DE2719034A1

DE2719034A1 - Elektromagnetisches aufhaengungs- und fuehrungssystem fuer ein magnetisch aufgehaengtes fahrzeug

Info

Publication number: DE2719034A1
Application number: DE19772719034
Authority: DE
Inventors: Shinji Nakamura
Original assignee: Japan Airlines Co Ltd
Current assignee: Japan Airlines Co Ltd
Priority date: 1977-02-26
Filing date: 1977-04-28
Publication date: 1978-08-31
Also published as: DE2719034C2; CA1082784A; US4140063A; JPS5810921B2; FR2381649B1; JPS53107012A; GB1576882A; FR2381649A1; IT1072810B; BR7703715A; AU504375B2; AU2423277A

Description

f'A'r NIANV Vl I DIPI-ING 8000 MÜNCHEN 22

KAHI H. ' AGNER gl-wuh/

POSlFACH 1Γ4

28- April 1977 77 Y-2159

JAPAM AIRLINES CO., LTD., Chiyoda-ku, Tokio, Japan

Elektromagnetisches Aufhängungs- und I ährungssysteia für ein magr.etisch auf johängtes Fahrzeug

Die Erfindung bezieht s-^ch allgemein iuf in ele¹' tromagnetisc ies AufJ" ingungs- u.id Führungssystem für magnetisch aifgehängte Ff'nrzeuye, und zwa/ insbesondere auf ein S.eu -rsyster zur Steuerung der magnetischen Aufhäng- und Führung;vorgänge bei einem sole ien Fahr zeug.

Es J 5t bereits ein elektromagnetischer Λΐ: (ianguncs- und Führu igssystem für magnetisch aufgehängte Fah: £ouge bekannt, bei welc iem das Fahrzeug nut einem Elektromagnet zurr» 2wecke der Aufhängung des Fahrzeugs sowie einem gesonderten E-lekcromagnet zur Führung des Fahrzeugs ausgestattet ist, wobei diese Elektromagneten a ι Fahrzeug derart befestict sind, daß ste einer Ankerschiene aus ferromagnetischem Material auf dem Boden gegenüberliegen, und wobei diesen Elektromagneten zugeführte ürr<gungsströme derart gesteuert werden daß das Fahrzeug magnetist^h aufgehängt oder s :hwebend nohalten wird, wobei gleichzeitig dit Führung in seitlicher Rieh ;ung bezüglich der Ankerschienen erfolgt, und wobei das auf dies-i Weise aufgehängte oder schwebende ui-d geführte Fahrzeug längs eier Ankerschiet i; durch eine Antriebskraft bewegt wird, wie si·· beispielsweise durch einen am Fahrzeug befestigte ι Linearmotor erzeigt wird i:,e ι einem solchen Systen ist es nat irlich unverieid-

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ORIGINAL INSPECTED

b. r, daß das Gesamtgewicht des magnetisch aufgehängten Fahrzeugs infolge der Notwendigkeit der Verwendung eines gesonderten Elektromagneten für die Führung des Fahrzeugs zusätzlich zu einem Elektromagneten zur Erzeugung der Fahrzeugschwebung ζ j schwer wird.

In der japanischen Patentanmeldungs-Offenlegungsschr1ft 16J23/1973 wurde ein elei ι romagnetisches Aufhängungs- und Führungssys'em beschrieben, welches eine Vielzahl von Elektromagneten verwundet, die am Fahrzeug befestigt sind und zickzackartig oder in a'ternativ versetzter Weise bezüglich der Ankerschiene von umgekehrter U-Form im Querschnitt angeordnet sind, um die Notwendigkei^l eines zusätzliches Führungselektromagneten zu eliminieren.

L'ieses bekannte System hat jedoch den Nachteil, daß Wirbelt tröme in der Ankerschiene auftreten, und zwar infolge der Tatsache, daß die Richtung, mit welcher die durch die Elektromagnet! erzeugten magnetischen Flüsse die entgegengesetzte Ankerschiene tchneidtn, sich abwechselnd ändern können, wenn sich das Fahrzeu< längs der Schiene bewegt, auf welche Weise eine vergrößerte magm tische V.rzögerungskraft auf das Fahrzeug ausgeübt wird; ferner besteht das Problem, daß vJier- und Neigungsmomente um den Mittelpunkt z-ischen licii zickzackförmig angeordneten Elektromagneten wi'irend ö.-.s Laufs des Fahrzeugs auftreten.

^T ι der japanischen Paten* anmeldungs -Off inlegumsschrif t Nr. K 3222/73 ist ein Fahrzeug beschrieben, weichet mit einem ϊ·η Querschnitt eine umgekehrte T-Torm aufw iisenden elektromac-neti-S' ien Kern ausgestattet ist, dor in der Nut einer Ankerschi ane angeordnet ist, die im Querschnitt lie "orra eines umgekehrten U besitzt, um auf diese Weise die Elektromagnete für die Ai^hängung und die Führung als eine Einheit integriert ausgebildet zu besitzen.

Bei diesem bekannten System tritt jedoch der Nachteil auf, daß deshalb, weil der obere Teil des elektromagnetischen Kerns tief in die Innenseite der Ankerschienennut hineinkommt, er natürlich eine beträchtliche Einschränkung hinsichtlich der Beweglichkeit oder Zulässigkeit einer textlichen Iewegung des elektromagnetischen

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Kerns auftritt, und zwar insbesondere dann, wenn ein elektromagnetischer Kern mit einer relativ langen Abmessung verwendet wird, so -daß es unmöglich ist, die Krümmung der Ankerschiene in einem Gebiet groß genug zu machen, wo die Schiene gekrümmt werden muß, da der Abstand oder Spalt zwischen dem elektromagnetischen Kern und der Ankerschiene unzulässig klein werden würde oder der Kern sogar die Schiene berühren würde. Ferner hat dieses bekannte System den Nachteil, daß dann, wenn ein nicht gesteuerter konstanter Erregungsstrom den Wicklungen des Führungsmagneten zugeführt wird oder aber wenn die Steuerung nur in der Vertikalrichtung des Aufhängungsmagneten vorgenommen wird, keine solche automatische Rückholkraft erzeugt wird, um den elektromagnetischen Kern zurückzuholen und in seiner neutralen seitlichen Stellung zu halten, wobei ferner dann, wenn nicht eine seitliche Steuerung des elektromagnetischen Kerns in wirkung*-, .oller zu allen Zeiten vorgesehen wird, die seitliche Stabilität des elektromagnetischen Kerns verlorengehen würde und der Kern würde in unerwünschter Weise zu der einen oder anderen seitlichen Richtung hin abgelenkt. Darüber hinaus hat dieses bekannte System den Nachteil, daß dann, wenn keine speziellen Mittel zur Sicherstellung der seitlichen Stabilität des Fahrzeugs vorgesehen sind, an einer Schalt- oder Weichenzone, wo die Ankerschiene divergiert oder konvergiert, die Fähigkeit des Systems, eine seitliche Steuerung des Fahrzeugs vorzunehmen,verlorengehen würde.

Die Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, insbesondere die Nachteile des obengenannten Standes der Technik zu vermeiden. In erster Linie stellt die Erfindung sich das Ziel, ein elektromagnetisches Aufhäng- und Fuhrungssteuersystem für magnetisch aufgehängte Fahrzeuge vorzusehen, und zwar mit einem integral aufgebauten Elektromagneten, der sowohl zur Aufhängungssteuerung als auch zur seitlichen Führungssteuerung verwendbar ist. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, ein verbessertes elektromagnetisches Aufhängungs- und Führungssteuersystem vorzusehen, welches nur eine relativ kleine Anzahl von Komponenten erforderlich macht, so daß sich ein relativ geringes Gesamtgewicht für das Fahrzeug ergibt. Die Erfindung hat sich ferner zum Ziel gesetzt, ein elektromagnetisches Aufhängungs- und Führungssteuersystem vorzusehen, welches nur eine relativ kleine magnetische Widerstandskraft auf das

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iVarzeuy ausüLt und im wesentlichen kein Giermcinent im Fahrucjg liervorruft, und zwat selbst dai n, wenn es in seitlicher; Richtung während des Laufs längs ei· er Ankerschiene gesteuert wird. D,.e Erfindung bezweckt ferner, ein < lektromagnetisches Aufliäng- und Führungssystem vorzusehen, bei welchem der am Fahrzeug befestigte Elektromagnet üler einen relativ weiten Bereich in seit-1 eher oder Q. rrichtung hinweg bewegt werden kann. Die Erf ndung sieht schließlich auch ein elektromagnetisches Aufhängungs- und Fuhrungssteuersystem vor, bei welchem das magnetisch aufgeli ingte Fahrzeug eine automatische Rückholkraft in seitlicher Richtung aufweist, und zwar trotz der Tatsache, daß das Fahrzeug nur in V· ι tikalrichtung gesteuert ist. Die Erfindung sieht ferner ein elektromagnetisches Aufhäng- und Fuhrungssteuersystem vor, welches eine relativ kleine Menge an elektrischer Leistung wäh end des Betriebs verwendet.

Errindungsyein'iß werden die obigen Ziele bei einem elektroma ,netischen AufL ngungs- und Führungssteuersystem durch das Vorsehen folgender Merkmale erreicht: Eine langgestreckte Ankerschie e is; fest entlang einer Spur oder Schiene befestigt, längs welcher ei τ. magnetisch aufgehängtes Fahrzeug laufen soll, wobei ein elektromagnetischer Kern am Fahrzeug befestigt ist und gegenüber der Ankerschiene angeordnet ist,wobei diese beiden Elemente derart konstruiert sind, daß sie im Querschnitt dreischenklig ;ind, ab:r unterschiedliche Breiten voneir-ander aufweisen, und wc jei mi destens die Seitenschenkel des elektromagnetischen Kerns ieweils mit daraufgewickelten Steuerwicklingen versehen sind, so dai die Führung des Fahrzeugs in seitlicher Richtung und auch der Vertikalspalt zwischen dem elektromagnetischen Kern und der Ankerschiene gesteuert werden kann, und zwar durch Steuerung der Erregungsströme, welche den auf die Schenkel des elektromagnetischen Kerns aufgewickelten Windungen zugeführt werden. Da der elektromagnetische Kern und die entgegengesetzt angeordnete Ankerschiene unterschiedliche Breiten besitzen, wird eine seitliche Komponente in der elektromagnetischen Kraft erzeugt, die zwischen den Schenkeln des elektromagnetischen Kerns des Fahrzeugs und den Schenkeln des Ankers entsteht, wenn die Wicklungen des Elektromagneten erregt sind. Es seien beispielsweise die folgender

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Extremfälle betrachtet. Wenn die Ai^ahl der Magnetflußlinien, die durch den rechten Schenkel des elektromagnetischen Kerns verläuft, maximal ist und die Anzahl der Magnetflußlinien, die durch den linken Schenkel fließen, minimal ist, so ist die an den elektromagnetischen Kern angelegte Kraft derart, daß der rechte Schenkel des elektromagnetischen Kerns am dichtesten zum rechten Schenkel der Ankerschiene kommt. Wenn im Gegensatz dazu die Zahl der magnetischen Flußlinien, die durch den linken Schenkel des elektromagnetischen Kerns laufen, maximal ist und wenn die Anzahl der magnetischen FJiußlinien, die durch den rechten Schenkel desselben laufen, minimal ist, so ist die an den elektromagnetischen Kern angelegte Kraft von solcher Art, daß der linke Schenkel des elektromagnetischen Kerns am dichtestens zum linken Schenkel der Ankerschiene kommt. In allen Fällen wird die Steuerung der Anzahl der magnetischen Flußlinien, die durch die rechten und linken Schenkel des elektromagnetischen Kerns -lufen, derart vorgesehen, daß die nach oben an das Fahrzeug angelegte Gesamtkraft im wesentlichen ungeändert bleibt, un das Fahrzeug auf einer vorgewählten Höhe (schwebend) aufgehängt zu halten. Auf diese Weise kann der am Fahrzeug befestigte Elektromagnet die Funktion der Steuerung der Führung des Fahrzeugs in seitlicher Richtung durchführen, und zwar zusätzlich zu seiner üblichen Funktion der Steuerung des Spalts zwischen elektromagnetischem Kern und Ankerschiene.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung ist der Mittelschenkel des elektromagnetischen Kerns ebenfalls mit daraufgewickelten Windungen versehen, um hauptsächlich die aufwärts gerichtete Aufhänge- oder Anheb-Kraft zu steuern, die an den elektromagnetischen Kern und somit an das Fahrzeug, welches den Kern befestigt, angelegt wird.

Die Erfindung sieht ferner Mittel vor, um die Erregungsstrcme für die Elektromagnetwicklungen zu steuern. Diese Stromsteuermittel können einen Spaltdetektor umfassen, um den Abstand zwischen der Ankerschiene und dem elektromagnetischen Kern zu bestimmen, und/oder es ist ein weiterer Spaltdetektor zur Bestimmung der seitlichen Position des elektromagnetischen Kerns be-

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züglich der Ankerschiene vorgesehen, sowie elektrische Schaltmittel zur Bestimmung der Größe der Ströme, die an die Wicklungen Mes Elektromagneten geliefert werden müssen.

Weitere Vorteile, Ziele und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung; in dnr Zeichnung zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt, gemäß welchem die Erfindung bei einem magnetisch aufgehängten Fahrzeug angewendet wird, welches zwei Reihen von elektromagnetischen Kernen daran befestigt nahe den unteren Endteilen aufweist, und wobei der Lauf längs einer Schienenspur mit zwei entgegengesetzt angeordneten Reihen von Ankerschienen möglich ist;

Fig. 2a eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 2b ein Ausführungsbeispiel der elektrischen Steuerschaltung, verwendet in der Anordnung gemäß Fig. 2a;

Fig. 3a-3c schematische Ansichten, welche darstellen, wie der erfindungsgemäße Steuervorgang in seitlicher Richtung des elektromagnetischen Kerns in Fig. 2a bewirkt werden kann;

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 einen schematischen Vertikalschnitt, der zeigt, wie die Erfindung bei einem aufgehängten Fahrzeugtyp verwendbar ist;

Fig. 6a eine erfindungsgemäße Ankerschienenanordnung in einer Weichenzone;

Fig. 6b einen Vertikalschnitt längs der Linie A-A¹ der Fig. 6a;

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Fig. 7a die Anordnung einer Ankerschiene in einer bekannten Weichenzone;

Fig. 7b einen Vertikalschnitt längs der Linie B-B¹ der

Fig. 7a;

Fig. 8a einen schematischen Querschnitt einer Betr. ebs-

art, bei welcher ein Teil der Ankerschiene erfindungsgemäß als mechanische Bremse für das Fahrzeug verwendet wird;

Fig. 8b und 8c schematische Querschnitte von Betriebsarten,

die bekannte Ankerschienen jeweils als mechanische Bremsen verwenden.

In den beigefügten Zeichnungen sind bevorzugte, aber nicht einschränkend zu verstehende Ausführungsbeispiele des erfindungsger tßen elektromagnetischen Aufhängungs- und Führungssteuersvstems dargestellt.

Fig. 1 zeigt ein Paar von elektromagnetischen Kernen (Elektromagnetkernen) 3, deren jeder eine i-n Querschnitt dreischenklige Form besitzt und die fest an einem magnetisch aufgehängten Fahrzeug 2 befestigt sind und derart angeordnet sind, daß sie einem Paar von Ankerschienen 1 aus ferromaynetischem Material gegenüberliegen, wobei die Ankerschienen 1 auf der Erde liegen, und zwar mittels eines nicht bezeichneten Trägers dazwischen, wobei zwischen dem Elektromagnetkern 3 und den Ankerschienen 1 ein vorgewählter Spalt "d" besteht. Obwohl die Zeichnung nur einen einzigen Elektromagnetkern auf jeder Seite des Schienenträgers zeigt, so sei doch darauf hingewiesen, daß das Fahrzeug 2 mit einer Vielzahl derartiger Elektromagnetkerne entlang der Fahrzeuglänge ausgestattet sein kann. Der Elektromagnetkern 3 besitzt Seitenschenkel 4, 5 und einen Mittelschenkel 6, wohingegen die Ankerschiene 1 Seitenschenkel 7, 8 und einen Mittelschenkel 9 (vgl. die Zeichnung) besitzt.

Erfindungsgemäß ist die Breite des Elektromagnetkerns 3 kleiner oder größer als die der Ankerschiene 1 (Fig. 1 zeigt beispielsweise

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inen Elektromagnetkern 3 mit eine : kleineren Breite als derenigen der Ankerschiene 1 ) , und d-?r Mittelschenkel 6 des Kerns :.st derart angeordnet, daß er dem ?-ittelschenkel 9 der Ankerschiene gegenüberliegt {vgl. die Zeichnung). \uf die Seitenschen-' el 1, 5 des Kerns 3 sind, wie im folgenden in Verbindung mit Fig. 2 beschrieben, Wicklungen aufgewickelt, wobei ebenfalls auf '■en Mittelsc -nkel 6 eine Wicklung aufgewickelt ist, was :.τ\ folgenden anhand von Fig. 4 beschrieben wird. Wenn diesen Wicklungen Erregungsströme zugeführt werden, so werden magnetische Flüsse erzeugt, die durch einen die Ankerschiene 1 umfassender magnetischen Kreis fließen. Durch Steuerung der Größe der der Elektro-" agnetkernwindungen zugeführten Ströme kann die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen dem elektromagnetischen Kerr 3 nd der Schiene 1 eingestellt werden, um die Aufhängung ur d seitiche Führung des Fahrzeugs zu steuern. Das auf diese Weirs tlektromagnetisch aufgehängte oder schwebende Fahrzeug 2 . ann entlang der Ankerschiene durch gesonderte Antriebsmittel, wie beispielsweise einen (nicht gezeigten) Linearmotor, anget. ieben verden. Nachdem sich die Erfindung in erster Linie auf die Sieue-Lung der Aufhängung oder Anhebung und der seitlichen Führung des Fahrzeugs bezieht, und nicht auf den Antrieb des Fahrzeug* entlang cer Schiene, werden diese Antriebsmittel im folgenden nicht im f-inzelnen erläutert.

Fig. 2a zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aufhängungsund Führungssteuersystems, bei welchem der Elektromagnetkern 3 eine kleinere Breite besitzt als die Ankerschiene 1 und mit Wicklungen versehen ist, die nur auf den Sextenschenkeln engebracht sind, und wobei ferner dargestellt ist, daß sich der Kern 3 in seiner Neutralstellung befindet, um der Ankerschiene 1 mit einem gegebenen Spalt "d" dazwischen gegenüberzuliegen. Fig. 2b zeigt ein Beispiel einer elektrischen Steuerschaltung, die in der Anordnung gemäß Fig. 2a verwendet werden kann. Fig. 3a bis 3c stellen schematisch dar, wie eine seitliche Steuerkraft auf den Elektromagnetkern 3 ausgeübt wird, und zwar durch Änderung

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des Erregungszustandes der auf die Seitenschenkel des Kerns 3 aufgewickelten Wicklungen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2a wird zur Aufrechterhaltung einer vorgewählten Breite "d" des Spalts zwischen dem elektromagnetischen Kern 3 und der Ankerschiene 1 ein Vertikalspaltdetektor 10 verwend« , der eine feste Beziehung oder Lage bezüglich Kern 3 besitzt und ein elektrisches Signal entsprechend einer Vertikalabweichung des Kerns 3 gegenüber der Ankerschiene 1 erzeugt und dieses Signal an eine Operationsverstärkerschaltung 22 liefert. Das Ausgangssignal von der Operationsverstärkerschaltung 22 wird an entsprechende Stromsteuervorrichtungen 11, 12 angelegt, die Erregungsströme für die Wicklungen 14 bzw. 15 auf den Seitenschenkeln des Kerns 3 erzeugen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2a wird selbst dann, wenn die Steuerung nur in der Vertikalrichtung bewirkt wird, eine automatische Rückstellkraft erzeugt, welche bestrebt ist, den Elektromagnetkern 3 in seine Neutralstellung rückzustellen im Falle, daß der Kern in der einen oder anderen seitlichen Richtung ausgelenkt wurde, und zwar weil in einem solchen Fall die Richtung des Flusses ^c, der durch den Mittelschenkel 6 des Kerns 3 fließt, bezüglich der Vertikalen gekippt ist und weil sich die Horizontalkomponenten F1g, F2g der Kräfte F1, F2 verändern, welche jeweils durch Magnetflüsse ^I, γ2 erzeugt werden, die durch die linken und rechten Schenkel 4, 5 des Kerns 3 laufen. Um jedoch einen positiven seitlichen Steuereffekt am Kern 3 zusätzlich zu diesem automatischen Rückstelleffekt vorzusehen, ist ein zweiter SpaltdetektorI3 vorhanden, der eine feste Lage oder Beziehung bezüglich des Kerns 3 besitzt und dazu dient, die seitliche Stellung des Elektromagnetkerns 3 bezüglich der Ankerschiene 1 festzustellen. Der Spaltdetektor 13 erzeugt ein elektrisches Signal entsprechend einer seitlichen Abweichung des Kerns 3 bezüglich der Ankerschiene 1 und legt dieses Signal an eine Operationsverstärkerschaltung 23 an, deren Ausgangsgröße an Stromsteuervorrichtungen 11, 12 angelegt wird, auf welche Weise die Erregerströme geändert werden, die an die Wicklungen 14, 15 geliefert werden, welch letztere auf die Seiten-

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schenkel des Kerns 3 aufgewickelt sind. Auf diese Weise wird der Erregerstrom, der entsprechend der seitlichen Abweichung dds Kerns 3 bezüglich der Ankerschiene 1 erhalten wurde, dem Erregerstrom überlagert, der entsprechend der Vertikalabweichung des Kerns 3 gegenüber der Schiene erhalten wurde,und das resultierende Signal wird an die Wicklungen 14,15 geliefert, um sowohl die A fhängung als auch die seitliche Führung des am Fahrzeug befestigten Kerns 3 zu steuern.

Nimmt man an, daß an den Kern 3 keine externe Kraft angelegt ist und daß kein Störfaktor,wie beispielsweise eine Abnormalität in der Form des Schienenteils, vorhanden ist, so stellt die Anordnung gemäß Fig. 2a sicher, daß der Kern 3 und somit das daran befestigte Fahrzeug in seiner Neutralstellung mit einem vorbestimmten Vertikalabstand "d" und einem vorgewählten Hoiizontalabstand "1", gemessen zwischen Detektor 13 und Ankerschiene 1, gehalten wird, was die Beziehung ergibt, daß größenmäßig F11 gleich F21 ist und den gleichen Sinn wie F21 besitzt, wohingegen größenmäßig F1g gleich F2g ist, aber einen entgegengesetzten Sinn zu dem voi, F2g aufweist, was in Fig. 2a dargestellt ist, wo F11 und F1g die vertikalen bzw. horinzontalen Komponenten der durch Magnetflußf 1 erzeugten Kraft F1 sind, während F21 und F2g die vertikalen bzw. horizontalen Komponenten der durch den Magnetfluß φ 2 erzeugten Kraft F2 darstellen. Im Mittelschenkel 6 des Kerns 3 ist eine nach oben gerichtete Anziehungskraft Fc vorhanden, die durch den Magnetfluß ^c erzeugt wird.

Fig. 2b zeigt ein Ausführungsbeispiel einer elektrischen Steuerschaltung, die in der Anordnung gemäß Fig. 2a verwendet werden kann. Als erstes sei der Vertikalspaltsteuervorgang beschrieben. Ein elektrisches Signal vom Detektor 10 wird subtraktionsmäßig mit einem Bezugssignal von einer Spalteinstellvorrichtung 1a kombiniert und das resultierende Differenzsignal wird an eine lineare Verstärkerschaltung 2a und eine Differentialverstärkerschaltung 3a angelegt. Ausgangssignale von den Verstärkerschaltungen 2a, 3a werden additiv kombiniert und das Kombinationssignal wird an die Stromsteuervorrichtungen 11, 12 angelegt, um Ströme der gleichen Größe in den Wicklungen 14, 15 auf den Seitenschenkeln 14, 15 des Kerns 3 zu erzeugen. Um andererseits die

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Führungssteuerung des Kerns 3 in seitlicher Rxchtung zu bewirken, wird ein Differenzsignal zwischen einem Signa:, vom Detektor 13 und dem von einer Spalteinstellvorrichtung 4a an eine Linearverstärkerschaltung 5a und eine Differentialverstärkerschaltung 6a angelegt. Ausgangssignale von den Verstärkerschaltungen 5a, 6a werden additiv kombiniert und das Kombinations signal wird mit negativem Zeichen an die Stromsteuervorrichtur.g 11 und mit positivem Zeichen an die Stromsteuervorrichtung 12 angelegt, wobei infolge davon der Strom in einer der Seitenscl~ enkelwicklungen des Kerns 3 vergrößert wird, während der Strom in der anderen Wicklung verkleinert wird.

jfiin in Fig. 2b gestrichelt dargestellter Block 7a zeigt ain Element zur Erzeugung eines Signals, welches gestattet, daß das System spezielle Faktoren berücksichtigt, um die Stabilität des Systems zu verbessern, wobei zu diesen Faktoren folgende gehören: ie zweite Ableitung des Signals, welches den Spalt zwischen Kein > und Schiene 1 oder den Spalt zwischen Detektor 13 und Schiene

darstellt, die Größe des magnetischer. Flusses, die Größe der Frregungsströme, die Beschleunigung des Kerns 3, usw.

In der Anordnung gemäß den Fiy. 3a-3c ist aus Gründen der Klarheit und Vereinfachung der elektromagnetische Kern 3 dargestellt, wobei als die beabsichtigte Stellung seine Neutralstellung bezüg-J ich der Ankerschiene angenommen ist. Wenn sich der elektromagnetische Kern in dieser beabsichtigten Stellung befindet, so wird eine seitliche Steuerkraft in den folgenden Fällen tatsächlich erzeugt: 1) Wenn ein elektrisches Signal an die Spalteinstellvorrichtung 1a oder 4a geliefert wird, 2) wenn der Kern 3 eine Geschwindigkeits- oder Beschleunigungs-Komponente in seitlicher Richtung besitzt, und 3) wenn der Kern 3 um nur einen kleinen Abstand aus seiner Neutralstellung seitlich ausgelenkt wird, wobei die linearen Verstärkerschaltungen 2a, 5a eine derart hohe Verstärkung besitzen, daß sie selbst eine so kleine Auslenkung feststellen, um die Größe der Eingangssignale für die Steuervorrichtungen 11, 12 zu verändern.

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Fig. 3a zeigt einen solchen Zustand des Elektromagneten, bei welchem ein relativ großer Strom durch die Wicklung auf dem rechten ScKenkel 5 des Kerns 3 fließt, während im wesentlichen kein Strom durch die Wicklung auf dem linken Schenkel 4 fließt. In Fig. 3a definieren die im rechten Seitenschenkel 5 erzeugten magnetischen Flußlinien magnetische Kreise, die durch Mittelschenkel 6, 9 und die linkei Seitenschenkel 4 bzw. 7 laufen und dann in den rechten Seitenschenkel 5 zurückkehren, wobei in diesem Zustand eine nach rechts gerichtete Steuerkraft mit der Größe F2g - FIg auf den Elektromagnetkern 3 ausgeübt wird. Um diese Steuerkraft weiterhin effektiv zu machen, kann man das Fließen eines elektrischen Stromesin der Wicklung des linken Schenkels 4 derart gestatten, daß magnetische Flußlinien entgegengesetzten Sinnes, wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 3b dargestellt, erzeugt werden, um den magnetischen Fluß auszulöschen, der durch die Wicklung auf dem rechten Schenkel 5 des Kerns 3 erzeugt wird und durch die linken Schenkel 4, 7 läuft, wie in Fig. 3a gezeigt. Somit kann der Magnetflußkreis der Fig. 3b auf den der Fig. 3a überlagert werden. Das Ergebnis dieser Überlagerung ist in Fig. 3c gezeigt, in der man erkennt, daß eine stärkere seitliche Steuerung des Kerns 3 durch die Kraft F2G bewirkt wird.

Bei der Durchführung der seitlichen Steuerung des Kerns 3 auf diese Weise bezüglich der Ankerschiene können die Magnetflußlinien in einem der Seitenschenkel des Kerns 3 konzentriert werden, was zur Folge hat, daß ein Rollmoment auf den Kern 3 um eine Achse senkrecht zur Papierebene erzeugt werden kann, wobei aber dieses Problem dadurch gelöst werden kann, daß man eine Reihe von Elektromagneten auf jeder der linken und rechten Seiten des Fahrzeugs vorsieht (Fig. 1 zeigt einen solchen Fall, obwohl dort nur ein Elektromagnetkern 3 auf jeder Seite des Fahrzeugs 2 zu sehen ist) oder dadurch, daß man das Fahrzeug in einer suspendierten oder aufgehängten Form vorsieht, was im folgenden unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben werden wird.

Obwohl sich die vorstehende Beschreibung auf den Fall bezieht, wo eine nach rechts wirkende Steuerkraft unter Bezugnahme auf die

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Fig. 3a - 3c auftrat, so kann doch die gleiche Beschreibung auch in entsprechender Weise für den Fall verstanden werden, wo diese Steuerkraft nach links wirkt.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist auch in der Lage, selbst dann wenn der Elektromagnetkern 3 als seine beabsichtigte Stellung eine gegenüber der Neutralstellung ausgelenkte Stellung besitzt, eine Steuerkraft in irgendeiner gewünschten seitlichen Richtung zusätzlich zur oben erwähnten automatischen Rückstellkraft zu erzeugen, und zwar durch Steuerung des den Elektromagnetwicklungen zugeführten Erregungsstromes, wodurch es möglich ist, den Elektromagnetkern 3 auf einer gewünschten Stellung entgegen einer externen Kraft zu halten oder den Kern absichtlich in irgendeiner seitlichen Richtung auszulenken, wobei diese Merkmale hinsichtlich des Betriebs besonders bei Weichen-Vorgängen des Fahrzeugs zwecknü jsig sind, was im folgenden beschrieben werden wird; ferner ist es möglich, einen Dumping- oder Abfuhr-Effekt dadurch vorzusehen, daß man einen Erregungsstrom an die Elektromagnetwicklungen derart anlegt, um eine Steuerkraft zu erzeugen, welche in entgegengesetzter Richtung zur seitlichen Bewegung des Elektromagneten wirkt, welche eine Größe proportional zur seitlichen Auslenkgeschwindigkeit des Elektromagneten besitzt. Diese seitliche Steuerfunktion kann nicht aus der Konstruktion eines Elektromagneten verfügbar gemacht werden, wo die Breite des Elektromagnetkerns und die der entgegengesetzt liegenden Ankerschiene miteinander gleich sind, weil es unmöglich für die Konstruktion eines Elektromagneten wäre, eine zusätzliche seitliche Steuerkraft anders als die automatische Rückstellkraft vorzusehen, die dann erzeugt wird/ wenn der Elektromagnetkern von seiner Mittelstellung ausgelenkt wird.

Obwohl die obige Beschreibung im Zusammenhang mit den Fig. 2 und 3a bis 3c auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschränkt war, wo die Breite des Elektromagnetkerns kleiner ist als die der Ankerschiene, so unterscheiden sich doch Betriebsweise und technische Wirkung erzeugt durch einen Elektromagneten, wo die Breite des Elektromagnetkerns größer ist als diejenige der Ankerschiene, nicht vom obigen Ausführungsbeispiel mit der Ausnahme, daß die

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Steuerung der Erregungsströme ir den Seitenschenkeln in einer entgegengesetzten Weise bewirkt wird. Je größer die Differenz ■». der Breite zwischen dem Elektromagnetkern und der Ankerschiene ist, desto größer wird die seitliche Steuerkraft, aber desto mehr elektrische Leistung ist erforderlich.

Fig. 4 zei-rt ein weiteres erfindungsgemäßes Ausführungs spiel, bei welchem eine unabhängige Wicklung 16 auf dem Mitte Ischenkel 6 des Elektroinagnetkerns 3 vorgesehen ist, im die vertikal anhebende Anzugskraft zu steuern, die an das Fahrzeug angelegt wird, und wobei hier die Wicklungen 14, 15 auf den Seitenschenkeln des Kerns 3 in Reihe miteinander geschaltet sind, um die an das Fahrzeug angelegte seitliche Kraft iu steuern. Funktion und Wirkung der Anordnung gemäß Fig. ■, sind ähnlich von Funktion und Wirkunu der Anordnung gemäß Fig. 2 und 3a bis 3c. In der Anordnung gemäß Fig. 4 wird eine seitliche Steuerkraft erzeugt, welche in Richtung und Größe dem durch die Wicklungen 14 und 15 auf den Seitenschenkeln des Elektromagnetkerns 3 fließenden Strom entspricht. In Fig. 4 sind Stromsteuervorrichtungen 17 und 18 dargestellt, die eine ähnliche Funktion wie die Stromsteuervorrichtungen 11, 12 der Fig. 2 besitzen.

Fig. 5 zeigt einen schematischen Vertikalschnitt der Erfindung, angewendet bei einem Fahrzeug der Hangebauart. Bei dieser Anordnung besitzt ein Elektromagnetkern i im Querschnitt eine dreischenklige Form und ist an der Ober£eite eines Fahrzeugs 2 befestigt, und zwar gegenüber einer Ankerschiene 1, die von einem auf der Erde stehenden Träger 20 herabhängt, auf welche Weise das Fahrzeug 2 elektromagnetisch durch die Anziehungskraft des Kerns 3 schwebend aufgehängt ist. Gehutzvorrichtungen 19 verhindern, daß das Fahrzeug 2 während des Laufs bei Wegfalls oder Fehlens der Aufhäng-Magnetkraft herabfällt.

Fig. 6a zeigt schematisch die Anordnung der Ankerschiene in einer Weichen-Zone für das Hängefahrzeug der Fig. 5, während Fig. 6b einen Querschnitt längs der Linie A-A¹ in Fig. 6a zeigt. Fig. 7a ist eine schematische Ansicht ähnlich Fig. 6a und zeigt einen bekannten Anker gemäß japanischer Patentoffenlegungsschrift

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Nr. 16322/1973, wohingegen Fig. 7 j einen' Querschnitt län.rs Linie B-B' in Fig 7a zeigt.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Aufbau der Ankerschiene, wie in Fig. 6a und 6b gezeigt, ist es möglich, das weichenmäßige Umschalten des Fahrzeugs 2 in irgendeiner gewünschten Abzweigrichtung durchzuführen, und zwar mittels elektrischer Steuerung, ohne irgendwelche speziellen Umschalt- oder Weichenmittal in der We'.chenzone vorzusehen. Wenn speziell das Fahrzeug in der Weichen _>ne beispielsweise in die rechte Schiene (Fig. 6a) umgeschaltet werden soll, so ist es nur erforderlich, die Magnetflußdichte in rechten Schenkel des Elektromagnetkerns zu erhöhen und gleichzei ig zeitweise die linke Schutzvorrichtung 19 zur linien Seite he unterzubringen, bevor das Fahrzeug in die Weichenzone eintritt. Während dieses Umschalt- oder Weichen-Vorgangs wird die Schutzfu*ktion der linken Schutzvorrichtung 19 zeitweise verloren, wöbe, aber nicht die Gefahr des Herabfallens des Fahrzeuges besteht weil die rechte Schutzvorrichtung 19 noch immer in Funktion s.-ch befindet. Bei der bekannten Konstruktion des Elektromagneten gemäß Fig. 7a und 7b ist es dagegen unmöglich, das Fahrzeug in irgendeine gewünschte Abzweigrichtung umzuschalten, ohne Schaltvorrichtungen vorzusehen.

Aus der in Fig. 7a gestrichelt dargestellten Schienenanordnung ersieht man insbesondere, daß es ^n unvermeidbarer Weise notwendig ist, einen relativ langen Teil des rechten Schenkeltfils der Ankerschiene für den gerader Lauf des Fahrzeugs wegzunehren oder einen relativ langen Teil des linken Schenkelteils der Schiene für eine rechte Kurve des Fahrzeugs wegzunehmen, und infolgedessen wird eine an das Fahrzeug anzrlegende seitliche Steuerkraft während des Durchlaufs durch die Weicienzone verloren, und somit würde der Elektromagnetkern mit einer im Querschnitt umgekehrten T-Form in Berührung mit dem einen oder anderen der Wandteile der Ankerschiene kommen.

Fig. 8a zeict die erfindungsgemäße Verwendunc der Ankerschiene als mechanische Bremse Fig. 8b und 8c zeige- Aspekte der Verwendung der Ankerschier.en als mechanische Bremsen, wobei die Anker

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schienen unterschiedliche Querschnittsformen bezüglich der Erfindung zeigen. In Fig. 8a bis 8c bezeichnet das Bezugszeichen "* 21 ein Bremsenelement, welches fest am Elektromagneten befestigt ist,und die Pfeile zeigen Zonen der Schiene an, gegen welche die Bremsschuhe gepreßt werden. Für ein magnetisch aufgehängtes Fahrzeug ist eine solche mechanische Bremsvorrichtung sehr wichtig. Die Bremsvorrichtung gemäß Fig. 8a ist in der Lage, eine Bremskraft auf beide Seiten des mittigen Schenkelteils der Ankerschiene auszuüben und ist vorteilhafter, verglichen mit den beiden anderen in Fig 8b und 8c gezeigten Typen: Die Bremsvorrichtung gemäß Fig. 8b hat den Nachteil, daß schädliche Schwingungen infolge Deformation der Ankerschiene auftreten könnten, wohingegen die Bremsvorrichtung gemäß Fig. 8c den Nachteil besitzt, daß ein exzentrisches Kraftmoment in dem Elektromagnetkern während des BremsVorgangs erzeugt werden könnte.

Aus der vorstehenden Beschreibung erkennt man, daß die Erfindung eine effektive Steuerung eines magnetisch aufgehängten oder schwebenden Fahrzeugs vorsieht, und zwar unter Verwendung eines einzigen integral aufgebauten Elektromagneten für sowohl Aufhänge- als auch seitliche Führungs-Vorgänge, wobei diese außerordentlich zuverlässige Aufhäng- und Führungssteuerung durch den Aufbau eines Steuersystems erreicht werden kann, welches verhältnismäßig wenige Komponenten umfaßt. Ferner ist bei der erfindungsgemäßen Anordnung die Richtung, mit der magentische Flüsse,erzeugt durch die Elektromagnetwicklungen,die Ankerschiene schneiden, im wesentlichen konstant, und dies ist besonders dort zweckmäßig, wo das Fahrzeug mit einer Vielzahl von Elektromagneten ausgestattet ist, die in einer dichten Abstandsbeziehung zueinander entlang der Länge der Ankerschiene vorgesehen ist, weil dadurch Wirbelströme erzeugt im Ankerschienenteil, auf dem das Fahrzeug läuft, reduziert werden, wodurch die magnetische auf das Fahrzeug ausgeübte Widerstandskraft wesentlich reduziert wird, und wobei ferner keine Giermomentenkraft durch die seitliche Steuerung des Elektromagnetkerns erzeugt wird. Ebenfalls besteht beim erfindungsgemäß*..,! Aufbau des Elektromagnetkerns und der Ankerschiene nicht die Gefahr, daß der Elektromagnetkern mit den Ankerschienenseitenwänden

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in Berührung kommt, wenn die Schi me mit einem großen Krümmungsradius aufgebaut ist. Im erfindungsgemäßen System besitzt der Elektromagnetkern auch eine automatisches Rückstellkraft selbst dann, wenn eine seitliche Führungssteuerung nicht bewirkt wird. Ferner sieht die Erfindung ein vorteilhaftes Merkmal bei Anwendung auf eine Weichenzone der Ankerschiene vor, und zwar bei Anwendung auf ein Fahrzeug der Hänge-Bauart, wobei darüber hinaus die Ankerschiene derart aufgebaut ist, daß em Teil derselben vorteilhafterweise als mechanische Bremse für das Fahrzeug verwendet werden kann.

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Claims

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1.) Elektromagnetis' hes Aufhän ungs- und iüirungssystt η, bei wo "Sriem ein Faiirzeug durc' eine elek romagriet ^:. s-~he AnziehuncskruLt aufgehängt nd geführt wird, wöbe diese Anz ehungskraft zwischen einem längs ler Laufbaln des Fahr eugs befestigten Ankerschiene und einem fest am Fahrzeug befest gten Elektromagneten erzeugt wird, und wobei das au:' diese Wei· e aufgehängte und gefül rte Fahrzeug längs der Ankerschiene -lurch gesonderte Antriebsmittel angetrieben wird, dadurch g ; kennzeichnet, daß die Ankerschiene (¹) und der lern (3) des Elektromagr Jten im Querschnitt eine drt'ischenklig·. Form aufweisen, aber ' jneinander unterschiedliche Breiten besitzen und derart angeordnet sind, daß die drei Schenkel des Elektromagnetkerns den drei Schenkeln der Ankerschiene mit einem dazwischen ausgebildeten Spalt (d) derart gegenüber liegen, daß die seitliche Führungslcge des Elektromagnetkerns (3) und auch der Vertikalspalt zwischtn dem Elektromagnetkern und der Ankerschiene gesteuert werden können durch Steuerung der Magnetflüsse, die zwischen den drei ichenkeln des dreischenkligen Elektromagnetkerns 3) und den crei Schenkeln der dreischenkligea Ankerschiene ('), die zu d( ι drei Schenkeln des Elektromagnetkerns hinweisen, eweils lauft i.

2. System nach Anspruch 1, dac'urc ι gekeni zeichnet, di J der Elektromagnetkern (3) eine kleinere B'eite im Querschnitt besitzt als die Ankerschiene (1).

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekenrzeichnet, άε3 der Elektromagnetkern eine größere Qu^rschnittsbreite besitzt als die Ankerschiene.

4. System nach einem oder mehrerer der Ajsprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die zwei Seitenschcnkel (4, 5) ies Elektromagnetkerns jeweils mit darauf jewicke.¹ ten Wicklungen (14,15' ausgestattet sind, und daß Erregurgsströme d.esen Wicklur jen zugeführt werden, und zwar entsprechend der Breite des Vertikalspults zwischen dem Elektromagnet ;nd der Ankerschiene url der

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seitlichen Position d ■:? Elektromagneten bez'.iolich der Λ kerschiene.

5. System nach einem oder ine Toren der viisprüche 1- , dadurch gekennzeichnet, daß erste Spaltdetekt ;rmittel (10' am Elektromagneten befestigt sind u.;d zur Feststellung des Vertikalspalts /ischen dem Elektromagneten und oer Ankersch .me dienen, wobei eine erste OperationsverstärkerschaL Lung < 12) mit den ersten Spaltdetektormitt* In in Verb ndung steht, und wobei ferner zweite Spaltdetekto-mittel (13.¹ am Elektromagneten befestigt sind und zur Fests¹ellung der seitlichen stellung des Elektromagneten relativ zur / nkerschiene dienen, um wobei eine zweite Operationsverstärker: chaltung (23) mit den , veiten Spaltdetektormitteln verbunden i; t, und wob' i schließlic ι erste und zweite Stromsteuermittel (11 12) jeweils mit den Wicklungen auf den beiden Seitenschenkeln dt s Elektrom cjnetkerns gi .uppelt sind, und wobei schließlich das Ausgangssigral von der l sten und zweiten Operationsverstärkernchaltung ar sowohl den ersten als auch zweiten StromsteuermittcIn angelegt ist, um die zeitliche Führungsposition des Elektromagneten ι nd den Vert:. calspalt zwischen Elektromagnet und Ankerschie; e zu steuert

6. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-5· dadurch gekennzeichnet, daß de erste Operaticnsverstärkerschaltung mit ersten Spalteinste. lmitteln versehen ist, um ei.'e Vertikalbezugsstellung des Elektromagneten einzustellen ind auf die Differenz zwischen dem Signal repräsentativ für len festgestellten Vertikalspalt und Jem Signal repräsentativ für die eingestellte Vertikalbezugsgrjße anspricht, und daß lie zweite Operationsverstärkerschaltjng mit zweiten Spaltei stellmitteln versehen ist, um eire seitliche Bezugsposition d s Elektromagneten einzustellen und auf lie Differenz anspricht zwischen dem Signal repräsentativ fü^r die festgestellte sei liehe Position des Elektromagneter und iem Signal repräsentatifür die ein -estellte seitliche Be:ugsgröße.

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7. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-(>, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Seitenschenkel des Elekt iroinagnetkerns daraufgewickelt Wicklungen aufweisen, die in Serie miteinander geschaltet sind und die mit Erregungsströmen versorgt werden entsprechend mit der seitlichen Position des
Elektromagneten relativ zur Ankerschiene, und daß der Mrttelschenkel (>) des Elektromagnetkerns eine unabhängige Wicklung (16) darauf gewickelt aufweist, welcher ein Erregungsst om
zugeführt wird, und zwar entsprechend der Breite des Ve.-tikalspalts zwischen Elektromagnet und Ankerschiene.

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