DE4137992A1 - Spulenanordnung, insbesondere primaerspulenanordnung fuer einen supraleitfaehigen linearen induktionsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen Linearinduktionsmotor. Bevorzugte Anwendungsgebiete sind die Zugspannungsregelung oder die Mäanderregelung von Stahlband bei der Herstellung von Stahlplatten, oder die Verwendung als sogenannter elektromagnetischer Umrührer zum Umrühren von flüssigem Stahl in einer Form oder einer noch flüssigen Stahlschicht im Mittelteil nicht gekühlter Stahlstränge aus einer Stranggußmaschine, oder zum Steuern der Menge an geschmolzenem Stahl, der in eine Form gegossen wird.

Eine Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen Linearinduktionsmotor wird z. B. für die Mäanderregelung eines Stahlbandes bei der Herstellung von Stahlplatten verwendet, vgl. Fig. 1. Auf beiden Seiten eines sich bewegenden gewalzten oder teilweise gewalzten Stahlbandes 10 wird ein Paar von Primärspulenanordnungen eines Induktionsmotors angeordnet, und diese Motorpaare werden oberhalb bzw. unterhalb des Stahlbandes 10 und in einem vorgegebenen Abstand von diesem angeordnet. Die Primärspulenanordnungen werden mittels eines Wechselstroms bzw. Drehstroms erregt. Mäandriert also das sich bewegende Metallband in einer Richtung senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung, also in Breitenrichtung des Bandes, d. h. das Band verschiebt sich im Bereich dieser Induktionsmotoren 11 seitlich in der einen oder der anderen Richtung, so wirkt auf das Band 10 eine seitliche Kraft in Gegenrichtung zu dieser seitlichen Verschiebung, um so das Band 10 ständig in der gewünschten Mittellage zu halten.

Bei bekannten Primärspulenanordnungen für einen supraleitfähigen Linearinduktionsmotor werden üblicherweise sattelförmige Formspulen verwendet, wie sie in den Fig. 2 bis 4 dargestellt sind. Im Falle eines Drehstrommotors weist die Spulenanordnung drei sattelförmige Spulen 12, 13 und 14 für die Phasen U, V und W auf, und diese drei Spulen überlappen einander und bilden eine Zweischichtwicklung, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt. Die Spulenanordnung 12, 13, 14 ist in einem vorgegebenen Abstand x von dem Band 10 angeordnet, das als sekundärer Leiter dient, vgl. Fig. 4. Das Phasenmuster bzw. die Phasenfolge der den Spulen dieses Induktionsmotors zugeführten Ströme ist U, -V, W, -U, V, -W.

Jede Spule ist mit Epoxiharz imprägniert und ausgehärtet, damit nicht durch Reibungswärme - infolge einer zufälligen Bewegung der Wicklung - ein plötzlicher Übergang vom supraleitenden zum nicht supraleitenden Zustand (Quench) stattfinden kann. Da außerdem ein supraleitender Draht infolge der Wechselstromverluste ständig Wärme erzeugt, sind zwischen den Windungen der Spulen Kühlkanäle vorgesehen, durch die flüssiges Helium geleitet wird.

Wie beschrieben, weist die bekannte Primärspulenanordnung für einen dreiphasigen supraleitenden Linearinduktionsmotor drei sattelförmige Formspulen auf, die einander überlappen, und sie braucht Platz für die Kühlkanäle, und deshalb haben diese drei Spulen unterschiedliche Größen und unterschiedliche Windungszahlen und deshalb unterschiedliche Impedanzen. Deshalb kann der Induktionsmotor mit den sattelförmigen Spulen keine gleichförmige Kraft von diesen sequentiell angeordneten Spulen erzeugen.

Da ferner die erwähnte Primärspulenanordnung für einen Induktionsmotor die Form eines Sattels hat, ist es schwierig, einen supraleitfähigen Draht mit einer gleichförmigen Zugspannung zu wickeln und diese Zugspannung zu erhöhen. Obwohl also die Wicklungen jeweils mit Epoxiharz imprägniert und daher jeweils zu einem einzigen Formstück gemacht werden, besteht doch die Gefahr, daß sie sich bewegen, und deshalb besteht die Gefahr des Quench (wie oben erläutert) durch Reibungswärme infolge der Bewegung der Wicklungen. Außerdem ist bei der erwähnten Anordnung von sich überlappenden sattelförmigen Spulen die Phasenfolge der Spulenströme im wesentlichen auf U, -V, W, -U, V, -W beschränkt.

Eine Aufgabe der Erfindung wird deshalb darin gesehen, eine neue Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen Linearinduktionsmotor bereitzustellen.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Man erhält so eine Primärspulenanordnung, bei der die Impedanz der Spuleneinheiten leicht eingestellt werden kann und die folglich eine gleichförmige Kraft erzeugen kann.

Auch wird ein Quench infolge von Bewegungen der Wicklungen verhindert, und die Kühlungswirkung auf die supraleitenden Drähte wird verbessert. Auch läßt sich ein solcher supraleitfähiger Linearinduktionsmotor leicht herstellen und eignet sich für eine modulare Bauweise, und die Phasenfolge der Spulenströme kann in der gewünschten Weise gewählt werden.

Die erfindungsgemäße Primärspulenanordnung wird einem sekundären Leiter gegenüberliegend angeordnet, um bei Erregung eine relative Kraft auf letzteren auszuüben. Sie weist eine Mehrzahl von Spuleneinheiten auf, welche jeweils einen nicht magnetischen und nichtleitenden Spulenkern haben, auf den ein supraleitfähiger Draht für Wechselstrom gewickelt ist. Zwischen benachbarten Windungen (oder Lagen von Windungen) sind nicht magnetische und nichtleitende Distanzelemente angeordnet. Diese benachbarten Windungen oder Windungslagen sind entweder benachbart zueinander in radialer Richtung (radial, ausgehend von der Längsachse des Spulenkerns), oder sie sind benachbart zueinander in Dickenrichtung der Spule, also in Richtung dieser Längsachse, und so entsteht jeweils ein Freiraum zwischen ihnen. Die Spuleneinheiten haben einen im wesentlichen identischen Aufbau und bevorzugt eine im wesentlichen identische Form, und sie haben jeweils einen vorgegebenen Abstand voneinander. Sie eignen sich deshalb besonders gut für eine modulare Bauweise.

Die Spuleneinheiten sind längs des sekundären Leiters angeordnet, wobei ihre jeweiligen Stirnflächen entweder parallel zueinander oder unter einem vorgegebenen Winkel zueinander geneigt angeordnet sind.

Die Seite einer Spuleneinheit, welche dem sekundären Leiter gegenüberliegt, kann z. B. flach sein, oder sie kann in Richtung zum zweiten Leiter vorgewölbt (konvex) sein, bezogen auf die Längsachse der Spuleneinheit, entsprechend der jeweiligen Form des sekundären Leiters.

Für einen stab- oder stangenartigen länglichen sekundären Leiter können ringförmige Spuleneinheiten verwendet werden, so daß die Spuleneinheiten dann um die Außenseite des sekundären Leiters herum angeordnet werden können.

Auch kann eine Stirnfläche der Spuleneinheiten jeweils in Form einer in sich geschlossenen Rennbahn ausgebildet werden, und die Spuleneinheiten können einander überlappend (z. B. nach Art einer Zweischichtwicklung) mit einem vorgegebenen Spulenschritt angeordnet werden.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den übrigen Unteransprüchen. Es zeigt:

Fig. 1 eine raumbildliche Darstellung einer Mäanderregelvorrichtung zum Regeln des Laufs eines Stahlbandes bei der Herstellung dünner Stahlbänder, wobei eine Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor Anwendung findet,

Fig. 2 eine auseinandergezogene raumbildliche Darstellung einer üblichen Primärspulenanordnung mit sattelförmigen Formspulen,

Fig. 3 eine raumbildliche Darstellung einer mit den drei Spulen der Fig. 2 gebildeten Anordnung,

Fig. 4 eine Seitenansicht, welche die Lagebeziehung zwischen der üblichen Primärspulenanordnung mit Spulen vom Satteltyp und einem Band darstellt, wobei das Band als sekundärer Leiter dient,

Fig. 5 eine raumbildliche Darstellung der Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6 eine Vorderansicht der Primärspulenanordnung der Fig. 5,

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 6 mit A bezeichneten Ausschnitts,

Fig. 8 einen Schnitt, gesehen längs der Linie B-B der Fig. 7,

Fig. 9 eine Draufsicht, gesehen in Richtung des Pfeiles D der Fig. 7,

Fig. 10 eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 8 mit C bezeichneten Ausschnitts,

Fig. 11 eine Seitenansicht eines Hauptteils einer Spuleneinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 12 einen Schnitt, gesehen längs der Linie E-E der Fig. 11,

Fig. 13 eine Draufsicht von oben, welche ein erstes Beispiel für die Anordnung der Spuleneinheiten zeigt,

Fig. 14 eine Seitenansicht, welche ein zweites Beispiel für die Anordnung der Spuleneinheiten zeigt,

Fig. 15 eine raumbildliche Darstellung, welche ein Beispiel dafür zeigt, wie die Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor nach der Erfindung verwendet wird,

Fig. 16 eine raumbildliche Darstellung, welche ein zweites Beispiel für die Anwendung der Primärspulenanordnung für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor nach der Erfindung zeigt,

Fig. 17 eine raumbildliche Darstellung einer Primärspulenanordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 18 eine raumbildliche Darstellung einer Primärspulenanordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 19 eine Draufsicht auf eine Primärspulenanordnung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 20 einen Schnitt, gesehen längs der Linie F-F der Fig. 19,

Fig. 21 eine teilweise im Schnitt dargestellte Draufsicht auf einen Teil der Spuleneinheit der Fig. 19,

Fig. 22 einen Schnitt, gesehen längs der Linie G-G der Fig. 21, und

Fig. 23 eine Draufsicht, welche eine Abwandlung eines Spulenkerns vom Typ ringförmige Rennbahn zeigt.

Die Fig. 5 bis 9 zeigen eine Primärspulenanordnung für einen supraleitenden linearen Induktionsmotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Primärspulenanordnung 20 weist 6 Spuleneinheiten 21 auf, die jeweils einen identischen Aufbau und eine identische Form haben und längs einer Achse AX mit gleichen Abständen angeordnet sind, wie das aus Fig. 5 klar hervorgeht. Jede Spuleneinheit 21 ist, von der Seite her gesehen, im wesentlichen D-förmig und weist einen Spulenkern 22 auf, der auch als Wickelkörper bezeichnet werden kann, und ferner - gemäß Fig. 6 - eine große Zahl von kammzinkenartigen Distanzelementen 23, und einen supraleitfähigen Draht 24 für Wechselstrom.

Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, hat der Spulenkern 22, von der Seite gesehen, eine D-Form; eine große Zahl von kammzinkenartigen Distanzelementen 23 ist, wie in den Fig. 7 bis 9 dargestellt, mit im wesentlichen gleichen Abständen am Außenumfang des Spulenkerns 22 angeordnet.

Die Distanzelemente 23 haben jeweils eine große Zahl von Zinken 23a, und der supraleitfähige Draht 24 wird sauber in die Einzelräume zwischen den Zinken 23a gewickelt, ausgehend vom Boden der Distanzelemente 23, um mehrere Windungslagen und dadurch eine Wicklung 25 zu bilden. Wickelt man den supraleitfähigen Draht 24 auf diese Weise, so können benachbarte Windungen des Drahts 24, bezogen auf die Dickenrichtung des Spulenkerns 22, jeweils durch einen Abstand S (vgl. Fig. 9) getrennt werden, welcher Abstand jeweils der Breite einer Zinke 23a des Distanzelements 23 entspricht, und dieser Freiraum S dient als Kanal zur Leitung von flüssigem Helium für die Kühlung der Spuleneinheit.

Der Spulenkern 22 hat eine flache Außenseite 52, welche einem sekundären Leiter 26 gegenüberliegt und die bei einer Gesamtbetrachtung relativ zur Längsachse AX (Fig. 5) des Spulenkerns 22 in Richtung nach außen vorragt. Wird also der supraleitfähige Draht 24 auf den Spulenkern 22 gewickelt, so kann der Wickelvorgang mit der erforderlichen Zugspannung erfolgen, wenn sich der Spulenkern 22 dreht, und man erreicht so, daß der supraleitfähige Draht 24 beim Aufwickeln auf den Spulenkern 22 nicht lose wird, sondern mit Vorspannung aufgewickelt wird.

Wie Fig. 10 zeigt, weist der supraleitfähige Draht 24 für Wechselstrom einen Kern 240 auf, der durch Verseilen von sieben Drähten 240a aus rostfreiem Stahl gebildet wird, ferner eine geflochtene Isolierschicht 241, die gebildet wird durch Flechten von Polyesterfasern, Glasfasern oder dergleichen und um die Außenseite des Kerns 240 herum angeordnet ist, ferner eine Schicht 243 aus supraleitfähigen Drähten 242, die gebildet ist aus einer einzigen Lage einer großen Zahl von supraleitfähigen Drähten 242, welche um die Außenseite der geflochtenen Isolierschicht 241 herum angeordnet sind, ferner eine geflochtene isolierende Deckschicht 224, die gebildet ist durch Flechten von Polyesterfasern, Glasfasern oder dergleichen um den Außenumfang der Schicht 243 von supraleitfähigen Drähten 242. Der Spulenkern 22 und die Distanzelemente 23 werden jeweils aus einem nicht magnetischen und nichtleitenden Werkstoff hergestellt, z. B. aus GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff).

Nach dem Aufwickeln des supraleitfähigen Drahtes 24 auf den Spulenkern 22 werden jeweils die Enden des supraleitfähigen Drahtes 24 fixiert, und dann werden der Draht 24 und der Spulenkern 22 in eine Lösung von Epoxiharz eingetaucht, wodurch Epoxiharz die Hohlräume zwischen dem supraleitfähigen Draht 24 und den Zinken 23a der Distanzelemente 23 sowie das Innere des supraleitfähigen Drahtes 24 mit Epoxiharz ausfüllt und imprägniert. Die Hohlräume zwischen den Drähten 240 aus rostfreiem Stahl und den supraleitfähigen Drähten 242, und die inneren Hohlräume der geflochtenen Isolierschicht werden dabei mit Epoxiharz imprägniert. Danach wird der Spulenkern 22 aus der Lösung von Epoxiharz herausgezogen, und man läßt das Epoxiharz, das die geflochtenen Deckschichten getränkt hat, aushärten. Hierdurch werden nicht nur die benachbarten Windungen des supraleitfähigen Drahtes 24 in den einzelnen Nuten der Distanzelemente 23 sondern auch der supraleitfähige Draht 24 und die Zinken 23a vereinigt, wodurch der supraleitfähige Draht 24 für Wechselstrom fest mit dem Spulenkern 22 verbunden wird. Trotzdem bleiben die Freiräume S (Fig. 9), welche zwischen den Windungen bzw. den Windungslagen des supraleitfähigen Drahtes 24 durch die Distanzelemente 23 definiert werden, selbst nach dem Aushärten des verwendeten Epoxiharzes vorhanden, und auf diese Weise bleiben die Kanäle für ein Kühlmittel (flüssiges Helium) erhalten.

Sechs Spuleneineinheiten 21, welche jeweils den vorstehend erläuterten Aufbau haben, sind so nebeneinander und in einem vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet, daß ihre Längsachsen AX miteinander fluchten und daß ihre gegenüberliegenden Stirnflächen 50, die senkrecht zu den Längsachsen AX verlaufen, parallel zueinander angeordnet sind, wodurch sich die Spulenanordnung 20 ergibt.

Diese ist in einem Kryostaten 30 angeordnet, der in Fig. 6 mit gestrichelten Linien angedeutet ist und der flüssiges Helium als Kühlmittel enthält. Die Enden des supraleitfähigen Drahtes 24 jeder Spuleneinheit 21 sind an entsprechende, nicht dargestellte Elektroden des Kryostaten 30 angeschlossen. Die Spulenanordnung nach der Erfindung ist zusammengesetzt aus einer Mehrzahl von Spuleneinheiten, und demzufolge kann die Phasenfolge der Spulenströme in der gewünschten Weise gewählt werden, indem man die Verbindungen zwischen den Spuleneinheiten und den genannten Elektroden in geeigneter Weise ändert. Beim Beispiel der Fig. 5 ist die Phasenfolge der Spulenströme U, -V, W, -U, V, -W. Die nachfolgende Tabelle zeigt ein Beispiel von Phasenmustern der Primärspulenströme, die verfügbar sind für eine Primärspulenanordnung aus 12 Spuleneinheiten.

Tabelle

Strommuster in den Primärspulen

Ist die Primärspulenanordnung 20 so angeordnet, daß die geraden Seiten 53 der D-förmigen Spuleneinheiten 21 dem sekundären Leiter 26 mit einem vorgegebenen Abstand ×1 gegenüberliegen, dann erhält man einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor.

Beim ersten Ausführungsbeispiel wurden beispielsweise folgende Abmessungen der verwendeten Spuleneinheiten 21 verwendet: Bei jedem kammförmigen Distanzelement 23 ist die Zinkenbreite (Fig. 8) 1 mm, die Breite der Nuten (Fig. 8) 1,5 mm, und die Zinkendicke (Fig. 7) 4 mm. Der Außendurchmesser des supraleitfähigen Drahtes 24 beträgt 1,45 mm. Die Wicklung 25 (Fig. 8) hat einen Querschnitt von 64 mm Breite und 19,5 mm Höhe. Jede Spuleneinheit 21 hat eine gerade Seite 53 von 444 mm Länge und eine maximale Höhe von 269,5 mm in der Richtung rechtwinklig zur geraden Seite 53.

Der Abstand zwischen den benachbarten Spuleneinheiten 21 beträgt 10 mm, und der Abstand ×1 zwischen der Spulenanordnung 20 und dem sekundären Leiter 26 ist 60 mm. Wird eine Platte aus rostfreiem Stahl von 1 mm Dicke als sekundärer Leiter verwendet und ein Wechselstrom mit einem Effektivwert von 155 A und 50 Hz wird durch den supraleitenden Draht 24 geschickt, so kann der Induktionsmotor eine Kraft von etwa 100 N auf die Platte 26 aus rostfreiem Stahl ausüben.

Beim ersten Ausführungsbeispiel ist der Freiraum S definiert zwischen benachbarten Windungen des supraleitfähigen Drahtes 24 in der Dickenrichtung (Fig. 8: von links nach rechts) der Spuleneinheit 21, aber dieser Freiraum kann auch vorgesehen werden zwischen benachbarten Windungen oder Windungslagen des Drahtes 24 in der Richtung der Überlagerung. Die Fig. 11 und 12 zeigen einen Hauptteil einer Spuleneinheit 21A nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Wenn der supraleitfähige Draht 24 auf den Spulenkern 22 gewickelt wird, der mit demjenigen der Fig. 5 identisch sein kann, werden stabförmige, nicht magnetische und nichtleitende Distanzelemente 27 zwischen die übereinanderliegenden Windungslagen eingebracht, und dadurch entstehen Freiräume S1 zwischen den Windungslagen und dienen als Durchlässe für das verwendete Kühlmittel, also z. B. flüssiges He.

Obwohl beim ersten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 die sechs Spuleneinheiten 21 so angeordnet sind, daß ihre Achsen AX miteinander fluchten, so daß ihre gegenüberliegenden Stirnflächen 50, die rechtwinklig zu den Längsachsen AX verlaufen, parallel zueinander liegen, können diese Stirnflächen 50 der Spuleneinheiten 21 auch unter einem vorgegebenen Winkel relativ zueinander geneigt sein.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung der Spuleneinheiten 21 einer Primärspulenanordnung, bei welcher die Spuleneinheiten 21 einem sekundären Leiter 26A gegenüberliegen, der platten- und ringförmig ausgebildet ist.

Die Spuleneinheiten 21 sind so angeordnet, daß ihre gegenüberliegenden Stirnflächen 50 unter einem Winkel alpha relativ zueinander geneigt sind. Fig. 14 zeigt eine Anordnung der Spuleneinheiten 21 einer Primärspulenanordnung, bei welcher die Spuleneinheiten 21 einem Band 26B - es dient als sekundärer Leiter - gegenüberliegen, welches Band sich auf einer gekrümmten Bahn bewegt, wie in Fig. 14 dargestellt. In diesem Fall sind die Spuleneinheiten 21 so angeordnet, daß ihre einander gegenüberliegende Stirnflächen 50 unter einem Winkel beta relativ zueinander geneigt sind. Die Spuleneinheiten 21 der Fig. 13 und 14 sind hinsichtlich Aufbau und Form identisch mit denjenigen nach dem ersten Ausführungsbeispiel, und deswegen werden dieselben Bezugszeichen verwendet. In den Fig. 13 und 14 bezeichnen die Pfeile 55 bzw. 56 die Bewegungsrichtung der sekundären Leiter 26A bzw. 26B.

Die Fig. 15 und 16 zeigen jeweils ein Beispiel dafür, wie die Primärspulenanordnung 20 für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor nach dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden kann. Fig. 15 zeigt einen linearen Induktionsmotor mit zwei Spulenanordnungen 20, welche symmetrisch auf beiden Seiten eines Bandes 26C angeordnet sind, das als sekundärer Leiter dient. Theoretisch kann diese Anordnung eine Kraft erzeugen, die zweimal so groß ist wie diejenige, die man mit einer einzigen Primärspulenanordnung erhält, welche dem sekundären Leiter 26C gegenüberliegt. Fig. 16 zeigt vier Primärspulenanordnungen 20, welche entsprechenden Außenflächen eines gegossenen Metallblocks 28 mit rechteckförmigem Querschnitt gegenüberliegen, welcher Metallblock 28 mittels einer Stranggußmaschine hergestellt wurde und sich gerade in der Abkühlphase befindet. In diesem Fall dient der Induktionsmotor zum Umrühren einer noch nicht verfestigten Schicht 28a aus geschmolzenem Metall im Mittelabschnitt des stranggegossenen Metalls, und auf diese Weise wird eine Seigerung in dieser Schicht verhindert.

Fig. 17 zeigt eine Primärspulenanordnung 20B nach einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dieser Anordnung 20B sind die einzelnen Spuleneinheiten 21B jeweils in der dargestellten Weise an einer ihrer Seiten nach außen aufgewölbt, also weg von der Längsachse AX und in Anpassung an die Form eines sekundären Leiters 26D, der in Breitenrichtung gekrümmt ist. Hierbei ist also jeweils diejenige Seite einer Spuleneinheit 21B, welche dem sekundären Leiter 26D gegenüberliegt, so ausgebildet, daß der Abstand zwischen dieser Seite und dem sekundären Leiter 26D im wesentlichen konstant ist. Ebenso wie bei den Spuleneinheiten 21 des ersten Ausführungsbeispiels sind Distanzelemente am Spulenkern 22B jeder Spuleneinheit 21B vorgesehen, und der supraleitfähige Draht wird so gewickelt, daß ein Freiraum zwischen benachbarten Windungen oder Windungslagen hergestellt wird.

Bei der Spuleneinheit 21B nach dem dritten Ausführungsbeispiel, bei welcher der Außenumfang des Spulenkerns in Richtung nach außen, also von der Längsachse AX weg, aufgewölbt ist, kann der supraleitfähige Draht mit einer gewünschten, auf ihn wirkenden Zugspannung gewickelt werden, während sich der Spulenkern dreht, und deshalb ist in diesem Fall der supraleitfähige Draht, der auf den Spulenkern gewickelt wurde, in keiner Weise lose, also überall straff gewickelt.

Fig. 18 zeigt eine Primärspulenanordnung nach einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Primärspulenanordnung 20C eignet sich zur Verwendung bei einem stabförmigen, länglichen sekundären Leiter 26E mit kreisförmigem Querschnitt und ist um den Außenumfang des sekundären Leiters 26E herum angeordnet. Die Spulenkörper 22C der Spuleneinheiten 21C der Primärspulenanordnung 20C haben jeweils Ringform. Ebenso wie die Spuleneinheiten 21 des ersten Ausführungsbeispiels sind Distanzelemente am Spulenkern 22C jeder Spuleneinheit 21C vorgesehen, und der supraleitfähige Draht wird so gewickelt, daß ein Freiraum zwischen benachbarten Windungen oder Windungslagen geschaffen wird. Der längliche sekundäre Leiter kann auch einen elliptischen, rechteckförmigen oder sonstigen Querschnitt haben, wobei in diesem Fall sowohl die Spuleneinheiten wie die Spulenkerne entsprechend der Querschnittsform des sekundären Leiters ausgebildet werden.

Die Primärspulenanordnung ist so angeordnet, daß die Achsen der einzelnen Spuleneinheiten jeweils parallel zu der Richtung der relativen Kraft sind, welche bei Erregung der Primärspulenanordnung auf den sekundären Leiter ausgeübt wird. Z.B. wirkt bei der Anordnung der Fig. 15 eine relative Kraft von der Primärspulenanordnung 20 auf den sekundären Leiter 26C in der mit einem Pfeil angedeuteten Richtung, also parallel zur Richtung der Längsachsen der Anordnungen 20.

Die Fig. 19 bis 22 zeigen eine Primärspulenanordnung nach einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese Primärspulenanordnung 20D weist sechs Flachspuleneinheiten 21D auf, welche jeweils die Form einer in sich geschlossenen Rennbahn haben. Die Spulen überlappen sich in Form einer Zweischichtwicklung mit konstantem Spulenschritt, d. h. jede Spule hat zur nächsten denselben Abstand. Der Spulenkern 22D jeder Spuleneinheit 21D hat ebenfalls die Form einer in sich geschlossenen Rennbahn mit - in der Draufsicht - bogenförmigen Abschnitten und geraden Abschnitten. Der Spulenkern 22D hat jeweils einen U-förmigen Querschnitt mit Flanschen und einem vorspringenden ebenen Teil, wie in Fig. 22 dargestellt. Der bereits erwähnte supraleitfähige Draht 24 wird in regelmäßiger Weise auf den Spulenkern aufgewickelt, um Drahtlagen zu bilden, und zwischen diese Lagen werden stabförmige Distanzelemente 23D eingefügt, so daß eine Wicklung 25D entsteht. Auf diese Weise werden Freiräume S2 (vgl. Fig. 21) entsprechend der Dicke der Distanzelemente 23D zwischen den Lagen aus supraleitfähigem Draht 24 definiert. Der Spulenkern 22D und die Distanzelemente 23D werden jeweils aus einem nicht magnetischen und nichtleitenden Werkstoff hergestellt, z. B. aus GFK (glasfaserverstärktem Kunststoff). In den Seitenwänden des Spulenkerns 22D wird eine große Zahl kleiner Löcher 22d vorgesehen, um ein Kühlmittel, z. B. flüssiges Helium, in die Freiräume S2 einleiten zu können.

Beim Bewickeln des Spulenkörpers 22D mit dem supraleitfähigen Draht 24 wird auf letzteren eine geeignete Zugkraft ausgeübt, während sich der Spulenkern 22D dreht. Nachdem der Draht 24 auf den Spulenkern 22D aufgewickelt wurde, wird jedes Ende des Drahts 24 fixiert, und dann werden der Draht 24 und der Spulenkern 22D in eine Lösung eines Epoxiharzes eingetaucht, wodurch dieses - durch die kleinen Löcher 22d - in die Freiräume S2 eindringt und die Räume zwischen dem supraleitfähigen Draht 24 und den Distanzelementen 23D ausfüllt, wobei auch die geflochtenen Deckschichten des Drahts 24 mit Epoxiharz getränkt und imprägniert werden. Danach werden der Draht 24 und der Spulenkern 22D aus der Lösung von Epoxiharz herausgenommen, und man läßt das Epoxiharz, mit dem die geflochtenen Deckschichten imprägniert wurden, aushärten. Hierdurch werden nicht nur die benachbarten Windungen jeder Lage des supraleitfähigen Drahtes 24, sondern auch dieser Draht 24 und die Distanzelemente 23D fest miteinander verbunden, so daß der supraleitfähige Draht 24 für Wechselstrom fest mit dem Spulenkern 22D verbunden wird. Trotzdem bleiben die Freiräume S2 (Fig. 21), die zwischen den Lagen des Drahtes 24 definiert sind, auch nach dem Aushärten des verwendeten Epoxiharzes offen, und dadurch bleiben die Kanäle für das Kühlmittel (flüssiges Helium) erhalten.

Sechs Spuleneinheiten 21D, welche jeweils den eben beschriebenen Aufbau haben, werden unter einem vorgegebenen Spulenschritt und mit einem vorgegebenen Neigungswinkel (vgl. Fig. 20) gegenüber einem sekundären Leiter 26F angeordnet, wobei ihre Stirnflächen 60 parallel zueinander angeordnet sind, so daß der durchschnittliche Abstand von einer einzelnen Spuleneinheit 21D zum sekundären Leiter 26F jeweils derselbe ist, und man erhält so die in den Fig. 19 und 20 dargestellte Spulenanordnung 20D. Diese Spulenanordnung 20D wird in einem Kryostaten angeordnet, der flüssiges Helium als Kühlmittel enthält, und die Enden der supraleitfähigen Drähte 24 jeder Spuleneinheit 21D werden jeweils mit entsprechenden Elektroden des Kryostaten verbunden.

Beim fünften Ausführungsbeispiel haben die Abmessungen einer Spuleneinheit 21D z. B. folgende Werte: Die Dicke des Flansches jedes Distanzelementes 23D (Fig. 22) beträgt 1 mm. Der Querschnitt der eigentlichen Wicklung 25D ist 7,5 mm Breite (in Fig. 22 durch die geschweifte Klammer angegeben) und 132 mm Dicke, letztere gemessen in Richtung der Tiefe bzw. Überlagerung, also in Fig. 22 von links nach rechts. Die Hauptachse jeder Spuleneinheit 21D ist bei diesem Ausführungsbeispiel 600 mm lang, und die kleinere Achse 548 mm, und der Neigungswinkel (Fig. 20) beträgt 6,7°.

Beim fünften Ausführungsbeispiel wird der supraleitfähige Draht 24 so gewickelt, daß die Distanzelemente 23D jeweils zwischen zwei benachbarten Windungslagen liegen, wie in Fig. 22 dargestellt. Als Alternative könnten auch hier kammförmige Distanzelemente verwendet werden, ebenso wie beim ersten Ausführungsbeispiel, so daß jeweils ein Freiraum zwischen benachbarten Windungen des supraleitfähigen Drahtes 24 in der Dickenrichtung der Spuleneinheit gebildet wird.

Eine weitere Alternative ist in Fig. 23 dargestellt, und zwar wird dort statt des in sich geschlossenen, rennbahnförmigen Spulenkerns 22D des fünften Ausführungsbeispiels ein in sich geschlossener, ovaler Spulenkern 21E ohne gerade Abschnitte verwendet, wie das Fig. 23 klar zeigt.

Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne das Grundkonzept der Erfindung zu verlassen. Ein für die Erfindung besonders geeigneter Draht ist Gegenstand der Anmeldung P 41 09 781.5, auf die Bezug genommen wird.

Claims (12)

1. Primärspulenanordnung (20; 20B; 20C; 20D) für einen supraleitfähigen linearen Induktionsmotor, der eine Mehrzahl von Spuleneinheiten (21; 21A; 21B; 21C; 21D) aufweist, die jeweils einen nicht magnetischen und nichtleitenden Spulenkern (22; 22B; 22C; 22D) aufweisen, welcher mit einem supraleitfähigen Draht (24) für Wechselstrom bewickelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21; 21A; 21B; 21C; 21D) jeweils nicht magnetische und nichtleitende Distanzelemente (23; 23a; 23D; 27) aufweisen, die zwischen benachbarten Windungen bzw. Windungslagen des supraleitfähigen Drahtes (24) und entweder zueinander benachbart in radialer Richtung, bezogen auf eine Achse (AX) des Spulenkerns (22; 22B; 22C; 22D), oder zueinander benachbart in Dickenrichtung des Spulenkerns, zum Erzeugen eines Freiraumes (Fig. 9: S; Fig. 11: S1; Fig. 21: S2) zwischen benachbarten Windungen bzw. Windungslagen, angeordnet sind, wobei die Spuleneinheiten (21; 21A; 21B; 21C; 21D) im wesentlichen identisch aufgebaut sind und voneinander jeweils einen vorgegebenen Abstand aufweisen.

2. Primärspulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21; 21A; 21B; 21C; 21D) jeweils eine Stirnfläche (50; 60) aufweisen, und daß sie in der Weise angeordnet sind, daß die jeweiligen Stirnflächen mindestens nahezu parallel zueinander verlaufen (Fig. 5; 15; 16; 17; 18; 20).

3. Primärspulenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21) jeweils eine Stirnfläche (50) aufweisen, und daß sie in der Weise angeordnet sind, daß die jeweiligen Stirnflächen (50) miteinander einen vorgegebenen Winkel (Fig. 13: alpha, Fig. 14: beta) einschließen.

4. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärspulenanordnung (20; 20B; 20C; 20D) einem sekundären Leiter (26; 26A; 26B; 26C; 26D; 26E; 26F; 28) gegenüberliegend angeordnet ist, um bei Erregung diesen zweiten Leiter mit einer relativen Kraft zu beaufschlagen.

5. Primärspulenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten jeweils in einem vorgegebenen Abstand (Fig. 6: ×1) vom sekundären Leiter (26; 26A; 26B; 26C; 26D; 26E; 26F; 28) angeordnet sind, so daß die Achsen (AX) der Spuleneinheiten jeweils parallel zu der Richtung der bei Erregung von der Primärspulenanordnung auf den sekundären Leiter ausgeübten Kraft verlaufen.

6. Primärspulenanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21) entsprechend der Form des sekundären Leiters (26; 26B; 26C; 26D; 28) angeordnet sind.

7. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21; 21B) jeweils eine D-förmige Stirnfläche (50) und eine dem sekundären Leiter (26; 26C; 26D; 28) gegenüberliegende Fläche aufweisen, welch letztere - der Form des sekundären Leiters entsprechend - flach ausgebildet ist (Fig. 5; 6; 15; 16; 17).

8. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (20B) jeweils eine dem sekundären Leiter (26D) gegenüberliegende Fläche aufweisen, welche, bezogen auf eine Achse (Fig. 17: AX) der Spuleneinheit (20B) und entsprechend der Form des sekundären Leiters (26D) in Richtung zum sekundären Leiter (26D) vorragt (Fig. 17).

9. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der sekundäre Leiter ein stabförmiges längliches Glied (26E) aufweist, und daß die Spuleneinheiten (21C) jeweils ringförmig ausgebildet und um den Außenumfang des sekundären Leiters (26E) herum angeordnet sind.

10. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten (21D) jeweils eine rennbahnähnliche Stirnfläche (60) aufweisen und einander überlappend mit einem vorgegebenen Spulenabstand angeordnet sind (Fig. 19 bis 22).

11. Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Spuleneinheiten, im wesentlichen unter Beibehaltung der in ihnen vorgesehenen Freiräume (S; S1; S2), mit einem Kunstharz (24a) imprägniert sind, insbesondere mit einem Epoxiharz.

12. Linearinduktionsmotor, enthaltend eine Primärspulenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.