DE102007036605B4 - Stabilized high temperature superconductor bearing - Google Patents

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Abstract

Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung, aufweisend einen scheibenförmigen Rotor (1) auf einer Welle (2) und einen scheibenförmigen Stator (4), der den Rotor (1) umgibt,
wobei die Stirnseiten des Rotors (1) jeweils eine Permanentmagnetanordnung aufweisen, die konzentrisch die Rotorwelle (2) umläuft, und wobei im Stator (4) der Permanentmagnetanordnung (3) gegenüberliegend konzentrisch verlaufende Hochtemperatursupraleiter (5) angeordnet sind, wobei die Permanentmagnetanordnung (3) und die Hochtemperatursuptraleiter (5) planare Stirnflächen aufweisen,
wobei eine planere Stirnfläche des Hochtemperatursupraleiters (5) einer planaren Stirnfläche der Permanentmagnetanordnung (3) gegenüberliegend angeordnet ist, und dazwischenliegend der Lagerspalt (6) ausgebildet ist,
wobei die Hochtemperatursupraleiter (5) von einer Vakuumhülle (8) umgeben sind, und
sich zwischen der Innenwand der Vakuumhülle (8) und der planaren Stirnfläche des Hochtemperatursupraleiters (5), die der Permanentmagnetanordnung gegenüberliegend angeordnet ist, mindestens ein Abstandshalter (10) befindet.A high temperature superconductor bearing having a planar arrangement, comprising a disk-shaped rotor (1) on a shaft (2) and a disk-shaped stator (4) surrounding the rotor (1),
wherein the end sides of the rotor (1) each have a permanent magnet arrangement which concentrically rotates the rotor shaft (2), and wherein in the stator (4) of the permanent magnet arrangement (3) oppositely concentrically extending high-temperature superconductor (5) are arranged, wherein the permanent magnet arrangement (3) and the high-temperature superconductors (5) have planar end faces,
wherein a planar end face of the high-temperature superconductor (5) is arranged opposite a planar end face of the permanent magnet arrangement (3), and the bearing gap (6) is formed therebetween,
wherein the high temperature superconductors (5) are surrounded by a vacuum envelope (8), and
at least one spacer (10) is located between the inner wall of the vacuum envelope (8) and the planar end face of the high temperature superconductor (5) disposed opposite to the permanent magnet assembly.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hochtemperatursupraleiterlager mit einem Rotor, der von einem Stator mit einem Hochtemperatursupraleiter umgeben ist, wobei der Rotor durch magnetische Kräfte in einem schwebenden Zustand gehalten wird.The The present invention relates to high temperature superconductor bearings a rotor surrounded by a stator with a high temperature superconductor is, wherein the rotor by magnetic forces in a floating state is held.

HTS-Lager zeichnen sich durch einen stirnseitig in alle Raumrichtungen selbststabilen berührungsfreien Betrieb aus und bieten dadurch eine große Laufruhe und Wartungsarmut.HTS bearings are characterized by a front side in all directions self-stable contactless Operation and thus offer a great quietness and low maintenance.

Die Nutzung des Levitationseffektes zwischen einem Magnetfeld (Erregung durch Dauermagnete oder Stromspulen) und einem Hochtemperatursupraleiter (HTS) zum Aufbau einer berührungsfreien Lagerung (superconductor magnetic bearing, SMB) von linearen bzw. rotierenden Systemen ist seit einigen Jahren bekannt.The Use of the levitation effect between a magnetic field (excitation by permanent magnets or current coils) and a high-temperature superconductor (HTS) to build a non-contact Storage (superconductor magnetic bearing, SMB) of linear or rotating systems has been known for several years.

Prinzipiell enthält ein solches Hochtemperatur-Supraleiterlager (HTS-Lager) eine Permanentmagnetanordnung als Erregersystem sowie einen Hochtemperatursupraleiter, wobei der Hochtemperatursupraleiter von dem magnetischem Fluss der Permanentmagnetanordnung durchdrungen wird.in principle contains such a high temperature superconductor bearing (HTS bearing) a permanent magnet assembly as a pathogen system and a high-temperature superconductor, wherein the High temperature superconductor of the magnetic flux of the permanent magnet assembly is penetrated.

Wird nun der Hochtemperatursupraleiter auf eine Temperatur unterhalb seiner Sprungtemperatur Tc gekühlt, wird der ihn durchdringende magnetische Fluss eingefroren. Im Falle einer Lageveränderung werden Kräfte erzeugt, die der Lageveränderung entgegen wirken. Diese Kräfte können abstoßend oder anziehend sein, sind jedoch auf jeden Fall derart gerichtet, dass sie gegen eine Lageveränderung aus der Einkühlposition heraus entgegenwirken.Becomes now the high-temperature superconductor to a temperature below cooled to its critical temperature Tc, the magnetic flux penetrating it is frozen. In the event of a change of position personnel generates the change of position counteract. These forces can repulsive or attractive, but in any case are directed that they are against a change of position from the cooling position Counteract out.

Da die Größe dieser Kräfte mit zunehmenden Abstand von Erregersystem und Hochtemperatursupraleiter abnimmt, sollte dieser Abstand zur Erzielung von möglichst hohen Kräften möglichst klein gehalten werden.There the size of this personnel with increasing distance from exciter system and high-temperature superconductors decreasing, this distance should be as possible to achieve high forces preferably kept small.

Zur Erhöhung der magnetischen Flussdichte kann die Permanentmagnetanordnung als so genannte Sammleranordnung ausgestaltet sein, wobei zwischen den einzelnen Permanentmagneten ferromagnetische Flussleiterstücke, z. B. Eisenpole, angeordnet sind.to increase the magnetic flux density, the permanent magnet arrangement as so-called collector arrangement be designed, being between the individual permanent magnets ferromagnetic flux guide pieces, z. B. iron poles are arranged.

HTS-Lager können zur berührungsfreien Lagerung von rotierenden Systemen eingesetzt werden. Diese Lager bestehen prinzipiell aus einem feststehenden Teil, dem Stator, und einem rotierenden Teil, dem Rotor. Üblicherweise enthält der Stator den Hochtemperatursupraleiter und der Rotor ist mit der Permanentmagnetanordnung versehen, die als Erregersystem wirkt. Die Magnetisierung der Permanentmagnete ist so gewählt, dass die Verteilung des magnetischen Flusses um die Drehachse herum bei der Rotation unverändert bleibt, d. h. durch die Rotation werden keine Kräfte erzeugt.HTS bearings can for non-contact Storage of rotating systems are used. These bearings consist in principle of a fixed part, the stator, and a rotating part, the rotor. Usually, the stator contains the high-temperature superconductor and the rotor is with the permanent magnet arrangement provided that acts as a pathogen system. The magnetization of the permanent magnets is chosen that the distribution of magnetic flux around the axis of rotation unchanged during rotation remains, d. H. no forces are generated by the rotation.

Der Hochtemperatursupraleiter befindet sich zur Kühlung in einem Kryostat oder einer ähnlichen Kühlvorrichtung. Zur thermischen Isolierung der gekühlten Elemente des Stators, insbesondere des Hochtemperatursupraleiters, wird Vakuum an den Kryostaten angelegt. Beispielhaft für Aufbau und Funktionsweise von HTS-Lagern wird auf die europäische Patentanmeldung EP 1 767 798 A1 sowie auf WO 02/06688 A1 verwiesen, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird.The high-temperature superconductor is located in a cryostat or similar cooling device for cooling. For thermal insulation of the cooled elements of the stator, in particular the high-temperature superconductor, vacuum is applied to the cryostat. An example of the structure and mode of operation of HTS bearings is given in the European patent application EP 1 767 798 A1 as well as on WO 02/06688 A1 referred to, which is incorporated herein by reference.

Prinzipiell können HTS-Lager mit zylindrischer bzw. planarer Anordnung unterschieden werden.in principle can HTS bearings with cylindrical or planar arrangement distinguished become.

In einer zylindrischen Anordnung sind die Permanentmagnete koaxial entlang der Rotorwelle angeordnet. Die Rotorwelle mit den darauf angeordneten Permanentmagneten wird zylinderförmig von dem Hochtemperatursupraleiter umgeben, wobei sich der zylinderförmige Hochtemperatursupraleiter in einem gleichfalls zylinderförmigen Kryostaten befindet. Die Rotorwelle mit dem Permanentmagneten befindet sich in der so genannten Warmbohrung des Kryostaten. Der die Lagerkräfte bestimmende Spalt, auch magnetisch wirksamer Spalt bezeichnet, verläuft damit konzentrisch zwischen den gekrümmten Oberflächen von Supraleiter und Permanentmagnet mit der dazwischen befindlichen gleichfalls gekrümmten Vakuumhülle des Kryostaten.In a cylindrical arrangement, the permanent magnets are coaxial arranged along the rotor shaft. The rotor shaft with the on it arranged permanent magnets is cylindrical from the high temperature superconductor surrounded, wherein the cylindrical high-temperature superconductor in a likewise cylindrical Cryostat is located. The rotor shaft is located with the permanent magnet in the so-called warm bore of the cryostat. The bearing forces determining Gap, also called magnetically effective gap, runs along with it concentric between the curved surfaces of Superconductor and permanent magnet with the intervening also curved vacuum envelope of the cryostat.

In einer planaren Anordnung ist ein Rotor konzentrisch auf einer Rotorwelle angeordnet. Die Stirnseiten des Rotors sind planar und weisen Permanentmagnete auf, die konzentrisch um die Welle herum angeordnet sind. Den Stirnseiten des Rotors mit der Permanentmagnetanordnung gegenüberliegend sind Hochtemperatursupraleiter angeordnet, die parallel zu der Permanentmagnetanordnung konzentrisch um die Rotorwelle herum verlaufen.In In a planar arrangement, a rotor is concentric with a rotor shaft arranged. The faces of the rotor are planar and have permanent magnets which are arranged concentrically around the shaft. The front ends of the rotor with the permanent magnet assembly opposite High-temperature superconductors are arranged parallel to the permanent magnet arrangement run concentrically around the rotor shaft.

Die Hochtemperatursupraleiter und das diese umgebende Kryostatgehäuse mit Vakuumhülle sind Bestandteile des Stators des Lagers.The High-temperature superconductor and the surrounding cryostat housing with Vacuum envelope are Components of the stator of the warehouse.

Der die Lagerkräfte bestimmende Spalt befindet sich auch hier zwischen Hochtemperatursupraleiter und Permanentmagnetanordnung. Anders als in der zylindrischen Anordnung sind die Flächen des Hochtemperatursupraleiters und der Permanentmagnete, die sich gegenüber stehen, jedoch planar.Of the the bearing forces determining gap is also here between high-temperature superconductor and permanent magnet assembly. Unlike in the cylindrical arrangement are the surfaces of the high-temperature superconductor and the permanent magnets, which themselves across from stand, but planar.

Um den magnetisch wirksamen Luftspalt zwischen dem Hochtemperatursupraleiter und der Permanentmagnetanordnung möglichst klein zu halten, sollte die Stärke der Vakuumhülle sowie der Abstand zwischen Hochtemperatursupraleiter und Innenwand der Vakuumhülle so gering wie möglich sein.In order to keep the magnetically active air gap between the high-temperature superconductor and the permanent magnet arrangement as small as possible, the strength of the vacuum envelope and the Ab between the high-temperature superconductor and the inner wall of the vacuum envelope should be as low as possible.

Wird nun der Kryostat zur Wärmeisolation evakuiert, entsteht eine Druckdifferenz zwischen dem Inneren des Kryostaten und dessen äußerer Umgebung, so dass entsprechende Kräfte auf die Vakuumhülle ausgeübt werden. In einer zylindrischen Anordnung wirkt die im magnetischen Spalt gewölbte Fläche der Vakuumhülle der äußeren Krafteinwirkung entgegen, wodurch eine Verbiegung der Hülle, auch bei geringer Stärke der Vakuumhülle, nach innen aufgrund der Druckdifferenz verhindert wird.Becomes now evacuated the cryostat for thermal insulation, creates a pressure difference between the interior of the cryostat and its external environment, so that appropriate forces on the vacuum envelope exercised become. In a cylindrical arrangement that acts in the magnetic Gap arched surface of the vacuum envelope contrary to the external force, whereby a bending of the shell, even at low strength the vacuum envelope, is prevented inward due to the pressure difference.

Bauartbedingt ist dies bei der planaren Anordnung nicht gegeben und die planare Stirnseite der Vakuumhülle in einer planaren Lageranordnung biegt sich aufgrund der Druckdifferenz nach Innen durch und legt sich an die kalten Oberflächen des Stators an. Eine Isolationswirkung des Vakuums ist damit nicht mehr gegeben.Due to the design this is not the case with the planar arrangement and the planar one Front side of the vacuum envelope in a planar bearing assembly bends due to the pressure difference goes in through and attaches itself to the cold surfaces of the Stators on. An isolation effect of the vacuum is thus no longer where.

DE 196 43 844 C1 betrifft eine planare Hochtemperatursupraleiter-Magnetlageranordnung, wobei sich der scheibenförmige Hochtemperatursupraleiter in einem separaten Kryostatgehäuse befindet, und das Kryostatgehäuse in einer Vakuumkammer angeordnet ist. Der Boden des Kryostatgehäuses, der sich auf der dem Lagerspalt abgewandten Seite des Kryostatgehäuses befindet, ist über Kryostatbefestigungen im Inneren der Vakuumkammer aufgehängt, wobei die Kryostatbefestigung Bolzen aufweist, die über Fahnen und Bolzen genannte Elemente an dem Kryostatboden ansetzen. Es finden sich jedoch keine Abstandshalter zwischen der Innenwand der Vakuumhülle und der Stirnfläche des Hochtemperatursupraleiters, die der Permanentmagnetanordnung gegenüberliegend angeordnet sind. DE 196 43 844 C1 relates to a planar high-temperature superconductor magnetic bearing assembly, wherein the disk-shaped high-temperature superconductor is located in a separate Kryostatgehäuse, and the Kryostatgehäuse is arranged in a vacuum chamber. The bottom of the cryostat housing, which is located on the side facing away from the bearing gap side of the cryostat housing, is suspended via Kryostatbefestigungen inside the vacuum chamber, wherein the Kryostatbefestigung has bolts that attach via flags and bolts called elements on the Kryostatboden. However, there are no spacers between the inner wall of the vacuum envelope and the end face of the high temperature superconductor, which are arranged opposite to the permanent magnet assembly.

DE 203 18 389 U1 und WO 2002/18807 A1 betreffen zylinderförmige magnetische Lager, wobei ein zylinderförmiger Hochtemperatursupraleiter eine Rotorwelle umgibt, auf der gleichfalls zylinderförmig die Permanentmagnete angeordnet sind. Wie vorstehend erörtert, ist hier auf Grund der baulichen Konstruktion die Gefahr der Eindellung der Vakuumhülle, die im Lagerspalt verläuft, nicht gegeben. DE 203 18 389 U1 and WO 2002/18807 A1 relate cylindrical magnetic bearings, wherein a cylindrical high-temperature superconductor surrounds a rotor shaft on which the permanent magnets are likewise arranged in a cylindrical manner. As discussed above, due to the structural design, the risk of indentation of the vacuum envelope, which runs in the bearing gap, is not given here.

Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung nach Anspruch 1.According to the invention this Problem solved by the features of claim 1. The dependent claims relate preferred embodiments The invention according to claim 1.

Weiter umfasst die Erfindung die Verwendung eines Aerogels zur Ausbildung von Abstandshaltern.Further For example, the invention includes the use of an airgel for training of spacers.

Um den Abstand zwischen kalter Oberfläche und Vakuumhülle sowie die Strärke der Vakuumhülle, und damit den magnetisch wirksamen Spalt, so gering wie möglich halten zu können, wird erfindungsgemäß ein Abstandshalter vorgesehen, der nicht nur eine hohe mechanische Festigkeit aufweist, sondern mit dem auch die erforderliche Isolationswirkung erzielt werden kann.Around the distance between cold surface and vacuum envelope as well the Strength the vacuum envelope, and thus keeping the magnetically effective gap as small as possible to be able to becomes according to the invention a spacer provided not only has a high mechanical strength, but achieved with the required insulation effect can be.

Erfindungsgemäß wird daher eine Stützanordnung vorgesehen, die nicht nur der Vakuumhülle ausreichende Stabilität verleiht, sondern die materialbedingt und/oder anordnungsbedingt eine Wärmeübertragung in das Kühlsystem möglichst unterbindet und die Isolationseigenschaften des Vakuums im Wesentlichen nicht beeinträchtigt.Therefore, according to the invention a support arrangement provided that not only gives the vacuum envelope sufficient stability, but the material and / or arrangement due to a heat transfer in the cooling system preferably prevents and the insulating properties of the vacuum substantially not impaired.

Beispiele für geeignete Stützanordnungen sind Stützanordnungen aus Aerogelen sowie Strukturen aus faserverstärktem Kunststoff mit reduziertem Querschnitt und reduzierter Auflagefläche.Examples for suitable Support arrangements are support arrangements from aerogels and structures made of fiber reinforced plastic with reduced Cross-section and reduced contact surface.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der anliegenden Figuren näher erläutert.following The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

Es zeigenIt demonstrate

1a, b schematisch eine zylindrische HTS-Lageranordnung; 1a , b schematically shows a cylindrical HTS bearing assembly;

2 schematisch eine planare HTS-Lageranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung im Längsschnitt; und 2 schematically a planar HTS bearing assembly according to the present invention in longitudinal section; and

3 einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Lageranordnung nach 2 3 a section of the bearing assembly according to the invention according to 2

In 1a ist schematisch ein Längsschnitt durch ein Hochtemperatursupraleiterlager mit zylindrischem Aufbau gezeigt. Der Rotor 1 ist konzentrisch auf einer Welle 2 aufgebracht, wobei sich an den beiden Enden der Welle 2 ein Erregersystem befindet. Das Erregersystem ist eine Sammleranordnung mit von Permanentmagneten 3 und dazwischen angeordneten Flussleiterstücken 4. Das Erregersystem ist von einem zylinderförmigen Hochtemperatursupraleiter 5 umgeben. Zwischen Erregersystem und Hochtemperatursupraleiterlager 5 befindet sich der magnetisch wirksame Spalt 6.In 1a is shown schematically a longitudinal section through a high-temperature superconductor bearing with a cylindrical structure. The rotor 1 is concentric on a wave 2 Applied, being at the two ends of the shaft 2 an exciter system is located. The excitation system is a collector arrangement of permanent magnets 3 and flux conductor pieces interposed therebetween 4 , The exciter system is of a cylindrical high temperature superconductor 5 surround. Between exciter system and high-temperature superconductor bearing 5 is the magnetically active gap 6 ,

Die zylinderförmige Anordnung von Erregersystem 3, 4 und Hochtemperatursupraleiter 5 ist in 1b verdeutlicht, die einen Aufriss des zylinderförmigen Erregersystems 3, 4 und des das Erregersystem umgebenden Hochtemperatursupraleiters 5 zeigt.The cylindrical arrangement of exciter system 3 . 4 and high-temperature superconductors 5 is in 1b clarifies the an elevation of the cylindrical excitation system 3 . 4 and the high-temperature superconductor surrounding the exciter system 5 shows.

Ein Hochtemperatursupraleiterlager mit planarem Aufbau ist schematisch in 2 dargestellt. Gezeigt ist ein Rotor 1, der mit einer Welle 2 verbunden ist und diese im Wesentlichen konzentrisch umgibt. Die Stirnseiten des Rotors weisen konzentrisch angeordnete Permanentmagnete 3 auf, die radial hintereinander angeordnet und hier entgegengesetzt magnetisiert sind. Die Magnetisierung ist durch N für den Nordpol und S für den Südpol angedeutet.A high temperature superconductor bearing of planar construction is schematically shown in FIG 2 shown. Shown is a rotor 1 that with a wave 2 is connected and surrounds them substantially concentric. The faces of the rotor have concentric arranged permanent magnets 3 on, which are arranged radially one behind the other and magnetized opposite here. The magnetization is indicated by N for the North Pole and S for the South Pole.

Zwischen den Permanentmagneten 3 befinden sich vorzugsweise Flussleiterstücke, zum Beispiel Eisenpole.Between the permanent magnets 3 are preferably flux guide pieces, for example iron poles.

Der Rotor 1 mit den Permanentmagneten 3 ist von einem Stator 7 umgeben, der gleichfalls um die Welle 2 angeordnet ist.The rotor 1 with the permanent magnets 3 is from a stator 7 surrounded, which also around the wave 2 is arranged.

Der Stator 7 weist eine Vakuumhülle 8 auf. Innerhalb der Vakuumhülle 8 verlaufen unterhalb und oberhalb des Rotors 1 Hochtemperatursupraleiter 5 um die Welle 2 herum, deren planare Stirnseiten den planaren Stirnseiten der Permanentmagnetanordnung 3 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Hochtemperatursupraleiter 5 sind hier auf einer Trägerkonstruktion 9 aufgebracht.The stator 7 has a vacuum envelope 8th on. Inside the vacuum envelope 8th run below and above the rotor 1 High temperature superconductors 5 around the shaft 2 around, the planar end faces of the planar end faces of the permanent magnet assembly 3 are arranged opposite one another. The high-temperature superconductors 5 are here on a support structure 9 applied.

Die Magnetisierung der Permanentmagnetanordnung 3 des Rotors 1 ist so gewählt, dass die Rotation des Rotors 1 zu keinen Feldveränderungen und damit nicht zu Kräften führt, und der rotierende Rotor 1 berührungsfrei in seiner Position relativ zu dem Stator gehalten wird.The magnetization of the permanent magnet arrangement 3 of the rotor 1 is chosen so that the rotation of the rotor 1 to no field changes and thus does not lead to forces, and the rotating rotor 1 is held without contact in its position relative to the stator.

Je nach Anwendung können auf der Rotorwelle 2 auch zwei oder mehrere Hochtemperatursupraleiterlager mit Rotor 1 und Stator 7 angeordnet sein.Depending on the application, on the rotor shaft 2 also two or more high temperature superconductor bearings with rotor 1 and stator 7 be arranged.

Zur mechanischen Stabilisierung der Vakuumhülle 8 ist mindestens ein Abstandshalter 10 zwischen Vakuumhülle 8 und Hochtemperatursupraleiter 5 vorgesehen. Durch das Vorsehen des mindestens einen Abstandshalters 10 wird eine Verbiegung der Vakuumhülle nach Innen und ein Anlegen an den Hochtemperatursupraleiter im evakuierten Zustand aufgrund der Druckdifferenzen verhindert.For mechanical stabilization of the vacuum envelope 8th is at least one spacer 10 between vacuum envelope 8th and high-temperature superconductors 5 intended. By providing the at least one spacer 10 bending of the vacuum envelope inward and application to the high-temperature superconductor in the evacuated state due to the pressure differences is prevented.

Eine Detailansicht des Stators mit Abstandshalter 10 ist in 3 dargestellt. Der Abstandshalter 10 wird zwischen HTS-Fläche und Vakuumhülle 8 platziert. Unter Vakuum legen sich die Stirnseiten der Vakuumhülle an die Abstandshalter an. Um ein Anlegen der Zwischenbereiche der Stirnwand an die Oberfläche des Hochtemperatursupraleiters 5 zu vermeiden, wird die Spannweite der Stirnwand zwischen den Abstandshaltern 10 bzw. deren Kontaktpunkten mit der Vakuumhülle 8 so gewählt, dass eine möglicherweise auftretende Wölbung der Vakuummhülle 8 ausreichend klein bleibt und ein Anlegen an den Hochtemperatursupraleiter vermieden wird.A detailed view of the stator with spacer 10 is in 3 shown. The spacer 10 is between HTS surface and vacuum envelope 8th placed. Under vacuum, the end faces of the vacuum envelope to the spacers. To apply the intermediate regions of the end wall to the surface of the high-temperature superconductor 5 To avoid this, the span of the bulkhead between the spacers 10 or their contact points with the vacuum envelope 8th chosen so that a possibly occurring curvature of the vacuum envelope 8th remains sufficiently small and an application to the high-temperature superconductor is avoided.

Erfindungsgemäß kann der Abstandshalter 10 aus einem Aerogel bestehen. Aerogele haben eine hohe Porosität mit einem geringen Feststoffanteil und weisen damit unter Vakuum eine nur geringe thermische Leitfähigkeit auf. Gleichzeitig verfügen sie jedoch über vergleichsweise hohe mechanische Festigkeit, wodurch eine Stabilisierung der Vakuumhülle gewährleistet wird.According to the invention, the spacer 10 consist of an airgel. Aerogels have a high porosity with a low solids content and thus have a low thermal conductivity under vacuum. At the same time they have comparatively high mechanical strength, whereby a stabilization of the vacuum envelope is ensured.

Ein Beispiel für ein geeignetes Aerogel sind Silikat-Aerogele. Diese weisen typischerweise einen Feststoffanteil von weniger als 0,2% auf.One example for a suitable airgel are silicate aerogels. These typically are a solids content of less than 0.2%.

Aerogele wie Silikat-Aerogele sowie deren Herstellung sind an sich bekannt.aerogels such as silicate aerogels and their preparation are known per se.

Die geometrische Ausgestaltung von Abstandshaltern auf Basis von Aerogelen unterliegt im Wesentlichen keinen besonderen Beschränkungen, solange die vorstehend genannten Rahmenbedingungen eingehalten werden, d. h. Verhinderung des Anlegens der Vakuumhülle 8 an die Oberfläche des Hochtemperatursupraleiters 5 bei möglichst minimalem Wärmeeintrag. Beispielsweise können die Abstandshalter auf Basis von Aerogelen ringförmig zwischen Hochtemperatursupraleiter und Vakuumhülle verlaufen. Je nach Anwendung können auch andere geometrische Ausgestaltungen zum Einsatz kommen, z. B. eine punktuelle Anordnung oder ein meanderförmiger oder sonstiger Verlauf.The geometric configuration of spacers based on aerogels is essentially subject to no particular restrictions, as long as the above-mentioned boundary conditions are met, ie preventing the application of the vacuum envelope 8th to the surface of the high-temperature superconductor 5 with the least possible heat input. For example, the spacers based on aerogels can run in a ring between high-temperature superconductor and vacuum envelope. Depending on the application, other geometric configurations can be used, for. As a punctual arrangement or a meandering or other course.

Ein weiteres geeignetes Material für den erfindungsgemäßen Abstandshalter sind faserverstärkte Kunststoffe. Um den Wärmeübergang so gering wie möglich zu halten, sollten Abstandshalter aus faserverstärkten Kunststoffen einen reduzierten Querschnitt und möglichst kleinflächige und wenige Kontaktpunkte mit den Hochtemperatursupraleiter bzw. der Vakuumhülle aufweisen. Im Falle von Abstandshaltern aus faserverstärkten Kunststoffen können diese ein dreidimensionales Netzwerk in dem Zwischenraum zwischen Hochtemperatursupraleiter und Vakuumhülle bilden, um die Vakuumhülle mechanisch zu stabilisieren.One further suitable material for the spacer according to the invention are fiber reinforced Plastics. To the heat transfer as low as possible Spacers made of fiber-reinforced plastics should be reduced Cross section and possible small area and few contact points with the high-temperature superconductor or the vacuum envelope exhibit. In the case of spacers made of fiber-reinforced plastics can this a three-dimensional network in the space between high-temperature superconductors and vacuum envelope form the vacuum envelope mechanically stabilize.

„Reduzierter Querschnitt” bedeutet hierbei, dass der Querschnitt der Streben, die die Struktur bilden, so gering wie möglich gewählt wird, um einen möglichst hohen Isolationseffekt zu erzielen und den Wärmeeintrag so gering wie möglich zu halten."Reduced Cross section "means Here, that the cross-section of the struts that make up the structure, as low as possible chosen is to one as possible To achieve high isolation effect and the heat input as low as possible hold.

Aus demselben Grund wird die Kontaktfläche des Abstandshalters, d. h. die Berührungspunkte mit der Vakuumhülle, so klein wie möglich gewählt.Out for the same reason, the contact surface of the spacer, i. H. the points of contact with the vacuum envelope, as small as possible selected.

Beispiel für geeignete faserverstärkte Kunststoffe sind glas- oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe.example for suitable fiber reinforced Plastics are glass or carbon fiber reinforced plastics.

Erfindungsgemäß ist es damit möglich, planare Hochtemperatursupraleiterlageranordnungen zu erhalten, die einerseits nur sehr dünne Kryostatwände und einen sehr geringen Abstand zwischen Kryostatwand und Hochtemperatursupraleiter aufweisen können und trotzdem unter Vakuum eine hervorragende mechanische Stabilierung der Kryostatwand und thermische Isolierung aufweisen.According to the invention it is thus possible to obtain planar high-temperature superconductor bearing arrangements, on the one hand only very thin Kryostatwände and a very small distance between Cryostat wall and high-temperature superconductors and still have under vacuum excellent mechanical stabilization of the cryostat wall and thermal insulation.

Claims (7)

Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung, aufweisend einen scheibenförmigen Rotor (1) auf einer Welle (2) und einen scheibenförmigen Stator (4), der den Rotor (1) umgibt, wobei die Stirnseiten des Rotors (1) jeweils eine Permanentmagnetanordnung aufweisen, die konzentrisch die Rotorwelle (2) umläuft, und wobei im Stator (4) der Permanentmagnetanordnung (3) gegenüberliegend konzentrisch verlaufende Hochtemperatursupraleiter (5) angeordnet sind, wobei die Permanentmagnetanordnung (3) und die Hochtemperatursuptraleiter (5) planare Stirnflächen aufweisen, wobei eine planere Stirnfläche des Hochtemperatursupraleiters (5) einer planaren Stirnfläche der Permanentmagnetanordnung (3) gegenüberliegend angeordnet ist, und dazwischenliegend der Lagerspalt (6) ausgebildet ist, wobei die Hochtemperatursupraleiter (5) von einer Vakuumhülle (8) umgeben sind, und sich zwischen der Innenwand der Vakuumhülle (8) und der planaren Stirnfläche des Hochtemperatursupraleiters (5), die der Permanentmagnetanordnung gegenüberliegend angeordnet ist, mindestens ein Abstandshalter (10) befindet.High-temperature superconductor bearing with a planar arrangement, comprising a disc-shaped rotor ( 1 ) on a wave ( 2 ) and a disc-shaped stator ( 4 ), the rotor ( 1 ), wherein the end faces of the rotor ( 1 ) each have a permanent magnet arrangement concentrically the rotor shaft ( 2 ) and where in the stator ( 4 ) of the permanent magnet arrangement ( 3 ) opposite concentric high temperature superconductors ( 5 ) are arranged, wherein the permanent magnet arrangement ( 3 ) and the high-temperature superconductors ( 5 ) have planar end faces, wherein a planar end face of the high-temperature superconductor ( 5 ) a planar end face of the permanent magnet arrangement ( 3 ) is arranged opposite, and intervening the bearing gap ( 6 ), wherein the high-temperature superconductors ( 5 ) of a vacuum envelope ( 8th ) are surrounded, and between the inner wall of the vacuum envelope ( 8th ) and the planar end face of the high temperature superconductor ( 5 ), which is arranged opposite the permanent magnet arrangement, at least one spacer ( 10 ) is located. Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung nach Anspruch 1, wobei der Abstandshalter aus einem Material ist, dass ausgewählt ist unter einem Aerogel und einem faserverstärktem Kunststoff.High-temperature superconductor bearing with a planar arrangement according to claim 1, wherein the spacer is made of a material, that selected is under an airgel and a fiber reinforced plastic. Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der mindestens eine Abstandshalter (10) aus Aerogel besteht und ringförmig auf den Hochtemperatursupraleiter (5) aufgesetzt ist.A high temperature superconductive planarized bearing according to any one of the preceding claims, wherein the at least one spacer ( 10 ) consists of airgel and annular on the high-temperature superconductor ( 5 ) is attached. Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Aerogel ein Silikat-Aerogel ist.High-temperature superconductor bearing with a planar arrangement according to claim 2 or 3, wherein the airgel is a silicate airgel. Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei der mindestens eine Abstandshalter (10) aus faserverstärktem Kunststoff besteht und eine dreidimensionale Struktur ausbildet, wobei der Wärmeübergang durch die Größe des Wärmeleiterquerschnitts der Struktur und der Anzahl der Kontaktpunkte mit dem Hochtemperatursupraleiter (5) und der Vakuumhülle (8) reguliert ist.A planar array high temperature superconductor bearing according to any one of claims 1 to 2, wherein the at least one spacer ( 10 ) consists of fiber-reinforced plastic and forms a three-dimensional structure, wherein the heat transfer by the size of the heat conductor cross-section of the structure and the number of contact points with the high-temperature superconductor ( 5 ) and the vacuum envelope ( 8th ) is regulated. Hochtemperatursupraleiterlager mit planarer Anordnung nach Anspruch 4, wobei der faserverstärkte Kunststoff ausgewählt ist unter einem glasfaserverstärktem Kunststoff und einem Kohlenstoff faserverstärktem Kunststoff.High-temperature superconductor bearing with a planar arrangement according to claim 4, wherein the fiber-reinforced plastic is selected under a glass fiber reinforced Plastic and a carbon fiber reinforced plastic. Verwendung von Aerogel zur Ausbildung von Abstandshaltern (10) zwischen der inneren Wandfläche einer Vakuumhülle (8) und einem Hochtemperatursupraleiter (5) in einem Hochtemperatursupraleiterlager.Use of airgel for forming spacers ( 10 ) between the inner wall surface of a vacuum envelope ( 8th ) and a high-temperature superconductor ( 5 ) in a high temperature superconductor bearing.
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