DE2811161A1 - Elektromagnetanordnung zum beruehrungsfreien tragen und fuehren eines magnetschwebefahrzeuges - Google Patents

Description

• Elektromagnetanordnung zum berührungsfreien Tragen
• und Führen eines Magnetschwebefahrzeugs Die erfindung bezieht sich auf eine ~lektromagnetanordnung nach Patent (Patentanmeldung P 28 03 106 3 ).
• 3ei dem bekannten "Transrapid"-Magnetschwebefahrzeug von Krauss-Maffei sind zum Drogen und/oder Führen des Schwebefahrzeugs zwei parallele, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Reihen von Elektromagneten starr an der Fahrzeugunterseite befestigt. Die Elektromagneten jeder Magnetreihe stehen mit ihren Polflächen einer zugeordneten fahrbahnseitigen Ankerschiene unter Ausbildung eines Induktionsluftspalts gegenüber, welche ein U-förmiges Querschnittsprofil und daher zwei diskrete, in Schienenlängsrichtung verlaufende Polflächen aufweist. Es handelt sich hier um ein kombiniertes Drag- und Führsystem, bei dem durch einen installierten Versatz der Magneten innerhalb einer Magnetreihe Führkräfte durch unterschiedliche Ansteuerung der rechts und links versetzten Magneten erzeugt werden können.
• Der nachteil einer derartigen Elektromagnetanordnung besteht darin, daß bei großen benötigten Führkräften die links und rechts versetzten Magneten jeder Magnetreihe stark unterschiedliche Lasten tragen, so daß im Extremfall die Tragkräfte nur von der hälfte der Magneten aufzubringen sind und somit die Gefahr einer Magnetüberlastung besteht. Zur Beseitigung dieses liac'lteils sind bei der Elektromagnetanordnung nach dem Hauptatent alle Magneten einer Reihe längs einer gemeinsamen Achse ohne seitlichen Versatz angeordnet, die in der Ruhelage des Fahrzeugs in allgemeinen in der Symmetrieebene der Ankerschiene liegt. Eine solche Magnetanordnung erzeugt bei seitlichen Auslenkungen aus dieser Ruhelage Rückstellkräfte, die das Fahrzeug in Seitenrichtung zentrieren, wobei alle Magneten gleichermaßen zur Zentirerung beitragen, im Gegensatz zum bekannten kombinierten Trag-Führsystem, bei dem auf Grund alternierenden seitlichen Versatzes zwei jeweils gegenseitig versetzte Magnete unterschiedliche Seitenkräfte und Tragkräfte erzeugen. Die Seitenbewegung des Fahrzeuges, hervorgerufen durch den Fahnveg und äußere Kräfte, wird durch eine federnd und gedämpft verschiebliche Aufhängung der Elektromagneten erzielt.
• Bei einem weiteren, von Prof. Dr. Weh an der Universität Braunschweig entwickelten System zum kombinierten Tragen, Pühren und Antreiben eines Magnetschwebefahrzeugs sind an der Fahrbahn zwei parallele, in Pahrbahnlängsrichtung verlaufende Reihen von Langstatormagneten unter einem Winkel von 45° bezüglich der Vertikalen verlegt. Jede Reihe von langstatormagneten steht mit ihren Polflächen den Polflächen jeweils einer fahrzeugseitigen Reihe von Elektromagneten unter Ausbildung von Luftspalten gegenüber.
• Die Langstatormagneten umfassen quer zur Pahrtrichtung durch gebleche Kerne hindurchgeschleifte Drehstromwicklungen. Eine Wielsl von hintereinander liegenden Langstatormagneten bildet Jeteils einen Blockabschnitt von .3. 1 bis 2 lcni Länge, der getrennt von den davor und dahinter liegenden Blockabscbnitten mit Drehstrom gespeist werden kann. Die Drehstromeinspeisung erfolt sequentiell in aufeinanderfolgende Blockabschnitte synchron zur Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs. Die fahrzeugseitigen Elektromagneten sind gleichstromgespeist und besitzen ebenfalls Wicklungen, die quer zur Fahrtrichtung durch geblechte Kerne hindurchgeschleift sind. Der Mangetfluß verläuft innerhalb der ge echten Kerne in Fahrtrichtung und innerhalb der Luftspalte senkrecht zur Fahrtrichtung in einem Winkel von 450 bezüglich der Vertikalen, wodurch Kräfte in allen drei Raumkoordinatenrichtungen, dh., Antriebs-, Dra- und Führkräfte erzeugt werden.
• Der Nachteil eines derartigen Systems besteht darin, daß die durch den Fahrvjeg und äußere Kräfte hervorgerufene Seitenbewegung des Fahrzeugs nur schwach bedämpft wird.
• Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, das letztgenannte System zum kombinierten Tragen, rühren und antreiben eines Magnetschwebefahrzeuges im Sinne des Lösungsgedankens der Elektromagnetanordnung nach dem Ifauptpatent dahingehend zu verbessern, daß die Seitenbewegung des Fahrzeugs in befriedigender Weise bedämpft und zusätzlich eine weichere Kopplung zwischen Fahrzeug und Fahrweg erzielt wird.
• Die Aufgabe wird eifindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
• Vorteilhafte Ans gestaltungen und Veit e rbildungen des Blektromagneten nach Anspruch 1 ergeben sich aus den Unteranspnichen Die Erfindung ird anhand der Zeichnungen näher erläuterte s zeigt: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektromagnetanordnung, und Pig. 2 eine schematische Ansicht von Teilen zweier seitlich versetzter, einander gegenüberstehender Magneten einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektromagnetanordnung.
• Die ausschnittsweise in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektromagnetanordnung umfaßt für jede Bahrbahnlängsseite zwei parallele Reihen von Langstatormagneten 1 die an einer nur bruchstückhaft angedeuteten Fahrbahn 3 angebracht sind. Nebeneinander angeordnete Langstatormagneten 1 der einen Reihe besitzen ein Kernblechpaket 5, während die Langstatormagneten 1 der anderen Reihe ein Kernblechpaket 6 besitzen.
• Die Kernblechpakte 5, 6 von nebeneinander angeordneten Langstatormagneten 1 sind über ein geblechtes Joch 14 magnetisch und ggf. mechanisch verbunden. Die Blechungsrichtung der Pakete 5, 6 und des Jochs 14 ist in Fig. 2a durch entsprechende Schraffur angedeutet. Zur weiteren mechanischen Verbindung der Blechpakete 5, 6 ist zwischen diesen ein unmagnetischer, elektrisch isolierender Füllkörper 17 eingefügt. Durch die Blech»akete 5, 6 und den Füllkörper 17 ist eine für jeweils zwei nebeneinander angeordnete tangstatormagneten 1 gemeinsame Drehstromwicklung 15 hindurchges cliieift.
• Die beiden parallelen Reihen mit den dargestellten tangstatormagneten 1 verlaufen mit ihren Achsen senkrecht zur Zeichenebene. Eine Vielzahl von hintereinander liegenden Langstatormagneten 1 beider Reihen bildet einen Blockakschnitt, der getrennt von den davor und dahinter liegenden Blockabschnitten mit Drehstrom gespeist werden kann.
• Den Dangstatormagneten 1 liegen im Abstand unter Ausbildung von LuftspaLten 16 zwei Gleichstrommagneten 2 gegenüber, die an einer Längsseite eines nur bruchstückhaft angedeuteten Fahrzeugs 4 in noch näher zu beschreibender Weise angebracht ist. Jeder Gleichstrommagnet 2 ist Bestandteil einer Reihe von gleichartigen Gleichstrommagneten, die längs einer gemeinsamen senkrecht zur Zeichenebene verlaufenden Achse angeordnet sind. Die Gleichstrommagneten 2 der einen Reihe besitzen einen geblechten Kern 7, während die Gleichstrommagneten 2 der anderen Reihen einen geblechten Kern 8 besitzen. Die Kerne 7, 8 von nebeneinander angeordneten Magneten 2 sind über ein geblechtes Joch 18 magnetisch und mechanisch verbunden. Ferner kann zwischen benachbarten Kernen 7, 8 ein nicht dargestellter Füllkörper aus unmagnetisch, elektrisch isoliertem Material eingefügt werden. Die durch entsprechende Schraffur in Fig. 2 angedeutete Blechungsrichtung der Kerne 7, 8 und des Jochs 18 entspricht der Blechungsrichtung der Blechpakete 5, 6 bzw. des Jochs 14 der Dangstatormagneten 1.
• Durch die Kerne 7, 8 ist eine für jeweils zwei nebeneinander angeordnete Magneten 2 gemeinsame Gleichstromwicklung 13 in der dargestellten speise cuer zur Pahrtrichtung des Fahrzeugs 4 hindurchgeschleift.
• 3rfindungsgemäß ist einer, mehrere oder alle Elektromagneten 2 jeder Reihe über Blattfedern 21, 22 an einem Querschenkel 26 des Magnetschwebefahrzeugs 4 parallel zu den Polflächen 9 bis 12 verschieblich befestigt. Zwischen jedem verschieblichen Elektromagneten 2 und einem Längsschenkel 25 des Magnetschwebefahrzeugs 4 ist eine nur schematisch dargestellte Feder 23 und ein ebenfalls nur schematisch angedeuteter Schwingungsdämpfer 24 angebracht.
• Die Arbeitsrichtung der Peder 23 und des Dämpfers 24 verläuft im wesentlichen parallel zu den Polflächen 9 bis 12 bzw. senkrecht zu der Achse 27. Gegebenenfalls kann die Feder 13 bei entsprechender Bemessung der Blattfedern 21, 22 entfallen.
• In der dargestellten Ruhelage des IYIagnetschwebefahrzeus 4 sind die Polflächen 11, 12 der Elektromagneten 2 und die Polflächen 9, 10 des langstatormagneten 1 zentriert. erden für die Spurführung des Fahrzeuges 4 seitliche Kräfte benötigt, wie beispielsweise zur Kompensation von Fliehkräften oder indlasten, so wandern die verschieblichen Elektromagneten 2 parallel zu den Polflächen 9 bis 12 aus und erzeugen somit magnetische Riickstellkräfte, die über die Federn 21 bis 23 und den Dampf er 24 auf das Fahrzeug 4 itbertragen werden. Im Gegensatz zu einer starren Befestigung der Elekt.omagneten 2 am Fahrzeug 4 werden Rela-tivbewegungen zwischen Fahrzeug 4 und den magneten 2 in Form von Feder- und Dämpferwegen zugelassen, so daß seitliche Schlf=zinjungen sowohl des Fahrzeuges 4 als auch der magneten 2 gedämpft werden.
• Die von den Blattfedern 21, 22, der Peder 23 und dem Dämpfer 24 erzielten Wirkungen können gegebenenfalls auch durch eine Lagerung der verschieblichen Magneten 2 auf einem einzigen oder auf mehreren gummielastischen Lagerelementen erzielt werden.
• Bei ebenen Polflächen 9 bis 12 gemäß Fig. 1 besteht die Gefahr, daß bei seitlichem Versa-tz der im magnetischen Eingriff stehenden Polflächen infolge von Fahrzeugauslenkungen diejenigen Teile der Polflächen, die sich noch gegenüberstehen, auf Grund der dort vorhandenen Feldkonzentration in die magnetische Sättigung gehen.
• Hierdurch müssen im Falle eines seitlichen Polflächenversatzes die Magneterregerströme wesentlich gegenüber der Ruhelage des Fahrzeugs erhöht werden, was eine stark ansteigende thermische Belastung der Magneten zur Folge hat. Zur Verringerung dieser Gefahr können die Polflächen 9 bis 12 der Langstatormagneten 1 und der Gleichstroininagneten 2 gemäß Fig. 2 ballig bzw. zylindrisch gekrümmt ausgebildet sein, wobei die Polflächen 9 und 10 in der Ruhelage des Fahrzeugs 4 spiegelsymmetrisch zu den Polflächen 11 und 12 verlaufen. Die zylindrische Krümmung der Polflächen 9 bis 12 kann z.B. kreisförmig, elliptisch, hyperbolisch oder parabolisch sein, je nach den, bei welcher maximaler Auslenkung der Magneten 2 bezüglich der Langstatormagneten 1 eine möglichst geringe Feldinhomogenität des elektromagnetischen Feldes in den Luftspalten 16 zwischen zugeordneten Polflächen 9 und 11 bzwO 10 und 12 auftritt. Wie aus dem in Fig. -2 beispielhaft angedeuteten Verlauf des elektromagnetischen Feldes im luftspalt 16 zwischen den Polflächen 10 und 12 bei einem seitlichen Versatz der Kerne 6 und 8 hervorgeht, verläuft das elektromagnetische ohne ,wesentliche Konzentration.
• Feld/ wodurch eine unerwünschte Sättigung von Abschnitt-en der Polflächen 9 bis 12 vermieden wird.
• Zur -Lageregelung des Magnetschwebefahrzeugs 4 wird entweder der magnetische Widerstand des Magnetkreises 7, 18, 8, 16, 6, 14, -5, 16 (Fig. 1) oder -(im Falle einer kreisförmigen Krümmung der Polflächen gbis 1-2) der in Fig. 3 gestrichelt eingezeichnete Abstand D zwischen den Zylinderachsen 19, 20 der Polflächenkrümmungen als Referenzgröße verwendet, Im Falle einer Verwen-Bung des magnetischen Widerstandes der Referenzgröße kann auf Sonden zur Messung der Weite der Luftspalte 16 verzichtet werden.

Claims (10)

1. Elektromagnetanordnung zum berührungsfreien tragen und Führen eines Magnetschwebefahrzeuges P a t e n t a n s p r ü c 11 e 5 Elektromagnetanordnung zum berührungsfreien Tragen und Bühren eines IXagnetschwebefahrzeuges bezüglich einer fahrbahnseitigen Magnetankerschiene, welche wenigstens eine in Schienenlängsrichtung verlaufende Reihe von Elektromagneten aufweist, deren Polflächen den diskreten Polflächen einer zugeordneten Ankerschiene im Abstand gegenüberstehen und mit diesen magnetisch im Eingriff sind, wobei die Polflächen der Elektromagneten und der Ankerschiene in der Ruhe lage des Magnetschwebefahrzeuges zentriert sind und zumindest ein Elektromagnet der Reihe im wesentlichen parallel zu den Ebenen der Polflächen federnd und gedämpft verschieblich ist, nach Patent ........... (Patentanmeldung P 28 03 106 3), d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß anstelle einer Magnetankerschiene eine oder mehrere parallele Reihen von langstatormagneten (1) vorgesehen sind, denen eine entsprechende Anzahl von Elektromagnetreihen gegenübersteht
2. 2. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polflächen (9 bis 12) der Elektromagneten (2) und Langstatormagneten (i) im wesentlichen senkrecht zur Vertikalen verlaufen.
3. 3. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 1, a a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die polflächen (9 bis 12) der Elektromagneten (2) und mangstatormagneten (1) unter einem spitzen Winkel bezüglich der Vertikalen orientiert sind.
4. 4. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens ein Blektromagnet (2) der Reihe auf 3lattfedern (21, 22) abgestützt ist, die im wesentlichen senkrecht zu den Polflächen (9 bis 12) verlaufen und an einem Rahmenteil (26) des Magnetschwebefahrzeuges (4) befestigt sind und daß zwischen dem Elektromagneten (2) und einem weiteren Rahmenteil (25) des Magnetschwebefahrzeuges (4) ein Schwingungsdämpfer (24) und gegebenenfalls eine Feder (23) so angebracht sind, daß die Arbeitsrichtung des Dämpfers (24) und der Feder (23) im wesentlichen parallel zu der Ebene der Polflächen (9 bis 12) verläuft.
5. 5. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens ein Elektromagnet (2) der Reihe gummielastisch an dem Magnetschwebefahrzeug (4) aufgehängt ist.
6. 6. Elektromagntanordnung nach einem der AnsDrtiche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens ein Elektromagnet (2) der Reihe im wesentlichen senkrecht zu den Polflächen (9 bis 12) verschieblich bezüglich des Fahrzeuges (4) angebracht ist.
7. 7. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß wenigstens zwei parallele Reihen von Langstatormagneten (1) und Elektromagneten (2) vorgesehen sind und daß nebeneinander angeordnete Langstatormagneten (1) und/oder Elektromagneten (2) aller Reihen eine gemeinsame '.iZicklung (15 bzw 13) besitzen.
8. 8. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß nebeneinander angeordnete langstatormagneten (1) und/oder Elektromagneten (2) aller Reihen einen gemeinsamen, U- oder E-förmigen, geblechten Eisenkern (5, 6, 14 bzw. 7, 8, 18) aufweisen.
9. 9. Elektromagnetanordnung nach Anspruch 7 oder 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zwischen den geblechten Kernen (5 bis 8) von nebeneinander angeordneten Langstatormagneten (1) und/oder Elektromagneten (2) ein Füllkörper (17) aus unmagnetischem, elektrisch isolierendem Material eingefügt ist.
10. 10. Elektromagnetanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Polflächen (9 bis 12) der Langstatormagneten (1) und Elektromagneten (2) zylindrisch gekrümmt sind.