DE1564762C - Supraleitungsmagnetspule - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Supraleitungsmagnet- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gespule mit einer Wicklung aus in mehreren Wicklungs- . löst, daß die innerhalb emer Wicklungslage nebenlagen angeordneten Leitern und mit den Zutritt von einanderliegenden blanken Leiterwindungen durch Kühlmittel gestattenden Abstandsmitteln zwischen ein hochkant stehendes Band voneinander getrennt den Wicklungslagen. 5 sind, dessen Breite höchstens gleich der Stärke der

Bei großen Supraleitungsmagnetspulen mit Wick- Leiter ist.

lungen aus supraleitenden Litzen oder Bändern, ins- Eine Supraleitungsmagnetspule mit mehreren besondere bei Magnetspulen mit aus Supraleiter- Wicklungslagen, bei der die innerhalb einer Wickmaterial und elektrisch normal leitenden Metallen lungslage nebeneinanderliegenden blanken Suprazusammengesetzten, völlig oder teilweise elektrisch io leiterwindungen voneinander getrennt sind, ist stabilisierten Leitern, ist zur Erreichung einer opti- durch die USA.-Patentschrift 3 187 235 bekannt. Zur malen Funktionsfähigkeit und insbesondere zur Ver- Trennung der Windungen dient jedoch bei dieser meidung der sogenannten Stromdegradation anzu- Supraleitungsmagnetspule kein hochkant stehendes streben, daß die Leiter der Spulenwicklung gut ge- Band, sondern ein Draht, der aus Isoliermaterial, kühlt werden. Es sollte daher ein möglichst großer *5 aus beim Betrieb der Spule elektrisch normal leiten-Teil der Leiteroberfläche in direktem Wärme- dem Metall oder aus einem solchen Metall mit einem austausch, also in direktem Kontakt, mit dem Kühl- Überzug aus Isoliermaterial bestehen kann. Ferner mittel, beispielsweise dem üblicherweise zur Spulen- sind zwischen den Wicklungslagen dieser bekannten kühlung verwendeten flüssigen Helium, stehen. Mit den Supraleitungsmagnetspule keine den Zutritt von üblichen, vollständig mit Isolierstoffen überzogenen ao Kühlmittel gestattenden Abstandsmittel vorgesehen, Leitern ist dies nicht möglich. Andererseits sollen aber sondern Folien aus beim Betrieb der Spule elektrisch die nebeneinanderliegenden Windungen innerhalb der normal leitendem oder halbleitendem Material. Das einzelnen Wicklungslagen der Spule je nach der ge- Trennen der Windungen dient dabei zur Lösung wünschten Betriebsart gegeneinander vollständig oder einer anderen Aufgabe als bei der vorliegenden Erdoch wenigstens teilweise elektrisch isoliert sein. 25 findung. Durch das Trennen der blanken Supraleiter-

Bei bekannten Supraleitungsmagnetspulen mit windungen innerhalb der Wicklungslagen soll näm-Wicklungen aus litzenförmigen Leitern sind Ab- lieh bei der bekannten Spule in Verbindung mit den Standsmittel zwischen den Wicklungslagen vor- erwähnten Folien erreicht werden, daß beim Übergesehen, um dem Kühlmittel einen Zutritt in das gang der Wicklung vom supraleitenden in den elek-Innere des Wickelpaketes zu gestatten. Als solche 30 trisch normal leitenden Zustand keine Spannungs-Abstandsmittel können Metallnetze oder in Richtung durchschlage innerhalb der Wicklung auftreten, die der Spulenachse angeordnete Stege aus Isolations- zur Zerstörung einer üblichen dielektrischen Isomaterial verwendet werden. Ein direkter Kontakt lation führen könnten. Im übrigen bringt die Verzwischen den Leitern der Spulenwicklung und dem Wendung eines Bandes an Stelle eines Drahtes zum zwischen den Wicklungslagen befindlichen Kühl- 35 Trennen der Windungen einen beträchtlichen Vormittel bei gleichzeitiger Isolation der Windungen teil hinsichtlich einer Erhöhung der erzielbaren gegeneinander wird bei diesen bekannten Spulen Packungsdichte der Supraleiter mit sich,
dadurch bewirkt, daß die litzenförmigen Leiter mit Als Supraleiter für die erfindungsgemäße Spule Drähten oder Bändern aus Isolierstoffen oder elek- können vorzugsweise vollständig oder teilweise trisch schlecht leitenden Metallen derart auf Lücke 40 stabilisierte Leiter verwendet werden, beispielsweise umwickelt werden, daß zwischen den Drähten bzw. aus mehreren supraleitenden, mit elektrisch normal den Bändern eine freie, blanke Leiteroberfläche ver- leitendem Metall überzogenen Drähten und gebleibt. Eine derartige Isolation führt jedoch meist zu gebenenfalls zusätzlichen elektrisch normal leitenden einer verhältnismäßig großflächigen Bedeckung des Drähten bestehende litzenförmige Leiter oder mit Leiters und erfordert neben der unmittelbaren 45 Überzügen aus elektrisch normal leitendem Metall Leiterherstellung einen zusätzlichen Arbeitsgang. versehene supraleitende Bänder. Als Supraleiter-Ferner sind die Auflageflächen zwischen den neben- materialien sind insbesondere Hochfeldsupraleiter geeinanderliegenden Windungen der einzelnen Wick- eignet, beispielsweise Supraleiter aus Niob-Zirkonlungslagen verhältnismäßig klein. Dies kann bei Legierungen, Niob-Titan-Legierungen und Leiter mit großen magnetischen Axialkräften zu sehr hohen 50 Schichten aus supraleitenden intermetallischen Ver-Flächendrücken und dadurch besonders bei aus bindungen wie Niob-Zinn (Nb₃Sn).
Supraleitermaterial und gut elektrisch normal Durch das erfindungsgemäß zwischen benachbarleitenden Metallen zusammengesetzten stabilisierten ten Leitern befindliche hochkant stehende Band wird Leitern zu Verformungen und damit zur Ver- eine vollständige Trennung der Leiter voneinander schlechterung der elektrischen Eigenschaften führen. 55 gewährleistet. Andererseits wird der Kühlmittel-Ferner besteht die Gefahr von Wicklungsschlüssen zutritt zur Oberfläche der Leiter durch das Band durch Verbiegen der Leiter unter Krafteinwirkung praktisch nicht behindert, so daß die Leiter nahezu oder bei unregelmäßig ausgebildeten Leiterober- vollständig vom Kühlmittel umspült werden können, flächen. Schließlich läßt sich eine derartige Isolation Das Band darf nicht breiter sein als die Stärke der bei etwa notwendigen Reparaturen am Leiter nur 60 Leiter, damit es über die Wicklungslagen nicht hinschlecht wieder aufbringen. ausragt. Dagegen kann die Breite des Bandes ge-

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine ringer sein als die Dicke der Leiter der Spulen-Supraleitungsmagnetspule derart auszubilden, daß wicklung. Allerdings muß das Band noch so breit einerseits die Leiter der Spulenwicklung in direktem sein, daß eine Trennung der nebeneinanderliegenden Kontakt mit dem Kühlmittel stehen und andererseits 65 Leiter gewährleistet ist.

die Isolation zwischen den nebeneinanderliegenden Zu einer vollständigen elektrischen Isolation der

Leitern der einzelnen Wicklungslagen die genannten Windungen gegeneinander wird vorzugsweise ein

Nachteile nicht aufweist. Band aus Isoliermaterial, beispielsweise aus einer

Hostaphan- oder Mylar-Folie, zwischen die einzelnen Windungen eingelegt. Die Dicke des Bandes kann dabei vorteilhaft etwa 50 bis 100 μ betragen.

Es kann jedoch auch ein Band aus einem beim Betrieb der Spule elektrisch normal leitenden Metall verwendet werden, das ein- oder ganzseitig isoliert ist, beispielsweise ein mit einer Kunststoffschicht beschichtetes Stahl- oder Kupferband oder ein oberflächlich mit einer Oxydschicht versehenes Aluminiumband. Ein derartiges Band kann neben der Isolation der einzelnen Spulenwindungen gegeneinander noch weitere Aufgaben erfüllen. Ein ganzseitig isoliertes Band kann beispielsweise als Hilfswicklung dienen, deren Spannung beim Auferregen der Magnetspule zur Kompensation der induktiven Erregerspannung der supraleitenden Wicklung ausgenutzt werden kann. Dies ist besonders bei vollständig oder teilweise stabilisierten Magnetspulen von Bedeutung, bei denen mit einer solchen Hilfswicklung eine bei Überlastung auftretende ohmsche Spannungskomponente gegen den induktiven Untergrund sichtbar gemacht und zur Regelung des Erregerstromes ausgenutzt werden kann.

"Falls keine vollständige elektrische Isolation der Windungen gegeneinander erforderlich, sondern vielmehr eine kontinuierliche Windungsshuntung erwünscht ist, kann auch ein Band aus einem elektrisch schlecht leitenden Material, beispielsweise aus einer Chrom-Nickel-Folie, aus einer Stahlfolie oder aus mit Leitlacken getränkten Textilien verwendet werden. Geeignet ist etwa ein Band aus Japanseide, die mit Graphitlack getränkt ist, dessen Leitfähigkeit durch Beigabe von Silberstaub eingestellt ist. Ein solches Band wirkt isolierend, solange die Spule supraleitend ist, und ermöglicht im Falle eines lokalen Überganges einer Windung der Spulenwicklung in den elektrisch normal leitenden Zustand einen Stromübergang auf eine benachbarte Windung.

Falls die Breite des Bandes im Verhältnis zum Durchmesser der Wicklung so groß ist, daß beim Einlegen des Bandes innerhalb desselben unzulässige mechanische Beanspruchungen auftreten würden, kann das Band vorteilhaft gefiedert oder leicht ge-) wellt ausgebildet werden.

An Hand einiger Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden.

F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt aus der Wicklung einer beispielhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Spule;

■ F i g. 2 und 3 zeigen ein- bzw. beidseitig isolierte Bänder aus elektrisch normal leitendem Metall für die erfindungsgemäße Spule;

Fig. 4 zeigt ein gefiedert ausgebildetes Band für die erfindungsgemäße Spule.

In F i g. 1 ist ein Ausschnitt aus zwei Wicklungslagen einer erfindungsgemäß aufgebauten Spule dargestellt. Die Wicklung, die von einem rohrförmigen Spulenkörper 1 getragen wird, besteht aus einem litzenförmigen Leiter 2, der aus mehreren mit elektrisch normal leitenden, beispielsweise aus Kupfer bestehenden Überzügen 3 versehenen Supraleitern 4 aufgebaut ist. Zwischen den einzelnen Wicklungslagen sowie zwischen der letzten Wicklungslage und dem Spulenkörper sind Stege 5 aus Hartgewebe vorgesehen. Die freien Räume zwischen den aufeinanderfolgenden Stegen dienen als Kühlkanäle, in die das Kühlmittel, beispielsweise in Richtung der Pfeile 6, eindringen kann. Die nebeneinanderliegenden Leiter der einzelnen Wicklungslagen sind durch ein hochkant stehendes Band 7 aus einer Isolationsfolie voneinander getrennt. Aus Fig. 1 ist deutlich zu ersehen," daß die blanken Oberflächen der Leiter weitestgehend vom Kühlmittel umspült werden können.

- An Stelle eines Bandes aus Isolationsmaterial kann auch ein ein- oder allseitig isoliertes Metallband verwendet werden. Fig. 2 zeigt ein Kupferband 11, das einseitig mit einer Kunststoffschicht 12 beschichtet ist. In F i g. 3 ist ein Aluminiumband 21 dargestellt, das an seiner Oberfläche mit einer isolierenden Oxydschicht 22 versehen ist. ·

Ein gefiedertes Band ist in F i g. 4 dargestellt. Die Einschnitte 31 sind so geformt, daß beim Einlegen des Bandes in die Spule die zungenförmigen Teile 32 unmittelbar nebeneinander zu liegen kommen.

Die erfindungsgemäße Supraleitungsmagnetspule weist gegenüber bekannten Supraleitungsspulen zahlreiche Vorteile auf. Insbesondere ist die Windungsisolation auf einfache Weise beim Wickeln der Spule herzustellen, indem das hochkant stehende Band gleichzeitig mit dem Supraleiter eingewickelt wird. Für die Isolierung des Leiters ist somit kein eigener Arbeitsgang notwendig. Das Band kann bei einer etwa nötigen Reparatur der Spule leicht entfernt und anschließend wieder verwendet werden. Windungsschlüsse durch Unebenheiten der Leiter oder beim Durchbiegen von Leitern sind nicht möglich, da die nebeneinanderliegenden Leiter vollständig durch das Band getrennt werden. Gleichzeitig wird eine Vergrößerung der Auflagefläche zwischen den nebeneinanderliegenden Leitern erreicht, so daß die durch magnetische Kräfte hervorgerufenen Flächendrücke auf die Leiter stark herabgesetzt sind. Ferner werden bei der erfindungsgemäßen Spule durch die Bänder lediglich die einzelnen Wicklungslagen etwas verbreitert. Dagegen tritt eine Vergrößerung der Höhe der einzelnen Wicklungslagen, die bei den bekannten Isolationsmitteln unumgänglich ist, nicht auf. Dadurch werden eine kompakte Spulenbauweise und ein sehr guter Packungsfaktor erzielt.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Supraleitungsmagnetspule mit einer Wicklung aus in mehreren Wicklungslagen angeordneten Leitern und mit den Zutritt von Kühlmittel gestattenden Abstandsmitteln zwischen den Wicklungslagen, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb einer Wicklungslage nebeneinanderliegenden blanken Leiterwindungen durch ein hochkant stehendes Band voneinander getrennt sind, dessen Breite höchstens gleich der Stärke der Leiter ist.

2. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus Isolationsmaterial vorgesehen ist.

3. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus ein- oder beidseitig isoliertem, beim Betrieb der Spule elektrisch normal leitendem Metall vorgesehen ist.

4. Supraleitungsmagnetspule nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Band aus einem elektrisch schlecht leitenden Material vorgesehen ist.

5. Supraleitungsmagnetspule nach einem der

Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band gefiedert ausgebildet ist.

6.- Supräleitungsmagnetspule nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Band leicht gewellt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen