-
Die Erfindung betrifft einen Linear-Transversalflussmotor mit einer ersten Baugruppe und einer zweiten Baugruppe, wobei die erste Baugruppe relativ zur zweiten Baugruppe in einer Arbeitsbewegungsrichtung verschiebbar gelagert ist, eine der beiden Baugruppen als Stator und die andere der beiden Baugruppen als Läufer ausgebildet ist, die zweite Baugruppe wenigstens eine Magnetspule und eine Flussleiteinrichtung aufweist und die erste Baugruppe über eine Permanentmagnetanordnung verfügt, die der Flussleiteinrichtung zugewandt ist, so dass die erste Baugruppe durch Bestromung der Magnetspule und einem daraus resultierenden Magnetfluss in der Flussleiteinrichtung mit einer Kraft beaufschlagt werden kann, um eine Verschiebung der ersten Baugruppe relativ zu der zweiten Baugruppe zu bewirken.
-
Ein derartiger Linear-Transversalflussmotor ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und kann auch als Linear-Klauenpolmotor bezeichnet werden. Bei einem Linear-Transversalflussmotor wird der magnetische Fluss, der durch die Magnetspule bei geeigneter Bestromung bereitgestellt werden kann, mit Hilfe der Flussleiteinrichtung so umgelenkt, dass aufgrund einer kontaktlosen magnetischen Wechselwirkung zwischen der Permanentmagnetanordnung und dem in der Flussleiteinrichtung geführten Magnetfluss eine Kraft hervorgerufen wird, die zu einer Linearbewegung des Läufers gegenüber dem Stator führt.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Linear-Transversalflussmotor mit einem verbesserten elektromechanischen Wirkungsgrad bereitzustellen.
-
Diese Aufgabe wird für einen Linear-Transversalflussmotor der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Magnetspule aus einem Material mit supraleitenden Eigenschaften hergestellt ist. Hierdurch wird ein Betrieb der Magnetspule zur Bereitstellung des Magnetflusses ohne einen elektrischen Widerstand ermöglicht. Bei bislang bekannten supraleitenden Materialien stellen sich supraleitende Eigenschaften ein, wenn das Material auf oder unter seine materialspezifische Sprungtemperatur abgekühlt wird. Beispielsweise sind nach derzeitigem Kenntnisstand supraleitende Materialien für eine Verwendung in einem derartigen Linear-Transversalflussmotor einsetzbar, die als Typ-II Supraleiter bezeichnet werden und supraleitende Eigenschaften bereits bei Temperaturen im Bereich von ca. –180 Grad Celsius oder 90 Kelvin aufweisen. Ein typischer Vertreter solcher supraleitender Materialien ist Yttriumbariumkupferoxid, das auch kurz als YBCO bezeichnet wird und das als Halbzeug in den unterschiedlichsten Formen, insbesondere als Drahtmaterial und Bandmaterial, zur Verfügung steht, um daraus Magnetspulen herstellen zu können. Durch die Gestaltung der Magnetspule aus einem derartigen elektrisch leitenden Material mit supraleitenden Eigenschaften kann bei Einhaltung oder Unterschreitung der Sprungtemperatur des Materials für die Magnetspule eine zumindest im Hinblick auf die Magnetspule verlustarme, vorzugsweise bis auf Ummagnetisierungsverluste, insbesondere zumindest nahezu verlustfreie Bereitstellung eines Magnetfelds erfolgen. In einem Stillstand bzw. während eines Haltevorgangs kann die Bereitstellung des Magnetfelds verlustfrei erfolgen.
-
Der elektromechanische Wirkungsgrad eines derartigen Linear-Transversalflussmotors wird sowohl durch die Effizienz der Umsetzung der bereitgestellten elektrischen Energie in die am Läufer bereitgestellte Abtriebsleistung als auch durch den Energiebedarf für die Kühlung der Magnetspule bestimmt und kann bei geeigneter Auslegung der Magnetspule und des Kühlsystems für die Magnetspule gegenüber einem konventionellen Linear-Transversalflussmotor verbessert werden. Der beschriebene Linear-Transversalflussmotor benötigt dann weniger Energie als ein konventioneller Motor.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die zweite Baugruppe eine Isolierung, die die Magnetspule umgibt und die die Magnetspule gegenüber der Flussleiteinrichtung thermisch isoliert. Bei der Isolierung kann es sich beispielsweise um eine Hülle, zweckmäßigerweise eine Außenhülle, eines Kryostaten handeln. Der Kryostat bzw. die Isolierung dient zweckmäßigerweise dazu, die Temperatur der Magnetspule auf oder unterhalb der Sprungtemperatur zu halten. Die Flussleiteinrichtung befindet sich vorzugsweise außerhalb der Isolierung bzw. des Kryostaten. Bei AC-Bestromung der Magnetspule kann es zu einer starken Erwärmung der typischerweise aus Eisen gefertigten Flussleiteinrichtung kommen. Da sich die Flussleiteinrichtung außerhalb der Isolierung bzw. des Kryostaten befindet, ist weniger Kühlleistung erforderlich, um die Magnetspule auf oder unterhalb der Sprungtemperatur zu halten.
-
Zweckmäßig ist es, wenn die Magnetspule in einer Ausnehmung eines als ringförmiger Hohlkörper ausgebildeten Magnetspulenkastens angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Magnetspulenkasten innerhalb der Isolierung angeordnet. Die Aufgabe des Magnetspulenkastens besteht insbesondere darin, einen Wärmestrom von der Magnetspule mit einem geringen Wärmewiderstand an eine Wärmesenke, beispielsweise einen Kühlfinger eines Kryostatkühlers, abzuführen, um eine vorteilhafte Temperierung der Magnetspule auf oder unterhalb der Sprungtemperatur des supraleitend ausgebildeten Magnetspulenmaterials zu gewährleisten. Eine thermische Abschirmung der im Magnetspulenkasten aufgenommenen Magnetspule gegenüber Umgebungseinflüssen, insbesondere Umgebungsluft, erfolgt vorzugsweise durch eine Außenhülle bzw. durch die Isolierung, die den Magnetspulenkasten umgibt. Diese Maßnahme ist erforderlich, sofern der Linear-Transversalflussmotor in einer Umgebung betrieben werden soll, in der nicht von vornherein Temperaturen im Bereich oder unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur vorliegen. Sofern dies nicht der Fall ist, würden sich ansonsten aufgrund der starken Temperaturdifferenz der Magnetspule gegenüber der umgebenden (Luft-)Atmosphäre Eiskristalle aus kondensierter Feuchtigkeit auf der Magnetspule oder auf dem Magnetspulenkasten absetzen, die die Funktionsweise des Linear-Transversalflussmotors in Frage stellen könnten. Besonders bevorzugt ist die Außenhülle bzw. die Isolierung für den Magnetspulenkasten gasdicht ausgeführt, so dass gegebenenfalls im Inneren ein Vakuum aufrecht erhalten werden kann, um die gewünschte thermische Isolationswirkung für die Magnetspule zu unterstützen bzw. zu gewährleisten. Auf diese Weise kann auch die notwendige Kühlleistung reduziert werden.
-
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Magnetspulenkasten aus einem Material mit einer hohen thermischen Leitfähigkeit und/oder elektrischen Isolierungseigenschaften, ausgebildet ist. Eine hohe thermische Leitfähigkeit des Magnetspulenkastens ist von Vorteil, wenn eine externe Kühlung der Magnetspule vorgesehen ist, beispielsweise durch Ankopplung einer Wärmepumpe, insbesondere eines Stirlingmotors oder eines Pulsetube-Moduls etc. Hierbei kommt dem Magnetspulenkasten die Aufgabe zu, einen möglichst homogenen Wärmefluss von der Magnetspule hin zu der als Wärmesenke dienenden Kühleinrichtung zu gewährleisten und damit eine möglichst gleichmäßige Kühlung der Magnetspule zu unterstützen. Vorzugsweise weist der Magnetspulenkasten ergänzend oder alternativ auch vorteilhafte elektrische Isolierungseigenschaften auf, so dass in einfacher Weise eine elektrische Isolierung der Magnetspule gewährleistet werden kann. Als besonders vorteilhaft für die Herstellung des Magnetspulenkastens hat sich z.B. Saphirmaterial herausgestellt, das eine besonders günstige Kombination einer hohen thermischen Leitfähigkeit/Wärmeleitfähigkeit und vorteilhaften elektrischen Isolierungseigenschaften aufweist. Auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften können verwendet werden.
-
Vorzugsweise ist dem Magnetspulenkasten eine Kühleinrichtung, insbesondere ein Kühlfinger eines Kryokühlers, zweckmäßigerweise eines Stirlingmotors, zugeordnet, die mit dem Magnetspulenkasten und/oder direkt mit der Magnetspule thermisch leitend gekoppelt ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung in thermischer Kopplung mit dem Magnetspulenkasten steht. Ergänzend oder alternativ steht die Kühleinrichtung in direkter thermisch leitender Kopplung mit der im Magnetspulenkasten aufgenommenen Magnetspule.
-
Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Kühleinrichtung, insbesondere die Kryo-Kühleinrichtung eine elektrische Leitung zur Kopplung der Magnetspule mit einer Stromquelle umfasst. Durch eine derartige Kombination einer Wärmeabfuhr von der Magnetspule und einer Zufuhr von elektrischer Energie an die Magnetspule werden eine besonders kompakte Bauweise und ein möglichst geringer Wärmeeintrag aus der Umgebung an die Magnetspule über die elektrische Leitung sichergestellt.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Kühleinrichtung und dem Magnetspulenkasten ein thermisch leitendes Koppelmittel mit hoher thermischer Leitfähigkeit angeordnet ist, das von der elektrischen Leitung durchsetzt ist. Exemplarisch weist das Koppelmittel elektrische Isolierungseigenschaften auf, so dass die elektrische Leitung ohne weitere Maßnahmen elektrisch isoliert von der Kühleinrichtung bis in den Magnetspulenkasten zur elektrischen Kontaktierung der Magnetspule geführt werden kann. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Koppelmittel als Stab aus Saphirmaterial o.ä. hergestellt ist und somit eine vorteilhafte Kombination von thermischer Leitfähigkeit und elektrischer Isolierung aufweist.
-
Vorzugsweise verfügt die Flussleiteinrichtung über zwei ineinandergreifende Kammanordnungen, die der Permanentmagnetanordnung zugewandt sind. Zweckmäßigerweise ist zwischen den beiden Kammanordnungen ein Luftspalt vorgesehen. Der durch die Magnetspule erzeugte Magnetfluss in der Flussleiteinrichtung wird zu den Kammanordnungen geleitet, wo er in bekannter Weise mit dem von der Permanentmagnetanordnung erzeugten Magnetfeld wechselwirkt, so dass die erste Baugruppe mit einer Kraft beaufschlagt wird, die eine Verschiebung der ersten Baugruppe relativ zu der zweiten Baugruppe bewirkt.
-
Linear-Transversalflussmotoren können grundsätzlich einphasig oder mehrphasig ausgebildet sein. Gemäß einer möglichen Ausführungsform ist der Linear-Transversalflussmotor einphasig ausgebildet und die Kammanordnungen sind zueinander asymmetrisch ausgebildet. Die Kammanordnungen sind zweckmäßigerweise derart asymmetrisch ausgebildet, dass mittels eines einphasigen, durch eine Magnetspule erzeugten Magnetfluss eine Verschiebung der ersten Baugruppe relativ zur zweiten Baugruppe bewirkt werden kann.
-
Gemäß einer alternativen Ausführungsform ist der Linear-Transversalflussmotor zweiphasig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Permanentmagnetanordnung, die Flussleiteinrichtung und die Magnetspule vorzugsweise auf einer ersten Seite der ersten Baugruppe angeordnet und der Linear-Transversalflussmotor verfügt über eine weitere Permanentmagnetanordnung, Flussleiteinrichtung und Magnetspule, die auf einer zweiten Seite der ersten Baugruppe angeordnet sind. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der ersten und der zweiten Seite um entgegengesetzte Seiten der ersten Baugruppe.
-
Eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
-
1 eine schematische perspektivische Darstellung eines Linear-Transversalflussmotors,
-
2 eine schematische perspektivische Darstellung einer ersten Baugruppe und eines Flussleiteinrichtungsabschnitts des Linear-Transversalflussmotors,
-
3 eine Schnittdarstellung einer Magnetspule, die von einem Magnetkasten und einer Isolierung umgeben ist,
-
4 eine schematische perspektivische Darstellung eines zweiphasig ausgeführten Linear-Transversalflussmotors.
-
Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Linear-Transversalflussmotors 1. Der gezeigte Linear-Transversalflussmotor 1 kann auch als Linear-Klauenpolmotor bezeichnet werden. Der Linear-Transversalflussmotor 1 erstreckt sich in eine x-Richtung. Die x-Richtung wird nachstehend auch als Arbeitsbewegungsrichtung x bezeichnet. Orthogonal zur x-Richtung verläuft eine y-Richtung; orthogonal zur x-Richtung und zur y-Richtung verläuft eine z-Richtung.
-
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Linear-Transversalflussmotor 1 um einen zweiphasigen Linear-Transversalflussmotor. Eine zweiphasige Ausführungsform ist exemplarisch in der 4 gezeigt. Der besseren Übersichtlichkeit halber zeigen die 2 und 3 den Linear-Transversalflussmotor 1 nur mit einer Phase.
-
Der Linear-Transversalflussmotor 1 umfasst eine erste Baugruppe 2 sowie eine zweite Baugruppe 3. Die erste Baugruppe 2 ist relativ zur zweiten Baugruppe 3 in der Arbeitsbewegungsrichtung x verschiebbar gelagert.
-
Die erste Baugruppe 2 umfasst ein zweckmäßigerweise plattenförmig ausgebildetes, längliches Grundelement 4, dessen Längsachse parallel zur x-Richtung verläuft. An dem Grundelement 4 ist eine Permanentmagnetanordnung 5 vorgesehen, die sich in x-Richtung erstreckt. Die Permanentmagnetanordnung 5 ist exemplarisch an einer größten Seitenfläche des Grundelements 4 angeordnet. Die Permanentmagnetanordnung 5 wird nachstehend auch als erste Permanentmagnetanordnung 5 bezeichnet. Die Permanentmagnetanordnung 5 kann ferner auch als Magnetrail bezeichnet werden.
-
Die erste Permanentmagnetanordnung 5 umfasst eine Vielzahl von Permanentmagnetabschnitten 7, deren Magnetisierungsrichtung entlang der x-Richtung alterniert. Vorzugsweise ist die Magnetisierungsrichtung der Permanentmagnetabschnitte 7 senkrecht zur Arbeitsbewegungsrichtung x ausgerichtet, wobei in Arbeitsbewegungsrichtung x benachbarte Permanentmagnetabschnitte 7 jeweils zueinander entgegengesetzte Magnetisierungsrichtungen aufweisen. Zweckmäßigerweise sind die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnetabschnitte 7 parallel zu einer größten Seitenfläche des Grundelements 4 ausgerichtet. Vorzugsweise verlaufen die Magnetisierungsrichtungen parallel zur y-Richtung. Alternativ dazu können die Magnetisierungsrichtungen der Permanentmagnetabschnitte 7 auch in einer anderen, für den Betrieb des Linear-Transversalflussmotors 1 geeigneten Weise ausgerichtet sein. Bei den Permanentmagnetabschnitten 7 kann es sich exemplarisch um einzelne Permanentmagnete oder um Magnetisierungsbereiche eines einstückigen Permanentmagneten handeln. Die Permanentmagnetabschnitte 7 sind vorzugsweise rechteckig, plattenförmig und/oder länglich ausgebildet, wobei die Längsachse der Permanentmagnetabschnitte 7 insbesondere parallel zur y-Richtung ausgerichtet ist.
-
Die zweite Baugruppe 3 umfasst eine Magnetspule 8, die nachstehend auch als erste Magnetspule 8 bezeichnet wird. Die erste Magnetspule 8 weist exemplarisch die Form zweier parallel zueinander verlaufender Quaderabschnitte 6 auf, die an ihren Stirnseiten über zwei Ringhälftenabschnitte 10 miteinander verbunden sind. Alternativ dazu kann die Magnetspule 8 auch jede andere geeignete Form aufweisen. Beispielsweise kann die Magnetspule 8 auch kreisförmig, ovalförmig oder rechteckig ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Quaderabschnitte 6 länglich ausgebildet und mit ihrer Längsachse parallel zur Arbeitsbewegungsrichtung x ausgerichtet. Die Magnetspule 8 verfügt über in den Figuren nicht gezeigte Wicklungen, die um eine gedachte Wicklungsachse herum verlaufen. Die Wicklungsachse ist im gezeigten Beispiel parallel zur y-Achse ausgerichtet.
-
Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Magnetspule 8 als mehrlagige Wicklung eines nicht näher dargestellten Drahtmaterials ausgebildet ist und zwei beabstandet voneinander angeordnete elektrische Abzapfungen aufweist, die als elektrische Anschlüsse für eine Verbindung der Magnetspule 8 mit einer nicht dargestellten Stromquelle dienen. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Magnetspule 8 in einer y-z-Schnittebene einen rechteckigen Querschnitt aufweist, wodurch eine kompakte Gestaltung und eine hohe Packungsdichte für die Magnetspule 8 erreicht werden kann.
-
Die Magnetspule 8 verfügt über eine exemplarisch schlitzförmige Öffnung 11, durch die eine Flussleiteinrichtung 9 greift. Die schlitzförmige Öffnung 11 erstreckt sich in x-Richtung. Die Flussleiteinrichtung 9 umgreift einen Abschnitt der Magnetspule; im gezeigten Beispiel umgreift die Flussleiteinrichtung 9 den der erste Baugruppe zugewandten Quaderabschnitt 6. Die Flussleiteinrichtung 9 umfasst zwei Flussleiteinrichtungsabschnitte 12, 13, die jeweils in Entsprechung zueinander ausgebildet sind und in y-Richtung einander zugewandt angeordnet sind. Die beiden Flussleiteinrichtungsabschnitte 12, 13 laufen im Bereich der Öffnung 11 der Magnetspule 8 zusammen.
-
In der 2 ist die Geometrie des Flussleiteinrichtungsabschnitts 12 gezeigt. Der Flussleiteinrichtungsabschnitt 12 ist länglich ausgebildet, wobei die Längsachse des Flussleiteinrichtungsabschnitts 12 parallel zur x-Richtung verläuft. Orthogonal zur x-Richtung bzw. in der y-z-Ebene weist der Flussleiteinrichtungsabschnitt 12 ein L-förmiges Profil mit einem vertikalen L-Schenkel 14 und einem horizontalen L-Schenkel 15 auf, wobei der vertikale L-Schenkel 14 parallel zur z-Achse in Richtung hin zu der ersten Baugruppe 2 verläuft und der horizontale L-Schenkel 15 parallel zur y-Achse verläuft und in die Öffnung 11 der Magnetspule 8 hineinragt. An dem distalen Ende des vertikalen L-Schenkels 14 ist eine Kammanordnung 16 vorgesehen, die sich in x-Richtung erstreckt. Die Kammanordnung 16 kann auch als Klauen-Kamm bezeichnet werden. Die Kammanordnung 16 umfasst eine Vielzahl von Zähnen 17, die sich in y-Richtung hin zu dem gegenüberliegenden Flussleiteinrichtungsabschnitt 13 erstrecken und sich exemplarisch in diese Richtung verjüngen. Exemplarisch weisen die Zähne 17 die Form von Prismen mit dreieckförmiger Grundfläche auf, wobei die Grundflächen in einer x-y-Ebene liegen.
-
Der Flussleiteinrichtungsabschnitt 13 ist in Entsprechung zu dem vorstehend diskutierten Flussleiteinrichtungsabschnitt 12 ausgebildet und verfügt folglich ebenfalls über ein Lförmiges Profil und eine Kammanordnung 16. Die beiden Flussleiteinrichtungsabschnitte 12, 13 sind derart zueinander ausgerichtet, dass sich die Zähne 17 der beiden Kammanordnungen 16 in miteinander verzahnter Stellung befinden, so dass in x-Richtung die Zähne 17 der beiden Kammanordnungen 16 alternierend angeordnet sind; d.h., dass in x-Richtung auf einen Zahn 17 der einen Kammanordnung 16 ein Zahn 17 der anderen Kammanordnung 16 folgt. Die Zähne 17 der beiden Kammanordnungen 16 berühren sich dabei nicht. Ferner sind die beiden Flussleiteinrichtungsabschnitte 12, 13 derart zueinander ausgerichtet, dass die horizontalen L-Schenkel 15 in der Öffnung 11 der Magnetspule 8 aufeinandertreffen bzw. zusammenlaufen. Die Flussleiteinrichtung 9 ist vorzugsweise aus Eisen gefertigt.
-
Die Magnetspule 8 ist ausgebildet, mittels einer geeigneten Stromversorgung bestromt zu werden. Der von der Magnetspule 8 erzeugte Magnetfluss wird durch die Flussleiteinrichtung 9 geleitet; und zwar hin zu der Permanentmagnetanordnung 5. Gemäß dem bekannten Prinzip eines Linear-Transversalflussmotors kann auf diese Weise eine Verschiebung der ersten Baugruppe 2 relativ zur zweiten Baugruppe 3 in Arbeitsbewegungsrichtung x erzielt werden.
-
Um supraleitende Eigenschaften bereitstellen zu können, ist die Magnetspule 8 aus einem Material hergestellt, das zumindest unter gewissen Randbedingungen supraleitend ist. Bevorzugt wird nach derzeitigem Kenntnisstand hierzu ein Typ-II-Supraleiter, insbesondere Yttriumbariumkupferoxid, eingesetzt, so dass bei einer Abkühlung auf ca. –200 Grad Celsius supraleitende Eigenschaften der Magnetspule 8 vorliegen. Auch andere Materialien mit ähnlichen Eigenschaften wie z.B. BISCO oder „Pniktide“ können zum Einsatz kommen.
-
Die 3 zeigt einen y-z-Schnitt durch einen oberen Quaderabschnitt 6 der Magnetspule 8. Wie in der 3 zu sehen, ist die Magnetspule 8 in einem Magnetspulenkasten 18 aufgenommen. Der Magnetspulenkasten 18 ist vorzugsweise als ringförmiger Hohlkörper ausgebildet. Vorzugsweise ist der Magnetspulenkasten 18 in Entsprechung zu der Magnetspule 8 geformt. Beispielsweise kann der Magnetspulenkasten 18 ebenfalls eine Form aus zwei parallelen Quaderabschnitten, die an ihren Stirnseiten über Ringshälftenabschnitte miteinander verbunden sind, aufweisen.
-
Zweckmäßigerweise wird die Magnetspule 8 von dem Magnetspulenkasten 18 vollständig, insbesondere gasdicht, umschlossen. Die Aufgabe des Magnetspulenkastens 18 liegt zum einen in einer elektrischen Isolierung der Magnetspule 8. Zum anderen dient der Magnetspulenkasten 18 für eine vorteilhafte thermische Kopplung der Magnetspule 8 mit einer nicht gezeigten Kühleinrichtung. Dementsprechend ist der Magnetspulenkasten 18 aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit und vorteilhaften elektrischen Isolierungseigenschaften, insbesondere einem Saphirmaterial, hergestellt. Wie in der 3 gezeigt, kann der Magnetspulenkasten 18 mit einem U-förmigen Querschnitt ausgebildet sein, wobei U-Schenkel 19 des Magnetspulenkastens 18 in radialer Richtung nach außen abragen. Dadurch kann die Magnetspule 8 in einfacher Weise in den Magnetspulenkasten 18 gewickelt werden. Für die vorteilhafte thermische Ankopplung der gesamten Magnetspule 8 kann dann am Magnetspulenkasten 18 ein radial außenliegender, umlaufender Abdeckring 20 vorgesehen sein, der die Magnetspule 8 im Magnetspulenkasten 18 einschließt. Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass an stirnseitigen Endflächen der Magnetspule 8 jeweils ein Flussleitring 21 angeordnet ist, mit dessen Hilfe die Einwirkungen schädlicher Magnetfelder auf die supraleitende Spule unterbunden bzw. stark abgemildert werden können.
-
Wie der 3 entnommen werden kann, ist der Magnetspulenkasten 18 zumindest nahezu vollständig von einer Isolierung 22 umgeben, die für eine thermische Entkopplung des Magnetspulenkastens 18 von der Flussleiteinrichtung 9 ausgebildet ist. Beispielhaft ist vorgesehen, dass die Isolierung 22 als geschlossener Kasten aus einem formstabilen, nichtmagnetischen Material, insbesondere einem Glasfaserkunststoff, hergestellt ist und gasdicht ausgebildet ist, so dass ein von der Isolierung 22 umschlossenes Raumvolumen, in dem der Magnetspulenkasten 18 angeordnet ist, vorzugsweise zumindest nahezu vollständig evakuiert werden kann. Vorzugsweise ist die Isolierung 22 in Entsprechung zu der Magnetspule 8 geformt. Beispielsweise kann die Isolierung 22 ebenfalls eine Form aus zwei parallelen Quaderabschnitten, die an ihren Stirnseiten über Ringshälftenabschnitte miteinander verbunden sind, aufweisen.
-
Für eine Wärmeabfuhr von der Magnetspule 8 ist ein Kopplungsmittel 23 vorgesehen. Das Kopplungsmittel 23 durchsetzt einerseits die Isolierung 22 des Magnetspulenkastens 18, um eine vorteilhafte thermische Kopplung mit dem Magnetspulenkasten 18 verwirklichen zu können. Andererseits ist das Kopplungsmittel 23 seinerseits mit einer umlaufenden Isolierhülle 24 versehen. Exemplarisch ist vorgesehen, dass das Kopplungsmittel 23 aus Saphirmaterial hergestellt ist, um eine vorteilhafte Wärmeleitfähigkeit für einen Wärmestrom von der Magnetspule 8 zu einer nicht gezeigten Kühleinrichtung zu gewährleisten.
-
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Kopplungsmittel 23 von einer nicht näher dargestellten elektrischen Anschlussleitung durchsetzt ist, die an einem Ende in elektrisch leitende Verbindung mit einer der beiden, ebenfalls nicht näher dargestellten Abzapfungen der Magnetspule 8 steht und an einem anderen Ende mit einer nicht dargestellten Stromquelle verbunden ist.
-
Der Linear-Transversalflussmotor 1 kann ferner über eine in den Figuren nicht gezeigte Kühleinrichtung verfügen, die thermisch an das Kopplungsmittel 23 gekoppelt ist. Bei der Kühleinrichtung handelt es sich vorzugsweise um einen Stirling-Motor, der dazu eingerichtet ist, eine Abkühlung der Magnetspule 8 auf eine Temperatur im Bereich oder unterhalb der Sprungtemperatur des Magnetspulenmaterials der Magnetspule 8 zu bewirken.
-
Sofern der Linear-Transversalflussmotor 1 in einer Umgebung betrieben werden soll, in der ohnehin Temperaturen unterhalb der Sprungtemperatur des Magnetspulenmaterials der Magnetspule 8 vorherrschen, kann auf die Komponenten Kühleinrichtung, Kopplungsmittel 23 sowie Isolierung 22 und Isolierhülle 24 verzichtet werden, wodurch sich eine nicht dargestellte Variante des Linear-Transversalflussmotors 1 mit noch einfacherem Aufbau ergibt.
-
Bei einer ebenfalls nicht dargestellten Variante des Linear-Transversalflussmotors 1 ist ein Kühlfinger, der insbesondere die kalte Seite eines Kryokühlers, zweckmäßigerweise eines Stirlingmotors darstellt, unmittelbar bis an den Magnetspulenkasten 18 geführt, so dass auf das Kopplungsmittel 23 verzichtet werden kann. Hierdurch ergibt sich ebenfalls eine vereinfachte Ausführung des Linear-Transversalflussmotors 1.
-
Die vorstehend beschriebenen Komponenten der zweiten Baugruppe 3 sind vorzugsweise mechanisch miteinander gekoppelt. Insbesondere ist die zweite Baugruppe 3 ortsfest angeordnet, so dass sie den Stator des Linear-Transversalflussmotors 1 darstellt. Zweckmäßigerweise ist die erste Baugruppe 2 bzw. das Grundelement 4 mittels einer in den Figuren nicht gezeigten Lagervorrichtung relativ zur zweiten Baugruppe 3 linear verschiebbar gelagert und stellt so vorzugsweise den Läufer des Linear-Transversalflussmotors 1 dar.
-
Gemäß einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform ist der Linear-Transversalflussmotor einphasig ausgebildet. Die beiden Kammanordnungen der Flussleiteinrichtungsabschnitte sind dann zueinander asymmetrisch ausgebildet, und zwar derart, dass ein Phase genügt, um die erste Baugruppe relativ zur zweiten Baugruppe anzutreiben. Aus dem Stand der Technik sind einphasige Linear-Transversalflussmotoren bekannt.
-
Die 4 zeigt einen Linear-Transversalflussmotor 1 in zweiphasiger Ausführung. Der in der 4 gezeigte Linear-Transversalflussmotor 1 verfügt gegenüber dem in der 1 gezeigten Linear-Transversalflussmotor 1 über eine weitere Permanentmagnetanordnung 25, eine weitere Magnetspule 28 und eine weitere Flussleiteinrichtung 29. Die weitere Permanentmagnetanordnung 25, Magnetspule 28 und Flussleiteinrichtung 29 werden auch als zweite Permanentmagnetanordnung 25, zweite Magnetspule 28 und zweite Flussleiteinrichtung 29 bezeichnet. Die zweite Permanentmagnetanordnung 25 ist in Entsprechung zur ersten Permanentmagnetanordnung 5 ausgebildet und ist ein Teil der ersten Baugruppe 2. Exemplarisch ist die erste Permanentmagnetanordnung 5 an einer ersten Seitenfläche des Grundelements 4 angeordnet und die zweite Permanentmagnetanordnung 25 an einer zweiten Seitenfläche des Grundelements 4 angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die erste und die zweite Seitenfläche entgegengesetzte Seitenflächen des Grundelements 4.
-
Die zweite Magnetspule 28 und die zweite Flussleiteinrichtung 29 sind in Entsprechung zu der vorstehend diskutierten ersten Magnetspule 8 und ersten Flussleiteinrichtung 9 ausgebildet und relativ zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist auch die zweite Magnetspule 28 von einem Magnetspulenkasten und/oder einer Isolierung umgeben, der/die wie vorstehend erläutert ausgebildet ist/sind. Die zweite Flussleiteinrichtung 29 und die zweite Magnetspule 28 stellen einen Teil der zweiten Baugruppe 3 dar. Die zweite Flussleiteinrichtung 29 kann beispielsweise aus Co-Fe oder ähnlichen Materialien bestehen, die höchste Magnetflussdichten erlauben. Die erste Flussleiteinrichtung 9 kann in Entsprechung ausgebildet sein. Die zweite Flussleiteinrichtung 29 ist mit ihren Kammanordnungen 26 den Kammanordnungen 16 der ersten Flussleiteinrichtung 9 zugewandt angeordnet. Zwischen den Kammanordnungen 16, 26 der beiden Flussleiteinrichtungen befindet sich ein Spalt, in dem die zweite Baugruppe 3 angeordnet ist.
