-
Die Erfindung betrifft ein Beförderungssystem umfassend eine Statoranordnung und einen gegenüber der Statoranordnung schwebend gelagerten Beförderungsschlitten mit einer Magnetanordnung, wobei die Statoranordnung über einen Kryostat mit einem Kühlbereich verfügt, in dem eine Supraleiteranordnung untergebracht ist, die aufgrund einer magnetischen Wechselwirkung mit der Magnetanordnung die schwebende Lagerung des Beförderungsschlittens bereitstellt.
-
Ein derartiges Beförderungssystem, das unter Nutzung einer magnetischen Wechselwirkung zwischen einer Supraleiteranordnung und einer Magnetanordnung eine schwebende Lagerung eines Beförderungsschlittens bereitstellt, ist aus dem Stand der Technik bereits bekannt. In der Regel wird zur Bereitstellung der schwebenden Lagerung der Flussverankerungseffekt bzw. der Flux-Pinning-Effekt ausgenutzt. Der schwebend gelagerte Beförderungsschlitten kann relativ zur Statoranordnung bewegt werden und dient in der Regel dazu, ein Beförderungsgut an einen gewünschten Ort zu bewegen bzw. zu positionieren.
-
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Funktionsumfang des eingangs genannten Beförderungssystems zu erweitern und dabei den Energieverbrauch möglichst gering zu halten.
-
Die Aufgabe wird für das eingangs genannte Beförderungssystem durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß sind in dem Kühlbereich ferner eine oder mehrere elektrische Funktionseinrichtungen untergebracht, die über wenigstens ein supraleitendes Bauelement verfügen.
-
Durch die elektrische Funktionseinrichtung kann eine zusätzliche Funktion bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die elektrische Funktionseinrichtung eine Sensor- und/oder Aktoreinrichtung sein und eine entsprechende Funktionserweiterung bereitstellen. Dadurch, dass diese elektrische Funktionseinrichtung über wenigstens ein supraleitendes Bauelement verfügt und in dem Kühlbereich des Kryostaten untergebracht wird, kann der Vorteil erzielt werden, dass der elektrische Widerstand der elektrischen Funktionseinrichtung minimiert werden kann, so dass im Ergebnis nur sehr wenig Verlustleistung auftritt. Der durch die elektrische Funktionseinrichtung zusätzlich verursachte Energieverbrauch kann daher möglichst gering gehalten werden.
-
Zweckmäßigerweise umfasst das supraleitende Bauelement eine supraleitende Quanteninterferenzeinheit, ein Josephson-Kontakt, eine supraleitende Spule, einen supraleitenden Transformator, einen supraleitenden Schalter, eine supraleitende Antenne, und/oder supraleitende Bauelemente zum Senden und/oder Empfangen.
-
Beispielsweise umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eines oder mehrere der folgenden supraleitenden Bauelemente: supraleitendes Kabel, supraleitendes Koaxialkabel, supraleitende Leiterplatte, supraleitende Streifenleitung, Supraleiter, supraleitender Wellenleiter, supraleitender Hohlleiter, supraleitender Zirkulator, supraleitender Schalter, supraleitendes Relais, supraleitender Schütz, supraleitender Keramikresonator, supraleitender Quarzoszillator (PXO, Quarzofen, TCXO, VXO, VCXO, DTCXO) supraleitendes AOW-Filter (Akustisches-Oberflächenwellen-Filter), supraleitender spannungsabhängiger Widerstand, supraleitender Kondensator, supraleitender Niob-Elektrolytkondensator, supraleitende Spule (Elektrotechnik), supraleitender Transformator, supraleitender Übertrager, supraleitender Memristor, supraleitender elektrischer Generator, supraleitender Krytron, supraleitende Tunneldiode, supraleitender Metall-Isolator-Halbleiter-Feldeffekttransistor (engl.: metal insulator semiconductor field effect transistor, MISFET), supraleitender Kohlenstoff-Nanoröhren-Feldeffekttransistor, supraleitender ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung), supraleitender ASSP, supraleitender RAM (DRAM, SRAM), supraleitender EPROM, supraleitender EEPROM, supraleitender Flash-EPROM (lese- und beschreibbarer Speicher), supraleitender Chipsatz, supraleitende Leuchtdiode, supraleitender Elektromagnet, supraleitender Elektromotor, supraleitender Lautsprecher, supraleitender SQUID, supraleitende Josephson-Junction, supraleitendes Mikrofon, supraleitender Regler, supraleitender Verstärker, supraleitender Empfänger, supraleitendes Filter, supraleitender Filter, supraleitender Gyrator, supraleitender Wechselrichter, supraleitender Gleichrichter.
-
Der Kryostat ist insbesondere ausgebildet, den Kühlbereich auf oder unter die Sprungtemperatur der Supraleiteranordnung zu kühlen. Als Kühlbereich soll folglich insbesondere der Bereich des Kryostaten bezeichnet werden, der im Betrieb des Kryostaten auf oder unter die Sprungtemperatur der Supraleiteranordnung gekühlt wird. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlbereich um einen Kühlraum, in dem die Supraleiteranordnung und die elektrische Funktionseinrichtung angeordnet sind.
-
Als elektrische Funktionseinrichtung soll insbesondere eine Funktionseinrichtung gelten, die elektrisch betreibbar ist; d.h. eine Funktionseinrichtung, bei der im Betrieb ein elektrischer Strom fließen kann, der vorzugsweise einer Energieübertragung oder Signalübertragung dient. Die bereits im Kühlbereich vorhandene Supraleiteranordnung, die der Lagerung des Beförderungsschlittens dient, ist beispielsweise keine elektrische Funktionseinrichtung. Zweckmäßigerweise dient die elektrische Funktionseinrichtung nicht dazu, die Funktion des Kryostaten - d.h. die Abkühlung des Kühlbereichs - bereitzustellen, sondern geht stattdessen über diese Funktion des Kryostaten hinaus.
-
Die genannte magnetische Wechselwirkung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung beruht insbesondere auf dem sogenannten Flux-Pinning- bzw. dem Flussverankerungs-Effekt. Dieser Effekt ermöglicht es, in der Supraleiteranordnung einen bestimmten Magnetfeldlinienverlauf eines die Supraleiteranordnung durchdringenden Magnetfelds einzuprägen bzw. gewissermaßen einzuspeichern. Die Magnetanordnung nimmt dann relativ zur Supraleiteranordnung eine Vorzugsposition ein, bei der der Magnetfeldlinienverlauf des die Supraleiteranordnung durchdringenden Magnetfelds mit dem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf übereinstimmt bzw. dieselbe Ausrichtung wie der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf aufweist.
-
Die Einspeicherung eines Magnetfeldlinienverlaufs in die Supraleiteranordnung kann dadurch erfolgen, dass zunächst die Magnetanordnung in einer gewünschten räumlichen Position gegenüber der Supraleiteranordnung angeordnet wird. Die Supraleiteranordnung weist zu diesem Zeitpunkt eine Temperatur oberhalb ihrer Sprungtemperatur auf. Anschließend erfolgt eine Abkühlung der Supraleiteranordnung auf ihre Sprungtemperatur oder darunter, wobei der Magnetfeldlinienverlauf des die Supraleiteranordnung durchdringenden Magnetfelds in der Supraleiteranordnung eingespeichert bzw. eingeprägt wird.
-
Solange die Supraleiteranordnung auf oder unter ihrer Sprungtemperatur gehalten wird, ist die Magnetanordnung bestrebt, die Übereinstimmung zwischen dem eingespeicherten Magnetfeldlinienverlauf und dem Magnetfeldlinienverlauf des die Supraleiteranordnung durchdringenden Magnetfelds beizubehalten. Die Supraleiteranordnung nimmt relativ zu dem Magnetfeld eine Position ein, bei der sich der Magnetfeldlinienverlauf des Magnetfelds und der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf entsprechen.
-
Zur Nutzung des beschriebenen Effekts eignen sich insbesondere Supraleiter zweiter Art, wie z.B. keramische Hochtemperatursupraleiter. Als Beispiele für derartige Supraleiter seien hier YBaCuO (Yttrium-Barium-Kupferoxid) und BiSrCaCuO (Bismut-Strontium-Kalzium-Kupferoxid) genannt.
-
Die magnetische Wechselwirkung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung kann beispielsweise derart eingesetzt werden, dass die Magnetanordnung gegenüber der Supraleiteranordnung in Richtung einer Beförderungsstrecke linear beweglich gelagert ist. Zu diesem Zweck kann in der Supraleiteranordnung ein Magnetfeldlinienverlauf eingespeichert werden, der in Richtung der Beförderungsstrecke im Wesentlichen homogen ist, so dass die Magnetanordnung in dieser Richtung gegenüber der Supraleiteranordnung frei bewegt werden kann. Alternativ dazu kann der eingespeicherte Magnetfeldlinienverlauf auch in zwei oder mehr Richtungen homogen sein, so dass die Magnetanordnung in zwei oder mehr Richtungen frei bewegbar ist. Auf diese Weise kann durch die magnetische Wechselwirkung insbesondere ein Gleitlager bereitgestellt werden.
-
Die Magnetanordnung kann aus einem einzelnen Magnetelement, wie beispielsweise einem Permanentmagneten ausgebildet sein. Die Magnetanordnung kann ferner eine Vielzahl von Magnetelementen, wie beispielsweise Permanentmagneten umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Magnetanordnung auch ein einstückig ausgebildetes Magnetelement umfassen, das eine Vielzahl von unterschiedlich magnetisierten Abschnitten umfasst. Die Permanentmagnete bzw. magnetisierten Abschnitte können in Richtung senkrecht zur Beförderungsstrecke in ihrer Polrichtung alternierend angeordnet sein. Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial gefertigt sein, insbesondere bestehen.
-
Die Supraleiteranordnung kann aus einem einzigen Supraleiterelement bestehen. Vorzugsweise weist das Supraleiterelement dabei die Form einer Platte auf, deren größte Oberfläche insbesondere parallel zur Beförderungsstrecke ausgerichtet ist. Die Supraleiteranordnung kann eine Vielzahl von Supraleiterelementen umfassen. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es möglich, dass die Supraleiteranordnung ein einstückig ausgebildetes Supraleiterelement umfasst, das eine Vielzahl von unterschiedlich geprägten Abschnitten umfasst; d.h., dass in den verschiedenen Abschnitten unterschiedliche Magnetfeldlinienverläufe eingeprägt sind. Die Supraleiterelemente bzw. -abschnitte können in Richtung senkrecht zur Beförderungsstrecke in ihrer Polrichtung alternierend angeordnet sein. Die Magnetanordnung kann aus Bandmaterial oder Voll- bzw. Bulkmaterial bestehen. Das Bandmaterial kann beispielsweise geschichtet sein. Auf diese Weise kann ein beliebig langes und beliebig geformtes Lager realisiert werden.
-
Ausgestaltungen, die die Erfindung weiterbilden, sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß einer Ausgestaltung ist die elektrische Funktionseinrichtung ausgebildet, mit einem von der Magnetanordnung bereitgestellten Magnetfeld zu interagieren. Insbesondere dient die elektrische Funktionseinrichtung dazu, durch eine Interaktion mit dem Magnetfeld die Magnetanordnung zu überwachen und/oder anzutreiben. Auf diese Weise kann das Zusammenspiel zwischen Statoranordnung und Beförderungsschlitten verbessert werden. Dabei kann die elektrische Funktionseinrichtung auch supraleitend sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung einen supraleitenden Magnetfeldsensor. Mit dem Magnetfeldsensor kann insbesondere das Magnetfeld der Magnetanordnung erfasst werden. Die Erfassung des Magnetfelds kann z.B. für die Bestimmung einer Position des Beförderungsschlittens, dessen Bewegung, Veränderung, und/oder Gewichtskraft verwendet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine supraleitende Quanteninterferenzeinheit. Insbesondere ist das vorstehend genannte supraleitende Bauelement eine supraleitende Quanteninterferenzeinheit. Eine supraleitende Quanteninterferenzeinheit ist auch als SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) bekannt. Die supraleitende Quanteninterferenzeinheit kann als der vorgenannte Magnetsensor dienen. Die supraleitende Quanteninterferenzeinheit kann ohne Probleme bei den im Kühlbereich gegebenen Temperaturen betrieben werden und weist eine sehr hohe Empfindlichkeit bei der Erfassung von Magnetfeldern auf.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine supraleitende Spulenanordnung. Insbesondere ist die supraleitende Spulenanordnung das vorstehend genannte supraleitende Bauelement. Bei dem Betrieb der supraleitenden Spulenanordnung im Kühlbereich wird nur sehr wenig Energie verbraucht, da die Verlustleistung der supraleitenden Spulenanordnung aufgrund ihrer supraleitenden Eigenschaft äußerst gering ist.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine Antriebsspulenanordnung, die zusammen mit der Magnetanordnung eine Antriebseinrichtung bildet. Die Antriebsspulenanordnung umfasst vorzugsweise die vorstehend genannte supraleitende Spulenanordnung. Bei der Antriebseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine Linearantriebseinrichtung handeln, die ausgebildet ist, den Beförderungsschlitten entlang einer Beförderungsstrecke zu befördern. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Antriebseinrichtung auch ausgebildet sein, den Beförderungsschlitten innerhalb eines zweidimensionalen oder dreidimensionalen Bereichs zu positionieren bzw. zu bewegen. Ferner kann die Antriebseinrichtung auch als Drehantrieb ausgebildet sein, so dass der Beförderungsschlitten in eine Drehbewegung versetzt werden kann. Die Antriebseinrichtung ist beispielsweise ein Synchron- oder ein Asynchronantrieb. Durch die Antriebseinrichtung kann insbesondere ein senkrechter oder waagrechter schwebender Antrieb bereitgestellt werden. Die Antriebseinrichtung kann ferner ausgebildet sein, den Beförderungsschlitten derart anzutreiben, dass eine definierte Rüttelbewegung des Beförderungsschlittens hervorgerufen wird. Mit den genannten Ansätzen sind kompakte Schwebeantriebe möglich, die es in der Form bisher nicht gibt.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind der Magnetfeldsensor und/oder die Antriebsspulenanordnung Teil eines Regelkreises zur Regelung des Antriebs des Beförderungsschlittens. Insbesondere verfügt die Statoranordnung dabei über eine insbesondere als Elektronikanordnung ausgebildete Steuereinrichtung, die in oder außerhalb des Kühlbereichs angeordnet ist. Die Steuereinrichtung kann ausgebildet sein, mit Hilfe des Magnetfeldsensors die aktuelle Position des Beförderungsschlittens zu erfassen und, basierend auf der erfassten Position, den Antrieb des Beförderungsschlittens über eine entsprechende Ansteuerung der Antriebsspulenanordnung zu steuern. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Abstandsregelung des Beförderungsschlittens relativ zur Statoranordnung erfolgen. Ferner kann auf diese Weise eine genaue Positionierung des Beförderungsschlittens erfolgen. Anstelle des vorgenannten im Kühlbereich angeordneten Magnetfeldsensors kann auch ein außerhalb des Kühlbereichs angeordneter Magnetfeldsensor verwendet werden. Ferner kann anstelle der vorgenannten im Kühlbereich angeordneten Antriebsspulenanordnung auch eine außerhalb des Kühlbereichs angeordnete Antriebsspulenanordnung verwendet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung sind der Magnetfeldsensor und/oder die Antriebsspulenanordnung Teil einer magnetischen Kraftmesseinrichtung zur Messung einer auf den Beförderungsschlitten wirkenden Kraft. Die Kraftmesseinrichtung kann insbesondere dazu dienen, das Gewicht bzw. die Gewichtskraft des Beförderungsschlittens zu bestimmen. Zu diesem Zweck kann die Kraftmesseinrichtung beispielsweise ausgebildet sein, mittels der Antriebsspulenanordnung eine der Gewichtskraft entgegenstehende Antriebskraft bereitzustellen und mittels dem Magnetfeldsensor zu erfassen, bei welcher bereitgestellten Antriebskraft der Beförderungsschlitten einen vorbestimmten Zustand, beispielsweise einen Gleichgewichtszustand, einnimmt. Aus der in diesem Zustand bereitgestellten Antriebskraft kann dann die Gewichtskraft des Beförderungsschlittens ermittelt werden. Durch die Verwendung der vorgenannten supraleitenden Quanteninterferenzeinheit als Magnetfeldsensor kann eine besonders genaue Krafterfassung erfolgen. Anstelle des vorgenannten im Kühlbereich angeordneten Magnetfeldsensors kann auch ein außerhalb des Kühlbereichs angeordneter Magnetfeldsensor verwendet werden. Ferner kann anstelle der vorgenannten im Kühlbereich angeordneten Antriebsspulenanordnung auch eine außerhalb des Kühlbereichs angeordnete Antriebsspulenanordnung verwendet werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine erste Koppelspulenanordnung, die zur drahtlosen Energieübertragung ausgebildet ist. Die Koppelspulenanordnung ist vorzugsweise supraleitend ausgebildet. Durch den Betrieb im Kühlbereich kann die Verlustleistung minimiert werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst der Beförderungsschlitten eine zweite Koppelspulenanordnung, die zur drahtlosen Energieübertragung mit der ersten Koppelspulenanordnung ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der Beförderungsschlitten in effizienter Weise mit Energie versorgt werden.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine Generatorkomponente. Zweckmäßigerweise bildet die Generatorkomponente zusammen mit der Magnetanordnung eine Generatoreinrichtung. Vorzugsweise umfasst die Generatorkomponente eine supraleitende Spulenanordnung. Bei einer Bewegung des Beförderungsschlittens kann so auf effiziente Art und Weise elektrische Energie bereitgestellt werden, die von der Statoranordnung, insbesondere im Kühlbereich, verwendet werden kann. Die bereitgestellte elektrische Energie kann beispielsweise von einer der diskutierten Komponenten der elektrischen Funktionseinrichtung verwendet werden. Zweckmäßigerweise ist die Generatoreinrichtung ein Lineargenerator oder ein Drehgenerator. Die Generatorkomponente kann vorzugsweise zur Rekuperation, beispielsweise als Rekuperationsbremse ausgebildet sein. So kann die Generatorkomponente ausgebildet sein, durch ihre magnetische Wechselwirkung mit der Schlitten-Magnetanordnung eine Bremswirkung auf den Beförderungsschlitten auszuüben und gleichzeitig Energie bereitzustellen bzw. zu erzeugen. Ferner ist es möglich, den Beförderungsschlitten beispielsweise durch Windkraft in eine Drehbewegung zu versetzen und mittels der Generatoreinrichtung aus der Drehbewegung elektrische Energie bereitzustellen. Auf diese Weise kann insbesondere ein schwebendes Windrad bereitgestellt werden. Dieses kann senkrecht oder waagrecht ausgerichtet sein.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine supraleitende Kommunikationseinrichtung. Vorzugsweise umfasst die supraleitende Kommunikationseinrichtung eine supraleitende Antenne, einen supraleitenden Keramikresonator und/oder ein supraleitendes Akustische-Oberflächenwellen-Filter. Mittels einer supraleitenden Kommunikationseinrichtung ist es möglich, auf sehr effiziente Art und Weise Information innerhalb, in und/oder aus dem Kühlbereich zu übertragen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine Lautsprechereinrichtung. Vorzugsweise umfasst die Lautsprechereinrichtung eine supraleitende Spulenanordnung. Durch die Lautsprechereinrichtung können Luftbewegungen und Beschallungen erzeugt werden, mit denen unter Anderem ein Rütteln und Sortieren vorgenommen werden kann.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine Elektronikanordnung. Die Elektronikanordnung ist insbesondere ausgebildet, Signale zu verstärken, auszuwerten und/oder eine Steuerung und/oder Regelung vorzunehmen. Zweckmäßigerweise umfasst die elektrische Funktionseinrichtung einen Josephson-Kontakt. Beispielsweise kann die Elektronikanordnung auf dem Josephson-Effekt bzw. auf Josephson-Kontakten beruhen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung eine supraleitende Transformatoreinrichtung. Vorzugsweise dient die Transformatoreinrichtung dazu, einer weiteren Komponente der elektrischen Funktionseinrichtung eine für diese Komponente angepasste Wechselspannung bzw. einen angepassten Wechselstrom bereitzustellen. Aufgrund der supraleitenden Eigenschaften der Transformatoreinrichtung kann dies auf sehr effiziente Weise erfolgen.
-
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst die elektrische Funktionseinrichtung einen supraleitenden Schalter. Vorzugsweise dient der Schalter dazu, eine elektrische Verbindung zu einer weiteren Komponente der elektrischen Funktionseinrichtung wahlweise bereitzustellen oder aufzutrennen.
-
Beispielhafte Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt
- 1 eine schematische Darstellung eines Beförderungssystems
-
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Beförderungssystems 1. Das Beförderungssystem 1 umfasst eine Statoranordnung 2 und einen Beförderungsschlitten 4. Der Beförderungsschlitten 4 ist gegenüber der Statoranordnung 2 schwebend gelagert und kann relativ zu dieser bewegt werden. Exemplarisch verfügt der Beförderungsschlitten 4 über einen Schlitten-Körper 23, auf dem ein zu transportierendes Beförderungsgut 5 angeordnet ist. Alternativ dazu kann jedoch auch der Beförderungsschlitten 4 selbst das Beförderungsgut bzw. den zu befördernden Gegenstand darstellen.
-
Die Statoranordnung 2 umfasst einen Kryostat 3. Im Kryostat 3 ist ein Kühlbereich 6 vorgesehen, der exemplarisch als Kühlraum ausgebildet ist. In dem Kühlbereich 6 ist eine Supraleiteranordnung 7 untergebracht. Der Kryostat 3 ist ausgebildet, die Supraleiteranordnung 7 auf oder unter ihre Sprungtemperatur zu kühlen.
-
Der Beförderungsschlitten 4 verfügt über eine Magnetanordnung 24. Die Magnetanordnung 24 bildet zusammen mit der Supraleiteranordnung 7 ein magnetisches Lager und stellt die erwähnte schwebende Lagerung des Beförderungsschlittens 4 gegenüber der Statoranordnung 2 bereit.
-
Zusätzlich zu der Supraleiteranordnung 7 ist in dem Kühlbereich 6 eine elektrische Funktionseinrichtung 8 untergebracht. Dadurch, dass die elektrische Funktionseinrichtung 8 im Kühlbereich 6 untergebracht ist, wird sie ebenfalls auf oder unter die Sprungtemperatur gekühlt.
-
Die elektrische Funktionseinrichtung 8 verfügt im gezeigten Beispiel über eine Mehrzahl an Komponenten, die jeweils ein supraleitendes Bauelement umfassen. Diese Komponenten werden nachstehend im Detail erläutert. Es sei darauf hingewiesen, dass je nach Bedarf auch nur einzelne bzw. eine Untergruppe von Komponenten vorgesehen sein kann und die anderen Komponenten weggelassen werden können. Ferner kann auch - bis auf eine letzte in dem Kühlbereich 6 verbleibende Komponente - jede der Komponenten (bei entsprechender Ausbildung ohne supraleitendes Bauelement) außerhalb des Kühlbereichs 6 bereitgestellt werden.
-
Im gezeigten Beispiel verfügt die elektrische Funktionseinrichtung 8 über die folgenden Komponenten: Elektronikanordnung 9, Magnetfeldsensor 10, Generatorkomponente 11, Antriebsspulenanordnung 12, Koppelspulenanordnung 13, Kommunikationseinrichtung 14, Lautsprechereinrichtung 15, Schalter 16, Transformatoreinrichtung 17.
-
Die elektrische Funktionseinrichtung 8, insbesondere der Magnetfeldsensor 10, die Antriebsspulenanordnung 12 und die Koppelspulenanordnung 13, ist ausgebildet, mit dem Magnetfeld der Magnetanordnung 24 zu interagieren, um so das Zusammenspiel zwischen der Statoranordnung 2 und dem Beförderungsschlitten 4 zu verbessern.
-
Der Magnetfeldsensor 10 ist exemplarisch als supraleitende Quanteninterferenzeinheit ausgebildet. Ferner ist der Magnetfeldsensor 10 ausgebildet, ein von der Magnetanordnung 24 bereitgestelltes Magnetfeld zu erfassen und ein entsprechendes Magnetfeldsensor-Signal bereitzustellen. Vorzugsweise ist der Magnetfeldsensor 10 an einer dem Beförderungsschlitten 4 zugewandten Seite bzw. Wand des Kryostaten 3 angeordnet, so dass der Abstand zwischen der Magnetanordnung 24 und dem Magnetfeldsensor 10 möglichst gering ist. Im gezeigten Beispiel umfasst die Magnetanordnung 24 eine erste Magnetunteranordnung 19, die speziell zur Erzeugung eines von dem Magnetfeldsensor 10 zu erfassenden Magnetfelds ausgebildet und angeordnet ist. Alternativ dazu kann die erste Magnetunteranordnung 19 aber auch weggelassen werden. Von dem Magnetfeldsensor 10 kann dann beispielsweise ein Magnetfeld erfasst werden, das von einer Magnetunteranordnung des Beförderungsschlittens stammt, die eigentlich einem anderen Zweck, wie beispielsweise der Lagerung des Beförderungsschlittens, dient. Das Magnetfeldsensor-Signal kann beispielsweise einer innerhalb oder außerhalb des Kühlbereichs angeordneten Elektronikanordnung, beispielsweise der Elektronikanordnung 9, bereitgestellt werden.
-
Die Elektronikanordnung 9 umfasst exemplarisch Schaltkreise, die auf dem Josephson-Effekt beruhen und Josephson-Kontakte bzw. Josephson-Junctions umfassen. Die Elektronikanordnung 9 ist ausgebildet, Signale zu verstärken, Signale auszuwerten und/oder Signale zur Steuerung und/oder Regelung weiterer Komponenten innerhalb und/oder außerhalb des Kühlbereichs 6 bereitzustellen. Im gezeigten Beispiel ist die Elektronikanordnung 9 mit dem Magnetfeldsensor 10 kommunikativ verbunden und empfängt das von dem Magnetfeldsensor 10 bereitgestellte Magnetfeldsensor-Signal. Exemplarisch ist die Elektronikanordnung 9 ausgebildet, das Magnetfeldsensor-Signal zu verstärken und/oder auszuwerten. Beispielsweise ist die Elektronikanordnung 9 ausgebildet, basierend auf dem Magnetfeldsensor-Signal einen Zustand des Beförderungsschlittens 4, wie beispielsweise seine Position oder seine Geschwindigkeit, zu bestimmen. Anstelle der Elektronikanordnung 9 kann auch eine Elektronikanordnung verwendet werden, die außerhalb des Kühlbereichs 6 angeordnet ist und/oder konventionell als Halbleiter-Elektronikanordnung ausgebildet ist.
-
Die Generatorkomponente 11 umfasst eine supraleitende Spulenanordnung und dient dazu, im Kühlbereich 6 elektrische Energie bereitzustellen. Die Generatorkomponente 11 bildet zusammen mit der Magnetanordnung 24, insbesondere zusammen mit einer zweiten Magnetunteranordnung 20 der Magnetanordnung 24, eine Generatoreinrichtung. Bei einer Bewegung des Beförderungsschlittens 4 wird in der supraleitenden Spulenanordnung der Generatorkomponente 11 ein Strom induziert, der als elektrische Energie bereitgestellt werden kann. Im gezeigten Beispiel wird diese elektrische Energie der Elektronikanordnung 9 bereitgestellt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die elektrische Energie auch einer anderen Komponente bereitgestellt werden. Zweckmäßigerweise kann ein Gleichrichter vorgesehen sein, um eine von der Generatoreinrichtung erzeugte Wechselspannung in eine Gleichspannung zu wandeln. Zweckmäßigerweise kann der Gleichrichter supraleitend ausgebildet sein. Insbesondere umfasst der Gleichrichter ein oder mehrere supraleitende Bauelemente.
-
Die Antriebsspulenanordnung 12 bildet zusammen mit der Magnetanordnung 24, insbesondere einer dritten Magnetunteranordnung 21 der Magnetanordnung 24, eine Antriebseinrichtung. Die Antriebsspulenanordnung 12 ist als supraleitende Spulenanordnung ausgebildet. Die Antriebseinrichtung dient dazu, eine Kraft auf den Beförderungsschlitten 4 zu beaufschlagen, insbesondere zu dem Zweck, den Beförderungsschlitten 4 in Bewegung zu versetzen. Die Antriebsspulenanordnung 12 wird exemplarisch von der Transformatoreinrichtung 17 mit Strom versorgt.
-
Exemplarisch ist die Antriebsspulenanordnung 12 in Bezug auf die Ausdehnung des Beförderungsschlittens 4 und/oder der Statoranordnung 2 mittig platziert. Zweckmäßigerweise erstreckt sich die Antriebsspulenanordnung 12 entlang einer Beförderungsstrecke, entlang welcher der Beförderungsschlitten 4 bewegbar ist. In der 1 verläuft die Beförderungsstrecke beispielsweise senkrecht zur Zeichnungsebene. Seitlich der Antriebsspulenanordnung 12 ist die Supraleiteranordnung 7 angeordnet. Diese ist im gezeigten Beispiel in zwei Unteranordnungen unterteilt, die in Bezug auf die Ausdehnung des Beförderungsschlittens 4 und/oder der Statoranordnung 2 jeweils randseitig platziert sind und so die mittig platzierte Antriebsspulenanordnung 12 beidseitig umgeben bzw. flankieren. Vorzugsweise erstreckt sich die Supraleiteranordnung 7 ebenfalls entlang der Beförderungsstrecke.
-
Exemplarisch verfügt der Beförderungsschlitten 4 über zwei Lager-Magnetanordnungen 18, die einen Teil der Magnetanordnung 24 bilden. Die Lager-Magnetanordnungen 18 dienen insbesondere dazu, die schwebende Lagerung des Beförderungsschlittens bereitzustellen. Die Lager-Magnetanordnungen 18 sind in Entsprechung zu der Supraleiteranordnung 7 angeordnet und verlaufen zweckmäßigerweise ebenfalls entlang der Beförderungsstrecke.
-
Zweckmäßigerweise erfolgt die Ansteuerung der Antriebsspulenanordnung 12 unter Berücksichtigung des Magnetfeldsensor-Signals. Beispielsweise kann auf diese Weise eine Abstandsregelung und/oder Positionsregelung des Beförderungsschlittens 4 bereitgestellt werden. Insbesondere können die Elektronikanordnung 9, der Magnetfeldsensor 10 und die Antriebsspulenanordnung 12 zu diesem Zweck einen Regelkreis bilden.
-
Die erste Koppelspulenanordnung 13 umfasst eine supraleitende Spulenanordnung und dient zur drahtlosen Energieübertragung. Im gezeigten Beispiel umfasst der Beförderungsschlitten 4 eine zweite Koppelspulenanordnung 22, die mit der ersten Koppelspulenanordnung 13 gekoppelt ist. Über die gekoppelten Koppelspulenanordnungen 13, 22 kann auf dem Beförderungsschlitten 4 elektrische Energie bereitgestellt werden. Exemplarisch wird die erste Koppelspulenanordnung 13 von der Transformatoreinrichtung 17 mit Strom versorgt.
-
Die Transformatoreinrichtung 17 umfasst eine supraleitende Spulenanordnung. Die Transformatoreinrichtung 17 ist ausgebildet, eine an eine bestimmte Komponente angepasste Wechselspannung bzw. einen angepassten Wechselstrom bereitzustellen. Im gezeigten Beispiel versorgt die Transformatoreinrichtung 17 sowohl die Antriebsspulenanordnung 12 als auch die erste Koppelspulenanordnung 13 mit Strom. Exemplarisch kann die Transformatoreinrichtung 17 mit Hilfe der Elektronikanordnung 9 angesteuert werden.
-
Der Schalter 16 ist supraleitend ausgebildet. Insbesondere weist der Schalter 16 im geschlossenen - also leitenden - Zustand keinen elektrischen Widerstand auf. Der Schalter 16 dient dazu, im Kühlbereich 6 wahlweise eine elektrische Verbindung bereitzustellen oder aufzutrennen. Im gezeigten Beispiel dient der Schalter 16 dazu, wahlweise die Stromversorgung zu der Transformatoreinrichtung 17 bereitzustellen oder zu unterbrechen. Alternativ kann der Schalter 16 auch zum Bereitstellen oder Auftrennen einer anderen elektrischen Verbindung verwendet werden. Exemplarisch wird der Schalter 16 von der Elektronikanordnung 9 angesteuert.
-
Die Kommunikationseinrichtung 14 ist supraleitend ausgebildet. Beispielsweise umfasst die Kommunikationseinrichtung 14 eine supraleitende Antenne, einen supraleitenden Keramikresonator und/oder ein supraleitendes Akustische-Oberflächenwellen-Filter. Mithilfe der Kommunikationseinrichtung 14 kann eine Kommunikation von Information von außerhalb des Kühlbereichs 6 in den Kühlbereich 6 oder umgekehrt erfolgen. Ferner kann mithilfe der Kommunikationseinrichtung 14 insbesondere eine Kommunikation innerhalb des Kühlbereichs 6 erfolgen. Die Kommunikationseinrichtung 14 ist im gezeigten Beispiel kommunikativ mit der Elektronikvorrichtung 9 verbunden.
-
Die Lautsprechereinrichtung 15 umfasst eine supraleitende Spulenanordnung. Durch die Lautsprechereinrichtung 15 können beispielsweise Luftbewegungen und Beschallungen erzeugt werden, mit denen insbesondere ein Rütteln und Sortieren vorgenommen werden kann.
