DE19850421A1

DE19850421A1 - Selbstjustierende Einrichtung für Hochtemperatursupraleiter (HTS) - Magnet - Passivlager

Info

Publication number: DE19850421A1
Application number: DE1998150421
Authority: DE
Inventors: Hans-Joachim Gutt; Arkadi Gruener
Original assignee: GUTT HANS JOACHIM
Current assignee: GUTT HANS JOACHIM
Priority date: 1998-11-02
Filing date: 1998-11-02
Publication date: 2000-05-11

Abstract

Bei bekannten HTS-Magnet-Passivlagern wird die Justierung des Läufers in elektrischen Maschinen bzw. Schwungmassenspeichern in warmen (nicht supraleitenden) Zustand des HTS-Materials durch eine mechanische Anordnung (z. B. mit Seilrollen und Seilen) realisiert. Die neue Anordnung soll es ermöglichen, die Justierung des Läufers vor dem Abkühlen des HTS-Materials mit einer selbstjustierenden Stelleinrichtung zu realisieren. Vorgeschlagen wird dazu eine selbstjustierende Einrichtung (Fig. 1, 2), die aus einem bzw. mehreren elektrisch erregten Hubmagneten mit je einer oberen und einer unteren Justiereinrichtung besteht. Die Justierung des Läufers erfolgt elektromagnetisch im warmen (d. h. supraleitendem) Zustand des HTS mittels einer selbsttätigen Justiereinrichtung, die aus einer Erregerspule 8, einem ferromagnetischen Anker 9 und einer geeigneten mechanischen Führungseinrichtung mit einer Stellnabe 11 in Kombination mit Stellscheibe 2 bzw. Stellstutzen 4 besteht und so gesteuert wird, daß nach Eintritt des supraleitenden Zustandes des HTS-Materials 5 die bestromte Erregerspule 8 abgeschaltet wird. DOLLAR A Die Anordnung ermöglicht das Selbstjustieren des Läufers (bzw. des rotierenden Systems) mit der geometrischen Achse der inneren Bohrung des Ständers und die selbsttätige Einstellung der erforderlichen Luftspalte zur berührungslosen Lagerung mit HTS-Magnet-Passivlager im warmen Zustand und zusätzlich die Erzielung von Notlaufeigenschaften bei Verlust des supraleitenden ...

Description

Die hochtemperatur-supraleitende (HTS)-magnetische Passivlagerung ist nur im abgekühlten Zustand des HTS-Materials unterhalb seiner Sprungtemperatur wirksam. Bei bekannten HTS-Magnet-Passivlagern wird die Justierung des Läufers in elektrischen Maschinen bzw. Schwungmassenspeichern im warmen (nicht supraleitenden) Zustand des (HTS)-Materials durch eine mechanische Anordnung (z. B. mit Seilenrollen und Seilen [4]) realisiert.

Gegenstand der Erfindung ist eine Justiereinrichtung für berührungslose und praktisch ver lustfreie Passivlager mit Permanentmagneten und HTS-Material. Die Erfindung hat zur Aufgabe das Justieren der HTS-Magnet-Passivlager vor dem Abkühlen des HTS-Materials im warmen Zustand (oberhalb der Sprungtemperatur des Supraleiters) mit einer selbsttätigen Stelleinrichtung zu realisieren. Vor dem Abkühlen muß die Achse der Läuferwelle auf die geometrische Achse der inneren Bohrung des Ständers ausgerichtet und die zur berührungslosen Lagerung erforderlichen Luftspalte eingestellt werden.

Vorgeschlagen wird dazu eine selbstjustierende Einrichtung, die aus einem bzw. mehreren elektrisch erregten Hubmagneten mit je einer oberen und einer unteren Justiereinrichtung besteht. Erfindungsgemäß setzt sich diese Justiereinrichtung aus einer (feststehenden) Erregerspule 8, einem ferromagnetischen Hubanker 9 und einer Führungseinrichtung zusammen, die je nach konstruktiver Anordnung aus einer Stellnabe 11 in Kombination mit einer Stellscheibe 2 (Fig. 1, 3) bzw. einem Stellstutzen 4 (Fig. 2) oder einem besonders gestalteten Gehäuseteil (z. B. Lagerschild 3 in Fig. 5) bzw. einem besonders gestalteten Anker (9a, 9b in Fig. 6) besteht. Zur Erzielung von Notlaufeigenschaften (z. B. bei Verlust der Supraleitung während des Laufs) können die Stellscheibe 2 und der Stellstutzen 4 aus entsprechend geeigneten Materialien (Bronze) und ggf. der Stellstutzenlager 7 und die Stellnabe 11 aus Bronze, Teflon etc. gefertigt werden. In diesem Fall wirkt die justierende Einrichtung als Notlager.

Um den Anker im warmen Zustand von dem Läufer- und dem Wellengewicht zu entlasten, wird die obere Justiereinrichtung mit einer doppelten Stellnabe 11 (Fig. 9) oder mit einer doppelten Stellscheibe 2 (Fig. 10) ausgestaltet.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt durch das obere Lagerschild und durch das HTS-Magnet-Passivlager. Das HTS-Magnet-Passivlager besteht aus dem auf der Welle 1 befestigten Permanentmagnetring 10 und dem im Lagerschild befestigten HTS-Ring 5.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch das untere Lagerschild und die justierende Einrichtung. Als elektrischer Antrieb für das Justieren ist ein Hubmagnet mit der Erregerspule 8, Joch 6 und ferromagnetischem Anker 9 vorgesehen.

Fig. 3 zeigt die justierende Einrichtung am Beispiel der Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild 3.

Fig. 4 zeigt die justierende Einrichtung am Beispiel der Anordnung des Hubmagneten im unteren Lagerschild mit durchgehender Welle 1.

Fig. S zeigt den Schnitt des unteren Lagerschildes mit der Stellnabe 11 am Beispiel, wenn sich die Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild befindet.

Im warmen Zustand liegt der Läufer mit seiner Welle 1 (ggf. mit dem Stellstutzen 4) auf dem ferromagnetischen Anker 9.

Vor dem Abkühlen der HTS-Magnet-Passivlager wird die Erregerspule 8 des Hubmagneten bestromt, das Magnetfeld erzeugt eine Zugkraft, mit der der ferromagnetische Anker 9 nach oben mit der Welle 1 gehoben wird. Gleichzeitig wird die Welle im oberen Lagerschild durch Anliegen der Stellscheibe 2 an die Stellnabe 11 justiert. Nach dem Abkühlen der Anlage unter die Sprungtemperatur wird die Erregerspule des Hubmagneten abgeschaltet, der ferromagne tische Anker fällt nach unten, während der rotierende Teil, z. B. der Läufer, durch die HTS-Magnet-Passivlagerung im schwebenden Zustand festgehalten wird. Zur Erzielung von Not laufeigenschaften durch Verlust des supraleitenden Zustandes kann der Hubmagnet dann automatisch eingeschaltet werden (oder dauernd eingeschaltet bleiben).

Der Hub der Welle mit dem Läufer entspricht der Luftspaltlänge zwischen dem Supraleiter und dem Permanentmagneten im HTS-Magnetlager.

Ein weiterer erfinderischer Gedanke bezieht sich auf Maschinen, bei denen das o.g. Justieren durch axiales Verschieben des Läufers (z. B. bei starrer Kupplung des Läufers bzw. bei hori zontaler Wellenanordnung) nicht möglich ist. In diesen Fällen werden die zum berührungslosen Lager erforderlichen Luftspalte erfindungsgemäß durch eine Doppelankerausführung nach Fig. 6 eingestellt.

Fig. 6 zeigt einen Schnitt dieser justierenden Einrichtung. Der Hubmagnet besitzt den oberen Anker 9a und den unteren Anker 9b und zusätzlich die Feder 13. Bei dieser Ausführung entfällt während des Justierens die axiale Verlagerung der Welle und nach dem Abschalten der Erregerspule bringt die Feder die beiden Anker in die Ausgangslage. Diese Einrichtung ist unabhängig von der Lage der Maschine bzw. der Kupplung mit der Arbeitsmaschine.

Fig. 7 zeigt den Schnitt des unteren Lagerschildes mit der Stellnabe 11 und der Stellscheibe 2 am Beispiel, wenn sich die Anordnung des Hubmagneten im oberen Lagerschild befindet.

Fig. 8 zeigt einen Schnitt der justierenden Einrichtung mit Doppelankeranordnung, mit der Stellnabe 11, der Stellscheibe 2 und dem Stellstutzen 4 in einer Anordnung.

Fig. 9 zeigt einen Schnitt durch das obere Lagerschild mit der justierenden Einrichtung, die eine doppelte Stellnabe 11 besitzt.

Fig. 10 zeigt einen Schnitt der oberen justierenden Einrichtung mit der Doppelstellscheibe 2.

Bezeichnungen

1

Welle

2

Stellscheibe

3

Lagerschild

4

Stellstutzen

5

Supraleiterring (HTS-Material)

6

,

6

a,

6

b Joch des Hubmagneten

7

Stellstutzenlager

8

,

8

a,

8

b Erregerspule des Hubmagneten

9

,

9

a,

9

b Anker des Hubmagneten

10

Permanentmagnetring

11

Stellnabe

12

Gehäuse des Hubmagneten

13

Feder

14

amagnetische Scheibe

15

Traghülse

Literaturverzeichnis

[1] Gutt, H.-J.; Immendörfer, I.; Maas, C.:
Texturierte YBCO-Hochtemperatur-Supraleiter. VDI-TZ Düsseldorf, 1994;
[2] Gutt, H.-J.; Immendörfer, I.; Reutlinger, K.:
Mehrfachnutzung von Hochtemperatur-Supraleiter in elektrischen Maschinen. DE 196 36 548 A1, 16. Oktober 1997;
[3] Bornemann, H. J.; Kaiser, A.; Gutt, H.-J.; Grüner, A. u. a.:
Technisch-wirtschaftliche Realisierbarkeit von neuartigen Schwungmassen speicher-Systemen/SMSS) in elektrischen Netzen. VDI Berichte 1321, Tagung Bochum, 11. und 12. März 1997;
[4] Maas, C.:
Elektrischer Antrieb für supraleitend-magnetisch gelagerte Schwung-Energiespeicher.
Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Elektrische Maschinen und Antriebe, Shaker Verlag, 1996;
[5] Immendörfer, I.:
Bemessung flüssigstickstoffgekühlter Drehfeldmaschinen des IEC-Baugrößenbereichs. Dissertation Universität Stuttgart, Institut für Elektrische Maschinen und Antriebe, Shaker Verlag, 1996.

Claims

1. Einrichtung zum selbsttätigen Justieren berührungsloser Passivlager mit Permanentmagneten (10) und hochtemperatur-supraleitendem (HTS)-Material (5) dadurch gekennzeichnet, daß diese Justierung im warmen (d. h. nicht supraleitendem) Zustand mittels einer selbsttätigen Justier einrichtung erfolgt, die aus einer Erregerspule (8), einem ferromagnetischen Anker (9) und einer geeigneten mechanischen Führungseinrichtung mit einer Stellnabe (11) in Kombination mit Stellscheibe (2) (Fig. 1, 3, 7, 8) bzw. Stellstutzen (4) (Fig. 2, 4, 8) besteht und, daß nach Eintritt des supraleitenden Zustandes des HTS-Materials (5) die bestromte Erregerspule (8) abgeschaltet wird.

2. Erfindungsgemäße Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellscheibe (2) (Fig. 1, 3, 7, 8) bzw. dem Stellstutzen (4) (Fig. 2, 4, 8) baulich in ohnehin vorhandene Maschinenteile (z. B. Lagerschild 3 in Fig. 5, 7, 9) Hubmagnetanker (9) in Fig. 2, (4, 6, 8) bzw. Traghülse (15) in Fig. 10 (die ihrerseits mit dem Lagerschild (3) zusammengefaßt werden kann) durch geeignete Gestaltung integriert werden.

3. Erfindungsgemäße Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellnabe (11) zur Erzielung von Notlaufeigenschaften (z. B. bei Verlust der Supraleitung während des Laufs) in Kombination mit den Materialien der Stellscheibe (2) bzw. dem Stell stutzen (4) aus entsprechend geeigneten Materialien (Teflon, Bronze etc.) besteht.

4. Erfindungsgemäße Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung von Notlaufeigenschaften (z. B. bei Verlust der Supraleitung während des Laufs) die Erregerspule (8) des Hubmagneten (automatisch) eingeschaltet wird oder dauernd einge schaltet bleibt.