DE2362355A1 - Fuehrungssystem fuer ein magnetisches schwebefahrzeug - Google Patents

Description

FUJI EIiECTEIC CO.,. LTD Erlangen, »** 06Z. 1973"

Kawasaki/Japan - Werner-von-Siemens-Str, 50

Mein Zeichen: VPA 72/8367

Ir/Po

Führungssystem für ein magnetisches Sehwebefahrzeug

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Führungs-. system für ein magnetisches Schwebefahrzeug_? das durch die abstoßende Kraft zwischen einer stromdurehflosseneii !Eragspule am Fahrzeug und einer'Spule auf der Fahrbahn in . Schwebe gehalten wird und mit Mitteln versehen ist_s die das Fahrzeug bei einer seitlichen-Auslenkung wieder is· die Fahrachse zurückführen.

Es sind schon verschiedene Systeme dieser Art vorgeschlagen worden, von denen eines in Figur 1 gezeigt ist» Eier sind zum Führen elektromagnetische Spulen 2, 3 auf einem Fahrzeug einander gegenüberliegend angeordnet-.. Dazwischen liegt eine mit ihnen zusammenarbeitend© Fahr bahn spule 4 <> Mit 5 sind auf dem Fahrzeug angeordnete elektromagnetische Tragspulen bezeichnet und mit 6 die zugehörigen-Spulen auf der Fahrbahn. Wird durch die Führungsspulen 2, 3 Strom in den eingezeichneten Richtungen geschickt, so werden, magnetische Flüsse in solchen Richtungen erzeugt, daß sie sich gegenseitig aufheben. Befindet sich die zur Führung dienende Fahrbahnspule 4 in der Mitte der beiden elektromagnetischen Spulen 2, 3, d.h. in einer Lage, in der das Fahrzeug bezogen auf die Fahrachse keine seitlichen Schwankungen in der Horizontalen ausführt, so liegt die Fährbahnspule 4 in einer Nullflußzone. Weicht jedpch-das Fahrzeug von der Symmetrieebene ab und führt z.B. in Richtung; des Pfeiles 7 eine seitliche- Bewegung aus, so nähert sich die Fahrbahnspule 4 der elektromagnetischen Spule- 2 und deren magöetischer Fluß wird mit der Fahrbahnspule verkettet. Ba während.

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der Bewegung des Fahrzeuges eine Relativbewegung -zwischen der Fahrbahnspule 4 und dem Magnetfluß auftritt, wird eine Spannung induziert und es fließt ein Strom in der Spule 4 mit einer solchen Sichtung, daß er dem Magnetfluß der Spule 2 entgegenwirkt. Die Richtung dieses Stromes ist durch die Symbole in den Spulenseiten eingezeichnet. Dadurch, daß die Ströme in den Seiten der Spulen 2 und 4 entgegengesetzte Richtungen haben, entstehen abstoßende Kräfte zwischen den Spulen 2 und 4, während anziehende Kräfte zwischen den Spulen 3 und 4 erzeugt werden, so daß gegen die horizontale Auslenkung eine rückstellende Kraft auf das Fahrzeug ausgeübt wird.

Im allgemeinen werden für die Führungsspulβη 2,o und für die Tragspulen 5 Supraleiterwicklungen verwendet. In diesem Pail müssen am Fahrzeug viele Supraleiterspulen angeordnet werden, die das Gewicht erhöhen und es ist zugleich auch eine zusätzliche Kühleinrichtung erforderlich.

Es ist daher auch schon ein System vorgeschlagen worden, bei dem eine elektromagnetische Tragspule 11 zugleich zur Führung verwendet wird, wie dies Figur 2 zeigt. In diesem Fall ist die äußere Spulenseite der zugeordneten Fahrbahnspule 12 so nach oben gebogen, daß sie an der Außenseite der elektromagnetischen Spule 11 des Fahrzeuges zu liegen kommt. Auch hier wird der in der elektromagnetischen Spule 11 erzeugte Fluß durch die Fahrbahnspule 12 geschnitten, wodurch in dieser eine Spannung und ein Strom erzeugt wird. In den Spulen 11 und 12 fließen Ströme von entgegengesetzter Polarität, wie dies die Figur zeigt. Die Tragkraft wird durch die Wirkung der Ströme in den Spulenseiten 11a und 12a erzeugt, die einander vertikal gegenüberliegen. Die Rückstellkraft gegen seitliche Auslenkung wird in den Spulenseiten 11b, 12b erzeugt, die einander horizontal . gegenüberliegen. Da die abstoßenden Kräfte zwischen den Spulen sich umgekehrt mit den Abständen ändern, werden sie verstärkt, wenn eine horizontale Auslenkung des Fahrzeuges ,

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auftritt, wobei die abstoßende Kraft der Spnlens©it@n, die sich voneinander entfernen, geschwächt wird. Di© Differenz dieser Kräfte stellt die rückführende Kraft dar, die das Fahrzeug in die Symmetrieebene zurückführt. Bei diesem . System fließt aber ein Strom in der Spule-nse.it e 12 auch dann, wenn das Fahrzeug sich in der Symmetrielage b@fludet und keine Rückstellkräfte benötigt werden., Daher werden Kupferverluste erzeugt, so daß dieses System den Sachteil hat, daß immer ein Übermaß an abstoßender Kraft vorhanden ist," welche den Lauf des Fahrzeuges stört. Auch'im Hinblick auf den umstand, daß der Abstand wischen der Spulenseite 11b der elektromagnetischen Spule 11 und der Spulesisaite 12b der Fahrbahnspule 12 praktisch nicht zu klein gewählt werden kann, ist es schwierig, dieses System bei Erzielung eines großen Änderungsbetrages in der Kraft-Abstand^-Kenalinie einzusetzen, so daß eine ausreichend groß® Süekfüforkraft nicht erzielbar ist. Darüber hinaus ist die Freizügigkeit bei der Planung eingeschränkt, da das Tragen und Führen durch ein und denselben Strom bewirkt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ei, ein Pülarungssystem für ein magnetisches Schwebefahrzeug zu schaffen, mit dem unter -Ausnutzung der Fahrzeugspulgn sub Tragen und zugleich zum Führen eine ausreichende Rückstellkraft ersielbar ist und ferner in stabiler Betriebslage keine abstoßenden, den Lauf des Fahrzeuges behindernden Kräfte durch die Führungsspulen erzeugt werden₀ . .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst₉ daß des Tragspulen gegenüberliegend j© zwei zusätzliche Fahrbahaspulen symmetrisch zur Fahrtrichtung angeordnet sind, daS die Außenseiten der beiden Fahrbahnspulen annähernd an den Außenseiten der Fahrzeug^Tr&gspulen und annähernd .in gleicher Höhe wie diese liegen und daß die'beiden Fahrbahnspulen so miteinander verbunden sind,.daß bei symmetrischer Lage, die durch den Magnetfluß der'Sragspulen induzierten. Spannungen sich gegenseitig aufheben, das Fahrzeug b@i einer seitlichen

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Auslenkung jedoch durch die Wirkung eines infolge einer Spannungsdifferenz auftretenden Stromes in den beiden Fahrbahnspulen wieder in die Symmetrielage zurückgeführt wird.

Die Erfindung wiaid anhand des in Figur 3 gezeigten Ausftihrungsbeispiels näher erläutert.

Am Fahrzeug 1 sind elektromagnetische Spulen 21 und diesen gegenüberliegend Tragspulen 22 auf der Fahrbahn angeordnet. Zwei Sätze von symmetrisch zur Fahrtrichtung angeordneten Fahrbahnspulen 23, 24» die annähernd in einer parallelen Ebene zu den Tragspulen liegen und deren äußeren Spulenseiten hochgebogen sind, sind zur Führung des Fahrzeuges untereinander in Serie geschaltet. Sie sind vom Magnetfluß der elektromagnetischen Spulen 21 gleich durchsetzt, wenn das Fahrzeug 1 nicht von der Symmetrieachse abweicht und so verbunden, daß die induzierten Spannungen sich gegenseitig aufheben. Sobald das Fahrzeug 1 von der Symmetrieachse abweicht, wird eine der Spulen 23, 24 mehr als die andere vom Magnetfluß durchsetzt, in den Spulen treten verschieden große Spannungen auf und es fließt demzufolge ein Strom in den beiden Spulen. Wenn z.B. das Fahrzeug in der Pfeilrichtung 25 ausgelenkt wird, so wird der Hagnetfluß, der mit der Spule 23 verkettet iat, vergrößert und der Magnetfluß der Spule 24 verkleinert, so daß ein Strom fließt, dessen Polarität zwischen den elektromagnetischen Spulen 21 und 23 festgelegt ist. Es fließt nämlich ein Strom mit einer Richtung, daß der Fluß der elektromagnetischen Spule 21 in der Spule 23 herabgesetzt wird und dieser Strom fließt wegen der obengenannten Verbindung mit einer solchen Richtung zur Spule 24, daß er dort einen Magnetfluß erzeugt, der dieselbe Richtung hat wie der Magnetfluß der elektromagnetischen Spule 21. Die Ströme, die dabei fließen, sind in der Figur 3 durch Polaritätssymbole dargestellt.

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Wie aus der Polarität des Stromes in jeder der Spulenseiten hervorgeht, wird eine abstoßendeiKraft zwischen den Spulenseiten 21a 'und 23a und eine anziehende Kraft zwischen den Spulenseiten 21b und 24b und ferner eine anziehende Kraft zwischen den Spulenseiten 21a und 23b sowie eine abstoßende Kraft zwischen den Spulenseiten 21b und 24a erzeugt. Alle abstoßenden und anziehenden Kräfte summieren sich und wirken als rückführende Kraft im Sinne einer Beseitigung der seitlichen Auslenkung des Fahrzeuges, Es wird eine gute Charakteristik der Rückführkraft durch das Anwachsen de,s Stromes in der Fahrbahnspule aufgrund einer Auslenkung des Fahrzeuges erzielt und. eine Rückführkraft an jeder Spulenseite erzeugt.

In Figur 4 sind Charakteristiken der Rückführkräfte des Führungssystems gemäß der Erfindung mit den bekannten Systemen gemäß Figur 1 und 2 beispielsweise verglichen. Die Führungsspule in jede* der Systeme hat nachstehende Daten. Die Erregeramperewindungen der Spulen auf dem Fahrzeug , die sowohl für das Führen als auch für das Tragen dienen betragen 400 KA-Windungen, die axiale Länge 2 m, die Höhe der Anordnung 3 m und die axiale Länge der zugehörigen Fahrbahnspule T m in ununterbrochener Anordnung - und zwar in allen Fällen ~ .Der Berechnung war eine Tragkraft von 1'3"t und eine Geschwindigkeit von 500 km jpro Stunde zugrundegelegt. Es' betragen:

Beim System gemäß Figur 1:
a: 60 cm,

die Induktivität der Fahrbahnspule 4s 2.0 /u H. ......

Beim System gemäß Figur, 2:

di" 25 cm, .. . " .

e: 25' cm/ ' .,

die Induktivität der Fahrbahnspulen 12s 5.0 /U H.

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•V

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Beim System gemäß der Erfindung (Figur 3):

c: 80 cm, .

d: 25 cm, .

e: 25 cm,

f: 50 cm,

die Induktivität der Fahrbahnspulen 23, 24: 29 /U H.

In Figur 4 ist in der Abszisse die seitliche Auslenkung Ad, in der Ordinate das Verhältnis der Rückftihrkraft F2 zu einer gleichbleibenden Tragkraft F1 aufgetragen. Im allgemeinen wird gefordert, die Rtickführkraft innerhalb einer vorgegebenen seitlichen Auslenkung mit etwa 0,5 der Tragkraft zu bemessen, im System gemäß der Erfindung aber wird dieser Wert schon bei einer horizontalen Verschiebung von 1,6 cm erreicht (Charakteristik C), während zur Erzielung des genannten Wertes bei der Einrichtung gemäß Figur 1 eine horizontale Verschiebung von 2 cm erforderlich ist (Charakteristik A) Dies zeigt, daß das System gemäß der Erfindung wirksamer ist als das bekannte System gemäß Figur 1. Bein System gemäß Figur 2 wird lediglich ein Rückführ-^Verhältnls von o,1 erzielt und zwar erst bei einer seitlichen Auslenkung von 5 cm (Charakteristik B), woraus hervorgeht, daß dieses System praktisch nicht brauchbar ist.

Man kann in dem SyBtem gemäß der Erfindung daher die Anzahl der Spulen an der Transportvorrichtung im Vergleich zum System der Figur 1 herabsetzen. Das neue System zeigt ein ausgezeichnetes Rückführverhalten im Vergleich zum System gemäß Figur 2, so daß die Kosten für die Ausrüstung gesenkt werden können, wobei es zugleich möglich ist, die Transportvorrichtung mit der Tragspule zu führen und zu erreichen, daß sie sicher in der Fahrachse läuft.

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Claims (1)

1. \Z,iaz, ]B

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   Patentanspruch

   Führungssystem für ein magnetisches Schwebefahrzeug, das durch die abstoßende Kraft zwischen einer stromdurchflossenen Tragspule am Fahrzeug und einer Spule auf der Fahrbahn in Schwebe gehalten wird und mit Mitteln versehen ist, die das Fahrzeug bei einer seitlichen Auslenkung wieder in die Fahrachse zurückführen, dadurch gekennzeichnet, daß den Tragspulen (21) gegenüberliegend je zwei zusätzliche Fahrbahnspulen (23, 24-) symmetrisch zur Fahrtrichtung angeordnet sind, daß die Außenseiten (23a, 24b) der beiden Fahrbahnspulen annähernd an den Außenseiten (21a bzw. 21b) der Fahrzeug-Tragspulen und annähernd in gleicher Höhe wie diese liegen und daß die beiden Fahrbahnspulen (23, 24) so miteinander verbunden sind, daß bei symmetrischer Lage die durch den Magnetfluß der Tragspulen (21) induzierten Spannungen sich gegenseitig aufheben, das Fahrzeug (1) bei einer seitlichen Auslenkung jedoch durch die Wirkung eines infolge einer Spannungsdifferenz auftretenden Stromes in den beiden Fahrbahnspulen (23, 24) wieder in die Symmetrielage zurückgeführt wird.

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