STROMSPEICHER

Beschreibung

[0001] Gegenstand der Erfindung ist ein Stromspeicher in Form einer supraleitenden Speicherspule, die mit Supraleitern sehr kleinen Durchmessers oder sehr kleiner Schichtdicke aufgebaut ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherspule mit mehreren, in Längsrichtung der Speicherspule aufeinanderfolgenden Spulensegmenten aufgebaut ist, die einzeln vorgefertigt und unter elektrischer Verschaltung zu der Speicherspule zusammengefügt sind.

[0002] Ein Stromspeicher in Form einer supraleitenden Speicherspule, die mit Supraleitern sehr kleiner Schichtdicke aufgebaut ist, ist aus dem Dokument USA-3 205 461 bekannt.

[0003] Aus dem Dokument FR-A-2 112 054 ist es bekannt, mehrere supraleitende Speicherspulen in Serie geschaltet zu laden und parallel geschaltet zu entladen.

[0004] Aus dem Dokument IEEE Transactions on Magnets, Vol. MAG-23, No. 2, März 1987, S. 553 bis 556, ist eine supraleitende Speicherspule bekannt, die impulsförmig mit 2 Hz geladen und entladen wird.

[0005] Aus dem Dokument IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. EG-1, No. 4, Dezember 1986, ist eine supraleitende Speicherspule bekannt, die vier radial aufeinanderfolgende, elektrisch in Serie geschaltete Lagen aufweist.

[0006] Aufgrund der Erfindung vereinfacht sich der Aufbau und die Fertigung der Speicherspule. Außerdem lassen sich auf besonders einfache Weise nach dem Baukastenprinzip wahlweise Speicherspulen mit kleinerem oder größerem Speichervermögen bauen.

[0007] Die Spulensegmente können magnetisch miteinander gekoppelt sein, beispielsweise einen gemeinsamen Spulenkern haben.

[0008] Besonders geeignete, kleine Durchmesser oder kleine Schichtdicken der Supraleiter sind weniger als 20 µm, vorzugsweise weniger als 10 µm.

[0009] Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, die Speicherspule mit Hochtemperatur--Supraleitern aufzubauen. Unter Hochtemperatur-Supraleitern versteht man solche, die noch bei erheblich höheren Temperaturen, als man es bis vor einiger Zeit für grundsätzlich möglich gehalten hat, supraleitend sind. Als griffige Grenze kann man für diese Materialien eine Sprungtemperatur, also Temperatur des Übergangs vom supraleitenden in den normalleitenden Zustand, von 80 °K angeben. Typisch ist, daß Hochtemperatur-Supraleiter bei einer Temperatur knapp unterhalb des Siedepunktes von flüssigem Stickstoff noch supraleitend sind. Typische Materialien für Hochtemperatur- Supraleiter sind ABa₂Cu₃O₇ (mit A = YLa, Nd, Sm, Eu, Gd, Ho, Er, Lu) sowie Y_1,2Ba_0,8CuO₄. Als weiteres Beispiel sei La_1,85Sr_0,15CuO₄ erwähnt, das eine Sprungtemperatur von ca. 40 °K aufweist und in obiger Definition kein Hochtemperatur-Supraleiter ist. Diese Materialien sind in der Regel sogenannte Schichtleiter oder zweidimensionale Supraleiter. Hochtemperatur-Supraleiter sind an sich bekannt, wie auch herkömmliche Supraleiter, deren Sprungtemperatur im Bereich von einigen Grad Kelvin liegt, wofür konkretere Beispiele, weil allgemein bekannt, nicht angegeben werden müssen.

[0010] Der kleine Durchmesser bzw. kleine Schichtdicke der Supraleiter der Speicherspule führt dazu, daß auch bei Energieentnahme in Form zeitlich sehr kurzer Energiepulse die Wirbelstromverluste in den Supraleitern möglichst klein gehalten werden. Erfindungsgemäß bevorzugte Möglichkeiten der Herstellung derartiger Supraleiter sind das Aufdampfen, das lokale mechanische Abtragen oder Wegätzen von Bereichen aus einer großflächigeren Schicht und das Wickeln der Speicherspule aus sehr dünnen Drähten, sogenannten Filamentdrähten. Nicht nur das Wickeln sondern auch das Aufdampfen und das lokale Schichtentfernen gibt die Möglichkeit, bei einem betrachteten Speicherspulenquerschnitt in Radialrichtung mehrere Supraleiter bzw. Supraleiterringe aufeinander zu haben, um das Speichervermögen pro Längeineinheit der Speicherspule zu erhöhen, beispielsweise durch wiederholtes Aufdampfen oder wiederholte Schichtaufbringung und lokale Materialentfernung. Zwischen den einzelnen Supraleiterlagen befinden sich in der Regel isolierende Zwischenlagen, die beispielsweise aufgedampft werden können und die beispielsweise aus Aluminiumoxid bestehen können. Man kann derartige Herstellungstechniken so führen, daß sich bei den radial aufeinanderfolgenden Schichten bzw. Lagen elektrisch ein wicklungsförmiger Aufbau ergibt. Herstellungsgünstiger ist es jedoch häufig, ringartige Schichten oder Lagen auszubilden und diese jeweils elektrisch zu kontaktieren bzw. anzuschließen. Im Fall eines Wicklungsaufbaus der Speicherspule ist es bevorzugt, die supraleitenden Filamentdrähte im Wechsel mit sehr dünnen, normalleitenden Metalldrähten zu wickeln. Die normalleitenden Metalldrähte sollten günstigerweise mindestens so dünn wie die supraleitenden Filamentdrähte sein, um auch in den normalleitenden Metalldrähten die Wirbelstromverluste möglichst klein zu halten. Die Bezeichnung "im Wechsel" ist nicht nur im strengen Wortsinn zu verstehen. Es soll vielmehr ausgesagt werden, daß ein matrixartiger Aufbau von teils supraleitenden teils normalleitenden Filamentdrähten angestrebt wird, ohne daß in Axialrichtung und/oder in Radialrichtung unbedingt jeweils ein supraleitender Filamentdraht exakt mit einem normalleitenden Filamentdraht abwecheln muß. Dieser Aufbau hat zur Folge, daß selbst bei einem Zusammenbruch der Supraleitung in den supraleitenden Filamentdrähten wenigstens noch die Normalleitung in den normalleitenden Metalldrähten vorhanden bleibt.

[0011] Ein Aufbau der Speicherspule aus Spulensegmenten gibt die bevorzugte Möglichkeit, für das Laden der Speicherspule einen Teil oder alle Spulensegmente zusammenzuschalten und/oder die Verschaltung der Spulensegmente beim Laden und beim Entladen der Speicherspule unterschiedlich zu haben, wobei die beim Laden aktiven Spulensegmente mit den beim Entladen aktiven Spulensegmenten nicht identisch sein müssen. Eine besonders bevorzugte Möglichkeit besteht darin, die Speicherspule mit Serienschaltung eines Teils oder aller Spulensegmente zu laden und in Parallelschaltung eines Teils oder aller Spulensegmente zu entladen. Auf diese Weise hat man beim Entladen bei n Spulensegmenten den n-fachen Entladestrom eines einzelnen Spulensegments. Außerdem kann man durch Schaltbausteine die Anzahl der beim Entladen direkt mitwirkenden Spulensegmente wählbar machen, so daß auf diese einfache Art die Größe des Entladestroms eingestellt werden kann. Der Ladestrom ist in der Regel im wesentlichen unverändert.

[0012] Es ist möglich, mehrere, magnetisch gekoppelte Speicherspulen zusammenzuschalten, insbesondere zum Entladen.

[0013] Die einfachste Möglichkeit zum Laden der Speicherspule besteht darin, daß diese an einen primärstromkreis angeschlossen ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich und bei vielen Einsatzzwecken sogar bevorzugt, die Speicherspule mittels einer Ladeeinrichtung magnetisch oder induktiv zu laden. Magnetische Flußquanten können insbesondere nach dem Flußpumpenprinzip in die Speicherspule eingebracht werden, also zeitlich verteilt in so kleinen "Portionen", daß der supraleitende Zustand der Supraleiter nicht zusammenbricht. Bevorzugte technische Möglichkeiten hierzu sind ein pulsierendes Magnetfeld, erzeugt vorzugsweise durch einen rotierbaren Magnetring mit Dauermagneten, oder ein pulsierendes Feld eines Stromleiters, was zur induktiven Einbringung von magnetischen Flußquanten führt. Es ist möglich, die rotierende Masse des Magnetrings zusätzlich zur Energiespeicherung zu nutzen. Der Magnetring wird vorzugsweise mechanisch oder elektromotorisch angetrieben, insbesondere direkt angetrieben. Das Laden der Speicherspule kann durch einen Schwungradspeicher erfolgen, entweder in der Form, daß der vorstehend geschilderte Magnetring Bestandteil des Schwungrads des Schwungradspeichers ist, der vorzugsweise durch einen integrierten Elektromotor unter Drehzahlerhöhung geladen wird, oder in der Form, daß elektrischer Strom, der mit Generatorbetrieb des Schwungradspeichers erzeugt wird, der Speicherspule zugeleitet wird.

[0014] Bevorzugte geometrische Konfigurationen der Speicherspule sind die Torusform (= ringförmig gekrümmter Hohlzylinder) und Solenoidform (= Hohlzylinder). Die Torusform führt zu einem besonders kompakten Stromspeicher und bietet außerdem besonders günstige, geometrisch-funktionelle Verhältnisse für das Laden nach dem Flußpumpenprinzip. Im Fall der Torusform der Speicherspule ist der im vorliegenden Text verwendete Begriff "in Längsrichtung der Speicherspule" so zu verstehen, daß diese Längsrichtung entsprechend der Kreisgestalt der Mittelachse der Spule kreisförmig verläuft.

[0015] Besonders günstige Bedingungen unter dem Aspekt der Minimierung der Randeffekte der Spule erhält man, wenn - wie bevorzugt - das Verhältnis zwischen der radialen Dicke des supraleiterbesetzten Raums und dem Speicherspulendurchmesser klein ist. Man macht also, abhängig vom gewünschten Speichervermögen der Speicherspule, den Durchmesser der gesamten Speicherspule (im Fall der Torusform gemessen an einem Querschnitt des Torusrings) möglichst groß und die radiale Dicke der eigentlichen Spule bzw. der eigentlichen Spulensegmente möglichst klein.

[0016] Die Speicherspule kann als kernlose Spule bzw. Luftspule ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Speicherspule mit einem mit supraleitendem Material aufgebauten Kern ausgebildet, insbesondere in Form eines schichtweisen Wechsels zwischen Isoliermaterial und sehr dünnen, supraleitenden Schichten. Der Kern drängt das Magnetfeld der Spule bzw. der Spulensegmente nach außen und führt daher zu einer Magnetfeldkonzentration.

[0017] Es ist möglich, die Stromhöhe in der Speicherspule durch Übergang des Materials des Kerns vom supraleitenden Zu- stand in den normalleitenden Zustand und umgekehrt zu ändern bzw. einzustellen. Dies geht im Prinzip durch Temperaturänderung des Kerns, insbesondere durch Wärmeenergieeinstrah- lung. Besonders bevorzugt ist eine Einrichtung zum Aufbringen eines genügend starken Magnetfelds auf den Kern, das den supraleitenden Zustand des Kerns zusammenbrechen läßt. Weitere Möglichkeiten sind Einleiten eines genügend genügend starken Stromimpulses oder eines Zusatzstromimpulses in den Kern, Einstrahlen eines Hochfrequenzfeldes in den Kern, Einwirkenlassen eines Laserstrahls auf den Kern und/oder Einwirkenlassen eines Maserstrahls auf den Kern. Insgesamt gilt, daß die im Material des Kerns der Speicherspule erzeugten Feldstärken und/oder Temperaturen den gewünschten, supraleitenden Zustand der Speicherspule nicht beeinflussen sollen.

[0018] Vorzugsweise weist die Speicherspule eine oder mehere, supraleitende Entladespulen auf, die magnetisch an die Supraleiter angekoppelt ist (sind). Dabei kann es sich um Spulensegmente der Speicherspule selbst handeln. Es ist aber auch möglich, zwischen den eigentlichen Wicklungen oder Spulensegmenten der Speicherspulen gesonderte Entladespulen vorzusehen. Dabei kann man sich bei unterschiedlicher Windungszahl einen Transformatoreffekt zunutze machen.

[0019] In den meisten Fällen ist die technische Ausführung der Speicherspule so, daß zumindest deren Supraleiter in einem Heliumbad oder - im Fall von Hochtemperatur-Supraleitern - in einem Stickstoffbad angeordnet sind. Man kann die gesamte Speicherspule in einem derartigen Bad anordnen. Die Auslegung ist dabei üblicherweise so, daß dieses Bad die sich in Wärmeerzeugung äußernden Verluste aus den in Frage kommenden Quellen abführen kann, ohne daß der supraleitende Zustand in der Speicherspule und/oder in deren Kern zusammenbricht. Solche Wärmequellen sind insbesondere die nicht vollständig eliminierbaren Wirbelströme in den Supraleitern, die Stromwärmeverluste in den Metallfilamenten der Spule, die Verluste, insbesondere Wirbelstromverluste, im Kern der Spule, die im Bereich der Stromzuführung und der Stromabführung entstehende und einfließende Wärme, etc. Dies gilt auch für den Zustand, daß das Kernmaterial in den normalleitenden Zustand überführt worden ist.

[0020] Die weiter vorn angesprochene Laser- oder Maser-Einrichtung kann im Kernmaterial angeordnet und geeignet von den Supraleitern der eigentlichen Spule abgeschirmt sein, so daB diese Einrichtung bei ihrem Betrieb nicht den supraleitenden Zustand des Spulenmaterials beeinträchtigt.

[0021] Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Speicherspule mit Hilfe eines oder mehrerer supraleitender Hochstromschalter entladen. Dieser Hochstromschalter kann Supraleitmaterial in Form von Dünnschichten, dünnen Drähten oder Pulver in nichtleitender Matrix aufweisen. Er weist eine Einrichtung auf, mit der das Supraleitmaterial vom supraleitenden Zustand in den nicht-supraleitenden Zustand und umgekehrt überführbar ist. Vorzugsweise sind Kühlpassagen zwischen den Lagen bzw. Drähten bzw. Pulveranordnungen des Supraleitmaterials vorhanden.

[0022] Vorzugsweise wird der erfindungsgemäße Stromspeicher zur Stromversorgung eines Stromverbrauchers in Form von elektrischen Energiespulen mit jeweils sehr kurzer Zeitdauer verwendet. Besonders geeignete, kurze Zeitdauern der jeweiligen Energiepulse sind weniger als 10 ms, vorzugsweise weniger als 5 ms, höchst vorzugsweise weniger als 1 ms.

[0023] Der erfindungsgemäße Stromspeicher ermöglicht bei hohem, auf das Volumen bzw. Gewicht bezogenem Speichervermögen eine extrem verlustarme Speicherung und auch eine diskontinuierliche Stromentnahme.

[0024] Die beim Entladen der Speicherspule entnommenen Energiepulse können zeitlich so kurz sein, daß die Ausweichbewegungen der Flußschläuche im supraleitenden Material der eigentlichen Spule und ggf. des Kerns reduziert und dadurch hiermit einhergehende Verluste erniedrigt werden.

[0025] Die erfindungsgemäße Speicherspule eignet sich ganz besonders zur Stromversorgung von Verbrauchern, die kurzzeitige Strompulse hoher Energie benötigen. Als ein typisches Beispiel seien Hochenergie-Werkstückbearbeitungsmaschinen genannt.

[0026] Trotz der sehr kurzen Energiepulsdauer, mit der beim Entladen der erfindungsgemäßen Speicherspule vorzugsweise gearbeitet wird, ist wegen des beträchtlichen Energieinhalts pro Energiepuls und wegen der großen Anzahl von möglichen, aufeinanderfolgenden Energiepulsen eine hohe Energieentnahme bzw. Leistungsentnahme möglich. Typische Werte sind mehr als 10⁸ W pro Energiepuls, vorzugsweise 10⁸ bis 10¹¹ W.

[0027] Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im folgenden anhand von schematisiert zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.
Es zeigt:

Fig. 1

in perspektivischer Darstellung einen Teil einer torusförmigen Speicherspule;

Fig. 2

einen Querschnitt einer Speicherspule, beispielsweise einen Querschnitt längs II-II in Fig. 1, mit einem supraleitenden Spulenkern;

Fig. 3

die elektrische Verschaltung von Spulensegmenten beim Laden der Speicherspule;

Fig. 4

die elektrische Verschaltung von Spulensegmenten der Speicherspule beim Entladen;

Fig. 5

eine Speicherspule im Querschnitt, beispielsweise längs II-II in Fig. 1, zur schematischen Veranschaulichung der Einbringung von magnetischen Flußquanten in die Speicherspule.

[0028] Die in Fig. 1 dargestellte Speicherspule 2 ist torusförmig und hat einen kreisrunden Torusquerschnitt gemäß II-II. Die Tragstruktur der Speicherspule 2 besteht aus einem Isolatormaterial und kann geometrisch als in Kreisform gebogener Hohlzylinder veranschaulicht werden. Die Tragstruktur kann so ausgebildet sein, wie es anhand der Ausführungsform gemäß Fig. 2 deutlicher wird.

[0029] Auf der Tragstruktur sind entlang des Torusrings aufeinanderfolgend Spulensegmente 4 angeordnet, die jeweils für sich betrachtet kreisförmig sind. Diese Spulensegmente sind beispielsweise aus sehr dünnen Filamentdrähten gewickelt oder mit einer radial aufeinanderfolgenden Schichtenfolge von isolierendem Material und leitendem Material aufgebaut, vgl. auch Ausführungsform gemäß Fig. 2. Die Spulensegmente 4 sind elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei die Art der Verschaltung nachfolgend noch genauer erläutert wird.

[0030] Die Stromleiter der Spulensegmente 4 bestehen aus supraleitendem Material, vorzugsweise hochtemperatur-supraleitendem Material. Entweder die gesamte Speicherspule 2 ist in einem Bad aus flüssigem Helium oder - im Fall von Hochtemperatur-Supraleitern - aus flüssigem Stickstoff angeordnet. Oder die Kühlung der Supraleiter erfolgt mit kleineren, mit flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff durchströmten Kühlräumen, wie es beispielsweise bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 veranschaulicht ist. Anschlüsse an einen äußeren, primären Ladestromkreis und an einen äußeren, sekundären Entladestromkreis sind nicht eingezeichnet, aber vorhanden.

[0031] In Fig. 2 wird ein bevorzugter Aufbau eines Spulensegments 4 detaillierter veranschaulicht. Mit 6 ist die bereits weiter vorn grundsätzlich angesprochene, isolierende Tragstruktur bezeichnet. Hierauf befindet sich ein supraleitender Ring 8, beispielsweise als aufgedampfte Dünnschicht oder auf andere Weise aufgebrachte keramische Schicht oder als stehengebliebener Ringrest eines längs der Speicherspule 4 zunächst durchgehend aufgebrachten Belags aus supraleitendem Material. Radial außerhalb des Rings 8 befindet sich ein ringförmiger bzw. zylindrischer Kühlmittelraum 10, der von flüssigem Helium oder Stickstoff durchströmt wird.

[0032] Radial weiter nach außen fortschreitend wiederholt sich der geschilderte Aufbau ein weiteres Mal oder mehrere weitere Male. Ganz außen ist der äußerste Kühlmittelraum 10 durch ein Gehäuse 12 umschlossen.

[0033] Die supraleitenden Ringe 8 können einzeln elektrisch angeschlossen sein. Man kann aber beispielsweise auch jeden supraleitenden Ring 8 an einer Umfangsstelle elektrisch unterbrechen und durch entsprechende elektrische Verbindung der einzelnen unterbrochenen Ringe sozusagen eine Spule mit radial aufeinanderfolgenden Windungen nachbilden.

[0034] Im Inneren der Tragstruktur 6 befinden sich im dargestellten Querschnitt segmentförmige Trägerisolatoren 14. Zwischen den beiden Trägerisolatoren 14 befindet sich ein Kern 13, und zwar ganz ähnlich wie beim Aufbau der eigentlichen Spulensegmente 4, eine Schichtfolge von Isolatorschichten 16, supraleitenden, sehr dünnen Schichten 18 und von flüssigem Helium oder flüssigem Stickstoff durchströmten, flachen Kühlräumen 20.

[0035] Bei den Spulensegmenten 4 kann statt des beschriebenen Schichtaufbaus aus Isolatormaterial 6 und supraleitendem Material 8 auch ein aus sehr dünnen, supraleitenden Filamentdrähten gewickeltes Spulensegment 4 vorgesehen sein, ggf. mit mehr oder weniger streng im Wechsel damit angeordneten, normalleitenden, sehr dünnen Metallfilamenten.

[0036] Die Fig. 3 und 4 veranschaulichen, wie die einzelnen Spulensegmente 4, die zusammen die torusförmige Speicherspule 2 bilden, miteinander verschaltet sind. Beim Laden ist eine Serienschaltung der Spulensegmente bevorzugt (Fig. 3), während beim Entladen der Speicherspule 2 eine Parallelschaltung der einzelnen Spulensegmente 4 bevorzugt ist (Fig. 4). In den Fig. 3 und 4 erkennt man auch die Enden des Primärstromkreises 22 und des Sekundärstromkreises 24.

[0037] Wenn man nicht zum Laden und zum Entladen der Speicherspule 2 gesonderte Spulensegmente 4 vorsieht, ist eine Ausbildung der Verschaltung der Spulensegmente 4 derart, daß von Serienschaltung auf Parallelschaltung und umgekehrt übergegangen werden kann, günstig. Es versteht sich, daß man die Verschaltung auch so vornehmen kann, daß wahlweise beim Entladen alle oder nur ein kleinerer oder größerer Teil der Spulensegmente 4 unmittelbar herangezogen wird, beispielsweise nur jedes zweite oder jedes dritte Spulensegment 4, wodurch die Strombelastung längs des Torus gleichmäßig verteilt wird.

[0038] Wenn die Speicherspule nicht, wie dargestellt, torusförmig sondern solenoidförmig ist, muß man sich den Torus an einer Stelle aufgeschnitten und in geradlinige Form gebracht denken.

[0039] Fig. 5 veranschaulicht schematisch eine weiter bevorzugte Möglichkeit zum Laden der Speicherspule 2. Ein entsprechend der Supraleiterdicke sehr dünnes, supraleitendes Plättchen 26, dessen Ebene senkrecht zur Torusringachse verläuft, ragt radial nach außen über das betreffende Spulensegment 4 hinaus. Ein Magnetring 28 ist konzentrisch zur Torusringachse 30 rotierbar. Der Magnetring weist vor der Zeichenebene der Fig. 5 umfangsmäßig beabstandet eine Reihe von Dauermagnet-Nordpolen und hinter der Zeichenebene der Fig. 5 in gleicher Weise umfangsmäßig verteilt eine Reihe dauermagnetischer Südpole auf. Jedesmal wenn ein derartiges Paar von Nordpol und Südpol das Plättchen 26 mit geringem Luftspalt passiert, werden Magnetquanten auf dem PLättchen 26 deponiert und wandern in das elektrisch mit dem Plättchen 26 verbundene Spulensegment 4. Auf diese Weise läßt sich zeitlich verteilt das betreffende Spulensegment 4 laden.
Ganz analog läßt sich eine solenoidförmige Speicherspule laden, wobei der Magnetring 28 um die geradlinige Solenoidachse rotiert.

[0040] Alternativ kann man bei der dargestellten torusförmigen Speicherspule 2 den dargestellten Magnetring 28 längs des Torus rotieren lassen, also um eine in Fig. 5 senkrecht auf der Zeichenebene stehende Achse durch das Zentrum des Torusrings. In diesem Fall wäre das Plättchen 26 in Fig. 5 um 90° nach oben gekippt vorzustellen; die Nordpole lägen oberhalb und die Südpole unterhalb des Plättchens 26.

Ansprüche

1. Stromspeicher in Form einer supraleitenden Speicherspule (2), die mit Supraleitern (8) sehr kleinen Durchmessers oder sehr kleiner Schichtdicke aufgebaut ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) mit mehreren, in Längsrichtung der Speicherspule (2) aufeinanderfolgenden Spulensegmenten (4) aufgebaut ist, die einzeln vorgefertigt und unter elektrischer Verschaltung zu der Speicherspule (2) zusammengefügt sind.

2. Stromspeicher nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulensegmente (4) derart verschaltet sind, daß die Speicherspule (2) in Serienschaltung mehrerer, insbesondere aller, Spulensegmente (4) ladbar und in Parallelschaltung mehrerer, insbesondere aller, Spulensegmente (4) entladbar ist.

3. Stromspeicher nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der beim Entladen parallelgeschalteten Spulensegmente (4) einstellbar ist.

4. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) eine oder mehrere, supraleitende Entladespulen aufweist, die magnetisch an die Speicher-Spulensegmente (4) angekoppelt ist (sind).

5. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Entladen ein oder mehrere, mit Supraleitmaterial aufgebaute Hochstromschalter vorgesehen ist (sind) mit einer Einrichtung, mit der das Supraleitmaterial vom supraleitenden Zustand in den nicht-supraleitenden Zustand und umgekehrt überführbar ist.

6. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Supraleiter (8) Hochtemperatur-Supraleiter, vorzugsweise mit einer Sprungtemperatur von mehr als 80 °K, sind.

7. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Supraleiter (8) einen Durchmesser oder eine Schichtdicke von weniger als 20 µm, vorzugsweise weniger als 10 µm haben.

8. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß Supraleiter (8) in Form von aufgebrachten Schichten vorgesehen sind.

9. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß Supraleiter (8) vorgesehen sind, die aus einer großflächig aufgebrachten Schicht durch lokales mechanisches Abtragen oder durch lokales Wegätzen erzeugt sind.

10. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei einem betrachteten Speicherspulenquerschnitt in Radialrichtung mehrere Supraleiter-Schichten (8) aufeinander folgen.

11. Stromspeicher nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Supraleiter-Schichten (8), jeweils unter Vorsehen einer isolierenden Zwischenschicht (6), nacheinander erzeugt sind und jeweils elektrisch angeschlossen sind.

12. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) mit gewickelten, dünnen, supraleitenden Filamentdrähten aufgebaut ist.

13. Stromspeicher nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß die supraleitenden Filamentdrähte im wesentlichen im Wechsel mit sehr dünnen, normalleitenden Metalldrähten vorgesehen sind.

14. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Spulensegmente (4) magnetisch gekoppelt sind.

15. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) torusförmig oder solenoidförmig ist.

16. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) zum Laden an einen Primärstromkreis angeschlossen ist.

17. Stromspeicher nach einem der 1 bis 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Laden der Speicherspule (2) eine Ladeinrichtung (28) vorgesehen ist, mit der magnetische Flußquanten rach dem Flußpumpenprinzip einbringbar sind.

18. Stromspeicher nach Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Laden der Speicherspule (2) ein pulsierendes magnetisches Gleichfeld vorgesehen ist.

19. Stromspeicher Anspruch 18,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei torusförmiger Speicherspule (2) das pulsierende magnetische Gleichfeld durch einen rotierbaren Magnetring (28) mit Dauermagneten vorgesehen ist.

20. Stromspeicher Anspruch 17,
dadurch gekennzeichnet,
daß zum Laden der Speicherspule (2) mittels Induktion ein pulsierendes Feld eines Stromleiters vorgesehen ist.

21. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 20,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis zwischen der radialen Dicke des supraleiterbesetzten Raums und dem Speicherspulendurchmesser klein ist.

22. Stromspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 21,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Speicherspule (2) einen mit supraleitendem Material (18) aufgebauten Kern (13) aufweist.

23. Stromspeicher nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Stromhöhe in der Speicherspule (2) durch Übergang des supraleitenden Materials (18) des Kerns (13) vom supraleitenden Zustand in den normalleitenden Zustand und umgekehrt veränderbar ist.

24. Stromspeicher nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des Übergangs eine Einrichtung zum Aufbringen eines Magnetfelds auf den Kern, zum Einleiten eines Stromimpulses in den Kern, zum Einstrahlen eines Hochfrequenzfeldes in den Kern, zum Einstrahlen von Wärmestrahlen in den Kern, zum Einwirken eines Laserstrahls auf den Kern oder zum Einwirken eines Maserstrahls auf den Kern vorgesehen ist.

25. Verwendung des Stromspeichers gemäß einem der Ansprüche 1 bis 24 zur Stromversorgung eines Stromverbrauchers in Form von elektrischen Energiepulsen mit jeweils sehr kurzer Zeitdauer.

26. Verwendung nach Anspruch 25,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Pulsdauer kleiner als 10 ms, vorzugsweise kleiner als 1 ms ist.

Claims

1. A current accumulator in the form of a superconducting accumulator coil (2) composed with superconductors (8) of very small diameter or very small layer thickness,
characterized in that the accumulator coil (2) is composed with a plurality of coil segments (4) which are arranged successively in the longitudinal direction of the accumulator coil (2) and which are prefabricated individually and joined together so as to be electrically connected to form the accumulator coil (2).

2. A current accumulator according to claim 1,
characterized in that the coil segments (4) are connected in such a manner that the accumulator coil (2) can be charged in a series connection of a plurality, in particular all, of the coil segments (4) and discharged in a parallel connection of a plurality, in particular all, of the coil segments (4).

3. A current accumulator according to claim 2,
characterized in that the number of the coil segments (4) connected in parallel during discharge is adjustable.

4. A current accumulator according to any one of claims 1 to 3,
characterized in that the accumulator coil (2) comprises one or several superconducting discharging coils magnetically coupled to the accumulator coil segments (4).

5. A current accumulator according to any one of claims 1 to 4,
characterized in that, for discharging, there is (are) provided one or several high-current switches composed with superconducting material and having a means through which the superconducting material can be transferred from the superconducting state to the non-superconducting state and vice versa.

6. A current accumulator according to any one of claims 1 to 5,
characterized in that the superconductors (8) are high-temperature superconductors, preferably having a transition temperature of more than 80 °K.

7. A current accumulator according to any one of claims 1 to 6,
characterized in that the superconductors (8) have a diameter or a layer thickness of less than 20 µm, preferably less than 10 µm.

8. A current accumulator according to any one of claims 1 to 7,
characterized in that the superconductors (8) are provided in the form of applied layers.

9. A current accumulator according to any one of claims 1 to 8,
characterized in that superconductors (8) are provided which are formed from a layer applied across a large area, by local mechanical removal or by local etching.

10. A current accumulator according to any one of claims 1 to 9,
characterized in that, when viewing an accumulator coil cross-section, several superconductor layers (8) are provided following each other in radial direction.

11. A current accumulator according to claim 10,
characterized in that the superconductor layers (8) are formed successively, with an insulating intermediate layer (6) each being provided therebetween, and are each electrically terminated.

12. A current accumulator according to any one of claims 1 to 7,
characterized in that the accumulator coil (2) is composed with wound, thin, superconducting filament wires.

13. A current accumulator according to claim 12,
characterized in that the superconducting filament wires are provided substantially in alternating manner with very thin normal-conduction metal wires.

14. A current accumulator according to any one of claims 1 to 13,
characterized in that the coil segments (4) are magnetically coupled.

15. A current accumulator according to any one of claims 1 to 14,
characterized in that the accumulator coil (2) is of toroidal or solenoid configuration.

16. A current accumulator according to any one of claims 1 to 15,
characterized in that the accumulator coil (2) is connected to a primary circuit for charging.

17. A current accumulator according to any one of claims 1 to 15
characterized in that for charging the accumulator coil (2) there is provided a charging means (28) through which magnetic flow quanta can be introduced according to the flow pump principle.

18. A current accumulator according to claim 17,
characterized in that a pulsating DC magnetic field is provided for charging the accumulator coil (2).

19. A current accumulator according to claim 18,
characterized in that, with a toroidal accumulator coil (2), the pulsating magnetic field is provided by a rotatable magnet ring (28) comprising permanent magnets.

20. A current accumulator according to claim 17,
characterized in that a pulsating field of a current conductor is provided for charging the accumulator coil (2) by means of induction.

21. A current accumulator according to any one of claims 1 to 20,
characterized in that the ratio between the radial thickness of the space equipped with superconductors and the accumulator coil diameter is small.

22. A current accumulator according to any one of claims 1 to 21,
characterized in that the accumulator coil (2) has a core (13) composed with superconducting material (18).

23. A current accumulator according to claim 22,
characterized in that the current intensity in the accumulator coil (2) can be altered by the transition of the superconducting material (18) of the core (13) from the superconducting state to the normal-conduction state and vice versa.

24. A current accumulator according to claim 23,
characterized in that for producing said transition there is provided a means for applying a magnetic field to the core, for introducing a current pulse into the core, for irradiating a radio-frequency field into the core, for irradiating thermal radiation into the core, for subjecting the core to the influence of a laser beam or for subjecting the core to the influence of a maser beam.

25. The use of a current accumulator according to any one of claims 1 to 24 for supplying current to a current consumer in the form of electrical energy pulses of very short duration each.

26. The use according to claim 25,
characterized in that the pulse duration is less than 10 ms, preferably less than 1 ms.

Revendications

1. Accumulateur de courant sous la forme d'une bobine d'accumulateur (2) supraconductrice, qui est constituée de supraconducteurs (8) de très petit diamètre ou de très petite épaisseur de couche, caractérisé en ce que la bobine (2) est constituée de plusieurs segments (4) se succédant dans la direction longitudinale de la bobine (2), lesquels sont préfabriqués séparément et assemblés par câblage électrique pour former la bobine (2).

2. Accumulateur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que les segments (4) de la bobine sont câblés de manière que la bobine (2) puisse être chargée lorsque plusieurs segments (4), en particulier tous les segments sont montés en série et puisse être déchargée lorsque plusieurs segments (4), en particulier tous les segments sont montés en parallèle.

3. Accumulateur de courant selon la revendication 2, caractérisé en ce que le nombre de segments (4) de la bobine, montés en parallèle lors de la décharge, est réglable.

4. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la bobine (2) comporte une ou plusieurs bobines de décharge supraconductrices, qui est (sont) accouplée(s) magnétiquement aux segments (4) de la bobine d'accumulateur.

5. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que pour la décharge il est prévu un ou plusieurs interrupteurs à courant fort construits dans un matériau supraconducteur avec un dispositif au moyen duquel le matériau supraconducteur peut passer de l'état supraconducteur à l'état non supraconducteur et inversement.

6. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les supraconducteurs (8) sont des supraconducteurs à haute température, de préférence avec une température de changement brusque de conductivité supérieure à 80 °K.

7. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les supraconducteurs (8) ont un diamètre ou une épaisseur de couche inférieure à 20 µm, de préférence inférieure à 10 µm.

8. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est prévu des supraconducteurs (8) sous la forme de couches appliquées.

9. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est prévu des supraconducteurs (8) qui sont produits à partir d'une couche appliquée sur une grande surface, par enlèvement mécanique local ou par décapage local.

10. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que si l'on considère une section transversale de la bobine d'accumulateur plusieurs couches de supraconducteurs (8) se succèdent dans la direction radiale.

11. Accumulateur de courant selon la revendication 10, caractérisé en ce que les couches de supraconducteurs (8) intercalées par une couche intermédiaire (6) isolante, sont produites l'une après l'autre et sont connectées électriquement.

12. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bobine (2) est constituée de filaments supraconducteurs, minces, bobinés.

13. Accumulateur de courant selon la revendication 12, caractérisé en ce que les filaments supraconducteurs sont prévus essentiellement en alternance avec des fils métalliques normalement conducteurs, très minces.

14. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les segments (4) de la bobine sont couplés magnétiquement.

15. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la bobine (2) est en forme de tore ou de solénoïde.

16. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que la bobine (2) est connectée à un circuit primaire pour la charge.

17. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que pour la charge de la bobine (2) il est prévu un dispositif de charge (28) avec lequel peuvent être introduits des quantas de flux magnétique selon le principe de la pompe à flux.

18. Accumulateur de courant selon la revendication 17, caractérisé en ce que pour la charge de la bobine (2) il est prévu un champ magnétique continu pulsé.

19. Accumulateur de courant selon la revendication 18, caractérisé en ce que dans le cas d'une bobine (2) en forme de tore le champ magnétique continu pulsé est prévu au moyen d'un anneau magnétique (28) tournant avec aimants permanents.

20. Accumulateur de courant selon la revendication 17, caractérisé en ce que pour la charge de la bobine (2) par induction il est prévu un champ pulsé d'un conducteur de courant.

21. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur radiale du volume occupé par les supraconducteurs et le diamètre de la bobine de l'accumulateur est petit.

22. Accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que la bobine d'accumulateur (2) comporte un noyau (13) constitué d'un matériau supraconducteur (18).

23. Accumulateur de courant selon la revendication 22, caractérisé en ce que l'importance du courant dans la bobine (2) est variable par passage du matériau supraconducteur (18) du noyau (13) de l'état supraconducteur à l'état normalement conducteur et inversement.

24. Accumulateur de courant selon la revendication 23, caractérisé en ce que pour produire ce passage il est prévu un dispositif d'application d'un champ magnétique sur le noyau, d'introduction d'une impulsion de courant dans le noyau, d'émission d'un champ à haute fréquence dans le noyau, d'émission d'un rayonnement thermique dans le noyau, d'action d'un faisceau laser sur le noyau ou d'action d'un faisceau maser sur le noyau.

25. Mise en oeuvre de l'accumulateur de courant selon l'une des revendications 1 à 24 pour alimenter en courant un récepteur sous la forme d'impulsions d'énergie électrique de très courte durée chacune.

26. Mise en oeuvre selon la revendication 25, caractérisée en ce que la durée des impulsions est inférieure à 10 ms, de préférence inférieure à 1 ms.

Zeichnung