WO2020069908A1 - Rotor und maschine mit supraleitendem permanentmagneten - Google Patents

Rotor und maschine mit supraleitendem permanentmagneten

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WO2020069908A1
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permanent magnet
superconducting
shielding element
shielding
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PCT/EP2019/075643
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Peter Kummeth
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01F27/36—Electric or magnetic shields or screens
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    • Y02E40/60—Superconducting electric elements or equipment; Power systems integrating superconducting elements or equipment

Definitions

  • the present invention relates to a rotor for an electrical machine having a central rotor axis, comprising a rotor carrier and at least one superconducting permanent magnet mechanically carried by the rotor carrier. Furthermore, the invention relates to an electrical machine with such a rotor.
  • the power density of an electrical machine scales with the magnetic flux density that can be generated by the electric or permanent magnets used in the electrical machine. This relationship allows a significant increase in the power density without a significant change in the topology of the electrical machine, for example when conventional permanent magnets are replaced by super permanent permanent magnets, since higher magnetic flux densities can be generated with them.
  • One approach to increasing the power density is therefore to equip an electrical machine with permanent magnets made of superconducting materials.
  • Such materials can generate magnetic flux densities of orders of magnitude which are many times higher at correspondingly low temperatures the flux densities that can be generated with conventional permanent magnets.
  • YBCO yttrium barium copper oxide
  • DE102016205216A1 describes an electrical machine with superconducting permanent magnet and a method for magnetizing the permanent magnet.
  • Superconducting de permanent magnets must first be magnetized at a cryogenic temperature below the transition temperature of the superconductor before they are operated and then kept permanently at such a cryogenic temperature. Due to the loss-free current flow in the superconductor material, a permanent magnetization state is achieved. In order to maintain this over a long period of time, however, both electromagnetic losses and other undesirable heating of the superconductor must be reliably avoided.
  • converters are typically required which generate alternating electromagnetic fields and harmonics. These alternating fields produce eddy currents in the electrically conductive elements of the electrical machine, which in turn leads to the heating of these conductive elements.
  • a problem with the use of superconducting permanent magnets for generating the excitation field is that these permanent magnets are also electrically conductive and are exposed to the alternating fields described in the area of the rotor. Due to the interaction of the permanent magnets with these alternating fields, the magnetization of the permanent magnets gradually decreases. The heat generated indirectly by this electromagnetic interaction in the area of the permanent magnets can lead to a loss of magnetization if the heat is not dissipated efficiently enough.
  • the object of the invention is therefore to provide a rotor for an electrical machine, which overcomes the problems mentioned in connection with the operation of a superconducting permanent magnet.
  • a rotor is to be made available which has a superconducting permanent magnet, a gradual loss of magnetization during operation of the rotor being effectively reduced in comparison with the prior art.
  • Another object is to specify an electrical machine with such a rotor.
  • the rotor according to the invention is designed as a rotor for an electrical machine. It has a central rotor axis A.
  • the rotor comprises a rotor carrier, at least one superconducting permanent magnet mechanically carried by the rotor carrier and a damper shield with at least one shielding element.
  • This shielding element surrounds the at least one superconducting permanent magnet and is formed from an electrically conductive material with a conductivity s of at least 30 -IO 6 S / m.
  • a superconducting permanent magnet is to be understood in the present context, an element which comprises a superconductor material and which can be brought into a permanently magnetized state by magnetization at a cryogenic temperature and maintenance of this cryogenic temperature.
  • the rotor described can in particular comprise a plurality of such superconducting permanent magnets in order to be able to generate a multipole magnetic field.
  • the at least one superconducting permanent magnet is to be carried mechanically by the rotor carrier.
  • the superconducting permanent magnet (or possibly the number of such permanent magnets) can be arranged on a radially outer side of the rotor carrier.
  • the permanent magnets can optionally be embedded in suitable recesses on the outer surface of the rotor carrier. Alternatively, they can also be inserted into internal recesses in the rotor carrier (for example from an axial end).
  • a major advantage of the rotor according to the invention is that a predominant part of the electromagnetic alternating fields occurring during the operation of the machine is shielded by the external damper screen. From this shielded part of the alternating fields, there is therefore no electromagnetic interaction with the superconducting magnet (s). In this way, the loss of magnetization (both the loss due to the direct electromagnetic interaction and the indirect loss due to the heating of the permanent magnet caused thereby) is effectively reduced.
  • the shielding element can surround the at least one permanent magnet, in particular radially circumferentially. In this way, a particularly effective shielding of electromagnetic alternating fields from radially outer areas is given.
  • a sheathing and thus a further shield it is optionally also possible (but not absolutely necessary) for a sheathing and thus a further shield to also be present on the axially terminal sides of the permanent magnet.
  • these two axially end permanent sides are often also referred to as end faces of the rotor.
  • Essential in connection with the present invention is above all a shield in the region of the radially outer sides of the permanent magnet.
  • the choice of a material for the shielding element with an electrical conductivity in the specified value range ensures that adequate shielding of the potentially existing electromagnetic alternating fields takes place.
  • the above-mentioned shielding element should be an additional element of the rotor, which is not already part of the rotor carrier or part of a cryostat that may be required for cooling.
  • the main idea of the present invention is therefore to provide a damper screen in the form of at least one additional shielding element which is not already required as a mechanically load-bearing element or as a thermally insulating element of the rotor.
  • the electrical machine according to the invention has a rotor according to the invention and a stationary stator.
  • the advantages of the machine according to the invention result analogously to the described advantages of the rotor according to the invention.
  • the rotor can generally advantageously comprise a cooling device with which the at least one superconducting permanent magnet can be cooled to a cryogenic operating temperature below the transition temperature of the superconductor used.
  • the cooling device can be designed such that the rotor carrier is cooled to this cryogenic operating temperature together with the at least one permanent magnet.
  • the cooling device can in particular comprise at least one cryos within which the rotor winding is arranged.
  • a fluid coolant can be introduced which cools the at least one superconducting permanent magnet and the rotor carrier.
  • the cooling device can have a closed coolant include circuit in which such a fluid coolant can circulate.
  • the cryostat can have a vacuum space for better thermal insulation. This vacuum space can be, for example, an annular vacuum space which radially surrounds the rotor carrier and the at least one permanent magnet arranged thereon.
  • the at least one shielding element can have a thickness of at least 0.1 mm and in particular at least 1 mm.
  • the material of the at least one shielding element can comprise copper and / or aluminum.
  • one of the metals mentioned can be present as the main component of the shielding element.
  • the shielding element can particularly preferably consist essentially of one of the metals mentioned. These two metals are particularly suitable for the production of highly conductive elements, especially if they are present in a very high purity according to an advantageous embodiment. If the damper screen has several separate shielding elements, either part of these shielding elements or even each of these shielding elements can advantageously be formed from one of the preferred materials mentioned and / or with a wall thickness in the preferred area.
  • the damper shield can comprise an external shielding element which radially surrounds the rotor carrier and the at least one superconductor the permanent magnet.
  • a rotor can also include a plurality of superconducting permanent magnets, with the outer shielding element then Radially surrounds a plurality of permanent magnets together with the rotor carrier.
  • the rotor support and permanent magnet (s) can be radially encircled by such an external shielding element.
  • Such an external shielding element can advantageously be shaped as a hollow cylindrical element. A circular cylindrical shape is particularly preferred.
  • the cryostat radially surrounds the rotor carrier and permanent magnet (s) and if the external shielding element radially surrounds the cryostat.
  • the main advantage of such an embodiment is that the rotor carrier and permanent magnet (s) can be cooled together within the cryostat, while the external shielding element is at a comparatively warm temperature. The losses occurring in the shielding element due to the electromagnetic shielding then do not occur in the cold. An undesirable development of heat in the cryogenic region of the rotor is thus advantageously avoided or at least largely reduced.
  • the shielding element can be cooled much easier and more efficiently in the warm area of the rotor than would be the case in the cryogenic area of the rotor.
  • this can generally be advantageously provided on its outer surface with a plurality of cooling fins.
  • Such an external shielding element can in particular limit the rotor radially outwards to the air gap of the electrical machine.
  • the air gap is arranged radially between the rotor and the stator.
  • the embodiment with external cooling fins has the advantage that the heat released by the shielding of the alternating fields in the shielding element can be dissipated particularly easily via the air gap. In other words, the air gap can then be used for air cooling of the external shielding element. The effectiveness of such air cooling is improved by the described cooling fins.
  • the rotor can have one or more fan wheels in order to cool the outer surface of the rotor (and in particular that of the outer shielding element) during operation.
  • fan wheels during the rotation of the rotor cause an additional air flow through the air gap arranged between the rotor and the stator. Such an increased flow causes an even further improved dissipation of the heat released in the external shielding element.
  • such an increased air flow in the air gap can also be brought about by an additional external fan which, in contrast to the variant described above, is not itself part of the rotor.
  • a fan can, for example, be arranged axially next to the rotor and can accordingly introduce an air flow into the air gap from an axially terminal side (ie an end face).
  • this shielding element can generally be advantageously surrounded by an additional radially external holding element.
  • a holding element is particularly advantageous if the outer shielding element is made of a comparatively soft material (such as copper or aluminum).
  • the holding element can then advantageously prevent or at least reduce deformation of the outer shielding element by the centrifugal forces during the rotation of the rotor.
  • the holding element can be formed from a mechanically stronger material compared to the external shielding element.
  • the holding element can comprise stainless steel - in particular non-magnetic stainless steel - and / or comprise a non-metallic bandage.
  • a non-metallic bandage can, for example, include a glass fiber reinforced plastic or a carbon fiber reinforced plastic.
  • the rotor has an annular vacuum space which is arranged radially between the external shielding element on the one hand and the rotor carrier with the at least one permanent magnet on the other.
  • the outer shielding element is thermally well insulated from the rotor carrier and the at least one permanent magnet by the vacuum space, so that the outer shielding element can have a substantially higher temperature than the cryogenic elements located further inside during operation of the rotor. This in turn generally facilitates the dissipation of the heat released in the external shielding element.
  • another type of thermal insulation can also be arranged radially between the shielding element and the rotor support (for example an additional super-insulation film within the vacuum space).
  • the damper shield can have at least one inner shielding element.
  • Such an internal shielding element is in each case assigned to at least one super permanent permanent magnet. Instead of a single superconducting permanent magnet, it can in particular also be assigned to a group of such superconducting permanent magnets.
  • the internal shielding element surrounds the assigned superconducting permanent magnet or the corresponding group locally. This is understood to mean that the inner shielding element is mechanically carried by the rotor carrier together with the at least one associated superconducting permanent magnet.
  • Such a shielded magnet In particular, telement can in turn be arranged in a corresponding recess in the rotor carrier.
  • part of the internal shielding element is located between the at least one permanent magnet and the rotor carrier, so that in particular direct contact between the permanent magnet (s) and the rotor carrier is avoided.
  • the shielded magnetic element can particularly advantageously form a pre-manufactured component.
  • Such a prefabricated component from the inner shielding element and the at least one assigned superconducting permanent magnet can be embedded in particular in the manufacture of the rotor as a whole in an associated recess in the rotor carrier.
  • the internal shielding element can also be expediently at a cryogenic temperature during operation of the rotor.
  • this has the additional advantage that the electrical conductivity of a metallic material of the internal shielding element is further increased by the cryogenic temperature.
  • the electrical conductivity of aluminum or copper at a cryogenic temperature is significantly higher than at room temperature.
  • a lower layer thickness can be used for an internal shielding element with a comparable material than with a comparable external shielding element.
  • the layer thickness of such an internal shielding element can be in the range from 0.1 mm to 10 mm.
  • damper shield element in addition to an external shielding element.
  • shield element are present, as it has been described above.
  • the entire damper shield is to be understood as a purely functional unit and is formed from a plurality of spatially separated shielding elements.
  • Such a composite damper screen fulfills the overall function of electromagnetic shielding of the at least one permanent magnet from unwanted alternating fields.
  • the relative shielding effect of the individual shielding elements can in principle be selected differently.
  • the external shielding element effects the major part of the overall screening.
  • a major advantage of this variant can be that the major part of the heat released by the shield can then be dissipated in the warmer environment lying outside.
  • the shielding effect of the at least one internal shielding element is similar or even larger. This variant can be advantageous in order to achieve effective shielding with correspondingly less additional shielding material and / or to simplify the manufacture of the rotor.
  • the shielding of the electromagnetic alternating fields is essentially effected in the direct local environment of the at least one superconducting permanent magnet. Because there is no additional external shielding element, the manufacture of the rotor may be simpler than in the case of the written variants. In addition, the air gap can be made thinner, whereby the electromagnetic interaction between stator and rotor can be improved.
  • this can be thermally coupled to the rotor carrier comparatively more strongly than to the at least one assigned superconducting permanent magnet.
  • this can be the case in particular for each of these shielding elements.
  • the thermal resistance between the internal shielding element and the rotor carrier is smaller than the thermal resistance between the internal shielding element and the superconducting permanent magnet (s).
  • the described embodiment thus enables the alternating fields to be shielded in the immediate vicinity of the superconducting permanent magnet, despite which a noticeable heating of the permanent magnet is advantageously avoided.
  • a thermal insulation layer can be arranged between these elements.
  • a thermal insulation layer can be formed in a generally advantageous manner from a material with a thermal conductivity of at most 2 W / m K.
  • the thermal insulation layer can be formed from a polymer or a polymer-containing material, in particular from a filled or unfilled epoxy resin such as for example Stycast 1266 or Stycast 2850FT.
  • such a thermal insulation layer can advantageously have a layer thickness between 0.2 mm and 1 mm.
  • Such a layer thickness is high enough to provide sufficient thermal insulation so that heating of the permanent magnet due to the heating in the shielding element can be effectively reduced. At the same time, the layer thickness is small enough to be able to cool the superconducting permanent magnet together with the rotor carrier to a cryogenic temperature.
  • these can each be composed of a shielding vessel and a shielding cover.
  • both the shielding vessel and the shielding lid can advantageously be formed from a correspondingly highly conductive material and, if appropriate, with a suitable wall thickness (as described above).
  • the vessel and the lid together form a correspondingly shielding element.
  • An advantage of such an embodiment variant can be given by a correspondingly simpler production.
  • the shielding vessel can be firmly embedded in the rotor carrier and, under certain circumstances, can be produced together with it. The insertion of the at least one supralei tenden permanent magnet in this shielding vessel and the subsequent fitting of the shielding lid can then be done afterwards.
  • the at least one superconducting permanent magnet can generally have a high-temperature superconducting material.
  • High-temperature superconductors are superconducting materials with a transition temperature above 25 K and with some material classes, for example the cuprate superconductors, above 77 K, where the operating temperature can be achieved by cooling with cryogenic materials other than liquid helium. HTS materials are also half particularly attractive, since these materials can have high upper critical magnetic fields and high critical current densities depending on the choice of operating temperature.
  • the high-temperature superconductor can comprise, for example, magnesium diboride or an oxide-ceramic superconductor, for example a compound of the type REBa2Cu30 x ( REBCO for short), RE standing for an element of rare earths or a mixture of such elements.
  • the rotor can either individually or in groups form the magnetic poles of the rotor.
  • the permanent magnets can, for example, each be cuboid-shaped, which enables comparatively easy manufacture.
  • the at least one superconducting permanent magnet can be formed by a stack of a plurality of superconducting strip conductors.
  • a superconducting strip conductor typically has a thin superconducting layer on a strip-shaped carrier substrate. Additional layers may additionally be present in between and / or above or below the layers mentioned.
  • a plurality of such superconducting strip conductors can then be stacked one above the other in the radial direction with respect to the rotor axis.
  • the main direction of the stacking can in principle also be oriented differently.
  • a plurality of individual strip conductors can also be present in the stack next to one another in the circumferential direction and / or in the axial direction.
  • the strip conductors of the entire stack can optionally also be arranged offset from one another between the individual stack layers, wherein, for example, the orientation of the individual strips (ie the position of their longitudinal direction) can also change from stack level to stack level.
  • the formation of strip conductor peln a simple shape of the superconducting permanent magnet and in particular the formation of a desired size in a simple manner possible. Cuboid permanent magnets can be produced particularly easily in this way.
  • the formed as a stack of strip conductors supralei tenden permanent magnets can generally be advantageously manufactured as before manufactured components and then inserted as a whole in a corresponding recess of the rotor support, who can optionally be surrounded by an internal damper screen beforehand.
  • the at least one superconducting permanent magnet can also be formed by a superconducting bulk element.
  • a superconducting bulk element should be understood to mean a one-piece element made of superconducting material.
  • Such bulk elements can in principle be produced in any geometry.
  • permanent magnets can also be made available in a relatively cuboid shape.
  • Advantageous materials for such bulk elements are, for example, magnesium diboride and REBCO.
  • the stator can be designed as a liquid-cooled stator. This is particularly expedient in the case of embodiments with an external shielding element, since the heat released in this shielding element can then at least partially be dissipated via the air gap via the cooling system of the stator.
  • the machine or the rotor is preferably designed for a nominal output of at least 5 MW, in particular at least 10 MW. With such a high performance, it is fundamentally suitable for driving a vehicle, in particular an aircraft. Alternatively, with such a powerful machine, the electrical current required for the drive can also be generated on board the vehicle when operating as a generator. Basically, the machine can either designed as a motor or as a generator or optionally designed for both operating modes. For example, it can be a permanently excited synchronous machine. In order to achieve the high powers described, high-temperature superconducting elements are particularly suitable since they allow particularly high current densities.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of the electrical machine in schematic cross section
  • Figure 2 shows a second embodiment of the electrical machine in schematic cross section
  • an electrical machine 1 is shown in schematic cross section, that is perpendicular to the central axis A.
  • the machine comprises an external fixed stator 3 and an internal rotor 5 rotatably mounted about the central axis A.
  • the electromagnetic interaction between the rotor 5 and the stator 3 takes place over the air gap 15 between them.
  • It is a permanently excited machine which has a plurality of superconducting permanent magnets 9 in order to form an excitation field in the region of the rotor.
  • the cross section of FIG. 1 shows, by way of example, 4 such permanent magnets distributed over the circumference of the rotor. They are arranged in corresponding radially outer recesses of a rotor carrier 7, the rotor carrier 7 mechanically carrying the permanent magnets 9.
  • the rotor carrier 7 is cooled together with the permanent magnets 9 held thereon by a cooling device (not shown in more detail here) to a cryogenic operating temperature which is below the transition temperature of the superconductor material used in the permanent magnets.
  • a cryogenic operating temperature which is below the transition temperature of the superconductor material used in the permanent magnets.
  • rotor carriers 7 and permanent magnets 9 are arranged together in the interior of a cryostat 11.
  • an annular vacuum space V for thermal insulation.
  • the damper screen of the rotor is realized by an external shield element 13a.
  • This external shielding element is designed as a metallic hollow cylinder, which wel radially encloses the outer wall of the cryostat 11.
  • the further inner elements 7 and 9 are closed radially from the outer shielding element 13a.
  • alternating electromagnetic fields can be effectively shielded from radially further outward areas by the external shielding element 13a, so that an interaction of such fields with the superconducting permanent magnets is greatly reduced.
  • the heat released in the external shielding element 13a by the eddy currents occurring can be conducted to the air gap 15.
  • the outer shielding element 13a can be provided on its outer surface with a plurality of cooling fins 14, of which only one is shown as an example in FIG. 1.
  • Such cooling fins can (as indicated here) either extend axially or it can be ring-shaped cooling fins in the circumferential direction or also other cooling fins oriented to a great extent (for example also in spiral form).
  • the heat generated in the area of the external shielding element can, in addition to the air cooling described, also be provided by a Nes cooling system for cooling the stator winding, not shown here, are also removed.
  • an alternative embodiment of an electrical machine 1 is shown in schematic cross section.
  • this machine is configured similarly to the machine of FIG. 1.
  • it additionally has an internal shielding element 13i around each superconducting permanent magnet 9.
  • these inner shielding elements 13i are present in addition to the outer shielding element 13a already described. Together with this, you form the parent damper screen.
  • the shielding of the electromagnetic alternating fields can also be effected predominantly or even exclusively by the inner shielding elements 13i.
  • the external shielding element 13a can therefore be regarded as optional for this exemplary embodiment.
  • the internal shielding elements 13i thus locally shield the (remaining) alternating fields in the area of the superconducting permanent magnets 9. They are arranged locally around these permanent magnets, so that they also fill a space between the permanent magnets 9 and the rotor carrier 7. Each of the superconducting permanent magnets 9 is thus at least in the radial direction completely digi encased by an associated internal shielding element 13i. It is possible that exactly one such internal shielding element 13i is assigned to each permanent magnet 9. Alternatively, however, a plurality of permanent magnets 9 can be surrounded in groups by a common inner shield element 13i.
  • a plurality of permanent magnets 9 can be arranged one behind the other within a common inner shielding element 13i in the axial direction (not shown here).
  • the inner shielding elements 13i are also made of an electrically highly conductive material and can thus generate the electromagnetic alternations present here through the formation of eddy currents. Shield selfelder effectively inwards and thus avoid a direct interaction of these fields with the superconducting permanent magnet 9.
  • the heat released in the area of the inner shielding elements 13i can be dissipated via the rotor carrier 7, which is thermally coupled to the cooling system.
  • the thermal resistance between the elements 13i and 7 is advantageously less than the thermal resistance between the elements 13i and 9.
  • FIG. 3 shows a detail of the rotor of an electrical machine in schematic cross section.
  • the area of a superconducting permanent magnet 9 is shown, which is embedded in a radially outer recess of a rotor carrier 7.
  • the remaining part of the electrical machine can, for example, be configured similarly to the machine in FIG. 2.
  • the permanent magnet 9 of FIG. 3 is also surrounded locally by an internal shielding element 13i, so that together with it it forms a shielded magnetic element 16.
  • This shielded magnetic element 16 can be produced as a pre-fabricated component and, accordingly, can be embedded as Gan zes in the matching recess of the rotor carrier 7.
  • the superconducting permanent magnet 9 is designed as a superconducting bulk element.
  • it can be a one-piece cuboid made of YBCO or magnesium diboride.
  • the material of the inner shielding element 13i can in turn advantageously have aluminum or copper as the main component.
  • the thickness of the inner shielding element 13i is indicated here with dl3. This thickness can be in the range of 2 mm for example. With such a wall thickness, good electromagnetic shielding of the alternating fields can be ensured.
  • FIG. 4 shows a detail of a rotor according to another embodiment of the invention.
  • the area around a superconducting permanent magnet 9 is also shown here, which together with an internal shielding element 13i forms a shielded magnetic element 16.
  • the superconducting permanent magnet 9 is not formed as a one-piece superconductor, but as a stack of individual superconducting ribbon conductors 10. These individual strip conductors can be connected to one another by a suitable adhesive or other connecting means to form a fixed stack.
  • the individual superconducting strip conductors are each formed by a layer system from a superconducting layer and optionally a plurality of further electrically conductive and or insulating layers on a strip-shaped carrier substrate.
  • the superconductor layer is comparatively thin in comparison to this carrier substrate, so that it forms only a small part of the total material of the strip conductor stack. Nevertheless, even with such a superconducting strip conductor stack, comparatively high magnetic flux densities can be achieved to form an excitation field.
  • FIG. 5 shows a detail of a rotor according to another embodiment of the invention.
  • a thermal insulation layer 17 is shown here, which is arranged circumferentially around the superconducting permanent magnet 9 between this and the inner shielding element 13i.
  • the thickness d17 of this thermal insulation layer 17 can, for example, be between 0.2 mm and 1 mm.
  • the material of this insulation layer can be given, for example, by an epoxy resin with a comparatively low thermal conductivity.
  • Such a thermal insulation layer can ensure that the heat released by the electrical shielding in element 13i is essentially dissipated through the rotor support 7 to the cooling system of the rotor and only slightly heats up the super- conductive permanent magnet 9 contributes.
  • the additional thermal insulation layer means that permanent magnet 9 and the associated inner shielding element 13i are (at least) spaced by the thickness dl7. Advantageously, they are spaced apart essentially by this thickness.
  • the permanent magnet 9 is again shown as a stack of individual superconducting strip conductors. However, alternatively it can again be a bulk element, similar to the example in FIG. 3.
  • FIG. 6 shows a detail of a rotor according to a further exemplary embodiment of the invention, instead of the uniform and in particular one-piece inner shielding element 13i shown in FIG. 4, the superconducting permanent magnet 9 is here surrounded by a two-part inner shielding element 13i.
  • This inner shielding element 13i is formed by a shielding vessel 21 and a shielding cover 23. Both elements are in turn consistently formed from an electrically highly conductive material and with a thickness suitable for shielding, as described above.
  • the permanent magnet 9 is again shown as a stack of individual superconducting strip conductors. Alternatively, however, it can again be a bulk element, similar to the example in FIG. 3. Reference list

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Abstract

Es wird ein Rotor (5) für eine elektrische Maschine (1) mit einer zentralen Rotorachse (A) angegeben. Der Rotor umfasst - einen Rotorträger (7), - wenigstens einen von dem Rotorträger (7) mechanisch getra- genen supraleitenden Permanentmagneten (9) - sowie einen Dämpferschirm mit wenigstens einem Abschirm- element (13a,13i), welches den wenigstens einen supralei- tenden Permanentmagneten (9) umgibt und welches aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit  von wenigstens 30∙106 S/m gebildet ist. Weiterhin wird eine elektrische Maschine (1) mit einem derar- tigen Rotor (5) angegeben.

Description

Beschreibung
Rotor und Maschine mit supraleitendem Permanentmagneten
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine mit einer zentralen Rotorachse, umfas send einen Rotorträger und wenigstens einen von dem Rotorträ ger mechanisch getragenen supraleitenden Permanentmagneten. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor.
Aus dem Stand der Technik sind elektrische Maschinen bekannt, welche einen Stator und einen Rotor aufweisen und bei welchen der Rotor dazu ausgelegt ist, ein elektromagnetisches Erre gerfeld zu erzeugen. Ein solches Erregerfeld kann entweder durch auf dem Rotor angeordnete Permanentmagnete oder durch auf dem Rotor angeordnete Spulenelemente erzeugt werden. Für elektrische Maschinen mit besonders hohen Leistungsdichten werden zum Teil Rotoren mit supraleitenden Spulenelementen eingesetzt. Eine andere Möglichkeit zum Erreichen besonders hoher Leistungsdichten ist die Verwendung von supraleitenden Permanentmagneten .
Die Leistungsdichte einer elektrischen Maschine skaliert mit der magnetischen Flussdichte, die durch die in der elektri schen Maschine zum Einsatz kommenden Elektro- oder Permanent magnete erzeugbar ist. Dieser Zusammenhang erlaubt eine sig nifikante Erhöhung der Leistungsdichte ohne wesentliche Ver änderung der Topologie der elektrischen Maschine, wenn bei spielsweise konventionelle Permanentmagnete durch supralei tende Permanentmagnete ersetzt werden, da mit diesen höhere magnetische Flussdichten generiert werden können.
Ein Ansatz zur Erhöhung der Leistungsdichte besteht daher da rin, eine elektrische Maschine mit Permanentmagneten aus sup- raleitfähigen Materialien auszustatten. Derartige Materialien können bei entsprechend niedrigen Temperaturen magnetische Flussdichten in Größenordnungen erzeugen, die ein Vielfaches der mit konventionellen Permanentmagneten erzeugbaren Fluss dichten betragen. Bspw. ist es möglich, mit einem Magneten aus YBCO (Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid) bei ca. 30 K ein Mag netfeld mit einer magnetischen Flussdichte von bis zu 8 T zu erzeugen, während ein konventioneller Magnet, bspw. bestehend aus NeFeB, Flussdichten in Größenordnungen von ca. 1,2 T ge neriert .
In der DE102016205216A1 wird eine elektrische Maschine mit supraleitfähigem Permanentmagneten sowie ein Verfahren zum Magnetisieren des Permanentmagneten beschrieben. Supraleiten de Permanentmagnete müssen vor ihrem Betrieb zunächst bei einer kryogenen Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters aufmagnetisiert werden und dann dauerhaft auf einer solchen kryogenen Temperatur gehalten werden. Aufgrund des verlustfreien Stromflusses im Supraleitermaterial wird so ein dauerhafter Magnetisierungszustand erreicht. Um diesen auch über längere Zeit zu erhalten, müssen jedoch sowohl elektromagnetische Verluste als auch eine sonstige uner wünschte Erwärmung des Supraleiters zuverlässig vermieden werden .
Für den Betrieb von elektrischen Maschinen werden typischer weise Umrichter benötigt, welche elektromagnetische Wechsel felder und Oberwellen erzeugen. Durch diese Wechselfelder werden in den elektrisch leitfähigen Elementen der elektri schen Maschine Wirbelströme erzeugt, was wiederum zur Erwär mung dieser leitfähigen Elemente führt. Ein Problem beim Ein satz supraleitender Permanentmagnete für die Erzeugung des Erregerfeldes liegt darin, dass auch diese Permanentmagnete elektrisch leitfähig sind und im Bereich des Rotors den be schriebenen Wechselfeldern ausgesetzt sind. Durch die Wech selwirkung der Permanentmagnete mit diesen Wechselfeldern nimmt die Magnetisierung der Permanentmagnete allmählich ab. Auch die indirekt durch diese elektromagnetische Wechselwir kung erzeugte Wärme im Bereich der Permanentmagnete kann zu einem Verlust der Magnetisierung führen, wenn die Wärme nicht effizient genug abgeführt wird. Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, welcher die genannten Proble me im Zusammenhang mit dem Betrieb eines supraleitenden Per manentmagneten überwindet. Insbesondere soll ein Rotor zur Verfügung gestellt werden, welcher einen supraleitenden Per manentmagneten aufweist, wobei ein allmählicher Verlust der Magnetisierung beim Betrieb des Rotors im Vergleich zum Stand der Technik wirksam reduziert ist. Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor anzuge ben .
Diese Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 beschriebenen Rotor und die in Anspruch 15 beschriebene elektrische Maschi ne gelöst.
Der erfindungsgemäße Rotor ist als Rotor für eine elektrische Maschine ausgestaltet. Er weist eine zentrale Rotorachse A auf. Der Rotor umfasst einen Rotorträger, wenigstens einen von dem Rotorträger mechanisch getragenen supraleitenden Per manentmagneten sowie einen Dämpferschirm mit wenigstens einem Abschirmelement. Dieses Abschirmelement umgibt den wenigstens einen supraleitenden Permanentmagneten und ist aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer Leitfähigkeit s von wenigstens 30 -IO6 S/m gebildet.
Unter einem supraleitenden Permanentmagneten soll im vorlie genden Zusammenhang ein Element verstanden werden, welches ein Supraleitermaterial umfasst und welches durch Aufmagneti sierung bei einer kryogenen Temperatur und Aufrechterhaltung dieser kryogenen Temperatur in einen dauerhaft magnetisierten Zustand gebracht werden kann. Der beschriebene Rotor kann insbesondere eine Mehrzahl von solchen supraleitenden Perma nentmagneten umfassen, um ein mehrpoliges Magnetfeld erzeugen zu können.
Der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet soll vom Rotorträger mechanisch getragen werden. Insbesondere kann der supraleitende Permanentmagnet (oder gegebenenfalls die Mehr zahl solcher Permanentmagnete) hierzu auf einer radial außen liegenden Seite des Rotorträgers angeordnet sein. Die Perma nentmagnete können gegebenenfalls in passende Ausnehmungen auf der Außenfläche des Rotorträgers eingebettet sein. Alter nativ können sie auch in innenliegende Ausnehmungen des Ro torträgers eingeschoben sein (beispielsweise von einem axia len Ende aus) .
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Rotors liegt darin, dass ein überwiegender Teil der beim Betrieb der Ma schine auftretenden elektromagnetischen Wechselfelder durch den außenliegenden Dämpferschirm abgeschirmt wird. Dieser ab geschirmte Teil der Wechselfelder tritt somit nicht in elek tromagnetische Wechselwirkung mit dem/den supraleitenden Per manentmagneten. Auf diese Weise wird der Verlust an Magneti sierung (sowohl der Verlust durch die direkte elektromagneti sche Wechselwirkung als auch der indirekte Verlust durch eine dadurch verursachte Erwärmung des/der Permanentmagneten) wirksam reduziert.
Das Abschirmelement kann den wenigstens einen Permanentmagne ten insbesondere radial umlaufend umgeben. Auf diese Weise ist eine besonders wirksame Abschirmung von elektromagneti schen Wechselfeldern aus radial weiter außen liegenden Berei chen gegeben. Zusätzlich ist es optional auch möglich (aber nicht zwingend erforderlich) , dass eine Umhüllung und somit eine weitere Abschirmung auch auf den axial endständigen Sei ten des Permanentmagneten vorliegt. Diese beiden axial end ständigen Seiten werden im Unterschied zu den radial außen liegenden Seiten häufig auch als Stirnseiten des Rotors be zeichnet. Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Er findung ist aber vor allem eine Abschirmung im Bereich der radial außenliegenden Seiten des Permanentmagneten.
Durch die Wahl eines Materials für das Abschirmelement mit einer elektrischen Leitfähigkeit im genannten Wertebereich ist sichergestellt, dass eine ausreichende Abschirmung der potenziell vorliegenden elektromagnetischen Wechselfelder stattfindet. Insbesondere soll es sich bei dem genannten Ab schirmelement um ein zusätzliches Element des Rotors handeln, welches nicht bereits Teil des Rotorträgers oder Teil eines unter Umständen für die Kühlung benötigten Kryostaten ist.
Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht also da rin, einen Dämpferschirm in der Form von wenigstens einem zu sätzlichen Abschirmelement vorzusehen, welches nicht bereits als mechanisch tragendes Element oder als thermisch isolie rendes Element des Rotors benötigt wird.
Die erfindungsgemäße elektrische Maschine weist einen erfin dungsgemäßen Rotor und einen feststehend angeordneten Stator auf. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Maschine ergeben sich analog zu den beschriebenen Vorteilen des erfindungsgemäßen Rotors .
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die beschrie benen Ausgestaltungen des Rotors und der elektrischen Maschi ne allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden.
Allgemein vorteilhaft kann der Rotor eine Kühlvorrichtung um fassen, mit welcher der wenigstens eine supraleitende Perma nentmagnet auf eine kryogene Betriebstemperatur unterhalb der Sprungtemperatur des verwendeten Supraleiters gekühlt werden kann. Insbesondere kann die Kühlvorrichtung so ausgestaltet sein, dass der Rotorträger zusammen mit dem wenigstens einen Permanentmagneten auf diese kryogene Betriebstemperatur ge kühlt wird.
Die Kühlvorrichtung kann insbesondere wenigstens einen Kryos taten umfassen, innerhalb dessen die Rotorwicklung angeordnet ist. In einen solchen Kryostaten kann beispielsweise ein flu ides Kühlmittel eingeleitet werden, welches den wenigstens einen supraleitenden Permanentmagneten und den Rotorträger kühlt. Die Kühlvorrichtung kann einen geschlossenen Kühlmit- telkreislauf umfassen, in welchem ein solches fluides Kühl mittel zirkulieren kann. Der Kryostat kann zur besseren ther mischen Isolation einen Vakuumraum aufweisen. Bei diesem Va kuumraum kann es sich beispielsweise um einen ringförmigen Vakuumraum handeln, welcher den Rotorträger und den darauf angeordneten wenigstens einen Permanentmagneten radial umgibt .
Allgemein bevorzugt kann das wenigstens eine Abschirmelement eine Dicke von wenigstens 0,1 mm und insbesondere wenigstens 1 mm aufweisen. Durch die Kombination einer derart hohen Wandstärke mit der oben beschriebenen hohen elektrischen Leitfähigkeit des Materials wird eine entsprechend zuverläs sige Abschirmung von elektromagnetischen Wechselfeldern si chergestellt .
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Material des wenigstens einen Abschirmelements Kupfer und/oder Aluminium umfassen. Insbesondere kann eines der genannten Metalle als Hauptbestandteil des Abschirmelements vorliegen. Besonders bevorzugt kann das Abschirmelement im Wesentlichen aus einem der genannten Metalle bestehen. Diese beiden Metalle eignen sich in besonderer Weise für die Herstellung hoch leitfähiger Elemente, besonders wenn sie gemäß einer vorteilhaften Aus führungsform in sehr hoher Reinheit vorliegen. Wenn der Dämp ferschirm mehrere separate Abschirmelemente aufweist, kann vorteilhaft entweder ein Teil dieser Abschirmelemente oder sogar jedes dieser Abschirmelemente aus einem der genannten bevorzugten Materialien und/oder mit einer Wandstärke im be vorzugten Bereich gebildet sein.
Gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsvariante kann der Dämpferschirm ein außenliegendes Abschirmelement umfassen, welches den Rotorträger und den wenigstens einen supraleiten den Permanentmagneten radial umgibt. Insbesondere kann ein solcher Rotor auch mehrere supraleitende Permanentmagnete um fassen, wobei dann das außenliegende Abschirmelement diese Mehrzahl an Permanentmagneten zusammen mit dem Rotorträger radial umgibt.
Insbesondere können Rotorträger und Permanentmagnet (e) von einem solchen außenliegenden Abschirmelement radial umlaufend umschlossen sein. Ein solches außenliegendes Abschirmelement kann vorteilhaft als hohlzylindrisches Element geformt sein. Besonders bevorzugt ist hierbei eine kreiszylindrische Form.
Bei den Ausführungsformen, bei denen der Rotor einen Kryosta- ten umfasst, ist es besonders bevorzugt, wenn der Kryostat Rotorträger und Permanentmagnet (e) radial umschließt und wenn das außenliegende Abschirmelement den Kryostaten radial um schließt. Der wesentliche Vorteil einer solchen Ausführungs form liegt darin, dass Rotorträger und Permanentmagnet (e) in nerhalb des Kryostaten gemeinsam gekühlt werden können, wäh rend das außenliegende Abschirmelement auf einer vergleichs weise warmen Temperatur liegt. Die durch die elektromagneti sche Abschirmung im Abschirmelement auftretenden Verluste treten dann nicht im Kalten auf. Somit wird eine unerwünschte Wärmeentwicklung im kryogenen Bereich des Rotors vorteilhaft vermieden oder zumindest weitgehend reduziert. Das Abschirm element kann im warmen Bereich des Rotors wesentlich einfa cher und effizienter gekühlt werden als dies im kryogenen Be reich des Rotors der Fall wäre.
Bei den Ausführungsformen mit einem außenliegenden Abschirm element kann dieses allgemein vorteilhaft auf seiner Außen fläche mit einer Mehrzahl von Kühlrippen versehen sein. Ein solches außenliegendes Abschirmelement kann insbesondere den Rotor nach radial außen zum Luftspalt der elektrischen Ma schine hin begrenzen. Dabei ist der Luftspalt radial zwischen Rotor und Stator angeordnet. Die Ausführungsform mit außen liegenden Kühlrippen bewirkt den Vorteil, dass die durch die Abschirmung der Wechselfelder im Abschirmelement freigesetzte Wärme besonders leicht über den Luftspalt abgeführt werden kann. Mit anderen Worten kann dann der Luftspalt zur Luftküh lung des außenliegenden Abschirmelements verwendet werden. Die Effektivität einer solchen Luftkühlung wird durch die be schriebenen Kühlrippen verbessert.
Alternativ oder zusätzlich zu den Kühlrippen kann der Rotor ein oder mehrere Lüfterräder aufweisen, um die Außenfläche des Rotors (und insbesondere die des außenliegenden Abschirm elements) beim Betrieb zu kühlen. Insbesondere wird durch solche Lüfterräder während der Drehung des Rotors ein zusätz licher Luftstrom durch den zwischen Rotor und Stator angeord neten Luftspalt bewirkt. Eine derart verstärkte Strömung be wirkt eine noch weiter verbesserte Abführung der im außen liegenden Abschirmelement freigesetzten Wärme.
Alternativ oder zusätzlich kann ein solcher erhöhter Luft strom im Luftspalt auch durch einen zusätzlichen externen Lüfter bewirkt werden, welcher im Gegensatz zur oben be schriebenen Variante selbst nicht Teil des Rotors ist. Ein solcher Lüfter kann beispielsweise axial neben dem Rotor an geordnet sein und entsprechend von einer axial endständigen Seite aus (also einer Stirnseite) einen Luftstrom in den Luftspalt einbringen.
Bei den Ausführungsformen mit einem außenliegenden Abschirm element kann dieses Abschirmelement allgemein vorteilhaft von einem zusätzlichen radial außenliegenden Halteelement umgeben sein. Ein solches Halteelement ist insbesondere dann vorteil haft, wenn das außenliegende Abschirmelement aus einem ver gleichsweise weichen Material (wie Kupfer oder Aluminium) ge bildet ist. Das Halteelement kann dann vorteilhaft eine Ver formung des außenliegenden Abschirmelements durch die Zentri fugalkräfte bei der Drehung des Rotors verhindern oder zumin dest reduzieren. Hierzu kann das Halteelement im Vergleich zum außenliegenden Abschirmelement aus einem mechanisch fes teren Material gebildet sein. Beispielsweise kann das Hal teelement Edelstahl umfassen - insbesondere amagnetischen Edelstahl - und/oder eine nichtmetallische Bandage umfassen. Eine solche nichtmetallische Bandage kann beispielsweise ei- nen glasfaserverstärkten Kunststoff oder einen kohlefaserver stärkten Kunststoff umfassen.
Weiterhin ist es bei den Ausführungsformen mit einem außen liegenden Abschirmelement allgemein vorteilhaft, wenn der Ro tor einen ringförmigen Vakuumraum aufweist, welcher radial zwischen dem außenliegenden Abschirmelement einerseits und dem Rotorträger mit dem wenigstens einen Permanentmagneten andererseits angeordnet ist. Bei einer solchen Ausführungsva riante ist das außenliegende Abschirmelement durch den Vaku umraum thermisch gut von dem Rotorträger und den wenigstens einen Permanentmagneten isoliert, sodass das außenliegende Abschirmelement beim Betrieb des Rotors eine wesentlich höhe re Temperatur aufweisen kann als die weiter innen liegenden kryogenen Elemente. Dies erleichtert wiederum allgemein die Abführung der im außenliegenden Abschirmelement freigesetzten Wärme. Alternativ oder zusätzlich zu dem ringförmigen Vakuum raum kann radial zwischen dem Abschirmelement und dem Rotor träger auch eine andere Art von thermischer Isolation ange ordnet sein (beispielsweise eine zusätzliche Superisolations- Folie innerhalb des Vakuumraums) .
Alternativ oder zusätzlich zu dem beschriebenen außenliegen den Abschirmelement kann der Dämpferschirm wenigstens ein in nenliegendes Abschirmelement aufweisen. Ein solches innenlie gendes Abschirmelement ist jeweils wenigstens einem supralei tenden Permanentmagneten zugeordnet. Statt einem einzelnen supraleitenden Permanentmagneten kann es insbesondere auch einer Gruppe solcher supraleitender Permanentmagnete zugeord net sein. Das innenliegende Abschirmelement umgibt den zuge ordneten supraleitenden Permanentmagneten oder die entspre chende Gruppe jeweils lokal. Hierunter soll verstanden wer den, dass das innenliegende Abschirmelement zusammen mit dem wenigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagne ten von dem Rotorträger mechanisch getragen wird. Innenlie gendes Abschirmelement und Permanentmagnet (e) bilden also zu sammen eine Einheit, welche im Folgenden auch als geschirmtes Magnetelement bezeichnet wird. Ein solches geschirmtes Magne- telement kann insbesondere wiederum in einer entsprechenden Aussparung des Rotorträgers angeordnet sein. Hierbei befindet sich ein Teil des innenliegenden Abschirmelements zwischen dem wenigstens einen Permanentmagneten und dem Rotorträger, sodass insbesondere ein direkter Kontakt zwischen dem/den Permanentmagneten und dem Rotorträger vermieden wird. Das ge schirmte Magnetelement kann besonders vorteilhaft ein vorge fertigtes Bauteil bilden. Ein solches vorgefertigtes Bauteil aus dem innenliegenden Abschirmelement und dem wenigstens ei nen zugeordneten supraleitenden Permanentmagneten kann insbe sondere bei der Herstellung des Rotors als Ganzes in eine zu gehörige Aussparung des Rotorträgers eingebettet werden.
Wenn eine Gruppe von zusammengehörigen Permanentmagneten zu sammen von einem innenliegenden Abschirmelement umschlossen wird, können sie zweckmäßig zusammen einen magnetischen Pol ausbilden .
Dadurch, dass das innenliegende Abschirmelement zusammen mit dem/den Permanentmagneten auf dem Rotorträger gehalten wird, kann sich auch das innenliegende Abschirmelement zweckmäßig beim Betrieb des Rotors auf einer kryogenen Temperatur befin den. Dies bewirkt für die elektromagnetische Abschirmung den zusätzlichen Vorteil, dass die elektrische Leitfähigkeit bei einem metallischen Material des innenliegenden Abschirmele ments durch die kryogene Temperatur weiter erhöht ist. Bei spielsweise ist die elektrische Leitfähigkeit von Aluminium oder Kupfer bei einer kryogenen Temperatur wesentlich höher als bei Raumtemperatur. Durch diesen Effekt kann für ein in nenliegendes Abschirmelement bei einem vergleichbaren Materi al eine niedrigere Schichtdicke eingesetzt werden als bei ei nem vergleichbaren außenliegenden Abschirmelement. Beispiels weise kann die Schichtdicke eines solchen innenliegenden Ab schirmelements im Bereich von 0,1 mm bis 10 mm liegen.
Bei einer Ausführungsform mit einem oder mehreren innenlie genden Abschirmelementen können diese gemäß einer ersten vor teilhaften Variante zusätzlich zu einem außenliegenden Ab- schirmelement vorliegen, wie es weiter oben beschrieben wor den ist. Bei einer solchen Kombination ist also der gesamte Dämpferschirm als rein funktionale Einheit zu verstehen und ist aus mehreren räumlich separierten Abschirmelementen ge bildet. Ein solcher zusammengesetzter Dämpferschirm erfüllt insgesamt die Funktion der elektromagnetischen Abschirmung des wenigstens einen Permanentmagneten von unerwünschten Wechselteldern .
Bei einer solchen Kombination von einem außenliegenden Ab schirmelement und wenigstens einem innenliegenden Abschirm element kann die relative Abschirmwirkung der einzelnen Ab schirmelemente prinzipiell unterschiedlich gewählt sein. Bei spielsweise kann es vorteilhaft sein, wenn das außenliegende Abschirmelement den überwiegenden Teil der insgesamt vorlie genden Abschirmung bewirkt. Ein wesentlicher Vorteil dieser Variante kann darin liegen, dass dann der wesentliche Teil der durch die Abschirmung freigesetzten Wärme in der außen liegenden, wärmeren Umgebung abgeführt werden kann. Alterna tiv ist es aber auch möglich, dass die Abschirmwirkung des wenigstens einen innenliegenden Abschirmelements ähnlich oder sogar größer ist. Diese Variante kann vorteilhaft sein, um mit entsprechend weniger zusätzlichem abschirmenden Material eine wirksame Abschirmung zu erreichen und/oder um die Her stellung des Rotors zu vereinfachen.
Alternativ zu der oben beschriebenen Kombination von innen liegender und außenliegender Abschirmung ist es aber auch möglich, dass nur ein oder mehrere innenliegende Abschirmele mente vorliegen. Insbesondere ist dann kein zusätzliches au ßenliegendes radial umhüllendes Element mit der beschriebenen hohen elektrischen Leitfähigkeit gegeben. Bei dieser Ausfüh rungsvariante wird also die Abschirmung der elektromagneti schen Wechselfelder im Wesentlichen in der direkten lokalen Umgebung des wenigstens einen supraleitenden Permanentmagne ten bewirkt. Dadurch dass hier ein zusätzliches außenliegen des Abschirmelement entfällt, kann die Herstellung des Rotors unter Umständen einfacher sein als bei den weiter oben be- schriebenen Varianten. Außerdem kann der Luftspalt dünner ausgeführt werden, wodurch die elektromagnetische Wechselwir kung zwischen Stator und Rotor verbessert werden kann.
Bei den Ausführungsformen, die wenigstens ein innenliegendes Abschirmelement aufweisen, kann dieses thermisch vergleichs weise stärker an den Rotorträger angekoppelt sein als an den wenigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagne ten. Bei einer Mehrzahl von innenliegenden Abschirmelementen kann dies insbesondere für jedes dieser Abschirmelemente der Fall sein. Mit anderen Worten ist bei einer solchen Ausfüh rungsform der thermische Widerstand zwischen innenliegendem Abschirmelement und Rotorträger kleiner als der thermische Widerstand zwischen innenliegendem Abschirmelement und dem/den supraleitenden Permanentmagneten. Ein wesentlicher Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass die durch die Ab schirmung im innenliegenden Abschirmelement freigesetzte Wär me leicht über den Rotorträger an eine Kühlvorrichtung des Rotors abgeführt werden kann, ohne zu einer wesentlichen Er wärmung des supraleitenden Permanentmagneten zu führen. Eine solche indirekte Erwärmung der Permanentmagneten ist zu ver meiden, da auch sie zu einem unerwünschten Verlust von Magne tisierung führen würde. Die beschriebene Ausführungsform er möglicht also eine Abschirmung der Wechselfelder in unmittel barer Nähe des supraleitenden Permanentmagneten, wobei trotz dem eine merkliche Erwärmung des Permanentmagneten vorteil haft vermieden wird.
Um den Wärmewiderstand zwischen innenliegendem Abschirmele ment und dem wenigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagneten entsprechend anzupassen, kann zwischen die sen Elementen eine thermische Isolationsschicht angeordnet sein. Allgemein vorteilhaft kann eine solche thermische Iso lationsschicht aus einem Material mit einer thermischen Leit fähigkeit von höchstens 2 W /m K gebildet sein. Beispielswei se kann die thermische Isolationsschicht aus einem Polymer oder einem polymerhaltigen Material gebildet sein, insbeson dere aus einem gefüllten oder ungefüllten Epoxidharz wie bei- spielsweise Stycast 1266 oder Stycast 2850FT. Allgemein und unabhängig von der genauen Materialwahl kann eine solche thermische Isolationsschicht vorteilhaft eine Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 1 mm aufweisen. Eine solche Schichtdicke ist hoch genug, um eine hinreichende thermische Isolation zu bewirken, sodass eine Erwärmung des Permanentmagneten auf grund der Erwärmung im Abschirmelement wirksam reduziert wer den kann. Gleichzeitig ist die Schichtdicke gering genug, um trotzdem den supraleitenden Permanentmagneten zusammen mit dem Rotorträger auf eine kryogene Temperatur kühlen zu kön nen .
Bei einer Ausführungsform mit einem oder mehreren innenlie genden Abschirmelementen können diese jeweils aus einem Ab schirmgefäß und einem Abschirmdeckel zusammengesetzt sein.
Bei dieser Ausführungsvariante können vorteilhaft sowohl Ab schirmgefäß als auch Abschirmdeckel jeweils aus einem ent sprechend hoch leitfähigen Material und gegebenenfalls mit einer entsprechenden geeigneten Wandstärke ausgebildet sein (wie oben beschrieben) . Bei dieser Variante bilden also Gefäß und Deckel zusammen ein entsprechend umhüllendes Abschirmele ment aus. Ein Vorteil einer solchen Ausführungsvariante kann durch eine entsprechend einfachere Fertigung gegeben sein. Beispielsweise kann das Abschirmgefäß fest in den Rotorträger eingebettet sein und unter Umständen zusammen mit diesem ge fertigt werden. Das Einsetzen des wenigstens einen supralei tenden Permanentmagneten in dieses Abschirmgefäß und das an schließende Aufsetzen des Abschirmdeckels kann dann nachträg lich erfolgen.
Allgemein vorteilhaft kann der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet ein hochtemperatursupraleitendes Material aufweisen. Hochtemperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Kuprat-Supra leitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Betriebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materialien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS-Materialien sind auch des- halb besonders attraktiv, da diese Materialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnet felder sowie hohe kritische Stromdichten aufweisen können.
Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielswei se eine Verbindung des Typs REBa2Cu30x (kurz REBCO) umfassen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mi schung solcher Elemente steht.
Allgemein und unabhängig von der Materialwahl können im Rotor mehrere supraleitende Permanentmagnete vorliegen, welche ent weder jeweils einzeln oder gruppenweise die magnetischen Pole des Rotors ausbilden können. Für die einzelnen Permanentmag nete sind dabei grundsätzlich beliebige Formen möglich. Ins besondere können die Permanentmagnete beispielsweise jeweils quaderförmig ausgestaltet sein, was eine vergleichsweise ein fache Herstellung ermöglicht.
Gemäß einer ersten Ausführungsvariante kann der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet durch einen Stapel von mehreren supraleitenden Bandleitern gebildet sein. Ein sol cher supraleitender Bandleiter weist typischerweise eine dün ne supraleitende Schicht auf einem bandförmigen Trägersub strat auf. Dabei können zusätzlich optional weitere Schichten dazwischen und/oder über beziehungsweise unter den genannten Schichten vorliegen. Beispielsweise können dann mehrere sol che supraleitende Bandleiter in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse übereinander gestapelt sein. Die Hauptrichtung der Stapelung kann aber grundsätzlich auch anders orientiert sein. Zusätzlich können auch in Umfangsrichtung und/oder in axialer Richtung mehrere einzelne Bandleiter im Stapel neben einander vorliegen. Die Bandleiter des gesamten Stapels kön nen optional auch zwischen den einzelnen Stapelschichten ver setzt zueinander angeordnet sein, wobei sich beispielsweise auch die Orientierung der einzelnen Bänder (also die Lage ih rer Längsrichtung) von Stapelebene zu Stapelebene ändern kann. In jedem Fall ist durch die Bildung von Bandleitersta- peln eine einfache Formgebung des supraleitenden Permanent magneten und insbesondere die Ausbildung einer gewünschten Größe auf einfache Weise möglich. Besonders einfach können quaderförmige Permanentmagnete auf diese Weise hergestellt werden. Die als Stapel aus Bandleitern gebildeten supralei tenden Permanentmagnete können allgemein vorteilhaft als vor gefertigte Bauteile hergestellt werden und dann als Ganzes in eine entsprechende Aussparung des Rotorträgers eingelegt wer den, wobei sie vorher optional mit einem innenliegenden Dämp ferschirm umgeben werden können.
Gemäß einer alternativen zweiten Ausführungsvariante kann der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet aber auch durch ein supraleitendes Bulk-Element gebildet sein. Unter einem solchen Bulk-Element soll dabei ein einstückiges Element aus supraleitendem Material verstanden werden. Solche Bulk-Ele- mente können prinzipiell in beliebigen Geometrien hergestellt werden. Insbesondere können auch relativ leicht quaderförmig Permanentmagnete zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhafte Materialien für solche Bulk-Elemente sind wiederum beispiels weise Magnesiumdiborid und REBCO.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der elektrischen Ma schine kann der Stator als flüssigkeitsgekühlter Stator aus geführt sein. Dies ist insbesondere bei Ausführungsformen mit einem außenliegenden Abschirmelement zweckmäßig, da dann die in diesem Abschirmelement freigesetzte Wärme zumindest teil weise auch über den Luftspalt hinweg über das Kühlsystem des Stators abgeführt werden kann.
Die Maschine beziehungsweise der Rotor ist bevorzugt für eine Nennleistung von wenigstens 5 MW, insbesondere wenigstens 10 MW, ausgelegt. Mit einer derart hohen Leistung ist sie grund sätzlich für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs geeignet. Alternativ kann mit einer derart leistungsstarken Maschine aber auch beim Betrieb als Genera tor der für den Antrieb benötigte elektrische Strom an Bord des Fahrzeugs erzeugt werden. Grundsätzlich kann die Maschine entweder als Motor oder als Generator ausgestaltet sein oder optional für beide Betriebsarten ausgelegt sein. Es kann sich beispielsweise um eine permanenterregte Synchronmaschine han deln. Um die beschriebenen hohen Leistungen zu erzielen, sind hochtemperatursupraleitende Elemente besonders geeignet, da sie besonders hohe Stromdichten erlauben.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:
Figur 1 eine erste Ausführungsform der elektrischen Maschine im schematischen Querschnitt zeigt,
Figur 2 eine zweite Ausführungsform der elektrischen Maschine im schematischen Querschnitt zeigt und
Figuren 3 bis 6 Detailausschnitte von ähnlichen Maschinen im
Bereich der supraleitenden Permanentmagnete zeigen.
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist eine elektrische Maschine 1 im schematischen Querschnitt, also senkrecht zur zentralen Achse A gezeigt.
Die Maschine umfasst einen außenliegenden feststehend ange ordneten Stator 3 und einen innenliegenden um die zentrale Achse A drehbar gelagerten Rotor 5. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen Rotor 5 und Stator 3 findet dabei über den dazwischenliegenden Luftspalt 15 hinweg statt. Es handelt sich um eine permanenterregte Maschine, welche zur Ausbildung eines Erregerfeldes im Bereich des Rotors eine Mehrzahl von supraleitenden Permanentmagneten 9 aufweist. Querschnitt der Figur 1 sind hier beispielhaft 4 derartige Permanentmagnete über den Umfang des Rotors verteilt. Sie sind in entsprechenden radial außenliegenden Ausnehmungen eines Rotorträgers 7 angeordnet, wobei der Rotorträger 7 die Permanentmagnete 9 mechanisch trägt. In der hier nicht darge stellten axialen Richtung können jedoch zusätzlich noch wei tere als die hier gezeigten vier Permanentmagnete vorliegen, wobei durch eine solche axiale Unterteilung jedoch die magne tische Polzahl der elektrischen Maschine nicht erhöht wird.
Der Rotorträger 7 wird zusammen mit den darauf gehaltenen Permanentmagneten 9 durch eine hier nicht detaillierter dar gestellte Kühlvorrichtung auf eine kryogene Betriebstempera tur gekühlt, welche unterhalb der Sprungtemperatur des in den Permanentmagneten verwendeten Supraleitermaterials liegt. Um diese kryogene Temperatur aufrechtzuerhalten, sind Rotorträ ger 7 und Permanentmagnete 9 zusammen im Innenraum eines Kry- ostaten 11 angeordnet. Zwischen dem Kryostaten und dem Rotor träger 7 befindet sich ein ringförmiger Vakuumraum V zur thermischen Isolation. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist der Dämpferschirm des Rotors durch ein außenliegendes Ab schirmelement 13a realisiert. Dieses außenliegende Abschirm element ist als metallischer Hohlzylinder ausgestaltet, wel cher die Außenwand des Kryostaten 11 radial umschließt. Auf diese Weise werden auch die weiter innen liegenden Elemente 7 und 9 radial von dem außen liegenden Abschirmelement 13a um schlossen. Hierdurch können elektromagnetische Wechselfelder aus radial noch weiter außen liegenden Bereichen durch das außenliegende Abschirmelement 13a wirksam abgeschirmt werden, sodass eine Wechselwirkung solcher Felder mit den supralei tenden Permanentmagneten stark reduziert wird. Die hierbei im außenliegenden Abschirmelement 13a durch die auftretenden Wirbelströme freigesetzte Wärme kann zum Luftspalt 15 hin ab geführt werden. Um die Wärmeabfuhr in Richtung des Luftspalts zu erhöhen, kann das außenliegende Abschirmelement 13a auf seiner außenliegenden Fläche mit einer Mehrzahl von Kühlrip pen 14 versehen sein, von denen in Figur 1 beispielhaft nur eine dargestellt ist. Solche Kühlrippen können sich (wie hier angedeutet) entweder axial erstreckenden oder es kann sich um ringförmige Kühlrippen in Umfangsrichtung oder auch um ander weitig orientierte Kühlrippen (beispielsweise auch in Spiral form) handeln. Die im Bereich des außenliegenden Abschirmele ments erzeugte Wärme kann zusätzlich zu der beschriebenen Luftkühlung auch durch ein im Bereich des Stators vorgesehe- nes Kühlsystem zur Kühlung der hier nicht näher dargestellten Statorwicklung mit abgeführt werden.
In Figur 2 ist eine alternative Ausführungsform einer elek trischen Maschine 1 im schematischen Querschnitt gezeigt. Diese Maschine ist prinzipiell ähnlich wie die Maschine der Figur 1 ausgestaltet. Im Unterschied zu dieser weist sie je doch zusätzlich um jeden supraleitenden Permanentmagneten 9 herum noch ein innenliegendes Abschirmelement 13i auf. Im ge zeigten Beispiel der Figur 2 sind diese innenliegenden Ab schirmelemente 13i zusätzlich zu dem bereits beschriebenen außenliegenden Abschirmelement 13a vorhanden. Sie bilden hier also zusammen mit diesem den übergeordneten Dämpferschirm aus. Alternativ kann jedoch die Abschirmung der elektromagne tischen Wechselfelder auch überwiegend oder sogar ausschließ lich durch die inneren Abschirmelemente 13i bewirkt werden. Das außenliegende Abschirmelement 13a ist also für dieses Ausführungsbeispiel als optional anzusehen.
Die innenliegenden Abschirmelemente 13i bewirken also eine lokale Abschirmung der (verbleibenden) Wechselfelder im Be reich der supraleitenden Permanentmagneten 9. Sie sind lokal um diese Permanentmagnete herum angeordnet, sodass sie auch einen Zwischenraum zwischen den Permanentmagneten 9 und dem Rotorträger 7 ausfüllen. Jeder der supraleitenden Permanent magnete 9 wird also zumindest in radialer Richtung vollstän dig von einem jeweils zugeordneten innenliegenden Abschirm element 13i umhüllt. Es ist möglich, dass jedem Permanentmag neten 9 genau ein solches innenliegendes Abschirmelement 13i zugeordnet ist. Alternativ können aber auch mehrere Perma nentmagnete 9 gruppenweise von einem gemeinsamen inneren Ab schirmelement 13i umgeben sein. Dazu können beispielsweise innerhalb eines gemeinsamen inneren Abschirmelements 13i in der hier nicht dargestellten axialen Richtung mehrere Perma nentmagnete 9 hintereinander angeordnet sein. Auch die inne ren Abschirmelemente 13i sind aus einem elektrisch hoch leit fähigen Material gebildet und können so durch Ausbildung von Wirbelströmen die hier vorliegenden elektromagnetischen Wech- selfelder wirksam nach innen abschirmen und so eine direkte Wechselwirkung dieser Felder mit dem supraleitenden Perma nentmagneten 9 vermeiden. Die im Bereich der inneren Abschir melemente 13i dadurch freigesetzte Wärme kann über den Rotor träger 7 abgeführt werden, welcher thermisch an das Kühlsys tem angekoppelt ist. Hierzu ist vorteilhaft der thermische Widerstand zwischen den Elementen 13i und 7 kleiner als der thermische Widerstand zwischen den Elementen 13i und 9.
Figur 3 zeigt einen Detailausschnitt des Rotors einer elek trischen Maschine im schematischen Querschnitt. Gezeigt ist der Bereich eines supraleitenden Permanentmagneten 9, der in eine radial außenliegende Aussparung eines Rotorträgers 7 eingebettet ist. Der übrige Teil der elektrischen Maschine kann beispielsweise ähnlich wie bei der Maschine der Figur 2 ausgestaltet sein. Auch der Permanentmagnet 9 der Figur 3 ist lokal von einem innenliegenden Abschirmelement 13i umgeben, sodass er zusammen mit diesem ein geschirmtes Magnetelement 16 bildet. Dieses geschirmte Magnetelement 16 kann als vorge fertigtes Bauteil hergestellt sein und entsprechend als Gan zes in die dazu passende Aussparung des Rotorträgers 7 einge bettet worden sein. Auch hier können in der nicht dargestell ten axialen Richtung gegebenenfalls noch weitere ähnliche Permanentmagneten 9 als Gruppe innerhalb eines gemeinsamen Abschirmelements 13i angeordnet sein. Beim Beispiel der Figur 3 ist der supraleitende Permanentmagnet 9 als supraleitendes Bulk-Element ausgebildet. Beispielsweise kann es sich dabei um einen einstückigen Quader aus YBCO oder Magnesiumdiborid handeln. Das Material des innenliegenden Abschirmelements 13i kann wiederum vorteilhaft als Hauptbestandteil Aluminium oder Kupfer aufweisen. Die Dicke des innenliegenden Abschirmele ments 13i ist hier mit dl3 angegeben. Diese Dicke kann bei spielsweise im Bereich von 2 mm liegen. Bei einer derartigen Wandstärke kann eine gute elektromagnetische Abschirmung der Wechselfelder gewährleistet werden. Durch die radial umlau fende Anordnung des inneren Abschirmelements 13i sind Perma nentmagnet 9 und Rotorträger 7 zumindest um diese Dicke dl7 beabstandet . Figur 4 zeigt einen Detailausschnitt eines Rotors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch hier ist der Bereich um einen supraleitenden Permanentmagneten 9 gezeigt, welcher zusammen mit einem innenliegenden Abschirmelement 13i ein geschirmtes Magnetelement 16 bildet. Im Unterschied zum Beispiel der Figur 3 ist hier jedoch der supraleitende Perma nentmagnet 9 nicht als einstückiger Supraleiter, sondern als Stapel aus einzelnen supraleitenden Bandleitern 10 gebildet. Diese einzelnen Bandleiter können durch ein geeignetes Klebe mittel oder ein anderweitiges Verbindungsmittel zu einem fes ten Stapelpaket miteinander verbunden sein. Die einzelnen supraleitenden Bandleiter sind jeweils durch ein Schichtsys tem aus einer supraleitenden Schicht und optional mehreren weiteren elektrisch leitenden und oder isolierenden Schichten auf einem bandförmigen Trägersubstrat gebildet. Die Supra leiterschicht ist im Vergleich zu diesem Trägersubstrat ver gleichsweise dünn, sodass sie nur einen geringen Bestandteil des Gesamtmaterials des Bandleiterstapels bildet. Trotzdem können auch mit einem solchen supraleitenden Bandleiterstapel vergleichsweise hohe magnetische Flussdichten zur Ausbildung eines Erregerfeldes erreicht werden.
Figur 5 zeigt einen Detailausschnitt eines Rotors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Zusätzlich zu den in Figur 4 dargestellten Elementen ist hier noch eine thermi sche Isolationsschicht 17 gezeigt, die umlaufend um den sup raleitenden Permanentmagneten 9 zwischen diesem und dem in nenliegenden Abschirmelement 13i angeordnet ist. Die Dicke dl7 dieser thermischen Isolationsschicht 17 kann beispiels weise zwischen 0,2 mm und 1 mm liegen. Das Material dieser Isolationsschicht kann beispielsweise durch ein Epoxidharz mit einer vergleichsweise niedrigen thermischen Leitfähigkeit gegeben sein. Durch eine solche thermische Isolationsschicht kann gewährleistet sein, dass die durch die elektrische Ab schirmung im Element 13i freigesetzte Wärme im Wesentlichen durch den Rotorträger 7 an das Kühlsystem des Rotors abge führt wird und nur geringfügig zu einer Erwärmung des supra- leitenden Permanentmagneten 9 beiträgt. Durch die zusätzliche thermische Isolationsschicht sind Permanentmagnet 9 und das zugehörige innere Abschirmelement 13i (zumindest) um die Di cke dl7 beabstandet. Vorteilhaft sind sie im Wesentlichen ge nau durch diese Dicke beabstandet. Beim Beispiel der Figur 5 ist der Permanentmagneten 9 wiederum als Stapel einzelner supraleitender Bandleiter gezeigt. Es kann sich jedoch alter nativ auch wieder um ein Bulk-Element handeln, ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3.
Figur 6 zeigt einen Detailausschnitt eines Rotors nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung anstelle des in Figur 4 dargestellten einheitlichen und insbesondere einstü ckigen inneren Abschirmelements 13i ist hier der supraleiten de Permanentmagnet 9 von einem zweigeteilten inneren Abschir melement 13i umgeben. Dieses innere Abschirmelement 13i wird durch ein Abschirmgefäß 21 und einen Abschirmdeckel 23 gebil det. Beide Elemente sind wiederum in sich durchgehend aus ei nem elektrisch hoch leitfähigen Material und mit einer zur Abschirmung geeigneten Dicke gebildet, wie weiter oben ausge führt. Insbesondere durch den leichten seitlichen Überlapp zwischen Abschirmdeckel und Abschirmgefäß ist auch bei dieser zweiteiligen Ausführung eine ausreichende Abschirmung der um gebenden elektromagnetischen Wechselfelder gewährleistet, so- dass eine elektrische Wechselwirkung mit dem innenliegenden supraleitenden Permanentmagneten 9 wirksam vermieden wird. Beim Beispiel der Figur 6 ist der Permanentmagnet 9 wiederum als Stapel einzelner supraleitender Bandleiter gezeigt. Es kann sich jedoch alternativ auch wieder um ein Bulk-Element handeln, ähnlich wie beim Beispiel der Figur 3. Bezugszeichenliste
I elektrische Maschine
3 Stator
5 Rotor
7 Rotorträger
9 supraleitender Permanentmagnet
10 Bandleiter
II Kryostatwand
13a außenliegendes Abschirmelement
13i innenliegendes Abschirmelement
14 Kühlrippe
15 Luftspalt
16 geschirmtes Magnetelement
17 thermische Isolationsschicht
21 Abschirmgefäß
23 Abschirmdeckel
A zentrale Rotorachse
dl3 Dicke des Abschirmelements
dl7 Dicke der thermischen Isolationsschicht
V Vakuumraum

Claims

Patentansprüche
1. Rotor (5) für eine elektrische Maschine (1) mit einer zentralen Rotorachse (A) , umfassend
einen Rotorträger (7),
wenigstens einen von dem Rotorträger (7) mechanisch getra genen supraleitenden Permanentmagneten (9)
sowie einen Dämpferschirm mit wenigstens einem Abschirm element (13a, 13i), welches den wenigstens einen supralei tenden Permanentmagneten (9) umgibt und welches aus einem elektrisch leitfähigen Material mit einer elektrischen Leitfähigkeit s von wenigstens 30 -IO6 S/m gebildet ist.
2. Rotor (5) nach Anspruch 1, bei welchem das wenigstens eine Abschirmelement (13a, 13i) eine Dicke (dl3) von wenigs tens 0,1 mm aufweist.
3. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem das Material des wenigstens einen Abschirmelements (13a, 13i) Kupfer und/oder Aluminium umfasst.
4. Rotor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Dämpferschirm ein außenliegendes Abschirmelement (13a) aufweist, welches den wenigstens einen supraleitenden Permanentmagneten (9) und den Rotorträger (7) zusammen radial umgibt .
5. Rotor (5) nach Anspruch 4, bei welchem das außenliegende Abschirmelement (13a) auf seiner Außenfläche mit einer Mehr zahl von Kühlrippen (14) versehen ist.
6. Rotor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Dämpferschirm wenigstens ein innenliegendes Ab schirmelement (13i) aufweist, welches wenigstens einem supra leitenden Permanentmagneten (9) zugeordnet ist und diesen derart lokal umgibt, dass das innenliegende Abschirmelement (13i) zusammen mit dem wenigstens einen zugeordneten supra- leitenden Permanentmagneten (9) von dem Rotorträger (7) me chanisch getragen wird.
7. Rotor (5) nach Anspruch 6, bei welchem das innenliegende Abschirmelement (13i) thermisch stärker an den Rotorträger (7) angekoppelt ist als an den wenigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagneten (9).
8. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei welchem zwischen dem innenliegenden Abschirmelement (13i) und dem we nigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagneten (9) eine thermische Isolationsschicht (17) angeordnet ist.
9. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei welchem das innenliegende Abschirmelement (13i) zusammen mit dem we nigstens einen zugeordneten supraleitenden Permanentmagneten (9) ein vorgefertigtes Bauteil (16) bildet.
10. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei welchem das innenliegende Abschirmelement (13i) aus einem Abschirmge fäß und (21) einem Abschirmdeckel (23) zusammengesetzt ist.
11. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, welcher eine Mehrzahl von supraleitenden Permanentmagneten (9) aufweist, welche entweder einzeln oder zu Gruppen zusammengefasst von jeweils zugehörigen innenliegenden Abschirmelementen (13i) umgeben sind, wobei die innenliegenden Abschirmelemente (13i) jeweils wenigstens zum Teil zwischen dem zugehörigen supra leitenden Permanentmagneten (9) und dem Rotorträger (7) ange ordnet sind.
12. Rotor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet (9) ein hochtemperatursupraleitendes Material aufweist.
13. Rotor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet (9) durch einen Stapel von mehreren supraleitenden Bandleitern (10) gebildet ist.
14. Rotor (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welchem der wenigstens eine supraleitende Permanentmagnet (9) durch ein supraleitendes Bulk-Element gebildet ist.
15. Elektrische Maschine (1) mit einem Rotor (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem feststehend angeordne- ten Stator (3) .
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