DE69015935T2

DE69015935T2 - Rail vehicle and associated rail system.

Info

Publication number: DE69015935T2
Application number: DE1990615935
Authority: DE
Inventors: Fumio Iida; Naofumi Tada
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-09-14
Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2010-08-30
Also published as: EP0417932A1; JPH03178504A; DE69015935D1; EP0417932B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, das zur Bewegung längs einer Schieneneinrichtung eingerichtet ist, und auch ein Schienenfahrzeugsystem für ein solches Fahrzeug.The present invention relates to a vehicle adapted for movement along a rail system, and also to a rail vehicle system for such a vehicle.

Es besteht ein zunehmendes Interesse in der Konstruktion eines Fahrzeugs, das längs der Schieneneinrichtung gefahren werden soll, wobei es Gebrauch von elektromagnetischen Antriebskräften zum Heben und/oder Antreiben des Fahrzeugs längs der Schieneneinrichtung macht. Solche Fahrzeuge sind als Magnetschwebefahrzeuge bekannt und haben den Vorteil, daß solche Fahrzeuge imstande sind, viel höhere Geschwindigkeiten als gewöhnliche Schienenfahrzeuge zu erreichen (etwa 500 km/h), weil keine unmittelbare Fahrzeug-/Schieneneinrichtungs-Berührung vorliegt. Natürlich wird für langsame Geschwindigkeiten ein solches Fahrzeug Räder haben, die auf der Schieneneinrichtung laufen, aber wenn das Fahrzeug in seiner Geschwindigkeit zunimmt, überwiegen die magnetischen Wirkungen.There is increasing interest in the design of a vehicle to be driven along the track, making use of electromagnetic propulsion forces to lift and/or propel the vehicle along the track. Such vehicles are known as magnetic levitation vehicles and have the advantage that such vehicles are capable of reaching much higher speeds than ordinary rail vehicles (about 500 km/h) because there is no direct vehicle/track contact. Of course, for slow speeds such a vehicle will have wheels running on the track, but as the vehicle increases in speed the magnetic effects predominate.

Die Entwicklung von Magnetschwebefahrzeugen war gekoppelt mit der Entwicklung supraleitender Magnete, weil ein Magnetschwebefahrzeug mindestens einen supraleitenden Magneten, üblicherweise viele, aufweisen muß, die mit den Spulen in der Schieneneinrichtung in Wechselwirkung treten, um das Fahrzeug zu tragen und anzutreiben. Im allgemeinen wird die Schieneneinrichtung normale leitfähige Spulen aufweisen, die zusammen mit dem oder den supraleitenden Magneten eine Hubkraft erzeugen, um das Fahrzeug frei von der Schieneneinrichtung zu tragen, und andere Spulen, die wiederum zusammen mit den supraleitenden Spulen eine vorwärtstreibende Kraft erzeugen.The development of magnetic levitation vehicles was coupled with the development of superconducting magnets because a magnetic levitation vehicle must have at least one superconducting magnet, usually many, that interact with the coils in the track system to support and propel the vehicle. In general the track assembly will comprise normal conductive coils which, together with the superconducting magnet(s), generate a lifting force to carry the vehicle free from the track assembly, and other coils which, in turn, together with the superconducting coils, generate a propulsive force.

Es gab eine Anzahl von Vorschlägen, um Gebrauch von aerodynamischen Wirkungen an einem Magnetschwebefahrzeug zu machen. Beispielsweise wurde in dem Artikel mit dem Titel "Entwicklung einer aerodynamischen Bremse eines Magnetschwebefahrzeugs für den Gebrauch im Notfall" von Koda et al. in "Internationale Magnetschwebefahrzeugskonferenz 89" (Juli 1989), Seiten 281 bis 286, eine aerodynamische Bremse für ein solches Fahrzeug vorgeschlagen. Die aerodynamische Bremse umfaßte eine oder mehrere Platten, die so manövrierbar waren, daß sie sich zwischen einer Lage, in der sie im allgemeinen bündig mit dem Aufbau das Fahrzeugs verliefen, in eine Lage bewegten, in der sie sich von diesem nach außen erstreckten, um den Luftwiderstand des Fahrzeugs zu erhöhen und es deshalb zu verlangsamen.There have been a number of proposals for making use of aerodynamic effects on a magnetic levitation vehicle. For example, in the article entitled "Development of an aerodynamic brake of a magnetic levitation vehicle for emergency use" by Koda et al. in "International Magnetic Levitation Vehicle Conference 89" (July 1989), pages 281 to 286, an aerodynamic brake was proposed for such a vehicle. The aerodynamic brake comprised one or more plates that were maneuverable to move between a position in which they were generally flush with the body of the vehicle to a position in which they extended outwardly from it to increase the aerodynamic drag of the vehicle and therefore slow it down.

In der JP-A-48-9416 wurde eine Anordnung vorgeschlagen, in der flache Flossen sich längs der Längenerstreckung des Magnetschwebefahrzeugs erstreckten, wobei der Luftwiderstand dieser Flossen der Nickbewegung des Fahrzeugs widersteht. Ferner wurde in der JP-A-48-9417 vorgeschlagen, daß das Magnetschwebefahrzeug flache Stabilisatoren haben soll, die aus einer Lage, in der sie bündig mit dem Aufbau des Fahrzeugs verlaufen, in eine vorspringende Lage bewegt werden könnten, in welcher vorspringenden Lage sie eine Hubwirkung auf jenen Teil des Aufbaus aufbrachten, an dem sie angebracht waren, und zwar infolge ihres Anstellwinkels zur Bewegungsrichtung.In JP-A-48-9416 an arrangement was proposed in which flat fins extended along the length of the magnetic levitation vehicle, the air resistance of these fins resisting the pitching motion of the vehicle. Furthermore, in JP-A-48-9417 it was proposed that the magnetic levitation vehicle should have flat stabilizers which could be moved from a position in which they were flush with the body of the vehicle to a projecting position, in which projecting position they exerted a lifting effect on that part of the body to which they were attached, due to their angle of attack to the direction of movement.

Bei den existierenden Magnetschwebefahrzeugen wird, wenn das Fahrzeug mit voller Geschwindigkeit fährt, das gesamte Gewicht des Fahrzeugs auf die supraleitenden Spulen übertragen, da es diese Spulen sind, die das Fahrzeug infolge ihrer magnetischen Wechselwirkung mit den Spulen an der Schieneneinrichtung tragen. Das Gesamtgewicht des Fahrzeugs bringt jedoch eine hohe Belastung auf die supraleitenden Spulen auf, und die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben entdeckt, daß diese Kraft ausreichend sein kann, um die Spulen zu verformen, und eine solche Verformung veranlaßt die Spule, umzuspringen, d.h. vom supraleitenden Zustand in den normalen Zustand überzuwechseln. Im normalen Zustand sind die Kräfte, die von den Spulen erzeugt werden, unzureichend, um das Fahrzeug zu tragen, und deshalb kann ein Ausfall stattfinden, der sich bei hohen Geschwindigkeiten als kritisch erweisen könnte, bei denen das Fahrzeug betrieben werden kann, da Räder dann nicht imstande wären, auf die hohen Geschwindigkeiten des Fahrzeugs anzusprechen. Ferner werden die mechanischen Spannungen, die auf die supraleitenden Spulen aufgebracht werden, während der Beschleunigung und Verzögerung am höchsten sein, insbesondere bei den hohen Verzögerungspegeln, die erforderlich sind, wenn eine Notbremsung stattfindet. Somit ist es höchstwahrscheinlich, daß die Hubwirkung der Spulen in Notsituationen ausfällt, was höchst unerwünscht ist.In the existing magnetic levitation vehicles, when the vehicle is travelling at full speed, the entire weight of the vehicle is transferred to the superconducting coils, since it is these coils that support the vehicle due to their magnetic interaction with the coils on the track equipment. However, the total weight of the vehicle places a high load on the superconducting coils and the inventors of the present application have discovered that this force can be sufficient to deform the coils and such deformation causes the coil to jump, i.e., change from the superconducting state to the normal state. In the normal condition, the forces generated by the coils are insufficient to support the vehicle and therefore failure may occur which could prove critical at the high speeds at which the vehicle may operate as wheels would then be unable to respond to the high speeds of the vehicle. Furthermore, the mechanical stresses applied to the superconducting coils will be highest during acceleration and deceleration, especially at the high deceleration levels required when emergency braking takes place. Thus, the lifting action of the coils is highly likely to fail in emergency situations, which is highly undesirable.

Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung ein Schienenfahrzeugsystem vor, mit:Accordingly, the present invention provides a rail vehicle system comprising:

einer Schieneneinrichtung mit einer ersten Vielzahl von Antriebsspulen und einer zweiten Vielzahl von Bodenspulen; unda track device having a first plurality of drive coils and a second plurality of ground coils; and

einem Fahrzeug, das zur Bewegung auf der Schieneneinrichtung eingerichtet ist, wobei das Fahrzeug einen Aufbau und mindestens eine supraleitende Spule am Aufbau aufweist, wobei die mindestens eine supraleitende Spule so angeordnet ist, daß sie in Wechselwirkung mit der ersten Vielzahl von Antriebsspulen tritt, um eine Antriebskraft für das Fahrzeug zu erzeugen, und so angeordnet ist, daß sie in Wechselwirkung mit der zweiten Vielzahl von Bodenspulen tritt, um eine Hubkraft am Fahrzeug zu erzeugen,a vehicle adapted to move on the rail device, the vehicle having a body and at least one superconducting coil on the body, wherein the at least one superconducting coil is arranged to interact with the first plurality of drive coils to generate a propulsion force for the vehicle and is arranged to interact with the second plurality of ground coils to generate a lifting force on the vehicle,

worin:wherein:

das Fahrzeug Mittel zum verhindern des Übergangs aus dem supraleitenden Zustand in den normalen Zustand aufweist, um zu verhindern, daß die mindestens eine supraleitende Spule infolge des Gewichts des Fahrzeugs, das auf diese aufgebracht wird, aus dem supraleitenden Zustand in den normalen Zustand übergeht, wobei die Mittel zum verhindern des Übergangs aus dem supraleitenden Zustand in den normalen Zustand mindestens einen Flügel mit Tragflächenform am Aufbau zum Erzeugen einer Hubkraft aufweisen, um mindestens teilweise das Gewicht des genannten Fahrzeugs zu tragen.the vehicle comprises superconductive-to-normal transition preventing means for preventing the at least one superconductive coil from transitioning from the superconductive state to the normal state as a result of the weight of the vehicle applied thereto, the superconductive-to-normal transition preventing means comprising at least one airfoil-shaped wing on the structure for generating a lifting force to at least partially support the weight of said vehicle.

Die vorliegende Erfindung trachtet danach, die Last an den supraleitenden Spulen infolge des Gewichts des Fahrzeugs zu verringern und schlägt vor, daß ein oder mehrere Flügel mit Tragflächenform am Fahrzeug vorgesehen sind. Die Tragflächenform der Flügel erzeugt eine Hubkraft, die mindestens teilweise das Gewicht des Fahrzeugs trägt, wenn sich das Fahrzeug bei voller Geschwindigkeit bewegt. Deshalb sind die Kräfte, die vom Gewicht des Fahrzeugs auf die supraleitenden Spulen aufgebracht werden, verringert, und die Gefahr der Verformung (Umspringen der supraleitenden Spulen) ist auch verringert.The present invention seeks to reduce the load on the superconducting coils due to the weight of the vehicle and proposes that one or more airfoil-shaped wings be provided on the vehicle. The airfoil shape of the wings creates a lifting force which at least partially supports the weight of the vehicle when the vehicle is moving at full speed. Therefore, the forces exerted by the weight of the vehicle on the superconducting coils are reduced and the risk of deformation (jumping over of the superconducting coils) is also reduced.

Die Tragflächenform der Flügel der vorliegenden Erfindung ist in hohem Maße wesentlich und keiner der oben erörterten Vorschläge widmete sich diesem Problem. Tragflächen haben einen verhältnismäßig niedrigen Luftwiderstandsbeiwert, verglichen mit dem Hub, den sie erzeugt, und sind somit völlig unterschiedlich von den flachen Stabilisatoren, die in der JP-A-48-9417 offenbart sind, die einen beträchtlichen Luftwiderstand haben werden, wenn sie für eine Hubwirkung sorgen, da sie flach und nicht tragflächenförmig sind.The airfoil shape of the wings of the present invention is highly critical and none of the proposals discussed above addressed this problem. Airfoils have a relatively low drag coefficient, compared to the lift it produces and are thus completely different from the flat stabilizers disclosed in JP-A-48-9417 which will have considerable drag when providing a lifting effect because they are flat and not airfoil-shaped.

Es gibt zwei grundlegende Vorteile, die von der vorliegenden Erfindung erzielt werden, die die Konstruktion des Fahrzeugs und des Schienensystems gestatten, das das zu verbessernde Fahrzeug enthält. Erstens ist es, obwohl es für den bzw. die Flügel möglich ist, nur einen Teil des Gewichts des Fahrzeugs zu tragen, es von Vorzug, daß Anzahl und Form der Flügel so zu wählen sind, daß mindestens bei normaler Betriebsgeschwindigkeit im wesentlichen das gesamte Gewicht des Fahrzeugs von der Hubkraft getragen wird, die von den Flügeln erzeugt wird. Dann ist eine magnetische Hubkraft unnötig und die Hubspulen, die normalerweise horizontal an der Schieneneinrichtung angeordnet sind, können weggelassen werden. Da für ein praktisches Magnetschwebesystem ein Paar Hubspulen (eines für jede Seite des Fahrzeugs) für jeden Meter der Schieneneinrichtung erforderlich sind, ist ersichtlich, daß das Weglassen der Hubspule wesentliche Kostenvorzüge bietet.There are two basic advantages achieved by the present invention which permit the construction of the vehicle and the track system incorporating the vehicle to be improved. Firstly, although it is possible for the wing(s) to support only a portion of the weight of the vehicle, it is preferable that the number and shape of the wings be such that, at least at normal operating speed, substantially all of the weight of the vehicle is supported by the lifting force generated by the wings. Then a magnetic lifting force is unnecessary and the lifting coils which are normally arranged horizontally on the track assembly can be omitted. Since a practical magnetic levitation system requires a pair of lifting coils (one for each side of the vehicle) for each meter of track assembly, it will be seen that the omission of the lifting coil offers substantial cost advantages.

Zweitens kann, da die supraleitenden Spulen keine große Hubkraft zu erzeugen brauchen und mehr Vortriebskraft erzeugen können, ihre Form neu konstruiert werden. Bei existierenden supraleitenden Spulen weisen die Spulen im allgemeinen eine verbundene Gestalt (Rennbahngestalt) auf, wobei sich die Hauptachse der Schleife so horizontal erstreckt, daß der horizontale Teil in Wechselwirkung mit den horizontalen Spulen der Schieneneinrichtung tritt, um eine Hubkraft zu erzeugen. Die Spulen sind somit in horizontaler Richtung länger als in vertikaler Richtung. Die vorliegende Erfindung schlägt jedoch vor, daß die Spulen in vertikaler Richtung länger sein sollen als in der horizontalen Richtung, d.h. daß sie eine große Vortriebskraft im Verhältnis zur Hubkraft erzeugen. Deshalb ist für eine vorgegebene Vortriebskraft die Eingabeenergie zu den supraleitenden Spulen verringert und es ist ein wirksameres Antriebssystem erreicht.Second, since the superconducting coils do not need to generate a large lifting force and can generate more propulsive force, their shape can be redesigned. In existing superconducting coils, the coils generally have a connected shape (racetrack shape) with the main axis of the loop extending horizontally so that the horizontal part interacts with the horizontal coils of the track device to generate a lifting force. The coils are thus longer in the horizontal direction than in the vertical direction. The However, the present invention proposes that the coils be longer in the vertical direction than in the horizontal direction, ie that they produce a large propulsive force in relation to the lifting force. Therefore, for a given propulsive force, the input energy to the superconducting coils is reduced and a more efficient propulsion system is achieved.

In einer weiteren Entwicklung schlägt die vorliegende Erfindung vor, daß der Anstellwinkel des bzw. der Flügel, d.h. die Neigung des Flügels relativ zum Fahrzeug, variabel ist, da eine solche Änderung die Hubkraft ändert, die auf das Fahrzeug aufgebracht wird. Wenn das Fahrzeug dann einen Sensor zum Erfassen seines Abstands von der Schieneneinrichtung aufweist, kann der Anstellwinkel und somit die Hubkraft in Abhängigkeit von diesem Abstand verändert werden, um sicherzustellen, daß sich das Fahrzeug in einer gleichförmigen Höhe bewegt. Dieser Effekt kann ferner dadurch noch verbessert werden, daß man eine Vielzahl von Flügeln und eine entsprechende Vielzahl von Sensoren vorsieht, so daß der Abstand des Fahrzeugs von der Schieneneinrichtung an einer Vielzahl von Stellen gleichförmig gemacht werden kann, was sicherstellt, daß das Fahrzeug nicht nickt. Eine solche Änderung im Einfallswinkel kann dadurch erreicht werden, daß man den gesamten Flügel um eine horizontale Achse schwenkt oder daß man nur einen Teil des Flügels um eine solche Achse schwenkt. Normalerweise sind für solche Änderungen in der Hubkraft nur geringe Änderungen im Anstellwinkel erforderlich. Wenn die Einrichtung zum Ändern des Anstellwinkels jedoch große Winkeländerungen gestattet, dann ist es für den Flügel möglich, auch notwendigenfalls als aerodynamische Bremse zu wirken.In a further development, the present invention proposes that the angle of attack of the wing(s), i.e. the inclination of the wing relative to the vehicle, is variable, since such a change changes the lifting force applied to the vehicle. If the vehicle then has a sensor for detecting its distance from the track, the angle of attack and hence the lifting force can be changed in dependence on this distance to ensure that the vehicle moves at a uniform height. This effect can be further enhanced by providing a plurality of wings and a corresponding plurality of sensors, so that the distance of the vehicle from the track can be made uniform at a plurality of locations, ensuring that the vehicle does not pitch. Such a change in the angle of attack can be achieved by pivoting the entire wing about a horizontal axis or by pivoting only a portion of the wing about such an axis. Normally, only small changes in the angle of attack are required for such changes in lifting power. However, if the angle of attack changing device allows large angle changes, then it is possible for the wing to also act as an aerodynamic brake if necessary.

Da ein Tragflächenflügel eine Hubkraft nur dann erzeugt, wenn er sich im allgemeinen in einer einzigen Richtung bewegt (der Angriffsrichtung), kann bzw. können der bzw. die Flügel eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung auch um eine vertikale Achse schwenkbar sein, um ihre Angriffsrichtung zu ändern. Somit können die Flügel um etwa 180º schwenkbar sein, um die Erzeugung einer Hubkraft zu gestatten, wenn die Richtung des Fahrzeuges umgekehrt wird.Since an airfoil wing only generates a lifting force when moving generally in a single direction (the direction of attack), the wing(s) of a vehicle according to the present invention may also be pivotable about a vertical axis to change their direction of attack. Thus, the wings may be pivotable about 180° to allow the generation of a lifting force when the direction of the vehicle is reversed.

Ausführungen der vorliegenden Erfindung werden nun im einzelnen beispielsweise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:Embodiments of the present invention will now be described in detail, by way of example, with reference to the accompanying drawings, in which:

Fig. 1 ein Querschnitt durch einen Magnetschwebezug ist, der ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist,Fig. 1 is a cross-section through a magnetic levitation train which is a first embodiment of the present invention,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Magnetschwebezuges der Fig. 1 zeigt;Fig. 2 shows a side view of the magnetic levitation train of Fig. 1;

Fig. 3(a) eine schematische Ansicht der Zuordnung zwischen Hub und Luftwiderstand des Flügels des Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zeigt;Fig. 3(a) shows a schematic view of the relationship between lift and drag of the wing of the embodiment of Fig. 1;

Fig. 3(b) ein Diagramm ist, das die Zuordnung zwischen dem Anstellwinkel des Flügels und dem Hubbeiwert sowie dem Luftwiderstandsbeiwert zeigt;Fig. 3(b) is a diagram showing the relationship between the angle of attack of the wing and the lift coefficient and the drag coefficient;

Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Zuordnung zwischen der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs und dem Hub und dem Luftwiderstand zeigt;Fig. 4 is a diagram showing the relationship between the speed of a vehicle and the lift and the air resistance;

Fig. 5 eine erste Anordnung zeigt, die im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 verwendet werden kann, um den Angriffswinkel und die Fläche des Tragflächenflügels des Magnetschwebezuges zu ändern;Fig. 5 shows a first arrangement that can be used in the embodiment of Fig. 1 to to change the angle of attack and the area of the wing of the magnetic levitation train;

Fig. 6 eine zweite Anordnung zum Ändern des Anstellwinkels und der Fläche des Tragflächenflügels des Magnetschwebezuges der Fig. 1 zeigt;Fig. 6 shows a second arrangement for changing the angle of attack and the area of the airfoil of the magnetic levitation train of Fig. 1;

Fig. 7 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; undFig. 7 shows a second embodiment of the present invention; and

Fig. 8 die Form einer supraleitenden Spule zeigt, die bei der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann.Fig. 8 shows the shape of a superconducting coil that can be used in the present invention.

In der folgenden Beschreibung wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf einen Magnetschwebezug beschrieben, obwohl die vorliegende Erfindung nicht nur auf ein solches Fahrzeug beschränkt ist.In the following description, the present invention will be described with reference to a magnetic levitation train, although the present invention is not limited to such a vehicle.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen supraleitend magnetisch schwebenden Zug (Magnetschwebezug) mit einem Fahrzeugaufbau 2 mit einem oder mehreren Tragflächenflügeln 1, um eine Hubkraft zu erzeugen, um teilweise oder ganz das Gewicht des Zuges zu tragen, so daß die Last an den supraleitenden Spulen 4 verringert werden kann, um das Umspringen infolge der Verformung jener Spulen zu vermeiden. Anders als bei bekannten Magnetschwebezügen wird die Hubkraft nicht gänzlich durch die supraleitenden Spulen 4 erzeugt, sondern durch den Hub unterstützt, der durch die Tragflächenflügel 1 erzeugt wird, so daß die Festigkeit des tragenden Aufbaus für die supraleitenden Spulen 4 für die auf diese aufgebrachten Kräfte ausreicht und somit die Verformung der Spulen 4 weniger wahrscheinlich ist, wodurch die Zuverlässigkeit der supraleitenden Spulen 4 gesteigert wird.1 and 2 show a superconducting magnetic levitation train (maglev train) having a vehicle body 2 with one or more wing wings 1 to generate a lifting force to partially or entirely support the weight of the train so that the load on the superconducting coils 4 can be reduced to avoid bouncing due to deformation of those coils. Unlike known magnetic levitation trains, the lifting force is not generated entirely by the superconducting coils 4 but is assisted by the lift generated by the wing wings 1 so that the strength of the supporting structure for the superconducting coils 4 is sufficient for the forces applied thereto and thus the deformation of the coils 4 is less likely, thereby increasing the reliability of the superconducting coils 4.

In Fig. 1 ist der allgemeine Aufbau des Magnetschwebezuges sichtbar, wobei der Aufbau 2 des Zuges mit einem Fahrgestell 3 verbunden ist, welches Fahrgestell 3 die supraleitenden Spulen 4 trägt. Bevorzugt ist der Aufbau 2 mit dem Fahrgestell 3 über pneumatische Federn 5 verbunden, um den Komfort der Personen zu erhöhen, die im Aufbau 2 des Magnetschwebezuges reisen. Bei diesen Geschwindigkeiten werden die Hubkräfte, die vom Tragflächenflügel 1 und/oder den supraleitenden Spulen 4 erzeugt werden, unzureichend sein, um das Fahrzeug zu tragen, und deshalb liegen Räder 6 am Fahrgestell 3 vor, die das Gewicht des Magnetschwebezuges bei niedrigen Geschwindigkeiten tragen. Das Fahrgestell 3 kann auch Bremsen 7 haben.In Fig. 1 the general structure of the magnetic levitation train is visible, the body 2 of the train being connected to a chassis 3, which chassis 3 carries the superconducting coils 4. Preferably the body 2 is connected to the chassis 3 via pneumatic springs 5 to increase the comfort of the persons travelling in the body 2 of the magnetic levitation train. At these speeds the lifting forces generated by the wing 1 and/or the superconducting coils 4 will be insufficient to support the vehicle and therefore wheels 6 are present on the chassis 3 which support the weight of the magnetic levitation train at low speeds. The chassis 3 may also have brakes 7.

Die Räder 6 laufen auf einer Schieneneinrichtung 12, und neben der Schieneneinrichtung 12 und mit einer im allgemeinen horizontalen Erstreckung befindet sich eine Vielzahl von Bodenspulen 9, welche Bodenspulen 9 mit den supraleitenden Spulen 4 in Wechselwirkung treten, um eine Hubkraft für das Fahrzeug zu erzeugen. Ferner befinden sich auf jeder Seite der Schieneneinrichtung 12 Führungswege 11, die im allgemeinen sich vertikal erstreckende Spulen 10 tragen, welche Spulen 10 mit den supraleitenden Spulen 4 in Wechselwirkung treten, um eine Vortriebskraft für das Fahrzeug zu erzeugen. In den bekannten Systemen, die gleichartig zu den Anordnungen sind, die in Fig. 1 gezeigt sind, mit Ausnahme des Flügels 1, wird das gesamte Gewicht des Aufbaus 2 und des Fahrgestells 3, wenn sich der Magnetschwebezug bei normalen Geschwindigkeiten bewegt, durch die Wechselwirkung zwischen den supraleitenden Spulen 4 und den Bodenspulen 9 getragen. Zusätzliche Führungsräder 8 können am Fahrgestell 3 vorgesehen sein, die gegen die Führungswege 11 anschlagen, um eine übermäßige seitliche Bewegung des Magnetschwebefahrzeugs zu verhindern. Fig. 1 zeigt auch einen Sensor 13, der die Abtrennung zwischen der supraleitenden Spule 4 oder dem Körper 2 und der Schieneneinrichtung 12 messen kann, um die Höhe des Fahrzeugs über die Schieneneinrichtung 12 auf eine Weise zu steuern, die nachfolgend beschrieben wird.The wheels 6 run on a track means 12 and adjacent the track means 12 and having a generally horizontal extension are a plurality of ground coils 9 which ground coils 9 interact with the superconducting coils 4 to produce a lifting force for the vehicle. Further on each side of the track means 12 are guideways 11 carrying generally vertically extending coils 10 which coils 10 interact with the superconducting coils 4 to produce a propulsive force for the vehicle. In the known systems similar to the arrangements shown in Fig. 1, with the exception of the wing 1, the entire weight of the body 2 and the chassis 3 when the maglev train is moving at normal speeds is supported by the interaction between the superconducting coils 4 and the ground coils 9. Additional guide wheels 8 may be provided on the chassis 3, which abut against the guide ways 11 to prevent excessive lateral movement of the magnetic levitation vehicle. Fig. 1 also shows a sensor 13, which detects the separation between the superconducting coil 4 or the body 2 and the rail device 12 to control the height of the vehicle over the rail device 12 in a manner described below.

In Fig. 2 ist die Tragflächenform der Flügel 1 besser ersichtlich, und es ist zu sehen, daß sie einen Hub erzeugen, wenn sich der Zug in einer Richtung bewegt, die durch einen Pfeil A gezeigt ist. Fig. 2 zeigt auch, daß eine Vielzahl von Flügeln am Magnetschwebezug vorgesehen sein kann, wobei die Flügel 1 längs der Längenerstreckung des Magnetschwebezugs einen Abstand aufweisen, um für diesen eine geeignete Abstützung vorzusehen. Es kann ferner ein Sensor 13 vorgesehen sein, der jedem Flügel 1 zugeordnet ist.In Fig. 2 the airfoil shape of the wings 1 is better seen and it can be seen that they produce lift when the train moves in a direction shown by arrow A. Fig. 2 also shows that a plurality of wings may be provided on the maglev train, the wings 1 being spaced along the length of the maglev train to provide suitable support for it. A sensor 13 may also be provided which is associated with each wing 1.

Eine Vielfalt von Ausbildungen ist für den Tragflächenflügel 1 möglich, der am Aufbau 2 des Magnetschwebezugs der vorliegenden Erfindung angebracht ist, wie etwa in dem Ausführungsbeispiel, das in Fig. 1 gezeigt ist. Wenn der Hub und der Luftwiderstand, die von einem Tragflächenflügel 1 erzeugt werden mit L bzw. D bezeichnet werden, sind ihre Werte jeweils proportional zur Dichte τ/g der Luft, dem Quadrat u² der Geschwindigkeit u und der Fläche S des Flügels 1, wie ausgedrückt durch die folgenden Gleichungen, in denen der Buchstabe g die Schwerkraftbeschleunigung bezeichnet:A variety of designs are possible for the airfoil 1 attached to the structure 2 of the magnetic levitation train of the present invention, such as in the embodiment shown in Fig. 1. If the lift and drag generated by an airfoil 1 are denoted by L and D, respectively, their values are respectively proportional to the density τ/g of the air, the square u² of the velocity u and the area S of the airfoil 1, as expressed by the following equations, in which the letter g denotes the gravitational acceleration:

L = CL τ/2g u²S (Gleichung 1)L = CL τ/2g u²S (Equation 1)

undand

D = CD¹ τ/2g u²S (Gleichung 2)D = CD¹ τ/2g u²S (Equation 2)

Hier sind die Beiwerte CL und CD dimensionslose Beiwerte, die von der Form des Flügels 1 abhängen und "Hubbeiwert" bzw. "Luftwiderstandsbeiwert" heißen. Der Hubbeiwert CL und der Luftwiderstandsbeiwert CD ändern sich jeweils entsprechend dem Anstellwinkel α des Flügels 1, wie in Fig. 3(b) gezeigt. Für einen kleinen Anstellwinkel α nimmt der Hubbeiwert CL linear mit einer Zunahme im Anstellwinkel α zu, beginnt aber plötzlich abzunehmen, nachdem ein maximaler Wert CLmax erreicht wurde. Der Anstellwinkel α, der dem Wert CLmax entspricht, wird der "Überziehwinkel" bzw. "kritische Winkel" genannt. Der Luftwiderstandsbeiwert CD nimmt anfangs langsam mit einer Zunahme im Anstellwinkel α zu, nimmt aber abrupt nahe dem Überziehwinkel zu. Somit wird der Luftwiderstand des Magnetschwebezuges ausgedrückt durch die folgende Gleichung:Here, the coefficients CL and CD are dimensionless coefficients that depend on the shape of the wing 1 and are called "lift coefficient" and "drag coefficient", respectively. The lift coefficient CL and the drag coefficient CD change, respectively, according to the angle of attack α of the wing 1, as shown in Fig. 3(b). For a small angle of attack α, the lift coefficient CL increases linearly with an increase in the angle of attack α, but suddenly starts to decrease after reaching a maximum value CLmax. The angle of attack α corresponding to the value CLmax is called the "stall angle" or "critical angle". The drag coefficient CD initially increases slowly with an increase in the angle of attack α, but increases abruptly near the stall angle. Thus, the drag of the maglev train is expressed by the following equation:

Dt = DDt τ/2g u²S (Gleichung 3)Dt = DDt τ/2g u²S (Equation 3)

In der Gleichung 3 bezeichnet der Beiwert CDt den gesamten Luftwiderstandsbeiwert des Magnetschwebezuges. Bei einer Fahrt mit einer konstanten Geschwindigkeit ist der gesamte Luftwiderstand Dt gleich der Schubwirkung, die von den antreibenden/führenden Bodenspulen erteilt wird.In equation 3, the coefficient CDt denotes the total drag coefficient of the maglev train. When travelling at a constant speed, the total drag Dt is equal to the thrust provided by the driving/guiding ground coils.

Dieser gesamte Luftwiderstand Dt ist zusammengesetzt aus den folgenden Luftwiderstandsfaktoren:This total air resistance Dt is composed of the following air resistance factors:

Gesamter LuftwiderstandTotal air resistance

A) Luftwiderstand des TragflächenflügelsA) Air resistance of the wing

(i) Luftwiderstand des zweidimensionalen Flügels(i) Air resistance of the two-dimensional wing

(ii) induzierter Luftwiderstand (infolge der Flügelenden)(ii) induced drag (due to the wing tips)

B) Luftwiderstand infolge des Zugaufbaus.B) Air resistance due to the train structure.

Somit wird der gesamte Luftwiderstand ausgedrückt durch Benutzung eines Querschnittswiderstandes Dz und eines Induktionswiderstandes D&sub1; in der folgenden Form:Thus, the total air resistance is expressed using a cross-sectional resistance Dz and an induction resistance D1 in the following form:

Dt = Dz + D&sub1; = (CDZ + CD1) /2g u²S (Gleichung 4)Dt = Dz + D�1 = (CDZ + CD1) /2g u²S (Equation 4)

In dieser Gleichung ist der Induktions-Luftwiderstandsbeiwert CD1 theoretisch ausgedrückt durch die folgende Gleichung:In this equation, the induction drag coefficient CD1 is theoretically expressed by the following equation:

DD1 = K/π λ CL² (Gleichung 5)DD1 = K/π λ CL² (Equation 5)

Das Symbol λ bezeichnet das Verhältnis b/t der Flügelbreite zur Sehnenlänge t (siehe Fig. 3a), und der Buchstabe K bezeichnet eine Konstante, die einen Idealwert von 1 haben würde, aber einen praktischen Wert zwischen 1 und 2 hat.The symbol λ denotes the ratio b/t of the wing width to the chord length t (see Fig. 3a), and the letter K denotes a constant which would have an ideal value of 1, but has a practical value between 1 and 2.

Wenn die Gleichung 5 durch Substitution in die Gleichung 4 eingeführt wird, dann wird der gesamte Luftwiderstand Dt durch folgendes bestimmt:If equation 5 is introduced into equation 4 by substitution, then the total air resistance Dt is determined by:

Dt = (CDZ + τ/π λ CL²) τ/2g u²S (Gleichung 6)Dt = (CDZ + τ/πλ CL²) τ/2g u²S (Equation 6)

Der Hub und der gesamte Luftwiderstand, die auf den Magnetschwebezug einwirken, werden berechnet durch Benutzung der Gleichungen 1 und 6. Der Hub und der gesamte Luftwiderstand werden berechnet und sind in der Fig. 4 aufgetragen unter der Annahme, daß das Gesamtgewicht (d.h. das Gewicht von Wagenaufbau + das Gewicht der Fahrgäste) eines jeden Abschnitts des Zuges 30 Tonnen beträgt und daß die Fläche der Flügel eines jeden Abschnitts S = 18 m² beträgt. In diesen Berechnungen gilt: das spezifische Gewicht τ von Luft beträgt 1,226 kg/m³; die schwerkraftbedingte Beschleunigung g beträgt 9,81; der Hubbeiwert CL beträgt 1,4; die Konstante k beträgt 1,5; das Flügel-Seitenverhältnis λ beträgt 6/π = 3; und der Luftwiderstandsbeiwert CDZ beträgt 0,03.The lift and total air resistance acting on the maglev train are calculated using equations 1 and 6. The lift and total air resistance are calculated and plotted in Fig. 4 assuming that the total weight (i.e. the weight of the body + the weight of the passengers) of each section of the train is 30 tonnes and that the area of the wings of each section is S = 18 m². In these calculations: the specific gravity τ of air is 1.226 kg/m³; the acceleration due to gravity g is 9.81; the lift coefficient CL is 1.4; the constant k is 1.5; the wing aspect ratio λ is 6/π = 3; and the drag coefficient CDZ is 0.03.

Der Hub L und der gesamte Luftwiderstand Dt werden durch die Gleichung 1 bzw. 6 berechnet.The stroke L and the total air resistance Dt are calculated by equations 1 and 6 respectively.

Bei einer Geschwindigkeit von 500 km/h hat sich herausgestellt, daß der Hub 30 Tonnen beträgt und daß der gesamte Luftwiderstand 7,5 Tonnen beträgt. Bei diesen Berechnungen ist die Fläche des Tragflächenflügels 1 so begrenzt, daß sie kleiner ist als die Projektionsfläche des Dachs des Magnetschwebezuges am Boden. In den Berechnungen ist jedoch der Hubbeiwert, d.h. der Anstellwinkel α, konstant und auf 10º festgesetzt. Somit kann ein ausreichender Hub dadurch erreicht werden, daß man den Tragflächenflügel 1 am Aufbau des Magnetschwebezuges anbringt.At a speed of 500 km/h, it has been found that the lift is 30 tons and that the total air resistance is 7.5 tons. In these calculations, the area of the wing 1 is limited so that it is smaller than the projection area of the roof of the magnetic levitation train on the ground. In the calculations, however, the lift coefficient, i.e. the angle of attack α, is constant and fixed at 10º. Thus, sufficient lift can be achieved by attaching the wing 1 to the structure of the magnetic levitation train.

Die obige Analyse ist davon ausgegangen, daß der Anstellwinkel CL des Flügels 1 festgelegt ist. Es ist jedoch ohne weiteres aus Fig. 3(b) ersichtlich, daß der Hub dadurch geändert werden kann, daß man diesen Winkel ändert, und dies kann benutzt werden, um sicherzustellen, daß der Magnetschwebezug glatt läuft. Wenn somit beispielsweise der Abstand des Fahrzeugs von der Schieneneinrichtung vom Sensor 13 erfaßt wird, kann dieser Sensor ein Signal erzeugen, das den Winkel des Tragflächenflügels 1 steuert.The above analysis has assumed that the angle of attack CL of the wing 1 is fixed. However, it is readily apparent from Fig. 3(b) that the lift can be changed by changing this angle, and this can be used to ensure that the magnetic levitation train runs smoothly. Thus, for example, if the distance of the vehicle from the rail assembly is sensed by the sensor 13, this sensor can produce a signal which controls the angle of the airfoil wing 1.

Fig. 5 und 6 sind Teilschnitte, die Anordnungen eines Mechanismus zum Ändern des Winkels und der Fläche des Tragflächenflügels zeigen, die in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung benutzt werden können. Eine Vielfalt von Mechanismen kann konzipiert werden, um den Winkel und die Fläche des Tragflächenflügels zu ändern. Zieht man zuerst Änderungen in diesem Anstellwinkel CL in Betracht, ist es möglich, den gesamten Flügel 1 zu bewegen, wie in Fig. 5 gezeigt, oder nur einen Teil des Flügels zu bewegen, wie in Fig. 6 gezeigt. In Fig. 5 ist ein Tragflächenflügel 100 an einem Fahrzeug, beispielsweise am Aufbau 2 des Magnetschwebezuges der Fig. 1 und 2, durch eine Tragesäule 112 angebracht. Der Anstellwinkel CL dieses Flügels 100 wird dadurch geändert, daß man einen Zapfen 115 dreht, der von einem Motor 114 betrieben wird. Der Motor 114 ist an einem oberen Teil des Aufbaus des Fahrzeugs oder im Flügel 100 angebracht, um eine Zahnstange 116 oder ein Ritzel 115 anzutreiben. Das Steuersignal zum Motor 114 wird zur Bewegung des Flügels 100 in den optimalen Winkel durch ein Signal aus einem Sensor 121 über eine Steuereinrichtung 120 bestimmt. Dieser Sensor 121 kann sein Signal von einem Höhensensor 13 ableiten, wie in Fig. 1, oder von einem Geschwindigkeitssensor, der die Geschwindigkeit des Fahrzeugs mißt. In einer ähnlichen Weise kann die Fahrgeschwindigkeit oder der Abstand des Zuges von der Schieneneinrichtung auf der Grundlage geeigneter Berechnungen benutzt werden, um die optimale Fläche des Tragflächenflügels 100 so zu bestimmen, daß der Ausgang der Steuereinrichtung 120 in einen Motor 114' eingegeben wird, um einen Hilfsflügel 118 aus- oder einzufahren, um hierdurch die wirksame Fläche des Flügels 100 zu ändern.Figs. 5 and 6 are partial sectional views showing arrangements of a mechanism for changing the angle and area of the airfoil wing which can be used in the embodiments of the present invention. A variety of mechanisms can be designed to change the angle and area of the airfoil wing. First, considering changes in this angle of attack CL, it is possible to move the entire wing 1, as shown in Fig. 5, or to move only a portion of the wing, as shown in Fig. 6. In Fig. 5, an airfoil wing 100 is attached to a vehicle, for example to the body 2 of the maglev train of Figs. 1 and 2, by a support column 112. The angle of attack CL of this wing 100 is changed by rotating a pinion 115 operated by a motor 114. The motor 114 is attached to an upper part of the body of the vehicle or in the wing 100 to drive a rack 116 or pinion 115. The control signal to the motor 114 to move the wing 100 to the optimum angle is determined by a signal from a sensor 121 via a controller 120. This sensor 121 may derive its signal from an altitude sensor 13, as in Fig. 1, or from a speed sensor which measures the speed of the vehicle. In a similar manner, the speed of travel or the distance of the train from the track may be used based on appropriate calculations to determine the optimum area of the airfoil wing 100 such that the output of the controller 120 is input to a motor 114' to extend or retract an auxiliary wing 118 to thereby change the effective area of the wing 100.

In Fig. 6 ist ein Teil des Flügels 100 ortsfest, und dieser Teil ist am Aufbau des Fahrzeugs mittels der Tragesäule 112 befestigt. Nur ein Teil 110' des Flügels 100 ist beweglich und wird von einem Motor 114 auf eine Weise betätigt, die ähnlich ist zu der, die unter Bezugnahme auf Fig. 5 beschrieben wurde. Wenn ferner die Fläche des Flügels 100 geändert werden soll, wird ein Hilfsflügel 118 aus der Innenseite des schwebenden Flügels 100 heraus oder in diesen hinein geschoben, um die Flügelfläche zu ändern. Es ist ersichtlich, daß, abgesehen von der Tatsache, daß nur ein Teil des Flügels 100 in Fig. 6 bewegt wird, der Mechanismus zum Ändern des Anstellwinkels für beide Fig. 5 und 6 derselbe ist.In Fig. 6, a portion of the wing 100 is stationary and this portion is attached to the body of the vehicle by means of the support column 112. Only a portion 110' of the wing 100 is movable and is actuated by a motor 114 in a manner similar to that described with reference to Fig. 5. Furthermore, when the area of the wing 100 is to be changed, an auxiliary wing 118 is pushed out from or into the inside of the floating wing 100 to change the wing area. It will be seen that, apart from the fact that only a portion of the wing 100 is moved in Fig. 6, the Mechanism for changing the angle of attack is the same for both Fig. 5 and 6.

Bei einer bestimmten Fahrgeschwindigkeit oder einer schnelleren kann jedoch die Höhe des Aufbaus 2 des Fahrzeugs von der Schieneneinrichtung 12 aus beispielsweise durch den Sensor 13 (siehe Fig. 1) gemessen werden, um den Winkel und die Fläche des schwebenden Flügels zu ändern, um hierdurch den Hub so zu steuern, daß der Aufbau in einem konstanten Niveau gehalten werden kann. Wenn der Magnetschwebezug zu einem plötzlichen Stillstand gelangen muß, kann andererseits der Winkel des Flügels hinsichtlich des Aufbaus 2 geändert werden, um die Rolle einer Bremse zu spielen, um eine hohe Bremskraft herzustellen. Der Mechanismus zum Ändern des Winkels und der Fläche des schwebenden Flügels kann als Beispiel durch einen hydraulischen Zylinder dargestellt werden, beispielsweise zusätzlich zum Motor, der in Fig. 5 und 6 gezeigt ist, oder als Alternative zu diesem.However, at a certain running speed or faster, the height of the body 2 of the vehicle can be measured from the rail device 12, for example, by the sensor 13 (see Fig. 1) to change the angle and area of the floating wing, thereby controlling the stroke so that the body can be kept at a constant level. On the other hand, when the magnetic levitation train is required to come to a sudden stop, the angle of the wing with respect to the body 2 can be changed to play the role of a brake to provide a high braking force. The mechanism for changing the angle and area of the floating wing can be exemplified by a hydraulic cylinder, for example in addition to the motor shown in Figs. 5 and 6 or as an alternative to it.

Die obige Beschreibung nahm Bezug auf die Steuerung eines Flügels durch einen einzigen Sensor. In der Praxis wird jeder Flügel 1 des Magnetschwebezuges der Fig. 2 einen separaten Sensor 13 aufweisen, der einen entsprechenden Flügel 1 steuert, wie in Fig. 2 gezeigt. Dies ist wesentlich, weil es, da die Flügel längs der Längenerstreckung des Zuges einen Abstand aufweisen, möglich ist, daß die Nickbewegung des Zuges durch Ändern des Winkels eines Flügels relativ zum anderen ausgeräumt wird.The above description has referred to the control of a wing by a single sensor. In practice, each wing 1 of the maglev train of Fig. 2 will have a separate sensor 13 controlling a corresponding wing 1 as shown in Fig. 2. This is important because, as the wings are spaced along the length of the train, it is possible for the pitching of the train to be cancelled out by changing the angle of one wing relative to the other.

Wie schon früher erwähnt, werden die Flügel 1 eine Hubkraft für den Magnetschwebezug vorsehen, der in Fig. 2 gezeigt ist, wenn sich dieser Zug in Richtung eines Pfeiles A bewegt. Wenn der Zug in der entgegengesetzten Richtung für eine Rückfahrt fahren soll, wäre es möglich, den gesamten Zug umzudrehen, doch dies ist uneffizient. Stattdessen können Einrichtungen vorgesehen sein, um die Flügel 1 um eine insgesamt vertikale Achse so zu schwenken, daß die Angriffsrichtung (d.h. die Richtung, in welcher sich der Flügel bewegen muß, um einen Hub zu erzeugen) geändert wird. Somit können, wenn der in Fig. 2 gezeigte Magnetschwebezug sich in der Richtung entgegengesetzt zum Fall A bewegen soll, die Flügel 1 dann um 180º geschwenkt werden, um jeweils für einen geeigneten Hub zu sorgen.As mentioned earlier, the wings 1 will provide a lifting force for the maglev train shown in Fig. 2 when this train is moving in the direction of arrow A. If the train is to travel in the opposite direction for a return trip, it would be possible to to turn the whole train around, but this is inefficient. Instead, means may be provided to pivot the vanes 1 about a generally vertical axis so as to change the direction of attack (ie the direction in which the vane must move to produce lift). Thus, if the maglev train shown in Fig. 2 is to move in the direction opposite to case A, the vanes 1 can then be pivoted through 180º to provide an appropriate lift in each case.

Ein Mechanismus, um dies zu erzielen, ist in Fig. 6 gezeigt, worin die Tragesäule 112 des Flügels 100 am Aufbau 2 des Fahrzeugs über eine sich insgesamt vertikal erstreckende Achse angebracht ist, die von einer Welle 200 gebildet ist. Die Drehung der Tragesäule 112 um diese Welle 200 ändert den Angriffswinkel des Flügels 100. Diese Drehung wird von einer Antriebskraft gesteuert, die beispielsweise von einem Antriebsrad 201 aufgebracht wird, das von einem Motor 202 gesteuert wird. Das Rad 201 greift in das Unterteil der Tragesäule 112 ein, um es zur Drehung zu veranlassen. Der Motor 202 kann durch die Steuereinrichtung 120 gesteuert werden.A mechanism for achieving this is shown in Fig. 6, in which the support column 112 of the wing 100 is attached to the body 2 of the vehicle via a generally vertically extending axis formed by a shaft 200. The rotation of the support column 112 about this shaft 200 changes the angle of attack of the wing 100. This rotation is controlled by a driving force applied, for example, by a drive wheel 201 controlled by a motor 202. The wheel 201 engages the base of the support column 112 to cause it to rotate. The motor 202 can be controlled by the control device 120.

Somit können in Abhängigkeit vom Anstellwinkel CL die Tragflächenflügel 1 eine Hubkraft am Magnetschwebezug erzeugen. Wenn diese Kraft zunimmt, wird das Ausmaß der Hubkraft, die zwischen den supraleitenden Spulen 4 und den Bodenspulen 9 erzeugt werden muß, verringert. Wenn die Flügel 1 bei den normalen Betriebsgeschwindigkeiten des Magnetschwebezugs eine ausreichende Hubkraft erzeugen, können die Bodenspulen 9 vollständig weggelassen werden, wie im Ausführungsbeispiel, das in Fig. 7 gezeigt ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist dasselbe wie das in Fig. 1, mit Ausnahme der Auslassung der Bodenspulen 9. Bei diesen Geschwindigkeiten wird das Gewicht des Magnetschwebezuges von den Rädern 6 getragen, und eine Vortriebskraft wird zwischen den supraleitenden Spulen 4 und den sich vertikal erstreckenden Spulen 10 erzeugt. Wenn die Geschwindigkeit des Magnetschwebezuges zunimmt, nimmt auch der Hub zu, der von den Flügeln 1 erzeugt wird, wie durch Fig. 4 gezeigt, und diese Hubkraft kann dann so eingerichtet sein, daß sie ausreichend groß ist, um den Magnetschwebezug anzuheben, um so die Räder 6 frei vom Boden abzuheben und das Erreichen höherer Geschwindigkeiten zu gestatten. Wiederum wird eine Steuerung bzw. Regelung durch Ändern des Anstellwinkels CL der Flügel 1 erzielt.Thus, depending on the angle of attack CL, the airfoil blades 1 can generate a lifting force on the maglev train. As this force increases, the amount of lifting force that must be generated between the superconducting coils 4 and the ground coils 9 is reduced. If the blades 1 generate sufficient lifting force at the normal operating speeds of the maglev train, the ground coils 9 can be omitted entirely, as in the embodiment shown in Fig. 7. This embodiment is the same as that in Fig. 1, except for the omission of the ground coils 9. At these speeds, the weight of the maglev train carried by the wheels 6 and a propulsive force is generated between the superconducting coils 4 and the vertically extending coils 10. As the speed of the maglev train increases, the lift generated by the vanes 1 also increases as shown by Fig. 4 and this lifting force can then be arranged to be sufficiently large to lift the maglev train so as to lift the wheels 6 clear of the ground and permit higher speeds to be achieved. Again, control is achieved by changing the angle of attack CL of the vanes 1.

Dieses Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Bodenspulen 9 weggelassen sind, wodurch die Kosten der Schieneneinrichtung verringert werden.This embodiment has the advantage that the ground coils 9 are omitted, thereby reducing the cost of the rail device.

In schon vorliegenden Magnetschwebezügen müssen die supraleitenden Spulen eine ausreichende Kraft erzeugen, um den Zug anzuheben, und dies bestimmt ihre Form. Die normalen Spulen sind in Form einer Rennbahn zu einer Schlaufe geformt, und um eine ausreichende Hubkraft zu erzeugen, ist es notwendig, daß die Länge dieser Schlaufe in horizontaler Richtung größer ist als die Länge in vertikaler Richtung. Es ist der horizontale Teil der Schlaufe, der mit den Bodenspulen in Wechselwirkung tritt, um die Hubkraft zu erzeugen, und der vertikale Teil, der mit den Spulen in Wechselwirkung tritt, die die Vortriebskraft erzeugen. Wenn die Hubkraft, die zwischen den supraleitenden Spulen und den Bodenspulen erforderlich ist, verringert oder aufgehoben ist, beispielsweise durch Benutzung eines Tragflächenflügels gemäß der vorliegenden Erfindung, dann kann die Gestalt der Spulen geändert werden.In existing magnetic levitation trains, the superconducting coils must generate sufficient force to lift the train and this determines their shape. The normal coils are formed into a loop in the shape of a race track and in order to generate sufficient lifting force it is necessary that the length of this loop in the horizontal direction be greater than the length in the vertical direction. It is the horizontal part of the loop that interacts with the ground coils to generate the lifting force and the vertical part that interacts with the coils that generate the propulsive force. If the lifting force required between the superconducting coils and the ground coils is reduced or eliminated, for example by using an airfoil according to the present invention, then the shape of the coils can be changed.

Fig. 8 zeigt die Ausbildung einer supraleitenden Spule 4, die in der vorliegenden Erfindung benutzt werden kann. Wie zu sehen ist, kann, wenn die Spule 4 an einem Fahrzeug angebracht ist, das sich in Richtung des Pfeiles A bewegt (im allgemeinen horizontal), dann die horizontale Abmessung a der Spule kleiner ausgebildet werden als die vertikale Richtung b. Bei existierenden Spulen ist die Zuordnung notwendigerweise umgekehrt.Fig. 8 shows the configuration of a superconducting coil 4 which can be used in the present invention. As As can be seen, if the coil 4 is mounted on a vehicle moving in the direction of arrow A (generally horizontally), then the horizontal dimension a of the coil can be made smaller than the vertical dimension b. In existing coils the relationship is necessarily reversed.

Somit schlägt in der Zusammenfassung die vorliegende Erfindung vor, daß einer oder mehrere Tragflächenflügel an einem Fahrzeug vorgesehen ist bzw. sind, welches Fahrzeug durch magnetische Wechselwirkung zwischen supraleitenden Spulen am Fahrzeug und Spulen an einer Schienen- bzw. Streckeneinrichtung anzutreiben ist, und dann kann der Tragflächenflügel eine ausreichende Kraft erzeugen, um die Beanspruchungen an den supraleitenden Spulen zu verringern, was die Gefahr eines Ausfalls dieser Spulen verringert. Somit weist ein Fahrzeug, das in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung arbeitet, eine erhöhte Effizienz und Sicherheit auf. Durch Ändern des Anstellwinkels des Tragflächenflügels kann das Ausmaß des Hubes verändert werden, um die Höhe des Fahrzeugs über der Schieneneinrichtung zu steuern bzw. zu regeln, und, wenn eine ausreichende Änderung gestattet ist, um es dem Tragflächenflügel zu gestatten, als aerodynamische Bremse wirksam zu werden. Ferner schlägt die vorliegende Erfindung vor, daß die Form der supraleitenden Spulen so geändert wird, daß ihre vertikale Längenerstreckung (die die Vortriebskraft erzeugt), größer ist als die horizontale Länge (die die Hubkraft erzeugt), um den Antriebswirkungsgrad des Fahrzeugs zu erhöhen.Thus, in summary, the present invention proposes that one or more airfoils be provided on a vehicle which is to be propelled by magnetic interaction between superconducting coils on the vehicle and coils on a track, and then the airfoil can generate sufficient force to reduce the stresses on the superconducting coils, reducing the risk of failure of those coils. Thus, a vehicle operating in accordance with the present invention has increased efficiency and safety. By changing the angle of attack of the airfoil, the amount of lift can be varied to control the height of the vehicle above the track and, if sufficient variation is permitted, to allow the airfoil to act as an aerodynamic brake. Furthermore, the present invention proposes that the shape of the superconducting coils be changed so that their vertical length (which generates the propulsive force) is greater than the horizontal length (which generates the lifting force) in order to increase the propulsion efficiency of the vehicle.

Claims

1. Rail vehicle system, with

a rail device (12) having a first plurality of drive coils (10) and a second plurality of ground coils; and

a vehicle adapted to move on the rail means (12), the vehicle having a structure (2, 3) and at least one superconducting coil (4) on the structure (2, 3), the at least one superconducting coil (4) being arranged to interact with the first plurality of drive coils (10) to generate a propulsion force for the vehicle and being arranged to interact with the second plurality of ground coils (9) to generate a lifting force on the vehicle;

characterized in that

the vehicle comprises means for preventing the transition from the superconducting state to the normal state to prevent the at least one superconducting coil (4) from passing from the superconducting state to the normal state as a result of the weight of the vehicle applied thereto, the means for preventing the transition from the superconducting state to the normal state comprising at least one wing (1, 100) of airfoil shape on the structure (2, 3) for generating a thrust force to at least partially support the weight of said vehicle.

2. Rail vehicle system according to claim 1, wherein the angle of attack of said at least one wing (1, 100) is variable.

3. Rail vehicle system according to claim 2, with at least one sensor (13) on the structure (2, 3) for detecting the distance of the structure (2, 3) relative to the rail device (12), and means (120) for regulating the angle of attack of the at least one wing (1, 100) depending on this distance.

4. A rail vehicle system according to claim 3, comprising a plurality of said vanes (1, 100) and a corresponding plurality of said sensors (13), the control means (120) being arranged to control each of said plurality of vanes (1, 100) in dependence on the distance sensed by the corresponding sensor (13).

5. A rail vehicle system according to any one of claims 2 to 4, wherein substantially the entirety of said at least one wing (1, 100) is movable to change its angle of attack.

6. Rail vehicle system according to any one of claims 2 to 4, wherein only a part (110') of said at least one wing (1, 100) is movable for changing the angle of attack of the at least one wing (1, 100).

7. Rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein the area of the at least one wing (1, 100) is variable.

8. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein said at least one Wing (1, 100) is located on the top of the structure (2, 3).

9. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein said at least one wing (1, 100) is pivotable about a generally vertical axis so that the orientation of said wing (1, 100) is variable with respect to the direction of travel of the vehicle.

10. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, comprising a plurality of said wings (1, 100), and wherein said structure (2, 3) of said vehicle is elongate, said plurality of wings (1, 100) being spaced apart along said elongate structure (2, 3).

11. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein said at least one superconducting coil (4) has a loop shape, a part of said loop extending horizontally and a part extending vertically, the length of the part of said at least one coil extending in the vertical direction being greater than the length of the part extending in the horizontal direction.

12. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein said drive coils (10) define first planes, and all of said first planes are generally vertical.

13. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein the at least one wing (1, 100) is arranged to generate the total lifting force to To cause the vehicle to hover at vehicle speeds greater than a predetermined value.

14. A rail vehicle system according to any one of the preceding claims, wherein the vehicle is arranged to move on the rail means (12) in a predetermined direction, and said superconducting coil (4) and said drive coils (10) are arranged to generate a force only in said predetermined direction.