teil mittels eines Schleifrings verbunden ist.
Die Feldwicklung 5 wird in supraleitendem Zustand gehalten durch Zuführung und Umwälzung von Flussighelium in der beschriebenen Welse und wird dann geeignet erregt zum Starten des Generators.
Während des Laufens des Generators werden die den Rotor bildenden Bauteile/z. B. der innere Abschirmkörper 14, einer Zwangsverformung unterworfen durch die Zentrifugalkraft und die elektromagnetische Kraft. Da Jedoch der innere Abschirmkörper 14 geeignet verstärkt ist durch den zylindrischen inneren und den zylindrischen äußeren Verstärkungs-
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-i<5 -
Mo
körper 15Α, 15Β, die an dessen Innerer bzw. äußerer Umfangsflache eng angepaßt anliegen, und beispielsweise auch durch den äußeren Verstärkungskörper 15, ist der Abstand von der neutralen Biegefaser oder -fläche zur Fläche des inneren Abschirmkörpers 14 ausreichend gering gegenüber der Gesamtdicke derart,daß die Biegekraft die auf den inneren Abschirmkörper 14 infolge der magnetischen Kraft einwirkt, ausreichend gering wird.
Insbesondere ist, wie sich das aus Fig. 2 ergibt, die Mitte der Krümmung, d. h. die neutrale Fläche 14C in,bezüglich der Dicke/der Mittellinie oder Symmetrielinie des inneren Abschirmkörpers 14 angeordnet, wenn der innere und der äußere Verstärkungskörper 15A, 15B aus gleichem Werkstoff bestehen und die gleiche Dicke besitzen. Deshalb ist die Biegespannung 17 infolge der elektromagnetischen Kraft proportional zum Abstand von der Mitte 14c und Spannungen entgegengesetzter Richtungen werden beiderseits der Mitte I4c erzeugt. Dann werden Maximalwerte der Spannung 17 an den Außenflächen des inneren und des äußeren Verstärkungskörpers 15A, 15B beobachtet, die in einem Abstand L von der Blege-Mitte 14C entfernt sind. Andererseits^*!*! ,da der Abstand 1 von der Biege-Mitte 14c zu den Flächen des inneren Abschirmkörpers 14, d. h. zu den Zwischenflächen zwischen dem Abschirmkörper und den jeweiligen Verstärkungskörpern 15A, 15B ausreichend klein im Vergleioh mit de« zuvor erwähnten Abstand Ly ist,
die Biegekraft, die an der Fläche des inneren Abschirmkörpers 14 auftritt, entsprechend klein , derart, daß der innere Abschirmkörper 14 in Erheblicher Weise vor einem Zerbrechen geschlitzt wird. Selbstverständlich kann die Biegespannung 17 dadurch verringert werden, daß die Dicke des inneren Abschirmkörper 14 so klein wie möglich gemacht wird.
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-γ -
ff
Wie ausgeführt, wird der Innere Abschirmkörper 14 gegen die Zentrifugalkraft mittels des äußeren Verstärkungskörpers 15B geschützt und gegen die durch die elektromagnetische Kraft bewirkte KrUmmungs-Verformung durch den inneren Verstärkungskörper 15A. Gleichzeitig bewirken der innere Verstärkungskörper 15A und der äußere Verstärkungskörper I5B zusammen eine Verkleinerung der Biegespannung aufgrund der elektromagnetischen Kraft.
Fig. 2 zeigt einen Aufbau, der lediglich die Biegespannung berücksichtigt. Jedoch wird die Zentrifugalkraft stets ausgeübt zusätzlich zur elektromagnetischen Kraft während des Laufs des Generators.
Fig. 3 zeigt die Spannungsbedingung am inneren Abschirmkörper 14, der mit einem inneren und einem äußeren Verstärkungskörper 15A, 15B versehen 1st, infolge des AusUbens einer elektromagnetischen Kraft während des Laufens des Generators.
Selbstverständlich wird eine Zentrifugalkraft ausgeübt, um eine gleichförmige Verteilung der Umfangsspannung über den gesamten Umfang zu erreichen. Wenn die Biegespannung 17 Infolge der elektromagnetischen Kraft zu diesem gleichförmig gespannten Abschirmkörper hinzugefügt wird, überlagern sich die Spannunge|7 und 18 zur Erzeugung örtlicher Spannungen im Abschirmkörper 14 an solchen Stellen, an denen sie sich positiv addieren. Insbesondere an diesen Abschnitten wird eine Gesamtspannung I9, die die Summe der Biegespannung 17 und der Umfangsspannung 18 ist, ausgeübt bzw. angelegt. Diese Gesamtspannung I9 erreicht ihr Maximum an der Fläche des äußeren Verstärkungskörpers 15B und ihr Minimum an der Flächen des innenen Verstärkungskörpers I5A bei dem in Flg. 3 dargestellten AusfUhrungsbeispiel.
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Deshalb wird die Gesamt spannung I9C an der Fläche des inneren Abschirmkörpee 14 in Berührung mit dem äußeren Verstärkungskörper I5B außerordentlich groß im Vergleich mit der Biegespannung 17, was gegen die Zielrichtung der Erfindung wirkt, nämlich gegen die Verringerung der Spannung im inneren Abschirmkörper 14 zu deren Schutz gegenüber Zentrifugalkräften und elektromagnetischen Kräften.
In der in Fig. 3 dargestellten Spannungsverteilung wird die Biegespannung 17 in die gleiche . Richtung wie die Umfangsspannung 18 in Abschnitten oberhalb der Mitte 14C der Biegung ausgetlbt und in entgegengesetzter Richtung zur Umfangsspannung 18 in Abschnitten unterhalb der Mitte 14c der Biegung derart, daß die Gesamtspannung I9 an der Seite näher dem äußeren Verstärkungskörper I5B größer ist als an der Seite, die näher zum inneren Verstärkungskörper 15A ist. Wenn jedoch vorausgesetzt wird, daß die Biegespannung in der Gegenrichtung zur Umfangsspannung 18 in Abschnitten oberhalb der Mitte 14C wirkt und daß sie in Richtung der Umfangsspannung 18 wirkt, in Abschnitten unterhalb der Mitte 14C der Biegung, ist die Gesamtspannung I9 an der dem Inneren Verstärkungskörper I5A näheren Seite größer als an der dem äußeren Verstärkungskörper I5B näheren Seite.
Auf jeden Fall beeinflußt die Umfangsspannung 18 aufgrund der Zentrifugalkraft die Gesamtspannung I9 erheblloh.
Selbstverständlich ist dabei diese Umfangsspannung eine Zugspannung. Zur Verringerung der Sesamtspannung soll die Umfangsspannung 18 insgesamt kleingemacht werden.
Um dies zu erreichen, wird gemäß dem AusfUhrungsbeispiel der Erfindung der innere Abschirmkörper 14 einstückig mit dem inneren und dem äußeren Verstärkungskörper 15A, I5B
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gemacht mittels eines SchrumpfSitzes.
Insbesondere wird zunächst der innere Abschirmkörper auf dem inneren Verstärkungskörper 15a aufgebracht. Dann wird der äußere Verstärkungskörper I5B mit einem Innendurchmesser, der kleiner als der Außendurchmesser des inneren Abschirmkörpers 14 ist, bei hoher Temperatur angepaßt. Wenn der äußere Verstärkungskörper I5B auf Umgebungstemperatur abgekühlt wird, wird ein Schrumpfsitz erreicht, um eine Druckspannung 20 in Umfangsrlchtung im Inneren Abschirmkörper 14 zu erzeugen, wie das in Fig.4 dargestellt ist.
Wenn der Rotor unter dieser Spannungsbedingung gedreht wird, wird die Zugspannung in Umfangsrichtung (Umfangsspannung 18), die durch die Zentrifugalkraft erzeugt wird, geeignet oder erheblich negiert oder verringert durch die Druokspannung in Umfangsrichtung infolge des SchrumpfSitzes. Auf diese Weise wild die Differenzspannung 21 zwischen der Zugspannung und der Druckspannung, die zwangsweise kleiner ist als die Zugspannung l8/auf den inneren Abschirmkörper ausgeübt. Die Geeamtspannung, die die Summe der verringerten Umfangsspannung und der Biegespannung 17 gemäß Fig. 2 ist, 1st folglich geringer als die Gedamtspannung 19 gemäß Fig.
Der Schrumpfsitz selbst ist keine ausschließliche Maßnahme, sondern auch Jedes andere Verfahren 1st möglich, mit dem der innere und der äußere Verstärkungskörper I5A, I5B in enger Anpassung mit der inneren und der äußeren Umfangsflache des Inneren Abschirmkörpers 14 bringbar sind, um so eine Druokspannung 20 in Umfangsrichtung in dem inneren Abschirmkörper 14 hervorzurufen.
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- Ψ -30
Beim beschriebenen AusfUhrungsbeispiel bestehen der innere und der äußere Verstärkungskörper I5A und 15B aus dem gleichen Werkstoff und besitzen die gleiche Dicke« um die Mitte I4c der Biegung in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des inneren Abschirmkörpers 14 vorzusehen, um so die Biegespannung 17 herabzusetzen. Insoweit die Mitte 14c der Biegung in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des inneren Abschirmkörpers 14 angeordnet ist, sind auf diese Weise der Werkstoff und die Dioken des inneren und des äußeren Verstärkungskörpers I5A, I5B optimal ausgewählt.
Gleichzeitig kann eine erhöhte Festigkeit gegenüber KrUmmung oder Biegung erreicht werden durch Verbinden der Verbindungsflächen des inneren Abschirmkörpers 14 und der jeweiligen Verstärkungskörper I3A bzw. I5B mittels Lochschweiflung oder Lötung.
Bei dem erwähnten Schrumpfsitz wird die Anpassungsarbeit erleichtert durch axiales Unterteilen des äußeren Verstärkungskörpers I5B* wenn dessen Länge groß ist. Es ist jedoch nicht zweckmäßig den inneren Verstärkungskörper 15A zu unterteilen, da er dem Drehmoment widerstehen muß, das auf den inneren Abschirmkörper 14 während der Übergangszeit ausgeübt wird.
Als Werkstoff für den inneren Abschirmkörper 14 wird saueratoflfreies Kupfer mit relativ großer Formänderungsfestigkeit und ausreichend geringem elektrischen Widerstand bei der äußerst tiefen Temperatur von unter 40 K vorzugsweise verwendet.
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Andererseits wird As Werkstoff fUr den inneren und den äußeren Verstärkungskörper 15A und I5B unmagnetischer Stahl wie rostfreier Sta^hl,hoher Formänderungsfestigkeit und geringen Widerstands , was geeignet ist, um magnetische Sättigung zu erreichen, im magnetischen Feld, das durch die Feldwicklung 5 gebildet ist, vorzugsweise verwendet.
Faserverstärkte Kunststoffe werden wirksam zum Tragen des inneren Abschirmkörpers 14 verwendet wegen dessen geringen spezifischen Gewichts und großen Elastizitätsmoduls, was eine geringe Biegung infolge derpentrifugalkraft sicherstellt.
Schließlich kann der äußere Verstärkungskörper I5B aus einem Draht oder einem Gewebe bestehen, das um den inneren Abschirmkörper 14 gewickelt ist.
Die Erfindung wurde anhand eines besonderen AusfUhrungsbeispiels erläutert,bei dem ein verstärkter innerer Abschirmkörper 14 verwendet worden ist, wobei jedoch eine vergleichbare oder ähnliche Verstärkung auch bei dem äußeren Abschirmkörper 12 verwendet werden kann.
Zum Verstärken des äußeren Abschirmkörpers 12, wird, wenn das Rotorbauteil 3 wie in Fig. 1 verwendet werden soll, das Rotorbauteil 3 so verwendet, daß es als innerer Verstärkungskörper wirkt, während ein äußerer Verstärkungskörper 13 eng angepaßt ist. um den äußeren Abschirmkörper
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Schließlich 1st die Erfindung nicht nur auf den beschriebenen Aufbau mit doppelter Abschirmung anwendbar, sondern auch auf einen solchen mit einfacher Abschirmung, bei dem der Abschirmkörper lediglich außerhalb der Feldwicklung 3 vorgesehen ist.
Gemäß der Erfindung wird also ein Abschirmkörper geringer mechanischer Festigkeit verstärkt an seiner Außen- und seiner Innenseite durch jeweils vorgesehene Verstärkungskörper. Dadurch wird die Spannung im Abschirmkörper infolge der Zentrifugalkraft und der elektromagnetischen Kraft erheblich verringert, um so eine Verformung und/oder ein Brechen des Abschirmkörpers zu vermeiden.
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L β e r s β i t

Claims (1)

  1. Ansprüche
    f lJtJmlaufende elektrische Maschine mit einem supraleitenden liotor, der einen zylindrischen Abschirmkörper aufweist, gekennzeichnet durch
    einen inneren und einen äußeren Verstärkungskörper (15A, 15B; 5, 13), der eng angepaßt ist an dem Abschirmkörper (14; 12) an dessen innerer bzw. äußerer Umfangsfläche.
    2. Maschine nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskörper (15A, 15B) so eng an den Abschirmkörper (14) angepaßt sind, daß eine Druckspannung (20) in Umfangsrichtung im Abschirmkörper (14) erzeugt ist.
    3. Naschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskörper (15A, 15B) so eng angepaßt sind an den Abschirmkörper (14), daß die Biegemitte (14C) in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des Abschirmkörpers (14) angeordnet 1st.
    4. Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,daß die Verstärkungskörper (15A, 15B) so eng an den Abschirmkörper (14) angepaßt sind, daß eine Druckspannung in Umfangsriohtung in dem Abschirmkörper (14) erzeugt ist.
    5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskörper (I5A, 15B) aus einem nlchtmagnetIschen Werkstoff bestehen.
    6. /lfBla*f«nAe elektrische Maschine mit einem supraleitenden Elektromotor, der konzentrisch angeordnet ein inneres und ein äußeres Abschirmglied aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    ORIGINAL INSPECTED
    daß die Verstärkungskörper (15A, 15B; 3, 13) eng angepaßt sind an den inneren und den äußeren Umfangen von zumindest dem Inneren der Abschirmkörper (14, 12).
    7· Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,daß die Verstärkungsglieder so eng angepaßt sind,daß die Biegemitte (l4c) in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des inneren Abschirmkörpers angeordnet ist.
    8. Maschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl der innere als auch der äußere Abschirmkörper an der jeweiligen inneren und äußeren Urafangsfläche mit dem inneren und dem äußeren Vers tärkungs körper (15A, 15B; 3* 13) versehen sind.
    9. Umlaufende elektrische Maschine,
    gekennzeichnet durch,
    ein zwischen zwei beabstandeten sich gegenüberliegenden Wellen (1, 2) verbundenes Drehrohr (4), eine Feldwicklung (5)* die am Außenumfang des Drehrohrs (4) getragen ist, einen zylindischen Abschirmkörper (14), der die Feldwicklung (3) umgibt und an seiner Innen- und seiner Außenfläche mit jeweils Verstärkungskörpern versehen ist,und einen KUhlmlttelkreis um die Feldwicklung (5).
    10. Maschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,daß ein weiterer zylindrischer Abschirmkörper (12) um den zylindrischen Abschirmkörper (14) konzentrisch dazu angeordnet ist, wobei dieser weitere Abschirmkörper (12) ebenfalls mit den beiden Wellen (1, 2) In Verbindung^tent.
    11. Umlaufende', elektrische Maschine mit einem supraleitenden Rotor einschließlich eines zwischen zwei beabstandeten und sich gegenüberliegenden Wellen vorgesehenen Drehrohrs, einer auf dem Außenumfang des Drehrohre getragenen Feldwicklung, einem zylindrischen Abschirmkörper, der die Feldwicklung umgibt und einem KUhlmittelkreis um die Feldwicklung, gekennzeichnet durch einen äußeren und einen inneren Verstärkungskörper in enger Anpassung an den äußeren bzw. inneren Umfang des Abschirmkörpers.
    12. Umlaufende, elektrische Maschine mit einem supraleitenden Rotor, gekennzeichnet durch zwei voneinander beabstandete und einander gegenüberliegende Wellen mit jeweils Flanschen an ihren eich gegenüberliegenden Enden, einem die Flanschen verbindenden Drehrohr, eine von dem Außenutnfang des Drehrohrs getragenen Feldwicklung, einen zylindrischen inneren Abschirmkörper, der die Feldwicklung umgibt und an seiner Innen- und seiner Außenumfangsfläche jeweils mit eng angepaßten Verstärkungskörpern versehen ist, einen zylindrischen Rotorbauteil, deijum den inneren Abschirmkörper vorgesehen 1st und die beiden Flanschen verbindet, und einen KUhlmittelkreis um die Feldwicklung.
    13· Maschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,daß die Verstärkungskörper eng angepaßt sind an den inneren Abschirmkörper, um so eine Druckspannung im inneren Abschirmkörper in Umfangsrichtung zu erzeugen.
    14. Masohine nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Veretärkungsgllader so eng angepaßt sind, um die Biegemitte (14C) in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des inneren Abschirmkörpers torzusehen.
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    15· Maschine mich Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet« daß die Verstärkungskörper aus nichtmagnetischem Werkstoff bestehen.
    16. , Umlaufende elektrische Maschine mit supraleitendem Rotor,
    gekennzeichnet durch
    eine einen Flansch aufweisende Antriebswelle zur Verbindung mit einer Primär-Antriebseinrichtung,
    eine der Antriebswelle mit einem vorgegebenen Spalt gegenüberliegende Hohlwelle, mit einem dem Flansch der Antriebswelle gegenüberliegenden Flansch, ein. Drehrohr, das die Flanschen überbrückt,
    eine am Außenumfang des Drehrohrs vorgesehene Feldwicklung,
    eine niehtmagnetische Halte-HUlse zum Haltern der gesamten Umfangsfläche der Feldwicklung,
    ein innerhalb des Drehrohrs gebildetes Kühlmittel-Becken,
    eine KühlmitteU^ufUhrleitung zur Zufuhr des Kühlmittels zum Kühlmittel-Becken durch die Hohlwelle,
    einen zylindrischen inneren Abschirmkörper an der Außenseite der Feldwicklung,die durch das Drehrohr gehaltert
    nichtmagnetische Verstärkungskörper in enger Verbindung mit dem Außenumfang und dem Innenumfang des inneren Abschirmkörpers,
    ein zylindrisches Rotorbauteil außerhalb . des inneren Abschirmkörper in Verbindung mit den Flansohen,
    einen äußere« Abschirmkörper in enger Verbindung.* um das Rotorbauteil,
    einem niohtmagnetlachen Verstärkungskörper in enger Verbindung um den äußeren Abschirmkörper,
    809807/0801
    über beide Enden des Drehrohrs und des Rotorbauteils hinausragende Kuhlmittelleitungen,
    eine KUhlmittel*._bfUhrleitung zum Sammeln des Kühlmittels von den Leitungen durch die Hohlwelle, und
    eine Stromleitung durch die Hohlwelle zur Versorgung der Feldwicklung mit elektrischer Leistung.
    17. Maschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegemitten ι an der Symmetrielinie in Dickenrichtung des inneren bzw. des äußeren Abschirmkörpers angeordnet sind.
    18. Maschine nach Anspruch 16 oder 17» dadurch gekennzeichnet,daß die Verstärkungskörper so eng angepaßt sind, daß Druckspannungen in Umfangsrichtung im inneren bzw. im äußeren Abschirmkörper hervorrufbar sind.
    19. Anordnung, mit einer einen Flansch aufweisenden Antriebswelle, die mit einer Primär-Antriebselnrichtung verbunden ist, mit einer der Antriebswelle mit einem Abstand gegenüberliegenden Hohlwelle mit einem der Antriebswelle gegenüberliegenden Flansch, mit einem die Flanschen überbrückenden Drehrohr, mit einer vom Umfang des Drehrohrs getragenen Feldwicklung, mit einer nichtmagnetischen Haltehülse zum Haltern der gesamten Umfangsfläche der Feldwicklung, mit einem innerhalb des Drehrohrs gebildeten Kühlmittel-Becken, mit einer KUhlaittels&uf Uhrleitung zum Versorgen des Kühlmittel-Beckens mit einem Kühlmittel durch die Hohlwelle, mit einem zylindrischen inneren Abschirmkörper, der von dem Drehrohr getragen ist und um die Feldwicklung angeordnet ist, mit einem zylindrischen Rotorbauteil, das um den inneren Abschirmkörper vorgesehen ist und zwischen den Flansohen verbünden ist, mit einem äußeren Abschirmkörper, der eng
    80*807/0801
    angepaßt ist um das Rotorbauteil, mit über beide Enden des Drehrohrs und des Rohrbauteils hinausragenden KUhI-mittelleitungen, mit einer KUhlmittelabfUhrleitung zum Sammeln des Kühlmittels von den KUhlmittelleitungen durch die Hohlwelle, und mit einer durch die Hohlwelle fuhrenden Stromleitung zur Versorgung der Feldwicklung mit elektrischer Leistung,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Anordnung eine umlaufende elektrische Maschine bildet, und
    da6 nichtmagnetische Verstärkungskörper am inneren und am äußeren Umfang zumindest des inneren Abschirmkörpers vorgesehen sind.
    20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskörper so eng angepaßt sind, daß die Biegemitte in der Symmetrielinie in Dickenrichtung des Abschirmkörpers angeordnet ist,
    21. Anordnung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkungskörper so eng angepaßt sind, daß sie eine Druckspannung in Umfangsrichtung im zugehörigen Abschirmkörper hervorrufen.
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