Сверхпроводящее вращающееся устройство

Сверхпроводящее вращающееся устройство

Реферат

 

Использование: для производства электроэнергии. Сущность изобретения: сверхпроводящее вращающееся устройство имеет ротор 1, выполненный по конструкции криостата и содержащий холодный ротор 10 и сверхпроводящую обмотку 9, охлаждаемую охлаждающим веществом. Теплоэкранирующий элемент 11 обеспечивает тепловое экранирование холодного ротора 10. Магнитные соединительные устройства соединяют холодный ротор 10 с вращающимся валом безконтактным образом с помощью магнитных сил. Статор расположен на расстоянии с заданным зазором от холодного ротора 10 и содержит обмотку якоря. Холодильник выполнен на роторе 10 для охлаждения охлаждающего вещества, циркулирующего в нем и нагретого при охлаждении сверхпроводящей обмотки 9. 9 з.п. ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к сверхпроводящему вращающемуся устройству типа сверхпроводящих генераторов, в которых по крайней мере обмотка ротора выполнена сверхпроводящей.

В стандартном генераторе сверхпроводящая обмотка возбуждения смонтирована на роторе, а оба конца вала ротора опираются с возможностью вращения на подшипники. Статор содержит обмотку якоря, расположенную на заданном расстоянии от ротора, смонтированную в корпусе статора. Корпус статора соединен с подшипниками и опирается на основание. С одной стороны ротора предусмотрено соединительное устройство для соединения приводного устройства с одним концом вала ротора, а с другого конца вала ротора расположены источник тока возбуждения для подачи тока возбуждения в обмотки возбуждения, а также источник охлаждающего вещества для подачи охлаждающего вещества в ротор.

Ротор сверхпроводящего генератора имеет сложную конструкцию для поддержания сверхпроводников при температуре сверхпроводимости. Например, холодный ротор, на котором монтируется обмотка возбуждения, защищают тепловым экраном от внешних частей для поддержания сверхпроводников при температуре сверхпроводимости. В его конструкции предусмотрено охлаждение охлаждающим веществом. Более конкретно, по внешней части холодного ротора концентрично установлены теплоэкранирующий цилиндр с зеркально обработанной поверхностью и магнитоэкранирующий цилиндр для экранирования обмотки возбуждения от вредного магнитного воздействия обмотки якоря. Кроме того, в холодном роторе, в теплоэкранирующем цилиндре и магнитоэкранирующем цилиндре выполнены соответственно вакуумные полости, в которых поддерживается вакуум. Тем самым вакуумные полости препятствуют подводу тепла от внешних частей к холодному ротору, излучаемое тепло экранируется зеркальной поверхностью теплоэкранирующего цилиндра. По концам вала холодного ротора предусмотрена труба передачи крутящего момента в форме тонкостенной полой цилиндрической оболочки. Для блокирования открытого конца трубы передачи крутящего момента ее поверхность имеет зеркальную обработку, экранирующую тепловое излучение. Между концами вала ротора и экраном теплового излучения, а также в трубе передачи крутящего момента выполнены вакуумные полости. Следовательно, передача тепла, подводимого по оси вала ротора, исключена благодаря вакуумным камерам, излучаемое тепло экранируется зеркальной поверхностью экрана теплового излучения. Дополнительно к этому, конструктивные элементы, окружающие холодный ротор, можно принудительно охлаждать охлаждающим веществом, тем самым усиливается охлаждение холодного ротора.

С другой стороны, охлаждающее вещество, подводимое к ротору и отводимое от него, направляют из центрального отверстия, выполненного в конце вала ротора со стороны, противоположной соединительному устройству, через подводящую трубу в ротор. В этом случае, учитывая, что из-за центробежных сил на охлаждающее вещество действуют силы, направленные наружу по радиусу, охлаждающее вещество, вводимое в холодный ротор, проходит через систему отверстий холодного ротора, охлаждая обмотку возбуждения. Благодаря тому, что при повышении температуры охлаждающего вещества удельный вес вещества снижается, охлаждающее вещество, введенное через подводящую трубу, скапливается снаружи по радиусу в низкотемпературной камере ротора, а охлаждающее вещество после охлаждения низкотемпературной камеры, температура которого повысилась, собирается в центральной части. Часть охлаждающего вещества с повышенной температурой испаряется в контрольной части. Испарившееся охлаждающее вещество, скапливающееся в центральной части, можно выпустить через дренажную трубу, соединенную с дренажным отверстием.

В вышерассмотренной конструкции сверхпроводящего генератора для теплового экранирования подводимого и отводимого охлаждающего вещества предусмотрена труба откачки для вакуумных полостей вокруг подводящей трубки и дренажной трубки в холодном роторе. В этом известном примере для вакуумирования соответствующих фиксированных секций вакуумные полости соединены с отверстием вакуумирования, выполненным на конце вала со стороны, противоположной соединительному устройству. Что касается конструкции подвода/отвода охлаждающего вещества, то устройство подвода охлаждающего вещества к фиксированным секциям разделено несколькими фланцевыми элементами, расположенными по валу в нескольких местах, отстоящих от наружной части ротора. В зазоре между фланцевыми элементами и валом ротора предусмотрен герметизирующий механизм. Таким образом, центральное отверстие, дренажное отверстие и отверстие вакуумирования на валу ротора могут независимо взаимодействовать с расположенными напротив полостями в устройстве подвода охлаждающего вещества как с фиксированными секциями. В устройстве подвода охлаждающего вещества могут быть предусмотрены передающая труба, соединенная с устройством подачи/восстановления охлаждающего вещества, и вакуумная труба, соединенная с устройством вакуумирования, при этом их можно независимо соединить с центральным отверстием, с дренажным отверстием и отверстием вакуумирования в роторе.

По внутренней части фланцевых элементов расположены магнит и пара полюсных частей, изготовленных из магнитного материала. Магнитные секции имеют ступени в виде фланцев, расположенные на наружной части каждого конца вала ротора. Между ступенями и полюсными частями, расположенными как описано выше, пропускают магнитную жидкость для создания герметичной стенки, не препятствующей вращению ротора и не загрязняющей периферийную атмосферу.

Однако для вышеописанного сверхпроводящего генератора отмечены определенные недостатки, перечисленные ниже: 1) Ввиду того, что холодный ротор механически соединен с конструктивными элементами наружнего ротора, к холодному ротору посредством теплопередачи подводится внешнее тепло.

2) Внешнее тепло посредством теплопроводности подводится к холодному ротору через токовводы, подводящие ток возбуждения к обмоткам возбуждения.

3) Учитывая, что участок токовводов, как правило, изготовляют из обычного проводника, холодный ротор нагревается джоулевым теплом, генерируемым током возбуждения.

4) В процессе работы необходимо постоянно подводить охлаждающее вещество для устранения повышения температуры холодного ротора и для поддержания сверхпроводников, из которых выполнена обмотка возбуждения, при температуре сверхпроводимости. Требуемая емкость устройства подачи охлаждающего вещества должна быть большой.

5) При подаче охлаждающего вещества через подводящую трубу в низкотемпературные камеры холодного ротора возникают потери потока охлаждающего вещества, а сама подводящая труба является каналом передачи тепла для подвода внешнего тепла к ротору.

6) Учитывая, что один конец вала ротора задействован для подвода охлаждающего вещества, на этом конце вала весьма сложно смонтировать другие конструктивные части. Ввиду того, что затруднительно поддерживать характеристики герметичности, так как вышерассмотренный механизм герметизации имеет большой диаметр, при высокой окружной скорости нелегко непосредственно подсоединить вал для передачи высокого крутящего момента.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является сверхпроводящее устройство, содержащее сверхпроводящий ротор, включающий в себя теплоэкранирующий сосуд, в котором герметично расположен холодный ротор со сверхпроводящей обмоткой, охлаждаемой охлаждающим веществом, средства возбуждения для подачи тока возбуждения к сверхпроводящей обмотке, статор, содержащий обмотку якоря.

Наиболее близкий аналог относится к традиционному сверхпроводящему устройству и имеет те же перечисленные выше недостатки.

Технической задачей изобретения является создание сверхпроводящего вращающегося устройства, обеспечивающего уменьшение тепла, подводимого к холодному ротору, и тем самым подавление повышения температуры охлаждающего вещества в полостях, предусмотренных в охлаждаемых элементах, а также предотвращение подвода тепла от конца вала с противоположной стороны от соединительного устройства с приводным устройством благодаря отказу от подвода охлаждающего вещества на конце вала.

Вышеупомянутая техническая задача обеспечивается в соответствии с настоящим изобретением разработкой сверхпроводящего вращающегося устройства, содержащего сверхпроводящий ротор криостатной конструкции, включающий в себя теплоэкранирующий сосуд, в котором герметично расположен холодный ротор со сверхпроводящей обмоткой, охлаждаемой охлаждающим веществом, средства возбуждения для подачи тока возбуждения к сверхпроводящей обмотке, статор, расположенный на расстоянии с заданным зазором от сверхпроводящего ротора и содержащий обмотку якоря, при этом устройство содержит холодильные средства, выполненные в сверхпроводящем роторе для охлаждения охлаждающего вещества, нагреваемого при охлаждении сверхпроводящей обмотки, сверхпроводящий ротор включает в себя вал с первым и вторым концами, расположенными вдоль его оси вращения, холодный ротор размещен между ними и соединен с ними бесконтактно магнитными соединительными средствами с использованием магнитных сил, а для передачи тока возбуждения и управляющего тока от средств возбуждения к сверхпроводящей обмотке использованы фотоэлектрические преобразовательные средства.

На фиг. 1 вариант конструкции сверхпроводящего вращающегося устройства, разрез; на фиг. 2 другой вариант конструкции сверхпроводящего вращающегося устройства, разрез; на фиг. 3 ротор варианта конструкции, показанного на фиг. 1, продольное сечение; на фиг. 4 и 5 виды, поясняющие принцип магнитного соединительного устройства; на фиг.6 вид магнитного соединительного устройства согласно первому примеру; на фиг. 7 вид магнитного соединительного устройства согласно второму примеру; на фиг. 8 блок-схема магнитного соединительного устройства, показанного на фиг. 7; на фиг. 9 вид магнитного соединительного устройства, еще один его пример; на фиг. 10 вид, иллюстрирующий расположение магнитного соединительного устройства; на фиг.11 осевое соединительное устройство, разрез; на фиг. 12 - радиальное соединительное устройство, разрез; на фиг. 13 другое радиальное соединительное устройство, разрез; на фиг. 14 магнитное соединительное устройство для фиксирования положения в осевом направлении, в радиальном направлении и направлении вращения, разрез; на фиг. 15 ротор как один из вариантов конструкции сверхпроводящего вращающегося устройства согласно представленному изобретению, разрез.

На фиг. 1 показан вариант конструкции всего в целом сверхпроводящего вращающегося устройства согласно представленному изобретению, а фиг. 3 иллюстрирует внутреннюю конструкцию сверхпроводящего ротора, используемого в сверхпроводящем устройстве.

Как показано на фиг. 1, в роторе 1 смонтирована обмотка возбуждения, выполненная из сверхпроводящего проводника, а оба конца вала ротора 1 опираются с возможностью вращения на подшипники 5. Статор 2 содержит обмотку 2а якоря, расположенную на расстоянии с заданным зазором от ротора 1. Статор смонтирован в корпусе 4, соединенном с подшипниками 4 и опирающимся на основание 3. С одной стороны ротора предусмотрено соединительное устройство 6 для соединения приводного устройства с концом вала ротора 1. С другой противоположной стороны ротора на конце вала предусмотрен источник 7 тока возбуждения, подводящий ток возбуждения к обмоткам возбуждения.

Между ротором 1 и статором 2 выполнен цилиндрический сосуд 41. Элементы крепления сосуда, выступающие в осевом направлении с обоих концов сосуда 41, соединены с герметизирующим механизмом 42 вала, предусмотренным вблизи подшипников 5, образуя между сосудом 41 и ротором 1 полость 44, в которой поддерживается пониженное давление или вакуум. В таком случае на герметизирующий механизм 42 вала действует перепад давления между внутренней частью полости 44, в которой находится ротор 1, и наружной частью сосуда 41.

В ситуации, когда сосуд 41 выполнен как теплоэкранирующая конструкция, можно дополнительно уменьшить поток излучаемого тепла, поступающего извне в сосуд 41. В качестве конкретного примера теплоэкранирующего сосуда 41 указывается конструкция, в которой сосуд 41а изготовлен как многослойная конструкция, содержащая два или более слоев, а промежутки между слоями либо вакуумируют, либо охлаждают, как показано на фиг.1В. Каждый из слоев имеет зеркальную полированную поверхность для предотвращения подвода тепла в сосуд 41а путем излучения.

В рассматриваемом варианте конструкции на роторе 1 предусмотрен небольшого размера холодильник, который будет описан ниже. Это позволяет исключить устройство подвода охлаждающего вещества к ротору при его работе. Благодаря этому по обоим концам вала ротора можно смонтировать другие конструктивные элементы. В рассматриваемом варианте конструкции предусмотрено соединительное устройство 43 для непосредственного подсоединения другого вращающегося вала.

Конструкцию ротора 1 иллюстрирует фиг. 2. Соединительный вал с первым и вторым концами 45 и 46, выполненные по обоим сторонам ротора 1, соединены с холодным ротором 10 через магнитное соединительное устройство 47a и 47b. По внешней периферии холодного ротора 10 в осевом направлении смонтированы теплоэкранирующий сосуд 11 с зеркальной поверхностью и магнитоэкранирующий цилиндр 12 для экранирования обмотки 2а возбуждения от вредного магнитного воздействия якоря. Далее, по обоим концам холодного ротора 10 предусмотрены зеркально отполированные элементы 48а и 48b, экранирующие тепловое излучение в осевом направлении. В полостях 13a, 14, 49a, 49b, 49c и 49d, образованных названными конструктивными элементами, поддерживается вакуум.

В качестве механизма подвода тока к обмоткам 9 возбуждения, расположенным в холодном роторе 10, выводы обмотки 9 возбуждения соединены через токовводы 50a и 50b с фотоэлектрическими преобразователями 51a и 51b, смонтированными на осевых теплоэкранирующих элементах 48b, расположенных с одного конца холодного ротора 10, а в соответствующих местах соединительного вала с вторым концом 46 установлены оптопары 52a и 52b. Оптопары 52a и 52b соединены оптическим кабелем 53a и 53b соответственно с оптопарами 54a и 54b, установленными на наружной периферийной части вала. Таким образом, ток возбуждения подводится к обмоткам 9 возбуждения по способу оптической передачи. В этом случае ток возбуждения подводится от неподвижной части к подвижной части с помощью устройства оптической передачи и приема (не показано). Токовводы 50a и 50b выполнены из сверхпроводника и охлаждаются в холодном роторе 10 до температуры сверхпроводимости.

В соответствии с вышеописанной конструкцией подвода тока возбуждения передача тепла от токовводов 50a и 50b к оптическим кабелям 53a и 53b исключается благодаря наличию вакуумной полости 49c и оптопар 52a, 52b и 54a, 54b.

Далее, согласно представленному изобретению, предусмотрена система циркуляции охлаждающего вещества. Система циркуляции включает в себя холодильные средства в виде небольшого размера холодильника 55, смонтированного на валу с первым концом 45 в полости 49a холодного ротора 10. Охлаждающее вещество подается в холодный ротор 10 для охлаждения внутренней обмотки холодного ротора. Подогретое в холодном роторе 10 охлаждающее вещество поступает в холодильник 55 через возвратную трубу 56. Охлаждающее вещество, охлажденное в холодильнике 55, возвращают в холодный ротор через подводящую трубу 57 для охлаждения заданных секций через систему отверстий (не показано). В рассматриваемом варианте конструкции системы циркуляции охлаждающего вещества подводящая труба 58 соединена с возможностью расстыковки с источником охлаждающего вещества (не показано) через загрузочное отверстие 60. Это позволяет заполнить холодный ротор 10 охлаждающим веществом на начальной стадии перед запуском сверхпроводящего вращающегося устройства. Подводящая труба 58 направлена в низкотемпературную полость в холодном роторе 10 через соединительный вал с вторым концом 46. В конструкции предусмотрен обратный клапан 59, который не допускает возврата охлаждающего вещества из низкотемпературной полости 10a через подводящую охлаждающее вещество трубу 58. В рассматриваемом случае участок подводящей трубы 58 вблизи холодного ротора 10 выполнен из теплоизолирующего материала, тем самым предотвращается подвод тепла в холодный ротор 10 через подводящую трубу 58. Тепло, создаваемое холодильником 55, отводится через вал с первым концом 45.

Теперь рассмотрим примеры конструкций вышеназванных магнитных соединительных устройств 47a и 47b.

Фиг. 4. иллюстрирует фундаментальный принцип магнитного соединительного устройства. На фиг. 4 опираемые элементы (например, соединительный вал с первым и вторыми концами 45 и 46) по крайней мере частично изготовлены из магнитного материала 62, а опорный элемент 63 (например, холодный ротор) содержит магниты 64 в местах, соответствующих расположению магнитных материалов 62.

В случае, когда части 62 из магнитного материала и магниты 64 соответственно установлены в заданных местах опираемых элементов 61 и опорного элемента 63, опираемые элементы 61 сильно притягиваются к магниту 64, который отличается сильным магнитным притяжением. Следовательно, опираемые элементы 61 можно зафиксировать в произвольном положении, варьируя магнитные силы, создаваемые несколькими магнитами 64, закрепленными в заданных местах в опорном элементе 63.

В вышеописанном магнитном соединительном устройстве используются силы притяжения, но, кроме того, можно использовать магнитные силы отталкивания. В этом случае, как показано на фиг. 5, в тех же местах опираемого элемента 51 вместо магнитных материалов устанавливают диамагнитный материал 62a. В качестве диамагнитного материала можно, например, использовать сверхпроводящий материал. Это явление диамагнитизма известно как "эффект Мейснера". В качестве еще одного возможного примера рассмотрим конструкцию, показанную на фиг. 6, в которой друг против друга в опорном элементе 63 и в опираемом элементе 61 установлены магниты 64 и 65 одной полярности.

Во всех приведенных вариантах принцип действия для фиксирования опираемого элемента 61 в фиксированном положении по сути один и тот же, что и на фиг. 4, хотя направление магнитных сил противоположное. Однако, учитывая, что в способе с использованием силы отталкивания рассматриваемых магнитов сила отталкивания возрастает с уменьшением расстояния между опорным элементом 63 и опираемым элементом 61, то предпочтительно необходимо контролировать фиксирование положения.

Учитывая, что опорный элемент и опираемый элемент можно во всех вышеописанных схемах зафиксировать друг относительно друга без контакта, их можно эффективно использовать в качестве магнитного соединительного устройства согласно представленному изобретению. В рассматриваемом варианте конструкции применена схема, показанная на фиг. 4, являющаяся характерной для магнитных соединительных устройств, согласно представленному изобретению. Ниже дано описание его работы.

На фиг. 7 изображен случай, когда положение опираемого элемента 61 зафиксировано.

В качестве магнита 64 используется электромагнит. Ток подводится через токовводы 66a и 66b, создавая магнитную силу. Положение опираемого элемента 61 регистрируется датчиком 67 положения. Детектированный сигнал от датчика 67 положения выводится по измерительным проводникам 68a и 68b.

Пример контроллера фиксированного положения будет описан со ссылкой на схему соединений, показанную на фиг. 8.

На фиг. 8 детектированные сигналы 71 от выбранных датчиков 67a и 67b положения направляют в схему 70 обработки сигнала ошибки и преобразуют в сигналы 72 ошибки, являющиеся входными для процессора 73 сигналов. В процессоре 73 сигналов сигналы 72 ошибки сравнивают с эталонным сигналом. Выходной сигнал, например сигнал результата сравнения, из процессора 73 сигналов обрабатывается схемой 74 обработки передаточной функции и подается как выходные сигналы 74a и 74b в средства подвода тока (75a и 75b) возбуждения к электромагнитам. Сигналы возбуждения усиливаются и направляются как токи возбуждения 76 на электромагниты 64a и 64b. Таким способом управляют положением опираемого элемента 61.

На фиг.9 показан другой пример устройства фиксирования положения опираемого элемента 61. Это устройство фиксирования положения содержит несколько механических прокладок 69, вставленных в нескольких местах между опираемым элементом 61 и опорным элементом 63, имеющими заданную жесткость, механически ограничивая положение обоих элементов 61 и 63. В этой схеме, учитывая, что существуют механически контактирующие участки, между опираемым элементом 61 и опорным элементом 63 возникает путь теплопередачи. Учитывая, что механическое соединение, образуемое прокладками 69, играет лишь вспомогательную роль по отношению к магнитному соединению, фиксирующий элемент, содержащий прокладки 69, можно изготовить с повышенным сопротивлением теплопередаче и тем самым снизить величину передаваемого тепла. С учетом вышеизложенного такое устройство фиксирования положения является предпочтительным для применения в сочетании с магнитным соединительным устройством, особенно, при использовании сил отталкивания магнитов.

Вышерассмотренный принцип работы будет описан на примере применения представленного изобретения к магнитному соединительному устройству 47a и 47b.

Как показано на фиг. 3, необходимо соединить холодный ротор 10 по обоим его концам с соединительным валом с первым и вторым концами 45 и 46. Это соединение должно быть достаточно прочным и выдерживать воздействие сил в трех направлениях, а именно осевую силу, радиальную силу и окружную силу. Следовательно, магнитные соединительные устройства 47a и 47b должны эффективно противодействовать действию сил во всех трех направлениях.

В примере на фиг. 10 по обоим концам холодного ротора 10 и по концам соединительного вала с первым и вторым концами 45 и 46, расположенными против соответствующих концов холодного ротора 10, предусмотрены первые магнитные соединительные средства 81a и 81b, вторые магнитные соединительные средства 82a и 82b и третьи магнитные соединительные средства 83a и 83b соответственно. Учитывая, что основные части первых магнитных соединительных средств 81a и 81b уже были описаны и те же символы использованы для указания соответствующих элементов соединительного устройства, его описание будет опущено. Что касается вторых магнитных соединительных средств 82a и 82b, то использовано устройство, показанное на фиг. 10 и 11 (вид в разрезе по линии А-А на фиг. 12). В качестве третьих магнитных соединительных средств 83a и 83b использовано магнитное соединительное средство, иллюстрируемое фиг. 14. Все эти примеры устройств были уже ранее рассмотрены, соответствующие элементы обозначены теми же символами, поэтому их описание будет опущено.

В вышеописанном варианте конструкции электромагниты смонтированы со стороны холодного ротора 10, а обмотки электромагнитов выполнены из сверхпроводящих проводников. Для охлаждения сверхпроводящих проводников до температуры сверхпроводимости часть охлаждающего вещества холодного ротора подается на сверхпроводящую обмотку через систему отверстий подачи охлаждающего вещества (не показано). С другой стороны, при использовании эффекта Мейснера для вышеописанного сверхпроводящего материала магниты устанавливают на соединительном валу 45 и 46 с первым и вторым концами, а сверхпроводящий материал на холодном роторе 10, и аналогичным способом поддерживают температуру сверхпроводимости для сверхпроводящего материала.

Согласно варианту конструкции с применением вышеописанных схем холодный ротор 10 по обоим концам соединен с соединительным валом с первым и вторым концами 45 и 46 через магнитные соединительные устройства 47a и 47b с заданным вакуумным зазором. Следовательно, предотвращается теплопередача через соединительную часть к холодному ротору 10 и тем самым ликвидируется подогрев холодного ротора 10. Учитывая, что токовводы 50a и 50b в холодном роторе выполнены из сверхпроводящего проводника, можно не допустить образования джоулевого тепла и будет снижено повышение температуры холодного ротора 10. Далее, ввиду того, что ток подводится к токовводам 50a и 50b через оптопары 52a, 52b и 54a и 54b, используя световые лучи, можно исключить подвод тепла извне путем теплопроводности и таким образом исключить подогрев холодного ротора 10.

Одновременно большая часть ротора вращается в вакууме, исключая подогрев поверхности ротора, вследствие потерь на сопротивление воздуха, что дополнительно уменьшает подогрев. Следовательно, учитывая, что необходимое количество охлаждающего вещества, подводимого к ротору в процессе работы, уменьшено, можно уменьшить емкость и размеры устройства подвода охлаждающего вещества, обеспечивая экономичную работу. Далее, на роторе для исключения необходимости в устройстве подачи охлаждающего вещества для подвода охлаждающего вещества к ротору в процессе работы установлен холодильник 55. Таким образом, можно использовать варианты конструкции, в которых ротор приводится во вращение по обоим концам вала.

На фиг.15 показан еще один вариант конструкции согласно представленному изобретению. В этом варианте конструкции те же элементы, что и на фиг. 3, обозначены одинаковыми позициями и их описание будет опущено. Рассмотрим только отличия. В рассматриваемом варианте конструкции, как показано на фиг. 15, обмотки возбуждения 9 на обоих полюсах соединены сверхпроводящими проводниками 91 через переключатель 90 постоянного тока, управляемый оптическим сигналом. Между переключателем 90 и наружной периферией соединительного вала второго конца 46 проведен оптический кабель 92, управляющий сигнал от контроллера 94, предусмотренного снаружи, передается как оптический сигнал через оптический кабель 92 и оптопару к переключателю 90. В этом случае оптический сигнал для переключения поступает к переключателю 90 вместе с оптическим сигналом, контролирующим ток обмотки 9 возбуждения, подаваемого через оптопару 95 от внешнего контроллера.

В случае, когда сверхпроводящий генератор вышеописанной конструкции работает при постоянном токе возбуждения, переключатель 90 будет работать при подаче тока заданной величины на обмотку возбуждения 9 для отключения тока питания, чем достигается более экономичная работа без обязательной внешней подачи тока. Вышерассмотренные варианты конструкции были описаны на примере характерного сверхпроводящего генератора. Однако представленное изобретение можно применять к сверхпроводящим вращающимся установкам в целом, а отдельные составные элементы можно комбинировать различным образом.

Согласно представленному изобретению разработано сверхпроводящее вращающееся устройство, в котором величина подводимого путем теплопередачи к холодному ротору тепла может быть уменьшена, тем самым снижая подогрев охлаждающего вещества. Кроме того, можно исключить подвод охлаждающего вещества через конец вала и благодаря этому избавиться от поступления тепла от этих частей.

Формула изобретения

1. Сверхпроводящее вращающееся устройство, содержащее сверхпроводящий ротор криостатной конструкции, включающий в себя теплоэкранирующий сосуд, в котором герметично расположен холодный ротор со сверхпроводящей обмоткой, охлаждаемой охлаждающим веществом, средства возбуждения для подачи тока возбуждения к сверхпроводящей обмотке, статор, расположенный на расстоянии с заданным зазором от сверхпроводящего ротора и содержащий обмотку якоря, отличающееся тем, что оно содержит холодильные средства, выполненные в сверхпроводящем роторе для охлаждения охлаждающего вещества, нагреваемого при охлаждении сверхпроводящей обмотки, сверхпроводящий ротор включает в себя вал с первым и вторым концами, расположенными вдоль его оси вращения, холодный ротор размещен между ними и соединен с ними бесконтактно магнитными соединительными средствами с использованием магнитных сил, а для передачи тока возбуждения и управляющего тока от средств возбуждения к сверхпроводящей обмотке использованы фотоэлектрические преобразовательные средства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что содержит средства доставки охлаждающего вещества, состоящие из загрузочного отверстия для доставки охлаждающего вещества из источника его поставки на начальной стадии перед вводом в действие сверхпроводящего вращающегося устройства, подводящей трубы для направления охлаждающего вещества к холодному ротору и системы циркуляции охлаждающего вещества со средствами подачи охлаждающего вещества в холодильные средства и возвратной трубы для возврата охлаждающего вещества, охлажденного с помощью холодильных средств, в холодный ротор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитные соединительные средства включают магниты, смонтированные на каждом первом и втором концах вала, а также по крайней мере один элемент из диамагнитного материала на каждом конце холодного ротора, положение которого соответствует положению вышеуказанных магнитов.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что магниты выполнены в виде электромагнитов.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитные соединительные средства включают в себя электромагниты, смонтированные на каждом первом и втором концах вала, а на каждом конце холодного ротора элемент из магнитного материала, обеспечивающего притяжение к магнитам, положение которого соответствует положению вышеуказанных электромагнитов, датчик положения для определения позиции холодного ротора и выдачи сигнала обнаружения, а также средства подвода тока возбуждения к электромагнитам в ответ на сигнал обнаружения от датчика положения.

6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитные соединительные средства содержат дополнительные средства в виде нескольких механических прокладок, размещенных между каждым первым и вторым концами вала и каждым из концов холодного ротора.

7. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитные соединительные средства содержат первые магнитные соединительные средства для соединения в осевом направлении холодного ротора с валом, вторые магнитные соединительные средства для соединения холодного ротора перпендикулярно к валу и третьи магнитные соединительные средства для соединения холодного ротора с валом в направлении вращения.

8. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что магнитные соединительные средства содержат электромагниты, смонтированные по обоим концам холодного ротора и имеющие сверхпроводящую обмотку, подлежащую охлаждению охлаждающим веществом, а также магниты, установленные на каждом первом и втором концах вала.

9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что холодный ротор содержит переключатель постоянного тока, отключаемый при достижении током возбуждения, подводимым от средств возбуждения к сверхпроводящей обмотке заданной величины.

10. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что теплоэкранирующий сосуд представляет собой сосуд многослойной конструкции.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15