Rotierende Maschinen

Im Forschungsthema Rotierende Maschinen entwickeln und erproben wir supraleitende elektrische Wicklungen für den Einsatz in Rotoren und Statoren verschiedener Anwendungen. Konkrete Anwendungen sind Windkraft-Generatoren (AC- oder DC-Design), Turbo-Generatoren, und Motoren & Generatoren für das Elektrische Fliegen.

Geforscht wird insbesondere in den Aspekten:

Supraleitende Rotoren: Die hohen Stromdichten erlauben den Bau sehr kompakter Rotoren mit hohen Magnetfeldern im Luftspalt. Maschinenspezifikationen, Materialgrenzen und Kühlung erfordern spezifische Entwicklungen, wie z.B. eine besondere Isolationstechnik der Windungen für die Spannungsfestigkeit und Variation der Erregung .

Supraleitende Statoren: Supraleiter in Statoren sind eine große Herausforderung für Supraleiter mit verschwindendem Gleichstromwiderstand. Je nach elektrischer Frequenz treten beachtliche AC-Verluste auf. Das Wicklungssystem muss dahingehend optimiert werden. Meist sind dafür komplexe Geometrien, die über einfache Solenoide, Pancake- oder Racetrack-Spulen hinaus gehen, und gegebenenfalls dedizierte Wickelköpfe aufweisen, zu erforschen.

Entwärmung unter Rotation: Die verschiedenen Anwendungen decken einen großen Bereich an Rotationsgeschwindigkeiten (von ca. 10 Upm bis 3600 Upm) ab. Für die verschiedenen Drehzahlbereiche können unterschiedliche Kühlkonzepte vorteilhaft sein (Kaltgas-Kühlung, Wärmeleitung, Heat-pipes, Kombinationen davon,...). Die Kühlkonzepte müssen unter Betriebsbedingungen sicher bezüglich der Kühlleistung als auch der Integrität des Gesamtsystems sein. Dazu befindet sich ein „Test-Rig“ im Aufbau, das in einem Schleuderbunker die Möglichkeit bietet, Rotoren unter Betriebsbedingungen zu erforschen, zu charakterisieren und zu qualifizieren (proof-of-concept).