DE2329839C3 - Vorrichtung zum magnetisch freischwebenden Anheben und Antreiben eines Hochgeschwindigkelts-Fahrzeuges - Google Patents

Description

des Fahrzeuges induzierten Strom auf Grund 5\ die Tragspulen S und 5' induzierten Spannung, λ mit dem Magnetfluß verkettet sind, der durch die

«!leitenden Spulen 2 und 2' erzeugt wird. *Die Führungskraft wird an Hand der F i g. 2 erläu_rt die die Verteilung der Magnetflußdichte zeigt, Se durch die supraleitenden Spulen 4 und 4' zur Verkettung mit der Führungsspule 6 erzeugt _wj_rd. nie Dichte Bx des durch die supraleitenden Spulen 4 Yar\ und 4' (CD) in horizontaler Richtung erzeugten it «,etfiußteiles, also in senkrechter Richtung zur c lErtune des Fahrzeuges, ist so verteilt, wie dies % Sn Seite der Fi g. 2 dargestellt ist. Wenn ■y.A«t Fahrzeug um λ: in seiner transversalen Rieh- Il ehiebt dann ist ein Magnetfluß Φχ mit der le6 (PQ) verkettet, wodurch eine Span-Ser Führungsspule 6 (Pö) und ein Strom/« ν lieser Spule induziert wird. Die Dichte By des SJdTdL supraleitenden Spulen4 und 4' in senk-L Richtung der Führungsspule 6 {PQ) erzeugaSSiles weist eile Verteilung auf, wie im unteren Teil der F i g. 2 dargestellt ist. DiealeSußteil mit der Dichte By steht mit dem agnetnuDie ^ Führungs-

SÄ T Sung⁸;iner Führungskraft inslliche Verschifbung des , so daß das Fahrzeug im-Fahrzeug seitlich um 2 cm in horizontaler Richtung verschiebt. Dann beträgt /5 = 6- 10s Amperewindüngen undd = 0,6m. Weiterhin ist die zwischen den supraleitenden Spulen 4 und X wirkende elektromagnetische Kraft F gegeben durch

₌ 4· IQ-·· (6 -IQ⁵)² 1 _{= 25 t/m}.

^r ₀₆ 9,8-10^s

(2)

Diese elektromagnetisch erzeugte Kraft t betragt

ungefähr das 17fache der Führungskraft von 1,5 t/m,

die im wesentlichen erforderlich ist Dies fuört zu dem Nachteil, daß die supraleitenden bpulen, me

Wärmeisolierbehältei und der Fahrzeugrahmen 1

stärker als erforderlich ausgebildet sein rnussen, da-

mit sie eine derartige elektromagnetisch erzeugte Kraft aushalten können.

Es liegt deshalb der vorhegenden Aufgabe zugrunde, die zwischen den p

Spulen auf beiden Seiten der Fuhrungsspule wirkende elektromagnetische Kraft zu vernngem ohne die erforderliche Führungskraft kleiner zu .machen, die Möglichkeit der Anordnung der supraleitenden ,5 Spulen und der Wärmeisolierbehälter soll vereinfacht werden; die Anforderungen an die_j mechanische Sabilität für den ^^^^Γ ^W"

³⁵

bewirkt einen größeren Abstand zwischen der Fuh-

ten. Daher wirkt eine beträchtliche elektromagnetische Kraft zwischen den suprale.tenden Spulen

_{durch dne ausrei}.

ist, die in ausreichendem sind. Deshalb kann

praleitenden Spulen 4 und 4' ist gegeben durch

ρ =

- (N/m) ^d

J^tSSen eingefüllter, Lagermaterialteil aus-,_n reichend gelagert werden können, können die au!

(D Sn SeS⁸ gegenüber den supraleitenden Spu-

len liegenden Lagermaterialteile ausgeschlossen ode^ mit deren Dicke sehr klein gemacht werden. Deshall

_d= Abstand (m) zwischen den supraleitenden _{6o k=} der ^tT^J^^^^

_lf. SSÄ. Kraft m An^erewi, Jft^^S^Ä^^

^s düngen der supraleitenden Spulen 4 und 4 den, d«e eme ^^ie _{magnetomotorische Kraft} / in Gto

und _{JTf4 in}__7H/m 6₅ chung (1) und damit die elektromagnetische Kraft,

u₀ = Permeabilität der Luft, 4 π · 10 H/m. verringert werden kann.

5 *> 6

voneinander entfernt sind, wie dies oben erläutert schwebe-, Antriebs- und Führungsfunktionen zufrie- gendi;

wurde. Daher kann der Abstand d zwischen den su- denstellend erhalten werden. zwei

praleitenden Spulen 4 und 4' beträchtlich vergrößert Die zur Führung des in der F i g. 3 dargestellten hen,

werden. Die Anordnung mit beträchtlich vergrößer- Fahrzeuges erforderliche Kraft wird nun mit der in Trieb

tem Abstandd zwischen den supraleitenden Spulen4 5 der Fig. 1 dargestellten Anordnung verglichen. Es schni

und 4' ist auch deshalb vorteilhaft, weil die Schwebe- soll angenommen werden, daß eine Führungskraft (p i g

oder Tragspulen leicht an einer Stelle angeordnet von 1,5 t/m erforderlich ist, wenn sich das Fahrzeug I_n

werden können, die mit dem Magnetflußkreis der su- seitlich um 2 cm in horizontaler Richtung verschiebt, F i g.

praleitenden Spulen 4 und 4' verkettet ist, die gegen- wobei die magnetomotorische Kraft / der supralei- Die

über den Führungsspulenabschnitten angeordnet io tenden Spulen 4 und 4', 6 · 10⁵ Amperewindungen Wecl

sind, so daß auf die anderen beiden supraleitenden und der Abstand d zwischen den supraleitenden Spu- _und

Spulen, die gegenüber diesen Schwebe- oder Trag- len 4 und 4' 1,8 m beträgt, der dreimal so groß ist _ord_n,

spulen vorgesehen sind, verzichtet werden kann. Die wie in Fig. 1. Dann ergibt sich die elektromagne- _nen <

Anzahl der für das Fahrzeug erforderlichen supralei- tische Kraft F zwischen den supraleitenden Spulen 4 /^i

tenden Spulen kann auf diese Weise auf die Hälfte 15 und 4' aus der Gleichung (1): findv

verringert werden. Kraf

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Er- ρ _ 4·ΐυ '-(b-iu ) ^ 1 _*. g 3 t/_m die i

findung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es ijj 9,8-10^s ~*~ '

zeigt (3)

F i g. 1 einen schematischen Schnitt einer Spulen- ao

anordnung bei einer bereits vorgeschlagenen Vor- Aus der Gleichung (3) geht hervor, daß der Wert

richtung zum magnetischen Schweben und Antrieb der elektromagnetischen Kraft F in diesem Fall unge-

eines Fahrzeuges, fähr 33 °/o des durch die Gleichung (2) gegebenen

Fig. 2 ein Diagramm der Dichteverteilung des Wertes beträgt.

durch die supraleitenden Spulen erzeugten Magnet- as Da weiterhin die Führungsspulenabschnitte 6 a

flusses, wobei die supraleitenden Spulen mit der Füh- und 6 b mechanisch durch das Lagerungsmaterial ge-

rungsspule in der in der F i g. 1 dargestellten Vor- lagert sein können, das den Raum 10 α zwischen die-

richtung verkettet sind, sen Spulenabschnitten ausfüllt, können die Füh-

F i g. 3 einen schematischen Schnitt der Spulenan- rungsspulenabschnitte 6 α und 6 6 in jeder gewünschordnung bei einem Ausführungsbeispiel der erfin- 30 ten Lage in der Nähe der supraleitenden Spulen 4

dungsgemäßen Vorrichtung zum magnetischen und 4' in einem Bereich vorgesehen sein, in dem sie

Schweben und Antrieb eines Fahrzeuges und eine freie Fahrt des Fahrzeuges nicht behindern, so

F i g. 4, 5 und 6 schematische Schnitte der Spulen- daß daher die für die supraleitenden Spulen erforder-

anordnungen von anderen Ausführungsbeispielen der liehe magnetomotorische Kraft I verringert werden

vorliegenden Erfindung. 35 kann. Eine Verringerung von 30 °/o der magnetomo-

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung torischen Kraft/ in Gleichung (3) ergibt eine elekwerden nun an Hand der F i g. 3 bis 6 näher erläu- tromagnetische Kraft F von 4,1 t/m, und dieser Wert tert, in denen sich entsprechende Teile mit den gjei- ist ungefähr 16 °/o von 25 t/m, der durch die Gleichen Bezugszeichen versehen sind wie in F i g. 1. Bei chung (2) gegeben ist Daher kann die elektromagnedem in der Fig.3 dargestellten Ausfühnmgsbeispiel 40 tische KraftF beträchtlich verringert werden, und sind zwei mit weitem Abstand voneinander angeord- eine große Verringerung in der mechanischen Ausbilnete supraleitende Spulen 4 und 4' in vertikaler Rieh- dung kann erhalten werden, die für die supraleitentung im Rahmen 1 eines Fahrzeuges vorgesehen. Am den Spulen, die Wärmeisolierbehälter und den Fahr-Boden sind gegenüber den jeweiligen supraleitenden zeugrahmen erforderlich ist

Spulen 4 und 4' jeweils Führungsspulenabschnitte 6 α 45 F i g. 4 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der

und 6 b vorgesehen. Diese Führungsspulenabschnitte vorliegenden Erfindung, bei dem die supraleitenden

6 α und 6 b sind miteinander durch Leiter 9 α und 9 b Spulen 4 und 4' für einen geführten Antrieb des

verbunden, um einen geschlossenen Kreis zu bilden, Fahrzeuges auch als Schwebe- oder Trageinrichtung

so daß sich deren magnetomotorischen Kräfte gegen- des Fahrzeuges dienen. Bei diesem Ausführungsbeiseitig aufheben. Die Führungsspulenabschmtte 6 a 50 spiel sind die Tragspulen S und S" auf der Bodenseite

und 6 b sind in einer Lagerung 10 eingebettet, die in bezug auf die waagerechte Richtung geneigt, wie

beispielsweise aus Beton besteht, zusammen mit zwei dies dargestellt ist, um die wirksame Komponente

Tragspulen 5 und S' und mit einer Triebspule 7. Zwei des Magnetflusses zu vergrößern, der durch die su-

supraleitende Spulen 2 und 2' sind im Fahrzeugrah- praleitenden Spulen zur Verkettung mit den Tragmen 1 gegenüber den Tragspulen 5 und 5' vorge- 55 spulen 5 und 5' erzeugt wird.

sehen. Die Führungsspulenabschnitte 6 α und 6 b Die obige Beschreibung bezog, sich auf einen Fall,

sind in ihrer Lage gesichert, indem sie im wesentli- bei dem die durch zwei supraleitende Spulen erzeug-

chen durch das Lagerungsmaterial gehalten werden, ten Magnetflüsse erzeugen senkrecht zur Fahrtrich-

das den Raum 10 α zwischen ihnen ausfüllt. Alterna- tung des Fahrzeuges und im Spulenbereich waagetiv können Lagerungsmaterialteile mit Dicken Ta 60 recht in entgegengesetzten Richtungen zueinander

und Tb ausgeschlossen werden, so daß die Führungs- Vs₁ rlaufen. Die durch diese supraleitenden Spulen er-

spulenabschnitte 6 a und 66 direkt an den Seitenflä- zeugten Magnetflüsse können bei prinzipiell gleicher

chen der Lagerung 10 vorgesehen sein können. Anordnung jedoch auch in der gleichen Richtung

Entsprechend einer derartigen Anordnung weisen verlaufen. In diesem Fall ist die Art der Verbindung die durch die supraleitenden Spulen 2, 2', 4 und 4' 65 der Leiter 9 α und 9 b für die supraleitenden Füh-

im Fahrzeug erzeugten Magnetflüsse Φ und Φ' eine rungsspulenabschnitte 6 α und 6 b entgegengesetzt zu

Verteilung auf, wie diese strichpunktiert in F i g. 3 der dargestellten Art.

dareestellt ist, so daß die angestrebten Fahrzeug- In einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorlie-

genden Erfindung ist eine einzige Tragspule 5 neben zwei Führungspulenabschnitten 6 α und 6 b vorgesehen, die in der Lagerung 10 angeordnet sind. Die Triebspule 7 ist oberhalb der Führungsspulenabschnitte 6 σ und 6 6 in der Lagerung 10 angeordnet (Fig. 5).

In der F i g. 6 ist eine Abwandlung des in der Fig.5 dargestellten Ausführungsbeispiels gezeigt. Die Tragspule S in F i g. 5 ist mit einer anderen Wechselstromquelle verbunden, so daß sie als Trag- und Triebspule 11 dient. Entsprechend dieser Anordnung können die auf der Bodenseite vorgesehenen Spuleneinrichtungen weiter vereinfacht werden.

Aus der obigen Beschreibung der vorliegenden Erfindung geht hervor, daß die elektromagnetische Kraft, die zwischen den supraleitenden Spulen wirkt, die in senkrechter Richtung gegenüber zueinander im Fahrzeug vorgesehen sind, beträchtlich verringert werden kann, und die magnetomotorische Kraft, die für diese supraleitenden Spulen erforderlich ist, kann ebenfalls beträchtlich verringert werden. Daher kann eine angestrebte Verringerung in der mechanischen Ausbildung oder Stabilität und im Gewicht des Fahrzeuges erreicht werden; und es kann ein wirtschaftliches Hochgeschwindigkeitsfahrzeug verwirklicht werden. Weiterhin kann die mechanische Lagerung füi die auf der Bodenseite vorgesehenen Führungsspuler leicht durchgeführt werden. Da schließlich die supraleitenden Spulen in einem größeren Abstand als bis her voneinander angeordnet sein können, könnei diese supraleitenden Spulen auch als Trageinrichtun gen dienen, und die Anzahl der Trag- oder Schweb;: spulen kann auf die Hälfte der bisher üblichen An zahl verringert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 509645/

Claims (4)

1. Der Bau eines Hochgeschwindigkeits-Fahrzeuge: von 400 bis 600 km/h wird nur als möglich angese _{der auf Schienen} laufenden Rä

   schwindigkeits-Fahrzeoges mit mindestens zwei dem Boden und ein Linearmotor wie oeispielsweisi gleichstromerregten supraleitenden Spulen, die ein Iineannduköpnsmotor oder em Lmearsynchronim unteren Teil des Fahrzeuges zur Erzeugung motor, zum Antneb des Fahrzeuges vorgesehen wervon im Spulenbereich quer zur Fahrtrichtung des den. Einzelheiten von entsprechenden Vornchtunger . Fahrzeuges gleichachsig horizontrü gerichteten « der eingangs genannten Art sindzJin der Zeit-Magnetflüssen angeordnet sind und die zwischen schrift »Cryogenics and Industrial Gases«, Oktobe, sich streckenseitige, in Fahrtrichtung des Fahr- 1969, S. 19 bis 24, beschrieben
   zeuges angeordnete Führungsspulen einschließen, Zur Erläuterung der der Erfindung zugrunde he

   wobei ferner streckenseitig kurzgeschlossene genden Problemstellung sei zunächst an Hand vor Tragspulen oder Leiterschichten zum freischwe- 15 Fig. 1 eine ähnliche, bereits vorgeschlagene Vorrichbenden Anheben sowie mehrere Triebspulen zum tung erläutert, bei der vorgesehen sind: supraleitende Antrieb des Fahrzeuges vorgesehen und magne- Spulen auf der Seite des Fahrzeuges und kurzge tisch mit suraleitenden Spulen des Fahrzeuges schlossene Spulen oder Schichten eines guten Leiters verkettet sind, dadurch gekennzeich- am Boden gegenüber den supraleitenden Spulen. Im net, daß unter Vergrößerung des Abstandes der ao einzelnen sind in der Fig. 1 zwei supraleitende Spuentsprechenden supraleitenden Spulen (4, 4') im len 2 und 2' in horizontaler Richtung mit Abstand im Fahrzeug die Führungsspulen in paarweise quer unteren Teil eines Fahrzeugrahmens! vorgesehen, zur Fahrtrichtung mit Abstand voneinander an- um den Fahrzeugrahmen 1 anzuheben. Zwei suprageordnete Führungsspulenabschnitte (6 a, 6 b) leitende Spulen 4 und 4 sind in vertikaler Richtung unterteilt sind, die in der Weise miteinander *5 in bei.ug auf die Bodenoberfläche gegenüber den Seikurzgeschlossen sind, daß sich die in ihnen er- teuvänden einer Ausbuchtung 3 angeordnet, die im zeugten elektromotorischen Kräfte aufheben. unteren mittleren Teil des Fahrzeugrahmens 1 vorge-
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeich- sehen ist. Diese supraleitenden Spulen 2, 2 und 4, 4' net durch mindestens ein Paar von weiteren sind in wärmeisolierenden Behältern 2 a, la' und gleichstromerregten supraleitenden Spulen (2, 2'), 3<> 4 a, 4 a' vorgesehen, die jeweils mit flüssigem Helium die in entgegengesetzten Richtungen zueinander gefüllt sind, so daß die Spulen im supraleitenden Zu- oder in der gleichen Richtung am unteren Teil stand gehalten werden können. Zwei^ bis sechs FoI-des Fahrzeuges (1) zur Erzeugung von Magnet- gen dieser supraleitenden Spulen 2, 2', 4, 4' sind geflüssen vorgesehen sind, die im Spulenbereich wohnlich in jedem Fahrzeug entlang der Antriebsvertikal verlaufen, so daß die Tragspulen (5, S') 35 richtung des Fahrzeuges angeordnet.

   mit den Magnetflüssen verkettet sind, die durch Die streckenseitig vorgesehenen Bauteile umfassen

   die weiteren supraleitenden Spulen (2, 2') erzeugt zwei kurzgeschlossene Schwebe- oder Tragspulen S werden. und 5', die in horizontaler Richtung gegenüber
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- den jeweiligen supraleitenden Spulen 2 und 2' vorgekennzeichnet, daß die Magnetflüsse in geschlos- 40 sehen sind, eine kurzgeschlossene Führungsspule 6, senen magnetischen Kreisen aus den supraleiten- die in vertikaler Richtung in der Ausbuchtung 3 geden Spulen (4, 4') und den Führungsspulen (6 a, genüber den supraleitenden Spulen 4 und 4' an- 6 b) mit dem Fluß der Triebspulen (7) verkettet geordnet ist, und eine Triebspule 7, die durch eine sind. Wechselstromquelle erregt wird, um einen sich ver-
4. 4. Vorrichtung ttach Anspruch 1, dadurch ge- 45 schiebenden Magnetfluß zu erzeugen, der mit den sukennzeichnet, daß die Tragspulen (5, 5') in bezug praleitenden Spulen 4 und 4' verkettet und synchron auf die Bodenoberfläche geneigt sind (F i g. 4). zur Geschwindigkeit ist, um das Fahrzeug anzutreiben. Diese Spulen S, 5', 6 und 7 sind im Boden durch Verankerungen, wie beispielsweise einen Beton-

   50 block 8, befestigt, wodurch sie in ihrer Lage gehalten

   werden. Die Tragspulen können Schichten eines guten Leiters sein, wie beispielsweise Kupfer- oder Aluminiumschichten.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung Im folgenden wird die Wirkungsweise der Spulen

   zum magnetisch freischwebenden Anheben und Aa- 55 zur Erzeugung der Antriebs-, Trag- oder Schwebetreiben eines Hochgeschwindigkeits-Fahrzeuges mit und Führungskraft näher erläutert. Die Antriebskraft mindestens zwei gleichstromerregten supraleitenden entsteht durch die Wechselwirkung zwischen der Spulen, die im unteren Teil des Fahrzeuges zur Er- Flußkomponente des Magnetflusses, der durch die zeugung von im Spulenbereich quer zur Fahrtrich- supraleitenden Spulen 4 und 4' erzeugt wird und in tung des Fahrzeuges gleichachsig horizontal gerichte- ⁶° senkrechter Richtung mit der Triebspule 7 verkettet ten Magnetflüssen angeordnet sind und die zwischen ist, und zwischen dem Strom, der von der äußeren sich streckenseitige, in Fahrtrichtung des Fahrzeuges Stromquelle in die Triebspule 7 eingespeist wird. Die angeordnete Führungsspulen einschließen, wobei fer- Schwebe- oder Tragkraft entsteht durch die magnetiner streckenseitig kurzgeschlossene Tragspulen oder sehe Abstoßung auf Grund der Wechselwirkung zwi-Leiterschichten zum freischwebenden Anheben so- 65 sehen der genannten senkrechten Flußkomponente wie mehrere Triebspulen zum Antrieb des Fahrzeu- des durcii die supraleitenden Spulen 4 und 4' erzeugges vorgesehen und magnetisch mit supraleitenden ten Magnetflusses und zwischen dem in die aufeinan-Spulen des Fahrzeuges verkettet sind. derfolgenden Tragspulen 5 und 5' in der Fahrtrich-