DE2356673A1 - COOLED ELECTRIC WINDING - Google Patents
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Description
■Westinghouse Electric Corporation Erlangen, 12i NOV. 1978 Pittsburgh, Pa. USA Werner-von-Siemens-Str.50■ Westinghouse Electric Corporation Erlangen, November 12th. 1978 Pittsburgh, Pa. USA Werner-von-Siemens-Str. 50
VPA 72/8364VPA 72/8364
Gekühlte elektrische WicklungCooled electrical winding 23566732356673
Die Erfindung bezieht sich auf eine gekühlte elektrische Wicklung mit dicht gepackten Leitern und ein Verfahren zu deren Herstellung· .The invention relates to a cooled electric Winding with tightly packed conductors and a process too their manufacture ·.
Mit besonderen Vorteil läßt sich die Erfindung bei supraleitenden Wicklungen anwenden. Das Phänomen der Supraleitung (d.h., daß einige Materialien keinen elektrischen Widerstand aufweisen, wenn sie bis nahe des absoluten Nullpunktes abgekühlt werden) ist seit 1911 bekannt. Wegen der sehr großen. Ströme und der dadurch erzielbaren hohen Dichte der magnetischen Felder, die bei Anwendung von Supraleitern erreicht werden, sind die Vorteile, die die Anwendung des Supraleitereffektes mit sieh bringt, offensichtlich. In den letzten 10 oder 20 Jahren und insbesondere in den letztenThe invention can be used with particular advantage in superconducting Apply windings. The phenomenon of superconductivity (i.e. that some materials have no electrical resistance exhibit when they have cooled down to near absolute zero is known since 1911. Because of the very large. Currents and the high density of magnetic Fields that are achieved when using superconductors are the advantages of using the superconductor effect with see, obviously. In the last 10 or 20 years and especially the last
2 bis 3 Jahren hat das Interesse, Supraleiter in elektromagnetischen Einrichtungen zu verwenden, sehr zugenommen.2 to 3 years ago has an interest in superconductors in electromagnetic Using facilities has increased a lot.
Da der Supraleitereffekt verschwindet., wenn die Supraleiter nicht auf niedrigen Temperaturen gehalten werden, müssen entsprechende Kühlapparate oder -vorrichtungen vorgesehen werden. Ist eine Wicklung oder Spul® aus supraleitendem Draht gebildet, so muß daher Vorsorg® getroffen werden, daß ein Kühlmittel in enge Berührung mit den Supraleitern gebracht wird.Since the superconductor effect disappears. When the superconductor are not kept at low temperatures, appropriate cooling apparatus or devices must be provided. If a winding or Spul® is formed from superconducting wire, then precautions must be taken to ensure that a Coolant is brought into close contact with the superconductors.
Bekannte Ausführungen besitzen üblicherweise entweder lose gebündelte Wicklungen od@r dicht gebündelte Wicklungen mit Strömungs-Separatoren verschiedener Typen. Letztare sind beispielsweise in den US-Patentschriften Ur.' 3 559 126,Known designs usually have either loose bundled windings or tightly bundled windings with Flow separators of various types. Last are for example in US Patents Ur. ' 3 559 126.
3 501 727, 3 444 307, 3 416 111 und 3 363 207 beschrieben.3,501,727, 3,444,307, 3,416,111 and 3,363,207.
In der.lose gebündelten Wicklung kann eine Relativbewegung zwischen den einzelnen Kabeln oder Drähten der Wicklungen stattfinden. Solche Eelativbewögungen haben besonders beiA relative movement can occur in the loose bundled winding take place between the individual cables or wires of the windings. Such relative movements are particularly evident in
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der Verwendung als Supraleiter eine Reihe von Nachteilen. Zunächst verursacht die Relativbewegung der Leiter einen Verschleiß der Isolation, der zu elektrischen Durchschläge,η führen kann. Weiter verursacht die Bewegung der einzelnen Leiter relativ zum Magnetfeld elektromagnetische Verluste, die in Wärme umgesetzt werden und die erforderliche Kühl» leistung erhöhen. Sind diese Verluste groß, so kann dies den Übergang in den normalleiternden Zustand und einen Abfall des magnetischen Feldes zur Folge halsen«, Eine andere Ursache unerwünschte Erhitzung in einer lose gebündelten Wicklung, die zu denselben unerwünschten Effekten wie die elektromagnetischen Verluste führen, ist die mechanische Reibung zwischen den Leitern. Ein weiteres Problem, das durch die Bewegung der Leiter hervorgerufen wird, ist eine unvorteilhafte Veränderung der Form des magnetischen Feldes. Ein anderer Nachteil der lose gebündelten Wicklungen ist darin zu sehen, daß sich an bestimmten Stellen Verdichtungen der Leiter ergeben können, was dort zu einer "heißen Stelle" führt.use as a superconductor has a number of disadvantages. First of all, the relative movement of the conductors causes the insulation to wear, which leads to electrical breakdowns, η can lead. Furthermore, the movement of the individual conductors relative to the magnetic field causes electromagnetic losses, which are converted into heat and the necessary cooling » increase performance. If these losses are large, this can result in a transition to the normal conducting state and a drop of the magnetic field. ”Another cause unwanted heating in a loosely bundled winding, which leads to the same undesirable effects as the electromagnetic The mechanical friction between the conductors leads to losses. Another problem caused by the Movement of the conductors is an unfavorable change in the shape of the magnetic field. A Another disadvantage of loosely bundled windings can be seen in the fact that the compressions of the Ladder can result in what leads to a "hot spot" there.
Wegen der vielen Probleme, die mit den lose gebündelten Wicklungen zusammenhängen, sind bereits verschiedene Versuche unternommen worden, dicht gepackte Windungen anzuwenden, die durch irgend welche poröse Mittel, im allgemeinen ein Kupfergespinst, getrennt sind. - .Because of the many problems that come with the loosely bundled Related to windings, various attempts have been made to use tightly packed windings that by some porous means, generally a copper web, are separated. -.
Obwohl diese Wicklungsart mechanisch sehr viel stabiler ist als eine lose gebündelte Wicklung, hat sie auch viele Nachteile· Zunächst nehmen die Abstandhalter einen gewissen Raum der Wicklung ein. Darüber hinaus haben die verwendeten Abstandhalter im allgemeinen eine verhältnismäßig niedrige strukture-lle Steifigkeit, weshalb eine gewisse Leiterbewegung weiterhin möglich ist. Ferner verursacht die Verwendung solcher Abstandhalter eine Erhöhung dar Herstellungszeit und -kosten. Weiter wird normalerweise nur ein Teil Although this type of winding is mechanically much more stable as a loosely bundled winding, it also has many disadvantages · First of all, the spacers take on a certain amount Space of the winding. In addition, the spacers used are generally relatively low structural rigidity, which is why a certain ladder movement is still possible. Furthermore, the use of such spacers causes an increase in manufacturing time and costs. Next is usually only a part
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der Leiter gekühlt und die Wärme muß im allgemeinen über , eine Isolationsschicht abgeführt werden.the conductor is cooled and the heat must generally be an insulation layer can be removed.
Das System, das in dem vorgenannten US-Patent 3 363 207 beschrieben ist, benutzt einen Aufbau, der den Kühleffekt dadurch verbessert, daß die Kühlflüssigkeit um die Leiter und durch den porösen. Körper, der die Lagen der Leiter trennt, in besonderer Weise geführt wird. Trotzdem weist diese bekannte Anordnung noch die anderen Nachteile auf, die zu den Wicklungen mit Abstandhalter genannt wurden.The system described in the aforementioned U.S. Patent 3,363,207 uses a structure that improves the cooling effect by letting the cooling liquid around the conductors and through the porous. Body, which separates the layers of the ladder, is guided in a special way. Still shows this known arrangement still has the other disadvantages that have been mentioned with regard to the windings with spacers.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine gute mechanische Stabilität einer Wicklung und zugleich eine Anordnung für eine wirksame Kühlung der Leiter zu schaffen. Darüber hinaus soll der Leiterquerschnitt pro Windung möglichst groß sein.The object of the invention is to have a good mechanical stability of a winding and at the same time an arrangement for an effective To create cooling of the ladder. In addition, the conductor cross-section should be as large as possible per turn.
Die Lösung der Aufgabe besteht bei einer Wicklung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß darin, daß den Leitern eine solche Querschnittsform gegeben wird, daß längs des » Umfanges zwei Arten von Flächen gebildet werden, von denen die eine Art beim anschließenden Herstellen der Wicklung mit entsprechenden Flächen der benachbarten Leiter mechanisch verankert werden und die andere Art nach dem Herstellen der Wicklung zusammen mit entsprechenden Flächen benachbarter Leiter Wände für Kühlkanäle bilden. Auf diese Weise können unter Erzielung eines mechanisch sehr stabilen Aufbaus und einer sehr wirksamen Kühlung die Leiter dichter gepackt werden als bisher. Die Leiter können mit einer Isolierschicht versehen sein, die vorzugsweise nur dort aufgebracht ist, wo sich Berührungsflächen befinden. Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Kühlung kann die Isolation von den Stellen der Leiter entfernt sein, welche die Kühlwände bilden.In a winding of the type mentioned at the outset, according to the invention, the object is achieved in that the conductors such a cross-sectional shape is given that along the circumference two types of surfaces are formed, one of which one type of mechanical action during the subsequent production of the winding with corresponding surfaces of the adjacent conductors be anchored and the other type after the production of the winding together with corresponding surfaces of adjacent Head to form walls for cooling ducts. In this way, while achieving a mechanically very stable structure and a very effective cooling, the conductors are packed more tightly than before. The conductors can be covered with an insulating layer be provided, which is preferably only applied where there are contact surfaces. To increase the effectiveness the cooling, the insulation can be removed from the points of the conductors which form the cooling walls.
Die Querschnitte der Leiter können verschiedene polygonale Formen aufweisen und entweder mit geraden oder bogenförmigen Seiten oder Kombinationen davon versehen sein.The cross-sections of the conductors can have various polygonal shapes and either straight or arcuate Sides or combinations thereof.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß die sich berührenden Flächen benachbarter leiter fest in Eingriff sind, wenn sie zu einer Wicklung geformt werden. Die feste Verbindung der sich berührenden !Flächen soll im wesentlichen eine Bewegung, insbesondere eine Drehbewegung, der einzelnen Drähte ausschließen. The arrangement is such that the contacting surfaces of adjacent conductors are firmly engaged when they be formed into a coil. The fixed connection of the touching surfaces should essentially create a movement, in particular a rotational movement that excludes individual wires.
Sehr vorteilhaft ist eine Leiterform, bei. der der Querschnitt die Form eines Achtecks hat. Die Berührungsflächen der leiter werden dabei von jeder zweiten Seite des Achtecks gebildet, während die sich nicht berührenden Seiten durch die dazwischenliegenden Flächen verkörpert sind.A ladder shape is very advantageous. which the cross-section has the shape of an octagon. The contact surfaces of the ladder are formed by every other side of the octagon, while the non-touching sides are formed by those in between Surfaces are embodied.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.An embodiment of the invention is shown in the drawing.
Die Figur zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer elektrischen Wicklung 11. Diese Wicklung 11, die z.B. eine Supraleiterwicklung sein kann, wird in einer offenen Form 13 gebildet. Die Form 13 kann irgend ein geeigneter Hohlraum, wie z.B. eine Nut einer elektrischen Dynamomaschine o.dgl. sein. Zum Bilden der Wicklung dient eine Vielzahl von stabilisierten supraleitenden Drähten 15, die irgend eine Art einer stabilisierten supraleitenden Struktur, z.B. eine Vielzahl von Niob-Titanfäden innerhalb einer Umhüllung aus Kupferblech sein können.The figure shows a preferred embodiment of an electrical Winding 11. This winding 11, which can for example be a superconductor winding, is in an open form 13 formed. The mold 13 can be any suitable cavity, such as a groove in an electric dynamo machine or the like. be. To form the winding is a plurality of stabilized superconducting wires 15, which any some kind of stabilized superconducting structure, e.g. a multiplicity of niobium-titanium filaments within an envelope can be made of copper sheet.
Jeder der Supraleiterdrähte 15 hat eine Vielzahl von Berührungsflächen 17 und eine Vielzahl von freien Flächen 19. Die Form, welche die supraleitenden Drähte 15 haben können, um Berührungsflächen 17 und freie Flächen 19 zu erzielen, kann verschiedenartig sein. Beispielsweise können die Berührungsflächen 17 so geformt werden, daß sie entweder mit geraden oder gebogenen Seiten eingreifen, was eine sehr sichere Verbindung zwischen benachbarten Drähten ermöglicht.Each of the superconductor wires 15 has a plurality of contact surfaces 17 and a plurality of free areas 19. The shape which the superconducting wires 15 can have, to achieve contact surfaces 17 and free surfaces 19 can be of various types. For example, the contact surfaces 17 can be shaped so that they engage with either straight or curved sides, which is a very enables secure connection between neighboring wires.
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Die schlimmste Art von. Bewegung-, die bei diesem Aufbau auftreten könnte, wäre ein Verziehen der Supraleiterdrähte. Dabei würde ein Drehmoment erzeugt, das eine Drehung der Drähte verursachen könnte, wenn z.B. Runddrähte nur nebeneinander angeordnet würden. Wenn jedoch die Drähte dicht zusammenliegen und die Berührungsflächen den gezeigten flachen Aufbau besitzen, greifen sie fest genug ineinander, um die gewünschten Ergebnisse zu erreichen.The worst kind of. Movement- that occur in this build-up could, would be a warping of the superconductor wires. This would generate a torque that could cause the wires to rotate if, for example, round wires were only placed next to each other would be arranged. However, if the wires are close together and the contact surfaces are as shown If they are flat, they interlock tightly enough to achieve the desired results.
Ähnlich wie die Berührungsflächen 17 können die sich nicht berührenden Flachen 19 eine große Zahl von unterschiedlichen Formen besitzen. Beispielsweise können sie gerade sein, um · quadratische Durchlässe 21 zu bilden oder sie können krummlinig sein, um kreisförmige bzw. längliche Durchtrittsquerschnitte zu formen.. Wesentlich ist, daß dann,wenn benachbarte Drähte mit den Berührungsflächen 17 aneinandergepreßt werden, die freien Flächen 19 einen Abstand voneinander haben und Kanäle 21 bilden. ·Similar to the contact surfaces 17, the non-contacting surfaces 19 can have a large number of different Own shapes. For example, they can be straight to to form square passages 21 or they can be curvilinear to circular or elongated passage cross-sections to shape .. It is essential that if adjacent Wires are pressed against one another with the contact surfaces 17, the free surfaces 19 a distance from one another and form channels 21. ·
Wie man aus der Figur sieht, benutzt die gezeigte bevorzugte Ausführungsform Supraleiterdrähte mit achteckigem Querschnitt. Die sich berührenden Flächen 17 wechseln mit den sich nicht berührenden Flächen 19 am Umfang des Achtecks ab. Die Vorteile dieser Ausgestaltung liegen darin, daß die erfindungsgemäßen Drähte leicht herzustellen sind und wegen der Symmetrie leicht in der Form 13 gewickelt werden können.As can be seen from the figure, the preferred embodiment shown uses superconductor wires with an octagonal cross-section. The contacting surfaces 17 alternate with the non-contacting surfaces 19 on the circumference of the octagon. The advantages of this embodiment are that the wires according to the invention are easy to manufacture and can easily be wound in the form 13 because of the symmetry.
Auf die supraleitenden Drähte 15 kann eine lage Isoliermaterial 23 aufgebracht sein. Dieses Isoliermaterial.23 unterstützt die Bildung einer festen Verbindung zwischen den Berührungsflächen 17 und isäiert jeden der supraleitenden Drähte von den angrenzenden Drähten, wobei Berührungsflächen mit Berührungsflächen in Eingriff stehen. Das Isoliermaterial 23 kann aus irgend einem geeigneten Material, beispielsweiseA layer of insulating material can be applied to the superconducting wires 15 23 be upset. This insulating material. 23 supports the formation of a firm connection between the Contact surfaces 17 and isäiert each of the superconducting Wires from the adjacent wires with mating surfaces engaged with mating surfaces. The insulating material 23 can be made of any suitable material, for example
409823/0745 _ 6 _409823/0745 _ 6 _
- 6 - YPA 72/8364- 6 - YPA 72/8364
sin phenolmodifiziertes Polyvinylharz sein.be phenol modified polyvinyl resin.
Es ist zwar nicht erforderlich, aber das Isoliermaterial kann von den sich nicht berührenden Seiten 19 auch entfernt werden. Durch die Entfernung der Isolation wird erreicht, daß die Kühlflüssigkeit, die durch die Kühlkanäle fließt, die Supraleiter 15 unmittelbar berührt und die Aufrechterhaltung der erforderlichen niedrigem Temperatur unterstützt. Es ist vorteilhaft, die Drähte 15 zunächst vollständig mit Isoliermaterial zu bekleiden und dieses dann von den sich nicht berührenden Plächen 19 zu entfernen.Although it is not required, the insulating material can also be removed from the non-touching sides 19 will. By removing the insulation it is achieved that the cooling liquid flowing through the cooling channels the superconductor 15 touches directly and the maintenance the required low temperature supports. It is advantageous to first complete the wires 15 to clad with insulating material and then to remove this from the non-touching planes 19.
In manchen Fällen ist es auch zweckmäßig, von vornherein Isoliermaterial 23 nur an den Berührungsflächen 17 aufzutragen. In some cases it is also expedient to apply insulating material 23 only to the contact surfaces 17 from the outset.
Sind die Drähte 15 vorbereitet, so werden sie in der Eorm so gewickelt, daß sie darin dicht angeordnet sind. Die Berührungsflächen 17 werden fest in Verbindung gebracht mit den Berührungsflächen. 17 der angrenzenden Drähte. Ist die Wicklung fertig, so ergibt die starre Verbindung zwischen den Berührungsflächen 17 einen sehr starken Aufbau und die Wicklung 11 zeigt eine ausgezeichnete mechanische Stabilität. Sind die Berührungsflächen 17 der Drähte -15 aneinander gedrückt, so bilden die sich nicht berührenden Flächen 19 mit den Schmalseiten der Isolation 23 einen vollständig geschlossenen Umfang für die Kanäle 21, die sich durch, die Wicklung 11 erstrecken. Daher wird ein sehr stabiler Wicklungsaufbau erzielt, bei dem der Anteil des Supraleiters bezogen auf den Windungsquerschnitt sehr groß ist. Zugleich werden Kanäle durch die Wicklung geschaffen,, die einen großen Kühlmitteldurchsatz ermöglichen, wodurch eine hohe Kühlwirkung bei einem minimalen Platzbedarf ohne Beeinträchtigung der Stabilität der Wicklung ersielt wird.If the wires 15 are prepared, they will be in the Eorm wound so that they are densely arranged therein. The contact surfaces 17 are firmly associated with the contact surfaces. 17 of the adjacent wires. When the winding is finished, the rigid connection between the contact surfaces 17 have a very strong structure and the winding 11 shows excellent mechanical stability. If the contact surfaces 17 of the wires -15 are pressed against one another, the non-contacting surfaces 19 form with the narrow sides of the insulation 23 a completely closed circumference for the channels 21, which extend through the Winding 11 extend. Therefore, a very stable winding structure is achieved in which the portion of the superconductor based on the winding cross-section is very large. At the same time channels are created through the winding, the one enable a large coolant throughput, resulting in a high cooling effect with minimal space requirements without impairment the stability of the winding is achieved.
1 Figur1 figure
8 Patentansprüche8 claims
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— ι —- ι -
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8131 | Rejection |