DE2139506A1

DE2139506A1 - Magnetsystem fuer die schwebefuehrung eines bewegten fahrzeuges

Info

Publication number: DE2139506A1
Application number: DE2139506A
Authority: DE
Inventors: Hans Hieronymus; Juergen Dipl Phys Miericke; Franz Pawlitschek
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-08-06
Filing date: 1971-08-06
Publication date: 1973-02-22
Also published as: GB1395552A; CH552495A; SE376205B; IT963645B; FR2149934A5; DE2139506C3; DE2139506B2; US3780667A

Description

SIEMENS AKTIENGESEIISGHAPT Erlangen, -J, ΜΙ6.197Ϊ

Berlin und München Wernür-von-Siemens-Str.50

Unser Zeichens

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Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeuges.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Magnetsystem für die Schwebeführung eines über einer Fahrbahn bewegten Fahrzeuges mit zwei am Fahrzeug befestigten einander parallel und vertikal angeordneten supraleitenden Fahrzeugsohleifen. Zwischen den Fahrzeugschleifen befindet sich eine ebenfalls vertikal angeordnete,an der Fahrbahn befestigte Stabilisierungsschleife zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft für das Fahrzeug.

Die elektrodynamische Schwebeführung eines bewegten Fahrzeuges ist schon im Jahre 1912 von Bachelet in der US-Patentschrift 1020 943 vorgeschlagen worden. Das Fahrzeug dient als Träger für Magnete mit großen Strömen, die im Zusammenwirken mit elektrisch leitenden Teilen der Fahrbahn Hubkräfte erzeugen. Diese wirken der Schwerkraft des Fahrzeuges entgegen und halten so das Fahrzeug während seiner Bewegung in einem Schwebezustand über der Fahrbahn.

In der US-Patentschrift 3470 828 sind verschiedene Ausführungsformen einer elektrodynamischen Schwebeführung beschrieben.' In einer Ausführungsform (Fig.5 bis 7) befinden sich jeweils in Fahrtrichtung hintereinander mehrere Magnetsysteme an beiden Seiten des Fahrzeuges. Jedes System enthält eine am Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleife und zwei gegensinnig gewickelte normalleitende, an der Fahrbahn befestigte Schienenschleifen unterhalb der Fahrzeugschleife und noch zwei normalleitende Schienenschleifen oberhalb der supraleitenden Fahrzeugschleife. Die Schienensohleifen sind jeweils in Fahrtrichtung parallel nebeneinander und parallel zur Fahrzeugschleife angeordnet und dienen zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft für das

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Fahrzeug. Sobald sich das Fahrzeug und damit die Fahrzeugschleife horizontal aus ihrer Mittellage entfernt, werden jeweils die beiden dort angeordneten Schienenschleifen von einem größeren Fluß durchsetzt als die anderen beiden Schienenschleifen. Dementsprechend wird in diesen Schleifen ein größerer Strom induziert, der eine Rückstellkraft in Richtung der Null-Lage erzeugt. In dieser Gleichgewichtslage werden in den Schienenschleifen praktisch keine Ströme erzeugt. Diese Ausführungsform der elektrodynamischen Schwebeführung wird deshalb auch mit Nullfluß-System bezeichnet. Zur Erzeugung der horizontalen Führung^kraft können in einer anderen Ausführungsform (Fig.15 bis 17) auch jeweils eine vertikal angeordnete Stabilisierungsschleife oberhalb und unterhalb der supraleitenden Fahrzeugschleife angeordnet sein.

Die zur Erzeugung der Hubkraft für das Fahrzeug dienenden Hubschleifen können sowohl neben der Fahrzeugschleife vertikal . (Fig.11) als auch oberhalb und unterhalb der Fahrzeugschleife horizontal angeordnet sein (Fig.13)· Ferner kann die horizontal angeordnete Hubschleife in zwei Teilschleifen aufgeteilt sein, zwischen denen sich eine vertikal angeordnete Schleife zur horizontalen Stabilisierung befindet (Fig.19).

Zur Dämpfung von Schwingungen des Fahrzeuges sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung können jeweils entspreche ndei an der Fahrbahn befestigte Dämpfungsschleifen vorgesehen sein, die mit den magnetischen Feldern des Magnetsystems so zusammenwirken, daß das Fahrzeug in der Gleichgewichtslage stabilisiert wird.

Aus der Zeitschrift "Cryogenics", Juni 1971, Seiten 192 bis 204 ist von Powell und Danby eine Au3führungsform mit Nullfluß-Systemen beschrieben worden, von denen jeweils ein System an beiden Seiten des Fahrzeugs und eins in der Mitte unter dem Fahrzeug angeordnet ist. Jedes der beiden seitlichen Systeme enthält eine am Fahrzeug befestigte horizontal

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angeordnete supraleitende Schleife und jeweils eine oberhalb und unterhalb dieser Schleife angeordnete normalleitende Schienenschleife, die zur Erzeugung der Hubkraft dienen. Diese beiden Hubschleifen sind in einem geschlossenen Stromkreis gegeneinander geschaltet und so angeordnet, daß sich die magnetischen Kräfte im Gleichgewicht befinden, wenn sich die Fahrzeugschleife in der Mitte zwischen den beiden Hubschleifen befindet. In dieser Lage ist somit der Strom in den Hubschleifen Null. In einer Lage der Fahrzeugschleife oberhalb oder unterhalb dieser Mittellage werden jeweils in den Hubschleifen Ströme induziert, die eine entsprechende Rückstellkraft zur Folge haben. Die Ströme in den beiden Hubschleifen haben entgegengesetzte Richtung, aber ihre magnetischen Kräfte haben gleiche Richtung, so daß sich diese Kräfte addieren. Der Strom in den Hubschleifen ist wesentlich kleiner als der Strom in der Fahrzeugschleife, solange der Hub und damit die Abweichung von der Mittelstellung kleingehalten wird.

In dem unterhalb des Fahrzeugs angeordneten Magnetsystem, das den gleichen Aufbau hat, aber gegenüber den beiden anderen seitlichen Systemen um 90° gedreht ist, wirken die magnetischen Kräfte in gleicher Weise. Die beiden Schienenschleifen induzieren somit Führungskräfte in horizontaler Richtung, die eine horizontale Stabilisierung des Fahrzeugs bewirken. Es wird auch bereits vorgeschlagen, zur horizontalen Stabilisierung des Fahrzeugs nicht ein drittes Magnetsystem unter dem Fahrzeug zu verwenden, sondern die horizontale Stabilisierung mit den beiden seitlichen Magnetsystemen dadurch zu vereinigen, daß diese seitlichen Systeme mit zusätzlichen Schienenschleifen versehen werden, welche die beiden Hubsehleifen teilen. Dann enthaltem diese beiden Magnetsysteme aber jeweils vier Hubschleifen.

In der Zeitschrift "Cryogenics and Industrial Gases", Oktober 19< >9, Seiten 19 bis 24 haben Powell und Danby eine andere Annführungsform eines Nullfluß-Systems vorgeschlagen,

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das ebenfalls in einer Ebene quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs drei Magnetsysteme zur dynamischen Schwebeführung enthält. Zur Erzeugung der Hubkraft ist jeweils ein Hubsystem zu beiden Seiten des Fahrzeugs angeordnet und das dritte System unter dem Fahrzeug dient als Stabilisierungssystem zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft. Die Systeme enthalten jeweils zwei supraleitende Fahrzeugschleifen, sogenannte Quadrupolmagnete, zwischen denen sich eine parallel zu den Fahrzeugspulen angeordnete Schienenschleife , befindet. In dem Stabilisierungssystem dient die mit den Fahrzeugschleifen vertikal angeordnete Sehienenspule zur Erzeugung der seitlichen Führungskraft, und in den beiden Hubsystemen dient die horizontal angeordnete Schieneschleife zur Erzeugung der Hubkraft. Diese Anordnung hat somit den Nachteil, daß da3 Fahrzeuggewicht in den seitlichen Magnetsystemen, insbesondere der Hubschleife, große Biegemomente erzeugt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese bekannte Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung für schnelle Fahrzeuge zu vereinfachen und zu verbessern.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in einer Überlagerung der Magnetfeldkonfiguration eines der Hubsysteme mit dem Stabilisierungssystem die magnetische Kraftwirkung der beiden Systeme erhalten bleibt oder wenigstens nur unwesentlich beeinflußt wird. Die Erfindung besteht darin, daß das gemeinsame magnetische Feld der beiden Fahrzeugschleifen zugleich zur Erzeugung einer der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegenwirkenden Hubkraft vorgesehen ist. Jeweils ein Hubsystem wird um 90° gedreht und mit dem Stabilisierungssystem vereinigt. Ein besonderes Stabilisierungssystem ist somit nicht mehr erforderlich. Durch die Magnetfeldkonfiguration mit üenkrooht aufeinanderstellenden und in der BewegungsrichtuTig dea Fahrzeugs ausgedehnten Schienenschleifen wird zugleich die Hubkraft und die horizontale Führungskraft erzeugt. Die HuI)ROh]eife ist dann horizontal zwischen den vertikalen und zueinander parallelen Fahrzeugschleifen

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angeordnet. Die Reaktionskraft zur erzeugten Hubkraft wirkt in Richtung der Abstützung der 'Schienenschleifen auf der Fahrbahn. Das Biegemoment auf die Hubschleife ist somit gering.

Die zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienende Stabilisierungsschleife ist vertikal zwischen den Fahrzeugschleifen derart angeordnet, daß sich ihre Schleifenebene mit der Schleifenebene der Hubspule schneidet. Die Anordnung kann vorzugsweise so gewählt werden, daß sich eine Kreuzform der Querschnitte der Hubschleife und der Stabilisierungsschleife ergibt, in der die Schleifenebene der Hubschleife die Schleifenebene der StablIisierungsschleife etwas oberhalb deren Mitte schneidet. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß das Fahrzeuggewicht die Gleichgewichtslage etwa zur Mitte der Stabilisierungsschleife verschiebt.

Die Hub- und Stabilisierungsschleifen können als Leiterspulen mit mehreren Windungen ausgeführt sein. Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung des Magnetsystems besteht darin, daß der von den Windungen der Fahrzeugschleifen eingeschlossene Raum durch die Spule bzw« Schleife wenigstens annähernd ausgefüllt wird, insbesondere, daß die. Schleife eine Platte darstellt. Diese Platten können vorzugsweise aus Metall, insbesondere aus nichtmagnetischem Metall, beispielsweise Aluminium oder einer Metallegierung mit gleichen oder wenigstens ähnlichen Eigenschaften, bestehen, die in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs derart hintereinander angeordnet werden, daß sie eine Schiene bilden.

Die Schleifenplatten können vorzugsweise lamelliert sein. Sie bestehen dann aus einzelnen, in der Art eines Sahdwich- -Systerne aufeinandergelegten Einzelplatten. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß nur die Komponenten der Wirbelströme in der Ebene parallel zur Ebene der sie erzeugenden Ströme der Fahrzeugschleife zur Hubkrafterzeugung bzw. zur Erzeugung der Stabilislerung3kraft wirksam sind, während die übrigen Komponenten, die lediglich Bremskräfte und

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damit Verluste erzeugen, wesentlich vermindert und unter Umständen sogar praktisch ausgelöscht werden.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems nach der Erfindung schematisch veranschaulicht ist.

In der Figur ist ein Querschnitt durch zwei in Fahrtrichtung des Fahrzeugs nebeneinander angeordnete, identisch aufgebaute Magnetsysteme dargestellt. Sie befinden sich unter dem Fahrgestell eines Fahrzeugs 12 und enthalten jeweils zwei am Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen 2 und 4 sowie zwei an der Fahrbahn 14 befestigte Schienenschleifen. Eine zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienende Stabilisierungsschleife ist mit 6 und eine zur Erzeugung der Hubkraft dienende Hubschleife ist mit 8 bezeichnet. Die Hub- und Stabilisierungsschleifen sind so angeordnet, daß ihre Querschnitte ein Kreuz bilden, das mit Hilfe einer Abstützung 10 an der Fahrbahn 14 befestigt ist. Auf der Fahrbahn 14 befinden sich noch zwei Schienen 16 und 18, auf denen beim Anfahren und Abbremsen des Fahrzeugs die Räder 20 und 22 rollen, die in bekannter Weise mittels einer Achse 24 am Unterbau des Fahrzeuges 12 befestigt sind« Das Fahrwerk dient zur Bewegung des Fahrzeugs beim Anfahren mit einem besonderen in der Figur nicht dargestellten Antrieb und beim Abbremsen, sobald eine zum Schweben des Fahrzeugs erforderliche Geschwindigkeit unterschritten wird.

Die Zwischenräume in den durch die Kreuzform der Schienenschleifen 6 und S gebildeten Quadranten können vorteilhaft mit elektrisch isolierendem Material 11 ausgefüllt und derart gestaltet sein, daß Fremdkörper nicht auf dem Sehienenkreuz liegen bleiben. Diese Wirkung erreicht man mit einer etwa dreieckförmigen Gestaltung der Quadranten oberhalb der Hubschleife 8.

Die supraleitenden Fahrzeugspulen 2 und 4 befinden sich Jeweils in einem Kryostaten 3 bzw* 5 mit einem Kühlmittel,

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vorzugsweise^; flüssigem Helium, das die Fahrzeugschleifen auf supraleitender Temperatur hält. Die in Fahrtrichtung des Fahrzeuges 12 langgestreckten Fahrzeugschleifen 2 und 4 können an ihren beiden Enden vorzugsweise nach außen derart gekröpft sein, daß der Querschnitt der Schleifen ein Ringsegment "bildet. Dann kann jeweils ein Teil der Hubschleife 8 von den Fahrzeugschleifen eingeschlossen sein. Oberhalb der Fahrzeugschleifen 2 und 4 ist jeweils ein Kanal 28 bis 30 angedeutet. Diese Kanäle enden in einem Vorratsbehälter für das Kühlmittel. Der Vorratsbehälter 32 kann noch mit einer Feldabschirmung 34 versehen sein, die vorzugsweise ebenfalls supraleitend sein kann.

In einer besonderen Ausführungsform des Magnetsystems können die beiden, vorzugsweise plattenförmigen Schleifen 6 und 8 auch zu einem gemeinsamen Profilkörper vereinigt sein. Mit dieser Gestaltung erhält man eine Erhöhung der mechanischen Stabilität und einen einfacheren Aufbau und somit einen verminderten Aufwand.

Die zur seitlichen Stabilisierung erforderliche Führungskraft ist im allgfmeinen wesentlich geringer als die Hubkraft. Es kann deshalb ausreichend sein₉ eine· Stabilisierungsschleife mit geringerer Ausdehnung als die Hubschleife im wesentlichen oder ausschließlich unterhalb oder oberhalb der Hubschleife anzuordnen.

16 Patentansprüche
1 Figur

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Claims

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Patentansprüche

1. Magnetsystem für die Schwebeführung eines "bewegten Fahrzeugs über einer Fahrbahn mit zwei am Fahrzeug befestigten, einander parallel und vertikal angeordneten supraleitenden Fahrzeugs ch leif en und einer zwischen den Fahrzeugschleifen vertikal angeordneten, an der Fahrbahn befestigten Stabilisierungsschleife zur Erzeugung einer horizontalen Führungs-kraft, dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame magnetische Feld der beiden Fahrzeugschleifen (2,4) zugleich zur Erzeugung einer der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegenwirkenden Hubkraft vorgesehen ist.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine die magnetische Hubkraft erzeugende Hubschleife (8) senkrecht zu den beiden Fahrzeugschleifen (2,4) angeordnet 3 fit.

3. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Hubschleife

(8) und der Stabilisierungsschleife (6) senkrecht zur Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (12) ein Kreuz bilden.

ά. Mag«etπystem nach Anspruch 3₉ dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifenebene der Hubschleife (8) die Schleifenebene der Stabilisierungsschleife (6) in einem vorbestimmten Abstand oberhalb der Mitte der Stabilisierungsschleife (6) kreuzt.

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5. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsschleife (6) unterhalb oder oberhalb der Hubschleife (8) angeordnet ist.

6. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5» gekennzeichnet durch eine flache Gestaltung der Hubschleife (8) und/oder der Stabilisierungsschleife (6).

7. Magnetsystem nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Plattenform der Hubschleife (8) und/oder der Stabilisierungsschleife (6).

8. Magnetsystem nach Anspruch 7t dadurch gekennzeichnet,"daß die Platte lamelliert ist.

9. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Bewegungsrichtung des Fahrzeugs (12.) hintereinander angeordnete Hubschleifen

(8) und/oder Stabilisierungsschleifen (6) zu einer Schie ne vereinigt sind.

10. Magnetsystem nach einem.der Ansprüche 6 bis 9» dadurch gekonnzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungsöchleife (8 bzw. 6) aus Aluminium besteht.

11. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekonnzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungsochleife aus einer Leichtmetallegierung besteht.

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12. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub- und Stabilisierungsschleife (8 bzw. 6) zu einem gemeinsamen Profilkörper vereinigt sind.

13· Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander angeordneten und länglich gestalteten Fahrzeugschleifen (2,4) an ihren beiden Enden gekröpft sind.

14· Magnetsystem nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens die dem Fahrzeug (12) zugewandten Quadranten des durch die Schleifen (6,8) gebildeten Kreuzes zum Teil mit elektrisch isolierendem Material (11) gefüllt sind.

15· Magnetsystem nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung mit nichtmagnetischem Material in den Quadranten oberhalb der Hubschleife (8) so gestaltet" ist, daß ihre freien Oberflächen zusammen mit der Hubschleife (8) etwa ein Dreieck bilden.

16. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15^ dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Magnetsystems ein Vorratsbehälter (32) für ein flüssiges Kühlmittel vorgesehen ist, der mit dem Kühlmittel der Fahrzeugspulen (2,4) in Verbindung steht.

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