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Title:
ROTOR WITH WINDING CARRIER AND COIL ELEMENT EMBEDDED THEREIN
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/197307
Kind Code:
A1
Abstract:
A rotor (1) for an electric machine (21) with a central rotor axis (A) is specified. The rotor comprises - at least one superconducting coil element (3) with a local winding axis (a), and - at least one winding carrier (5) into which the coil element (3) is embedded, - wherein a cohesive connection is formed between the winding carrier (5) and the coil element (3), - wherein the cohesive connection is provided on a connecting surface (11c) which forms only a first partial region of the entire contact surface (11a, 11b, 11c) between coil element (3) and winding carrier (5). Also specified are a machine with a rotor (1) of said type and a production method for a rotor (1) of said type.

Inventors:
RICHTER, Johannes (Flugplatzstr. 74, Fürth, 90768, DE)
WEIDERMANN, Christian (Orlamünder Straße 86D, Pößneck, 07381, DE)
Application Number:
EP2019/058753
Publication Date:
October 17, 2019
Filing Date:
April 08, 2019
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (Werner-von-Siemens-Straße 1, München, 80333, DE)
International Classes:
H02K55/04
Foreign References:
JPS5941171A1984-03-07
US4363981A1982-12-14
DE102016217734A12018-03-22
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Claims:
Patentansprüche

1. Rotor (1) für eine elektrische Maschine (21) mit einer zentralen Rotorachse (A) , umfassend

- wenigstens ein supraleitendes Spulenelement (3) mit einer lokalen Wicklungsachse (a) und

- wenigstens einen Wicklungsträger (5) , in den das Spulen element eingebettet ist,

- wobei zwischen dem Wicklungsträger (5) und dem Spulenele ment (3) eine Stoffschlüssige Verbindung ausgebildet ist,

- wobei die Stoffschlüssige Verbindung auf einer Verbindungs fläche (11c) vorliegt, welche nur einen ersten Teilbereich (11c) der gesamten Kontaktfläche ( 1 la, 1 lb, 1 lc) zwischen Spulenelement (3) und Wicklungsträger (5) ausbildet.

2. Rotor (1) nach Anspruch 1, bei welchem als zweiter Teilbe reich (11a, 11b) der Kontaktfläche zwischen Spulenelement (3) und Wicklungsträger (5) eine Gleitfläche (11a, 11b) ausgebil det ist.

3. Rotor (1) nach Anspruch 2, bei welchem die Gleitfläche (11a, 11b) zumindest teilweise durch eine Fläche (11a, 11b) ge bildet ist, welche parallel zu der lokalen Wicklungsachse (a) des Spulenelements (3) orientiert ist.

4. Rotor (1) nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Gleit fläche (11a, 11b) zumindest teilweise

- durch eine erste Spulenfläche (11a) gegeben ist, welche be züglich der lokalen Wicklungsachse (a) des Spulenelements (3) nach radial innen orientiert ist,

und/oder

- durch eine zweite Spulenfläche (11b) gegeben ist, welche bezüglich der lokalen Wicklungsachse (a) des Spulenelements (3) nach radial außen orientiert ist.

5. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welchem das Spulenelement (3) und/oder der Wicklungsträger (5) im Be- reich der Gleitfläche (11a, 11b) mit einem Gleitmittel (23) beschichtet ist.

6. Rotor (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welchem im Bereich der Gleitfläche (11a, 11b) ein kraftschlüssiger Kon takt zwischen Spulenelement (3) und Wicklungsträger (5) aus gebildet ist.

7. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Verbindungsfläche (11c) eine dritte Spulenfläche (11c) umfasst, welche bezüglich der zentralen Rotorachse (A) nach radial außen gerichtet ist.

8. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Stoffschlüssige Verbindung im Bereich der Verbin dungsfläche (11a, 11b) durch ein Klebemittel (31) ausgebildet ist .

9. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das supraleitende Spulenelement (3) ein hochtempera tursupraleitendes Leitermaterial umfasst.

10. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das Spulenelement (3) durch Aufwickeln eines supra leitenden Bandleiters (8) um die lokale Wicklungsachse (a) gebildet ist, wobei die Hauptfläche des Bandleiters (8) pa rallel zur lokalen Wicklungsachse (a) orientiert ist.

11. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche

- welcher eine Mehrzahl von supraleitenden Spulenelementen (3) aufweist, welche über den Umfang des Rotors (1) ver teilt angeordnet sind,

- wobei jedes der Spulenelemente (3) auf einem ihm zugeordne ten separaten Wicklungsträger (5i) angeordnet ist.

12. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche - welcher eine Mehrzahl von supraleitenden Spulenelementen (3) aufweist, welche über den Umfang des Rotors (1) ver teilt angeordnet sind,

- wobei jedes der Spulenelemente (3) auf einem ihm zugeordne ten Umfangssegment eines übergeordneten, gemeinsamen Wick lungsträgers (5) angeordnet ist.

13. Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wel cher wenigstens einen innenliegenden Hohlraum (7) aufweist, in dem ein fluides Kühlmittel (9) zirkulierbar ist.

14. Elektrische Maschine mit einem Rotor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem feststehend angeordneten Stator .

15. Verfahren zur Herstellung eines Rotors (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, welches zumindest die folgenden Schritte umfasst :

a) Herstellung eines eigenstabilen Spulenelements (3) als vorgefertigtes Bauteil,

b) anschließendes Einlegen des Spulenelements (3) in den

Wicklungsträger (5)

c) sowie Herstellung einer Stoffschlüssigen Verbindung zwi schen Spulenelement (3) und Wicklungsträger (5) auf einer Verbindungsfläche (11c), welche nur einen ersten Teilbe reich der Kontaktfläche ( 1 la, 1 lb, 1 lc) zwischen Spulenele ment (3) und Wicklungsträger (5) ausbildet.

Description:
Beschreibung

Rotor mit Wicklungsträger und darin eingebettetem Spulenele ment

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine, wobei der Rotor wenigstens ein supra leitendes Spulenelement und wenigstens einen Wicklungsträger umfasst, der das wenigstens eine Spulenelement mechanisch trägt. Weiterhin betrifft die Erfindung eine elektrische Ma schine mit einem solchen Rotor sowie ein Herstellungsverfah ren dafür.

Nach dem Stand der Technik werden die supraleitenden Spulen elemente in den Rotoren supraleitender Maschinen typischer weise durch einen Wicklungsträger mechanisch gehalten. Dabei kann es sich prinzipiell entweder um einen radial innenlie genden Wicklungsträger oder um einen radial außenliegenden Wicklungsträger handeln. Bei Verwendung eines radial innen liegenden Wicklungsträgers werden die einzelnen Spulen häufig auf den Wicklungsträger bandagiert. Dabei wird ein Bandagen material (beispielsweise eine Glasfaser) unter Vorspannung um die übrigen Komponenten des Rotors gewickelt und fixiert so die einzelnen Spulen unter Druck auf dem Wicklungsträger .

Eine derartige Vorspannung kann das Risiko einer Delamination innerhalb des supraleitenden Spulenelements wirksam verrin gern. Besonders die Wicklungen aus supraleitenden Bandleitern sind sehr empfindlich gegenüber solchen Delaminationsschäden . Prinzipiell kann dabei eine Delamination entweder innerhalb des Schichtverbundes des Bandleiters selbst (also beispiels weise zwischen einer Supraleiterschicht und einer benachbar ten metallischen Schicht) auftreten oder aber es kann zu einer Delamination zwischen benachbarten Windungen im Wick lungspaket kommen. Mit anderen Worten, es kann zu einem Auf trennen des Wicklungspaketes kommen, wobei die typischerweise durch ein Imprägniermittel miteinander verbundenen benachbar ten Windungen voneinander getrennt werden. Es ist auch mög lich, dass beide Effekte gleichzeitig auftreten. In all die- sen Fällen kann es als Folge der Delamination zur Reduktion der Stromtragfähigkeit der supraleitenden Spule bis hin zum vollständigen Verlust der supraleitenden Eigenschaften kom men. Es ist also generell wünschenswert, die Gefahr solcher Delamination durch eine Vor-Kompression der supraleitenden Spulen zu verringern. Dieser Aspekt ist besonders wichtig bei sehr schnell drehenden elektrischen Maschinen und/oder bei Maschinen mit sehr hoher Nennleistung beziehungsweise sehr hoher Leistungsdichte. Bei solchen Maschinen sind die mecha nischen Belastungen der supraleitenden Spulenelemente durch Fliehkräfte, elektromagnetische Kräfte, durch Fluiddrücke und/oder auch durch thermische Effekte besonders hoch. Meis tens entsteht die resultierende mechanische Belastung der supraleitenden Wicklung und der einzelnen supraleitenden Lei ter durch eine Kombination von mehreren der genannten Effek te .

Ein radial außenliegender Wicklungsträger kann beispielsweise wie in der DE102016217734A1 beschrieben, als übergeordneter zylindrischer Hohlkörper ausgebildet sein und eine Mehrzahl von über den Umfang verteilten Aussparungen aufweisen, in die die einzelnen supraleitenden Spulenelemente dann von radial innen aus eingebettet werden. Eine derartige Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass ein innenliegender Hohlraum für ein fluides Kühlmittel zur Verfügung steht, welches die eingebetteten supraleitenden Spulenelemente auf eine kryogene Betriebstemperatur kühlen kann. Ein solcher aus dem Stand der Technik bekannter außenliegender Wicklungsträger kann bei spielsweise aus Aluminium oder einem anderen Material mit ho hen thermischen Ausdehnungskoeffizienten gebildet sein, so- dass beim Abkühlen auf eine kryogene Betriebstemperatur eine Kompression der supraleitenden Wicklung erreicht wird, weil beim Abkühlen der Wicklungsträger auf das Spulenelement auf geschrumpft. Es entsteht dadurch wiederum ein Vorspannungszu stand, bei dem vorwiegend Druckspannungen auf den supralei tenden Leiter wirken. Diese Leiter sind allgemein gegenüber Druckspannungen weniger empfindlich als gegenüber Zugspannun gen, da Zugspannungen leichter zu einer Delamination des sup- raleitenden Materials von einem darunterliegenden Träger füh ren können und Druckspannungen der Delamination entgegenwir ken .

Trotz der verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten Maßnahmen ist die Delamination innerhalb von supraleitenden Spulenelementen nach wie vor ein großes technisches Problem. Dieses Problem ist besonders gravierend, wenn elektrische Ma schinen mit hohen Drehzahlen beziehungsweise für hohe Leis tungsbereiche benötigt werden, da dann die auf die Spulenele mente wirkenden Kräfte besonders groß sind.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Rotor für eine elektrische Maschine anzugeben, welcher die genannten Nach teile überwindet. Insbesondere soll ein Rotor zur Verfügung gestellt werden, bei dem das Risiko einer Delamination inner halb des Spulenelements noch weiter reduziert ist als beim Stand der Technik. Somit soll der Rotor besonders robust sein und insbesondere robust genug für einen Betrieb bei sehr ho hen Drehzahlen und/oder in einem sehr hohen Leistungsbereich sein. Weitere Aufgaben der Erfindung sind es, eine Maschine mit einem derartigen Rotor sowie ein Verfahren zur Herstel lung eines derartigen Rotors anzugeben.

Diese Aufgaben werden durch den in Anspruch 1 beschriebenen Rotor, die in Anspruch 14 beschriebene elektrische Maschine und das in Anspruch 15 beschriebene Herstellungsverfahren ge löst.

Der erfindungsgemäße Rotor ist als Rotor für eine elektrische Maschine ausgelegt. Er weist eine zentrale Rotorachse A auf, um die der Rotor insbesondere drehbar gelagert sein kann. Der Rotor umfasst wenigstens ein supraleitendes Spulenelement mit einer lokalen Wicklungsachse a. Weiterhin umfasst der Rotor wenigstens einen Wicklungsträger, in denen das Spulenelement eingebettet ist. Dabei ist zwischen dem Wicklungsträger und dem Spulenelement eine Stoffschlüssige Verbindung ausgebil det, wobei die Stoffschlüssige Verbindung auf einer Verbin- dungsfläche vorliegt, welche nur einen Teilbereich der gesam ten Kontaktflache zwischen Spulenelement und Wicklungsträger ausbildet .

Durch den Wicklungsträger wird also das wenigstens eine Spu lenelement mechanisch getragen. Hierzu soll das Spulenelement in den Wicklungsträger eingebettet sein. Hierunter soll ver standen werden, dass auf mehr als einer Seite des Spulenele ments ein Kontakt zum Wicklungsträger vorliegt. Mit anderen Worten soll das Spulenelement auf wenigstens zwei seiner Au ßenflächen mit dem Wicklungsträger in Kontakt sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Wicklungsträger das Spulenele ment von einer bezüglich der zentralen Rotorachse A radial außen liegenden Seite des Spulenelements aus abstützt. Unter der beschriebenen lokalen Wicklungsachse a des Spulenelements soll eine lokale Symmetrieachse des Spulenelements verstanden werden, um die herum das Spulenelement gewickelt ist. Im Fal le mehrerer Spulenelement ist die Lage dieser lokalen Wick lungsachse a unterschiedlich für jedes Spulenelement. Typi scherweise erstreckt sich jede solche lokale Wicklungsachse a radial vom Zentrum des Rotors nach außen.

Durch die beschriebene Stoffschlüssige Verbindung wird ge währleistet, dass ein fester Halt des Spulenelements in dem Wicklungsträger vorliegt. Hierdurch wird eine gute Kraftüber tragung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger gewähr leistet, und ein ungewolltes Lösen des Kontakts zwischen die sen beiden Elementen wird verhindert. Bei der beschriebenen Verbindungsfläche kann es sich insbesondere um eine Klebeflä che handeln. Es sind prinzipiell aber auch andere Arten der stoffschlüssigen Verbindung möglich, insbesondere ein Schwei ßen oder Löten (beispielsweise mit einem Kunststofflot) .

Wesentlich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung ist, dass die stoffschlüssige Verbindung nicht im Bereich der gesamten Kontaktfläche zwischen Spulenelement und Wicklungs träger ausgebildet ist, sondern nur in einem Teilbereich da von, insbesondere in einem ersten Teilbereich. Durch den üb- rigen Bereich der Kontaktflache ergibt sich damit ein weite rer, zweiter Teilbereich, in dem keine Stoffschlüssige Ver bindung vorliegt und in dem daher Spulenelement und Wick lungsträger prinzipiell gegeneinander beweglich sein können, ohne dass für diese Relativbewegung eine Stoffschlüssige Ver bindung zerstört werden muss. Durch diese Möglichkeit der zerstörungsfreien Relativbewegung können die beim Betrieb des Rotors auftretenden Spannungen zumindest teilweise zerstö rungsfrei ausgeglichen werden. Ein wesentlicher Vorteil die ses zerstörungsfreien Spannungsausgleichs ist, dass hierdurch Delaminationseffekte innerhalb des Spulenelements wirksam vermieden oder zumindest reduziert werden können. Bei dem er findungsgemäßen Rotor liegt also einerseits eine feste stoff schlüssige Verbindung vor, andererseits aber auch die Mög lichkeit eines Spannungsausgleichs zwischen den beiden ver bundenen Elementen in einem anderen Bereich ihrer gemeinsamen Kontaktfläche .

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 .

Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rotors. Das Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf:

a) Herstellung eines eigenstabilen Spulenelements als vorge fertigtes Bauteil,

b) anschließendes Einlegen des Spulenelements in den Wick

lungsträger

c) sowie Herstellung einer Stoffschlüssigen Verbindung zwi schen Spulenelement und Wicklungsträger auf einer Verbin dungsfläche, welche nur einen ersten Teilbereich der Kon taktfläche zwischen Spulenelement und Wicklungsträger aus bildet . Durch dieses Verfahren kann auf einfache Weise ein erfin dungsgemäßer Rotor mit den weiter oben beschriebenen Vortei len zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere ist die Her stellung dadurch besonders einfach, dass die Herstellung des Spulenelements in Schritt a) entkoppelt ist von dem Schritt b) , bei dem das Spulenelement mit dem Wicklungsträger kombi niert wird.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfin dung gehen aus den von den Ansprüchen 1 abhängigen Ansprüchen sowie der folgenden Beschreibung hervor. Dabei können die be schriebenen Ausgestaltungen des Rotors, der elektrischen Ma schine und des Herstellungsverfahrens allgemein vorteilhaft miteinander kombiniert werden.

Allgemein besonders bevorzugt kann als zweiter Teilbereich der Kontaktfläche zwischen Spulenelement und Wicklungsträger eine Gleitfläche ausgebildet sein. Diese Gleitfläche kann al so durch denjenigen Bereich der Kontaktfläche gebildet sein, in welchem keine Stoffschlüssige Verbindung vorliegt. Inner halb der Gleitfläche ist eine Relativbewegung zwischen Spu lenelement und Wicklungsträger möglich. Optional kann im Be reich der Gleitfläche eine kraftschlüssige und oder auch eine formschlüssige Verbindung vorliegen. Das Spulenelement und der Wicklungsträger können also im Bereich der Gleitfläche in festem mechanischem Kontakt zueinander sein, wobei trotzdem ein Gleiten zwischen den beiden Elementen ermöglicht ist. Diese Gleitmöglichkeit kann dabei grundsätzlich entweder in mehreren Richtungen parallel zur Gleitebene erfolgen oder auch auf eine Raumrichtung beschränkt sein. Wesentlich ist, dass zumindest in einer Raumrichtung eine unter Umständen auch nur sehr geringe Relativbewegung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger möglich ist, ohne dass hierzu eine stoff schlüssige Verbindung aufgetrennt werden muss. Mit anderen Worten soll das Gleiten zwischen den beiden beschriebenen Elementen zerstörungsfrei sein. Durch eine solche Gleitfläche wird besonders vorteilhaft erreicht, dass beim Betrieb des Rotors auftretenden mechanischen Spannungen reduziert werden und dass somit das Risiko einer Delamination innerhalb des Spulenelements verringert wird.

Allgemein besonders bevorzugt ist es, wenn die Gleitfläche zumindest teilweise durch eine Fläche gebildet ist, welche insgesamt parallel zu der lokalen Wicklungsachse a des Spu lenelements verläuft. Dabei muss es sich bei der Gleitfläche grundsätzlich nicht um eine gerade Fläche handeln, sondern es kann insbesondere auch eine ringförmig umlaufende Hauptfläche des Spulenelements sein, welche jedoch insgesamt bevorzugt parallel zur Wicklungsachse a ausgerichtet ist. Ganz beson ders bevorzugt ist es, wenn alle derart ausgerichteten Kon taktflächen vollständig oder zumindest nahezu vollständig zur beschriebenen Gleitfläche beitragen. Unter „nahezu vollstän dig" soll hierbei verstanden werden, dass beispielsweise ein etwa 10%iger Randbereich dieser parallel zu a verlaufenden Kontaktfläche trotzdem verklebt oder anderweitig stoffschlüs sige verbunden sein kann.

Allgemein liegt der Vorteil einer Ausrichtung der Gleitfläche parallel zur lokalen Wicklungsachse a darin, dass ein Gleiten parallel zu dieser Achse a ermöglicht wird. Hierdurch kann in besonders vorteilhafter Weise der mechanische Stress redu ziert werden, der zwischen benachbarten Windungen des Wick lungselements wirkt. Besonders bevorzugt ist die Gleitfläche sogar vollständig durch eine oder mehrere Teilflächen gege ben, welche parallel zur lokalen Wicklungsachse a verlaufen.

Allgemein bevorzugt kann das supraleitende Spulenelement eine ringförmig geschlossene Grundstruktur und einen rechteckför migen Wicklungsquerschnitt aufweisen, durch welchen vier um laufende Hauptflächen des Spulenelements definiert sind. Un ter der weiter oben beschriebenen „Einbettung" soll dann ver standen werden, dass wenigstens zwei dieser umlaufenden

Hauptflächen des Spulenelements in mechanischem Kontakt mit dem Wicklungsträger sind. Beispielsweise kann die Kontaktflä che durch genau zwei dieser umlaufenden Hauptflächen oder auch durch genau drei dieser umlaufenden Hauptflächen gebil- det sein. Allgemein bevorzugt ist es, wenn zumindest eine be züglich der zentralen Rotorachse A radial innenliegende

Hauptfläche des Spulenelements nicht im Kontakt mit dem Wick lungsträger ist, da auf dieser offenen liegenden Seite dann eine direkte Anströmung durch ein fluides Kühlmittel ermög licht wird. Grundsätzlich soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass auch die vierte Hauptfläche des Spulenelements im Kontakt mit dem Wicklungsträger ist.

Allgemein bevorzugt kann die Gleitfläche zumindest teilweise durch eine erste Spulenfläche gegeben sein, welche bezüglich der lokalen Wicklungsachse a des Spulenelements nach radial innen orientiert ist. Insbesondere kann es sich dabei um eine bezüglich a radial innenliegende umlaufende Hauptfläche des Spulenelements handeln. Alternativ oder zusätzlich kann die Gleitfläche zumindest teilweise durch eine zweite Spulenflä che gegeben sein, welche bezüglich der lokalen Wicklungsachse a des Spulenelements nach radial außen orientiert ist. Insbe sondere kann es sich dabei auch hier um eine bezüglich a ra dial außen liegende umlaufende Hauptfläche des Spulenelements handeln. Die Gleitfläche kann also entweder durch eine der beiden beschriebenen Hauptflächen gebildet sein oder sie kann insbesondere auch aus mehreren Teilflächen zusammengesetzt sein, welche nicht notwendigerweise aneinander angrenzen müs sen und die beiden beschriebenen Hauptflächen umfassen kön nen. In jedem Fall eignen sich die beiden beschriebenen

Hauptflächen in besonderer Weise als Gleitflächen, da sie beide zumindest beim Vorliegen einer zylinderförmigen Flach spule parallel zur lokalen Wicklungsachse a ausgerichtet sind. Somit wird durch ein Gleiten im Bereich dieser Flächen eine effektive Reduktion mechanischer Spannungen insbesondere zwischen den Windungen der Wicklung (aber auch innerhalb des Leiters, aus dem die Wicklung gebildet ist) erreicht.

Es kann vorteilhaft sein, ist jedoch grundsätzlich nicht un bedingt nötig, dass die beschriebenen Hauptflächen jeweils vollständig zur Gleitfläche beitragen. So kann beispielsweise alternativ auch in einem Randbereich der jeweiligen Hauptflä- che (insbesondere in einem Randbereich, der an die Verbin dungsfläche angrenzt) trotzdem eine Stoffschlüssige Verbin dung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger vorliegen.

Allgemein bevorzugt kann der Wicklungsträger im Bereich der Gleitfläche mit einem Gleitmittel beschichtet sein. Alterna tiv oder zusätzlich kann prinzipiell auch das Spulenelement im Bereich der Gleitfläche mit einem Gleitmittel beschichtet sein. Eine solche Gleitschicht kann prinzipiell in einem Teilbereich, besonders bevorzugt aber im Wesentlichen auf der ganzen Gleitfläche oder zumindest auf einem überwiegenden Teil der ganzen Gleitfläche vorliegen. Besonders vorteilhaft umfasst die Gleitschicht ein fluorhaltiges Polymer, insbeson dere Polytetrafluorethylen (Teflon) . Allgemein ist ein kenn zeichnendes Merkmal einer solchen Gleitschicht, dass der Rei bungskoeffizient zwischen Spulenelement und Wicklungsträger mit der Beschichtung geringer ist als ohne diese Beschich tung .

Besonders bevorzugt kann im Bereich der Gleitfläche ein kraftschlüssiger Kontakt zwischen Spulenelement und Wick lungsträger ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann im stoffschlüssig unverbundenen Bereich der Kontaktfläche bei spielsweise eine Pressverbindung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger vorliegen. Dies kann beispielsweise durch ein thermisches Aufschrumpfen des Wicklungsträgers auf das Spu lenelement bewirkt werden, wenn der Wicklungsträger das Spu lenelement (bezüglich a und/oder A) radial umgibt und bei Ab kühlung von Raumtemperatur auf eine Betriebstemperatur des Supraleiters stärker thermisch schrumpft als das Spulenele ment .

Allgemein liegt bei einem kraftschlüssigen Kontakt eine stär kere mechanische Verbindung zwischen Spulenelement und Wick lungsträger vor als bei einem losen mechanischen Kontakt. Da bei ist die für eine Gleitbewegung zu überwindende Haftrei bung abhängig von der Höhe der anliegenden Kraft. Grundsätz lich ist jedoch auch bei Vorliegen eines Kraftschlusses eine Gleitbewegung grundsätzlich möglich, um mechanische Spannun gen abzubauen und das Risiko einer Delamination zu verrin gern. Der Vorteil einer kraftschlüssigen Verbindung ist, dass das Spulenelement im Wicklungsträger besonders fest gehalten werden kann, ohne dass im ganzen Bereich der Kontaktfläche eine Stoffschlüssige Verbindung benötigt wird.

Alternativ oder insbesondere auch zusätzlich zur kraftschlüs sigen Verbindung kann auch ein Formschluss zwischen Spulen element und Wicklungsträger vorliegen. Dies kann bereits da durch erfüllt sein, dass eine zur Grundform des Spulenele ments passende Aussparung im Wicklungsträger vorliegt, in de nen das Spulenelement auf die beschriebene Weise eingebettet sein kann. Zusätzlich kann jedoch auch noch ein weiterer Formschluss zwischen den beiden Elementen geschaffen sein, beispielsweise durch ineinandergreifende Längsrillen (die insbesondere entlang der lokalen Wicklungsachse a ausgerich tet sein können) , die eine relative Geleitsbewegung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger nur in einer ausgewählten Raumrichtung (beispielsweise parallel zu a) ermöglichen.

Die Verbindungsfläche zwischen Spulenelement und Wicklungs träger (also die Fläche, auf der eine Stoffschlüssige Verbin dung vorliegt) kann bevorzugt eine dritte Spulenfläche umfas sen, welche bezüglich der zentralen Rotorachse A nach radial außen gerichtet ist. Besonders bevorzugt kann die Verbin dungsfläche im Wesentlichen ausschließlich durch diese bezüg lich A radial außenliegende Oberfläche des Spulenelements ge geben sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine radial außenliegende, ringförmig umlaufende Hauptfläche des Spulen elements handeln. Durch die Ausbildung einer Stoffschlüssi gen, als also insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbaren Verbindung in diesem Bereich kann gewährleistet werden, dass das Spulenelement durch den Wicklungsträger insbesondere ge gen nach (bezüglich A) radial außen wirkende Kräfte wie Zent rifugalkräfte und Kräfte durch Fluiddruck abgestützt wird. Durch die feste Verbindung auf dieser außenliegenden Seite wird also eine besonders zuverlässige Kraftübertragung ge- währleistet, wobei vorteilhaft ein (bezüglich A) radial in nenliegender Bereich der Spuleneinrichtung frei bleiben kann, um beispielsweise von einem fluiden Kühlmittel angeströmt zu werden .

Besonders vorteilhaft ist die Stoffschlüssige Verbindung im Bereich der Verbindungsfläche zwischen Spulenelement und Wicklungsträger durch ein Klebemittel ausgebildet. Eine der artige Klebeverbindung ist besonders einfach herzustellen und ermöglicht gleichzeitig eine zuverlässige und feste kraft übertragende Verbindung der beiden beschriebenen Elemente.

Bei dem Klebemittel kann es sich bevorzugt um ein thermisch und/oder chemisch vernetzendes Klebemittel, insbesondere um einen Epoxidkleber handeln. Besonders bevorzugt sind dabei kältetaugliche Epoxidkleber, welche auch in kryogenen Umge bungen ausreichend fest sind. Beispiele für kryogentaugliche Kleber sind Klebemittel, die unter den Namen Araldite,

Eccobond, Stycast oder Epo-Tek angeboten werden.

Das supraleitende Spulenelement weist bevorzugt ein hochtem peratursupraleitendes Leitermaterial auf. Besonders bevorzugt ist das Spulenelement aus einem hochtemperatursupraleitenden Bandleiter gewickelt. Hochtemperatursupraleiter (HTS) sind supraleitende Materialien mit einer Sprungtemperatur oberhalb von 25 K und bei einigen Materialklassen, beispielsweise den Cuprat-Supraleitern, oberhalb von 77 K, bei denen die Be triebstemperatur durch Kühlung mit anderen kryogenen Materia lien als flüssigem Helium erreicht werden kann. HTS-Mate- rialien sind auch deshalb besonders attraktiv, da diese Mate rialien abhängig von der Wahl der Betriebstemperatur hohe obere kritische Magnetfelder sowie hohe kritische Stromdich ten aufweisen können.

Der Hochtemperatursupraleiter kann beispielsweise Magnesium- diborid oder einen oxidkeramischen Supraleiter, beispielswei se eine Verbindung des Typs REBa2Cu30 x ( kurz REBCO) aufweisen, wobei RE für ein Element der seltenen Erden oder eine Mi schung solcher Elemente steht. Allgemein bevorzugt ist das Spulenelement durch Aufwickeln eines supraleitenden Bandleiters um die lokale Wicklungsachse a gebildet, wobei die Hauptfläche des Bandleiters parallel zur lokalen Wicklungsachse a orientiert ist. Insbesondere kann die Ausrichtung des Bandleiters innerhalb der gesamten Wicklung parallel zur lokalen Wicklungsachse a sein. Bei die ser Ausführungsform verläuft die Gleitfläche besonders vor teilhaft parallel zur Bandleiteroberfläche. Durch eine Rela tivbewegung zwischen Spulenelement und Wicklungsträger paral lel zu dieser Bandleiteroberfläche wird besonders wirksam eine Verringerung der Zugspannungen innerhalb der Wicklung erreicht, welche ohne diesen Ausgleich zu einer Delamination innerhalb des Schichtsystems des Bandleiters und/oder zwi schen benachbarten Windungen der Wicklung führen könnten.

Der Rotor kann allgemein bevorzugt eine Mehrzahl von supra leitenden Spulenelementen aufweisen, welche insbesondere un tereinander gleich ausgeführt sind. Diese Spulenelemente kön nen über den Umfang des Rotors verteilt angeordnet sein. Be sonders bevorzugt können bei dieser Ausführungsform die ein zelnen Spulenelemente gleichmäßig über den Umfang des Rotors verteilt sein. Eine solche gleichmäßig verteilte Anordnung ist besonders bevorzugt, um beispielsweise ein symmetrisches Erregerfeld für eine elektrische Maschine zu erzeugen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann jedes dieser Spulenelemente auf einem ihm zugeordneten separaten Wick lungsträger angeordnet sein. Mit anderen Worten kann die Struktur zur mechanischen Halterung der einzelnen Spulenele mente in einzelne Wicklungsträger segmentiert sein. Diese einzelnen Wicklungsträger-Segmente können insbesondere auf verschiedenen Umfangspositionen des Rotors angeordnet sein. Der Vorteil einer solchen Ausführungsform liegt insbesondere in einer vereinfachten Herstellbarkeit der gesamten mechani schen Halterungsstruktur der Spulenelemente. Die einzelnen Spulenelemente können beispielsweise jeweils separat mit dem zugeordneten Wicklungsträger verbunden werden, bevor diese Wicklungsträger entweder miteinander oder mit einer überge ordneten Halterungsstruktur verbunden werden.

Alternativ zu der beschriebenen segmentierten Ausführungsform kann aber auch jedes der einzelnen Spulenelemente auf einem ihm zugeordneten Umfangssegment eines übergeordneten, gemein samen Wicklungsträgers angeordnet sein beziehungsweise von diesem gehalten werden. Bei dieser Ausführungsform liegt also ein einstückiger gemeinsamer Wicklungsträger vor. Dieser Wicklungsträger kann insbesondere eine hohlzylindrische

Grundform aufweisen, wobei die einzelnen Spulenelemente in Umfangsrichtung verteilt in den Zylindermantel eingebettet sind. Ein Vorteil eines solchen übergeordneten einstückigen Wicklungsträgers ist, dass ein stabiler mechanischer Halt ge währleistet ist, ohne dass ein zusätzliches Element zur Hal terung der einzelnen Segmente benötigt wird. Ein solcher übergeordneter, radial außenliegender Wicklungsträger kann die einzelnen Spulenanordnungen sowohl gegen radiale Flieh kräfte als auch gegen Kräfte in Umfangsrichtung abstützen, ohne dass hierfür zusätzliche Halteelemente benötigt werden.

Gemäß einer weiteren allgemein bevorzugten Ausführungsform weist der Rotor wenigstens einen innenliegenden Hohlraum auf, in dem ein fluides Kühlmittel zirkulierbar ist. Ein solches Kühlmittel kann beispielsweise durch den Hohlraum im Inneren des Rotors zu den Spulenelementen fließen, diese durch ther mischen Kontakt abkühlen, danach zu einem Kaltkopf außerhalb des Rotors fließen und dort rückgekühlt werden und wiederum in den Hohlräumen des Rotors eingespeist werden, sodass ins gesamt ein geschlossener Kühlkreislauf gebildet wird. Ein solches Kühlsystem ist besonders effektiv, um die supralei tenden Spulenelemente auf eine kryogene Temperatur unterhalb der Sprungtemperatur des verwendeten Supraleitermaterials zu kühlen. Besonders bevorzugt ist der innenliegende Hohlraum so ausgelegt, dass das wenigstens eine Spulenelement auf seiner (bezüglich A) radial innenliegenden Seite in thermischen Kon takt mit dem Kühlmittel treten kann. Ganz besonders bevorzugt ist es, wenn das Spulenelement auf seiner (bezüglich A) radi- al innenliegenden Seite derart offen liegt, dass es in direk ten Kontakt mit dem Kühlmittel treten kann. Dabei kann bevor zugt entweder der supraleitende Leiter selbst oder aber eine den Leiter umgebende elektrische Isolations-, Imprägnierungs und/oder Schutzschicht des Spulenelements so in direktem Kon takt mit dem Kühlmittel stehen, dass das Spulenelement die im Betrieb entstehende Wärme an das Kühlmittel abführen kann.

Mit anderen Worten kann das Spulenelement auf seiner radial innenliegenden Seite zumindest teilweise frei liegen (also nicht vom Wicklungsträger abgedeckt sein) , sodass es vom fluiden Kühlmittel angeströmt werden kann.

Das fluide Kühlmittel des Rotors kann besonders vorteilhaft Wasserstoff sein. Wasserstoff ist deshalb besonders geeignet, weil es einerseits einen ausreichend niedrigen Siedepunkt aufweist, um im flüssigen Zustand als kryogenes Kühlmittel zu wirken. Andererseits weist es eine geringe Dichte auf, was sich günstig auf das Gesamtgewicht des Rotors inklusive Kühl mittel auswirkt. Ein solches Kühlmittel mit geringer Dichte ist auch besonders geeignet, um Rotoren für schnelldrehende Maschinen mit großen Durchmessern zur Verfügung stellen zu können. Durch die geringe Dichte ist auch die durch den hydrostatischen Druck entstehende Siedepunktverschiebung klein .

Alternativ zur genannten Ausführungsform mit Wasserstoff kön nen als Kühlmittel aber auch andere Flüssigkeiten oder auch Gase zum Einsatz kommen. Weitere vorteilhafte kryogene Kühl mittel sind flüssiges Helium, flüssiges Neon, flüssiger

Stickstoff, flüssiger Sauerstoff und/oder flüssiges Methan. Dabei kann bei Verwendung all dieser kryogenen Kühlmittel prinzipiell die flüssige Form neben der Gasform vorliegen, und es kann durch ein Verdampfen der Flüssigkeit im Bereich der zu kühlenden Komponenten eine zusätzliche Kühlwirkung er reicht werden. So ist es möglich, dass das kryogene Kühlmit tel im Inneren des Rotors insbesondere nach dem Thermosiphon- Prinzip und/oder nach Art eines Wärmerohrs zirkuliert. Allgemein bevorzugt kann der Wicklungsträger so ausgebildet sein, dass er bei einer Abkühlung von Raumtemperatur auf eine kryogene Betriebstemperatur des supraleitenden Spulenelements einen höheren thermischen Schrumpf aufweist als das davon um schlossene Spulenelement als Ganzes. Hierdurch wird bei Ab kühlung eine Vor-Kompression des Spulenelements erreicht, was erstens bereits zu einem Schutz vor Delamination innerhalb des Spulenelements führen kann und zweitens zu einem besseren mechanischen Halt des Spulenelements in dem Wicklungsträger führen kann, ohne dass im Bereich der gesamten Kontaktfläche eine Stoffschlüssige Verbindung benötigt wird.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Material des Wicklungsträgers Aluminium und/oder Magnesium. Beispiels weise kann der Wicklungsträger hauptsächlich aus einem der beiden genannten Metalle oder alternativ aus einer Legierung mit wenigstens einem der beiden Metalle bestehen. Bei einer solchen Legierung kann Aluminium und/oder Magnesium entweder als Hauptbestandteil oder als Nebenbestandteil vorliegen. Un abhängig von der genauen Ausgestaltung gilt, dass durch den Einsatz von Aluminium und/oder Magnesium im Material des Wicklungsträgers ein relativ großer thermischer Ausdehnungs koeffizient erreicht werden kann und somit ein vergleichswei se starkes Aufschrumpfen des Wicklungsträgers auf das Spulen element .

Gemäß einer weiteren allgemein bevorzugten Ausführungsform weist die Verbindungsfläche (also der erste Teilbereich) einen Flächenanteil von höchstens 80% an der gesamten Kon taktfläche auf. Besonders vorteilhaft liegt der Flächenanteil der Verbindungsfläche an der gesamten Kontaktfläche sogar nur bei 70% oder weniger. Bei einer derartigen Begrenzung des stoffschlüssige verbundenen Bereichs liegt vorteilhaft ein vergleichsweise hoher Anteil des zweiten Teilbereichs vor, in dem eine zerstörungsfreie Relativbewegung zwischen Spulenele ment und Wicklungsträger (und somit ein Spannungsausgleich) ermöglicht ist. Der Effekt der Spannungsreduktion ist dann also besonders ausgeprägt. Die elektrische Maschine mit dem erfindungsgemäßen Rotor kann vorteilhaft für eine Leistungsdichte von wenigstens 5 kW/kg ausgelegt sein, besonders vorteilhaft kann sie sogar für eine Leistungsdichte von wenigstens 10 kW/kg ausgelegt sein. Bei einer Maschine mit einer derart hohen Leistungsdichte kommen die beschriebenen Vorteile des Rotors besonders zum Tragen. Maschinen mit derart hohen Leistungsdichten sind andererseits eine Grundvoraussetzung für vollelektrisch angetriebene Luft fahrzeuge. Sie sind jedoch auch im Bereich anderer - insbe sondere anderer mobiler - Anwendungen vorteilhaft. Unter der genannten Leistungsdichte soll die Nennleistung der Maschine bezogen auf ihr Gesamtgewicht verstanden werden, also bezogen auf das Gewicht des Stators, Rotors, Gehäuses, Kühlsystems plus eventuell zusätzlich vorliegender Komponenten.

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 grundsätzlich für den Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Luftfahrzeugs geeignet. Alternativ kann mit einer der art leistungsstarken Maschine aber auch beim Betrieb als Ge nerator der für den Antrieb benötigte elektrische Strom an Bord des Fahrzeugs erzeugt werden. Grundsätzlich kann die Ma schine entweder als Motor oder als Generator ausgestaltet sein oder optional für beide Betriebsarten ausgelegt sein. Um die beschriebenen hohen Leistungen und/oder Leistungsdichten zu erzielen, sind hochtemperatursupraleitende Spulenelemente besonders geeignet, da sie besonders hohe Stromdichten erlau ben .

Die Maschine beziehungsweise der Rotor kann bevorzugt für eine Drehzahl des Rotors von wenigstens 1000 Umdrehungen pro Minute, insbesondere sogar für wenigstens 3000 Umdrehungen pro Minute, ausgelegt sein. Durch die beschriebene Ausführung des Rotors mit vergleichsweise geringer Dichte können derart hohe Drehzahlen besonders gut realisiert werden. Mit herkömm lichen Rotoren können sie bei einer für die genannten Leis- tungsbereiche benötigten Größe zum Teil gar nicht erreicht werden. Die für die beschriebenen Anwendungen vorteilhaften Leistungsdichten können andererseits mit langsamer drehenden Maschinen unter Umständen gar nicht erreicht werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsver fahrens kann das vorgefertigte Spulenelement als nass gewi ckeltes Spulenelement ausgebildet sein. Mit anderen Worten kann beim Herstellen der Wicklung ein Imprägniermittel (ins besondere ein Imprägnierharz) zwischen den Windungen der Wicklung aufgebracht und anschließend gehärtet werden. Zur Herstellung der Stoffschlüssigen Verbindung zwischen Spulen element und Wicklungsträger kann dabei grundsätzlich das gleiche Material wie das Imprägniermittel oder aber auch ein unterschiedliches Material gewählt werden. Prinzipiell soll es aber nicht ausgeschlossen werden, dass auch eine trocken gewickelte Spule einem Rotor gemäß der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommen kann. Beispielsweise kann eine trocken ge wickelte Spule im Anschluss an die Herstellung der Wicklung mit einem Gussmaterial vergossen werden, wodurch ebenfalls ein eigenstabiles (mit anderen Worten ein selbsttragendes) Spulenelement gebildet wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen beschrieben, in denen:

Figur 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ro tors nach einem ersten Beispiel der Erfindung zeigt, Figur 2 eine schematische Teilansicht des Querschnitts aus

Figur 1 zeigt,

Figur 3 eine schematische perspektivische Darstellung eines

Spulenelements zeigt,

Figur 4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ro tors nach einem zweiten Beispiel der Erfindung zeigt und Figur 5 eine schematische Teilansicht des Querschnitts eines Rotors nach einem dritten Beispiel der Erfindung zeigt .

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Figur 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Rotors 1 nach einem ersten Beispiel der Erfindung. Gezeigt ist ein Schnitt senkrecht zur zentralen Rotorachse A, um die der Rotor 1 drehbar gelagert ist. Der Rotor weist in diesem Beispiel acht supraleitende Spulenelemente 3 auf, die gemein sam eine übergeordnete Rotorwicklung bilden. Jedes der acht Spulenelemente weist eine eigene lokale Symmetrieachse auf, nämlich die lokale Wicklungsachse a, von denen in Figur 1 nur eine beispielhaft gezeigt ist. Die Rotorwicklung ist insge samt zur Erzeugung eines achtpoligen elektromagnetischen Fel des ausgelegt. Die einzelnen Spulenelemente 3 werden in die sem Beispiel von einem gemeinsamen hohlzylindrischen Wick lungsträger 5 mechanisch gehalten. Dieser Wicklungsträger 5 stützt alle acht Spulenelemente 3 von einer bezüglich der zentralen Achse A radial außenliegenden Seite. Auf einer be züglich A radial innenliegenden Seite der Spulenelemente 3 grenzen diese an einen Hohlraum 7 an und werden von hier aus durch ein fluides Kühlmittel 9 angeströmt und hierdurch auf eine kryogene Temperatur gekühlt. Durch die mittels des

Pfeils angedeutete Drehung des Rotors verteilt sich das flüs sige Kühlmittel bei ausreichend hoher Drehzahl über den Um fang des Rotors, wie durch den ringförmigen Flüssigkeitspegel schematisch gezeigt.

Um die Kühlung der supraleitenden Spulenelemente 3 auf eine kryogene Betriebstemperatur zu erleichtern, ist der Wick lungsträger 5 von einem doppelwandigen Kryostaten umgeben, der hier durch eine zylindermantelförmige innere Kryostatwand 15a und eine ebenfalls zylindermantelförmige äußere Kryostat wand 15b wiedergegeben ist. Zwischen diesen beiden Kryostat- wänden ist ein ringförmiger Vakuumraum ausgebildet, sodass der Wicklungsträger 5 und die weiteren radial weiter innen liegenden Komponenten thermisch gegen die äußere Umgebung isoliert sind. Innerhalb von den Kryostatwänden ist noch eine optionale Bandage 13 um den Wicklungsträger 5 gewickelt, um diesem zusätzlichen mechanischen Halt zu verleihen.

In Figur 2 ist eine schematische Teilansicht des Querschnitts des Rotors aus der Figur 1 gezeigt. Gezeigt ist hier ein Aus schnitt der Wicklung, der einem magnetischen Pol entspricht. In Figur 2 ist ein azimutaler Ausschnitt des hohlzylindri schen Wicklungsträgers dargestellt, welcher eines der insge samt acht Spulenelemente 3 trägt. Bei dem Spulenelement 3 handelt es sich um eine ringförmig geschlossene Spulenanord nung, von der in der gezeigten Querschnittsdarstellung beide Spulenschenkel zu sehen sind. Diese Spulenschenkel weisen je weils eine rechteckige Querschnittsform auf. In dieser Figur ist genauer dargestellt, wie das Spulenelement 3 von dem Wicklungsträger 5 mechanisch getragen wird und über welche Kontaktflächen es in diesen eingebettet ist. Durch die recht eckige Querschnittsform des Spulenelements sind vier ringför mig umlaufende Hauptflächen des Spulenelements definiert:

- eine erste Spulenfläche 11a, welche bezüglich der zentralen Rotorachse A radial außen liegt,

- eine zweite Spulenfläche 11b, welche bezüglich der lokalen Wicklungsachse a des Spulenelements radial außen liegt,

- eine dritte Spulenfläche 11c, bezüglich der lokalen Wick lungsachse a des Spulenelements radial innen liegt und

- eine vierte Spulenfläche lld, welche bezüglich der zentra len Rotorachse A radial innen liegt.

Im gezeigten Beispiel ist das Spulenelement 3 so in den Wick lungsträger 5 eingebettet, dass sich eine übergeordnete Kon taktfläche ergibt, welche sich aus den drei Spulenflächen 11a, 11b und 11c zusammensetzt. Im Bereich der vierten Spu lenfläche lld liegt das Spulenelement offen und kann von hier aus von einem fluiden Kühlmittel 9 angeströmt werden. Auf den übrigen drei Spulenflächen ist das Spulenelement 3 so fest in den Wicklungsträger 5 eingebettet, dass der Rotor als Ganzes auch den bei hohen Maschinenleistungen und hohen Drehzahlen auftretenden Kräften standhalten kann. Um dabei eine feste und insbesondere irreversible Verbindung zwischen Wicklungs träger 5 und Spulenelement 3 zu schaffen, ist das Spulenele ment im Bereich der dritten Spulenfläche 11c durch ein Klebe mittel 21 stoffschlüssig mit dem Wicklungsträger 5 verbunden. Es handelt sich hier um eine Verbindungsfläche, welche nur einen Teilbereich der gesamten Kontaktfläche zwischen Spulen element und Wicklungsträger ausmacht. Im Unterschied zu die ser festverklebten Fläche liegt nämlich auf den beiden seit lich umlaufenden Flächen 11a und 11b keine Klebeverbindung vor. Stattdessen ist im Bereich dieser beiden seitlich umlau fenden Flächen 11a und 11b der Wicklungsträger 5 mit einer Gleitschicht 23 aus Teflon beschichtet. Durch das Weglassen des Klebers in diesen Bereichen der Kontaktfläche wird er reicht, dass hier eine Relativbewegung zwischen Spulenelement 3 und Wicklungsträger 5 ermöglicht ist, wie durch die beiden Doppelpfeile angedeutet. Diese Gleitbewegung wird durch die hier gezeigte Ausgestaltung mit der optionalen Gleitschicht 23 noch weiter erleichtert. Die Richtung der Gleitbewegung liegt hier vorteilhaft parallel zur Richtung der lokalen Wicklungsachse a des Spulenelements 3. Im gezeigten Beispiel ist das Spulenelement als einfache zylindrische Flachspule aus einem supraleitenden Bandleiter 8 gewickelt. Dabei liegen die Windungen des Bandleiters 8 flach übereinander, derart dass die Hauptfläche des Bandleiters in allen Teilen der ringförmigen Wicklung parallel zur lokalen Wicklungsachse a ausgerichtet ist. Damit liegt auch die Richtung der beschrie benen Gleitbewegung parallel zu den Hauptflächen des Bandlei ters, insbesondere in der Richtung, die in Richtung der Lei terbreite liegt. Eine Relativbewegung zwischen Spulenelement 3 und Wicklungsträger 5 bewirkt den Vorteil, dass hierbei lo kale Spannungen abgebaut werden, welche anderenfalls zu einer Delamination innerhalb des Bandleiters und/oder zwischen den einzelnen Lagen der Wicklung führen könnten.

Der Wicklungsträger 5 kann aus einem Material gebildet sein, welches bei Abkühlung thermisch stärker schrumpft als das Spulenelement 3 als Ganzes. Hierdurch wird beim Erreichen der Betriebstemperatur des Rotors eine Vor-Kompression erzielt und es liegt dadurch auch auf den beiden nicht durch ein Kle bemittel angebundenen Seitenflächen 11a und 11b eine kraft schlüssige Verbindung zwischen Spulenelement 3 und Wicklungs träger 5 vor.

Figur 3 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines einzelnen Spulenelements 3, wie es beispielsweise im Rotor der Figuren 1 und 2 zum Einsatz kommen kann. Das Spu lenelement 3 ist hier als zylindrische Flachspule ausgestal tet, welche durch Wickeln von einer Mehrzahl von Windungen eines supraleitenden Bandleiters 8 um die lokale Spulenachse a hergestellt wurde. Das Spulenelement 3 weist die Geometrie eines geraden Zylinders auf, wobei als Grundform des Zylin ders eine ovale, rennbahnartige Form vorliegt.

Figur 4 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Rotors 1 nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin dung. Im Unterschied zum Beispiel der Figur 1 ist der Wick lungsträger hier nicht aus einem einstückigen übergeordneten Zylindermantel gebildet, sondern er ist aus acht separaten Umfangssegmenten 5i zusammengesetzt. Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass der Wicklungsträger insgesamt nicht frei tragend ausgebildet ist, sondern von einer radial innenlie genden skelettartigen Stützstruktur 41 mit einer Mehrzahl von Streben 41a gehalten wird. Die Einbettung der einzelnen Spu lenelemente 3 in die jeweiligen Segmente 5i des Wicklungsträ- gers und insbesondere die Ausgestaltung der einzelnen Berei che der Kontaktfläche kann dabei grundsätzlich analog zum Beispiel der Figur 2 ausgebildet sein.

Figur 5 zeigt eine schematische Teilansicht eines Quer schnitts eines Rotors nach einem dritten Beispiel der Erfin dung. Gezeigt ist hier wiederum ein azimutaler Ausschnitt ei nes Wicklungsträgers 5, in dem ein Spulenelement 3 eingebet tet ist. Dabei kann die Ausgestaltung des gesamten Wicklungs trägers 5 prinzipiell entweder ähnlich wie in Figur 1 (also als durchgehender Hohlzylinder) oder aber auch ähnlich wie in Figur 4 (also aus separaten Segmenten 5i zusammengesetzt) sein. Wesentlich im Zusammenhang mit dem dritten Ausführungs beispiel ist, dass das Spulenelement nur über zwei seiner Hauptflächen in den Wicklungsträger 5 eingebettet ist. In diesem Beispiel bilden die zweite Hauptfläche 11b (die bezüg lich a radial außen liegt) und die dritte Hauptfläche 11c (die bezüglich A radial außen liegt) zusammen die Kontaktflä che zwischen Spulenelement 3 und Wicklungsträger 5 aus. Auch hier erstreckt sich die mit einem Klebemittel 21 verbundene Verbindungsfläche nicht über die gesamte Kontaktfläche, son dern nur über einen Teilbereich davon. Im gezeigten Beispiel wird die Verbindungsfläche durch die dritte Spulenfläche 11c und einen kleinen (bezüglich A radial außen liegenden) Teil bereich am Rand der zweiten Spulenfläche 11b gebildet. Der Hauptteil der zweiten Spulenfläche 11b bildet jedoch auch hier eine Gleitfläche aus, innerhalb derer das Spulenelement 3 und der Wicklungsträger 5 parallel zur lokalen Wicklungs achse a relativ zueinander bewegt werden können. Im Bereich der übrigen beiden Spulenflächen 11a und lld liegt das Spu lenelement 3 in diesem Ausführungsbeispiel frei und kann so auf diesen beiden Seiten von einem Kühlmittel angeströmt wer den. Die zweiseitige Einbettung und die eingeschränkte Fixie rung mit dem Klebemittel 21, welches sich nur über einen Teil der Kontaktfläche erstreckt, ist ausreichend, um das Spulen element 3 gegen den Wicklungsträger 5 beim Betrieb des Rotors fest abzustützen. Auch hier kann durch geeignete Materialwahl für den Wicklungsträger 5 ein Aufschrumpfen auf das Spulen element 3 beim Abkühlen auf die Betriebstemperatur erreicht werden. Ebenso ist auch in diesem Beispiel der nicht durch das Klebemittel 21 verbundene Teil der Kontaktfläche mit einer Gleitschicht 23 auf dem Wicklungsträger 5 versehen. Bezugszeichenliste

1 Rotor

3 Spulenelement

5 Wicklungsträger

5i Umfangssegment

7 innenliegender Hohlraum

8 Bandleiter

9 fluides Kühlmittel

11a erste Spulenfläche

11b zweite Spulenfläche

11c dritte Spulenfläche lld vierte Spulenfläche

13 Bandage

15a innere Kryostatwand

15b äußere Kryostatwand

21 Klebemittel

23 Gleitschicht

41 Stützelement

41a Strebe

A zentrale Rotorachse a lokale Wicklungsachse