DE102019202179B4

DE102019202179B4 - Energy storage

Info

Publication number: DE102019202179B4
Application number: DE102019202179.4A
Authority: DE
Inventors: Marco Stocker; Georg Berner; Elvira Stegmeyer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-02-19
Publication date: 2021-06-17
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: DE102019202179A1

Abstract

Energiespeicher zur Speicherung potentieller Energie mit einer Speicheranordnung (2), die ein erstes Permanentmagnetsystem (7), ein zweites Permanentmagnetsystem (11) und eine Führungseinrichtung (3) für eine Führung des ersten Permanentmagnetsystems (7) und/oder des zweiten Permanentmagnetsystems (11) längs einer Führungsachse (5) umfasst, wobei das erste Permanentmagnetsystem (7) und das zweite Permanentmagnetsystem (11) jeweils einen axial längs der Führungsachse (5) magnetisierten Speichermagneten (20) sowie mehrere seitlich am Speichermagneten (20) angebrachte Führungsmagnete (22 bis 29) umfassen, wobei die Führungseinrichtung (3) wenigstens einen Supraleiter (40) umfasst, der mit einer größten Oberfläche (45) längs der Führungsachse (5) erstreckt ist und der für eine magnetische Wechselwirkung mit wenigstens einem der Führungsmagnete (22 bis 29) ausgebildet ist, um eine kontaktlose Führung des ersten Permanentmagnetsystems (7) und/oder des zweiten Permanentmagnetsystems (11) zu gewährleisten und wobei gleichnamige Pole benachbart angeordneter Speichermagnete (20) einander zugewandt sind, sowie mit einer der Führungseinrichtung (3) zugeordneten Begrenzungseinrichtung (46), die für eine Begrenzung einer Linearbewegung des ersten Permanentmagnetsystems (7) längs der Führungsachse (5) ausgebildet ist und mit einer Koppeleinrichtung (4), die für eine Krafteinleitung auf das zweite Permanentmagnetsystem (11) ausgebildet ist.Energy storage device for storing potential energy with a storage arrangement (2) comprising a first permanent magnet system (7), a second permanent magnet system (11) and a guide device (3) for guiding the first permanent magnet system (7) and / or the second permanent magnet system (11) along a guide axis (5), the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11) each having a storage magnet (20) magnetized axially along the guide axis (5) and a plurality of guide magnets (22 to 29) attached to the side of the storage magnet (20) ), wherein the guide device (3) comprises at least one superconductor (40) which extends with a largest surface (45) along the guide axis (5) and which is designed for magnetic interaction with at least one of the guide magnets (22 to 29) is to a contactless guidance of the first permanent magnet system (7) and / or the second permanent magnet system (11) to g Ensure and with the same named poles of adjacently arranged storage magnets (20) facing each other, as well as with a limiting device (46) assigned to the guide device (3), which is designed to limit a linear movement of the first permanent magnet system (7) along the guide axis (5) and with a coupling device (4) which is designed to apply force to the second permanent magnet system (11).

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher zur Speicherung potentieller Energie. Aus der DE 10 2011 113 918 A1 ist ein verschleißfreier Magnetfeldstoßdämpfer bekannt, bei dem eine Kolbenstange in einem Zylinder geführt ist und bei dem an einem Endbereich der Kolbenstange eine im Zylinder aufgenommene Permanentmagnetanordnung angebracht ist, die für eine magnetische Wechselwirkung mit einer weiteren, ortsfest im Zylinder angeordneten Permanentmagnetanordnung ausgebildet ist, um eine zeitweilige Speicherung potentieller Energie im Sinne einer Feder zu bewirken. Hierbei soll eine koaxiale Führung der Kolbenstange gegenüber dem Zylinder mit Hilfe eines diametral magnetisierten, an der Kolbenstange angebrachten Magneten erzielt werden.The invention relates to an energy store for storing potential energy. From the DE 10 2011 113 918 A1 a wear-free magnetic field shock absorber is known in which a piston rod is guided in a cylinder and in which a permanent magnet arrangement accommodated in the cylinder is attached to one end region of the piston rod, which is designed for magnetic interaction with another permanent magnet arrangement fixedly arranged in the cylinder in order to achieve a to effect temporary storage of potential energy in the sense of a spring. Here, a coaxial guidance of the piston rod relative to the cylinder is to be achieved with the aid of a diametrically magnetized magnet attached to the piston rod.

Aus der CN 201 568 509 U ist ein einstellbarer Stoßdämpfer bekannt, der ein Stoßdämpfergehäuse und eine Endabdeckung sowie eine Pleuelstange umfasst, die den Enddeckel durchsetzt und in das Stoßdämpfergehäuse eingreift. Ein oberer Elektromagnet zur Einstellung einer Magnetfeldstärke ist auf der Innenseite des Enddeckels befestigt. Ein unterer Elektromagnet zur Einstellung einer Magnetfeldstärke ist auf der Unterseite des Stoßdämpfergehäuses befestigt. Ein hohler Dewar ist an einem Ende der in das Stoßdämpfergehäuse eindringenden Pleuelstange fest verbunden und dient zur Befüllung mit einem Kühlmittel. Ein Supraleiterblock ist jeweils fest mit der Oberseite und der Unterseite des Dewars festgelegt und steht in verschleißfreier magnetischer Wechselwirkung mit den Magnetfeldern des oberen Elektromagnets und des unteren Elektromagnets.From the CN 201 568 509 U an adjustable shock absorber is known which comprises a shock absorber housing and an end cover and a connecting rod which penetrates the end cover and engages the shock absorber housing. An upper electromagnet for setting a magnetic field strength is attached to the inside of the end cover. A lower electromagnet for setting a magnetic field strength is attached to the underside of the shock absorber housing. A hollow dewar is firmly connected to one end of the connecting rod penetrating into the shock absorber housing and is used for filling with a coolant. A superconductor block is fixed to the top and bottom of the dewar and is in wear-free magnetic interaction with the magnetic fields of the upper electromagnet and the lower electromagnet.

Die FR 2 857 796 A1 offenbart eine Vorrichtung mit Magnetspulen und zwei hartmagnetischen Legierungsblöcken, die in magnetischer Abstoßung ausgerichtet sind wobei die Legierungsblöcke von einem elastischen System mit Achsen, Federn und geschlossenen Linearlagern seitlich bewegt werden und ein Führungssystem aus einem Hohlrohr, den Achsen und Lagern besteht und wobei eine weichmagnetische Legierungseinheit die magnetische Abstoßungskraft neutralisiert, wenn sie in eine Öffnung zwischen den Legierungsblöcken eingeführt wird.The FR 2 857 796 A1 discloses a device with magnet coils and two hard magnetic alloy blocks, which are aligned in magnetic repulsion, the alloy blocks are moved laterally by an elastic system with axes, springs and closed linear bearings and a guide system consists of a hollow tube, the axes and bearings and wherein a soft magnetic alloy unit neutralizes the magnetic repulsive force when it is introduced into an opening between the alloy ingots.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Energiespeicher zur Speicherung potentieller Energie mit einem vorteilhaften Wirkungsgrad bereitzustellen.The object of the invention is to provide an energy store for storing potential energy with an advantageous degree of efficiency.

Diese Aufgabe wird für einen Energiespeicher der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass der Energiespeicher eine Speicheranordnung aufweist, die ein erstes Permanentmagnetsystem, ein zweites Permanentmagnetsystem und eine Führungseinrichtung für eine Führung des ersten Permanentmagnetsystems und/oder des zweiten Permanentmagnetsystems längs einer Führungsachse umfasst, wobei das erste Permanentmagnetsystem und das zweite Permanentmagnetsystem jeweils einen axial längs der Führungsachse magnetisierten Speichermagneten sowie mehrere seitlich am Speichermagneten angebrachte Führungsmagnete umfassen, wobei die Führungseinrichtung wenigstens einen Supraleiter umfasst, der mit einer größten Oberfläche längs der Führungsachse erstreckt ist und der für eine magnetische Wechselwirkung mit wenigstens einem der Führungsmagnete ausgebildet ist, um eine kontaktlose Führung des ersten Permanentmagnetsystems und/oder des zweiten Permanentmagnetsystems zu gewährleisten und wobei gleichnamige Pole benachbart angeordneter Speichermagnete einander zugewandt sind, sowie mit einer der Führungseinrichtung zugeordneten Begrenzungseinrichtung, die für eine Begrenzung einer Linearbewegung des ersten Permanentmagnetsystems längs der Führungsachse ausgebildet ist und mit einer Koppeleinrichtung, die für eine Krafteinleitung auf das zweite Permanentmagnetsystem ausgebildet ist.This object is achieved for an energy store of the type mentioned at the beginning with the features of claim 1. It is provided here that the energy store has a storage arrangement which comprises a first permanent magnet system, a second permanent magnet system and a guide device for guiding the first permanent magnet system and / or the second permanent magnet system along a guide axis, the first permanent magnet system and the second permanent magnet system each one axially Storage magnets magnetized along the guide axis as well as several guide magnets attached to the side of the storage magnet, the guide device comprising at least one superconductor which extends with a largest surface along the guide axis and which is designed for magnetic interaction with at least one of the guide magnets in order to provide contactless guidance to ensure the first permanent magnet system and / or the second permanent magnet system and wherein like-named poles of adjacently arranged storage magnets face each other , and with a limiting device assigned to the guide device, which is designed to limit a linear movement of the first permanent magnet system along the guide axis, and with a coupling device that is designed to apply force to the second permanent magnet system.

Dabei dienen die Magnetfelder, die von den Speichermagneten des ersten Permanentmagnetsystems und des zweiten Permanentmagnetsystems bereitgestellt werden, für die zeitweilige Speicherung potentieller Energie in dem Magnetfeld zwischen den benachbart angeordneten Speichermagneten. Hierbei ist vorgesehen, dass die Permanentmagnete aufgrund ihrer magnetischen Polung mit einander zugewandten gleichnamigen Polen, als beispielsweise einander gegenüberliegenden Nordpolen oder einander gegenüberliegenden Südpolen, Abstoßungskräfte aufeinander ausüben. In Abhängigkeit von einer Kraft, die längs der Führungsachse über die Koppeleinrichtung auf das zweite Permanentmagnetsystem eingeleitet wird, sowie den magnetischen Eigenschaften der Speichermagnete bestimmt sich ein Abstand zwischen dem ersten Permanentmagnetsystem und dem zweiten Permanentmagnetsystem längs der Führungsachse. Hierbei nimmt der Abstand zwischen den beiden Permanentmagnetsystem mit zunehmender äußerer Kraft ab, wobei aufgrund des reduzierten Abstands zwischen den beiden Permanentmagnetsystem in dem Zwischenraum zwischen den beiden Speichermagneten eine vergrößerte magnetische Flussdichte vorliegt.The magnetic fields provided by the storage magnets of the first permanent magnet system and the second permanent magnet system serve for the temporary storage of potential energy in the magnetic field between the adjacent storage magnets. It is provided here that the permanent magnets exert repulsive forces on one another due to their magnetic polarity with poles of the same name facing one another, for example as opposing north poles or opposing south poles. A distance between the first permanent magnet system and the second permanent magnet system along the guide axis is determined as a function of a force that is applied to the second permanent magnet system along the guide axis via the coupling device, as well as the magnetic properties of the storage magnets. Here, the distance between the two permanent magnet systems decreases with increasing external force, with an increased magnetic flux density being present in the space between the two storage magnets due to the reduced distance between the two permanent magnet systems.

Um ein seitliches Ausweichen der beiden Permanentmagnetsysteme quer zur Führungsachse zu vermeiden, sind jedem der Speichermagnete jeweils mehrere seitlich angebrachte Führungsmagnete zugeordnet, die ihrerseits für eine magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter ausgebildet sind, der der Führungseinrichtung zugeordnet ist. Dieser Supraleiter, bei dem es sich insbesondere um einen Hochtemperatur-Supraleiter des Typs II, insbesondere aus der Legierung Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid, handelt, weist bei geeigneter Temperierung (Abkühlung unter eine materialspezifische Sprungtemperatur des Supraleitermaterials) supraleitende Eigenschaften auf. Diese supraleitenden Eigenschaften ermöglichen es, die wenigstens zwei Permanentmagnetsysteme in einer vorgegebenen lateralen Position quer zur Führungsachse zu halten, während eine Position wenigstens eines der beiden Permanentmagnetsysteme längs der Führungsachse abhängig von der von außen eingeleiteten Kraft ist.In order to avoid sideways evasion of the two permanent magnet systems transversely to the guide axis, each of the storage magnets is assigned several laterally attached guide magnets, which in turn are designed for magnetic interaction with the superconductor assigned to the guide device. This superconductor, which is in particular a high temperature superconductor of type II, in particular from the alloy yttrium-barium-copper-oxide, has superconducting properties with suitable temperature control (cooling below a material-specific transition temperature of the superconductor material). These superconducting properties make it possible to hold the at least two permanent magnet systems in a predetermined lateral position transverse to the guide axis, while a position of at least one of the two permanent magnet systems along the guide axis is dependent on the force introduced from the outside.

Um eine Kraftübertragung zwischen der Koppeleinrichtung, die mit dem zweiten Permanentmagnetsystem gekoppelt ist, und der Führungseinrichtung zu ermöglichen, ist die Führungseinrichtung mit einer Begrenzungseinrichtung versehen, die für eine axiale Bewegungsbegrenzung für das erste Permanentmagnetsystem ausgebildet ist. Die Begrenzungseinrichtung verhindert eine freie Beweglichkeit des ersten Permanentmagnetsystems längs der Führungsachse über eine vorgegebene Position hinaus.In order to enable a power transmission between the coupling device, which is coupled to the second permanent magnet system, and the guide device, the guide device is provided with a limiting device which is designed to limit the axial movement of the first permanent magnet system. The limiting device prevents the first permanent magnet system from moving freely along the guide axis beyond a predetermined position.

Bei einer Einkopplung einer Kraft auf das zweite Permanentmagnetsystem, die zunächst zu einer Veränderung der Position des zweiten Permanentmagnetsystems längs der Führungsachse führt, begrenzt das erste Permanentmagnetsystem aufgrund der magnetischen Wechselwirkung zwischen den mit gleichnamigen Polen der benachbart angeordneten Speichermagnete auftretenden Abstoßungskräften eine weitere Verlagerung des zweiten Permanentmagnetsystems längs der Führungsachse aufgrund des eintretenden Kräftegleichgewichts. Hierbei findet ein Kraftfluss ausgehend von der Koppeleinrichtung über das zweite Permanentmagnetsystem und von dort kontaktlos aufgrund der magnetischen Kopplung mit dem ersten Permanentmagnetsystem sowie der Wechselwirkung zwischen dem ersten Permanentmagnetsystem und der Begrenzungseinrichtung auf die Führungseinrichtung statt.When a force is coupled into the second permanent magnet system, which initially leads to a change in the position of the second permanent magnet system along the guide axis, the first permanent magnet system limits a further displacement of the second permanent magnet system due to the magnetic interaction between the repulsive forces occurring with the same poles of the adjacent storage magnets along the guide axis due to the resulting equilibrium of forces. A flow of force takes place here, starting from the coupling device via the second permanent magnet system and from there contactlessly due to the magnetic coupling with the first permanent magnet system and the interaction between the first permanent magnet system and the limiting device on the guide device.

Dabei ist eine Ausrichtung des ersten Permanentmagnetsystems und des zweiten Permanentmagnetsystems quer zur Führungsachse durch die kontaktlose magnetische Wechselwirkung zwischen den Führungsmagneten und dem Supraleiter gewährleistet. Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass der Supraleiter während eines Abkühlungsvorgangs von einer Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur auf eine Temperatur unterhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur mit einem äußeren Magnetfeld beaufschlagt wird, das derart in einer Beziehung zu den Magnetfeldern der Führungsmagnete steht, dass die Führungsmagnete längs der Führungsachse kraftfrei relativ zum Supraleiter bewegt werden können und in einer Raumrichtung quer zur Führungsachse einen vorgebbaren Abstand gegenüber dem Supraleiter einnehmen. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sowohl die Speichermagnete als auch die Führungsmagnete jeweils als Permanentmagnete ausgebildet sind.An alignment of the first permanent magnet system and the second permanent magnet system transversely to the guide axis is ensured by the contactless magnetic interaction between the guide magnets and the superconductor. In particular, it is provided that the superconductor is exposed to an external magnetic field during a cooling process from a temperature above its material-specific transition temperature to a temperature below its material-specific transition temperature, which is related to the magnetic fields of the guide magnets in such a way that the guide magnets along the guide axis Can be moved force-free relative to the superconductor and occupy a predeterminable distance from the superconductor in a spatial direction transverse to the guide axis. It is preferably provided that both the storage magnets and the guide magnets are each designed as permanent magnets.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Zweckmäßig ist es, wenn der Supraleiter eine Ausnehmung in der Führungseinrichtung zumindest bereichsweise begrenzt. Dabei dient die Ausnehmung in der Führungseinrichtung zur Aufnahme der wenigstens zwei Permanentmagnetsysteme, wobei der Supraleiter zur Gewährleistung einer magnetischen Wechselwirkung mit den Führungsmagneten der beiden Permanentmagnetsystem zum einen mit seiner größten Oberfläche längs der Führungsachse erstreckt ist und zum anderen mit seiner größten Oberfläche die Ausnehmung bereichsweise begrenzt.It is useful if the superconductor delimits a recess in the guide device at least in some areas. The recess in the guide device is used to accommodate the at least two permanent magnet systems, the superconductor extending with its largest surface along the guide axis on the one hand and with its largest surface on the other, delimiting the recess in some areas to ensure magnetic interaction with the guide magnets of the two permanent magnet systems .

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungseinrichtung die Begrenzungseinrichtung umfasst, die als mechanischer Anschlag für das erste Permanentmagnetsystem oder als ein an der Führungseinrichtung festgelegter Speichermagnet ausgebildet ist. Bei einer Ausgestaltung der Begrenzungseinrichtung als mechanischer Anschlag ist beispielhaft vorgesehen, dass eine lineare Bewegung des ersten Permanentmagnetsystems längs der Führungsachse durch einen oder mehrere an der Führungseinrichtung ausgebildete Vorsprünge gebildet wird. Diese Vorsprünge ragen in einen lichten Querschnitt einer für die Bewegung des ersten Permanentmagnetsystems ausgebildeten Ausnehmung hinein und begrenzen damit die Bewegung des ersten Permanentmagnetsystems. Alternativ ist vorgesehen, dass an der Führungseinrichtung ein Speichermagnet festgelegt ist, dessen Magnetfeld entgegengesetzt zum Magnetfeld des Speichermagneten des ersten Permanentmagnetsystems ausgebildet ist. Hierdurch wird eine magnetische Abstoßungswirkung bewirkt, so dass eine veränderliche Bewegungsbegrenzung für das erste Permanentmagnetsystem in Abhängigkeit von der über die Koppeleinrichtung eingeleiteten Kraft verwirklicht wird.In a further development of the invention, it is provided that the guide device comprises the limiting device, which is designed as a mechanical stop for the first permanent magnet system or as a storage magnet fixed on the guide device. In an embodiment of the limiting device as a mechanical stop, it is provided, for example, that a linear movement of the first permanent magnet system along the guide axis is formed by one or more projections formed on the guide device. These projections protrude into a clear cross section of a recess designed for the movement of the first permanent magnet system and thus limit the movement of the first permanent magnet system. Alternatively, it is provided that a storage magnet is fixed on the guide device, the magnetic field of which is opposite to the magnetic field of the storage magnet of the first permanent magnet system. This brings about a magnetic repulsion effect, so that a variable movement limitation for the first permanent magnet system is implemented as a function of the force introduced via the coupling device.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Supraleiter als kreiszylindrische Hülse ausgebildet ist und eine Mittelachse der kreiszylindrischen Hülse parallel zur Führungsachse ausgerichtet ist. Dabei dient eine vom Supraleiter umgebene Ausnehmung zur Aufnahme der wenigstens zwei Permanentmagnetsysteme, die in dieser Ausnehmung längs der Führungsachse beweglich angeordnet werden können. Vorzugsweise ist der Supraleiter auf eine Temperatur unterhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur abgekühlt und wurde während eines Abkühlungsvorgangs mit einem Magnetfeld beaufschlagt, das dem Magnetfeld der Führungsmagnete der Permanentmagnetsysteme entspricht. Ferner ist vorgesehen, dass der Supraleiter während der Abkühlung unter seine Sprungtemperatur mit einer längs der Führungsachse einheitlichen Flussdichteverteilung beaufschlagt wurde, um im Supraleiter eine Ausbildung von Flussschläuchen derart zu bewirken, dass die beiden Permanentmagnetsysteme längs der Führungsachse reibungsfrei bewegt werden können. Durch die hülsenförmige Ausgestaltung des Supraleiters werden die Permanentmagnetsysteme vorzugsweise allseitig in radialer Richtung bezogen auf die Führungsachse geführt, wodurch sichergestellt ist, dass keine unerwünschten radialen Ausweichbewegungen der einzelnen Permanentmagnetsysteme bei einer axialen Krafteinleitung stattfinden.It is preferably provided that the superconductor is designed as a circular cylindrical sleeve and a central axis of the circular cylindrical sleeve is aligned parallel to the guide axis. A recess surrounded by the superconductor serves to accommodate the at least two permanent magnet systems, which can be movably arranged in this recess along the guide axis. The superconductor is preferably cooled to a temperature below its material-specific transition temperature and was subjected to a magnetic field during a cooling process which corresponds to the magnetic field of the guide magnets of the permanent magnet systems. It is also provided that the superconductor during the Cooling below its transition temperature was subjected to a uniform flux density distribution along the guide axis in order to effect the formation of flux tubes in the superconductor in such a way that the two permanent magnet systems can be moved without friction along the guide axis. Due to the sleeve-shaped design of the superconductor, the permanent magnet systems are preferably guided on all sides in the radial direction with respect to the guide axis, which ensures that no undesired radial evasive movements of the individual permanent magnet systems occur when an axial force is introduced.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Führungseinrichtung eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, die thermisch mit einer Außenoberfläche des Supraleiters gekoppelt ist und dass eine Innenoberfläche des Supraleiters mit einer thermischen Isolierung versehen ist. Bei der Kühleinrichtung kann es sich wahlweise um eine passive Kühleinrichtung oder um eine aktive Kühleinrichtung handeln. Eine passive Kühleinrichtung kann beispielsweise durch einen Behälter zur Aufnahme einer Kühlflüssigkeit, insbesondere flüssigem Stickstoff, gebildet werden. Hierbei verdunstet die Kühlflüssigkeit in Abhängigkeit von einem Wärmeeintrag auf die Kühleinrichtung und dem Supraleiter, so dass die Einhaltung einer unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur liegenden Betriebstemperatur für den Supraleiter bis zum Verbrauch des Kühlmittels gewährleistet wird. Alternativ kann die Kühleinrichtung als aktive Kühleinrichtung ausgebildet sein, insbesondere als Stirling-Motor mit elektrischem Antrieb, so dass durch Zufuhr von Energie, insbesondere elektrischer Energie, eine dauerhafte Aufrechterhaltung einer unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur liegenden Betriebstemperatur für den Supraleiter gewährleistet werden kann. Eine Isolation der Innenoberfläche des Supraleiters dient insbesondere dazu, einen Wärmeeintrag auf den, insbesondere vollständig in der Kühleinrichtung aufgenommenen, Supraleiter zu minimieren und bei einer Verwendung des Energiespeichers in einer Umgebung, in der eine übliche Raumtemperatur und eine übliche Luftfeuchtigkeit vorliegen, eine Reifbildung in der Ausnehmung der Führungseinrichtung, die in diesem Fall durch die Innenoberfläche der thermischen Isolierung begrenzt wird, zu verhindern.In an advantageous development of the invention it is provided that the guide device is assigned a cooling device which is thermally coupled to an outer surface of the superconductor and that an inner surface of the superconductor is provided with thermal insulation. The cooling device can optionally be a passive cooling device or an active cooling device. A passive cooling device can be formed, for example, by a container for holding a cooling liquid, in particular liquid nitrogen. Here, the cooling liquid evaporates depending on the heat input to the cooling device and the superconductor, so that an operating temperature below the material-specific transition temperature is maintained for the superconductor until the coolant is used up. Alternatively, the cooling device can be designed as an active cooling device, in particular as a Stirling motor with an electric drive, so that by supplying energy, in particular electrical energy, a permanent maintenance of an operating temperature below the material-specific transition temperature can be guaranteed for the superconductor. Insulation of the inner surface of the superconductor serves in particular to minimize heat input to the superconductor, which is in particular completely absorbed in the cooling device, and, when the energy store is used in an environment in which there is a normal room temperature and normal air humidity, frost formation in the To prevent recess of the guide device, which is limited in this case by the inner surface of the thermal insulation.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Speichermagnet kreisscheibenförmig ausgebildet ist und dass die Führungsmagnete an einer kreiszylindrischen Außenumfangsfläche des Speichermagnets angeordnet sind. Durch die scheibenförmige Ausgestaltung des Speichermagnets, der eine axiale, parallel zur Führungsachse ausgerichtete Magnetisierung aufweist, wird eine homogene Flussdichteverteilung an der kreisförmigen Oberfläche des Speichermagneten, die einer korrespondierenden Oberfläche des benachbart angeordneten Speichermagneten zugewandt ist, gewährleistet. Hierdurch findet bei einer Krafteinleitung auf das zweite Permanentmagnetsystem eine Annäherung zwischen den Speichermagneten der wenigstens zwei Permanentmagnetsysteme statt, ohne dass hieraus störende Kraftkomponenten quer zur Führungsachse auftreten. Die Anordnung der Führungsmagnete an einer kreiszylindrischen Außenumfangsfläche des Speichermagneten gewährleistet aufgrund der unmittelbaren räumlichen Nähe eine vorteilhafte magnetische Kopplung der Führungsmagnete mit dem Supraleiter der Führungseinrichtung. Hierdurch kann mit einem bezogen auf das Volumen des Speichermagneten geringen Volumen für die Führungsmagnete und mit einem geringen Volumen für den kostenintensiven Supraleiter die gewünschte Führungsfunktion durch die Führungseinrichtung gewährleistet werden.It is preferably provided that the storage magnet is designed in the shape of a circular disk and that the guide magnets are arranged on a circular-cylindrical outer circumferential surface of the storage magnet. The disk-shaped design of the storage magnet, which has an axial magnetization aligned parallel to the guide axis, ensures a homogeneous flux density distribution on the circular surface of the storage magnet, which faces a corresponding surface of the adjacent storage magnet. As a result, when a force is applied to the second permanent magnet system, the storage magnets of the at least two permanent magnet systems come closer together without disruptive force components occurring transversely to the guide axis. The arrangement of the guide magnets on a circular cylindrical outer peripheral surface of the storage magnet ensures an advantageous magnetic coupling of the guide magnets with the superconductor of the guide device due to the immediate spatial proximity. As a result, with a small volume for the guide magnets in relation to the volume of the storage magnet and with a small volume for the costly superconductor, the desired guide function can be ensured by the guide device.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Führungsmagnete in einer Halbach-Anordnung angeordnet sind und/oder dass zwischen dem ersten Permanentmagnetsystem und dem zweiten Permanentmagnetsystem wenigstens ein, insbesondere ausschließlich magnetisch mit der Führungseinrichtung und dem ersten und dem zweiten Permanentmagnetsystem gekoppeltes, weiteres Permanentmagnetsystem angeordnet ist. Die Magnetfelder der Führungsmagnete werden in einer Halbach-Anordnung besonders effizient ausgenutzt, da hierbei die Führungsmagnete in einer Weise angeordnet werden, dass ein magnetischer Fluss, der von den Führungsmagneten in radialer Richtung nach außen wirkt und der für die Wechselwirkung mit dem umgebenden Supraleiter vorgesehen ist, maximiert werden kann. Demgegenüber sind magnetische Flüsse in anderen Raumrichtungen reduziert, so dass es nicht zu unerwünschten Wechselwirkungen mit dem Magnetfeld des Speichermagneten oder Magnetfeldern benachbart angeordneter Permanentmagnetsysteme kommt.It is preferably provided that the guide magnets are arranged in a Halbach arrangement and / or that at least one additional permanent magnet system, in particular exclusively magnetically coupled to the guide device and the first and second permanent magnet systems, is arranged between the first permanent magnet system and the second permanent magnet system. The magnetic fields of the guide magnets are used particularly efficiently in a Halbach arrangement, since the guide magnets are arranged in such a way that a magnetic flux that acts from the guide magnets in the radial direction outwards and that is provided for interaction with the surrounding superconductor , can be maximized. In contrast, magnetic fluxes are reduced in other spatial directions, so that there are no undesirable interactions with the magnetic field of the storage magnet or magnetic fields of adjacent permanent magnet systems.

Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass ein weiteres Permanentmagnetsystem zwischen dem ersten und dem zweiten Permanentmagnetsystem angeordnet ist, das frei schwebend zwischen dem ersten und dem zweiten Permanentmagnetsystem aufgenommen ist und somit eine Vergrößerung eines Maximalwegs für eine Relativbewegung des zweiten Permanentmagnetsystems gegenüber dem ersten Permanentmagnetsystem bewirken kann. Hierdurch wird der Energiespeicher in die Lage versetzt, eine größere Menge an potentieller Energie zu speichern, die mit der in den Energiespeicher eingebrachten Arbeit als Produkt aus Kraft mal Weg gleichzusetzen ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das weitere Permanentmagnetsystem einen identischen Speichermagneten wie das erste Permanentmagnetsystem und das zweite Permanentmagnetsystem aufweist, alternativ ist der Speichermagnet des wenigstens einen weiteren Permanentmagnetsystems abweichend, also größer oder kleiner als die Speichermagnete der ersten und zweiten Permanentmagnetsystem ausgebildet, um eine Einflussnahme auf eine Kraft-Weg-Kennlinie (z.B. progressiv oder degressiv) des Energiespeichers zu ermöglichen.In addition or as an alternative, it is provided that a further permanent magnet system is arranged between the first and the second permanent magnet system, which is accommodated in a freely floating manner between the first and the second permanent magnet system and can thus increase a maximum path for a relative movement of the second permanent magnet system with respect to the first permanent magnet system . This enables the energy store to store a larger amount of potential energy, which is to be equated with the work put into the energy store as the product of force times distance. It can be provided that the further permanent magnet system has an identical storage magnet as the first permanent magnet system and the second permanent magnet system, alternatively the storage magnet of the at least one further one Deviating permanent magnet system, ie larger or smaller than the storage magnets of the first and second permanent magnet systems, in order to enable an influence on a force-displacement characteristic (eg progressive or degressive) of the energy store.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Supraleiter wenigstens eine linear längs der Führungsachse ausgerichtete Magnetfeldprägung für eine lineare Führung des ersten Permanentmagnetsystems und des zweiten Permanentmagnetsystems aufweist. Die Magnetfeldprägung des Supraleiters wird während der Abkühlung des Supraleiters von einer Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur auf eine Temperatur unterhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur durch Einwirkung eines externen Magnetfelds eingebracht. Dieses externe Magnetfeld kann beispielsweise von einem aus Permanentmagneten aufgebauten Programmiermagneten bereitgestellt werden, der während der Abkühlung in die Ausnehmung der Führungseinrichtung eingebracht wird. Exemplarisch ist vorgesehen, dass der Programmiermagnet aus mehreren, entsprechend der Anordnung der Führungsmagnete aufgeteilten und in radialer Richtung magnetisierten Permanentmagneten aufgebaut ist. Vorzugsweise weisen diese Permanentmagnete eine bezogen auf die Mittelachse des Programmiermagneten gleichverteilte, kreissegmentförmige oder kreisringsegmentförmige Profilierung längs der Führungsachse auf.It is preferably provided that the superconductor has at least one magnetic field imprinting linearly aligned along the guide axis for linear guidance of the first permanent magnet system and the second permanent magnet system. The magnetic field imprint of the superconductor is introduced during the cooling of the superconductor from a temperature above its material-specific transition temperature to a temperature below its material-specific transition temperature by the action of an external magnetic field. This external magnetic field can be provided, for example, by a programming magnet made up of permanent magnets, which is introduced into the recess of the guide device during cooling. As an example, it is provided that the programming magnet is made up of several permanent magnets that are divided according to the arrangement of the guide magnets and magnetized in the radial direction. These permanent magnets preferably have a circular segment-shaped or circular ring segment-shaped profile along the guide axis which is uniformly distributed with respect to the central axis of the programming magnet.

Bei einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Supraleiter eine wendelförmig ausgebildete Magnetfeldprägung aufweist, wobei eine Wendelachse koaxial zur Führungsachse ausgerichtet ist, um eine Schraubbewegung für das erste Permanentmagnetsystem und das zweite Permanentmagnetsystem zu ermöglichen. Bei dieser Ausgestaltung des Energiespeichers ist vorgesehen, dass über die Koppeleinrichtung eine Drehbewegung mit einem Drehmoment auf das zweite Permanentmagnetsystem gekoppelt wird, das zu einer Drehbewegung des zweiten Permanentmagnetsystems um die Führungsachse führt, wobei diese Drehbewegung aufgrund der wendelförmig ausgebildeten Magnetfeldprägung des Supraleiters zu einer Schraubbewegung für das zweite Permanentmagnetsystem führt, wodurch dieses sich an das erste Permanentmagnetsystem annähert und hierdurch die gewünschte Energiespeicherung im Magnetfeld der beiden Permanentmagnetsysteme erfolgt. Vorzugsweise ist eine Steigung der wendelförmigen Magnetfeldprägung des Supraleiters derart ausgewählt, dass eine Selbsthemmung für eine Schraubbewegung der Permanentmagnetsysteme verhindert wird.In an alternative embodiment of the invention, it is provided that the superconductor has a helical magnetic field embossing, a helical axis being aligned coaxially to the guide axis in order to enable a screwing movement for the first permanent magnet system and the second permanent magnet system. In this embodiment of the energy store, it is provided that a rotary movement with a torque is coupled to the second permanent magnet system via the coupling device, which leads to a rotary movement of the second permanent magnet system around the guide axis, this rotary movement resulting in a screwing movement due to the helical magnetic field imprint of the superconductor the second permanent magnet system leads, whereby it approaches the first permanent magnet system and thereby the desired energy storage takes place in the magnetic field of the two permanent magnet systems. A slope of the helical magnetic field imprint of the superconductor is preferably selected in such a way that self-locking for a screwing movement of the permanent magnet systems is prevented.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Führungsmagnete quer zur Führungsachse magnetisiert sind. Hierdurch wird eine vorteilhafte magnetische Wechselwirkung mit dem Supraleiter, der die Ausnehmung der Führungseinrichtung zumindest teilweise begrenzt, gewährleistet.It is preferably provided that the guide magnets are magnetized transversely to the guide axis. This ensures an advantageous magnetic interaction with the superconductor, which at least partially delimits the recess of the guide device.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:

1 eine geschnittene Vorderansicht eines Energiespeichers mit einem Supraleiter, der in einer Kühleinrichtung aufgenommen ist, und mit mehreren Permanentmagnetsystemen,
2 eine Schnittdarstellung des Energiespeichers gemäß der 1,
3 eine Vorderansicht eines kreiszylindrisch ausgebildeten Programmiermagneten zur Verwendung mit dem Energiespeicher gemäß den 1 und 2, und
4 eine vergrößerte Draufsicht auf ein Permanentmagnetsystem.

An advantageous embodiment of the invention is shown in the drawing. Here shows:

1 a sectional front view of an energy store with a superconductor, which is accommodated in a cooling device, and with several permanent magnet systems,
2 a sectional view of the energy store according to FIG 1 ,
3 a front view of a circular cylindrical programming magnet for use with the energy store according to FIG 1 and 2 , and
4th an enlarged plan view of a permanent magnet system.

Ein in den 1 und 2 dargestellter Energiespeicher 1 ist zur zeitweiligen Speicherung potentieller Energie ausgebildet und umfasst hierzu eine Speicheranordnung 2, die für eine kontaktlose Speicherung der potentiellen Energie in Magnetfeldern ausgebildet ist, sowie eine Führungseinrichtung 3, die für eine reibungsfreie Führung der Speicheranordnung 2 ausgebildet ist.One in the 1 and 2 shown energy storage 1 is designed for the temporary storage of potential energy and comprises a storage arrangement for this purpose 2 , which is designed for a contactless storage of the potential energy in magnetic fields, as well as a guide device 3 necessary for a smooth operation of the storage arrangement 2 is trained.

Beispielhaft ist vorgesehen, dass der Energiespeicher 1 einem nicht näher dargestellten Schwenkhebel einer ebenfalls nicht dargestellten Fördereinrichtung zur Förderung von nicht gezeigten Gegenständen zugeordnet ist. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Führungseinrichtung 3 an einem nicht dargestellten Maschinengestell festgelegt ist und eine als Koppelstange 4 ausgebildete Koppeleinrichtung an dem nicht dargestellten Schwenkarm anliegt und bei einer Schwenkbewegung des Schwenkarms eine Lageänderung längs einer Führungsachse 5 erfährt. Wird beispielsweise eine durch den Kraftpfeil 6 repräsentierte Druckkraft auf die Koppelstange 4 ausgeübt, so findet eine Linearbewegung des mit der Koppelstange 4 verbundenen zweiten Permanentmagnetsystems 11 statt, wodurch es zu einer Annäherungsbewegung des zweiten Permanentmagnetsystems 11 und eines dritten Permanentmagnetsystems 10, eines vierten Permanentmagnetsystems 9 und eines fünften Permanentmagnetsystems 8 an ein erstes Permanentmagnetsystem 7 kommt.It is provided, for example, that the energy store 1 is assigned to a pivot lever, not shown, of a conveyor, also not shown, for conveying objects, not shown. It can be provided here that the guide device 3 is fixed on a machine frame, not shown, and one as a coupling rod 4th trained coupling device rests on the pivot arm, not shown, and a change in position along a guide axis during a pivot movement of the pivot arm 5 learns. For example, it becomes one through the power arrow 6th represented pressure force on the coupling rod 4th exercised, a linear movement of the with the coupling rod takes place 4th connected second permanent magnet system 11 instead, causing the second permanent magnet system to move closer together 11 and a third permanent magnet system 10 , a fourth permanent magnet system 9 and a fifth permanent magnet system 8th to a first permanent magnet system 7th comes.

Hierbei wird rein exemplarisch davon ausgegangen, dass die Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 jeweils identisch ausgebildet sind, so dass auch die zwischen den Permanentmagnetsystemen 7 bis 11 wirkenden Magnetkräfte jeweils gleich sind und damit auch Abstände 15, 16, 17 und 18 zwischen den Permanentmagnetsystem 7 bis 11 jeweils zumindest im Wesentlichen gleich sind. Beispielhaft ist vorgesehen, dass jedes der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 die gleiche, in der 4 schematisch dargestellte Kombination aus einem Speichermagnet 20 und an einer radial außen liegenden Umfangsoberfläche 21 des Speichermagneten 20 angeordnete, jeweils kreisringabschnittsförmig ausgebildete Führungsmagnete 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29 umfasst. Dabei ist der Speichermagnet 20 kreisscheibenförmig mit einer axialen Magnetisierung ausgebildet, wie dies in der 1 durch die jeweiligen Richtungspfeile 30 und in der 4 durch das symbolisch dargestellte Pfeilende 31 gezeigt ist. Wie aus der Darstellung der 1 entnommen werden kann, sind die Magnetisierungsrichtungen der Speichermagnete 20 der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 jeweils in entgegengesetzter Richtung zueinander angeordnet, um eine möglichst vorteilhafte Abstoßung zwischen den einzelnen Speichermagneten 20 der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 zu gewährleisten.It is assumed here purely by way of example that the permanent magnet systems 7th to 11 are each designed identically, so that between the permanent magnet systems 7th to 11 acting magnetic forces are each the same and thus also the distances 15th , 16 , 17th and 18th between Permanent magnet system 7th to 11 are each at least substantially the same. It is provided by way of example that each of the permanent magnet systems 7th to 11 the same in the 4th schematically shown combination of a storage magnet 20th and on a radially outer circumferential surface 21 of the storage magnet 20th arranged, each formed in the shape of a circular ring segment 22nd , 23 , 24 , 25th , 26th , 27 , 28 , 29 includes. The storage magnet is here 20th circular disk-shaped with an axial magnetization, as shown in FIG 1 by the respective direction arrows 30th and in the 4th by the symbolically represented arrow end 31 is shown. As from the representation of the 1 can be seen are the magnetization directions of the storage magnets 20th of permanent magnet systems 7th to 11 each arranged in opposite directions to one another in order to achieve the most advantageous possible repulsion between the individual storage magnets 20th of permanent magnet systems 7th to 11 to guarantee.

Um ferner eine reibungsarme Lagerung der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 gegenüber der Führungseinrichtung 3 zu gewährleisten, ist eine magnetische Wechselwirkung der Führungsmagnete 22 bis 29 gegenüber der Führungseinrichtung 3 vorgesehen. Hierzu umfasst die Führungseinrichtung 3 rein exemplarisch einen kreishülsenförmig ausgebildeten Supraleiter 40, der aus einem Material (z.B. YBCO) hergestellt ist, das bei Unterschreitung einer materialspezifischen Sprungtemperatur supraleitende Eigenschaften aufweist. Rein exemplarisch ist vorgesehen, dass der Supraleiter 40 aus Yttrium-Barium-Kupfer-Oxid-Material hergestellt ist, sich mit seiner größten, exemplarisch kreiszylindrisch ausgebildeten, Oberfläche 45 längs der Führungsachse 5 erstreckt und zur Erlangung seiner supraleitenden Eigenschaften unterhalb einer Temperatur von ca. 92 Kelvin (minus 181,15 Grad) gekühlt werden muss. Der Supraleiter 40 ist in einem kreisringförmig ausgebildeten Kühlbehälter 41 der Führungseinrichtung 3 aufgenommen, der einen kreisringförmig ausgebildeten Hohlraum 42 aufweist. Der Hohlraum 42 ist vorzugsweise evakuiert, also weitestgehend luftleer, um eine möglichst geringe Wärmekopplung zwischen einer Umgebung des Energiespeichers 1 und dem Supraleiter 40 zu gewährleisten.Furthermore, a low-friction mounting of the permanent magnet systems 7th to 11 opposite the guide device 3 a magnetic interaction of the guide magnets is to be ensured 22nd to 29 opposite the guide device 3 intended. For this purpose, the guide device includes 3 purely by way of example a superconductor designed in the shape of a circular sleeve 40 made of a material (e.g. YBCO) that exhibits superconducting properties when the temperature falls below a material-specific transition temperature. Purely by way of example it is provided that the superconductor 40 is made of yttrium-barium-copper-oxide material, with its largest, exemplarily circular cylindrical surface 45 along the guide axis 5 extends and must be cooled below a temperature of approx. 92 Kelvin (minus 181.15 degrees) in order to achieve its superconducting properties. The superconductor 40 is in a circular cooling container 41 the guide device 3 added, which has a circular ring-shaped cavity 42 having. The cavity 42 is preferably evacuated, that is to say largely evacuated, in order to minimize the heat coupling between an environment of the energy store 1 and the superconductor 40 to guarantee.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Supraleiter 40 in nicht näher dargestellter Weise mit einem Kühlfinger eines ebenfalls nicht dargestellten Kühlaggregats, insbesondere eines Stirling-Motors, verbunden ist, der in diesem Fall als Wärmesenke betrieben wird, um den Supraleiter 40 auf einer Temperatur unterhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur zu halten. Eine kreishülsenförmig ausgebildete Innenwand 43 des Kühlbehälters 41 ist koaxial zum Supraleiter 40 angeordnet und begrenzt eine Innenausnehmung 44 der Führungseinrichtung 3, wobei die Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 in der Ausnehmung 44 angeordnet sind. Ferner dient ein Bodenbereich 46 des Kühlbehälters als Begrenzungseinrichtung für eine rein exemplarisch mechanisch wirkende Bewegungsbegrenzung für das zweite Permanentmagnetsystem 11.Furthermore, it is preferably provided that the superconductor 40 is connected in a manner not shown to a cold finger of a cooling unit, also not shown, in particular a Stirling engine, which in this case is operated as a heat sink around the superconductor 40 to keep at a temperature below its material-specific transition temperature. A circular sleeve-shaped inner wall 43 of the cooling container 41 is coaxial with the superconductor 40 arranged and delimits an inner recess 44 the guide device 3 , the permanent magnet systems 7th to 11 in the recess 44 are arranged. A floor area is also used 46 of the cooling container as a limiting device for a purely exemplary mechanical movement limitation for the second permanent magnet system 11 .

Um die kontaktlose Lagerung der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 in der Innenausnehmung 44 der Führungseinrichtung 3 zu gewährleisten, ist der Supraleiter 40 während einer Abkühlung unter seine materialspezifische Sprungtemperatur mit einer zeichnerisch nicht darstellbaren Magnetfeldprägung versehen worden, die durch Verwendung des in der 3 dargestellten Programmiermagneten 50 erzeugt wurde. Hierzu wird der Programmiermagnet 50 anstelle der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 in die Innenausnehmung 44 des Kühlbehälters 41 zu einem Zeitpunkt eingeschoben, zu dem der Supraleiter 40 eine Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur aufweist. Hierdurch wird der Supraleiter 40 mit den Magnetfeldern der in gleicher Weise wie die Führungsmagnete 22 bis 29 magnetisierten Permanentmagnetleisten 51, die sich vorzugsweise über die gesamte Längserstreckung der Innenausnehmung 44 erstrecken, beaufschlagt. Somit findet während der Abkühlung des Supraleiters 40 unter seine materialspezifische Sprungtemperatur eine Ausbildung von sogenannten Flussschläuchen im Supraleiter 40 statt, dieser Vorgang wird auch als „Pinning“ bezeichnet.About the contactless storage of the permanent magnet systems 7th to 11 in the inner recess 44 the guide device 3 to ensure is the superconductor 40 while cooling below its material-specific transition temperature has been provided with a graphically non-representable magnetic field embossing, which is achieved by using the in the 3 programming magnet shown 50 was generated. The programming magnet is used for this 50 instead of permanent magnet systems 7th to 11 into the inner recess 44 of the cooling container 41 inserted at a time when the superconductor 40 has a temperature above its material-specific transition temperature. This becomes the superconductor 40 with the magnetic fields in the same way as the guide magnets 22nd to 29 magnetized permanent magnet strips 51 , which preferably extends over the entire longitudinal extent of the inner recess 44 extend, acted upon. Thus takes place during the cooling of the superconductor 40 below its material-specific transition temperature, the formation of so-called flow tubes in the superconductor 40 instead, this process is also known as "pinning".

Diese Flussschläuche, die auch als verlustfreie Wirbelstromfelder im Supraleiter 40 angesehen werden können, wirken einer Veränderung eines von außen aufgebrachten Magnetfelds entgegen, sofern dieses Magnetfeld von dem Magnetfeld des Programmiermagneten abweicht. Da die Führungsmagnete 22 bis 29 in gleicher Weise wie die Permanentmagnetleisten 51 des Programmiermagneten 50 magnetisiert sind, jedoch in Richtung der Führungsachse 5 eine geringere Ausdehnung haben, können die Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 längs der Führungsachse 5 reibungsfrei relativ zum Supraleiter 40 bewegt werden. Hingegen werden Bewegungen der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 quer zur Führungsachse 5 durch die magnetische Wechselwirkung zwischen dem Supraleiter 40 und den Führungsmagnete 22 bis 29 verhindert.These flux tubes, which also act as lossless eddy current fields in the superconductor 40 can be viewed counteract a change in an externally applied magnetic field, provided that this magnetic field deviates from the magnetic field of the programming magnet. As the guide magnets 22nd to 29 in the same way as the permanent magnet strips 51 the programming magnet 50 are magnetized, but in the direction of the guide axis 5 The permanent magnet systems can have a smaller dimension 7th to 11 along the guide axis 5 frictionless relative to the superconductor 40 be moved. On the other hand, movements of the permanent magnet systems 7th to 11 across the guide axis 5 by the magnetic interaction between the superconductor 40 and the guide magnet 22nd to 29 prevented.

Durch die Ausnutzung dieser Eigenschaften des Supraleiters 40 kann eine reibungsfreie Lagerung der Permanentmagnetsysteme 7 bis 11 erreicht werden, ohne dass hierfür eine aufwändige Positionsregelung erforderlich wäre, wie dies beispielsweise bei einer Magnetlagerung unter Verwendung von elektrischen Magnetspulen der Fall ist. Vielmehr ist es ausreichend, die Kühlenergie für die Aufrechterhaltung der unterhalb der materialspezifischen Sprungtemperatur liegenden Betriebstemperatur des Supraleiters 40 zur Verfügung zu stellen, um dessen Erwärmung auf eine Temperatur oberhalb seiner materialspezifischen Sprungtemperatur zu verhindern.By taking advantage of these properties of the superconductor 40 can be a frictionless mounting of the permanent magnet systems 7th to 11 can be achieved without the need for complex position control, as is the case, for example, with magnetic bearings using electrical magnetic coils. Rather, it is sufficient to use the cooling energy to maintain the operating temperature of the superconductor, which is below the material-specific transition temperature 40 to make available in order to prevent its heating to a temperature above its material-specific transition temperature.

Wie aus der Darstellung der 4 entnommen werden kann, sind die Führungsmagnete 22 bis 29 in einer Halbach-Anordnung magnetisiert, um in radial nach außen gerichteter Ausrichtung eine möglichst hohe magnetische Feldstärke bereitstellen zu können, während in anderen Raumrichtungen eine demgegenüber deutlich niedrigere magnetische Feldstärke bereitgestellt wird.As from the representation of the 4th are the guide magnets 22nd to 29 magnetized in a Halbach arrangement in order to be able to provide as high a magnetic field strength as possible in a radially outward orientation, while a significantly lower magnetic field strength is provided in other spatial directions.

Claims

Energy storage device for storing potential energy with a storage arrangement (2) which has a first permanent magnet system (7), a second permanent magnet system (11) and a guide device (3) for guiding the first permanent magnet system (7) and / or the second permanent magnet system (11) along a guide axis (5), the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11) each having a storage magnet (20) magnetized axially along the guide axis (5) and a plurality of guide magnets (22 to 29) attached to the side of the storage magnet (20) ), wherein the guide device (3) comprises at least one superconductor (40) which extends with a largest surface (45) along the guide axis (5) and which is designed for magnetic interaction with at least one of the guide magnets (22 to 29) is to a contactless guidance of the first permanent magnet system (7) and / or the second permanent magnet system (11) to g Ensure and with the same named poles of adjacently arranged storage magnets (20) facing each other, as well as with a limiting device (46) assigned to the guide device (3), which is designed to limit a linear movement of the first permanent magnet system (7) along the guide axis (5) and with a coupling device (4) which is designed to apply force to the second permanent magnet system (11).

Energy storage after Claim 1 , characterized in that the superconductor (40) delimits a recess (44) in the guide device (3) at least regionally.

Energy storage after Claim 1 or 2 , characterized in that the guide device (3) comprises the limiting device (46) which is designed as a mechanical stop for the first permanent magnet system (7) or as a storage magnet fixed on the guide device (3).

Energy storage after Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that the superconductor (40) is designed as a circular cylindrical sleeve and a central axis of the circular cylindrical sleeve is aligned parallel to the guide axis (5).

Energy storage after Claim 1 , 2 , 3 or 4th , characterized in that the guide device (3) is assigned a cooling device which is thermally coupled to an outer surface of the superconductor (40) and that an inner surface of the superconductor (40) is provided with thermal insulation (43).

Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the storage magnet (20) is designed in the shape of a circular disk and that the guide magnets (22 to 29) are arranged on a circular-cylindrical outer peripheral surface (21) of the storage magnet (20).

Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the guide magnets (22 to 29) are arranged in a Halbach arrangement and / or that at least one, in particular exclusively magnetic, between the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11) the guide device (3), the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11) coupled, further permanent magnet system (8, 9, 10) is arranged.

Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the superconductor (40) has at least one magnetic field imprinting linearly along the guide axis (5) for linear guidance of the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11).

Energy storage according to one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the superconductor (40) has a helical magnetic field embossing, a helical axis being aligned coaxially to the guide axis (5) in order to enable a screwing movement for the first permanent magnet system (7) and the second permanent magnet system (11).

Energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the guide magnets (22 to 29) are magnetized transversely to the guide axis.