DE10206229C1 - Transportstrom-Transformator, Flusspumpe und Verfahren zu deren Betreiben - Google Patents

Abstract

Der Transport-Strompuls, der in einen HTS-Ring oder mehrere elektrisch miteinander verbundene HTS-Ringe über elektrische Kontakte eingekoppelt wird, wird in einer Cu-Wicklung erzeugt, die zusammen mit den HTS-Ring-Segmenten eine geschlossene Leiterschleife bilden. Der Transport-Strompuls wird dabei in der Cu-Wicklung durch einen Magnetfeld-Puls induziert, welcher von einer Cu-Spule erzeugt wird. Die Anordnung aus Cu-Spule und Cu-Wicklung fungiert somit als eisenfreier Transformator und ermöglicht eine deutliche Erhöhung des Transport-Strompulses. DOLLAR A Um auch die für etliche besonders aussichtsreiche Anwendungen benötigten HTS-Schleifen (Ringe oder Polygone) mit Durchmessern von 15-50 cm bis in den Feldbereich von >= 5 T aufmagnetisieren zu können, wird der obige gepulste Aufmagnetisierungsprozess mit einer Fluss-Pumpe kombiniert. Der in einem zunächst gepulst aufmagnetisierten Ring kleinerer Abmessungen eingefrorene magnetische Fluss wird unter Verwendung zweier Schalter sukzessive in eine HTS-Schleife größerer Abmessung transferiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufmagnetisierungseinrichtung, ei­ nen Transportstrom-Transformator, eine Flusspumpe und Verfah­ ren zum Aufmagnetisieren eines hochtemperatursupraleitenden (HTS-)Kryomagneten.

Hochstromtragfähiges HTS-Massivmaterial kann als Kryomagnet eingesetzt werden. Solange es nach Aufmagnetisierung auf Be­ triebstemperatur gehalten wird, wirkt es als Permanentmagnet. Eingefrorene Felder von inzwischen < 16 T bei 20 K oder 3,3 T bei 77 K sind so bereits nach Aufmagnetisierung durch große supraleitende Magnetspulen demonstriert worden. Die Aufmagne­ tisierung von hochstromtragfähigem HTS-Formkörpern kann, wenn diese z. B. in einer elektrischen Maschine eingebaut werden, nicht mit einer großen supraleitenden Spule erfolgen, sondern muss im eingebauten Zustand durch gepulste Aufmagnetisierung erfolgen. Eine ausführlichere Darstellung des Sachverhaltes findet sich in der DE 100 33 869.

Dort besteht aber noch folgende Problematik:
Damit der Transport-Strompuls nennenswert zur Aufmagnetisie­ rung beitragen kann, muss wegen der hohen kritischen Strom­ dichten bei dem HTS-Leiter entweder der Leiterquerschnitt der Ring-Segmente entsprechend klein gewählt werden oder es muss eine sehr leistungsfähige Stromquelle verwendet werden. Erste­ res bereitet wegen Mikrorissbildungen und Inhomogenitäten im HTS-Material technologische Probleme. Zweiteres bedeutet be­ trächtliche Kosten, die die Vermarktungsaussichten reduzieren.

Bis heute hat sich die Erkenntnis weiter verfestigt, dass für mehrere, besonders aussichtsreiche Anwendungen HTS-Schleifen, Ringe oder Polygone, mit Durchmessern von 15-50 cm benötigt werden und diese in ihrem Inneren ein Feld von ≧ 5 T erzeugen sollten. Dies erhöht nochmals deutlich die Anforderungen an den Aufmagnetisierungsprozess, d. h. entsprechend leistungsfä­ hige gepulste Stromquellen würden beträchtliche Kosten verur­ sachen. Bzgl. der Herstellung von wohltexturiertem HTS-Mate­ rial solcher Abmessungen zeichnen sich inzwischen Lösungen ab.

Damit ist die Aufgabe beschrieben, die der Erfindung zugrunde liegt.

Die Aufgabe wird einerseits mit einem Transportstrom-Transfor­ mator gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 31 und 32, andrerseits mit einer baulichen Erweiterung dazu, der Flusspumpe, nach Anspruch 15 und einem Verfahren nach Anspruch 38 und 39 gelöst.

Der Transportstrom-Transformator zum Aufmagnetisieren eines HTS-Kryomagneten besteht aus mindestens einer an ein Netzgerät anschließbaren Spule C_S aus elektrisch normalleitendem Mate­ rial. Mit ihr wird durch entsprechende Bestromung ein gepuls­ tes Magnetfeld vorgegebenen zeitlichen Verlaufs und vorgegebe­ ner Feldstärke erzeugt. Weiter gibt es mindestens eine Wick­ lung C_W aus zumindest teilweise elektrisch normalleitendem Ma­ terial. Die Wicklung C_W ist mit der der Spule C_S magnetisch derart gekoppelt ist, dass zwischen beiden eine eisenfreie transformatorische Kopplung besteht. D. h. die Spule C_S und die Wicklung C_W sitzen auf der gemeinsamen Magnetfeldachse unter Berücksichtigung des aufzumagnetisierenden Kryomagneten R1 so nahe beisammen, dass der Streufluss auf das konstruktiv mögli­ che Minimum beschränkt wird und damit bei der Bauform der größtmögliche Nutzfluss zustande kommt. Der Streufluss wird sich nie völlig unterbinden lassen. Da in der Wicklung C_W ein hoher Strom, im allgemeinen eine höherer als in der Spule C_S, für die Aufmagnetisierung fließen muss, wird der Strom hoch­ transformiert, zumindest aber 1 : 1 übersetzt. Bei bisherigen Untersuchungen wurden Windungsverhältnis von n_CS : n_CW < 5 : 1 eingerichtet (Anspruch 2).

Weiter besteht der Transportstrom-Transformator aus dem aufzu­ magnetisierenden HTS-Element R1. Dieser besteht aus einem Formkörpers aus supraleitendem Material, der wiederum aus m gestapelten Ringscheiben aufgebaut ist. Jede Ringscheibe ist selber aus n in einer Ebene liegenden, kreisring- oder poly­ gonringförmigen Leiterelementen aus supraleitendem Material. Die jeweilige Achse der mn Leiterelemente liegt auf einer Ge­ raden, der Achse der Anordnung. (m und n sind natürliche Zah­ len und jeweils ≧ 1.) An jedem der mn Leiterelemente des HTS- Kryomagneten sitzen zwei Kontaktstellen K, über die das jewei­ lige Leiterelement bestromt werden kann.

Es gibt elektrische Verbindungen V, die die Wicklungen C_W über zwei Kontaktstellen K mit jeweils mindestens einem der mn Lei­ terelemente des HTS-Kryomagneten elektrisch so verbinden, dass sich dadurch elektrisch geschlossene Leiterschleifen bilden. Diese sind aber nicht supraleitend geschlossen.

Die mn Leiterelemente sind aus supraleitendem Material aus der Klasse der SE₁Ba₂Cu₃O_x-Hochtemperatur-Supraleiter, kurz: 123- HTS. SE steht für das chemische Element Y oder ein Seltene Erde Metall oder einer Mischung aus diesen. Diesem Material können die Stromtragfähigkeit erhöhende chemische Additive zu­ gegeben sein. Die kristallographische c-Achse des 123-HTS-Ma­ terials jedes der n Leiterelemente einer Scheibe weicht maxi­ mal 10 Grad von der Achse der Scheibe ab. Die mn Leiterelemen­ te sind aus einem oder mehreren 123-HTS-Formkörpern herge­ stellt. Bei der Verwendung mehrerer Formkörper sind diese durch supraleitende Verbindungen auf der Basis eines 123-HTS' mit niedrigerer peritektischer Temperatur mechanisch und sup­ raleitend miteinander verbunden, und die kristallographischen a-b-Gitterkreuze der 123-HTS- und 123-HTS'-Materialien sind in der Scheibenebene um maximal 10° gegeneinander verdreht.

Die Varianten des Aufbaus der Ringscheiben aus hochtemperatur­ supraleitendem Material ist in der DE 100 33 869 ausführlich beschrieben und in der Zeichnung dazu dargestellt.

Anspruch 31 beschreibt das Verfahren zum gepulsten Aufmagneti­ sieren nur über den Transportstrom eines unterhalb der supra­ leitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryomagneten in einem Transportstrom-Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 7 sowie 10, 13 und 14. Die aus den Wicklungen (C_W) und den Lei­ terelementen gebildeten geschlossenen Leiterschleifen werden über die normalleitende Spule (C_S) einem Magnetfeld-Puls H_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt, der in den Leiterschleifen jeweils einen Transportstrompuls I_puls indu­ ziert, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnet­ felds zunächst ansteigt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max wieder abnimmt.

Der Transportstrompuls I_puls, der dem jeweiligen Leiterelement über die eine seiner beiden Kontaktstellen zugeführt wird, teilt sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teilströ­ me I₁ und I₂ auf, welche über die beiden unterschiedlich langen Arme des ringförmigen Leiterelements zur zweiten Kontaktstelle fließen und durch die unterschiedliche Länge der beiden Arme eine Stromasymmetrie I₁ ≠ I₂ hervorrufen.

Der Magnetfeldpuls H_puls und der über die induktive Kopplung der Wicklungen (C_W) an die Spule (C_S) erzeugte Transportstrompuls I_puls werden dabei so gewählt, dass während eines zeitlichen In­ tervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindestens der größere Teilstrom I₁ in die Nähe des kritischen Stromes I_c des jeweiligen Leiterelements kommt oder diesen übersteigt.

Die n Leiterelemente einer Ringscheibe werden geometrisch so elektrisch miteinander verbunden werden, dass der in jedes der n Leiterelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine sol­ che Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teil­ strom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiter­ elementen die gleiche Richtung hat und die in die m Ringschei­ ben eingespeisten Transportstrompulse I_puls so gewählt werden, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrom­ pulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in allen m Ring­ scheiben die gleiche Richtung hat.

Das Verfahren (Anspruch 32) zum gepulsten Aufmagnetisieren über den Transportstrom und zusätzlich einem Magnetfeld des unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryomagneten in dem Transportstrom-Transformator läuft nach folgenden Schritten ab:
Das HTS-Element R1 wird über die normalleitende Spule C_S dem Magnetfeldpuls H_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt, der in den Leiterelementen jeweils einen Ringstrom I_ind induziert, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnetfelds das Leiterelement zumindest teilweise gegen das Eindringen von magnetischem Fluss abschirmt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max seine Polarität umkehrt. Gleichzeitig wer­ den die aus den Wicklungen C_W und den Leiterelementen gebilde­ ten geschlossenen Leiterschleifen über die normalleitende Spule C_S demselben Magnetfeldpuls H_puls ausgesetzt. Dieser indu­ ziert in den Leiterschleifen jeweils den Transportstrompuls I_puls, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnet­ felds zunächst ansteigt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max wieder abnimmt. Der Transportstrompuls I_puls, der dem jeweiligen Leiterelement über die eine seiner beiden Kontaktstellen zuge­ führt wird, teilt sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teilströme auf, welche über die beiden unterschiedlich langen Arme des ringförmigen Leiterelements zur zweiten Kon­ taktstelle fließen. Die Polarität des Pulses I_puls wird so ge­ wählt, dass das Zusammenwirken der beiden Pulse I_puls und I_ind zu einer Stromverteilung I₁ ≠ I₂ in den beiden Armen des ringför­ migen Leiterelements führt. Der Teilstrom I₁, der aus dem Zu­ sammenwirken der beiden Ströme I_puls und I_ind resultiert und in dem kürzeren Arm fließt, besitzt die gleiche Polarität wie der während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke induzierte Ring­ strom I_ind. Während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke ist die­ ser größer ist als der Teilstrom I₂, der in dem zweiten, länge­ ren Arm des ringförmigen Leiterelements fließt.

Der Magnetfeldpuls H_puls und der über die induktive Kopplung der Wicklungen C_W an die Spule (C_S) erzeugte Transportstrompuls I_puls werden so gewählt, daß während eines zeitlichen Intervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindestens der Teilstrom I₁ in die Nähe des kritischen Stromes I_c des jeweiligen Leiter­ elements kommt oder diesen übersteigt.

Die n Leiterelemente einer Ringscheibe werden geometrisch so elektrisch miteinander verbunden, dass der in jedes der n Lei­ terelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in allen n Leiterelementen die gleiche Richtung hat. Das Magnetfeld H_puls und die in die m Ringscheiben eingespeisten Transportstrompulse I_puls werden so gewählt werden, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in al­ len m Ringscheiben die gleiche Richtung hat.

Die Flusspumpe zum Aufmagnetisieren des hochtemperatursupra­ leitenden (HTS-)Kryomagneten (Anspruch 15) besteht aus mindes­ tens der an ein Netzgerät anschließbaren Spule C_S aus elekt­ risch normalleitendem Material. Mit ihr wird das gepulste Mag­ netfeld vorgegebenen zeitlichen Verlaufs und vorgegebener Feldstärke erzeugt. Weiter besteht sie aus mindestens einer Wicklung C_W aus zumindest teilweise elektrisch normalleitendem Material. Die Wicklung C_W ist mit der Spule C_S magnetisch der­ art gekoppelt ist, dass zwischen beiden eine eisenfreie trans­ formatorische Kopplung besteht. Über den streuflussarmen Auf­ bau gilt das schon oben zum Transportstrom-Transformator in den Ansprüchen 1 und 2 Gesagte.

Die Flusspumpe besteht weiter aus dem ersten HTS-Element R1. Er ist ein Formkörpers aus supraleitendem Material und aus m gestapelten Ringscheiben aufgebaut. Jede Ringscheibe ist aus n in einer Ebene liegenden, kreisring- oder polygonringförmigen Leiterelementen aus supraleitendem Material. Die jeweilige Achse der mn Leiterelemente liegt auf einer Geraden, der Achse der Anordnung. (m und n sind natürliche Zahlen jeweils ≧ 1.) Jedes der mn Leiterelemente des ersten HTS-Elements R1 hat zwei Kontaktstellen K, über die das jeweilige Leiterelement bestromt werden kann.

Weiter gibt es elektrische Verbindungen V, die die Wicklungen C_W über zwei Kontaktstellen K mit jeweils mindestens einem der mn Leiterelemente des HTS-Elements R1 elektrisch so verbinden, dass sich dadurch elektrisch geschlossene Leiterschleifen bil­ den. Diese sind aber nicht supraleitend geschlossen.

Die Flusspumpe hat schließlich den zweiten, eigentlich aufzu­ magnetisierenden HTS-Element R2 auf der Basis eines Formkör­ pers aus supraleitendem Material. Er besteht aus m gestapelten geschlossenen Leiterelementen. Die Flächensenkrechten dieser planaren Leiterelemente und die Achse der Anordnung des ersten HTS-Elements R1 verlaufen parallel. Mindestens eine lineare Abmessung der planaren Leiterelemente von R2 übertrifft den Scheibendurchmesser von R1.

An jeweils mindestens einem Leiterelement der m Ringscheiben des ersten HTS-Elements R1 ist ein Schalter S1, mit dem ein Teilbereich des Leiterelements gezielt normalleitend gemacht und damit die geschlossene supraleitende Leiterschleife des­ selben geöffnet oder geschlossen werden kann. Es gibt einen zweiter Schalter (S2) an jedem der m Leiterelemente des zwei­ ten HTS-Elements R2. mit dem ein Teilbereich des Leiterele­ ments gezielt normalleitend gemacht und damit die geschlossene supraleitende Leiterschleife desselben geöffnet oder geschlos­ sen werden kann.

Es gibt m HTS-Stromzuführungen und -rückführungen vom jeweils einer Scheibe des ersten Elements R1 zu jeweils einem Leiter­ element des zweiten HTS-Elements R2, so dass dadurch jeweils ein umschlossenes Gebiet R3 besteht. Damit beinhaltet die Lei­ terschleife des umschlossenen Gebietes R3 jeweils einen Teil­ bereich der HTS-Elemente R1 und R2. Jeder kann durch den zuge­ hörigen Schalter S1 und S2 normalleitend geschaltet werden.

Die mn Leiterelemente des ersten HTS-Elements R1 sowie die m Leiterelemente des zweiten HTS-Elements (R2) sind aus supra­ leitendem Material aus der Klasse der SE₁Ba₂Cu₃O_x Hochtempera­ tur-Supraleiter, 123-HTS. (Siehe gleiche Erläuterungen oben an entsprechender Stelle zum Transportstrom-Transformator.)

Das Verfahren zum gepulsten Aufmagnetisieren (Anspruch 32) des unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen HTS-Elements R2 mit der Flusspumpe läuft zunächst nach dem für den Transportstrom-Transformator beschriebenen ab, d. h. zur Aufmagnetisierung des ersten HTS-Elements R1. Daran schließen sich die weitern Schritte an:
Nachdem die Aufmagnetisierung durchgeführt wurde, wird oder werden der oder die Schalter S1 geöffnet. Dadurch dringt mag­ netischer Fluss aus dem ersten HTS-Elements R1 in das oder die Gebiete R3 ein. Frühestens nachdem der magnetische Fluss im erweiterten Gebiet R3 einen stationären Zustand erreicht hat, wird oder werden der oder die Schalter (S1) wieder geschlos­ sen. Dann wird oder werden der oder die Schalter (S2) geöff­ net. Jetzt dringt magnetischer Fluss aus dem oder den Gebieten R3 in das HTS-Element R2 ein. Ebenfalls frühestens nachdem der magnetische Fluss im HTS-Element R2 einen stationären Zustand erreicht hat, wird oder werden der oder die Schalter S2 wieder geschlossen. Dieser grundsätzliche Verfahrensablauf oder voll­ ständige Zyklus wird so oft wiederholt, bis der im HTS-Element R2 eingeschlossene magnetische Fluss einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

In den Unteransprüchen 3 bis 14 sind weitere Ausgestaltungen beschrieben, die von Fall zu Fall nützlich für den Transport­ strom-Transformator sind:
So können nach Anspruch 3 mn Wicklungen C_W verwendet werden und sind mn Leiterelemente jeweils separat an eine der mn Wicklun­ gen C_W angeschlossen.

Oder nach Anspruch 4 werden m Wicklungen (C_W) verwendet, und die n Leiterelemente einer Scheibe sind elektrisch hinterein­ ander geschaltet. Die elektrische Verbindung kann normal- oder supraleitend ausgeführt sein. Die Zuleitung ist am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder umgekehrt angeschlossen.

Oder nach Anspruch 5 wird nur eine einzige Wicklung C_W verwen­ det. Die n Leiterelemente einer Scheibe sind elektrisch hin­ tereinander geschaltet. Diese elektrische Verbindung ist nor­ malleitend oder supraleitend ausgeführt. Die Zuleitung am äu­ ßeren Leiterelement sowie die Ableitung ist am inneren oder umgekehrt angeschlossen. Die m Scheiben liegen elektrisch in Reihe zueinander liegen.

Schließlich sind nach Anspruch 6 die zwei Kontaktstellen K zur Zu- und Ableitung des Transportstromes I_puls an jedem der mn Leiterelemente des HTS-Elements R1 so angeordnet sind, dass die Verbindungsstrecke zwischen den beiden Kontaktstellen eine Länge von maximal 35% des gesamten Umfangs des Leiterelements besitzt.

Anspruch 7 spezifiziert die Wicklung/en C_W weiter, sie sind ebene spiralige Wicklungen. Nach Anspruch 8 sind die Wicklun­ gen C_W und die m Ringscheiben des HTS-Elements R1 gestapelt an­ geordnet und die Wicklung/en C_W sowie das HTS-Element R1 wird/werden von der/n Spule C_S umschlossenen.

Nach Anspruch 9 liegen die jeweilige Magnetfeldachse der Spule/n C_S, der Wicklung/-en C_W und des HTS-Elements R1 auf ei­ ner gemeinsamen Achse.

Für die in den Ansprüchen 3-7 Ausgestaltungen kann/können die Spule/n C_S ebene spiralige Wicklung/en sein (Anspruch 10). Da­ bei sind nach Anspruch 11 die Wicklung/en C_W, die m Ringschei­ ben des HTS-Elements R1 und die Spule/n C_S gestapelt angeord­ net. Damit liegt nach Anspruch 12 die jeweilige Magnetfeldach­ se der Spule/n C_S, der Wicklung/en C_W und des HTS-Elements R1 auf einer gemeinsamen Achse.

Bei der Ausgestaltung nach den Ansprüchen 3-7 sowie 10 sind die Wicklung/en C_W und die Spule/n C_S gestapelt angeordnet und die m Ringscheiben des HTS-Elements R1 sitzen hierzu seitlich versetzt, d. h. sind außerhalb (Anspruch 13). Hierbei sitzen die Magnetfeldachse der Spule/n C_S und der Wicklung/en C_W eben­ falls auf einer gemeinsamen Achse (Anspruch 14).

Für das Verfahren zur Aufmagnetisierung mit dem Transport­ strom-Transformator werden je nach dem die in den Ansprüchen 33 bis 37 beschriebenen Verfahrensschritte noch durchgeführt:
So kann nach Anspruch 33 jedes der mn Leiterelemente des HTS- Elements R1 jeweils von einer einzigen Wicklung C_W bestromt werden.

Nach Anspruch 34 können jeweils die n Leiterelemente der m Scheiben des HTS-Elements R1 hintereinander geschaltet und diese gemeinsam jeweils von einer einzigen Wicklung C_W bestromt werden.

Die jeweils n Leiterelemente der m Scheiben des HTS-Elements R1 können nach Anspruch 35 hintereinander geschaltet werden. Die m Scheiben liegen elektrisch in Reihe zueinander. Dadurch werden alle mn Leiterelemente gemeinsam von einer einzigen Wicklung C_W bestromt.

Durch diese Schritte wird durch mehrfache Wiederholung dieses gepulsten Aufmagnetisierungsprozesses der in den HTS-Elements R1 eingebrachte remanente magnetische Fluss schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht (Anspruch 36). Schließlich ist von Vorteil, wenn nach Anspruch 37 die Be­ triebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungsschritt weiter abgesenkt wird.

Die Flusspumpe hat noch die eine oder andere modifizierte Aus­ gestaltung. Diese sind in den Unteransprüchen 17 bis 30 aufge­ führt:
Nach Anspruch 17 hat die Flusspumpe mn Wicklungen C_W und die mn Leiterelemente sind jeweils separat an eine der mn Wicklungen C_W angeschlossen.

Die Flusspumpe hat nach Anspruch 18 nur m Wicklungen C_W. Die n Leiterelemente einer Ringscheibe sind elektrisch hintereinan­ der geschaltet. Diese elektrische Verbindung können normallei­ tend oder supraleitend ausgeführt sein und die Zuleitung ist am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder umgekehrt angeschlossen.

Oder nach Anspruch 19 gibt es nur eine einzige Wicklung C_W. Die n Leiterelemente einer Ringscheibe sind elektrisch hinterein­ ander geschaltet. Diese elektrische Verbindung kann normallei­ tend oder supraleitend ausgeführt sein und die Zuleitung ist am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder umgekehrt angeschlossen. Die m Ringscheiben liegen elektrisch in Reihe zueinander liegen.

Nach Anspruch 20 schließlich sind die zwei Kontaktstellen K zur Zu- und Ableitung des Transportstromes I_puls an jedem der mn Leiterelemente des HTS-Elements R1 so angeordnet sind, daß die Verbindungsstrecke zwischen den beiden Kontaktstellen eine Länge von maximal 35% des gesamten Umfangs des Leiterelements besitzt.

Nach Anspruch 22 sind die Spule/n C_S und nach Anspruch 21 die Wicklung/en C_W ebene spiralige Wicklungen.

Die Schalterabschnitte S1 und S2 im HTS-Material des jeweili­ gen Kryomagneten werden durch Wärmekontakt zu einer Heizwick­ lung oder durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle lokal über die Betriebstemperatur T des HTS-Materials erwärmt (Anspruch 23).

Oder nach Anspruch 24 werden sie eine unmittelbar benachbarte Spulenwicklung lokal einem erhöhten magnetischen Feld ausge­ setzt.

Sie sind nach Anspruch 25 im Querschnitt flacher als das üb­ rige HTS-Material des jeweiligen Kryomagneten.

Nach Anspruch 26 ist an jedem der mn Leiterelemente der m Ringscheiben des ersten HTS-Elemennts R1 ein Schalter S1 ange­ bracht, wobei jeweils das äußerste ringförmige Leiterelement zur Leiterschleife des umschlossenen Gebietes R3 beiträgt.

Die drei Komponenten: die Wicklung/en C_W, die m Ringscheiben des HTS-Elements R1 und die Spule/n C_S sind nach Anspruch 27 gestapelt angeordnet.

Die jeweilige Magnetfeldachse der Spule/n C_S, der Wicklung/-en C_W und des HTS-Elements R1 liegen auf einer gemeinsamen Achse (Anspruch 28).

In den Ausgestaltungen nach den Ansprüchen 18-28 zeichnet sich die Flusspumpe dadurch aus, dass die Wicklungen C_W und die Spule/n C_S gestapelt angeordnet sind und die m Ringscheiben des HTS-Elements R1 dazu seitlich versetzt angeordnet sind (Anspruch 29). Aber auch hier liegen die jeweilige Magnetfeld­ achse der Spule/n C_S und der Wicklung/en C_W auf einer gemeinsa­ men Achse (Anspruch 30).

Das Verfahren zum Betreiben der Flusspumpe kann noch durch die in den Unteransprüchen 39 bis 44 angegeben Schritten modifi­ ziert werden:
So kann nach Anspruch 40 jedes der mn Leiterelemente des HTS- Elements R1 jeweils von einer einzigen Wicklung C_W bestromt werden.

Nach Anspruch 41 werden jeweils die n Leiterelemente der m Scheiben des HTS-Elements R1 hintereinander geschaltet und werden gemeinsam jeweils von einer einzigen Wicklung C_W bestromt.

Nach Anspruch 42 werden die n Leiterelemente der m Scheiben des HTS-Elements R1 hintereinander geschaltet. Die m Ring­ scheiben liegen elektrisch in Reihe zueinander und dadurch werden alle mn Leiterelemente gemeinsam von einer einzigen Wicklung (C_W) bestromt.

Um die vorgegebene Magnetisierung des HTS-Elements R2 zu er­ reichen, wird nach den Ansprüchen 43 und 44 das Flusspumpen in seinem Grundzyklus so lange wiederholt, bis diese erreicht ist, hierbei kann nach Erreichen gewisser magnetischer Zwi­ schenwerte auch die Betriebstemperatur immer wieder weiter ab­ gesenkt werden.

Mit dem Transportstrom-Transformator und dem Betriebsverfahren dazu als auch mit der Flusspumpe und ihrem Betriebsverfahren sind höhere eingefrorene magnetische Felder auch mit einer kostengünstigen und platzsparenden gepulsten Aufmagnetisierung erzielbar.

Im folgenden wird die Erfindung anhand zweier Anordnungen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, näher erläu­ tert. Da der Transportstrom-Transformator Bestandteil der Flusspumpe ist, zeigt die Zeichnung den Aufbau der Flusspumpe in zwei Modifikationen.

Es zeigen:

Fig. 1 die symmetrische Anordnung,

Fig. 2 die asymmetrische Anordnung,

Fig. 3 die Seiten- und Draufsicht mit eingebetteter Spule C_S,

Fig. 4 die Seitenansicht einer Mehrfachanordnung,

Fig. 5 die Seitenansicht einer Mehrfachanordnung mit seitlich herausgezogenem HTSL-Bereich,

Fig. 6 den Schalterbereich S1 mit Heizwicklung,

Fig. 7 den strahlungs-/lichterwärmten Schalterbereich S1.

Eine einfache, symmetrisch aufgebaute Ausführungsform der Ein­ richtung zum Aufmagnetisieren ist in Fig. 1 schematisch in Draufsicht dargestellt. Das grauschattierte, teilweise ver­ deckte Quadrat stellt die Spule C_S dar, die hier eine Spiral­ spule ist. Diese Spule C_S ist an ein in der Figur nicht ange­ deutetes/dargestelltes Netzgerät angeschlossen, mit dem es mit dem vorgegeben Strompuls zur Erzeugung des entsprechend ge­ pulsten magnetischen Feldes zur magnetischen Kopplung der Kup­ ferwicklung C_W bestromt wird. Die Wicklung C_W liegt unmittelbar an der Spule C_S, beide Magnetfeldachsen fallen zusammen, so dass eine gute transformatorische mit wenig Streufluß versehe­ ne Kopplung zustande kommt. Die Wicklung C_W liegt in der Fig. 1 unterhalb der Spule C_S. Eine gestapelte Anordnung mit oben­ liegender Wicklung CW ist aus Fig. 3 zu ersehen. Die Trans­ portstrom-Zu- und Abführung V von der Wicklung C_W zur supra­ leitenden Ringstruktur R1, dem HTS-Element R1, für den durch die in der Wicklung C_W induzierte Spannung getriebenen Trans­ portstrom I_Trans ist durch den in der Fig. 1 linken schwarzen Pfeil angedeutet. Klarer geht dies durch die die Spule C_S umge­ hende Brücke in Fig. 3 am rechten Bildbereich hervor. Diese Transportstrom-Zu- und Abführung V mündet in der ersten Ring­ struktur R1 im Kontaktbereich K an derselben. Dadurch gibt es eine geschlossene Leiterschleife aus der Wicklung CW und Ring­ struktur R1, notwendig, um den Transportstrom I_Trans in die Struktur R1 einzukoppeln, wozu dann diese sich unterhalb der Sprungtemperatur T_c befinden muss. Die Ringstruktur R1 besteht hier aus einem einzelnen HTS-Leiterelement, einem geschlosse­ nen, hier rechteckig angedeuteten Ring aus supraleitendem Ma­ terial. In diesem Aufbau liegt die Spule CS zwischen der Wick­ lung CW und der Ringstruktur R1 zur möglichst streuarmen An­ kopplung koaxial, wie in einem Sandwich, eng eingebettet.

Fig. 3 zeigt den eben beschrieben Aufbau zur leichten Erfas­ sung durch die Seitenansicht von oben und die Draufsicht von unten, untereinander angeordnet. Nach links aus der Figur hin­ aus schließt sich die Ringstruktur R3, der supraleitende Transferbereich R3, an, die mit der Ringstruktur R1 einen ge­ meinsamen, den in der Fig. 3 links gerade noch sichtbaren Be­ reich hat. Der Transferbereich R3 hat in seinem Ringverlauf zwei Schalter S1 und S2 eingebaut, S1 liegt im gemeinsamen Be­ reich von R1 und R3, S2 in dem von R3 und der sich in der Fig. 1 nach unten anschließenden Ringstruktur R2. Beide Schal­ ter S1 und S2 sind in dem Sinne Schalter, als bei supraleiten­ den Temperaturbedingungen eine schmale, die Ringstruktur durchschneidende Zone durch äußere Einwirkung in den Bereich niedrigerer kritischer Stromdichte versetzt werden kann. Bei Wegnahme dieser Einwirkung fällt dieser Bereich in den supra­ leitenden Zustand zurück. Anders ausgedrückt: an diesen beiden Stellen besteht ein höherer Spannungsabfall, es könnte sogar ein Quench provoziert werden, wenn energetisch ohne Zerstörung beherrschbar.

An den Transferbereich R3 schließt sich in der Fig. 1 nach unten die große Ringstruktur R2 an, die mit dem Transferbe­ reich einen gemeinsamen Leiterbereich hat, in dem der Schalter S2 über den dortigen Querschnitt hinweg wirken kann. Die Ring­ struktur R2 ist der eigentlich aufzumagnetisierende Kryomag­ net, d. h. der Nutzteil der gesamten kryomagnetischen Anord­ nung. Sie besteht aus einem einzelnen HTS-Leiterelement, also zusammenhängendem HTS-Material.

Die Schalter S1 und S2 sind lokale Erwärmungseinrichtungen um den dortigen Querschnitt des Supraleiters. Mit den beiden Schaltern S1 und S2 wird zwischen zwei elektrischen Leitzu­ ständen, dem supraleitenden und dem normalleitenden gesprun­ gen. Hierzu muß sich die gesamte Supraleiteranordnung unter­ halb der Sprungtemperatur T_c befinden, da mit dem jeweiligen Schalter S1, S2 der Schalterbereich aktiv nur in den normal­ leitenden Zustand übergeführt werden kann, d. h. bei nicht Er­ wärmen fällt das schalterumfasste Gebiet in den supraleitenden Zustand zurück.

Fig. 6 zeigt als Schalter S die um das gemeinsame Gebiet der Ringstrukturen R1 und R3 geschlungene Heizwicklung, die über eine Zuleitung von außen her bestromt wird. Die lokale Erwär­ mung muss nur geringfügig über die jeweilige Betriebstempera­ tur gehen, da bereits dann wegen der dann abnehmenden kriti­ schen Stromdichte j_C die supraleitende Kopplung unterbrochen wird, weil der Rückfall in den supraleitenden Zustand dort auch in kurzer Zeit erfolgen soll, andrerseits genügt beim lo­ kalen Quenchen ein zwar durchgehender aber schmaler Bereich. Die Heizwicklung muss isoliert vom Supraleiter gehalten wer­ den.

In Fig. 7 ist die Heizeinrichtung durch Lichtquellen verwirk­ licht, und zwar wird dasselbe gemeinsame Gebiet von R1 und R2 wie oben mit Licht beschienen. Hierzu erstreckt sich berüh­ rungslos ein lineares Array von LEDs über den Querschnitt zu­ mindest von oben, wie eingezeichnet, oder zusätzlich von un­ ten, um bei Beleuchtung schneller in den normalleitenden Zu­ stand zu kommen. Es kann auch ein Band aus Lichtleitern sein, an dessen außerhalb liegenden Ende die Lichtquelle sitzt, und dessen anderes Ende über den Supraleiterquerschnitt hinweg en­ det, ohne diesen unmittelbar zu berühren. Die Auswahl der Lichtquelle erfolgt nach Gesichtspunkten, wie Platzangebot und Wärmeeintrag über die die Zuführungen zu einer Heizwicklung erfolgen.

Die Einrichtung zum Aufmagnetisieren in einem komplexeren Auf­ bau ist in den Fig. 2 und 4 schematisch dargestellt. Hier ist die Spule C_S aus Kupfer nicht mehr eingebettet, sie umgibt jetzt die Windung C_W und die HTSL-Ringstruktur R1. Die gesamte Spule CS besteht hier auch aus vier Cu-Spulen, die sich zusam­ men mit drei Cu-Wicklungen CW und jeweils daran angeschlosse­ ner Ringstruktur R1 zugeordnet anordnen. Eine Cu-Spule Cs um­ gibt eine Wicklung CW komplanar und koaxial. Die jeweilige Transportstrom-Zu- und Abführung ist, wie oben für den Einzel­ fall beschrieben, ausgeführt. Die drei Gruppen jeweils aus Wicklung CW und angeschlossener Ringstruktur R1 stapeln sich gleichartig. Die in der Fig. 4 unten liegende, in die Umge­ bung exponierte Ringstruktur R1 wird noch von der vierten Cu- Spule Cs nach außen hin umgeben. Die gesamte Anordnung ist ko­ axial aufgebaut und zur guten transformatorischen, streufluss­ armen Kopplung zwischen der Cu-Spule C_S und zugeordneten Cu- Wicklung C_W dicht gepackt. In Fig. 2 ist der asymmetrische Aufbau dargestellt Der asymmetrische Aufbau ist wegen der häu­ fig erleichterten Fertigung der HTS-Strukturen zu favorisie­ ren, er unterscheidet sich in der Magnetisierungsphysik nicht von dem symmetrischen, hat daher nur technische Gründe. Die Schalter S1 und S2 aus den Fig. 6 und 7 sind wie im be­ schriebenen Einzeleinbau in eine Gruppe R1, R2, R3 der Fig. 1 und 3 in jeder der drei derartigen des komplexeren Aufbaus eingebaut. In Fig. 5 ist schließlich die Seitenansicht und Draufsicht der räumlichen Anordnung, bestehend aus vier Cu- Spulen CS und drei Cu-Wicklungen CW mit hier nur einer Win­ dung, sowie den drei Ringstrukturen aus jeweils einem einzigen Leiterelement, die hier seitlich versetzt sind. Die gesamte hochtemperatursupraleitende Bereich liegt außerhalb dem Be­ reich der Cu-Spulen. Die Transportstromzu- und -abführung ist jetzt jeweils gestreckt nach links in der Fig. 5. Diese Sand­ wich-Bauweise mit den drei herausgezogenen hochtemperatursup­ raleitenden Strukturen beginnt mit der Spule C_S und schließt auch mit einer solchen ab.

Der Vorgang des Aufmagnetisierens ist oben bei den Erläuterun­ gen zu den Ansprüchen ausführlich beschrieben. Im Ausführungs­ teil wurde daher nur noch die einfachste Einrichtung zum Flusspumpen beschrieben. Die am Schluss noch beschriebene, komplexere Einrichtung ist beispielhaft und soll nur den prin­ zipiellen Aufbau im Fall einer Vielfach- oder Parallelanord­ nung hervorheben und wie das Grundsätzliche darin eingebaut ist.

Claims (44)

1. Transportstrom-Transformator zum Aufmagnetisieren eines un­ terhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen hochtemperatursupraleitenden (HTS-)Kryomagneten, bestehend aus:
mindestens einer an ein Netzgerät anschließbaren Spule (C_S) aus elektrisch normalleitendem Material, zum Erzeugen eines gepulsten Magnetfelds vorgegebenen zeitlichen Verlaufs und vorgegebener Feldstärke,
mindestens einer Wicklung (C_W) aus zumindest teilweise elektrisch normalleitendem Material, die mit der/n Spule/n (C_S) magnetisch derart gekoppelt ist, dass zwischen beiden eine eisenfreie transformatorische Kopplung besteht,
dem HTS-Element (R1) auf der Basis eines Formkörpers aus supraleitendem Material, der aus m gestapelten Ringscheiben aufgebaut ist, wobei jede Ringscheibe aus n in einer Ebene liegenden, kreissegment- oder polygonsegmentförmigen, zu einem Ring zusammengeschlossenen Leiterelementen aus supra­ leitendem Material besteht, und die jeweilige Achse der um Leiterelemente auf einer Geraden, der Achse des HTS-Ele­ ments (R1) liegen, mit m und n als natürliche Zahlen je­ weils ≧ 1,
zwei Kontaktstellen (K) an jedem der mn Leiterelemente des HTS-Elements (R1), über die das jeweilige Leiterelement mit dem Transportstrom bestromt werden kann,
elektrischen Verbindungen (V), die die Wicklung (C_W) über zwei Kontaktstellen (K) mit jeweils mindestens einem der mn Leiterelemente des HTS-Kryomagneten elektrisch so verbin­ den, dass sich dadurch elektrisch geschlossene Leiter­ schleifen bilden, die aber nicht supraleitend geschlossen sind.

2. Transportstrom-Transformator zum Aufmagnetisieren nach An­ spruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahl der Windung (C_W) höchstens gleich der Windungszahl der unmit­ telbar auf sie einkoppelnden Spule (C_S) ist.

3. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mn Wicklungen (C_W) verwendet werden und die mn Leiterelemente jeweils separat an eine der mn Wicklungen (C_W) angeschlossen sind.

4. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass m Wicklungen (C_W) verwendet werden und die n Leiterelemente einer Ringscheibe elektrisch hinter­ einander geschaltet sind, diese elektrische Verbindung nor­ malleitend oder supraleitend ausgeführt sein kann und die Zuleitung am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder umgekehrt angeschlossen sind.

5. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Wicklung (C_W) verwendet wird, die n Leiterelemente einer Ringscheibe elektrisch hintereinander geschaltet sind, diese elektrische Verbin­ dung normalleitend oder supraleitend ausgeführt sein kann und die Zuleitung am äußeren Leiterelement sowie die Ablei­ tung am inneren oder umgekehrt angeschlossen sind und die m Ringscheiben elektrisch in Reihe zueinander liegen.

6. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-5, da­ durch gekennzeichnet, dass die zwei Kontaktstellen (K) zur Zu- und Ableitung des Transportstromes I_puls an jedem der mn Leiterelemente des HTS-Elements (R1) so angeordnet sind, dass die Verbindungsstrecke zwischen den beiden Kontakt­ stellen eine Länge von maximal 35% des gesamten Umfangs des Leiterelements besitzt.

7. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-6, da­ durch gekennzeichnet, dass die Wicklung/en (C_W) ebene spi­ ralige Wicklungen ist/sind.

8. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Wicklung/en (C_W) und die m Ringscheiben des HTS-Elements (R1) gestapelt angeordnet sind und die Wicklung/en (C_W) und das HTS-Element (R1) von der/n Spule/n (C_S) umschlossenen werden.

9. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Magnetfeldachse der Spule(n) (C_S), der Wicklung(en) (C_W) und des Kryomagneten (R1) auf einer gemeinsamen Achse liegen.

10. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-7, da­ durch gekennzeichnet, dass die Spule/n (C_S) ebene spiralige Wicklung/en ist/sind.

11. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-7 so­ wie 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungen (C_W), die m Ringscheiben des HTS-Elements (R1) und die Spule/n (C_S) gestapelt angeordnet sind.

12. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 11, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die jeweilige Magnetfeldachse der Spule/n (C_S), der Wicklung/en (C_W) und des Kryomagneten (R1) auf einer gemeinsamen Achse liegen.

13. Transportstrom-Transformator nach den Ansprüchen 3-7 so­ wie 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung(en) (C_W) und die Spule(n) (C_S) gestapelt angeordnet sind und die m Ringscheiben des HTS-Elements (R1) hierzu seitlich versetzt angeordnet sind.

14. Transportstrom-Transformator nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die jeweilige Magnetfeldachse der Spule(n) (C_S) und der Wicklung(en) (C_W) auf einer gemeinsa­ men Achse liegen.

15. Flusspumpe zum Aufmagnetisieren eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen hochtempera­ tursupraleitenden (HTS-)Kryomagneten, bestehend aus:
mindestens einer an ein Netzgerät anschließbaren Spule (C_S) aus elektrisch normalleitendem Material, zum Erzeugen eines gepulsten Magnetfelds vorgegebenen zeitlichen Verlaufs und vorgegebener Feldstärke,
mindestens einer Wicklung (C_W) aus zumindest teilweise elektrisch normalleitendem Material, die mit der Spule (C_S) magnetisch derart gekoppelt ist, dass zwischen beiden eine eisenfreie transformatorische Kopplung besteht,
einem ersten HTS-Element (R1) auf der Basis eines Formkör­ pers aus supraleitendem Material, der aus m gestapelten Ringscheiben aufgebaut ist, wobei jede Ringscheibe aus n in einer Ebene liegenden, kreissegment- oder polygonsegment­ förmigen, zu einem Ring zusammengeschlossenen Leiterelemen­ ten aus supraleitendem Material besteht und die jeweilige Achse der mn Leiterelemente auf einer Geraden, der Achse der Anordnung liegen, mit m und n als natürliche Zahlen je­ weils ≧ 1,
zwei Kontaktstellen (K) an jedem der mn Leiterelemente des ersten HTS-Elements (R1), über die das jeweilige Leiterele­ ment bestromt werden kann,
elektrischen Verbindungen (V), die die Wicklungen (C_W) über zwei Kontaktstellen (K) mit jeweils mindestens einem der mn Leiterelemente des HTS-Elements (R1) elektrisch so verbin­ den, dass sich dadurch elektrisch geschlossene Leiter­ schleifen bilden, die aber nicht supraleitend geschlossen sind,
einem zweiten HTS-Element (R2) auf der Basis eines Formkör­ pers aus supraleitendem Material, der aus m gestapelten ge­ schlossenen Leiterelementen besteht, wobei die Flächensenk­ rechten dieser planaren Leiterelemente und die Achse der Anordnung des ersten HTS-Element (R1) parallel verlaufen und mindestens eine lineare Abmessung der planaren Leiter­ elemente von (R2) den Scheibendurchmesser von (R1) über­ trifft,
einem Schalter (S1) an jeweils mindestens einem Leiterele­ ment der m Ringscheiben des ersten HTS-Elements (R1), mit dem ein Teilbereich des Leiterelements gezielt normallei­ tend gemacht werden kann und damit die geschlossene supra­ leitende Leiterschleife desselben geöffnet oder geschlossen werden kann,
einem Schalter (S2) an jedem der m Leiterelemente des zwei­ ten HTS-Elements (R2),
mit dem ein Teilbereich des Leiterelements gezielt normal­ leitend gemacht werden kann und damit die geschlossene sup­ raleitende Leiterschleife desselben geöffnet oder geschlos­ sen werden kann,
m HTS-Stromzuführungen und -rückführungen vom jeweils einer Scheibe des ersten HTS-Elements (R1) zu jeweils einem Lei­ terelement des zweiten HTS-Elements (R2), so dass dadurch jeweils ein umschlossenes Gebiet (R3) besteht und die Lei­ terschleife des umschlossenen Gebietes (R3) jeweils einen Teilbereich der HTS-Elemente (R1) und (R2) beinhaltet, wel­ cher durch einen Schalter (S1) und (S2) normalleitend ge­ schaltet werden kann.

16. Flusspumpe zum Aufmagnetisieren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Windungszahl der Windung (C_W) höchstens gleich der Windungszahl der unmittelbar auf sie einkoppelnden Spule (C_S) ist.

17. Flusspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass mn Wicklungen (C_W) verwendet werden und die mn Leiterele­ mente jeweils separat an eine der mn Wicklungen (C_W) ange­ schlossen sind.

18. Flusspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass m Wicklungen (C_W) verwendet werden und die n Leiterelemente einer Ringscheibe elektrisch hintereinander geschaltet sind, diese elektrische Verbindung normalleitend oder sup­ raleitend ausgeführt sein kann und die Zuleitung am äußeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder umgekehrt angeschlossen sind.

19. Flusspumpe nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine einzige Wicklung (C_W) verwendet wird, die n Leiterele­ mente einer Ringscheibe elektrisch hintereinander geschal­ tet sind, diese elektrische Verbindung normalleitend oder supraleitend ausgeführt sein kann und die Zuleitung am äu­ ßeren Leiterelement sowie die Ableitung am inneren oder um­ gekehrt angeschlossen sind und die m Scheiben elektrisch in Reihe zueinander liegen.

20. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-19, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die zwei Kontaktstellen (K) zur Zu- und Ab­ leitung des Transportstromes I_puls an jedem der mn Leiter­ elemente des HTS-Elements (R1) so angeordnet sind, dass die Verbindungsstrecke zwischen den beiden Kontaktstellen eine Länge von maximal 35% des gesamten Umfangs des Leiterele­ ments besitzt.

21. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-20, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Wicklung/en (C_W) ebene spiralige Wick­ lungen ist/sind.

22. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-21, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Spule/n (C_S) ebene spiralige Wicklungen ist/sind.

23. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-22, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schalter (S1) und (S2) Abschnitte im HTS-Material des jeweiligen Kryomagneten sind, die durch Wärmekontakt zu einer Heizwicklung oder durch Bestrahlung mit einer Lichtquelle lokal über die Betriebstemperatur T des HTS-Materials erwärmt werden.

24. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-22, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Schalter (S1) und (S2) Abschnitte im HTS-Material des jeweiligen Kryomagneten sind, die durch eine unmittelbar benachbarte Spulenwicklung lokal einem er­ höhten magnetischen Feld ausgesetzt sind.

25. Flusspumpe nach den Ansprüchen 23-24, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Abschnitte (S1) und (S2) im Querschnitt flacher sind als das übrige HTS-Material des jeweiligen Kryomagneten.

26. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-25, dadurch gekenn­ zeichnet, dass an jedem der mn Leiterelemente der m Ring­ scheiben des ersten HTS-Elements (R1) ein Schalter (S1) an­ gebracht ist und jeweils das äußerste ringförmige Leiter­ element zur Leiterschleife des umschlossenen Gebietes (R3) beiträgt.

27. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-26, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Wicklung(en) (C_W), die m Ringscheiben des Kryomagneten (R1) und die Spule(n) (C_S) gestapelt ange­ ordnet sind.

28. Flusspumpe nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Magnetfeldachse der Spule/n (C_S), der Wick­ lung/en (C_W) und des HTS-Elents (R1) auf einer gemeinsamen Achse liegen.

29. Flusspumpe nach den Ansprüchen 17-26, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Wicklung/en (C_W) und die Spule/n (C_S) gestapelt angeordnet sind und die m Ringscheiben des Kryo­ magneten (R1) hierzu seitlich versetzt angeordnet sind.

30. Flusspumpe nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Magnetfeldachse der Spule(n) (C_S) und der Wicklung(en) (C_W) auf einer gemeinsamen Achse liegen.

31. Verfahren zum gepulsten Aufmagnetisieren eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryo­ magneten in einem Transportstrom-Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 7 sowie 10, 13 und 14, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die aus den Wicklungen (C_W) und den Leiter­ elementen gebildeten geschlossenen Leiterschleifen über die normalleitende Spule (C_S) einem Magnetfeld-Puls H_puls vorge­ gebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt werden, der in den Leiterschleifen jeweils einen Transportstrompuls I_puls induziert, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnetfelds zunächst ansteigt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max wieder abnimmt,
der Transportstrompuls I_puls, der dem jeweiligen Leiterele­ ment über die eine seiner beiden Kontaktstellen zugeführt wird, sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teil­ ströme I₁ und I₂ aufteilt, welche über die beiden unter­ schiedlich langen Arme des ringförmigen Leiterelements zur zweiten Kontaktstelle fließen und
durch die unterschiedliche Länge der beiden Arme eine Stromasymmetrie I₁ ≠ I₂ hervorgerufen wird, wobei der Magnetfeldpuls H_puls und der über die transformatorische Kopplung der Wicklungen (C_W) an die Spule (C_S) erzeugte Transportstrompuls I_puls so gewählt wird, dass während eines zeitlichen Intervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindestens der größere Teilstrom I₁ in die Nähe des kriti­ schen Stromes I_c des jeweiligen Leiterelements kommt oder diesen übersteigt,
die n Leiterelemente einer Ringscheibe geometrisch so elektrisch miteinander verbunden werden, dass der in jedes der n Leiterelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der anstei­ genden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende grö­ ßere Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in al­ len n Leiterelementen die gleiche Richtung hat und die in die m Ringscheiben eingespeisten Transportstrompulse I_puls so gewählt werden, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in allen m Scheiben die gleiche Richtung hat.

32. Verfahren zum gepulsten Aufmagnetisieren eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen Kryo­ magneten in einem Transportstrom-Transformator nach einem der Ansprüche 3 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Kryomagnet über die normalleitende Spule (C_S) einem Magnetfeld-Puls H_puls vorgegebener Polarität, Stärke und Pulsform ausgesetzt wird, der in den Leiterelementen je­ weils einen Ringstrom I_ind induziert, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnetfelds das Leiterelement zumindest teilweise gegen das Eindringen von magnetischem Fluß abschirmt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max seine Polarität umkehrt,
gleichzeitig auch die aus den Wicklungen (C_W) und den Lei­ terelementen gebildeten geschlossenen Leiterschleifen über die normalleitende Spule (C_S) demselben Magnetfeld-Puls H_puls ausgesetzt werden, der in den Leiterschleifen jeweils einen Transportstrompuls I_puls induziert, welcher während der ansteigenden Pulsflanke des Magnetfelds zunächst an­ steigt und nach Erreichen des Maximums H_puls,max wieder ab­ nimmt,
der Transportstrompuls I_puls, der dem jeweiligen Leiterele­ ment über die eine seiner beiden Kontaktstellen zugeführt wird, sich bei Eintritt in das Leiterelement in zwei Teil­ ströme aufteilt, welche über die beiden unterschiedlich langen Arme des ringförmigen Leiterelements zur zweiten Kontaktstelle fließen und
die Polarität des Pulses I_puls so gewählt wird, dass das Zu­ sammenwirken der beiden Pulse I_puls und I_ind zu einer Strom­ verteilung I₁ ≠ I₂ in den beiden Armen des ringförmigen Leiterelements führt, wobei
der Teilstrom I₁, der aus dem Zusammenwirken der beiden Ströme I_puls und I_ind resultiert und in dem kürzeren Arm fließt, die gleiche Polarität besitzt, wie der während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke induzierte Ringstrom I_ind, und
während der ansteigenden Magnetpuls-Flanke größer ist als der Teilstrom I₂, der in dem zweiten, längeren Arm des ringförmigen Leiterelements fließt,
der Magnetfeldpuls H_puls und der über die transformatorische Kopplung der Wicklungen (C_W) an die Spule (C_S) erzeugte Transportstrompuls I_puls so gewählt wird, dass während eines zeitlichen Intervalls innerhalb des gesamten Pulsintervalls mindestens der Teilstrom I₁ in die Nähe des kritischen Stromes I_c des jeweiligen Leiterelements kommt oder diesen übersteigt,
die n Leiterelemente einer Ringscheibe geometrisch so elektrisch miteinander verbunden werden, dass der in jedes der n Leiterelemente eingespeiste Transportstrompuls I_puls eine solche Polarität besitzt, dass der während der anstei­ genden Flanke des Transportstrompulses I_puls fließende grö­ ßere Teilstrom I₁ bezüglich einem vorgegebenen Sinn in al­ len n Leiterelementen die gleiche Richtung hat und
das Magnetfeld H_puls und die in die m Ringscheiben einge­ speisten Transportstrompulse I_puls so gewählt werden, dass der während der ansteigenden Flanke des Transportstrompul­ ses I_puls fließende größere Teilstrom I₁ in allen m Scheiben die gleiche Richtung hat.

33. Verfahren nach den Ansprüchen 31-32, dadurch gekennzeich­ net, dass jedes der mn Leiterelemente des Kryomagneten (R1) jeweils über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

34. Verfahren nach den Ansprüchen 31-32, dadurch gekennzeich­ net, dass jeweils die n Leiterelemente der m Ringscheiben des Kryomagneten (R1) hintereinander geschaltet werden und diese gemeinsam jeweils über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

35. Verfahren nach den Ansprüchen 31-32, dadurch gekennzeich­ net, dass jeweils die n Leiterelemente der m Ringscheiben des Kryomagneten (R1) hintereinander geschaltet werden, die m Ringscheiben elektrisch in Reihe zueinander liegen und dadurch alle mn Leiterelemente gemeinsam über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

36. Verfahren nach den Ansprüchen 31-35, dadurch gekennzeich­ net, dass durch mehrfache Wiederholung dieses gepulsten Aufmagnetisierungsprozesses der in den Kryomagneten (R1) eingebrachte remanente magnetische Fluss schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

37. Verfahren nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur T nach jedem Aufmagnetisierungs­ schritt weiter abgesenkt wird.

38. Verfahren zum gepulsten Aufmagnetisieren eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen HTS-Ele­ ments (R2) in einer Flusspumpe nach einem der Ansprüche 15 bis 26 sowie 29-30, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) zunächst ein erstes HTS-Element (R1) nach einem Verfah­ ren nach den Ansprüchen 31 sowie 33-35 aufmagnetisiert wird,
• b) anschließend der oder die Schalter (S1) geöffnet werden, wodurch magnetischer Fluss aus dem ersten HTS-Elent (R1) in das oder die Gebiete (R3) eindringt,
• c) frühestens nachdem der magnetische Fluss im erweiterten Gebiet (R3) einen stationären Zustand erreicht hat, der oder die Schalter (S1) wieder geschlossen werden,
• d) anschließend der oder die Schalter (S2) geöffnet werden, wodurch magnetischer Fluss aus dem oder den Gebieten (R3) in das HTS-Element (R2) eindringt,
• e) frühestens nachdem der magnetische Fluss im HTS-Element (R2) einen stationären Zustand erreicht hat, der oder die Schalter (S2) wieder geschlossen werden,

und die Schritte a) bis e) so oft wiederholt werden, bis der im HTS-Element (R2) eingeschlossene magnetische Fluss einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

39. Verfahren zum gepulsten Aufmagnetisieren eines unterhalb der supraleitenden Sprungtemperatur T_c betriebenen HTS-Ele­ ments (R2) in einer Flusspumpe nach einem der Ansprüche 15 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass

• a) zunächst ein erstes HTS-Element (R1) nach einem Verfah­ ren nach den Ansprüchen 32-35 aufmagnetisiert wird,
• b) anschließend der oder die Schalter (S1) geöffnet werden, wodurch magnetischer Fluss aus dem ersten HTS-Element (R1) in das oder die Gebiete (R3) eindringt,
• c) frühestens nachdem der magnetische Fluss im erweiterten Gebiet (R3) einen stationären Zustand erreicht hat, der oder die Schalter (S1) wieder geschlossen werden,
• d) anschließend der oder die Schalter (S2) geöffnet werden, wodurch magnetischer Fluss aus dem oder den Gebieten (R3) in das HTS-Element (R2) eindringt,
• e) frühestens nachdem der magnetische Fluss im Kryomagneten (R2) einen stationären Zustand erreicht hat, der oder die Schalter (S2) wieder geschlossen werden,

und die Schritte a) bis e) so oft wiederholt werden, bis der im HTS-Element (R2) eingeschlossene magnetische Fluss einen vorgegebenen Wert erreicht hat.

40. Verfahren nach den Ansprüchen 38-39, dadurch gekennzeichnet, dass jedes der mn Leiterelemente des HTS- Elements (R1) jeweils über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

41. Verfahren nach den Ansprüchen 38-39, dadurch gekennzeich­ net, dass jeweils die n Leiterelemente der m Ringscheiben des HTS-Elements (R1) hintereinander geschaltet werden und diese gemeinsam jeweils über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

42. Verfahren nach den Ansprüchen 38-39, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die n Leiterelemente der m Ringscheiben des HTS-Elements (R1) hintereinander geschal­ tet werden, die m Ringscheiben elektrisch in Reihe zueinan­ der liegen und dadurch alle mn Leiterelemente gemeinsam über eine einzige Wicklung (C_W) bestromt sind.

43. Verfahren nach den Ansprüchen 40-42, dadurch gekennzeich­ net, dass die Aufmagnetisierung des HTS-Elements (R1) in Schritt a) durch mehrfache Wiederholung des gepulsten Auf­ magnetisierungsprozesses nach einem der Ansprüche 31-35 erfolgt, wodurch der in das HTS-Element (R1) eingebrachte remanente magnetische Fluss schrittweise bis höchstens zur Sättigungsmagnetisierung erhöht wird.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufmagnetisierung des HTS-Elements (R2) durch mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis e) derart erfolgt, dass nach Erreichen eines vorgegebenen Wertes für den im HTS- Element (R2) eingeschlossenen magnetischen Fluss die Be­ triebstemperatur T weiter abgesenkt wird, die Schritte a) bis e) bei der abgesenkten Betriebstemperatur wieder so häufig wiederholt werden bis ein höherer vorgegebener Wert für den im HTS-Element (R2) eingeschlossenen magnetischen Fluss erreicht ist und diese Sequenz aus Absenkung der Be­ triebstemperatur und Aufmagnetisierung von (R2) solange wiederholt wird bis ein vorgegebener Endwert für den im HTS-Element (R2) eingeschlossenen magnetischen Fluss er­ reicht ist.