DE2160680A1

DE2160680A1 - Magnetsystem fuer die schwebefuehrung eines bewegten fahrzeugs

Info

Publication number: DE2160680A1
Application number: DE2160680A
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Phys Miericke
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1973-06-14
Also published as: DE2160680B2; FR2164338A5; CH559649A5; US3834317A; DE2160680C3; IT971387B; JPS4864613A

Description

Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetsystem für die . Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs mit parallel zueinander angeordneten supraleitenden Magnetschleifen, die mit wenigstens einer·Schleife aus nichtmagnetischem Material ein ' elektrodynamisches liullflußsystem bilden.

Die supraleitenden Magnetschleifen können beispielsweise am Fahrzeug befestigt sein und in einer. Schleife aus nichtmagnetischem Material Wirbelströme erzeugen, deren magnetische Abstoßungskraft als Hubkraft für das Fahrzeug,dient* Ferner si'nd 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 an einer Aufhängevorrichtung dienen. Diese Schleifen aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, werden deshalb auch 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 US-Patentschrift 1 020 943. 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 erzeugte Abstoßungskräfte ausgenutzt werden, sind bekannt aus der ÜS-Patentschrift 3 470 828. Mehrere Magnetsysteme können jeweils am Fahrzeug in Fahrtrichtung hintereinander angeordnet sein. Jedes Sy&tem enthält.

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am Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen und gegensinnig gewickelte, an der Fahrbahn befestigte normalleitende Schienenschleifen. Ferner können auch zwei normalleitende Schienenschleifen oberhalb der supraleitenden Fahrzeug- ■ schleifen 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 und somit zur horizontalen Stabilisierung des Fahrzeugs dienen. Sobald sich das Fahrzeug und damit die Fahrzeugschleifen horizontal aus ihrer Mittellage entfernen, werden jeweils die beiden dort angeordneten Schienenschleifen von einem größeren ψ Fluß durchsetzt, der eine Rückstellkraft in Richtung der Nulllage erzeugt. In dieser Gleichgewichtslage werden praktisch keine Ströme erzeug.t. ,Diese Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung wird deshalb auch als Nullflußsystem bezeichnet.

Die zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienenden Stabilisierungsschleifen können in der bekannten Anordnung auch vertikal oberhalb und unterhalb der supraleitenden Magnetschleifen angeordnet sein. Die in dem Magnetsystem zur elektrodynamischen Schwebeführung ferner enthaltenen Magnetschleifen zur Erzeugung der Hubkraft können sowohl neben der Magnet-. schleife vertikal (Fig. 11) als auch oberhalb und unterhalb " der Magnetschleife horizontal angeordnet sein (Fig. 13)· Außerdem können die Hubschleifen in mehrere Teilschleifen aufgeteilt sein, zwischen denen sich eine vertikal angeordnete Stabllisierungsschleife zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft befindet (Fig. 19).

Aus der Zeitschrift "Cryogenics and Industrial Gases", Okt. 1969» S. 19 bis 24 ist eine Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung bekannt, bei der jeweils ein Nullflußsystem an beiden Seiten des Fahrzeugs und ein weiteres in der Mitte unter dem Fahrzeug angeordnet ist. Diese Systeme enthalten jeweils zwei am Fahrzeug befestigte Magnetschleifen und eine zwischen ihnen und parallel zu ihnen angeordnete Schleife aus nichtmagnetischem Material, die an der Fahrbahn

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befestigt ist. Die Systeme an den beiden Seiten des Fahrzeugs dienen zur Erzeugung der Hubkraft und das System unter dem Fahrzeug erzeugt die zur seitlichen Stabilisierung erforderlichen Führungskräfte. Es sind somit zur Erzeugung der senkrechten Hubkraft und der horizontalen Stabilisierungskraft jeweils getrennte Systeme vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Magnetsysteme einer elektrodynamischen Schwebeführung zu vereinfachen und zu verbessern. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei Nullflußsysteme mit jeweils einer Hubschleife aus nicht-magnetischem Material in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordnet sind und daß die einander gegenüberliegenden Leiter der Magnetschleifen der beiden Nullflußsysteme-zusammen mit einer in ihrem gemeinsamen magnetischen Feld angeordneten Stabilisierungsschleife ein drittes Hullflußsystem bilden. Durch die Magnetfeldkonfiguration mit den wenigstens etwa senkrecht aufeinanderstehenden und in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ausgedehnten Hub- und Stabilisierungsschleifen,· die entweder an der Fahrbahn oder an einer Hängevorrichtung für die Schwebebahn befestigt sind, werden zugleich die -Hubkräfte und die horizontalen Stabilisierungskraf te erzeugt. Die Hubschleifen sind horizontal zwischen den Magnetschleifen angeordnet. Die Reaktionskraft zur erzeugten Hubkraft wirkt in Richtung der Abstützung quer zu den Hubschleifen auf der Fahrbahn. Das Biegemoment verteilt sich auf die beiden Hubschleifen der verschiedenen Uullsysteme.

Die 'zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienende Stabilisierungsschleife ist vertikal zwischen den Fahrzeugschleifen derart angeordnet, daß sich ihre Schleifenebene mit der Schleifenebene der Hubschleifen schneidet. Die Anordnung kann auch so gewählt Werden, daß sich eine Kreuzform der Querschnitte der Hubschleifen 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 Gleichgewichtslage etwa zur Mitte der Stabilisierungsschljeif.e verschiebt.

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Die Hub- und Stabilisierungsschleifen können als Leiterspulen mit mehreren Windungen ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Magnetsystems besteht darin, daß der von den Windungen der Hub- und/oder der Stabiiisierungsschleife eingeschlossene Raum durch die Spule bzw. die Schleife wenigstens annähernd ausgefüllt wird, insbesondere daß die Schleife eine Platte darstellt. Diese Platten können vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus nichtmagnetischem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Metalllegierung mit gleichen oder wenigstens ähnlichen Eigenschaften,· bestehen. Sie werden vorteilhaft in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs derart hintereinander angeordnet, daß sie eine Schiene bilden. . ·

Diese Schleifenplatten-können vorzugsweise lamelliert sein. Sie 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 Fahrzeugschleife zur Krafterzeugung wirksam sind. Die senkrecht zu den Flachseiten der Platten gerichteten Komponenten, die lediglich Bremskräfte und somit Verluste erzeugen, werden wesentlich vermindert und unter Umständen sogar praktisch ausgelöscht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, -in der ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems nach der Erfindung schematisch anschaulich ist.

Ein Oberteil 2 eines in der Figur nur angedeuteten Fahrzeugs ist über ein Magnetsystem für eine Schwebeführung nach der Erfindung mit einem Verbindungskörper 6 am Tragkörper" 8 einer Transportvorrichtung aufgehängt. In dem Magnetsystem sind die beiden Magnetspulen eines Nullflußsystems A mit 12 bzw. 14 und zwei Magnetschleifen eines zweiten Nullflußsystems B mit 13 bzw. 15 bezeichnet. In der Nullflußzone der Magnet'-schleifen, die vorzugsweise Supraleiter enthalten können, ist jeweils eine Schleife aus nichtmagnetischem Material angeordnet. Diese jeweils zur Erzeugung einer senkrechten Hubkraft dienenden Schleifen in den beiden Nullflußsystemen A

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und B sind mit 16 "bzw. 17 "bezeichnet. Zwischen den beiden Nullflußsystemen A und B befindet sich eine weitere Schleife-18 aus nichtmagnetischem Material, die zur Erzeugung der horizontalen Stabilisierungskräfte dient. In der Normalbetriebslage des Fahrzeugs 4 befindet sich die Stabilisierungsschleife 18 in der Nullflußζone der einander gegenüberliegenden und der Schleife 18 benachbarten leiter der Magnetspulen 12 bis 15. Die Hubschleifen 1'6 und 17 und die Stabilisierungsschleife 18 befinden sich in einem Träger 20 aus nichtmagnetischem Material, der am Tragkörper 6 der Aufhängevorrichtung 8 befestigt ist. Der Träger 20 sorgt zugleich für eine mechanisch stabile Lage der Hub- und Stabilisierungsschleifen gegeneinander.

Die supraleitenden Magnetspulen 12 und. 14- bzw. 13 und 15 der beiden Nullflußsysteme A und B sind jeweils in einem Tragkörper 22 bzw. 24 angeordnet. Diese Tragkörper enthalten auch ein in der Figur nicht dargestelltes Kühlsystem für die Supraleiter der Magnetschleifen 12 bis 15, das in bekannter Weise ausgeführt sein kann. Im Falle einer Auslenkung des Fahrzeuges 4 aus der Normalbetriebslage» die eine entsprechende Verschiebung der Hub- oder der Stabilisierungsschleife zur Folge hat, werden in diesen Schleifen durch das Magnetfeld der Magnetschleifen 12 bis 15 Wirbelströme induziert,, die entsprechende Reaktionskräfte erzeugen, die als Rückstellkräfte verwendet werden. . ■

Diese Reaktionskräfte werden auch wirksam, wenn Kipp- oder Drehkräfte auf die Stabilisierungsschleife und insbesondere auf die beiden Hubschleifen wirksam werden. Wird beispielsweise durch eine Drehbewegung des hängenden Fahrzeugs 4 die Hubschleife 16 nach unten und die Hubschleife 17 nach oben ausgelenkt, so sind die entstehenden Reaktionskräfte in der Hubschleife 16 nach unten und in der Hubschleife 17 nach o"ben gerichtet. Durch das Zusammenwirken der beiden die Hubschleifen enthaltenden Nullflußsysteme A und B erhält man somit ein gegen Dreh- und Schlingerbewegungen eines hängenden Fahrzeugs" selbststabilisierendes Magnetsystem.

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Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Magnetsystems für die Schwebeführung nach der Erfindung erhält man durch die ,Anordnung eines ferromagnetischen Körpers 26 im magnetischen Feld wenigstens eines der beiden Uullflußsysteme A und B. In diesem ferromagnetischen Körper 26, der vorzugsweise die Form einer Schiene haben kann, werden durch das magnetische Feld der beiden Magnet schleifen 12 und 13 Anaehungskräfte erzeugt, die als zusätzliche Hubkraft wirken. Durch diese Kombination einer elektrodynamischen mit einer elektromagnetischen Schwebeführung erhält man eine erhebliche "Verminderung der Verluste des gesamten Magnetsystems, weil im ferromagnetischen Körper 26 durch das magnetische Feld nur " . verhältnismäßig geringe Stromverluste erzeugt werden. Die Anordnung des ferromagnetischen Körpers 26, d.h. ihr Abstand von den Hubschienen 16 und 17 und ihre Gestaltung werden so gewählt, daß die in ihr erzeugte Anziehungskraft wenigstens etwa gleich dem Gewicht des Fahrzeuges 4 einschließlich des Verbindungskörpers 2 und der Magneteinrichtung mit den Magnetspulen 12 bis 15 ist.

In der Normalbetriebslage des Fahrzeugs 4 befinden sich die Hubschleifen 16 und 17 in der Hullflußzone der Magnetschleifen 12 und 14 bzw. 13 und 15 und es werden somit keine Wirbelströme und deshalb auch keine Verluste in diesen Schleifen erzeugt/Dagegen werden die Wirbelströme im Falle einer Auslenkung der Schleifen 16 und 17 aus derUullflußzone erzeugt und es werden dann entsprechende Rückstellkräfte wirksam. Die Hübschleifen 16 und 17 dienen somit im wesentlichen nur noch zur senkrechten Stabilisierung des Fahrzeugs 4· Sie übernehmen somit zugleich die Wirkung von Dämpfungsschleifen und verhindern schwingende oder auch schlingernde Bewegungen des Fahrzeugs 4.

Oberhalb des ferrojnagnetischen Körpers 26 kann zweckmäßig noch ein Körper aus nichtmagnetischem Material, insbesondere Aluminium oder einer magnetisch ähnlich wirkenden Legierung angeordnet sein. In Verbindung mit diesem nichtmagnetischen Körper 28 kann dann der ferromagnetische Körper 26 so bemessen werden, daß er in Sättigung geht, wenn die Auslenkung des Fahrzeugs aus einer Normalbetriebslage nach oben einen vorge-

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gebenen Wert überschreitet. Dann geht der ferromagnetische Körper 26, der vorzugsweise aus Eisen bestehen kann, in Sättigung und das magnetische Feld der Magnetschleifen 12 und 13 durchsetzt den Körper 28, in dem dann Vfirb el ströme mit entsprechenden Rückstellkräften erzeugt werden. Mit dieser Gestaltung des Magnetsystems nach der Erfindung erhält man somit eine Selbststabilisierung des Fahrzeuges 4 in senkrechter Richtung.

Im Ausführungsbeispiel ist die Anordnung eines einzigen ferromagnetischen Körpers oberhalb der Stabilisierungsschiene 18 im Feld der Magnetschleifen 12 und 13 beschrieben worden. Solche ferromagnetischen Körper können aber auch an anderen Orten in den magnetischen Feldern der beiden Nullflußs'ysteme A und B angeordnet werden. Es kann beispielsweise jeweils ein ferromagnetischer Körper, oberhalb der Spulen12 und 13 angeordnet werden.

Das im Ausführungsbeispiel beschriebene Magnetsystem einer Schwebeführung eines Fahrzeugs ist zwar besonders günstig für ein an einer Tragvorrichtung aufgehängtes Fahrzeug, es kann jedoch auch für ein Fahrzeug verwendet werden, dessen Magnetschleifen mit einem Stabilisierungssystem magnetisch gekoppelt sind, das an dem Oberbau eines Bahnkörpers befestigt ist. Ein ausreichend stabiles Magnetsystem gegen Drehkräfte um die Achse der Fahrtrichtung erhält man mit verhältnismäßig großer Breite der Stabilisierungsschleifen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, an dem Fahrzeug wenigstens zwei solcher Magnetsysteme anzuordnen.

12 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

YPA 71/7591 - 8 - Patentansprüche ·' '

1. Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs mit parallel zueinander angeordneten supraleitenden Magnetschleifen, die mit wenigstens einer Schleife aus nichtmagnetischem Material ein elektrodynamisches Nullflußsystem bilden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Nullflußsysteme (A, B) mit jeweils einer Hubschleife (16, 17) aus nichtmagnetischem Material in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (4) nebeneinander angeordnet sind, und daß die einander gegenüberliegenden Leiter der Magnetschleifen (12, 13 bzw. 14, 15) der beiden Nullflußsysteme (A, B) zusammen mit einer in ihrem gemeinsamen magnetischen Feld angeordneten

Stabilisierungsschleife (18) ein drittes Nullflußsystem bilden.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine flache Gestaltung der Hubschleifen (16, 17) und/oder der Stabilisierungsschleife (18).

3. Magnetsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Plattenform der Hub- untyoder der Stabilisierungsschleife.

4. Magnetsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte aus mehreren parallel zu ihren Flachseiten ver-

_fc laufenden Schichten besteht.

5. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (4) hintereinander angeordnete Hub- und/oder Stabilisierungsschleifen zu einer Schiene vereinigt sind.

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungsschleifen aus Aluminium bestehen.

7. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungsschlei-

' fen aus einer !Leichtmetallegierung bestehen.

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8. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da%u:rcii° ^ gekennzeichnet, daß im PeId wenigstens einer der Magnetschleifen (12, 13) ein ferromagnetischer Körper (26) derart angeordnet ist, daß das ihn durchsetzende Feld eine zusätzliche magnetische Kraft erzeugt.

9. Magnetsystem nach Anspruch, 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (4) langgestreckter ferromagnetischer Körper oberhalb der Stabilisierungsschleife (18) angeordnet ist.

10. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 8 und 9> dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (4) langgestreckter ferromagnetischer Körper oberhalb eines der beiden Nullsysteme (A, B) angeordnet ist.

11. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des ferromagnetischen Körpers (26) ein Körper (28) aus nichtmagnetischem Material derat angeordnet ist, daß er ebenfalls von dem Feld der Magnetschleifen (12, 13) durchsetzt wird, sobald der ferromagnetische Körper (26) magnetisch gesättigt ist.

12. Magnetsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische und der nichtmagnetische Körper (26 bzw. 28) gemeinsam einen flachen Körper bilden.

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ORIGINAL INSPECTED

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