Ein Schwungrad-Energiespeicher mit permanentmagnetischer Lagerung

Partiell passive Magnetlager eignen sich zur berührungslosen Lagerung hochtouriger Rotoren. Anhand eines Schwungradprototypen wurde gezeigt, daß die permanentmagnetische Aufhängung einen 23 kg schweren Rotor sicher im Dauerbetrieb führt. Zum erstenmal wurde diese Art der Aufhängung mit einer leistungsstarken elektrischen Maschine kombiniert. Die magnetische Lagerung ist auch bei der Entnahme von 15 kW elektrischer Leistung aus dem Schwungradspeicher rotordynamisch stabil, wie durch das abrupte Zuschalten eines Lastwiderstandes auf den Synchrongenerator gezeigt wurde. Es gibt keine Anzeichen für ein instabiles Verhalten bei höherer Leistungsentnahme. Das Magnetlager stabilisiert den Rotor radial passiv durch permanentmagnetische Kräfte, die auch die Tragkraft aufbringen. In axialer Richtung wird der Rotor aktiv quasi leistungslos elektromagnetisch um einen instabilen Gleichgewichtspunkt geregelt. Minimale Lagerverluste und geringe Leistungsaufnahme prädestinieren permanentmagnetische Lager für stationäre Schwungräder. Außerdem zeichnet sich diese Lagerung durch einen geringen Betriebsaufwand an Regelelektronik aus und benötigt keine Kühl- oder Schmiermittel. Der erprobte Anwendungsbereich radial passiver Magnetlager wird durch den Stabilitätsnachweis mit dem Schwungrad in Bezug auf größere Massen und Trägheitsmomente und stärkere Antriebe und generatorische Leistungen erweitert. Der Schwungradspeicher besteht aus einer Kohlefaserverbundscheibe mit angeflanschter Motorwelle. Der Rotor wird über eine permanentmagnetisch erregte Synchronmaschine angetrieben und zum Entladen generatorisch abgebremst. Ein einfaches Motorkonzept mit Innenläufer ermöglicht passive Kühlung. Einige technische Daten des Schwungradspeichers sind in Tab. 10.1 auf Seite 132 zusammengefaßt. In dem Schwungradspeicher werden 630 Wh bei Nenndrehzahl gespeichert. Die Motorverluste im Leerlauf bewirken, daß die Speicherhalbwertszeit von Schwungrädern geringer ist als von chemischen Batterien. Die Leerlaufverluste des Schwungrades betragen jedoch weniger als 0,5% der Nennleistung des Generators. Die Leistungsaufnahme und Ab- [...