DE2339060C3

DE2339060C3 - Magnetische Trag- und Vortriebseinrichtung fUr ein längs eines Fahrweges bewegbares Fahrzeug

Info

Publication number: DE2339060C3
Application number: DE19732339060
Authority: DE
Inventors: Goetz Dipl.-Phys. 8136 Percha Heidelberg
Original assignee: Magnetbahn GmbH
Current assignee: Magnetbahn GmbH
Priority date: 1973-08-01
Filing date: 1973-08-01
Publication date: 1980-12-18
Also published as: DE2339060A1; DE2339060B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Trag- und Vortriebseinrichtung für ein längs eines Fahrweges bewegbares Fahrzeug gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Trag- und Vortriebseinrichtung mit diesen Merkmalen ist aus dem »Journal of Applied Physics« Band 43, Nr. 6, Seite 2686, Fig. 7 bekannt. Dort sind am Fahrzeug Gleichfeldmagnete in Form supraleitender Stromschleifen vorgesehen, die in fahrstreckenseitig angeordneten leitenden, nicht ferromagnetischen Metallplatten während der Fahrt Wirbelströme erzeugen, die abstoßende Hubkräfte bedingen. Die in der Fahrstrecke vorgesehene Wanderfeldwicklung ist, ebenfalls ohne Verwendung ferromagnetischer Teile, getrennt von den Metallplatten auf der anderen Seite der supraleitenden Stromschleifen angeordnet.

Die Technik supraleitender Magnete, um hinreichend starke Felder zur Erzeugung abstoßender Magnetkräfte zu erhalten, ist sehr aufwendig.

Der Aufwand zur Erzeugung der Gleichfelder ist wesentlich geringer, wenn man unter Verwendung ferromagnetischer Teile die anziehenden Kräfte der Magnetfelder ausnutzt. Diese stehen, im Gegensatz zu den auf Wirbelstromerzeugung beruhenden abstoßenden Kräften auch unabhängig von der Fahrgeschwindigkeit zur Verfügung. Bei den bisher bekannten Anordnungen hat man, soweit man die Tragvorrichtung auch gleichzeitig mit einer Vortriebseinrichtung im gleichen Magnetkreis kombiniert, jedoch die Wanderfeldwicklung im Fahrzeug angeordnet (ETZ-A, 1953, Seite 13 und 14; DE-OS 22 19 154), was zu hohen Fahrzeuggewichten und zur Notwendigkeit führt, die Antriebsleistung in das Fahrzeug zu übertragen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Trag- und Führungsfunktion mit möglichst wenig technischem Aufwand, insbesondere auf der Fahrzeugseite zu realisieren.

Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer magnetischen Trag- und Vortriebseinrichtung der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Die Verwendung von Dauermagneten in Verbindung mit einer ferromagnetischen Schiene führt zu einer überraschend einfachen und leichten Fahrzeugausrüstung, wobei auch der streckenseitige Aufwand für die Wanderfeldwicklung nicht groß ist, da in Verbindung mit den fahrzeUgseitigen Dauermagneten relativ geringe streckenseilige Strombeläge genügen. Die leichte Fahrzeugausrüstung erleichtert auch in Verbindung mit den den Hauptteil des Fahrzeuggewichtes tragenden Dauermagneten die Abstandshaltung zwischen Fahrzeug und Fahrweg. Im einfachsten Falle genügen Rollen, die wesentlich weniger zu tragen haben als die Räder konventioneller Fahrzeuge. Wenn jedoch eine vollständig berührungsfreie Schwebeführung gewünscht ist, ist auch in diesem Falle der Aufwand für die dann noch erforderliche elektromagnetische Wicklung und deren Steuerung relativ gering.

Die Kombination eines streckenseitigen Wanderfeldstators mit fahrzeugseitigen Erregerpolen ist unter Verwendung von Elektromagneten für Linearmotoren an sich bekannt aus »Archiv für Elektrotechnik« 55 (1972), Seite 13 und 14. Bei dieser bekannten Einrichtung werden jedoch die magnetischen Kräfte nicht zur Hubkrafterzeugung ausgenutzt. Ferner ist es aus der Zeitschrift »Electronics and Power«, Januar 1971, Seite 31 bis 34, bekannt, im Rahmen der Schwebeführung von Fahrzeugen hubkrafterzeugende Dauermagnete mit steuerbaren elektromagnetischen Wicklungen zu kombinieren. Diese sind jedoch dort streckenseitig angeordnet und nicht mit einer Vortriebseinrichtung kombiniert

Als mittels der erfindungsgemäßen Einrichtung zu tragendes und anzutreibendes Fahrzeug kommt insbesondere eine Kabinenbahn in Betracht. Die Fahrweise des Fahrzeugs ist vorzugsweise synchron, wobei eine an sich bekannte Möglichkeit zur Beeinflussung der Fahrzeuggeschwindigkeit darin besteht, die Frequenz des Fahrwegwandtrfelds steuerbar zu machen. Die

5fc magnetische Trag- und Vortriebseinrichtung kann außer vortreibenden Kräften auch bremsende Kräfte erzeugen.

Die von veränderlichem Strom durchfließbaren elektromagnetischen Wicklungen können vorzugsweise an den Dauermagneten selbst und/oder an Längsverbindungen benachbarter Dauermagnete vorgesehen sein.

Ein aus Synchronfahrt in asynchrone Fahrweise abgefallenes Fahrzeug kann man dadurch wieder in Synchronfahrt bringen, daß man an bestimmten Stellen des Fahrwegs Abschnitte mit steigender Polteilung vorsieht. An diesen Abschnitten wird das Fahrzeug asynchron beschleunigt und kann dadurch auch bei konstanter Frequenz des Fahrwegwanderfelds wieder auf die für die normale Polteilung erforderliche Synchrongeschwindigkeit gebracht werden.

Günstigerwaise wird der Wanderfeldstator so ausgelegt, daß er durch die Felder der Dauermagnete im Bereich magnetischer Sättigung arbeitet. Zu diesem

Zweck passend zu wählende Auslegungsparameter sind insbesondere Material und Rückschlußquerschnitt des Stators.

Das Arbeiten im Bereich magnetischer Sättigung ergibt einen flacheren Verlauf der Spaltweite-Hubkraft-Charakteristik, so daß die Abstandshaltung zwischen dem Fahrzeug und dem Fahrweg durch von veränderlichem Strom durchfließbare elektromagnetische Wicklungen und/oder am Fahrweg ablaufende Rollen mit der Aufbringung geringerer Zusatzkräfte zu bewerkstelli- ι ο gen ist

Man kann die Dauermagnetpole mit Kurzschlußringen umschließen. Das hat den von rotierenden Maschinen her schon bekannten Vorteil, die Eigenschaften der Einrichtung beim asynchronen Anlauf des Fahrzeugs zu verbessern und ergibt darüberhinaus eine Dämpfung etwaiger Querbewegungen des Fahrzeugs.

Ein A.usführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Darstellungen näher beschrieben. Es zeigt

F i g: 1 und 2 im Querschnitt durch den Fahrweg und das Fahrzeug die rechte und die linke Längsseite der Trag- und Vortriebseinrichiung;

Fig.3 einen Querschnitt eines Längsträgers des Fahrwegs in abgewandelter Konstruktion; F i g. 4 einen Teil-Längsschnitt des Stators;

F i g. 5 in einer Seitenansicht quer zur Fahrtrichtung die Magnetanordnung in Relation zum Stator.

In den F i g. 1 und 2 erkennt man den generellen Aufbau des Fahrwegs und der am Fahrzeug 28 angeordneten Teile der Trag- und Vortriebseinrichtung. Der Fahrweg besteht im wesentlichen aus zwei äußeren, in Längsrichtung des Fahrwegs liegenden U-Trägern, wobei die offene Seite der Träger 17 rechts bzw. links nach außen weist, so daß jeweils auf der Innenseite eine senkrechte Montagefläche 17' entsteht. Statt der U-Träger können auch L-Träger oder Z-Träger verwendet sein. Die U-Träger 17 können auch durch eine aufgeschweißte Platte 19 zu einem geschlossenen Querschnitt geschlossen sein. Z-Träger können durch schräg von einem Schenkel zu einem anderen Schenkel verlaufende, eingeschweißte Platten 18 versteift sein (F i g. 3). Bei den Trägern kann es sich um gewalzte oder geschweißte tragende Profile handeln.

Die beiden U-Träger 17 sind durch Querprofile 19' miteinander verbunden, wobei die Verbindungen nur über schalldämmende Zwischenlagen 20 bestehen.

Die Querprofile 19' sind durch geeignete Stützen auf dem Untergrund abgestützt Auf der Innenseite jedes U-Trägers 17 ist oberhalb der Querprofile 19' eine sich nach innen-oben öffnende Winkelschiene 21 über schalldämmende Zwischf-nlagen 24 befestigt. An den Winkelschienen 21 können am Fahrzeug drehbar gelagerte Rollen 22 mit horizontaler Drehachse und Rollen 23 mit vertikaler Drehachse ablaufen.

Am senkrechten Schenkel jedes U-Trägers 17 ist innen ferner über Schrauben 15 und Zwischenstücke 16 ein Stator 5 befestigt Jeder Stator 5 besteht aus lameliiertem Elektroblech und weist nach unten offene, quer zur Fahrtrichtung verlaufende Nuten 6 auf. In den Nuten 6 ist die Wanderfeldwicklung untergebracht Oberhalb der Nuten 6 weist der Stator einen den Differenzfluß der oberen und unteren Dauermagnetsysteme führenden Längsrückschluß 7 auf.

Jeder Stator ist durch Verschiebung der Schrauben 15 in einer entsprechend vergrößerten Schraubenöffnung in Höhenrichtung und durch Unterlagen in Seitenrichtung einstellbar. Auch die Winkelschienen 21 sind in dieser Weise in Höhenrichtung und in Seitenrichtung einstellbar.

An der Unterseite 27 des Fahrzeugs 27 ist in Fahrtrichtung links und rechts jeweils ein sich nach links-außen bzw. rechts-außen öffnendes U-Profi! 11 befestigt Jedes Profil 11 umgreift den entsprechenden Stator 5. Gegenüber der Oberseite des jeweiligen Stators 5 sind in jedem U-Profil 11 obere Dauermagnete 1 und gegenüber der Unterseite des jeweiligen Stators 5 in den U-Profilen 11 untere Dau. ^magnete 2 angebracht Längs des Fahrwegs sind die Dauermagnete i und 2 mit einem gegenseitigen Mittenabstand 3 angeordnet Längs des Fahrzeugs 28 wechseln sowohl bei den oberen Magneten 1 als auch bei den unteren Magn^en 2 dem Stator 5 zugewandte Nord- und Südpole miteinander ab; gegenüber einem Nordpol eines oberen Magnetes 1 befindet sich ein Südpol eines unteren Magnets 2 und umgekehrt

Die nicht dem Stator 5 zugewandten Pole unterer benachbarter Dauermagnete 2 sind durch als Hubrückschluß pro Polteilung dienende Längsverbindungen 12 miteinander verbunden. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Längsverbindung 12 ihrerseits zu einem Teil aus einem Dauermagneten 13. Die Längsverbindung 12 weist eine elektromagnetische Wicklung 14 auf.

Die Pole der oberen Dauermagnete 1 und der unteren Dauermagnete 2 liegen senkrecht übereinantifir, und von einem Magnetpaar zum in Fahrtrichtung benachbarten Magnetpaar wechselt jeweils die Feldrichtung. Die Leiter 4 sind im jeweiligen Stator 5 nach dem Prinzip der Drehstrommotorstatorwicklung angeordnet. Die Breite des jeweiligen Stator 5 stimmt mit der Breite 8 der Pole der Dauermagnete 1 und 2 überein, wodurch sich seitlich stabilisierende Kräfte und damit eine Seitenführung des Fahrzeugs 28 ergeben. Die Pole der unteren Dauermagnete 2 weisen einen höheren Fluß als die Pole der oberen Dauermagnete 1 auf, so daß sich aus der Flußdifferenz eine senkrechte, auf das Fahrzeug 28 wirkende Hubkraft ergibt, wobei die unteren Dauermagnete 2 eine gröBere Länge aufweisen können.

Die Pole der oberen Magnete 1 und der unteren Magnete 2 sind zwecks Erzielung einer Dämpfungswirkung von starkem, kurzgeschlossenem Material geringen elektrischen Widerstandes umschlossen (Kurzschlußringe 9).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetische Trag- und Vortriebseinrichtung für ein längs eines Fahrweges bewegbares Fahrzeug mit am Fahrzeug vorgesehenen Gleichfeldmagneten zur Erzeugung der Hubkräfte und in der Fahrstrecke vorgesehener Wanderfeldwicklung zur Erzeugung der Vortriebskräfte in Verbindung mit den Gleichfeldern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderfeldwicklung in einem ferromagnetischen Stator (5) angeordnet ist und daß zur Erzeugung der Gleichfelder Dauermagnete (I₁ 2) vorgesehen sind, die gegenüber dem ferromagnetischen Stator (5) anziehende Kräfte erzeugen, wobei zur Abstandshaltung zwischen dem Fahrzeug (28) und dem Fahrweg von veränderlichem Strom durchfließbare elektromagnetische Wicklungen (14) und/oder am Fahrweg ablaufende Rollen (22,23) vorgesehen sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dsß die elektromagnetischen Wicklungen an den Dauermagneten (1, 2) selbst und/oder an Längsverbindungen (12) benachbarter Dauermagnete (2) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wanderfeldstator (5) Abschnitte steigender Polteilung zur asynchronen Beschleunigung des Fahrzeugs (28) aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wanderfeldstator (5) durch die Felder der Dauermagnete (1, 2) im Bereich magnetischer Sättigung arbeitet.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß -ie Dauermagnetpole von Kurzschlußringen (9) umschlossen sind.