Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest wirnik maszyny synchronicznej. Do synchronicznych maszyn elektrycznych z uzwojeniami cewki magnesuj acej zalicza si e, cho c nie wy lacznie, pr adnice wiruj ace i silniki wiruj ace. Te maszyny zwykle zawieraj a stojan i wirnik, które s a sprz ezone elektromagnetycznie. Wirnik mo ze zawiera c wielobiegunowy rdze n wirnika i zainstalowane na rdzeniu wirnika jedno lub wi ecej uzwoje n cewkowych. Rdzenie wirnikowe zawieraj a materia l sta ly o du zej przenikalno sci magnetycznej, na przyk lad wirnik zelazny. W opisie patentowym nr US 5548168 ujawniono wirnik maszyny synchronicznej, zawieraj acy rdze n wirnika, nadprzewodz ac a cewk e rozmieszczon a wokó l przynajmniej cz esci rdzenia wirnika, przy czym uzwojenie cewki ma, tworz ace par e, dwie boczne sekcje cewki po przeciwnych stronach rdzenia wirnika, oraz przewodz acy ekran wokó l rdzenia wirnika i uzwojenia cewki. W wirnikach synchronicznych maszyn elektrycznych zwykle stosuje si e konwencjonalne uzwo- jenia miedziane. Jednakowo z rezystancja elektryczna uzwoje n miedzianych (jakkolwiek wed lug kon- wencjonalnych miar niewielka) jest wystarczaj aca do powodowania znacznego nagrzewania wirnika i zmniejszania sprawno sci energetycznej maszyny. Ostatnio opracowano nadprzewodz ace (SC - su- per-conducting) uzwojenia cewkowe. Uzwojenia SC efektywnie nie maj a rezystancji i stanowi a bardzo korzystne uzwojenia cewkowe wirnika. Wirniki z rdzeniem zelaznym przy natezeniu pola w szczelinie powietrznej wynosz acym oko lo 2 tesla nasycaj a si e. W znanych konstrukcjach wirników nadprzewodz acych stosuje si e konstrukcje z rdzeniem powietrznym, bez zelaza w wirniku, osi agaj ac pole magnetyczne w szczelinie powietrznej o warto sci powy zej 3 tesla. Te silne pola magnetyczne w szczelinie powietrznej przyczyniaj a si e do zwi ekszenia g esto sci mocy maszyny elektrycznej, i w wyniku daj a znaczne zmniejszenie ciezaru i rozmiarów maszyny. Nadprzewodz ace wirniki z rdzeniem powietrznym wymagaj a du zych ilo sci drutu nadprzewodz acego. Te du ze ilo sci drutu SC poza wymaganiem du zej liczby cewek powoduj a z lo zo- nosc podpór cewek i zwi ekszaj a koszt uzwoje n cewki SC i wirnika. Uzwojenia magnesuj ace cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym s a kszta ltowane z materia lów nadprzewodz acych, które s a kruche, i wymagaj a ch lodzenia do temperatury równej kry- tycznej lub ni zszej od krytycznej, na przyk lad 27K, dla osi agni ecia i utrzymania nadprzewodnictwa. Uzwojenia nadprzewodz ace mog a by c kszta ltowane z materia lu z nadprzewodnictwem wysokotempe- raturowym, jak na przyk lad BSCCO (Bi x Sr x Ca x Cu x O x ). Cewki nadprzewodz ace ch lodzone s a ciek lym helem. Po przep lyni eciu przez uzwojenie silnika, gor acy, zu zyty hel jest odprowadzany z powrotem jako gazowy hel o temperaturze pokojowej. U zywa- nie ciek lego helu do ch lodzenia kriogenicznego wymaga ci ag lego ponownego skraplania zwracanego gazowego helu o temperaturze pokojowej, i takie ponowne skraplanie stwarza znaczne problemy nie- zawodno sciowe i wymaga znacznej mocy pomocniczej. Znane metody chlodzenia cewek SC obejmuj a ch lodzenie nasyconej epoksydem cewki SC przez sta la scie zk e z ch lodnicy kriotechnicznej. W rozwi azaniu alternatywnym ciek ly i/lub gazowy krio- gen mog a przenosi c rury ch lodz ace w wirniku do porowatego uzwojenia cewki SC zanurzonej w stru- mieniu ciek lego i/lub gazowego kriogenu. Jednakowo z, ch lodzenie zanurzeniowe wymaga utrzymy- wania w temperaturze kriogenicznej ca lego uzwojenia magnesuj acego i konstrukcji wirnika. Wskutek tego nie mo zna w ogóle stosowa c zelaza w obwodzie magnetycznym wirnika z powodu krucho sci zelaza w temperaturach kriogenicznych. Wyst epuje, zatem potrzeba opracowania nadprzewodz acego zespo lu uzwojenia magnesuj ace- go dla maszyny elektrycznej, niewykazuj acego wad rdzenia powietrznego i ch lodzonego cieczowo nadprzewodz acego uzwojenia magnesuj acego zespo lu znanego wirnika nadprzewodz acego. Poza tym, cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS - high temperatur e su- perconducting coils) s a wra zliwe na degradacj e przy du zych napr ezeniach zginaj acych i rozci agaj a- cych. Cewki te podlegaj a dzia laniu znacznych si l od srodkowych, które rozci agaj a i odkszta lcaj a uzwo- jenia cewki. Normalna praca maszyny elektrycznej wi aze si e z tysi acami cykli w laczenia i wy laczenia w ci agu kilku lat, co powoduje obciazenie zm eczeniowe wirnika przy ma lej liczbie cykli. Ponadto uzwo- jenie wirnika HTS powinno wytrzymywa c prac e z 25% przekroczeniem szybko sci podczas procedur wywa zania wirnika przy temperaturze otoczenia, i ponadto sporadyczne warunki przekroczenia szyb- ko sci podczas operacji generowania energii elektrycznej. Te warunki przekrocze n szybko sci zwi eksza- ja obci azenie si la od srodkow a uzwojenia powy zej normalnych warunków eksploatacyjnych.PL 203 613 B1 3 Cewki SC wykorzystywane jako uzwojenia magnesuj ace HTS, z nadprzewodnictwem wysoko- temperaturowym, wirnika podlegaj a dzia laniu napr eze n i odkszta lceniom podczas sch ladzania i nor- malnego dzia lania. Podlegaj a one dzia laniu obci azenia od srodkowego, przenoszenia momentu, i przej sciowych warunków uszkodze n. Dlatego, aby wytrzymywa ly te sily, napr ezenia odkszta lcenia i obciazenia cykliczne, cewki SC wymagaj a odpowiedniego podparcia na wirniku przez uk lad wzmac- niaj acy cewki. Te uk lady wzmacniaj ace utrzymuj a cewk e (lub cewki) w wirniku z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS) i zabezpieczaj a te cewki przed ogromnymi si lami od srodkowymi spowo- dowanych wirowaniem wirnika. Ponadto, uk lad wzmacniaj acy cewki ochrania cewki nadprzewodz ace SC, i zapewnia, ze cewki nie ulegn a przedwczesnemu sp ekaniu, zm eczeniu lub innemu uszkodzeniu. Opracowanie uk ladów wzmacniaj acych cewki HTS stanowi lo trudne wyzwanie przy dopasowy- waniu cewek SC do wirników HTS. Przyk ladami opracowanych poprzednio uk ladów wzmacniaj acych dla wirników HTS s a rozwi a- zania proponowane i zastrzegane w patentach USA o numerach 5.548.168, 5.532.663, 5.672.921, 5.777.420, 6.169.353 i 6.066.906. Jednakowo z te uk lady wzmacniaj ace dla cewek nie rozwi azuj a ró znych problemów, na przyk lad zwi azanych z ich kosztem, z lo zono scia i wymaganiem nadmiernej liczby cz esci. Wyst epuje równie z od dawna odczuwana potrzeba opracowania uk ladu wzmacniaj ace- go cewki wytwarzanego przy ma lych kosztach, z latwych w produkcji cz esci sk ladowych. Wirnik maszyny synchronicznej, zawieraj acy rdze n wirnika, par e ko lnierzy wirnika na przeciwle- g lych ko ncach rdzenia wirnika i wyrównanych osiowo z rdzeniem wirnika, przy czym ka zdy ko lnierz wirnika ma szczelin e w s asiedztwie odpowiedniego ko nca rdzenia wirnika, uzwojenie nadprzewodz a- cej cewki rozmieszczone wokó l przynajmniej cz esci rdzenia wirnika, przy czym to uzwojenie cewki ma, tworz ace par e, dwie boczne sekcje cewki po przeciwnych stronach rdzenia wirnika i, tworz ace par e, dwie ko ncowe sekcje cewki, le zace w odpowiednich szczelinach ko lnierzy wirnika, oraz zawieraj acy przewodz acy ekran wokó l rdzenia wirnika, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze przewodz acy ekran pokrywa wspomniane uzwojenie cewki, i ten przewodz acy ekran obejmuje wspomniany ka zdy ko lnierz wirnika i jest przymocowany do tego ka zdego ko lnierza wirnika. Przewodz acy ekran stanowi cylinder wspó losiowy wzgl edem rdzenia wirnika. Przewodz acy ekran jest wykonany ze stopu miedzi lub aluminium. Wirnik dodatkowo zawiera naczynie pró zniowe laminowane na przewodz acym ekranie i otacza- jace rdze n wirnika. Przewodz acy ekran stanowi cylinder wokó l rdzenia wirnika, a wirnik dodatkowo zawiera cylin- dryczne naczynie pró zniowe, wspó losiowe z przewodz acym ekranem. Naczynie pró zniowe jest wykonane ze stali nierdzewnej, a przewodz acy ekran jest wykonany ze stopu miedzi. Ka zdy ko lnierz wirnika zawiera pier scie n wykonany ze stali nierdzewnej, wspó losiowy z rdze- niem wirnika, za s przewodz acy ekran ma okr ag le ko nce i ka zdy koniec przewodz acego ekranu jest po laczony z pier scieniem na ka zdym z ko lnierzy wirnika. Przewodz acy ekran jest przylutowany do wirnika lutem twardym. Przewodz acy ekran jest przykr econy do wirnika srubami. Przewodz acy ekran tworzy dodatkowo naczynie pró zniowe wokó l uzwojenia cewki. Przewodz acy ekran obejmuje otwory dla srub w ka zdym ko lnierzu wirnika. Rdze n wirnika ma kana l prostopad ly do osi pod lu znej wirnika, za s wirnik zawiera ponadto dr a- zek napr ezaj acy wewn atrz kana lu rdzenia wirnika, przy czym ten drazek napr ezaj acy jest usytuowany pomi edzy przeciwnymi bokami uzwojenia cewki i jest przymocowany do przeciwnych boków uzwoje- nia cewki, oraz zawiera obudow e sprz egaj ac a uzwojenie cewki z drazkiem napr ezaj acym. Wokó l rdzenia wirnika jest usytuowany elektromagnetyczny ekran stanowi acy cylinder miedziany. Wirnika zawiera dodatkowo naczynie pró zniowe usytuowane wokó l rdzenia wirnika. Glównym zadaniem przy w laczaniu cewek SC w wirniki by lo opracowania wsporników kon- strukcyjnych dla uzwoje n cewek magnesuj acych SC. Konstrukcja musi wzmacnia c uzwojenia cewki SC bez doprowadzania znacznej ilo sci ciep la do uzwojenia. W ujawnionych nowych koncepcjach do- konuje si e minimalizacji konstrukcji wzmocnienia cewki, dla zmniejszenia masy przewodz acej ciep lo od rdzenia wirnika do ch lodzonych uzwoje n SC. Jednakowo z, minimalizacja wsporników cewki ogra- nicza równie z poziom si l, które wsporniki powinny wytrzymywa c. Je zeli si ly, które dzia laj a na wirnik przekraczaj a wytrzyma losc si low a wsporników cewek, to wyst epuje powa zne niebezpiecze nstwo, ze wsporniki cewki ulegn a uszkodzeniu, lub ze uszkodzeniu ulegn a uzwojenia cewki.PL 203 613 B1 4 Potencjalnym zród lem si l dzia laj acych na wirnik jest moment obrotowy spowodowany uszko- dzeniami sieci. Pr adnica z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS) z cewk a magnesuj ac a SC jest podatna na uszkodzenia sieci elektrycznej. Uszkodzenie sieci polega na wyst apieniu ostrego impulsu pr adowego w sieci energetycznej, do której jest do laczony stojan maszyny. W warunkach uszkodzenia sieci, przez stojan p lynie nadmierny pr ad. Ten pr ad powoduje zaburzenie elektryczne w uzwojeniu stojana, indukuj ac silny strumie n magnetyczny, który mo ze przenika c do cewki z uzwoje- niami magnesujacymi. Potencjalna penetracja pola magnetycznego w cewk e magnesuj ac a wirnika powoduje powsta- nie znacznego momentu obrotowego w uzwojeniu cewki wirnika i wywo luje straty na histerez e i pr ady wirowe (straty dla pr adu przemiennego) w nadprzewodz acym uzwojeniu magnesuj acym, które mog a by c przyczyn a utraty w la sciwo sci nadprzewodnictwa. Poza tym, zmniejszenie tego nadmiernego prze- nikania pola magnetycznego spowoduje zmniejszenie strat przy pr adzie przemiennym (AC) w nad- przewodniku, i zapewni zabezpieczenie stanu nadprzewodnictwa uzwojenia magnesuj acego wirnika. Zminimalizowanie si l dzia laj acych na wirnik pozwala na zmniejszenie konstrukcji uk ladu wsporczego. Zmniejszenie momentu obrotowego z przyczyny zaników sieci i innych nadzwyczajnych zmian pola elektromagnetycznego otaczaj acego wirnik umo zliwia zminimalizowanie konstrukcji wsporczych cewki. Ekranowanie wirnika zapobiega przenikaniu do wirnika przemiennych i zmiennych w czasie pól magnetycznych. Je zeli cewka wirnika z uzwojeniami magnesuj acymi nie jest dobrze ekranowana, to wzmocnienia wymaga osadzenie cewki, dla przeniesienia awaryjnego momentu obrotowego. Ekran elektromagnetyczny (EM) zapobiega przenikaniu do wirnika strumienia magnetycznego stojana, co jest wa zniejsze dla maszyny z nadprzewodnictwem, ni z dla maszyny konwencjonalnej. Ekran EM mo ze pokrywa c prawie cala powierzchni e rdzenia wirnika. Dla zapewnienia ochrony EM wirnika jest u zyteczny ekran o kszta lcie cylindrycznym. Ekran EM mo ze równie z s lu zy c za granic e pró zni dla cewek SC. Ta granica utrzymuje pró zni e wokó l uzwojenia cewki SC. Ekran EM mo ze by c wykonywany z materia lu dobrze przewodz acego elektrycznie, na przyk lad miedzi lub aluminium. Wirnik HTS mo ze by c oryginalnie zaprojektowany dla maszyny synchronicznej z cewkami SC. W sytuacji alternatywnej wirnik HTS mo ze zast epowa c wirnik z cewkami miedzianymi w istniej acej maszynie elektrycznej, na przyk lad w konwencjonalnej pr adnicy. Wirnik i jego cewki SC s a w niniej- szym dokumencie opisywane w kontek scie pr adnicy, lecz wirnik z cewkami HTS nadaje si e równie z do wykorzystania w innych maszynach synchronicznych. Uk lad wzmacniaj acy cewki jest u zyteczny w przypadku integrowania uk ladu wzmacniaj acego cewki z cewk a i wirnikiem. Poza tym, uk lad wzmacniaj acy cewki u latwia wst epny monta z uk ladu wzmacniaj acego cewki, przed monta zem ko ncowym wirnika. Wst epny monta z zmniejsza czas monta- zu, poprawia jako sc podparcia cewki i zmniejsza ró znice monta zowe cewki. Przedmiot wynalazku w przyk ladach wykonania uwidoczniono na za laczonym rysunku, na któ- rym fig. 1 stanowi uproszczony widok z boku synchronicznej maszyny elektrycznej z nadprzewodz a- cym wirnikiem i stojanem, fig. 2 stanowi widok perspektywiczny przyk ladowego owalnego uzwojenia cewki nadprzewodz acej, fig. 3 do 6 stanowi a widoki w roz lo zeniu cz esci sk ladowych wirnika z nad- przewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS), fig. 7 do 10 stanowi a przekroje ró znych odmian wy- konania ekranów elektromagnetycznych dla wirnika. Na fig. 1 przedstawiono przyk ladow a pr adnic e synchroniczn a 10 majac a stojan 12 i wirnik 14. Wirnik zawiera cewki uzwojenia magnesuj acego, które wstawione sa ciasno do wewn atrz cylindrycz- nej pró zniowej wn eki 16 dla wirnika w stojanie. Wirnik osadzony jest wewn atrz pró zniowej wn eki sto- jana. Przy obracaniu si e wirnika wewn atrz stojana, pole magnetyczne 18 (przedstawione liniami prze- rywanymi) generowane przez wirnik i cewki wirnika porusza si e, a dok ladniej wiruje w stojanie i wytwa- rza pr ad elektryczny w uzwojeniach cewek 19 stojana. Pr ad ten jest oddawany przez pr adnic e na zewn atrz w charakterze mocy elektrycznej. Wirnik 14 ma zwykle o s 20 biegn ac a wzd lu znie, i zwykle lity rdze n 22 wirnika. Lity rdze n 22 o du- zej przenikalno sci magnetycznej jest zwykle wykonany z materia lu ferromagnetycznego, na przyk lad zelaza. W maszynie o ma lej g esto sci mocy z nadprzewodnictwem, rdze n zelazny jest wykorzystywany do zmniejszenia si ly magnetomotorycznej (MMF) a zatem zmniejszenia ilo sci drutu w cewce nadprze- wodz acej (SC) potrzebnego na uzwojenie cewki. Na przyk lad lity rdze n zelazny wirnika mo ze by c nasy- cony magnetycznie przy natezeniu pola magnetycznego w szczelinie wynosz acym oko lo 2 tesla. Wirnik 14 podtrzymuje przynajmniej jedno rozci agaj ace si e wzd lu znie, owalne uzwojenie 34 cewki z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym (HTS) (patrz fig. 2). Uzwojenie cewki HTS mo ze,PL 203 613 B1 5 w odró znieniu od tego kszta ltu, mie c kszta lt siod lowy lub mo ze miec pewien inny kszta lt, odpowiedni dla konkretnej konstrukcji wirnika HTS. Uk lad wzmacniaj acy cewki opisywany w niniejszym dokumen- cie jest przeznaczony dla uzwojenia cewki SC owalnej. Uk lad wzmacniaj acy cewki mo ze by c dosto- sowany do konfiguracji cewki innej, ni z cewka owalna instalowana na litym rdzeniu wirnika. Wirnik zawiera dwa wa ly ko ncowe 24, 30, które obejmuj a z dwóch stron rdze n 22 wirnika, i podparte s a lozyskami 25. Wa ly ko ncowe mog a by c sprz ezone z urz adzeniami zewn etrznymi. Na przyk lad ko ncowy wa l 24 kolektora mo ze mie c z lacze 26 do transportu czynnika kriogenicznego la- cz ace ze zród lem kriogenicznego p lynu ch lodz acego wykorzystywanego do ch lodzenia uzwoje n cewki SC w wirniku. Z lacze 26 do transportu czynnika kriogenicznego zawiera segment stacjonarny dola- czony do zród la kriogenicznego p lynu ch lodz acego, i segment obrotowy, który dostarcza p lyn ch lo- dz acy do cewki HTS. Wa l ko ncowy 24 kolektora zawiera równie z kolektor 78 do po laczenia elektrycz- nego z wiruj acym uzwojeniem cewki SC. Wa l 30 na ko ncu nap edowym wirnika mo ze by c nap edzany przez sprz eg lo 32 turbiny energetycznej 32. Fig. 2 przedstawia przyk ladowe owalne uzwojenie 34 cewki magnesuj acej. W sk lad cewek uzwojenia 34 magnesuj acego wirnika wchodzi nadprzewodz aca w wysokiej temperaturze cewka (SC) 36. Ka zda cewka SC zawiera przewodnik z nadprzewodnictwem wysokotemperaturowym, na przyk lad druty z BSCCO (Bi x Sr x Ca x Cu x O x ) laminowane w kompozycie uzwojeniowym nasycanym epoksydem. Na przyk lad zespó l drutów z BSCCO 2223 mo ze by c laminowany, spajany i zwijany w lit a cewk e na- sycon a epoksydem. Drut SC jest lamliwy i latwy do uszkodzenia. Cewka SC jest zwykle nawijana warstwami ta smy, nasycanej epoksydem. Ta sma SC jest zwini eta w precyzyjny kszta lt, dla zapewnienia ciasnych tole- rancji wymiarowych. Ta sma jest nawini eta spiralnie tworz ac owaln a cewk e SC 36. Wymiary cewki owalnej zale za od wymiarów rdzenia wirnika. Zwykle ka zda owalna cewka ota- cza bieguny magnetyczne rdzenia wirnika i jest równoleg la do osi wirnika. Uzwojenia cewki s a ci ag le wokó l kszta ltu owalnego. Cewki SC tworz a bezrezystancyjn a scie zk e dla pr adu elektrycznego wokó l rdzenia wirnika i mi edzy biegunami magnetycznymi rdzenia. Cewka ma styki elektryczne 114 lacz ace elektrycznie cewk e z kolektorem 78. W uzwojeniu 34 cewki znajduj a si e p lynowe kana ly 38 dla kriogenicznego p lynu ch lodz acego. Kana ly te mog a przechodzi c wokó l zewn etrznej kraw edzi cewki 36 SC. Przej scia kana lowe doprowa- dzaj a p lyn ch lodz acy do cewki i odprowadzaj a z cewki ciep lo. P lyn ch lodz acy utrzymuje nisk a tempe- ratur e, na przyk lad 27K w uzwojeniu cewki konieczn a do zapewnienia warunków nadprzewodnictwa, zwi azanych z brakiem rezystancji elektrycznej cewki. Kana ly ch lodz ace na jednym ko ncu rdzenia wir- nika maj a wej sciowe i wyj sciowe okna 112 dla p lynu. Te okna 112 dla p lynu (gazu) lacz a ch lodz ace kana ly 38 cewki SC ze z laczem 26 do transportu czynnika kriogenicznego. Ka zde uzwojenie owalnej cewki 34 ma dwie w zasadzie proste cz esci boczne 40, równoleg le do osi 20 wirnika, i dwie cz esci ko ncowe 54, które s a prostopad le do osi wirnika. Na cz esci boczne cewki dzia laj a najwi eksze si ly od srodkowe. Zatem sciany boczne s a podparte uk ladem wzmacniaj acym cewki, który kompensuje si ly od srodkowe dzia laj ace na cewk e. Fig. 3 przedstawia w roz lo zeniu rdze n 22 wirnika i uk lad wzmacniaj acy dla cewki z nadprzewod- nictwem wysokotemperaturowym. W sk lad uk ladu wzmacniaj acego wchodz a dr azki napr ezaj ace 42 po laczone z obudowami kana lowymi w kszta lcie litery U. Obudowy utrzymuj a i wspieraj a cz esci boczne 40 uzwojenia 38 cewki wirnika. Jakkolwiek na fig. 3 przedstawiono jeden dr azek napr ezaj acy i jedn a obudow e kana lu, to uk lad wzmacniaj acy cewki b edzie zwykle zawiera l szereg dr azków napr ezaj acych, z których ka zdy ma obudowy wzmacniaj ace cewki na obu ko ncach dr azka. Dr azki napr ezaj ace i obudo- wy kana lowe zapobiegaj a uszkodzeniu uzwojenia cewki podczas pracy wirnika, wzmacniaj a uzwojenie cewki w odniesieniu do si l od srodkowych i innych, i stanowi a ekran ochronny dla uzwojenia cewki. Glówne obci azenie uzwojenia 34 cewki HTS w wirniku z rdzeniem zelaznym pochodzi od przy- spieszenia od srodkowego podczas wirowania wirnika. Potrzebne jest skuteczne wsparcie, zw laszcza wzd lu z cz esci bocznych 40 cewki, na które dzia la najwi eksze przyspieszenie od srodkowe. Dla wzmocnienia cz esci bocznych cewki, mi edzy cz esciami cewki rozpi ete s a drazki napr ezaj ace, zamo- cowane do obudów 44, które chwytaj a przeciwleg le cz esci boczne cewki. Dr azki napr ezaj ace rozci a- gaj a si e mi edzy cz esciami bocznymi tej samej cewki lub mi edzy cewkami s asiednimi. Kana ly 46 maj a zwykle kszta lt cylindrycznych przej sc w rdzeniu wirnika, o prostych osiach. Sred- nica kana lów jest w zasadzie sta la, z wyj atkiem ich ko nców przy wg lebionych powierzchniach wirnika. Na ko ncach kana ly mog a rozszerza c si e do wi ekszej srednicy, dla pomieszczenia nieprzewodz acejPL 203 613 B1 6 cylindrycznej tulei (rury izolacyjnej) 52, która zapewnia slizgow a powierzchni e lo zyskuj ac a i izolacj e termiczn a mi edzy rdzeniem wirnika a dr azkiem napr ezaj acym. Osie kana lów 46 znajduj a si e zwykle w p laszczy znie wyznaczonej przez owaln a cewk e. Poza tym, osie kana lów s a prostopad le do sekcji bocznych cewki, do której s a przy laczone dr azki napr ezaj ace przechodz ace przez te kana ly. Ponadto, w przedstawionej w niniejszym dokumencie odmianie wykona- nia kana ly s a ortogonalne wzgl edem osi wirnika, i przecinaj a t e o s. Liczba kana lów i rozmieszczenie tych kana lów b edzie zale za lo od rozmieszczenia cewek HTS i liczby obudów cewki (patrz fig. 10) niezb ed- nych do podparcia bocznych sekcji cewek. Drazki napr ezaj ace podtrzymuj a cewk e szczególnie dobrze w odniesieniu do si l od srodkowych, poniewa z dr azki przechodz a w zasadzie promieniowo mi edzy bokami uzwojenia cewki. Ka zdy drazek napr ezaj acy jest wa lkiem stanowi acym przed lu zenie w kierunku wzd lu znym dr azka i w p laszczy znie owalnej cewki. Wi azanie wzd lu zne drazków naprezaj acych zapewnia boczn a sztywno sc cewek, co zapewnia korzystne parametry dynamiczne wirnika. Ponadto, sztywnosc boczna umo zliwia zintegro- wanie wzmocnienia cewek, tak ze cewka mo ze by c sk ladana ze wzmocnieniem cewki przed ko nco- wym monta zem wirnika. Wst epny monta z cewki ze wzmocnieniem skraca cykl produkcyjny, poprawia jako sc wzmocnienia cewki, i zmniejsza ró znice w monta zu cewki. Cewka owalna wzmocniona jest matryc a elementów napr ezaj acych, które spinaj a d lugie boki cewki. Elementy wzmacniaj ace cewki w postaci dr azków napr ezaj acych s a montowane wst epnie z cewk a. Uzwojenie cewki HTS i konstrukcyjne elementy wzmacniaj ace znajduj a si e w temperaturze krio- genicznej. W odró znieniu od tego, rdze n wirnika znajduje si e w temperaturze „gor acego” otoczenia. Wsporniki cewki stanowi a potencjalne zród la przewodnictwa cieplnego, które mog loby umo zliwi c docie- ranie ciep la z rdzenia wirnika do cewek HTS. Podczas pracy wirnik staje si e gor acy. Poniewa z cewki musz a by c utrzymywane w warunkach przech lodzenia, to przewodzeniu ciep la do cewek nale zy zapo- biega c. Dr azki przechodz a przez otwory, na przyk lad kana ly, w wirniku, lecz nie stykaj a si e z wirnikiem. Ten brak kontaktu zapobiega przewodzeniu ciep la z wirnika do dr azków napr ezaj acych i cewek. Dla zmniejszenia up lywu ciep la na zewn atrz z cewki, wspornik cewki jest zminimalizowany, dla zmniejszenia przewodzenia ciep la przez wspornik od zróde l ciep la, na przyk lad rdzenia wirnika. Istnie- ja w zasadzie dwie kategorie wsporników uzwojenia nadprzewodz acego (I) wsporniki „gor ace”, i (II) wsporniki „zimne”. W przypadku wspornika gor acego, konstrukcje wzmacniaj ace s a izolowane cieplnie od ch lodzonych uzwoje n SC. Przy wspornikach gor acych, wi ekszo sc obciazenia mechanicznego cew- ki nadprzewodz acej (SC) jest przejmowana przez elementy konstrukcyjne rozpi ete mi edzy elementami zimnymi i gor acymi. W zimnym uk ladzie wzmacniaj acym, uk lad wzmacniaj acy znajduje si e w temperaturze bliskiej niskiej kriogenicznej temperatury cewek SC. We wspornikach zimnych wi ekszo sc obciazenia mecha- nicznego cewki nadprzewodz acej (SC) jest przejmowana przez elementy konstrukcyjne znajduj ace si e w temperaturze bliskiej kriogenicznej. Opisywany niniejszym przyk ladowy uk lad wzmacniaj acy cewki jest wspornikiem zimnym, poniewa z drazki napr ezaj ace i przyporz adkowane do nich obudowy sprz e- gaj ace dr azki napr ezaj ace z uzwojeniami cewki SC s a utrzymywane w temperaturze równej krioge- nicznej lub bliskiej jej. Poniewa z elementy wzmacniaj ace s a zimne, to te elementy s a izolowane ter- micznie, na przyk lad przez kana ly bezstykowe w rdzeniu wirnika, od innych, „gor acych” cz esci sk la- dowych wirnika. Pojedynczy element wzmacniaj acy sk lada si e z dr azka napr ezaj acego 42 (który mo ze by c pr e- tem z dwiema srubami na ka zdym ko ncu), obudowy 44 cewki, i ko lka ustalaj acego 80, który laczy obudow e z ko ncem dr azka naprezaj acego. Ka zda obudowa 44 jest obejm a w kszta lcie litery U, maj a- c a ramiona, które lacz a si e z dr azkiem napr ezaj acym i kana lem obejmuj ac uzwojenie 34 cewki. Obu- dowa kana lowa w kszta lcie litery U umo zliwia precyzyjny i wygodny monta z uk ladu wzmacniaj acego dla cewki. Wzd lu z boku uzwojenia cewki mo ze by c rozmieszczony szereg obudów kana lowych styka- jacych si e ko ncami. Obudowy kana lowe razem rozprowadzaj a si ly dzia laj ace na cewk e, na przyk lad sily od srodkowe w zasadzie na ca le sekcje boczne ka zdej cewki. Obudowy 44 cewek zapobiegaj a nadmiernemu uginaniu si e sekcji bocznych 40 cewek pod dzia laniem si l od srodkowych. Wsporniki cewki nie ograniczaj a liniowego rozszerzania si e i kurczenia termicznego cewek, wyst epuj acego podczas normalnych operacji uruchamiania/zatrzymywania turbi- ny gazowej. W szczególno sci, liniowa rozszerzalno sc termiczna jest ukierunkowana g lównie w kierun- ku d lugo sci sekcji bocznych. Zatem sekcje boczne cewki slizgaj a si e nieco wzd luznie wzgl edem obu- dowy kana lowej i dr azków napr ezaj acych.PL 203 613 B1 7 Przenoszenie obci azenia od srodkowego z konstrukcji cewki na dr azek wzmacniaj acy odbywa sie przez obudow e kana low a, która na lozona jest wokó l powierzchni zewn etrznej cewki, i bocznych sekcji prostych, i jest unieruchomiona przez ko lki 80 w ko ncu dr azka napr ezaj acego maj acym wieksz a srednic e. Obudowy kana lowe o kszta lcie U wykonane s a z lekkiego materia lu o du zej wytrzyma losci, który ma dobr a ci agliwo sc w temperaturach kriogenicznych. Typowymi materia lami na obudowy kana- lowe s a aluminium, Inconel lub stopy tytanowe, które sa niemagnetyczne. Kszta lt U obudowy mo zna optymalizowa c pod wzgl edem masy i wytrzyma lo sci. Ko lek ustalaj acy 80 przechodzi przez otwory w obudowie kana lowej i dr azku napr ezaj acym. Ko- lek mo ze dla zmniejszenia ciezaru by c wykonany jako dr azony. Na ko ncach ko lka ustalaj acego znaj- duj a si e nakr econe, czyli zamocowane nakr etki blokuj ace (niepokazane) dla unieruchomienia obudo- wy w kszta lcie U i zabezpieczenia przed rozpadni eciem i rozproszeniem na zewn atrz boków obudowy pod obciazeniem. Ko lek ustalaj acy mo ze by c wykonany jako wytrzyma ly z Inconelu lub stopów tytanowych. Dr azki napr ezaj ace maja wi eksz a srednic e ko nców 82, które s a wykonane przez skrawanie, z dwoma p la- skimi powierzchniami 86 dla dopasowania do obudowy o kszta lcie litery U i do szeroko sci cewki. P la- skie powierzchnie 86 drazków naprezaj acych dotykaj a wewn etrznej powierzchni cewek HTS, kiedy drazek, cewka i obudowa s a zmontowane razem, i ten monta z zmniejsza skupianie napr eze n przy otworze w dr azku napr ezaj acym dla ko lka ustalaj acego. Uk lad wzmacniaj acy cewki z dr azkami napr ezaj acymi 42, obudowami 44 cewek i dzielonym zaci- skiem 58 mo ze by c sk ladany z uzwojeniami 34 cewki HTS, przy monta zu obu tych cz esci na rdzeniu 22 wirnika. Dr azki napr ezaj ace, obudowy kana lowe i zacisk stanowi a ca lkowicie sztywn a konstrukcj e do wzmocnienia uzwoje n cewki i unieruchomienia uzwoje n cewki wzgl edem rdzenia wirnika. Ka zdy drazek napr ezaj acy 42 przechodzi przez rdze n wirnika, i mo ze przechodzi c prostopadle przez o s 20 wirnika. Kana ly 46 skro sne rdzenia wirnika stanowi a przej scia, przez które przechodz a drazki napr ezaj ace. Srednica kana lów jest dostatecznie du za dla unikniecia konieczno sci stykania si e gor acych scian wirnika w kanale z zimnymi dr azkami naprezaj acymi. Brak tego styku poprawia izola- cje ciepln a mi edzy dr azkami napr ezaj acymi a rdzeniem wirnika. Rdze n 22 wirnika jest zwykle wykonany z materia lu magnetycznego, na przyk lad zelaza, nato- miast ko ncowe wa ly wirnika s a zwykle wykonywane z materia lu niemagnetycznego, na przyk lad stali nierdzewnej. Rdze n wirnika i wa ly ko ncowe stanowi a zwykle oddzielne cz esci sk ladowe, które s a sk ladane i trwale laczone razem albo przez skr ecanie srubami, albo przez spawanie. Zelazny rdze n 22 wirnika ma zwykle kszta lt cylindryczny odpowiedni do wirowania we wn ece 16 wirnika stojana 12. Rdze n wirnika ma wg lebione powierzchnie 48, na przyk lad obszary lub szczeliny p laskie lub trójk atne, dla uzwoje n cewki. Te wg lebione powierzchnie 48 s a ukszta ltowane w zakrzy- wionej powierzchni 50 rdzenia cylindrycznego i przechodz a wzd luz przez rdze n wirnika. Uzwojenie 34 cewki jest zamontowane na wirniku w s asiedztwie wg lebionych powierzchni 48. Cewki zwykle s a u lo- zone wzd lu z zewn etrznej powierzchni obszaru wg lebionego i wokó l ko nców rdzenia wirnika. Wg lebio- ne powierzchnie 48 rdzenia wirnika mieszcz a uzwojenie cewki. Kszta lt wg lebionej powierzchni jest zgodny z kszta ltem uzwojenia cewki. Na przyk lad, je zeli cewka by laby ukszta ltowana siod lowo, lub w pewien inny sposób, to wg lebienia w rdzeniu wirnika by lyby ukszta ltowane odpowiednio do po- mieszczenia kszta ltu uzwojenia. Wg lebione powierzchnie 48 mieszcz a uzwojenie cewki, tak ze powierzchnia zewn etrzna uzwo- jenia cewki si ega w zasadzie do obwiedni powsta lej przy obrocie wirnika. Zewn etrzne powierzchnie zakrzywione 50 rdzenia wirnika przy wirowaniu tworz a obwiedni e cylindryczn a. Ta obwiednia obraca- nia si e wirnika ma w zasadzie t e sam a srednic e, co wn eka 16 na wirnik (patrz fig. 1) w stojanie. Przerwa mi edzy obwiedni a wirnika a wn ek a 16 stojana stanowi stosunkowo niewielki prze swit, potrzebny do wymuszonego ch lodzenia wentylacyjnego tylko stojana, poniewa z wirnik nie wymaga ch lodzenia wentylacyjnego. Po zadane jest minimalizowanie prze switu mi edzy wirnikiem a stojanem, dla zwi ekszenia sprz ezenia elektromagnetycznego miedzy uzwojeniami cewki wirnika a uzwojeniami stojana. Ponadto korzystne jest, je zeli uzwojenie cewki wirnika umieszczone jest tak, ze wystaje do obwiedni wyznaczonej przez wirnik, a zatem jest oddzielone od stojana tylko przerw a stanowi ac a prze swit mi edzy wirnikiem a stojanem. Sekcje ko ncowe 54 uzwojenia 34 cewki s asiaduj a z przeciwleg lymi ko ncami 56 rdzenia wirnika. Dzielony zacisk 58 utrzymuje ka zd a z sekcji ko ncowych 54 uzwojenia cewki w wirniku. Dzielony zacisk 58 przy ka zdej sekcji ko ncowej 54 cewki zawiera dwie przeciwleg le p lyty 60, mi edzy którymi umieszczone jestPL 203 613 B1 8 przek ladkowo uzwojenie 34 cewki. Powierzchnie p lyt zaciskowych zawieraj a kana ly 116, 118 (fig. 11) do pomieszczenia uzwojenia cewki i doprowadze n 112, 114 do uzwojenia. Dzielony zacisk 58 mo ze by c wykonany z materia lu niemagnetycznego, na przyk lad z aluminium lub stopów Inconel. Te same lub podobne materia ly niemagnetyczne mo zna wykorzystywa c do wykona- nia dr azków napr ezaj acych, obudów kana lowych i innych cz esci uk ladu wzmacniaj acego cewki. Uk lad wzmacniaj acy cewk e jest, korzystnie, niemagnetyczny, dla zachowania ci agliwo sci w temperaturach kriogenicznych, poniewa z materia ly ferromagnetyczne w temperaturze poni zej punktu przej scia Curie staj a si e kruche i nie nadaj a si e do wykorzystania w konstrukcjach przenosz acych obci azenie. Dzielony zacisk 58 otoczony jest ko lnierzem 62, chocia z nie pozostaje z nim w kontakcie. Ko lnierz 62 znajduje si e na ka zdym ko ncu rdzenia 22 wirnika, jakkolwiek na fig. 3 przedstawiono tylko jeden ko l- nierz. Ko lnierz jest to gruba tarcza z materia lu niemagnetycznego, takiego samego, jak materia l, z które- go s a wykonane wa ly wirnika lub podobnego, na przyk lad stali nierdzewnej. Jak z tego wynika, ten ko l- nierz jest cz esci a wa lu wirnika. Ko lnierz ma szczelin e 64, prostopad la do osi wirnika i dostatecznie sze- rok a do pomieszczenia i u lo zenia dzielonego zacisku 58. Gor ace sciany boczne 66 ko lnierza ze szczeli- n a s a odsuni ete od zimnego dzielonego zacisku, tak ze nie wchodz a z nim w kontakt. Ko lnierz 62 mo ze zawiera c wg lebiony obszar dyskowy 68 (przedzielony na dwie cz esci szczelin a 64) do pomieszczenia podniesionego obszaru dyskowego 70 rdzenia wirnika (po przeciwnej stronie rdzenia wirnika znajduje si e podwy zszony obszar dyskowy do wprowadzenia w ko lnierz przeciwleg ly). Wprowadzenie podwy zszonego obszaru na ko ncu 56 rdzenia wirnika we wg lebiony obszar dys- kowy 68 zapewnia podparcie dla rdzenia wirnika w ko lnierzu, i sprzyja skorygowaniu po lo zenia wza- jemnego rdzenia wirnika i ko lnierzy. Poza tym ko lnierz mo ze mie c ko lowy obszar otworów 72 pod sruby przechodz ace wzd lu znie przez ko lnierz i rozmieszczone wokó l obrze za ko lnierza. Te otwory pod sruby odpowiadaj a zgodnie rozmieszczonym otworom gwintowanym 74 dla srub, przechodz acym cz esciowo przez rdze n wirnika. Sruby 75 (patrz fig. 5) przechodz a przez te wzd lu zne otwory 72, 74 dla srub i mocuj a ko lnierze do rdzenia wirnika. Przewody elektryczne i przewody z p lynem ch lodz acym s a ekranowane cienko scienn a rur a 76, która jest rozmieszczona wzd lu z osi wirnika od jednej z sekcji ko ncowych 54 cewki przez ko lnierz 62. Przewody ch lodz ace w rurze 76 lacz a si e z oknami, wej sciowym i wyj sciowym 39, 41 kana lu ch lodz a- cego 38 na uzwojeniu cewki do kriogenicznego transportowego z lacza 26. Sprz eg elektryczny 70 z cewk a znajduje si e w tej samej sekcji ko ncowej cewki, co ch lodnicze z lacze 26. Rdze n wirnika mo ze by c zamkni ety w metalowym cylindrycznym ekranie 90, który chroni uzwo- jenie 34 cewki nadprzewodz acej przed pr adami wirowymi i innymi pr adami elektrycznymi, otaczaj a- cymi wirnik i zapewnia w razie potrzeby os lon e pró zniow a dla utrzymania sta lej pró zni wokó l krioge- nicznych cz esci sk ladowych wirnika. Cylindryczny ekran 90 mo ze by c wykonany z materia lu o du zej konduktywno sci, na przyk lad stopu miedzi lub aluminium. Uzwojenie 34 cewki SC jest utrzymywane w pró zni. Pró znia mo ze by c utworzona przez ekran 90, który mo ze zawiera c cylindryczn a warstw e stali nierdzewnej, tworz ac a naczynie pró zniowe wokó l cewki i rdzenia wirnika. Dla u latwienia wytrzymywania przez ekran 90 du zych si l promieniowych, które mog a powsta- wa c w warunkach uszkodzenia sieciowego stosuje si e klamr e wzmacniaj ac a 124. Wzmocnienie pro- mieniowe mo ze mie c posta c prostok atnej skrzynki rozmieszonej wokó l czesci bocznych 40 uzwojenia cewki i wychodz acej przez dzielony zacisk 58. Klamra wzmacniaj aca ma dwie sciany boczne, które s a po laczone „na jaskó lczy ogon” ze szczelin a we wg lebionej powierzchni. Sciany boczne przechodz a od wg lebionych powierzchni 48 rdzenia wirnika do ekranu 90, i zapewniaj a wytrzyma losc konstrukcyjn a ekranu. Fig. 7 do 10 stanowi a przekroje ró znych odmian wykonania ekranów elektromagnetycznych dla wirnika. W pierwszej odmianie wykonania ekranu elektromagnetycznego (EM) ekranem jest cylin- dryczny ekran ze stopu miedzi, otaczaj acy rdze n 22 wirnika. Ko nce ekranu s a spojone lutem twardym z pier scieniami ze stali nierdzewnej. Lutowanie mi edzy ekranem miedzianym a pier scieniami stalowy- mi mo ze by c lutowaniem twardym piecowym. W rozwi azaniu alternatywnym, lutowanie mo ze by c lu- towaniem czo lowym lub zak ladkowym. Pier scienie ze stali nierdzewnej s a przymocowane, na przyk lad przyspawane, do ko lnierzy wirnika. W drugiej odmianie wykonania, przedstawionej na fig. 9, cylindryczny miedziany ekran 96 okry- wa korpus wirnika i przynajmniej cz esc obu kolnierzy. Miedziany ekran 96 jest przymocowany do ko l- nierza, na przyk lad za pomoc a srub 98 lacz acych ekran z ko lnierzami. Ponadto, wewn atrz ekranu miedzianego osadzony jest cylinder ze stali nierdzewnej. Ten cylinder ze stali nierdzewnej tworzyPL 203 613 B1 9 naczynie pró zniowe 100 wokó l rdzenia wirnika i uzwoje n cewki SC. Naczynie pró zniowe 100 ze stali nierdzewnej mo ze by c przylutowane lutem twardym do ekranu miedzianego. W nast epnej odmianie wykonania ekranu EM, przedstawionym na fig. 10, ekran EM 102 jest przewodz acym cylindrem ukszta ltowanym z miedzi lub aluminium. Cylinder stanowi ekran elektroma- gnetyczny i s luzy za naczynie pró zniowe dla uzwojenia SC cewki wirnika. Wewn etrzna powierzchnia ekranu mo ze mie c pier scieniowe obrze za 104 s asiaduj ace z kraw edziami ko lnierzy. Elastyczny pier- scie n 106 typu „O” mi edzy ko lnierzem a obrze zami zapewnia hermetyczne uszczelnienie wokó l obrze- zy utrzymuj ace pró zni e. Ekran mo ze by c przykr econy srubami do ko lnierza. Na fig. 11 przedstawiono zewn etrzny ekran pró zniowy z wewn etrznym ekranem EM. Cylindryczny ekran EM 108 ze stopu miedzi otacza wirnik 22 i ko lnierze 62. Ekran EM mo ze by c zamocowany do ko lnierzy 62 za pomoc a srub 98. Ekran EM 108 jest otoczony cylindrycznym naczyniem pró zniowym 109 ze stali nierdzewnej, które mo ze by c laminowane na zewn etrznej powierzchni ekranu EM. Sruby 75, które mocuj a rdze n wirnika do ko lnierzy stanowi a potencjaln a drog e przeciekania powietrza do pró zni wirnika HTS. Dla zapobie zenia takim przeciekom do wirnika przy srubach, ekran 110 ze stali nierdzewnej jest naspawany na otwory dla srub po zewn etrznej stronie ko lnierzy. Te pró z- niowe ekrany 110 s a spawane tak, aby z latwo sci a mo zna by lo je usunac w celu wykr ecenia srub przy demonta zu wirnika. Ekran pró zniowy dla srub wirnika mo ze by c pier scieniem, który pokrywa otwory dla srub w ko lnierzach. Jakkolwiek wynalazek opisano w po laczeniu z odmian a wykonania, któr a obecnie uwa za si e za najkorzystniejsz a i mo zliw a do zrealizowania, to jest oczywiste, ze wynalazek nie ma by c w za lozeniu ograniczony do opisanej odmiany wykonania, lecz przeciwnie, uwa za si e, ze obejmuje wszystkie od- miany wykonania zgodne z istot a zalaczonych zastrze ze n. PL PLDescription of the invention The subject of the invention is a rotor of a synchronous machine. Synchronous electrical machines with magnetizing coil windings include, but are not limited to, rotating generators and rotating motors. These machines usually contain a stator and a rotor which are electromagnetically coupled. The rotor may contain a multi-pole rotor core and one or more coil windings installed on the rotor core. The rotor cores contain a solid material with a high magnetic permeability, for example an iron rotor. U.S. Patent No. 5,548,168 discloses a rotor of a synchronous machine having a rotor core, a superconducting coil disposed around at least part of the rotor core, the coil winding having two paired coil side sections on opposite sides. the rotor core, and a conductive screen around the rotor core and coil winding. Conventional copper windings are commonly used in the rotors of synchronous electrical machines. Equally, the electrical resistance of the copper windings (although small according to conventional measures) is sufficient to cause a significant heating of the rotor and reduce the energy efficiency of the machine. Recently, superconducting (SC) coil windings have been developed. The SC windings effectively have no resistance and are a very advantageous rotor coil winding. Rotors with an iron core saturate when the field strength in the air-gap is about 2 Tesla. sci above 3 tesla. These strong magnetic fields in the air-gap contribute to an increase in the power density of the electric machine and, as a result, result in a significant reduction in the weight and size of the machine. Air-core superconducting rotors require large amounts of superconducting wire. The large amount of SC wire, in addition to requiring a large number of coils, causes complexity of the coil supports and increases the cost of the SC coil winding n and the rotor. The magnetizing windings of high-temperature superconducting coils are shaped from superconducting materials that are brittle and require cooling to a critical temperature or less than a critical temperature, for example, 27K, to achieve and maintain superconductivity. The superconducting windings can be formed of a material with high temperature superconductivity, such as BSCCO (Bi x Sr x Ca x Cu x O x). Superconducting coils are cooled with liquid helium. After flowing through the motor winding, the hot, spent helium is discharged back as room temperature gaseous helium. The use of liquid helium for cryogenic cooling requires the continual re-condensation of the returned room temperature gaseous helium, and such re-condensation presents significant reliability problems and requires considerable auxiliary power. Known methods of cooling SC coils include cooling an epoxy saturated SC coil through a constant path from a cryocooler. Alternatively, the liquid and / or gaseous cryogen may transfer the cooling tubes in the rotor to the porous SC coil winding immersed in the liquid and / or gaseous cryogen stream. Equally, immersion cooling requires keeping the entire magnetizing winding and rotor structure at cryogenic temperature. Consequently, it is not possible to use iron at all in the magnetic circuit of the rotor because of the brittleness of the iron at cryogenic temperatures. There is, therefore, a need to develop a superconducting magnetizing winding assembly for an electric machine that does not show the defects of an air core and a liquid-cooled superconducting magnetizing winding of a well-known superconducting rotor assembly. In addition, high temperature superconducting coils (HTS) are susceptible to degradation at high bending and tensile stresses. These coils are subjected to the action of considerable forces from the center, which stretch and deform the coil windings. Normal operation of an electric machine involves thousands of cycles of switching on and off over a period of several years, resulting in a fatigue load on the rotor with a small number of cycles. In addition, the HTS rotor winding should be capable of withstanding 25% overspeed during rotor balancing procedures at ambient temperature, and in addition, the occasional overspeed condition during power generation operations. These conditions of exceeding the speed of the rotor increase the load from the center of the winding above normal operating conditions. no deformation during cooling and normal operation. They are subject to load from the center, torque transmission, and transient conditions of damage to the legs. Therefore, in order to withstand these forces, deformation stresses and cyclic loads, the SC coils require appropriate support on the rotor by the system reinforcing Coil acy. These booster circuits keep the coils (or coils) in the rotor with High Temperature Superconductivity (HTS) and protect these coils from the enormous centrifugal forces caused by the spinning of the rotor. In addition, the coil amplifier circuit protects the SC coils and ensures that the coils are not prematurely burnt, fatigued or otherwise damaged. The development of HTS coil amplifiers has been a difficult challenge in matching SC coils to HTS rotors. Examples of previously developed booster systems for HTS rotors are solutions proposed and claimed in US patents 5,548,168, 5,532,663, 5,672,921, 5,777,420, 6,169,353 and 6,066,906. However, these booster systems for coils do not solve various problems, for example related to cost, complexity and the need for an excessive number of parts. There is also a long felt need to develop a low-cost, low-cost, easy-to-fabricate coil amplification system. A rotor of a synchronous machine, comprising a rotor core, a pair of rotor flanges at the opposite ends of the rotor core and aligned axially with the rotor core, each rotor flange having a slot adjacent to the corresponding end of the rotor core, superconducting winding and coils disposed around at least part of the rotor core, the coil winding having two side sections of the coil on opposite sides of the rotor core and forming a pair two end sections of the coil lying in a pair. corresponding slots of the rotor flanges, and comprising a conductive screen around the rotor core, according to the invention is characterized in that the conductive screen covers said coil winding, and the conductive screen covers said each rotor flange and is attached to it. of each impeller flange. The conductive shield is a cylinder coaxial with the rotor core. The conductive screen is made of a copper or aluminum alloy. The rotor further comprises a vacuum vessel laminated to the conductive screen and surrounding the rotor core. The conductive shield forms a cylinder around the rotor core, and the rotor additionally comprises a cylindrical vacuum vessel, coaxial with a conductive shield. The vacuum vessel is made of stainless steel and the conductive screen is made of a copper alloy. Each rotor flange includes a stainless steel ring coaxial with the rotor core, the conductive shield has round ends and each end of the conductive shield is connected to a ring on each of the rotor. rotor flanges. The conductive screen is brazed to the rotor. The conductive screen is bolted to the rotor. The conductive shield additionally forms a vacuum vessel around the coil winding. The conductive shield includes the bolt holes in each rotor flange. The rotor core has a channel perpendicular to the longitudinal axis of the rotor, and the rotor also includes a tension rod inside the rotor core channel, the tension rod being located between the opposite sides of the coil winding and it is attached to opposite sides of the coil winding, and includes a housing that interconnects the coil winding with a tension rod. Around the rotor core there is an electromagnetic shield, which is a copper cylinder. The rotor additionally includes a vacuum vessel located around the rotor core. The main task in joining the SC coils into the rotors was the development of structural supports for the windings of n SC magnetizing coils. The design must strengthen the SC coil windings without applying a significant amount of heat to the windings. In the disclosed new concepts, the coil reinforcement structure is minimized in order to reduce the heat-conducting mass from the rotor core to the cooled n SC windings. Equally, minimizing the coil supports also limits the level of force that the supports should withstand c. If the forces acting on the rotor exceed the strength of the coil supports, there is a serious risk, that the coil supports are damaged, or the coil windings are damaged. PL 203 613 B1 4 A potential source of forces acting on the rotor is the torque caused by a network failure. A high temperature superconducting generator (HTS) with an SC magnetizing coil is susceptible to damage to the electrical network. Damage to the network consists in the occurrence of a sharp current impulse in the power network to which the machine stator is connected. In conditions of mains failure, excessive current flows through the stator. This current causes an electrical disturbance in the stator winding, inducing a strong magnetic flux which may penetrate into the coil with magnetizing windings. The potential penetration of the magnetic field into the magnetizing coil of the rotor causes a significant torque in the rotor coil winding and causes hysteresis losses and eddy currents (losses for alternating current) in the superconducting magnetizing winding, which could be c the reason for the loss of the strength of superconductivity. In addition, reducing this excessive magnetic field transmittance will reduce the AC losses in the superconductor, and will provide superconductivity in the rotor magnetizing winding. The minimization of the forces acting on the rotor allows the structure of the supporting system to be reduced. Reducing the torque due to network failures and other extraordinary changes in the electromagnetic field surrounding the rotor allows the coil support structures to be minimized. The shielding of the rotor prevents alternating and time-varying magnetic fields from penetrating into the rotor. If the rotor coil with magnetizing windings is not well shielded, reinforcement is required to seat the coil in order to transmit the emergency torque. The electromagnetic shield (EM) prevents the magnetic flux of the stator from penetrating the rotor, which is more important for a superconducting machine than for a conventional machine. The EM shield can cover almost the entire surface of the rotor core. A cylindrical screen is useful to provide EM protection of the rotor. The EM shield can also be used abroad for a vacuum for SC coils. This limit maintains a vacuum around the SC coil winding. The EM shield may be made of a material that is electrically conductive, for example copper or aluminum. The HTS rotor may be originally designed for a synchronous machine with SC coils. Alternatively, the HTS rotor may be replaced by a copper coil rotor in an existing electrical machine, such as a conventional generator. The rotor and its SC coils are described in this document in the context of a generator, but the rotor with HTS coils is also suitable for use in other synchronous machines. The coil boost circuit is useful when integrating the coil boost circuit with the coil and rotor. In addition, the coil support system makes it easy to pre-assemble from the coil support system, prior to final assembly of the rotor. Pre-assembly reduces assembly time, improves coil support sc quality and reduces coil assembly variation. The subject of the invention is shown in the attached drawing, in which Fig. 1 is a simplified side view of a synchronous electrical machine with a superconducting rotor and stator, Fig. 2 is a perspective view of an exemplary oval winding of a superconducting coil, Figures 3 to 6 are exploded views of the components of a high temperature superconductivity (HTS) rotor, Figures 7 to 10 are cross-sections of different embodiments of electromagnetic shields for the rotor. Fig. 1 shows an example of a synchronous generator 10 having a stator 12 and a rotor 14. The rotor includes magnetizing winding coils which fit snugly inside a cylindrical vacuum cavity 16 for the rotor in the stator. The rotor is seated inside the vacuum cavity of the stator. As the rotor rotates inside the stator, the magnetic field 18 (shown in broken lines) generated by the rotor and the rotor coils moves, or more precisely, rotates in the stator and generates an electric current in the windings of the stator coils 19. This current is transferred externally by the generator as electric power. The rotor 14 has a generally slope of 20, and a generally solid rotor core 22. The solid core 22 with high magnetic permeability is usually made of a ferromagnetic material, for example iron. In a low power superconducting machine, the iron core is used to reduce the magnetomotive force (MMF) and thus reduce the amount of wire in the SC coil needed for the coil winding. For example, the solid iron core of the rotor may be magnetically saturated at an air-gap magnetic field strength of about 2 Tesla. The rotor 14 supports at least one longitudinally extending oval high temperature superconducting (HTS) coil winding 34 (see FIG. 2). The HTS coil winding may, in contrast to this shape, have a saddle shape or may have some other shape suitable for a particular HTS rotor design. The coil amplification circuit described in this document is intended for the winding of an oval SC coil. The coil support circuit may be adapted to a coil configuration other than that of the oval coil installed on the solid rotor core. The rotor includes two end shafts 24, 30, which embrace the rotor core 22 on both sides, and are supported by bearings 25. The end shafts can be coupled with external devices. For example, the end of the collector shaft 24 may have a cryogenic transport connection 26 connecting to the source of the cryogenic coolant used to cool the SC coil windings n in the rotor. Connector 26 for transporting the cryogenic agent includes a stationary segment attached to a source of cryogenic coolant, and a rotating segment that supplies coolant to the HTS coil. The collector end shaft 24 also includes a collector 78 for electrical connection to the rotating SC coil winding. The shaft 30 at the drive end of the rotor may be driven by a clutch 32 of the power turbine 32. Fig. 2 shows an exemplary oval winding 34 of a magnetizing coil. The coils of the rotor magnetizing winding 34 include a high temperature superconducting coil (SC) 36. Each SC coil contains a conductor with high temperature superconductivity, for example BSCCO (Bi x Sr x Ca x Cu x O x) laminated wires in epoxy impregnated winding composite. For example, an assembly of wires from BSCCO 2223 can be laminated, bonded and wound into a solid epoxy-impregnated coil. SC wire is brittle and easy to damage. The SC coil is usually wound with layers of epoxy impregnated tape. This SC sma is rolled into a precise shape to ensure tight dimensional tolerances. This grease is wound in a spiral to form an oval SC coil 36. The dimensions of the oval coil depend on the dimensions of the rotor core. Typically, each oval coil surrounds the magnetic poles of the rotor core and is parallel to the rotor axis. The coil windings are continuous around an oval shape. The SC coils form a resistive path for the electric current around the rotor core and between the magnetic poles of the core. The coil has electrical contacts 114 electrically connecting the coil to the collector 78. In coil winding 34 there are fluid channels 38 for cryogenic coolant. These channels may pass around the outer outer edge of the 36 SC coil. Passages lead the coolant to the coil and remove the heat from the coil. The coolant maintains a low temperature, for example 27K, in the coil winding necessary to ensure superconductivity conditions due to the absence of electrical resistance to the coil. The cooling channels at one end of the rotor core have inlet and outlet ports 112 for the fluid. These fluid (gas) windows 112 connect the cooling channels 38 of the SC coils to a connection 26 for transporting the cryogenic medium. Each winding of the oval coil 34 has two substantially straight side portions 40 parallel to the rotor axis 20, and two end portions 54 that are perpendicular to the rotor axis. The side parts of the coil are subjected to the greatest forces from the center. Thus, the side walls are supported by a coil amplification circuit which compensates from the centerline acting on the coil. Fig. 3 shows an exploded view of the rotor core 22 and the amplification circuit for a high temperature superconducting coil. The strengthening system consists of tension bars 42 connected with U-shaped channel housings. The housings hold and support the side parts 40 of the winding 38 of the rotor coil. Although Figure 3 shows one tension bar and one channel housing, the coil support system will typically include a plurality of tension bars each having coil reinforcement housings on both wheels. Dr azek. The tension bars and conduit casing prevent damage to the coil winding during rotor operation, strengthen the coil winding with respect to central and other forces, and provide a protective screen for the coil winding. The main load on the HTS coil winding 34 in the iron core rotor is due to the centrifugal acceleration during the rotation of the rotor. Effective support is needed, especially from either side of the coil 40 which experiences the greatest acceleration from the center. To strengthen the side parts of the coil, tension rods are stretched between the parts of the coil, fixed to the housings 44 which grip the opposite side parts of the coil. The tension bars extend between the side parts of the same coil or between adjacent coils. Channels 46 have the shape of usually cylindrical passages in the rotor core with straight axes. The diameter of the channels is essentially constant, with the exception of their ends at the grooved surfaces of the rotor. At the ends, the channels can expand to a larger diameter to accommodate a non-conductive cylindrical sleeve (insulating tube) 52, which provides a sliding surface and gains thermal insulation between the rotor core and a tensioning bar. The axes of the channels 46 are usually in a plane defined by an oval coil. Moreover, the axes of the channels are perpendicular to the side sections of the coil to which the tension bars passing through the channels are connected. Moreover, in the embodiment presented herein, the channels are orthogonal to the rotor axis and intersect ateo s. The number of channels and the arrangement of these channels will depend on the arrangement of the HTS coils and the number of coil housings (see Fig. 10) necessary to support the side sections of the coils. The tension rods support the coil particularly well with respect to the centrifugal forces, because the rod runs essentially radially between the sides of the coil winding. Each tensioning stick is a shaft which constitutes a slack in the slack direction of the stick and in the plane of the oval-shaped coil. Binding along the loose tensioning rods ensures the lateral stiffness of the coils, which ensures favorable dynamic parameters of the rotor. In addition, the lateral stiffness makes it possible to integrate the reinforcement for the coils so that the coil can be assembled with the coil reinforcement before final assembly of the rotor. Pre-assembly with a strengthened coil shortens the production cycle, improves the sc quality of the coil reinforcement, and reduces variation in coil assembly. The oval coil is reinforced with a matrix of stressing elements that connect the long sides of the coil. The coil strengthening elements in the form of tension bars are pre-assembled with the coil. The HTS coil winding and structural strengthening elements are at cryogenic temperature. In contrast, the rotor core is at a "hot" ambient temperature. The coil supports are a potential source of thermal conductivity that could allow heat from the rotor core to run in to the HTS coils. The rotor becomes hot during operation. Since the coil must be kept under sub-ice conditions, heat conduction to the coils must be prevented. The rods pass through openings, for example channels, in the rotor but not contact the rotor. This lack of contact prevents heat from being conducted from the rotor to the tension bars and coils. To reduce the leakage of heat to the outside of the coil, the coil support is minimized to reduce heat conduction through the support from a heat source, for example the rotor core. There are basically two categories of superconducting winding supports (I) "hot" supports, and (II) "cold" supports. In the case of a hot bracket, the strengthening structures are thermally insulated from the cooled n SC windings. With hot supports, most of the mechanical load on the SC coil is absorbed by the structural elements that span between the hot and cold elements. In a cold booster circuit, the booster circuit is at a temperature close to the low cryogenic temperature of the SC coils. In cold supports, most of the mechanical load on a SC coil is absorbed by structural elements at a temperature close to cryogenic temperature. The exemplary coil amplification system described here is a cold support, because the tension rods and associated housings connecting the tension rods with the SC coil windings are kept at a temperature equal to or close to the cryogenic temperature. . Since the reinforcement elements are cold, these elements are thermally insulated, for example by contactless channels in the rotor core, from the other "hot" components of the rotor. A single strengthening element consists of a tension rod 42 (which may be a rod with two bolts at each end), a coil housing 44, and a locating pin 80 that connects the housing to the wheel. with the tensioning bar. Each case 44 is a U-shaped bracket having an arm which connects to the tension bar and a channel covering the coil winding 34. The U-shaped casing channel enables precise and convenient installation from the coil support system. A series of conduit housings touching their ends may be arranged along the side of the coil winding. Together, the duct housings distribute the forces acting on the coil, for example the centrifugal forces essentially to the entire left side sections of each coil. The casings 44 of the coils prevent excessive deflection of the side sections 40 of the coils under the action of the median force. The coil supports do not limit the linear thermal expansion and contraction of the coils during normal gas turbine start / stop operations. In particular, linear thermal expansion is mainly directed towards the length of the side sections. Thus, the side sections of the coil slide slightly along the duct housing and the tension bars. a, which extends around the outer surface of the coil and the side straight sections, and is held in place by pegs 80 at the end of the tension bar having a greater diameter. U-shaped duct housings are made of light weight a material with a high fate strength which has good strength at cryogenic temperatures. Typical materials for duct housings are aluminum, Inconel or titanium alloys which are non-magnetic. The U-shape of the housing can be optimized for weight and strength. The retaining wheel 80 passes through openings in the duct housing and the tension bar. The stud can be made hollow to reduce the weight. At the ends of the locating pin there are screwed or attached locking nuts (not shown) to hold the U-shaped housing in place and to prevent disintegration and scattering to the outside of the housing sides under load. The retaining ring can be made of high strength Inconel or titanium alloys. The tension bars have a larger diameter of the ends 82 which are machined, with two flat surfaces 86 to fit the U-shaped housing and the width of the coil. The flat surfaces 86 of the tension rods touch the inner outer surface of the HTS coils when the rod, coil, and housing are assembled together, and this mounting reduces stress concentration at the opening in the tension rod for the locating pin. The coil support system with tension rods 42, 44 coil housings and split clamp 58 can be assembled with the HTS coil windings 34 when both parts are mounted on the rotor core 22. The tension bars, channel housings and clamp constitute a completely rigid structure to strengthen the coil windings n and fix the coil windings to the rotor core. Each tension rod 42 passes through the rotor core n, and may pass perpendicularly through s 20 of the rotor. The torsional channels 46 of the rotor core constitute the transitions through which the tensioning lines pass. The diameter of the channels is large enough to avoid the need for the hot walls of the rotor in the channel to come into contact with the cold tension rods. The absence of this contact improves the thermal insulation between the tension bars and the rotor core. The rotor core 22 is usually made of a magnetic material, for example iron, and the end shafts of the rotor are usually made of a non-magnetic material, for example stainless steel. The rotor core and the end shafts are usually separate components which are assembled and permanently joined together either by bolting or by welding. The rotor iron core 22 has a generally cylindrical shape suitable for spinning in the stator rotor cavity 16. The rotor core n has indented surfaces 48, for example smooth or triangular regions or slots, for the coil windings n. These spindly surfaces 48 are formed in the curved surface 50 of the cylindrical core and pass along the clearance through the rotor core n. The coil winding 34 is mounted on the rotor adjacent to the lead surfaces 48. The coils are typically positioned along the outer surface of the lead area and around the ends of the rotor core. Accordingly, the splined surfaces 48 of the rotor core accommodate the coil winding. The shape according to the spigot surface corresponds to the shape of the coil winding. For example, if the coil were saddle-shaped or some other way, the head in the rotor core would be shaped to accommodate the shape space of the winding. The toothed surfaces 48 accommodate the coil winding, so that the outer surface of the coil winding basically aligns with the envelope created by the rotation of the rotor. The outer curved surfaces 50 of the rotor core form a cylindrical envelope when rotated. This rotor rotation envelope has substantially the same diameter as the rotor recess 16 (see Fig. 1) in the stator. The gap between the rotor envelope and the stator cavity 16 is a relatively small switch, needed for forced ventilation cooling only of the stator, because the rotor does not require ventilation cooling. It is desirable to minimize the lightning gap between the rotor and stator in order to increase the electromagnetic coupling between the rotor coil windings and the stator windings. Moreover, it is advantageous if the rotor coil winding is arranged such that it protrudes into the envelope defined by the rotor, and is therefore separated from the stator only by a gap as ac and switch between the rotor and the stator. The end sections 54 of the coil winding 34 are adjacent to the opposite ends 56 of the rotor core. A split clamp 58 holds each of the end sections 54 of the coil winding in the rotor. The split terminal 58 at each end section 54 of the coil includes two opposite plates 60 between which the coil winding 34 is interposed. The surfaces of the terminal boards include channels 116, 118 (FIG. 11) to receive the coil winding and lead 112, 114 to the winding. The split clamp 58 may be made of a non-magnetic material, such as aluminum or Inconel alloys. The same or similar non-magnetic materials can be used to make tension rods, duct housings and other parts of the coil support system. The coil support system is preferably non-magnetic in order to maintain continuity at cryogenic temperatures, since ferromagnetic materials become brittle at temperatures below the Curie transition point and are not suitable for use in transfer constructions. burdening the load. The split clamp 58 is surrounded by a collar 62, though not in contact with it. A flange 62 is provided at each end of the rotor core 22, although only one flange is shown in FIG. 3. The flange is a thick disc of a non-magnetic material, the same as the material of which the rotor shafts or the like are made, for example stainless steel. It follows that this flange is part of the rotor shaft. The flange has a slot 64 perpendicular to the rotor axis and is wide enough to accommodate and locate the split clamp 58. The hot side walls 66 of the flange from the slot will move it away from the cold split clamp so that it does not come into contact with the split clamp. contact him. The flange 62 may include a recessed disk area 68 (divided into two portions of slots 64) to accommodate a raised disk area 70 of the rotor core (on the opposite side of the rotor core there is an elevated disk area for insertion into the opposite flange. ). The inclusion of the raised area at the end 56 of the rotor core into the splined disk area 68 provides support for the rotor core in the flange, and promotes correcting the mutual position of the rotor core and the flanges. In addition, the flange may have a circular region of bolt holes 72 which extend along or through the flange and disposed around the flange around the flange. These bolt holes correspond to aligned threaded holes 74 for bolts partially extending through the rotor core n. Bolts 75 (see Fig. 5) pass through the free bolt holes 72, 74 and attach the flanges to the rotor core. Electric wires and cables with cooling fluid are shielded from a thin-walled tube 76, which is arranged along the axis of the rotor from one of the end sections 54 of the coil through the flange 62. The cooling conductors in the tube 76 connect to each other. windows, inlet and outlet 39, 41 on the cryogenic transport coil winding 38 on the cryogenic transport coil winding from the junction 26. The electric coupling 70 with the coil is located in the same end section of the coil as the cooling coil with the junction 26. The rotor core may be enclosed in a metal cylindrical shield 90 which protects the SC coil 34 from eddy and other electric currents surrounding the rotor and provides a shielded vacuum if necessary. to maintain a constant vacuum around the cryogenic components of the rotor. The cylindrical shield 90 may be made of a material with a high conductivity, for example a copper or aluminum alloy. The SC coil winding 34 is kept under vacuum. The vacuum may be formed by screen 90, which may include a cylindrical layer of stainless steel forming a vacuum vessel around the coil and rotor core. In order to make it easier for the screen 90 to withstand large radial forces that may arise in conditions of network damage, the reinforcement clamp 124 is used. side 40 of the coil winding and exiting through the split clamp 58. The reinforcement clamp has two side walls which are connected "dovetail" with the slit in the spigot surface. The side walls extend from the slotted surfaces 48 of the rotor core to the shield 90, and provide a strong structural strength to the shield. Figures 7 to 10 are cross-sections of different embodiments of electromagnetic shields for a rotor. In the first embodiment of the electromagnetic (EM) shield, the shield is a cylindrical copper alloy shield surrounding the rotor core 22. The ends of the screen are brazed to stainless steel rings. Brazing between a copper shield and steel rings may be furnace brazing. Alternatively, the brazing can be either face or cap brazing. Stainless steel rings are attached, for example welded, to the rotor flanges. In the second embodiment, shown in FIG. 9, the cylindrical copper shield 96 covers the rotor body and at least some of the two flanges. The copper shield 96 is attached to the flange, for example by screws 98 connecting the screen to the flanges. Moreover, a stainless steel cylinder is embedded inside the copper screen. This stainless steel cylinder forms a vacuum vessel 100 around the rotor core and the SC coil winding n. The stainless steel vacuum vessel 100 can be brazed to the copper shield. In a further embodiment of the EM shield shown in Fig. 10, the EM shield 102 is a conductive cylinder formed of copper or aluminum. The cylinder acts as an electromagnetic shield and acts as a clearance vessel for the SC winding of the rotor coil. The inner outer surface of the screen may have an annular rim 104 adjacent to the edges of the flanges. A flexible O-ring 106 between the flange and the rim provides an airtight seal around the rim that maintains the vacuum. The screen can be bolted to the flange. Figure 11 shows an outer outer vacuum shield with an inner outer EM shield. A cylindrical copper alloy EM 108 shield surrounds the rotor 22 and the flanges 62. The EM shield may be attached to the flanges 62 with screws 98. The EM 108 shield is surrounded by a cylindrical stainless steel vacuum vessel 109 which may be c laminated to the outside of the EM screen. The bolts 75 that secure the impeller core to the flanges represent a potential path for air to leak into the HTS impeller vacuum. To prevent such leakage into the impeller at the bolts, a stainless steel screen 110 is welded over the bolt holes on the outside of the flanges. These vacuum shields 110 are welded so that they can be easily removed to remove the bolts when disassembling the impeller. The impeller screw vacuum screen may be a ring that covers the screw holes in the flanges. Although the invention has been described in conjunction with the embodiment which is currently considered to be the most advantageous and practicable embodiment, it is obvious that the invention is not necessarily limited to the described embodiment but on the contrary it is understood that it includes all variants of execution in accordance with the essence of the attached claims with n. PL PL