DE102021206416A1

DE102021206416A1 - flow machine

Info

Publication number: DE102021206416A1
Application number: DE102021206416.7A
Authority: DE
Inventors: Elvira Stegmeyer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2021-06-22
Filing date: 2021-06-22
Publication date: 2022-12-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine (10, 20, 30, 40, 50, 60), die als Ventilator oder als Windkraftanlage ausgebildet ist, umfassend einen Stator (1) sowie einen gegenüber dem Stator (1) drehbar gelagerten Rotor (2), wobei der Rotor (2) über eine Strömungselement-Anordnung (3) verfügt, die mehrere als Rotorblätter, Flügel und/oder Schaufeln ausgebildete Strömungselemente (4) aufweist, ferner umfassend einen Übertragungsstrang zur Übertragung einer Drehbewegung (5) von und/oder zu den Strömungselementen (4). Die Strömungsmaschine (10, 20, 30, 40, 50, 60) umfasst eine im Übertragungsstrang wirksame Koppeleinrichtung, die eine Supraleitereinrichtung (6) und eine Magneteinrichtung (7) umfasst und zwischen der Supraleitereinrichtung (6) und der Magneteinrichtung (7) eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung zur Lagerung und/oder Übertragung der Drehbewegung (5) bereitstellt.The invention relates to a turbomachine (10, 20, 30, 40, 50, 60), which is designed as a fan or as a wind power plant, comprising a stator (1) and a rotor (2) which is rotatably mounted relative to the stator (1), wherein the rotor (2) has a flow element arrangement (3) which has a plurality of flow elements (4) designed as rotor blades, vanes and/or vanes, also comprising a transmission line for transmitting a rotary movement (5) from and/or to the flow elements (4). The turbomachine (10, 20, 30, 40, 50, 60) comprises a coupling device which is effective in the transmission train and which comprises a superconductor device (6) and a magnet device (7) and between the superconductor device (6) and the magnet device (7) a contactless device provides force-transmitting coupling for storage and / or transmission of the rotary movement (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Strömungsmaschine, die als Ventilator oder als Windkraftanlage ausgebildet ist, umfassend einen Stator sowie einen gegenüber dem Stator drehbar gelagerten Rotor, wobei der Rotor über eine Strömungselement-Anordnung verfügt, die mehrere als Rotorblätter, Flügel und/oder Schaufeln ausgebildete Strömungselemente aufweist, ferner umfassend einen Übertragungsstrang zur Übertragung einer Drehbewegung von und/oder zu den Strömungselementen.The invention relates to a turbomachine that is designed as a fan or as a wind power plant, comprising a stator and a rotor that is rotatably mounted relative to the stator, the rotor having a flow element arrangement that has a plurality of flow elements designed as rotor blades, vanes and/or vanes , further comprising a transmission line for transmitting a rotational movement from and/or to the flow elements.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Strömungsmaschine bereitzustellen.An object of the invention is to provide an improved turbomachine.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Strömungsmaschine gemäß Anspruch 1. Die Strömungsmaschine umfasst eine im Übertragungsstrang wirksame Koppeleinrichtung, die eine Supraleitereinrichtung und eine Magneteinrichtung umfasst und zwischen der Supraleitereinrichtung und der Magneteinrichtung eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung zur Lagerung und/oder Übertragung der Drehbewegung bereitstellt.The object is achieved by a turbomachine according to claim 1. The turbomachine comprises a coupling device effective in the transmission train, which comprises a superconductor device and a magnet device and between the superconductor device and the magnet device provides a contactless force-transmitting coupling for storage and/or transmission of the rotary movement.

Durch den erfindungsgemäßen Ansatz - der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung - kann insbesondere ein abreibfreier, praktisch reibungsfreier Betrieb der Strömungsmaschine stattfinden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Strömungsmaschine in Umgebungen eingesetzt werden soll, in denen Abrieb unerwünscht ist.Due to the approach according to the invention—the contactless force-transmitting coupling—a wear-free, practically friction-free operation of the turbomachine can take place in particular. This is particularly advantageous when the turbomachine is to be used in environments where abrasion is undesirable.

Darüber hinaus kann die Strömungsmaschine dort eingesetzt werden, wo diese oder andere, konventionelle Systeme durch Partikel, Flusen etc. verstopft werden könnten, da aufgrund der Schwebetechnik und der dadurch vorhandenen Abstände zwischen dem Stator und dem Rotor die Gefahr des Blockierens verringert wird und für eine eventuell notwendige Reinigung der Strömungsmaschine oder Teilen daraus die Strömungsmaschine schnell und einfach auseinander und nach der Reinigung wieder zusammengebaut werden kann.In addition, the turbomachine can be used where this or other conventional systems could be clogged with particles, fluff, etc., since the risk of blocking is reduced due to the levitation technology and the resulting distances between the stator and the rotor and for a any necessary cleaning of the turbomachine or parts thereof, the turbomachine can be quickly and easily disassembled and reassembled after cleaning.

Bevorzugt ist je nach Auslegung der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung für das Auseinander- und Zusammenbauen keinerlei Werkzeug erforderlich.Depending on the design of the contactless force-transmitting coupling, no tools are preferably required for disassembling and assembling.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous developments are the subject of the subclaims.

Bevorzugt beruht die kontaktlos kraftübertragende Kopplung auf einem Flux-Pinning-Effekt.The contactless force-transmitting coupling is preferably based on a flux pinning effect.

Bevorzugt umfasst der Übertragungsstrang eine Welle und die Koppeleinrichtung ist ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung die Strömungselemente kontaktlos drehfest an der Welle zu lagern und die Drehbewegung zwischen der Welle und den Strömungselementen kontaktlos zu übertragen.The transmission train preferably comprises a shaft and the coupling device is designed to mount the flow elements non-contact in a rotationally fixed manner on the shaft by means of the contactless force-transmitting coupling and to transmit the rotational movement between the shaft and the flow elements without contact.

Bevorzugt ist die Koppeleinrichtung ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung den Rotor kontaktlos drehbeweglich gegenüber dem Stator zu lagern.The coupling device is preferably designed to mount the rotor so that it can rotate in relation to the stator in a contactless manner by means of the contactless force-transmitting coupling.

Bevorzugt umfasst der Übertragungsstrang eine Welle, mit der die Strömungselement-Anordnung drehfest gekoppelt ist und die sich in eine Öffnung der Supraleitereinrichtung hinein erstreckt.The transmission train preferably includes a shaft to which the flow element arrangement is coupled in a torque-proof manner and which extends into an opening in the superconductor device.

Bevorzugt erstreckt sich die Welle durch die Öffnung der Supraleitereinrichtung hindurch und die Strömungselement-Anordnung ist eine sich auf einer ersten Seite der Öffnung befindliche erste Strömungselement-Anordnung, und die Strömungsmaschine umfasst ferner eine zweite Strömungselement-Anordnung, die sich auf einer der ersten Seite entgegensetzten zweiten Seite der Öffnung befindet und mit der Welle drehfest gekoppelt ist.Preferably, the shaft extends through the opening of the superconductor device and the fluidic element arrangement is a first fluidic element arrangement located on a first side of the opening, and the fluidic machine further comprises a second fluidic element arrangement opposite on a first side second side of the opening is located and is rotatably coupled to the shaft.

Bevorzugt ist die Koppeleinrichtung ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung die Strömungselemente kontaktlos drehbeweglich direkt am Stator zu lagern.The coupling device is preferably designed to mount the flow elements directly on the stator so that they can rotate in a contactless manner by means of the contactless force-transmitting coupling.

Bevorzugt umfasst der Stator eine Spulenanordnung und ist ausgebildet, mit der Spulenanordnung ein Magnetfeld zu erzeugen, um die Strömungselement-Anordnung in die Drehbewegung zu versetzen.The stator preferably comprises a coil arrangement and is designed to generate a magnetic field with the coil arrangement in order to set the flow element arrangement into rotary motion.

Bevorzugt sind die Strömungselemente axial vor der Supraleitereinrichtung angeordnet.The flow elements are preferably arranged axially in front of the superconductor device.

Bevorzugt sind die Strömungselemente relativ zur Supraleitereinrichtung radial nach außen versetzt um die Supraleitereinrichtung herum verteilt angeordnet.The flow elements are preferably offset radially outward relative to the superconductor device and distributed around the superconductor device.

Weitere exemplarische Details sowie beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer zweiten Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer dritten Ausführungsform;
4 eine exemplarische Ausgestaltung einer Strömungselement-Anordnung, einer Supraleitereinrichtung und einer Spulenanordnung der dritten Ausführungsform;
5 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer vierten Ausführungsform;
6 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer fünften Ausführungsform;
7 eine exemplarische Ausgestaltung einer Strömungselement-Anordnung, einer Supraleitereinrichtung und einer Spulenanordnung der fünften Ausführungsform;
8 eine alternative Ausgestaltung der Strömungselement-Anordnung der fünften Ausführungsform;
9 eine schematische Darstellung einer Strömungsmaschine gemäß einer sechsten Ausführungsform;
10 eine exemplarische Ausgestaltung einer Strömungselement-Anordnung, einer Supraleitereinrichtung und einer Spulenanordnung der sechsten Ausführungsform.

Further exemplary details as well as exemplary embodiments are explained below with reference to the figures. while showing

1 a schematic representation of a turbomachine according to a first embodiment;
2 a schematic representation of a turbomachine according to a second embodiment;
3 a schematic representation of a turbomachine according to a third embodiment;
4 an exemplary configuration of a flow element arrangement, a superconductor device and a coil arrangement of the third embodiment;
5 a schematic representation of a turbomachine according to a fourth embodiment;
6 a schematic representation of a turbomachine according to a fifth embodiment;
7 an exemplary configuration of a flow element arrangement, a superconductor device and a coil arrangement of the fifth embodiment;
8th an alternative configuration of the flow element arrangement of the fifth embodiment;
9 a schematic representation of a turbomachine according to a sixth embodiment;
10 an exemplary configuration of a flow element arrangement, a superconductor device and a coil arrangement of the sixth embodiment.

Die 1 zeigt eine Strömungsmaschine 10 gemäß einer ersten Ausführungsform.the 1 12 shows a turbomachine 10 according to a first embodiment.

Im Folgenden sollen insbesondere Merkmale diskutiert werden, die bevorzugt auch bei den anderen, nachstehend noch diskutierten Ausführungsformen vorhanden sind. Der besseren Lesbarkeit halber wird auf die Strömungsmaschine 10 Bezug genommen, womit bevorzugt die nachstehend noch diskutierten Strömungsmaschinen 20, 30, 40, 50 und/oder 60 ebenfalls gemeint sein sollen.In the following, in particular, features are to be discussed that are preferably also present in the other embodiments discussed below. For the sake of better legibility, reference is made to the turbomachine 10, which preferably also means the turbomachines 20, 30, 40, 50 and/or 60 discussed below.

Die Strömungsmaschine 10 umfasst einen Stator 1 und einen gegenüber dem Stator 1 drehbar gelagerten Rotor 2. Exemplarisch verfügt der Stator 1 über eine Basis 16, mit der die Strömungsmaschine 10 gegenüber einer Unterlage 17, insbesondere dem Boden, abgestützt wird.The turbomachine 10 comprises a stator 1 and a rotor 2 which is rotatably mounted relative to the stator 1. The stator 1 has, for example, a base 16 with which the turbomachine 10 is supported relative to a base 17, in particular the floor.

Der Rotor 1 verfügt über eine Strömungselement-Anordnung 3, die mehrere Strömungselemente 4 aufweist. Die Strömungselemente 4 sind beispielsweise als Rotorblätter, Flügel und/oder Schaufeln ausgebildet. Die Strömungselemente 4 sind dazu ausgebildet, mittels ihrer Geometrie einen Luftstrom in eine Drehbewegung 5 der Strömungselemente 4 umzusetzen und/oder die Drehbewegung 5 in einen Luftstrom umzusetzen.The rotor 1 has a flow element arrangement 3 which has a plurality of flow elements 4 . The flow elements 4 are designed, for example, as rotor blades, vanes and/or vanes. The flow elements 4 are designed to convert an air flow into a rotary movement 5 of the flow elements 4 by means of their geometry and/or to convert the rotary movement 5 into an air flow.

Bevorzugt ist die Strömungsmaschine 10 als Ventilator ausgeführt. Die Strömungsmaschine 10 ist insbesondere ausgebildet, die Strömungselement-Anordnung 3 in eine Drehbewegung 5 zu versetzen, so dass die Strömungselemente 4 durch die Drehbewegung 5 einen Luftstrom erzeugen. Die Strömungselemente 4 sind derart geformt und/oder angeordnet, dass sie bei einer Drehbewegung 5 der Strömungselement-Anordnung 3 die sie umgebende Luft in Bewegung versetzen, so dass ein Luftstrom entsteht. Exemplarisch verfügt die Strömungsmaschine 10 über eine Antriebseinheit 18, beispielsweise einen Elektromotor, mittels der die Strömungselement-Anordnung 3 in die Drehbewegung 5 versetzt wird. Exemplarisch ist die Antriebseinheit 18 an dem Stator 1 angeordnet.The flow machine 10 is preferably designed as a fan. The turbomachine 10 is designed in particular to set the flow element arrangement 3 in a rotational movement 5 so that the flow elements 4 generate an air flow through the rotational movement 5 . The flow elements 4 are shaped and/or arranged in such a way that when the flow element arrangement 3 rotates 5, they set the air surrounding them in motion, so that an air flow is created. By way of example, the turbomachine 10 has a drive unit 18, for example an electric motor, by means of which the flow element arrangement 3 is set in rotary motion 5. The drive unit 18 is arranged on the stator 1 by way of example.

Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist die Strömungsmaschine 10 als Windkraftanlage ausgeführt. Die Strömungselemente 4 sind derart geformt und/oder angeordnet, dass ein an ihnen vorbei strömender Luftstrom bewirkt, dass die Strömungselement-Anordnung 3 in eine Drehbewegung 5 versetzt wird. Die Strömungsmaschine 10 ist insbesondere ausgebildet, die durch den Luftstrom bewirkte Drehbewegung 5 der Strömungselement-Anordnung 3 in elektrische Energie, insbesondere einen elektrischen Strom und/oder eine elektrische Spannung, zu wandeln. Exemplarisch verfügt die Strömungsmaschine 10 (insbesondere anstelle der Antriebseinheit 18) über eine Generatoreinheit 19, mittels der die Drehbewegung 5 in die elektrische Energie gewandelt wird.According to an alternative embodiment, the turbomachine 10 is designed as a wind power plant. The flow elements 4 are shaped and/or arranged in such a way that an air flow flowing past them causes the flow element arrangement 3 to be set in a rotational movement 5 . The turbomachine 10 is designed in particular to convert the rotational movement 5 of the flow element arrangement 3 caused by the air flow into electrical energy, in particular an electrical current and/or an electrical voltage. By way of example, the turbomachine 10 (in particular instead of the drive unit 18) has a generator unit 19, by means of which the rotary movement 5 is converted into electrical energy.

Die Strömungsmaschine 10 umfasst einen Übertragungsstrang zur Übertragung der Drehbewegung 5 von und/oder zu den Strömungselementen 4. Die Drehbewegung 5 erfolgt um eine (insbesondere gedachte und/oder körperlich vorhandene) Drehachse 21. Bei der Ausführung der Strömungsmaschine 10 als Ventilator dient der Übertragungsstrang dazu, die Drehbewegung 5 (insbesondere von der Antriebseinheit 18) zu den Strömungselementen 4 zu übertragen, sodass die Strömungselemente 4 die Drehbewegung 5 ausführen. Bei der Ausführung der Strömungsmaschine 10 als Windkraftanlage dient der Übertragungsstrang dazu, die Drehbewegung 5 von den Strömungselementen 4 (insbesondere zu der Generatoreinheit 19) zu übertragen.The turbomachine 10 comprises a transmission train for transmitting the rotary movement 5 from and/or to the flow elements 4. The rotary movement 5 takes place about an (in particular imaginary and/or physically present) axis of rotation 21. When the turbomachine 10 is designed as a fan, the transmission train is used for this purpose to transmit the rotational movement 5 (in particular from the drive unit 18) to the flow elements 4, so that the flow elements 4 execute the rotational movement 5. When the turbomachine 10 is designed as a wind power plant, the transmission train serves to transmit the rotational movement 5 from the flow elements 4 (in particular to the generator unit 19).

Die Strömungsmaschine 10 umfasst ferner eine Koppeleinrichtung, die eine Supraleitereinrichtung 6 und eine Magneteinrichtung 7 aufweist. Die Koppeleinrichtung ist im Übertragungsstrang wirksam und vorzugsweise im Übertragungsstrang angeordnet. Insbesondere ist die Koppeleinrichtung zwischen den Strömungselementen 4 und dem Stator 1 wirksam und/oder angeordnet. Die Koppeleinrichtung stellt eine kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleitereinrichtung 6 und der Magneteinrichtung 7 bereit. Die kontaktlos kraftübertragende Kopplung dient der Lagerung und/oder der Übertragung der Drehbewegung 5.The turbomachine 10 also includes a coupling device, which has a superconductor device 6 and a magnet device 7 . The coupling device is effective in the transmission line and is preferably arranged in the transmission line. In particular, the coupling device is effective and/or arranged between the flow elements 4 and the stator 1 . The coupling device provides a contactless force-transmitting coupling between the superconductor device 6 and the magnet device 7 . The contactless power over load-bearing coupling serves to store and/or transmit the rotary movement 5.

Bevorzugt beruht die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen der Supraleitereinrichtung 6 und der Magneteinrichtung 7 auf einem Flux-Pinning-Effekt, der insbesondere auch als Flussverankerungs-Effekt bekannt ist.The contactless, force-transmitting coupling between the superconductor device 6 and the magnet device 7 is preferably based on a flux pinning effect, which is also known in particular as the flux anchoring effect.

Die Supraleitereinrichtung 6 und die Magneteinrichtung 7 sind über den Flux-Pinning-Effekt (auch als Flussverankerung bekannt) miteinander gekoppelt. Insbesondere besteht eine kontaktlos kraftübertragende Wechselwirkung zwischen der Supraleitereinrichtung 6 und dem Magnetfeld der Magneteinrichtung 7. In die Supraleitereinrichtung 6 ist zweckmäßigerweise ein Magnetfeldlinienverlauf eingeprägt, der bestimmt, wie sich die Magneteinrichtung 7 relativ zur Supraleitereinrichtung 6 verhält. Die Einprägung des Magnetfeldlinienverlaufs erfolgt beispielsweise dadurch, dass der Supraleiter 23 der Supraleitereinrichtung 6 dem einzuprägenden Magnetfeld ausgesetzt wird und in diesem Zustand von einer Temperatur oberhalb der Sprungtemperatur auf oder unter die Sprungtemperatur abgekühlt wird. Bei dem Magnetfeld kann es sich beispielsweise um das von der Magneteinrichtung 7 bereitgestellte Magnetfeld handeln. Die Magneteinrichtung 7 strebt relativ zur Supraleitereinrichtung 6 stets diejenige Position an, bei der der Verlauf des den Supraleiter 23 durchdringenden Magnetfelds dem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf entspricht.The superconductor device 6 and the magnet device 7 are coupled to one another via the flux pinning effect (also known as flux pinning). In particular, there is a contactless, force-transmitting interaction between the superconductor device 6 and the magnetic field of the magnet device 7. The course of the magnetic field lines is impressed, for example, by exposing the superconductor 23 of the superconductor device 6 to the magnetic field to be impressed and cooling it in this state from a temperature above the transition temperature to or below the transition temperature. The magnetic field can be, for example, the magnetic field provided by the magnet device 7 . Relative to the superconductor device 6, the magnetic device 7 always strives for that position in which the profile of the magnetic field penetrating the superconductor 23 corresponds to the impressed magnetic field line profile.

Der Supraleiter 23 ist insbesondere ein Supraleiter zweiter Art, vorzugsweise ein keramischer Hochtemperatursupraleiter. Exemplarisch umfasst der Supraleiter 23 YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxid) und/oder BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid). Der Supraleiter 23 ist zweckmäßigerweise unbestromt und wird insbesondere nicht als elektrischer Leiter und/oder nicht als Elektromagnet verwendet.The superconductor 23 is in particular a superconductor of the second type, preferably a ceramic high-temperature superconductor. By way of example, the superconductor 23 comprises YBaCuO (yttrium barium copper oxide) and/or BiSrCaCuO (bismuth strontium calcium copper oxide). The superconductor 23 is expediently not supplied with current and is in particular not used as an electrical conductor and/or not as an electromagnet.

Exemplarisch weist bei der Strömungsmaschine 10 gemäß der ersten Ausführungsform der Übertragungsstrang eine Welle 8 auf. Zweckmäßigerweise ist die Welle 8 Teil des Rotors 2. Bei der Ausführung der Strömungsmaschine 10 als Ventilator versetzt die Antriebseinheit 18 die Welle 8 in die Drehbewegung 5 und die Welle 8 überträgt die Drehbewegung 5 zu der Strömungselement-Anordnung 3. Bei der Ausführung der Strömungsmaschine 10 als Windkraftanlage versetzt die Strömungselement-Anordnung 3 die Welle 8 in die Drehbewegung 5 und die Welle 8 überträgt die Drehbewegung zu der Generatoreinheit 19.By way of example, in the turbomachine 10 according to the first embodiment, the transmission line has a shaft 8 . The shaft 8 is expediently part of the rotor 2. When the turbomachine 10 is designed as a fan, the drive unit 18 causes the shaft 8 to rotate 5 and the shaft 8 transmits the rotary movement 5 to the flow element arrangement 3. When the turbomachine 10 is designed as a wind turbine, the flow element arrangement 3 causes the shaft 8 to rotate 5 and the shaft 8 transmits the rotation to the generator unit 19.

Exemplarisch ist die Koppeleinrichtung ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung die Strömungselemente 4 kontaktlos drehfest an der Welle 8 zu lagern und die Drehbewegung 5 zwischen der Welle 8 und den Strömungselementen 4 kontaktlos zu übertragen.By way of example, the coupling device is designed to mount the flow elements 4 non-contact in a rotationally fixed manner on the shaft 8 by means of the contactless force-transmitting coupling and to transmit the rotational movement 5 between the shaft 8 and the flow elements 4 without contact.

Insbesondere wirkt die kontaktlos kraftübertragende Kopplung als Festlager zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8. Die kontaktlos kraftübertragende Kopplung fungiert zwischen jedem Strömungselement 4 und der Welle 8 als ein jeweiliges Festlager, durch das jedes Strömungselement 4 mit der Drehbewegung 5 der Welle 8 mitbewegt wird.In particular, the contactless force-transmitting coupling acts as a fixed bearing between the flow elements 4 and the shaft 8. The contactless force-transmitting coupling acts between each flow element 4 and the shaft 8 as a respective fixed bearing, through which each flow element 4 is moved along with the rotary movement 5 of the shaft 8.

Exemplarisch ist jedes einzelne Strömungselement 4 frei schwebend gegenüber der Welle 8 durch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung gelagert. Insbesondere sind die einzelnen Strömungselemente 4 untereinander nicht mechanisch verbunden, sodass die einzelnen Strömungselemente 4 relativ zueinander frei schwebend sind. Die Strömungselemente 4 sind untereinander beabstandet und/oder zur Welle 8 beabstandet angeordnet.By way of example, each individual flow element 4 is mounted in a freely floating manner in relation to the shaft 8 by means of the contactless force-transmitting coupling. In particular, the individual flow elements 4 are not mechanically connected to one another, so that the individual flow elements 4 are freely floating relative to one another. The flow elements 4 are arranged at a distance from one another and/or at a distance from the shaft 8 .

Exemplarisch sind die Strömungselemente 4 um die Drehachse 21 der Drehbewegung 5 herum verteilt angeordnet. Insbesondere liegen die Strömungselemente 4 auf einer die Drehachse 21 umlaufenden gedachten Kreisbahn.By way of example, the flow elements 4 are distributed around the axis of rotation 21 of the rotary movement 5 . In particular, the flow elements 4 lie on an imaginary circular path encircling the axis of rotation 21 .

Die Magneteinrichtung 7 umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22. Exemplarisch umfasst jedes Strömungselement 4 einen jeweiligen Permanentmagneten 22 der Magneteinrichtung 7. Exemplarisch ist bei jedem Strömungselement 4 der jeweilige Permanentmagnet 22 an der der Welle 8 zugewandten Seite des Strömungselement 4 angeordnet. Jeder Permanentmagnet 22 stellt ein jeweiliges Magnetfeld bereit, das mit einem Supraleiter 23 der Supraleitereinrichtung 6 zusammenwirkt, und dadurch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8 bereitstellt.The magnet device 7 includes a plurality of permanent magnets 22. Each flow element 4 includes a respective permanent magnet 22 of the magnet device 7, for example. Each permanent magnet 22 provides a respective magnetic field which interacts with a superconductor 23 of the superconductor device 6 and thereby provides the contactless, force-transmitting coupling between the flow elements 4 and the shaft 8 .

Die Magneteinrichtung 7, die der drehfesten Kopplung - und somit der Übertragung der Drehbewegung 5 - dient, soll auch als Übertragungs-Magneteinrichtung 7A bezeichnet werden.The magnetic device 7, which is used for the non-rotatable coupling--and thus for the transmission of the rotational movement 5--is also to be referred to as the magnetic transmission device 7A.

Die Supraleitereinrichtung 6 umfasst den Supraleiter 23. Exemplarisch ist die Supraleitereinrichtung 6 Teil der Welle 8. Ferner kann die Supraleitereinrichtung 6 die Welle 8 bilden. Die Supraleitereinrichtung 6 umfasst einen Kryostaten 24, in dem der Supraleiter 23 angeordnet ist. Der Kryostat 24 ist Teil der Welle 8. Der Kryostat 24 kühlt den Supraleiter 23 auf oder unter dessen Sprungtemperatur.The superconductor device 6 comprises the superconductor 23. For example, the superconductor device 6 is part of the shaft 8. Furthermore, the superconductor device 6 can form the shaft 8. The superconductor device 6 includes a cryostat 24 in which the superconductor 23 is arranged. The cryostat 24 is part of the shaft 8. The cryostat 24 cools the superconductor 23 to or below its transition temperature.

Die Supraleitereinrichtung 6, die der drehfesten Kopplung - und somit der Übertragung der Drehbewegung 5 - dient, soll auch als Übertragungs-Supraleitereinrichtung 6A bezeichnet werden.The superconductor device 6, which is used for the non-rotatable coupling--and thus for the transmission of the rotational movement 5--is also to be referred to as the transmission superconductor device 6A.

Die Magneteinrichtung 7, insbesondere die Permanentmagnete 22, und die Supraleitereinrichtung 6, insbesondere der Supraleiter 24, sind derart aufeinander abgestimmt, dass sich die jeweiligen Festlager zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8 ergeben. Insbesondere ist der Supraleiter 24 in Bezug auf die von den Permanentmagneten 22 bereitbestellten Magnetfelder derart konditioniert (beispielsweise durch Einprägung einer Magnetfeldgeometrie), dass durch die Interaktion zwischen den Magnetfeldern und dem Supraleiter 24 die Permanentmagnete 22 relativ zu dem Supraleiter 24 in sämtlichen Raumrichtungen fixiert sind.The magnet device 7, in particular the permanent magnets 22, and the superconductor device 6, in particular the superconductor 24, are matched to one another in such a way that the respective fixed bearings between the flow elements 4 and the shaft 8 result. In particular, the superconductor 24 is conditioned in relation to the magnetic fields provided by the permanent magnets 22 (e.g. by impressing a magnetic field geometry) such that the interaction between the magnetic fields and the superconductor 24 fixes the permanent magnets 22 relative to the superconductor 24 in all spatial directions.

Die 2 zeigt eine Strömungsmaschine 20 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Die Strömungsmaschine 20 unterscheidet sich von der vorstehend erläuterten Strömungsmaschine 10 insbesondere dadurch, dass bei der Strömungsmaschine 20 die Koppeleinrichtung dazu dient, eine drehbewegliche Lagerung zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 bereitzustellen, während bei der vorstehend erläuterten Strömungsmaschine 10 die Koppeleinrichtung dazu dient, eine drehfeste Lagerung zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8 bereitzustellen. Bis auf diesen Unterschied ist die Strömungsmaschine 20 vorzugsweise wie die Strömungsmaschine 10 ausgebildet, so dass die diesbezüglichen vorstehend erläuterten Merkmale auch für die Strömungsmaschine 20 gelten.the 2 12 shows a turbomachine 20 according to a second embodiment. The turbomachine 20 differs from the turbomachine 10 explained above in particular in that in the turbomachine 20 the coupling device serves to provide a rotatable bearing between the rotor 2 and the stator 1, while in the turbomachine 10 explained above the coupling device serves to provide non-rotatable mounting between the flow elements 4 and the shaft 8. Except for this difference, the turbomachine 20 is preferably designed like the turbomachine 10, so that the relevant features explained above also apply to the turbomachine 20.

Exemplarisch sind bei der Strömungsmaschine 20 die Strömungselemente 4 mechanisch an der Welle 8 befestigt. Die Strömungselemente 4 und die Welle 8 bilden zusammen den Rotor 2.By way of example, the flow elements 4 are mechanically fastened to the shaft 8 in the turbomachine 20 . The flow elements 4 and the shaft 8 together form the rotor 2.

Die Koppeleinrichtung ist ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung den Rotor 2 kontaktlos drehbeweglich gegenüber dem Stator 1 zu lagern, insbesondere um die Drehachse 5. Exemplarisch verfügt der Stator 1 über eine Supraleitereinrichtung 6, die auch als Lager-Supraleitereinrichtung 6B bezeichnet werden soll. Exemplarisch umfasst die Supraleitereinrichtung 6 einen Kryostaten 24, in dem ein Supraleiter 23 angeordnet ist. Der Rotor 2, insbesondere die Welle 8, verfügt über eine Magneteinrichtung 7, die insbesondere eine Lager-Magneteinrichtung 7B umfasst. Vorzugsweise verfügt die Magneteinrichtung 7 über eine Permanentmagnetanordnung, die mit dem Supraleiter 23 kontaktlos kraftübertragend gekoppelt ist, um die drehbewegliche Lagerung zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1 bereitzustellen.The coupling device is designed to mount the rotor 2 so that it can rotate in a contactless manner relative to the stator 1, in particular about the axis of rotation 5, by means of the contactless force-transmitting coupling. The stator 1 has a superconductor device 6, which should also be referred to as the bearing superconductor device 6B. By way of example, the superconductor device 6 includes a cryostat 24 in which a superconductor 23 is arranged. The rotor 2, in particular the shaft 8, has a magnet device 7, which in particular includes a bearing magnet device 7B. The magnet device 7 preferably has a permanent magnet arrangement which is coupled to the superconductor 23 in a contactless force-transmitting manner in order to provide the rotatable mounting between the rotor 2 and the stator 1 .

Zweckmäßigerweise ist der Rotor 2, insbesondere die Welle 8, in Axialrichtung der Drehbewegung 5 vor dem Stator 1, insbesondere vor der Supraleitereinrichtung 6, angeordnet. Die Welle 8 ist insbesondere beabstandet zu dem Stator 1 angeordnet.The rotor 2, in particular the shaft 8, is expediently arranged in front of the stator 1, in particular in front of the superconductor device 6, in the axial direction of the rotary movement 5. The shaft 8 is in particular arranged at a distance from the stator 1 .

Bei einer Ausführung der Strömungsmaschine 20 als Ventilator - also bei Vorhandensein der Antriebseinheit 18 zum Drehantrieb des Rotors 2 - ist die Antriebseinheit 18 insbesondere ausgebildet, ein Magnetfeld, insbesondere ein rotierendes Magnetfeld, zu erzeugen, um den Rotor 2 in die Drehbewegung 5 zu versetzen. Das rotierende Magnetfeld kann beispielsweise mit der Magneteinrichtung 7 interagieren und dadurch die Drehbewegung 5 bewirken. Beispielsweise verfügt die Antriebseinheit 18 über eine Spulenanordnung 15, mit der das Magnetfeld, insbesondere das rotierende Magnetfeld, bereitgestellt wird. Die Spulenanordnung 15 ist bevorzugt in dem Kryostaten 24 angeordnet und ist vorzugsweise supraleitend.When turbomachine 20 is designed as a fan - i.e. when drive unit 18 is present for driving rotor 2 in rotation - drive unit 18 is designed in particular to generate a magnetic field, in particular a rotating magnetic field, in order to set rotor 2 into rotary motion 5. The rotating magnetic field can, for example, interact with the magnetic device 7 and thereby bring about the rotary movement 5 . For example, the drive unit 18 has a coil arrangement 15 with which the magnetic field, in particular the rotating magnetic field, is provided. The coil arrangement 15 is preferably arranged in the cryostat 24 and is preferably superconducting.

Die 3 zeigt eine Strömungsmaschine 30 gemäß einer dritten Ausführungsform. Die Strömungsmaschine 30 ist eine Variante der Strömungsmaschine 20, sodass bis auf die nachstehend erläuterten Unterschiede zweckmäßigerweise die vorstehend im Zusammenhang mit der Strömungsmaschine 20 (und der Strömungsmaschine 10) erläuterten Merkmale auch für die Strömungsmaschine 30 gelten.the 3 12 shows a turbomachine 30 according to a third embodiment. The turbomachine 30 is a variant of the turbomachine 20, so that the features explained above in connection with the turbomachine 20 (and the turbomachine 10) expediently also apply to the turbomachine 30, apart from the differences explained below.

Bei der Strömungsmaschine 30 verfügt die Supraleitereinrichtung 6 über eine Öffnung 11, in die sich die Welle 8 hinein erstreckt, insbesondere in Axialrichtung der Drehbewegung 5. Die Öffnung 11 ist exemplarisch als Durchgangsöffnung in der Supraleitereinrichtung 6 ausgeführt. Zweckmäßigerweise durchläuft die Öffnung 11 den gesamten Stator 1 - die Öffnung 11 erstreckt sich also von einer ersten Seite des Stators 1 zu einer zweiten Seite des Stators 1.In the turbomachine 30, the superconductor device 6 has an opening 11 into which the shaft 8 extends, in particular in the axial direction of the rotary movement 5. The opening 11 is designed as a through-opening in the superconductor device 6, for example. The opening 11 expediently runs through the entire stator 1 - the opening 11 therefore extends from a first side of the stator 1 to a second side of the stator 1.

Die Öffnung 11 ist vorzugsweise mittig in der Supraleitereinrichtung 6 angeordnet. Exemplarisch ergibt sich eine ringförmige Supraleitereinrichtung 6, deren zentrale Ringöffnung von der Öffnung 11 gebildet wird.The opening 11 is preferably arranged centrally in the superconductor device 6 . A ring-shaped superconductor device 6 is obtained as an example, the central ring opening of which is formed by the opening 11 .

Die Supraleitereinrichtung 6 kann auch als Lager-Supraleitereinrichtung 6B bezeichnet werden. Die Supraleitereinrichtung 6 verfügt exemplarisch über einen ringförmigen Kryostaten 24, in dem vorzugsweise ein ringförmiger Supraleiter 23 angeordnet ist. Der ringförmige Kryostat 24 und/oder der ringförmige Supraleiter 23 umlaufen zweckmäßigerweise die Öffnung 11.The superconductor device 6 can also be referred to as a bearing superconductor device 6B. The superconductor device 6 has, for example, a ring-shaped cryostat 24 in which a ring-shaped superconductor 23 is preferably arranged. The ring-shaped cryostat 24 and/or the ring-shaped superconductor 23 expediently encircle the opening 11.

Die Welle 8 verfügt über eine (in der 4 gezeigte) Magneteinrichtung 7, die kontaktlos kraftübertragend mit der Supraleitereinrichtung 6 gekoppelt ist, um die drehbewegliche Lagerung der Welle 8 relativ zum Stator 1 bereitzustellen. Bevorzugt befindet sich die Magneteinrichtung 7 in demjenigen Abschnitt der Welle 8, der sich innerhalb der Öffnung 11 befindet.The shaft 8 has a (in the 4 shown) magnet device 7, which is coupled in a contactless force-transmitting manner to the superconductor device 6 in order to provide the rotatable mounting of the shaft 8 relative to the stator 1. The magnetic device 7 is preferably located in that section of the shaft 8 which is located within the opening 11 .

Bevorzugt erstreckt sich die Welle 8 durch die Öffnung 11 der Supraleitereinrichtung 6 hindurch. Die Welle 8 tritt auf einer ersten Seite 12 der Öffnung 11 in die Öffnung 11 ein und tritt auf einer zweiten Seite 14 der Öffnung 11 aus der Öffnung 11 aus. Die Strömungselement-Anordnung 3 ist eine sich auf einer ersten Seite 12 der Öffnung 11 befindliche erste Strömungselement-Anordnung 3A, die zweckmäßigerweise drehfest mit der Welle 8 gekoppelt ist. Die Strömungsmaschine 30 umfasst ferner eine zweite Strömungselement-Anordnung 3B, die sich auf der der ersten Seite 12 entgegengesetzten zweiten Seite 14 der Öffnung 11 befindet und mit der Welle 8 drehfest gekoppelt ist. Exemplarisch ist an jedem der beiden axialen Enden der Welle 8 eine jeweilige Strömungselement-Anordnung 3A, 3B angeordnet. Die Strömungsmaschine 30 verfügt also über zwei Strömungselement-Anordnungen 3A, 3B, die beide an der Erzeugung eines Luftstroms (bei der Ausführung als Ventilator) oder bei der Erzeugung der Drehbewegung 5 auf Basis eines Luftstroms (bei der Ausführung als Windkraftanlage) mitwirken. Exemplarisch ist die erste Strömungselement-Anordnung 3A und/oder die zweite Strömungselement Anordnung 3B mechanisch drehfest an der Welle 8 befestigt.The shaft 8 preferably extends through the opening 11 of the superconductor device 6 . Wave 8 enters opening 11 on a first side 12 of opening 11 and exits opening 11 on a second side 14 of opening 11 . The flow element arrangement 3 is a first flow element arrangement 3A located on a first side 12 of the opening 11 and expediently coupled to the shaft 8 in a rotationally fixed manner. The turbomachine 30 further comprises a second flow element arrangement 3B, which is located on the second side 14 of the opening 11 opposite the first side 12 and is coupled to the shaft 8 in a torque-proof manner. By way of example, a respective flow element arrangement 3A, 3B is arranged on each of the two axial ends of the shaft 8 . The turbomachine 30 therefore has two flow element arrangements 3A, 3B, both of which contribute to the generation of an air flow (when designed as a fan) or to the generation of the rotational movement 5 based on an air flow (when designed as a wind turbine). By way of example, the first flow element arrangement 3A and/or the second flow element arrangement 3B is mechanically fastened to the shaft 8 in a rotationally fixed manner.

Die 4 zeigt eine Vorderansicht einer exemplarischen Ausgestaltung einer Strömungselement-Anordnung 3, einer Supraleitereinrichtung 6 und einer Antriebseinheit 18 der dritten Ausführungsform.the 4 shows a front view of an exemplary configuration of a flow element arrangement 3, a superconductor device 6 and a drive unit 18 of the third embodiment.

Die Strömungselemente 4 sind hier exemplarisch als längliche Rotorblätter ausgeführt und vorzugsweise mit ihrer Längsachse radial zur Drehachse 21 ausgerichtet. Alternativ dazu können die Strömungselemente 4 mit ihren Längsachsen tangential zu einer die Drehachse 21 umlaufenden (gedachten) Kreisbahn ausgerichtet sein, wie dies z.B. in der 8 gezeigt ist.The flow elements 4 are embodied here as elongate rotor blades and are preferably aligned with their longitudinal axis radially to the axis of rotation 21 . As an alternative to this, the flow elements 4 can be aligned with their longitudinal axes tangentially to an (imaginary) circular path encircling the axis of rotation 21, as is the case, for example, in FIG 8th is shown.

Die Strömungselemente 4 sind exemplarisch um die Drehachse 21 herum verteilt angeordnet und liegen insbesondere auf einer die Drehachse 21 umlaufenden (gedachten) Kreisbahn. The flow elements 4 are distributed, for example, around the axis of rotation 21 and lie in particular on an (imaginary) circular path encircling the axis of rotation 21 .

Exemplarisch sind die erste Strömungselement-Anordnung 3A und die zweite Strömungselement-Anordnung 3B gleich ausgeführt, insbesondere wie vorstehend beschrieben und/oder wie in der 4 gezeigt.By way of example, the first flow element arrangement 3A and the second flow element arrangement 3B have the same design, in particular as described above and/or as in FIG 4 shown.

Die Supraleitereinrichtung 6 ist ringförmig ausgeführt und verfügt über einen ringförmigen Supraleiter 23, der um die Welle 8 herum verläuft. Die Antriebseinheit 18 umfasst die Spulenanordnung 15, die über eine Mehrzahl von Spulen verfügt, die verteilt um die Drehachse 21 herum angeordnet sind. Die Spulenanordnung 15 ist bevorzugt in dem Kryostaten 24 angeordnet und ist vorzugsweise supraleitend.The superconductor device 6 is ring-shaped and has a ring-shaped superconductor 23 that runs around the shaft 8 . The drive unit 18 comprises the coil arrangement 15 which has a plurality of coils which are distributed around the axis of rotation 21 . The coil arrangement 15 is preferably arranged in the cryostat 24 and is preferably superconducting.

Die Magneteinrichtung 7 umfasst eine Mehrzahl von in der Welle 8 angeordneten Permanentmagneten 22, die exemplarisch um die Drehachse 21 herum verteilt angeordnet sind.The magnet device 7 comprises a plurality of permanent magnets 22 which are arranged in the shaft 8 and which are distributed around the axis of rotation 21 as an example.

Die 5 zeigt eine Strömungsmaschine 40 gemäß einer vierten Ausführungsform. Die vierte Ausführungsform ist eine Kombination der ersten Ausführungsform mit der zweiten Ausführungsform (oder der dritten Ausführungsform) dahingehend, dass bei der vierten Ausführungsform die Koppeleinrichtung sowohl eine drehbewegliche Lagerung (zwischen dem Rotor 2 und dem Stator 1) als auch eine drehfeste Lagerung (zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8) bereitstellt.the 5 12 shows a turbomachine 40 according to a fourth embodiment. The fourth embodiment is a combination of the first embodiment with the second embodiment (or the third embodiment) in that in the fourth embodiment the coupling device has both a rotatable bearing (between the rotor 2 and the stator 1) and a non-rotatable bearing (between the Flow elements 4 and the shaft 8) provides.

Um Verwechslungen zu vermeiden, sind die an der drehfesten Lagerung beteiligten Komponenten mit dem Zusatz „Übertragungs-“ versehen (da sie die Drehbewegung 5 übertragen) und die an der drehbeweglichen Lagerung beteiligten Komponenten sind mit dem Zusatz „Lager-“ versehen.To avoid confusion, the components involved in the non-rotating bearing are provided with the suffix "Transmission-" (since they transmit the rotary movement 5) and the components involved in the rotatable bearing are suffixed "Bearing-".

Dementsprechend verfügt die Strömungsmaschine 40 über eine Übertragungs-Magneteinrichtung 7A, die eine Mehrzahl von Übertragungs-Permanentmagneten 22A umfasst, wobei jedes Strömungselement 4 einen jeweiligen Übertragungs-Permanentmagneten 22A aufweist.Accordingly, the turbomachine 40 has a transfer magnet device 7A, which comprises a plurality of transfer permanent magnets 22A, each flow element 4 having a respective transfer permanent magnet 22A.

Die Strömungsmaschine 40 verfügt ferner über eine Übertragungs-Supraleitereinrichtung 6A mit einem Übertragungs-Supraleiter 23A. Die Übertragungs-Supraleitereinrichtung 6A ist Teil der Welle 8.The fluid machine 40 further has a transfer superconductor device 6A with a transfer superconductor 23A. The transmission superconductor device 6A is part of the shaft 8.

Die Übertragungs-Magneteinrichtung 7A, insbesondere die Übertragungs-Permanentmagnete 22A, ist kontaktlos kraftübertragend mit der Übertragungs-Supraleitereinrichtung 6A, insbesondere dem Supraleiter 23A gekoppelt, um die drehfeste Lagerung zwischen den Strömungselementen 4 und der Welle 8 bereitzustellen.The transmission magnet device 7A, in particular the transmission permanent magnets 22A, is coupled in a contactless force-transmitting manner to the transmission superconductor device 6A, in particular the superconductor 23A, in order to provide the non-rotatable mounting between the flow elements 4 and the shaft 8.

Die Strömungsmaschine 40 verfügt ferner über eine Lager-Magneteinrichtung 7B, die einen oder mehrere Lager-Permanentmagnete 22B aufweisen kann und zweckmäßigerweise Teil der Welle 8 ist.The turbomachine 40 also has a bearing magnet device 7B, which can have one or more bearing permanent magnets 22B and is expediently part of the shaft 8 .

Die Strömungsmaschine 40 verfügt ferner über eine Lager-Supraleitereinrichtung 6B mit einem Lager-Supraleiter 23B. Die Lager-Supraleitereinrichtung 6B ist Teil des Stators 1.The turbomachine 40 also has a bearing superconductor device 6B with a bearing superconductor 23B. The bearing superconductor device 6B is part of the stator 1.

Die Lager-Magneteinrichtung 7B, insbesondere der Lager-Permanentmagnet 22B, ist kontaktlos kraftübertragend mit der Lager-Supraleitereinrichtung 6B, insbesondere dem Supraleiter 23B gekoppelt, um die drehbewegliche Lagerung zwischen der Welle 8 und dem Stator 1 bereitzustellen.The bearing magnet device 7B, in particular the bearing permanent magnet 22B, is in contact loosely coupled in a force-transmitting manner to the bearing superconductor device 6B, in particular the superconductor 23B, in order to provide the rotatable bearing between the shaft 8 and the stator 1.

Die 6 zeigt eine Strömungsmaschine 50 gemäß einer fünften Ausführungsform. Bei der Strömungsmaschine 50 ist die Koppeleinrichtung ausgebildet, mittels der kontaktlos kraftübertragenden Kopplung die Strömungselemente 4 kontaktlos drehbeweglich direkt am Stator 1 zu lagern. Jedes der Strömungselemente 4 ist durch die kontaktlos kraftübertragende Kopplung einzeln und frei schwebend direkt am Stator 1 gelagert. Die drehbewegliche Lagerung ist exemplarisch dergestalt, dass jedes Strömungselement 4 auf einer Kreisbahn um die Drehachse 21 herum beweglich gelagert ist. Die Kreisbahn ist zweckmäßigerweise für alle Strömungselemente 4 die gleiche. Es ergibt sich für jedes Strömungselement 4 eine Drehbewegung 5, die um die Drehachse 21 herum erfolgt.the 6 12 shows a turbomachine 50 according to a fifth embodiment. In the turbomachine 50, the coupling device is designed to mount the flow elements 4 in a contactless, rotatable manner directly on the stator 1 by means of the contactless force-transmitting coupling. Each of the flow elements 4 is mounted individually and freely floating directly on the stator 1 due to the contactless force-transmitting coupling. The rotatable mounting is, for example, such that each flow element 4 is movably mounted on a circular path about the axis of rotation 21 . The circular path is expediently the same for all flow elements 4 . For each flow element 4 there is a rotational movement 5 which takes place around the axis of rotation 21 .

Die Strömungselemente 4 sind zweckmäßigerweise beabstandet voneinander und/oder beabstandet von dem Stator 1 frei schwebend gelagert. Die Strömungselemente 4 sind insbesondere verteilt um die Drehachse 21 der Drehbewegung 5 herum angeordnet und liegen zweckmäßigerweise auf einer die Drehachse 21 umlaufenden (gedachten) Kreisbahn.The flow elements 4 are expediently mounted freely floating at a distance from one another and/or at a distance from the stator 1 . The flow elements 4 are in particular distributed around the axis of rotation 21 of the rotary movement 5 and are expediently located on an (imaginary) circular path encircling the axis of rotation 21 .

Exemplarisch bilden die Strömungselemente 4 zusammen den Rotor 2; eine Welle ist zweckmäßigerweise nicht vorhanden. Der Übertragungsstrang wird durch die Magneteinrichtung 7, die Supraleitereinrichtung 6 und optional die Antriebseinheit 18 gebildet.By way of example, the flow elements 4 together form the rotor 2; a wave is expediently not available. The transmission train is formed by the magnet device 7, the superconductor device 6 and optionally the drive unit 18.

Die Strömungsmaschine 50 umfasst eine Magneteinrichtung 7, die auch als Lager-Magneteinrichtung 7B bezeichnet werden kann. Die Magneteinrichtung 7 weist eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22 auf. Exemplarisch verfügt jedes Strömungselement 4 über einen jeweiligen Permanentmagneten 22.The turbomachine 50 includes a magnet device 7, which can also be referred to as a bearing magnet device 7B. The magnet device 7 has a plurality of permanent magnets 22 . For example, each flow element 4 has a respective permanent magnet 22.

Die Strömungsmaschine 50 umfasst ferner eine Supraleitereinrichtung 6, die auch als Lager-Supraleitereinrichtung 6B bezeichnet werden kann. Die Supraleitereinrichtung 6 ist exemplarisch Teil des Stators 1. Die Supraleitereinrichtung 6 umfasst einen Kryostaten 24, in dem ein Supraleiter 23 angeordnet ist.The turbomachine 50 also includes a superconductor device 6, which can also be referred to as a bearing superconductor device 6B. The superconductor device 6 is part of the stator 1, for example. The superconductor device 6 comprises a cryostat 24 in which a superconductor 23 is arranged.

Der Supraleiter 23 ist derart konditioniert, also insbesondere derart mit einer Magnetfeldgeometrie geprägt, dass er für jedes der Strömungselemente 4 eine Kreisbahn um die Drehachse 21 herum definiert, auf der sich das jeweilige Strömungselement 4 bewegen kann und auf der das jeweilige Strömungselement 4 gehalten wird.The superconductor 23 is conditioned in such a way, i.e. in particular shaped with a magnetic field geometry, that it defines a circular path around the axis of rotation 21 for each of the flow elements 4, on which the respective flow element 4 can move and on which the respective flow element 4 is held.

Die Strömungsmaschine 50 umfasst eine Antriebseinheit 18, die ausgebildet ist, die Strömungselemente 4 in die Drehbewegung 5 zu versetzen. Exemplarisch verfügt die Antriebseinheit 18 über eine Spulenanordnung 15, die ein Magnetfeld, insbesondere ein rotierendes Magnetfeld, bereitstellt. Exemplarisch ist die Spulenanordnung 15 Teil des Stators 1. Die Strömungsmaschine 50 ist ausgebildet, mit der Spulenanordnung 15 das Magnetfeld zu erzeugen, um die Strömungselement-Anordnung 3 in die Drehbewegung 5 zu versetzen. Beispielsweise interagiert das Magnetfeld mit der Magneteinrichtung 7 und bewirkt dadurch die Drehbewegung 5 der Strömungselemente 4. Die Spulenanordnung 15 ist bevorzugt in dem Kryostaten 24 angeordnet und ist vorzugsweise supraleitend.The turbomachine 50 includes a drive unit 18 which is designed to set the flow elements 4 into rotary motion 5 . By way of example, the drive unit 18 has a coil arrangement 15 which provides a magnetic field, in particular a rotating magnetic field. By way of example, the coil arrangement 15 is part of the stator 1. The turbomachine 50 is designed to generate the magnetic field with the coil arrangement 15 in order to set the flow element arrangement 3 into the rotational movement 5. For example, the magnetic field interacts with the magnet device 7 and thereby causes the rotational movement 5 of the flow elements 4. The coil arrangement 15 is preferably arranged in the cryostat 24 and is preferably superconducting.

Die 7 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung der Strömungselement-Anordnung 3, der Supraleitereinrichtung 6 und der Spulenanordnung 15 der Strömungsmaschine 50.the 7 shows an exemplary configuration of the flow element arrangement 3, the superconductor device 6 and the coil arrangement 15 of the flow machine 50.

Die Strömungselemente 4 sind hier exemplarisch als längliche Rotorblätter ausgeführt und vorzugsweise mit ihrer Längsachse radial zur Drehachse 21 ausgerichtet. Alternativ dazu können die Strömungselemente 4 mit ihren Längsachsen tangential zu einer die Drehachse 21 umlaufenden (gedachten) Kreisbahn ausgerichtet sein, wie dies in der 8 gezeigt ist.The flow elements 4 are embodied here as elongate rotor blades and are preferably aligned with their longitudinal axis radially to the axis of rotation 21 . As an alternative to this, the flow elements 4 can be aligned with their longitudinal axes tangentially to an (imaginary) circular path encircling the axis of rotation 21, as is shown in FIG 8th is shown.

Die Strömungselemente 4 sind exemplarisch um die Drehachse 21 herum verteilt angeordnet und liegen insbesondere auf der die Drehachse 21 umlaufenden (gedachten) Kreisbahn.The flow elements 4 are distributed, for example, around the axis of rotation 21 and lie in particular on the (imaginary) circular path encircling the axis of rotation 21 .

Die Supraleitereinrichtung 6 ist ringförmig ausgeführt und verfügt über einen Kryostaten 24 und einen in dem Kryostaten 24 angeordneten ringförmigen Supraleiter 23. Die Antriebseinheit 18 umfasst die Spulenanordnung 15, die über eine Mehrzahl von Spulen verfügt, die verteilt um die Drehachse 21 herum angeordnet sind. Die Magneteinrichtung 7 umfasst eine Mehrzahl von Permanentmagneten 22, die exemplarisch um die Drehachse 21 herum verteilt angeordnet sind, wobei jeder Permanentmagnet 22 Teil eines jeweiligen Strömungselements 4 ist.The superconductor device 6 is ring-shaped and has a cryostat 24 and a ring-shaped superconductor 23 arranged in the cryostat 24. The drive unit 18 comprises the coil arrangement 15, which has a plurality of coils which are arranged distributed around the axis of rotation 21. The magnet device 7 comprises a plurality of permanent magnets 22 which are distributed around the axis of rotation 21 , each permanent magnet 22 being part of a respective flow element 4 .

Der Kryostat 24 ist insbesondere als Ringkryostat ausgeführt und umfasst den Supraleiter 23, der sich insbesondere an einer den Strömungselementen 4 zugewandten Stirnseite des Ringkryostaten 24 befindet.The cryostat 24 is designed in particular as a ring cryostat and includes the superconductor 23 which is located in particular on an end face of the ring cryostat 24 facing the flow elements 4 .

Exemplarisch sind bei der Strömungsmaschine 50 die Strömungselemente 4 axial - also in Axialrichtung der Drehachse 21 - vor der Supraleitereinrichtung 6 angeordnet. Insbesondere nehmen die Strömungselemente 4 und die Supraleitereinrichtung 6 in Axialrichtung der Drehachse 21 nicht den gleichen Bereich ein, so dass die Strömungselemente 4 und die Supraleitereinrichtung 6 in dieser Axialrichtung nicht überlappen. Bevorzugt sind die Strömungselemente 4 in der Axialrichtung von der Supraleitereinrichtung 6 beabstandet angeordnet.For example, in the case of the turbomachine 50, the flow elements 4 are axial - i.e. in Arranged in front of the superconductor device 6 in the axial direction of the axis of rotation 21 . In particular, the flow elements 4 and the superconductor device 6 do not occupy the same area in the axial direction of the axis of rotation 21, so that the flow elements 4 and the superconductor device 6 do not overlap in this axial direction. The flow elements 4 are preferably arranged at a distance from the superconductor device 6 in the axial direction.

Exemplarisch nehmen die Strömungselemente 4 in Radialrichtung der Drehachse 21 (also orthogonal zur vorgenannten Axialrichtung) zumindest teilweise den gleichen Bereich ein wie die Supraleitereinrichtung 6, so dass die Strömungselemente 4 und die Supraleitereinrichtung 6 in dieser Radialrichtung zumindest teilweise überlappen.For example, the flow elements 4 in the radial direction of the axis of rotation 21 (i.e. orthogonal to the aforementioned axial direction) at least partially occupy the same area as the superconductor device 6, so that the flow elements 4 and the superconductor device 6 at least partially overlap in this radial direction.

Die 9 zeigt eine Strömungsmaschine 60 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Die Strömungsmaschine 60 stellt eine Variante der Strömungsmaschine 50 dar und ist bis auf die nachstehend erläuterten Unterschiede zweckmäßigerweise wie die vorstehend erläuterte Strömungsmaschine 50 ausgebildet.the 9 12 shows a turbomachine 60 according to a sixth embodiment. The turbomachine 60 represents a variant of the turbomachine 50 and is expediently designed like the turbomachine 50 explained above, apart from the differences explained below.

Bei der Strömungsmaschine 60 sind die Strömungselemente 4 relativ zur Supraleitereinrichtung 6 radial nach außen versetzt um die Supraleitereinrichtung 6 herum verteilt angeordnet.In the case of the turbomachine 60, the flow elements 4 are offset radially outward relative to the superconductor device 6 and distributed around the superconductor device 6.

Die 10 zeigt eine exemplarische Ausgestaltung der Strömungselement-Anordnung 3, der Supraleitereinrichtung 6 und der Spulenanordnung 15 der Strömungsmaschine 60.the 10 shows an exemplary embodiment of the flow element arrangement 3, the superconductor device 6 and the coil arrangement 15 of the flow machine 60.

Exemplarisch sind die Strömungselemente 4 in Radialrichtung der Drehachse 21 (also orthogonal zur Axialrichtung der Drehachse 21) relativ zur Supraleitereinrichtung 6 nach außen versetzt angeordnet. Exemplarisch sind die Strömungselemente 4 auf einer gedachten Kreisbahn um die Supraleitereinrichtung 6 herum verteilt angeordnet. Die Strömungselemente 4 sind in Radialrichtung der Drehachse 21 von der Supraleitereinrichtung 6 beabstandet.By way of example, the flow elements 4 are offset outwards in the radial direction of the axis of rotation 21 (that is to say orthogonal to the axial direction of the axis of rotation 21) relative to the superconductor device 6. By way of example, the flow elements 4 are distributed on an imaginary circular path around the superconductor device 6 . The flow elements 4 are spaced apart from the superconductor device 6 in the radial direction of the axis of rotation 21 .

Exemplarisch nehmen die Strömungselemente 4 in Axialrichtung der Drehachse 21 den gleichen Bereich ein wie die Supraleitereinrichtung 6.By way of example, the flow elements 4 occupy the same area in the axial direction of the axis of rotation 21 as the superconductor device 6.

Der Kryostat 24 ist insbesondere als Ringkryostat ausgeführt und umfasst einen Supraleiter 23, der sich insbesondere an einer den Strömungselementen 4 zugewandten radialen Außenseite des Ringkryostaten 24 befindet.The cryostat 24 is designed in particular as a ring cryostat and includes a superconductor 23 which is located in particular on a radial outside of the ring cryostat 24 facing the flow elements 4 .

Wie vorstehend anhand der verschiedenen Ausführungsformen erläutert, wird eine Strömungsmaschine 10, 20, 30, 40, 50, 60 bereitgestellt, die insbesondere als Ventilator ausgeführt ist, und die eine schwebende Supraleiter-Lagerung nutzt.As explained above on the basis of the various embodiments, a turbomachine 10, 20, 30, 40, 50, 60 is provided, which is designed in particular as a fan and uses a floating superconductor bearing.

Die Strömungselemente 4, die beispielsweise als Ventilatorblätter, Ventilatorflügel und/oder Ventilatorsegmente ausgeführt sein können, werden bevorzugt supraleitend gekoppelt in einem bestimmten Abstand zur Welle 8 und/oder zum Kryostaten 24 schwebend gehalten, wie dies z.B. bei der ersten, vierten, fünften und sechsten Ausführungsform der Fall ist.The flow elements 4, which can be designed as fan blades, fan blades and/or fan segments, for example, are preferably superconductingly coupled and kept floating at a certain distance from the shaft 8 and/or the cryostat 24, as is the case, for example, with the first, fourth, fifth and sixth embodiment is the case.

Ferner kann die Lagerung supraleitend erfolgen, wie dies z.B. bei der zweiten und dritten Ausführungsform der Fall ist. Ferner kann eine Kombination einer drehfesten Lagerung der Strömungselemente 4 und einer drehbeweglichen Lagerung der Welle 8 realisiert werden, wie dies in der vierten Ausführungsform der Fall ist.Furthermore, the support may be superconductive, as is the case, for example, with the second and third embodiments. Furthermore, a combination of a non-rotatable mounting of the flow elements 4 and a rotatable mounting of the shaft 8 can be implemented, as is the case in the fourth embodiment.

Ferner ist eine schwebende Lagerung der Strömungselemente 4 direkt am Stator 1 möglich, wie dies in der fünften und sechsten Ausführungsform der Fall ist. Der Kryostat 24 kann in Ringform ausgeführt sein. Die Strömungselemente 4 können mit Permanentmagneten 22 versehen sein und in ihrer Geometrie variabel sein. Bevorzugt ist eine Spulenanordnung 15 zum Antrieb der Strömungselemente 4 vorhanden. Die Spulenanordnung 15 wird bevorzugt supraleitend betrieben.Furthermore, a floating mounting of the flow elements 4 directly on the stator 1 is possible, as is the case in the fifth and sixth embodiment. The cryostat 24 can be designed in the form of a ring. The flow elements 4 can be provided with permanent magnets 22 and can be variable in their geometry. A coil arrangement 15 for driving the flow elements 4 is preferably present. The coil arrangement 15 is preferably operated superconducting.

Ferner kann eine schwebend gelagerte Welle 8 mit einer daran befestigten Strömungselement-Anordnung 3 und mit Permanentmagneten 22 vorgesehen sein, wie dies bei der dritten Ausführungsform der Fall ist. Bei dieser Variante ist die Welle 8 schwebend innerhalb des Ringkryostats gelagert. Dies wird beispielsweise durch ringförmig an der Welle 8 angebrachte Permanentmagnete 22 und einen an der Innenwand des Ringkrystats angebrachten, passend gepinnten Supraleiter 23 erreicht. Bevorzugt ist die Kopplung zwischen der Magneteinrichtung 7 und der Supraleitereinrichtung 6 derart, dass die Welle 8 in axialer Richtung nachgeben und/oder schwingen kann - also beispielsweise derart, dass eine axiale Bewegung der Welle 8 relativ zum Stator 1 ermöglicht wird. Bevorzugt sind an der Innenwand des Ringkryostaten Spulen der Spulenanordnung 15 angebracht, durch die die Welle 8 zusammen mit der Strömungselement-Anordnung 3 angetrieben werden kann. Optional sind zwei Strömungselement-Anordnungen 3A, 3B an zwei gegenüberliegenden Seiten des Kryostaten 24 vorhanden. Eine solche Lagerung kann insbesondere bei einer Ausführung der Strömungsmaschine 30 als Windkraftanlage zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades und/oder einer Vereinfachung der Wartung führen.Furthermore, a floating shaft 8 with a flow element arrangement 3 fastened thereto and with permanent magnets 22 can be provided, as is the case in the third embodiment. In this variant, the shaft 8 is mounted in a floating manner inside the ring cryostat. This is achieved, for example, by means of permanent magnets 22 attached in a ring to the shaft 8 and a suitably pinned superconductor 23 attached to the inner wall of the ring crystal. The coupling between the magnet device 7 and the superconductor device 6 is preferably such that the shaft 8 can yield and/or oscillate in the axial direction—for example, such that an axial movement of the shaft 8 relative to the stator 1 is made possible. Coils of the coil arrangement 15 are preferably attached to the inner wall of the ring cryostat, by means of which the shaft 8 can be driven together with the flow element arrangement 3 . Optionally, two flow element assemblies 3A, 3B are present on two opposite sides of the cryostat 24. Such a bearing can lead to an improvement in efficiency and/or a simplification of maintenance, particularly when the turbomachine 30 is designed as a wind power plant.

Bevorzugt kann bei einer, mehreren oder sämtlichen der vorgenannten Ausführungsformen die Strömungsmaschine werkzeuglos auseinandergebaut und/oder werkzeuglos zusammengebaut werden. Insbesondere ist die Strömungselement-Anordnung 3, die Strömungselemente 4, die Welle 8 und/oder der Rotor 2 werkzeuglos anbringbar und/oder werkzeuglos abnehmbar.In one, several or all of the aforementioned embodiments, the turbomachine can preferably be disassembled without tools and/or assembled without tools. In particular, the flow element arrangement 3, the flow elements 4, the shaft 8 and/or the rotor 2 can be attached and/or removed without tools.

Claims

Flow machine (10, 20, 30, 40, 50, 60), which is designed as a fan or as a wind power plant, comprising a stator (1) and a rotor (2) which is rotatably mounted relative to the stator (1), the rotor (2 ) has a flow element arrangement (3) which has a plurality of flow elements (4) designed as rotor blades, wings and/or vanes, further comprising a transmission line for transmitting a rotary movement (5) from and/or to the flow elements (4), characterized by a coupling device effective in the transmission line, which comprises a superconductor device (6) and a magnet device (7) and provides a contactless force-transmitting coupling between the superconductor device (6) and the magnet device (7) for the storage and/or transmission of the rotary movement (5). .

Turbomachine (10, 20, 30, 40, 50, 60) according to claim 1 , whereby the contactless force-transmitting coupling is based on a flux pinning effect.

Flow machine (10, 40) after claim 1 or 2 , wherein the transmission train comprises a shaft (8) and the coupling device is designed to mount the flow elements (4) on the shaft (8) in a non-contact, non-rotatable manner by means of the contactless force-transmitting coupling and the rotary movement (5) between the shaft (8) and the To transmit flow elements (4) without contact.

Turbomachine (20, 30, 40, 50, 60) according to a preceding claim, wherein the coupling device is designed to mount the rotor (2) so that it can rotate contactlessly relative to the stator (1) by means of the contactlessly force-transmitting coupling.

Flow machine (30) after claim 4 , wherein the transmission line comprises a shaft (8) to which the flow element arrangement (3) is coupled in a torque-proof manner and which extends into an opening (11) of the superconductor device (6).

Flow machine (30) after claim 5 , wherein the shaft (8) extends through the opening (11) of the superconductor device (6) and the flow element arrangement (3) is a first flow element arrangement located on a first side (12) of the opening (11) ( 3A), and the flow machine (30) further comprises a second flow element assembly (3B) located on a second side (14) of the opening (11) opposite the first side (12) and non-rotatable with the shaft (8). is coupled.

Flow machine (50, 60) after claim 1 or claim 2 , wherein the coupling device is designed to mount the flow elements (4) in a contactless, rotatable manner directly on the stator (1) by means of the contactless force-transmitting coupling.

Flow machine (50, 60) after claim 7 , wherein the stator (1) comprises a coil arrangement (15) and is designed to generate a magnetic field with the coil arrangement (15) in order to cause the flow element arrangement (3) to rotate (5).

Flow machine (50) after claim 7 or 8th , wherein the flow elements (4) are arranged axially in front of the superconductor device (6).

Flow machine (60) after claim 7 or 8th , wherein the flow elements (4) relative to the superconductor device (6) are offset radially outwards and distributed around the superconductor device (6).