DE19727550C2 - Magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator - Google Patents
Magnetische Lagerung eines Rotors in einem StatorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator,
mit zumindest einem Magnetlager, das einen Statorteil und einen hierzu in Be
triebsstellung koaxial berührungslos angeordneten Rotorteil aufweist, dessen La
gerwirkfläche sich zusammensetzt aus zumindest zwei axial magnetisierten Per
manentmagnetscheiben mit alternierender, parallel zur Lagerwirkfläche ausgerich
teter Magnetisierung und aus die Permanentmagnetscheiben axial abdeckenden,
zwischen den Permanentmagnetscheiben angeordneten scheibenförmigen Pol
schuhen, während der Statorteil einen Hochtemperatursupraleiter aufweist.
Eine derartige Ausführungsform läßt sich der DE 44 44 587 A1 entnehmen. Of
fenbart ist eine Turbine mit einer magnetisch gelagerten Welle, deren jedes Lager
einen mit der Welle verbundenen ersten Lagerteil und einen ortsfesten zweiten
Lagerteil umfaßt. Das erste Lagerteil ist ein mit der Turbinenwelle verbundenes
permanentmagnetisches Element, während ein supraleitendes Hochtemperatur
supraleitermaterial am ortsfesten zweiten Lagerteil angeordnet ist. Das perma
nentmagnetische Element umfaßt lamellenförmige, permanentmagnetische und
ferromagnetische Bauteile,
die abwechselnd aufeinanderfolgen. Die permanentmagnetischen
Bauteile weisen eine parallel zur Achse der Turbinenwelle ausge
richtete, alternierend angeordnete Magnetisierung auf, wodurch
das Lager sowohl in radialer als auch in axialer Richtung stabil
ist. Befindet sich das Hochtemperatursupraleitermaterial im su
praleitenden Zustand, werden bei einer Lageveränderung des per
manentmagnetischen Elementes relativ zum supraleitenden Element
im Supraleitermaterial Abschirmströme angeworfen. Dadurch werden
magnetische Kräfte hervorgerufen, die der Lageveränderung des
permanentmagnetischen Elementes relativ zum Supraleitermaterial
entgegenwirken. Durch diese Kräfte stellt sich die vorherige
Lage des permanentmagnetischen Elementes bezogen auf das Supra
leitermaterial selbsttätig wieder ein. Dadurch wird eine intrin
sisch stabile Lagerung ermöglicht.
Zum Einbringen dieser vorbekannten Turbinenwelle in ihre Soll
lage, ist eine Hebevorrichtung vorgesehen, wobei beim Stillstand
der Turbine Hebeelemente die Turbinenwelle in einer vorgegebenen
Lage oberhalb einer Sollposition tragen. Zur Inbetriebnahme der
magnetischen Lager wird die Kühlung des Supraleitermaterials
aktiviert, so daß sich der supraleitende Zustand einstellt. Mit
tels der Hebevorrichtung wird die Turbinenwelle dann leicht ab
gesenkt. Somit werden rückstellende Kräfte zwischen den Lager
teilen induziert. Mittels dieser Kräfte wird die Turbinenwelle
in einer Solllage gehalten. Die Hebeelemente der Hebevorrichtung
werden sodann von der Turbinenwelle entfernt, so daß die Lage
rung der Turbinenwelle reibungsfrei ist. Dabei können zur Erhö
hung der Betriebssicherheit der Turbine in beiden Lagern mecha
nische Fang- bzw. Notlager vorgesehen sein, durch die eine Rota
tionsbewegung der Turbinenwelle auch ohne Kühlung der Lager mög
lich ist.
Die DE 42 32 869 A1 offenbart eine supraleitende Lagereinheit,
die einen auf einer Drehwelle befestigten Permanentmagneten so
wie einen supraleitenden Körper umfaßt, der am Innenumfang eines
Gehäuses befestigt ist, das die Drehwelle umgibt. Der supralei
tende Körper ist so eingerichtet, daß er bei aufwärts bewegter
Drehwelle solange gekühlt werden kann, bis er einen supraleiten
den Zustand erreicht, so daß die Drehwelle während des Betriebes
in einem Gleichgewichtszustand zwischen ihrem Gewicht und den
anhängenden Teilen und einer Pinningkraft gehalten wird, die
durch den Permanentmagneten und den supraleitenden Körper her
vorgerufen wird. Dabei können die Permanentmagnete an der Dreh
welle jeweils oben und unten und die supraleitenden Körper an
zwei Stellen an oberen und unteren Innenumfangsflächen des Ge
häuses befestigt sein. Die äußere Umfangsfläche der Permanentma
gneten sind konische Außenflächen oder konvexe Flächen, während
die Innenumfangsflächen der jeweiligen supraleitenden Körper
konische Innenflächen oder konkave Flächen sind. Bei dieser Aus
führungsform kann die Drehwelle mit einer ausreichend großen
radialen Kraft aber auch in Axialrichtung (Druckrichtung) gela
gert werden. Die auftretenden anziehenden und abstoßenden Kräfte
können der Pinningkraft zugeschrieben werden.
Magnetische Lager in der Form geregelter Lager sind seit einiger
Zeit bekannt. Nachteilig bei geregelten Magnetlagern ist die
Tatsache, daß diese Lager nicht eigenstabil sind, sondern durch
eine Regelung stabilisiert werden müssen, die Sensoren,
Leistungsstellglieder und eine aufwendige elektronische Schal
tung oder einen Mikrorechner mit komplexer Software enthält.
Solche Systeme sind störanfällig, kostenintensiv und haben häu
fig Probleme mit der elektromagnetischen Verträglichkeit.
Zwar lassen sich sich aktive geregelte Komponenten mit Dauerma
gneten zu hybriden Lageranordnungen kombinieren, um beispiels
weise den Energieverbrauch für die Lagerung weiter einzuschrän
ken. Es ist jedoch seit langem bekannt, daß eine stabile, unge
regelte Lagerung eines Körpers nur mit Dauermagneten nicht mög
lich ist. (Earnshaw, S.: On the Nature of Molecular Forces which
regulate the Constitution of the Luminiferous Ether, Trans. of
the Cambridge Philosophical Society, Bd. 7 (1842), S. 97 . . .
112). Somit muß stets mindestens eine Achse geregelt werden. Aus
regelungstechnischen Gründen entkoppelt man vorteilhaft die ein
zelnen Achsen, in dem man senkrecht aufeinander stehende Axial-
und Radiallagerelemente aufbaut, was das Bauvolumen der Lagerung deutlich
vergrößert.
Aus der DE 44 36 831 A1 ist eine magnetische Lagerung bekannt, die einen Sta
tor und einen Rotor aufweist. Letzterer ist in Betriebsstellung berührungslos und
koaxial in dem Stator gelagert. Die Lagerwirkfläche setzt sich aus axial magneti
sierten Permanentmagnetscheiben alternierender, parallel zur Lagerwirkfläche
ausgerichteter Polarität zusammen, zwischen denen Polschuhe angeordnet sind,
die die Permanentmagnetscheiben abdecken. Auf dem Stator ist eine supralei
tende Struktur angeordnet. Ferner ist es aus dieser Druckschrift bekannt, den
Rotor bis an den Stator anzuheben und in dieser Stellung den Supraleiter unter
die Sprungtemperatur abzukühlen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs beschriebene magneti
sche Lagerung zu verbessern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge
löst.
Stabile Lagerungen erhält man durch die Nutzung von Feldkräften, die entstehen,
wenn man ein magnetisches Feld (Erregerfeld) an einen im supraleitenden Zu
stand befindlichen Supraleiter annähert (feldfreie Abkühlung) oder den Supraleiter
im magnetischen Feld abkühlt (Abkühlung unter Betriebsfeld). Berechnungen zei
gen, daß man unter praxisnahen Verhältnissen besonders günstige Kraftdichten
der Tragkraft und Steifigkeiten dann erhält, wenn man den Supraleiter im engen
Kontakt mit der Erregeranordnung abkühlt (Abkühlung unter maximalem Feld)
und dann die Erregeranordnung in die Betriebsposition abrückt.
Als Supraleiterwerkstoffe lassen sich besonders vorteilhaft die Hochtemperatur
supraleiter (HTSL) nutzen, die bereits bei Kühlung mit flüssigem Stickstoff aus
reichend große kritische Stromdichten entwickeln. Eine Konfektionierung solcher
Supraleiter in Form von Drähten oder Spulen ist nicht erforderlich sondern es ge
nügt die Verwendung einfach herstellbarer Massivmaterialien, wie sie beispiels
weise aus YBaCuO-Legierungen im Schmelztexturierverfahren gewonnen wer
den. Je nach Wahl der Einfrierprozedur erzeugt der Supraleiter nur abstoßende
Kräfte, abstoßende und anziehende Kräfte oder nur anziehende Kräfte.
Die erfindungsgemäße magnetische Lagerung ist kompakt und platzsparend und
läßt sich mit anderen gleichen oder andersartigen Lagerelementen zu einer axial
und radial stabilen und steifen
Lagerung eines rotierenden Körpers kombinieren. Durch eine La
gerwirkfläche in Form eines Kegelstumpfes erhält man sowohl eine
radiale als auch eine axiale Tragkraftkomponente. Durch die Wahl
des Öfnungswinkels des Kegels läßt sich das Verhältnis der bei
den Komponenten zueinander an die Erfordernissse des Einsatzfal
les anpassen. Die Kegelstruktur gestattet die Anwendung der Ein
frierprozedur "maximum field frozen" mit ihrer günstigen Trag
kraftkennlinie durch eine einfache axiale Verschiebung des La
gerelementstators oder des Rotors und die gegenseitige Verspan
nung von zwei Lagerelementen, was zu einer deutlich höheren La
gersteifigkeit führt. Eine Kombination mit weiteren Elementen
zur Verstärkung der Axialkraft- oder gegebenenfalls der Radial
kraftkomponente ist problemlos möglich.
Die spezifische Tragkraft des Lagers und damit sein erforderli
ches Bauvolumen hängt im wesentlichen von zwei Größen ab. Zum
einen von der kritischen Stromdichte des Supraleiters, zum ande
ren von der Größe des Erregerfeldes. Beide sollten so groß wie
möglich sein. Während die kritische Stromdichte durch die Werk
stofftechnologie gegeben ist, kann die Erregerfeldamplitude
durch die Ausgestaltung mit Dauermagneten und Polschuhen deut
lich gesteigert werden. Gleichzeitig werden durch die ferroma
gnetischen Polschuhe die Toleranzen in der Remanenzinduktion der
einzelnen Magnete ausgeglichen und eine gleichmäßige Induktions
amplitude an der Wirkfläche des Lagers erzeugt. Dies ist eine
Grundvoraussetzung für möglichst geringe Zusatzverluste. Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Polschuhe besteht in ei
ner Blechung in axialer Richtung, die Wirbelströme und damit
Zusatzverluste unterdrückt, die wiederum durch Inhomogenitäten
des HTSL Materials erzeugt werden.
Während des Kaltfahrens des Cryostaten ist der Rotor in einer
definierten Position zu fixieren, bis der supraleitende Zustand
erreicht ist. Hierzu kann vorteilhaft die zentrierende Wirkung
der Kegelmantelfläche genutzt werden, indem die Lagerstatoren
axial bis zum Anschlag verschoben werden. Diese Art der Ein
frierprozedur unter Magnetfeld (Abkühlung unter maximalem Feld)
führt beim Abrücken der Lagerstatoren zu Zugkräften, so daß bei
de Lagerelemente gegeneinander verspannt werden können.
Durch eine entsprechend ausgebildete Anschlagkante kann hierbei
eine exzentrische Verschiebung des Rotors in vertikaler Richtung
erreicht werden, so daß die exzentrische Auslenkung gerade der
statischen Einfederung des Rotors unter Eigengewicht entspricht.
Im Betrieb würde der Rotororbit dann die geometrische Mitte des
Lagers als Mittelpunkt haben.
Da der roterende Teil des Lagers sinnvollerweise die Dauermagne
te zum Aufbau des Erregerfeldes trägt, sind diese gegen die
Fliehkraftbeanspruchung zu stabilisieren. Dies ist mit Hilfe
einer formschlüssigen axialen Verspannung der Erregeranordnung
oder durch eine Bandagierung der Magnete mit hochsteifen Faser
verbundwerkstoffen möglich.
Auch die Kombination des supraleitenden Lagers mit einem weite
ren Lager auf der Basis von Permanentmagneten (abstoßend oder
anziehend) ist möglich und führt zu weiteren Platz- und Kosten
einsparungen.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprü
che und werden mit weiteren Vorteilen der Erfindung anhand eini
ger Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der Zeichnung sind einige als Beispiele dienende Ausführungs
formen der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine magnetische Lagerung im Längsschnitt;
Fig. 2 im Längsschnitt den Rotorteil eines Magnetlagers;
Fig. 3 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar
stellung gemäß Fig. 2;
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar
stellung gemäß Fig. 3;
Fig. 5 im Längsschnitt eine den Rotor bildende Welle,
die in zwei Magnetlagern gelagert ist, deren Sta
torteile gegenüber dem Rotor axial gegensinnig
verschiebbar sind;
Fig. 6 Darstellung gemäß Fig. 5, wobei jedoch der Rotor
gegenüber den ortsfest angeordneten Statorteilen
der beiden Magnetlager axial verschiebbar ist;
Fig. 7 den Statorteil eines Magnetlagers im Längs
schnitt;
Fig. 8 einen Querschnitt gemäß der Linie A-B in Fig. 7;
Fig. 9 eine Ausführungsform gemäß Fig. 6 mit einem zu
sätzlichen Axiallager und einem mit dem Rotor
verbundenen Turbinenlaufrad;
Fig. 10 eine abgewandelte Ausführungsform in einer Dar
stellung gemäß Fig. 6 und
Fig. 11 eine abgewandelte Ausführungsform in perspekti
vischer Darstellung.
Fig. 1 zeigt eine an dem einen Ende eines Rotors 12 vorgesehene
magnetische Lagerung dieses Rotors in einem nicht näher darge
stellten Stator. Schematisch dargestellt ist ein Magnetlager 11,
das einen Statorteil 11a und einen hierzu in Betriebsstellung
koaxial berührungslos angeordnetes Rotorteil 11b aufweist.
Der Statorteil 11a weist einen massiven Hochtemperatursupralei
ter 1 auf, der als flußfixierendes Bauteil innerhalb eines
Cryostaten 2 angeordnet ist. Im Rotorteil 11b sind Dauermagnete
3 zur Erzeugung eines multipolaren Erregerfeldes angeordnet. Die
Wirkfläche des Lagers ist in Form eines Kegelstumpfmantels aus
geführt, so daß das Magnetlager 11 gleichzeitig Radial- und Axi
alkräfte erzeugen kann, deren Verhältnis zueinander durch den
Öffnungswinkel des Kegels einstellbar ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 setzt sich die Lagerwirk
fläche des Rotorteils 11b zusammen aus mehreren axialmagneti
schen Permanentmagnetscheiben 4 mit alternierender, parallel zur
Lagerwirkfläche ausgerichteter Magnetisierung N, S und aus die
Permanentmagnetscheiben 4 axial abdeckenden bzw. den Permanent
magnetscheiben angeordneten scheibenförmigen Polschuhen 5.
Die Permanentmagnetscheiben 4 sind mit ihren gleichnamigen Polen
zueinander angeordnet, so daß bei der Ausführungsform gemäß
Fig. 2 ein in Umfangsrichtung gleichförmiges, in axialer Richtung
multipolares magnetisches Feld entsteht, während fertigungsbe
dingte Inhomogenitäten der Dauermagnete 3 durch die Polschuhe 5
ausgeglichen werden.
Die Polschuhe 5 können aus hochfestem ferromagnetischen Materi
al. insbesondere aus in axialer Richtung geblechtem ferromagne
tischen Material, vorzugsweise Elektroblech, bestehen, so daß
Wirbelströme in den Polschuhen 5 aufgrund fertigungsbedingter
Inhomogenitäten der Hochtemperatursupraleiter weitgehend unter
drückt werden.
Die Fig. 3 und 4 lassen erkennen, daß die die Lagerwirkfläche
des Rotorteils 11b bildenden Bauteile 4, 5 axial verspannt sind.
Vorgesehen sind hierfür ein Spannbolzen 13, auf den eine Spann
mutter 14 geschraubt ist, die den Spanndruck über einen Preßring
15 auf den äußersten Polschuh 5 aufbringt.
Fig. 3 läßt erkennen, daß benachbarte Permanentmagnetscheiben 4
und Polschuhe 5 spiegelbildlich zu ihrer zentrischen Achse Z
eine konisch komplementäre Querschnittsform aufweisen, wobei
sich die Polschuhe 5 radial nach außen verbreitern. Die Bauele
mente 4, 5 sind durch die axiale Verspannung gegen Fliehkräfte
gesichert.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 sind die Permanentmagnet
scheiben 4 auf ihrer Mantelfläche 7 mit einer Bandage 6 aus
hochmoduligem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise Kohlefasern,
gegen Fliehkräfte abgestützt. Dabei ist es zweckmäßig, wenn die
Mantelfläche der Permanentmagnetscheiben 4 eine Konizität im
Bereich der Selbsthemmung aufweist, und daß auf der Mantelfläche
7 der Permanentmagnetscheiben 4 die genannte Bandage 6 mit kom
plementärer Innenkontur aufgepreßt ist.
Gemäß Fig. 5 ist der Rotor 12 in zwei sich axial gegenüberlie
genden, hinsichtlich ihrer Kegelstumpfform spiegelbildlich zu
einander ausgebildeten Magnetlagern 11 gelagert. Durch axiale
Verschiebung der Statorteile 11a um einen Betrag S (siehe in
Fig. 5 die gestrichelte Darstellung) wird eine Verspannung der
Magnetlager zur Erhöhung der Steifigkeit möglich.
Fig. 6 zeigt ebenfalls einen Rotor 12, der in seinen beiden
Endbereichen in einem Magnetlager zum Beispiel gemäß Fig. 1
gelagert ist. Der Rotor 12 ist gegenüber den ortsfest angeord
neten Magnetlagern axial verschiebbar. Dies gibt die Möglich
keit, die beiden Magnetlager 11 nacheinander abzukühlen und wäh
rend des Kaltfahrens den Rotor 12 erst in dem einen, z. B. lin
ken und dann in dem anderen, z. B. rechten Lagerelement im axia
len und zentrierten Anschlag zu positionieren, so daß sich die
günstigen Steifigkeitskennlinien für "Abkühlung unter maximalem
Feld" (MFF) sowie eine axiale Verspannung nach der Abkühlung
beider Lagerelemente einstellen läßt.
Um während der Einfrierprozedur dem Rotor 12 eine definierte
exzentrische Position vorzugeben, ist es vorteilhaft, wenn eine
den Rotor 12 umgreifende Wandung des Cryostaten 2 zumindest eine
sich angenähert in Axialrichtung erstreckende Anschlagleiste 8
aufweist, die dem Rotor 12 bei seiner Axialverschiebung in den
Statorteil 11a eine exzentrische Position verleiht, die der ne
gativen statischen Einfederung des Rotors 12 unter Eigengewicht
entspricht. Günstiger ist die Anordnung von zwei Anschlagleisten
8. In jedem Fall wird eine definierte exzentrische Position des
Rotors vorgegeben, die der negativen statischen Einfederung des
Rotors 12 unter Eigengewicht entspricht.
Zur Bildung eines zusätzlichen Axiallagers kann der Stator in
einer axial außen liegenden Stirnwandung einen ringförmigen Ab
schnitt 10 des Hochtemperatursupraleiters 1 aufweisen, dem ein
aus Permanentmagneten zusammengesetzter Magnetring 9 zugordnet
ist, der in ein mit dem Rotor 12 in Rotationsverbindung stehen
des Turbinenlaufrad 16 oder dergleichen integriert ist.
Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist nur die linke magne
tische Lagerung als stabilisierendes Lager gemäß Fig. 1 ausge
bildet, während die rechte Lagerung mit abstoßenden oder aber
anziehenden Permanentmagneten 17, 18 aufgebaut werden kann.
Fig. 11 zeigt einen Rotor 12 mit vertikaler Achse Z. Der Rotor
12 ist in der linken Darstellung a) in seiner Einfrierposition
und in der rechten Darstellung b) in seiner Betriebsposition
dargestellt.
Zum Einfrieren wird der Rotor 12 axial nach oben geschoben, bis
der Rotorteil 11b am Statorteil 11a anliegt. Diese Axialver
schiebung ist mit ΔZ angegeben. Die untere magnetische Lagerung
weist in dieser Position den größten Spaltabstand a zwischen
Statorteil 11a und Rotorteil 11b auf. In dieser Position des
Rotors 12 werden beide Magnetlager 11 gleichzeitig kalt gefah
ren. Dies ergibt in dem oberen Magnetlager ein "Einfrieren in
der Maximal-Feld-Position" (Maximum Field Frozen = MFF), während
sich im unteren Magnetlager ein "Einfrieren in der Minimal-Feld-
Position (Operational Field Frozen with Offset = OFFo) ergibt.
Die Einfrierprozedur "Operational Field Freezing" kann mit oder
ohne Verschiebung zur Betriebsposition (Offset) erfolgen.
Untersuchungen haben ergeben, daß Tragfähigkeiten und Steifig
keiten der Magnetlager vom Einfrierverfahren und von der
Lastrichtung abhängig sind. So können OFF-Lager sehr gut Druck
kräfte aufnehmen, während MFF-Lager gute Eigenschaften bei der
Zugbeanspruchung aufweisen. Durch das bei der Ausführungsform
gemäß Fig. 11 durchgeführte Einfrierverfahren erreicht man eine
Kompensation der statischen Gewichtskraft und damit eine vor
teilhafte Optimierung der Tragfähigkeit der magnetischen Lage
rung. Gibt man nämlich den sich in der Position der Fig. 11a
befindlichen Rotor 12 nach dem Kaltfahren frei, wird infolge der
Gewichtskräfte das obere Magnetlager auf Zug und das untere Ma
gnetlager auf Druck belastet, was zu einer optimalen Tragfähig
keit und Steifigkeit führt.
Claims (8)
1. Magnetische Lagerung eines Rotors (12) in einem Stator, mit zumindest
einem Magnetlager (11), das einen Statorteil (11a) und einen hierzu in Be
triebsstellung koaxial berührungslos angeordneten Rotorteil (11b) auf
weist, dessen Lagerwirkfläche sich zusammensetzt aus zumindest zwei
axial magnetisierten Permanentmagnetscheiben (4) mit alternierender, par
allel zur Lagerwirkfläche ausgerichteter Magnetisierung (N, S) und aus die
Permanentmagnetscheiben (4) axial abdeckenden, zwischen den Perma
nentmagnetscheiben (4) angeordneten scheibenförmigen Polschuhen (5),
während der Statorteil (11a) einen Hochtemperatursupraleiter (1) aufweist,
wobei
die Lagerwirkfläche kegelstumpfförmig ausgebildet und die die Lager wirkflächen des Rotorteils (11b) bildenden Bauteile (4, 5) axial verspannt sind,
die benachbarten Permanentmagnetscheiben (4) und Polschuhe (5) spie gelbildlich zu ihrer zentrischen Achse (Z) eine konisch komplementäre Querschnittsform aufweisen,
sich die Polschuhe (5) in radialer Richtung nach außen axial verbreitern und wobei
zum Abkühlen des Hochtemperatursupraleiters (1) auf die Sprungtempera tur Statorteil (11a) sowie Rotorteil (11b) relativ zueinander bis zur gegen seitigen Anlage axial verschiebbar ausgebildet sind.
die Lagerwirkfläche kegelstumpfförmig ausgebildet und die die Lager wirkflächen des Rotorteils (11b) bildenden Bauteile (4, 5) axial verspannt sind,
die benachbarten Permanentmagnetscheiben (4) und Polschuhe (5) spie gelbildlich zu ihrer zentrischen Achse (Z) eine konisch komplementäre Querschnittsform aufweisen,
sich die Polschuhe (5) in radialer Richtung nach außen axial verbreitern und wobei
zum Abkühlen des Hochtemperatursupraleiters (1) auf die Sprungtempera tur Statorteil (11a) sowie Rotorteil (11b) relativ zueinander bis zur gegen seitigen Anlage axial verschiebbar ausgebildet sind.
2. Magnetische Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
massive Hochtemperatursupraleiter (1) als flussfixierendes Bauteil inner
halb eines Cryostaten (2) angeordnet sind.
3. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (5) aus hochfestem ferroma
gnetischem Material bestehen.
4. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass die Polschuhe (5) aus in axialer Richtung ge
blechtem ferromagnetischem Material bestehen.
5. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass eine den Rotor (12) umgreifende Wandung
des Cryostaten (2) zumindest eine sich angenähert in Axialrichtung er
streckende Anschlagleiste (8) aufweist, die dem Rotor (12) bei seiner
Axialverschiebung in den Statorteil (11a) eine exzentrische Position ver
leiht, die der negativen statischen Einfederung des Rotors (12) unter Ei
gengewicht entspricht.
6. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass zur Bildung eines zusätzlichen Axiallagers der
Statorteil (11a) in einer dem Rotor (12) abgewandten und in einer Ebene
senkrecht zur Rotorachse (Z) liegenden Stirnwandung einen ringförmigen
Abschnitt (10) des Hochtemperatursupraleiters (1) aufweist, dem ein aus
Permanentmagneten zusammengesetzter Magnetring (9) zugeordnet ist,
der in ein mit dem Rotor (12) in Rotationsverbindung stehendes scheiben
förmiges Bauteil, z. B. ein Turbinenlaufrad (16) integriert ist.
7. Magnetische Lagerung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, dass der Rotor (12) in zwei sich axial gegenüberlie
genden, hinsichtlich ihrer Kegelstumpfform spiegelbildlich zu einer Fläche
senkrecht zur Rotorachse (Z) ausgebildeten Magnetlagern (11) gelagert ist.
8. Verfahren zum Einbringen eines in einem Stator in einer magnetischen
Doppellagerung mit jeweils kegelstumpfförmig ausgebildeten Lagerwirkflä
chen gelagerten Rotors in seine Betriebsstellung, unter Verwendung von
Magnetlagern, die hinsichtlich ihrer Kegelstumpfform spiegelbildlich zu ei
ner Fläche senkrecht zur Rotorachse ausgebildet sind und jeweils einen mit
einem Hochtemperatursupraleiter ausgerüsteten Statorteil und einen hierzu
in Betriebsstellung koaxial berührungslos angeordneten, mit Permanentma
gneten bestückten Rotorteil aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zu
erst das eine der beiden Magnetlager und anschließend das andere Ma
gnetlager abgekühlt werden, dass während des Kaltfahrens der Rotor zu
erst mit seinem einen Lagerabschnitt bis zum Anschlag in das eine Ma
gnetlager verschoben und anschließend bis zum Anschlag in das andere
Magnetlager verschoben wird, und dass nach der Abkühlung beider Ma
gnetlager eine axiale Verspannung der beiden wirksamen Lagerabschnitte
des Rotors erfolgt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19727550A DE19727550C2 (de) | 1996-08-21 | 1997-06-28 | Magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator |
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DE19727550A Expired - Fee Related DE19727550C2 (de) | 1996-08-21 | 1997-06-28 | Magnetische Lagerung eines Rotors in einem Stator |
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