DE102012009134A1 - Magnetkreis mit bewegtem Teilmagnet zur Kraftbeeinflussung - Google Patents

Abstract

Zur Normalkraftbeeinflussung wird bei einem magnetischen Kreis in dem durch Permanentmagneten in Sammleranordnung erregten Teil eine verschiebbare Untereinheit kleiner Masse eingerichtet, über deren Stellung starker Einfluss auf den Luftspaltfluss genommen werden kann. Kleine Masse und geringer Verschiebeweg ermöglichen kleine Stellleistung.

Description

• Stand der Technik
• In der Verkehrstechnik werden Magneten als Tragelemente gegenüber Stahlschienen herangezogen, deren instabiles Verhalten durch geregelten Strom stabilisiert wird. Für große Windkraft-Generatoren wird versucht, die unterteilten Erregermagnete entlang des Stators magnetisch zu führen, um so einen kleinen Nennspalt realisieren zu können. Wichtig ist in beiden Fällen, dass die Spaltkontrolle mit begrenzter Stellleistung (Elektronikaufwand) durchgeführt werden kann. Nicht nur der Energiebedarf zur Stabilisierung der Schwebekräfte und des Führvorgangs für die bewegten Generatorteile, sondern auch der Umfang und Aufwand für die technischen Maßnahmen nehmen mit wachsender Stellleistung zu. Es leuchtet ein, dass sich z. B. bei Fahrzeugen mit zunehmender Stellleistung auch Auswirkungen auf den mobilen Ausrüstungsumfang ergeben, der die Fahrzeugeffizienz besonders schwächt. Für Windkraftgeneratoren tritt ein solcher Mehraufwand vornehmlich im rotierenden Teil, auf und fordert somit besondere konstruktive Lösungen.
• Umgekehrt kann auch argumentiert werden, dass die Spalt-Regelungseffizienz für Fahrzeug- und Generatoranwendung gleichermaßen eine wichtige Voraussetzung dafür ist, dass bei vorliegenden Störeigenschaften und kleinem Spalt eine verhältnismäßig niedrige Masse je Leistungseinheit erzielt werden kann. Wenn es nicht gelingt, bei einem bestimmten Nennspalt ein bestimmtes Maß an Störamplituden im geometrischen Verlauf des Stators zu tolerieren, ergeben sich bauliche Konsequenzen, deren Verwirklichung in aller Regel zu einer erheblichen Verteuerung führt. Dies gilt auch für die Anwendung eines vergrößerten Nennluftspaltes. Im Hinblick auf die notwendige Stellleistung hat die zu stabilisierende Masse des bewegten Tils eine besondere Bedeutung. Große Masseanteile erschweren den Stabilisierungsvorgang und erweisen sich zur Begrenzung der Stellleistung als höchst unerwünscht.
• Für den genannten Anwendungsbereich einer Spaltführung spielt offenbar die Stellbarkeit des Magnetfeldes, das für die Erzeugung der Kräfte verantwortlich ist, eine wichtige Rolle. Es ist naheliegend, beim Grundmodell davon auszugehen, dass ein Magnetkreis aus C-förmigen Schienen und stromerregtem Tragteil besteht und die Spulenströme die Regelgröße für den Tragvorgang bilden. Die über 2-Q-Steller geregelten Ströme werden z. B. aus einer großen Batterie entnommen. Hohe Fahrgeschwindigkeiten erfordern zunehmend schnellere Eingriffe und führen zu größeren Aussteueramplituden und somit größerer Stellleistung.
• Der Betrag der mittleren Stellleistung für Nennspalt und ungestörte Fahrt der möglichst klein sein soll, bedeutet also eine kleine Spaltlänge. Die Stellleistungsspitze steigt hingegen mit den Amplituden und der Frequenz des Störspektrums. Zu berücksichtigen ist weiterhin, dass auch die Eigenschaften des Tragmagneten sich im Ergebnis der Leistungsgröße stark wiederspiegeln. Beim rein elektrisch erregten Magnet kommen eine verhältnismäßig große Eigenmasse und eine große elektrische Zeitkonstante T = L/R als Verzögerungselemente in Betracht. Ihnen muss durch Einsatz einer gegenüber dem Nennwert erhöhten Spannung und damit auch durch proportional erhöhte Stellleistung begegnet werden.
• Vorliegende Erfahrungen mit Magnetkreisen, deren Erregung durch Permanentmagneten geleistet wird, machen klar, dass sich deren Einsatz auch für die Anwendung zur Leistungsminimierung grundsätzlich empfiehlt. Sie übernehmen auch hierbei die leistungslose Erzeugung des Ruheanteils des magnetischen Feldes und überlassen. dem Spulenstrom die Bereitstellung des zur Störungsausregelung notwendigen Stromanteils. Sowohl die Eigenmasse des Magnetteils als auch die elektrische Zeitkonstante erfahren hierdurch eine Reduktion, sodass beide Stromanteile und damit die Stellleistung stark zurückgehen. Um die zugeführte Leistung optimal einzusetzen, wird sie mit beiden Stromrichtungen im 4 Q-Modus, und damit in einer Doppelbrücke, bestückt mit Schaltelementen der Leistungselektronik der Magnetspule zugeführt. Die moderne Leistungselektronik verwendet insbesondere gate-gesteuerte IGBTs, die sich hinsichtlich der erzielbaren Schaltsicherheit sehr vorteilhaft verhalten und kurze Schaltzeiten mit geringen Schaltverlusten ermöglichen.
• Der hier besonders auf die Anwendung in der Verkehrstechnik bezogene Entwicklungsstand kennzeichnet im Großen und Ganzen auch die Verhältnisse in andern Einsatzfeldern, etwa auch für den erwähnten Generator großen Durchmessers. Zwar zeigt sich dort, dass für die kleinere Umfangsgeschwindigkeit die hauptsächlichen Störamplituden bei deutlich kleineren Frequenzen liegen; es ist allerdings auch klar, dass bei zunehmendem Durchmesser der Forderung nach kleiner Leistung nur mit kleinem Nennluftspalt (bei gegebenen Bauungenauigkeiten, Abweichungen von der Kreisbahn) und durch Anwendung der Spaltführung entsprochen werden kann. Die Aufgabe der Spaltstabilisierung bei möglichst begrenzter Steilleistung ist in beiden Fällen von großer Bedeutung. Aus energetischer Sicht ist die Anwendung von Tragmagneten mit Grunderregung durch Permanentmagneten ein deutlicher Fortschritt.
• Während im Falle des reinen Elektromagneten die gesamte Aussteuerleistung aus dem Netz (der Batterie) entnommen wird, verringert sich dieser Anteil beim hybriden Magneten. Hier wird nur der für die Stabilisierungsmaßnahme notwendige Stromanteil aus dem Netz bezogen, sodass bei Einhaltung des Sollspalts mit der Größe des erforderlichen Stroms auch die Leistung sinkt. Es kann auch durch den Hinweis anschaulich gemacht werden, dass im Falle einer Spaltstörung beim Elektromagnet die gesamte Rückstellarbeit (als Produkt aus Kraft- und Spaltänderung) über den Strom aus dem Netz (und damit die Energie als Spannung × Strom × Zeit) zu decken ist. Beim hybriden Magneten hingegen wird ein Teil der Rückstellkraft aus der Energie der Permanentmagneten und nur ein kleiner Anteil durch den elektrischen Strom erzeugt. Die Rückstellenergie wird teilweise aus dem Energiegehalt der P-Magneten zur Verfügung gestellt. Ein weiterer Vorteil für die kombinierte Erregung in Magneten besteht auch darin, dass sie mit einer Spulenwicklung ausgestattet werden, die nur eine kleinere Stromsumme zu tragen hat. Die Strom-Dauerbelastung zur Aufbringung der mittleren Tragkraft entfällt. Allerdings trägt auch diese Spule mit ihrer Masse zur Erhöhung der bewegten Magnetmasse bei. Da die Rückstellung des Magneten nach einer Spaltstörung sehr schnell zu erfolgen hat, sind Maßnahmen zur Verkleinerung der Masse des Magnet-Tragteils erforderlich. Dieser Forderung ist auch der Wunsch beigeordnet, die notwendige Durchflutung zur Aussteuerung der Spule möglichst stark zu reduzieren oder im Optimalfall darauf verzichten zu können. Als Ersatz für die Stellgröße elektrischer Strom der Spule muss ein möglichst massearmes Magnetteil zur Veränderung des magnetischen Widerstands herangezogen werden. Verschiedene Positionen des bewegten Magnetteils entsprechen für die durch Permanentmagneten erregte Anordnung unterschiedlichen Felddichten im Luftspalt. Die erzeugte Feldwirkung ergibt sich unmittelbar und verzögerungsfrei aus der Stellung des beweglichen Magnetteils im Vergleich zum stationären Magnet. Die Minimierung der Stellleistung folgt aus der stark begrenzten Auslenkung des bewegten Teils.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe besteht somit darin, eine permanentmagneterregte Anordnung zur Erzeugung von Feldkräften anzugeben, mit deren Hilfe magnetische Trag- und Führfunktionen erzielbar sind, und ihre Eignung durch ein verschiebbares Teil ausweisen, wobei bereits bei kleinen Verschiebelängen, etwa in der Größe des Luftspaltes, ein sehr starker Einfluss auf die Feldkräfte erzielt wird. Dies ermöglicht bei kleiner Verschiebeteilmasse, die z. B. nur ein Drittel der Tragteil-Magnetmasse beträgt, die Anwendung einer kleinen Stellleistung. Die Leistungszufuhr soll ausschließlich durch den mit dem beweglichen Magnetteil verbundenen Aktuator (kleiner Stellleistung) erfolgen. Um das Ziel der weitgehend minimierten Magnetmasse zu erreichen, soll der Magnetkreis auf der Grundlage der sogenannten Sammleranordnung der Permanentmagneten, z. B. in V-Form erfolgen. Hierdurch lassen sich im Tragspalt besonders hohe Felddichten mit begrenztem Materialaufwand für die Permanentmagneten und das magnetisch leitfähige Material erzielen. Es liegt nahe, dass die angestrebte Magnetkreisaufteilung zur Einrichtung eines Verschiebeteils so erfolgen soll, dass die Verschiebeamplitude weitgehend unabhängig von den Abmessungen der Magnetpole ist. Das Verfahren soll ein seiner Wirksamkeit durch die zu wählende Polabmessung nicht beschränkt werden.
• In bislang bekannten Patentanmeldungen sind bereits einige Entwicklungsstufen auf dem Weg zu geregelten Tragmagneten oder spaltgeregelten Synchronmaschinen mit verminderter Stellleistung angegeben worden. So ist z. B. in DE 10 2009 025 337.8 in der Anwendung auf Synchronmaschinen beschrieben, wie durch Heranziehung einer innerhalb des Tragteils des Magneten wirksamen Sättigungsstrecke mit einer besonderen Spulenanordnung Einfluss auf den intern wirksamen magnetischen Widerstand und damit die Steuerbarkeit bei verkleinerter Stellleistung genommen wird. Dies bedeutet im konkreten Fall auch eine Verkleinerung des Spulenquerschnitts und der Spulenmasse im Vergleich zur Normalausstattung des Erregerteils einer kombiniert erregten Synchronmaschine. Immerhin handelt es sich dabei aber um den zusätzlichen Einbau einer Spulenanordnung in das Erregerteil, deren Eisenumschließung zu einer verhältnismäßig hohen Induktivität (hohe Zeitkonstante) führt, sodass für den Steuerkreis die Energiebereitstellung mit hohem Blindleistungsanteil versehen ist.
• In der Anmeldung DE 10 2009 018 064.8 werden z. B. rotierend angeordnete Magneten innerhalb des Magnetkreises zur Feldbeeinflussung oder auch zur Erzeugung von Wechselfeldern empfohlen. Dies lässt sich am besten zusammen mit einer transversal wirkenden Feldanordnung ausführen und bedeutet für das Drehteil zwischen Maximum und Null der Erregung eine Vierteldrehung. Die Anordnung ist in der doppelseitigen Feldvariante besonders überzeugend, aber für geregelte Zugmagneten in einseitiger Form wenig geeignet. Grundsätzlich stellt die Vierteldrehung des Magnetblocks einen verhältnismäßig großen Stellhub dar, und die Blockform der Magnetanordnung weist eine zu schwache Sammelwirkung auf. Sie kommt damit nicht auf die für hohe Zugkräfte gewünschten hohen Felddichten. Zu der in DE 10 2009 050 511.3 mit 1 beschriebenen Doppelschienenanordnung und versschiebbaren Polleisten der Magnetanordnung ist zu sagen, dass hier eine verhältnismäßig große Stellkraft gefordert wird, die sich direkt aus der Differenz der Normalkräfte ergibt und damit trotz kleinem Stellhub eine große Stellleistung resultiert.
• Beschreibung
• Im Folgenden werden Beispiele für die Anwendung von Magnetkreisen zur kontrollierten Normalkrafterzeugung mit einer besonders wirksamen Verschiebetechnik beschrieben. Wie einleitend erwähnt, soll bei der Verschiebung auf kurzem Weg bereits eine starke Einflussnahme auf den magnetischen Fluss und die Felddichte erreicht werden. Dies ist eine Voraussetzung, um die erforderliche Stellenergie (und Stellleistung) niedrig zu halten. Die Stellkraft selbst soll durch Begrenzung der bewegten Masse und durch weitgehende Vermeidung von Gegenkräften ebenfalls niedrig gehalten werden. Hierdurch lässt sich auch die Stellleistung als Produkt von Kraft und Stellgeschwindigkeit niedrig halten. Die bei der Verschiebung eines Magnetteils unvermeidlich auftretende magnetische Rückstellkraft ist annähernd der Auslenkung aus der Mittellage, die dem starken Magnetfeld entspricht, proportional. Sie lässt sich z. B. durch eine gegensinnig wirkende Federkraft weitgehend kompensieren. Natürlich ist durch eine reibungsarme mechanische Führung sicherzustellen, dass die Verschiebung nicht durch mechanische Unzulänglichkeiten behindert wird. Wie bereits erwähnt, soll die Anordnung der Permanentmagneten zur Erzielung hoher Felddichten in Sammlerbauform erfolgen. Dies bedeutet, dass die resultierende Breite der Magneten einer Polhälfte mindestens den zweifachen Betrag der Luftspaltlänge (Nennwert) betragen und die Magnetlänge mehr als den zweifachen Betrag der Polbreite ausmacht. Mit der durch 1 gezeichneten Magnetkreis-Querschnittsform verbindet sich der Zweck eine leicht regelbare Normalkraft F_n zu erzeugen, sodass das Tragteil TM, das z. B. Teil eines Fahrzeuges ist, bei konstantem Spalt δ gegenüber der Schiene R stabilisiert werden kann. Die Stabilisierung erfolgt durch Übertragung einer Stellkraft, die auf das Verbindungselement K von Mv, und damit das bewegliche Magnetteil wirkt. Es ist in Querrichtung beweglich und mit kompensierter magnetischer Rückstellkraft reibungsarm, d. h. fast kraftfrei beweglich, sofern es sich um kleine Beschleunigungen handelt. Der Spalt δ_s zwischen Mv und den beiden nur in Längsrichtung beweglichen Magnetteilen M1 und M2 ist im Verhältnis zum Tragspalt-Nennwert sehr klein. Die miteinander verbundenen Teile M1 und M2 übertragen die Tragkraft auf das Fahrzeug. Erregt wird das magnetische Feld durch die Permanentmagneten Mp1, Mpv und Mp2, die als Gesamtlänge den Betrag l_m erreichen. Sie unterstützen sich durch gleiche Polarität bei gleicher Magnetbreite h_m. Während offenbar l_m/b_e > 2, mit b_e der Polbreite gilt, ist auch die Bedingung ausreichender Magnetbreite durch 2h_m > 2 erfüllt. In der gezeichneten Position von 1, bei Auslenkung Δf = 0 für Mv wird die maximale Felddichte und der Größtwert der Normalkraft erzielt. Der Verlauf der gestrichelt gezeichneten Feldlinien lässt erkennen, dass alle drei Bereiche von TM entsprechend ihrer Magnetlängenanteile sich an der Bildung des magnetischen Flusses im Luftspalt beteiligen. Nur im unteren Teil von M2 bildet sich ein Streufeldanteil aus. Die Sammlerfunktion, die sich als Flusskonzentration im Luftspalt auswirkt, ist ersichtlich.
• In der zweiten Bilddarstellung 2 ist die Position von Mv seitlich um den Betrag Δf = 0,5 h_m verschoben. Es zeigt sich, dass nun im Mittelbereich Magnetteile von Mv Bereiche (aus Eisen) von M1 und M2 überdecken, aber auch Magnetbereiche von M1 und M2 den Eisenbereichen von Mv gegenüberstehen. Dort bilden sich jeweils örtlich Streufeldzonen aus, die auch nahe den Oberflächen einen gemeinsamen Fluss erzeugen, der dann weiter innen in Querrichtung zurückläuft. Nahe der Oberfläche von Mv und den beiden Teilen M1 bzw. M2 haben sich so in Querrichtung Sperrzonen infolge des Streuflusses entwickelt, die dem Flussübertritt zum Luftspalt eine Barriere bilden. Der Streufluss im unteren Bereich des Teils M2 vergrößert sich. Von Mv werden nur die beiden Querflüsse erregt, von denen das obere Teil einen größeren Magnetquerschnitt von M1 zu seiner Erregung vereinnahmt. Der Luftspaltfluss und mit ihm die ihn kennzeichnende Felddichte B_f hat bereits einen kleinen Wert angenommen. Im Diagramm 3 wurde die B_f/B_f0-Kennlinie annähernd in linearer Abhängigkeit zur Verschiebekoordinate Δf/h_m dargestellt. Für Δf/h_m = 0,5 erreicht der auf den Maximalwert B_f0 bezogene Felddichtebetrag B_f etwa den Wert 0,3. Durch die Verschiebung von Mv wird die Normalkraft, die sich B_f ² proportional verhält, noch stärker als B_f reduziert. Ihre Größe ist in 3 ebenfalls auf den Größtwert F_n0 bezogen. Bereits bei der Verschiebung um etwa nur die halbe Magnetbreite ist unter den gegebenen Bedingungen ein Absinken der Normalkraft auf etwa 10% ihres Ausgangswertes zu erkennen. Für den Luftspalt von δ = 5 mm beträgt die den Sammlerbedingungen entsprechend Magnetbreite bei der vorliegenden Aufteilung ca. 8 mm. Die hier vorliegende Maximalauslenkung würde demnach sich zu Δf = 4 mm ergeben. Für die zur Störungsausregelung vorzunehmende Auslenkung sind somit z. B. 2 mm anzusetzen. Sowohl die erforderliche Auslenkungsamplitude als auch die zu bewegende Masse lassen sich folglich auf sehr kleine Werte reduzieren. Erwähnt soll werden, dass mit energiestarken Permanentmagneten (Remanenzinduktion 1,2–1,3 T) die Sammleranordnung in der gezeichneten Form zu Felddichten B_f im Bereich von 1,5 T (im Luftspalt) führt und der Anteil der aktiven Masse für TM verhältnismäßig gering ist. Der Masseanteil des beweglichen Teils Mv liegt deutlich unter der Marke von 1% der zu tragenden Fahrzeugmasse. Schließlich ist auch erkennbar, dass der Anteil der P-Magneten am Fahrzeuggewicht auf eine sehr kleine Größe zu beziffern ist. Das bewegliche Teil Mv ist entsprechend 4 mit dem Aktuator ST gekoppelt, sodass zur gesamten hin- und hergehenden Masse auch dessen bewegliches Teil hinzukommt. Die auszuregelnde Störung kann dabei durch eine Stellamplitude aufgefangen werden, deren Größe bei 1–2 mm hegt. Für die Anwendung im Verkehrsbereich lässt sich die erforderliche Stellgeschwindigkeit auf Amplitudenwerte von etwa 0,1 m/s abschätzen, so dass unter Berücksichtigung der vorliegenden bewegten Massen sich Leistungswerte von etwa 5 W/t (Watt pro Tonne) ergeben. Es soll damit gezeigt werden, dass die Auslegungsleistung für den Aktuator bei diesem Verfahren auf sehr niedrige Werte führt und die Grundidee des Verschiebeverfahrens in Verbindung mit schlanken Magneten in Sammleranordnung besonders günstige Daten ermöglicht. Im Vergleich zu der klassischen strombasierten Magnetregelung liegen die Daten um mehr als zwei Größenordnungen niedriger. Die Skizze 4 macht außerdem deutlich, dass mit der Querverschiebung von Mv und dem mechanischen Stellgerät ST nur eine sehr begrenzte Erhöhung der beweglichen Masse verbunden sein muss. Die verhältnismäßig kleine Stellkraft führt auf eine begrenzte Zusatzmasse durch den Aktuator. Es ist angedeutet, dass die Führung des beweglichen Magnetteiles Mv auch über in senkrechter Richtung angrenzende Fährstücke Fu, die in Bohrungen von M1 und dort in dessen Eisenteil Le 1 angebracht sind, erfolgen kann.
• Die für das Stellelement ST in 5 dargestellte Funktionsmöglichkeit basiert auf dem elektromagnetischen Anziehungsprinzip, das eine Kraft auf zwei Ankerteile St1 und St2 innerhalb eines feststehenden Spulen- und Magnet-bestückten Magnetkreisteils verursacht. Die elektrische Durchflutung der Spulen W1 und W2 ist gegensinnig und überlagert in ihrer Feldwirkung diejenigen der Permanentmagneten Mp1 und Mp2, die in der Sammleranordnung dimensioniert werden. Beide Spulen sind in Reihe geschaltet und in einem zylindrischen Teil K aus magnetisch leitfähigen Material (Eisen) gelagert. Auf das bewegliche Teil des Stellgerätes We wirkt die Differenzkraft ΔF = F₁–F₂. Sie bewegt das Verschiebeteil um den Betrag Δf. Dies ist die Strecke, um die sich auch die Verbindungsstange We zusammen mit MF bewegt. Sie kann auch als. Differenz zwischen den Spalten δ₁ und δ₂ des Aktuators ST erklärt werden. Innerhalb der durch die Spaltfestlegung gegebenen Grenze lässt sich zwischen der Stellkraft ΔF und der Positionsverschiebung Δf von Mv auch unabhängig von der jeweiligen Ausgangsstellung durch den Aktuator ein linearer Zusammenhang zwischen Kraft und Strom darstellen. Dies wird durch das Diagramm von 6 angedeutet. Es besteht durch die Hereinnahme eines elektromagnetischen Aktuators wieder die Verbindung zu einem elektrischen Strom als Regelungsgröße. Dazwischen geschaltet ist über das Teil Mv jedoch ein regelungstechnisches Verstärkerglied, das mit Hilfe des magnetischen Sperrfeldes den Zusammenhang mit der Verschiebekoordinate stark hervorhebt. Die Stellenergie wird aus dem elektrischen Netz N über ein elektronisches Stellglied El in 4-Q-Schaltung nach Maßgabe eines Spaltsensors δ und des Regelkreises Re in Form von Strom und Spannung geliefert.
• Erregermagnet für permanentmagnet-erregte Synchronmaschine mit stellbarer Felddichte
• Um die Vorzüge der Sammleranordnung mit dem Vorteil einer kurzhubigen mechanischen Verstelltechnik zu verbinden, lässt sich die Maßnahme der Magnetunterteilung auf die Erregeranordnung der Synchronmaschine übertragen. Ähnlich wie beim Zugmagnet nach 1 kann eine Aufteilung der Magneten unter Beibehaltung der resultierenden Magnetstärke zur Reduktion der maximal notwendigen Aussteuerung Δf herangezogen werden. 7 zeigt eine Anordnung der Magneten innerhalb einer Polteilung der Erregeranordnung RM, die der Statoranordnung ST gegenübersteht. Es ist zu erkennen, dass die Pole Ps des Stators mit einer einsträngigen Wicklung (streckenweise) versehen sind und die Spulenachse von Sp mit der Polachse zusammenfallt. Die in RM gezeichnete Magnetform ist als Abwandlung der V-Form dem Ziel angepasst, dass die Sperrwirkung bei Verschiebung von Mv möglichst den gesamten Bereich einer Polteilung erfasst. Mit der Dreiteilung von RM und die Annahme von drei Teilmagneten je Polhälfte wird dieses Ziel ziemlich gut erreicht. Die skizzierten Feldlinien der Sperrflusskomponenten zeigen dies. Sie schließen im unteren Teil durch ihre Querkomponenten den mittleren Magnetbereich nahezu perfekt ab.
• Mit den rechts angegebenen Zahlen für S_m und S' wird angedeutet, dass die Verschiebewirkung von Mv auf das Magnetfeld vereinfacht auch als Änderung des Sammelfaktors betrachtet werden kann. Er ist maximal und minimal (Sm und S') in Zahlen angegeben. Wie die Verschiebung von Mv bei der Synchronmaschine zur Normalkraftstabilisierung eingesetzt wird, gilt für die Festlegung ihres Sollwertes sinngemäß entsprechend den Erörterungen beim Zugmagnet. Die Sollwertverschiebung von Mv entspricht im vorliegenden Beispiel etwa dem 0,15-fachen Betrag der Magnetbreite h_m.
• In 8 ist eine Vierfachgliederung der P-Magnete gezeichnet. Ihre mittlere Länge ist gegenüber 7 leicht vergrößert, sodass der maximale Sammelfaktor den Wert 4 annimmt. Hierdurch lässt sich eine weitere Anhebung der mittleren Felddichte im Maschinenspalt erreichen. Für mehrpolige Anordnungen mit einem verschiebbaren Mittelteil Mv der Erregeranordnung muss ähnlich wie beim Zugmagneten im Rotor ein Aktuator, oder müssen mehrere Aktuatoren eingesetzt werden. Es gilt hier in gleicher Weise, durch die Magnetunterteilung eine Hubamplitudenreduktion zur Verminderung der Stellleistung zu erzielen.
• Die beschriebenen Anwendungsbeispiele zeigen, dass im Zusammenhang mit dem Sammlerkonzept die gesteckten Ziele erreicht werden können. Bei der zu betrachtenden Synchronmaschine mit großem Durchmesser ist der Übergang zum Fahrzeug auf der linearen Strecke und im Fahrzeug montierten Erregerteilen gut erkennbar.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 102009025337 [0009]
• DE 102009018064 [0010]
• DE 102009050511 [0010]

Claims (4)

1. Magnetischer Kreis zur Erzeugung eines geregelten magnetischen Flusses zwischen einer aus magnetisch gut leitfähigem Material bestehenden Schiene und einem durch einen Spalt getrennten mit Permanentmagneten bestückten spulenlosen Tragteil in dem die Permanentmagneten in Flussrichtung mindestens eine Einheit je Polhälfte aufweisen und die flussführenden Querschnittsflächen der Magneten im Eisen eingebettet sind, diese Flächen insgesamt größer als die Polfläche am Spalt sind und quer zur Flussrichtung eine Unterteilung in drei Einheiten vorliegt, deren mittleres Teil reibungsarm um mindestens eine Magnetbreite h_m quer zur Flussrichtung verschiebbar ist und mit der Stellkraft eines mit diesem Teil verbundenen Aktuators spaltlängenabhängig zur Normalkraftstabilisierung verstellt wird.
2. Normalkraft geregelter magnetischer Kreis mit spulenlosen magnettragenden Teilen nach obigem Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die mit ihrer flussführenden Fläche im Eisen eingebetteten Permanentmagneten im spaltnahen Teil in annähernd parallelen Gruppen gleicher Abstände und gleicher Magnetbreite gegliedert sind und die Masse des mittleren Verschiebeteils kleiner ist als die Masse der angrenzenden feststehenden Teile und außerdem die Spalte gegenüber dem Verschiebeteil kleiner sind als der Nennspalt gegenüber dem an den Spalt angrenzenden Magnetkreisteil.
3. Normalkraft geregelter magnetischer Kreis mit spulenlosen magnettragenden Teilen nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Normalkraft einer von Null verschiedenen Verschiebelänge des Mittelteils entspricht und bei der Stellung Null der Verschiebelänge die Magnetauslegung für einen Sammelfaktor, der größer als zwei ist, wirksam wird.
4. Normalkraft geregelter magnetischer Kreis mit spulenlosen magnettragenden Teilen nach obigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass als Aktuator ein elektromagnetisches Stellelement geringer Ankermasse und hybrider Erregung über seinen Spulenstrom die mechanische Verstellung des beweglichen Magnetteils übernimmt.

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