DE2139506B2

DE2139506B2 - Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs

Info

Publication number: DE2139506B2
Application number: DE2139506A
Authority: DE
Inventors: H Hieronymus; J Miericke; F Pawlitschek
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1974-08-08
Also published as: US3780667A; SE376205B; DE2139506A1; GB1395552A; IT963645B; FR2149934A5; CH552495A; DE2139506C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs über einer Fahrbahn mit zwei am Fahrzeug befestigten, einander parallel und vertikal angeordneten supraleitenden Fahrzeugschleifen und mit einer zwischen den Fahrzeugschleifen vertikal angeordneten, an der Fahrbahn befestigten Stabilisierungsschleife zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft.

Die elektrodynamische Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs ist schon im Jahre 1912 von B a c h e I e t in der USA.-Patentschrift 1 020 943 vorgeschlagen worden. Das Fahrzeug dient als Träger für Magnete mit großen Strömen, die im Zusammenwirken mit elektrisch leitenden Teilen der Fahrbahn Hubkräfte »«ernten. Diese wirken der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegen und halten so das Fahrzeug während seiner Bewegung in einem Schwebezustand über der Fahrbahn.

In der USA.-Patentschritt 3 470 828 sind verschiedene Ausführungsformen einer elektrodynamischen Schwebeführung unter Verwendung supraleitender Fahrzeugschleifen beschrieben. In einer Ausführungsform (F i g. 5 bis 7) befinden sich jeweils in Fahrtrichtung hintereinander mehrere Magnetsysteme an beiden Seiten des Fahrzeugs. Jedes System enthält eine am Fahrzeug befestigte, horizontal liegende supraleitende Fahrzeugschleife. Diesen Fahrzeugschleifen sind faiwbahnseitig hintereinander, ebenfalls horizontal liegende und normalleitende Schienenschleifen zugeordnet, von denen jeweils zwei nebeneinanderliegend und gegensinnig gewickelt zusammengeschaltet sind. Eine Reihe der an der Fahrbahn befestigten Schienenschleifen befindet sich unterhalb der Fahrzeugschleife und eine zweite Reihe der normalleitenden Schienenschleifen oberhalb der supraleitenden Fahrzeugschleife. Diese Schienenschleifenanordnung dient zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft für das Fahrzeug. Sobald sich das Fahrzeug und damit die Fahrzeugschleife horizontal aus ihrer Mittellage nach der einen Seite entfernt, werden jeweils die beiden dort angeordneten Schienenschleifen von einem größeren Fluß durchsetzt als die anderen beiden Schienenschleifen. Dementsprechend wird in diesen Schleifen ein größerer Strom induziert, der eine Rückstellkraft in Richtung der Mittellage erzeugt. In dieser Mittellage werden in den Schienenschleifen praktisch keine Ströme erzeugt. Diese Ausführungsform der elektrodynamischen Schwebeführung wird deshalb auch mit Nullfluß-System bezeichnet. Zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft können in einer anderen Ausführungsform (F i g. 15 bis 17) auch jeweils eine vertikal angeordnete Stabilisierungsschleife oberhalb und unterhalb der horizontalen supraleitenden Fahrzeugschleife angeordnet sein.

Die zur Erzeugung der Hubkraft für das Fahrzeug dienenden Hubschleifen können sowohl neben der horizontalen Fahrzeugschleife vertikal (F i g. 11) als auch oberhalb und unterhalb der Fahrzeugschleife horizontal angeordnet sein (F i g. 13). Ferner kann die horizontal angeordnete Hubschleife in zwei Teilschleifen aufgeteilt sein, zwischen denen sich eine vertikal angeordnete Schleife zur horizontalen Stabilisierung befindet (F ig. 19).

Zur Dämpfung von Schwingungen des Fahrzeugs sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung können jeweils entsprechende, an der Fahrbahn befestigte Dämpfungsschleifen vorgesehen sein, die mit den magnetischen Feldern des Magnetsystems so zusammenwirken, daß das Fahrzeug in der Gleichgewichtslage stabilisiert wird.

In der Zeitschrift »Cryogenics«, Juni 1971, S. 192 bis 204 ist von Powell und D a η b y eine Ausführungsform mit Nullfluß-Systemen beschrieben worden, von denen jeweils ein System an beiden Seiten des Fahrzeugs und eines in der Mitte unter dem Fahrzeug angeordnet sind. Jedes der beiden seitlichen Systeme enthält eine am Fahrzeug befestigte horizontal angeordnete supraleitende Schleife und jeweils eine oberhalb und unterhalb dieser Schleife angeordnete normalleitende Schienenschleife, die zur Erzeugung der Hubkraft dienen. Diese beiden Hubschleifen sind in einem geschlossenen Stromkreis gegeneinander geschaltet und so angeordnet, daß sich die durch die magnetischen Felder

induzierten Spannungen im Gleichgewicht befinden, wenn sich die Febrzeugschleife in der Mitte zwischen den beiden Hubschleifen befindet. In dieser Lage ist somit der Strom in den Hubschleifen Null. In einer Uge der Fahrzeugschleife oberhalb oder unterhalb δ dieser Mittellage werden jeweils in den Hubschleifen Ströme induziert, die eine entsprechende Rückstellkraft zur Folge haben. Der Strom in den Hubschleifen ist wesentlich kleiner als der Strom in der Fahrzeugschleife, solange der Hub und damit die Abweichung von der to Mittelstellung kleingehalten wird.

In dem unterhalb des Fahrzeugs angeordneten Magnets) stern, das den gleichen Aufbau hat, aber gegenüber den beiden anderen seitlichen Systemen um 90° gedreht ist, wirken die magnetischen Kräfte in gleicher Weise. Die beiden Schienenschleifen induzieren somit Führungskräfle in horizontaler Richtung, die eine horizontale Stabilisierung des Fahrzeugs bewirken.

Ein Magnetsystem, das unter anderem die eingangs genannten Merkmale aufweist, haben Powell und »o D a π b y in der Zeitschrift »Cryogenics and industrial Gases«, Oktober 1969, S. 19 bis 24 vorgeschlagen. Dieses Nullflußsystem enthält ebenfalls in einer Ebene quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs drei Magnetsysteme zur dynamischen Schwebeführung. Zur Erzeu- »5 gung der Hubkraft ist jeweils ein Hubsystem zu beiden Seiten des Fahrzeugs angeordnet, und das dritte System unter dem Fahrzeug dient als Stabilisierungssystem zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft. Die Systeme enthalten jeweils zwei supraleitende Fahrzeugschleifen, sogenannte Quadrupolmagnete, zwischen denen sich eine parallel zu den Fahrzeugspulen angeordnete Schienenschleife befindet. In dem Stabilisierungssystem dient die mit den Fahrzeugschleifen vertikal angeordnete Schienenspule zur Erzeugung der seitlichen Führungskraft, und in den beiden Hubsystemen dient die horizontal angeordnete Schienenschleife zur Erzeugung der Hubkraft. Diese Anordnung hat somit den Nachteil, daß das Fahrzeuggewicht in den seitlichen Magnetsystemen, insbesondere der Hubschleife, +o große Biegemomente erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung für schnelle Fahrzeuge durch eine konstruktiv günstigere Zuordnung von Hubschleifen und Stabilisierungsschleifen zu vereinfachen und zu verbessern.

Ausgehend von dem Magnetsystem der eingangs genannten Art wird dies£ Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in dem gemeinsamen magnetischen so Feld der oeiden Fahrzeugschleifen und senkrecht zu ihnen zugleich eine Hubschleife zur Erzeugung einer der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegenwirkenden Hubkraft angeordnet ist.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einer Überlagerung der Magnetfeldkonfiguration eines der Hubsysteme mit dem Stabilisierungssystem die magnetische Kraftwirkung der beiden Systeme erhalten bleibt oder wenigstens nur unwesentlich beeinflußt wird. In dem gemeinsamen magnetischen Feld der beiden Fahrzeugschleifen und senkrecht zu ihnen ist zugleich eine Hubschleife zur Erzeugung einer der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegenwirkenden Hubkraft angeordnet. Ein besonderes Stabilisierungssystem ist somit nicht mehr erforderlich. Dt.rch die Magnetfeldkonfiguration mit senkrecht aufeinanderstellenden und in der Bewe_r gungsrichtung des Fahrzeugs ausgedehnten Schienenschleifen wird zugleich die Hubkraft und die horizontale FQhrungskraft erzeugt Die Hubschleife ist dann horizontal zwischen den vertikalen und zueinander parallelen Fahrzeugschleifen angeordnet. Die Reaktionskraft zur erzeugten Hubkraft wirkt in Richtung der Abstützung der Schienenschleifen auf der Fahrbahn. Das Biegemoment auf die Hubschleife ist somit gering.

Die zur Erzeugung der horizontalen Föhrungskraft dienende Stabilisierungsschleife ist vertikal zwischen den Fahrzeugschleifen derart angeordnet, daß sich ihre Schleifenebene mit der Schleifenebene der Hubspule schneidet. Die Anordnung kann vorzugsweise so gewählt werden, daß sich eine Kreuzform der Querschnitte der Hubschleife und der Stabilisierungsschleife ergibt, in der die Schleifenebene der Hubschleife die Schleifenebene der Stabilisierungsschleife etwas oberhalb deren Mitte schneidet Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Fahrzeuggewicht die Gleichge wichtslage etwa zur Mitte der Stabilisierungsschleife verschiebt.

Die mit den Fahrzeugschleifen zusammenwirkenden Elemente können bekanntlich ^uch in Form von Wirbelströme führenden Schienen ausgeführt sein, wie es die USA.-Patentschrift 1020 943 zeigt. In Weiterbildung der Erfindung können daher mehrtre in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs hintereinander angeo.'dnete Hubschleifen und Stabilisierungsschleifen zu einer Schiene in Gestalt eines gemeinsamen Profilkörpers vereinigt sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht, in welchem auch noch einzelne Merkmale weiterer Unteransprüche erläutert sind.

In der Figur ist ein Querschnitt durch zwei in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordnete, identisch aufgebaute Magnetsysteme dargestellt. Sie befinden sich unter dem Fahrgestell eines Fahrzeugs 12 und enthalten jeweils zwei am Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen 2 und 4 sowie zwei an einer Fahrbahn 14 befestigte Schienenschleifen. Eine zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienende Stabilisierungsschleife ist mit 6 und eine zur Erzeugung der Hubkraft dienende Hubsch'eife ist mit 8 bezeichnet. Die Hub- und Stabilisierungsschleifen sind so angeordnet, daß ihre Querschnitte ein Kreuz bilden, das mit Hilfe einer Abstützung 10 an der Fahrbahn 14 befestigt ist. Auf der Fahrbahn 14 befinden sich noch zwei Schienen 16 und 18, auf denen beim Anfahren und Abbremsen des Fahrzeugs die Räder 22 rollen, die in bekannter Weise mittels einer Achse 24 am Unterbau des Fahrzeugs 12 befestigt sind. Das Fahrwerk dient zur Bewegung des Fahrzeugs beim Anfahren mit einem besonderen in der Figur nicht dargestellten Antrieb und beim Abbremsen, sobald eine zum Schweben des Fahrzeugs erforderlich Geschwindigkeit unterschritten wird.

Die Zwischenräume in den durch die Kreuzform der Schienensc'.leifen 6 und 8 gebildeten Quadranten können vorteilhaft mit elektrisch isolierendem Material 11 ausgefüllt und derart gestaltet sein, daß Fremdkörper nicht auf dem Schienenkreuz liegen bleiben. Diese Wirkung erreicht man mit einer etwa dreieckförmigen Gestaltung der Quadranten oberhalb der Hubschleife 8.

Die Fahrzeugschleifen 2 und 4, vorzugsweise supraleitende Spulen, befinden sich jeweils in einem Kryostaten 3 bzw. 5 mit einem Kühlmittel, vorzugsweise flüssigem Helium, das die Fahrzeugschleifen auf supraleitender Temperatur hält. Die in Fahrtrichtung des Fahrzeugs 12 langgestreckten Fahrzeugschleifen 2 und 4

«innen an ihren beiden Enden vorzugsweise nach außen derart gekröpft sein, daß der Querschnitt der Schleifen ein Ringsegment bildet. Dann kann jeweils ein Teil der Hubschleife 8 von den Fahrzeugschleifcn eingeschlossen sein. Oberhalb der Fahrzeugschleifcn 2 und 4 ist jeweils ein Kanal 30 angedeutet. Diese Kanäle enden in einem Vorratsbehälter 32 für das Kühlmittel. Der Vorratsbehälter 32 kann noch mit einer Feldabschirmung 34 versehen sein, die vorzugsweise ebenfalls supraleitend sein kann.

In einer besonderen Ausführungsform des Magnetsy stems können die beiden, vorzugsweise plattenförmi-

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gen Schleifen 6 und 8 auch zu einem gemeinsamen Profilköirper vereinigt sein. Mit dieser Gestaltung erhält man eine Krhöhung der mechanischen Stabilität und einen einfacheren Aufbau und somit einen verminderten Aufwand.

Die zur seitlichen Stabilisierung erforderliche Fiihrunpskraft ist im allgemeinen wesentlich geringer als die Hubkraft. Es kann deshalb ausreichend sein, eine Stabilisierungsschleife mit geringerer Ausdehnung al; die Hubschleife im wesentlichen oder ausschließlich un terhalb oder oberhalb der Hubschleife anzuordnen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

t. Magnetsystem for die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs Ober einer Fahrbahn mit zwei S am Fahrzeug befestigten, einander parallel und vertikal angeordneten supraleitenden Fahrzeugschleifen und mit einer zwischen den Fahrzeugschleifen vertikal angeordneten, an der Fahrbahn befestigten Stabilisierungsschleife zur Erzeugung einer horizon- ν» talen Führungskraft, dadurch gekennzeichnet, daß in dem gemeinsamen magnetischen Feld der beiden Fahrzeugschleifen (2, 4) und senkrecht zu ihnen zugleich eine Hubschleife (8) zur Erzeugung einer der Schwerkraft des Fahrzeugs entge- genwirkenden Hubkraft angeordnet ist
2. Magnetsystem nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet daß die Querschnitte der Hubschleife (8) und der Stabilisierungsschleife (6) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (12) ein Kreuz *o bilden.
3. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenebene der Hubschleife (8) die Schleifenebene der Stabilisierungsschleife (6) in einem vorbestimmten Abstand ober- »5 halb der Mitte der Stabilisierungsschleife (6) kreuzt.
4. Magnetsystem nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (12) hintereinander angeordnete Hubsrhleifen (8) und Stabilisierungsschleifen (6) zu einer Schiene in Gestalt eines gemeinsamen Profilkörpers vereinigt sind.
5. Magnetsystem nach einem der nnsprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ρ rallel zueinander angeordneten und länglich gestalteten Fahrzeugschleifen (2,4) an ihren beiden Enden gekröpft sind.
6. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die dem Fahrzeug (12) zugewandten Quadranten des durch die Hub- und die Stabilisierungsschleife (6, 8) gebildeten Kreuzes zum Teil mit elektrisch isolierendem Material (U) gefüllt sind.
7. Magnetsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung mit nichtmagnetischem Material in den Quadranten oberhalb der Hubschleife (8) so gestaltet ist, daß ihre freien Oberflächen zusammen mit der Hubschleife (8) etwa ein Dreieck bilden.

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