DE10358341A1 - Vorrichtung zum Lagern einer Kühlmittelzuführung für supraleitende Maschinen - Google Patents

Vorrichtung zum Lagern einer Kühlmittelzuführung für supraleitende Maschinen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lagern einer Kühlmittelzuführung (310), insbesondere langer Kühlmittelzuführungen für supraleitende Maschinen (100), mit einer Hohlwelle (320), die in einem ersten Bereich (320') mit der supraleitenden Maschine (100) verbindbar ist und in deren Inneren die Kühlmittelzuführung (310) zum Führen von Kühlmittel von der Kälteeinheit (200) zur supraleitenden Maschine (100) angeordnet ist. Die Kühlmittelzuführung (310) ist in einem zweiten Bereich (320') der Hohlwelle (320) mit der Kälteeinheit (200) verbindbar und somit in dieser fixiert. Im ersten Bereich (320'') der Hohlwelle (320) ist ein magnetisches Lager (400) vorgesehen, das so angeordnet ist, dass eine radiale und damit zentrierende Kraft auf die Kühlmittelzuführung (310) ausgeübt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Lagern einer Kühlmittelzuführung für supraleitenden Maschinen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum Lagern einer langen Kühlmittelzuführung für supraleitende Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Nach der Entdeckung der Hochtemperatur-Supraleitung bei Materialien wie YBCO und BiSCO, die bei einer Arbeitstemperatur von 77K ihre supraleitende Wirkung entfalten, wird zunehmend an deren industriellen Einsatzmöglichkeiten geforscht. So beschreibt beispielsweise die nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung 10231434.9 der Anmelderin Maschinen, wie beispielsweise einen Synchron-Motor oder Generator, mit einer supraleitenden Rotorwicklung.
  • 6 zeigt einen möglichen Aufbau einer solchen supraleitenden Maschine 100 mit angeschlossener Kälteeinheit 200. Damit die supraleitende Maschine 100 als solche arbeitet, muss die in der Maschine vorhandene supraleitende Wicklung zuvor auf seine Arbeitstemperatur von 77 K oder weniger heruntergekühlt werden. Dazu wird ein geeignetes Kühlmittel in einen Innenraum des als Welle ausgebildeten Rotors 110 der Maschine 100 eingebracht. Dieser Innenraum des Rotors ist dazu über eine entsprechende Mittel 300 mit der Kälteeinheit 200 verbunden. Die Kälteeinheit 200 kann dabei nicht direkt mit der Maschine 100 verbunden werden. Vielmehr muss eine geeignete Abdichtung des Rotorinnenraumes gegen die Umgebung sichergestellt sein, dass kein Wärmeleck und damit eine Beeinflussung der supraleitenden Wirkung entsteht. Zudem muss auch eine geeignete Abdichtung zwischen der, sich um ihre Achse, drehenden Rotorwelle 110 und der feststehenden Kälteeinrichtung 200 vorgesehen werden. Dies wird durch eine entsprechend ausge bildete Hohlwelle 320 erreicht. Zur Vermeidung eines Wärmelecks muss diese Hohlwelle 400 bei gegebenem Querschnitt aber entsprechend lang ausgebildet sein. Innerhalb der Hohlwelle 320 befindet sich die Kühlmittelzuführung 310, die fest mit der Kälteeinheit 200 verbunden ist und das Kühlmittel von der Kälteeinheit 200 in den Hohlraum des Rotors 110 führt. Die Hohlwelle 320 ist dabei auf der einen Seite 320'' fest mit der sich drehenden Rotorwelle 110 verbunden. Auf der anderen Seite 320' ist eine geeignete Dichtungseinrichtung zwischen der sich drehenden Hohlwelle 320 und der feststehenden Kühlmittelzuführung 310 vorgesehen. Innerhalb der Kühlmittelzuführung 310 können beispielsweise so genannte Wärmerohre 311 vorgesehen sein, die den eigentlichen Transport des Kühlmittels übernehmen.
  • Innerhalb der Hohlwelle ist die Kühlmittelzuführung zwar auf einer Seite durch die Dichtungseinrichtung gelagert und damit räumlich fixiert, nicht jedoch auf der Maschinenseite. Dadurch, dass die Kühlmittelzuführung nur einseitig fixiert ist, am anderen Ende der Hohlwelle aber frei beweglich ist, kann die Kühlmittelzuführung zu Schwingungen angeregt werden. Gerade bei den geforderten Längen der Hohlwelle bei supraleitenden Maschinen kann die dadurch bewirkte Resonanzfrequenz der Kühlmittelzuführung im Arbeitsbereich der Drehfrequenzen der Maschine liegen. Entsprechend muss diese Frequenz als Betriebsfrequenz der Maschine explizit ausgeschlossen werden. So kann zwar versucht werden, durch entsprechende konstruktive Maßnahmen an der Kühlmittelzuführung die Resonanzfrequenz außerhalb des Drehfrequenzbereichs der Rotorwelle und damit außerhalb des zulässigen Arbeitsbereichs der Maschine zu halten. Dies wird aber durch die Forderung nach immer kleineren Bauvolumen von supraleitenden Maschinen und damit immer dünneren Hohlwellen und dünneren Kühlmittelzuführungen bei gleichzeitigem Wunsch nach höheren Drehzahlen zunehmend schwieriger.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, die auch bei kleinen Bauvolumen und höheren Drehzahlen vermeidet, dass der zulässige Arbeitsbereich der supraleitenden Maschine durch die Resonanzfrequenz der Kühlmittelzuführung eingeschränkt wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Hohlwelle, die in einem ersten Bereich mit der supraleitenden Maschine verbindbar ist und in deren Inneren die Kühlmittelzuführung zum Führen von Kühlmittel von der Kälteeinheit zur supraleitenden Maschine angeordnet ist, wobei die Kühlmittelzuführung in einem zweiten Bereich der Hohlwelle mit der Kälteeinheit verbindbar, und damit in dieser Hohlwelle gelagert ist, und wobei für die Kühlmittelzuführung in dem ersten Bereich der Hohlwelle ein magnetisches Lager vorgesehen und so angeordnet ist, dass eine radiale und damit zentrierende Kraft auf die Kühlmittelzuführung ausgeübt wird.
  • Dadurch, dass die Kühlmittelzuführung an einem Ende durch das magnetische Lager am anderen Ende durch die bereits vorhandene Dichtungseinrichtung in der Hohlwelle gelagert ist, wird eine zweiseitige Fixierung der Kühlmittelzuführung in der Hohlwelle erreicht. Dadurch wird sich die Resonanzfrequenz der Kühlmittelzuführung zu wesentlich höheren Frequenzen und damit weg vom Arbeitsbereich der supraleitenden Maschine verschieben. Gerade bei langen Hohlwellen und damit langen Kühlmittelzuführungen, so wie sie für eine supraleitende Maschine gefordert wird, kann damit eine Einschränkung des zulässigen Arbeitsbereichs dieser Maschine vermieden werden. Wesentlich ist dabei, dass erfindungsgemäß eine magnetische Lagerung zur Verwendung kommt, die eine radiale und damit zentrierende Kraft auf die Kühlmittelzuführung ausgeübt und damit die Kühlmittelzuführung zentriert in der Hohlwelle gelagert und damit fixiert wird. Da die magnetische Lagerung vorzugsweise an dem Ende der Hohlwelle der mit der Rotorwelle verbunden ist oder sogar in der Läuferbohrung selbst, in die ja auch die Kühlmittelzuführung hineinragt, vorgesehen ist, befindet sich das magnetische Lager sehr nahe am Rotor mit dem darin enthaltenen Kühlmittel und damit in einem Bereich mit sehr niedrigen Temperaturen. Bei solchen Temperaturen um 77K oder weniger sind derzeit aber nur magnetische Lager einsetzbar. Zudem haben die magnetischen Lager den Vorteil, dass sie im Gegensatz zu konventionellen mechanischen Lagern geringere Verluste aufweisen.
  • Durch die Ausbildung des magnetischen Lagers aus einem ersten, am Außenmantel der Kühlmittelzuführung angeordneten, und einem zweiten, an der Innenseite der Hohlwelle angeordneten, Magnetzylinders, die sich beide in radialer Richtung gegenüberstehen, ist auch weiterhin ein einfacher Einbau der Kühlmittelzuführung möglich. Durch den zwischen den beiden Magnetzylindern vorhandenen Spalt kommt es zu keinen mechanischen Einschränkungen beim Einbau. Vielmehr kann die Kühlmittelzuführung wie bisher auch ohne größere Probleme in die Hohlwelle eingeführt und damit die Kälteeinheit mit der supraleitenden Maschine verbunden werden.
  • Vorzugsweise ist der zweite Magnetzylinder, der auf der Innenseite der Hohlwelle angeordnet ist, als Supraleiter, insbesondere als Zylinder aus dem supraleitenden Material YBCO ausgeführt. Da sich das magnetische Lager im selben Hohlraum wie das Kühlmittel für die Rotorwelle der supraleitenden Maschinen befindet, kann der supraleitende Magnetzylinder auch durch das Kühlmittel auf die Arbeitstemperatur von 77 K oder weniger heruntergekühlt werden. Damit wird die magnetische Lagerwirkung und damit die Fixierung der Kühlmittelzuführung durch das magnetische Lager erst bei der Arbeitstemperatur, das heißt, wenn die supraleitende Maschine betriebsbereit ist, erreicht. Da bei Raumtemperatur keine Kräfte wirken, wird somit die Montage, das heißt der Einbau der Kühlmittelzuführung in die Hohlwelle weiter vereinfacht.
  • Sind die Magnetzylinder als eine Anzahl in axialer Richtung nebeneinander angeordneter konzentrischer Permanentmagnetringe ausgebildet, die so ausgebildet sind, dass benachbarte Permanentmagnetringe Magnetisierungsrichtungen mit unterschiedlichen Vorzeichen aufweisen, so können sehr hohe Magnetfeldgradienten im magnetischen Lager erzeugt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungen und bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausführungen derselben werden im Weiteren anhand der nachfolgenden Figuren näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Anordnung aus supraleitender Maschine mit angeschlossener Kühlvorrichtung,
  • 2 eine erste Ausführungsform der magnetischen Lagerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Supraleiter,
  • 3 eine zweite Ausführungsform der magnetischen Lagerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Supraleiter,
  • 4 eine dritte Ausführungsform der magnetischen Lagerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Permanentmagneten,
  • 5 eine vierte Ausführungsform der magnetischen Lagerung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Permanentmagneten,
  • 6 eine Anordnung aus supraleitender Maschine mit angeschlossener Kühlvorrichtung ohne magnetisches Lager.
  • 1 zeigt nochmals den eingangs mit Bezug auf 6 bereits beschriebenen prinzipiellen Aufbau einer supraleitenden Maschine 100 mit Kälteeinheit 200. Die Maschine, im vorliegenden Beispiel ein Synchron-Motor 100, ist über die Mittel 300, das sind insbesondere die Hohlwelle 320 und die Kühlmittelzuführung 310, mit der Kälteeinheit 200 verbunden. In der Kälteeinheit wird das Kühlmittel auf 77 K heruntergekühlt und der Rotorwelle 110 des Synchron-Motors 100 über die Kühlmittelzuführung 310 zugeführt. Zur Vermeidung eines Wärmelecks am Synchron-Motor 100 ist die Hohlwelle 320 entsprechend lang ausgebildet. Die Hohlwelle ist auf der einen Seite, das heißt im Bereich 320'', mit der Rotorwelle 110 fest verbunden, so dass diese sich im Betrieb der Synchron-Maschine mit der gleichen Drehzahl wie der Rotor 110 dreht. In der Hohlwelle 320 ist die Kühlmittelzuführung 310 angeordnet. An dem, dem Synchron-Motor 100 abgewandten Ende, das heißt dem Bereich 320', der Hohlwelle 320 ist eine Dichtungseinrichtung, die beispielsweise als Ferrofluiddichtung, Labyrinthdichtung oder Spaltdichtung ausgebildet ist, vorgesehen. Diese Dichtungseinrichtung dichtet das innere Raumvolumen des Rotors 110 und der damit verbundenen Hohlwelle 320 gegenüber der Umgebung ab. Zudem ist durch diese Dichtungseinrichtung die Kühlmittelzuführung 310 geführt und somit gelagert und fixiert. Außerhalb der Hohlwelle 320 ist die Kühlmittelzuführung 310 dann in geeigneter Weise, beispielsweise durch eine Flanschverbindung mit der Kälteeinheit 200 verbunden. Über ein oder mehrere so genannte Wärmerohre 311 in der Kühlmittelzuführung 310 kann nun das Kühlmittel von der Kälteeinheit 200 in das Innere der Rotorwelle 110, und umgekehrt, gelangen. Auf eine weiter detailliertere Schilderung zur Ausführung und Wirkungsweise der supraleitenden Maschine, der Kälteeinheit und der Hohlwelle wird hier verzichtet. Vielmehr soll hierzu auf die bisher nicht vorveröffentlichte deutsche Anmeldung 10231434.9 vom 11. Juli 2002 der Anmelderin verwiesen werden.
  • Wie in 1 gezeigt ist nun erfindungsgemäß an dem, der Maschine zugewandten, Ende 320'' der Hohlwelle 320 ein magne tisches Lager 400 vorgesehen und so angeordnet, dass eine radial abstoßende und damit zentrierende Kraft auf die Kühlmittelzuführung 310 ausgeübt wird. Durch diese magnetische Lagerung 400 und die Lagerung in der Dichtungseinrichtung wird nun die vormals nur einseitig gelagerte Kühlmittelzuführung 310 nun beidseitig in der Hohlwelle 320 gelagert und fixiert. Durch die zusätzliche Fixierung wird erreicht, dass das auf der Maschinenseite vormals frei schwebende und damit schwingungsfähige Ende der Kühlmittelzuführung 310 nun fixiert und damit die Resonanzfrequenz der Kühlmittelzuführung 310 in höhere Frequenzbereiche verschoben wird. Dabei ist die genaue Lage der magnetischen Lagerung 400 in der Hohlwelle 320 aber nur insofern für die vorliegende Erfindung von Bedeutung, als dass das magnetische Lager so angeordnet sein muss, dass durch die beidseitige Fixierung der Kühlmittelzuführung 310 eine Verschiebung deren Resonanzfrequenz weg vom Arbeitbereich der supraleitenden Maschine 100 erreicht wird. Vorzugsweise ist das magnetische Lager 400 dabei am Ende der Hohlwelle, beispielsweise einem Flansch zwischen Hohlwelle und Rotorwelle oder auch in der Rotorwelle selbst vorgesehen.
  • Das magnetische Lager 400 besteht aus einem ersten 410 und einem zweiten 420 Magnetzylinder, wobei der erste Magnetzylinder 410 am Außenmantel der Kühlmittelzuführung 310 und der zweite Magnetzylinder 420 an der Innenseite der Hohlwelle 320 angeordnet ist. Beide Magnetzylinder 410 und 420 sind dabei so angeordnet, dass sie sich in radialer Richtung gegenüberstehen. Dabei sind die Abmessungen der beiden Magnetzylinder 410 und 420 so gewählt, dass zwischen der Außenfläche des ersten Magnetzylinders 410 und der Innenfläche des zweiten Magnetzylinders 420 noch ein Spalt vorhanden ist. Die beiden Magnetzylinder 410, 420 sind mit ihren Magnetfeldern so ausgerichtet, dass sie im Spalt gegeneinander abstoßende Kräfte bewirken. Durch diese sich abstoßende Kräfte wird die Kühlmittelzuführung 310 zusammen mit dem ersten Magnetzylinder 410 im freien Innenraum des zweiten Magnetzylinders in einen schwebenden Zustand versetzt und durch die bewirkten absto ßenden Kräfte in diesem Innenraum zentriert. Dadurch ist die Kühlmittelzuführung 310 nun beidseitig in der Hohlwelle 320 fixiert, wodurch sich die Resonanzfrequenz der Kühlmittelzuführung 310 zu höheren Frequenzen und damit weg vom Drehfrequenzbereich des Motors 100 verschiebt.
  • Verschiedene Ausführungsbeispiele dieser magnetischen Lagerung am Ende 320'' der Hohlwelle 320 sind in den 2 bis 5 dargestellt und sollen im Folgenden näher beschrieben werden.
  • 2 zeigt eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Hohlwelle 320 besteht hier aus einem äußeren Mantel 321, zum Beispiel einer NDE Hohlwelle und einem inneren Mantel 322. Zwischen dem äußerem und dem innerem Mantel befindet sich dabei ein Isoliervakuum. Im inneren Mantel 322 befindet sich die, durch die Dichtungseinrichtung am Ende 320' der Hohlwelle 320 von außen eingeführte Kühlmittelzuführung 310. Über ein Wärmerohr 311 in der Kühlmittelzuführung wird das Kühlmittel in den Bereich 320'' der Hohlwelle und damit auch in die daran anschließende Rotorwelle 110 eingebracht. Eine Dichtungseinrichtung aus Ferrofluid lagert die Kühlmittelzuführung 310 im Bereich 320' der Hohlwelle 320. Auf der dazu abgewandten Seite 320'' der Hohlwelle 320 ist erfindungsgemäß das magnetische Lager 400 vorgesehen. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist auf der Innenseite der Hohlwelle 320 ein Zylinder 420 aus Supraleitermaterial, vorzugsweise aus YBCO, angebracht. In axialer Richtung sind an der gleichen Stelle auf der Kühlmittelzuführung 310 eine Anzahl von Permanentmagnetringen axial nebeneinander angeordnet. Diese Anzahl von magnetischen Ringen bildet dann den ersten Magnetzylinder 410, der sich im freien Innenraum des zweiten Zylinders 420 aus Supraleitermaterial bewegen kann. Da das magnetische Lager sich im selben Raum wie das für die supraleitende Maschine notwendige Kühlmittel befindet, ist vor dem eigentlichen Betrieb, das heißt bei Raumtemperatur oder während der Abkühlphase des Kühlmittels auf 77 K oder weniger, der zweite aus supraleitendem Material bestehende Magnetzylinder noch nicht supraleitend. Dadurch wird die Kühlmittelzuführung 310 zu diesem Zeitpunkt noch nicht durch das im Bereich 320'' angeordnete magnetische Lager 400 in radialer Richtung geführt. Ist die Betriebstemperatur von 77K oder weniger für die supraleitende Maschine 100 erreicht, wird auch der Zylinder 420 supraleitend, was dann zusammen mit dem ersten Magnetzylinder und den daraus resultierenden magnetischen Kräften zu einer magnetischen Lagerung führt. Somit wird bei Betriebstemperatur aus der zuvor einseitig fixierten, das heißt eingespannten, Kühlmittelzuführung 310 eine zweiseitig gelagerte Anordnung. Im Betrieb rotiert die Hohlwelle 320 und damit auch der supraleitende zweite Magnetzylinder 420 um die feststehende Kühlmittelzuführung 310 und den daran angeordneten ersten Magnetzylinder 410. Die durch die Magnetfelder der beiden Magnetzylinder 410 und 420 resultierenden in radiale Richtung wirkenden Kräfte führen dann dazu, dass die Kühlmittelzuführung 310 auch an diesem Ende 320'' der Hohlwelle 320 zentriert und damit fixiert wird. Mit Bezug auf 2 wurde bisher nur eine Ausführung beschrieben, bei welcher der zweite Zylinder 420 aus supraleitendem Material besteht. Entsprechende Ausführungen, bei denen der erste 410 oder auch beide Magnetzylinder 410 und 420 aus supraleitendem Material bestehen, sind für die erfindungsgemäße Vorrichtung genauso denkbar und geeignet.
  • In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das magnetische Lager 400, das identisch zu der in 2 gezeigten magnetischen Lagerung aus einem supraleitenden zweiten Magnetzylinder 420 und einer Anzahl von Permanentmagnetringen 410 aufgebaut ist, an einer Stelle im Bereich 320'' der Hohlwelle 320 angeordnet, der als so genannter Halsrohrflansch ausgebildet ist.
  • Beide in den 2 und 3 gezeigte Ausführungsbeispiele eines magnetischen Lagers 400 aus Supraleitermaterial haben insbesondere den Vorteil, dass die Montage der Kälteeinheit 200 und der Kühlmittelzuführung 310 an die supraleitende Maschine 100 nicht wesentlich durch das zusätzliche magnetische Lager 400 beeinflusst wird. Da der Lagerspalt zwischen den beiden Magnetzylindern 410 und 420 relativ groß gewählt werden kann, und das supraleitend ausgebildete Magnetlager bei Raumtemperatur noch keine Lagerwirkung entwickelt, ist das Einführen der Kühlmittelzuführung 310 in die Hohlwelle 320 auch in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unproblematisch.
  • 4 und 5 zeigen zwei alternative Ausführungsbeispiele, die nur aus Permanentmagneten bestehen. Auch hier wird eine berührungslose Zentrierung des vormals freien Endes der Kühlmittelzuführung 310 durch das magnetische Lager 400 erreicht. In beiden Ausführungen sind aber sowohl der erste Magnetzylinder 410 auf der Kühlmittelzuführung 310 als auch der zweite Magnetzylinder 420 auf der Innenseite der Hohlwelle 320 als Permanentmagnete ausgebildet. Beide Magnetzylinder sind auch hier so angeordnet und gepolt, dass im verbleibenden Luftspalt zwischen den beiden Magnetzylindern 410, 420 radial abstoßenden Kräfte wirken, die zu einer Zentrierung der Kühlmittelzuführung 310 führen. Durch die Ausbildung der Magnetzylinder, bestehend aus einer Anzahl von axial nebeneinander angeordneter konzentrischer Permanentmagnetringe, die mit alternierenden Vorzeichen der Magnetisierungsrichtung nebeneinander angeordnet sind, können an den Oberflächen der Magnetzylinder besonders große radiale Magnetfeldgradienten und damit letztendlich hohe resultierende sich radial abstoßende Kräfte erzeugt werden.
  • Die in 4 gezeigte Anordnung der Permanentmagnetringe 411, 412, 421, und 422 bewirkt eine axiale Magnetisierung, das bedeutet, dass gleichgerichtete Magnetisierungsrichtungen, wie zum Beispiel 411 und 421 sich radial gegenüberstehen. Zwischen den einzelnen Permanentmagnetringen sind ferromagnetische Scheiben 451 und 452 zur Flussführung eingeführt. Zwischen diesen Scheiben 451, 452 und den Permanentmagnetringen 411, 412 und 421, 422 können zusätzlich, in 4 nicht dargestellte, dünne Bleche aus gutleitendem Metall wie beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumbleche, eingefügt sein. Diese dienen zur zusätzlichen Schwingungsdämpfung durch Wirbelströme. Bei der hier gezeigten Anordnung sollte für eine optimale Wirkung des magnetischen Lagers 400 der Luftspalt eine Höhe aufweisen, die circa dem 0,1–0,3-fachen der Breite L der einzelnen Permanentmagnetringe 411, 412, 421, 422 in axialer Richtung entspricht. Die radiale Dicke der Magnetzylinder sollte circa dem Wert (L/2 bis 4xL) entsprechen. In einer typischen Anwendung für eine supraleitende Maschine, wie beispielsweise einen supraleitenden Motor oder Generator, wird der Durchmesser der Kühlmittelzuführung 310 einen Wert von 1–3 cm aufweisen. Dementsprechend werden die Permanentmagnetringe 411, 412, 421, 422 eine Breite von etwa 0,4 – 1 cm und eine radiale Dicke von 0,2 – 2,5 cm aufweisen. Die ferromagnetischen Scheiben sollten eine Dicke von 1–4 mm und der Luftspalt zwischen dem feststehenden ersten Magnetzylinder 410 und dem rotierendem zweitem Magnetzylinder 420 sollte eine Höhe von 0,7 – 2,5 mm aufweisen.
  • Die in 5 gezeigte Anordnung der Permanentmagnetringe 413, 414, 423, 424 bewirkt eine radiale Magnetisierung, das heißt gegensätzliche Magnetisierungsrichtungen, wie zum Beispiel 413 und 423, stehen sich radial gegenüber. Auf der dem Luftspalt abgewandten Seiten können die Permanentmagnetringe in ferromagnetischen Rohrstücken 461 und 462, die als Halterung und magnetischer Rückschluss wirken, gelagert sein. Der Luftspalt weist auch hier typischerweise eine Höhe des 0,1 bis 0,3-fachen der Breite L der Permanentmagnetringe L auf. Die radiale Dicke der Permanentmagnetringe 413, 414, 423 und 424 wird hier einen Wert von 0,3xL bis L aufweisen. Die einzelnen Permanentmagnetringe sind vorzugsweise aus Nd-B-Fe oder Sm-Co. In einer typischen Anwendung für einen supraleitenden Motor oder Generator wird der Durchmesser der Kühlmittelzuführung 320, die auch als Kryoheatpipe bezeichnet wird, einen Wert von 1–3 cm aufweisen. Die Permanentmagnetringe werden typischerweise eine Breite von etwa 0,4 bis 1 cm und eine radiale Dicke von 0,4 bis 1 cm aufweisen. Die hier vorgesehenen ferromagnetischen Rohrstücke 461 und 462 sind circa 2–4 mm dick, der Luftspalt zwischen festem und rotierendem Magnetstapel weist eine Höhe von 0,7 – 2,5 mm auf.

Claims (12)

  1. Vorrichtung (300) zum Lagern einer Kühlmittelzuführung (310), insbesondere langer Kühlmittelzuführungen für supraleitende Maschinen (100), mit einer Hohlwelle (320), die in einem ersten Bereich (320'') mit der supraleitenden Maschine (100) verbindbar ist und in deren Inneren die Kühlmittelzuführung (310) zum Führen von Kühlmittel von der Kälteeinheit (200) zur supraleitenden Maschine (100) angeordnet ist, wobei die Kühlmittelzuführung (310) in einem zweiten Bereich der Hohlwelle 320 mit der Kälteeinheit (200) verbindbar ist, und in dieser Hohlwelle 320 fixiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass für die Kühlmittelzuführung (310) im ersten Bereich (320'') der Hohlwelle (320) ein magnetisches Lager (400) vorgesehen und so angeordnet ist, dass eine radiale und damit zentrierende Kraft auf die Kühlmittelzuführung (310) ausgeübt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Lager (400) einen ersten (410) und einem zweiten (420) Magnetzylinder aufweist, wobei der erste Magnetzylinder (410) am Außenmantel der Kühlmittelzuführung (310) und der zweite Magnetzylinder (420) an der Innenseite der Hohlwelle (320) so angeordnet ist, dass sich erster (410) und zweiter (420) Magnetzylinder in radialer Richtung gegenüberstehen.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetzylinder (420) ein Zylinder aus Supraleitermaterial ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Supraleiter aus dem Material YBCO besteht.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetzylinder (420) aus einer Anzahl axial nebeneinander angeordneter konzentrischer Permanentmagnetringe (421, 422, 423, 424) besteht.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetzylinder (410) aus einer Anzahl axial nebeneinander angeordneter konzentrischer Permanentmagnetringe (411, 412, 413, 414) besteht.
  7. Vorrichtung nach Anspruche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die axial nebeneinander angeordneten konzentrischen Permanentmagnetringe (411, 412, 413, 414, 421, 422, 423, 424) des ersten und/oder zweiten Magnetzylinders (410, 420) so angeordnet sind, dass sie alternierende Magnetisierungsrichtungen in axialer oder radialer Richtung mit entgegengesetzten Vorzeichen aufweisen.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in radialer Richtung die konzentrischen Permanentmagnetringe (413, 414) des ersten radial magnetisierten Magnetzylinders (410) und die konzentrischen Permanentmagnetringe (423, 424) des zweiten radial magnetisierten Magnetzylinders (420) mit gegensätzlichen Magnetisierungsrichtungen gegenüberstehen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in radialer Richtung die konzentrischen Permanentmagnetringe (411, 412) des ersten axial magnetisierten Magnetzylinders (410) und die konzentrischen Permanentmagnetrin ge (421, 422) des zweiten axial magnetisierten Magnetzylinders (42) mit gleicher Magnetisierungsrichtung gegenüberstehen.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Außenmantel der Kühlmittelzuführung (310) und den konzentrischen Permanentringen (413, 414) ein erster Zylinder (461) und zwischen der Innenseite der Hohlwelle (320) und den konzentrischen Permanentmagnetringen (423, 424) ein zweiter Zylinder (462) aus ferromagnetischem Material angeordnet ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in axialer Richtung nebeneinanderliegende Permanentringe (411, 412, 421, 422) jeweils durch einem Ring (451, 452) aus ferromagnetischem Material voneinander getrennt sind.
  12. Supraleitende Maschine mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
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