DE69126210T2

DE69126210T2 - Supraleitende magnetlager für hohe temperaturen

Info

Publication number: DE69126210T2
Application number: DE69126210T
Authority: DE
Inventors: Wei-Kan Chu; Chase Mcmichael
Original assignee: University of Houston
Current assignee: University of Houston
Priority date: 1990-12-04
Filing date: 1991-12-04
Publication date: 1998-01-08
Anticipated expiration: 2011-12-05
Also published as: JPH06503703A; WO1992010871A1; ATE153484T1; US5177387A; DE69126210D1; EP0559839B1; AU9178991A; EP0559839A4; EP0559839A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft neuartige magnetische Hängelager und insbesondere Lager, welche die Interaktion von Permanentmagneten mit supraleitfähigem Hochtemperaturmaterial nutzen.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Herkömmliche mechanische Lager, die in Verbindung mit hochdrehenden Geräten verwendet werden, sind Problemen aufgrund von Metallverschleiß, Lärmerzeugung, Vibrationen und Reibewärme ausgesetzt. Diese Probleme können oft zu einem Blockieren oder einem anderen Defekt des Lagers führen. Darüber hinaus erfordern mechanische Lager oft Schmiermittel, welche unter harten Einsatzbedingungen versagen, wie zum Beispiel solchen, die häufig im Weltraum anzutreffen sind. Das Versagen herkömmlicher flüssiger Schmiermittel im Weltraum ist auf die Unterdruckbedingungen zurückzuführen, welche dazu führen, daß sich die Schmiermittel entgasen, wodurch die Lagerflächen trocken werden, was schließlich zu einem Defekt der Lager führt.
Als Ergebnis dieser und anderer Mängel wird mit Nachdruck an der Entwicklung von Alternativen zu mechanischen Lagern gearbeitet. So wurde zum Beispiel daran gearbeitet, wirksamere Luftlager sowie auch magnetische Hängelager zu entwickeln.
Ein Problem bei den Luftlagern besteht darin, daß sie für den Betrieb ein vollständig pneumatisches System einschließlich Pumpen, Ventilen, Dichtungen und Leitungen benötigen. Ein weiterer Nachteil der Luftlager besteht darin, daß sie zu einem fortwährenden Energieverlust führen. So würde zum Beispiel ein Hochgeschwindigkeits-Kryokühlsystem bei Weltraumanwendungen einen 10-20-%igen Energieverlust aufgrund von Lagerreibungsverlusten aufweisen. Selbst in Nicht-Weltraum-Anwendungen erhöht die Verwendung eines Luftsystems die Kosten, die Größe und das Gewicht einer Lagerbaugruppe wesentlich und führt zu verschiedenen Problemen bei der Zuverlässigkeit, die normalerweise mit pneumatischen Systemkomponenten im Zusammenhang stehen.
Luftlager selbst sind aufgrund der geringen Toleranzen, die im Bereich von (0,025 mm) (einem Zehntausendstel Zoll) liegen, schwierig herzustellen und somit teuer. Des weiteren sind Luftlager äußerst empfindlich gegen Verunreinigungen. Ein nur (0,1 mm) (vier Zehntausendstel Zoll) kleines Staubpartikel kann in die Luftspalten eindringen und Poren des Graphit oder einer anderen Diffusionsbeschichtung verstopfen.
Es wurden magnetisch aufgehängte Lager entwickelt. Sie sind im allgemeinen instabil und erfordern für ihre Funktionsfähigkeit Steuervorrichtungen, wie zum Beispiel rasch handelnde Rückmeldungssteuersysteme, um Abweichungen vom Sollpunkt zu kompensieren. Bis vor kurzem gab es bei magnetischen Lagern zwei Arten - entweder Permanentmagnete oder Elektromagnete.
Die Verwendung von Permanentmagneten ist auf Anwendungen beschränkt, bei denen sehr geringe Kräfte angemessen sind. Elektromagnete, die eine wesentlich stärkere magnetische Kraft liefern können als vergleichbare Permanentmagnete, sind viel bequemer in der Anwendung und werden somit zur Verwendung im Zusammenhang mit Rückmelde-Steuersystemen bevorzugt. Die Verwendung von Elektromagneten erhöht jedoch die Kosten, die Größe und die Betriebskomplexität des Systems beträchtlich.
Es wurde jahrelang angenommen, daß Magnetfelder stark mit supraleitfähigen Materialien interagieren. Neueste Forschungsergebnisse haben zu der Entdeckung von "supraleitfähigen Hochtemperaturstoffen" ('high temperature superconducting', kurz HTS genannt) geführt. HTS-Stoffe sind solche Stoffe, die bei und unterhalb einer kritischen Temperatur, Tc, welche über dem Siedepunkt von Stickstoff liegt, supraleitfähig sind.
Da sie bei Temperaturen von mehr als 77ºK supraleitfähig sind, können die neuen CuO-Hochtemperatursupraleiter mit flüssigem Stickstoff gekühlt werden, der ein wesentlich kostengünstigeres Kühlmittel darstellt als Hehum. Als Ergebnis dessen werden die sehr komplexe Wärmeisolierung sowie die Hehumumlaufsysteme, die notwendig sind, um einen Verlust des für das bis jetzt bekannte supraleitfähige Niedertemperaturmaterial notwendigen teuren Heliumkühlmittels zu verhindern, nunmehr überflüssig. Die YBaCuO-HTS- Stoffe vereinfachen und verbessern die Zuverlässigkeit kommerzieller Anwendungen von Supraleitern. Flüssiger Stickstoff ist etwa 2000 Mal kosteneffizienter, wenn man sowohl das Kühlmittel selbst als auch die damit in Verbindung stehende Kühlgerätekonstruktion berücksichtigt.
Magnetfelder zur Verwendung als Lager wurden im US-Patent Nr. 3.810.683 offenbart. Die Verwendung von Supraleitern zur Halterung von Lagern wurde im US-Patent Nr. 3.378.315 gelehrt, wobei supraleitfähiges Material für ein Spindellager entweder mit Permanentmagneten oder Elektromagneten verwendet wird, welche das tragende Magnetfeld erzeugen. Das US-Patent Nr. 3.026.151 zeigt Supraleiterlager, bei denen die Stellerspulen ebenso aus supraleitfähigen Materialien hergestellt sind.
Die jüngsten Fortschritte bei supraleitfähigen Materialien und die parallelen Fortschritte auf dem Gebiet der Permanentmagneten haben es möglich gemacht, auf ökonomische und wirksame Weise ein supraleitfähiges Element mit einem magnetischen Element zu koppeln, um hochwirksame und relativ kostengünstige Lager zu erzeugen.
Bei den supraleitfähigen Materialien gibt es zwei grundlegende Typen, welche als Typ I und Typ II bezeichnet werden. In der Vergangenheit wurden Anstrengungen unternommen, um die Magnetlagertechnologie zu verbessern, indem entweder das Lagerelement oder das Drehelement oder beide in einem supraleitenden Zustand des Typs I gehalten wurden, um einen ausreichend hohen Magnetdruck zu erzielen, um den gewünschten Schwebegrad zu schaffen. Im Gegensatz zu den Supraleitern des Typs II sind Supraleiter des Typs I nicht in der Lage, eine Aufhängung zu bewirken.
Supraleiter des Typs I besitzen einen perfekten Diamagnetismus bis zu einem kritischen, angelegten Feld, wobei an diesem Punkt die Supraleitfähigkeit verlorengeht und die Magnetisierung der Probe abrupt ansteigt. Beispiele für supraleitfähige Lager aus Typ-I-Materialien sind in den US- Patenten Nr. 3.493.274 und 3.026.151 zu finden. Um in diesen Systemen Stabilität zu erzielen, müssen die Lagerstrukturen entweder auf einer mechanischen Drehhalterung ruhen, oder sie müssen Supraleiter verwenden, die so geformt sind, daß sie eine seitlich stabile Konfiguration ermöglichen.
Die jüngsten Entdeckungen bei Hochtemperatur-Supraleitern umfassen Typ-II-Materialien. Während ein Typ-I-Supraleiter magnetischen Induktionsfluß vollständig von seinem Inneren femhält, bewirkt ein als Diamagnetismus bekanntes Phänomen, daß Typ-II-Supraleiter eine bestimmte Menge an magnetischem Induktionsfluß in das Materialinnere gestatten, was zusätzlich zu dem Schwebeeffekt auch zu einem Aufhängeeffekt führt. Unter derartigen Umständen werden umlaufende supraleitfähige Ströme innerhalb des Supraleiters erzeugt.
Ein typisches Beispiel für ein System mit einer Kombination aus Typ-II-Supraleitern und Permanentmagneten wird im US-Patent Nr. 4.886.778 offenbart, welches eine sich drehende Welle mit zwei Enden offenbart, von denen ein jedes einen Permanentmagneten enthält und sich in einer Sockelhülle aus supraleitfähigem Material dreht. Die Welle ist so hergestellt, daß sie durch die Repulsionskräfte, welche zwischen den Magneten und den Supraleitern vorhanden sind, über den Sockeln schwebt. Die Aufnahme der Supraleiter in die Lagerkonstruktion bietet die Möglichkeit, die Lager vollkommen passiv zu machen. Die im US-Patent Nr. 4.886.778 offenbarte Konstruktion besitzt die Möglichkeit, sehr hohe Drehgeschwindigkeiten zu erreichen, welche höher als zehntausend U/Min. sind. Die Interaktion zwischen dem sich drehenden magnetischen Achsenelement und seiner stationären supraleitenden Halterung findet über einen Spalt statt, der von einem starken Magnetfeld durchdrungen wird, welches von Permanentmagneten ausgeht, die in das Drehelement eingebettet sind.
Eine Schwierigkeit bei dieser und ähnlichen Konfigurationen besteht im Vorhandensein von einzelnen Dipolen, welche fixierte Magnetfelder besitzen, die eine natürliche Asymmetrie aufweisen. Asymmetrie innerhalb einer Magnetfeldverteilung erzeugt einen Widerstand oder eine trockene Reibung am Drehelement und erhöht die Energieverluste. Fortwährender Widerstand wird von den Schwankungen der Magnetfeldintensität innerhalb des supraleitenden Elementes erzeugt, was zu Energieverlusten innerhalb des Supraleiters führt.
Die im US-Patent Nr. 4.886.778 offenbarte Konstruktion besitzt eine Anzahl von supraleitenden Sockeln, welche einen Dipol-Permanentmagneten durch die Repulsionskraft tragen, die zwischen dem Permanentmagnet und dem Supraleiter vorhanden ist. Die Repulsionskraft zwischen dem Magnet und dem Supraleiter hängt von der Intensität des Magnetfeldes sowie dem Gradienten des Feldes ab. Der Gradient steht in einer Beziehung zur Geschwindigkeit der Änderung sowohl der Größe als auch der Richtung des Magnetfeldes von einem Punkt zum anderen im Spalt zwischen dem Magnet und dem Supraleiter.
Je stärker das Magnetfeld, umso höher die Penetration des magnetischen Induktionsflusses in den Supraleiter. Wenngleich eine derartige erhöhte Penetration wünschenswert ist, um eine höhere magnetische Steifigkeit und Stabilität zu erzielen, ist eine erhöhte Penetration bei Vorhandensein einer Asymmetrie unerwünscht. Eine Kombination aus Asymmetrie und hoher Penetration des magnetischen Induktionsflusses führt zu einer erhöhten Drehreibung und Energiedissipation. Die Wirksamkeit des Lagers wird durch Verwendung eines Magnetfeldes mit einem hohen Gradienten und einem stärkeren Magnetfeld erhöht, wobei diese beiden die magnetische Steifigkeit zwischen dem Magnetelement und dem Supraleiterelement erhöht.
Ein weiteres Magnetlager ist aus JP-A-295 019 bekannt. Dieses zuvor bekannte Lager verhindert die Wellenvibration ohne Erzeugung von Wärme oder Bremsdrehmomenten, wobei sich die Repulsionskraft des Meissner-Effektes zwischen der aus einem supraleitenden Körper hergestellten Platte, welche an einer Drehwelle befestigt ist, und der an einem Gehäuse befestigten Magnetgruppe durch Gegenüberstellung dieser beiden Flächen befindet. Dieses zuvor bekannte Lager besteht aus Platten, die aus supraleitenden Körpern hergestellt sind, welche vertikal an einer Drehwelle daran befestigt sind. Die beiden jeweiligen Flächen liegen einander gegenüber, und die Magneten, welche das Magnetfeld in den Dickenrichtungen der Platten oder in der einander entgegengesetzten Richtung bilden, sind an einem Gehäuse befestigt. In der Folge wird eine kontaktlose Halterung mit der durch den Meissner-Effekt erzeugten Repulsionskraft ermöglicht, die Erzeugung von Wärme und Bremsdrehmomenten durch einen Wirbelstrom wird verhindert, der Drehzustand wird stabilisiert und eine Wellenvibration kann eingeschränkt werden.
WO 90/03524 offenbart ein Lagersystem, welches ein Supraleiter-Lager und einen magnetischen Rotor umfaßt, der eine Last tragen kann. Ein weiterer Supraleiter-Drehsatz ist aus US-A-4.939.120 bekannt, der einen schwimmenden, nicht gehaltenen und stabilen Rotor umfaßt. Diese zuvor bekannte Baugruppe umfaßt Des weiteren erste und zweite Lager, welche aus einem Material bestehen, das Typ-II- Supraleitereigenschaften aufweist. Der Rotor umfaßt einen Magnetpol an jedem seiner Enden, wobei jeder Pol in einem Lager ruht. Die Polachse eines jeden Pols ist kolinear mit der Drehachse des Rotors. Ein Temperaturbad ist vorhanden, um die Lager bei oder unterhalb der kritischen Supraleitertemperatur zu halten, und ein Antriebsmechanismus sorgt für die Drehung des Rotors. Jeder Magnetpol wird daher in Schwebe gehalten und ist dazu geeignet, sich in einer stabilen, kontaktlosen Position durch das Feld und die vom dazugehörigen Lager erzeugten Pinning-Effekte zu drehen.
Aus US-A-4.797.386 ist eine supraleitermagnetinduzierte Trennung bekannt. Die Trennung zwischen einem magnetisierten Element und einem supraleitfähigen Typ-II-Element weist auf inhärente Weise Stabilität und Trennabstand in seitlicher Richtung und der Höhe nach auf. Die Anwendung umfaßt Schwebehalterung von unbeweglichen und beweglichen Elementen sowie supraleitfähige Lager.
Des weiteren offenbart US-A-4.926.082 ein weiteres Supraleitergerät für Platteneinheiten.
Ein weiteres Supraleiterlagergerät mit einem Permanentmagnetabschnitt auf einem Drehelement und einem in gegenüberliegender Beziehung zum Magnetabschnitt angeordneten Supraleiter ist aus EP-A-0.467.341 bekannt. Der Permanentmagnetabschnitt ist so am Drehelement befestigt, daß die Drehung des drehbaren Elementes nicht die Verteilung des magnetischen Induktionsflusses rund um die Drehachse des Elementes verändert. Der Supraleiter ermöglicht die Penetration des magnetischen Induktionsflusses in den Magnetabschnitt, ist von dem Magnetabschnitt durch einen Abstand beabstandet, der es ermöglicht, daß eine vorherbestimmte Menge an magnetischem Induktionsfluß den magnetischen Abschnitt penetriert, und in einer derartigen Position angeordnet, daß die Drehung des drehbaren Elementes nicht die Verteilung des penetrierenden magnetischen Induktionsflusses verändert.
Schließlich ist ein anderes Magnetlager aus DE-A-38 37 845 bekannt, welches die Magnetkräfte in einer axialen Richtung so stabilisiert, daß an mindestens einem Ende einer Achse ein Permanentmagnet zusammen mit einem supraleitenden Körper angeordnet ist.
Es wäre wünschenswert, ein Magnetlager zu haben, welches die zwischen einem Magneten und dem supraleitenden Material entstehenden Repulsionskräfte nutzen würde und welches ein Drehelement in die Lage versetzen würde, ultrahohe Drehgeschwindigkeiten mit einer niedrigen Energiedissipation zu erreichen und zu halten. Insbesondere besteht ein klarer Bedarf an Magnetlagersystemen, welche eine hohe magnetische Steifigkeit bei einer minimalen Magnetfeldasymmetrie erzeugen, um dadurch die Drehreibung und die Energiedissipation zu minimieren.
Es wäre wünschenswert, ein Lagersystem zu haben, welches automatisch über längere Zeitperioden hinweg und in alle Richtungen stabil sein würde und welches keine Rückmeldung von außen oder andere Steuereinrichtungen benötigt, um stabil zu bleiben.
Es wäre wünschenswert, eine Vorrichtung zur magnetischen Aufhängung und Zentrierung eines Körpers, der sich um eine Achse dreht, zu haben.
Es wäre höchst wünschenswert, die Asymmetrie eines Magnetfeldes zu verringern, welches von einem einzelnen Dipol erzeugt wird.
Es wäre wünschenswert, in der Lage zu sein, höhere Kräfte und verbesserte Stabilität mit niedrigeren Energieverlusten zu erzeugen, als dies normalerweise mit einer einfachen Kombination aus einem Supraleiter und einem Drehmagnet möglich wäre.
Es wäre wünschenswert, ein kombiniertes Lagersystem zu haben, welches sowohl ein Gaslager oder ein elektromagnetisches System zum Zwecke der Steuerung als auch ein Supraleiter-/Magnetlager umfaßt.
Es wäre auch wünschenswert, die Dämpfung im Lagersystem durch Minimierung der Magnetasymmetrie auf ein Mindestmaß zu verringern.
Es wäre wünschenswert, ein Hilfssteuersystem zu haben, welches durch Signale von Sensoren, wie zum Beispiel Meßfühlern, aktiviert wird, die verwendet werden, um die Position der Welle zu erkennen. Das Steuersystem würde auf herkömmlichen Rückmeldesystemen beruhen, wie zum Beispiel Gas-, Folien-, Segment- oder Elektromagnetsystemen, und es würde aktiviert werden, sobald höhere Kräfte benötigt würden als jene, die der Magnet erzeugen kann. Das Hilfssystem würde solange aktiviert bleiben, bis solche benötigten Kräfte wieder innerhalb des Betriebsbereiches des Supraleiters und des Magnetlagersytems liegen.
Es wäre wünschenswert, den Magnet vor Ort zu kühlen, um die Magnetfeldlinien innerhalb des Supraleiters zu halten und dadurch eine hohe Penetration des magnetischen Induktionsflusses sowie eine magnetische Entspannung zu bewirken.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Lagerkonstruktion geschaffen, umfassend:
(a) ein drehbares Element, das um eine Achse drehbar ist und eine erste Fläche, eine zweite Fläche und ein Zentrum aufweist;
(b) ein erstes stationäres Magnetelement mit einem ersten magnetischen Quadrupol oder einem ersten magnetischen Dipol, das angrenzend an die erste Fläche des drehbaren Elementes montiert ist, wobei der erste magnetische Quadrupol oder Dipol ein erstes Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das parallel zur Achse montiert ist;
(c) ein zweites stationäres Magnetelement mit einem zweiten magnetischen Quadrupol oder einem zweiten magnetischen Dipol, das angrenzend an die zweite Fläche des drehbaren Elementes montiert ist, wobei der zweite magnetische Quadrupol oder Dipol ein zweites Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das zu dem ersten Quadrupol- oder Dipol- Magnetfeld entgegengesetzt orientiert ist; und
(d) einen oder mehrere Supraleiterkörper, die an dem drehbaren Element befestigt sind und sich im wesentlichen in dem Bereich des schwachen Magnetfeldes befinden, das durch das erste und das zweite stationäre Magnetelement gebildet wird, wobei die Supraleiterkörper von den durch die Magnetelementkonfiguration erzeugten Magnetfeldlinien umgeben ist, wodurch das drehbare Element durch die zwischen den stationären Magnetelementen und den Supraleitkörpern auftretende Repulsionskraft stabilisiert wird.
Des weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lagerkonstruktion geschaffen, umfassend:
(a) ein erstes Magnetelement, das um eine Achse drehbar gelagert ist und einen ersten magnetischen Quadrupol oder einen ersten magnetischen Dipol aufweist, wobei der erste magnetische Quadrupol oder Dipol ein erstes Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das parallel zur Achse orientiert ist.
(b) ein um die Achse drehbar gelagertes, von dem ersten Magnetelement beabstandetes, einen zweiten magnetischen Quadrupol oder einen zweiten magnetischen Dipol aufweisendes zweites Magnetelement, das an der zweiten Fläche des drehbaren Elements befestigt ist, wobei der zweite magnetische Quadrupol oder Dipol ein zweites Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das entgegengesetzt zu dem ersten Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld orientiert ist; und
(c) einen oder mehrere Supraleiterkörper, die zwischen dem ersten und dem zweiten drehbaren Magnetelement und im wesentlichen in dem durch das erste und das zweite Magnetelement geschaffenen schwachen Magnetfeldbereich montiert sind, wobei die stationären Supraleiterkörper von den durch die Magnetelementkonfiguration erzeugten Magnetfeldlinien umgeben sind, wodurch die drehbaren Magnetelemente durch die zwischen den stationären Supraleiterkörpern und den drehbaren Magnetelementen auftretende Repulsionskraft stabilisiert wird.
Des weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Lagerstruktur geschaffen, umfassend:
(a) ein drehbares Anschlußelement mit einem ersten magnetischen Quadrupol oder einem magnetischen Dipol, das drehbar in dem drehbaren Element gelagert ist;
(b) ein stationäres Anschlußelement mit einem zweiten magnetischen Quadrupol oder einem zweiten magnetischen Dipol;
(c) einen stationären Supraleiterkörper, der zwischen dem drehbaren Anschlußmagnetelement und den stationären Anschlußmagnetelementen montiert ist; und
(d) ein umfangsseitiges stationäres Magnetelement, das angrenzend an die Peripherie des Supraleiterkörpers und sowohl außerhalb der drehbaren Anschlußmagnetelemente als auch der stationären Anschlußmagnetelemente montiert ist.
Des weiteren wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Druck- und Zapfenlagerkonstruktion geschaffen, umfassend:
(a) ein drehbares Element, das um eine Achse drehbar ist;
(b) einen an das drehbare Element angeschlossenen zapfenseitigen magnetischen Dipol mit entlang der genannten Achse orientierten Polen;
(c) einen angrenzend an den zapfenseitigen magnetischen Dipol montierten zapfenseitigen Supraleitkörper;
(d) ein an einem Ende des drehbaren Elements befestigtes druckseitiges Magnetelement mit entlang der Achse orientierten Polen;
(e) einen angrenzend an das druckseitige Magnetelement montierten druckseitigen Supraleitkörper; und
(f) einen außerhalb des zapfenseitigen Supraleitkörpers montierten zapfenseitigen Permanentmagnet.
Diese Erfindung löst auf erfolgreiche Weise die Mängel der derzeit bekannten Konfigurationen, indem sie eine kontaktlose, sich drehende Baugruppe schafft, welche ein schwimmendes, nicht gehaltenes und stabiles Drehelement umfaßt.
Die Baugruppe umfaßt ein Drehelement und mindestens ein stationäres Element. Am Drehmoment befestigt ist ein auf geeignete Weise geformtes supraleitfähiges Typ-II-Material. An einem stationären Element ist eine Gruppe von Permanentmagneten befestigt, die als Quadrupol oder als mehrfache Dipole konfiguriert sind. Die Quadrupole oder die mehrfachen Dipole sind so angeordnet, daß sie die von den Permanentmagneten erzeugten Magnetfelder in die Lage versetzen, mit dem supraleitfähigen Material zu interagieren und dazu zu dienen, die Welle in der gewünschten Position zu zentrieren.
In alternativen Ausführungsformen dieser Erfindung können die Permanentmagneten durch andere Magneten ersetzt werden, wie zum Beispiel durch Elektromagneten oder dauerhafte Stromschleifen.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden die Positionen der Permanentmagneten und des supraleitfähigen Materials mit den an einem stationären Element befestigten Supraleitern und den am Drehelement befestigten Permanentmagneten oder Elektromagneten getauscht.
Die vorliegende Erfindung verwendet eine Magnetkonfiguration aus einem Quadrupol oder mehreren Dipolen. Ein Quadrupol wird gebildet, wenn zwei Dipolmagnete so einander entgegengesetzt angeordnet werden, daß ihre Pole einander gegenüberliegend ausgerichtet sind. Der von den zwei Dipolmagneten erzeugte Quadrupol erzeugt ein Magnetfeld, welches zwischen den Polen gehalten wird und seitlich zum Supraleiter ist.
Das vom Quadrupol oder den mehrfachen Dipolen erzeugte Magnetfeld besitzt einen viel steileren Magnetfeldgradienten, d.h. die Intensität und Richtung des Magnetfeldes schwankt rascher als Funktion der Position. Somit ist die magnetische Steifigkeit für einen Quadrupol- oder einen mehrfachen Dipolmagneten relativ höher als bei einem einzelnen Dipol.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Magnetlager, welches Magneten, die als Quadrupole oder mehrfache Dipole konfiguriert sind, und supraleitfähige Typ-II-Materialien kombiniert. Insbesondere verwendet die vorliegende Erfindung Permanentmagneten oder Elektromagneten, die so ausgerichtet sind, daß sie Quadrupole oder mehrfache Dipole bilden, welche gegenüber Elementen angeordnet sind, die supraleitfähige Typ-II-Hochtemperaturmaterialien enthalten.
Ein Merkmal der vorliegenden Erfindung betrifft die Verdoppelung entweder des Magneten oder des Supraleiters oder beider. Die Verdoppelung bezieht sich auf die Minimierung der magnetischen Asymmetrien durch Drehung zweier oder mehrerer Abschnitte des Magneten oder des Supraleiters relativ zueinander, um die Asymmetrie in der Magnetfeldverteilung zu verringern. Die Verringerung der Asymmetrie verringert die Uneinheitlichkeit des Magnetfeldes des Lagersystems und vermindert Energiedissipationsverluste.
Die Quadrupolstruktur oder mehrfache Dipolstruktur der vorliegenden Erfindung erzeugt starke Repulsionskräfte zwischen den Quadrupolen oder den mehrfachen Dipolen und den Magneten aufgrund der bevorzugten Ausrichtung zwischen den Quadrupolen oder den mehrfachen Dipolen in den CuO- Supraleitermaterialien. Es wird allgemein bevorzugt, daß das Magnetfeld parallel zur Grundebene im CuO-Typ-II-Supraleiter ist. Die erzeugten Kräfte dienen dazu, das bewegliche Element zu begrenzen und automatisch das Element in allen Richtungen zu zentrieren, um eine Mehrfachachsenaufhängung zu erzeugen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die obige und andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können besser aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden werden, wenn diese gemeinsam mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird, in denen sich ähnliche Positionsbezeichnungen überall auf ähnliche Elemente beziehen, und in denen:
FIG. 1 eine Querschnittsansicht der Grundkonfiguration des Hochtemperatur-Supraleiter-Quadrupol-Magnetlagers (HTSQML) ist;
FIG. 2 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 1 ist, wobei aber die Permanentmagneten durch Elektromagnete ersetzt wurden;
FIG. 3 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 1 ist, das aber zwei Scheiben aufweist, die HTS-Material enthalten und am drehbaren Element befestigt sind;
FIG. 4 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 1 mit zusätzlichem HTS in der Nähe der Drehwelle ist;
FIG. 5 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 4 ist, welche schematisch die Magnetfeldlinien zeigt;
FIG. 6 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 5 mit einer zusätzlichen Welle ist;
FIG. 7 eine Querschnittsansicht eines Magnetlagers ist, wobei der Quadrupol am Drehelement befestigt ist und der HTS stationär ist;
FIG. 8 eine Querschnittsansicht eines Magnetlagers gemäß Fig. 7 ist, wobei zwei Gruppen von Quadrupolen am Drehelement befestigt sind und der HTS eine hexagonale Konfiguration aufweist;
FIG. 9 eine Querschnittsansicht eines linearen Magnetlagers ist, wobei der Quadrupol am Gleitelement befestigt ist;
FIG. 10 eine Querschnittsansicht eines linearen Magnetlagers gemäß Fig. 9 mit HTS-Seitenspuren ist;
FIG. 11 eine Querschnittsansicht eines linearen Magnetlagers gemäß Fig. 9 ist, wobei der HTS eine etwas andere Geometrie aufweist;
FIG. 12 eine Querschnittsansicht eines linearen Magnetlagers gemäß Fig. 9 ist, wobei der HTS eine etwas andere Geometrie aufweist;
FIG. 13 eine Querschnittsansicht eine Drehmagnetlagers ist, bei dem der Quadrupol am Drehelement befestigt ist;
FIG. 14 eine Querschnittsansicht eines Drehmagnetlagers gemäß Fig. 13 ist, bei dem zusätzliche Quadrupole im stationären Element befestigt sind;
FIG. 15 eine Querschnittsansicht eines HTSQML gemäß Fig. 1 mit einem besonders geformten HTS ist;
FIG. 16 eine schematische Darstellung eines laminierten Supraleiters ist, der sich zwischen einem Paar Magnetpolen befindet;
FIG. 17 eine Ansicht eines gedoppelten Dipols ist, der vom stationären laminierten Supraleiter umgeben ist;
FIG. 18 drei mögliche Konfigurationen für den Supraleiter aus Fig. 17 zeigt;
FIG. 19 eine Querschnittsansicht eines Druck- und Zapfenlagers ist;
FIG. 20 eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform ist, welche dem Druck- und Zapfenlager von Fig. 19 ähnlich ist;
FIG. 21 eine Querschnittsansicht des Druck- und Zapfenlagers von Fig. 19 mit einem zusätzlichen Zapfenlager ist;
FIG. 22 eine erweiterte Querschnittsansicht des Drucklagerabschnittes ähnlich dem in Fig. 19 gezeigten ist;
FIG. 23 eine erweiterte Endansicht des in Fig. 22 gezeigten Drucklagerabschnittes ist;
FIG. 24 eine erweiterte Querschnittsansicht des Zapfenlagerabschnittes ähnlich dem in Fig. 21 gezeigten ist;
FIG. 25 eine Querschnittsansicht eines druck beaufschlagten Segmentlagers ist;
FIG. 26 eine Endansicht einer möglichen Ausführungsform des Segmentlagers von Fig. 25 ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die vorliegende Erfindung ist ein neuartiges Hängelager. Insbesondere handelt es sich bei dieser Erfindung um ein magnetisches Lager, welches die Interaktion zwischen Permanentmagneten oder Elektromagneten und supraleitfähigen Hochtemperaturmaterialien vom Typ II nutzt.
Die jüngste Entdeckung der CuO-Klasse supraleitfähiger Hochtemperaturmaterialien ("HTS-Materialien") hat dazu geführt, daß eine Nutzung der Repulsionskräfte zwischen Magnetfeldern und supraleitfähigen Materialien ökonomisch wird.
Das magnetische Element ist entweder aus einem Permanentmagneten oder einem supraleitfähigen Elektromagneten hergestellt. Die Permanentmagneten werden vorzugsweise aus einem seltenen Erdmagnetmaterial hergestellt und weisen einen linearen Dipol auf.
Bei den supraleitfähigen Materialien, die sich zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung eignen, handelt es sich um die Hochtemperatur-Supraleiter vom Typ II. Derzeit bekannte Hochtemperatur-Supraleiter sind im allgemeinen Perowskit-Materialien zum Beispiel der Barium-Yttrium- Kupferoxidklasse. Ein bevorzugtes Material ist Yba&sub2;Cu&sub3;Ox. Thallium, Wismut oder andere Verbundstoffe auf Keramikbasis, die Typ-II-supraleitende Eigenschaften aufweisen, sind auch akzeptabel. Typ-II-Supraleiter sind durch erste und zweite Werte des kritischen Feldes, Hc.1 und H2.2, gekennzeichnet, wo es zur Feldpenetration zuerst über Hc.1 kommt.
Die vorliegende Erfindung verwendet Quadrupol- oder mehrfache Dipolkonfigurationen. Ein Quadrupol wird gebildet, wenn zwei Dipolmagneten derart nebeneinanderliegen, daß deren Pole einander entgegengesetzt ausgerichtet sind. Ein mehrfacher Dipol, wie zum Beispiel ein Oktopol, der aus vier Dipolmagneten mit einander gegenüberliegenden ähnlichen Polen gebildet wird, erzeugt ein Magnetfeld mit einer höheren magnetischen Induktionsflußintensität als ein einfacher Dipol, und kann auf nützliche Weise in einem Zapfenlagersystem verwendet werden. Ein Oktopol wird erzeugt, indem vier Dipole mit ähnlicher Polausrichtung und gegenüberliegend benachbarten Flächen nebeneinander angeordnet werden. Die Wirkung eines mehrfachen Dipols, wie zum Beispiel eines Oktopols, ist derart, daß der magnetische Induktionsfluß nach außen gedrückt wird, wodurch die Induktionsflußdichte am stationären Element des Zapfens erhöht wird.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Dipol, ein Quadrupol oder ein mehrfacher Dipol an einer Drehwelle angeordnet, die von stationärem HTS-Material umschlossen ist. An der Außenseite des HTS befindet sich ein gegensätzlich orientiertes Magnetfeld. Diese Konfiguration zwingt die vom Magneten erzeugten Magnetfeldlinien auf der Welle nach hinten zur Welle hin und ist in der Lage, höhere Schubkräfte zu unterstützen als jene, die eine einfache HTS- und Magnetkonfiguration alleine aushalten könnte. Dieses System könnte als Teil eines Zapfenlagersystems aufgenommen werden, welches höhere Zapfenlastkapazitäten ermöglicht. Der erhöhte laterale Gradient vergrößert die magnetische Steifigkeit und hält das Drehelement fester an seinem Platz.
Das vom Quadrupol erzeugte Magnetfeld besitzt einen viel steileren Gradienten als ein vergleichbares Magnetfeld eines Dipols. Somit schwanken die Intensität und die Richtung des Magnetfeldes rascher bei einem Magnetfeld, welches von einem Quadrupolmagnet oder einem mehrfachen Dipolmagnet erzeugt wird.
Bei der Herstellung von Permanentmagneten oder Kernen für Elektromagnete werden bestimmte Asymmetrien eingebracht, welche dazu führen, daß der erzeugte Magnet oder Kern ein ungleichförmiges Magnetfeld erzeugt. Eine derartige Asymmetrie führt zur Dissipation von Energie und sollte vermieden oder auf ein Mindestmaß beschränkt werden.
Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, daß die Auswirkungen einer solchen Asymmetrie durch das "Verdoppeln" des Permanentmagneten oder des Kerns wesentlich verringert werden können. Mit dem "Verdoppeln" wird das Zerschneiden eines Magneten oder eines einfachen Dipols in senkrechter Richtung zu seinen internen Magnetfeldlinien in zwei oder mehrere Abschnitte bezeichnet. Die Abschnitte des Dipols werden danach relativ zueinander gedreht, bis eine relative Position gefunden wird, welche dazu neigt, die Asymmetrie in der Magnetfeldverteilung auf ein Mindestmaß zu verringern. An diesem Punkt wird die relative Position der Abschnitte des Dipols fixiert und der verdoppelte Dipol wird im Lager installiert.
Der Doppel-Dipol wird somit aus zwei einfachen Dipolen mit einander gegenüberliegenden Polen hergestellt, die dauerhaft aneinander befestigt sind, um einen einzelnen Dipol mit relativ gleichförmiger Magnetfeldverteilung zu bilden.
Die vorliegende Erfindung kombiniert Dipol-, Quadrupoloder mehrfache Dipolmagnete und supraleitende Materialien. Insbesondere offenbart und beansprucht die vorliegende Erfindung die Verwendung von Permanentmagneten oder Elektromagneten, die so ausgerichtet sind, daß sie Dipole, Quadrupole, Doppel-Dipole, Oktopole oder Hybridmagnet-/HTS- /Magnetsysteme bilden. Das magnetische Material wird vorzugsweise den supraleitfähigen Typ-II-Hochtemperaturmatenahen gegenüberliegend angeordnet, so daß das Magnetfeld parallel zur Grundebene des auf CuO basierenden Typ-II- Materials ist.
Die Repulsionskräfte dienen dazu, das Drehelement in allen Richtungen automatisch zu zentrieren und zu stabilisieren. Aufgrund der einzigartigen Formen des Quadrupols, der Doppel-Dipole, der Oktopole oder der Hybridmagnet-/HTS- Imagnetsysteme führt die Struktur zu starken Repulsionskräften, während gleichzeitig die Magnetfeldverteilung gesteuert wird.
Die vorliegende Erfindung kann besser unter Bezugnahme auf einige ihrer Ausführungsformen verstanden werden, welche im folgenden beschrieben sind.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf FIG. 1 stellt diese die Grundkonfiguration der vorliegenden Erfindung dar. Die Lager-Baugruppe umfaßt ein Drehelement, typischerweise eine Welle 100, die an einer bestimmten Position zu zentrieren ist. Die Welle 100 dreht sich typischerweise und ist an einem Gerät, wie zum Beispiel einem Motor, einem Generator oder ähnlichem, befestigt. Es ist wünschenswert, die Drehwelle 100 an einer bestimmten Position zu halten und insbesondere jede Übertragung eines Abschnittes der Welle 100 oder in eine Richtung, die sich radial von der Welle 100 nach außen hin erstreckt, zu vermeiden.
Fest befestigt an der Drehwelle 100 ist eine Drehscheibe 102 mit einem bestimmten Durchmesser und einer bestimmten Dicke. Die Scheibe 102 ist aus nichtmetallischen Materialien hergestellt. An der Scheibe 102 ist ein Ring 104 aus supraleitendem Typ-II-Material befestigt.
Über der Drehscheibe 102 ist dauerhaft und auf nicht drehbare Weise eine stationäre Deckplatte 106 befestigt, die typischerweise aus einem Eisenmaterial hergestellt ist, um fähig zu sein, den magnetischen Induktionsfluß zu halten. Eine ähnliche stationäre Bodenplatte 107 befindet sich unter der Drehscheibe 102.
Auf jeder stationären Platte 106 und 107 sind Innenringe aus Permanentmagneten 108 und 109 und Außenringe aus Permanentmagneten 110 und 111 befestigt. Die Innen- und Außenringe 108 und 109 beziehungsweise 110 und 111 sind so befestigt, daß die Außenringe 110 und 111 einen Durchmesser aufweisen, der etwas größer ist als jener des supraleitfähigen Ringes 104, und so, daß die Innenringe 108 und 109 einen Durchmesser aufweisen, der etwas kleiner ist als jener des supraleitfähigen Ringes 104.
Die Innen- und Außenringe 108 und 109 beziehungsweise 110 und 111 sind so ausgerichtet, daß die zwei Pole in eine Richtung weisen, die parallel zur Achse der Welle 100 ist, aber daß sie einander entgegengesetzt ausgerichtet sind. Gemeinsam bilden die Innen- und Außenringe 108 und 110 der stationären Deckplatte 106 einen Quadrupol. Auf ähnliche Weise sind auch die Innen- und Außenringe 109 und 111 der stationären Bodenplatte 107 wie dargestellt ausgerichtet, um ebenfalls einen Quadrupol zu bilden.
Es ist anzumerken, daß die Innenringe 108 und 109 einander entgegengesetzt relativ zueinander ausgerichtet sind, so wie auch die Außenringe 110 und 111. Die Quadrupole dienen dazu, ein Magnetfeld mit sehr hohem Gradienten in der Nähe der Magnetoberfläche zu erzeugen. Ein derartiger Gradient stößt jedes supraleitfähige Material in der Umgebung der Magnetoberfläche sehr stark ab.
Die Quadrupole sind so angeordnet, daß die von den Permanentmagneten 108, 109, 110 und 111 erzeugten Magnetfelder mit dem supraleitfähigen Material interagieren können, um die Welle 100 in allen Richtungen in der gewünschten Position zu stabilisieren.
Während des Betriebes würde die Drehwelle 100 von der wechselseitigen Repulsion der Permanentmagnete und dem supraleitfähigen Material in alle Richtungen vollständig stabilisiert werden. Wann immer die Welle 100 zu übertragen beginnen würde, um die Welle 100 näher zu den Magneten zu bringen, würden starke Repulsionskräfte zum Tragen kommen, um die Welle 100 automatisch in die gewünschte Gleichgewichtsposition zurückzudrängen.
Wie aus FIG. 2 ersichtlich, sind die magnetischen Elemente nicht auf Permanentmagnete beschränkt. In der in FIG. 2 dargestellten Ausführungsform wurden die Permanentmagnete durch Elektromagnete ersetzt. In FIG. 2 wird der Konvention Folge geleistet, daß Strom, der in die Seite hineingeht, mit "x" bezeichnet wird, während Strom, der aus der Seite herauskommt, mit "4" bezeichnet wird. Es ist Des weiteren anzumerken, daß die Innenspulen 120 und 121 und die Außenspulen 122 und 123 auf sehr ähnliche Weise wie die Permanentmagneten in FIG. 1 ausgerichtet sind, um vergleichbar ausgerichtete Quadrupole und die damit im Zusammenhang stehenden Auswirkungen zu erzeugen.
Die in FIG. 2 dargestellte Alternativausführung besitzt den möglichen Vorteil, daß sie in der Lage ist, höhere Magnetfelddichten zu erzeugen als jene, die von Permanentmagneten erzeugt werden.
Als weitere Verfeinerung kann es wünschenswert sein, daß die elektrischen Spulen der Elektromagneten aus einem supraleitenden Hochtemperaturmaterial hergestellt sind. Spulen, die aus solchen Materialien hergestellt werden und deren Temperatur unter dem kritischen Temperaturpunkt gehalten wird, besitzen die Fähigkeit, einen Strom ohne Verringerung aufrechtzuerhalten. Eine solche Ausführungsform, welche HTS-Elektromagneten umfaßt, wäre somit zum Beispiel für Weltraum-Anwendungen sehr nützlich, wo niedrige Temperaturen leicht aufrechtzuerhalten sind und wo es wichtig ist, Lager zu verwenden, die so klein wie möglich sind, um die Nutzlast der Startrakete auf ein Mindestmaß zu beschränken.
In den nun folgenden alternativen Ausführungsformen werden nur Permanentmagneten gezeigt. Dies geschieht zur Vereinfachung der Darstellung mit dem Bewußtsein, daß Elektromagneten in vielen oder allen dieser Ausführungsformen als Ersatz für die dargestellten Permanentmagneten verwendet werden könnten.
FIG. 3 zeigt eine leichte Weiterentwicklung der Grundkonfiguration von FIG. 1. Dargestellt ist eine Konfiguration, in der zwei Drehscheiben 102 anstelle einer einzelnen wie in FIG. 1 an der Welle 100 befestigt sind. Dies erfordert natürlich die Verwendung von mindestens drei stationären Platten 106, 107 und 108. Die Verwendung von zwei Drehscheiben 102 bietet dem Lager mehr Stabilität und Festigkeit. Selbstverständlich könnten auch noch mehr als die in FIG. 3 dargestellten zwei Drehscheiben 102 verwendet werden, um eine noch höhere Festigkeit zu erzielen.
In FIG. 4 ist eine weitere Anordnung der supraleitenden Materialien dargestellt. Die Anordnung der Permanentmagneten ist mit der in FIG. 1 dargestellten ident. Wie in der Anordnung von FIG. 1 gibt es einen Ring aus supraleitendem Material 104, der zwischen den zwei Gruppen aus Permanentmagnetringen sowohl radial als auch axial angeordnet ist. Im Gegensatz zur Konfiguration von FIG. 1 besitzt die Konfiguration von FIG. 4 auch eine Innenscheibe 130 aus supraleitendem Material. Die Innenscheibe 130 besitzt einen Durchmesser, der kleiner ist als der Durchmesser der inneren Permanentmagnetringe 108 und 109.
Die in FIG. 4 gezeigte Konfiguration umfaßt keine Welle. Es ist leicht zu erkennen, daß, wenn eine Welle erwünscht ist, es notwendig ist, einen Innenring aus supraleitendem Material anstelle einer Scheibe 130 zu verwenden. Das Vorhandensein der Innenscheibe 130 oder des Ringes aus supraleitendem Material verstärkt die Repulsionskräfte und erhöht die Stabilität und Festigkeit des beweglichen Elementes.
Daß das Hinzufügen eines inneren Ringes oder einer Scheibe aus supraleitendem Material zum beweglichen Element die Stabilität erhöht, ist aus FIG. 5 ersichtlich, welche auf schematische Weise die Magnetfeldlinien 131 für eine leicht abgeänderte Magnetkonfiguration darstellt. In der Konfiguration von FIG. 5 wurde der innere Permanentmagnetring von FIG. 1, 2 und 4 durch Permanentmagnetscheiben 132 und 133 ersetzt. Es ist ersichtlich, daß die Permanentmagnete 132, 133, 110 und 111 zwei magnetische Quadrupole mit Magnetfeldlinien 131 erzeugen, die so ähnlich wie die dargestellten aussehen. Das HTS-Material befindet sich in den Bereichen der niederen Magnetfeldbereiche. Die Magnetfeldsymmetrie ist dergestalt, daß eine Bewegung der HTS- Materialien in jede beliebige Richtung starke Repulsionskräfte zum Tragen bringen würde, welche dazu neigen, das drehbare Element in seine stabilste Gleichgewichtsposition zurückzubringen.
Ähnlich wie FIG. 5 zeigt FIG. 6 die Magnetfeldlinien. Im Gegensatz zu FIG. 5 besitzt FIG. 6 eine Welle 100, an der die bewegliche Struktur, welche die supraleitenden Materialien enthält, befestigt ist. Es ist ersichtlich, daß innere Permanentmagnete 108 und 109 hier als Ringe geformt sind, um die Welle 100 aufzunehmen. Es ist auch anzumerken, daß die Drehscheibe 102 so dargestellt ist, daß sie von einem Gehäuse 140 umhüllt ist. Das Gehäuse 140 kann notwendig sein, um der Drehscheibe 102 erhöhte Festigkeit zu verleihen, welche den HTS-Materialien selbst insbesondere bei hohen Drehgeschwindigkeiten fehlen könnte.
In bestimmten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können die Positionen der Permanentmagnete und des supraleitenden Materials vertauscht werden, wobei die Supraleiter stationär sind und die Permanentmagnete oder deren Äquivalente am Drehelement befestigt sind. Zwei derartige Konfigurationen sind in FIG. 7 und 8 dargestellt.
Das Lager von FIG. 7 zeigt eine Drehwelle 100, auf der zwei aneinander angrenzende und in entgegengesetzte Richtung zueinander ausgerichtete Permanentmagnetringe 150 und 152 befestigt sind. Die zwei Magnetringe 150 und 152 bilden gemeinsam eine trapezförmige Querschnittsform, wobei die zwei parallelen Seiten in die Richtung der Welle 100 ausgerichtet sind und sich die kürzere der beiden parallelen Seiten näher an der Welle 100 befindet. Jeder der Magnetringe 150 und 152 besitzt selbst eine trapezförmige Querschnittsform und ist in die Richtung der Welle 100 ausgerichtet. Der innere Magnetring 150 ist kleiner als der äußere Permanentmagnet 152.
Die Repulsionskräfte, welche dazu neigen, die Position der Welle 100 zu stabilisieren, sind vergleichbar mit denen der früheren Konfigurationen. Die vertikale HTS-Wand und die vertikalen Komponenten der abgeschrägten HTS-Wände neigen dazu, der Welle 100 eine radiale Stabilität zu verleihen, während die horizontalen Komponenten der abgeschrägten HTS-Wände dazu neigen, der Welle 100 eine axiale Stabilität zu verleihen.
Die Konfiguration von FIG. 8 zeigt eine etwas ausgeklügeltere und bevorzugtere Version der in FIG. 7 dargestellten Struktur. Jeder der Ringe 150 und 152 von FIG. 7 wurde in zwei separate Magnetringe 160 und 161 beziehungsweise 162 und 163 zerbrochen. Zum Beispiel wurde der Innenring 160 von FIG. 7 durch die Innenringe 160 und 161 in FIG. 8 ersetzt. Noch wichtiger ist, daß zwar die Innenringe 160 und 161 in etwa dem Innenring 150 von FIG. 7 ähneln, daß aber die Außenringe 162 und 163 eine Form aufweisen, die sich von jener des Außenringes 151 in FIG. 7 wesentlich unterscheidet. Der Vorteil dieser etwa sechseckigen Form besteht darin, daß abgeschrägtere Oberflächen zur Verfügung stehen, um der Welle 100 axiale Stabilität zu verleihen.
Die Interaktion des HTS-Quadrupols kann nicht nur in Verbindung mit Drehlagern verwendet werden, sondern zusätzlich dazu auch in anderen Anwendungen, wie zum Beispiel dort, wo es wünschenswert ist, zwei Oberflächen nacheinander zu übertragen und wo es wichtig ist, die andernfalls auftretenden Reibungskräfte zu verringern oder zu beseitigen.
Eine derartige Anwendung ergibt sich im Zusammenhang mit linearen Lagern, die es zwei Oberflächen ermöglichen, ohne Reibung übereinander zu gleiten. Wie dies auch bei Drehlagern der Fall ist, kann das lineare Lager Magnete aufweisen, die entweder am beweglichen Element oder am stationären Element befestigt sind. Aus Gründen der Einfachheit weisen alle die verschiedenen, hier dargestellten Ausführungsformen des linearen Lagers Magnete auf, die am beweglichen Element befestigt sind.
Eine derartige Konfiguration ist in FIG. 9 dargestellt. Hier besitzt das bewegliche Element 170 zwei Quadrupole, nämlich einen an jedem Ende. Der Quadrupol wird aus Permanentmagneten gebildet, die in Form von rechts und links horizontal ausgerichteten inneren Spuren 190 beziehungsweise 191 angeordnet sind und an rechts und links horizontal ausgerichtete äußere Spuren 192 beziehungsweise 193 angrenzen. Das bewegliche Element 170 kann reibungslos entlang den stationären Elementen 172 und 173 gleiten, welche aus HTS-Material hergestellt sind.
Es ist anzumerken, daß das HTS-Material auf spezielle Weise geformt ist, um bestimmte gewölbte Hohlräume zu schaffen, die so geformt sind, daß sie das Magnetfeld ohne Penetration oder mit minimaler Penetration des HTS-Materials durch das Magnetfeld enthalten. Die Form des HTS-Materials neigt dazu, das Element 170 zu stabilisieren und in seiner gewünschten Position zu halten. Die Bewegung des beweglichen Elementes 170 kann durch herkömmliche Mittel auf dieselbe Art und Weise bewirkt werden, wie dies in einem LSM- oder einem Schrittsystem der Fall ist.
Eine weitere Ausführungsform des linearen Lagers ist in FIG. 10 dargestellt. Im Gegensatz zur Ausführungsform von FIG. 9 benötigt diese Konfiguration Spuren 180 aus HTS- Materialien, die sich auf einer der beiden Seiten des beweglichen Elementes 170 befinden. HTS-Spuren 180 erzeugen zusätzliche Repulsionskräfte, die dazu neigen, das bewegliche Element 170 besser in der gewünschten Position zu halten.
FIG. 11 und 12 zeigen noch andere Ausführungsformen des linearen Lagers. Im Gegensatz zu den Konfigurationen von FIG. 9 und 10, wo das HTS-Material so geformt ist, daß es die Magnetfeldlinien begrenzt, besitzen die in FIG. 11 und 12 dargestellten Konfigurationen Permanentmagnete, welche als obere rechte und linke Spuren 200 beziehungsweise 201 und untere rechte und linke Spuren 202 beziehungsweise 203 geformt sind. Die Permanentmagnetspuren sind von rechten und linken HTS 204 beziehungsweise 205 umgeben. Die Spuren sind ähnlich geformt wie jene, die in FIG. 7 und 8 im Falle des Drehlagers dargestellt sind. Die Leistungsfähigkeit der in FIG. 11 und 12 dargestellten Formen kann aus den Figuren und der vorigen Diskussion zu FIG. 7 und 8 ersehen werden.
Es ist anzumerken, daß die in FIG. 11 gezeigten Permanentmagnete in einer horizontalen Richtung anstatt, wie zuvor gezeigt, in einer vertikalen Richtung ausgerichtet sind. Der Quadrupol wird von Permanentmagneten gebildet, die in Form von vertikal ausgerichteten rechten und linken Innenspuren 290 beziehungsweise 291 angeordnet sind und an vertikal ausgerichtete rechte und linke Außenspuren 292 beziehungsweise 293 angrenzen. Es sollte berücksichtigt werden, daß die physikalische Ausrichtung der Magnete in einer vertikalen oder in einer horizontalen Richtung zwar möglicherweise die Einfachheit der Herstellung des Lagers beeinflussen kann, ansonsten aber für die Funktion des Lagers nicht von Bedeutung ist, vorausgesetzt, die magnetischen Pole der Magnete sind richtig ausgerichtet.
FIG. 13 zeigt wiederum die Möglichkeit der Formung des HTS-Materials zur Bildung eines Hohlraumes mit einer bestimmten Form, der in der Lage ist, die Magnetfeldlinien zu enthalten, diesmal aber in Verbindung mit einem Drehlager. Der Quadrupol wird von Permanentmagneten gebildet, die in Form vertikal ausgerichteter innerer und äußerer Magnetringe 390 beziehungsweise 391 angeordnet sind. Eine analoge Form zu dieser Konfiguration wurde zuvor im Zusammenhang mit den linearen Lagern von FIG. 9 und 10 diskutiert.
FIG. 14 zeigt eine verbesserte Version des in FIG. 13 gezeigten Lagers. Die in FIG. 13 gezeigte Konfiguration ähnelt der Konfiguration von FIG. 14. Beide Konfigurationen besitzen ein Paar Permanentmagnetringe 390 und 391, die am beweglichen Element 102 angeordnet sind, wobei sich richtig geformtes stationäres HTS-Material 172, 173 und 174 jeweils oberhalb, unterhalb und außerhalb der beweglichen Permanentmagneten 390 und 391 befindet.
Im Gegensatz zu der Konfiguration von FIG. 13 besitzt die Konfiguration von FIG. 14 auch zusätzliche Permanentmagneten 490/491, 492/493 und 494, die dauerhaft am stationären Element oberhalb, unterhalb beziehungsweise außerhalb der drehbaren Permanentmagneten 390 und 391 befestigt sind. Insbesondere zeigt FIG. 14 Ringe von Permanentmagneten 490/491, 492/493, die jeweils oberhalb beziehungsweise unterhalb der beweglichen Permanentmagnetringe 390 und 391 befestigt sind. Die oberen und unteren stationären Permanentmagnetringe 490/491 beziehungsweise 492/493 sind so befestigt, daß ihre Pole direkt denen des entsprechenden beweglichen Permanentmagnetringes gegenüberliegen. Des weiteren ist ein zusätzlicher stationärer Dauerring 494 an der Außenseite des äußeren drehbaren Magnetringes 391 so befestigt, daß seine Pole jenen des äußeren beweglichen Permanentmagnetringes 391 entgegengesetzt sind.
Die Aufgabe der stationären Permanentmagnetringe 490/491, 492/493 und 494 besteht darin, das von den beweglichen Magneten erzeugte Magnetfeld weiter zurückzudrängen und alle Magnetfeldlinien, die ansonsten in das HTS-Material eindringen würden, davon abzuhalten, das HTS-Material zu durchdringen. Durch eine vollständige Vermeidung oder Reduzierung der Magnetfeldpenetration des HTS-Materials auf ein Mindestmaß wird das Ausmaß des Induktionsflußpinnings verringert und die Widerstandskraft am Drehelement reduziert, wodurch ein reibungsloserer und stabilerer Betrieb des Lagers erzielt wird.
Eine weitere mögliche Ausführungsform ist in FIG. 16 dargestellt. Die Konfiguration ähnelt insoferne jener von FIG. 1, als daß beide Konfigurationen zwei Paare von Ringen aus stationären Permanentmagneten 108, 109, 110 und 111 und ein bewegliches Element 102 umfassen, welches HTS-Materialien enthält. Die Konfiguration von FIG. 15 unterscheidet sich insoferne von der Konfiguration von FIG. 1, als daß das HTS-Material des beweglichen Elementes so geformt ist, daß es die von den Quadrupolen erzeugten Magnetfeldlinien begrenzt und somit das bewegliche Element in seiner Gleichgewichtsposition stabilisiert.
Die offenbarten Geräte können weiter verbessert werden, indem das HTS-Blockmaterial bei jedem Gerät durch einen laminierten Supraleiter ersetzt wird. Die Laminierung des Supraleiters kann erfolgen, indem abwechselnd Schichten von HTS und einem Isolierer, typischerweise einem ferromagnetischen oder nicht-ferromagnetischen Material, übereinandergelegt werden. Ein geeignetes Material zur Verwendung in den Isolierschichten des laminierten Supraleiters ist Mumetall oder Permalloy. Durch die Schichtung der Supraleiters wird ein zusätzlicher Oberflächenbereich erzeugt. Die Isolierschichten des Supraleiters dienen dazu, den magnetischen Induktionsfluß durch den Meissner-Effekt zu konzentrieren. Dieser Effekt erzeugt stärkere magnetische Kräfte als jene, die durch das Induktionsflußpinning erzeugt würden. Daher erhöht die Verwendung eines laminierten Supraleiters in einem Magnetlager die magnetische Steifigkeit und erzeugt eine bessere Schwebekraft.
In FIG. 16 ist eine schematische Explosionsansicht eines laminierten Supraleiters dargestellt, der zwischen zwei magnetischen Polen angeordnet ist. Es ist leicht zu erkennen, daß die Laminierungen konturiert und so hergestellt werden können, daß sie jede gewünschte Form annehmen, die in etwa parallel zu den Magnetfeldlinien ist. Die optimale Ausrichtung der Laminierungen in jenem Fall, in dem der Supraleiter oberhalb der zwei Magnetpole angeordnet ist, wäre daher eine gekrümmte, um die Krümmung der Magnetfeldlinien zu simulieren.
In FIG. 17 ist eine Zapfenlageranwendung des Konzeptes der Laminierung des HTS zur Erhöhung der Leistung des Systems dargestellt. Bei dem dargestellten stationären laminierten Supraleiter 600 sind die Laminierungen in der horizontalen Richtung ausgerichtet, um sich der Ausrichtung der Magnetfeldlinien anzunähern, welche vom Permanentmagnet 602 erzeugt werden, der sich an der Drehwelle 100 befindet. Der laminierte Supraleiter 600 kann gekennzeichnet werden durch die relative Dicke des HTS und der Isolierschichten. In FIG. 17 wird die HTS-Dicke mit "a" gekennzeichnet, während die Isolierdicke mit "b" gekennzeichnet wird.
Der laminierte Supraleiter 600 kann die Welle 100 vollständig umgeben oder jede passende und vorzugsweise symmetrische Konfiguration rund um die Welle 100 annehmen. In FIG. 18 sind drei mögliche Konfigurationen mit zwei, drei und vier Körpern aus supraleitendem Material dargestellt.
FIG. 17 zeigt auch die Verdoppelung eines Dipols, welche oben diskutiert wurde. Eine derartige Verdoppelung kann für jeden der unterschiedlichen Dipole ausgeführt werden, die in den anderen hierin erwähnten Ausführungsformen erwähnt wurden. Der in FIG. 17 gebildete Dipol wurde hergestellt, indem zuerst ein einzelner Permanentmagnetdipol erzeugt wurde. Der Dipol wurde danach in senkrechter Richtung zu seinen internen Magnetfeldlinien geschnitten. Danach wurden die zwei Abschnitte relativ zueinander gedreht, bis der größte Grad an Magnetfeldgleichförmigkeit erzielt wurde. Die zwei Abschnitte wurden dann dauerhaft als Teil der Welle 100 in der bestmöglichen Ausrichtung relativ zuemander installiert. Die erhöhte Gleichförmigkeit des Magnetfeldes des Dipols neigt dazu, die Energiedissipation zu verringern, welche bei Drehung der Welle 100 auftreten würde.
In FIG. 19, 20 und 21 sind drei Ausführungsformen aus kombinierten Druck- und Zapfenlagern dargestellt, welche die vorliegende Erfindung verwenden. FIG. 19 zeigt eine Welle, auf der ein Oktopol 610 befestigt ist. Zwischen jedem der vier länglich ausgerichteten Dipole 612 des Oktopols 610 und an der Außenseite des vorderen und hinteren Dipols 612 sind an der Welle 100 Körper aus Supraleiter 614 befestigt. Am stationären Gehäuse rund um das Lager ist ein Supraleiterring 614 befestigt. Die Körper des an der Welle 100 befestigten Supraleiters 614 führen dazu, daß sich die Magnetfeldlinien radial nach außen hin zum Supraleiterring 614 erstrecken. Der Supraleiterring 614 drängt die Magnetfeldlinien zurück, welche die Dipole 612 verlassen. Dies erzeugt eine hohe Steifigkeit und dient dazu, die Welle 100 in radialer Richtung wirksam zu zentrieren.
Der Drucklagerabschnitt der Struktur befindet sich in der Nähe des Endes der Welle 100. Am Ende der Welle 100 ist ein Permanentmagnetdipol 616 befestigt. Es sei angemerkt, daß, wenngleich ein einzelner monolithischer Dipol dargestellt ist, die Leistungsfähigkeit des Dipols 616 durch Verdoppelung verbessert werden kann, wie dies oben beschrieben wurde. Supraleiterkörper 618 sind so am Lagergehäuse befestigt, daß sie den Dipol 616 an allen Seiten außer der Wellenseite umgeben. Supraleiterkörper 618 führen ähnliche Funktionen aus wie jene, die vom Supraleiterring 614 ausgeführt werden. Um die Leistungsfähigkeit von Supraleiterkörpern 618 zu erhöhen, wird ein weiterer Dipol 620 in der Nähe der äußeren Oberfläche der Supraleiterkörper 618 geschaffen, der dazu dient, die vom Dipol 616 erzeugten Magnetfeldlinien, welche durch die Supraleiterkörper 618 hindurchgehen, zur Welle 100 zu drücken. Eine ähnliche Ausführungsform wie jene, die in FIG. 19 dargestellt ist, wird in FIG. 20 gezeigt. Im Gegensatz zu den früheren Konfigurationen besitzt FIG. 20 einen Quadrupol 630, der am Ende der Welle 100 befestigt ist und als Drucklagerelement dient. Die Konfiguration von FIG. 20 benötigt auch nicht den zweiten Dipol 620 an der Außenseite des stationären Drucksupraleiters 618.
Eine Ausführungsform, welche mit jener in Beziehung steht, die in FIG. 20 dargestellt ist, wird in FIG. 21 gezeigt. Hierbei wurde für zusätzliche radiale Stabilität ein weiteres Zapfenlager ähnlich jenem von FIG. 17 hinzugefügt.
In FIG. 22 und 23 sind zwei Nahansichten einer möglichen alternativen Ausführungsform eines Drucklagers ähnlich jenem von FIG. 19 dargestellt. Hier ist klar ersichtlich, daß der Permanentmagnet 616, der am Ende der Welle 100 befestigt ist, gedoppelt wurde. Ebenfalls dargestellt ist ein stationärer Dipol 620, der außerhalb des stationären Drucksupraleiters 618 befestigt ist, um die Magnetfeldlinien zur Welle 100 hin zu drücken, um somit die Drucklagersteifigkeit zu erhöhen.
Auf ähnliche Weise ist in FIG. 24 eine Nahansicht einer möglichen alternativen Ausführungsform eines Zapfenlagers dargestellt, welches jenem ähnlich ist, das in FIG. 17 und 21 gezeigt wird. Ein stationärer Permanentmagnetring 630 ist dargestellt, der außerhalb des stationären Zapfen- Supraleiterringes 600 befestigt ist, um die Magnetfeldlinien zur Welle 100 zu drücken, um somit die Steifigkeit des Zapfenlagers zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird in FIG. 25 ein modifiziertes Zapfenlager gezeigt, welches jenem ähnlich ist, das in FIG. 17, 21 und 24 dargestellt ist. Das Zapfenlager wird gegenüber den vorhergehenden Ausführungsformen auf zwei Arten modifiziert. Zum ersten ist der Supraleiterring 600 nicht mehr fest am Gehäuse befestigt. Stattdessen wird der Supraleiterring 600 zum Beispiel mit Hilfe von Federn 640 aufflexible Weise befestigt. Aufgrund der zusätzlichen Flexibilität kann sich der Ring ein wenig bewegen, um die großen Bewegungen der Welle 100 aufzunehmen, wie sie zum Beispiel während des Ein- oder Ausschaltens des Systems oder bei Systemstörungen auftreten können.
Darüber hinaus besitzt das System von FIG. 25 auch ein Hilfsluftlagersystem, welches als Sicherheitsvorrichtung für das Magnetlager dienen kann, wenn Kräfte auftreten, die über jenen liegen, welche das Magnetlagersystem erzeugen kann. Luft wird durch den Gaseinlaß 650 zur Welle 100 zugeführt und erreicht die Welle 100 durch Schlitze 652 im Supraleiterring 600.
Der Supraleiterring 600 muß nicht notwendigerweise die Form eines Ringes aufweisen. Es kann jede passende, vorzugsweise symmetrische Konfiguration verwendet werden. Ein Beispiel für eine geeignete Konfiguration ist in FIG. 26 dargestellt, welche vier Supraleiterabschnitte zeigt, die auf wirksame Weise die Welle 100 umgeben.
Es zeigt sich, daß die vorliegende Erfindung und die hierin offenbarten Ausführungsformen gut geeignet sind, die zu Beginn angeführten Aufgaben und Ziele zu erfüllen.
Abänderungen und Modifizierungen sind innerhalb des Umfanges der angehängten Ansprüche möglich.

Claims

1. Lagerkonstruktion, umfassend:

(a) ein drehbares Element (102), das um eine Achse (100) drehbar ist und eine erste Fläche, eine zweite Fläche und ein Zentrum aufweist;

(b) ein erstes stationäres Magnetelement mit einem ersten magnetischen Quadrupol (108, 110, 120, 122) oder einem ersten magnetischen Dipol, das angrenzend an die erste Fläche des drehbaren Elements (102) montiert ist, wobei der erste magnetische Quadrupol (108, 110, 120, 122) oder Dipol ein erstes Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das parallel zur Achse (100) orientiert ist;

(c) ein zweites stationäres Magnetelement mit einem zweiten magnetischen Quadrupol (109, 111, 121, 123) oder einem zweiten magnetischen Dipol, das angrenzend an die zweite Fläche des drehbaren Elements (102) montiert ist, wobei der zweite magnetische Quadrupol (109, 111, 121, 123) oder Dipol ein zweites Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das zu dem ersten Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld entgegengesetzt orientiert ist; und

(d) einen oder mehrere Supraleiterkörper (104), die an dem drehbaren Element (102) befestigt sind und sich im wesentlichen in dem Bereich des schwachen Magnetfelds befinden, das durch das erste und das zweite stationäre Magnetelement gebildet wird, wobei die Supraleiterkörper (104) von den durch die Magnetelementkonfiguration erzeugten Magnetfeldlinien umgeben ist, wodurch das drehbare Element (102) durch die zwischen den stationären Magnetelementen und den Supraleiterkörpern (104) auftretende Repulsionskraft stabilisiert wird.

2. Lagerkonstruktion&sub1; umfassend:

(a) ein erstes Magnetelement, das um eine Achse (100) drehbar gelagert ist und einen ersten magnetischen Quadrupol (108, 110, 120, 122) oder einen ersten magnetischen Dipol aufweist, wobei der erste magnetische Quadrupol (108, 110, 120, 122 ) oder Dipol ein erstes Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das parallel zur Achse (100) orientiert ist,

(b) ein um die Achse (100) drehbar gelagertes, von dem ersten Magnetelement beabstandetes, einen zweiten magnetischen Quadrupol (109, 111, 121, 123) oder einen zweiten magnetischen Dipol aufweisendes zweites Magnetelement, das an der zweiten Fläche des drehbaren Elements (102) befestigt ist, wobei der zweite magnetische Quadrupol (109, 111, 121, 123) oder Dipol ein zweites Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld aufweist, das entgegengesetzt zu dem ersten Quadrupol- oder Dipol-Magnetfeld orientiert ist; und

(c) einen oder mehrere Supraleiterkörper (104), die zwischen dem ersten und dem zweiten drehbaren Magnetelement und im wesentlichen in dem durch das erste und das zweite Magnetelement geschaffenen schwachen Magnetfeldbereich montiert sind, wobei die stationären Supraleiterkörper (104) von den durch die Magnetelementkonfiguration erzeugten Magnetfeldlinien umgeben sind, wodurch die drehbaren Magnetelemente durch die zwischen den stationären Supraleiterkörpern (104) und den drehbaren Magnetelementen auftretende Repulsionskraft stabilisiert wird.

3. Lagerkonstruktion nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend zumindest einen Supraleiterkörper ("HTS"), der um die Achse (100) zentriert ist.

4. Lagerkonstruktion nach Anspruch 3, ferner umfassend:

(a) ein drittes Magnetelement mit einem magnetischen Dipol (132) oder magnetischen Quadrupol, das in der Nähe der Achse (100) angrenzend an eine erste Fläche des zentrischen Supraleiterkörpers montiert ist und dessen Magnetfeld entgegengesetzt zu dem durch das erste Magnetelement (110) erzeugten Magnetfeld orientiert ist; und

(b) ein viertes Magnetelement mit einem magnetischen Dipol (133) oder magnetischen Quadrupol, das in der Nähe der Achse (100) angrenzend an eine zweite Fläche des zentrierten supraleiterkörpers montiert ist und dessen Magnetfeld entgegengesetzt zu dem durch das zweite Magnetelement (111) erzeugten Magnetfeld orientiert ist.

5. Lagerkonstruktion, umfassend:

(a) ein drehbares Anschlußmagnetelement (390, 391) mit einem ersten magnetischen Quadrupol oder einem magnetischen Dipol, das drehbar in dem drehbaren Element gelagert ist;

(b) ein stationäres Anschlußmagnetelement (490, 491; 492, 493) mit einem zweiten magnetischen Quadrupol oder einem zweiten magnetischen Dipol;

(c) einen stationären Supraleiterkörper (172, 173), der zwischen dem drehbaren Anschlußmagnetelement (390, 391) und den stationären Anschlußmagnetelementen (490, 491; 492, 493) montiert ist; und

(d) ein umfangsseitiges stationäres Magnetelement (494), das angrenzend an die Peripherie des Supraleiterkörpers (172, 173) und sowohl außerhalb der drehbaren Anschlußmagnetelemente (390, 391) als auch der stationären Anschlußmagnetelemente (490, 491; 492, 493) montiert ist.

6. Lagerkonstruktion nach Anspruch 5, bei welcher der Supraleiterkörper (172, 173) derart montiert ist, daß dieser das stationäre Anschlußmagnetelement (490, 491; 492, 493) axial umschließt.

7. Druck- und Zapfenlagerkonstruktion, umfassend:

(a) ein drehbares Element, das um eine Achse (100) drehbar ist;

(b) einen an das drehbare Element angeschlossenen zapfenseitigen magnetischen Dipol (612) mit entlang der genannten Achse orientierten Polen;

(c) einen angrenzend an den zapfenseitigen magnetischen Dipol montierten zapfenseitigen Supraleiterkörper (614);

(d) ein an einem Ende des drehbaren Elements befestigtes druckseitiges Magnetelement (616) mit entlang der Achse orientierten Polen;

(e) einen angrenzend an das druckseitige Magnetelement (616) montierten druckseitigen Supraleiterkörper (618); und

(f) einen außerhalb des zapfenseitigen Supraleiterkörpers montierten zapfenseitigen Permanentmagnet (620).

8. Druck- und Zapfenlagerkonstruktion nach Anspruch 7, bei welcher der druckseitige Supraleiterkörper (618) derart montiert ist, daß dieser das druckseitige Magnetelement (616) radial umschließt.

9. Druck- und Zapfenlagerkonstruktion nach Anspruch 7, ferner umfassend einen druckseitigen Permanentmagnet (630), der außerhalb des druckseitigen Supraleiterkörpers (618) montiert ist.

10. Lagerkonstruktion nach Anspruch 1, ferner umfassend ein drittes stationäres Magnetelement (494), das angrenzend an die Peripherie des Supraleiterkörpers (104) montiert ist.

11. Lagerkonstruktion nach Anspruch 2, ferner umfassend ein drittes stationäres Magnetelement (494), das angrenzend an die Peripherie des Supraleiterkörpers (104) montiert ist.

12. Lagerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei welcher zumindest ein Supraleiterkörper (104, 173, 600, 614, 618) etwa einem Magnetfeld entsprechend konturiert ist.

13. Lagerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher zumindest ein Supraleiterkörper (104, 173, 600, 614, 618) Schichten aus supraleitenden Werkstoffen und nichtsupraleitenden Werkstoffen aufweist.

14. Lagerkonstruktion nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher zumindest ein Dipol eines Magnetelements oder Quadrupol gedoppelt sind.