DE4402373A1 - Permanentmagnetisches Schwebesystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein permanenentmagnetisches Schwebesystem, bei dem die am schwebenden Objekt angebrachten Permanentmagnete und das Tragesystem (Schiene, Ständer) einen oder mehrere magnetische Kreise bilden.

Es ist bekannt, daß bei permanentmagnetischen Schwebeverfahren entweder die Abstoßungskräfte gleichnamiger Pole von Permanent­ magneten oder die Anziehungskräfte von Permanentmagneten auf Ferromagnetica mit schmaler Hystereseschleife (Weichmagnetika) genutzt werden. Um mit sich abstoßenden Permanentmagneten allein ein schienengebundenes Schwebesystem aufzubauen, muß neben dem schwebenden Objekt auch die Schiene mit Permanentmagneten versehen werden, was aus ökonomischen Gründen praktisch nicht zu realisieren ist.

Permanentmagnetische Schwebesysteme, die die Anziehungskraft zwischen Permanentmagneten und einem weichmagnetischen Ständer ausnutzen, müssen geregelt werden, um einen endlichen Luftspalt aufrechtzuerhalten und ein Anhaften der Permanentmagnete an den weichmagnetischen Körpern zu verhindern. Die Größe der zur Regelung der Luftspaltbreite benötigten Kräfte ist empfindlich von der gewählten Anordnung der Permanentmagnete zueinander und dem Ständer abhängig, ein völlig freies Schweben ist jedoch nach einem von Earnshaw aufgestellten Theorem (vgl. W. Braunbek, "Freischwe­ bende Körper in elektrischen und magnetischen Feldern", Z. f. Physik 112, S. 753 (1939)) nicht möglich.

In einer vor einigen Jahren in Berlin betriebenen permanent­ magnetischen Schwebebahn (M-Bahn) der Firma Magnetbahn GmbH Starnberg (vgl. Z. Elektrische Bahnen 82, S. 94 (1984) und zahlreiche Patente) werden die am Fahrzeug befestigten Permanent­ magnete unterhalb der weichmagnetischen Trageschiene (Fahrweg) angeordnet und die Luftspaltbreiten über ein Hebel-Rollen-System so eingestellt, daß die Schwerkraft durch die magnetische Anziehungskraft kompensiert wird. Bei diesem Verfahren muß somit die Tragkraft selbst geregelt werden, wobei große Reibungsverluste im mechanischen Regelsystem auftreten.

Werden die Permanentmagnete am schwebenden Objekt so angeordnet, daß sie einer weichmagnetischen Trageschiene endlicher Höhe seitlich gegenüberstehen, so hängt die Größe der vertikalen Tragkraft von der Lage der Permanentmagnete in bezug auf den Mittelpunkt der Trageschiene ab und regelt sich je nach Belastung selbst ein. Schwebesysteme dieser Art werden z. B. in der DE- Patentanmeldung von H. Weh "Magnetschwebesystem mit Permanent­ magneten" Nr. 37 19 587 beschrieben. In ihnen treten jedoch selbst bei einer symmetrischen Anordnung der Permanentmagnete zu beiden Seiten des Tragesystems beträchtliche Querkräfte auf, wenn das schwebende Objekt etwas aus der symmetrischen Lage bezüglich des Tragesystems ausgelenkt wird. Außerdem entstehen selbst bei sehr kleinen Drehungen große destabilisierende Drehmomente.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein sich hinsichtlich der Tragkraft selbstregelndes permanentmagnetisches Schwebesystem zu entwickeln, bei dem durch eine geeignete Anordnung der Permanent­ magnete nur sehr kleine destabilisierende Querkräfte und Drehmomente aufreten, die sich durch elektromagnetische Zusatzfelder beseitigen oder durch mechanische Führungssysteme kompensieren lassen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch Permanentmagnetsysteme gelöst, bei denen das Maximum der magnetischen Energiedichte in vertikaler Richtung (Richtung der Tragkraft) räumlich entfernt von den Polen der felderzeugenden Permanentmagnete realisiert wird und in denen der Gradient der Feldenergiedichte in Querrichtung beliebig klein gemacht werden kann. Bei einer Auslenkung des Magnetsystems aus einer symmetrischen Lage, in der die Querkraft verschwindet, wird ein zusätzlicher magnetischer Fluß so erzeugt, daß das System wieder in die symmetrische Lage zurückgeführt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles, das in einer Abbildung dargestellt ist, näher erläutert.

Die einfachste Variante eines erfindungsgemäß konstruierten Schwebesystems besteht aus zwei zueinander parallelen Permanent­ magnetblöcken, deren Magnetisierungen zueinander parallel und von gleichem Betrag sind. Das Permanentmagnetsystem ist am schwebenden Körper befestigt, und das weichmagnetische Tragesystem ist in der Mitte zwischen beiden Blöcken möglichst symmetrisch zu ihnen angeordnet. Da die magnetische Energiedichte im mittleren Bereich zwischen beiden Permanentmagnetblöcken maximal ist und zwischen den Stirnflächen der Magnetblöcke gegen Null geht, wird bei einer Auslenkung der Magnetblöcke bzw. des schwebenden Körpers aus der in der Abbildung dargestellten Ruhelage in vertikaler Richtung (x- Richtung) eine rücktreibende Kraft erzeugt. Die bei einer spontanen Auslenkung in Querrichtung (y-Richtung) auftretende Kraft ist sehr klein, da die Energiedichte im betrachteten Raum zwischen den beiden Magnetblöcken nur schwach von der y-Koordinate abhängt. Kommt es zu einer spontanen, von den Abstandssensoren erfaßten Querauslenkung, dann wird diese durch eine Erhöhung des magnetischen Flusses in dem Magnetblock rückgängig gemacht, der sich vom Tragesystem zu entfernen versucht. Darüber hinaus ist der Einbau von mechanischen Führungssystemen (Rollen) möglich.

Die bei einer spontanen Rotation des Permanentmagnetsystems hinsichtlich des Tragesystems auftretenden Drehmomente lassen sich durch eine geeignete Erregung der in der Abbildung dargestellten Spulen kompensieren. Kommt es zu einer Drehung des Permanent­ magnetsystems hinsichtlich des Tragesystems, so muß die Strom­ stärke in zwei diagonal gegenüberliegenden Spulen erhöht werden, um diese Drehung rückgängig zu machen.

Bezugszeichenliste

1 schwebendes Objekt
2 Abstandssensor
3 Permanentmagnet mit Magnetisierungspfeil
4 Lageregelungsspulen
5 Flußleitstück
6 weichmagnetisches Tragesystem
7 nichtmagnetischer Ständer

Claims (2)

1. Spurgeführtes oder ortsfestes permanentmagnetisches Schwebesystem, gekennzeichnet dadurch, daß die Permanent­ magnete am schwebenden Objekt so angebracht werden, daß eine sich selbst regulierende Tragkraft bei sehr kleinen Quer­ kräften und Drehmomenten erzielt wird.

2. Permanentmagnetisches Schwebesystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Stabilisierung des schwe­ benden Objekts gegen Querverschiebungen und Drehungen durch ein elektromagnetisches Regelsystem übernommen wird.