WO1997042389A1 - Elektromagnetisches antriebssystem für magnetische schwebe- und tragesysteme - Google Patents

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WO1997042389A1
WO1997042389A1 PCT/EP1997/002397 EP9702397W WO9742389A1 WO 1997042389 A1 WO1997042389 A1 WO 1997042389A1 EP 9702397 W EP9702397 W EP 9702397W WO 9742389 A1 WO9742389 A1 WO 9742389A1
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00—Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • H02K41/031—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors of the permanent magnet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/10—Combination of electric propulsion and magnetic suspension or levitation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61B—RAILWAY SYSTEMS; EQUIPMENT THEREFOR NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B61B13/00—Other railway systems
    • B61B13/08—Sliding or levitation systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E05—LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05F—DEVICES FOR MOVING WINGS INTO OPEN OR CLOSED POSITION; CHECKS FOR WINGS; WING FITTINGS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, CONCERNED WITH THE FUNCTIONING OF THE WING
    • E05F15/00—Power-operated mechanisms for wings
    • E05F15/60—Power-operated mechanisms for wings using electrical actuators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the present invention provides
  • FIGS. 10 and 11 and also FIGS. 13 to 16 add electrically excited magnets to already known permanent magnetic support / levitation arrangements in a manner which is suitable for adding the magnetic resistance within to change the magnetically partially saturated material so that a force arises which acts on the permanent magnet and thereby causes its movement.
  • the present invention further provides
  • the door leaves are provided at their upper ends with rollers which can be moved back and forth on a rail.
  • the movement takes place by means of an electric motor, gear, belt or chains via deflection rollers.
  • the electrical energy that the electric motor absorbs is converted into mechanical energy via an air gap on the rotor of the electric motor. In the present invention, this conversion takes place without inference through an air gap.
  • Magnetic carrying or levitation systems are known from the TRANSRAPID high-speed train.
  • the load (vertical) and its movement (horizontal) are carried by electronically controlled electromagnets, the electromagnetic force fields of which act on the moving vehicle via an air gap from the stationary track. In the present invention, this conversion occurs without inference through an air gap.
  • US Patent 4,324,185 (Vinson) relates to a permanent magnet levitation and transport system.
  • the arrangement consists of ferromagnetic material, permanent magnets and electrical coils.
  • the movement arises from the fact that the electromagnetic force fields cause the permanent magnets to move via an air gap.
  • magnetic saturation is not required for the movement and would even have a disadvantageous effect.
  • the magnetic levitation system with permanent magnets DE 3719587 AI (Weh) relates to a combined carrying and guiding behavior, but in contrast to the present invention with the main purpose of generating lateral guiding forces and preventing the excitation part from migrating out of its central position.
  • the object of the invention is to bring about a movement of the load with the greatest possible use of the components which have already been used for the floating and carrying effect, and with low energy and wear without any conclusion about an air gap.
  • two ferromagnetic carrier profiles 1 which are arranged parallel to one another are mechanically connected to one another by means of electrical coils 3 with iron core 2 which are fixedly arranged and spaced apart from one another.
  • at least one horizontally magnetized permanent magnet 4 is arranged between the mounting rails, the width of which is smaller than the clear width of the two mounting rails, so that an empty space is created.
  • the magnet is to be guided centrally between the mounting rails by means of rollers, sliding material or other mechanical means.
  • This arrangement creates a permanent magnetic levitation effect without first charging the electrical coils 3 with current.
  • the dimensions of the mounting rail 1, permanent magnet 4 and coil core 2 are selected so that the mounting rail and coil core are in the state of partial magnetic saturation.
  • the present drive system is characterized in that the coupling of the electromagnetic field with that of the permanent magnets takes place largely in the carrier profile and not in an air gap. This leads to a very small magnetic resistance of the entire system, an essential (positive) difference to rotating electrical machines in which the stator and rotor fields are coupled in the air gap (prior art).
  • a ferromagnetic carrier profile 1 and a plurality of permanent magnets 4 are arranged such that a stable floating and wearing state of the permanent magnet group is achieved.
  • the movement of the magnet group is achieved in that several electromagnets are arranged perpendicular to the carrier profile, the ends of the coil cores facing away from the carrier profile are each connected in pairs or continuously with a yoke 7 made of ferromagnetic material (FIG. 4 ). If the individual coils are charged with suitably polarized electrical energy, the magnetic saturation changes in the carrier profile by coupling the magnetic fields, which ultimately leads to a movement of the magnet group 4, 5.
  • a ferromagnetic carrier profile 1 and a plurality of permanent magnets 4 are arranged such that a stable floating and wearing state of the permanent magnet group is achieved.
  • the movement of the magnet group 4, 5 is achieved in that a plurality of electromagnets 2, 3 are arranged in parallel on the upper side of the mounting rail, the two ends of the coil cores being connected to the mounting rail with pole pieces 9 made of ferromagnetic material (FIG. 6).
  • the magnetic saturation changes in the carrier profile by coupling the magnetic fields, which leads to a movement of the magnet group 4, 5.
  • a ferromagnetic mounting rail 1 and a plurality of permanent magnets 4, 5 are arranged in such a way that a stable floating and wearing state of the permanent magnet group is achieved.
  • the movement of the magnet group 4, 5 is achieved in that several electromagnets 2, 3 are arranged vertically on the mounting rail, the ends of the coil cores facing away from the mounting rail are connected in pairs or continuously to a yoke 7 made of ferromagnetic material (FIG . 8th). If the individual coils are charged with suitably polarized electrical energy, the magnetic saturation changes in the carrier profile by coupling the magnetic fields, which leads to a movement of the magnet group 4, 5.
  • a ferromagnetic mounting rail 1 and a plurality of permanent magnets 4 are arranged such that a stable floating and wearing state of the permanent magnet group is achieved.
  • the movement of the magnet group 4, 5 is achieved in that several electromagnets 2, 3 are arranged perpendicular to the mounting rail, the coil core ends of which are remote from the mounting rail are each connected in pairs to a ferromagnetic yoke 7 (FIG. 11).
  • the coil pairs 3 connected by a yoke 7 are arranged at an angle overlap on the mounting rail.
  • the magnetic saturation changes in the carrier profile by coupling the magnetic fields, which leads to a movement of the magnet group 4, 5.
  • the oblique overlap of the coil arrangements enables a higher step accuracy, i.e. a more precise positioning of the movement.
  • a horizontally aligned ferromagnetic carrier profile 1 and at least one permanent magnet 4 are arranged in such a way that the permanent magnet 4 is in a stable state of wear, with a support wheel 11 ensuring that the permanent magnet is spaced apart from the carrier rail.
  • the movement of the permanent magnet 4 is achieved in that a plurality of electromagnets 2, 3 are arranged vertically on the opposite side of the support magnet 4, that is to say the upper side of the support rail, the coil core ends of which remote from the carrier profile are connected in pairs or continuously to a ferromagnetic yoke 7 are (Fig. 12, 13).
  • the magnetic saturation changes in the carrier profile by coupling the magnetic fields, which leads to a movement of the magnet group 4, 5.
  • a horizontally aligned ferromagnetic carrier profile 1 and a vertically reversed polarity of the permanent magnet pair 4 are arranged such that a stable state of wear of the permanent magnet is achieved, with a support wheel 11 for spacing the permanent magnet from the mounting rail ensures.
  • the movement of the permanent magnet 4 is achieved in that a plurality of electromagnets 2, 3 are arranged in parallel on the opposite side of the support magnet 4, that is to say the upper side of the support rail, the two ends of the coil cores being connected to the support profile with a yoke 9 each made of ferromagnetic material .
  • a sensor system can detect the respective position of the permanent magnetic load suspension.
  • all coil windings can additionally be supplied with a weak alternating current (high frequency). This can also result in a superimposition of the direct current.
  • the overall evaluation of all coil currents (measuring and evaluating the magnetic saturation of the individual coil cores) permits precise localization of the permanent magnets.
  • the switching of the coil current can also be controlled by suitably positioned, commercially available sensors of various working principles.
  • REPLACEMENT BUTT (RULE 26) Prevention of turning / tilting movement when moving off
  • a load hangs on at least two carrying heads, that is, on two magnetic levitation / carrying systems (FIG. 16).
  • this is prevented by supplying the coil 13 (FIG. 16) lying ahead in the direction of the desired movement with a direct current, the polarity of which exerts a pull 17 on the first permanent magnet group 4 (viewed in the direction of travel).
  • This train 17, which arises from the change in the magnetic saturation in the mounting rail 1 and in the core of the coil 13, counteracts the turning / tilting force 16 in such a way that a resulting force or driving vector 18 remains, its Effect in the most positive case shows exactly in the direction of travel.
  • the turning / tilting behavior of the load can also be reduced by supplying the coil 14, which is arranged behind the last permanent magnet group in relation to the direction of the desired movement, with a direct current, the polarity of which is at an angle 20 downward in the direction of travel on the last permanent magnet group (seen in the direction of travel).
  • the turning / tilting vector 19 is optimally created by the thrust of the coil 14, caused by the change in the magnetic saturation in the mounting rail 1 and in the core of the coil 14, with a suitable design of all components, current strengths and directions of the turning / tilting behavior counteract. In such a case, the thrust vector 21 resulting from 19 and 20 points exactly in the direction of travel (FIG. 16). Lowering
  • Automatic door leaves have an air gap of several millimeters compared to the uneven floor surface (currently up to about 7 mm).
  • power and hand-operated door leaves, gates and other horizontally movable objects for example at night during the locked state
  • This object can be achieved according to the invention in that the coils located precisely over the respective permanent magnet groups are supplied with a stronger direct current pulse than is necessary for moving, which is oriented in such a way that an electromagnetic field opposed to the supporting magnetic field is produced.
  • This superimposed field compensates the permanent magnetic field required for carrying so strongly that the holding / floating function is no longer guaranteed and the load (e.g. door leaf) drops to the floor.
  • the permanent magnet group with the load is to be raised again to the operating level, this object can be achieved according to the invention in that the coils located exactly above the permanent magnet groups are provided with an opposite current pulse with the effect of building up an electromagnetic field which is the carrying magnetic field strengthened in such a way that the load is raised back to normal holding / floating / operating level.

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Abstract

Durch geeignete Anordnung von Dauermagnet (4) und ferromagnetisch leitendem Material kann ein stabiler Schwebe- und Tragezustand erreicht werden. Hierbei versetzt der Dauermagnet (4) das ferromagnetische Material in den Zustand einer magnetischen Teilsättigung. Um die am Magneten (4) befestigte Last möglichst einfach und effizient zu bewegen, sind Elektromagneten so anzuordnen, dass sie die Bewegung des Dauermagneten (4) unter Berücksichtigung der magnetischen Sättigung des Trägerprofils (1) dadurch bewirken, dass sich der durch Kopplung der permanent- und elektromagnetischen Kraftfelder entstehende Magnetkreis zu verkürzen versucht. Als Weiterentwicklung des Erfindungsgedankens können auch die Spulenkerne (2) in die dauermagnetische Teilsättigung, die zum Schwebe- und Tragezustand führt, mit einbezogen werden, so dass die Änderung der Sättigung und damit die gewünschte Bewegung durch relativ wenig Bauteile, verschleissarm und durch verhältnismässig wenig elektrischer Energie erreicht wird, mit der die Spulen (3) zu beschicken sind.

Description

Elektromagnetisches Antriebssystem für magnetische Schwebe- und Tragesysteme
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung sieht vor,
elektrisch erregte Magnete gemäß Fig. 3 bis 8, Fig. 10 und 11 sowie Fig. 13 bis 16 in einer Weise zu bereits be¬ kannten Dauermagnetischen Trage-/Schwebe-Anordnungen hinzu¬ zufügen, die geeignet ist, den magnetische Widerstand in¬ nerhalb des magnetisch teilgesättigten Materials so zu ver¬ ändern, daß eine Kraft entsteht, die auf den Dauermagneten einwirkt und dadurch dessen Bewegung herbeiführt.
Die vorliegende Erfindung sieht ferner vor,
elektrisch erregte Magnete gemäß Fig. 1, 2 und 9 in einer bisher unbekannten Weise mit ferromagnetischem Mate¬ rial und Dauermagneten zu kombinieren, wodurch ein neues integriertes Magnet-Schwebe- und AntriebsSystem für Lasten entsteht.
Stand der Technik
Nicht näher eingegangen werden soll an dieser Stelle auf alle mechanischen Standardlösungen, wo Lasten mittels Rol¬ len an Schienen hängen und mit Zahnriemen, Ketten oder an¬ deren mechanischen Antrieben horizontal bewegt werden.
Bei Automatiktüren (kraftbetätigten Schiebetüren, automati¬ schen Fußgängerschiebetüren) sind die Türflügel an deren oberen Ende mit Rollen versehen, die auf einer Schiene hin- und herbewegt werden können. Die Bewegung erfolgt mittels Elektromotor, Getriebe, Riemen oder Ketten über Umlenkrol¬ len. Die Umwandlung der elektrischen Energie, die der Elektro¬ motor aufnimmt, in mechanische Energie, erfolgt über einen Luftspalt auf den Rotor deε Elektromotors. Bei der vorlie¬ genden Erfindung geschieht diese Umwandlung ohne den Rück¬ schluß über einen Luftspalt.
Magnetische Trage- oder Schwebesysteme kennt man vom Hoch¬ geschwindigkeitszug TRANSRAPID. Das Tragen der Last (verti¬ kal) wie auch deren Fortbewegung (horizontal) erfolgen durch elektronisch geregelte Elektromagnete, deren elektro¬ magnetische Kraftfelder über einen Luftspalt vom ortsfesten Fahrweg aus auf das bewegliche Vehikel einwirken. Bei der vorliegenden Erfindung geschieht diese Umwandlung ohne den Rückschluß über einen Luftspalt.
Das US Patent 4,324,185 (Vinson) betrifft ein Dauermagnet- Schwebe- und Transportsystem. Die Anordnung besteht aus ferromagnetischem Material, Dauermagneten und elektrischen Spulen. Die Bewegung entsteht dadurch, daß die elektro¬ magnetischen Kraftfelder über einen Luftspalt die Bewegung der Dauermagnete bewirken. Im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung ist im Falle des US Patents 4,324,185 eine magne¬ tische Sättigung für die Bewegung nicht erforderlich und würde sich sogar nachteilig auswirken.
Die effizientesten dauermagnetischen Trage- und Schwebesy¬ steme kennt man aus dem Patent DE 3635258 Cl, im wesentli¬ chen inhaltsgleich mit EP0234543A1 und EP0356370A1 (Peter Schuster). In all diesen verschiedenen Fällen wird durch Verwendung von Dauermagneten und ferromagnetischen Trag¬ schienen ohne elektrische/elektronische Regelung ein verti¬ kal stabiler und belastbarer Schwebe- und Trageeffekt er¬ zielt, allerdings ohne integrierte Möglichkeit eines An¬ triebes.
Das Magnetschwebesystem mit Permanentmagneten DE 3719587 AI (Weh) betrifft ein kombiniertes Trag- und Führverhalten, aber im Gegensatz zu der vorliegenden Erfindung mit dem Hauptzweck, seitliche Führkräfte zu erzeugen und ein Aus¬ wandern des Erregerteils aus seiner Mittellage zu verhin¬ dern. Aufgabe und Lösung
Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht darin, eine Bewegung der Last herbeizuführen unter weitmöglicher Verwendung der bereits für den Schwebe- und Trageeffekt verwendeten Bau¬ teile und zwar energie- und verschleißarm ohne Rückschluß über einen Luftspalt.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1. Weitere Ausgestaltungen des Erfindungsgedan¬ kens zeigen die Unteransprüche 1 bis 11. Die Erfindung wird nachstehend anhand mehrerer Ausführungsbeispiele unter Be¬ zug auf die Zeichnungen erläutert.
Gemäß Fig. 1 , 2 sind zwei parallel zueinander angeordnete ferromagnetische Trägerprofile 1 durch dazwischen fest an¬ geordnete und zueinander beabstandete elektrische Spulen 3 mit Eisenkern 2 mechanisch miteinander verbunden. Im unte¬ ren Bereich ist zwischen den Tragschienen mindestens ein horizontal magnetisierter Dauermagnet 4 angeordnet, dessen Breite geringer ist als die lichte Weite der beiden Trag¬ schienen, sodaß ein Leerraum entsteht. Um zu gewährleisten, daß der Leerraum als Luftspalt auf beiden Seiten des Ma¬ gnets symmetrisch verteilt wird, ist der Magnet mittels Rollen, Gleitmaterial oder anderer mechanischer Mittel mit¬ tig zwischen den Tragschienen zu führen.
Das Kraftfeld des Dauermagneten 4 tritt über den Luftspalt 8 in die erste Tragschiene 1 ein, wandert durch einen oder mehrere am nächsten positionierte magnetisch leitende Spulenkerne 2 in die zweite Tragschiene 1 hinüber und schließt sich, indem es über den Luftspalt 8 die andere Seite des Dauermagnets 4 erreicht. Durch diese Anordnung entsteht eine dauermagnetische Schwebewirkung, ohne daß zunächst die elektrischen Spulen 3 mit Strom beschickt wer¬ den. Die Dimensionierung von Tragschiene 1, Dauermagnet 4 sowie Spulenkern 2 sind so gewählt, daß sich Tragschiene und Spulenkern im Zustand einer magnetischen Teilsättigung befinden. Beaufschlagt man eine oder mehrere Spulenwicklungen 3, die sich in der Nähe eines Dauermagneten befinden und deren Kerne 2 von einem Dauermagnetkraftfeld durchflössen werden, mit Gleichstrom, so entsteht im Spulenkern 2 sowie in dem Trägerprofil 1 zusätzlich ein Elektromagnetfeld, welches das Feld des Dauermagneten innerhalb des Trägerprofilε 1 sowie innerhalb der Spulenkerne 2 überlagert. Abhängig von der Polung des Stroms bewirkt die Kopplung der beiden Kraftfelder, daß der Dauermagnet von einer benachbarten Spule abgestoßen oder angezogen wird und sich somit mit seiner Last in eine bestimmte Richtung bewegt.
In Bezug auf die Energiebilanz zeichnet sich das vorlie¬ gende Antriebssystem dadurch aus, daß die Kopplung des Elektromagnetfeldes mit demjenigen der Dauermagneten weit¬ gehend im Trägerprofil stattfindet und nicht in einem Luft¬ spalt. Das führt zu einem sehr kleinen magnetischen Wider¬ stand des gesamten Systems, ein wesentlicher (positiver) Unterschied zu rotierenden elektrischen Maschinen, bei denen das Stator- und das Rotorfeld im Luftspalt gekoppelt werden (Stand der Technik).
Der Vorteil hiervon ist eine einfachere Bauweise sowie eine effizientere und sparsamere Umwandlung der elektrischen in eine kinetische Energie (Schrägansicht Prinzip: Fig. 9)
Gemäß Fig. 3, 4 sind ein ferromagnetisches Trägerprofil 1 und mehrere Dauermagnete 4 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Schwebe- und Tragezustand der Dauermagnetgruppe erreicht wird. Die Bewegung der Magnetgruppe wird dadurch erreicht, daß mehrere Elektromagnete senkrecht zu dem Trä¬ gerprofil angeordnet werden, deren dem Trägerprofil abge¬ wandten Enden der Spulenkerne jeweils paarweise oder durch¬ gängig mit einem Joch 7 aus ferromagnetischem Material ver¬ bunden sind (Fig. 4). Beschickt man die einzelnen Spulen mit geeignet gepolter elektrischer Energie, verändert sich in dem Trägerprofil durch Kopplung der Magnetfelder die ma¬ gnetische Sättigung, was letztlich zu einer Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 führt. Gemäß Fig. 5, 6 sind ein ferromagnetisches Trägerprofil 1 und mehrere Dauermagnete 4 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Schwebe- und Tragezustand der Dauermagnetgruppe erreicht wird. Die Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 wird da¬ durch erreicht, daß mehrere Elektromagnete 2, 3 parallel auf der Oberseite der Tragschiene angeordnet werden, wobei die beiden Enden der Spulenkerne mit Polschuhen 9 aus fer- romagnetisch Material mit der Tragschiene verbunden werden (Fig. 6).
Beschickt man die einzelnen Spulen mit geeignet gepolter elektrischer Energie, verändert sich in dem Trägerprofil durch Kopplung der Magnetfelder die magnetische Sättigung, was zu einer Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 führt.
Gemäß Fig. 7, 8 sind eine ferromagnetische Tragschiene 1 und mehrere Dauermagnete 4, 5 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Schwebe- und Tragezustand der Dauermagnet¬ gruppe erreicht wird. Die Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 wird dadurch erreicht, daß mehrere Elektromagnete 2, 3 senkrecht auf der Tragschiene angeordnet werden, deren der Tragschiene abgewandten Enden der Spulenkerne jeweils paar¬ weise oder durchgehend mit einem Joch 7 aus ferromagne- tischem Material verbunden sind (Fig. 8). Beschickt man die einzelnen Spulen mit geeignet gepolter elektrischer Ener¬ gie, verändert sich in dem Trägerprofil durch Kopplung der Magnetfelder die magnetische Sättigung, was zu einer Bewe¬ gung der Magnetgruppe 4, 5 führt.
Gemäß Fig. 10, 11 sind eine ferromagnetische Tragschiene 1 und mehrere Dauermagnete 4 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Schwebe- und Tragezustand der Dauermagnetgruppe erreicht wird. Die Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 wird da¬ durch erreicht, daß mehrere Elektromagnete 2, 3 senkrecht zur Tragschiene angeordnet werden, deren der Tragschiene abgewandten Spulenkern-Enden jeweils paarweise mit einem ferromagnetischem Joch 7 verbunden sind (Fig. 11). Die durch ein Joch 7 verbundenen Spulenpaare 3 sind schräg überlappend auf der Tragschiene angeordnet.
Beschickt man die einzelnen Spulen mit geeignet gepolter elektrischer Energie, verändert sich in dem Trägerprofil durch Kopplung der Magnetfelder die magnetische Sättigung, was zu einer Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 führt.
Die schräge Überlappung der Spulenanordnungen ermöglicht eine höhere Schrittgenauigkeit, d.h eine genauere Positio¬ nierung der Bewegung.
Gemäß Fig. 12 und Fig. 13 sind ein horizontal ausgerich¬ tetes ferromagnetisches Trägerprofil 1 und mindestens ein Dauermagnet 4 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Tragezustand des Dauermagneten 4 erreicht wird, wobei ein Stützrad 11 für eine Beabstandung des Dauermagneten von der Tragschiene sorgt. Die Bewegung des Dauermagneten 4 wird dadurch erreicht, daß mehrere Elektromagnete 2, 3 senkrecht auf der dem Tragmagnet 4 gegenüberliegenden, also oberen Seite der Tragschiene angeordnet werden, deren dem Träger¬ profil abgewandten Spulenkern-Enden jeweils paarweise oder durchgehend mit einem ferromagnetischem Joch 7 verbunden sind (Fig. 12, 13).
Beschickt man die einzelnen Spulen mit geeignet gepolter elektrischer Energie, verändert sich in dem Trägerprofil durch Kopplung der Magnetfelder die magnetische Sättigung, was zu einer Bewegung der Magnetgruppe 4, 5 führt.
Gemäß Fig. 14 und Fig. 15 sind ein horizontal ausgerich¬ tetes ferromagnetisches Trägerprofil 1 und ein vertikal um¬ gekehrt gepoltes Dauermagnetpaar 4 dergestalt angeordnet, daß ein stabiler Tragezustand des Dauermagneten erreicht wird, wobei ein Stützrad 11 für eine Beabstandung des Dau¬ ermagneten von der Tragschiene sorgt. Die Bewegung des Dauermagneten 4 wird dadurch erreicht, daß mehrere Elektromagnete 2, 3 parallel auf der dem Tragmagnet 4 gegenüberliegenden, also oberen Seite der Tragschiene angeordnet werden, wobei die beiden Enden der Spulenkerne mit je einem Joch 9 aus ferromagnetisch Material mit dem Trägerprofil verbunden werden.
Sensorik
Zur Bestimmung des optimalen Zeitpunkts, wann zum Zwecke einer kontinuierlichen Bewegung der Dauermagnete 4, 5 mit der Last die jeweiligen Spulenwicklungen 3 mit Strom zu versorgen sind, kann eine Sensorik die jeweilige Position der dauermagnetischen Lastaufhängung erfassen.
Um den Aufwand für zusätzliche Bauteile zu vermeiden, sol¬ len bereits vorhandene Bauteile hierfür geeignet eingesetzt werden.
Zu diesem Zweck können alle Spulenwicklungen zusätzlich mit einem schwachen Wechselstrom (Hochfreguenz) beschickt wer¬ den. Dabei kann sich auch eine Überlagerung des Gleich¬ stroms ergeben. Die gesamthafte Auswertung aller Spulen¬ ströme (messen und auswerten der magnetischen Sättigung der einzelnen Spulenkerne) läßt eine genaue Lokalisierung der Dauermagnete zu.
Anstelle von Hochfreguenz-Überlagerung kann die Schaltung des Spulenstromes aber auch durch geeignet positionierte marktübliche Sensoren unterschiedlichster Arbeitsprinzipien gesteuert werden.
ERSATZBUTT (REGEL 26) Verhinderung von Dreh-/Kippbewegung beim Anfahren
In der Regel hängt eine Last an mindestens zwei Trageköp¬ fen, also an zwei magnetischen Schwebe-/Tragesystemen (Fig. 16).
In jenen Fällen, wo keine mechanische oder elektronische Regelung das federnde Schwingen der Last verhindert, kann zu Beginn der Bewegung ein unerwünschtes Dreh-/Kippverhal¬ ten 16, 19 der Last eintreten, welches umso größer ist, je größer die vertikale Entfernung zwischen dem Schwerpunkt 15 der Last und dem Angriffspunkt des Antriebs ist.
Dies wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung dadurch verhindert, daß die in Richtung der gewünschten Bewegung voraus liegende Spule 13 (Fig. 16) mit einem Gleichstrom versorgt wird, dessen Polung einen Zug 17 auf die (in Fahrtrichtung gesehen) erste Dauermagnetgruppe 4 ausübt. Dieser Zug 17, der aus der Änderung der magnetischen Sätti¬ gung in der Tragschiene 1 und im Kern der Spule 13 ent¬ steht, wirkt der Dreh-/Kipp-Kraft 16 dergestalt entgegen, daß ein resultierender Kraft- oder Fahrvektor 18 verbleibt, dessen Wirkung im positivsten Falle genau in Fahrtrichtung zeigt.
Das Dreh-/Kippverhalten der Last kann auch dadurch vermin¬ dert werden, daß die bezogen auf die Richtung der ge¬ wünschten Bewegung hinter der letzten Dauermagnetgruppe angeordnete Spule 14 mit einem Gleichstrom versorgt wird, dessen Polung einen Druck 20 in Fahrtrichtung gesehen schräg nach unten auf die (in Fahrtrichtung gesehen) letzte Dauermagnetgruppe ausübt. Der Dreh-/Kippvektor 19 wird durch die Schubkraft der Spule 14, entstanden durch die Änderung der magnetischen Sättigung in der Tragschiene 1 und im Kern der Spule 14, bei geeigneter Auslegung aller Bauteile, Stromstärken und -richtungen dem Dreh-/Kippver¬ halten optimal entgegenwirken. In einem solchen Falle zeigt der aus 19 und 20 resultierende Schubvektor 21 genau in Fahrtrichtung (Fig. 16). Absenkung
Automatiktürflügel haben gegenüber der unebenen Fußboden- Oberfläche einen mehrere Millimeter großen Luftspalt (zur Zeit bis zu etwa 7 mm) . Zur Reduzierung von unnötigem Ener¬ gieverlust und als zusätzlicher Einbruchschutz (aber auch für andere Einsatzgebiete) ist es wünschenswert, kraft- und handbetätigte Türflügel, Tore und andere horizontal beweg¬ liche Objekte (zum Beispiel bei Nacht während des ver¬ schlossenen Zustande) bis zum Boden absenken zu können.
Diese Aufgabe kann erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß die genau über die jeweiligen Dauermagnetgruppen be¬ findlichen Spulen mit einem stärkeren als zum Bewegen nö¬ tigen Gleichstromimpuls beschickt werden, welcher so orien¬ tiert iεt, daß ein dem Tragemagnetfeld entgegengerichtetes Elektromagnetfeld entsteht.
Dieses überlagerte Feld kompensiert das zum Tragen benö¬ tigte Dauermagnetfeld so stark, daß die Halte-/ Schwebe¬ funktion nicht mehr gewährleistet ist und die Last (z.B. Türflügel) bis zum Boden absinkt.
Wenn die Dauermagnetgruppe mit der Last wieder auf Be¬ triebsebene angehoben werden soll, kann diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst werden, daß dieselben genau über den Dauermagnetgruppen befindlichen Spulen mit einem entgegengesetzten Stromimpuls versehen werden mit dem Ef¬ fekt, ein Elektromagnetfeld aufzubauen, welches das Tragemagnetfeld derart verstärkt, daß die Last wieder auf normale Halte-/Schwebe-/Betriebsebene angehoben wird.
Bezugszeichenliste:
Trägerprofil, Tragschiene, Profilwand
(ferromagnetisches Material)
2 Spulenkern (ferromagnetisches Material)
3 Spulenwicklung, Spule
4 Dauermagnet (horizontal gepolt)
5 Zusätzlicher Dauermagnet (horizontal gepolt)
6 Tragekopf (nichtmagnetisches Material)
7 Joch (ferromagnetisches Material)
8 Luftspalt
9 Polschuh (ferromagnetisches Material)
10 Rückschlußeisen (ferromagnetisches Material)
11 Abεtands-Stütz-Rad
12 Lagerung vom Abstands-Stütz-Rad
(nichtmagnetisches Material)
13 Voraus liegende Spule 14 Hintere Spule 15 Schwerpunkt 16 Dreh-/Kipp-Vektor vorn 17 Zug-Vektor vorn 18 Resultierender Zug-Vektor vorn 19 Dreh-/Kipp-Vektor hinten 20 Druck-Vektor hinten 21 Resultierender Schub-Vektor hinten 22 Aussparung des Trägerprofils
23 Luftspalt
ERSATZBLÄΪT(REGEL26)

Claims

Patentansprüche
1. Elektromagnetisches Antriebssystem für magnetische Schwebe- und Tragesysteme
- mit mindestens einem Dauermagneten (4), an dem die Last befestigt ist, und mit mindestens einem ortsfesten weichma¬ gnetischen Trägerprofil (1), wobei die Polfläche des Dauer¬ magneten (4) zur Fläche des Trägerprofils (1) im wesentli¬ chen parallel angeordnet ist, wobei durch mechanische Mit¬ tel ein definierter Luftspalt zwischen den parallelen Flä¬ chen erreicht wird,
- mit einem Antrieb, bei dem von Spulen (3) erregbare Ma¬ gnetkerne (2) längs des Trägerprofils (1) angeordnet sind, die zusammen mit dem Trägerprofil (1) geschlossene Eisen¬ wege bilden, deren Teilsättigungen durch Erregung der Spu¬ len (3) veränderbar sind.
2. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem von Spulen (3) umgebene Spulenkerne (2) zwischen die vertikale Wände zweier Tragschienen (1) angeordnet sind, wobei die vertika¬ len Tragschienen-Wände auch den Dauermagneten (4) zwischen sich aufnehmen (Fig. 1, 2).
3. Antriebsεyεtem nach Anεpruch 1, bei dem mehrere von Spu¬ len (3) umgebene Spulenkerne (2) durch ein Joch (7) mit¬ einander verbunden sind und die entgegengesetzten Enden der Spulenkerne (2) senkrecht an eine Profilwand des Trägerpro¬ fils (1) angeordnet sind, an deren senkrechte Flächen zwei¬ mal zwei Dauermagneten (4, 5) angeordnet sind (Fig. 3, 4).
4. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem von Spulen (3) umgebene Spulenkerne (2) im wesentlichen parallel zu einem Trägerprofils (1) angeordnet sind, wobei die beiden Enden jedes Spulenkernes (2) durch je einen Polεchuh (9) mit der horizontale Fläche des Trägerprofils (1) verbunden sind, und an den beiden senkrechte Flächen des Trägerprofils (1) zweimal zwei Dauermagneten (4, 5) angeordnet sind (Fig. 5, 6). 5. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem mehrere von Spu¬ len (3) umgebene Spulenkerne (2) durch ein Joch (7) mit¬ einander verbunden sind und die entgegengesetzten Enden der Spulenkerne (2) senkrecht an das horizontale Querprofil ei¬ nes Trägerprofils (1) angeordnet sind, an deren senkrechte Flächen zweimal zwei Dauermagneten (4,
5) angeordnet sind (Fig. 7, 8).
6. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem jeweils zwei von Spulen (3) umgebene Spulenkerne (2) durch ein Joch (7) mit¬ einander verbunden sind und die entgegengesetzten Enden der Spulenkerne (2) senkrecht an eine Profilwand des Trägerpro¬ fils (1) angeordnet sind, wobei die mit dem Joch (7) ver¬ bundenen Spulenpaare (3) auf der Profilwand schräg überlap¬ pend aufgesetzt sind, an deren senkrechte Flächen zweimal zwei Dauermagneten (4, 5) angeordnet sind (Fig. 10, 11).
7. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem mehrere von Spu¬ len (3) umgebene Spulenkerne (2) durch ein Joch (7) mit¬ einander verbunden sind und die entgegengesetzten Enden der Spulenkerne (2) senkrecht auf das als horizontal angeord¬ nete Tragschiene ausgebildete Trägerprofil (1) aufgesetzt sind, an deren andere horizontale Profilwand mindestens ein Dauermagnet (4) angeordnet ist (Fig. 12, 13).
8. Antriebssystem nach Anspruch 1, bei dem von Spulen (3) umgebene Spulenkerne (2) im wesentlichen parallel zu dem als horizontale Tragschiene ausgebildete Trägerprofil (1) angeordnet sind, wobei die beiden Enden jedes Spulenkernes (2) durch Polschuhe (9) senkrecht mit der horizontalen Tragschiene (1) verbunden sind, an deren andere horizontale Profilwand mindestens ein Dauermagnet (4) angeordnet ist (Fig. 14, 15).
9. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wonach die Spulen (3) mit einem Wechselstrom (Hochfrequenz) beschickt werden, sodaß die Messung und Auswertung aller Spulenströme im Sinne einer Sensorik eine Lokalisierung der Dauermagnete (4) mit der Last ermöglicht.
10. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zur Vermeidung des Dreh-/Kippverhaltens der Last bei Beginn der Bewegung die Polung des Gleichstroms, mit dem die Spulen (3) zu beschicken sind, so gewählt wird, daß die Spule (13) in Fahrtrichtung vor einem Dauermagneten (4) einen Zug nach schräg oben erzeugt (Vektor 17) und die Spule (14) in Fahrtrichtung hinter einem Dauermagneten (4) einen Schub (Vektor 20) nach schräg unten bewirkt (Fig.
16) .
11. AntriebsSystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spulen (3) mit einem geeignet gepolten und hin¬ reichend starken Gleichstromimpuls das darunter befindliche Dauermagnetfeld vorübergehend so stark abschwächen, daß die Schwebe- und Tragefunktion abreißt und die Last absinkt, um sie mit einem umgekehrt gepolten genügend εtarken Gleich¬ stromimpuls durch die daraus resultierende Verstärkung des Dauermagnetfeldes wieder in die vorherige Ebene zurückzuhe- ben, falls dies nicht aus dauermagnetischer Anziehungskraft heraus geschieht.
12. Antriebsεyεtem nach einem der vorhergehenden Anεprüche, wobei das Trägerprofil (1) Aussparungen (22) sowie Luft¬ spalte (23) an jenen Stellen aufweisen kann, die geeignet sind, die für den Antrieb erforderliche Kopplung von dauer- und elektromagnetischen Kraftfeldern im Trägerprofil so stark wie möglich zu konzentrieren.
13. Antriebssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Falle von mehr als einem Dauermagnetpaar (4, 5) je Tragekopf (6) die dem Trägerprofil (1) abgewandten Pol¬ flächen der Dauermagnete pro Tragekopfseite durch ein fer- romagnetisches Rückschlußeisen (10) miteinander verbunden sind.
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