DE102010034258A1

DE102010034258A1 - Superconducting magnetic bearing

Info

Publication number: DE102010034258A1
Application number: DE201010034258
Authority: DE
Inventors: Stefan Glück
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-02-16
Also published as: WO2012019919A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein supraleitendes Magnetlager zur rotativen Lagerung eines Maschinenelementes (08). Das erfindungsgemäße supraleitende Magnetlager umfasst zunächst einen Stator (02), welcher ein erstes supraleitendes Material aufweist. Das supraleitende Magnetlager umfasst weiterhin einen gegenüber dem Stator (02) rotierbaren Rotor (01), welcher ein zweites supraleitendes Material aufweist. Ein den Stator (02) und den Rotor (01) gemeinsam umschließendes Gehäuse (06) dient zur gemeinsamen Temperierung des Stators (02) und des Rotors (01), sodass diese als supraleitende Materialien fungieren können. Mit dem Gehäuse (06) soll insbesondere gewährleistet werden, dass das erste supraleitende Material und das zweite supraleitende Material jeweils eine Temperatur aufweisen, welche unterhalb der Sprungtemperatur des jeweiligen supraleitenden Materials liegt. Erfindungsgemäß umfasst das supraleitende Magnetlager weiterhin ein drehfest am Maschinenelement (08) anbringbares Kupplungselement (07), welches außerhalb des Gehäuses (06) koaxial zum Rotor (01) angeordnet ist und drehfest mit dem Rotor (01) magnetisch gekoppelt ist.The present invention relates to a superconducting magnetic bearing for the rotary mounting of a machine element (08). The superconducting magnetic bearing according to the invention initially comprises a stator (02) which has a first superconducting material. The superconducting magnetic bearing further comprises a rotor (01) which is rotatable relative to the stator (02) and which has a second superconducting material. A housing (06) which jointly encloses the stator (02) and the rotor (01) is used for the joint temperature control of the stator (02) and the rotor (01) so that they can function as superconducting materials. The housing (06) is intended to ensure in particular that the first superconducting material and the second superconducting material each have a temperature which is below the critical temperature of the respective superconducting material. According to the invention, the superconducting magnetic bearing further comprises a coupling element (07) which can be attached to the machine element (08) in a rotationally fixed manner and which is arranged outside the housing (06) coaxially to the rotor (01) and is magnetically coupled to the rotor (01) in a rotationally fixed manner.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein supraleitendes Magnetlager zur rotativen Lagerung eines Maschinenelementes. Ein gattungsgemäßes supraleitendes Magnetlager umfasst einen Stator und einen gegenüber dem Stator rotierbaren Rotor, wobei sowohl der Stator als auch der Rotor ein supraleitendes Material aufweisen. Das erfindungsgemäße Magnetlager kann beispielsweise zur rotativen Lagerung von Maschinenelementen einer Gasturbine, eines Großmotors oder einer Werkzeugmaschine verwendet werden.The present invention relates to a superconducting magnetic bearing for rotatively supporting a machine element. A generic superconducting magnetic bearing comprises a stator and a rotor rotatable relative to the stator, wherein both the stator and the rotor have a superconducting material. The magnetic bearing according to the invention can be used, for example, for the rotary mounting of machine elements of a gas turbine, a large engine or a machine tool.

Aus der WO 00/22311 A2 ist ein Magnetlager bekannt, bei welchem ein erstes Teil gegenüber einem zweiten Teil magnetisch gelagert ist, wobei das zweite Teil ein supraleitendes Material der zweiten Art aufweist. Das supraleitende Material enthält einen anisotropen Kristall oder mehrere aus diesem bestehende Körner. Das erste Teil umfasst eine Konfiguration aus Magneten, mit denen das supraleitende Material in Wechselwirkung steht.From the WO 00/22311 A2 For example, a magnetic bearing is known in which a first part is magnetically supported relative to a second part, wherein the second part has a superconducting material of the second kind. The superconducting material contains an anisotropic crystal or a plurality of grains thereof. The first part comprises a configuration of magnets with which the superconductive material interacts.

Aus dem Artikel von Werfel, F. N. et al.: „HTS Magnetic Bearings in Prototype Application”, vorveröffentlicht für MT-21 IEEE Transactions an Applied Superconductivity, April 2010 , wird ein Magnetlager gezeigt, bei welchem innerhalb eines Vakuumbehälters ein Hochtemperatursupraleiter angeordnet ist. Ein Drehteller mit einem Permanentmagneten befindet sich außerhalb des Vakuumbehälters und ist mit dem Hochtemperatursupraleiter magnetisch gekoppelt.From the article of Werfel, FN et al .: "HTS Magnetic Bearings in Prototype Application", pre-released for MT-21 IEEE Transactions at Applied Superconductivity, April 2010 , a magnetic bearing is shown in which a high-temperature superconductor is arranged within a vacuum container. A turntable with a permanent magnet is located outside the vacuum vessel and is magnetically coupled to the high temperature superconductor.

Die US 7,086,778 B2 zeigt eine Anordnung zum Rühren oder Vermischen von flüssigen Medien. Die Anordnung umfasst ein im flüssigen Medium anzuordnendes Rührelement, welches von einem in einem Kryostaten befindlichen Supraleiter magnetisch gelagert wird.The US 7,086,778 B2 shows an arrangement for stirring or mixing of liquid media. The arrangement comprises a stirring element to be arranged in the liquid medium, which is magnetically stored by a superconductor located in a cryostat.

Aus der US 5,517,071 ist eine supraleitende Lagerung bekannt, bei welcher ein Rotor mit einem Korpus aus einem supraleitenden Material rotierbar gegenüber einer Spule aus einem supraleitenden Material gelagert ist.From the US 5,517,071 For example, a superconducting bearing is known in which a rotor having a body made of a superconducting material is supported rotatably with respect to a coil of a superconducting material.

Aus der DE 10 2008 028 588 A1 ist ein Magnetlager mit einem Hochtemperatursupraleiterelement bekannt, bei welchem ein Stator von einem Rotor drehbar aufgenommen wird. Der Rotor umfasst einen Korpus aus einem Typ-II-Supraleiter. Der Stator umfasst eine Spule aus einem supraleitenden Material. Die Verwendung von supraleitenden Materialien sowohl für den Stator als auch für den Rotor ermöglicht die Erzeugung hoher magnetischer Kräfte zur Lagerung des zu lagernden Maschinenelementes. Ein Nachteil dieser Lösung besteht darin, dass sowohl der Stator als auch der Rotor gekühlt werden müssen, beispielsweise innerhalb eines einzigen Kryostaten. Dementsprechend ist eine Vakuum-Drehdurchführung erforderlich, welche zu Reibungsverlusten führt. Alternativ können der Rotor und der Stator in getrennten Kryostaten angeordnet werden, was den Einsatz einer drehbaren Kühlung erforderlich macht, die ebenfalls zu Reibungsverlusten führt.From the DE 10 2008 028 588 A1 For example, a magnetic bearing with a high-temperature superconductor element is known, in which a stator is rotatably received by a rotor. The rotor comprises a body of a type II superconductor. The stator comprises a coil of a superconducting material. The use of superconducting materials for both the stator and the rotor enables the generation of high magnetic forces for supporting the machine element to be stored. A disadvantage of this solution is that both the stator and the rotor must be cooled, for example, within a single cryostat. Accordingly, a vacuum rotary feedthrough is required, which leads to friction losses. Alternatively, the rotor and the stator can be arranged in separate cryostats, which requires the use of a rotatable cooling, which also leads to friction losses.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend von dem aus der DE 10 2008 028 588 A1 bekannten supraleitenden Magnetlager darin, den Stator und den Rotor des Magnetlagers zu kühlen, ohne dafür Reibungsverluste in Kauf nehmen zu müssen.The object of the present invention is based on that of DE 10 2008 028 588 A1 known superconducting magnetic bearing to cool the stator and the rotor of the magnetic bearing, without having to accept friction losses in purchasing.

Die genannte Aufgabe wird durch ein supraleitendes Magnetlager gemäß dem beigefügten Anspruch 1 gelöst.The above object is achieved by a superconducting magnetic bearing according to the appended claim 1.

Das erfindungsgemäße supraleitende Magnetlager dient zur rotativen Lagerung eines Maschinenelementes, beispielsweise zur rotativen Lagerung eines Turbinenrades einer Gasturbine. Das supraleitende Magnetlager umfasst zunächst einen Stator, welcher ein erstes supraleitendes Material aufweist. Das supraleitende Magnetlager umfasst weiterhin einen gegenüber dem Stator rotierbaren Rotor, welcher ein zweites supraleitendes Material aufweist. Das erste supraleitende Material und das zweite supraleitende Material können beispielsweise als Korpus einer so genannten Bulk-Anordnung und/oder als Spulen ausgebildet sein. Das erste supraleitende Material und das zweite supraleitende Material können auch gleich sein. Das supraleitende Magnetlager umfasst weiterhin ein den Stator und den Rotor gemeinsam umschließendes Gehäuse zur gemeinsamen Temperierung des Stators und des Rotors, sodass diese als supraleitende Materialien fungieren können. Mit dem Gehäuse soll insbesondere gewährleistet werden, dass das erste supraleitende Material und das zweite supraleitende Material jeweils eine Temperatur aufweisen, welche unterhalb der Sprungtemperatur des jeweiligen supraleitenden Materials liegt. Daher wirkt das Gehäuse bevorzugt thermisch isolierend, um eine Kühlung des Stators und des Rotors zu ermöglichen. Das Gehäuse ist bevorzugt fest und dicht verschlossen und weist keine Drehdurchführung oder dergleichen auf. Auch ist das Gehäuse bevorzugt nicht drehbar in Bezug auf das zu lagernde Maschinenelement. Erfindungsgemäß umfasst das supraleitende Magnetlager weiterhin ein drehfest am Maschinenelement anbringbares Kupplungselement, welches außerhalb des Gehäuses koaxial zum Rotor angeordnet ist und drehfest mit dem Rotor magnetisch gekoppelt ist. Das Kupplungselement kann als integraler Bestandteil des zu lagernden Maschinenelementes ausgebildet sein. Eine Wandung des Gehäuses befindet sich zwischen dem Rotor und dem Kupplungselement, wodurch die magnetische Kopplung zwischen dem Kupplungselement und dem Rotor jedoch nicht oder nur kaum beeinträchtigt wird. Mithilfe des Kupplungselementes ist das Maschinenelement an das Magnetlager koppelbar, sodass das Maschinenelement durch das supraleitende Magnetlager rotativ gelagert wird. Wenn sich das Maschinenelement dreht, so drehen sich auch das daran befestigte Kupplungselement und der am Kupplungselement drehfest angekoppelte Rotor, welcher gegenüber dem Stator magnetisch gelagert ist.The superconducting magnetic bearing according to the invention serves for the rotational mounting of a machine element, for example for the rotational mounting of a turbine wheel of a gas turbine. The superconducting magnetic bearing initially comprises a stator which has a first superconducting material. The superconducting magnetic bearing further comprises a rotatable relative to the stator rotor having a second superconducting material. The first superconducting material and the second superconducting material may be formed, for example, as a body of a so-called bulk arrangement and / or as coils. The first superconductive material and the second superconducting material may also be the same. The superconducting magnetic bearing further comprises a housing surrounding the stator and the rotor for common tempering of the stator and the rotor, so that they can act as superconducting materials. The housing should in particular ensure that the first superconducting material and the second superconducting material each have a temperature which is below the transition temperature of the respective superconducting material. Therefore, the housing preferably acts thermally insulating to allow cooling of the stator and the rotor. The housing is preferably tight and sealed and has no rotary feedthrough or the like. Also, the housing is preferably not rotatable with respect to the machine element to be stored. According to the invention, the superconducting magnetic bearing further comprises a rotatably attachable to the machine element coupling element, which is arranged outside the housing coaxial with the rotor and rotatably coupled to the rotor is magnetically. The coupling element may be formed as an integral part of the machine element to be stored. A wall of the housing is located between the rotor and the coupling element, whereby the magnetic coupling between the coupling element and the Rotor is not or only slightly affected. By means of the coupling element, the machine element can be coupled to the magnetic bearing, so that the machine element is rotatably supported by the superconducting magnetic bearing. When the machine element rotates, the attached coupling element and the rotatably coupled to the coupling element rotor, which is magnetically mounted relative to the stator rotate.

Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen supraleitenden Magnetlagers besteht darin, dass einerseits die Verwendung von supraleitenden Materialien sowohl für den Rotor als auch für den Stator die Erzeugung hoher magnetischer Kräfte zur Lagerung des Maschinenelementes ermöglicht, und andererseits keine Drehdurchführung oder dergleichen erforderlich ist, um ein sich bewegendes Teil aus einem gekühlten Bereich in einen nicht gekühlten Bereich zu überführen. Die Kühlung des Rotors und des Stators kann hocheffektiv in dem verschlossenen Gehäuse erfolgen.A particular advantage of the superconducting magnetic bearing according to the invention is that on the one hand the use of superconducting materials for both the rotor and the stator allows the generation of high magnetic forces for mounting the machine element, and on the other hand no rotary feedthrough or the like is required to a moving To transfer part from a refrigerated area to a non-refrigerated area. The cooling of the rotor and the stator can be done highly effective in the sealed housing.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen supraleitenden Magnetlagers ist am Kupplungselement mindestens ein Permanentmagnet befestigt, welcher mit dem Rotor magnetisch gekoppelt ist. Dabei kann das Kupplungselement vollständig durch den einen oder durch die mehreren Permanentmagneten gebildet sein. Die magnetische Kopplung des einen oder der mehreren Permanentmagneten an den Rotor erfolgt bevorzugt dadurch, dass der eine bzw. die mehreren Permanentmagneten mit dem zweiten supraleitenden Material des Rotors magnetisch gekoppelt sind. Der eine oder die mehreren Permanentmagneten sind bevorzugt auf einer dem Gehäuse zuzuwendenden Stirnfläche des zu lagernden Maschinenelementes angeordnet. Bevorzugt sind mehrere der Permanentmagneten am Kupplungselement befestigt. Besonders bevorzugt beträgt die Anzahl der Permanentmagneten gleich vier oder ein Mehrfaches von vier, wobei sich die Permanentmagneten in einer so genannten Halbach-Anordnung befinden.In a preferred embodiment of the superconducting magnetic bearing according to the invention at least one permanent magnet is fixed to the coupling element, which is magnetically coupled to the rotor. In this case, the coupling element can be completely formed by the one or more permanent magnets. The magnetic coupling of the one or more permanent magnets to the rotor preferably takes place in that the one or more permanent magnets are magnetically coupled to the second superconducting material of the rotor. The one or more permanent magnets are preferably arranged on an end face of the machine element to be facing the housing. Preferably, a plurality of the permanent magnets are attached to the coupling element. Particularly preferably, the number of permanent magnets is equal to four or a multiple of four, wherein the permanent magnets are in a so-called Halbach arrangement.

Das zweite supraleitende Material weist bevorzugt kristalline Störstellen auf, durch welche das Magnetfeld des Permanentmagneten hindurch geleitet wird. Das Magnetfeld wird aufgrund des Meißner-Ochsenfeld-Effektes vor allem in die Störstellen gedrängt, was auch als Einfrieren des Magnetfeldes bezeichnet wird. Dadurch werden die kristallinen Störstellen durch die Magnetkräfte des Permanentmagneten gehalten, was auch als Pinning bezeichnet wird. Das Pinning führt zu einer belastbaren drehfesten magnetischen Kopplung des Permanentmagneten an das zweite supraleitende Material. Als zweites supraleitendes Material eignet sich insbesondere ein Supraleiter der Typs II.The second superconducting material preferably has crystalline impurities through which the magnetic field of the permanent magnet is passed. Due to the Meißner-Ochsenfeld effect, the magnetic field is mainly forced into the impurities, which is also called freezing of the magnetic field. As a result, the crystalline impurities are held by the magnetic forces of the permanent magnet, which is also referred to as pinning. The pinning leads to a load-proof, rotationally fixed magnetic coupling of the permanent magnet to the second superconducting material. As a second superconducting material, in particular, a type II superconductor is suitable.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen supraleitenden Magnetlagers weist der Permanentmagnet eine Zylinderform auf, deren Achse in einer Rotationsachse des Magnetlagers liegt. Eine kreisförmige Grundfläche der Zylinderform des Permanentmagneten steht einer kreisförmigen Grundfläche des Rotors parallel und koaxial gegenüber, wobei sich zwischen der kreisförmigen Grundfläche der Zylinderform des Permanentmagneten und der kreisförmigen Grundfläche des Rotors eine Wandung des Gehäuses befindet.In a preferred embodiment of the superconducting magnetic bearing according to the invention, the permanent magnet has a cylindrical shape whose axis lies in a rotational axis of the magnetic bearing. A circular base surface of the cylindrical shape of the permanent magnet is parallel and coaxial with a circular base of the rotor, wherein there is a wall of the housing between the circular base of the cylindrical shape of the permanent magnet and the circular base of the rotor.

Der Permanentmagnet weist bevorzugt mehrere magnetische Pole auf, welche dem Rotor gegenüberstehen. Hierdurch kann ein großes Drehmoment zur drehfesten Ankopplung des drehfesten Permanentmagneten am Rotor gewährleistet werden. Hierbei sind die mehreren magnetischen Pole bevorzugt abwechselnd gepolt.The permanent magnet preferably has a plurality of magnetic poles which face the rotor. In this way, a large torque for the rotationally fixed coupling of the non-rotatable permanent magnet can be ensured on the rotor. In this case, the plurality of magnetic poles are preferably polarized alternately.

An dem Permanentmagneten sind bevorzugt Flussleitelemente zur Leitung des magnetischen Flusses in Richtung des Rotors angeordnet. Die Flussleitelemente dienen dazu, den magnetischen Fluss in Richtung des Rotors auszurichten, sodass eine hoch belastbare drehfeste Ankopplung des Kupplungselementes am Rotor gewährleistet werden kann.On the permanent magnet flux guide elements are preferably arranged for conducting the magnetic flux in the direction of the rotor. The flux guide elements serve to align the magnetic flux in the direction of the rotor, so that a high load-proof rotationally fixed coupling of the coupling element can be ensured on the rotor.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen supraleitenden Magnetlagers weist das sich zwischen dem Permanentmagneten und dem Rotor ausbildende Magnetfeld in allen Raumrichtungen einen Gradienten auf, welcher mindestens 10 mT/m beträgt. Hierdurch werden große Kräfte zur Kopplung des Kupplungselementes am Rotor erzeugt. Besonders bevorzugt betragen die Gradienten des sich ausbildenden Magnetfeldes in allen Raumrichtungen mindestens 100 mT/m.In a preferred embodiment of the superconducting magnetic bearing according to the invention, the magnetic field forming between the permanent magnet and the rotor has a gradient in all spatial directions, which is at least 10 mT / m. As a result, large forces are generated for coupling the coupling element on the rotor. Particularly preferably, the gradients of the magnetic field developing in all spatial directions amount to at least 100 mT / m.

Das Gehäuse ist bevorzugt als Kryostat oder als Teil eines Kryostaten ausgebildet. Bei dem Kryostaten handelt es sich um ein Kühlgerät, mit welchen sehr tiefe Temperaturen konstant eingehalten werden können. Dabei umfasst der Kryostat bevorzugt eine Kühleinrichtung, welche im Gehäuse oder beabstandet zum Gehäuse angeordnet sein kann.The housing is preferably designed as a cryostat or as part of a cryostat. The cryostat is a cooling unit with which very low temperatures can be kept constant. In this case, the cryostat preferably comprises a cooling device, which may be arranged in the housing or at a distance from the housing.

Bei dem zweiten supraleitenden Material des Rotors handelt es sich bevorzugt um ein supraleitendes Material zweiter Art, besonders bevorzugt um einen Hochtemperatursupraleiter. Dabei ist das zweite supraleitende Material bevorzugt als ein Korpus des Rotors ausgebildet. Supraleitende Materialien zweiter Art werden auch als Typ II bezeichnet.The second superconducting material of the rotor is preferably a superconducting material of the second kind, more preferably a high-temperature superconductor. In this case, the second superconducting material is preferably formed as a body of the rotor. Superconducting materials of the second kind are also referred to as type II.

Der Stator ist bevorzugt durch eine supraleitende Gradientenspule aus dem ersten supraleitenden Material gebildet. Bei einer alternativen bevorzugten Ausführungsform besitzt der Stator einen Korpus aus dem ersten supraleitenden Material. Bei dem ersten supraleitenden Material handelt es sich bevorzugt um ein supraleitendes Material zweiter Art, besonders bevorzugt um einen Hochtemperatursupraleiter. Insofern sowohl der Stator als auch der Rotor einen Korpus aus dem supraleitenden Material besitzen, ist eine so genannte Doppel-Bulk-Anordnung ausgebildet.The stator is preferably formed by a superconducting gradient coil of the first superconducting material. In an alternative preferred embodiment, the stator has a Corpus of the first superconducting material. The first superconducting material is preferably a superconducting material of the second kind, more preferably a high-temperature superconductor. Insofar as both the stator and the rotor have a body of the superconducting material, a so-called double-bulk arrangement is formed.

Der Stator weist bevorzugt die Form eines Hohlzylinders auf, während der Rotor die Form eines Zylinders besitzt. Dabei ist der Rotor koaxial zum Stator in der Hohlform des Stators angeordnet.The stator preferably has the shape of a hollow cylinder, while the rotor has the shape of a cylinder. In this case, the rotor is arranged coaxially to the stator in the hollow shape of the stator.

Das Gehäuse ist bevorzugt hohlzylinderförmig ausgebildet, durch welches der Stator formschlüssig aufgenommen wird.The housing is preferably formed as a hollow cylinder, through which the stator is positively received.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Magnetlagers, unter Bezugnahme auf die Zeichnung.Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment of the magnetic bearing according to the invention, with reference to the drawing.

Die einzige 1 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen supraleitenden Magnetlagers in einer Querschnittsansicht. Das supraleitende Magnetlager umfasst zunächst einen zylinderförmigen Rotor 01 aus einem Supraleiter des Typs II. Der Rotor 01 ist koaxial zu einem hohlzylinderförmigen Stator 02 angeordnet, welcher ebenfalls aus einem Supraleiter des Typs II besteht, sodass der Rotor 01 und der Stator 02 eine Doppel-Bulk-Anordnung ausbilden. Alternativ können der Rotor 01 und/oder der Stator 02 eine oder mehrere Spulen aus einem Supraleiter umfassen. Der Rotor 01 ist um eine Rotationsachse 03 gegenüber dem Stator 02 drehbar. Es bildet sich ein Magnetfeld zwischen dem Rotor 01 und dem Stator 02 aus, welches durch Feldlinien 04 angedeutet ist und Kräfte zur rotativen Lagerung des Rotors 01 gegenüber dem Stator 02 bewirkt. Der Rotor 01 und der Stator 02 befinden sich gemeinsam in einem abgeschlossenen Kryostaten 06. Mithilfe des Kryostaten 06 werden der Rotor 01 und der Stator 02 permanent auf eine Temperatur abgekühlt, welche niedriger ist als die Sprungtemperatur der supraleitenden Materialien des Rotors 01 und des Stators 02. Folglich befinden sich der Rotor 01 und der Stator 02 in einem supraleitenden Zustand. Der Kryostat 06 weist keine mechanische Durchführung zur Übertragung einer Kraft oder eines Drehmomentes auf. Somit kann die Dichtheit des Kryostaten 06 aufwandsarm gewährleistet werden.The only 1 shows a preferred embodiment of a superconducting magnetic bearing according to the invention in a cross-sectional view. The superconducting magnetic bearing initially comprises a cylindrical rotor 01 from a type II superconductor. The rotor 01 is coaxial with a hollow cylindrical stator 02 arranged, which also consists of a superconductor type II, so that the rotor 01 and the stator 02 form a double-bulk arrangement. Alternatively, the rotor 01 and / or the stator 02 comprise one or more coils of a superconductor. The rotor 01 is about a rotation axis 03 opposite the stator 02 rotatable. It forms a magnetic field between the rotor 01 and the stator 02 out, which by field lines 04 is indicated and forces for rotary bearing of the rotor 01 opposite the stator 02 causes. The rotor 01 and the stator 02 are together in a closed cryostat 06 , Using the cryostat 06 become the rotor 01 and the stator 02 permanently cooled to a temperature which is lower than the transition temperature of the superconducting materials of the rotor 01 and the stator 02 , Consequently, the rotor is located 01 and the stator 02 in a superconducting state. The cryostat 06 has no mechanical implementation for transmitting a force or torque. Thus, the tightness of the cryostat 06 be ensured with little effort.

Das supraleitende Magnetlager umfasst weiterhin ein Kupplungselement 07, welches an einer zu lagernden Welle 08 befestigt ist. Das Kupplungselement 07 weist die Form eines flachen Zylinders auf. Der Rotor 01, das Kupplungselement 07 und die zu lagernde Welle 08 sind koaxial zueinander angeordnet. Sie drehen sich gemeinsam um die Rotationsachse 03 des Magnetlagers. Das Kupplungselement 07 und die damit fest verbundene Welle 08 befinden sich vollständig außerhalb des Kryostaten 06.The superconducting magnetic bearing further comprises a coupling element 07 , which on a shaft to be stored 08 is attached. The coupling element 07 has the shape of a flat cylinder. The rotor 01 , the coupling element 07 and the shaft to be stored 08 are arranged coaxially with each other. They rotate together around the axis of rotation 03 of the magnetic bearing. The coupling element 07 and the connected shaft 08 are completely outside the cryostat 06 ,

Das Kupplungselement 07 besteht aus einem permanentmagnetischen Material. Durch die vom Magnetfeld des permanentmagnetischen Materials bewirkte Kraft auf den Rotor 01 ist das Kupplungselement 07 drehfest mit dem Rotor 01 verbunden. Auf einer dem Rotor 01 gegenüberstehenden Grundfläche 09 des Kupplungselementes 07 sind Flussleitelemente 11 angeordnet, um das magnetische Feld des permanentmagnetischen Materials des Kupplungselementes 07 in Richtung des Rotors 01 auszurichten. Dieses Magnetfeld ist durch Feldlinien 12 angedeutet und wird durch kristalline Störstellen im supraleitenden Material des Rotors 01 geleitet, sodass es zum so genannten Pinning kommt. Hierdurch wird eine belastbare drehfeste Verbindung zwischen dem Kupplungselement 07 und dem Rotor 01 ausgebildet. Der Kryostat 06 ist so auszuführen, dass er den Rotor 01 nicht gegenüber dem Kupplungselement 07 magnetisch abschirmt.The coupling element 07 consists of a permanent magnetic material. Due to the force exerted by the magnetic field of the permanent magnetic material on the rotor 01 is the coupling element 07 rotatably with the rotor 01 connected. On a the rotor 01 opposite base area 09 of the coupling element 07 are flux guiding elements 11 arranged to the magnetic field of the permanent magnetic material of the coupling element 07 in the direction of the rotor 01 align. This magnetic field is through field lines 12 is indicated by crystalline impurities in the superconducting material of the rotor 01 led, so that it comes to the so-called pinning. As a result, a resilient rotatable connection between the coupling element 07 and the rotor 01 educated. The cryostat 06 is to be executed so that he has the rotor 01 not opposite to the coupling element 07 magnetically shielded.

Das Kupplungselement 07 und die Welle 08 müssen nicht gekühlt werden, sodass keine besonderen Maßnahmen zur Kühlung außerhalb des Kryostaten 06 erforderlich sind.The coupling element 07 and the wave 08 do not need to be refrigerated, so no special measures for cooling outside the cryostat 06 required are.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

0101: Rotorrotor
0202: Statorstator
0303: Rotationsachseaxis of rotation
0404: Feldlinienfield lines
0505
0606: Kryostatcryostat
0707: Kupplungselementcoupling member
0808: zu lagernde Welleto be stored wave
0909: kreisförmige Grundflächecircular base
1010
1111: Flussleitelementeflux guides
1212: Feldlinienfield lines

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 00/22311 A2 [0002]
US 7086778 B2 [0004]
US 5517071 [0005]
DE 102008028588 A1 [0006, 0007]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

Werfel, FN et al .: "HTS Magnetic Bearings in Prototype Application", pre-released for MT-21 IEEE Transactions on Applied Superconductivity, April 2010 [0003]

Claims

Superconducting magnetic bearing for rotary bearing of a machine element ( 08 ), with: - a stator ( 02 ) comprising a first superconductive material; One opposite the stator ( 02 ) rotatable rotor ( 01 ) comprising a second superconducting material; and - one the stator ( 02 ) and the rotor ( 01 ) enclosing housing ( 06 ) for common tempering of the stator ( 02 ) and the rotor ( 01 ); characterized in that it further rotatably on the machine element ( 08 ) attachable coupling element ( 07 ), which outside the housing ( 06 ) coaxial with the rotor ( 01 ) is arranged and rotatably with the rotor ( 01 ) is magnetically coupled.

Superconducting magnetic bearing according to claim 1, characterized in that on the coupling element, a permanent magnet ( 07 ), which rotatably with the rotor ( 01 ) is magnetically coupled.

Superconducting magnetic bearing according to claim 2, characterized in that the second superconducting material has crystalline defects, by which the magnetic field of the permanent magnet ( 07 ).

Superconducting magnetic bearing according to claim 2 or 3, characterized in that the permanent magnet ( 07 ) has a cylindrical shape whose axis in a rotation axis ( 03 ) of the magnetic bearing, wherein a circular base ( 09 ) the cylindrical shape of a circular base of the rotor ( 01 ) parallel and coaxial.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 2 to 4, characterized in that on the permanent magnet ( 07 ) Flux guiding elements ( 11 ) for conducting the magnetic flux ( 12 ) in the direction of the rotor ( 01 ) are arranged.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 2 to 5, characterized in that between the permanent magnet ( 07 ) and the rotor ( 01 ) forming magnetic field ( 12 ) has a gradient of at least 10 mT / m in all spatial directions.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 1 to 6, characterized in that the housing by a cryostat ( 06 ) is formed.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 1 to 7, characterized in that the second superconducting material is a superconducting material of the second kind.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator ( 02 ) is formed by a superconducting gradient coil of the first superconducting material.

Superconducting magnetic bearing according to one of claims 1 to 8, characterized in that the stator ( 02 ) has a body of the first superconducting material.