DE2166853A1

DE2166853A1 - Magnetkissenzug mit linear-antrieb

Info

Publication number: DE2166853A1
Application number: DE19712166853
Authority: DE
Inventors: Alexander Hembluck
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-04-29
Filing date: 1971-04-29
Publication date: 1977-07-28

Description

Magnetkissenzug mit Linearmotorantrieb

(Ausscheidung aus der Patentanmeldung P 21 21 057.1-32)

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Anordnung von Elektromagneten zur magnetischen Abstützung und Spurführung von Magnetkissenzügen mit Linearmotorantrieb, bestehend aus einer den Erfordernissen entsprechenden Anzahl von Einzelmagneten.

Es ist eine altbekannte Tatsache, daß gleichnamige Magnetpole sich gegenseitig abstoßen. Diese Tatsache wird in jüngerer Zeit bei der Entwicklung magnetischer Abstützung und Spurführung moderner Hochleistungstransportsysteme in verschiedensten Ausführungsformen angewandt und zu nutzen versucht. Die ersten Erfindungen zur magnetischen Abstützung wurden bereits Anfang dieses Jahrhunderts patentiert, z.B. die DT-PS 142 827. Eine weitere Anwendungs- und Ausführungsmöglichkeit magnetischer Abstützung und Spurführung ist durch die US-PS 3 407 749 bekannt, wobei sowohl von Permanentmagneten als auch von Elektromagneten ausgegangen wird. Jedoch ist der hierbei vorgesehene Aufwand an Magneten einerseits

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für die Bahnstrecke selbst derart groß, so daß er nur mit • enormen und somit keineswegs mehr rentablen Material- und Baukosten realisiert werden kann. Andererseits ist die Masse der am Fahrzeug vorgesehenen Magneten derart voluminös und schwer, so daß bereits sie alleine einen erheblichen Anteil des gesamten Fahrzeuggewichtes ausmachen. Das gesamte Fahrzeuggewicht wird dadurch so groß, so daß zumindest unter Anwendung von Permanentmagneten eine ausreichende magnetische Abstützung nicht mehr gewährleistet ist (Glasers Annalen, 95, 1971, Nr. 1, S. 27, rechte Spalte, drittletzter Absatz), und wahrscheinlich auch nicht unter Anwendung von dort vorgeschlagenen Elektromagneten. Zumindest ist in beiden Fällen eine wirtschaftliche Rentabilität nicht ausreichend gewährleistet, da durch das große Eigengewicht des Fahrzeuges, insbesondere verursacht durch die dort vorgeschlagenen Magneten, einerseits die Mutzlastkapazität erheblich eingeschränkt wird, zum anderen die Bau- und Betriebskosten unverhältnismäßig hoch werden. Dieselben Magneten gleichzeitig auch als Fortbewegungsantrieb zu nutzen, wie dort vorgeschlagen, ist insbesondere wegen des dabei entstehenden enorm großen Luftspaltes unrealisierbar (Fig. 4, US-PS 3 407 749).

Daneben wird in jüngerer Zeit, wie in ETZ-A, 91, 1970, Nr. 12, S. 654> vorgeschlagen, an Versuchsobjekten mit magnetischer Aufhängung, d.h. magnetischer Anziehung mittels ungleichnamiger Magnetpole, gearbeitet. Hierbei treten jedoch wegen des ununterbrochen zu regulierenden magnetischen Flusses und der " dafür erforderlichen hochempfindlichen komplizierten elektrischen und elektronischen Steueranlagen erhebliche Schwierig-

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Schwierigkeiten auf (G-lasers Annalen, 95, 1971, S. 27, vorletzter Absatz). Andererseits wird die gesamte Anlage wegen ihrer Kompliziertheit und hohen Empfindlichkeit sehr kostenaufwendig.

Zielvorstellungen magnetischer Abstützung sind Supraleiter, wie in der Französischen Revue Generale de 1^!electricite, 80, 1971, S. 138, und in Glasers Annalen, 95, 1971, S. 27, 28, behandeltr

Die im letzteren, S. 27, Abs.5, letzten drei Zeilen, dargelegte Annahme, daß in einer Dimension eine mechanische Führung benötigt wird, wurde durch praktische Versuche in jüngerer Zeit widerlegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Elektromagneten der eingangs genannten Art so weiterzubilden und zu verbessern, daß sie mit einem Minimum an Materialaufwand ein Maximum an Stütz- und Spurführungskraft entfalten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Anwendung auf die Abstützung und Spurführung von Magnetkissenzügen bzw. Transportsystemen die Eisenkerne der Elektromagneten in Form länglicher, relativ schmaler und dünner Eisenplatten von etwa hundert mal fünf mal drei Zentimeter ausgebildet sind, die in ihrer flachen Ebene eine Erregerwicklung aufweisen, die aus entsprechend dünnen, bandageähnlichen Folienstreifen aus Kupfer oder Aluminium von gleicher Breite der Plattenstärke bzw. -dicke, d.h. drei Zentimeter, bestehen,

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und daß diese plattenförmigen Magneten am Fahrzeugboden und in im Bereich des Fahrzeugboden vorgesehenen seitlichen Führungsstegen dergestalt angeordnet sind, daß sie mit auf einer vorgegebenen G-leitbahn bzw. Fahrzeugspur angeordneten Elektromagneten gleicher Ausbildung zusammenwirken, d.h. ein Magnetkissen bilden, auf dem das Fahrzeug schwebt, und das Fahrzeug in der Spur führen.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Polflächen der den Magnetkern bildenden Eisenplatten einerseits relativ groß sind und somit bei optimaler Feldliniendichte große magnetische Flüsse erzeugen bzw. große magnetische Kräfte entfalten, daß aber andererseits die den Magnetkern bildenden Eisenplatten mit etwa drei Zentimeter Dicke relativ dünn sind und somit die Masse bzw. das Gewicht aller Magneten relativ zum Fahrzeuggesamtgewicht äußerst klein ist. Wird für die Erregerwicklung nicht Kupfer, sondern Aluminium verwendet, was in diesem Falle durchaus möglich und praktikabel ist, so ergibt sich daraus eine weitere erhebliche Gewichtseinsparung. Insgesamt wird hierdurch dem Fahrzeug eine relativ große Zulade- bzw. Hutzlastkapazität verliehen. Darüber hinaus benötigen die Elektromagneten auf Grund ihrer flachen, dünnen Ausbildung wenig Raum, wodurch sie äußerst günstige Yoraussetzungen für die Anordnung sowohl am Fahrzeug als auch auf der Bahnstrecke aufweisen. Und schließlich ist auf Grund der beschriebenen Ausbildung der Elektromagneten nicht nur der Materialaufwand verhältnismäßig klein, sowie die Herstellung äußerst unproblematisch, insbesondere wegen der für die langen Bahnstrecken erforderlichen großen Mengen die Herstellung

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auch im Fließbandverfahren äußerst vorteilhaft und praktikabel, sondern dürften danach auch die Material- wie Herstellungskosten in durchaus wirtschaftlichen Grenzen liegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 einen Elektromagnet in einer Dreiseitenansicht,

Fig. 2 die Anordnung der Elektromagneten in einem Magnetkissenfahrzeug mit Linearmotorantrieb in einem stirnseitigen Schnitt,

Fig. 3 die Anordnung der Elektromagneten in einem Fahrzeug nach Fig. 2 in einem Längsschnitt.

In Fig. 1 wird bei 1 die Eisenplatte, die den Magnetkern bildet, dargestellt, und bei 2 die Erregerwicklung.

Das Magnetkissenfahrzeug 3 (Fig. 2 und 3) weist beiderseits im Bodenbereich, nach unten ragende Führungsstege 4 auf, die einen erhöhten Spursockel 5 der Bahnstrecke übergreifen. Bei 10 ist der mit dem Fahrzeug verbundene Teil des Linearmotors dargestellt, und bei 11 die auf dem Spursockel installierte , hochkant stehende Ankerschine als ortsfester Teil des Linearmotors.

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Für die Erzeugung des Magnetkissens, auf dem das Fahrzeug 3 während der Fahrt gleitet bzw. schwebt, sind im Fahrzeugboden bei 6 und in der waagerechten Oberkante des Spursockels 5 bei 7 Elektrohubmagnete gemäß der Erfindung dergestalt angeordnet, daß sie mit gleichnamiger Polarität exakt übereinanderliegen und sich somit bei Erregung gegenseitig abstoßen; sind sämtliche Magnete gleichmäßig erregt, so wird das Fahrzeug durch aus zwei getrennte Ebenen aufeinanderstoßende gleichnamige Magnetfelder hochgedrückt.

Desgleichen sind in den FührungsStegen 4 bei 8 und in den senkrechten Seitenkanten des Spursockels 5 bei 9 Elektroführungsmagnete dergestalt angeordnet, daß sie mit gleichnamiger Polarität exakt nebeneinanderliegen und sich somit ebenfalls abstoßen; sind sämtliche Magnete gleichmäßig erregt, so entstehen an beiden Längsseiten zwischen Führungsstegen 4 und den Seitenkanten des Spursockels 5 gleich große magnetische Kräfte, die das Fahrzeug 3 entlang des Spursockels 5 in der Spur halten.

Sämtliche Magnete sind dergestalt angeordnet, daß ihre Außenflächen mit den Außenflächen der Trägerkörper, also mit der unteren Fläche des Fahrzeugbodens, mit den Innenflächen der Führungsstege und mit den Außenflächen des Spursockels, übergangslose glatte Flächen bilden.

Die Stromzufuhr zu den im Spursockel 5 ortsfest installierten Magneten kann vom Fahrzeug aus so geregelt sein, daß nur die

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im unmittelbaren Bereich des sich fortbewegenden Fahrzeugs befindlichen Magneten erregt werden,

Bs wird ein Fahrzeug mit einer Gesamtlänge von etwa 53 m und einem Gesamtgewicht von etwa 60 to einschließlich der Linearmotoren zugrundegelegt, was beim gegenwärtigen Stand der Technik in Leichtbauweise durchaus realisierbar sein dürfte.

Die Abmessungen der Eisenkerne sind 100 χ 5x3 cm, somit ist das Volumen 1,5 dm , und das Gewicht 12 kp.

Für die Erregerwicklungen wird Kupfer oder Aluminium in Form bandageähnlicher Foliestreifen von 1 χ 30 mm verwendet, womit

ρ
der Querschnitt Q = 30 mm ist.

Auf Grund der relativ dünnen Eisenkernplatten von nur 3 cm Dicke ist es vorteilhafter, nicht Wickeldraht im üblichen Sinne zu verwenden, sondern Wickelband von der Breite gleich der Höhe bzw. Dicke der Eisenkernplatten, also 3 cm. Hierdurch wird vermieden, Wicklungen mit mehreren nebeneinanderliegenden Windungen herzustellen. Jede Wickellage besteht hiernach nur aus einer Windung. Dieses hat den erheblichen Vorteil, daß die Wicklungen sehr viel einfacher hergestellt werden können, und daß die ohnehin, jedoch gewollt flachen Wicklungen eine erhebliche Festigkeit erhalten? es kann hierbei auf die sonst üblichen Spulengehäuse verzichtet werden.

Bei Verwendung von Kupferband wird eine Wickellänge von etwa 100 m benötigt:1 χ 30 mm χ 100 m = 3 dm⁵ = 27 kp.

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Bei Verwendung von Aluminiumband wird eine Wickellänge von etwa 125 m benötigt: 1 χ 30 mm χ 125 m = 3,75 dm⁵ = 10 kp.

Wird für die Erregerwicklungen Kupfer verwendet, so ist die Wicklungsweite 7 cm. Hat der Eisenkern eine Breite von 5 cm, so ist die Gesamtbreite der Magnetplatten 19 cm, und hat der Eisenkern eine Länge von 100 cm, so ist die Gesamtlänge 114 cm, Wird Aluminium für die Erregerwicklungen verwendet, so ist die Wicklungsweite etwa 8,5 cm, die Gesamtbreite der Magnetplatten somit somit 22 cm, und die Gesamtlänge 117 cm.

Mit Kupferwicklungen können an jeder Fahrzeugseite 44, insgesamt also 88 Hubmagneten am Fahrzeug angebracht werden. Mit Aluminiumwicklungen können an jeder Fahrzeugseite 42, insgesamt also 84 Hubmagneten am Fahrzeug angebracht werden. Die gleichen Zahlen treffen auch für die Führungsmagneten zu.

-t'

Das Gesamtgewicht eines Elektrohub- oder -führungsmagnets mit Kupferwicklung ist 12 und 27 = 39 kp, bei 88 Hub- und 88 Führungsmagneten ist das Gesantgewicht aller Magneten also 6863 kp = etwa 6,8 to.

Das Gesamtgewicht eines Magnets mit Aluminiumwicklung ist 12 und 10 = 22 kp, bei 84 Hub- und 84 Führungsmagneten ist das Gesamtgewicht aller Magneten also 3696 kp = etwa 3,7 to.

Hieraus ergibt sich eindeutig, daß die Verwendung von Elektromagneten mit Aluminiumwicklungen hinsichtlich des Fahrzeuggesamtgewichtes erhebliche Vorteile aufweist. Dabei vermag ein soweit beschriebener Elektromagnet mit Aluminiumwicklung die

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gleich große Kraft zu entfalten, als ein solcher mit Kupferwicklung.

Bei Verwendung von Kupfer und einer Wickerbandlänge von 100 m weist die Erregerwicklung 48 Windungen auf. Bei Verwendung von Aluminium und einer Wickerbandlänge von 125 m weist die Erregerwicklung 60 Windungen auf. Damit kann bei Kupfer ein Erregerstrom von etwa 100 Ampere benutzt werden, wofür in Reihenschaltung aller Magneten am Fahrzeug eine Spannung von U = 1050 V erforderlich ist. Bei Aluminium kann ein Erreger-

strom von 80 A benutzt werden, wofür in Reihenschaltung aller Magneten am Fahrzeug eine Spannung von U = 164-0 V erforderlich ist. Da im unmittelbaren Bereich des Fahrzeugs noch einmal· die gleiche Anzahl von Elektromagneten im Spursockel erregt werden müssen, diese aber mit den Fahrzeugmagneten nicht in Reihe geschaltet werden können, wäre also hierfür noch einmal die gleiche Spannung erforderlich, d.h. noch einmal 1050 V oder 1640 V. Damit ist die elektrische Gesamtleistung für Hub und Spurführung bei Kupfer P = 210 kW, bei Aluminium P=262 kW.

Bei einem Erregerstrom von I = 100 A und einem Querschnitt des Wickelbandes von Q = 30 mm ist die Stromdichte S = 3,33 A/mm², bei I = 80 A und Q = 30 mm² ist S = 2,66 A/mm². Da die Wick- · lungen relativ dünn und weitflächig ausgebildet sind, das Fahrzeug sich aber mit relativ hohen Geschwindigkeiten fortbewegt, Zielvorstellung etwa 500 km/h, sind äußerst günstige Voraussetzungen für eine hinreichende Kühlung der Wicklungen gegeben, so daß durchaus Stromdichten von etwa 3 bis 4 A/mm zugelassen werden können.

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Zur Vermittlung eines Überblickes über die Leistungsfälligkeit der erfindungsgemäßen Elektromagneten werden folgende Werte angeführt, und zwar nur auf den Luftspalt von 1 cm zwischen Fahrzeugboden und Oberkante des Spursockels sowie Innenkanten der Führungsstege und Seitenkanten des Spursockels bezogen; die Feldstärke für den Eisenkern ist so gering, daß sie vernachlässigt werden kann.

Bei Kupfer weist die Erregerwicklung 48 Windungen auf und wird ein Strom I= 100 A gebraucht, bei Aluminium weist die Wicklung 60 Windungen auf und wird ein Strom I = 80 A gebraucht. Damit ist in beiden Fällen die Durchflutung Dj₁ (sprich: Theta) für den Luftspalt

D₁-I ο N = 100 . 48 « 60 . 80 = 4800 A bzw. A/w.

Die magnetische Feldstärke H^ für den Luftspalt 1 = 1 cm ist

« ±00_j_48 ₌

Die magnetische Induktion bzw_o Flußdichte B_T ist (absolute Permeabilität = u , sprich: my, « 1,256)

B₁ = u₀ · H₁ = 1 ,256 . 4800 (A/cm) = 6000 G oder

^BL ^{= u}o ' ^HL ^{= 1}»²⁵⁶ * 10"⁶(Vs/Am) · 480000 (A/m) = 0,6 Vs/m² = T

(T = Tesla)

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Für den Luftspalt sei eine Streuung des magnetischen Flusses von 20 $ berücksichtigt, was /bereits relativ viel ist. Dann ist die magnetische Flußdichte Bj,_e im Eisenkern

- ⁷⁵⁰° ^{G oder}

Fach der Magnetisierungskurve ist für eine Flußdichte B^₆ -« 0,75 Vs/m² z.B. für Stahlguß StS eine Feldstärke E^ = 0,5 A/cm erforderlich gegenüber 4800 A/cm für den Luftspalt; Η™ kann also unberücksichtigt bleiben.

Zwar haben magnetische Feldlinien das Bestreben, sich über vorgegebene Pole und die Luft auch dann zu schließen, wenn der Luftweg relativ weit ist. Bei den erfindungsgemäßen Elektromagneten ist der Luftweg relativ weit: Bevor die aus den Nordpol en austretenden Feldlinien zum Südpol gelangen, verläuft ihr Weg zunächst bis zum äußeren Rand der relativ weitflächigen Erregerwicklungen (es sei angenommen, sämtliche Fahrzeugmagneten und Spursockelmagneten weisen gegenüberliegend gleichnamig Nordpole auf). Liegt zwischen sämtlichen Hub- und Führungsmagneten des Fahrzeugs und des Spursockels ein Luft- bzw. Magnetkissenspalt von 1 cm, für die Führungsmagneten an beiden Längsseiten je 1 cm, so fließt der magnetische Fluß von den Mbrdpolen sowohl aller Fahrzeugmagneten als auch aller Spursockelmagneten in diesen Luftspalt von 1 cm. Das heißt konkret, daß die magnetischen Felder der Fahrzeug- und Spursockelmagneten auf halbem Wege, d.h. nach 0,5 cm aufeinanderstoßen (theoretisch würde danach nach den obigen Eeehnungen das Fahrzeug um 2 cm angehoben werden).

? Q 9 8 3 0 / 0 0 0 3

Da die Feldliniendichten sämtlicher Fahrzeug- und Spursockelmagneten gleich groß und somit die Felder sämtlicher Magneten gleich stark sind, drücken sie sich also, nachdem sie auf halbem Wege aufeinanderstoßen, spätestens nach 0,5 cm. Luftspaltweglänge und somit in der Mitte des luftspaltes seitlich zum Rand der Erregerwicklungen auseinander. Zwischen je einem Fahrzeug- und einem Spursocke!magnet prallen also 2 χ 6000 G-aufeinander, womit innerhalb des Luftspaltes von 1 cm die Flußdichte B_L = 2 χ 6000 G- wirksam wird; nicht 12000 G, was ein erheblicher Unterschied ist und noch erleutert wird.

Bei Permanentmagneten z.B, nehmen die am ÜTordpol austretenden magnetischen Feldlinien ihren Weg zum Südpol bereits unmittelbar am Rand der Polfläche des Magnetkörpers. Bei einem Eisenkörper, der jedoch von einer Erregerwicklung umgeben ist, also bei einem Elektromagnet, können bekanntermaßen die am ISTordpol austretenden. Feldlinien ihren Weg zum Südpol nicht unmittelbar am Rand der Polfläche einschlagen, denn die Erregerwicklung, die in sich selbst Magnetfelder aufbaut, bildet für die am Nordpol austretenden Feldlinien einen nahezu völlig undurchlässigen Widerstand ; die Erregerwicklung drängt die Feldlinien ab; ihr Weg zum Südpol führt daher außen um die Erregerwicklung herum. In Normalfällen ist der Außendurchmesser der Erregerwicklung im Vergleich zum Durchmesser der Polfläche des Eisenkerns relativ klein, so daß der Weg der Feldlinien zum Südpol außen um die Wicklung herum nicht sehr viel größer wird. Anders ist es jedoch bei den erfindungsgemäß weitflächig ausgebildeten Elektromagneten.

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Bei den erfindungsgemäßen Elektromagneten ist die platten-

förmige Polfläche des Eisenkerns 500 cm . Wird für die Erregerwicklung Aluminium verwendet, so ist die Gesamtfläche im Luftspalt zweier über- oder nebeneinanderliegender Magneten 2570 cm², d.h. die Fläche der Erregerwicklungen alleine ist mehr als viermalso groß als die Eisenpolfläche. Da aber die am Nordpol austretenden Feldlinien ihren Weg zum Südpol nicht durch die Erregerwicklungen hindurch nehmen können, sondern innerhalb des LuftSpaltes bis an den Rand der Erregerwicklung ausweichen bzw. auseinandergedrückt werden, wird also die Kraft von je zwei im Luftspalt aufeinanderstoßender Magnetfelder nicht nur innerhalb der Polflächen der Eisenkerne wirksam (in Formalfällen bildet nur die konkrete Eisenpolfläche die magnetische Wirkfläche), sondern im Luftspalt zwischen der Gesamtfläche zweier jeweils über- oder nebeneinanderliegender Magneten, d.h. einschließlich der weiträumigen Flächen der Erregerwicklungen. Im Luftspalt von 1 cm zwischen je zwei übereinanderliegenden Magneten wird also die Flußdichte von

insgesamt 2 χ 6000 G auf einer Gesamtfläche von 2570 cm zum konkreten Wirkfluß. Die Flußdichte ist innerhalb dieser Gesamtfläche etwa wie ein durch Preßluft erzeugtes Luftkissen komprimiert. Die Magnetfelder werden erst und wirklos, gleichermaßen wie komprimierte Luft, wenn sie den Rand der Erregerwicklungen erreicht haben. Allerdings ist hier zu berücksichtigen, daß die Kraft der zwei im Luftspalt mit gleichnamiger Polarität sich abstoßenden Magnetfelder bzw. der Wirkfluß mit zunehmender Annäherung zum Rand der Erregerwicklungen immer schwächer wird.

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Ungeachtet dessen ist definitiv die im gesamten Luftspalt wirksam werdende magnetische Gesamtkraft auf Grund der Weitflächigen Erregerwicklungen wesentlich größer als bei normalen Magneten, und eben hierin liegt ein besonderer Vorteil der Erfindung.

Zwar kann in den Berechnungen, und solange keine praktischen Versuche angestellt werden können, nur die Eisenpolfläche als konkrete Wirkfläche berücksichtigt werden.Andererseits braucht in den Berechnungen für die Durchflutung und Feistärke nur der luftweg von 1 cm zwischen den jeweils über- bzw. nebeneinanderliegenden Magneten berücksichtigt zu werden, also der senkrecht zu den Magnetflächen stehende Wirkweg, nicht jedoch auch der Luftweg außerhalb des Luftspaltes, denn dort wird keine Kutzwirkung erwartet, und daher ist es gleichgültig, wie weit dieser Luftweg ist.

Ist die Anziehungs- oder Tragkraft eines Magnets mit ungleichnamigen Polen F = , (u, sprich: my)

so ist in etwa umgekehrt verhältnisgleich die Kraft zwischen zwei gleichnamigen Polen gemäß der Erfindung eine gegenseitig sich abstoßende, wobei die abstoßende Kraft etwa um 10 # geringer ist als die anziehende.

Die Kraft eines Magnets ist

¹O 2 · 125,6 ·■ 10"⁸ (Im/A)

|^§f = 730 kp.

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Da jede Magnetplatte eine Flußdichte B_L« 6000 G = 0,6 T in den Luftspalt schickt, und zwei Magnetplatten bzw. Magnete jeweils zusammenwirken, werden also 2 χ 6000 G im Luftspalt wirksam. Damit ist die Gesamtkraft im Luftspalt zwischen je zwei Magnetplatten .

2
F = ■ = 7165 . 2 = 14330 N, W^r = ^{Ηβ0 kp}'

Würde man anstelle zweier separater Felder, d.h. anstelle 2 χ 6000 G mit einem Feld zu 12000 G rechnen, dann wäre

ρ ₌ 1,2 * 1,2 1 . 500 . 10"⁴m² _{= 2}8662 N ²⁸⁶⁶² ₌ 2 . 125,6 ο 10~⁸ (Tm/A) * ⁹'⁸¹

Es muß grundsätzlich mit 2 χ 6000 G gerechnet werden.

Da die abstoßende Kraft um etwa 10 # kleiner ist, als die anziehende, ist also 1460 · 0,9 = 1300 kp.

Sind mit Aluminiumwicklungen an jeder Fahrzeugseite 42 Magneten, somit insgesamt 84 Magneten angeordnet, die zu jeder Zeit während der Fahrt mit 84 Spursockelmagneten zusammenwirken, so wird das Fahrzeug von einer Gesamtkraft

!*___ = 1300.. 84 = 109 200 kp, etwa 109 to getragen.

Hat das Fahrzeug eine Eigengesamtgewicht von 60 to, so verfügt es somit über eine Reservehubkraft von etwa 50 to.

In den Rechnungen wurde jedoch nur die konkrete Eisenpolfläche

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- VS -

mit je 500 cm berücksichtigt. Wie jedoch, dargelegt, wird

ρ auf Grund der Gesamtfläche von 2570 cm die definitive Gesamtkraft wesentlich größer sein.

Es erweist sich also, daß ein Magnetkissen-Luftspalt von 1 cm durchaus genügen dürfte, das Fahrzeug mit ausreichender Sicherheit selbst bei sehr hohen Geschwindigkeiten entlang des Spursockels gleiten zu lassen. Es müßte eine Kraft von etwa 50 to, definitiv jedoch eine weitaus größere Kraft, auf das Fahrzeug einwirken, um es vollends auf die Gleitunterlage des Spursockels herrunterzudrücken. Eine Bodenberührung des Fahrzeugs ist selbst in extremen Fällen nicht zu befürchten.

Sind mit Aluminiumwicklungen am Fahrzeug insgesamt 84 Magneten erforderlich, so sind auf 1 km Bahnstrecke des Spursokkels 855 Hubmagneten an jeder Seite erforderlich, insgesamt also 1710 Hubmagneten. Die hierfür erforderliche Masse an Aluminium für die Erregerwicklungen ist etwa 17000 kg, und für die Eisenkerne etwa 20500 kg.

Um einen Magnetkissenzug gemäß der Erfindung von mechanisch sich bewegenden Teilen wie auch von Reibungen zwischen Fahrzeug und Spursockel völlig frei zu machen, insbesondere in Bezug auf die Spurführung, kann die Spurführung nach dem gegenwärtigen Stand der Technik nur mittels Luft- oder Magnetkraft bewerkstelligt werden. Da aber die für die Erzeugung von Luftkraft erforderlichen Maschinen und sonstigen Vorrichtungen im Gegensatz zur Erzeugung von Magnetkraft sowohl im Aufwand als auch hinsichtlich des Umweltschutzes erhebliche

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- vr -

Nachteile aufweisen, wird gemäß der Erfindung eine magnetische -Spurführung vorgeschlagen, die mit gleichen Elektromagneten "bewerkstelligt wird, mit denen das Fahrzeug in Schwebepositon gehoben wird. Hierbei handelt es sich jedoch um Führungsmagneten.

Sind die Hubmagneten 6 und 7, mittels welchen das Fahrzeug angehoben wird, sowohl im Fahrzeug als auch im Spursockel in horizontaler bzw. waagerechter Lage angeordnet, so sind die Führungsmagneten 8 und 9, mittels welchen das Fahrzeug in der Spur gehalten bzw. geführt wird, sowohl im Fahrzeug als auch im Spursockel in senkrechter Lage angeordnet.

Wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, weist das Fahrzeug im Bereich des Bodens an beiden Längsseiten den Spursockel 5 nach unten übergreifende Führungsstege 4 auf. In den Führungsstegen 4 sind die Führungsmagneten 9 angeordnet, und im Spursockel 5 die Führungsmagneten 8. Mittels ihrer gleichnamigen Polarität erzeugen die Magneten 8 und 9 in einem Luftspalt von ebenfalls 1 cm Magnetfelder gleichnamiger Polarität, deren gegenseitig sich abstoßenden Kräfte das Fahrzeug in der Spur halten und führen.

Insbesondere auf Grund des Umstandes, daß die ebenfalls senkrecht angeordneten Polflächen N-S der Antriebsmagneten 10 des Linearmotores mit nur minimalem Abstand, d.h. beiderseits mit 1 cm, an den senkrechten Seitenwänden der Statorschine 11 (Fig. 2) entlanggeführt werden, ist es erforderlich, den senkrechten Magnetkissen-Luftspalt zwischen den Führungsstegen 4

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und den Seitenkanten des Spursockels 5 extrem gering zu halten.

Die Kraftentfaltung der magnetischen Felder innerhalb des Führungsluftspaltes kann gemäß der zugrundegelegten Berechnungen eines Luftspaltes von 1 cm auch nur innerhalb dieses Luftspaltes voll zur Geltung kommen. Das heißt würde das Fahrzeug infolge einer seitlichen Krafteinwirkung, z.B. durch eine seitlich auf das Fahrzeug drückende Sturmboe, nur um 1 mm aus seiner vorgegebenen Spur verdrängt werden, so wird der Luftspalt an einer Seite des Fahrzeuges logischerweise im gleichen Verhältnis enger, als er an der anderen Seite weiter wird. Damit nimmt aber die magnetische Druckkraft im enger gewordenen Luftspalt im gleichen Verhältnis zu, als sie im weiter gewordenen Luftspalt abnimmt. Die magnetischen Kräfte haben also das Bestreben, sich in den Luftspalten beiderseits_des Fahrzeuges auszugleichen; sie halten das Fahrzeug in optimaler Weise in der Spur.

Würde eine fremde, auf das Fahrzeug einwirkende Kraft dieses z.B. um 0,5 cm aus der Spur drücken, womit also an einer Seite des Fahrzeuges ein Führungsluftspalt von 0,5 cm entstehen würde, an der anderen Seite ein solcher von 1,5 cm, so würden folgende Führungs- bzw. Seitenkräfte wirksam werden.

Bei einem Magnet und 1 = 0,5 cm ist

H_L = i-j-^ = = 9600 A/cm = 960000 A/m.

= U₀ . H_L..= 1,256 · 9600 = 12000 G = 1 ,2 Vs/m² = T,

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- Vf-

Die Kraft eines Magnets ist dann

F = _{β 28662} _Έ 28662 _{= 2gQ0} 6 "⁸ (A) ^y

2 . 125,6 · 10

_{β 28662} _Έ "⁸ (TmA) ^y'

und die Gesamtkraft im Luftspalt zwischen je zwei Magneten ist 2900 * 2 = 5800 kp, um 10$ verringert ist 5800 · 0,9= etwa 5200 kp.

Da an jeder Fahrzeugseite 42 Fahrzeugmagneten mit 42 Spursockelmagneten zusammenwirken, ist also im von 1 cm auf 0,5 cm verringerten Spurführungsluftspalt die Gesamtführungskraft

¹^ = 5200 . 42 = 218 400 kp, etwa 218 to. ges

Im größer gewordenen Luftspalt 1 = 1,5 cm ist die Führungskraft dann nur noch

= 3200 A/cm, B_L = 1 ,256 · 3200 = 4020 G = 0,4 T,

F = - _{m 32QQ} _F 1200 ₌ ^ _pj 2 . 125,6 « 10~^ö (Tm/A) ^y'⁰¹

330 . 2 = 660 kp, 660 · 0,9 = 590 kp, 590 · 42 = 24780 kp, = 24 to.

Hieraus dürfte reckt eindeutig ersichtlich werden, daß Spurabweichungen in nur äußerst geringem Maße auftreten können, d.h. um eine Spurabweichung von nur 0,5 cm zu verursachen, müßte bereits eine seitliche Kraft von etwa 218 to auf das Fahrzeug einwirken.

Patentansprüche 309830/00Q3

Claims

1_β Magnetkissenzug mit Linearmotorantrieb, bestehend aus mindestens einem, sehr hohen Fahrgeschwindigkeiten angepaßten, stromlinienförmigen Fahrzeug, mit mindestens einen darin angeordneten Feldmagnet, der den längs einer, auf einem Spursockel ortsfest installierten, Ankerschiene beweglichen Teil des Linearmotors darstellt, sowie im Bereich des Fahrzeugbodens an beiden Längsseiten angeordneten Elektro- Hub- und Führungsmagneten, die mit im Spursockel angeordneten Elektro- Hub- und Führungsmagneten dergestalt zusammenwirken, daß die Hub- und Führungsmagneten im Fahrzeug und im Spursockel mit gleichnamiger Polarität über- und nebeneinanderliegen und somit das Fahrzeug entlang des Spursockels in Schwebeposition sowie in Spurführung halten, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung auf die magnetische Abstützung und Spurführung von Magnetkissenzügen die Eisenkerne (1) der E. Hub- und Führungsmagneten (6,7,8,9) in Form flacher, länglicher, schmaler und dünner Eisenplatten ausgebildet sind, die in ihrer flachen Ebene eine Erregerwicklung (2) aufweisen, die aus dünnen bandageähnlichen Foliestreifen aus Kupfer oder Alu. von gleicher Breite der Eisenplatten-Dicke bestehen,

2. Magnetkissenzug mit Linearmotorantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrzeugboden in unmittelbarer Nähe der längsseitigen Fahrzeug-

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außenwände in waagerechter Lage El. Hubmagnete (6) angeordnet sind, die mit gleichartigen E. Hubmagneten (7), die in der waagerechten Oberkante des Spürsockels (5) angeordnet sind, mit gleichnamiger Polarität, zusammenwirken und somit ein das Fahrzeug (3) tragendes Magnetkissen bilden, und das in beiderseits im Bodenbereich des Fahrzeugs (3) den erhöhten Spursockel (5) der Gleitstrecke nach unten übergreifenden FührungsStegen (4) in senkrechter Lage E₁, Führungsmagnete (9) angeordnet sind, die mit gleichartigen ψ E. Führungsmagneten, die in den senkrechten Seitenkanten des Spursockels (5) angeordnet sind, mit gleichnamiger Polarität zusammenwirken und somit das fahrzeug mittels an beiden Längsseiten herrschenden gleich großen magn. Kräften in der Spur halten.

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