DE2250372B2 - Magnetsystem für die Schwebeführung eines entlang einer Fahrbahn bewegten Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetsystem für die Schwebeführung eines entlang einer Fahrbahn bewegten Fahrzeugs mit zwei entlang der Fahrbahn verlaufenden, an dieser befestigten, U-förmigen, jeweils aus einem horizontal zur Fahrbahn verlaufenden Ober- und Unterteil und einem etwa senkrecht zur Fahrbahn stehenden Seitenteil bestehenden Führungskanälen aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material und am Fahrzeug in Fahrrichtung hintereinander befestigten, horizontal zur Fahrbahn liegenden, zwischen Ober- und Unterteil der Führungskanäle angeordneten supraleitenden Magnetspulen, die bei Bewegung des Fahrzeugs zur Schwebeführung des Fahizeugs ausnutzbare Ströme in den Führungskanälen induzieren.

Für die elektrodynamische Schwebeführung von Fahrzeugen, die insbesondere für Fahrzeuggeschwindigkeiten von etwa 300 km/h und mehr von Interesse ist, sind bereits verschiedene Systeme bekanntgeworden. Diese Systeme haben gemeinsam, daß durch am Fahrzeug befestigte Supraleitungsmagnetspulen in an der Fahrbahn angebrachten elektrisch leitenden Tragbzw. Führungselementen, beispielsweise in Form von elektrisch leitenden Platten oder in Fahrbahnrichtung hintereinander angeordneten Leiterschleifen, bei der Bewegung des Fahrzeugs entlang der Fahrbahn Ströme induziert werden, welche auf die Magnetspulen abstoßende Kräfte ausüben, die zum Tragen bzw. Führen des Fahrzeugs entlang der Fahrbahn ausgenutzt werden.

Das einfachste System, ein sogenanntes Normalnuß-System, besteht aus einer entlang der Fahrbahn verlaufenden, horizontal liegenden leitenden Platte, über die sich eine ebenfalls horizontal zur Fahrbahn liegende Magnetspule hinwegbewegt.

Bei Annäherung der Magnetspule an die Platte werden die abstoßenden Kräfte größer, wodurch sich der Abstand zwischen Platte und Magnetspule wieder vergrößert und die Magnetspule schwebend gehalten wird. Neben den Hubkräften, die der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegengerichtet sind, treten wegen des ohmschen Widerstands der leiten-

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den Platte auch Bremskräfte auf, die der Fortbewe- den senkrecht übereinander angeordneten Magnetgungsrichtung des Fahrzeugs entgegengerichtet sind. spulenpaaren liegt. In der Platte werden dann, insbe-Dieses einfache System liefert jedoch keine ausrei- sondere wenn sie dünn gegenüber der Eindringtiefe chende Stabilisierung des Fahrzeugs gegenüber von des Magnetfeldes in das Plattenmaterial ist, nur dann der Seite her einwirkenden Kräften oder gegenüber 5 Verluste — abgesehen von den kleinen, auch in der Kräften, die das Fahrzeug von der Fahrbahn abzu- Mitteliage erzeugten Verlusten — und somit Bremsheben bestrebt sind. Das heißt mit andeien Worten, kräfte erzeugt, wenn die Platte nicht genau in der das System gewährleistet keine ausreichende Führung Mitte zwischen den Spulen der jeweiligen Spulendes xhwebenden Fahrzeugs in horizontaler und ver- paare liegt,
tikaler Richtung. io Die erzeugte Bremskraft ist in erster Näherung

Eine solche Führung wird dagegen bei einem proportional zur zweiten Potenz der Auslenkung aus Magnetsystem erreicht, das in einem Aufsatz von der Mittellage, während die erzeugte Hubkraft in Guderjahn et al. in der Zeitschrift »Journal of erster Näherung der Auslenkung unmittelbar propor-Applied Physics« 40 (1969), S. 2133 bis 2140 be- tional ist. Zur Erzielung der erforderlichen Hubkräfte schrieben ist. Bei diesem System ist beiderseits der 15 für ein gleich schweres Fahrzeug benötigt man bei Fahrbahn je ein U-förmiger, beispielsweise aus Alu- diesem System jedoch im Vergleich zum eingangs minium bestehender, sich zur FaHbahnmitte hin öff- erwähnten Normalflußsystem statt einer Magnetspule nencler Führungskanal vorgesehen, in dem die am zwei Magnetspulen und außerdem in den Magnetspu-Fahrzeug befestigten, horizontal zur Fahrbahn lie- len wesentlich höhere Ströme. Die Magnetspulen genden Supraleitungsmagnetspulen bei Bewegung des 20 müssen daher verhältnismäßig aufwendig konstruiert Fahrzeuges entlanggleiten. Die Hubkräfte und die werden. Ein ähnliches Nullfluß-System, bei welchem vertikalen Führungskräfte werden dabei im wesent- die an der Fahrbahn befestigte Tragschiene nicht aus liehen durch Wirbelströme aufgebracht, die in den einer leitenden Platte, sondern aus einer Vielzahl von etwa horizontal zur Fahrbahn liegenden Ober- und in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten Leiter-Unterteilen der Führungskanäle erzeugt werden. Die 25 schleifen besteht, ist in einem Aufsatz von Powell horizontale Führung des Fahrzeugs wird dagegen im et al. in der Zeitschrift »Cryogenics and Industrial wesentlichen durch die in den etwa senkrecht zur Gases*. 4 (1969), S. 19 bis 24 beschrieben. Neben der Fahrbahn stehenden Seitenteilen der Fühnuigskanäle Erfordernis verhältnismäßig groß dimensionierter induzierten Ströme bewirkt. Im Vergleich zum ein- Supraleitungsmagnetspulen stehen bei diesen Nullgangs erwähnten Normalfluß-System sind jedoch die 30 fluß-Systemen auch der Anlage von Weichen große Bremskräfte verhältnismäßig groß, da zusätzliche Schwierigkeiten entgegen. Außerdem kann gegebe-Verluste in den Ober- und Seitenteilen der Führungs- nenfalls auch infolge der verhältnismäßig starken karäle entstehen. Ferner ist zum Heben eines gleich Dämpfung bei Auslenkungen aus der Gleichgewichtsschweren Fahrzeugs infolge der von den Kanalober- lage in vertikaler Richtung Oberdämpfung auftreten teilen auf die Magnetspulen wirkenden Abstoßungs- 35 und die Rückkehr in die Ausgangsanlage verhältniskräfte, die in gleicher Richtung wirken wie das Fahr- mäßig lange dauern.

zeuggewicht, ein größerer Spulenstrom erforderlich. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die ma-Dies bedingt eine entsprechend größere und kostspie- gnetische Schwebeführung von entlang einer Fahrligere Auslegung der Supraleitungsmagnetspulen. In bahn bewegten Fahrzeugen weiter zu verbessern, einem Aufsatz von Guderjahn et al. in der Zeit- 40 Insbesondere soll ein Magnetsystem angegeben werschrift »Cryogenics« 11 (1971), S. 171 bis 178 wird den.das einerseits geringere Verluste als das System der Vorschlag gemacht, bei einem Magnetsystem mit mit den U-förmigen Führungskanälen aufweist, den-U-förmigen Führungskanälen die Hubkraft dadurch noch aber eine gute Höhen- und Seitenstabilisierungszu vergrößern, daß an der Unterseite des Oberteils fähigkeit besitzt, und andererseits zur Erzeugung der jedes Kanals eine sich entlang des Kanals erstrek- 45 gleichen Hubkraft, d. h. zum Tragen eines Fahrkende Platte aus ferromagnetischem Material, bei- zeugs mit gleichem Gewicht, geringere Spulenströme spielsweise aus Eisen, angeordnet wird. Zu den elek- und damit weniger groß dimensionierte Magnetspulen trodynamisch erzeugten Hubkräften tritt dann die benötigt als das bekannte Nullfluß-System,
elektromagnetische Anziehung zwischen Supralei- Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Matungsmagnetspulen und ferromagnetiacher Platte hin- 50 gnetsystem der eingangs genannten Art erfindungszu. Allerdings sind dabei magnetische Verluste im gemäß senkrecht über jeder Magnetspule eine weitere, ferromagnetischen Material nicht auszuschließen. horizontal zur Fahrbahn liegende, oberhalb des Ober-Nach Sättigung des fenomagnetischen Materials, de- teils des jeweiligen Führungskanals angeordnete ren Eintritt oft schwer kontrollierbar ist, und in ge- supraleitende Magnetspule befestigt, die mit der zuwissem Umfang auch schon vorher, treten zudem 55 gehörigen, senkrecht unier ihr liegenden Magnetspule tuch Wirbelstromverluste im nichtmagnetischen. und dem Oberteil des Führungskanals ein Nullflußelektrisch leitenden Oberteil des Führungskanals auf. System bildet.

Verhältnismäßig klein sind demgegenüber die Das erfindungsgemäße Magnetsystem weist gegen-Bremskräfte und Verluste bei einem sogenannten über den bereits bekannten Systemen eine Vielzahl Nullfluß-System, das in einem Aufsatz von Richards 60 von Vorteilen auf. So verteilen sich die zum Tragen et al. in der Zeitschrift »Journal of Applied Physics« des Fahrzeugs erforderlichen Hubkräfte auf das aus 43 (1972), S. 2680 bis 2691 beschrieben ist. Bei die- je einem Spulenpaar und dem Oberteil des Führungssem Magnetsystem werden am Fahrzeug befestigte, kanals bestehende Nullfluß-System und das aus der paarweise senkrecht übereinander angeordnete, ge- jeweils untenliegenden Spule eines Magnetspulengensinnig zueinander erregte Supraleitungsmagnet- 65 paares und dem Unterteil des Führungskanals bestespulen an einer mit der Fahrbahn verbundenen, hori- hende Normalfluß-System, wobei jedes System einen zontal angeordneten, elektrisch leitenden Platte der- Teil der erforderlichen Hubkraft erzeugt. Dies hat art entlanggeführt, daß die Platte jeweils zwischen zur Folge, daß zum Tragen eines gleich schweren

Fahrzeugs der erforderliche Strombedarf je Magnet- Leiterschleifen verwendeten Leiter, senkrecht zu spule beim erfindungsgemäßen Magnetsystem nicht Fahrbahn gesehen, gleich oder kleiner sein als di< nur kleiner ist als bei dem bekannten Nullfluß-Sy- Eindringtiefe des Magnetfeldes, stem, sondern auch kleiner als bei dem bekannten Sy- Besonders vorteilhaft ist es ferner, wenn der Quo stern mit U-förmigem Führungskanal und nur einer 5 tient aus dem Abstand zwischen je zwei senkrech im Kanal entlanggleitenden Magnetspule. Die am übereinander angeordneten Magnetspulen und den: Fahrzeug befestigten Magnetspulen können daher Abstand zwischen dem Oberteil und dem Untertei beim erfindungsgemäßen Magnetsystem kleiner di- des U-förmigen Führungskanals zwischen etwa 0," mensioniert und weniger aufwendig konstruiert wer- und 1,3 liegt. Da hierbei die beiden Abstände nichi den als bei den bekannten Systemen. Insbesondere io zu sehr voneinander abweichen, wird erreicht, dafi sind die innerhalb der Magnetspulen infolge des bei in Fahrt befindlichem Fahrzeug einerseits der un-Stromflussess auftretenden, auf die Leiter der Spule tere Magnet jedes Magnetspulenpaares sich nahe an insbesondere in radialer Richtung wirkenden Kräfte der Mittelebene zwischen Ober- und Unterteil des leichter zu beherrschen. Da sich zwei jeweils überein- U-förmigen Führungskanals befindet und andererseits ander angeordneten Magnetspulen zudem noch elek- 15 das Oberteil des Führungskanals nahe der Mitteltrisch in Serie schalten lassen, können auch die ebene zwischen der oberen und der unteren Magnet-Stromversorgungseinrichtungen vergleichsweise klei- spule jedes Spulenpaares verläuft. Da in beiden Mitner dimensioniert werden. Infolge des kleineren Spu- telebencn der Quotient aus der jeweiligen Bremskraft lenstroms sind auch die Verluste in den U-förmigen und der jeweiligen Hubkraft ein Minimum hat, ergibt Führungskanälen gegenüber dem bekannten System ao sich der Vorteil, daß auch ein günstiges, d. h. kleines mit nur einer im Führungskanal entlanggleitenden Verhältnis zwischen Brems- und Hubkraft des GeSpule herabgesetzt. samtsystems erreicht wird. Bei Abweichungen von

Wie im einzelnen noch erläutert werden wird, der erläuterten Lage nahe der Mittelebene in verxikaeignet sich das erfindungsgemäße Magnetsystem auch ler Richtung treten ferner Rückstellkräfte auf, die zu gut für Weichen und bietet darüber hinaus Möglich- 25 einer guten Stabilität in dieser vertikalen Richtung keiten zur Anpassung an die Kennlinien von Antriebs- und damit zu einer steifen Fahrt führen, bei der keine einrichtungen, so daß eine ruhige und gleichmäßige länger dauernden Schwingungen um die Gleichge-Fahrt erreicht werden kann. Um die Verluste und da- wichtslage auftreten. Die Änderung des Verhältnisses mit die Bremskräfte innerhalb des einen Teil des er- zwischen Magnetspulenabstand und Abstand von findungsgemäßen Magnetsystems bildenden Nullfluß- 30 Ober- und Unterteil des Führungskanals, das im Systems möglichst klein zu halten, sollte die Dicke Idealfalle gleich 1 sein müßte, innerhalb der erwähnder Oberteile der U-förmigen Führungskanäle entwe- ten Grenzen bietet ferner eine Möglichkeit zur Ander gleich der Eindringtiefe des von den Magnetspu- passung der Eigenschaften des Magnetschwebesystems len erzeugten Magnetfeldes bei der höchsten beim an das jeweilige Antriebssystem. Betrieb des Fahrzeugs auftretenden Fahrgeschwindig- 35 Für die Anordnung der Führungskanäle entlang keit oder kleiner als diese Eindringtiefe sein. Die Ein- der Fahrbahn ergeben sich verschiedene Möglichkeidringtiefe ist bekanntlich im Einzelfall von der Ma- ten. Bei dem schon bekannten Magnetsystem mit gnetfeldkonfiguration und damit von den geometri- Führungskanälen öffnen sich die U-förmigen Fühschen Eigenschaften der Magnetspulen, insbeson- rungskanäle zur Fahrbahmnitte hin (»Journal of Apdere von deren Länge, abhängig sowie auch vom 40 plied Physics« 40 [1969], S. 2133). Bei einer anderen Leitermaterial, das für die Führungskräfte verwendet Ausführungsform können sich die U-förmigen Fühist, insbesondere von dessen elektrischer Leitfähig- rungskanäle zum Fahrbahnrand hin öffnen. Dabei keit. Außerdem nimmt die Eindringtiefe bei sonst können zusätzlich die Seitenteile der beiden U-förmigleichen Bedingungen mit wachsender Fahrgeschwin- gen Führungskanäle zu einem einzigen, senkrecht zur digkeit des Fahrzeuges ab. 45 Fahrbahn stehenden Teil vereinigt sein. Die beiden

Ober-, Unter- und Seitenteile der U-förmigen Füh- Führungskanäle bilden dann eine, vorzugsweise in rungskanäle können in an sich bekannter Weise aus Fahrbahnmitte angeordnete, einheitliche Struktur, für elektrisch leitenden, entlang der Fahrbahn angeord- die weniger leitendes Material erforderlich ist als für neten Platten bestehen. Als Plattenmaterial eignet sich zwei getrennte U-förmige Führungskanäle, vorzugsweise Aluminium. Jedoch kommen auch Kup- 50 Zum Antrieb von Fahrzeugen mit elektromagnetifer oder andere elektrisch leitende Metalle in Frage. scher Schwebeführung ist bekanntlich insbesondere Bei Verwendung von Aluminium wird die Bedingung, der Linearmotor geeignet. Die aktive Wicklung des daß die Dicke des Oberteils des Fühningskanals Linearmotors kann z. B. mit dem Fahrzeug verbungleich der Magnetfeldeindringtiefe oder kleiner als den und der Läufer des Lineannotors eine entlang diese sein soll, in der Regel erfüllt sein, wenn die für 55 der Fahrbahn verlaufende, mit dieser verbundene das Oberteil verwendete Platte nicht dicker als etwa Schiene aus elektrisch leitendem Material sein. Bei 1 cm ist. Die Platten können sowohl massiv ausgebil- voneinander getrennten, in der Nähe des Fahrbahndet als auch lamelliert sein. Ferner können Ober-, randes angeordneten U-förmigen Führungskanälen Unter- und Seitenteile des Fühnmgskanals elektrisch kann diese Schiene in bekannter Weise zwischen den miteinander verbanden bzw. ans einem Stück gefer- 60 Führungskanälen an der Fahrbahn befestigt sein, tigt oder aus Platten zn einem Stück verschweißt sein. (»elektrotechnik« 15. April 1972, S. 25, Bild 6). Falls Eine andere Möglichkeit für die Ausführung der die Seitenteile der beiden U-förmigen Führungskanäle U-förmigen Führungskanäle besteht darin, daß deren zu einem einzigen, senkrecht zur Fahrbahn stehenden Ober-, Unter- und Seitenteile in an sich ebenfalls be- Teil vereinigt sind, kann in Ausgestaltung des erfinkannter Weise ans entlang der Fahrbahn aneinander- 65 dungsgemäßen Magnetsystems dieses Teil über die gereihten, kurzgeschlossenen Leiterschleifen bestehen. Oberteile der Führungskanäle hinaus verlängert sein Bei den Leiterschleifen des Oberteils des Führungs- und in den Luftspalt der nut dem Fahrzeug verbunkanals soll dann vorzugsweise die Dicke der für die denen Linearmotorwicklung hineinragen. Die aktive

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Wicklung des Linearmotors kann aber auch in be- steht. Die einzelnen Platten jedes Führungskanals kannter Weise entlang der Fahrbahn angeordnet sein die beispielsweise aus Aluminium bestehen, könner und mit einem entsprechend der gewünschten Fahr- beispielsweise an den Stoßstellen leitend miteinandei Zeuggeschwindigkeit entlang der Fahrbahn wandern- verbunden sein. Der Führungskanal kann auch aus den Magnetfeld erregt werden (»Journal of Applied 5 U-förmigen, beispielsweise durch Biegen eines BIe-Physics« 43 [1972] S. 2688 u. 2689). Am Fahrzeug ches gefertigten Teilstücken bestehen, die in Fahrtselbst werden dabei eine oder mehrere mit einem ma- richtung entlang der Fahrbahn hintereinander angegnetischen Gleichfeld erregte Spulen vorgesehen, die ordnet sind.

von dem entlang der Fahrbahn wandernden Magnet- An beiden Seiten des Fahrzeugs 1 sind Paare vor

feld mitgenommen werden (Synchronmotor). Als io senkrecht übereinander angeordneten Supraleitungs-Fahrzeugspulen können dabei auch die supraleiten- magnetspulen 11 und 12 bzw. 13 und 14 angeordnet, den Trag- und Führungsmagnete dienen. Die aktive Die untere Spule 11 bzw. 13 jedes Spulenpaares bewicklung kann dann beispielsweise entlang der Fahr- wegt sich bei Fortbewegung des Fahrzeugs jeweils inbahn vertikal zwischen den an beiden Fahrzeugseiten nerhalb des zugehörigen Führungskanals 3 bzw. 4, befindlichen Magnetspulenpaaren angeordnet sein. 15 während die jeweils obere Spule 12 bzw. 14 sich Wie bereits erwähnt, bietet sich beim erfindungsge- oberhalb des Oberteiles 6 bzw. 9 des jeweiligen Fühmäßen Magnetsystem die vorteilhafte Möglichkeit rungskanals entlangbewegt. Die Spulen 11 und 12 einer Anpassung an die Kennlinie des Antriebssy- bzw. 13 und 14 sind, wie in F i g. 1 durch Punkte und stems, insbesondere eines Linearmotors. Unter Kenn- Kreuze angedeutet ist, gegensinnig zueinander erregt linie des Antriebssystems ist dabei der Zusammen- 20 und bilden mit den plattenförmigen Oberteilen 6 hang zwischen Antriebskraft und Geschwindigkeit bzw. 9 des zugehörigen Führungskanals jeweils ein zu verstehen. Bevorzugt können dabei die zwischen Nullfluß-System. Die Magnetspulen 11 bis 14 befin-■''■■^: den Supraleitungsmagnetspulen und den U-förmigen den sich jeweils in einem in Fig. 1 schematisch an-

'■■■'' Führungskanälen auftretende Bremskräfte derart an gedeuteten Kryostaten 15 bis 18 mit einem Kühlmit-

^i: die Antriebskraft des Linearmotors angepaßt sein, 25 tel, vorzugsweise flüssigem Helium, welches die Spu-

' daß sich beim Betrieb des Fahrzeugs mit gleichmäßi- len auf der für die Herbeiführung und Aufrechterhal-

ger Geschwindigkeit bei Änderung der einen Kraft tung des supraleitenden Zustandes erforderlichen tie-

-'''■<■■■ auch die andere Kraft im gleichen Sinne ändert. Bei fen Temperatur von wenigen Grad Kelvin hält. In der

^x " einer solchen Anpassung wird eine sehr gleichmäßige Regel sind mehrere derartige Spulenpaare an beiden

^;i! ruckfreie Fahrt erreicht. 30 Seiten des Fahrzeugs in Fahrtrichtung hinter-

<li'i- Die üblicherweise bei Weichen auftretenden Schwie- einanderliegend befestigt. Beispielsweise kann bei

' rigkeiten lassen sich beim erfindungsgemäßen Ma- einem nicht zu langen Fahrzeug an jedem Fahrzeug-

^kn> gnetsystem vorteilhaft dadurch vermeiden, daß im ende auf beiden Fahrzeugseiten je ein Spulenpaar

Weichenbereich die Führungskanäle jeweils nur aus angeordnet sein.

m!a:ig einem Unter- und einem Seitenteil bestehen und die 35 Am Unterbau des Fahrzeugs 1 sind ferner Räder

'ii^ti- Seitenteile gegenüber den verbreitert ausgebildeten 19 und 20 angebracht, auf denen das Fahrzeug beim

" ^Π1ί1 Unterteilen beweglich, beispielsweise horizontal ver- Anfahren und Abbremsen auf der Fahrbahn 2 ent-

Γί^- schiebbar, sind. Im Weichenbereich ist dann nur ein langrollen kann, wenn die zum Schweben des Fahr-

■ Λ ρ Normalfluß-System vorhanden, welches die erforder- zeugs erforderliche Geschwindigkeit noch nicht er-

r π liehen Hubkräfte aufbringt. Durch die verschiebba- 40 reicht bzw. bereits wieder unterschritten ist. Die Raren Seitenteile ist eine gute horizontale Führung im der können auch, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, Weichenbereich gewährleistet. durch Schienen geführt werden. Zum Antrieb des

An Hand einiger Figuren sollen Ausführungsbei- Fahrzeugs 1 dient ein Linearmotor, dessen aktive ^r spiele der Erfindung näher erläutert werden. Wicklungen 21 mit dem Fahrzeug 1 verbunden sind.

Fig. l zeigt schematisch im Querschnitt eine bei- 45 In den Luftspalt der Wicklung21 ragt eine entlang

;c in spielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen der Fahrbahn 2 verlaufende, an dieser befestigte

ü. für Magnetsystems· Schiene 22, beispielsweise aus Aluminium, die als

,K für Fig. 2 zeigt' schematisch die Abhängigkeit des Läufer des Linearmotors dient.

Verhältnisses von Bremskraft zu Hubkraft von eini- Die im Magnetsystem auftretenden Kräfte sind am

uncti- gen Größen des Systems sowie die Kennlinie eines 50 Beispiel des Führungskanals 3 und des Spulenpaa-

: :,;:. Linearmotors· ^res "· ^ ebenfalls in Fig. 1 dargestellt. In dem aus

._· des Fig. 3 und 4 zeigen schematisch im Querschnitt dem Spulenpaar 11, 12 und dem Kanaloberteil 6 berlin weitere beispielhafte Ausführungsformen des erfin- stehenden Nullfluß-System treten bei Auslenkung aus

■>?.-ψ dungsgemäßen Magnetsystems; <*^er Mittellage die der Schwerkraft des Fahrzeugs

c Fig. 5 zeigt schematisch in Draufsicht eine Weiche 55 entgegengerichtete Kraft A sowie die zur Fahrbahn

für das Magnetsystem nach F i g. 1; M« gerichtete Kraft B auf. In dem aus der unteren

Fig. 6 zeigt schematisch ein Teilstück eines Füh- Spule 11 und dem Kanalunterteil 5 bestehenden Normngskanals mit kurzgeschlossenen Leiterschleifen. malfluß-System tritt die nach oben von der Fahrbahn

In Fig. 1 ist ein Magnetsystem für die Schwebe- weg gerichtete Kra/t C auf. Wie Fig. 1 zeigt, haben führung eines Fahrzeug 1 dargestellt das entlang 60 die Kräfte B und C auch je eine horizontal zur Fahreiner Fahrbahn 2 bewegt wird. Beiderseits der Fahr- bahn und senkrecht zur Fahrtrichtung gerichtete bahn 2 ist je ein U-förrniger, sich zur Fahrbahnmitte Komponente, welche durch die im Seitenteil 7 des hin öffnender Führungskanal 3 und 4 befestigt. Jeder Führungskanals induzierten Ströme entsteht und die Führunngskanal besteht aus einem plattenförmigen horizontale Führung d|s Fahrzeugs bewirkt. Ferner Unterteil 5 bzw. 8 und einem plattenförmigen Ober- 6₅ haben alle Kräfte Ä, B und C auch horizontal zur teil 6 bzw 9 die jeweils horizontal zur Fahrbahn 2 Fahrbahn verlaufende und entgegengesetzt zur Fahrtverlaufen, sowie aus einem plattenförmigen Seiten- richtung gerichtete, m Fig. 1 nicht sichtbare Komteil 7 bzw. 10, das jeweils senkrecht zur Fahrbahn ponenten, die sogenannten Bremskräfte. Wenn man

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die Fahrtrichtung als x-Richtung und die Richtung zu Hubkraft ist in F i g. 2 als Kurve 1 noch die Kennsenkrecht zur Fahrbahn als z-Richtung bezeichnet, linie eines Linearmotors, d. h. die Antriebskraft des so erhält man für das Gesamtsystem die Hubkraft Linearmotors in Abhängigkeit von der Fahrzeugge

schwindigkeit dargestellt. Die zugehörige Geschwin-

^kh = (^j — Bz)+ ^cz 5 digkeit ν ist an der oberen Abszisse, die Antriebs-

und dip Rrpin^raft kraft K₄ an der rechten Ordinate aufgetragen. Im

und die Bremskraft dargestellten Falle ist für eine mittlere Geschwindig-

^kb = (Λ* + ^Bx) + C_x. keit v_m die durch die Kurve c bei festem d und c

in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit ν gegebene

Wie aus Fig. 1 ferner zu ersehen ist, hat das er- io Bremskraft des Gesamtsystems derart an die Anfindungsgemäße Magnetsystem auch den Vorteil, daß triebskraft des Linearmotors angepaßt, daß bei einei die Unterteile 5 und 8 der Führungskanäle, die einen Änderung der einen Kraft sich auch die andere Krafl erheblichen Teil der Hubkräfte aufnehmen, unmittel- in gleichem Sinne ändert. Wird etwa die Bremskrafl bar auf der Fahrbahn und damit auf festem Unter- größer, was zu einer Verringerung der Fahrgeschwingrund aufliegen. i₅ digkeit führen würde, so wird gleichzeitig auch die

Das Verhältnis von Bremskraft zu Hubkraft beim Antriebskraft des Linearmotors größer und somit die erfindungsgemäßen Magnetsystem in Abhängigkeit Geschwindigkeitsverringerung wieder ausgeglichen, von dem Produkt ν · d · σ ist schematisch in F i g. 2 Dadurch wird ein sehr ruhiges, ruckfreies Fahren dargestellt. Auf der linken Ordinate ist dabei dasVer- gewährleistet. Zusätzlich sind gegebenenfalls noch die hältnis von Brems- zu Hubkraft K_B/K_lh auf der un- 20 durch den Luftwiderstand des Fahrzeugs erzeugten teren Abzisse das Produkt ν · d · σ aufgetragen, ν be- Bremskräfte bei der Anpassung zu berücksichtigen, deutet die Geschwindigkeit des Fahrzeugs relativ zur die in F i g. 2 vernachlässigt sind. Zum Abbremsen Fahrbahn, α die elektrische Leitfähigkeit des Platten- des Fahrzeugs müssen bei einer solchen Anpassung materials der Führungskanäle und d die Dicke des natürlich zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, plattenförmigen Führungskanalteils. Kurve α zeigt das 25 Beispielsweise kann man zum Bremsen die Strom-Verhältnis von Brems- zu Hubkraft für das aus dem richtung in einer Spule jedes Spulenpaares oder Führungskanalunterteil und der jeweils unteren einiger Spulenpaare umkehren, so daß das betreffende Spule eines Spulenpaares bestehende Normalfluß- Spulenpaar kein Nullfluß-System mehr bildet und die System, Kurve b das Verhältnis von Brems- zu Hub- Verluste in den Führungskanaloberteilen und damit kraft für das aus dem Kanaloberteil und jeweils einem 30 die Bremskräfte ansteigen.

Spulenpaar bestehende Nullfluß-System und Kurvec Fig. 3 zeigt eine andere Ausführungsform des er-

das Verhältnis von Brems- zu Hubkraft für das Ge- findungsgemäßen Magnetsystems bei dem entlang samtsystem. Bei festem d und σ läßt sich aus den der Fahrbahn 2 zwei U-förmige Führungskanäle 31 Kurven α bis c jeweils die Abhängigkeit des Verhält- und 32 angeordnet sind, die sich jeweils zum Fahrnisses von Brems- zu Hubkraft von der Fahrzeugge- 35 bahnrand hin öffnen. Die am Unterbau des Fahrschwindigkeit ablesen. Ferner ergibt sich aus den Kur- zeugs 1 vorgesehenen Räder 33 und 34 die durch vena und b, daß man beispielsweise im Normalfluß- Schienen 35 und 36 geführt werden können, liegen System durch Vergrößerung der Plattendickt oder bei dieser Ausführungsform außerhalb der Führungsdurch Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des kanäle 31 und 32. Die Magnetspulenpaare 37 und 38 Plattenmatenals das Verhältnis von Brems- zu Hub- 40 bzw. 39 und 40, die ebenfalls im Fahrzeugunterbau kraft verkleinern und auch im Nullfluß-System, wo gelagert sind, umschließen von außen her die Oberdie Plattendicke in der Regel kleiner als die Magnet- teile der Führungskanäle 31 und 32 Wicklung und feldemdnngtiefe ist und damit eine geringere Rolle Läuferschiene des Linearmotors sind mit 41 bzw 42 spielt, durch Änderung der Leitfähigkeit der platten- bezeichnet.

förmigen Kanaloberseite das Verhältnis von Brems- ₄₅ Bei der in Fig. 4 dargestellten Ausführungsform zu Hubkraft andern kann. In beiden Systemen laßt eines erfindungsgemäßen Magnetsystems sind die sich zudem das Verhältnis von Brems- zu Hubkraft senkrecht zur Fahrbahn 2 stehenden Seitenteile der unabhängig voneinander ändern, indem man beispiels- beiden U-förmigen, sich zum Fahrbahnrand hin öffweise fur die Fuhrungskanaloberteile und die Füh- nenden Führungskanäle 51 und 52 zu einem einzigen rungskanalunteiieile Materialien mit unterschiedli- So senkrecht zur Fahrbahn 2 stehenden Teil 53 vereinigt, chen Le₁Ifahigkeiten wählt. Das durch die Kurve c Dieses Teil ist ferner über die Oberteile 54 und 55 gegebene Verhältnis von Brems- zu Hubkraft des Ge- der Führungskanäle 51 und 52 hinaus verlängert und samtsystems laßt sich daher durch entsprechende Be- ragt in den Luftspalt einer mit dem Fahrzeug 1 vermessung der Einzelsysteme unterschiedlichen Be- bundenen Lineannotorwicklung 56 hinein DitseAustnebsbedingungen anpassen. Eme weitere Möglich- 55 führungsform, die in ihren übrigen Teilen der in keil zur Beeinflussung des Verhältnisses von Brems- F i g. 3 dargestellten Ausführungsform entspricht, hat zu Hubkraft besteht schheßhch, wie bereits erwähnt, den besonderen Vorteil, daß die beiden U-förmigen dann, daß auch das Verhältnis des Abstandes zwi- Führungskanäle und die Länferschiene des Linearschen je zwei senkrecht übereinander angeordneten motors ein einziges, in einfacher Weise zu verlegendes Magnetepulen eines Spulenpaares zum Abstand zwi- 60 Bauteil bilden. Außerdem ist bei diesem Bauteil gesehen Ober- und Unterteil des U-fönmgen Führungs- genüber den anderen Ausführungsformen auch noch kanals verändert werden kamu Im Bereich höherer eine Materialersparnis mögliclTAuch die Dicke und Geschwindigkeiten ist beim erfindungsgemäßen Ma- Leitfähigkeit des Teils 53 können den Erfordernissen gnetsystem das Verhältnis von Brems- zu Hubkraft der horizontalen Führung und den Bremsverhältiiisder Bremskraft proportional, da sich die Hubkraft 65 sen angepaßt werden.

rasch,einem Grenzwert nähert und bei zunehmender Bei allen bereits erläuterten Ausfühningsformen

Geschwmdigkert praktisch mcht.mehr ansteigt kann zudem auch die Läuferschiene des LineSnotors Außer den erwähnten Verhaltnissen von Brems- verhältnismäßig niedrig und damit materialsparend

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ausgebildet sein, da, wie bereits erwähnt, bei entspre- nenförmige Teil im Weichenbereich gegenüber der chender Wahl des Quotienten aus dem Abstand zwi- Fahrbahn beweglich, beispielsweise durch Heben und sehen je zwei senkrecht übereinander angeordneten Senken ein- bzw. ausfahrbar, ausgestaltet ist. Die Magnetspulen und dem Abstand zwischen dem Ober- Kombination von Null- und Normalfluß-System teil und dem Unterteil des U-förmigen Führungska- 5 bleibt dann auch im Weichenbereich erhalten, nals eine steife Fahrt mit nur geringfügigen Ablen- An Stelle von Führungskanälen, die aus elektrisch kungen in vertikaler Richtung gewährleistet ist. Auch leitenden Platten bestehen, können beim erfindungseine verhältnismäßig niedrige Läuferschiene kann da- gemäßen Magnetsystem auch Führungskanäle aus her nicht infolge von vertikalen Schwingungen aus entlang der Fahrbahn aneinandergereihten, kurzdem Luftspalt der Linearmotorwicklung heraus- io geschlossenen Leiterschleifen verwendet werden. Ein geraten. Teilstück eines solchen Führungskanals ist schema-Eine Weiche für die in Fig. 1 dargestellte Aus- tisch in Fig. 6 dargestellt. Unter-, Seiten- und Oberführungsform des erfindungsgemäßen Magnetsystems teil des Führungskanals besteht dabei aus in Fahrtist schematisch von oben gesehen in Fig. 5 darge- richtung aneinandergereihten Leiterschleifen 71, 72 stellt. Außerhalb des unmittelbaren Weichenbereiches 15 und 73, beispielsweise aus Aluminium, die in einen bestehen die Führungskanäle des Magnetsystems je- U-förmigen Träger 74 aus elektrisch isolierendem weils aus einem Unterteil 61 und einem Oberteil 62, Material eingelagert sind. Der Träger 74 ist wiederum die horizontal zur Fahrbahn verlaufen, und einem an der Fahrbahn 75 befestigt. Bei der in F i g. 4 darsenkrecht zur Fahrbahn stehenden Seitenteil 63, sind gestellten Ausführungsform kann außer den Fühalso U-förmig ausgebildet. Innerhalb des Weichen- 20 rungskanalteilen auch der in den Luftspalt der Linearbereiches sind keine Führungskanaloberteile vor- motorwicklung hineinragende Teil aus kurzgeschloshanden, so daß die Führungskanäle jeweils nur aus senen Leiterschleifen bestehen. Ferner sind bei der einem horizontal zur Fahrbahn liegenden Unterteil 64 Ausgestaltung der Führungskanäle auch Kombinatio- und einem senkrecht zur Fahrbahn stehenden Seiten- nen von aus Platten und aus kurzgeschlossenen teil 65 bestehen. In F i g. 5 ist die Stellung der Seiten- 35 Leiterschleifen bestehenden Teilen möglich, teile 65 für Geradeausfahrt mit durchgehenden Linien Beim erfindungsgemäßen Magnetsystem können dargestellt. Ein Abbiegen des von unten her in die Höchsgeschwindigkeiten von etwa 500 km/h erreicht Weiche einfahrenden Fahrzeugs kann dann dadurch werden. Die mittlere Geschwindigkeit v_m kann dp.bei erreicht werden, daß die Seitenteile 65 in Richtung beispielsweise etwa 300 km/h betragen. Beispielsder Pfeile 66 horizontal zu den Führungskanalunter- 30 weise bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsteilen 64 verschoben werden, bis sie die in Fig. 5 form kann ein kleineres Fahrzeug etwa 12 t wiegen, durch unterbrochene Linien dargestellte Position 65a Die Schwebeführung eines solchen Fahrzeuges kann erreichen. Die Unterteile 64 der Führungskanäle beispielsweise durch vier Spulenpaare erreicht wersind, wie Fig. 5 zeigt, an den wesentlichen Stellen den, von denen je zwei Spulenpaare auf jeder Fahrder Weiche verbreitert ausgebildet. Die infolge des 35 zeugseite in Fahrtrichtung hintereinanderliegend, beiFehlens der Führungskanaloberteile 62 innerhalb des spielsweise an den jeweiligen Fahrzeugenden, ange-Weichenbereiches auftretende Verminderung der ordnet sind. Die Spulen können beispielsweise aus Hubkraft kann dadurch ausgeglichen werden, daß den bekannten, sogenannten Vielkernleitern bestehen, durch entsprechende Änderung der Dicke bzw. der bei denen eine Vielzahl von sehr dünnen Drähten aus elektrischen Leitfähigkeit der Führungskanalunter- 40 Hochfeldsupraleitermaterial, vorzugsweise aus einer teile 64 innerhalb des Weichenbereiches die durch Niob-Titan-Legierung, in eine Matrix aus elektrisch das Normalfluß-System erzeugte Hubkraft entspre- normalleitendem Metall, wie Kupfer oder einer chend vergrößert wird. Bei Linearmotorantrieb des Kupfer-Nickel-Legierung, eingelagert ist. Die Einzel-Fahrzeugs kann beispielsweise die entlang der Fahr- drähte können dabei vorteilhaft auch um die Achse bahn verlegte Läuferschiene des Linearmotors inner- 45 des Vielkernleiters verdrillt sein. Der Strombelag halb der Weiche ebenfalls horizontal zur Fahrbahn jeder Spule kann beispielsweise zwischen 10⁵ und verschoben werden, oder es kann innerhalb der 10⁶ Amperewindungen betragen. Die Spulen können, Weiche auf einen Antrieb verzichtet und die Weiche beispielsweise in Fahrtrichtung gesehen, je etwa 1 m im Schwung durchfahren werden. Die horizontal zu lang und horizontal zur Fahrbahn je 50 cm breit sein, verschiebenden Seitenteile 65 der Führungskanäle 50 wobei der Abstand der beiden Spulen eines Spulenbrauchen ferner nicht aus einem Stück zu bestehen, paares voeinander, senkrecht zur Fahrbahn gesehen, sondern können auch aus Teilstücken zusammen- wiederum etwa 50 cm betragen kann. Die U-förmigen gesetzt sein, die zur Weichenstellung unterschiedlich Führungskanäle können aus Aluminiumplatten beweit seitlich verschoben werden. Eine andere Mög- stehen. Die Platten der Kanalunter- und Kanalseitenlichkeit zur Ausbildung einer Weiche besteht darin, 55 teile können dabei beispielsweise etwa 2 cm stark, die daß zur Weichenstellung die Seitenteile 65 in die der Kanaloberseite etwa 1 cm stark sein. Im Ver-Fahrbahn nach unten eingefahren und Seitenteile 65 α gleich dazu beträgt die Eindringtiefe des Magnetaus der Fahrbahn nach oben ausgefahren werden. feldes bei der angegebenen mittleren Geschwindigkeit Auch Weichen für die in den Fig. 3 und 4 darge- etwa 10cm. Der Abstand der Kanalunterteile von stellten Ausführungsformen können in entsprechen- 60 den Kanaloberteilen, die jeweils etwa 70 cm breit der Weise aufgebaut werden, wenn man jeweils die sind, kann etwa 60 cm betragen. Die auf das Fahr-Seitenteile der Führungskanäle hn Weichenbereich zeug bei einer Geschwindigkeit von etwa 300 km/h beweglich gestaltet und die Kanaloberteile wegläßt. wirkende Bremskraft und damit auch die erforder-Außerdem kaiin eine Weiche, insbesondere für die in liehe Antriebskraft beträgt etwa 2 · 10^s Newton. Die Fig.4 dargestellte Ausführungsform, auch so aus- 65 Hubkraft beträgt je nach Strombelag der Magnetgebildet sein, daß das Ganze aus den beiden U-för- spulen etwa das Zehn- bis Hundertfache der Bremsmigen Führungskanälen 51 und 52 bestehende schie- kraft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (11)

Patentansprüche:

1. Magnetsystem für die Schwebeführung eines entlang einer Fahrbahn bewegten Fahrzeugs mit zwei entlang der Fahrbahn verlaufenden, an dieser befestigten U-förmigen, jeweils aus einem horizontal zur Fahrbahn verlaufenden Ober- und Unterteil und einem etwa senkrecht zur Fahrbahn stehenden Seitemeü bestehenden Führungskanälen aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Material und am Fahrzeug in Fahrtrichtung hintereinander befestigten, horizontal zur Fahrbahn liegenden, zwischen Ober- und Unterteil der Führungskanäle angeordneten supraleitenden Magnetspulen, die bei Bewegung des Fahrzeugs zur Schwebeführung des Fahrzeugs ausnutzbare Ströme in den Führungskanälen induzieren, dadurch gekennzeichnet, daß senkrecht über jeder Magnetspule (11, 13) eine weitere, ho- ic rizontal zur Fahrbahn (2) liegende, oberhalb des Oberteils (6, 9) des jeweiligen Führungskanals (3, 4) angeordnete supraleitende Magnetspule (12, 14) befestigt ist, die mit der zugehörigen, senkrecht unter ihr liegenden Magnetspule (11, 13) und dem Oberteil (6, 9) des Führungskanals (3,4) ein Nullfluß-System bildet.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Oberteils (6,9) jedes U-förmigen Führungskanals (3, 4) gleich der Eindringtiefe des durch die Magnetspulen (11,12; 13, 14) erzeugten Magnetfeldes bei der höchstens beim Betrieb auftretenden Fahrgeschwindigkeit oder kleiner als diese Eindringtiefe ist.

3. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Führungskanäle (3, 4) aus entlang der Fahrbahn angeordneten, elektrisch leitenden Platten (5, 6, 7; 8, 9,10) bestehen.

4. Magnetsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Führungskanäle aus entlang der Fahrbahn aneinandergereihten, kurzgeschlossenen Leiterschleifen (71, 72, 73) bestehen.

5. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Quotient aus dein Abstand zwischen je zwei senkrecht übereinander angeordneten Magnetspulen (11,12) und dem Abstand zwischen dem Oberteil (6) und dem Unterteil (5) des U-förmigen Führungskanals (3) etwa zwischen 0,7 und 1,3 beträgt.

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Führungskanäle (31, 32) sich jeweils zum Fahrbahnrand hin öffnen.

7. Magnetsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenteile der beiden U-förmigen Führungskanäle (51, 52) zu einem einzigen, senkrecht zur Fahrbahn (2) stehenden Teil (53) vereinigt sind.

8. Magnetsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das senkrecht zur Fahrbahn (2) stehende Teil (53) über die Oberteile (54, 55) der Führungskanäle (51, 52) hinaus verlängert ist und in den Luftspalt einer mit dem Fahrzeug (1) verbundenen Linearmotorwicklung (56) hineinragt.

9. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1

bis 8 mit Linearmotorantrieb, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen den supraleitenden Magnetspulen und den U-förmigen Führungskanälen auftretenden Bremskräfte derart an die Antriebskraft des Linearmotors angepaßt sind, daß beim Fahrbetrieb des Fahrzeugs mit gleichmäßiger Geschwindigkeit bei einer Änderung der einen Kraft sich die andere Kraft im gleichen Sinne ändert.

10. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß an Weichen die Führungskanäle jeweils nur aus einem Unter- und einem Seitenteil (64, 65) bestehen und die Seitenteile (65) gegenüber den verbreitert ausgebildeten Unterteilen (64) zwecks Umstellung der Weiche beweglich sind.

11. Magnetsystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus den beiden U-förmigen Führungskanälen (51, 52) bestehende Teil an Weichen gegenüber der Fahrbahn beweglich ausgebildet ist.