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Title:
ROTOR AND MACHINE HAVING P-POLE ROTOR WINDING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/091842
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a rotor (41) for an electrical machine (40), comprising a superconductive rotor winding (1), which is designed to form a p-pole magnetic field, wherein the rotor winding (1) has a plurality of winding portions (50a, 50b, 50c, 50p), each being associated with one of the p magnetic poles (p1, p2, pi), each winding portion (50a, 50b, 50c, 50p) having one or more conductor turns (wi), wherein the rotor winding (1) forms at least one closed circuit (5), in which a persistent current (I5) can flow, wherein the closed circuit (5) has a persistent current switch (6) having a switchable conductor region (54), which can be switched between a superconductive state and a normally conductive state. The invention further relates to an electrical machine (40) having such a rotor (41) and to a method for operating such a rotor.

Inventors:
FRANK, Michael (Erlanger Straße 27C, Uttenreuth, 91080, DE)
GRUNDMANN, Jörn (Waldstr. 39, Großenseebach, 91091, DE)
VAN HASSELT, Peter (Tennenloher Str. 40, Erlangen, 91058, DE)
Application Number:
EP2018/079814
Publication Date:
May 16, 2019
Filing Date:
October 31, 2018
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02K55/04; H01F6/00; H02K3/28
Domestic Patent References:
WO2017037259A12017-03-09
WO2000049704A12000-08-24
Foreign References:
US20160204667A12016-07-14
Other References:
None
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Claims:
Patentansprüche

1. Rotor (41) für eine elektrische Maschine (40), umfassend eine supraleitende Rotorwicklung (1), welche zur Ausbildung eines p-poligen Magnetfeldes ausgelegt ist,

- wobei die Rotorwicklung (1) mehrere Wicklungsabschnitte

(50a, 50b, 50c, 50p) aufweist, welche jeweils einem der p mag¬ netischen Pole (p!,p2,pi) zugeordnet sind, wobei jeder Wick¬ lungsabschnitt (50a, 50b, 50c, 50p) ein oder mehrere Leiter- Windungen (wi) aufweist,

- wobei die Rotorwicklung (1) wenigstens einen in sich geschlossenen Stromkreis (5) ausbildet, in welchem ein Dauerstrom (I5) fließen kann,

- wobei der geschlossene Stromkreis (5) einen Dauerstrom- Schalter (6) mit einem schaltbaren Leiterbereich (54) aufweist, der zwischen einem supraleitenden Zustand und einem normalleitenden Zustand umschaltbar ist.

2. Rotor (41) nach Anspruch 1, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) einen oder mehrere der genannten Wicklungsabschnitte (50a, 50b, 50c, 50p) umfasst.

3. Rotor (41) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) dem Wicklungsabschnitt (50p) oder den Wicklungsabschnitten genau eines magnetischen Pols (pi) entspricht .

4. Rotor (41) nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) dem Wicklungsabschnitt oder den Wick- lungsabschnitten mehrerer magnetischer Pole (pi,P2/Pi) ent¬ spricht .

5. Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) eine Leiterlänge von wenigstens 5m aufweist.

6. Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) im normalleitenden Zustand einen Widerstand von wenigstens 15 mOhm aufweist. 7. Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Rotorwicklung (41) ein hochtemperatursupraleiten- des Leitermaterial umfasst.

8. Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der in sich geschlossene Stromkreis (5) einen Gesamt¬ widerstand im Bereich zwischen 1 nOhm und 500 yOhm aufweist.

9. Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welcher eine Kühlvorrichtung (11) aufweist, mit der die Rotor- wicklung (1) auf eine Betriebstemperatur unterhalb der

Sprungtemperatur des Supraleitermaterials gekühlt werden kann .

10. Rotor (41) nach Anspruch 9, bei welchem der schaltbare Leiterbereich (54) thermisch derart von den übrigen Teilen der Rotorwicklung (1) getrennt ist, dass der schaltbare Lei¬ terbereich (54) in den normalleitenden Zustand übergehen kann, während die übrigen Teile (3) im supraleitenden Zustand verbleiben können.

11. Elektrische Maschine (40) mit einem Rotor (41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem feststehend angeordneten Stator (42). 12. Verfahren zum Betrieb eines Rotors (41) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden Schritte:

a) Verbindung der Rotorwicklung (1) mit einer äußeren Stromquelle (13) über zwei Verbindungsknoten (8,10), welche in¬ nerhalb des geschlossenen Stromkreises (5) jeweils benach- bart zu dem schaltbaren Leiterbereich (54) angeordnet sind, b) anschließende Einspeisung eines Strom ( I i ) mittels der äußeren Stromquelle (13) in einen Teil (3) der Rotorwicklung (1),

c) anschließende Trennung der Rotorwicklung (1) von der äuße- ren Stromquelle (13) .

13. Verfahren nach Anspruch 12, welches nach Schritt c) den folgenden Schritt umfasst:

d) Verwendung des Rotors (41) zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Feldes in einer elektrischen Maschine

(40) mittels eines im Anschluss an die Schritte a) bis c) in der Rotorwicklung (1) fließenden Dauerstroms (I5).

14. Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem der Dauerstrom (I5) über einen Betriebszeitraum von drei Stunden um einen

Anteil von höchstens 10% abfällt.

15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei welchem der Dauerstrom ( I 5 ) über einen Betriebszeitraum von drei Stunden um einen Anteil von 20% oder mehr abfällt.

Description:
Beschreibung

Rotor und Maschine mit p-poliger Rotorwicklung Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, umfassend eine supraleitende Rotorwick ¬ lung, welche zur Ausbildung eines p-poligen Magnetfeldes aus ¬ gelegt ist. Die Rotorwicklung weist mehrere Wicklungsab ¬ schnitte auf, welche jeweils einem der p magnetischen Pole zugeordnet sind, wobei jeder Wicklungsabschnitt ein oder meh ¬ rere Leiterwindungen aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines derartigen Rotors. Nach dem Stand der Technik werden elektrische Maschinen, insbesondere Synchronmaschinen mit höherer Leistung, häufig mit einer Rotorwicklung zur Erzeugung des Rotorfeldes ausgestattet. Hiermit können oft höhere Leistungsbereiche abgedeckt werden als mit permanentmagnetisch erregten Maschinen. Eine solche Rotorwicklung muss zur Felderzeugung von einem

elektrischen Strom durchflössen sein. Dieser Strom wird in der Regel durch eine Stromquelle eingespeist, welche festste ¬ hend (also außerhalb des rotierenden Systems des Rotors) an ¬ geordnet ist. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass hierbei eine vergleichsweise aufwändige Übertragungseinrichtung benö ¬ tigt wird, um den Strom von dem feststehenden System auf die rotierende Rotorwicklung zu übertragen. Hierbei können beispielsweise entweder auf Schleifringen basierende Lösungen oder Lösungen auf Basis sogenannter Erregereinrichtungen zum Einsatz kommen. Beide Varianten sind jedoch vergleichsweise komplex und benötigen in jedem Fall mindestens eine Möglich ¬ keit zur Einspeisung des Erregerstromes, welche beim Betrieb der elektrischen Maschine permanent im Einsatz ist. Die

Stromquelle und die Übertragungseinrichtung für den Strom tragen in jedem Fall zum Gewicht und zum Volumen der elektrischen Maschine bei. Bei einer konventionellen Rotorwicklung weist diese ein widerstandsbehaftetes Leitermaterial, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium auf. Ein solches Leitermaterial bewirkt ent ¬ sprechende ohmsche Verluste, die je nach Maschinengröße im Bereich von einigen Kilowatt bis Megawatt liegen können. Zur Vermeidung dieser Verluste sind alternativ auch Maschinen bekannt, deren Rotorwicklung ein supraleitendes Leitermaterial aufweist. Ein solches Material transportiert im supraleiten ¬ den Betriebszustand (also bei einer Betriebstemperatur unter- halb der Sprungtemperatur des Supraleiters) den Strom nahezu verlustlos und vermeidet damit die oben genannten ohmschen Verluste. Hierdurch wird der Wirkungsgrad der elektrischen Maschine entsprechend erhöht. Zudem ist es wegen des verlust ¬ freien Stromtransports möglich, zu höheren Betriebsströmen und damit zu höheren Feldern zu gelangen. Hierdurch kann eine supraleitende Maschine im Vergleich zu einer konventionellen Maschine bei gleicher Leistung kleiner und leichter gebaut werden, was also zu einer Erhöhung der Leistungsdichte führt. Auch bei den bisher bekannten supraleitenden Rotorwicklungen sind diese beim Betrieb der Maschine permanent mit einer Er ¬ regereinrichtung verbunden, welche typischerweise wie oben beschrieben eine feststehende Stromquelle und eine Übertra ¬ gungseinrichtung zur Übertragung des Stroms auf die rotieren- de Wicklung umfasst. In jedem Fall umfasst hier die Erregereinrichtung eine Stromquelle, welche zum Gewicht und zum Vo ¬ lumen der Maschine beiträgt. Für die Entwicklung einer elektrischen Maschine mit einer sehr hohen Leistungsdichte ist dieser zusätzliche Gewichtsbeitrag jedoch von Nachteil. Vor allem bei einer Anwendung einer solchen Maschine in einem Fahrzeug (insbesondere in einem Luftfahrzeug) wäre es vor ¬ teilhaft, das Gewicht der Maschine bei gleicher Leistung wei ¬ ter reduzieren zu können. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, welcher die genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll ein Rotor zur Verfügung gestellt werden, bei dem ein elektrischer Strom in die Rotor- wicklung eingespeist werden kann, ohne dass hierfür ein hoher Beitrag zum Gewicht der elektrischen Maschine anfällt. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Maschine mit einem derartigen Rotor zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich soll auch ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Rotors zur Verfügung gestellt werden.

Diese Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 beschriebenen Rotor, die in Anspruch 11 beschriebene elektrische Maschine sowie das in Anspruch 12 beschriebene Betriebsverfahren gelöst.

Der erfindungsgemäße Rotor ist als Rotor für eine elektrische Maschine ausgelegt. Er umfasst eine supraleitende Rotorwick- lung, welche zur Ausbildung eines p-poligen Magnetfeldes aus ¬ gelegt ist. Diese Rotorwicklung weist mehrere Wicklungsab ¬ schnitte auf, welche jeweils einem der p magnetischen Pole zugeordnet sind. Dabei weist jeder Wicklungsabschnitt ein o- der mehrere Leiterwindungen auf. Die Rotorwicklung bildet we- nigstens einen in sich geschlossenen Stromkreis aus, in wel ¬ chem ein Dauerstrom fließen kann. Dieser geschlossene Stromkreis weist einen Dauerstromschalter mit einem schaltbaren Leiterbereich auf, der zwischen einem supraleitenden Zustand und einem normalleitenden Zustand umschaltbar ist.

Der genannte Dauerstrom muss hier nicht notwendigerweise ein extrem konstanter Strom sein, wie er beispielsweise für den sogenannten Dauerstrom-Betrieb von einem supraleitenden Magneten in einem Magnetresonanzgerät („MR-Magnet" ) benötigt wird. Es ist also insbesondere nicht gefordert, dass der Wert des dauerhaft fließenden Stroms über Stunden, Tage oder sogar Wochen hinweg mit äußerst geringem Abklingen (beispielsweise bei MR-Magneten höchstens im Promillebereich) konstant bleibt. Wesentlich für einen Dauerstrom im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist nur, dass zumindest über einen Zeitraum von mehreren Stunden ein Stromfluss aufrecht erhalten bleibt, der sich in seiner Größenordnung nicht ändert. Ein Abklingen des Stroms beispielsweise um etwa 10 % bis 20 % seines ursprünglichen Wertes ist dabei für einen Betrieb der Maschine durchaus akzeptabel. Bei der hier verwendeten Bedeu ¬ tung des Wortes Dauerstrom könnte man also allgemein auch von einem Pseudo-Dauerstrom sprechen.

Unter der Formulierung, dass jeder Wicklungsabschnitt jeweils einem der p magnetischen Pole zugeordnet ist, soll verstanden werden, dass entweder jeder Wicklungsabschnitt (gemäß einer 1 : 1-Zuordnung) genau einer Polspule entspricht oder aber dass jeder Wicklungsabschnitt einer Teilspule einer übergeordneten Polspule entspricht. Im zweiten Fall ist dann eine jeweilige Polspule aus mehreren solchen Teilspulen (also aus mehreren der genannten Wicklungsbereiche) zusammengesetzt. Jeder die ¬ ser Wicklungsbereiche (also entweder jede Polspule oder jede Teilspule) weist dabei wenigstens eine vollständige Leiter ¬ windung auf. Es können aber insbesondere vorteilhaft auch je ¬ weils mehrere Leiterwindungen pro Polspule beziehungsweise pro Teilspule vorliegen. Das genannte Umschalten des schaltbaren Leiterbereichs zwi ¬ schen dem supraleitenden Zustand und dem normalleitenden Zustand kann prinzipiell auf unterschiedliche Weise erfolgen. So kann ein solches Umschalten beispielsweise durch ein loka ¬ les Aufheizen (ähnlich wie beim üblichen Einspeisen von Strom in Magnetresonanz-Magnete) oder aber auch durch ein magne ¬ tisch ausgelöstes Quenchen erfolgen.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Rotors liegt darin, dass durch den schaltbaren Leiterbereich eine Einspei- sung von Strom in den geschlossenen Stromkreis der Rotorwicklung ermöglicht wird. Dies kann insbesondere dadurch erfol ¬ gen, dass an zwei Verbindungsknoten, welche innerhalb der Rotorwicklung beidseitig benachbart zum schaltbaren Bereich liegen, eine zusätzliche Stromquelle angeschlossen wird. Es kann sich hierbei um eine externe Stromquelle handeln, welche insbesondere nicht Teil des Rotors und auch nicht Teil der elektrischen Maschine ist. Wesentlich ist, dass diese Stromquelle beim Betrieb der elektrischen Maschine wieder von der Rotorwicklung elektrisch getrennt sein kann. Durch den schaltbaren Leiterbereich und das Vorliegen eines ringförmig geschlossenen Stromkreises in der Rotorwicklung (wobei dieser ringförmige Stromkreis die externe Stromquelle nicht ein- schließen soll) wird ermöglicht, dass auch nach Abtrennung der Stromquelle weiterhin ein Dauerstrom in der Rotorwicklung fließt. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Einspeisung der schaltbare Leiterbereich in einen normalleitenden Zustand versetzt wird und dass später, zur Aufrechterhaltung des Dau- erstroms, der schaltbare Leiterbereich wieder in einen supraleitenden Zustand versetzt wird. Auch wenn der hierdurch in die Rotorwicklung eingespeiste Dauerstrom nicht unbedingt extrem konstant sein muss, so wird trotzdem zumindest für die Dauer von einigen Stunden die Aufrechterhaltung eines Erre- gerfeldes des Rotors ermöglicht, ohne dass die externe Strom ¬ quelle mit der Rotorwicklung verbunden sein muss. Hierdurch kann insbesondere das Gewicht der externen Stromquelle einge ¬ spart werden und die elektrische Maschine kann insgesamt eine höhere Leistungsdichte erreichen als eine vergleichbare Ma- schine mit permanenter Einspeisung eines elektrischen Stroms in den Rotor.

Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen erfin ¬ dungsgemäßen Rotor und einen feststehend angeordneten Stator auf. Die Vorteile dieser Maschine ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Rotors.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb eines erfindungs ¬ gemäßen Rotors umfasst die folgenden Schritte:

a) Verbindung der Rotorwicklung mit einer äußeren Stromquelle über zwei Verbindungsknoten, welche innerhalb des ge ¬ schlossenen Stromkreises jeweils benachbart zu dem schalt ¬ baren Leiterbereich angeordnet sind,

b) anschließende Einspeisung eines Stroms mittels der äußeren Stromquelle in einen Teil der Rotorwicklung,

c) anschließende Trennung der Rotorwicklung von der äußeren Stromquelle . Auch die Vorteile des Verfahrens ergeben sich analog zu den oben beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Rotors. Allgemein gilt auch hier, dass die äußere Stromquelle nicht Teil des beschriebenen geschlossenen Stromkreises ist. Die Einspeisung des Stroms erfolgt insbesondere in den Teil der Rotorwicklung, der nicht durch den schaltbaren Leiterbereich gegeben ist. Dieser übrige Teil der Rotorwicklung wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch als Restwicklung bezeichnet. Die Einspeisung des Stroms von der Strom- quelle in die Restwicklung kann insbesondere dann erfolgen, wenn der schaltbare Leiterbereich in einem normalleitenden Zustand ist. Durch die beschriebenen Schritte a) bis c) wird insgesamt ein Strom in die Rotorwicklung eingespeist, der nach der Trennung von der äußeren Stromquelle weiterhin als Dauerstrom durch die Rotorwicklung fließt. Diese Aufrechterhaltung des Dauerstroms findet insbesondere dann statt, wenn der schaltbare Leiterabschnitt nach Einspeisung des Stroms wieder in einen supraleitenden Zustand versetzt worden ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den von den Ansprüchen 1 und 12 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschriebenen Ausgestaltungen des Rotors, der

elektrischen Maschine und des Betriebsverfahrens allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden.

Allgemein besonders vorteilhaft kann der schaltbare Leiterbe ¬ reich einen oder mehrere der genannten Wicklungsabschnitte umfassen. Insbesondere kann der schaltbare Leiterbereich im Wesentlichen aus einem oder mehreren derartigen Wicklungsabschnitten bestehen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass hierdurch ein relativ langer Leiterabschnitt für den schaltbaren Leiterbereich zur Verfügung steht, ohne dass hierfür zusätzliches Leitermaterial zur Ro- torwicklung hinzugefügt werden muss. Es kann nämlich zumindest ein Wicklungsabschnitt hierfür genutzt werden, der in der Rotorwicklung ohnehin vorhanden ist und dort zur Ausbildung des mehrpoligen Erregerfeldes dient. Diese „Doppelver- wendung" des schaltbaren Leiterbereichs steht auch im Gegensatz zu den entsprechenden Ausgestaltungen der schaltbaren Leiterbereiche in supraleitenden Magnetresonanz-Magneten, da dort die schaltbaren Leiterbereiche als zusätzliche Leiterbe- reiche vorliegen, welche keine wesentliche Funktion bei der Ausbildung des Magnetfeldes haben.

Ein weiterer Vorteil (neben der Doppelnutzung an sich) der Nutzung von wenigstens einem Wicklungsabschnitt als schaltba- rem Leiterbereich ist, dass hierdurch eine vergleichsweise große Leiterlänge für den schaltbaren Leiterbereich zur Verfügung gestellt wird. Der Grund hierfür ist, dass der Wick ¬ lungsabschnitt immer wenigstens eine und typischerweise eine Mehrzahl von vollständigen Leiterwindungen umfasst. Ein sol- ches entsprechend langes Leiterstück stellt in seinem normal ¬ leitenden Zustand auch einen entsprechend großen ohmschen Widerstand dar, was sich günstig auf die Einspeisung eines Stroms in die Rotorwicklung auswirkt, da dann das Widerstandsverhältnis zwischen dem schaltbaren Leiterbereich und den übrigen Teil der supraleitenden Rotorwicklung groß ist.

Vorteilhaft kann der schaltbare Leiterbereich dem Wicklungs ¬ abschnitt beziehungsweise den Wicklungsabschnitten genau ei ¬ nes magnetischen Pols entsprechen. Mit anderen Worten kann ein magnetischer Pol entweder einen oder mehrere Wicklungsabschnitte umfassen, wobei diese (r) dann den schaltbaren Leiterbereich ausbilden (bzw. ausbildet). Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass ein solcher magnetischer Pol räumlich von den übrigen Teilen der Rotorwicklung (die den anderen magnetischen Pol zugeordnet sind) getrennt ist und es daher besonders leicht möglich ist, den schaltba ¬ ren Leiterbereich in den normalleitenden Zustand zu versetzen, während die übrigen Teile der Rotorwicklung supraleitend bleiben .

Alternativ ist es jedoch auch möglich und unter Umständen vorteilhaft, wenn der schaltbare Leiterbereich nur einen Teil eines magnetischen Pols umfasst. Auch bei diesem Teil kann es sich dann entweder um einen ausgewählten Wicklungsabschnitt oder auch um mehrere Wicklungsabschnitte (also insbesondere mehrere Teilspulen) dieses Pols handeln. Auch bei einer solchen Ausführungsform kann je nach Wicklungsgeometrie ein aus- reichend langer Leiterabschnitt für den schaltbaren Leiterbe ¬ reich zur Verfügung gestellt werden. Durch geeignete thermische Trennung kann auch hierbei ermöglicht werden, dass der schaltbare Leiterabschnitt in den normalleitenden Zustand übergeht, während der übrige Teil der Rotorwicklung (auch in dem betrachteten Pol) im supraleitenden Zustand verbleibt.

Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform ist es auch möglich, dass der schaltbare Leiterbereich dem Wicklungsabschnitt beziehungsweise den Wicklungsabschnitten mehrerer magnetischer Pole entspricht. Mit anderen Worten kann diese Mehrzahl von Polen dann jeweils entweder einen oder mehrere Wicklungsabschnitte umfassen, wobei diese (r) dann den schalt ¬ baren Leiterbereich ausbilden (bzw. ausbildet). Ein möglicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass bei Verwendung von mehreren magnetischen Polen für den schaltbaren Bereich unter Umständen eine Rotorwicklung mit höherer Symmetrie erhalten werden kann, als wenn nur ein magnetischer Pol unterschiedlich ausgestaltet wird als die übrigen. Die genannte unter ¬ schiedliche Ausgestaltung kann dabei wiederum beispielsweise durch eine thermische Trennung des schaltbaren Leiterbereichs von den übrigen Teilen der Rotorwicklung gegeben sein

und/oder durch andere Kontaktwiderstände. Wenn die Wicklungs ¬ abschnitte von mehreren magnetischen Polen zu dem schaltbaren Leiterbereich beitragen, kann durch die höhere Leiterlänge auch ein entsprechend höherer Widerstand im normalleitenden Zustand des schaltbaren Leiterbereichs erreicht werden.

Allgemein vorteilhaft und unabhängig von der genauen Ausgestaltung des schaltbaren Leiterbereichs kann dieser eine Lei- terlänge von wenigstens 5 m, insbesondere wenigstens 50 m um ¬ fassen. Bei der genannten Leiterlänge soll es sich um die „abgewickelte" Leiterlänge des entsprechenden Wicklungsbe ¬ reichs handeln. Eine derart hohe Leiterlänge im schaltbaren Leiterbereich bewirkt den Vorteil, dass wie oben beschrieben ein hoher Widerstand im normalleitenden Zustand und entspre ¬ chend eine leichte Einspeisung eines Stroms in die Rotorwick ¬ lung von einer äußeren Stromquelle ermöglicht wird.

Der schaltbare Leiterabschnitt kann im normalleitenden Zu ¬ stand einen Widerstand R_schalt von wenigstens 15 mOhm, ins ¬ besondere wenigstens 1,5 Ohm aufweisen, um die Einspeisung von Strom in die Rotorwicklung zu ermöglichen. Bei der Ein- speisung des Stroms kommt es dabei auf das Verhältnis der Wi ¬ derstände zwischen dem normalleitenden dann schaltbaren Leiterabschnitt und dem noch supraleitenden übrigen Teil der Rotorwicklung an. Dabei hängt der Widerstand des schaltbaren Leiterabschnitts in seinem normalleitenden Zustand von dessen Leiterlänge, dem supraleitenden Material, der Leitergeometrie und optional vorhandenen weiteren Materialien ab, die dem supraleitenden Material in der Art eines Shuntwiderstandes parallel geschaltet sind.

Vorteilhaft kann der in sich geschlossene Stromkreis der Ro ¬ torwicklung im vollständig supraleitenden Zustand eine Induktivität L und einen Widerstand R_betrieb aufweisen, wobei das Verhältnis L/R_betrieb im Bereich zwischen 50.000 s und

500.000 s liegt - also im Bereich von einigen Stunden bis einigen Tagen. Dieses Verhältnis entspricht im Wesentlichen der Zeitkonstante für das Abklingen des im Dauerstrom-Modus fließenden Stroms. Mit dem Widerstand R_betrieb soll dabei konkret der Gesamtwiderstand des ringförmig geschlossenen Stromkreises gemeint sein, der sich im vollständig supralei ¬ tenden Betriebszustand ergibt.

Besonders vorteilhaft kann die Rotorwicklung ein hochtempera- tursupraleitendes Leitermaterial umfassen. Hochtemperatursup ¬ raleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer

Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Material ¬ klassen, 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 auch deshalb besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnetfelder sowie hohe kritische Stromdichten aufweisen können.

Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid und/oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielsweise eine Verbindung des Typs REBa 2 Cu30 x (kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mischung solcher Elemente steht.

Der in sich geschlossene Stromkreis der Rotorwicklung kann insbesondere einen Gesamtwiderstand im Bereich bis zu InOhm im supraleitenden Zustand aufweisen. Ein derart niedriger Ge- samtwiderstand ist vorteilhaft, um einen möglichst verlust ¬ freien Stromfluss zu bewirken und um (im Zusammenspiel mit der Induktivität des Stromkreises) ein möglichst langsames Abklingen des Dauerstroms zu bewirken. Da der Dauerstrom aber, wie oben beschrieben, im Gegensatz zu Magnetresonanz- Magneten nicht absolut konstant sein muss, ist es jedoch all ¬ gemein möglich, dass der Gesamtwiderstand des geschlossenen Stromkreises im supraleitenden Zustand einen Wert von 10 yOhm oder mehr annimmt. Auch mit derart hohen Widerständen, die beispielsweise durch Kontaktwiderstände aufgrund normallei- tender Verbindungen zwischen einzelnen supraleitenden Spulen zustande kommen können, ist ein Betrieb der elektrischen Maschine in dem weiter oben näher beschriebenen Pseudo-Dauer- strommodus noch möglich. Dies kann vorteilhaft sein, um mit vergleichsweise geringem apparativen Aufwand insbesondere mit einem hochtemperatursupraleitenden Material einen Dauerstrom- Betrieb zu ermöglichen, ohne dass ein durchgehend supralei ¬ tendes Material über den gesamten Bereich des geschlossenen Stromkreises zur Verfügung steht. Vor allem bei hochtempera ¬ tursupraleitenden Materialien ist es nicht immer möglich, eine supraleitende Verbindung mit vernachlässigbarem Kontakt ¬ widerstand zu schaffen. Es ist zwar grundsätzlich möglich und in manchen Fällen vorteilhaft, durch nachträgliches Auf ¬ schlitzen eines zusammenhängenden Leiters eine durchgehend supraleitende Leiterschleife aus hochtemperatursupraleitendem Material zu erhalten. Dies wirkt sich günstig auf die elek ¬ trischen Verluste aus, ist jedoch bei der Herstellung komplexer p-poliger Rotorwicklungen nicht immer handhabbar. Daher kann es günstig sein, eine Rotorwicklung mit einem Gesamtwiderstand oberhalb des genannten Werts zur Verfügung zu stel ¬ len, um die Herstellung der Wicklung durch das Einbringen nachträglicher Kontakte zu erleichtern. Der Rotor kann bevorzugt eine Kühlvorrichtung aufweisen, mit der die Rotorwicklung auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des vorliegenden Supraleitermaterials gekühlt werden kann. Eine solche Kühlvorrichtung kann insbesondere wenigstens einen Kryostaten umfassen, innerhalb des- sen die Rotorwicklung angeordnet ist. Ein solcher Kryostat kann beispielsweise mit einem fluiden Kühlmittel gefüllt sein, welches die supraleitende Wicklung kühlt. Ein solcher Kryostat kann eine doppelwandige Gefäßwand aufweisen, wobei zwischen den beiden Wänden zur besseren thermischen Isolation ein Vakuumraum vorgesehen sein kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Rotor so ausgestaltet sein, dass das Umschalten des schaltbaren Lei ¬ terbereichs in den normalleitenden Zustand durch Erwärmung erreicht werden kann. Hierzu kann der Rotor in der Umgebung des schaltbaren Leiterbereichs insbesondere ein Heizelement aufweisen. Alternativ kann das Umschalten des schaltbaren Leiterbereichs in den normalleitenden Zustand jedoch prinzipiell auch auf andere Weise, beispielsweise durch Anlegen eines starken Magnetfeldes erreicht werden. Hierzu kann der Rotor so ausgestaltet sein, dass in der Umgebung des schalt ¬ baren Leiterbereichs ein zusätzliches magnetisches Feld ein ¬ gebracht werden kann, beispielsweise durch Einführung eines Permanentmagneten in die Nähe dieses Bereichs, durch den Be- trieb einer zusätzlichen Magnetspule in diesem Bereich und/oder durch Einführen eines flussführenden Elements in diesem Bereich, welches einen magnetischen Fluss aus einem anderen Bereich außerhalb der Maschine in den Bereich des Dauerstromschalters leitet.

Allgemein besonders vorteilhaft kann der schaltbare Leiterbe- reich thermisch derart von den übrigen Teilen der Rotorwicklung getrennt sein, dass der schaltbare Leiterbereich in den normalleitenden Zustand übergehen kann, während die übrigen Teile im supraleitenden Zustand verbleiben. Dies kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass der schaltbare Leiter- bereich in einem anderen Teilbereich des Kryostaten angeordnet ist als die übrigen Teile der Rotorwicklung. Alternativ kann der schaltbare Leiterbereich in einem separaten Kryostaten angeordnet sein. Allgemein ist es vorteilhaft, wenn der schaltbare Leiterbereich thermisch stärker von den übrigen Teilen der Rotorwicklung getrennt ist, als die sonstigen benachbarten Wicklungsabschnitte beziehungsweise die sonstigen benachbarten magnetischen Pole thermisch voneinander getrennt sind. Mit anderen Worten kann also zwischen dem schaltbaren Leiterbereich und den übrigen Teilen der Rotorwicklung eine zusätzliche thermische Isolation eingefügt sein, die an den übrigen Stellen der Rotorwicklung nicht vorhanden ist.

Daneben sind aber auch weitere Maßnahmen denkbar, mit denen sichergestellt werden kann, dass der schaltbare Leiterbereich in den normalleitenden Zustand übergehen kann, während die übrigen Teile im supraleitenden Zustand verbleiben. So kann beispielsweise im schaltbaren Leiterbereich die Kühlung (dauerhaft oder temporär) auf ein Minimum reduziert oder sogar ganz weggelassen werden. In den übrigen Bereichen kann (eben- falls dauerhaft oder temporär) die Kühlung intensiviert wer ¬ den oder auf hohem Niveau aufrechterhalten werden. Alternativ oder zusätzlich können die übrigen Bereiche, beispielsweise über ein Kühlfluid und/oder einen Thermosiphon besonders gut thermisch an eine Kühlvorrichtung angebunden werden. Alterna- tiv oder zusätzlich ist es auch denkbar, im schaltbaren Leiterbereich ein hohes elektromagnetisches Wechselfeld anzule ¬ gen, um so ohne starke Erwärmung einen normalleitenden Zustand zu erreichen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch denkbar, den schaltbaren Leiterbereich nicht (nur) durch ein lokales Heizelement, sondern indirekt über Wärmestrahlung aufzuheizen. Hierzu kann beispielsweise ein geeignetes strah ¬ lungsdurchlässiges Fenster im Bereich dieses Leiterabschnitts vorgesehen sein.

Die elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor kann vorteilhaft für eine Leistungsdichte von wenigstens 5 kW/kg ausgelegt sein, besonders vorteilhaft kann sie sogar für eine Leistungsdichte von wenigstens 10 kW/kg ausgelegt sein. Bei einer Maschine mit einer derart hohen Leistungsdichte kommen die beschriebenen Vorteile des Rotors besonders zum Tragen. Maschinen mit derart hohen Leistungsdichten sind andererseits eine Grundvoraussetzung für vollelektrisch angetriebene Luft- fahrzeuge. Sie sind jedoch auch im Bereich anderer - insbesondere anderer mobiler - Anwendungen vorteilhaft. Unter der genannten Leistungsdichte soll die Nennleistung der Maschine bezogen auf ihr Gesamtgewicht verstanden werden, also bezogen auf das Gewicht des Stators, Rotors, Gehäuses, Kühlsystems plus eventuell zusätzlich vorliegender Komponenten wie Hilfskomponenten, die im Betrieb benötigt werden. Die beim Betrieb nicht mehr angeschlossene Stromquelle fließt dann jedoch nicht mehr in das Gesamtgewicht ein. Die Maschine ist bevorzugt für eine Nennleistung von wenig ¬ stens 5 MW, insbesondere wenigstens 10 MW, ausgelegt. Mit einer derart hohen Leistung ist sie grundsätzlich für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs ge ¬ eignet. Alternativ kann mit einer derart leistungsstarken Ma- schine aber auch beim Betrieb als Generator der für den Antrieb benötigte elektrische Strom an Bord des Fahrzeugs er ¬ zeugt werden. Grundsätzlich kann die Maschine entweder als Motor oder als Generator ausgestaltet sein oder optional für beide Betriebsarten ausgelegt sein. Um die beschriebenen ho- hen Leistungen und/oder Leistungsdichten zu erzielen, sind supraleitende Spulenanordnungen besonders geeignet, da sie besonders hohe Stromdichten erlauben. Die Maschine kann bevorzugt für eine Drehzahl des Rotors von wenigstens 1000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere sogar für wenigstens 3000 Umdrehungen pro Minute, ausgelegt sein. Bei der elektrischen Maschine kann es sich allgemein bevor- zugt um eine Synchronmaschine handeln. Die Maschine kann als Antriebsmaschine und/oder als Generator in einem Fahrzeug - insbesondere in einem Luftfahrzeug - ausgelegt sein.

Das beschriebene Verfahren kann vorteilhaft nach dem genann- ten Schritt c) den folgenden zusätzlichen Schritt umfassen: d) Verwendung des Rotors zur Erzeugung eines rotierenden elektromagnetischen Feldes in einer elektrischen Maschine mittels eines im Anschluss an die Schritte a) bis c) in der Rotorwicklung fließenden Dauerstroms.

Dies ermöglicht vorteilhaft, dass die Maschine ohne die

Stromquelle betrieben werden kann. So kann beim Betrieb der Maschine auf das Gewicht der Stromquelle und auch auf das Ge ¬ wicht einer Übertragungsvorrichtung verzichtet werden, was im Betrieb dann zu einer entsprechend höheren Leistungsdichte der Maschine führt.

Vorteilhaft kann der Dauerstrom dabei über einen Betriebszeitraum von drei Stunden um einen Anteil von höchstens 10% abfallen. Hierzu kann der Rotor insbesondere so ausgelegt sein, dass die Zeitkonstante für den Abfall (die im Wesentli ¬ chen durch L/R gegeben ist) bei wenigstens 28,5 Stunden liegt. Wenn der zeitliche Abfall des Dauerstroms derart nach oben hin begrenzt ist, ist eine Verwendung der Maschine in einem Fahrzeug nach Abtrennung von der Stromquelle für einen Zeitraum von zumindest einigen Stunden möglich.

Alternativ oder zusätzlich kann der Dauerstrom über einen Betriebszeitraum von drei Stunden um einen Anteil von 20% oder mehr abfallen. Hierzu kann der Rotor insbesondere so ausge- legt sein, dass die Zeitkonstante für den Abfall bei 14 Stun ¬ den oder weniger liegt. Ein derart schnelles Abklingen ist zwar nicht unbedingt erwünscht, kann aber für viele Anwendun ¬ gen, insbesondere bei Maschinen in Fahrzeugen, im Anschluss an die Stromeinspeisung toleriert werden, wenn der Aufbau des Rotors hierdurch vereinfacht werden kann. Insbesondere können dann normalleitende Kontaktstellen zwischen den einzelnen supraleitenden Wicklungsabschnitten zum Einsatz kommen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Figur 1 ein schematisches Ersatzschaltbild einer Rotorwick ¬ lung mit einem geöffneten Dauerstromschalter zeigt, welche mit einer externen Stromquelle verbunden ist,

Figur 2 ein entsprechendes Ersatzschaltbild zeigt, bei wel ¬ chem der Dauerstromschalter geschlossen ist,

Figur 3 ein entsprechendes Ersatzschaltbild zeigt, bei wel ¬ chem die externe Stromquelle entfernt ist,

Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines Teils

einer elektrischen Maschine nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,

Figur 5 eine schematische Darstellung von Bestandteilen einer

Rotorwicklung zeigt,

Figur 6 eine schematische Darstellung des Aufbaus eines mag ¬ netischen Pols in einer ähnlichen Rotorwicklung zeigt .

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In Figur 1 ist ein schematisches Ersatzschaltbild einer Ro ¬ torwicklung 1 gezeigt, welche zur Stromeinspeisung mit einer Stromquelle 13 verbunden ist. Die Rotorwicklung 1 weist einen Dauerstromschalter 6 auf, welcher über einen ersten Verbindungsknoten 8 und einen zweiten Verbindungsknoten 10 mit den übrigen Teilen der Rotorwicklung 1 verbunden ist. Diese übrigen Teile sind hier zu einer nur sehr schematisch dargestellten Restwicklung 3 zusammengefasst , obwohl sie in einem realen Rotor typischerweise in mehrere einzelne Polspulen struk ¬ turiert sein werden, welche dann elektrisch zu einer zusam- menhängenden Wicklung verbunden sind. Bei dem hier dargestellten Ersatzschaltbild kommt es jedoch auf diese Struktu ¬ rierung nicht an, sondern nur auf die Aufteilung der Rotorwicklung in den Dauerstromschalter 6 und die Restwicklung 3. Diese beiden Wicklungsteile bilden zusammen einen geschlosse ¬ nen Stromkreis 5 aus, in dem ein Strom zumindest bei ge ¬ schlossenem Dauerstromschalter 6 ringförmig fließen kann.

In Figur 1 ist der Dauerstromschalter 6 schematisch in geöff- neter Konfiguration dargestellt. Diese geöffnete Konfigurati ¬ on soll allerdings nicht bedeuten, dass hier gar keine elekt ¬ rische Verbindung vorliegt, sondern nur, dass der Dauerstromschalter 6 (beziehungsweise dessen schaltbarer Leiterbereich) im normalleitenden und nicht im supraleitenden Zustand vor- liegt. Analog soll unter dem geschlossenen Zustand des Schal ¬ ters ein supraleitender Zustand des schaltbaren Leiterbereichs verstanden werden. Es handelt sich bei dem Dauerstromschalter 6 also um einen zwischen zwei deutlich unterschiedlichen Werten umschaltbaren Widerstand.

Die gesamte Rotorwicklung 1, also sowohl der Dauerstromschal ¬ ter 6 als auch die Restwicklung 3 weisen ein supraleitendes Leitermaterial auf. Die gepunktete Linie, die sowohl den Dau ¬ erstromschalter 6 als auch die Verbindungsknoten 8 und 10 so- wie die Restspule 3 umgibt, soll hier schematisch die äußere Umrisse eines Kryostaten 11 darstellen. In diesem Kryostaten kann die gesamte Rotorwicklung 1 auf eine Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitenden Materials gekühlt werden. Durch die Verbindungspunkte 8 und 10 ist die Rotorwicklung mit einer äußeren Stromquelle 13 verbunden, welche außerhalb des Kryostaten 11 angeordnet ist. Diese Ver ¬ bindung mit der Stromquelle 13 dient zur Einspeisung eines Stroms in die Rotorwicklung. Für einen weiteren Betrieb der elektrischen Maschine kann diese Verbindung allerdings wieder getrennt werden, wie später noch deutlich werden wird.

Über die Stromquelle 13 kann nun ein Gleichstrom in die Rotorwicklung eingespeist werden. In dem dargestellten Zustand mit verbundener Stromquelle 13 und geöffnetem Dauerstromschalter 6 ergibt sich dadurch ein Ladestrom Ii, der wie dargestellt durch die Restwicklung und durch die Leiterverbindungen der Stromquelle 13 fließt, nicht aber durch den Dauer- Stromschalter 6. Bedingt durch den endlichen ohmschen Widerstand des geöffneten Dauerstromschalters 6 fließt hier ein geringer Leckstrom I2. Figur 1 zeigt also eine Rotorwicklung 1 in einem Zustand während der Durchführung des weiter oben genannten Verfahrensschrittes b) , also mit verbundener Strom- quelle und während der Einspeisung des Stroms Ii. Weiterhin ist in einem zusätzlichen Schritt - insbesondere zwischen Schritt a) und Schritt b) - der Dauerstromschalter 6 in sei ¬ nem normalleitenden Zustand versetzt worden. Bei der gezeigten Rotorwicklung handelt es sich um eine Rotorwicklung in einem Rotor beziehungsweise einer Maschine gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei sind die übrigen Komponenten des Rotors beziehungsweise der Maschine der Über ¬ sichtlichkeit halber hier nicht näher dargestellt. Figur 2 zeigt ein entsprechendes Ersatzschaltbild für die Ro ¬ torwicklung 1 der Figur 1, bei welchem aber der Dauerstromschalter 6 geschlossen ist. Der schaltbare Leiterabschnitt dieses Dauerstromschalters 6 befindet sich also in seinem supraleitenden Zustand. Dies wurde durch einen weiteren Ver- fahrensschritt im Anschluss an den vorher gezeigten Schritt b) herbeigeführt. Durch dieses Umschalten wird erreicht, dass nun ein Ringstrom I 3 durch den nunmehr geschlossenen Stromkreis 3 der Rotorwicklung 1 fließt. Im Bereich der elektrischen Verbindungen zur Stromquelle 13 fließt aufgrund des we- sentlich niedrigeren elektrischen Widerstandes in dem nun supraleitenden Dauerstromschalter 6 ein vergleichsweise niedriger Reststrom I 4 . Der durch den ringförmig geschlossenen Stromkreis 3 fließende Ringstrom I 3 ist daher nur unwesent ¬ lich kleiner als der ursprünglich eingespeiste Ladestrom Ii.

Figur 3 zeigt ein entsprechendes Ersatzschaltbild für die Ro ¬ torwicklung der Figuren 1 und 2, bei welchem aber nun entsprechend Verfahrensschritt c) die Stromquelle 13 von den beiden Verbindungsknoten 8 und 10 entfernt wurde. Die Trennung dieser Verbindung kann dabei insbesondere - wie durch die übrig gebliebenen Leiterabschnitte angedeutet - außerhalb des Kryostaten 11 erfolgen. Nach erfolgter Trennung der

Stromquelle 13 fließt nun ein nur langsam abklingender Dauerstrom I 5 durch den ringförmig geschlossenen Stromkreis 3.

Dieser über die Rotorwicklung 1 fließende Dauerstrom kann beim Betrieb einer den Rotor umfassenden elektrischen Maschine zur Erzeugung eines Erregerfeldes genutzt werden, ohne dass die Stromquelle 13 Teil der elektrischen Maschine ist.

Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines Teils einer elektrischen Maschine 40 nach einem Ausführungs ¬ beispiel der Erfindung. Gezeigt ist ein 90 ° -Winkelsegment der Maschine in einer Schnittebene, welche senkrecht zur zentra ¬ len Achse A der Maschine liegt. Die elektrische Maschine 1 weist einen innenliegenden, um die zentrale Achse A rotierbar gelagerten Rotor 41 auf. Dieser Rotor 41 ist mit einer Rotorwicklung 1 ausgestattet, die zur Erzeugung eines p-poligen Magnetfeldes ausgelegt ist. Hierzu ist die Rotorwicklung 1 in eine Mehrzahl p von Polspulen unterteilt, die jeweils einem magnetischen Pol zugeordnet sind. Die beiden dargestellten der insgesamt acht Polspulen der elektrischen Maschine sind hier mit pi und P2 gekennzeichnet. Diese einzelnen Polspulen sind untereinander elektrisch zu einer übergeordneten Rotorwicklung 1 mit einem ringförmig geschlossenen elektrischen Stromkreis verbunden, wie dies auch in den Ersatzschaltbild an der Figuren 1 bis 3 dargestellt war. Der innenliegende Rotor 41 wird radial von einem feststehenden Stator 42 umgeben. Sowohl Rotor als auch Stator weisen hier eine kreiszylindrische Grundform auf. Der Stator umfasst ein außenliegendes zylindermantelförmiges Eisenjoch 44 als flussführendes Element. Zwischen dem Eisenjoch 44 und dem Ro- tor 41 befindet sich ein Luftspalt 45, in dem hier ebenfalls die Statorwicklung 43 des Stators 42 angeordnet ist. Es han ¬ delt sich hier also um eine sogenannte Luftspaltwicklung. Bei der elektrischen Maschine 40 kann es sich beispielsweise um eine Synchronmaschine handeln. Die Maschine kann allgemein als Rotor und/oder als Generator ausgebildet sein. Die Ein- speisung eines Dauerstroms in die elektrische Maschine 40 der Figur 4 kann vorteilhaft so wie in den Figuren 1 bis 3 darge- stellt erfolgen. Dabei kann der Dauerstromschalter 6 durch einen schaltbaren Leiterbereich gegeben sein, welcher entweder einer ganzen Polspule, mehreren Polspulen oder aber einer Teilspule einer solchen Polspule entspricht. Die erste dieser Varianten wird mittels der Figur 5 näher erläutert: So zeigt Figur 5 eine schematische Darstellung von Bestandteilen einer Rotorwicklung 1, wie sie beispielsweise in der Maschine 40 der Figur 4 zum Einsatz kommen kann. Dabei kann die Zahl der elektrischen Pole prinzipiell auch anders als bei der Maschi ¬ ne der Figur 4 gewählt sein. Beispielhaft sind in der Figur 5 nur vier Polspulen 50a, 50b, 50c und 50p dargestellt, wobei durch die Punkte in der Verbindung zwischen den Spulen 50c und 50p angedeutet ist, dass dazwischen noch weitere derar ¬ tige Polspulen vorliegen können. Die Polzahl p kann beispielsweise allgemein vorteilhaft Werte zwischen 2 und 12 aufweisen und besonders vorteilhaft bei 8 liegen.

Bei den einzelnen Polspulen 50a bis 50p handelt es sich jeweils um supraleitende Spulen, welche beispielsweise als zy ¬ linderförmige Flachspulen oder aber auch als Sattelspulen ausgebildet sein können. Die zylinderförmigen Flachspulen können prinzipiell verschiedenartige Grundformen aufweisen. So kann es sich grundsätzlich um kreiszylindrische Spulen, um ovale Spulen, Rechteckspulen oder - wie hier dargestellt - um rennbahnartige Spulen handeln. Diese flachen oder sattelför- migen Spulen weisen jeweils eine Mehrzahl von Windungen w± eines supraleitenden elektrischen Leiters 51 auf. Sie sind jeweils über ihre radial innenliegenden und radial außenlie ¬ genden Leiterenden so miteinander verbunden, dass sich insgesamt ein ringförmig geschlossener Stromkreis 5 ergibt, wel- eher sich hier über alle Polspulen erstreckt. Hierzu sind zwischen den einzelnen supraleitenden Spulen einzelne Verbindungsleiter 53 angeordnet, welche prinzipiell entweder supra ¬ leitend oder normalleitend sein können. Wesentlich ist nur, dass die Verluste der gesamten Rotorwicklung 1 ausreichend klein sind, damit ein einmal in den ringförmigen Stromkreis 5 eingespeist Dauerstrom für einen Betrieb der elektrischen Maschine ausreichend lange fließen kann. Es können also auch die supraleitenden Spulen durch supraleitende Verbindungslei ¬ ter, aber normalleitende Kontaktmaterialien miteinander verbunden sein.

Im gezeigten Beispiel ist der schaltbare Leiterbereich 54, welcher den Dauerstromschalter 6 ausbildet, durch genau eine Polspule gebildet, nämlich durch die rechts dargestellte Pol ¬ spule 50p. Die übrigen Polspulen bilden zusammen die Restwicklung 3. Zwischen der Restwicklung 3 und dem schaltbaren Leiterbereich 54 ist auf beiden Ästen des Stromkreises je- weils ein Verbindungsknoten 8, 10 angeordnet. Über diese Verbindungsknoten 8, 10 ist die Rotorwicklung elektrisch mit einer Stromquelle 13 verbindbar. Figur 5 zeigt einen Zustand, bei denen diese Stromquelle 13 an die entsprechenden Verbindungsknoten angeschlossen ist. Analog zu dem in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Ablauf kann hiermit ein Ringstrom I3 in die Rotorwicklung eingespeist werden, welcher auch nach Abtrennung der Stromquelle 13 als Dauerstrom durch die gesamte Rotorwicklung fließt. Um ein Umschalten des schaltbaren Leiterbereichs 54 in den normalleitenden Zustand zu ermöglichen, während die Restwicklung 3 supraleitend bleibt, ist hier die Polspule 50p ausreichend thermisch von den übrigen Polspulen isoliert. Weiterhin ist die Polspule 50p mit einem Heizele ¬ ment 55 versehen, mit dem sie leicht und schnell in einen normalleitenden Zustand versetzt werden kann.

Alternativ zu der in Figur 5 dargestellten Ausführungsform können allgemein auch mehrere Pole zusammen den schaltbaren Leiterbereich bilden, oder aber es kann auch nur ein Teil einer solchen Polspule den schaltbaren Leiterbereich ausbilden. Bei der letztgenannten Variante kann insbesondere jede der

Polspulen aus mehreren Teilspulen zusammengesetzt sein. Dann können entweder eine oder mehrere Teilspulen einer ausgewählten Polspule den schaltbaren Leiterbereich bilden. Ein ent- sprechendes Ausführungsbeispiel ist schematisch in Figur 6 dargestellt, in der beispielhaft eine schematische Darstel ¬ lung des Aufbaus eines magnetischen Pols 50p einer ähnlichen Rotorwicklung 1 wie in der Figur 5 gezeigt ist. Im Unter- schied zu dem dortigen Beispiel weist die hier gezeigte Pol ¬ spule 50p mehrere supraleitende Teilspulen auf, welche nach ¬ träglich durch hier nicht gezeigte elektrische Verbindungen zu einer übergeordneten Gesamtspule verbunden worden sind. Gezeigt ist ein Querschnitt mit einer Schnittebene, welche durch die beiden langen Leiterschenkel der hier ebenfalls rennbahnartig ausgebildeten Spulen schneidet.

In diesem Beispiel bildet nur eine Teilspule 60x den schalt ¬ baren Leiterbereich 54 aus, während die übrigen dargestellten Teilspulen 60a, 60b zusammen mit den hier nicht gezeigten übrigen Polspulen die sogenannte Restwicklung 3 ausbilden. Die Teilspulen 60a bis 60x eines magnetischen Pols sind unterei ¬ nander zu einer übergeordneten Polspule verbunden, während die einzelnen Polspulen wieder zu der übergeordneten ringför- mig geschlossenen Rotorwicklung 1 verbunden sind. Im Übrigen funktionieren die Einspeisung eines Ladestroms und der Betrieb der Maschine im Dauerstrom-Modus analog wie für das vorhergehende Ausführungsbeispiel beschrieben. Der wesentli ¬ che Unterschied besteht darin, dass nur ein kürzerer Leiter- abschnitt für den Dauerstromschalter zur Verfügung steht und dass die hierfür zur Verfügung gestellte Teilspule 60x von den übrigen Teilspulen 60a, 60b desselben magnetischen Pols zweckmäßig etwas stärker thermisch isoliert sein sollte als die übrigen Teilspulen desselben Pols normalerweise thermisch voneinander isoliert sind. Dies ist schematisch durch ein zusätzliches thermisches Isolationselement 62 zwischen der aus ¬ gewählten Teilspule 60x und der benachbarten Teilspule 60b dargestellt .




 
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