DE2160666B2

DE2160666B2 - Elektrodynamisches Magnetsystem fur die Schwebeführung eines bewegten Fahr Zeugs

Info

Publication number: DE2160666B2
Application number: DE2160666A
Authority: DE
Inventors: Hans 8520 Erlangen Hieronymus; Juergen Dipl.-Phys. 8500 Nuernberg Miericke; Franz 8501 Neunhof Pawlitschek
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1973-09-27
Also published as: DE2160666A1; JPS4864614A; DE2160666C3; CH551307A; IT971390B; US3903809A; FR2164337A5

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrodynamisches Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs mit supraleitenden Magnetschleifen, die in wenigstens einer Schleife aus nichtmagnetischem Material Reaktionskräfte erzeugen.

Die supraleitenden Magnetschleifen können beispielsweise am Fahrzeug befestigt sein und in einer ortsfesten Schleife aus nichtmagnetischem Material Wirbelströme erzeugen, deren magnetische Abstoßungskräfte als Hubkraft für das Fahrzeug dient. Ferner sind im Feld der Magnetschleifen im allgemeinen noch weitere Schleifen aus nichtmagnetischem Material angeordnet, in denen das Feld der Magnetschleifen ebenfalls Reaktionskräfte erzeugt, die zur horizontalen Stabilisierung des Fahrzeugs über der Fahrbahn oder auch in einer Aufhängevorrichtung dienen. Diese Schleifen aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, werden deshalb als Hubschleifen bzw. Stabilisierungsschleifen bezeichnet.

Eine magnetische Schwebeführung eines Fahrzeugs, das als Träger für Magnete mit großen Strömen dient, die im Zusammenwirken mit elektrisch leitenden Teilen der Fahrbahn Hubkräfte erzeugen, ist bekannt aus der USA.-Patentschrift 1020 943. Die Hubkräfte wirken der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegen und halten so das Fahrzeug während seiner Bewegung in einem Schwebezustand über der Fahrbahn.

Verschiedene Ausführungsformen einer solchen elektrodynamischen Schwebeführung, bei der die durch das Magnetfeld in elektrischen Leitern erzeugten Abstoßungskräfte ausgenutzt werden, sind bekannt aus der USA.-Patentschrift 3 470 828. Mehrere Magnetsysteme können jeweils am Fahrzeug in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sein. Jedes System enthält am Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen und gegensinnig gewickelte, an der Fahrbahn befestigte normalleitende Schleifen. Ferner können noch zwei normalleitende Schienenschleifen oberhalb der supraleitenden Fahrzeugschleifen angeordnet sein. In den Schienenschleifen, die jeweils in Fahrtrichtung parallel nebeneinander und parallel zur Fahrzeugschleife angeordnet sind, werden durch das Feld der Fahrzeugschleifen Reaktionskräfte erzeugt, die zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft für das Fahrzeug dienen. Sobald sich das Fahrzeug und damit die Fahrzcugschleifen horizontal aus ihrer Mittellage entfernen, werden jeweils die beiden dort angeordneten Schienenschleifen von einem größeren Fluß durchsetzt, der eine Rückstellkraft in Richtung der Nullage erzeugt. In dieser Gleichgewichtslage

werden praktisch keine Ströme erzeugt. Diese Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung wird deshalb auch als Nullfluß-System bezeichnet.

Die zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienenden Stabilisierungsschleifen können in der bekannten Anordnung auch vertikal oberhalb oder unterhalb der supraleitenden Fahrzeugschleifen angeordnet sein. Die in dem Magnetsystem zur elektrodynamischen Schwebeführung ferner enthaltenen Fahrzeugschleifen zur Erzeugung der Hubkraft können sowohl neben der Fahrzeugschleife vertikal (Fig. U) als auch oberhalb und unterhalb der Fahrzeugschleife horizontal angeordnet sein (Fig. 13). Außerdem können die Hubschleifen in mehrere Teilschleifen aufgeteilt sein, zwischen denen sich eine vertikal angeordnete horizontale Stabilisierungsschleife befindet

Aus der Zeitschrift »Cryogenics«, Juni 1971, Seiten bis 204, ist eine Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung bekannt, bei der jeweils ein Nullfluß-System an beiden Seiten des Fahrzeugs und ein Nullfluß-System in der Mitte unter dem Fahrzeug angeordnet sind. Die Ströme in den beiden Fahrzeugschleifen haben entgegengesetzte Richtung, aber ihre magnetischen Kräfte haben gleiche Richtung so daß sich diese Kräfte addieren. Die Systeme an den Seiten des Fahrzeugs dienen zur Erzeugung der Hubkraft und das System unter dem Fahrzeug erzeugt die zur seitlichen Stabilisierung erforderlichen Kräfte.

Aus der Zeitschrift »Cryogenics and Industrial Gases« Oktober 1969, Seiten 19 bis 24, ist eine weitere Ausführungsform eines Nullfluß-Systems bekannt, das ebenfalls in einer Ebene quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs drei Magnetsysteme zur dynamischen Schwebeführung enthält. Diese Systeme enthalten jedoch jeweils zwei supraleitende Fahrzeugschleifen, zwischen denen sich eine parallel zu den Fahrzeugschleifen angeordnete Schienenschleife befindet. In dem Stabilisierungssystem unter dem Fahrzeug dient die mit den Fahrzeugschleifen vertikal angeordnete Schienenschleife zur Erzeugung der seitlichen Fuhrungskraft. In den beiden Hubsystemen beiderseits des Fahrzeugs dient die jeweilige horizontal angeordnete Schienenschleife zur Erzeugung der Hubkraft. Neben der elektrodynamischen Schwebeführung ist auch eine elektromagnetische Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs möglich, wie es beispielsweise in der deutschen Patentschrift 643 316 beschrieben ist. Ferromagnetische Körper können nämlich mn Hitte statischer, elektrischer oder magnetischer Felder schwebend gehalten werden. Es sind aber besondere Maßnahmen erforderlich, damit der schwebende Körper, beispielsweise das Fahrzeug in einer stabilen Lage gehalten wird. Das Magnetfeld muß vermindert werden, wenn sich der Körper dem Magneten nähert, und es muß erhöht werden, wenn sich der Korper vom Magneten entfernt. Ein Nachteil dieser elektromaonetischen Schwebeführung besteht somit dann, uali eine Steuerung oder sogar eine Regelung des Stromes im Magneten erforderlich ist. Ein we.terer Nachtul der elektromagnetischen Schwebeführung mit geregelten normallcitenden Elektromagneten besteht darin, daß nur relativ geringe Schwebehöhen erreicht werden können und somit die Störanfälligkeit diesu Systeme verhältnismäßig groß ist. Bei wirtschaftlicher Din-,nsionierung der Magnete und .hrer Stromversorgung erhält man eine Hubhöhe des Fahrzeugs bis zu wenigen Zentimetern. Die Magnetfelder können auch nicht beliebig erhöht werden, weil sonst die vom Feld durchsetzten ferromagnetische η Körpei, das sind im allgemeinen Eisenkörper, magnetisch gesättigt werden und dann nicht mehr geregelt werden können. Außerdem bleibt die als Hub- und Stabilisierungskraft dienende Anziehungskraft bei solchen Systemen auf etwa das doppelte Fahrzeuggewicht begrenzt. Dies kann sich in Krümmungen der Bahn bei hoher Geschwindigkeit mit entsprechend hohen Fliehkräften nachteilig auswirken. Eine stabile Lage des schwebenden Körpers erhält man bei diesem Prinzip durch eine Regelung des Magneten, wie es Braunbek in »Frei-¹S schwebende Körper im elektrischen und magnetischen Feld« in der »Zeitschrift für Physik« 112 (1939), Seiten 753 bis 763, beschrieben hat. Die elektromagnetische Schwebeführung hat aber auch Vorteile, nämlich geringe Wirbelstromverluste im Eisenkörper, auf den die Anziehungskraft ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schwebeführung bewegter Fahrzeuge anzugeben, die bei geringen Wirbelstromverlusten in den Schleifen aus nichtmagnetischem Material einfach und insbesondere ohne aufwendige Regeleinrichtung aufgebaut ist. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß eine Schwebeführung dann besonders vorteilhaft ist, wenn man in sinnvoller Weise die Prinzipien der elektrodynamisehen Schwebeführung und der elektromagnetischen Schwebeführung verbindet.

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem elektrodynamischen Magnetsystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mittels einer Kombination der elektrodynamischen Schwebeführung mit einer angenähert gerade das Fahrzeuggewicht kompensierenden elektromagnetischen Schwebeführung das elektrodynamisch» Schwebesystem derart dimensioniert ist, daß die auf dieses einwirkenden Kräfte bei einer Auslen-40 kung des Fahrzeugs aus der mittleren Schwebelage stärker anwachsen als die magnetischen Anziehungskräfte des elektromagnetischen Schwebesystems.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen besonders darin, daß die bei einer elektromagneti-45 sehen Schwebeführung erforderliche aufwendige Steuer- und Regeleinrichtung entfallen kann, d.h., daß eine steuerungs- und regelungstechnische Reduzierung der elektromagnetischen Wirkung bei einer Auslenkung des Fahrzeuges aus der mittleren Schwe-5o beläge überflüssig ist.

Eine raumsparende Kombination der beiden Schwebesysteme läßt sich dadurch erreichen, daß zwischen den Magnetschleifen zur Schwebeführung des Fahrzeugs wenigstens eine zur Erzeugung einer senk-55 rechten Hubkraft dienende Hubschleife und wenigstens eine zur Erzeugung einer horizontalen Stabilisierungskraft vorgesehene Stabilisierungsschleife aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, deren Schleifenebenen sich kreuzen, und daß im magneti-^5o sehen Feld wenigstens einer der Magnetschleifen wenigstens ein ferromagnetischer Körper derart angeordnet ist, daß das Feld der Magnetschleifen in ihm eine zusätzliche Kraft erzeugt.

Besonders raumsparend ist die Konstruktion, wenn 65 jeweils zwei horizontal angeordnete Magnetschleifen mit einer Hubschleife ein elektrodynamisches NuIifluß-System bilden, diese beiden in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordneten Systeme mit

einer zwischen ihnen angeordneten Stabilisierungsschleife ein drittes Nullfluß-System bilden und im Feld wenigstens einer der Magnetschleifen der ferromagnetische Körper derart angeordnet ist, daß das ihn durchsetzende Feld die zusätzliche Hubkraft erzeugt. Mit dieser Anordnung lassen sich die zu einer stabilen Führung erforderlichen drei elektrodynamischen Nullfluß-Systeme mit nur zwei Spulenpaaren aufbauen.

Dieser ferromagnetische Körper kann vorteilhaft in langgestreckter Form oberhalb der Stabilisierungsschleife angeordnet sein. Hierdurch läßt sich von den Magnetschleifen beiderseits der Stabilisierungsschleife die gleiche Kraft auf den Körper erzeugen, d.h. eine zu der Stabilisierungsschleife zusätzliche symmetrische Hubkrafteinwirkung auf die Magnetschleifen läßt sich erreichen. Ferner kann bei dieser Anordnung des ferromagnetischen Körpers die horizontale Komponente dieser Kraft auf die Magnetspule zusätzlich zur Seilenstabilisierung herangezogen werden.

Eine ähnlich vorteilhaft wirkende Kraftverteilung auf die Magnetschleifen läßt sich auch dadurch erzielen, daß jeweils ein flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs langgestreckter ferromagnetischer Körper jedem der beiden ersten Nullfluß-Systeme zugeordnet ist, der jeweils vom Feld einer der Magnetschleifen durchsetzt ist.

Darüber hinaus kann oberhalb des ferromagnetischen Körpers ein Körper aus nicht magnetischem, aber elektrisch leitendem Material derart angeordnet sein, daß er ebenfalls von dem Feld der Magnetschleifen durchsetzt wird, sobald der ferromagnetische Körper magnetisch gesättigt ist. Der ferromagnetische und der nichtmagnetische Körper können zusätzlich gemeinsam einen flachen Körper bilden. Mit dieser Ausbildung läßt sich eine zusätzliche Stabilisierung für das schwebende Fahrzeug in senkrechter Richtung, insbesondere eine Schwingungsdämpfung bei Fahrt, erzielen.

Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung können sowohl der ferromagnetische wie auch der nichtmagnetische Körper lamelliert sein. Diese Körper bestehen dann aus einzelnen, in der Art eines Sandwich-Systems mit ihren Flachseiten aufeinandergelegten Einzelplatten. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur die Komponenten der Wirbelströme in der Ebene parallel zur Ebene der sie erzeugenden Ströme der Magnetschleife zur Krafterzeugung wirksam sind. Die senkrecht zu den Flachseiten der Platten gerichteten Komponenten, die lediglich Bremskräfte und somit Verluste erzeugen, werden somit wesentlich vermindert und unter Umständen sogar praktisch ausgelöscht.

Zur Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die verschiedenen Prinzipien magnetischer Schwebung erläutert und in den Unteransprüchen gekennzeichnete Weiterbildungen dargestellt sind.

Die Fi g. 1 bis 3 erläutern die Prinzipien der Schwebeführung. In Fig. 4 ist ein Magnetsystem für eine aufgehängte Schwebebahn und in F i g. 5 eine Bodenversion des Systems mit jeweils einer Kreuzanordnung der Hub- und Stabilisierungsschleife dargestellt. Die Fig. 6 bis 7 zeigen jeweils ein Magnetsystem, das mehrere Nullfluß-Systeme enthält. In Fig. 8 sind die Wirkungen der magnetischen Kräfte des neuen Systems in einem Diagramm veranschaulicht.

In Fig. 1 ist das bekannte elektromagnetische Schwebeprinzip schematisch dargestellt. Der für einen Magneten M charakteristische Verlauf der Hubkraft F läßt sich bestimmen, wenn man nur das in der Figur gestrichelt angedeutete, aber nicht näher bezeichnete Feld im Luftspalt zwischen einem ferromagnetischen Körper K und der als Magnet Af dienenden stromdurchflossenen Spule berücksichtigt und unter der vereinfachenden Annahme, daß das Magnetfeld homogen und der ferromagnetische Körper K vollkommen permeabel ist. Dann ergibt sich die erzeugte Hubkraft aus der MaxweU'schen Zugkraftformel

is F = A- B²/2 μ,,,

worin A die Polfläche, B die Induktion und μ₀ die Induktionskonstante sind. Da die Induktion B eine Funktion des Abstandes h des Magneten Af vom ferromagnetischen Körper K ist, erhält man eine mit abnehmendem Abstand h theoretisch auf unendlich hohe Werte zunehmende Anziehungskraft des Magneten M auf den Körper K, solange die magnetische Sättigung des Körpers vernachlässigt wird. Bei der elektromagnetischen Schwebeführung wird diese an-

*5 ziehende Kraft als Hubkraft F für das Fahrzeug ausgenutzt.

Eine elektrodynamische abstoßende Kraft, die als Hubkraft F auf das Fahrzeug einwirkt, ergibt sich in bekannter Weise nach Fig. 2, wenn sich ein Magnet M mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit im Abstand h über eine ausgedehnte Fläche einer in der Bewegungsrichtung langgestreckten Schiene S aus nichtferromagnetischem, aber elektrisch leitendem Material, z. B. Aluminium oder Kupfer, bewegt. Gemaß dem Lenz'schen Gesetz fließen in der Schiene S durch den magnetischen Fluß des Magneten M induzierte Ströme mit solcher Richtung, daß sie jeder Änderung des Magnetflusses entgegenwirken. Die zwischen dem induzierten Strom / und dem Feld mit der Induktion ß erzeugte abstoßende Kraft ergibt sich aus

F=IXB.

Die in der Schiene S induzierten Wirbelströme erzeugen zusätzlich eine Bremskraft in bezug auf das sich bewegende Fahrzeug nach dem Prinzip der bekannten Wirbelstrombremse. Diese Wirbelstromverluste können beispielsweise für ein 40-t-Fahrzeug bis zu etwa 2500 kW betragen. Diese elektrischen Verluste müssen vom Antriebssystem gedeckt werden. Das bekannte Nullfluß-System einer elektrodynamischen Schwebeführung erhält man nach Fig. 2 durch das Zusammenwirken zweier Magneten Af₁ unc M₂. Diese beiden Magneten sind parallel zueinandei angeordnet und von Strömen durchflossen, die gegen einander genchtete Magnetfelder erzeugen, wie es ii der Figur durch Pfeile angedeutet ist. Etwas außerhall der Mittelebene, der sogenannten Nullfluß-Zone, is ein Reaktionskörper aus nichtmagnetischem, abe elektrisch leitendem Material angeordnet, der ir Ausführungsbeispiel die Form einer als Platte ausge bildeten Schiene S hat. Wenn sich diese vorzugsweis aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bc stehende Schiene S in der Nullfluß-Zone bewegt, s

⁶S sind die in ihr induzierten Ströme und damit die Riet tungs- und Bremskräfte Null. Bei deT dargestellte Auslenkung Z aus der strichpunktiert angedeutete Mittelebene werden Wirbelströme nach dem elektr»

dynamischen Prinzip in der Aluminiumschiene induziert, die eine in Richtung auf die Nullfluß-Zone wirkende Kraft und somit eine Rückstellkraft erzeugen. Die Steifigkeit der Nullflußanordnung nimmt zu, wenn der Strom in den Magneten M₁ und M₂, die üblicherweise supraleitende Magnetschlcifcn sind, erhöht wird und wenn der gegenseitige Absland der Magneten Af₁ und M₂ kleiner wird. In der Nullfluß-Zone bleiben die Verluste in der Schiene S Null, solange die endliche Dicke der Schiene S vernachlässigt wird.

Im Ausführungsbeispiel eines Magnelsyslems nach Fig. 4 sind zwei an einem nicht dargestellten Körper eines Fahrzeugs 20 befestigte supraleitende Magnetschleifen 2 und 4 parallel zueinander angeordnet. Sie schließen eine Kreuzanordnung einer senkrechten Stabilisierungsschleife 6 mit einer waagerecht angeordneten Hubschleife 8 ein. Diese beiden Schleifen können vorzugsweise eine geschlossene Platte, insbesondere eine Schiene bilden, die zweckmäßig lamelliert sein kann. Durch diese einzelnen Schichten parallel zur Plattenebenc wird die Komponente der Wirbelströme, die senkrecht zur Plattenebene gerichtet ist, begrenzt. Das von der Stabilisierungsschleife 6 und der Hubschleife 8 gebildete Kreuz ist mit Hilfe einer Aufhängung 10 an einer Tragvorrichtung 14 befestigt, die eine Verbindung zur in der Figur nicht dargestellten Fahrbahn herstellt. Das aus der Hubschlcife 8 und der Siabilisicrungsschleife 6 gebildete Schietienkreuz ist durch eine Versteifung 11 aus nichtmagnetischem Material gehalten. Die Verstcifung 11 bildet oberhalb des Schienenkreuzes einen Verbindungskörper 12 zwischen dem Schienenkreuz und der Tragvorrichtung 14.

Ein ferromagnetischer Körper 16 ist derart angeordnet, daß er von den Feldern der beiden Fahrzeugschleifen 2 und 4 durchsetzt wird. Dieser ferromagne-Iisdn: Körper 16 kann vorzugsweise aus. Eisen bestehen. Die Felder erzeugen in ihm unter anderem eine an Hand der Fig. 1 erläuterte Anziehungskraft, die als Hubkraft für das Fahrzeug 20 dient. In der Betriebslage des Fahrzeugs 20 befindet sieh die Hubschleifc 8 in der Nullfluß-Zone, und es werden keine Wirbelströme und somit auch keine Verluste in dieser Schleife erzeugt. Dagegen werden diese Wirbelströmc im Falle einer Auslenkung der Hubschleifc 8 aus der Nullfluß-Zone erzeugt, und es werden dann entsprechende Rückstellkraft wirksam Die Hubschleife 8 dient somit im wesentlichen nur noch zur senkrechten Stabilisierung des Magnetsystems.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung 5" der Anordnung nach Fig. 4 erhält man dadurch, daß der ferromagnetische Körper 16 /ur magnetischen Sättigung bei einer vorbestimmten Größe des Magnetflusses bemessen wird. Wird dieser Fluß überschritten, so geht das Material in Sättigung und bleibt damit nahezu unwirksam auf das Magnetfeld. Das Feld durchsetzt dann einen oberhalb des fcrromagnetischen Körpers 16 angeordneten Körper 18 aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und erzeugt darin Wirbelströme, die entsprechende Rückstellkräfte erzeugen. Mit dem nichtmagnetischen Korper 18 erhält man somit zusätzliche Stabilisicrungskräfte für das schwebende Fahrzeug in senkrechter Richtung, die insbesondere einer schwingenden Bewegung entgegenwirken.

Wegen der erforderlichen großen Ströme sind als Magnetschleifen 2und 4 in bekannter Weise supraleitende Spulen vorgesehen, die durch entsprechende Kühlmittel, insbesondere Helium, auf kryogener Temperatur gehalten werden. Das Kühlsystem ist in der Figur nicht dargestellt.

In der Bodenversion einer Schwebeführung nach Fig. 5 sind zwei Systeme mit jeweils einer Kreuzanordnung der Hubschleife 8 und der Stabilisierungsschleife 6 auf einem Fahrbahnoberbau 24 angeordnet. Jeweils ein Slützkörper aus vorzugsweise nichtmagnetischem Material ist mit 26 bzw. 28 bezeichnet. Den beiden Systemen ist jeweils ein ferromagnetischer Körper 16 und vorzugsweise ein oberhalb dieses Körpers angeordneter nichtmagnetischer Körper 18 zugeordnet. Der ferromagnetische Körper 16 ist mittels des Verbindungskörpers 12 am Schienenkreuz befestigt. Der ferromagnetische und der nichtmagnetische Körper 16 bzw. 18 sind in einer Ausnehmung 22 des Fahrgestells angeordnet. Das Fahrgestell 21 des Fahrzeugs 20 ist noch mit einem, in der Figur nicht dargestellten Transportgestell mit Rädern versehen, die sich in der Ruhelage in bekannter Weise auf ebenfalls nicht dargestellte Schienen des Fahrbahnoberbaus 24 abstützen.

In der Anordnung nach Fig. 6 bilden zwei waagerecht angeordnete Magnetschleifen 32 und 34 mit einer ebenfalls horizontal angeordneten Hubschleife 38 ein Nullfluß-System. Zwei weitere, in gleicher Weise angeordnete Magnetschleifen 33 und 35 bilden mit einer zweiten Hubschleife 39 ein weiteres Nullfluß-System. Zwischen diesen beiden Hubsystemen ist eine Stabilisierungsschleife 46 zur Bildung horizontaler Stabilisierungskräfte derart angeordnet, daß sie sich in einem dritten Nullfluß-System findet, das durch die der Stabilisierungsschleife 46 zugewandten Leiter der Magnetschleifen 32 bis 35 gebildet wird. Oberhalb dieser drei Nullfluß-Systeme ist ein ferromagnetische! Körper 36 derart angeordnet, daß er vom Felde der beiden Fahrzeugschleifen 32 und 33 durchsetzt wird, die somit in ihm eine magnetische Kraft erzeugen, die unter anderem eine zusätzliche Hubkraft bildet und damit die beiden Hubschleifen 38 und 39 entsprechend entlastet. Dieser ferromagnetische Körper 3(? kann zweckmäßig ebenfalls zur magnetischen Sättigung fur einen vorbestimmten maximalen magnetischen Fluß bemessen sein Wird dieser Fluß überschritten, so wird ein obeihalb des ferromagnetische" Körpers 36 angeordneter Körper 48 aus niehtmagnetischcm Material, vorzugsweise Aluminium, wirksam. Ein Tragkörper 40, der mit einer Aufhängevorrichtung 42 verbunden ist, dient /ur Aufhängung des Systems an einer in der Figur nicht dargestellter, i rag vorrichtung für die Bahn, die an einem Verbindungskörper 44 unterhalb des Magnetsystems angeordne sein soll und in der Figur nicht dargestellt ist.

Die Kühleinrichtung für die supraleitenden Ma gnetschleifen 32 bis 35 kann in bekannter Weise aus. geführt sein und ist deshalb in der Figur ebenfalls nich dargestellt.

Der Abstand des ferromagnetische!! Körpers 3( von der waagerechten Nullfluß-Zone der beidci Hubschleifen 38 und 39 und die Gestaltung des feiro magnetischen Körpers 36, der vorzugsweise lamelliei sein kann, werden so gewählt, daß die Anziehungs kraf; an den ferromagnetischen Körper wenigsten annähernd dem mittleren Gewicht des Fahrzeugs ent spricht. Dann befinden sich die Hubschleifen 38 un 39 in der Normalbetriebslage in der Nullfluß-Zon* In dieser Normalbetriebslage ist das Material des fet

romagnetischen Körpers 36 nicht magnetisch gesättigt. Hist bei einer vorbestimmten Auslenkung des Fahrzeugs nach oben soll der magnetische Fluß der Magnetschleifen 32 und 33 den ferromagnetischen Körper 36 durchsetzen und in dem oberhalb dieses · Körpers befindlichen nichtmagnetischen Körper 48 nach dem elektrodynamischen Prinzip Ströme induzieren, die eine Absloßungskraft zwischen dem ferromagnetischen Körper 36 und den Magnetschleifen 32 und 33 bewirken. In der Normalbetriebslage sind die elektrischen Verluste vorwiegend auf die Wirbelstromverluste in dem ferrumagnetischen Körper 36 beschrankt, weil sich die Hubschleifen 38 und 39 und die Stabilisierungsschleife 46 dann jeweils in einer Nullfluß-Zone bewegen. Lenkt das Fahrzeug aus die- ¹S scr Normalbetriebslage aus, so werden die hohen Richtkriif te des elektrodynamischen Nullfluß-Systems selbsttätig wirksam.

Nach Fig. 7 ist der Fahrzeugkörper 20 über ein Schwebesystem nach Fi g. 6 und eine Aufhängung 10 an einer Tragevorrichtung 14 befestigt. In dieser Anordnung ist über den beiden oberen Magnetschleifen 32 und 33 jeweils ein ferromagnetischer Körper 56 angeordnet. Oberhalb dieses ferromagnetischen Körpers 56 befindet sich jeweils ein Körper 58 aus nicht magnetischem Material, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In diesem nichtmagnetischen Körper 58 werden Wirbelströme erzeugt, sobald die ferromagnetischen Körper 56 magnetisch gesättigt sind. Diese Wirbelströme erzeugen entsprechende magnetische Kräfte, die als Rückstellkräfte auf die Magnctschleifen wirken, sobald der Fahrzeugkörper 20 und somit die mit ihm verbundenen Magnetschleifen sich aus der Normalbetriebslage in Richtung auf die Aufhängung 10 bewegen. Mit den nichtmagnetischen Körpern 58 können somit zusätzliche Schwingungen des Fahrzeugs in vertikaler Richtung und damit Schwingungen des Schwebesystems unterdrückt werden.

Im Diagramm nach F i g. 8 sind die mit dem Schwebesystem erzeugten Kräfte in Abhängigkeit von der Auslenkung ζ der Hubschleifen 8 bzw. 38 und 39 von der Nullfluß-Zone der Magnetschleifen 2 und 4 bzw. 32 bis 35 veranschaulicht. Der in der Figur strichpunktiert dargestellte Verlauf der elektromagnetischen Kraft F_n zeigt ein exponentielles Ansteigen der magnetischen Kraft, solange sich die Magnetschleifen dem ferromagnetischen Körper 16 bzw. 36 bzw. 56 nähern, d. h. je kleiner der Absland zwischen den Magnetschleifen und diesen Körpern wird. Ist dagegen der ferromagnetische Körper zur Sättigung durch das magnetische Feld bemessen, so strebt die elektromagnetische Kraft F_s einem Maximalwert des Feldes zu, wenn sich die Magnetschleifen dem ferromagnetischen Körper nähern, wie es in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Die elektrodynamischen Richtkräfte F₁₁ nehmen bei einer Auslenkung nach beiden Seiten exponentiell zu, wie es in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Die maximal zulässigen Auslenkungen sind mit + z₀ und - z„ bezeichnet. Das Zuggewicht, d. h. die Schwerkraft F_g, wirkt als konstante negative Zugkraft. Sie wirkt der Hubkraft entgegen, und man erhält als Resultierende eine Kraft F_v, deren Verlauf im Diagramm ausgezogen ist. In der Normalbetriebslage sind die Schwerkraft F₈ des Fahrzeugs und die elektromagnetische Kraft F₁ gleich und einander entgegengerichtet, so daß die resultierende Kraft F₁, Null ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrodynamisches Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeuges mit supraleitenden Magnetschleifen, die in wenigstens einer Schleife aus nicht magnetischem Material Reaktionskräfte erzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Kombination der elektrodynamischen Schwebeführung mit einer angenähert gerade das Fahrzeuggewicht kompensierenden elektromagnetischen Schwebeführung das elektrodynamische Schwebesystem derart dimensioniert ist, daß die auf dieses einwirkenden Kräfte bei einer Auslenkung des Fahrzeugs (20) ¹S aus der mittleren Schwebelage stärker anwachsen als die magnetischen Anziehungskräfte des elektromagnetischen Schwebesystems.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Magnetschleifen (2, 4 bzw. 32 bis 35) wenigstens eine zur Erzeugung einer senkrechten Hubkraft dienende Hubschleife (8 bzw. 38, 39) und wenigstens eine zur Erzeugung einer horizontalen Stabilisierungskraft vorgesehene Stahilisierungsschleife (6 bzw. 46) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, deren Schleifenebenen sich kreuzen, und daß im magnetischen Feld wenigstens einer der Magnetschleifen (2, 4 bzw. 32, 33) wenigstens ein ferromagnetischer Körper (16 bzw. 36 bzw. 56) derart angeordnet ist, daß das Feld der Magnetschleifen (2,4bzw. 32,33) in ihm eine zusätzliche Hubkraft erzeugt.

3. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei horizontal angeordnete Magnetschleifen (32, 34 bzw. 33, 35) mit einer Hubschleife (38 bzw. 39) ein elektrodynamisches Nullfluß-System bilden, daß diese beiden in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) nebeneinander angeordneten Systeme mit einer zwischen ihnen angeordneten Stabilisierungsschleife (46) ein drittes Nullfluß-System bilden und daß im Feld wenigstens einer der Magnetschleifen (32, 33) der ferromagnetische Körper (36) derart angeordnet ist, daß das ihn durchsetzende Feld die zusätzliche Hubkraft erzeugt (Fig. 6).

4. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) langgestreckter ferromagnetischer Körper (36) oberhalb der Stabilisierungsschleife (46) angeordnet ist (Fig. 6).

5. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) langgestreckter ferromagnetischer Körper (56) jedem der beiden ersten Nullfluß-Systeme zugeordnet ist, der jeweils vom Feld einer der Magnetschleifen (32 bzw. 33) durchsetzt ist (Fig. 7).

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des ferromagnetischen Körpers (16, 36, 56) ein Körper (18, 48, 58) aus nichtmagnetischem, aber ■ elektrisch leitendem Material derart angeordnet ist, daß er ebenfalls von dem Feld der Magnetschleifen (2,4bzw. 32,33) durchsetzt wird, sobald der ferromagnetische Körper (16, 36, 56) magnetisch gesättigt ist.

7. Magnetsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische und der nichtmagnetische Körper (16,18 bzw. 36,48 bzw. 56, 58) gemeinsam einen flachen Körper bilden.

8. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper (16 bzw. 36 bzw. 56) lamelliert ist.

9. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus nichtmagnetischem Material (18 bzw. 48 bzw. 58) lamelliert ist.