DE2160666A1

DE2160666A1 - Elektrodynamisches magnetsystem fuer die schwebefuehrung eines bewegten fahrzeugs

Info

Publication number: DE2160666A1
Application number: DE2160666A
Authority: DE
Inventors: Hans Hieronymus; Juergen Dipl Phys Miericke; Franz Pawlitschek
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1971-12-07
Filing date: 1971-12-07
Publication date: 1973-06-20
Also published as: DE2160666C3; JPS4864614A; US3903809A; IT971390B; FR2164337A5; DE2160666B2; CH551307A

Description

SIEMENS AKTIENGESELISCHAFT Erlangen, 6.Dezember 1971

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

Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeuges

Die Erfindung bezieht sieh auf ein Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeuges mit supraleitenden Magnetschleifen, die in wenigstens einer Schleife aus nichtmagnetischem Material Eeaktionskräfte erzeugen. Die vorzugsweise supraleitenden Magnetschleifen können beispielsweise am Fahrzeug befestigt sein und in einer Schleife aus nichtmagnetischem Material Wirbelströme erzeugen, deren magnetische .Abstoßungskraft als Hubkraft für das Fahrzeug dient. Ferner sind im Feld der Magnetschleifen im allgemeinen nooh weitere Schleifen aus nichtmagnetischem Material angeordnet, in denen das Feld der Magnetsohleifen ebenfalls Reaktionskräfte erzeugt, die zur horizontalen Stabilisierung des Fahrzeugs über der Fahrbahn oder auch in einer Aufhängevorrichtung dienen., Diese Schleifen aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, werden deshalb auch als Hubschleifen bzw. Stabilisierungsschleifen bezeichnet.

Eine magnetische Schwebeführung eines Fahrzeugs, das als Träger für Magnete mit großen Strömen dient, die im Zusammenwirken mit elektrisch leitenden Teilen der Fahrbahn Hubkräfte erzeugen, ist bekannt aus der US-Patentschrift 1 020 943. Die Hubkräfte wirken der Schwerkraft des Fahrzeugs entgegen und halten so das Fahrzeug während seiner Bewegung in einem Schwebezustand über der Fahrbahn.

Verschiedene Ausführungsformen einer solchen elektrodynamischen Schwebeführung, bei der die durch das Magnetfeld in elektrischen leitern erzeugten Abstoßungskräfte ausgenutzt werden, sind bekannt aus der US-Patentschrift 3 470 828. Mehrere Magnetsysteme können jeweils am Fahrzeug in Fahrtrichtung · hintereinander angeordnet sein. Jedes System enthält am

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Fahrzeug befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen und gegensinnig gewickelte, an der Fahrbahn befestigte normalleitende Schienenschleifen. Ferner können noch zwei normalleitende Schienenschleifen oberhalb der supraleitenden Fahrzeugsohleifen angeordnet sein. In den Schienenschleifen, die jeweils in Fahrtrichtung parallel nebeneinander und parallel zur Fahrzeugschleife angeordnet sind, werden durch das Feld der Fahrzeugschleifen Reaktionskräfte erzeugt, die zur Erzeugung einer horizontalen Führungskraft für das Fahrzeug· dienen. Sobald sich das Fahrzeug und damit die Fahrzeugschleifen horizontal aus ihrer Mittellage entfernen, werden ' jeweils die beiden dort angeordneten Sohienenschieifen von ™ einem größeren Fluß durchsetzt, der eine Rückstellkraft in Richtung der Mullage erzeugt. In dieser Gleichgewichtslage werden praktisch keine Ströme erzeugt.'Diese Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung wird deshalb auch als Kulifluß-System bezeichnet.

Die zur Erzeugung der horizontalen Führungskraft dienenden Stabilisierungsschleifen können in der bekannten Anordnung auch vertikal oberhalb und unterhalb der supraleitenden • Fahrzeugschleife angeordnet sein. Die in dem Magnetsystem zur elektrodynamischen Schwebeführung ferner enthaltenen Fahrzeugschleifen zur Erzeugung der Hubkraft können sowohl ^ neben der Fahrzeugschleife vertikal (Fig,11) als auch ober-" halb und unterhalb der Fahrzeugschleife horizontal angeordnet sein (Fig.13). Außerdem können die Hubschleifen in mehrere Teilschleifen aufgeteilt sein, zwischen denen sich eine vertikal angeordnete horizontale Stabilisierungsschleife befindet (Fig.19).

Aus der Zeitschrift »Cryogenics", Juni 1971, Seite 192 bis ist eine Ausführungsform einer elektrodynamischen Schwebeführung bekannt, bei der jeweils ein Üullfluß-System an beiden Seiten des Fahrzeugs und eins in der Mitte unter dem Fahrzeug angeordnet ist. Die Ströme in den beiden Fahrzeugschleifen haben entgegengesetzte Richtung, aber ihre magnetischen Kräfte habenslej. ehe Richtung, so daß sich diese

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Kräfte addieren. Die Systeme an den Seiten des Fahrzeugs

dienen znr Erzeugung der Hubkraft und das System unter dem

Fahrzeug erzeugt die zur seitlichen Stabilisierung erforderlichen Kräfte.

Aus der Zeitschrift "Cryogenics and Industrial Gases", Oktober 1969, Seite 19 bis 24 ist eine weitere Ausführungsform eines Nullfluß-Systems bekannt, das ebenfalls in einer Ebene quer zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs drei Magnetsysteme zur dynamischen Schwebeführung enthält. Diese Systeme enthalten jedoch jeweils zwei supraleitende Fahrzeugschleifen, zwischen denen sich eine parallel zu den Fahrzeugschleifen' angeordnete Sehienenechleife befindet. In dem Stabilisierungssystem unter dem Fahrzeug dient die mit- den Fahrzeugschleifen vertikal angeordnete Schienenschleife zur Erzeugung der seitlichen Führungsfcraft. In den beiden Hubsystemen beiderseits des Fahrzeugs dient die horizontal angeordnete Schienenschleife zur Erzeugung der Hubkraft.

Heben der elektrodynamischen Schwebeführung ist auch eine elektromagnetische Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs möglich, wie es- beispielsweise in der deutschen Patentschrift 643 316 "beschrieben ist. Ferromagnetische Körper können nämlich mit Hilfe statischer, elektrischer oder magnetischer Felder schwebend gehalten werden. Es sind aber besondere Maßnahmen erforderlich, damit der schwebende Körper, beispielsweise das Fahrzeug in einer stabilen Lage gehalten wird. Das Magnetfeld muß vermindert werden, wenn sich der Körper dem Magneten nähert, und es muß erhöht werden, wenn sich der Körper vom Magneten entfernt. Ein Nachteil dieser elektromagnetischen 'Schwebeführung besteht somit darin, daß eine Steuerung oder sogar eine Regelung des Stromes im Magneten erforderlich ist. Ein weiterer Nachteil der elektromagnetischen Schwebeführung mit geregelten normalleitenden Elektromagneten besteht darin, daß nur relativ geringe Schwebehöhen erreicht werden können und somit die Störanfälligkeit dieser Systeme verhältnismäßig groß ist. Bei wirtschaftlicher Dimensionierung der Magnete und ihrer Stromversorgung erhält man eine Hubhöhe des Fahrzeugs bis

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zu wenigen Centimetern. Die Magnetfelder können auch nicht beliebig erhöht werden, weil sonst die vom Feld durchsetzten ferromagnetischen Körper, das sind im allgemeinen Eisenkörper, magnetisch gesättigt werden und dann nicht mehr geregelt werden können. Außerdem bleibt die als Hub- und Stabilisierungskraft dienende Anziehungskraft bei solchen Systemen auf etwa das doppelte Fahrzeuggewicht begrenzt. Dies kann sich in Krümmungen der Bahn bei hoher Geschwindigkeit mit entsprechend hohen Fliehkräften nachteilig auswirken. Eine stabile Lage des schwebenden Körpers erhält man bei diesem Prinzip durch eine Regelung des Magneten, wie es Braunbek in "Freischwebende Körper im elektrischen und magnetischen Feld" in der "Zeitschrift für Physik" 112 (1939), Seiten 753 bis 763 beschrieben hat. Die elektromagnetische Schwebeführung hat aber auch Vorteile, nämlich geringe Wirbelstromverluste im Eisenkörper, auf den die Anziehungskraft ausgeübt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Anordnungen einer Schwebeführung bewegter Fahrzeuge zu verbessern. Sie beruht auf der Erkenntnis, daß man die Vorteile der elektrodynamischen Schwebeführung mit den Vorteilen der elektromagnetischen Schwebeführung verbinden kann, wenn ein System gebildet wird, das die verschiedenen Prinzipien miteinander vereinigt.

Die Erfindung besteht somit in der Kombination einer elektrodynamischen mit einer elektromagnetischen Schw&eführung. In der Anordnung nach der Erfindung wird sowohl das elektrodynamische Schwebeprinzip, bei dem die magnetischen Abstoßungskräfte durch Wirbelströme in Reaktionsschienen aus elektrisch gut leite*, ieir. Material induziert werden, und das elektromagnetische Schwebeprinzjp verwendet, bei dem die Anziehungskraft zwischen dem Magneten und einer ferromagnetischen Reaktionsschiene ausgenutzt wird. Die elektromagnetische Schwebeführung erzeugt große Anziehungskräfte bei kleinen Wirbelstromverlusten im ferromagnetischen Reaktionskörper. Im neuen System bringt deshalb vor allem die Erzeugung der Hubkraft nur geringe Verluste. Das elektrodynamische Schwebeprinzip

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wird in der neuen Anordnung vorzugsweise zur Stabilisierung des elektromagnetischen Systems benutzt. Als Magnete können vorzugsweise supraleitende Spulen verwendet werden, die man zweckmäßig am Fahrzeug befestigt und die mit dem elektrodynamischen Stabilisierungssystem ein Nullfluß-System bilden können» Dann bleiben die elektrischen Verluste in der Normal-Betriebslage auf die Wirbelstromverluste im ferromagnetischen Körper beschränkt, der im allgemeinen aus Eisen besteht. Bei einer verhältnismäßig weiten Auslenkung aus der Normal-Betriebslage werden die großen Richtkräfte des elektrodynamischen Systems wirksam.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der die verschiedenen Prinzipien magnetischer Schwebung erläutert und einige Ausführungsbeispiele für Magnetsysteme nach der Erfindung dargestellt sind. Die Fig. ί bis 3 erläutern die Prinzipien der Schwebeführung. In Pig. 4 ist ein Magnetsystem für eine aufgehängte Schwebebahn und in Mg.5 eine Bodenversion des Systems mit jeweils einer Kreuzanordnung der Hub- und Stabilisierungsschleife dargestellt. Die Fig. 6 und 7 zeigen jeweils ein Magnetsystem, das mehrere Nullfluß-Systeme enthält. In Fig.8 sind die Wirkungen der magnetischen Kräfte des neuen Systems in einem Diagramm ve rans chauli cht.

In Fig. 1 ist das elektromagnetische Schwebeprinzip schematisch dargestellt. Der für einen Elektromagneten M charakteristische Verlauf der Hubkraft F läßt sich bestimmen, wenn man nur das in der Figur gestrichelt angedeutete, aher nicht näher bezeichnete Feld im Luftspalt zwischen einem ferromagnetischen Körper K und der als Magnet M dienenden stromdurchflossenen Spule berücksichtigt und unter der vereinfachenden Annahme, daß das Magnetfeld homogen und der ferromagnetische Körper K vollkommen permeabel ist. Dann ergibt sich die erzeugte Hubkraft F aus der Maxwell'sehen Zugkraftformel

F=A- Β²/2μ₀ ,

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worin A die Polfläche, B die Induktion und μ₀ die Induktionskonstante ist. Da die Induktion B eine Funktion des Abstandes Ii des Magneten M vom ferromagnetischen Körper K ist, erhält man theoretisch eine unendlich große Anziehungskraft des Magneten M auf den Körper K, solange die magnetische Sättigung des Körpers vernachlässigt wird. Bei der elektromagnetischen Schwebeführung wird diese Anziehungskraft F als Hubkraft für das Fahrzeug ausgenutzt.

Eine elektrodynamische Abstoßungskraft F ergibt sich nach Fig.2, wenn sich ein Schwebemagnet M mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit im Abstand h über eine ausgedehnte Fläche einer in der Bewegungsrichtung langgestreckten Schiene S aus nichtferromagnetischem Material, z.B. Aluminium oder Kupfer, bewegt. Gemäß dem Lenz'sehen Gesetz fließen in der Schiene S durch den magnetischen Fluß des Magneten M induzierte Ströme mit solcher Eichtung, daß sie jeder Änderung des Magnetflusses entgegenwirken. Die zwischen dem induzierten Strom I und dem Feld mit der Induktion B erzeugte Abstoßungskraft F ergibt sich aus F=IxB.

Die in der Schiene S induzierten Wirbelströme erzeugen zusätzlich eine Bremskraft in Bezug auf das sich bewegende Fahrzeug nach dem Prinzip der bekannten Wirbelstrombremse. Diese Wirbelstromverluste können beispielsweise für ein 40 t-Fahrzeug bis zu etwa 2500 kW betragen. Diese elektrischen Verluste müssen vom Antriebssystem gedeckt werden.

Das bekannte Hullfluß-System einer elektrodynamischen Schwebeführung erhält man nach Fig. 3 durch das Zusammenwirken zweier Magnetspulen IL und M„. Die beiden Magnetspulen sind parallel zueinander angeordnet und von Strömen durchflossen, die gegeneinander gerichtete Magnetfelder erzeugen, wie es in der Figur durch Pfeile angedeutet ist. Etwas außerhalb der Mittelebene, der sogenannten Nullfluß-Zone, ist eine Spule S aus nichtmagnetischem Material angeordnet, die in dem System nach der vorliegenden Erfindung vorzugsweise die Form einer Platte

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und insbesondere die Form einer Schiene hat. Wenn sich diese vorzugsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung bestehende Schiene S in der Nullfluß-Zone bewegt, so sind die in ihr induzierten Ströme und damit die Rieht- und Bremskräfte Null. Bei der dargestellten Auslenkung aus der strichpunktiert angedeuteten Mittelebene werden Wirbelströme nach dem elektrodynamischen Prinzip in der Aluminiumschiene induziert, die eine in Richtung auf die Nullfluß-Zone wirkende Kraft und somit eine Rückstellkraft erzeugen. Die Steifigkeit der NuIIfluß-Anordnung nimmt zu, wenn der Strom in den Magneten M₁ und Mpj die vorzugsweise supraleitende Magnete sein können, erhöht wird und wenn der gegenseitige Abstand der Magnete M₁ und M₂ kleiner wird. In der Nullfluß-Zone bleiben die Verluste in der Schiene S Null, solange die endliche Dicke der Schiene S vernachlässigt wird.

Im Ausführungsbeispiel eines Magnetsystems nach Pig.4 sind zwei an einem nicht dargestellten Fahrzeugkörper 20 befestigte supraleitende Fahrzeugschleifen 2 und 4 parallel zueinander angeordnet. Sie schließen eine Kreuzanordnung einer senkrechten Stabilisierungsschleife 6 mit einer waagerecht angeordneten Hubschleife 8 ein. Diese beiden Schleifen 6 und 8 können vorzugsweise eine geschlossene Platte, insbesondere eine Schiene bilden, die zweckmäßig lamelliert sein kann. Durch diese einzelnen Schichten parallel zur Plattenebene wird die Komponente der Wirbelströme, die senkrecht zur Plattenebene gerichtet ist, begrenzt. Das von den Schleifen 6 und 8 gebildete Kreuz ist mit Hilfe einer Aufhängung 10 an einer Tragvorrichtung 14 befestigt, die eine Verbindung zur in der Figur nicht dargestellten Fahrbahn herstellt. Das aus der Hubschleife und der Stabilisierungsschleife 6 gebildete Schienenkreuz kann zweckmäßig aus nichtmagnetischem Material eine Versteifung erhalten, das Oberhalb des Schienenkreuzes einen Verbindungskörper 12 zwischen dem Schienenkreuz und der Tragvorrichtung bildet.

Ein ferromagnetischer Körper 16 ist derart angeordnet, daß er

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von den Feldern der beiden Fahrzeugschieifen 2 und 4 durchsetzt wird. Dieser ferromagnetische Körper 16 kann vorzugsweise aus Eisen bestehen. Die Felder erzeugen in ihm eine an Hand der Fig. 1 erläuterte Anziehungskraft, die als Hubkraft für das Fahrzeug 20 dient. In der Betriebslage des Fahrzeugs 20 befindet sich die Hubschiene 8 in der Nullfluß-Zone und es werden keine Wirbelströme und somit auch keine Verluste in dieser Schiene erzeugt. Dagegen werden diese Wirbelströme im Falle einer Auslenkung der Schiene 8 aus der Fullfluß-Zone erzeugt und es werden dann entsprechende Rückstellkräfte wirksam. Die Hubschiene 8 dient somit im wesentlichen nur noch zur senkrechten Stabilisierung des Magnetsystems.

Eine besonders vorteilhafte weitere Ausgestaltung der Anordnung nach Fig. 4 erhält man dadurch, daß der ferromagnetische Körper 16 zur magnetischen Sättigung bei einer vorbestimmten Größe des Magnetflusses bemessen wird, Wird dieser Fluß überschritten, so geht das Material in Sättigung und bleibt damit nahezu unwirksam auf das Magnetfeld. Das Feld durchsetzt dann einen oberhalb des ferromagneträhen Körpers 16 angeordneten Körpers 18 aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und erzeugt darin Wirbelströme, die entsprechende Rückstellkräfte erzeugen. Mit dem nichtmagnetischen Körper 18 erhält man somit eine zusätzliche Stabilisierung für das schwebende Fahrzeug in " senkrechter Richtung, die insbesondere einer schwingenden Bewegung entgegenwirken.

Für große Ströme können als Fahrzeugscljleifen 2 und 4 vorzugsweise supraleitende Spulen vorgesehen sein, die in .bekannter Weise durch entsprechende Kühlmittel, insbesondere Helium, auf kryogener Temperatur gehalten werden. Das Kühlsystem ist in der Figur nicht dargestellt.

In der Bodenversion einer Schwebeführung nach Fig.5 sind zwei Systeme mit jeweils einer Kreuzanordnung der Hubschleife und der Stabilisierungsschleife 6 auf einem Fahrbahnoberbau angeordnet. Jeweils ein Stützkörper aus vorzugsweise nichtmagneti-

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schem Material ist mit 26 bzw. 28 bezeichnet. Den beiden Systemen ist jeweils ein ferromagnetischer Körper 16 und vorzugsweise eine oberhalb dieses Körpers angeordnete Schiene zugeordnet. Der ferromagnetische Körper 16 ist mittels des Yerbindungskörpers 12 am Schienenkreuz befestigt. Die beiden Körper 16 und 18 sind in einer Ausnehmung 22 des Fahrgestells angeordnet. Das Fahrgestell 21 des Fahrzeugs 20 ist noch mit einem, in der Figur nicht dargestellten Transportgestell mit Rädern versehen, die sich in der Ruhelage in bekannter Weise auf ebenfalle nicht dargestellten Schienen des Bahndammoberbaus 24 abstützen.

In der Anordnung nach Fig. 6 bilden zwei waagerecht angeordnete Fahrzeugschleifen 32 und 34 mit einer ebenfalls horizontal angeordneten Hubschiene 38 ein Uullfluß-System. Zwei weitere, in gleicher Weise angeordnete Fahrzeugschleifen und 35 bilden mit einer zweiten Hubschiene 39 ein weiteres Nullfluß-System. Zwischen diesen beiden Hubsystemen ist eine Stabilisierungsschleife 46 zur Bildung horizontaler Stabilisierungskräfte derart angeordnet, daß sie sich in einem dritten Uullfluß-System befindet, das durch die der Schiene 46 zugewandten leiter der Magnetspulen 32 bis 35 gebildet wird. Oberhalb dieser drei Nullfluß-Systerne ist ein ferromagnetischer Körper 36 derart angeordnet, daß er vom Feld der beiden Fahrzeugschleifen 32 und 33 durchsetzt wird, die somit in ihm eine magnetische Kraft erzeugen, die eine zusätzliche Hubkraft bildet und damit die beiden Hubschleifen 38 und 39 entsprechend entlastet. Dieser ferromagnetische Körper 36 kann zweckmäßig ebenfalls zur magnetischen Sättigung für einen vorbestimmten maximalen magnetischen Fluß bemessen sein. Wird dieser Fluß überschritten, so wird eine oberhalb des ferromagnetischen Körpers angeordnete Schiene 48 aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Aluminium, wirksam. Ein .Tragkörper 40, der mit einer Aufhängevorrichtung 42 verbunden ist, dient zur Aufhängung des Systems an einer in der Figur nicht dargestellten Tragvorrichtung für die Bahn, die an einem Yerbindungskörper

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unterhalb des Magnetsystems angeordnet sein soll und in der Figur nicht dargestellt ist.

Die Kühleinrichtung für die supraleitenden Fahrzeugspulen 32 bis 35 kann in bekannter Weise ausgeführt sein und ist deshalb in der Figur ebenfalls nioht dargestellt.

Der Abstand des ferromagnetischen Körpers von der waagerechten ITullfluß-Zone von den Schienen 38 und 39 und die Gestaltung des Körpers 36, der vorzugsweise lamelliert sein kann, werden so gewählt, daß die Anziehungskraft an die Eisenschiene wenigstens annähernd dem mittleren Gewicht des Fährzeugs entspricht. Dann befinden sich die Schienen 38 und 39 in der Normal-

) betriebslage in der NuIIfluß-Zone. In dieser Normalbetriebslage ist das Eisen nicht magnetisch gesättigt. Erst bei einer vorbestimmten Auslenkung des Fahrzeugs nach oben soll der magnetische Fluß der Fahrzeugspulen 32 und 33 den ferromagnetischen Körper 36 durchsetzen und in der oberhalb dieses Körpers befindlichen Schiene 48 nach dem elektrodynamischen Prinzip Ströme induzieren, die eine Abstoßungskraft zwischen dem Körper 36 und den Fahrzeugspulen 32 und 33 bewirken. In der JTormalbetriebslage sind die elektrischen Verluste vorwiegend auf die Wirbelstromverluste in dem ferromagnetischen Körper 36 beschränkt, weil sich die Hubschienen 38 und 39 und die Stabilisierungsschiene 46 dann jeweils in einer Nullfluß-Zone bewegen. Lenkt das Fahrzeug aus dieser Normal-

™ betriebslage aus, so werden die hohen Richtkräfte des elektrodynamischen Nullfluß-Systems selbsttätig wirksam.

Nach Fig. 7 ist der Fahrzeugkörper 20 über ein Schwebe sy st em nach Fig. 6 und eine Tragvorrichtung 10 an einem Haltekörper befestigt. In dieser Anordnung ist über den beiden oberen Fahrzeugspulen 32 und 33 jeweils ein ferromagnetischer Körper angeordnet. Oberhalb dieser ferromagnetischen Körper befindet sich jeweils eine Schiene 58 aus nichtmagnetischem Material, vorzugsweise Aluminium oder einer Aluminiumlegierung. In diesen Schienen werden Wirbelströme erzeugt, s'obald die ferromagnetischen Körper 56 magnetisch gesättigt sind. Diese Wirbelströme

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erzeugen entsprechende magnetische Kräfte, die als Rückstellkraft auf die Fahrzeugepule wirken, sobald der Fahrzeugkörper und somit die mit ihm verbundenen Fahrzeugspulen sich aus der Normalbetriebslage in Richtung auf die Aufhängevorrichtung 10 bewegen. Mit den Schienen 58 können somit zusätzlich Schwingungen des Fahrzeugs in vertikaler Richtung und damit Schwingungen des Schwebeaystems unterdrückt werden.

Im Diagramm nach Fig. 8 sind die mit dem Schwebesystem erzeugten Kräfte F in Abhängigkeit vom Abstand ζ der Hubschleifen 8 bzw. 58 und 39 von der Bullfluß-Zone der Magnet schleifen 2 und bzw. 32 bis 35 veranschaulicht. Der in der Figur strichpunktiert dargestellte Verlauf der elektromagnetischen Kraft F_ffl zeigt ein exponentielles Ansteigen der magnetischen Kraft, solange sich die Fahrzeugspulen dem Eisenkörper nähern, d.h. je kleiner der· Abstand dieser Körper gegeneinander wird. Ist dagegen der ferromagnetische Körper zur Sättigung durch das magnetische Feld bemessen, so strebt die Kraft F₀ einem Maximalwert des Feldes zu, wenn sich die Fahrzeugspulen dem Bisenkörper nähern, wie es in der Figur punktiert angedeutet ist. Die elektrodynamischen Richtkräfte F_d nehmen bei einer Auslenkung nach beiden Seiten exponentiell zu, wie es in der Figur gestrichelt angedeutet ist. Die maximal zulässigen Auslenkungen sind mit +z und -z bezeichnet. Das Zuggewicht wirkt als konstante negative Zugkraft F . Sie wirkt der Hubkraft entgegen und man erhält als Resultierende eine Kraft F , deren Verlauf im Diagramm ausgezogen ist. In der Normalbetriebslage sind die Schwerkraft F des Fahrzeugs und die elektromagnetische Anziehungskraft F_ gleich und einander entgegengerichtet, so daß die resultierende Kraft F₁, Null ist. ■ "

18 Patentansprüche
8 Figuren

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Claims

Patentansprüche

1. Magnetsystem für die Schwebeführung eines bewegten Fahrzeugs mit supraleitenden Magnetschleifen, die in wenigstens einer Schleife aus nichtmagnetischem Material Reaktionskräfte erzeugen, gekennzeichnet durch die Kombination einer elektrodynamischen mit einer elektromagnetischen Schwebeführung.

2. Magnetsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Magnetschieifen (2, 4 bzw. 52 bis 34) wenigstens eine zur Erzeugung einer senkrechten Hubkraft dienenden Hubschleife (8 bzw. 38,39) und wenigstens eine zur Erzeugung einer horizontalen Stabilisierungskraft vorgesehene Stabilisierungsschleife (6 bzw. 46) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, deren Schleifenebenen sich kreuzen und daß im magnetischen Feld wenigstens einer der Magnetschleifen (2,4 bzw. 32,33) wenigstens ein ferromagnetischer Körper (16 bzw. 36 bzw. 56) derart angeordnet ist, daß das Feld der Magnetschleifen (2,4 bzw. 32,33) in ihm eine zusätzliche Hubkraft erzeugt.

3. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubschleife (8) und die Stabilisierungsschleife (6) zu einem gemeinsamen Profilkörper vereinigt sind.

4. Magnetsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die parallel zueinander angeordneten und länglich gestalteten Fahrzeugschleifen (2,4) an ihren beiden Enden gekröpft sind.

5. Magnetsystem nachj Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei horizontal angeordnete Magnetschieifen (32,34 bzw. 33,35) mit einer Hubschleife (38 bzw. 39) ein elektrodynamisches ITullfiuß-System bilden, daß diese beiden in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) nebeneinander angeordneten Systeme mit einer zwischen ihnen angeordneten Stabilisie-

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rungs schleife (46) ein drittes Hullfluß-System bilden, und daß im leid wenigstens einer der Fahrzeugschleifen (32,33) ein ferromagnetischer Körper (36) derart angeordnet ist, daß das ihn durchsetzende Feld eine zusätzliche Hubkraft erzeugt (Fig.6).

6. Magnetsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziger flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) langgestreckter ferromagnetischer Körper oberhalb der Stabilisierungsschleife (46) angeordnet ist (Fig,6).

7. Magnetsystem nach, einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein flacher und in Fahrtrichtung des Fahrzeugs (20) langgestreckter ferromagnetischer Körper (56) einem der beiden ersten Nullfluß-Systeme zugeordnet sind, die jeweils vom Feld einer der Magnetschleifen (32 bzw. 33) durchsetzt sind (Fig.7).

8. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des ferromagnetischen Körpers (16,36,56) ein Körper (18,48,58) aus nichtmagnetischem Material derart angeordnet ist, daß er ebenfalls von dem Feld der Magnetschieifen (2,4 bzw. 32,33) durchsetzt wird, sobald der ferromagnetische Körper (16,36,56) magnetisch gesättigt ist.

9. Magnetsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische und der nichtmagnetische Körper (16,18 bzw. 36,48 bzw. 56,58) gemeinsam einen flachen Körper bilden.

10. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7» gekennzeichnet durch eine flache Gestaltung der Hubschleife (8 bzw. 38,39) und/oder der Stabilisierungsschleife (6 bzw. 46).

11. Magnetsystem nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Plattenform der Hub- und/oder der Stabilisierungsschleife.

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12. Magnetsystem nach, einem der Ansprüche 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte lamelliert ist.

13. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere in der Bewegungsrichtung hintereinander angeordnete Hub- und/oder Stabilisierungsschleifen zu einer Schiene vereinigt sind.

14. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungsschleife aus Aluminium besteht.

15. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Hub- und/oder Stabilisierungs-

™ schleife aus einer Leichtmetallegierung besteht.

16. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubschleife (8 bzw. 38,39) und die Stabilisierungsschleife (6 bzw. 46) mit dem ferromagnetischen Körper (16 bzw. 56) an einer Tragvorrichtung (10,14) aufgehängt sind (]?ig.4 und 7).

17. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der ferromagnetische Körper (16 bzw. 36 bzw. 56) lamelliert ist.

18. Magnetsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch fe gekennzeichnet, daß der Körper aus nichtmagnetischem Material (18 bzw. 48 bzw. 58) lamelliert ist.

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