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WO2001098103A1 - Anordnung zum berührungslosen erzeugen von magnetischen querkräften für die führung eines schwebefahrzeuges - Google Patents

Anordnung zum berührungslosen erzeugen von magnetischen querkräften für die führung eines schwebefahrzeuges Download PDF

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WO2001098103A1
WO2001098103A1 PCT/EP2001/006912 EP0106912W WO0198103A1 WO 2001098103 A1 WO2001098103 A1 WO 2001098103A1 EP 0106912 W EP0106912 W EP 0106912W WO 0198103 A1 WO0198103 A1 WO 0198103A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rail
excitation
coil
arrangement according
poles
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2001/006912
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Weh
Wolfgang Niemann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to AU2001279672A priority Critical patent/AU2001279672A1/en
Publication of WO2001098103A1 publication Critical patent/WO2001098103A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00—Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/04—Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/06—Means to sense or control vehicle position or attitude with respect to railway
    • B60L13/08—Means to sense or control vehicle position or attitude with respect to railway for the lateral position
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the contactless generation of transverse magnetic forces for guiding a hover vehicle, with an upper C-shaped ferromagnetic rail with two downward rail ends, an excitation part arranged on the vehicle side under the upper rail, which has a guide magnet device with at least two Exciter poles opposite rail ends, a connecting yoke connecting the exciter poles and a coil device.
  • a contactless transport of a hover vehicle on a rail arrangement is generally carried out with magnetic load capacities between the upper C-shaped ferromagnetic rail on the roadway side, possibly also a lower C-shaped ferromagnetic rail, and a supporting magnet device of the excitation part on the vehicle side.
  • Driving forces continue to be developed between the exciter part on the vehicle side or further exciter parts on the vehicle side and the rail on the carriageway.
  • Hovering vehicle guidance also presupposes that, in addition to these load and propulsion forces, lateral guidance also takes place without the use of elements subject to friction.
  • the forces should be adjustable and should be able to be generated with little effort, in particular without additional rails on the road.
  • DE 22 38 402 C2 shows a system in which the simultaneous generation of sufficient load-bearing capacities and ensuring sufficient lateral guidance is complex and problematic.
  • the invention has for its object to provide improvements over conventional arrangements and in particular to enable safe generation of transverse forces of the desired size with relatively little expenditure on equipment, in particular also small-sized excitation parts on the vehicle.
  • a supporting magnet device arranged on the upper rail is connected to the excitation part to form a levitation force, and a transverse force can be generated by superimposing a field vortex generated between the guide magnet device and the rail ends and a coil field generated by the coil device ,
  • the field vortex at the rail ends is generated in particular by permanent magnets.
  • the transverse force between the excitation part and the C-shaped rail which also interacts with the supporting magnet device, is thus generated by generating a field vortex between the ends of the C-shaped rail and excitation poles of the excitation part according to the invention and with the magnetic field Coil device for generating the desired transverse forces is superimposed.
  • the current of the coil device can be large can be used to generate the lateral forces.
  • a contribution to the load-bearing capacity in the vertical direction is additionally made between the excitation part and the rail on the vehicle, but this is relatively small.
  • the excitation part according to the invention can thus be used in combination with supporting magnet devices in common racks of the vehicle and in interaction with the same rail on the road side.
  • a particularly effective formation of the transverse forces by means of a suitable field vortex excited by one or more permanent magnets is achieved in that the width of the excitation poles is greater than the width of the rail ends and the vertical length of the excitation poles is greater than the width of the rail ends.
  • a ratio of the width of the excitation poles to the width of the rail ends can be selected in the range from 1.5 to 2, for example approximately 1.8.
  • ferromagnetic lamellae extending in the vertical direction and in the transport direction can advantageously be formed in the excitation poles, which are arranged alternately with individual magnets or partial magnets of the excitation poles.
  • a high magnetic conductivity can be achieved in the vertical direction by the ferromagnetic lamellae.
  • the field vortex for generating the desired transverse force is generally achieved in air gaps between the ends of the C-shaped rail and the excitation poles by means of a suitable symmetrical dimensioning.
  • the actuating force can also be influenced by reversing the polarity of the current flow of the coil.
  • the ferromagnetic lamellae can effectively guide the coil magnetic field from the connecting yoke via the lamellae to the air gap opposite the rail ends. A high magnetic flux density can thus be achieved with relatively low currents and losses.
  • the arrangement according to the invention can also be used for rails without curve elevation, since sufficiently large transverse forces can be generated.
  • operation on level roadways without inclined rails is then possible.
  • the requirement for the carriageway is reduced for rails without curve elevation.
  • FIG. 1 shows a cross section through an arrangement according to an embodiment of the invention
  • FIG 2a shows a section of Figure 1 with the proportions of
  • FIG. 2b shows the course of the transverse force Fz as a function of the displacement quantity z in the transverse direction with a constant coil current
  • FIG. 3 shows a cross section of this embodiment with the field lines drawn by superimposing the field portions from FIG. 2b;
  • Figure 4 shows an embodiment with a two-sided exciter arrangement between an upper and a lower rail.
  • a C-shaped ferromagnetic upper rail 1 has two downward rail ends 2, 3 with a width br.
  • an excitation part 4 is provided, which has a coil arrangement with coil halves 8 and 9, which surround a connecting yoke 7.
  • coils with the shown upper coil parts 8 and lower coil parts 9 each include longitudinal sections of the connecting yoke 7.
  • the current direction in the coil regions 8, 9 thus takes place in the longitudinal direction, as shown, for example, in FIG. 2a and the embodiment in FIG.
  • excitation poles 5, 6 are arranged laterally next to the upper coil half 8 and face the rail ends 2, 3 via air gaps 10, 11.
  • the excitation poles 5, 6 together form a permanent magnet device.
  • the permanent magnetic field is partially shown in Figure 1 and Figure 2a.
  • fictitious current directions for "impressed currents" of the permanent magnets are given on the top and bottom sides of the excitation poles, which correspond to the field profile of the permanent magnetic field.
  • the magnetic field of each excitation pole is at least partially closed by a rail end and the connecting yoke Permanent magnetic field overlaps with the coil magnetic field generated by the coil arrangement with the coil halves 8, 9.
  • the coil magnetic field initially runs in the transverse direction through the connecting yoke 7 and from here via air gaps 12 and 13 through the excitation poles 5 ' , 6, the air gaps 10 and 11 and is closed via the upper rail 1.
  • the flux course Ba of the coil magnetic field is shown in Figure 2a, as can be seen from a comparison of Figure 1 with Figure 2a, by overlaying the coil magnetic field running in the vertical direction with the field vortex the excitation poles 5, '6 (shown in figure 1 without magnetic field coils) that generates the superimposed total magnetic field shown in Figure 2a by arrows.
  • the excitation pole 5 shown on the left an amplification of the magnetic field is generated on its right side
  • a weakening of the magnetic field is generated on its left side by superposition with the coil magnetic field;
  • the overall magnet profile at the excitation pole 6 shown on the right is also reinforced on the right side, the magnetic field running from the end 3 to the excitation pole 6.
  • Permanent magnets can be used to generate high flux densities of, for example, one Tesla, even with a relatively large air gap, for example in the range of one to two centimeters.
  • the permanent magnets of the excitation poles can thus generate a strong field vortex in the pole area of the air gap, the axis of which is parallel to the direction of travel.
  • the asymmetry required for the force formation of the field acting on the flanks of the rail end and excitation poles can be set.
  • a maximum value of the actuating forces generated results in a magnetic circuit which enables both a favorable arrangement of the permanent magnets near the air gap and a particularly effective field generation by the coil current.
  • the coil magnetic field can be conducted through the excitation poles according to FIG. 3 through ferromagnetic lamellae extending in the vertical direction, so that a high magnetic conductivity is achieved.
  • the slats 19 are arranged between individual magnets 22 or alternately to them.
  • a width bm of the excitation poles 5, 6 is advantageously larger, in particular significantly larger than a width br of the rail ends.
  • the ratio can be, for example, in the range between 1.5 and 2.2, for example approximately 1.8.
  • the length extension Im in the vertical direction of the excitation poles 5, 6 is greater than the width br.
  • field vortices with opposite tendencies are preferably generated at the excitation poles and are overlaid with the rectified coil magnetic field closed by the rail.
  • an oppositely running coil magnetic field Ba is generated, which, however, when superposed with the constant permanent magnetic fields of the excitation poles, leads to a reversal of force, so that the actuating force can also be influenced by the current direction.
  • the permanent magnetic fields of the excitation poles in the area in the air gaps 10, 11 have a transverse component, that is to say a component in the Z direction, so that the desired transverse forces can be generated when they are superimposed on the coil magnetic field which has essentially no Z component.
  • a profile of the lateral force Fz is achieved as a function of the displacement of the excitation part Z, in which the force curve in the Z direction covers an extent which is approximately the size of the pole spacing% as shown in Figure 2a shown corresponds.
  • the maximum value is slightly offset from the center of the pole.
  • a wide-ranging force effect is achieved in this course in the Z direction.
  • the force curve for currents in different directions is not completely identical, but with its small differences it has a very favorable characteristic.
  • the size of the actuating forces is so high that, with suitable coil dimensions, the lateral forces are far higher than the average value required per vehicle length.
  • the effect of the ferromagnetic lamellae 19 can be seen in particular in FIG. 3. That through overlay. of the permanent magnetic field generated by the coil magnetic field, which is represented by the field lines, shows the asymmetry effective on the flanks of the rails. Air gaps 12, 13 (shown in FIG. 1) formed between the excitation poles 5, 6 and the connecting yoke 7 serve to limit the field densities which are generated by the lower edge vortex of the excitation poles. A thin compensation magnet 20 can advantageously be inserted between the upper coil half 8 and the connecting yoke 7 to reduce the stray field load. ,
  • FIG. 4 shows an embodiment with a double-sided magnetic circuit, in which a lower C-shaped ferromagnetic rail 14 with rail ends 17, 18 pointing upwards is additionally used.
  • lower excitation poles 15, 16 with the structure described in FIG. 3 with ferromagnetic lamellae are provided, between which the lower coil region 9 is arranged.
  • Compensation magnets 20 and 21 can be arranged between the two coil halves and the connecting yoke 7.
  • the connecting yoke 7 serves as a central yoke, which is reinforced compared to the previously shown embodiments.
  • the excitation part shown is also rigidly connected to the supporting magnet arrangement for the levitation of force in this embodiment.
  • Gaps of approximately the same size on both sides are advantageous for the effective generation of the tangential force.
  • the upper gap is set smaller than the lower gap for the generation of the supporting force by the levitation magnets or supporting magnets.
  • the lower gap is reduced and its size is limited mechanically.
  • the guiding method shown is particularly suitable for combining with floating magnets of the hybrid type which are optimized in terms of load capacity. It can be carried out on C-shaped rails, the dimensions of which are essentially determined by the load capacity requirements is determined.
  • adjustable forces of both directions can be generated in both directions within a relatively large lateral displacement range.
  • the floating magnets which are equipped without any special measures, are inherently stable and develop restoring forces when offset.
  • the guide magnets shown according to the invention can additionally be used to develop guide forces with small deflections or also without deflection, which additionally point in the transverse direction.
  • the excitation parts for the transverse force generation shown according to the invention can be used, for example, to occupy 20 to 25% of the vehicle length, so that a larger proportion of the lifting force magnet systems generating the levitation force are reserved.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Erzeugen von magnetischen Querkräften für die Führung eines Schwebefahrzeugs, mit einer oberen C-förmigen ferromagnetischen Schiene (1) mit zwei nach unten weisenden Schienenenden (2, 3), einem fahrzeugseitig unter der oberen Schiene (1) angeordneten Erregerteil (4), das eine Führungsmagneteinrichtung (5, 6) mit mindestens zwei den Schienenenden (2, 3) gegenüberliegenden Erregerpolen (5, 6), einem die Erregerpole verbindenden Verbindungsjoch (7) und einer Spuleneinrichtung (8, 9) aufweist. Um eine sichere Erzeugung von Querkräften gewünschter Grösse mit relativ geringem apparativem Aufwand, insbesondere auch kleinbauenden fahrzeugseitigen Erregerteilen zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass mit dem Erregerteil (4) eine an der oberen Schiene (1) angeordnete Tragmagneteinrichtung zur Ausbildung einer Schwebekraft verbunden ist und durch Überlagerung eines zwischen der Führungsmagneteinrichtung (5, 6) und den Schienenenden (2, 3) erzeugten Feldwirbels und eines von der Spuleneinrichtung (8, 9) erzeugten Spulenfeldes eine Querkraft erzeugbar ist.

Description

Anordnung zum berührungslosen Erzeugen von magnetischen Querkräften für die Führung eines Schwebefahrzeuges
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum beruhrungslosen Erzeugen von magnetischen Querkräften für die Führung eines Schwebefahrzeugs, mit einer oberen C-förmigen ferromagnetischen Schiene mit zwei nach unten weisenden Schienenenden, einem fahrzeugseitig unter der oberen Schiene angeordneten Erregerteil, das eine Führungsmagneteinrichtung mit mindestens zwei den Schienenenden gegenüberliegenden Erregerpolen, einem die Erreger- pole verbindenden Verbindungsjoch und einer Spuleneinrichtung aufweist.
Ein berührungsloser Transport eines Schwebefahrzeugs auf einer Schienenanordnung erfolgt in der Regel mit magnetischen Tragkräften zwischen der fahrbahnseitigen oberen C-förmigen ferromagnetischen Schiene, gegebe- nenfalls auch einer unteren C-förmigen ferromagnetischen Schiene, und einer Tragmagneteinrichtung des fahrzeugseitigen Erregerteils. Zwischen dem fahr- zeugseitigen Erregerteil beziehungsweise weiteren fahrzeugseitigen Erregerteilen und der fahrbahnseitigen Schiene werden weiterhin Vortriebskräfte ausgebildet. Die schwebetechnische Fahrzeugführung setzt weiterhin voraus, dass ne- ben diesen Trag- und Vortriebskräften auch eine seitliche Führung ohne Inanspruchnahme von reibungsbehafteten Elementen erfolgt. Hierbei sollten die Kräfte stellbar sein und ohne größeren Aufwand, insbesondere auch ohne zusätzliche fahrbahnseitige Schienen erzeugt werden können.
Dies konnte bisher nur teilweise erreicht werden. Es ist insbesondere bei Hybridmagnetsystemen problematisch, bei denen die Schwebewirkung durch hybride Tragmagnete, das heißt einer Permanentmagneteinrichtung zur Aufnahme einer Grundlast und einer Spulenanordnung zur Erzeugung eines Zusatzmagnetfeldes erzeugt wird. Bei einer derartigen Hybridmagnetanordnung erfolgt eine Wech- selwirkung der C-förmigen ferrromagnetischen Schienen und der Hybridmagnetanordnung mit großen quergerichteten tangentialen Kräften. Hierzu wurden bereits Kombinationen von Tragkraft erzeugenden Erregermagneten mit einer Seitenkrafterzeugung an den C-förmigen Schienen vorgeschlagen. Ihre Leistungsfähigkeit zur Bereitstellung ausreichend großer Kräfte (bezogen auf die Fahrzeuglänge) ist jedoch zu gering, als dass sie den Bedingungen eines schnellen Verkehrs und der Anwendung für Fahrzeuge mit hohen Nutzlastanteilen entsprechen können.
Die DE 22 38 402 C2 zeigt ein System, bei dem die gleichzeitige Erzeugung ausreichender Tragkräfte und die Sicherstellung einer ausreichenden Querführung aufwendig und problematisch ist.
Bei herkömmlichen Systemen ist insbesondere die Steuerung und Regelung der Querauslenkung durch eine geeignete Stellgröße problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, gegenüber herkömmlichen Anordnungen Verbesserungen zu schaffen und insbesondere eine sichere Erzeugung von Querkräften gewünschter Größe mit relativ geringem apparativem Aufwand, insbesondere auch kleinbauenden fahrzeugseitigen Erregerteilen zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Anordnung gelöst, indem mit dem Erregerteil eine an der oberen Schiene angeordnete Tragmagneteinrichtung zur Ausbildung einer Schwebekraft verbunden ist und durch Überlagerung eines zwischen der Führungsmagneteinrichtung und den Schienenenden erzeugten Feldwirbels und eines von der Spuleneinrichtung erzeugten Spulenfeldes eine Querkraft erzeugbar ist. Der Feldwirbel an den Schienenenden wird hierbei insbesondere durch Permanentmagnete erzeugt.
Erfindungsgemäß wird somit die Querkräft zwischen dem Erregerteil und der C-förmigen Schiene, die ebenfalls mit der Tragmagneteinrichtung in Wechselwir- kung steht, erzeugt, indem ein Feldwirbel zwischen den Enden der C-förmigen Schiene und Erregerpolen des erfindungsgemäßen Erregerteils erzeugt und mit dem Magnetfeld der Spuleneinrichtung zur Erzeugung der gewünschten Querkräfte überlagert wird. Hierdurch kann der Strom der Spuleneinrichtung als Stell- große zur Erzeugung der Querkräfte verwendet werden. Hierbei wird zwischen dem Erregerteil und der fahrzeugseitigen Schiene zusätzlich ein Beitrag zur Tragkraft in vertikaler Richtung geleistet, der jedoch relativ gering ist. Das erfindungsgemäße Erregerteil kann somit in Kombination mit Tragmagneteinrichtun- gen in gemeinsamen Gestellen des Fahrzeugs und in Wechselwirkung mit der gleichen fahrbahnseitigen Schiene verwendet werden.
Eine besonders wirksame Ausbildung der Querkräfte durch einen geeigneten, durch einen oder mehrere Permanentmagnete erregten Feldwirbel wird erreicht, indem die Breite der Erregerpole größer als die Breite der Schienenenden und die vertikale Länge der Erregerpole größer als die Breite der Schienenenden ist. Hierbei kann zum Beispiel ein Verhältnis der Breite der Erregerpole zu der Breite der Schienenenden im Bereich von 1 ,5 bis 2, zum Beispiel etwa 1 ,8 gewählt werden.
Erfindungsgemäß können in den Erregerpolen vorteilhafterweise sich in vertikaler Richtung und in Transportrichtung erstreckende ferromagnetische Lamellen ausgebildet sein, die mit Einzelmagneten oder Teilmagneten der Erregerpole alternierend angeordnet sind. Durch die ferromagnetischen Lamellen kann in vertikaler Richtung eine hohe magnetische Leitfähigkeit erreicht werden.
Der Feldwirbel zur Erzeugung der gewünschten Querkraft wird im Allgemeinen in Luftspalten zwischen den Enden der C-förmigen Schiene und den Erregerpolen durch eine geeignete symmetrische Dimensionierung erreicht. Bei Überlagerung des Feldwirbels zwischen den Schienenenden und den Erregerpolen mit dem Spulenmagnetfeld des Spulenstroms entsteht eine unsymmetrische Feldverteilung. Dementsprechend kann durch Umpolung der Stromführung der Spule ebenfalls die Stellkraft beeinflusst werden. Durch die ferromagnetischen Lamellen kann das Spulenmagnetfeld effektiv von dem Verbindungsjoch über die Lamellen zu dem Luftspalt gegenüber den Schienenenden geführt werden. Somit kann eine hohe magnetische Flussdichte mit verhältnismäßig geringen Strömen und Verlusten erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Anordnung kann bei geeigneter Dimensionierung auch für Schienen ohne Kurvenüberhöhung verwendet werden, da hinreichend große Querkräfte erzeugt werden können. In Kombination mit fahrzeugseitigen Komponenten, die eine Neigetechnik gestatten, ist dann ein Betrieb auf ebenen Fahrbahnen ohne geneigte Schienen möglich. Bei Schienen ohne Kurvenüberhöhung reduziert sich die Anforderung an die Fahrbahn.
Weiterhin ist grundsätzlich auch ein Einsatz an geneigten Schienen möglich.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen an einigen Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 einen Querschnitt durch eine Anordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2a einen Ausschnitt aus Figur 1 mit den Anteilen des
Permanentmagnetfeldes und des Spulenmagnetfeldes zwischen Erregerpolen und Schienenenden,'
Figur 2b den Verlauf der Querkraft Fz in Abhängigkeit von der Verschiebegröße z in Querrichtung bei konstantem Spulenstrom;
Figur 3 einen Querschnitt dieser Ausführungsform mit eingezeichnetem Verlauf der Feldlinien durch Überlagerung der Feldanteile von Figur 2b;
Figur 4 eine Ausführungsform mit zweiseitiger Erregeranordnung zwischen einer oberen und einer unteren Schiene.
Gemäß Figur 1 weist eine C-förmige ferromagnetische obere Schiene 1 zwei nach unten weisende Schienenenden 2, 3 mit einer Breite br auf. Unterhalb der oberen Schiene 1 ist ein Erregerteil 4 vorgesehen, das eine Spulenanordnung mit Spulenhälften 8 und 9 aufweist, die ein Verbindungsjoch 7 umgeben. Hierbei schließen Spulen mit den gezeigten oberen Spulenteilen 8 und unteren Spulenteilen 9 jeweils Längenabschnitte des Verbindungsjochs 7 ein. Die Stromrichtung in den Spulenbereichen 8, 9 erfolgt somit in Längsrichtung, wie zum Beispiel in Figur 2a sowie der Ausführungsform der Figur 4 eingezeichnet. Erfindungsge- maß sind Erregerpole 5, 6 seitlich neben der oberen Spulenhälfte 8 angeordnet und stehen den Schienenenden 2, 3 über Luftspalte 10, 11 gegenüber. Die Erregerpole 5, 6 bilden zusammen eine Permanentmagneteinrichtung. Das Permanentmagnetfeld ist in Figur 1 und Figur 2a teilweise eingezeichnet. Zur Veran- schaulichung sind an den Ober- und Unterseiten der Erregerpole fiktive Strom- richtüngen für „eingeprägte Ströme" der Permanentmagnete angegeben, die dem Feldverlauf des Permanentmagnetfeldes entsprechen. Somit wird das magnetische Feld jedes Erregerpols durch ein Schienenende und das Verbindungs- joch zumindest teilweise geschlossen. Dieses Permanentmagnetfeld überlagert sich mit dem von der Spulenanordnung mit den Spulenhälften 8, 9 erzeugen Spulenmagnetfeld. Das Spulenmagnetfeld verläuft von der Spule ausgehend zunächst in Querrichtung durch das Verbindungsjoch 7 und von hier ausgehend über Luftspalte 12 und 13 durch die Erregerpole 5', 6, die Luftspalte 10 und 11 und wird über die obere Schiene 1 geschlossen. Hierbei ist in Figur 2a der Flussverlauf Ba des Spulenmagnetfeldes gezeigt. Wie aus einem Vergleich der Figur 1 mit Figur 2a ersichtlich ist, wird durch Überlagerung des in vertikaler Richtung verlaufenden Spulenmagnetfeldes Ba mit dem Feldwirbel der Erregerpole 5, ' 6 (der in Figur 1 ohne Spulenmagnetfeld gezeigt ist), das in Figur 2a durch Pfeile gezeigte überlagerte Gesamtmagnetfeld erzeugt. Hierbei wird zum Beispiel in dem links gezeigten Erregerpol 5 an seiner rechten Seite eine Verstärkung des Magnetfeldes, an seiner linken Seite hingegen eine Abschwächung des Magnetfeldes durch Überlagerung mit dem Spulenmagnetfeld erzeugt; entsprechend ist der Gesamtmagnetverlauf an dem rechts gezeigten Erregerpol 6 an der rechten Seite ebenfalls verstärkt, wobei hier das Magnetfeld von dem Ende 3 zu dem Erregerpol 6 hin verläuft.
Durch Permanentmagnete lassen sich auch bei verhältnismäßig großem Luftspalt, zum Beispiel im Bereich von ein bis zwei Zentimetern, hohe Flussdichten von zum Beispiel ein Tesla erzeugen. Durch die Permanentmagnete der Erregerpole kann somit im Polbereich des Luftspaltes ein starker Feldwirbel, dessen Achse parallel zur Fahrtrichtung zeigt, erzeugt werden. Somit kann durch entsprechende Einstellung einer geeigneten Stromstärke im Spulenstrom die zur Kraftbildung erforderliche Unsymmetrie des an den Flanken des Schienenendes und Erregerpole angreifenden Feldes eingestellt werden. Ein maximaler Wert der erzeugten Stellkräfte ergibt sich in einem Magnetkreis, der sowohl eine günstige Anordnung der Permanentmagneten in Luftspaltnähe als auch eine besonders wirksame Felderzeugung durch den Spulenstrom ermöglicht. Das Spulenmagnetfeld kann durch die Erregerpole hindurch gemäß Figur 3 durch sich in vertikaler Richtung erstreckende ferromagnetische Lamellen geleitet werden, so dass eine hohe magnetische Leitfähigkeit erreicht wird. Die La- mellen 19 sind hierbei zwischen Einzelmagneten 22 beziehungsweise alternierend zu diesen angeordnet.
Erfindungsgemäß ist vorteilhafterweise eine Breite bm der Erregerpole 5, 6 größer, insbesondere deutlich größer als eine Breite br der Schienenenden. Hierbei kann das Verhältnis zum Beispiel im Bereich zwischen 1 , 5 und 2,2, zum Beispiel etwa 1 ,8 betragen. Ebenso ist die Längenausdehnung Im in vertikaler Richtung der Erregerpole 5, 6 größer als die Breite br.
Wie aus der Felddarstellung der Figuren 1 bis 3 gezeigt werden bevorzugt an den Erregerpolen Feldwirbel mit gegenläufiger Tendenz, zum Beispiel jeweils von innen nach außen laufend, erzeugt, die mit dem gleichgerichteten, über die Schiene geschlossenen Spulenmagnetfeld überlagert werden. Bei Umkehr der Stromrichtung zum Beispiel durch Umpolung der Spule wird ein entgegengesetzt verlaufendes Spulenmagnetfeld Ba erzeugt, das jedoch in Überlagerung mit den gleichbleibenden Permanentmagnetfeldern der Erregerpole zu einer Kraftumkehr führen, so dass die Stellkraft auch von der Stromrichtung beeinflusst werden kann.
Erfindungsgemäß weisen die Permanentmagnetfelder der Erregerpole in dem Bereich in der Luftspalte 10, 11 eine Querkomponente, das heißt Komponente in Z-Richtung auf, so dass bei Überlagerung mit dem im Wesentlichen keine Z-Komponente aufweisenden Spulenmagnetfeld gewünschte Querkräfte erzeugt werden können.
Wie Figur 2b zu entnehmen ist, wird für einen Spulenstrom konstanter Größe ein Verlauf der Querkraft Fz in Abhängigkeit von der Verschiebung des Erregerteils Z erreicht, bei dem die Kraftkurve in Z-Richtung eine Ausdehnung überdeckt, die ungefähr der Größe des eingezeichneten Polabstandes % wie in Figur 2a gezeigt entspricht. Der Maximalwert ist gegenüber der Polmitte leicht versetzt. Wie gezeigt wird eine in Z-Richtung weiträumige Kraftwirkung bei diesem Verlauf erreicht. Der Kraftverlauf für Ströme unterschiedlicher Richtung ist nicht vollkommen identisch, weist mit seinen geringen Unterschieden jedoch eine sehr günstige Charakteristik auf. Die Größe der Stellkräfte ist so hoch, dass bei geeigneter Spulendimensionierung die Seitenkräfte weit höher sind als der im Mittel erforderliche Wert je Fahrzeuglänge.
Bei einer Kombination der hier beschriebenen Führmagneten mit Hybridmagnet- Systemen zur Tragkrafterzeugung .werden von den Hybridmagnetsystemen für die Tragkrafterzeugung bei Verschiebungen in Querrichtung zusätzliche Rückstellkräfte entwickelt, die sich positiv zu den Kraftkomponenten der erfindungsgemäßen Führmagnete addieren.
Die Auswirkung der ferromagnetischen Lamellen 19 ist insbesondere in Figur 3 ersichtlich. Das durch Überlagerung. des Permanentmagnetfeldes mit dem Spulenmagnetfeld erzeugte Gesamtmagnetfeld, das durch die Feldlinien dargestellt wird, zeigt die an den Flanken der Schienen wirksame Unsymmetrie. Zwischen den Erregerpolen 5, 6 und dem Verbindungsjoch 7 ausgebildete Luftspalte 12, 13 (in Figur 1 eingezeichnet) dienen der Begrenzung der Felddichten, die durch den unteren Randwirbel der Erregerpole erzeugt werden. Zwischen der oberen Spulenhälfte 8 und dem Verbindungsjoch 7 kann vorteilhafterweise zur Reduzierung der Streufeldbelastung ein dünner Kompensationsmagnet 20 eingesetzt sein. .
Figur 4 zeigt eine Ausführungsform mit doppelseitigem Magnetkreis, bei dem zusätzlich eine untere C-förmige ferromagnetische Schiene 14 mit nach oben weisenden Schienenenden 17, 18 verwendet wird. Entsprechend sind untere Erregerpole 15, 16 mit dem in Figur 3 beschriebenen Aufbau mit ferromagneti- sehen Lamellen vorgesehen, zwischen denen der untere Spulenbereich 9 angeordnet ist. Hierbei können Kompensationsmagneten 20 und 21 zwischen beiden Spulenhälften und dem Verbindungsjoch 7 angeordnet sein. Um eine Nutzung beider Spulenbereiche für die Leitung des Magnetfeldes zu erreichen, dient das Verbindungsjoch 7 als Mitteljoch, das gegenüber den vorher gezeigten Ausführungsformen verstärkt ausgeführt ist. Das gezeigte Erregerteil ist auch bei dieser Ausführungsform starr mit der Tragmagnetanordnung für die Schwebekrafterzeugung verbunden. Dies kann insbesondere in Querrichtung erfolgen. Zur effektiven Erzeugung der Tangentialkraft sind annähernd gleich große Spalte auf beiden Seiten vorteilhaft. Für die Tragkrafterzeugung durch die Schwebemagneten beziehungsweise Tragmagneten wird zum Beispiel der obere Spalt kleiner als der untere Spalt angesetzt. Für die Absenkposition, das heißt bei Fahrzeugstillstand, wird der untere Spalt verringert und seine Größe mechanisch, beschränkt. Somit wird vorteilhafterweise für das erfindungsgemäße Erregerteil zur Querkrafterzeugung im Fall des Absenkens der Schwebemagnete eine gesonderte Stellvorrichtung für eine Luftspaltsymmetrierung erfolgen. Beim Anhebevorgang wird diese Verlagerung wieder rückgängig gemacht.
Da erfindungsgemäß eine sehr hohe und im Wesentlichen dem Spulenstrom proportionale Querkraft erzeugt werden kann, eignet sich das gezeigte Führverfahren besonders zur Kombination mit Tragkraft optimierten Schwebemagneten der hybriden Art. Sie kann an C-förmigen Schienen erfolgen, deren Di- mensionierung im Wesentlichen durch die Tragkraftanforderungen bestimmt wird. Hierbei können stellbare Kräfte beider Richtungen innerhalb eines verhältnismäßig großen seitlichen Verschiebebereiches in beiden Richtungen erzeugt werden.
Die ohne besondere Maßnahmen ausgestatteten Schwebemagnete sind für sich eigenstabil und entwickeln bei Versatz Rückstellkräfte. Durch die erfindungsgemäß gezeigten Führmagnete können ergänzend Führkräfte bei kleinen Auslenkungen oder auch ohne Auslenkung entwickelt werden, die ergänzend in Querrichtung zeigen.
Durch die erfindungsgemäß gezeigten Erregerteile für die Querkrafterzeugung können zum Beispiel 20 bis 25% der Fahrzeuglänge belegt werden, so dass der größere Anteil den Schwebekraft erzeugenden Tragkraftmagnetsystemen vorbehalten bleiben.
Höhere seitliche Führungskräfte werden bei Fahrbahnen ohne Kurvenüberhöhung benötigt. Dies kann insbesondere bei einer Ausführung starrer Weichen ohne bewegliche Teile erfolgen. Bei starren Weichen übernimmt die magnetische Führfunktion bei Weicheneinfahrt auch gleichzeitig die Steuerfähigkeit der Kurveneinleitung. Dies ist insbesondere bei einer doppelseitigen Ausführung, bei der zwei Erregerteile mit zugehörigen Schienen seitlich nebeneinander liegen auf der Basis der beschriebenen Seitenführung machbar.
Bezugszeichenliste
C-förmige ferromagnetische obere Schiene Schienenende Schienenende Erregerteil Erregerpol Erregerpol Verbindungsjoch Spulenbereich Spulenbereich
Luftspalt Luftspalt Luftspalt Luftspalt untere C-förmige ferromagnetische untere Schiene unterer Erregerpol unterer Erregerpol Schienenende Schienenende ferromagnetische Lamelle
Kompensationsmagnet Kompensationsmagnet Einzelmagnet

Claims

Patentansprüche
1. Anordnung zum berührungslosen Erzeugen von magnetischen Querkräften für die Führung eines Schwebefahrzeugs, mit einer oberen C-förmigen ferromagnetischen Schiene (1) mit zwei nach unten weisenden Schienenenden (2, 3), einem fahrzeugseitig unter der oberen Schiene (1) angeordneten Erregerteil (4), das eine Führungsmagneteinrichtung (5, 6) mit mindestens zwei den Schienenenden (2, 3) gegenüberliegenden Erreger- polen (5, 6), einem die Erregerpole verbindenden Verbindungsjoch (7) und einer Spuleneinrichtung (8, 9) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erregerteil (4) eine an der oberen Schiene (1) angeordnete Tragmagneteinrichtung zur Ausbildung einer Schwebekraft verbunden ist und durch Überlagerung eines zwischen der Führungsmagneteinrichtung (5, 6) und den Schienenenden (2, 3) .erzeugten Feldwirbels und eines von der Spuleneinrichtung (8, 9) erzeugten Spulenfeldes eine Querkraft erzeugbar ist.
Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Erregerpolen (5, 6) und den Schienenenden (2,
3) jeweils Luftspalte (10, 11) ausgebildet sind.
Anordnung nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Erregerpolen (5, 6) und dem Verbindungsjoch (7) jeweils Luftspalte (12, 13) ausgebildet sind.
4. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, . dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (bm) der Erregerpole (5, 6) größer als die Breite (br) der Schienenenden (2, 3) und die vertikale Länge (Im) der Erregerpole (5, 6) größer als die Breite (br) der Schienenenden (2, 3) ist.
5. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine untere C-förmige ferromagnetische Schiene (14) mit zwei nach oben weisenden Schienenenden (17, 18) vorgesehen ist und das
Erregerteil (4) untere Erregerpole (15, 16) aufweist, die den Maschinenenden (17, 18) der unteren Schiene (14) gegenüber liegen und durch das Verbindungsjoch (7) magnetisch verbunden sind.
6. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerpole (5, 6) sich in vertikaler Richtung erstreckende ferromagnetische Lamellen (19) aufweisen.
7. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Feld zwischen den oberen Erregerpolen (5, 6) und den Schienenenden (2, 3) der oberen Schiene (1), vorzugsweise auch zwischen den unteren Erregerpolen (5, 6) und den Schienenen- den (17, 18) der unteren Schiene (14), in Querrichtung jeweils unsymmetrisch ist.
8. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Bereich zwischen dem Verbindungsjoch (7) und einer zwischen den Erregerpolen (5, 6) angeordneten Spulenhälfte (8) der Spulenmagneteinrichtung ein Kompensationsmagnet zur Reduzierung der Streufeldbelastung vorgesehen ist.
9. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Luftspaltposition der Führungsmagneteinrichtung (5, 6) gegenüber der Schwebekraft erzeugenden Tragmagneteinrichtung verstellbar ist.
10. Anordnung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene (n) (1 , 14) in Kurven keine oder eine geringe Kurvenüberhöhung aufweisen.
11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schiene in Kurven geneigt ist.
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