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HTS-Magnetlager ohne Permanentmagneten

IP.com Disclosure Number: IPCOM000126896D
Original Publication Date: 2005-Sep-10
Included in the Prior Art Database: 2005-Sep-10
Document File: 3 page(s) / 184K

Publishing Venue

Siemens

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Abstract

In Elektromaschinen wie beispielsweise Motoren oder Generatoren, Turbinen, Schwungradenergiespeichern und Zentrifugen befinden sich schnell rotierende Wellen. Diese müssen in geeigneter Weise gelagert werden. Dafür eignen sich konventionelle elektromagnetisch wirkende Magnetlager, passive HTS (Hochtemperatursupraleiter)-Magnetlager oder konventionelle Öl-Gleitlager. Öl-Gleitlager können zu Brand- und Umweltgefahren führen und sind relativ stark verlustleistungsbehaftet. Wellen können mittels Magnetlager berührungslos und damit verschleißfrei gelagert werden, ohne dass dabei Schmiermittel wie beispielsweise Öl benötigt wird. Konventionelle elektromagnetische Magnetlager benötigen eine relativ kostenintensive, störanfällige und aufwändige Regelelektronik. In bisherigen HTS-Magnetlagern werden typischerweise neben massivem Hochtemperatursupraleitermaterial (Bulk-Material) Permanentmagnete als zweite notwendige Komponente verwendet. Eine dieser beiden Komponenten ist auf der zu lagernden, rotationsfähigen Welle befestigt. Die zweite Komponente wirkt dann als Stator des Lagers. Zwischen den beiden Komponenten befindet sich ein Luftspalt. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld, welches typischerweise über Flussführungselemente homogenisiert und in den Luftspalt eingeleitet wird (vgl. DE 44 36 831 C2). Die maximale Lagertragkraft eines HTS-Magnetlagers skaliert quadratisch mit der Magnetfeldstärke im Luftspalt. Damit wird die Lagertragkraft durch das mit Permanentmagneten maximal erreichbare Magnetfeld begrenzt.

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S

HTS-Magnetlager ohne Permanentmagneten

Idee: Dr. Dr. Michael Frank, DE-Erlangen; Dr. Peter Kummeth, DE-Erlangen

In Elektromaschinen wie beispielsweise Motoren oder Generatoren, Turbinen, Schwungradenergiespeichern und Zentrifugen befinden sich schnell rotierende Wellen. Diese müssen in geeigneter Weise gelagert werden. Dafür eignen sich konventionelle elektromagnetisch wirkende Magnetlager, passive HTS (Hochtemperatursupraleiter)-Magnetlager oder konventionelle Öl- Gleitlager. Öl-Gleitlager können zu Brand- und Umweltgefahren führen und sind relativ stark verlustleistungsbehaftet. Wellen können mittels Magnetlager berührungslos und damit verschleißfrei gelagert werden, ohne dass dabei Schmiermittel wie beispielsweise Öl benötigt wird. Konventionelle elektromagnetische Magnetlager benötigen eine relativ kostenintensive, störanfällige und aufwändige Regelelektronik. In bisherigen HTS-Magnetlagern werden typischerweise neben massivem Hochtemperatursupraleitermaterial (Bulk-Material) Permanentmagnete als zweite notwendige Komponente verwendet. Eine dieser beiden Komponenten ist auf der zu lagernden, rotationsfähigen Welle befestigt. Die zweite Komponente wirkt dann als Stator des Lagers. Zwischen den beiden Komponenten befindet sich ein Luftspalt. Die Magnete erzeugen ein Magnetfeld, welches typischerweise über Flussführungselemente homogenisiert und in den Luftspalt eingeleitet wird (vgl. DE 44 36 831 C2). Die maximale Lagertragkraft eines HTS-Magnetlagers skaliert quadratisch mit der Magnetfeldstärke im Luftspalt. Damit wird die Lagertragkraft durch das mit Permanentmagneten maximal erreichbare Magnetfeld begrenzt.

Die Idee besteht nun darin, zur Erzeugung des notwendigen Magnetfeldes statt Permanentmagneten Spulen aus Supraleitern, insbesondere Hochtemperatursupraleitern, zu verwenden, womit wesentlich höhere Magnetfelder erreicht werden können. Dies können beispielsweise Drähte oder Bandleiter oder Röbelleiter aus YBCO, Bi2212, Bi2223, MgB2, usw. sein. Dabei sind verschiedene Ausführungsversionen denkbar.

Bei Version 1 (siehe Abb. 1) befindet sich HTS-Bulkmaterial im rotierenden Teil des Lagers (z.B. auf einer Welle befestigt). Das HTS-Bulkmaterial wird auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur abgekühlt. Die Kühlung des HTS-Bulkmaterials kann eventuell gemeinsam mit der Kühlung der HTS-Läuferwicklung (z.B. in einem HTS-Motor oder HTS-Generator) erfolgen. Die Kühlung kann allerdings auch mit einer getrennt arbeitenden Kühlvorrichtung (z.B. Kaltkopf) erfolgen. Die supraleitenden Spulen zur Magnetfelderzeugung müssen ebenfalls gekühlt werden. Durch die Anordnung von Spulen mit abwechselnder magnetischer Polung kann analog zu bisherigen HTS- Magnetlagern (vgl. die genannte DE-C2-...