DE3005222A1 - Stator einer elektrischen kryogenmaschine mit supraleitender erregerwicklung - Google Patents
Stator einer elektrischen kryogenmaschine mit supraleitender erregerwicklungInfo
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Description
Anm.: Yanush. Bronislavovich Danilevich
Vladimir Nikolaevich Ostreiko Jury Lvovich Chernikov
Lidia Igorevna Chubraeva geb. Glebova
Lidia Igorevna Chubraeva geb. Glebova
STAOX)E EINER ELEKTRISCHEN KRYOGENMASCHINE MIO? SUERALEI-TENDER
EriREGERWICKLüNG
Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen, und zwar Statoren elektrischer Kryogenmaschinen mit supraleitender
Erregerwicklung.
Das bevorzugte Verwendungsgebiet der Erfindung sind Turbogeneratoren
großer Leistung mit einem Kryogenrotor.
Es ist ein Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit
supraleitender Erregerwicklung bekannt (s. Aufsatz von V.V. Dombrovski u.a. "Fragen der Projektierung von Kryogenturbogeneratoren
großer Leistung", Sammelband "Hochausgenutzte Turbo- und Wasserkraftgeneratoren mit direkter Kühlang", Leningrad,
Verlag "Nauka", 1971f S.3 - 6), der ein Gehäuse mit
in ihm untergebrachten Magnetleiter und der Wicklung enthält. Der Magnetleiter stellt einen zylindrischen, aus Dynamoblech
geschichteten Kern dar, wobei die Wicklung an der inneren, d.h. dem Rotor der Maschine zugewandten Oberfläche des
Kerns befestigt ist. Der Kern kann sowohl einen gezahnten
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als auch einen zahnlosen Aufbau haben. Zur direkten Flüssigkeitskühlung
des Kerns sind in Ihm axiale Kanäle mit in ihnen untergebrachten Rohren ausgeführt, die mit der in einem geschlossenen
System mit einem Außenkühler umlaufenden Kühlflüssigkeit . gefüllt sind. Zugleich wird auch eine direkte Flüssigkeitskühlung
der Statorwicklung verwendet.
Ein Nachteil der beschriebenen Bauart des Stators besteht darin, daß die Möglichkeiten der Flüssigkeitskühlung des Statorkerns
beschränkt sind. Es ist einleuchtend, daß die Wirksamkeit der Kühlung mit einer Vergrößerung
der Anzahl der axialen Kanäle in Statorkern, die zum Umlauf des Kühlmittels benutzt werden, und der Querschnittsfläche dieser Kanäle ansteigt. Die Anzahl der Kanäle und die
Fläche ihres Querschnitts werden jedoch durch die Bedingung der Gewährleistung einer hinreichenden mechanischen Steifigkeit
des Kerns und durch die erforderliche Querschnittafläche des Magnetleiters (aktiven Eisens) limitiert, die man
nicht beliebig vermindern darf. Das begrenzt die Möglichkeiten der direkten Flüssigkeitskühlung des Kerns und des Stators
im ganzen. Ein gewisser Nachteil der direkten Kühlung der Statorwicklung besteht in der komplizierten Zuleitung des Kühlmittels
zu den stromleitenden Elementen des Stators.
Das Problem der Kühlung wird besonders scharf für leistungsfähige
Turbogeneratoren sowie für elektrische Maschinen, die einen nutenlosen (zahnlosen) Kern haben, da in diesem
wegen der erforderlichen Verwendung von sehr dünnen Leitern der Wicklung die direkte Wasserkühlung der letzteren erschwert
und die gesamte Wirksamkeit der Wärmeableitung aus
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dem Stator herabgesetzt wird.
Ein anderer Nachteil des Stators der beschriebenen Bauart
ist seine relativ große Masse und seine relativ großen Abmessungen infolge der Verwendung eines geschichteten Eisenkerns als
Magneticiter, während in Kryogenmaschinen kein großer Kern
erforderlich iat, was sich durch die spezifischen Eigenheiten dieser Maschinen erklärt.
Den Fachleuten auf dem Gebiet des Elektromaschinenbaus
leuchtet ein, daß im -Rotor mit einer supraleitenden Erregerwicklung
irgendwelche Begrenzungen in bezug auf die Größe des Magnetisierungsstroms fehlen. In diesem Fall kann das magnetische
Erregerfeld mit der erforderlionen Intensität unabhängig
von der ^eite des unmagnetischen Luftspalts in der Maschine und,
was besonders wichtig ist, unabhängig von den Maßen des Statormagnetleiters
und den physikalischen Eigenschaften des 7/erkstoffs,
aus dem der Magnetleiter gefertigt ist, erzeugt werden.
Ja , dieses Feld kann sogar beim Fehlen eines Magnetkerns
im Stator erzeugt werden, dabei wird jedoch das Problem der Befestigung der Statorwicklung außerordentlich . kompliziert,
und das Erregerfeld dringt aus der Maschine heraus, so daß öin beträchtlicher Teil desselben passiv wird und das sogenannte
Streufeld bildet.
Die ^olle des Magnetkerns des Stators in elektrischen
Kryogenmaschinen unterscheidet sich also wesentlich von seiner traditionellen Rolle in üblichen elektrischen Maschinen, und
zwar nimmt der Kern in den Kryogenmaschinen die elektrodynamischen Kräfte von der Wicklung auf und schirmt den die Maschine
umgebenden Raum vom Erregerfeld ab, d.h. er dient zur Befestigung
der Wicklung und zur Lokalisierung des Magnetfelds in den
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Grenzen der wirksamen Zone der Maschine, indem, er sein Durchdringen
nach außen verhindert, während in den üblichen Maschinen die Hauptrolle des Statorksrns auf die Verstärkung des
magnetischen Erregerflusses hinausläuft. Deshalb wird in den
üblichen Maschinen der Statorkern hinreichend groß ausgeführts
so daß die Induktion in ihm diejenigen Werte nicht überschreitet, bei denen die magnetische Permeabilität des Kerneisens
sich au vermindern beginnt. In den Kryogenmaschinen ist eine
Verstärkung des Erregerflusses nicht erforderlich. Die Lokalisierung
des Magnetfelds in der wirksamen Zone der Maschine, die Abschirmung des umgebenden ßaums und die Befestigung der Wicklung
können mit Hilfe eines Kerns bedeutend geringerer Abmessungen erreicht werden, bei denen die Induktion in ihm wesentlich
ansteigt und die Permeabilität des Kerneisens um das kehrfache absinkt. Wie es jedoch schon oben angegeben wurde, hat
die Permeabilität des Statorkerns in den Kryogenmaschinen keine Bedeutung, da in der supraleitenden Erregerwicklung eine Vergrößerung
des Stroms eines zusätzlichen Aufwand erreicht werden kann. Für eine Kryogenmasohine ist praktisch
ausreichend, wenn der Permeabilitätswert des Staors mehrere
Zehner beträgt, statt Hunderte in einer üblichen Maschine bei einer möglichst starken Sättigung.
Die Verwendung im beschriebenen Stator eines Magnetleiters in Form eines relativ massiven Bisenkerns ist also
funktional nicht gerechtfertigt und führt zu einer Vergrößerung
der Masse und der Abmessungen des Stators. Die Verwendung eines vollständig eisernen Magnetleiters im Stator einer
Kryogenmaschine ist auch deswegen unzweckmäßig, weil infolge
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des hohen Werts des magnetischen Flusses das Eisen stark gesättigt wird, d.h. es wird als magnetischer Stoff nicht
wirksam und unwirtschaftlich ausgenutzt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Stator für eine elektrische Kryogenmaschine mit einer supraleitenden
Erregerwicklung zu entwickeln, in dem der Magnetleiter so ausgeführt ist, daß die Wirksamkeit der Statorkühlung erhöht,
die Masse des Stators herabgesetzt und sein Aufbau vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß beim Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender Erregerwicklung,
der ein Gehäuse enthält, in dem eine Wloklung und ein
die Wicklung umfassender Magnetleiter untergebracht sind, erfindungsgemäß
mindestens ein Teil des Magnetleiters durch eine elektrisch nichtleitende ferromagnetische Flüssigkeit
gebildet ist, die einen ringförmigen zylindrischen Hohlraum ausfüllt, der auf der Außenseite durch das Gehäuse begrenzt
ist und mit einem Kühlsystem in Verbindung steht, das gemeinsam mit dem Hohlraum einen geschlossenen Kreislauf zum
Umlauf der ferromagnetische Flüssigkeit bildet, wobei an der Innenfläche des Gehäuses axiale Rippen zum Verhindern einer
Rotation der Flüssigkeit bei deren Bewegung im Hohlraum angebracht
sind.
Falls der Magnetleiter des Stators einen geschichteten
Eisenkern enthält, an dessen Innenfläche die Wicklung befestigt ist, so wird der zylindrische Ringhohlraum auf der Innenseite
durch die Außenfläche des geschichteten Kerns begrenzt.
Wenn der Stator einen Ringzylinder aus Elektroisolationsstoff enthält, in dem die Wicklung · eingebettet ■ _ ■ ^ ist, so
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wird der zylindrische Ringhohlraum auf der Innenseite durch die Außenfläche des Ringzylinders begrenzt.
Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die den zylindrischen
Hohlraum ausfüllende und den Magnetleiter des Stators bildende elektrisch nichtleitende ferromagnetische J1Iua sigkeit
gleichzeitig als Kühlmittel verwendet wird, das in einem
geschlossenen System mit dem Außenkühler umläuft. Da diese ferromagnetische Flüssigkeit ein Volumen und eine Masse aufweist,
die um das mehrmals Zehnfache das Volumen und die Masse der in den axialen Kanälen des in der üblichen Statorkonstruktion
verwendeten geschichteten Blechkerns untergebrachten Flüssigkeit überschreiten, gestattet es sie als Kühlmittel,
die Wärmeableitung vom Magnetleiter und von der Statorwicklung
radikal zu verbessern. Dabei ergibt sich die Möglichkeit, von der direkten Kühlung der Statorwicklung abzugehen, und man kann
im System der Flüssigkeitskühlung infolge des großen Volumens
der ferromagnetischen Flüssigkeit die Druckhöhe und die Umlaufgeschwindigkeit
der Flüssigkeit um das Mehrfache vermindern, wodurch eine wesentliche Vereinfachung des Aufbaus des Sators
gewährleistet wird. Da die ferromagnetische Flüssigkeit ihren magnetischen Eigenschaften nach einem stark gesättigten Eisen
äquivalent ist und eine um das Mehrfache höhere magnetische Permeabilität als die Luft aufweist, stellt sie einen hinreicnend
guten Magnetleiter für eine Kryogenmaschine dar. Zugleich ist die spezifische Masse der ferromagnetischen Flüssigkeit
bedeutend geringer als die spezifische Masse eines geschichteten Eisenkerns, so daß die Masse des Magnetleiters und die Masse
des Stators im ganzen vermindert werden,
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Sin großer "Vorteil des flüssigen Magnetleiters besteht in
der Möglichkeit seiner "Montage", d.h. der Einfüllung der ferromagnetischen
Flüssigkeit direkt am Aufstellungsort der Maschine.
Der Transport der Maschine und deren Zusammenbau können mit einem erleichterten, "leeren" Magnetleiter des Stators
erfolgen.
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender Erregerwicklung gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender Erregerwicklung
gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; Fi<£. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender Erregerwicklung gemäß
s
noch einer Ausfuhruniform der Erfindung und
noch einer Ausfuhruniform der Erfindung und
Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5.
Der erfindungsgemäße Stator einer elektrischen Kryogenmaschine
enthält ein Gehäuse 1 (Fig.l), in dem eine mit dem Magnetleiter umfaßte Wicklung 2 untergebracht ist, wobei der
Magnetleiter aus einem geschichteten Eisenkern 3 und einer elektrisch nichtleitenden ferromagnetischen Flüssigkeit besteht,
die einen zylindrischen Ringhohlraum 4- ausfüllt, der
auf der einen Seite durch das Gehäuse 1 und auf der anderen
Seite durch die Außenfläche des geschichteten Kerns 3 begrenzt
wird. Ala ferromagnetische Flüssigkeit können beständige
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Suspensionen der feindispersen Phase eines ferromagnetischen
Stoffs in Wasser, Toluol und anderen !Flüssigkeiten verwendet
werden. Die magnetische Permeabilität einer solchen ferromagnetischen
Flüssigkeit ist um das Mehrfache höher als bei Luft und liegt der Permeabilität eines stark gesättigten Eisens
nahe (s. z.B. die Aufsätze von R.Bertrand in Rev. Inst ο
franc petrole, 1970, 25i 1| 16 und von V.G.Bashtovoj. u.a.
"Thermomechnik magnetischer Flüssigkeiten", Zeitschrift
"Magnitodynamika", 1973, Nr.3, S.12-17). Der Umstand, daß die
ferromagnetische Flüssigkeit eine noch niedrigere Permeabilität als das stark gesättigte Eisen aufweisen kann, hat bei
einer supraleitenden Erregerwicklung keine wesentliche Bedeutung,
da auch in diesem Falle dl© nötige Lokalisierung des magnetischen Flusses in der wirksamen Zone der Maschine gewährleistet
wird, und die Größe des Magnetisierungsstroms ist nicht limitiert. Der Rotor 5 der elektrischen Kryogenmaschine
hat eine (nicht dargestellte) supraleitende Erregerwicklung.
Der Kern 3 ist mit Nuten ausgeführt, d.h. er hat an seiner Innenfläche Zähne 6 (Fig. 2), zwischen denen die Wicklung
2 eingelegt ist. Die Jochhöhe des Kerns 3 wird minimal gewählt, in dem Maße, wie das bei ausreichenden · mechanischer
Festigkeit des Kerns möglich ist, so daß ein möglichst großer Teil des Magnetleitera aus der ferromagnetischen
Flüssigkeit bestehen kann.
Der zylindrische Ringhohlraum 4 ist über stirnseitige Rohre
7 (Fig.l) zum Kühlsystem zugeschaltet, das Rohrleitungen 8,
eine Pumpe 9 und einen Außenkühler IO aufweist, die außerhalb
der Maschine angeordnet sind. Das Kühlsystem und der
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Hohlraum 4 bilden einen geschlossenen Kreislauf zum Umlauf der ferromagnetischen Flüssigkeit. Die Anzahl der an den
Stirnseiten des Hohlraums 4 angeordneten .Rohre 7 und deren
Querschnitt werden durch Berechnung bestimmt, ausgehend vom erforderlichen Volumen und der Bewegungsgeschwindigkeit
der Flüssigkeit.
Erfindungsgemäß sind an der Innenfläche des Gehäuses 1
axiale Rippen 11 (Fig. 2) angebracht, die in radialer Richtung geschichtet werden. Die Rippen 11 sind zum Verhindern einer
Rotation der ferromagnetischen Flüssigkeit bei deren Bewegung
im Hohlraum 4 bestimmt. In der in den Fig. 1 und 2 gezeigten 'Ausführungsform der Erfindung üben diese axialen Rippen
11 auch die Funktion der Befestigung des Kerns 3 im Gehäuse 1 aus j der Kern 3 kann jedoch auch mit Hilfe von Elementen
der elastischen Aufhängung, die im Volumen der ferromagnetischen Flüssigkeit untergebracht sind, im Gehäuse 1 befestigt
werden.
In den Fig. 3 und 4 ist eine Form des Statoraufbaus ge-
der
zeigt, bei der geschichtete Eisenkern 3 keine Zähne hat und die Stabe der Wicklung 2 sind in einem Tragkörper 12, z.B. aus Glasepoxidstoff befestigt, der an der Innenfläche des Kerns angebracht ist. In bezug auf die Einrichtung des flüssigen Teilsdea Magnetleiters weist diese Ausführungsform keine Unterschiede von der vorangehenden auf.
zeigt, bei der geschichtete Eisenkern 3 keine Zähne hat und die Stabe der Wicklung 2 sind in einem Tragkörper 12, z.B. aus Glasepoxidstoff befestigt, der an der Innenfläche des Kerns angebracht ist. In bezug auf die Einrichtung des flüssigen Teilsdea Magnetleiters weist diese Ausführungsform keine Unterschiede von der vorangehenden auf.
In den Fig. 5 und 6 ist eine Form des Statoraufbaus gezeigt,
die sich von den oben betrachteten dadurch unterscheidet, daß in ihr der geschichtete Teil des Magnetleiters fehlt,
d.h. der Kern und der gesamte Magnetleiter sind durch den mit der ferromagnetischen Flüssigkeit ausgefüllten Ringhohlraum
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gebildet. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung enthält der Stator einen Ringzylinder IJ aus einem Elektroisolat ionsstoff,
in dem die Wicklung 2 befestigt ist, wobei sie gemeinsam mit dem Zylinder 13 eine einheitliche monolithe Konstruktion
bildet. Die Wicklung 2 iat dabei ohne Abbiegung drr Wickelkopfteila ausgeführt. Der zylindrische Ringhohlraum 4 ist
von der einen Seite durch das Gehäuse 1 und von der anderen Seite durch die Außenfläche des Ringzylinders 13 begrenzt.
Die drei in den Fig.l - 6 dargestellten Ausführungsformen
des Stators einer elektrischen Kryogenmaschine sind praktisch gleichwertig. Die Wahl dieser oder jener Form hängt von einer
Reihe Bedingungen ab, die vorgegeben sind oder beim konkreten Projektieren berechnet werden. Zu diesen Bedingungen gehören
die Induktion im Luftspalt der Maschine, der Strombelag der S tat or wicklung, die Kurzschlußstromwerte in der Statorwicklung,
die die maximalen elektrodynamischen Beanspruchungen der
Wicklung und deren Befestigungsverfahren bestimmen, usw. Die
in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des Stators
ist inbesondere aus dem Gesichtspunkt der Befestigungssicherheit
der Wicklung bevorzugt. Die in den Fig. 3 und 4 gezeigte
Ausführungsform des Stators ist kri-fclscher" in bezug auf
die Befestigung der Wicklung 2 am Kern 3, und die Möglichkeit
ihrer Realisierung muß durch eine Berechnung der elektrodynamischen Kräfte in der Wicklung für jede konkrete Konstruktion
geprüft werden. Aus dem Gesichtspunkt einer vollen Realisierung der Ziele der Erfindung ist die letzte von den in Betracht
gezogenen Formen des Stators bevorzugt, in der ein geschichteter Blechkern vollständig ausgeschlossen ist, und demzufolge
die Vorteile der Erfindung in einem höchten Grad ge-
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währleistet werden.
Beim Betrieb der elektrischen Kryogenmaschine fließt der
von der am Rotor 5 angeordneten supraleitenden Erregerwicklung
erzeugte magnetische Fluß durch einen Luftspalt 14 (in der in
den Fig, 1 und 2 dargestellten Ausführungsform auch durch die Zähne 6 des Kerns 3) und schließt sich über den Magnetleiter des
Stators, d.h. über das Joch des Kerns 3 und die ferromagnetische
Flüssigkeit, die sich im zylindrischen Ringhohlraum A- befindet. Der Verlauf ' des magnetischen Flusses im Bereich einer
Polteilung ist . durch gestrichelte Linien in den Fig. 2, A und
6 gezeigt. Der auf den flüssigen Teil des Statormagnetleiters ent fallende Anteil des magnetischen Flusses wird annähernd
durch den Ausdruck
φ λ = φ
2/f 2
bestimmt. Hierin sind:
bestimmt. Hierin sind:
- der sich über die ferromagnetische Flüssigkeit
schließende magnetische Fluß, S-,- Quer schnitt sfläohe des Hohlraums A (des flüssigen
Teils des Magnetleiters),
/^1- Permeabilität der ferromagnetischen Flüssigkeit, ^ - der sich über den Kern 3 schließende magnetische ψ 2
/^1- Permeabilität der ferromagnetischen Flüssigkeit, ^ - der sich über den Kern 3 schließende magnetische ψ 2
Fluß,
Sp- Querschnittsfläche des Jochs des Kerns 3 und
Mp- Permeabilität des Eisens des Kerns 3.
Da die Permeabilität der ferromagnetischen Flüssigkeit der Permeabilität des stark gesättigten Eisens nahe liegt, ergibt
sich die Verteilung des magnetischen Flusses zwischen dem flüssigen und dem eisernen Teil des Magnetleiters als proportio-
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BAD ORIGINAL
BAD ORIGINAL
nal deren Querschnittaflachen.
Wie es schon oben angegeben wurde, werden die Abmessungen des Kerns so gewählt, daß die Höhe seines Jochs der minimal
zulässigen nach den Bedingungen der mechanischen Festigkeit des Kerns gleich ist, demzufolge der größere Teil des magnetischen
Erregerflusses sogar beim Vorhandensein des Eisenkerns
3 im Hohlraum 4 mit der ferromagne tischen Flüssigkeit lokalisiert
werden kann.
Die ferromagnetische Flüssigkeit wird mittels der Pumpe 9 durch den Hohlraum 4 und den Kühler 10 befördert, wobei sie
die Funktion des Kühlmittels zur Wärmeableitung von der Statorwicklung 2 und vom Kern 3 ausübt. Dabei wird bei einer bestimmten
Bewegungsgeschwindigkeit der ferromagnetischen Flüssigkeit
praktisch eine vollständige Wärmeableitung von den angegebenen
Elementen wegen des großen Volumens des Hohlraums 4 gewährleistet. Die axialen Hippen 11 lenken die bewegung der
ferromagnetischen Flüssigkeit im Hohlraum 4 und lassen keine
Rotation der Flüssigkeit zu.
Das Fehlen eines Eisenkerns im Magnetleiter des Stators, was der in den Fig. 5 und 6 dargestellten Ausführungsform entspricht,
bringt keine prinzipiellen Änderungen in die Wirkung der elektrischen Kryogenmaschine ein. In diesem Falle schließt
sich der gesamte magnetische Erregerfluß über die ferromagnetische Flüssigkeit. Die Unterschiede können nur die quantitative
Seite betreffen, da bei dieser Ausführungsform ein größeres
Volumen der ferromagnetischer Flüssigkeit wirksam ist.
Somit hat die erfindungsgemäße Konstruktion des Stators
einer elektrischen Kryogenmaschine folgende Vorteile gegenüber
der bekannten Bauart:
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1. Erhöhung der Wirksamkeit der Statorkühlung, da das Volumen
des Kühlmittels, dessen Rolle die im geschlossenen Kreislauf mit einem Außenkühler umlaufende ferromagnetische Flüssigkeit
spielt, um das Mehrfache ansteigt.
2. Herabsetzung der Masse des Magnetleiters um das 5-6fache,
da die ferromagnetische flüssigkeit durch eine spezifische Masse von 1,3 bis 1,7 g/cnr gegenüber 7,8 g/cnr für den geschichteten
Eisenkern gekennzeichnet wird; dabei wird die Masse der gesamten Maschine als Ganzes etwa um das Jfache vermindert,
cla auf den Magnetleiter des Stators mindestens die Hälfte der gesamten kasse der Maschine ent fällt.
3. -Vereinfachung des Aufbaus, der Herstellungstechnologie,
des Transports und der Montage, was durch folgendes bedingt wird;
- beim Vorhandensein einer wirksamen Kühlung des Stators entfällt
die Hotwendigkeit der direkten Wasserkühlung der Statorwicklung,
die sonst eine besondere Kompliziertheit in den Aufbau des Stators bringt, die mit der Zuleitung
des Wassers zu den stromtragenden Teilen des Stators verbunden ist;
- die Vereinfachung der Herstellung, der
Transport und die Montage werden einfacher,
.weil sie ohne die ferromagnetische
Flüssigkeit im Hohlraum des Stators durchgeführt werden können;
- die Vereinfachung der Herstellungstechnologie wird auch
den
durch die Verkleinerung oder/vollständigen Wegfall des technologisch komplizierten Elements des Stators - des geschichteten Eisenkerns - erreicht.
durch die Verkleinerung oder/vollständigen Wegfall des technologisch komplizierten Elements des Stators - des geschichteten Eisenkerns - erreicht.
030036/0622
Stator einer elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender
Erregerwicklung
Kurzfassung
Die Erfindung betrifft elektrische Maschinen.
Im Stator ',iner elektrischen Kryogenmaschine mit supraleitender
Erregerwicklung wird mindestens ein Teil das Magnetleiters durch eine elektrisch nichtleitende ferromagnetische
Flüssigkeit gebildet, die den ringförmigen zylindrischen Hohlraum (4) ausfüllt, der auf der Außenseite durch das Gehäuse (1)
des Stators begrenzt ist und mit dem Kühlsystem in Verbindung steht, das gemeinsam mit dem Hohlraum (4) einen geschlossenen
Kreislauf zum Umlauf der ferromagnetischen Flüssigkeit bildet»
An der Innenfläche des Statorgehäuses (1) sind axiale Rippen
(11) zum Verhindern einer Rotation der ferromagnetischen Flüssigkeit
bei deren Bewegung im zylindrischen Hohlraum (4) angebracht .
030036/0622
. -Ai-
L e e r s e
ite
Claims (3)
- STATOR EINER ELEKTRISCHEN KRYOGENMASCHINE MIT SUPRALEITENDER ERREGERWICKLUNGPATENTANSPRÜCHE:1«!stator einer elektrischen Kryogenmasohine mit supraleitender Erregerwicklung, der ein Gehäuse enthält, in dem die Wicklung und ein die Wicklung umfassender Magnetleiter untergebracht sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des Magnetleiters durch eine elektrisch nichtleitende ferromagnetische Flüssigkeit gebildet wird, die einen ringförmigen zylindrischen Hohlraum (4) ausfüllt, der auf der Außenseite durch das Gehäuse (1) begrenzt ist und mit einem Kühlsystem in Verbindung steht, das gemeinsam mit dem Hohlraum (4) einen geschlossenen Kreislauf zum Umlauf der ferromagnetischeη Flüssigkeit bildet, wobei an der Innenfläche des Gehäuses (1) axiale Rippen (11) zum Verhindern einer Rotation der ferromagnetischen Flüssigkeit bei deren Bewegung im Hohlraum (4) angebracht sind.
- 2. Stator nach Anspruch 1, in dem der Magnetleiter einen geschichteten Eisenkern enthält, an dessen Innenfläche die Wicklung befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der zylindrische Ringhohlraum (4) auf der Innenseite durch die Außenfläche des geschichteten Kerns O) begrenzt ist.
- 3. Stator nach Anspruch 1, der einen R ing zylinder aus Elektroisolationsstoff enthält, in dem die Wicklung eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet,daß der zylindrische Ringhohlraüm (4) auf der Innenseite durch die Außenfläche des Ringzylinders (13) begrenzt ist.030036/0622
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
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DE3005222C2 DE3005222C2 (de) | 1983-12-15 |
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Family Applications (1)
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SU (1) | SU873332A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0313514A1 (de) * | 1987-10-21 | 1989-04-26 | Mavilor Systèmes S.A. | Verfahren zur Herstellung eines nutenlosen Ständers für einen elektrischen Motor und elektrischer Motor mit einem solchen Ständer |
WO1995002272A1 (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-19 | British Nuclear Fuels Plc | A stator |
WO2009080269A2 (de) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Robert Bosch Gmbh | Flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine |
Families Citing this family (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4908347A (en) * | 1985-11-20 | 1990-03-13 | Allied-Signal Inc. | Dynamoelectric machine with diamagnetic flux shield |
US5841211A (en) * | 1994-07-15 | 1998-11-24 | Boyes; Thomas G. | Superconducting generator and system therefor |
US5770903A (en) * | 1995-06-20 | 1998-06-23 | Sundstrand Corporation | Reflux-cooled electro-mechanical device |
US5777420A (en) * | 1996-07-16 | 1998-07-07 | American Superconductor Corporation | Superconducting synchronous motor construction |
DE19920563A1 (de) * | 1999-05-05 | 2000-11-09 | Mannesmann Rexroth Ag | Kompaktes Hydraulikaggregat |
SI20497B (sl) * | 2000-01-14 | 2008-08-31 | Harmonic Drive Systems | Sinhronski hibridni elektriäśni stroj s toroidnim navitjem |
DE10164290A1 (de) * | 2001-12-28 | 2003-07-17 | Magnet Motor Gmbh | Dauermagnetisch erregte, elektrische Maschine |
DE10317593A1 (de) * | 2003-04-16 | 2004-11-18 | Siemens Ag | Elektrische Maschine mit gekühlten Ständer- und Läuferblechpaketen und Wicklungen |
US20060017339A1 (en) * | 2004-06-03 | 2006-01-26 | Lalit Chordia | Brushless canned motor |
DE102007007559A1 (de) * | 2007-02-15 | 2008-10-09 | Siemens Ag | Elektrische Maschine mit Ferrofluid-Komponenten |
JP4701294B2 (ja) * | 2009-01-30 | 2011-06-15 | アイシン精機株式会社 | 超電導装置 |
US20120161556A1 (en) * | 2010-12-28 | 2012-06-28 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Superconducting electric motor |
CN107659005B (zh) * | 2017-09-30 | 2023-10-20 | 上海英磁新能源科技有限公司 | 一种盘式超导电机 |
GB2608624A (en) * | 2021-07-06 | 2023-01-11 | Imra Europe S A S | Shielding in electrical machine |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2561737A (en) * | 1949-03-26 | 1951-07-24 | Westinghouse Electric Corp | Cooling dynamoelectric apparatus |
US3242418A (en) * | 1962-08-31 | 1966-03-22 | Dynatech Corp | Low temperature electromechanical transducer |
US3479541A (en) * | 1962-09-11 | 1969-11-18 | Allis Louis Co | High speed liquid cooled motors |
US3368087A (en) * | 1963-08-16 | 1968-02-06 | Asea Ab | Rotating electric high power machine with super-conducting stator |
US3743867A (en) * | 1971-12-20 | 1973-07-03 | Massachusetts Inst Technology | High voltage oil insulated and cooled armature windings |
DE2344069C2 (de) * | 1973-08-31 | 1975-04-30 | Kraftwerk Union Ag, 4330 Muelheim | Einrichtung zur Versorgung der Kühlkanäle von Rotoren elektrischer Maschinen mit Kühlwasser |
JPS5234317A (en) * | 1975-09-11 | 1977-03-16 | Stanley Electric Co Ltd | Magnetic fluid tansformer |
-
1979
- 1979-02-15 SU SU792737674A patent/SU873332A1/ru active
-
1980
- 1980-02-12 DE DE3005222A patent/DE3005222C2/de not_active Expired
- 1980-02-14 JP JP1611380A patent/JPS55131252A/ja active Pending
- 1980-02-14 US US06/121,648 patent/US4398108A/en not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
US-Z.: Proc. IEE, Vol.120, No.10, 1973, S,1256 * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0313514A1 (de) * | 1987-10-21 | 1989-04-26 | Mavilor Systèmes S.A. | Verfahren zur Herstellung eines nutenlosen Ständers für einen elektrischen Motor und elektrischer Motor mit einem solchen Ständer |
WO1995002272A1 (en) * | 1993-07-06 | 1995-01-19 | British Nuclear Fuels Plc | A stator |
WO2009080269A2 (de) * | 2007-12-20 | 2009-07-02 | Robert Bosch Gmbh | Flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine |
WO2009080269A3 (de) * | 2007-12-20 | 2009-10-01 | Robert Bosch Gmbh | Flüssigkeitsgekühlte elektrische maschine |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4398108A (en) | 1983-08-09 |
JPS55131252A (en) | 1980-10-11 |
SU873332A1 (ru) | 1981-10-15 |
DE3005222C2 (de) | 1983-12-15 |
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