DE102017003626B4

DE102017003626B4 - Carrying magnet in double-gap arrangement

Info

Publication number: DE102017003626B4
Application number: DE102017003626.8A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2019-09-05
Anticipated expiration: 2037-04-14
Also published as: DE102017003626A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von magnetischen Tragkräften an einer ferromagnetischen Schiene Sm mit einem das magnetische Feld B erzeugenden Vorrichtungsteil Tm der dabei gegenüber der Schiene Sm einseitig die Breite b₁ und den Abstand (Spalt) δ₁ aufweist in dem die Felddichte B₁ des Magnetfeldes zustande kommt, der angrenzende Magnetteil Mk als beweglicher Pol gegenüber dem Erregerteil des Magneten eine kleinere Breite b₂ hat, der Spalt δ₂ einen ähnlichen Sollwert δ₀ wie δ₁ aufweist, so dass bei Abstützung der Polteile durch eine Feder Fa gegenüber Spaltbewegungen ein stabiler Gleichgewichtszustand zwischen der Magnetkraft F₁ und der Belastung F_T des Magneten erzielt wird, dabei die Erregung des Magneten durch Permanentmagneten und/oder elektrisch erfolgt.

Device for generating magnetic bearing forces on a ferromagnetic rail Sm with a magnetic field B generating device part Tm the one side of the rail Sm on one side the width b ₁ and the distance (gap) δ ₁ in which the field density B _{1 of} the magnetic field is established , the adjacent magnetic part Mk as a movable pole relative to the exciter part of the magnet has a smaller width b ₂ , the gap δ _{2 has} a similar target value δ ₀ as δ ₁ , so that when supporting the pole pieces by a spring Fa against splitting movements a stable equilibrium state between the magnetic force F ₁ and the load F _{T of} the magnet is achieved, while the excitation of the magnet by permanent magnets and / or takes place electrically.

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Technik des magnetischen Schwebens hat mehrere physikalisch bedingte Wurzeln, wobei die auf magnetischer Anziehungskraft basierende Variante mit Hilfe von geregelten elektrischen Strömen stabilisiert werden muss. Zu ihren positiven Merkmalen gehört der Einsatz konventioneller Technologie und auch die Integrierbarkeit in die elektromagnetische Vortriebstechnik sowohl in Form der Kurz- wie auch der Langstatorausführung. Es liegt nahe, die reibungsfreie Schwebetechnik als geeignete Grundlage für den Hochgeschwindigkeitsverkehr heranzuziehen und dabei geringen Aufwand in den Fahreinheiten und der Fahrbahn anzustreben. Wie zu erwarten, spielt hierbei die mit der Fahrgeschwindigkeit steigende Anforderung an die Spaltregelung der Tragmagneten eine große Rolle. Deren technische Begrenztheit wiederum erhöht die Anforderungen an die Verlegegenauigkeit der Fahrbahn und ist damit in hohem Maße kostenwirksam. Da die technische Machbarkeit im Bereich der Magnettechnik und Elektronik an schwer überwindbare Grenzen stößt und starken wirtschaftlichen Einfluss hat, entstehen somit wichtige Fragestellungen für die Anwendungen im Verkehrsbereich. Auf der einen Seite steht die Anwendung von Magneten mit Zugkraft zwischen ferromagnetischen Polen und einer künstlich (durch sehr anspruchsvolle Regelung) erzeugten Kraftanpassung als Stabilitätsersatz. Auf der anderen Seite (als Konkurrenzmodell) geht es um die Anwendung von Magneten, die durch supraleitende Spulen erregt werden und eine eigenstabile abstoßende Wirkung erzeugen. Dem Wegfall der Regelung der Magnetströme steht bei Supraleitung als Nachteil die sehr anspruchsvolle Tiefkühltechnik gegenüber. Auch die geschwindigkeitsabhängige Tragkraft (die im Stillstand verschwindet) schafft Probleme und kompliziert die Anwendung.The technique of magnetic levitation has several physical roots, and the magnetic attraction based variant must be stabilized by means of controlled electrical currents. Among its positive features is the use of conventional technology and also the integrability in the electromagnetic propulsion technology in both the short and the long stator design. It makes sense to use the friction-free hover technology as a suitable basis for high-speed traffic and thereby strive for little effort in the driving units and the road. As expected, this plays with the driving speed increasing requirement for the gap control of the supporting magnet a large role. Their technical limit in turn increases the requirements for the installation accuracy of the road and is therefore highly cost-effective. Since the technical feasibility in the field of magnet technology and electronics encounters limits which are difficult to overcome and has a strong economic impact, important questions arise for applications in the traffic sector. On the one hand is the use of magnets with tensile force between ferromagnetic poles and an artificially created (by very demanding regulation) force adjustment as stability replacement. On the other hand (as a rival model) it is about the use of magnets, which are excited by superconducting coils and produce a self-stable repulsive effect. The elimination of the control of the magnetic currents is in superconductivity as a disadvantage compared to the very demanding freezing technology. Also, the speed-dependent load capacity (which disappears at a standstill) creates problems and complicates the application.

Die Suche nach Verbesserung im Bereich der anziehenden Tragkrafttechnik könnte bei Erfolg deren Anwendungsfeld erheblich erweitern Insbesondere sollten bei der Suche nach verbesserten Einsatzmöglichkeiten die zur Fahrzeugausrüstung stark beitragenden Magnetausführungen in Betracht gezogen werden. Natürlich spielt für deren Aufwandsminimierung auch der Einsatz von Permanentmagneten eine große Rolle. Ihre Anwendung bei sehr schnell zu regelnder Tragkraft ist bisher noch nicht gelungen. Eine für hohe dynamische Anforderungen zweckmäßige Ausführung ist nicht bekannt. Sie stößt besonders im Falle hoher Geschwindigkeiten, die aufgrund der Forderungen an die Fahrbahntechnik schwer erfüllbar sind, an Grenzen. Sogenannte „Geregelte Permanentmagneten“ erbringen nach gegenwärtigem Stand kaum Vorteile im Vergleich zu Magneten mit reiner Stromerregung.The search for improvement in the field of attractive load-bearing technology could, if successful, significantly expand its field of application. In particular, the magnet designs which greatly contribute to the vehicle equipment should be considered in the search for improved possibilities of use. Of course, the use of permanent magnets also plays a major role in minimizing their efforts. Their application with very fast to regulate load capacity has not yet been successful. A design suitable for high dynamic requirements is not known. It reaches its limits especially in the case of high speeds, which are difficult to fulfill due to the demands made on the roadway technology. So-called "Regulated Permanent Magnets" provide according to the current state hardly advantages compared to magnets with pure current excitation.

In der neueren Fachliteratur finden sich deshalb Verbesserungsansätze, die darauf bauen, anstelle der Stromregelung die Anwendung von stellbaren Magnetteilen zur Felbeeinflussung heranzuziehen. Dabei muss der Stelleingriff zur schnellen Spaltkorrektur (bei hohen Geschwindigkeiten) möglichst verzögerungsfrei erfolgen, so dass dabei hohe Anforderungen an die Bereitstellung der Stellkräfte aufkommen. Diese mechanische Einflussnahme hat zu berücksichtigen, dass nach bisherigem Stand von einer hoch instabilen Tragkraftkennlinie des Magneten auszugehen ist. Es sind folglich bedeutende Eingriffe in den Magnetkreis vorzunehmen, um das Stabilitätsproblem zu überwinden.In the recent specialist literature, therefore, find improvement approaches that rely on using the application of adjustable magnetic parts for influencing the field instead of the current control. In this case, the control intervention for rapid splitting correction (at high speeds) must take place as quickly as possible, so that high demands are made on the provision of the actuating forces. This mechanical influence has to take into account that according to the previous state of a highly unstable load capacity curve of the magnet is assumed. Consequently, significant interventions are required in the magnetic circuit in order to overcome the stability problem.

Auch in DE 33 38 028 A1 finden sich Maßnahmen, die davon ausgehen, dass zur Aufwandsminderung sowohl mechanische als auch elektrische Eingriffe über Steuerwicklungen (teilweise auch gleichzeitig ausgeführt) vorgenommen werden. Vorschläge zur Kennlinienstabilisierung liegen jedoch nicht vor.
In DE 31 04 125 A1 wird bei einer repulsiven Traganordnung von Permanentmagneten versucht, über eine verschiebliche Jochanordnung (mit doppeltem Spalt) eine Dämpfung gegenüber Tragkraftstößen zu erzielen. Eine nennenswerte Beeinflussung der stabilen Tragkraftkennlinie liegt hierbei nicht vor.
Um auch bei Permanentmagnet erregten Traganordnungen den Einsatz der elektrischen Zusatzerregung günstig zu beeinflussen, wurde in DE 35 23 345 A1 das bewegliche Polteil über eine Feder angekoppelt und mit einem zweiten Spalt eingebracht. Die Spalteinstellung erfolgt über die Steuerwicklung. Eine Beeinflussung der Stabilität der Tragkennlinie ist nicht gegeben, so dass der Steuerungsaufwand trotz kleiner bewegter Masse hoch und anspruchsvoll ist.Also in DE 33 38 028 A1 There are measures that assume that mechanical and electrical interventions are carried out via control windings (sometimes also simultaneously) to reduce the effort. Suggestions for the stabilization of the characteristic are not available.
In DE 31 04 125 A1 In a repulsive support arrangement of permanent magnets is trying to achieve a slidable yoke assembly (with a double gap) damping against Tragkraftstößen. A significant influence on the stable load capacity curve is not available here.
In order to favorably influence the use of the electrical additional excitation even in permanent magnet excited support arrangements, has been in DE 35 23 345 A1 the movable pole piece coupled via a spring and introduced with a second gap. The gap is set via the control winding. An influence on the stability of the supporting characteristic is not given, so that the control effort is high and demanding despite small moving mass.

Die erfindungsgemäß zu lösende Aufgabe zur Weiterentwicklung von Tragmagnetanordnungen, die durch Permanentmagneten und in Kombination mit elektrischer Magnetisierung erregt werden, zielt auf Verringerung der Masse bei geringeren Verlusten und eine günstigere Voraussetzung für den Einsatz bei Fahrbahnen mit verhältnismäßig großer Ungenauigkeit und damit verminderten Kosten. Mit Hilfe des Einsatzes von Permanentmagneten soll der Energiebedarf der Tragvorrichtung im Vergleich mit Magneten, die rein elektrisch erregt werden, reduziert werden. Als erfindungsbezogener technischer Ansatz dient eine Magnetkreisgestaltung mit doppeltem Magnetspalt in Verbindung mit beweglichen Polteilen und ihrer Federankopplung an das Erregerteil. Die Dimensionierung der an die Spalte grenzenden Abmessungen spielt hierbei eine wichtige Rolle. Diese Gestaltungsschritte führen zu einer Stabilisierungsmöglichkeit für die Tragkraftkennlinie ohne Regelung. Sie ist Ausgangspunkt für eine weitere Aufwandsreduktion und Energieeinsparung.The problem to be solved according to the invention for the further development of supporting magnet arrangements, which are excited by permanent magnets and in combination with electrical magnetization, aims at reducing the mass at lower losses and a more favorable condition for use on roads with relatively large inaccuracy and thus reduced costs. With the help of the use of permanent magnets, the energy requirement of the support device in comparison with magnets that are energized purely electrically, to be reduced. As a fiction related technical approach is a magnetic circuit design with double magnetic gap in conjunction with movable pole pieces and their spring coupling to the exciter part. The dimensioning of the dimensions adjacent to the column plays an important role in this case. These design steps lead to a stabilization option for the load capacity curve without control. It is the starting point for further effort reduction and energy saving.

In der folgenden Beschreibung werden durch einen ausführlichen Text und in den Text einbezogene Bildbeschreibungen die erfindungsgemäßen Merkmale ausführlich beschrieben und Patentansprüche begründet. In the following description, features of the invention will be described in detail and claims are justified by a detailed text and image descriptions included in the text.

Beschreibungdescription

Am Beispiel einer magnetischen Traganordnung, wie sie für Schienenfahrzeuge eingesetzt werden kann, können die angestrebten Merkmale erklärt werden, 1. Es soll die verbesserte Stellbarkeit für die Tragkraft durch Einführung einer möglichst stabilen Tragkennlinie mit gleichfalls günstigen Voraussetzungen für mechanische Einflussnahme gezeigt werden. Dabei ist in Betracht zu ziehen, dass die Anwendung der Tragvorrichtung Störungen des Schwebevorgangs einschließt, die einerseits vom Fahrzeug und dessen äußerer Beeinflussung, aber auch durch Fahrbahneffekte ausgelöst werden. Bei schneller Fahrt bedingen z.B. Ungenauigkeiten (fast) plötzlich auftretende Spaltänderungen von δ₁ . Um allen Störeffekten begegnen zu können, ohne dabei unvertretbar hohen elektronischen Aufwand betreiben zu müssen, erfolgt auch eine Anpassung des Magnetentwurfs für den Eingriff über mechanische Stellglieder. Die Anordnung besteht aus der Schiene Sm, die aus ferromagnetischem Material besteht, dem Tragmagnetteil Tm, der die beweglichen Pole Mk einschließt und dem Traggestell Tg, mit dem der Tragmagnet Tm über Mr verbunden ist. In 1 sind diese Hauptteile der Magnetanordnung schematisiert dargestellt.Using the example of a magnetic support arrangement, as it can be used for rail vehicles, the desired features can be explained, 1 , It should be shown the improved adjustability for the load capacity by introducing a stable support characteristic curve with equally favorable conditions for mechanical influence. It should be considered that the application of the support device includes disturbances of the floating process, which are triggered on the one hand by the vehicle and its external influence, but also by road effects. For example, inaccuracies cause (almost) suddenly occurring gap changes during fast driving δ ₁ , In order to be able to counteract all disturbing effects without having to operate unacceptably high electronic outlay, an adaptation of the magnet design for engagement via mechanical actuators also takes place. The arrangement consists of the rail Sm, which consists of ferromagnetic material, the supporting magnet part tm which includes the movable poles Mk and the support frame Tg with which the carrying magnet tm connected via Mr. In 1 these main parts of the magnet arrangement are shown schematically.

Auf der Grundlage des Sammlerkonzepts findet eine Begrenzung der Magnetdicke h_m zu Lasten der vergrößerten Magnetlänge ℓ (Sammelfaktor S = ℓ/b₁) bei Einsatz der Permanentmagneten Pm statt. Gegenüber der Schiene Sm, sind getrennt durch den Primärspalt δ₁ die beweglichen Pole Mk als Bestandteil des Tragmagneten Tm angeordnet und stehen ihrerseits über den Spalt δ₂ den Magnetflanken Mf des Magneterregerteils (von Tm) gegenüber. Die Breiten b₁ und b₂ der an die Luftspalte grenzenden Teile sind unterschiedlich gewählt. Das Verhältnis beider Größen bestimmt den Stabilitätseffekt. Dabei ist es möglich, graduelle Änderungen zwischen instabil und stabil anzustreben. Da die magnetische Kraft F₁ von Spalt δ₁ sich im Verhältnis zur Kraft F₂ von δ₂ wie b₂/b₁ verhält, wird (durch die im Spalt 2 größere Kraft F₂ ) das Polteil Mk nach unten gezogen. Zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts ist die Feder Fa somit als Druckfeder ausgeführt. Die am Tragmagnet Tm, der seinerseits mit dem Traggestell Tg verbunden ist, wirksam werdenden Gesamtkraft F_T entspricht im Gleichgewichtszustand der Summe der beiden Komponenten F₁ am Spalt δ₁ . Die anderen genannten Kraftkomponenten heben sich intern auf. Eine stabile Tragkennlinie F₁/F₁₀ setzt somit das Verhältnis b₁/b₂ > 1 voraus. Für die das Magnetfeld führenden ferromagnetischen Körper ist eine hohe magnetische Leitfähigkeit (hohe Permeabilität µ_e ) vorausgesetzt.Based on the collector concept, there is a limit to the magnet thickness h _m at the expense of the increased magnet length ℓ (collection factor S = ℓ / b ₁ ) when using the permanent magnets Pm instead of. Opposite the rail Sm, are separated by the primary gap δ ₁ the moving poles mk arranged as part of the supporting magnet Tm and in turn are above the gap δ ₂ the magnetic edges mf of Magneterregerteils (from tm ) across from. The latitudes b ₁ and b ₂ the adjacent to the air gaps parts are chosen differently. The ratio of both sizes determines the stability effect. It is possible to strive for gradual changes between unstable and stable. Because the magnetic force F ₁ from gap δ ₁ in relation to the force F ₂ from δ ₂ how b ₂ / b ₁ behaves (by the in the gap 2 greater power F ₂ ) the pole part mk pulled down. To maintain the balance is the spring fa thus executed as a compression spring. The on the supporting magnet Tm, in turn, with the support frame Tg connected, effective total power F _T corresponds to the sum of the two components in the equilibrium state F ₁ at the gap δ ₁ , The other mentioned force components cancel each other internally. A stable bearing characteristic F ₁ / F ₁₀ thus presupposes the ratio b ₁ / b ₂ > 1. For the magnetic field leading ferromagnetic body is a high magnetic conductivity (high permeability μ _e ) provided.

Mit den gezeichneten Wicklungsquerschnitten Ws der Spulen, die die Permanentmagneten Pm umschließen, wird dem Umstand Rechnung getragen, dass mit der Durchflutung Θ_e ein begrenztes Stromvolumen zur Herstellung oder Korrektur des Gleichgewichtszustands oder zur Verhinderung zu großer Störeinflüsse aufgeschaltet werden kann. Das Stellorgan Ste kann in Verbindung mit dem Spaltsensor S1 und der Spannungsquelle U_s als elektronische Ergänzung der Anordnung mit mechanischem Stelleingriff (über Stm und δ₂ ) verstanden werden. Sein möglicher Einsatz erhöht die Betriebssicherheit des Doppelspaltmagneten in beträchtlichem Umfang.With the drawn winding cross sections Ws of the coils which surround the permanent magnet Pm, the fact is taken into account that with the flooding _E a limited volume of current can be switched to produce or correct the state of equilibrium or to prevent excessive interference. The actuator Ste can be used in conjunction with the gap sensor S1 and the voltage source U _s as electronic supplement of the arrangement with mechanical control intervention (via Stm and δ ₂ ). Its possible use considerably increases the reliability of the double-gap magnet.

Es ist an 1 weiter zu erkennen, dass zusätzlich zur Federankopplung Fa eine Federnullpunktverstellung vorgesehen ist. Daraus ergibt sich die Möglichkeit einer vorübergehenden Minimierung von kleineren Störeinflüssen. Es ist weiter davon auszugehen, dass die Federkennlinie mit c_F zweckmäßig eine höhere Steifigkeit aufweist als die Tragkraftkennlinie mit c.It is on 1 further to recognize that in addition to the spring coupling Fa spring zero adjustment is provided. This results in the possibility of temporarily minimizing minor disturbances. It is further assumed that the spring characteristic with c _f expediently has a higher rigidity than the load capacity curve with c.

Als weiteres Merkmal zur erfindungsgemäßen Möglichkeit der Störungsminimierung ist eine Vertikalverschiebung der Magnetflanken Mf über das Stellorgan Stm vorgesehen. Hierdurch kann z.B. als Gegenmaßnahme zu einer Störspaltänderung k₁ in Spalt δ₁ (möglichst zeitgleich) in Spalt δ₂ zur Kompensation mit k₂ eine entsprechende Verschiebung von Mf vorgenommen werden. Die Aktivierung der Stellorgane Stm und die Feder-Nullpunktverschiebung lassen sich durch Einsatz des Spaltsensors S1 präzisieren.As a further feature of the inventive possibility of minimizing interference, a vertical displacement of the magnetic edges Mf is provided via the actuator Stm. As a result, for example, as a countermeasure to a Störspaltänderung k ₁ in gap δ ₁ (if possible at the same time) in gap δ ₂ for compensation with k ₂ a corresponding shift of Mf be made. The activation of the actuators Stm and the spring zero offset can be achieved by using the gap sensor S1 specified.

In 1a werden die Zusammenhänge in einem vereinfachten rechnerischen Ansatz erfasst und dargestellt. Die Kraftberechnung erfolgt über die Ermittlung der Felddichte B, die sich aus dem Zusammenhang mit den Durchflutungen Θ_m , und Θ_e berechnen lässt. Hierbei werden für die beiden Spalten δ₁ und δ₂ die Abweichungen von ihrem Nennwert δ₀ als Störgrößen bzw. als Bewegungsgröße x eingeführt. Es lassen sich so Gleichungen für die magnetische Tragkraft F₁ in Relation zur ungestörten Gleichgewichtskraft F₁₀ herleiten und auch z.B. eine Gleichung für den Stabilitätsfaktor c der magnetischen Kraft F₁ angeben. Auch die Federkennlinie wird durch die Federkraft F_F gleichungsmäßig erfasst.
Die im Diagramm in 2 dargestellten Kennlinien betreffen mit F₁ die magnetische Tragkraft in den beiden Versionen 1 und 2 sowie die durch die Gewichtsbelastung F_T bedingte Tragkraftforderung, die über der Spaltvariation x bzw. δ₁/δ₀ aufgetragen ist. Der Gleichgewichtspunkt x = 0 entspricht δ₁ = δ₂ = δ₀ mit der Magnetfelddichte B₁₀ . Er ist in Diagrammmitte dargestellt. Da sich so z.B. für größer werdende Spaltlängen δ₁ (x > 0) der magnetische Widerstand für das von den Permanentmagneten Pm erregte Feld B verringert, vergrößert sich dabei die Felddichte in beiden Spalten. Dies hat eine Tragkraftzunahme, (die proportional B² entsteht), zur Folge. Mit Hilfe des positiven Stabilitätsfaktors c wird dieser Sachverhalt in der Gleichung für F₁ ausgedrückt. Es wird somit ohne zusätzlichen Stromeinsatz, also für 9 = 0 ein c-Wert von 0,17 bei Kennlinie 1 erreicht. Mit dieser ansteigenden Kennlinie verbindet sich die Aussage, dass bei Störung des Gleichgewichts (z.B. durch vorübergehende Zunahme der Tragkraftforderung F_T ) die Störung begrenzt bleibt und ein rücktreibender Effekt vorhanden ist. Nach einer vorübergehenden Gleichgewichtsstörung sorgt eine magnetische Rückstellkraft (als Differenzkraft gegenüber F_T ) für den Wiedereinlauf in den Gleichgewichtszustand. Im Beispiel von 2 ist diese Funktion im Auslenkungsbereich x ^> _< 1 noch innerhalb von Kraftstörungen bis hin zu etwa 0,3 F₁/F₁₀ zu erwarten.
Sind noch größere Störungen zu bedenken, kann mit Hilfe der vorhandenen Elektronik das Stabilitätspotential, z.B. entsprechend Kennlinie 2 mit 9 = ⁺ _- 0,1, also durch Θ_e verstärkt werden. Diesen Stromanteilen entsprechen nun die in den Wicklungsquerschnitten Ws fließenden Ströme (mit unterschiedlichen Vorzeichen in den beiden Diagrammhälften). Die notwendige Stromaufschaltung unterliegt dabei einfacheren Bedingungen als im Falle einer hoch instabilen Tragkraft-Kennlinie.In 1a The relationships are captured and presented in a simplified mathematical approach. The force calculation takes place via the determination of the field density B, which results from the connection with the floodings Θ _m , and _E can be calculated. This will be for the two columns δ ₁ and δ ₂ the deviations from their nominal value δ ₀ as disturbance variables or as a movement variable x introduced. It can be equations for the magnetic load capacity F ₁ in relation to undisturbed equilibrium power F ₁₀ and, for example, an equation for the stability factor c the magnetic force F ₁ specify. The spring characteristic is also due to the spring force F _F Equally recorded.
The in the diagram in 2 shown characteristics relate with F ₁ the magnetic load capacity in the two versions 1 and 2 as well as by the weight load F _T conditional load requirement, which is plotted over the gap variation x or δ ₁ / δ ₀ . The equilibrium point x = 0 corresponds to δ ₁ = δ ₂ = δ ₀ with the magnetic field density B ₁₀ , It is shown in diagram center. As for example, for larger Expected gap lengths δ ₁ (x> 0) reduces the magnetic resistance for the excited field of the permanent magnet Pm field B, thereby increasing the field density in both columns. This has a bearing force increase, (which is proportional B ² arises). With the help of the positive stability factor c, this fact becomes in the equation for F ₁ expressed. Thus, without an additional current input, ie for 9 = 0, a c value of 0.17 is obtained for the characteristic curve 1 reached. This rising characteristic combines the statement that in the event of a disturbance of the equilibrium (eg due to a temporary increase in the load capacity requirement F _T ) the disturbance remains limited and a restorative effect is present. After a temporary equilibrium disturbance, a magnetic restoring force (as differential force against F _T ) for the re-entry into the equilibrium state. In the example of 2 this function is to be expected in the deflection range x ^> _< 1 within force disturbances up to about 0.3 F ₁ / F ₁₀ .
If even larger disturbances are to be considered, the stability potential can be determined with the help of the available electronics, eg according to the characteristic curve 2 with 9 = ⁺ _- 0.1, ie amplified by Θ _e . These current components now correspond to the currents flowing in the winding cross sections Ws (with different signs in the two diagram halves). The necessary current injection is subject to simpler conditions than in the case of a highly unstable load capacity curve.

Mit Diagramm 3 wird auf die dynamische Rückstellfähigkeit der Magnetpole Mk hingewiesen. Es ist neben den für Mk relevanten Magnetkraftkennlinien, die der Kraftdifferenz F_Δ = F₁-F₂ entsprechen, auch die Federkennlinie F_F ~ 1+c_Fx dargestellt. Für die Federkennlinie ist die Federkennzahl C_F=2 gewählt, die damit deutlich größer als c = 0,17 (der Stabilitätsparameter der magnetischen Kraft F_Δ ) ist. Die Kraftunterschiede kennzeichnen die Rückstellfähigkeit für die bewegten Magnetpole Mk im Falle von Auslenkungen x aus der Gleichgewichtslage. Hierzu ist noch zu erwähnen, dass die wirksame Kraftdifferenz sich auf eine sehr kleine wirksame Masse (im Wesentlichen die der Pole Mk) bezieht. In der Darstellung der Tragkraftkennlinien F_Δ sind drei verschiedene Fälle gekennzeichnet durch Störgrößen bzw. k_s=k'_s/ d₀ beschrieben. k_s erscheint in der Kraftgleichung (im „Störfaktor“) als - 2k_s, was hier eine Fahrbahnungenauigkeit z.B. durch k₁ = 0,2 erfasst. Gegenüber den bislang benannten Störfällen durch Kraftschwankungen kann nun ein Störfall durch Spaltänderung im Tragspalt δ₁ beschrieben werden. Diese Spaltänderung (im Spalt δ₁) geht über den Nennwert δ₀ hinaus und zeigt sich vereinfacht gesagt als plötzlich auftretende Störung, die möglichst durch mechanischen Eingriff kompensiert werden soll. Gegenüber dem Ausgangszustand k'_s = 0 fällt die Tragkraftkennlinie F_Δ nun für k'_s = 0,2 ab. Auch für die gesamte Tragkraft F₁ ist ein entsprechender Rückgang zu verzeichnen. Ohne zusätzlichen Eingriff würde der Tragmagnet seine Aufgabe nicht erfüllen, obgleich nach 3 dank der stabilen Kennlinie sich bei der Spaltverschiebung x₀ = -0,08 ein neuer Gleichgewichtszustand ergibt. Zur Kompensation des Störeffekts empfiehlt sich vorübergehend der Eingriff gemäß k'_s = - 0,2. Dies bedeutet in Verbindung mit 1, dass die ferromagnetischen Magnetflanken Mf entsprechend eine vertikale Verschiebung k₂ erfahren. Damit kann die Tragkraftstabilität ohne Stromaufschaltung, also für ϑ = 0 erreicht werden. Die notwendige Verschiebung k₂ von Mf ist kleiner (k₂ = b₂/b₁ • k₁) als die Störung k₁ von δ₁ . Die Heranziehung des Spaltsensors S1 zur Steuerung des mechanischen Stellers Stm erscheint zweckmäßig.With diagram 3 is pointed to the dynamic resilience of the magnetic poles Mk. In addition to the magnetic force characteristics that are relevant for Mk, which correspond to the force difference F _Δ = F ₁ -F ₂ , the spring characteristic F _F -1 + c _F x is also shown. For the spring characteristic, the spring characteristic C _{F =} 2 is chosen, which is thus significantly greater than c = 0.17 (the stability parameter of the magnetic force F _Δ ). The force differences characterize the resilience of the moving magnetic poles Mk in the case of deflections x from the equilibrium position. It should also be mentioned that the effective force difference refers to a very small effective mass (essentially that of the pole Mk). In the representation of the load capacity curves F _Δ are three different cases characterized by disturbances or k _{s =} k ' _{s /} d ₀ described. k _s appears in the force equation (in the "disturbance factor") as - 2k _s , which here detects a road inaccuracy, for example by k ₁ = 0.2. Compared to the previously identified incidents by force fluctuations can now be a major accident due to gap change in the support gap δ ₁ to be discribed. This gap change (in the gap δ ₁ ) goes beyond the nominal value δ ₀ In addition, in simple terms, it appears as a sudden disturbance, which should be compensated as far as possible by mechanical intervention. Compared to the initial state k ' _s = 0 falls the load capacity curve F _Δ now for k ' _s = 0.2. Also for the entire load capacity F ₁ there is a corresponding decline. Without additional intervention, the support magnet would not fulfill its task, although after 3 thanks to the stable characteristic, a new equilibrium state results for the gap displacement x ₀ = -0.08. In order to compensate for the disturbing effect, the intervention is recommended temporarily according to k ' _s = - 0.2. This means in conjunction with 1 in that the ferromagnetic magnetic edges Mf correspond to a vertical displacement k ₂ experience. Thus, the load capacity can be achieved without current injection, ie for θ = 0. The necessary shift k ₂ of Mf is smaller (k ₂ = b ₂ / b ₁ • k ₁ ) than the perturbation k ₁ from δ ₁ , The use of the gap sensor S1 to control the mechanical actuator Stm appears appropriate.

Es soll betont werden, dass die praktisch verzögerungsfrei ermöglichte Vorstabilisierung durch die Verstellung der Teilpole Mk um den Betrag x₀ die Möglichkeit ergibt, die Verstellung der Polflanken Mf zur Störungskompensation auch mit Hilfe nicht vollkommen verzögerungsfrei agierender Stellorgane Stm (die z.B. hydraulisch betätigt werden) vorzunehmen.
Auch bei Heranziehung von 3 ist zu erkennen, dass der Einsatz von nicht elektrischen Stellmitteln zur Betätigung mechanischer Eingriffe eine zweckmäßige Maßnahme ist, um Fahrbahnstörungen des Primärspaltes δ₁ zu begegnen und dabei großen Aufwand zu vermeiden.
Es liegt nahe, die Doppelspaltversion der Magnetausführung auch für modifizierte Magnetformen gegenüber 1 in Betracht zu ziehen und dabei auch etwas modifizierte Merkmale zu erarbeiten. Auch im Falle der rein elektrischen Magneterregung sind durch den Doppelspalteffekt Vorteile zu erkennen. 4 zeigt eine Magnetanordnung ohne Permanenterregung. Erkennbar ist wieder in drei Hauptteilen mit Sm die Schiene, mit Tm die Tragmagnetanordnung nun elektrisch erregt und mit Tg das Traggestell, das die Magnetanordnung z.B. mit einem Fahrzeug verbinden würde. Das Magnetteil Tm ist ähnlich wie in 1 gegliedert und weist nun vergrößerte Wicklungsquerschnitte Ws der Spule auf, die das feldführende Teil Mc umschließt. Die beweglichen Polteile Mk sind in ihrer feldführenden Breite wieder im Verhältnis b₁/b₂ > 1 ausgeführt und über die Druckfeder Fa mit dem Bauteil Mc verbunden. Diese Ankopplung ermöglicht auch hier eine Stabilität für die Tragkraftkennlinie, die sich in dem entsprechenden Faktor c ausdrücken lässt. In 4a ist wiederum rechnerisch vereinfacht der Zusammenhang zwischen Felddichte B und Tragkraft F₁ gegenüber mechanischen Störungen und der Bewegungsgröße x dargestellt. Über die normale Stromversorgung hinaus kann für besondere Einsatzfälle mit Hilfe des elektrischen Stellglieds Ste aus dem Bordnetz U_s und entsprechender Stromvariation die Durchflutung Θ_e der Wicklung Ws modifiziert werden. Es besteht auch hier die Möglichkeit durch die mechanische Spaltbeeinflussung, also über Stm die Polflanken Mf und damit den Spalt δ₂ zu verstellen. Der Einfluss der Störgröße k₁ = δ_s1/δ₀ am Spalt δ₁ kann damit ausgeglichen werden. Durch den Wegfall der Permanentmagneten vereinfacht sich die rechnerische Beschreibung und der Stromeingriff wirkt nun unmittelbar. Für die Anwendung ist allerdings der Einsatz einer größeren Energiequelle für U_s erforderlich. Die Vorteile der Doppelspalttechnik mit elektrischer Erregung beim Schwebevorgang sind neben der stabilen Kraftkennlinie wieder in der verzögerungsfreien Stabilisierungsvorstufe (der beweglichen Teilpole Mk) erkennbar, wovon sich auch die reduzierte Zusatzerregung ϑ_z ableiten lässt. Wie im Falle des Tragmagneten mit Erregung durch Permanentmagneten ist auch bei rein elektrischer Erregung ein großer Vorzug in der schnellen Reaktion auf Störeffekte erkennbar. Er führt dazu, dass für die Auslegung der Nennspalt δ₀ deutlich kleiner als für Einspaltmagnete gewählt werden kann, was wiederum für den Aufwand von großer Bedeutung ist.It should be emphasized that the virtually delay-free pre-stabilization made possible by the adjustment of the subpole Mk by the amount x ₀ the possibility results, the adjustment of the pole flanks Mf for disturbance compensation even with the help of not completely delay-free acting actuators Stm (eg hydraulically operated) make.
Also with attraction of 3 It can be seen that the use of non-electric actuating means for the operation of mechanical interventions is an expedient measure in order to avoid roadway disturbances of the primary gap δ ₁ to counter and thereby avoid great effort.
It is obvious that the double-slit version of the magnet design also faces modified magnet forms 1 to consider and also to develop some modified features. Even in the case of purely electrical magnet excitation advantages are to be recognized by the double-slit effect. 4 shows a magnet assembly without permanent excitation. Recognizable is again in three main parts with Sm the rail, with Tm the support magnet assembly now electrically excited and with Tg the support frame, which would connect the magnet assembly, for example, with a vehicle. The magnetic part Tm is similar to that in FIG 1 articulated and now has enlarged winding cross-sections Ws the coil on which the field-leading part Mc encloses. The movable pole pieces Mk are in their field-leading width again in the ratio b ₁ / b ₂ > 1 executed and the compression spring fa with the component Mc connected. This coupling also allows a stability for the load capacity curve, resulting in the corresponding factor c can express. In 4a In turn, the relation between field density is mathematically simplified B and carrying capacity F ₁ shown against mechanical disturbances and the amount of movement x. In addition to the normal power supply, for special applications with the help of the electric actuator Ste from the electrical system U _s and corresponding current variation the flooding _E the winding Ws be modified. There is also the possibility here by the mechanical gap influencing, thus over Stm the Polflanken Mf and thus the gap δ ₂ to adjust. The influence of the disturbance k ₁ = δ _s1 / δ ₀ at the gap δ ₁ can be compensated. The elimination of the permanent magnet simplifies the computational description and the current intervention now has an immediate effect. For the application, however, the use of a larger source of energy for U _s required. The advantages of the double-slit technique with electrical excitation during the hovering process are, in addition to the stable force characteristic, again in the delay-free stabilization precursor (the movable subpole) mk ), from which also the reduced additional excitation θ _z can be derived. As in the case of the support magnet with excitation by permanent magnets, a great advantage in the rapid response to disturbing effects is recognizable even with purely electrical excitement. It leads to the design of the nominal gap δ ₀ significantly smaller than can be chosen for single-gap magnets, which in turn is of great importance for the effort.

Als Beispiel für eine Magnetanwendung in der Verkehrstechnik ist in 5 die Tragmagnetanordnung Tm, Tg zur Kombination mit einem in der Fahrbahn integrierten Langstator Sm (der auch die Schiene darstellt) modifiziert wiedergegeben. Magnetkreisteile und Statorteile sind in Fahrtrichtung polteilungsgerecht gegliedert. Im Rhythmus der Polteilung ändert sich die seitliche Nutzung des Magnetfeldes sowie die Richtung mit der die Spule Sp mit dem Magnetfeld wechselwirkt. Die Spulendurchflutung Θ_a ist in der Frequenz der Fahrgeschwindigkeit v angepasst. Der gezeichnete einsträngige Stator ist als Bestandteil einer mehrsträngigen Anordnung mit versetzten Spulenbereichen anzusehen. Die Wicklung wird aus einem mehrsträngigen Stromnetz U_a gespeist. Im Vergleich zu 1 ist nun die Magnetanordnung in der Zeichenebene verdoppelt und mit je 4 Permanentmagneten Pm ausgestattet. In Fahrtrichtung sieht die Gliederung in jeder zweiten Polteilung (nur) eine Magnetanordnung (der Länge einer Polteilung) vor. Das Mittelteil Mf ersetzt zwei halbseitige Magnetflanken Mf nach Anordnung 1.
Die für die Tragkraft wichtige Stabilisierungsmöglichkeit ergibt sich wiederum aus der Trapezform der Bauteile Mk mit Doppelspalt.
In 5a sind die Zusammenhänge zwischen Felddichte und Spaltänderungsgrößen dargestellt. In rechnerisch vereinfachter Form wird auch der Einfluss auf Trag- und Vortriebskraft angedeutet.
Es kann davon ausgegangen werden, dass die beiden Kraftkomponenten (über die gesamte Zuglänge betrachtet) nur in sehr geringem Umfang miteinander gekoppelt sind. Sie sind natürlich auch über unterschiedliche Eingriffsgrößen stellbar, wobei die Vortriebskraft (über Θ_a ) sich auch direkt variieren lässt, während die Tragkraft konstant gehalten wird.
Die Integrationsmöglichkeit für die Doppelspalt-Magnetanordnung für Tragzwecke ist auch im Falle einer konventionellen Wicklungsanordnung beim Stator möglich. Sie kann auch für die Anwendung bei einer Kreisformbewegung etwa wie bei einer reibungsfreien Radstützung (mit Antrieb) eingesetzt werden. Die Tragkraftstabilisierung ermöglicht hier eine berührungsfreie Zentrierung des Rades.An example of a magnet application in traffic engineering is in 5 the supporting magnet arrangement tm . Tg for combination with a built-in roadway long stator Sm (which also represents the rail) modified reproduced. Magnetic circuit parts and stator parts are articulated in the direction of travel. In the rhythm of the pole pitch changes the lateral use of the magnetic field and the direction with which the coil sp interacts with the magnetic field. The coil flooding _A is in the frequency of the driving speed v customized. The drawn single-stranded stator is to be regarded as part of a multi-stranded arrangement with staggered coil areas. The winding is made of a multi-strand power grid U _a fed. Compared to 1 Now the magnet arrangement in the drawing plane is doubled and with each 4 permanent magnets pm fitted. In the direction of travel, the outline in each second pole pitch (only) before a magnet assembly (the length of a pole pitch) before. The middle part Mf replaces two half-side magnetic edges mf after arrangement 1 ,
The important for the load capacity stabilization option in turn results from the trapezoidal shape of the components Mk with double gap.
In 5a the relationships between field density and gap change quantities are shown. In mathematically simplified form, the influence on carrying and driving force is also indicated.
It can be assumed that the two force components (viewed over the entire length of the train) are coupled to one another only to a very limited extent. They are of course adjustable over different intervention sizes, the propulsive force (about _A ) can also be varied directly, while the carrying capacity is kept constant.
The possibility of integration for the double-gap magnet arrangement for carrying purposes is also possible in the case of a conventional winding arrangement in the stator. It can also be used for circular motion application, such as a frictionless wheel support (with drive). The load-bearing stabilization allows a non-contact centering of the wheel here.

Claims

Magnetic support device for generating an inherently stable load capacity Claim 1 , characterized in that the coupling of the movable Polansätze Mk is designed as a compression spring via a mechanical spring, the width of the pole pieces Mk on their ratio b ₁ / b ₂ > 1 determines the degree of stability c (increase in the force characteristic F ₁ ), the spring stiffness c _{F is} greater than the degree of stability of the load capacity curve c and for the spring, the displaceability of the spring zero x ₀ can be provided.

Magnetic support device for generating an inherently stable load capacity according to the above claims, characterized in that to compensate for disturbances to gap 1 as a result of road influences k ₁ compensation by the gap engagement k ₂ to gap 2 is made by the fact that the pole forming magnetic edges Mf over Adjusting elements Stm and a gap sensor S1 perform a corresponding gap countermovement to k ₁ .

Magnetic support device for generating an inherently stable load capacity according to the above claims, characterized in that for field excitation permanent magnets are used in collector assembly and their collection factor S, the ratio of magnetic length ℓ to pole width b _{1 is} significantly greater than 1.

Magnetic support device for generating an inherently stable load capacity Claim 4 , characterized in that in addition to the permanent magnets, a coil winding for Switching controllable additional currents in the coil cross sections Ws is used.

Magnetic support device for generating an inherently stable load capacity according to the above claims, characterized in that the double-gap design of the magnet is used in the case of a purely electrical excitation to stabilize the force characteristic including the implementation of mechanical compensation measures.

Magnetic support device for generating an intrinsically stable load capacity according to the above claims, characterized in that the support assembly Tm is performed in articulated form (with pole pitch τ) for changing field direction as part of a longitudinal and carrying capacity generating electromagnetic transducer (linear motor or linear generator).

Magnetic support device for generating an inherently stable carrying capacity according to the above claims, characterized in that when applied to rotating movements, such as the drive of wheels, with the aid of the support gap stabilization described a non-contact Radzentrierung is enabled.