DE102017203140A1

DE102017203140A1 - Magnetlagervorrichtung

Info

Publication number: DE102017203140A1
Application number: DE102017203140.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Schauz; Frohmut Rösch; Frank Hauber
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2017-02-27
Filing date: 2017-02-27
Publication date: 2018-08-30
Also published as: CN108506341B; CN108506341A

Abstract

Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60), umfassend eine erste Lagerkomponente (1) mit einer ersten Magnetanordnung (3) und eine zweite Lagerkomponente (2) mit einer zweiten Magnetanordnung (4), die relativ zu der ersten Magnetanordnung (3) so angeordnet ist, dass zwischen den beiden Magnetanordnungen (3, 4) eine in einer Abstoßrichtung (y) wirkende magnetische Abstoßkraft bereitgestellt wird, durch die eine Beabstandung der beiden Lagerkomponenten (1, 2) voneinander bewirkt wird, ferner umfassend eine Stabilisierungseinrichtung (5), die jeweils eine kraftübertragende Kopplung mit der ersten Lagerkomponente (1) und/oder mit der zweiten Lagerkomponente (2) bereitstellt, so dass die zweite Lagerkomponente (2) relativ zur ersten Lagerkomponente (1) in wenigstens einer von der Abstoßrichtung (y) verschiedenen Stabilisierungsrichtung (x) stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (x) eine Supraleiteranordnung (6) umfasst und wenigstens eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Supraleiteranordnung (6) und einer der Magnetanordnungen (3, 4) beruht.

Description

Die Erfindung betrifft eine Magnetlagervorrichtung, umfassend eine erste Lagerkomponente mit einer ersten Magnetanordnung und eine zweite Lagerkomponente mit einer zweiten Magnetanordnung, die relativ zu der ersten Magnetanordnung so angeordnet ist, dass zwischen den beiden Magnetanordnungen eine in einer Abstoßrichtung wirkende magnetische Abstoßkraft bereitgestellt wird, durch die eine Beabstandung der beiden Lagerkomponenten voneinander bewirkt wird, ferner umfassend eine Stabilisierungseinrichtung, die jeweils eine kraftübertragende Kopplung mit der ersten Lagerkomponente und/oder mit der zweiten Lagerkomponente bereitstellt, so dass die zweite Lagerkomponente relativ zur ersten Lagerkomponente in wenigstens einer von der Abstoßrichtung verschiedenen Stabilisierungsrichtung stabilisiert wird.
Eine derartige Magnetlagervorrichtung, bei der zwei einander abstoßende Magnetanordnungen für eine Beabstandung der Lagerkomponenten sorgen, ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Für die Magnetanordnungen werden Permanentmagnete oder Elektromagnete eingesetzt, die statische Magnetfelder erzeugen. Aufgrund der Tatsache, dass sich mit statischen Magnetfeldern keine stabilen Gleichgewichtspositionen erzeugen lassen, benötigt eine Magnetlagervorrichtung zusätzlich noch eine Stabilisierungseinrichtung, um die beiden Lagerkomponenten zueinander zu stabilisieren.
Konventionell dient als Stabilisierungseinrichtung beispielsweise ein aktives Regelsystem mit einem geregelten Elektromagneten. Die Stabilität der beiden Lagerkomponenten zueinander wird dabei durch eine geeignete Rückkopplung und eine elektronische Steuerung gewährleistet. Diese konventionelle Stabilisierungseinrichtung ist allerdings recht komplex und aufwändig.
Alternativ dazu gibt es auch den Ansatz, eine der Magnetanordnungen durch eine Supraleiteranordnung zu ersetzen, und die Supraleiteranordnung derart zu konditionieren, dass der Flux-Pinning-Effekt zwischen der Supraleiteranordnung und der verbleibenden Magnetanordnung hergestellt wird. Durch den Flux-Pinning-Effekt wird eine stabile Positionsbeziehung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung definiert, so dass die resultierende Lagervorrichtung eigenstabil ist und keine zusätzliche Stabilisierungseinrichtung benötigt.
Nachteilig an diesem Ansatz ist allerdings, dass die der Beabstandung der Supraleiteranordnung zu der Magnetanordnung zugrunde liegende Kraft deutlich geringer ist als die mit der eingangs genannten Magnetlagervorrichtung erzielbare Abstoßkraft zwischen zwei Magnetanordnungen. Als Folge lassen sich mit diesem Ansatz nur Lager realisieren, die gegenüber der eingangs genannten Magnetlagervorrichtung eine deutlich reduzierte Tragkraft und/oder eine deutlich reduzierte Steifigkeit aufweisen.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, die eingangs genannte Magnetlagervorrichtung so zu modifizieren, dass die vorgenannten Nachteile vermieden werden; d.h., dass weder eine komplexe aktive Regelung benötigt wird, noch eine signifikante Abschwächung der Abstoßkraft bzw. Tragkraft in Kauf genommen werden muss, um die Stabilisierung der beiden Lagerkomponenten zueinander zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Erfindungsgemäß umfasst die Stabilisierungseinrichtung eine Supraleiteranordnung und wenigstens eine der kraftübertragenden Kopplungen beruht auf einer magnetischen Wechselwirkung zwischen einer der Magnetanordnungen und der Supraleiteranordnung.
Bei der magnetischen Wechselwirkung handelt es sich vorzugsweise um den Flux-Pinning-Effekt.
Demnach wird bei der erfindungsgemäßen Magnetlagervorrichtung die Stabilisierung zwischen den beiden Lagerkomponenten nicht durch eine elektronische Regelung, sondern stattdessen durch den Einsatz der magnetischen Wechselwirkung, insbesondere des Flux-Pinning-Effekts, erzielt. Im Gegensatz zu konventionellen Lagervorrichtungen, die den Flux-Pinning-Effekt einsetzen, wird dabei jedoch nicht eine der Magnetanordnungen durch eine Supraleiteranordnung ersetzt, sondern stattdessen werden beide Magnetanordnungen beibehalten, um eine möglichst hohe Abstoßkraft bzw. Tragkraft zwischen den Lagerkomponenten zu erzielen. Die Supraleiteranordnung wird dann zusätzlich zu den beiden Magnetanordnungen bereitgestellt und ist für die Stabilisierung zwischen den beiden Magnetanordnungen zuständig.
Auf diese Weise wird die vorgenannte Aufgabe gelöst. Durch den Einsatz der Supraleiteranordnung zur Stabilisierung entfällt eine komplexe und aufwändige aktive Regelung. Durch die Beibehaltung der Magnetanordnungen zur Bereitstellung der Abstoßkraft wird eine möglichst hohe Abstoßkraft und/oder Steifigkeit des Lagers erzielt.
Mit der auf der Abstoßung der Magnetanordnungen beruhenden Abstoßkraft kann zweckmäßigerweise die Hauptlast der Magnetlagervorrichtung getragen werden, während die auf der magnetischen Wechselwirkung, insbesondere dem Flux-Pinning-Effekt, beruhende Kopplung vorzugsweise nur zur Stabilisierung bzw. Führung einer oder beider der Lagerkomponenten dient.
Der genannte Flux-Pinning-Effekt, der zur Stabilisierung der Magnetanordnungen verwendet wird, ist auch als Flussverankerungseffekt bekannt. Zur Nutzung des Flux-Pinning-Effekts wird in die Supraleiteranordnung ein Magnetfeldlinienverlauf eines die Supraleiteranordnung durchdringenden Magnetfelds eingeprägt bzw. eingespeichert. Die Einspeicherung des Magnetfeldlinienverlaufs erfolgt dadurch, dass die Supraleiteranordnung dem Magnetfeld ausgesetzt wird und dann unter ihre Sprungtemperatur gekühlt wird. Beispielsweise handelt es sich um das Magnetfeld der ersten Magnetanordnung und/oder der zweiten Magnetanordnung. Die mit der Supraleiteranordnung gekoppelte Magnetanordnung nimmt dann relativ zu der Supraleiteranordnung diejenige Vorzugsposition ein, bei der der Magnetfeldlinienverlauf der Magnetanordnung mit dem eingeprägten Magnetfeldlinienverlauf übereinstimmt bzw. dieselbe Ausrichtung wie der eingeprägte Magnetfeldlinienverlauf aufweist. Solange die Supraleiteranordnung unter ihrer Sprungtemperatur gehalten wird, ist die gekoppelte Magnetanordnung bestrebt, die Übereinstimmung zwischen ihrem Magnetfeldlinienverlauf und dem Verlauf des eingeprägten Magnetfeldlinienverlaufs bzw. der Flussschläuche der Supraleiteranordnung beizubehalten.
Zur Nutzung des Flux-Pinning-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.
Zur Kühlung der Supraleiteranordnung auf oder unter die Sprungtemperatur kann beispielsweise ein Kryostat oder eine andere Kühleinrichtung vorgesehen sein.
Alternativ zu der vorstehend diskutierten Variante, bei der ein Magnetfeldlinienverlauf in den Supraleiter eingeprägt wird, ist es auch möglich, eine Nullfeldkühlung durchzuführen. In diesem Fall wird als magnetische Wechselwirkung zur Bereitstellung einer der kraftübertragenden Kopplungen nicht der Flux-Pinning-Effekt eingesetzt. Stattdessen kann als magnetische Wechselwirkung z.B. der Meißner-Ochsenfeld-Effekt eingesetzt werden.
Weiterbildungen der Magnetlagervorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Vorzugsweise beruhen beide kraftübertragenden Kopplungen auf einem Flux-Pinning-Effekt zwischen der Supraleiteranordnung und der jeweiligen Magnetanordnung. Auf diese Weise können die beiden Lagerkomponenten und die Stabilisierungseinrichtung insbesondere kontaktfrei zueinander angeordnet werden.
Alternativ zu der vorgenannten Ausgestaltung beruht eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einer mechanischen Kopplung zwischen der Stabilisierungseinrichtung und einer der Lagerkomponenten. Gemäß dieser Variante ist die Stabilisierungseinrichtung mit einer der Lagerkomponenten mechanisch verbunden, beispielsweise über ein Verbindungselement, und mit der anderen Lagerkomponente über den Flux-Pinning-Effekt gekoppelt.
Vorzugsweise ist die Magnetlagervorrichtung derart ausgebildet, dass eine Versteifungskraft bereitgestellt wird, die der Abstoßkraft entgegenwirkt. Die Versteifungskraft kann von der Stabilisierungseinrichtung oder zusätzlich zu den von der Stabilisierungseinrichtung bereitgestellten Stabilisierungskräften bereitgestellt werden. Durch die Versteifungskraft werden die magnetischen Felder der beiden Magnetanordnungen komprimiert. Dies erzielt den Vorteil einer erhöhten Lagersteifigkeit sowie den Vorteil von sich in Richtung senkrecht zur Abstoßrichtung weiter erstreckenden Magnetfeldern. Die sich weiter erstreckenden Magnetfelder verbessern die auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende kraftübertragende Kopplung zwischen der Magnetanordnung und der Supraleiteranordnung.
Die Magnetlagervorrichtung ist insbesondere als Festlager, Linearlager oder Rotationslager ausgebildet.
Vorzugsweise ist die Magnetlagervorrichtung als Rotationslager ausgebildet. Die Magnetanordnungen sind zweckmäßigerweise als Ringmagnete ausgebildet. Die Supraleiteranordnung umfasst insbesondere einen durch die Ringmagnete greifenden stabförmigen Supraleiter und/oder einen außerhalb der Ringmagnete angeordneten Supraleiter. Insbesondere wenn die Supraleiteranordnung mit einer der Lagerkomponenten mechanisch verbunden ist, kann auf diese Weise ein sehr steifes Rotationslager bereitgestellt werden, bei dem die Supraleiteranordnung nur minimal belastet wird.
Zweckmäßigerweise ist die Magnetlagervorrichtung als Linearlager ausgebildet. Vorzugsweise verfügt die erste Magnetanordnung über erste Magnetschienen und die zweite Magnetanordnung über zweite Magnetschienen. Zweckmäßigerweise sind die ersten Magnetschienen den zweiten Magnetschienen in Abstoßrichtung gegenüberliegend angeordnet. Die Supraleiteranordnung liegt zumindest teilweise in einem von den ersten Magnetschienen und den zweiten Magnetschienen aufgespannten Raum. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Supraleiteranordnung auch außerhalb des von den ersten Magnetschienen und den zweiten Magnetschienen aufgespannten Raums liegen. Vorzugsweise umfasst die Supraleiteranordnung einen Supraleiter, der aufgrund eines Flux-Pinning-Effekts zwischen dem Supraleiter und den Magnetschienen in einem Schwebezustand relativ zu der ersten Lagerkomponente und der zweiten Lagerkomponente gehalten wird. Auf diese Weise können Belastungen vermieden werden, die bei einer mechanisch gelagerten Supraleiteranordnung auftreten würden.
Zweckmäßigerweise umfasst die Magnetlagervorrichtung einen Kryostat, der an einer der Lagerkomponenten mechanisch gekoppelt ist. Vorzugsweise ist der Supraleiter in dem Kryostaten untergebracht.
Vorzugsweise umfasst die erste Magnetanordnung eine erste Magnetfeldquelle und die zweite Magnetanordnung eine zweite Magnetfeldquelle. Zweckmäßigerweise sind die Magnetfeldquellen mit ihren Polrichtungen parallel oder antiparallel zueinander angeordnet. Unter einer parallelen Anordnung soll insbesondere eine Anordnung verstanden werden, bei der die Polrichtungen parallel zueinander ausgerichtet sind und gleichnamige Pole der Magnetfeldquellen sich jeweils gegenüberliegen, so dass eine Abstoßkraft zwischen den beiden Magnetfeldquellen gegeben ist. Bei einer parallelen Ausrichtung der Polrichtungen können sich besonders weit erstreckende Magnetfelder erzielt werden. Diese verbessern die Kopplung zwischen der Supraleiteranordnung und der Magnetanordnung. Unter einer antiparallelen Anordnung soll insbesondere eine Anordnung verstanden werden, bei der die Polrichtungen antiparallel zueinander ausgerichtet sind und gleichnamige Pole der Magnetfeldquellen sich jeweils gegenüberliegen, so dass eine Abstoßkraft zwischen den beiden Magnetfeldquellen gegeben ist. Eine solche antiparallele Anordnung soll auch als „entgegengesetzte“ Anordnung bezeichnet werden. Bei einer entgegengesetzten Anordnung der Polrichtungen kann eine möglichst große Abstoßkraft bzw. Tragkraft erzielt werden.
Zweckmäßigerweise ist die Supraleiteranordnung derart angeordnet, dass sie sich nicht zwischen der ersten und der zweiten Magnetfeldquelle befindet. Auf diese Weise wird eine durch die Supraleiteranordnung bewirkte Abschwächung der Abstoßkraft bzw. Tragkraft zwischen den beiden Magnetfeldquellen vermieden.
Vorzugsweise dient wenigstens eine der Magnetfeldquellen sowohl der Bereitstellung der Abstoßkraft zwischen den beiden Magnetanordnungen als auch der Bereitstellung des Flux-Pinning-Effekts zwischen einer der Magnetanordnungen und der Supraleiteranordnung. Alternativ oder zusätzlich dazu ist es auch möglich, dass eine der Magnetanordnungen eine dritte Magnetfeldquelle umfasst, die nur der Bereitstellung der magnetischen Wechselwirkung zwischen einer der Magnetanordnungen und der Supraleiteranordnung dient.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels,
4 eine schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels,
5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels und
6 eine schematische Darstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels.

Die 1 zeigt eine Magnetlagervorrichtung 10 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.
Die Magnetlagervorrichtung 10 umfasst eine erste Lagerkomponente 1 mit einer ersten Magnetanordnung 3. Die Magnetlagervorrichtung 10 umfasst ferner eine zweite Lagerkomponente 2 mit einer zweiten Magnetanordnung 4. Die zweite Magnetanordnung 4 ist relativ zur ersten Magnetanordnung 3 so angeordnet, dass zwischen den beiden Magnetanordnungen 3, 4 eine in einer Abstoßrichtung y wirkende magnetische Abstoßkraft bereitgestellt wird. Durch die Abstoßkraft y wird eine Beabstandung der beiden Lagerkomponenten 1, 2 voneinander bewirkt.
Die Magnetlagervorrichtung 10 umfasst ferner eine Stabilisierungseinrichtung 5. Die Stabilisierungseinrichtung 5 stellt eine erste kraftübertragende Kopplung mit der ersten Lagerkomponente 1 bereit. Die Stabilisierungseinrichtung 5 stellt ferner eine zweite kraftübertragende Kopplung mit der zweiten Lagerkomponente 2 bereit. Durch die kraftübertragenden Kopplungen wird erreicht, dass die zweite Lagerkomponente 2 relativ zur ersten Lagerkomponente 1 in wenigstens einer von der Abstoßrichtung y verschiedenen Stabilisierungsrichtung x stabilisiert wird.
Die Stabilisierungseinrichtung 5 umfasst eine Supraleiteranordnung 6. Wenigstens eine der kraftübertragenden Kopplungen beruht auf einem Flux-Pinning-Effekt zwischen der Supraleiteranordnung 6 und einer der Magnetanordnungen 3, 4.
Durch den Einsatz der Supraleiteranordnung 5 zur Stabilisierung der beiden Magnetanordnungen 3, 4 zueinander kann auf eine komplexe und aufwändige aktive Regelung verzichtet werden. Zugleich wird durch die Verwendung der Magnetanordnungen 3, 4 zur Bereitstellung der Abstoßkraft eine möglichst hohe Abstoßkraft, Beabstandung der Lagerkomponenten 1, 2, und/oder Steifigkeit der Magnetlagervorrichtung 10 erzielt.
Exemplarisch ist die Abstoßkraft vertikal ausgerichtet. Die Abstoßkraft wirkt insbesondere als Tragkraft, die die zweite Lagerkomponente 2 gegenüber der ersten Lagerkomponente 1 trägt.
Die Stabilisierungsrichtung x ist exemplarisch horizontal ausgerichtet. Die Stabilisierung der beiden Lagerkomponenten 1, 2 zueinander mittels der Stabilisierungseinrichtung 5 erfolgt insbesondere dadurch, dass durch die kraftübertragenden Kopplungen Stabilisierungskräfte bereitgestellt werden, die einer relativen Bewegung zwischen den beiden Lagerkomponenten 1, 2 in Stabilisierungsrichtung x entgegenwirken. Auf diese Weise wird eine feste relative Positionsbeziehung zwischen den beiden Lagerkomponenten 1, 2 in Stabilisierungsrichtung x definiert.
In den 2 bis 6 sind die Magnetlagervorrichtungen 20, 30, 40, 50 und 60 dargestellt. Diese umfassen ebenfalls die vorstehend diskutierten Merkmale der Magnetlagervorrichtung 10.
Nachstehend werden anhand der in den 1 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispiele exemplarische Ausgestaltungen der einzelnen Komponenten näher erläutert.
Exemplarisch beruhen beide kraftübertragenden Kopplungen auf dem Flux-Pinning-Effekt. Dies ist z.B. bei den in den 1, 2 und 6 gezeigten Ausführungsbeispielen der Fall. Sowohl zwischen der Supraleiteranordnung 6 und der ersten Magnetanordnung 3, als auch zwischen der Supraleiteranordnung 6 und der zweiten Magnetanordnung 4 besteht jeweils eine auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende kraftübertragende Kopplung. Zweckmäßigerweise hält die Supraleiteranordnung 6 somit beide Magnetanordnungen 3, 4 in einem definierten Abstand zu der Supraleiteranordnung 6 und zueinander.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einer mechanischen Kopplung zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und einer der Lagerkomponenten 1, 2 beruht. Dies ist beispielsweise bei den Ausführungsbeispielen der 3 und 5 der Fall. Hierbei muss das Feld der Magnetanordnung 3 der mechanisch gekoppelten Lagerkomponente 1 die Supraleiteranordnung 6 nicht durchdringen, kann es aber bei Bedarf.
Durch entsprechende Ausgestaltung der kraftübertragenden Kopplungen zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und den Lagerkomponenten 1, 2 kann grundsätzlich festgelegt werden, welche Art von Lager bereitgestellt wird. Insbesondere ist eine Bereitstellung eines Linearlagers, eines Festlagers oder eines Rotationslagers möglich. Vorzugsweise sind die Magnetlagervorrichtungen 10, 20, 30, 50, 60 als Linearlager oder Festlager ausgebildet. Die Magnetlagervorrichtung 40 ist exemplarisch als Rotationslager oder Festlager ausgebildet.
Bei einer Ausbildung als Linearlager ist die zweite Lagerkomponente 2 relativ zur ersten Lagerkomponente 1 entlang eines Verschiebewegs bewegbar. Der Verschiebeweg verläuft im Ausführungsbeispiel der 1 z.B. senkrecht zur Zeichnungsebene. Exemplarisch verläuft der Verschiebeweg senkrecht zur Stabilisierungsrichtung x und zur Abstoßrichtung y. Die Stabilisierungsrichtung x verläuft exemplarisch wiederum senkrecht zur Abstoßrichtung y.
Um ein solches Linearlager bereitzustellen, kann beispielsweise durch eine der kraftübertragenden Kopplungen eine feste Lagerung zwischen einer der Lagerkomponenten 1, 2 und der Stabilisierungseinrichtung 5 bereitgestellt werden, und durch die andere kraftübertragende Kopplung kann eine lineare Lagerung zwischen einer der Lagerkomponenten 1, 2 und der Stabilisierungseinrichtung 5 bereitgestellt werden. Alternativ dazu kann auch durch jede der kraftübertragenden Kopplungen jeweils eine lineare Lagerung bereitgestellt werden.
Sofern die betreffende kraftübertragende Kopplung auf dem Flux-Pinning-Effekt beruht, kann die lineare Lagerung dadurch bereitgestellt werden, dass der in die Supraleiteranordnung 6 eingeprägte Magnetlinienverlauf in Richtung des Verschiebewegs konstant ist und zumindest in Stabilisierungsrichtung x nicht konstant ist.
Die feste Lagerung kann mittels des Flux-Pinning-Effekts dadurch bereit gestellt werden, dass der in die Supraleiteranordnung 6 eingeprägte Magnetlinienverlauf in alle Richtungen inhomogen ist.
Zweckmäßigerweise stellt die kraftübertragende Kopplung zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und der ersten Lagerkomponente 1 eine lineare Lagerung der ersten Lagekomponente 1 gegenüber der Stabilisierungseinrichtung 5 bereit und die kraftübertragende Kopplung zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und der zweiten Lagerkomponente 2 stellt eine feste Lagerung der zweiten Lagerkomponente 2 gegenüber der Stabilisierungseinrichtung 5 bereit. Alternativ dazu kann auch zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und der ersten Lagerkomponente 1 eine lineare Lagerung bestehen und zwischen der Stabilisierungseinrichtung 5 und der zweiten Lagerkomponente 2 eine feste Lagerung bestehen. Zweckmäßigerweise kann sich die erste Lagerkomponente 1 in Richtung des Verschiebewegs weiter erstrecken als die zweite Lagerkomponente 2. Insbesondere erstreckt sich die erste Lagerkomponente 1 über den gesamten Verschiebeweg. Auf diese Weise kann die Abstoßkraft unabhängig von der Position der zweiten Lagerkomponente 2 über den gesamten Verschiebeweg bereitgestellt werden.
Bei der vorstehend genannten Ausbildung als Festlager sind die beiden kraftübertragenden Kopplungen vorzugsweise als feste Lagerungen ausgebildet.
Exemplarisch sind die Magnetlagervorrichtungen 10, 20, 30, 40, 50, 60 derart ausgebildet, dass eine Versteifungskraft bereitgestellt wird, die der Abstoßkraft entgegenwirkt. Bei der Versteifungskraft handelt es sich beispielsweise um eine Kraft, die zusätzlich zu den von der Supraleiteranordnung 6 erzeugten Kopplungen bzw. Kräften bereitgestellt wird.
Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen umfasst die Versteifungskraft jeweils die auf die zweite Lagerkomponente 2 wirkende Gewichtskraft. Die Versteifungskraft wird z.B. dadurch bereitgestellt, dass die Magnetanordnungen 3, 4 derart ausgerichtet sind, dass die Abstoßrichtung vertikal verläuft. Auf die obere Lagerkomponente bzw. zweite Lagerkomponente 2 wirkt dann als Versteifungskraft eine Gewichtskraft, die entgegengesetzt zur Abstoßkraft ausgerichtet ist.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch eine zusätzliche magnetische Einrichtung und/oder eine mechanische Einrichtung vorhanden sein, um die Versteifungskraft bereitzustellen.
Ferner ist es möglich, eine oder beide auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende kraftübertragende Kopplungen zwischen der Supraleiteranordnung 6 und den Magnetanordnungen 3, 4 so auszugestalten, dass eine entgegengesetzt zur Abstoßkraft ausgerichtete Kraftkomponente bereitgestellt wird, die dann als Versteifungskraft dienen bzw. zur Versteifungskraft beitragen kann. Zu diesem Zweck kann die Lagerkomponente 2 beispielsweise vor Bereitstellen des Flux-Pinning-Effekts bzw. vor Einprägen des Magnetlinienverlaufs in die Supraleiteranordnung 5 mit einer Vorspannkraft beaufschlagt werden, so dass sie entgegen der Abstoßkraft hin zu der ersten Lagerkomponente 1 gedrückt bzw. bewegt wird. In diesem Zustand kann dann das Einprägen des Magnetlinienverlaufs erfolgen. Nach dem Einprägen kann die Vorspannkraft weggenommen werden. Durch die auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende kraftübertragende Kopplung wird dann eine gegen die Abstoßkraft wirkende Versteifungskraft bereitgestellt.
Durch die Bereitstellung der Vorspannkraft wird der Abstand zwischen den beiden Magnetanordnungen 3, 4 verringert. Dies führt zu einer Kompression der Magnetfelder zwischen den beiden Magnetanordnungen 3, 4. Auf diese Weise kann eine höhere Lagersteifigkeit erzielt werden. Ferner kann eine weitere Erstreckung der Magnetfelder hin zu der Supraleiteranordnung 6 erzielt werden, wodurch die Stabilisierung verbessert werden kann.
Die Magnetanordnungen 3, 4 stellen insbesondere statische Magnetfelder bereit. Zu diesem Zweck umfasst jede Magnetanordnung 3, 4 wenigstens eine Magnetfeldquelle 13, 14, 15. Die Magnetfeldquellen 13, 14, 15 sind beispielsweise jeweils als Permanentmagnet oder als Elektromagnet ausgebildet. Ein, mehrere oder alle Permanentmagnete sind vorzugsweise aus ferrimagnetischem und/oder ferromagnetischem Material gefertigt. Bei einer als Elektromagnet ausgebildeten Magnetfeldquelle kann insbesondere eine supraleitende Spule zum Einsatz kommen, um besonders hohe Magnetfeldstärken bereitstellen zu können.
Als Magnetfeldquelle soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Komponente bezeichnet werden, die ein räumlich kontinuierliches Magnetfeld bereitstellt. Zweckmäßigerweise stellt eine Magnetfeldquelle ein Magnetfeld mit einer einzigen Hauptrichtung oder Polrichtung bereit. Jede Magnetanordnung 3, 4 kann eine oder mehrere Magnetfeldquellen 13, 14, 15 umfassen.
Vorzugsweise umfasst die erste Magnetanordnung 3 eine erste Magnetfeldquelle 13 und die zweite Magnetanordnung 4 umfasst eine zweite Magnetfeldquelle 14, wie dies in den 1 bis 6 gezeigt ist. Die Magnetfeldquellen 13, 14 sind in Abstoßrichtung einander gegenüberliegend angeordnet. Zweckmäßigerweise sind die Magnetfeldquellen 13, 14 mit ihren Polrichtungen entgegengesetzt zueinander ausgerichtet. Die Magnetfeldquellen 13, 14 sind mit ihren Polrichtungen insbesondere parallel und/oder antiparallel zu der Abstoßrichtung y ausgerichtet. Die 1, 5 und 6 zeigen eine solche Ausrichtung der Magnetfeldquellen 13, 14. Alternativ dazu können die Magnetfeldquellen 13, 14 mit ihren Polrichtungen auch parallel zueinander ausgerichtet sein. In diesem Fall sind die Magnetfeldquellen 13, 14 mit ihren Polrichtungen insbesondere senkrecht zur Abstoßrichtung y ausgerichtet. Die 2 und 4 zeigen diesen Fall.
Zweckmäßigerweise ist die Supraleiteranordnung 6 derart angeordnet, dass sie sich nicht zwischen der ersten Magnetfeldquelle 13 und der zweiten Magnetfeldquelle 14 befindet. Insbesondere ist die Supraleiteranordnung 6 in Abstoßrichtung y nicht zwischen der ersten Magnetfeldquelle 13 und der zweiten Magnetfeldquelle 14 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist die Supraleiteranordnung in Abstoßrichtung y auch nicht zwischen der ersten Magnetanordnung 3 und der zweiten Magnetanordnung 4 angeordnet.
Wie in den 1 bis 6 gezeigt, befindet sich zwischen der ersten Magnetanordnung 3 und der zweiten Magnetanordnung 4 jeweils ein Spalt. Die Supraleiteranordnung 5 kann z.B. in Stabilisierungsrichtung x seitlich neben den Magnetanordnungen 3, 4 angeordnet sein, wie dies in den 1 und 2 dargestellt ist.
Die Magnetfeldquellen 13, 14 können jeweils eine Doppelfunktion erfüllen. So kann jede der Magnetfeldquellen 13, 14 sowohl der Bereitstellung der Abstoßkraft zwischen den beiden Magnetanordnungen 3, 4 als auch der Bereitstellung des Flux-Pinning-Effekts zwischen der jeweiligen Magnetanordnung 3, 4 und der Supraleiteranordnung 6 dienen. Dies ist z.B. bei den Ausführungsbeispielen der 1, 2 und 6 der Fall.
Alternativ dazu ist es auch möglich, dass eine der Magnetfeldquellen 13, 14 nur für die Bereitstellung der Abstoßkraft zuständig ist. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn die zugehörige Lagerkomponente 1, 2 mechanisch an die Stabilisierungseinrichtung 5 gekoppelt ist. Dies ist insbesondere in den 3, 4 und 5 der Fall, wo die erste Lagerkomponente 1 mechanisch an die Stabilisierungseinrichtung 5 gekoppelt ist, so dass die erste Magnetfeldquelle 13 nur für die Bereitstellung der Abstoßkraft, nicht jedoch für die Bereitstellung einer auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhenden Kopplung zuständig ist.
Ferner ist es möglich, dass eine der Magnetanordnungen 3, 4 eine dritte Magnetfeldquelle 15 umfasst, die nur der Bereitstellung des Flux-Pinning-Effekts zwischen einer der Magnetanordnungen 3, 4 und der Supraleiteranordnung 6 dient. Insbesondere dient die dritte Magnetfeldquelle 15 nicht dazu, die Abstoßkraft bereitzustellen. Die 3 zeigt diesen Fall - hier ist umfasst die zweite Magnetanordnung 4 die dritte Magnetfeldquelle 15, die nur für die auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende Kopplung mit der Supraleiteranordnung 6 zuständig ist.
Nachstehend werden die in den 1 bis 6 gezeigten Magnetlagervorrichtungen 10, 20, 30, 40, 50, 60 nacheinander erläutert.
Bei der in der 1 gezeigten Magnetlagervorrichtung 10 sind die beiden Lagerkomponenten 1, 2 exemplarisch plattenförmig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. Die Lagerkomponenten 1 und 2 sind in Abstoßrichtung y zueinander beabstandet. Jede der Lagerkomponenten 1, 2, verfügt über eine Magnetanordnung 3, 4, die an einem distalen Ende der zugehörigen Lagerkomponente 1, 2 vorgesehen ist. Die Magnetanordnungen 3, 4 sind entgegengesetzt zueinander gepolt. Die Magnetanordnungen 3, 4 stoßen sich in Abstoßrichtung y voneinander ab und sind in Abstoßrichtung y einander gegenüberliegend angeordnet. Die Stabilisierungseinrichtung 5 ist in Stabilisierungsrichtung x seitlich neben den Lagerkomponenten 1, 2 angeordnet. Die Supraleiteranordnung 6 wird von Magnetfeldern der ersten Magnetanordnung 3 und der zweiten Magnetanordnung 4 durchdrungen. Zwischen der Supraleiteranordnung 6 und der ersten Magnetanordnung 3 sowie zwischen der Supraleiteranordnung 6 und der zweiten Magnetanordnung 4 besteht jeweils eine auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende kraftübertragende Kopplung. Durch diese kraftübertragenden Kopplungen wird eine Stabilisierung in Stabilisierungsrichtung x erzielt, so dass zwischen der ersten Lagerkomponente 1 und der zweiten Lagerkomponente 2 in Stabilisierungsrichtung x eine feste Positionsbeziehung definiert ist.
Die in der 2 gezeigte Magnetlagervorrichtung 20 entspricht im Wesentlichen der vorstehend diskutierten Magnetlagervorrichtung 10. Im Unterschied zu der vorstehend diskutierten Magnetlagervorrichtung 10 sind bei der Magnetlagervorrichtung 20 die Magnetanordnungen 3, 4 parallel zueinander gepolt. Ferner stellen die Magnetanordnungen 3, 4 für sich genommen die Lagerkomponenten 1, 2 dar und die Supraleiteranordnung 6 stellt für sich genommen die Stabilisierungseinrichtung 5 dar. Schließlich umfasst die Stabilisierungseinrichtung 5 zwei Komponenten, die die Magnetanordnungen 3, 4 in Stabilisierungsrichtung x seitlich flankieren.
Die 3 zeigt die Magnetlagervorrichtung 30, die insbesondere als Linearlager oder als Festlager ausgebildet ist. Bei der Magnetlagervorrichtung 30 sind die erste Lagerkomponente 1 und die Stabilisierungseinrichtung 5 mechanisch miteinander gekoppelt. Im gezeigten Beispiel erfolgt die mechanische Kopplung dadurch, dass die Stabilisierungseinrichtung 5 an der Lagerkomponente 1 mechanisch befestigt ist. Die Magnetfeldquellen 13 und 14 dienen hier ausschließlich der Bereitstellung der Abstoßkraft und sind exemplarisch in Abstoßrichtung y einander gegenüberliegend angeordnet. Zusätzlich zu der zweiten Magnetfeldquelle 14 verfügt die zweite Magnetanordnung 4 noch über eine dritte Magnetfeldquelle 15. Die dritte Magnetfeldquelle 15 ist beabstandet zu der zweiten Magnetfeldquelle 14 angeordnet. Ferner ist die dritte Magnetfeldquelle 15 der Supraleiteranordnung 6 in Stabilisierungsrichtung x gegenüberliegend angeordnet. Zweckmäßigerweise dient die dritte Magnetfeldquelle 15 ausschließlich der Bereitstellung der auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhenden Kopplung mit der Supraleiteranordnung 6.
Gemäß einer möglichen Variation der Magnetlagervorrichtung 30 wird eine Vorspannung, insbesondere eine horizontale Vorspannung bereitgestellt. Dies kann z.B. dadurch erfolgen, dass die zweite Lagerkomponente 2 hin zu der ersten Lagerkomponente 1 verschoben wird. In der 3 kann die zweite Lagerkomponente 2 beispielsweise in x-Richtung hin zu der ersten Lagerkomponente 1 verschoben werden. In diesem Fall kann anstelle der Einprägung eines Magnetfeldlinienverlaufs in den Supraleiter auch eine Nullfeldkühlung durchgeführt werden und auf diese Weise eine Stabilisierung der zweiten Lagerkomponente 2 gegenüber der ersten Lagerkomponente 1 erzielt werden.
Die 4 zeigt die Magnetlagervorrichtung 40, die insbesondere als Rotationslager oder als Festlager ausgebildet ist. Die Lagerkomponenten 1, 2 werden exemplarisch durch die Magnetanordnungen 3, 4 realisiert. Die Magnetanordnungen 3, 4 sind jeweils als Ringmagnete ausgebildet und insbesondere koaxial zueinander und/oder koaxial zu der Abstoßrichtung y ausgerichtet. Die Supraleiteranordnung 6 umfasst einen durch die Ringmagnete greifenden stabförmigen Supraleiter 7, der vorzugsweise koaxial zu den Magnetanordnungen 3, 4 angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Supraleiteranordnung 6 auch einen außerhalb der Ringmagnete angeordneten Supraleiter umfassen.
Vorzugsweise ist die erste Lagerkomponente 1 mechanisch an der Stabilisierungseinrichtung 5 gelagert. Insbesondere handelt es sich um eine feste Lagerung. Zwischen der zweiten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 6 besteht eine auf dem Flux-Pinning-Effekt beruhende Kopplung. Sofern die Magnetlagervorrichtung 6 als Rotationslager ausgebildet ist, lässt diese Kopplung eine Drehung zu, beispielsweise um die Abstoßrichtung y, und unterbindet eine Bewegung in Stabilisierungsrichtung x, insbesondere in Radialrichtung der zugelassenen Drehung.
Darüber hinaus kann die Kopplung zwischen der zweiten Magnetanordnung 4 und der Supraleiteranordnung 6 auch derart ausgebildet sein, dass eine Bewegung in Abstoßrichtung y bzw. in Axialrichtung des Supraleiters 7 unterbunden wird. Insbesondere kann die Kopplung dabei derart ausgebildet sein, dass die vorstehend bereits diskutierte Versteifungskraft in Richtung entgegen der Abstoßkraft bereitgestellt wird, so dass eine Kompression der Magnetfelder zwischen den beiden Magnetanordnungen 3, 4 gegeben ist. Auf diese Weise kann ein sehr steifes, schwebendes und reibungsfreies Rotationslager bereitgestellt werden, bei dem der Supraleiter 7 wie auch ein für den Supraleiter 7 optional vorgesehener Kryostat mechanisch minimal belastet werden.
Die 5 zeigt die Magnetlagervorrichtung 50, die zweckmäßigerweise als Festlager, Linearlager oder Rotationslager ausgebildet ist.
Bei der Magnetlagervorrichtung 50 sind die erste Magnetanordnung 3 und die Supraleiteranordnung 6 insbesondere in Abstoßrichtung y der zweiten Magnetanordnung 4 gegenüberliegend angeordnet. Exemplarisch erstreckt sich die zweite Magnetanordnung 4 in Stabilisierungsrichtung x weiter als die erste Magnetanordnung 3. Die erste Lagerkomponente 1 ist zweckmäßigerweise mechanisch an die Stabilisierungseinrichtung 5 gekoppelt. Im gezeigten Beispiel verfügt die Stabilisierungseinrichtung 5 über eine Aussparung, in der die erste Lagerkomponente 1 angeordnet ist.
Die 6 zeigt die Magnetlagervorrichtung 60, die vorzugsweise als Linearlager ausgebildet ist.
Die zweite Lagerkomponente 2 ist im gezeigten Beispiel als Schlitten ausgebildet und die erste Lagerkomponente 1 ist als Schlittenbahn ausgebildet. Die erste Lagerkomponente 1 verfügt über einen exemplarisch plattenförmig ausgebildeten Grundkörper 17, an dem die erste Magnetanordnung 3 vorgesehen ist. Die erste Magnetanordnung 3 verfügt über zwei Magnetfeldquellen 13, die als Magnetschienen ausgebildet sind und nachstehend als erste Magnetschienen 8, 9 bezeichnet werden. Die zweite Lagerkomponente 2 verfügt ebenfalls über einen exemplarisch plattenförmig ausgebildeten Grundkörper 18, an dem die zweite Magnetanordnung 4 vorgesehen ist. Die zweite Magnetanordnung 4 verfügt über zwei Magnetfeldquellen 14, die als zweite Magnetschienen 11, 12 ausgebildet sind. Die beiden Lagerkomponenten 1, 2 sind exemplarisch parallel zueinander angeordnet und horizontal ausgerichtet.
Die ersten Magnetschienen 8, 9 sind parallel zueinander angeordnet und definieren einen Verschiebeweg. Im gezeigten Beispiel verläuft der Verschiebeweg senkrecht zur Zeichnungsebene. Die beiden ersten Magnetschienen 8, 9 nehmen in y-Richtung denselben Koordinatenbereich ein. Auch die zweiten Magnetschienen 11, 12 sind parallel zueinander angeordnet und nehmen in y-Richtung denselben Koordinatenbereich ein. Die ersten Magnetschienen 8, 9 sind den zweiten Magnetschienen 11, 12 in Abstoßrichtung y gegenüberliegend angeordnet. Insbesondere ist die erste Magnetschiene 8 der zweiten Magnetschienen 11 gegenüberliegend angeordnet und die erste Magnetschiene 9 ist der zweiten Magnetschiene 12 gegenüberliegend angeordnet. Die ersten Magnetschienen 8, 9 sind parallel zur Abstoßrichtung y und entgegengesetzt zu den zweiten Magnetschienen 11, 12 gepolt. Die ersten Magnetschienen 8, 9 und die zweiten Magnetschienen 11, 12 spannen einen Raum auf. In dem Ausführungsbeispiel der 6 ist dieser Raum quaderförmig.
Die Supraleiteranordnung 6 umfasst einen Supraleiter 16, der exemplarisch quaderförmig ausgestaltet ist. Der Supraleiter 16 befindet sich exemplarisch vollständig in dem von den ersten Magnetschienen 8, 9 und den zweiten Magnetschienen 11, 12 aufgespannten Raum. Insbesondere befindet sich der Supraleiter 16 in Stabilisierungsrichtung x zwischen den beiden ersten Magnetschienen 8, 9. Ferner befindet sich der Supraleiter 16 in Stabilisierungsrichtung x auch zwischen den beiden zweiten Magnetschienen 11, 12.
Im gezeigten Beispiel ist der Supraleiter 16 nicht mechanisch gelagert. Stattdessen wird der Supraleiter 16 aufgrund eines Flux-Pinning-Effekts zwischen dem Supraleiter 16 und den Magnetschienen 8, 9, 11, 12 in einem Schwebezustand relativ zu der ersten Lagerkomponente 1 und der zweiten Lagerkomponente 2 gehalten.
Der Supraleiter 16 taucht somit gewissermaßen zwischen die beiden Magnetschienen 8, 9 bzw. 11, 12 jeder Magnetanordnung 3, 4 ein und stabilisiert diese. Bei dem Einprägen des Magnetlinienverlaufs in den Supraleiter 16 kann dabei derart vorgegangen werden, dass, bevor der Supraleiter 16 seine Sprungtemperatur erreicht hat, die zweite Lagerkomponente 2 und die erste Lagerkomponente 1 mechanisch zueinander positioniert werden und bei Bedarf die zweite Lagerkomponente 2 durch eine Vorspannkraft niedergedrückt wird, so dass zweckmäßigerweise, wie vorstehend bereits erläutert, nach dem Einprägen des Magnetlinienverlaufs die Versteifungskraft bereitgestellt wird. Nach Erreichen einer unter der Sprungtemperatur des Supraleiters 16 liegenden Zieltemperatur kann die Fixierung gelöst werden und die zweite Lagerkomponente 2 schwebt frei gegenüber der ersten Lagerkomponente 1.
Die Magnetlagervorrichtung 60 umfasst ferner einen Kryostaten 19. Der Kryostat 19 ist mit der zweiten Lagerkomponente 2 mechanisch gekoppelt. Exemplarisch ist der Kryostat 19 an der zweiten Lagerkomponente 2, insbesondere unten an dem Grundkörper 18 der zweiten Lagerkomponente 2, befestigt.
Der Supraleiter 16 ist in dem Kryostaten 19 angeordnet. Zweckmäßigerweise ist der Supraleiter 16 in dem Kryostaten 19 frei gelagert bzw. frei bewegbar angeordnet. Zur thermischen Ankopplung des Supraleiters 16 an den Kryostaten 19 kann beispielsweise eine mechanisch flexible, thermische Anbindung zwischen dem Supraleiter 16 und der Kühlvorrichtung des Kryostaten 19 bereitgestellt werden.
Der Supraleiter 16 wird von den ihn umgebenden Magnetschienen 8, 9, 11, 12 getragen. Will nun bei einer Kurvenfahrt die als Schlitten ausgebildete zweite Lagerkomponente 2 von dem durch die ersten Magnetschienen 8, 9 vorgegebenen Verschiebeweg abweichen, so wird eine Zug- bzw. Druckkraft auf den schwebenden Supraleiter 16 ausgeübt, welcher diese Kraft diagonal durch ihn an die gegenüberliegende Magnetschiene weiterleitet und hierdurch eine Gegenkraft aufbaut, die den Wagen wieder zurückdrückt.
Gerade im Gegensatz zu einer konventionellen Ankopplung des Supraleiters im Kryostat, bei der der Supraleiter mit dem Kryostat mechanisch gekoppelt ist und somit nicht frei in dem Kryostaten bewegt werden kann, ist die vorgenannte Ausgestaltung von Vorteil. Bei der konventionellen Ankopplung des Supraleiters übt in einer Kurvenfahrt eine Magnetschiene Druck und die andere Zug auf den Supraleiter aus. Diese Kräfte werden über die Befestigung des Kryostaten an die zweite Lagerkomponente weitergeleitet, so dass die Befestigung des Kryostaten an die zweite Lagerkomponente entsprechend massiv ausgestaltet sein muss, um diese Belastung aushalten zu können.
Durch die freie Lagerung des Supraleiters 16 in Kryostaten 19 findet keine Weiterleitung der auf den Supraleiter 16 wirkenden Kräfte auf die Befestigung zwischen Kryostat 19 und zweiter Lagerkomponente 2 statt, so dass die Anforderungen an die Belastbarkeit der Befestigung weniger hoch sind.
Alternativ oder zusätzlich zu der in der 6 gezeigten Anordnung der Supraleiteranordnung 6 zwischen den ersten Magnetschienen 8, 9 bzw. den zweiten Magnetschienen 11, 12, kann die Supraleiteranordnung 6 auch seitlich neben den Magnetschienen 8, 9, 11, 12 - also außerhalb des von den Magnetschienen 8, 9, 11, 12 aufgespannten Raums - angeordnet sein. Beispielsweise kann die Supraleiteranordnung einen oder mehrere in Kryostaten frei gelagerte Supraleiter umfassen, die außerhalb des von den Magnetschienen 8, 9, 11, 12 aufgespannten Raums angeordnet ist. Zweckmäßigerweise sind die Supraleiter bzw. Kryostate derart angeordnet, dass sie die Gruppe von Magnetschienen 8, 9, 11, 12 in Stabilisierungsrichtung x seitlich flankieren.
Zur Inbetriebnahme der Magnetlagervorrichtung 60 kann die zweite Lagerkomponente 2 während eines Abkühlungsprozesses oberhalb ihrer späteren Operationshöhe gehalten werden. Der Supraleiter 16 kann zu diesem Zeitpunkt am Kryostatboden auf speziellen thermisch isolierenden Lagerpunkten aufliegen. Nach Erreichen der Zieltemperatur wird die zweite Lagerkomponente 2 freigegeben, senkt sich ab und der Supraleiter 16 löst sich vom Kryostatboden.

Claims

Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60), umfassend eine erste Lagerkomponente (1) mit einer ersten Magnetanordnung (3) und eine zweite Lagerkomponente (2) mit einer zweiten Magnetanordnung (4), die relativ zu der ersten Magnetanordnung (3) so angeordnet ist, dass zwischen den beiden Magnetanordnungen (3, 4) eine in einer Abstoßrichtung (y) wirkende magnetische Abstoßkraft bereitgestellt wird, durch die eine Beabstandung der beiden Lagerkomponenten (1, 2) voneinander bewirkt wird, ferner umfassend eine Stabilisierungseinrichtung (5), die jeweils eine kraftübertragende Kopplung mit der ersten Lagerkomponente (1) und/oder mit der zweiten Lagerkomponente (2) bereitstellt, so dass die zweite Lagerkomponente (2) relativ zur ersten Lagerkomponente (1) in wenigstens einer von der Abstoßrichtung (y) verschiedenen Stabilisierungsrichtung (x) stabilisiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungseinrichtung (x) eine Supraleiteranordnung (6) umfasst und wenigstens eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einer magnetischen Wechselwirkung zwischen der Supraleiteranordnung (6) und einer der Magnetanordnungen (3, 4) beruht.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einem Flux-Pinning-Effekt zwischen der Supraleiteranordnung (6) und einer der Magnetanordnungen (3, 4) beruht.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beide kraftübertragenden Kopplungen auf einem Flux-Pinning-Effekt zwischen der Supraleiteranordnung (6) und der jeweiligen Magnetanordnung (3, 4) beruhen.
Magnetlagervorrichtung (30; 40; 50) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine der kraftübertragenden Kopplungen auf einer mechanischen Kopplung zwischen der Stabilisierungseinrichtung (5) und einer der Lagerkomponenten (2; 3) beruht.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) derart ausgebildet ist, dass eine Versteifungskraft bereitgestellt wird, die der Abstoßkraft entgegenwirkt.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) als Festlager, Linearlager oder Rotationslager ausgebildet ist.
Magnetlagervorrichtung (40) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlagervorrichtung (40) als Rotationslager ausgebildet ist, wobei die Magnetanordnungen (3, 4) als Ringmagnete ausgebildet sind und die Supraleiteranordnung (6) einen durch die Ringmagnete greifenden stabförmigen Supraleiter (7) und/oder einen außerhalb der Ringmagnete angeordneten Supraleiter umfasst.
Magnetlagervorrichtung (60) nach einem der voranstehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetlagervorrichtung (60) als Linearlager ausgebildet ist, wobei die erste Magnetanordnung (3) über erste Magnetschienen (8, 9) verfügt und die zweite Magnetanordnung (4) über zweite Magnetschienen (11, 12) verfügt, wobei die ersten Magnetschienen (8, 9) den zweiten Magnetschienen (11, 12) in Abstoßrichtung gegenüberliegend angeordnet sind und die Supraleiteranordnung (6) in einem von den ersten Magnetschienen (8, 9) und den zweiten Magnetschienen (11, 12) aufgespannten Raum befindlich ist, und/oder die Supraleiteranordnung (6) außerhalb des von den ersten Magnetschienen (8, 9) und den zweiten Magnetschienen (11, 12) aufgespannten Raums befindlich ist.
Magnetlagervorrichtung (60) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Supraleiteranordnung (6) einen Supraleiter (16) umfasst, der aufgrund eines Flux-Pinning-Effekts zwischen dem Supraleiter (16) und den Magnetschienen (8, 9, 11, 12) in einem Schwebezustand relativ zu der ersten Lagerkomponente (1) und der zweiten Lagerkomponente (2) gehalten wird.
Magnetlagervorrichtung (60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kryostaten (19), der an einer der Lagerkomponenten (1, 2) mechanisch gekoppelt ist, wobei der Supraleiter (16) in dem Kryostaten (19) untergebracht ist.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Magnetanordnung (3) eine erste Magnetfeldquelle (13) umfasst und die zweite Magnetanordnung (4) eine zweite Magnetfeldquelle (14) umfasst, wobei die Magnetfeldquellen (13, 14) mit ihren Polrichtungen parallel oder antiparallel zueinander angeordnet sind.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 30; 40; 50; 60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Supraleiteranordnung (6) derart angeordnet ist, dass sie sich nicht zwischen der ersten Magnetfeldquelle (13) und der zweiten Magnetfeldquelle (14) befindet.
Magnetlagervorrichtung (10; 20; 40; 50; 60) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Magnetfeldquellen (13, 14) sowohl der Bereitstellung der Abstoßkraft zwischen den beiden Magnetanordnungen als auch der Bereitstellung des Flux-Pinning-Effekts zwischen einer der Magnetanordnungen (3; 4) und der Supraleiteranordnung (6) dient.
Magnetlagervorrichtung (30) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Magnetanordnungen (4) eine dritte Magnetfeldquelle (15) umfasst, die nur der Bereitstellung des Flux-Pinning-Effekts zwischen einer der Magnetanordnungen (4) und der Supraleiteranordnung (6) dient.