DE3338028A1 - High-speed levitation magnets and synchronous drives with improved levitation properties - Google Patents

Abstract

The characteristic objectives when conceiving supporting and guiding technology for magnetic levitation are high actuator speed with a low mass and small losses. The use of said technology in conjunction with the linear long-type stator or the short-type stator drive requires different peripheral conditions to be taken into account. It is important for both arrangements that functional compensations can be realised because only they permit expenditure on the vehicle side and on the travelway side to be greatly reduced. The method described here makes use of a division of the exciter winding in order to produce the magnetic field, one exciter part being uninfluenced by the stabilisation measures of the normal force whilst the other part produces the position-dependent field components without significant coupling. In the long-type stator design, and also in order to support uneven workpieces, magnetic configurations are proposed which have adjustable pole elements. The adjustment forces here are produced both by changing field densities in the supporting gap and also by a separate drive force. The latter is produced by the interaction of the magnetic field originating from the main excitation with the control currents. In this way, for a given current compensation large changes in the adjustment force can be achieved and for a given voltage compensation rapid changes in current and force can be achieved. By reducing the moving ... Original abstract incomplete.

Description

Schnelle Schwebemagnete und Synchron-Antriebe mit ver-Fast levitation magnets and synchronous drives with

besserten Schwebeeigenschaften " Aufgabenstellung Es sind Vorschläge für anziehend wirkende Elektromagnete und geregelte Permanentmagnete bekannt, die besonders günstige Schwebeeigenschaften der Magnete zum Ziel haben. improved floating properties " Task There are suggestions for attracting electromagnets and regulated permanent magnets known, which aim at particularly favorable levitation properties of the magnets.

Magnete, die einen Gegenstand oder ein Fahrzeug berührungslos gegenüber einem Schienensystem führen sollen, haben den Entwurfszielen begrenzter Masse, geringem Leistungsbedarf, großer Kraftänderung je Zeiteinheit usw.Magnets that are opposed to an object or a vehicle without making contact a rail system have the design goals of limited mass, little Power requirement, large change in force per unit of time, etc.

zu entsprechen. Weiter wird zur Verringerung des Aufwandes für Fahrweg und Fahrzeug eine Beschränkung der Trag-, Führ- und Vortriebsfunktionen auf möglichst wenige Schienen angestrebt. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß bei einer Kombination von Funktionen in einem felderzeugenden Bauelement (Magnet) die gegenseitige Beeinflussung einzelner getrennt zu regelnder Kraftkomponenten in Grenzen gehalten wird. Eine nicht zu übersehende Problematik für alle Transportsysteme stellt die Energieversorgung der einzelnen Funktionseinheiten an Bord des Fahrzeuges dar. Die Bereitstellung der Bordenergie wiederum kann nicht losgelöst von den Eigenschaften der Magneteinheiten für Tragen und der Wechselwirkung mit den Fahrbahnelementen, die der Erzeugung der Vortriebskräfte dienen, gesehen werden. Der Entwurf massearmer Tragmagnete ist deshalb ein wichtiges Ziel, weil mit kleinerer Magnetmasse die notwendige maximale Kraftänderung je Zeiteinheit zur Stabilisierung des Schwebeverhaltens und mit ihr auch die elektrischen Aus steuerungen der Erregerwicklung der Magnete zurückgeht.correspond to. It is also used to reduce the cost of the route and vehicle a restriction of the carrying, guiding and propulsion functions to the greatest possible extent aiming for a few rails. Care must be taken that with a combination of functions in a field-generating component (magnet) the mutual influence individual force components to be regulated separately is kept within limits. One The energy supply poses a problem that cannot be overlooked for all transport systems of the individual functional units on board the vehicle. The provision The on-board energy, in turn, cannot be detached from the properties of the magnet units for wear and the interaction with the roadway elements that generate the Propulsive forces are used to be seen. The design of low-mass lifting magnets is therefore an important goal, because the required maximum force change with a smaller magnet mass per unit of time to stabilize the hovering behavior and with it also the electrical ones From controls of the excitation winding of the magnets decreases.

Eine geringe Masse der Magnete erlaubt bei gegebener Fahrbahn und Geschwindigkeit einen geringeren Aufwand an elektrischen Stellgliedern für die Erzielung eines bestimmten Schwebeverhaltens. Größere Magnetmassen führen zu größeren Fahrzeuggewichten und erhöhtem Leistungsbedarf für Schweben und Vortrieb. Auch Wechselwirkungen mit der Fahrbahndimensionierung sind vorhanden.A low mass of the magnets allows for a given roadway and Speed requires less electrical actuators to be achieved a certain hovering behavior. Larger magnetic masses lead to greater vehicle weights and increased power requirements for levitation and propulsion. Also interactions with the lane dimensioning are available.

Die Magnetmasse erweist sich als von vielen Faktoren abhängig. Hohe Geschwindigkeiten bei bestimmten Fahrbahneigenschaften bedingen einen mittleren Mindestspalt. Die Beschränkung der Magnetleistung führt somit für den Nennschwebezustand auf ein bestimmtes Volumen für den magnetischen Kreis und die Erregerwicklung. Soll die Tragfunktion verlustarm auch bei vergrößertem maximalen Spalt gesichert sein, bedarf es zusätzlich einer besonders reichlich dimensionierten Erregerwicklung.The magnet mass turns out to be dependent on many factors. Height Speeds with certain road surface properties condition a medium minimum gap. The limitation of the magnet power thus leads to the nominal floating state to a certain volume for the magnetic circuit and the excitation winding. Should the load-bearing function be low-loss even with an increased maximum Be secured gap, it also requires a particularly generously dimensioned Excitation winding.

Die Berücksichtigung der nichtlinearen magnetischen Eigenschaften des Eisens bedeutet ebenfalls eine größere Masse für den Eisenkreis. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die Erzeugung maximaler Stellkräfte ohne starke Stromüberhöhung möglich sein soll. Für die Bemessung der Erregerwicklung spielt die Leistungsbegrenzung der Stellglieder für den Strom sowie die des Bordnetzes bzw. der Batterie eine wichtige Rolle.Taking into account the nonlinear magnetic properties of iron also means a greater mass for the iron circle. Here is assumed that the generation of maximum actuating forces without a strong current increase should be possible. The power limitation plays a role in dimensioning the field winding the actuators for the current as well as those of the on-board network or the battery are important Role.

Da große Magnetmasse gleichbedeutend mit schnellerer bzw.Since large magnet mass is synonymous with faster resp.

größerer elektrischer Aussteuerung ist, lassen sich Verbesserungen der Tragtechnik besonders wirksam durch Maßnahmen erreichen, die auch der Massereduktion dienen und dabei zusätzlich günstige Bedingungen für die Erzielung rascher Kraftänderungen schaffen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die elektromagnetischen Bedingungen zur Erzielung rascher Kraftänderungen insbesondere durch die Verwendung induktivitätsarmer Steuerspulen begünstigt werden. Der Strom der Haupterregerwicklung ist dabei als unabhängig von der Beaufschlagung der Steuerspule gegebenenfalls durch besondere Hilfsmittel konstant zu halten. Bekannt ist, daß zur Erzielung eines günstigen Folgeverhaltens der Magnete eine Unterteilung des magnetischen Kreises vorgeschlagen wurde, wobei die Pole gegenüber der Erregerwicklung über Feder/Dämpfer-Elemente beweglich an das Magnetteil mit der Erregeranordnung angelenkt wurden. Die hieraus folgende Verringerung der bewegten Primärmasse führt zu einem schnelleren Einschwingen nach einer Auslenkung des Magneten aus der Gleichgewichtslage. Allerdings bedarf es für eine leistungsarme Anwendung dieses Prinzips besonderer Maßnahmen bei der Unterteilung des magnetischen Kreises. Wird der zweite Spalt so angeordnet, daß er abhängig von der Größe des Tragspaltes (zwischen Pol und Schiene) sich ebenfalls ändert, muß er so groß gewählt werden, daß es zu einer nennenswerten Erhöhung des gesamten magnetischen Widerstandes und damit der Erregerdurchflutung und mit ihr der aufgenommenen Leistung sowie zu größeren Stellelementen kommt. Eine größere Magnetmasse insgesamt ist die unausbleibliche Folge. Leistungsvergrößerung und zusätzlicher Gewichtsanteil stehen der Einführung dieses Konzepts im Wege.If the electrical level is greater, improvements can be made the support technology can be achieved particularly effectively through measures that also include the mass reduction serve and in addition favorable conditions for achieving rapid changes in force create. It is assumed here that the electromagnetic conditions to achieve rapid changes in force, in particular through the use of low inductance Control coils are favored. The current of the main excitation winding is as regardless of the application of the control coil, possibly by special To keep resources constant. It is known that to achieve favorable follow-up behavior of magnets a subdivision of the magnetic circuit has been proposed, whereby the poles opposite the excitation winding are movable via spring / damper elements the magnetic part were articulated with the exciter assembly. The resulting reduction of the moving primary mass leads to faster settling after a deflection of the magnet out of equilibrium. However, it needs to be low-powered Applying this principle special measures in the subdivision of the magnetic Circle. If the second gap is arranged so that he depending on the size of the support gap (between pole and rail) also changes, must it can be chosen so large that there is a significant increase in the total magnetic Resistance and thus the excitation flow and with it the power consumed as well as larger control elements. A larger magnet mass overall is that inevitable consequence. Increased performance and additional weight are available in the way of introducing this concept.

Die volle Nutzung der Vorteile des Steuerspulenkonzepts ist nur dann möglich, wenn die Bemessung der Steuerspule mit geringem Spulenquerschnitt und somit begrenzter Zeitkonstante durchführbar ist. Dies setzt allerdings voraus, daß keine Betriebszustände auftreten, bei denen sehr große Steuerdurchflutungen benötigt werden. Betriebsfälle dieser Art sind hauptsächlich bei großen Spalten und voller Tragkraft zu suchen, also etwa bei Vorgängen, wie dem Absenken des Fahrzeuges. Sehr große Steuerdurchflutungen bei gleichzeitiger Leistungsbegrenzung führen auf große Spulenquerschnitte, vergrößern die Zeitkonstante und reduzieren die Fähigkeit zu schnellen Kraftaussteuerungen bei begrenzter Stelleistung.Only then can the full use of the advantages of the control coil concept be achieved possible if the dimensioning of the control coil with a small coil cross-section and thus limited time constant is feasible. However, this assumes that none Operating states occur in which very large control flows are required. Operating cases of this type are mainly with large gaps and full load-bearing capacity to look for, for example in processes such as lowering the vehicle. Very big Control fluxes with simultaneous power limitation lead to large coil cross-sections, increase the time constant and reduce the ability to apply force quickly with limited employment.

Im folgenden wird das Ziel verfolgt, die bestehenden Beschränkungen des Steuerspulenkonzepts zu überwinden. Das Verfahren der beweglichen Polelemente wird so modifiziert, daß es in der Kombination mit dem Steuerspulenkonzept vorteilhaft anwendbar ist. Das zu beschreibende Magnetkonzept sieht eine Unterteilung des magnetischen Kreises ohne die Nachteile der Vergrößerung des magnetischen Widerstandes und eine Steuer- bzw. Antriebswicklung zusätzlich zu einer mit konstantem Strom betriebenen Erregerwicklung vor. Hierdurch lassen sich günstige Eigenschaften für die Schwebefunktion und die Erfüllung angestrebter Systemmerkmale ableiten. Die Anwendungsmöglichkeiten der magnetischen Tragtechnik für Fahrzeuge mit Langstatorantrieb lassen sich hierdurch erheblich verbessern, die Wirtschaftlichkeit der magnetischen Tragtechnik gestaltet sich günstiger. Für kombinierte Trag-Vortriebsfunktionen hat die Langstatortechnik eine Fahrzeug- und Fahrwegquerschnitt stark vereinfachende Konfiguration ermöglicht. Die bislang bekannten Fahrzeug-Fahrwegkonzepte mit Kurzstatorantrieben vermögen einem solchen Anspruch normalerweise nicht gerecht zu werden.The aim of the following is the existing restrictions of the control coil concept. The procedure of the movable pole elements is modified so that it is advantageous in combination with the control coil concept is applicable. The magnet concept to be described sees a subdivision of the magnetic Circle without the disadvantages of increasing magnetic reluctance and a Control or drive winding in addition to one operated with constant current Excitation development before. This allows favorable properties for the levitation function and derive the fulfillment of the desired system features. The possible uses the magnetic support technology for vehicles with long stator drive can be Significantly improve the cost-effectiveness of magnetic support technology cheaper. For combined The Long stator technology is a configuration that greatly simplifies the cross-section of the vehicle and the route enables. The previously known vehicle route concepts with short stator drives are normally unable to live up to such a claim.

Es ist dort (bis auf Entwürfe, die zu besonderen Hilfsmitteln greifen,) nicht zu realistischen Konzepten gekommen, bei denen dem Ziel einfacher Querschnitte, verlustarmer Antrieb und günstiges Schwebeverhalten (für Fahrzeug und Fahrbahn) entsprochen werden könnte. Auch zu dieser Zielsetzung vermag ein kombiniertes Trag-Vortriebskonzept auf der Basis des synchronen Linearmotors mit Steuerspulentechnik den Weg weisen. Massearme Fahrzeugkomponenten erscheinen realisierbar. Sonderbetriebsfälle wie Absenken des Fahrzeuges lassen sich hierbei (ohne Einsatz beweglicher Polelemente) berücksichtigen.It is there (except for drafts that use special aids) realistic concepts that aim at simple cross-sections, low-loss drive and favorable hovering behavior (for vehicle and road) could be met. A combined load-bearing and jacking concept can also achieve this objective show the way on the basis of the synchronous linear motor with control coil technology. Low-mass vehicle components appear feasible. Special operating cases such as lowering of the vehicle can be taken into account here (without the use of movable pole elements).

Konstruktionsmerkmale und Eigenschaften von Tragmagneten mit stellbaren Polelementen Gemäß Bild 1 wird unter einem Tragmagneten mit stellbaren Polelementen ein Gerät verstanden, bei dem Tragkräfte im Spalt zwischen einer ferromagnetischen Schiene 1 und Polelementen 5 erzeugt werden, die sich über das Konstruktionselement 3, das mit dem Fahrzeugkörper oder einem Schwebegestell verbunden ist, weiter auf das Fahrzeug übertragen.Design features and properties of lifting magnets with adjustable Pole elements As shown in Figure 1, under a magnet with adjustable pole elements understood a device in which the load capacity in the gap between a ferromagnetic Rail 1 and pole elements 5 are generated, which extend over the construction element 3, which is connected to the vehicle body or a suspension frame transfer the vehicle.

Das magnetische Tragfeld wird im Gleichgewichtszustand von der Erregerwicklung 2 erzeugt. In der Darstellung des Bildes 1 besteht sie aus zwei Spulen 2, die die Polelemente 5 umschließen. Der Verlauf des magnetischen Feldes ist durch eine strichpunktierte Linie gekennzeichnet. Der Spalt zwischen Teil 3 und den Polelementen 5 ist verhältnismäßig klein und ändert sich bei Verstellung der Pole in vertikaler Richtung nicht. Die beiden Polelemente sind durch nichtmagnetische Funktionsteile miteinander verbunden (s.auch Bild 10). Die Feder 6 überträgt im Gleichgewichtszustand gerade den Kraftanteil des Fahrzeuggewichtes. Bei Störungen des Gleichgewichts werden von den Polen zusätzliche Kräfte gefordert.In the equilibrium state, the magnetic field is generated by the excitation winding 2 generated. In the illustration of Figure 1, it consists of two coils 2, which the Enclose pole elements 5. The course of the magnetic field is indicated by a dash-dotted line Marked line. The gap between part 3 and the pole elements 5 is proportionate small and does not change when the poles are adjusted in the vertical direction. the Both pole elements are connected to one another by non-magnetic functional parts (see also Fig. 10). In the state of equilibrium, the spring 6 just transmits the force component the vehicle weight. If the equilibrium is disturbed, additional poles are added Forces required.

Sie können über Ströme der Wicklung 4, die in Nuten des Polelementes eingebracht ist, erzeugt werden. Es ist hierdurch eine Einflußnahme auf die Größe des Tragfeldes im Schienenspalt und zusätzlich die Aufbringung einer durch die Antriebswicklung 4 erzeugten vertikalen Vortriebskraft möglich.You can see currents of the winding 4, which are in the slots of the pole element is introduced, are generated. It is thereby an influence on the size of the support field in the rail gap and, in addition, the application of a through the drive winding 4 generated vertical propulsion force possible.

Diese Kräfte können in eine rasche Stellbewegung der Polelemente gegenüber der Schiene umgesetzt werden. Sie führen dann zur Federauslenkung, die als Kraftänderung dem Fahrzeug bzw. dem Schwebegestell mitgeteilt wird. Bild 1 deutet an, daß der Strom Io der feststehenden Erregerspule 2 übertragen und konstantgehalten wird. Auch während der Regelvorgänge kann auf die Aussteuerung dieses Stromes verzichtet werden.These forces can be used in a rapid adjusting movement of the pole elements be implemented by rail. They then lead to the deflection of the spring, which acts as a change in force is communicated to the vehicle or the suspension frame. Figure 1 indicates that the Current Io of the fixed excitation coil 2 is transmitted and kept constant. Control of this current can also be dispensed with during the control processes will.

Die Stellbarkeit der Tragkräfte und die gleichzeitige Polverstellung gegenüber dem Fahrzeug wird durch einen nach Größe und Richtung stellbaren Strom Ii erreicht. Die Feldverstärkung im Tragspalt und die motorische Antriebskraft wirken gemeinsam im Sinne der Bewegung des Polelementes z.B. in Richtung auf die Schiene hin. Eine Feldschwächung und gegensinnige Antriebskräfte ergeben sich bei Umkehr der Richtung des Steuerstromes. Die jeweils eingeleitete Polbewegung wirkt im Sinne der angestrebten Stabilisierung des Schwebevorganges, d.h. der Wiederherstellung 'des gestörten Gleichgewichts. Die bewirkte Spaltänderung unterstützt die durch Aus steuerung der Wicklung 4 eingeleitete Feld- und Tragkraftänderung. Die Aus steuerung des Stromes I1 nach Größe und Richtung wird über einen Regler, der im allgemeinen Anderungen des Spaltes gegenüber einem Sollwert sowie die Anderungsgeschwindigkeit des Spaltes und die Beschleunigung in absoluten Koordinaten verarbeitet, vorgenommen. Um beide Richtungen des Stromes 11 bewirken zu können, wird eine umkehrbare Spannung benötigt (Vierquadrantenbetrieb).The adjustability of the load capacities and the simultaneous pole adjustment compared to the vehicle is through a current that can be adjusted in terms of size and direction Ii achieved. The field reinforcement in the support gap and the motor drive force act together in the sense of the movement of the pole element e.g. in direction on the rails. A field weakening and opposing driving forces result when the direction of the control current is reversed. The respective initiated pole movement acts in the sense of the desired stabilization of the levitation process, i.e. the restoration 'of disturbed equilibrium. The resulting change in gap supports the through From control of the winding 4 initiated field and load capacity change. The control of the current I1 according to magnitude and direction is controlled by a regulator, which is generally Changes in the gap compared to a target value and the rate of change of the gap and the acceleration processed in absolute coordinates. In order to be able to effect both directions of the current 11, a reversible voltage required (four-quadrant operation).

Bild 2 zeigt eine Magnetanordnung, die in der Wirkung mit derjenigen von Bild 1 übereinstimmt. Es ist nun allerdings die Erregerwicklung 2 fest mit dem beweglichen Polelement 5 verbunden, während die Antriebswicklung 4 im feststehenden Bauelement 3 untergebracht ist.Figure 2 shows a magnet arrangement that works with that from picture 1 matches. It is now, however, the field winding 2 fixed to the movable pole element 5 connected, while the drive winding 4 in the stationary Component 3 is housed.

In Bild 3 sind zur Erzeugung bzw. zur Definition der Kraftkomponenten Erläuterungen gegeben.Figure 3 shows the generation and definition of the force components Explanations given.

Die zwischen Schiene und Pol wirkenden anziehenden Kräfte sind dem Quadrat der Normalkomponente der magnetischen Flußdichte proportional.The attractive forces acting between the rail and the pole are the Square of the normal component proportional to the magnetic flux density.

Die Flußdichte, die durch die Ströme der Erregerwicklung (der Durchflutung Q) entsteht, wird mit Bo bezeichnet.The flux density created by the currents of the excitation winding (the flow Q) is denoted by Bo.

Diese Fluß dichte ist stark abhängig von der Größe des Spaltes zwischen Pol und Schiene. Der kleine vertikale Spalt hingegen,zwischen feststehendem und beweglichem Magnetteil,beeinfluBt Bo nur wenig. Die durch Bo erzeugte Kraft Fo entspricht dem vom Magnet zu tragenden Anteil der Fahrzeugmasse im stationären Fall. Fo wird über die Feder auf das Fahrzeug bzw. das Schwebegestell übertragen. Der Federkraft FF entspricht eine bestimmte Längung.This flux density is strongly dependent on the size of the gap between Pole and rail. The small vertical gap, on the other hand, between the fixed and movable magnetic part, affects Bo only slightly. The force generated by Bo corresponds to Fo the proportion of the vehicle mass to be carried by the magnet in the stationary case. Fo will Transferred to the vehicle or the suspension frame via the spring. The spring force FF corresponds to a certain elongation.

Für die nun zu besprechende Kraftaussteuerung mit Hilfe der Steuerströme g der Antriebswicklung 4 wird g als unveränderlich angenommen. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, daß eine besondere Stromstabilisierung für die Hauptwicklung vorgesehen ist. Es erscheint jedoch auch dadurch erreichbar, daß von der Hauptwicklung mehrere Einheiten in Reihe geschaltet werden. Da die einzelnen Tragmagnete vom Regler nicht gleichzeitig in gleichem Sinne ausgesteuert werden, heben sich die Kopplungseinflüsse verschiedener Magnete in der Hauptwicklung (größtenteils) auf. Die Reihenschaltung der Hauptwicklungen vergrößert die Induktivität im Hauptkreis, so daß Teilaussteuerungen nur sehr kleine Stromänderungen bewirken. Die durch Anlegen einer Spannung in den Leitern der Antriebswicklung 4 hervorgerufene Steuerströme f 3 steigen zeitabhängig an und entwickeln ein zusätzliches magnetisches Feld. Für die in Bild 3 angenommene Stromrichtung tritt eine Verstärkung des Feldes im Tragspalt auf.For the now to be discussed force control with the help of the control currents g of the drive winding 4 is assumed to be unchangeable. This can e.g. can be achieved that a special current stabilization is provided for the main winding is. However, it also appears to be achievable by having several of the main winding Units can be connected in series. Because the individual lifting magnets from the controller are not are controlled in the same sense at the same time, the coupling influences cancel each other out different magnets in the main winding (mostly). The series connection the main windings increases the inductance in the main circuit, so that partial levels cause only very small changes in current. The by applying a voltage in the Control currents f 3 caused by the conductors of the drive winding 4 rise as a function of time and develop an additional magnetic field. For the one assumed in Figure 3 In the direction of the current, the field in the support gap is strengthened.

Die nach außen hin wahrzunehmenden Flußdichten B1, B2, B3 sind größer als Bo am Innenrand des.Pols. Hierdurch ergibt sich, daß die resultierende Tragkraft F01 größer als der vorherige Wert Fo ist. Ein entgegengesetzter Strom ruft eine Feldschwächung und damit eine Kraftverkleinerung hervor. Eine weitere Kraftkomponente F tritt tangential zur Polseitenfläche als Folge der Wechselwirkung der Ströme mit dem Feld Bo im-vertikalen Spalt auf. Die Gegenkraft zu Ft wirkt auf das feststehende Magnetteil in entgegengesetzter Richtung.The outwardly perceptible flux densities B1, B2, B3 are greater as Bo on the inner edge of the pole. This results in the resulting load-bearing capacity F01 is greater than the previous value Fo. An opposite stream calls one Field weakening and thus a reduction in force. Another force component F occurs tangentially to the pole side surface as a result of the interaction of the currents the field Bo in the vertical gap. The counterforce to Ft acts on the stationary Magnet part in the opposite direction.

Stabilisierungsmaßnahmen, die eine Vergrößerung der anziehenden Kräfte erfordern, können also durch einen wie in Bild 3 gezeichneten Steuerstrom 91.eingeleitet werden. Für die bejt weglichen Polteile 5 wird hiermit eine Stellkraft erzeugt.Stabilization measures that increase the attractive forces can therefore be initiated by a control current 91. as shown in Figure 3 will. An actuating force is hereby generated for the pole parts 5 which can be moved.

Sie ergibt -sich aus der Summe der Kraftkomponenten F01 und Ft abzüglich der wirksamen Federkraft FF. Der Quotient aus resultierender Stellkraft und Masse der beweglichen Pole ergibt die zur Einleitung der Bewegung erzielbare Beschleunigung. Da ein Teil des Magneten mit dem Fahrzeug bzw. dem Schwebegestell verbunden ist, und nur die Polelemente gegenüber der Schiene bewegt werden müssen, läßt sich bei begrenztem Steuerstrom eine verhältnismäßig große Beschleunigung 'erreichen. Die Masse des Fahrzeugs bzw. die der Zwischenebene wird durch die fest mit ihr verbundenen Magnetelemente vergrößert. Auf sie wirkt die Differenz aus Federkraft FF und Tangentialkraft Ft. Auch hierbei gilt, daß von der Vielzahl der einzelnen Tragmagnete keine gleichgerichteten Kraftkomponenten Ft auf das Fahrzeug bzw. das Schwebegestell übertragen werden. Durch Phasenversatz sind die in der Summe übertragenen Kräfte wesentlich geringer als bei Annahme gleichsinniger Aussteuerungen. Die bei eingeleiteten Polbewegungen je Einzelmagnet erzeugten Kraftänderungen ergeben sich aus den gegensinnig wirkenden Anteilen der Änderung der Federkraft FF F Fo und der Reaktionskraft Ft.It results from the sum of the force components F01 and Ft minus the effective spring force FF. The quotient of the resulting actuating force and mass of moving poles results the achievable to initiate the movement Acceleration. Because part of the magnet with the vehicle or the suspension frame connected, and only the pole elements have to be moved in relation to the rail, a relatively large acceleration can be achieved with a limited control current. The mass of the vehicle or that of the intermediate level is fixed by the Magnet elements enlarged. The difference between the spring force FF and the tangential force acts on them Ft. Here, too, it is true that none of the large number of individual support magnets are in the same direction Force components Ft are transferred to the vehicle or the suspension frame. Due to the phase shift, the total forces transmitted are significantly lower than when assuming the same directional modulation. The with initiated pole movements Changes in force generated for each individual magnet result from the opposing forces Proportions of the change in the spring force FF F Fo and the reaction force Ft.

Bild 4 zeigt für ein Beispiel den Verlauf der Tragkraft F in Abhängigkeit von der Durchflutung ß (bzw. dem Strom I1) der Antriebswicklung. Für = 0 wird die Kraft Fo von der Erregerhauptwicklung mit der Durchflutung tc erzeugt. Fo ist gleich der Federkaft FF Die zur Einleitung von Bewegungen wirksame Stellkraft Fy ergibt sich aus der Summe eines proportionalen und eines quadratisch von abhängigen Anteils.For an example, Figure 4 shows the course of the load-bearing capacity F as a function of the flow rate ß (or the current I1) of the drive winding. For = 0 the Force Fo generated by the main exciter winding with the flow tc. Fo is the same the spring force FF The actuating force Fy effective for initiating movements results is made up of the sum of a proportional and a quadratically dependent portion.

Im Bereich großer Durchflutungen wirkt sich jeweils der Sättigungseinfluß des Eisens aus. Zur Erzeugung von F -Werten y im Größenbereich von Fo sind Durchflutungen der Steuerwicklung annähernd in der Größe der Erregerdurchflutung t'0 erforderlich. Können die Magnetkräfte F01 und Ft schnell genug aufgebaut werden, so genügt zur Beschleunigung der Polelemente eine geringe Stellkraft als der Wert F .The saturation influence has an effect in each case in the area of large floods of iron. For the generation of F values y in the range of Fo there are throughflows of the control winding approximately the same size as the excitation flow t'0 is required. If the magnetic forces F01 and Ft can be built up quickly enough, then it is sufficient to Acceleration of the pole elements has a lower actuating force than the value F.

Es läßt sich nachweisen, daß die durch eine bestimmte Spannungsaufschaltung an den Klemmen der Wicklung 4 erzielbaren Kraftänderung je Zeiteinheit wesentlich größer ist als bei konventionellen Elektromagneten. Beide Kraftkomponenten, die Änderungen von Fo auf F01 und die Antriebskraft Ft bringen hierzu ihre Beiträge. Darüber hinaus ist die Zeitkonstante der Wicklung 4 im Vergleich zu der einer normalen Erregerwicklung um mehr als einen Faktor 2 kleiner.It can be proven that by a certain voltage connection at the terminals of the winding 4 achievable change in force per unit of time is essential is larger than with conventional electromagnets. Both force components that Changes from Fo to F01 and the driving force Ft contribute to this. In addition, the time constant is of winding 4 in comparison to that of a normal excitation winding by more than a factor of 2 smaller.

Da der Betriebs spalt vom Normalspalt nur wenig abweicht, braucht die Wicklung 4 nur für zeitlich begrenzte Aussteuerungen dimensioniert zu werden. Sie wird also mit kleinerem Querschnitt als die Haupterregerwicklung ausgelegt werden. Soll z.B. das Fahrzeug abgesenkt werden, bedeutet dies, daß das Schwebegestell und damit das Erregerteil des Magneten (Bild 1) abgesenkt wird. Hält man den Tragspalt annähernd konstant, so längt sich die Feder.Since the operating gap differs only slightly from the normal gap, needs the winding 4 to be dimensioned only for time-limited modulations. It will therefore be designed with a smaller cross-section than the main field winding. If, for example, the vehicle is to be lowered, this means that the suspension frame and so that the exciter part of the magnet (Fig. 1) is lowered. If you keep the support gap almost constant, so the spring elongates.

Um die hierzu notwendige Kraft aufzubringen, muß die Wicklung 4 mit der Durchflutung roh1 entsprechend Bild 3 beaufschlagt werden. Die Federkennlinie von 6 wird so vorausgesetzt, daß sie im Bereich der Normallage des Polelements steif, bei weiter ausgefahrenem Pol jedoch weich ist. Es genügt also, eine begrenzte Aussteuerung von i , um über die Kraftkomponente F01 + F eine Längung der Feder herbeizuführen. Da hierbei das Fahrzeuggewicht sich nicht ändert, muB während dieses Vorganges die Magnettragkraft konstant gehalten werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Sollwert des Luftspaltes in der Weise vergrößert wird, wie die Aus steuerung von G, eine Vergrößerung der Tragkraft F01 gegenüber Fo bewirkt. Während des Absenkvorganges wird damit eine gewisse Spaltvergrößerung vorgenommen. Es ist somit möglich, mit nur einer Stellgröße, dem Strom I1,die Stabilität des Schwebevorganges zu gewährleisten und gleichzeitig die Lage der Polelemente gegenüber dem Erregerteil des Magneten zu verändern.In order to apply the force necessary for this, the winding 4 must also the flow through raw1 as shown in Figure 3. The spring characteristic 6 is assumed to be stiff in the area of the normal position of the pole element, but is soft when the pole is further extended. It is therefore sufficient to have a limited level of control of i, in order to elongate the spring via the force component F01 + F. Since the vehicle weight does not change here, the Magnetic load capacity can be kept constant. This can be done in that the setpoint of the air gap is enlarged in the way that the control of G, a Increases the load capacity F01 compared to Fo. During the lowering process a certain enlargement of the gap is made. It is thus possible with only one manipulated variable, the current I1, to ensure the stability of the floating process and at the same time the position of the pole elements in relation to the excitation part of the magnet to change.

Die Schwebestabilisierung durch eine Aus steuerung der Wicklung 4 erfolgt durch Regelung auf konstanten Spalt, wobei der Strommittelwert in Wicklung 4 normalerweise 0 ist und die Aus steuerungen nach beiden Richtungen erfolgen.The levitation stabilization by controlling the winding 4 takes place by regulating to a constant gap, with the mean current value in the winding 4 is normally 0 and the controls are made in both directions.

Der zeitliche Mittelwert des Feldes wird von den Strömen 10 der Erregerwicklung bereitgestellt; er entspricht der im Gleichgewichtsfalle zu entwickelnden Tragkraft. Wird nur eine Wicklung (die Steuerwicklung) mit stellbarem Strom beaufschlagt, so kann das Polelement ähnlich wie für den Absenkvorgang durch Steuer ströme und eine entsprechende Verstellung des Luftspaltsollwertes ausgefahren oder eingezogen werden. Die Zeitabhängigkeit dieses Vorganges wird durch die Aufschaltung der Steuerströme bestimmt. Es besteht somit die Möglichkeit, für große Geschwindigkeiten mit einem z.B. um 2 mm vergrößerten Luftspalt zu fahren und dies durch eine zusätzliche Erregung 91 (als Dauererregung) in der Steuer spule 4 herbeizuführen.The mean value of the field over time is determined by the currents 10 of the field winding provided; it corresponds to the load-bearing capacity to be developed in the equilibrium case. If only one winding (the control winding) has an adjustable current applied to it, so the pole element can be similar to that for the lowering process through tax currents and a corresponding adjustment of the air gap setpoint extended or to be withdrawn. The time dependency of this process is made possible by the activation the control currents determined. There is thus the possibility of high speeds to drive with an air gap enlarged by 2 mm, for example, and this through an additional Excitation 91 (as permanent excitation) in the control coil 4 bring about.

Es soll an dieser Stelle erwähnt werden, daß es in Anbetracht der stark vom Ladezustand der Batterie abhängigen Spannung des Bordnetzes notwendig sein kann, die Haupterregerwicklung über ein Anpassungselement mit einer weniger (oder nicht-) veränderlichen Spannung zu versorgen.It should be mentioned at this point that in view of the On-board electrical system voltage is required, which is highly dependent on the state of charge of the battery can be the main excitation winding via an adapter with one less to supply (or non-) variable voltage.

Werden solche Geräte verwendet, besteht auch die Möglichkeit, die speisende Spannung der Erregerwicklung so anzupassen, daß die Schwankungen der Nutzlast und evtl. auch die gewünschten Einflüsse der Fahrgeschwindigkeit auf den Spalt berücksichtigt werden. In diesem Fall bleibt für die Steuerwicklung vornehmlich die Aufgabe, dynamische Vorgänge auszuregeln und das Ausfahren der Pol elemente bei Absenkvorgängen zu bewirken. Auch durch Daueraussteuerungen von 81 lassen sich ohne Sollspaltänderungen Nutzlastschwankungen ausgleichen.If such devices are used, there is also the option of using the adjust the supply voltage of the field winding so that the fluctuations in the payload and possibly also the desired influences of the driving speed on the gap will. In this case, the main task of the control winding remains dynamic To regulate processes and to bring about the extension of the pole elements during lowering processes. With a permanent modulation of 81, payload fluctuations can be avoided without changing the target gap balance.

Tragmagnetversionen mit minimaler Schwebeleistung im Fahrzeug Anziehend wirkende Elektromagnete, die für Tragspalte um 1 cm ausgelegt werden, bedürfen einer elektrischen Durch-4 flutung im Bereich von 104 A. Aus Gewichtsgründen kann die Bemessung der Wicklung nicht mit sehr geringen Stromdichten erfolgen, so daß sich auf Nenntragkraft bezogen Verlustleistungen zwischen 0,5 und 1 kW pro to ergeben. Da die Bereitstellung dieser mittleren Erregerleistung über das Bordnetz zusätzliche Einrichtungen auf dem Fahrzeug erfordert, sind alle Möglichkeiten der Verringerung des Leistungsbedarf s der Magnete von besonderem Interesse. Vorschläge für eine sehr weitgehende Verringerung der Schwebeleistung bei Elektromagneten ohne Verwendung von Permanentmagneten wurden bisher nicht gemacht.Lifting magnet versions with minimal hovering power in the vehicle. Attractive Acting electromagnets, which are designed for support gaps around 1 cm, require one electrical throughput in the range of 104 A. For weight reasons, the Sizing the winding is not done with very low current densities, so that Relative to the nominal load capacity, power losses between 0.5 and 1 kW per ton result. Since the provision of this average excitation power via the on-board network is additional Facilities required on the vehicle are all ways of reducing the power requirements of the magnets are of particular interest. Suggestions for a very substantial reduction in the hovering power in the case of electromagnets without use of permanent magnets have not yet been made.

Bild 5 nimmt Bezug auf die mögliche Verlegung der Haupterregerwicklung 2 in die feststehende Schiene 1. Die Aussteuerung der Steuerwicklung 4, die fest mit den beweglichen Polelementen verbunden ist, erfolgt vom Fahrzeug aus. Der Energiebedarf für die Haupterregerwicklung kann dem Fahrweg über eine Leitung und Schalter zugeführt werden. Vom Fahrzeug aus ist dann nur der Leistungsbedarf der Steuerwicklung 4 zu decken. Verglichen mit dem mittleren Leistungszufluß zur Erregerschiene ist er gering und etwa um einen 'Faktor 5 - 10 niedriger. Durch die Verlegung der Erregerwicklung in die Schiene verringert sich zugleich die im Fahrzeug unterzubringende Magnetmasse. Das Schwebeverhalten des Magnetes ändert sich gegenüber der oben beschriebenen Version nach Bild 1 - 3 im Prinzip nicht. Der Strom Io der Schienenerregung kann als eingeprägt (konstant) angesehen werden.Figure 5 refers to the possible relocation of the main field winding 2 in the fixed rail 1. The modulation of the control winding 4, which is fixed is connected to the movable pole elements, takes place from the vehicle. The energy requirement for the main excitation winding can be fed to the track via a line and switch will. From the vehicle, only the power requirement of the control winding 4 is then closed cover. Compared with the average power flow to the excitation rail, it is low and about a factor of 5 - 10 lower. By relocating the excitation winding at the same time, the magnetic mass to be accommodated in the vehicle is reduced in the rail. The levitation behavior of the magnet changes compared to the version described above according to picture 1 - 3 in principle not. The current Io of the rail excitation can be impressed as (constant).

Er versorgt zugleich mehrere Teilmagnete mit dem stationären Feldanteil. Sensortechnik und Regelung sind ähnlich wie bereits beschrieben.At the same time, it supplies several partial magnets with the stationary field component. Sensor technology and control are similar to those already described.

Durch Verwendung von Permanentmagneten gelingt eine leistungslose Erregung des stationären Anteils des Magnetfeldes (Bild 6).By using permanent magnets, a powerless one is achieved Excitation of the stationary part of the magnetic field (Fig. 6).

Es ist hierbei der Magnet 2 fest mit dem Fahrzeug bzw. dem Schwebegestell verbunden. Die Stellkraft Ft wird durch Wechselwirkung zwischen den Strömen der Stellwicklung 4 und den vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feld Bo hervorgerufen. Die Feldbeeinflussung im Tragspalt, die durch die Ströme I1 bewirkt wird, ist geringer als im Falle des Elektromagneten. Ähnlich wie beim Magneten nach Bild 5 geht die Leistungsaufnahme auf dem Fahrzeug entsprechend zurück. Die fest mit dem Fahrzeug zu verbindenden Komponenten des Magneten lassen sich massearm ausführen. Tragmagnete mit getrennt stellbaren Seitenkräften Die Verbindung von Trag- und Führfunktion empfiehlt sich deshalb, weil die doppelte Erzeugung magnetischer Felder für beide Teilaufgaben zu schweren Fahrzeugen führt.It is here the magnet 2 fixed to the vehicle or the Suspension frame tied together. The actuating force Ft is determined by the interaction between the currents of the Control winding 4 and the magnetic field Bo generated by the permanent magnet. The field influence in the support gap, which is caused by the currents I1, is less than in the case of the electromagnet. Similar to the magnet in Figure 5, this works Power consumption on the vehicle accordingly. The firmly with the vehicle Components of the magnet to be connected can be designed with low mass. Lifting magnets with separately adjustable lateral forces The combination of carrying and guiding functions is recommended because the double generation of magnetic fields for both Subtasks lead to heavy vehicles.

Ein gewichtiger Einwand gegen die Integration beider Aufgaben in einer Magneteinheit ist der Hinweis auf die fast unvermeidliche Wechselwirkung zwischen beiden Kraftkomponenten. Eine Aus steuerung der Seitenkraft führt im allgemeinen auch zu entsprechenden Änderungen der Tragkraft; die gegenseitige Beeinflussung wirkt destabilisierend. Dieser Nachteil haftet in mehr oder weniger starkem Maße allen bekannt gewordenen Vorschlägen an. Es kommt hinzu, daß eine Integration der Führkrafte in den Tragmagneten zu einem nicht unbeträchtlichen Massezuwachs und damit zu einer ungünstigen Beeinflussung des Folgeverhaltens (bei gleicher Stelleistung) des Tragmagneten führt. Gleichwohl war auch in letzter Zeit die Bemühung erkennbar, durch Kombination der Funktionen einen Beitrag zu einem leichteren Schwebefahrzeug zu leisten.A weighty objection to the integration of both tasks in one Magnet unit is the indication of the almost inevitable interaction between both force components. A control of the side force generally leads also to corresponding changes in the load capacity; the mutual influence has a destabilizing effect. This disadvantage adheres to a greater or lesser extent to all known proposals. In addition, an integration of the Leading forces in the lifting magnets to a not inconsiderable increase in mass and this leads to an unfavorable influence on the subsequent behavior (with the same performance) of the magnet leads. At the same time, the effort has also recently been recognizable by combining the functions contributes to a lighter suspension vehicle afford to.

Das Magnetkonzept mit stellbaren Polen, einer feststehenden Haupterregerwicklung und der in den Polelementen untergebrachten Steuerwicklung kann grundsätzlich auch zur Einbeziehung der Führfunktion verwendet werden. Bild 7 zeigt die hierzu notwendigen Änderungen. Hierbei wird eine z.B. aus drei Spulen bestehende Wicklung 7 im Bereich der Poloberfläche am Tragspalt untergebracht. Solange ein magnetisches Feld zur Erzeugung von Tragkräften vorhanden ist, kann durch Einspeisung von Strömen 12 in die Spulen der Wicklung 7 eine dem Produkt aus Felddichte und Durchflutung annähernd proportionale Seitenkraft Fo2 erzeugt werden. Die Richtung dieser Kraft hängt von der Richtung der Ströme 12 ab. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß bei den auftretenden maximalen Seitenkräften und Spaltlängen von 1 cm die durch die Ströme der Wicklung 7 auf das magnetische Feld ausgeübten Verzerrungen sich auch ohne zusätzliche Maßnahmen in erträglichen Grenzen halten. Die Aussteuerung der Wicklung 7 führt bei Magneten der Form des Bildes 7 zu keinen wesentlichen Änderungen der Tragkraft. Da nennenswerte Seitenkräfte nur erzeugt werden, wenn die Ströme der Wicklung 7 fließen, kann eine Einwirkung durch Tragkraftaussteuerung auf die Seitenkraft bei nichtausgesteuerter Führwicklung nicht erfolgen.The magnet concept with adjustable poles, a fixed main excitation winding and the control winding accommodated in the pole elements can in principle also can be used to include the guiding function. Figure 7 shows the necessary Changes. Here, a winding 7 consisting, for example, of three coils is used in the area the pole surface housed at the support gap. As long as a magnetic field to Generation of bearing forces can be achieved by feeding streams 12 in the coils of the winding 7 approximate the product of field density and flow rate proportional lateral force Fo2 can be generated. The direction of this force depends on the direction of the currents 12 from. The investigations have shown that when maximum lateral forces and gap lengths of 1 cm caused by the currents of the winding 7 distortions exerted on the magnetic field can be achieved without additional measures keep within tolerable limits. The control of the winding 7 leads to magnets the The shape of Figure 7 does not result in any significant changes in the load-bearing capacity. Since noteworthy Side forces can only be generated when the currents of the winding 7 are flowing Influence of the load capacity modulation on the lateral force when it is not modulated Lead winding does not take place.

Bild 8 weist darauf hin, daß eine ausreichend große Seitenkraft erzeugt werden kann, wenn ein Teil der Erregerwicklung (2a) in der Schiene 1 und damit feststehend gegenüber seitlichen Auslegungen angeordnet ist.Figure 8 indicates that a sufficiently large side force is generated can be when part of the field winding (2a) in the rail 1 and thus stationary is arranged opposite side designs.

Die im Fahrzeug angeordnete Erregerwicklung 2b kann bei Ausfall der Stromversorgung von 2a für begrenzte Zeit die Schwebefunktion garantieren.The excitation winding 2b arranged in the vehicle can, if the Power supply of 2a guarantee the hovering function for a limited time.

Durch Aus steuerung der Wicklung 7 lassen sich die Stellkräfte verhältnismäßig rückwirkungsarm annähern proportional zur Größe des Stromes verändern. Die Einleitung der Seitenkräfte ist bei diesem Verfahren nicht primär von der Stellung des Magneten gegenüber der Schiene abhängig. Die maximale Seitenkraft, die bei Mittelstellung der Polelemente erzeugt werden kann, erfordert Durchflutungen, die kleiner sind als Öo Treten Auslenkungen aus der Mittellage auf, wirken zusätzliche zentrierende Kräfte, die stromunabhängig sind.By controlling the winding 7, the actuating forces can be proportionate Change almost proportionally to the magnitude of the current with little reaction. The introduction the side forces in this method are not primarily dependent on the position of the magnet dependent on the rail. The maximum lateral force that occurs in the middle position the pole elements can be generated requires fluxes that are smaller When deflections from the central position occur, additional centering effects act Forces that are independent of current.

Vorteile der beschriebenen Seitenführung im Vergleich zu einer auf besonderen Magneten basierenden Führtechnik besteht in dem deutlich geringeren Masseaufwand. Er liegt im Bereich zwischen 2 und 3% des Fahrzeuggewichts. Im Vergleich hierzu.Advantages of the side guide described compared to one on special magnet-based guidance technology consists in the significantly lower mass expenditure. It is in the range between 2 and 3% of the vehicle weight. Compared to this.

gilt für separate Führmagnete ein Anteil von ca. 8 - 10%.A proportion of approx. 8-10% applies to separate guide magnets.

Darüber hinaus sind keine besonderen Führschienen notwendig, die Erzeugung von tangential zur Tragschiene wirkenden Führkräften durch die Tragmagnete selbst ermöglicht eine größere Freizügigkeit bei seitlichen Auslenkungen. Hieraus ergeben sich Vorteile für die Anordnung der Trageinheiten (Schwebegestelle) und die Konzeption des Fahrweges und der Weichen.In addition, no special guide rails are necessary for the generation of guide forces acting tangentially to the mounting rail through the support magnets themselves enables greater freedom of movement for lateral deflections. Result from this advantages for the arrangement of the support units (suspension frames) and the design of the route and the switches.

Die Kombination von Trag- und Vortriebskraft Eine große Bedeutung für die Begrenzung des Gesamtaufwandes für das Transportsystem hat die Erzeugung der Vortriebskraft in Verbindung mit dem Magnetfeld, das auch die Tragkraft hervorbingt. Es zeigt sich, daß die betrieblichen Anforderungen für die Bewegung von Fahrzeugen Kräfte bedingen, die mit begrenzten Strömen je Längeneinheit des Fahrweges erzeugt werden können. Hieraus folgt, daß die Wechselwirkung dieser Ströme mit dem magnetischen Tragfeld verhältnismäßig gering sind. Die Kopplung zwischen Trag- und Vortriebskraft ist begrenzt. Die Regelung der Tragkräfte wird durch Einflüsse des Antriebs (mit Ausnahme von Störfällen besonderer Art) nicht sehr stark beeinträchtigt.The combination of load-bearing and propulsive force is of great importance for the limitation of the total effort for the transport system has the generation the propulsive force in connection with the magnetic field, which also produces the load-bearing capacity. It shows that the operational requirements for the movement of vehicles Forces that are generated with limited currents per unit length of the route can be. It follows that the interaction of these currents with the magnetic Support field are relatively small. The coupling between load-bearing and propulsive power is limited. The control of the load capacities is controlled by the influences of the drive (with Exceptions of special types of accidents) not very badly affected.

Durch die Kombination von Trag- und Vortriebsfunktion entsteht ein spaltgeführter Motor. Der Spalt kann hiermit kleiner gehalten werden als bei Motoren ohne magnetische Führung. Darin besteht zusätzlich zur Einsparung der Tragfelder ein erheblicher Vorteil für die Auslegung des linearen Synchronmotors.The combination of support and propulsion functions creates a gap-guided motor. This means that the gap can be kept smaller than with motors without magnetic guidance. This is in addition to saving the supporting fields a considerable advantage for the design of the linear synchronous motor.

Für Langstatorantriebe kann das Steuerspulen-Regelkonzept entsprechend Bild 9a ausgeführt werden. Das Bild zeigt eine Ansicht des feststehenden Stators 1 mit der stromführenden Mehrphasen-Ankerwicklung 1 W. Die einzelnen Stränge dieses Wicklungssystems können im Sinne der bekannten Dreiphasenwicklung oder wie in P 3315921.1 beschrieben als System einzeln schaltbarer Teilwicklungen betrieben werden. Die Magnetanordnung besteht aus dem mit dem Fahrzeug bzw. Schwebegestell verbundenen Bauelement 3, zu dem auch die Erregerwicklung 2 gehört. Sie wird mit dem Strom Iot der normalerweise zur Stabilisierung des Schwebens nicht ausgesteuert wird, gespeist. Von diesem Strom wird hauptsächlich das magnetische Feld erzeugt, das (bei Nennspalt) der Gewichtskompensation des Fahrzeuges dient. Die entsprechende Flußdichte ist B . Die Polelemente 5 grenzen an den Tragspalt. Sie übertragen mit Hilfe der Feder 6 die magnetisch entwickelten Kräfte auf das Schwebegestell. Die Wicklung 4 wird als Steuerwicklung durch den Strom I1 zur Veränderung der Tragkraft im Schienenspalt und zur Verstellung der Polelemente eingesetzt. Die Tragkraft ändert sich hierdurch von Fo auf Fo1. Außerdem wird im vertikalen Spalt durch Zusammenwirken von magnetischem Feld und Steuerströmen I1 eine Tangentialkraft Ft entwickelt. Die Funktion der Polverstellung ist ähnlich wie mit Hilfe von Bild 3 beschrieben.The control coil control concept can be used accordingly for long stator drives Fig. 9a are executed. The picture shows a view of the fixed stator 1 with the live multi-phase armature winding 1 W. The individual strands of this Winding systems can be used in the sense of the well-known three-phase winding or as in P 3315921.1 described can be operated as a system of individually switchable partial windings. The magnet arrangement consists of the one connected to the vehicle or suspension frame Component 3, to which the field winding 2 also belongs. She will go with the current iot which is normally not controlled to stabilize the hovering. This current mainly generates the magnetic field which (at the nominal gap) serves to compensate for the weight of the vehicle. The corresponding flux density is B. The pole elements 5 adjoin the support gap. You transfer with the help of the pen 6 the magnetically developed forces on the suspension frame. The winding 4 becomes as a control winding through the current I1 to change the load capacity used in the rail gap and to adjust the pole elements. The load capacity changes thereby moving from Fo to Fo1. In addition, in the vertical gap through cooperation a tangential force Ft develops from the magnetic field and control currents I1. the The function of the pole adjustment is similar to that described with the aid of Figure 3.

In Bild 9a ist gezeichnet, daß von den 6 Nuten je Polteilung der Ankerwicklung die beiden der Pol lücke zugeordneten Nuten mit ihrer Durchflutung XL einen Beitrag zum gesamten magnetischen Feld erbringen können. Unter den Bedingungen des Langstatorantriebs ist bei einem Spalt von ca. 1 cm der entsprechende Feldanteil unter 10 % des vom Strom 10 erzeugten Feldes. Er ist unter normalen Bedingungen auch nicht magnetspezifisch stellbar und kann damit zur Stabilisierung keinen Beitrag leisten.Figure 9a shows that of the 6 slots per pole pitch of the armature winding the two grooves assigned to the pole gap with their flow through XL make a contribution to the entire magnetic field. Under the conditions of the long stator drive with a gap of approx. 1 cm, the corresponding field portion is less than 10% of that of the Electricity 10 generated field. Under normal conditions, it is also not magnet-specific adjustable and thus cannot contribute to stabilization.

Bild 9b zeigt in Ansicht einen Pol 5 mit den Spulen der Steuerwicklung 4. Auch die Erregerspule 2, die mit dem Bauteil 3 verbunden ist, wurde eingezeichnet. Auf'dieses Polelement werden die stellbaren Tragkräfte F01 und die Vortriebskraft Fx ausgeübt. Werden zusätzlich die Spulen 7 mit dem Strom 12 gespeist, so lassen sich in der dritten Hauptrichtung die durch das Zusammenwirken von Magnetfeld der Dichte Bo1 und 12 entstehenden Seitenkräfte F02 erzeugen. Sie sind ungefähr proportional 12 und werden zur seitlichen Stabilisierung der Fahrzeugbewegung verwendet. Lagesensor, Regler und Endverstärker werden in bekannter Weise zur Stellung des Stromes I2 eingesetzt.Figure 9b shows a view of a pole 5 with the coils of the control winding 4. The excitation coil 2, which is connected to the component 3, has also been drawn in. The adjustable load-bearing forces F01 and the propulsive force are applied to this pole element Fx exercised. If the coils 7 are additionally fed with the current 12, leave it in the third main direction that is caused by the interaction of the magnetic field Density Bo1 and 12 generate side forces F02. They are roughly proportional 12 and are used for lateral stabilization of vehicle movement. Position sensor, Controllers and power amplifiers are used in a known manner to set the current I2.

Bild 10 zeigt in Schnitt und Ansicht die Magnetanordnung, wobei angedeutet ist, daß die Feder 6 noch zusätzlich ein Führelement enthält. Es bewirkt, daß das Polelement 5 sich gegenüber dem Schwebegestell 8 nur in einer Richtung bewegt.Figure 10 shows the magnet arrangement in section and view, where indicated is that the spring 6 also contains a guide element. It does that Pole element 5 only moves in one direction with respect to suspension frame 8.

Die einzelnen Pole sind über ein Konstruktionsteil aus nichtmagnetischem Material (Verbindungselement 9) miteinander verbunden. Auf diese Weise können mehrere Polpaare einen selbstständig geregelten Magneten bilden.The individual poles are made of a non-magnetic construction part Material (connecting element 9) connected to one another. This way several Pole pairs form an independently regulated magnet.

Bild 11 zeigt die Ansicht eines Magneten, bei dem die Steuerwicklung 4 in einer Nut konzentriert und mit einem Schlitz sn zum Tragspalt hin versehen ist. Durch diese Formgebung können innerhalb des Eisenbereichs überhöhte Flußdichten vermieden werden. Eine Aufteilung des flußführenden Eisens und die Verwendung eines Mittelspaltes sp bewirken außerdem, daß der Einfluß der Ströme der Ankerspulen auf das magnetische Feld im Spalt (Feldverzerrung) stark zurückgedrängt wird. Auch für außerordentliche Betriebsfälle wie Wicklungskurzschluß (Doppelkurzschluß) werden die Feldstörungen, die vom Anker ausgehen, stark verringert, so daß die Tragfunktion hierdurch kaum beeinträchtigt wird.Figure 11 shows the view of a magnet in which the control winding 4 concentrated in a groove and provided with a slot sn towards the support gap is. This shape allows excessive flux densities within the iron area be avoided. A division of the river-carrying iron and the use of one Middle gap sp also cause the influence of the currents of the armature coils on the magnetic field in the gap (field distortion) is strongly suppressed. Also for extraordinary operating cases such as winding short-circuit (double short-circuit) the field disturbances emanating from the anchor, greatly reduced, so that the load-bearing function is hardly affected by this.

In Bild 12 wird darauf Bezug genommen, daß der stationäre Fluß anteil (Flußdichte Bo) leistungslos auch durch Permanentmagnete erzeugt werden kann. Das Erregerteil 3 besteht hauptsächlich aus den Permanentmagneten. Die Funktion der Wicklung 4 ist ähnlich wie bei der Anordnung nach Bild 10. Weiterhin gilt sinngemäß das zu Bild 6 Gesagte.In Figure 12, reference is made to the fact that the steady-state flow component (Flux density Bo) can also be generated without power by permanent magnets. That Excitation part 3 consists mainly of the permanent magnets. The function of the Winding 4 is similar to the arrangement shown in Fig. 10. The same applies accordingly what was said about picture 6.

Der Einfluß der Ankerströme auf die Größe des Tragflusses ist gering.The influence of the anchor currents on the size of the bearing flow is small.

Schließlich ist in Bild 13 darauf verwiesen, daß Magnete mit U-Form gemäß Bild 1 bzw. 8 ebenfalls mit einem gleichzeitig die Trag- und Vortriebsfunktion vermittelnden Statorelement kombiniert werden können (13a). Es ist wiederum eine Wanderfeldwicklung 1 W im Stator 1 vorausgesetzt. Zwei gezeichnete Spulen dieser Wicklung, die um 900el versetzt sind, kommen im Zusammenwirken mit dem Feld der Pole zum Eingriff (Bild 13b). Der in der Spule 1Wb fließende Strom kann mit dem unter den Polen N bzw. S gebildeten magnetischen Feldern eine Vortriebskraft entwickeln. Nach einer geringen Verschiebung des Polsystems wird auch der Spule 1Wa Strom zugeführt, so daß dann auch sie einen Beitrag zur Kraftbildung leistet. Die Wicklung kann in der Form von Spulen mit mehreren Windungen oder als Einleiter- Wellenwicklung ausgeführt sein. Auch dreiphasige Anordnungen lassen sich anwenden.Finally, in Fig. 13 it is pointed out that magnets with a U-shape according to Figure 1 and 8, also with a simultaneous support and propulsion function mediating stator element can be combined (13a). It is another one Moving field winding 1 W in stator 1 assumed. Two drawn coils of these Windings, which are offset by 900el, come in interaction with the field of Poles for engagement (Figure 13b). The current flowing in the coil 1Wb can with the develop a propulsive force under the poles N and S formed magnetic fields. After a slight shift in the pole system, current is also supplied to the coil 1Wa, so that it then also makes a contribution to the development of strength. The winding can be in in the form of coils with several turns or as a single-conductor Wave winding be executed. Three-phase arrangements can also be used.

Die hier beschriebene Konfiguration ermöglicht die Entwicklung der Vortriebskräfte durch das Tragfeld. Die Anordnung der verhältnismäßig großen Lücken zwischen den Polen in beiden Richtungen sowie die notwendige Flußführung in axialer Richtung bedeuten eine etwas verringerte Materialausnutzung für den feststehenden und den bewegten Teil.The configuration described here enables the development of the Propulsive forces through the support field. The arrangement of the relatively large gaps between the poles in both directions and the necessary flux guidance in an axial direction Direction mean a somewhat reduced material utilization for the fixed and the moving part.

Die Vorteile stellbarer Pole mit gleichzeitig hoher Stellgeschwindigkeit sind nicht auf die Anwendung zur Stützung von Fahrzeugen beschränkt. Auch für die Fördertechnik bei Gütern und Produkten, die ferromagnetische Bauteile aufweisen bzw. aus Stahl sind, läßt sich die Stellbarkeit vorteilhaft anwenden.The advantages of adjustable poles with high positioning speed at the same time are not limited to vehicle support applications. Also for them Conveyor technology for goods and products that have ferromagnetic components or are made of steel, the adjustability can be used advantageously.

Als Beispiel sei auf die magnetische Stützung eines Stahlelements größerer Längsausdehnung verwiesen, dessen Oberfläche in der Beförderungsrichtung nicht eben ist (Bild 14).As an example, consider the magnetic support of a steel element referenced larger longitudinal extent, its surface in the direction of transport is not even (Fig. 14).

Die Skizzen 14a, 14b und 14c zeigen den Durchlauf eines Werkstückes unter dem Magneten M (feststehend mit beweglichen Polen).The sketches 14a, 14b and 14c show the passage of a workpiece under the magnet M (fixed with movable poles).

Bild 14 zeigt den Magneten, der im Aufbau prinzipiell demjenigen von Bild 1 entspricht. Es wurden entsprechende Bauteilbezifferungen verwendet; die Funktion ist analog. Insbesondere bei schnell bewegten Werkstücken mit nicht ebener Oberfläche ergeben sich Vorteile für die beschriebene Ausführung der Schwebetechnik.Figure 14 shows the magnet, which is basically the same as that of Figure 1 corresponds. Corresponding component numbering was used; the function is analog. Especially for workpieces that move quickly and have a non-flat surface there are advantages for the described execution of the levitation technology.

Steuerspulenkonzept bei Kurzstator-Synchronantrieben Die Vorteile für die Erzielung schneller Kraftänderungen bei begrenzter Stromaussteuerung lassen sich durch die Überlagerung einer aussteuerungsabhängigen und einer aussteuerungsunabhängigen Feldkomponente erzielen, wobei die erstere etwa den stationären Kraftanteil erzeugt und damit das Gewicht des Fahrzeugs kompensiert. Bei der Kurzstatortechnik erweisen sich Synchron-Linearmotoren deshalb als besonders vorteilhaft, weil sie hohe Wirkungsgrade und günstige Leistungsfaktoren und damit eine begrenzte Scheinleistung ermöglichen. Dies wiederum ist gerade für den fahrzeuggebundenen Antrieb bedeutungsvoll, weil sowohl das leistungsführende Motor- als auch das zur Energieanpassung notwendige Stellelement (Frequenzumrichter) auf dem Fahrzeug installiert werden. Bauvolumen und Gewichtsanteile der Antriebskomponenten beeinflussen somit die Fahrzeugbemessung direkt. Gewicht und Größe des Fahrzeuges hängen damit wiederum eng mit der benötigten Antriebsleistung zusammen, so daß hier eine unauflösliche Dimensionierungs-Wechselbeziehung zwischen Teilkomponenten und Systemeigenschaften besteht. Es ist somit sehr wichtig, daß es gelingt, einen Antrieb mit begrenzten Verlusten, ein niedriges Fahrzeuggewicht, geeignete Querschnitte für Fahrzeug und Fahrbahn (Schienenkonfiguration) sowie ein Magnetsystem mit günstigen Schwebeeigenschaften zu erzielen. Der Versuch, mit Hilfe von Permanentmagneten höherer Energiedichte den stationären Magnetfeldanteil vom Fahrzeug aus zu erzeugen und Steuerspulen sowie Vortriebswicklung in einem Funktionselement zu integrieren, ist ein gangbarer Weg zur Erreichung dieser Zielsetzung. Eine gewisse Problemantik besteht dabei in der Auslegung der Steuerspule im Hinblick auf Absenkvorgänge (Schweben bei großem Spalt) und in der Anwendung des verhältnismäßig teueren Magnetmaterials. Zur Magnetisierung eines Tragspaltes (Nennwert) von 1 cm wird ein Anteil an Magnetmaterial erforderlich, der ca. 2,5 % des Fahrzeuggewichtes beträgt.Control coil concept for short stator synchronous drives The advantages to achieve quick changes in force with limited current control by superimposing a level-dependent and a level-independent Achieve field component, the former generating approximately the steady force component and thus compensates for the weight of the vehicle. Prove with short stator technology Synchronous linear motors are particularly advantageous because they have a high degree of efficiency and allow favorable power factors and thus a limited apparent power. This, in turn, is significant for the vehicle-based drive because both the power-conducting motor and the one necessary for energy adjustment Control element (frequency converter) can be installed on the vehicle. Construction volume and weight proportions of the drive components thus influence the vehicle dimensioning direct. The weight and size of the vehicle are in turn closely related to the required Drive power together, so that here an indissoluble dimensioning interrelation exists between subcomponents and system properties. It is therefore very important that a drive with limited losses, a low vehicle weight, suitable cross-sections for vehicle and roadway (rail configuration) as well as a To achieve a magnet system with favorable floating properties. Trying to help of permanent magnets of higher energy density the steady magnetic field portion of the Vehicle from generate and control coils as well as propulsion winding in one functional element integrating is a viable way to achieve this goal. A certain The problem lies in the design of the control coil with regard to lowering processes (Floating with a large gap) and in the use of the relatively expensive magnetic material. A portion of magnetic material is used to magnetize a support gap (nominal value) of 1 cm required, which is approx. 2.5% of the vehicle weight.

Eine rein elektromagnetische Lösung der Aufgabe gelingt unter Verwendung des Steuerspulenprinzips, wenn analog zu Bild 5, jetzt aber angewendet auf eine longitudinale Magnetisierung die Erregerwicklung für das Hauptfeld in die Schiene verlegt wird. Sie wird dann entsprechend Bild 14 als Spulenwicklung mit mehreren Leitern je Spule oder als eine meanderförmige Wicklung mit wenigen Strängen ausgeführt. Hierdurch ist die Schiene zwar nicht mehr (stromlos und vollständig) passiv. Die erforderliche Leistung. zur Erregung des Hauptfeldanteils ist jedoch sehr viel kleiner als die bei der Langstatortechnik notwendige Vortriebsleistung, zumal wenn größere Geschwindigkeiten vorausgesetzt werden. Es werden darüberhinaus (im einfachsten Fall) Gleichströme benötigt, die bis auf Ausnehmesituationen konstant gehalten werden. Ähnlich zu dem in Verbindung mit Bild 5 geschilderten Verfahren werden die Steuerströme den fahrzeuggebundenen Komponenten des magnetischen Kreises zugeführt. Sie haben von dort aus einen vom Schwebezustand abhängigen im allgemein geregelten Anteil des magnetischen Feldes zu erzeugen. Dieser überlagert sich dem stationären Feldanteil und dient zur Stabilisierung des Schwebezustandes. Hierdurch kann der aussteuerungsabhängige Anteil klein gehalten werden. Er beschränkt sich auf maximal +40, - 50 % und ist im Mittel sehr klein.A purely electromagnetic solution to the problem is achieved using it of the control coil principle, if analogous to Figure 5, but now applied on a longitudinal magnetization the excitation winding for the main field in the Rail is being laid. It is then used as a coil winding as shown in Figure 14 several conductors per coil or as a meander-shaped winding with a few strands executed. As a result, the rail is no longer (de-energized and complete) passive. The required performance. to excite the main field component is, however much smaller than the propulsive power required for long stator technology, especially when higher speeds are required. There will be beyond that (in the simplest case) direct currents are required that are constant except in exceptional situations being held. Similar to the procedure described in connection with Figure 5 the control currents are the vehicle-bound components of the magnetic circuit fed. From there, you have something that is generally dependent on the state of suspension to generate controlled portion of the magnetic field. This is superimposed on the stationary field component and serves to stabilize the levitation state. Through this the level-dependent proportion can be kept small. He limits himself to a maximum of +40, - 50% and is very small on average.

Allerdings verlangt nun die angestrebte Kombination von Trag-und Vortriebsfunktion, daß - vom Fahrzeug aus betrachtet -der Steueranteil des Feldes ein Wanderfeldanteil ist. Seine (Rückwärts-)Geschwindigkeit entspricht gerade der (Vorwärts-) Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Nur so kann er sich in der Schiene dem dort erzeugten Gleichfeld als räumlich stillstehende Komponente überlagern.However, the desired combination of load-bearing and propulsion function now requires that - viewed from the vehicle - the tax portion of the field is a traveling field portion is. Its (reverse) speed corresponds exactly to the (forward) driving speed of the vehicle. Only in this way can he deal with the constant field generated there in the rail superimpose as a spatially stationary component.

In Bild 15 unten ist das fahrzeuggebundene Tragteil, das gleichzeitig das leistungsführende Motorteil ist, skizziert. Es handelt sich um ein Motorelement, das mit einer Vielphasen-Ankerwicklung entsprechend P 3315921.2 ausgerüstet ist. Bild 16 zeigt eine Ansicht von Erregerschiene und darunter liegendem Motorelement mit den zugehörigen Leiterquerschnitten. Dies dem Abschnitt der Pollücke bL zuzuordnenden Ströme des Ankerelementes tragen zur Erzeugung eines zusätzlichen magnetischen Feldes bei, das steuerbar ist. Durch diese Ströme kann das Feld der Schienenerregung verstärkt oder geschwächt werden. Die dem Bereich bp entsprechenden Nuten führen Ströme, die mit dem resultierenden Feld die Schubkraft bilden. Setzt man voraus, daß alle Ströme der den Nuten zugeordneten Spulen einzeln stellbar sind, so können auch die Spulenströme der Bereiche bL und bp getrennt in ihrer Größe zwischen 0 und @Imarx geregelt werden. In diesem Falle läßt sich die Trag-und Vortriebseinrichtung so betreiben, daß mit Hilfe der Summe der Ströme der Pollücke die Tragkraft stabilisiert und mit Hilfe des Produktes aus resultierender mittlerer Flußdichte des Polbereiches und der Summe der dort wirkenden Ströme dann die Schubkraft auf einen bestimmten Wert geregelt wird. Bei der üblichen Anwendung einer größeren Zahl von einzelnen Motorelementen heben sich die gegenseitigen Einflüsse zwischen örtlichen Tragkraftaussteuerungen auf den Mittelwert der Vortriebskraft auf. Es bedarf dann zur Konstanthaltung der Vortriebskraft keiner regelungstechnischen Entkopplungsmaßnahmen.In picture 15 below is the vehicle-bound support part that simultaneously the power-leading engine part is outlined. It is a motor element, which is equipped with a multi-phase armature winding according to P 3315921.2. Figure 16 shows a view of the exciter rail and the motor element below with the corresponding conductor cross-sections. This is to be assigned to the section of the pole gap bL Currents of the armature element contribute to the generation of an additional magnetic field at that is controllable. Through these currents the field the rail excitation be strengthened or weakened. Guide the grooves corresponding to the area bp Currents that form the thrust force with the resulting field. If one assumes that all currents of the coils assigned to the grooves can be adjusted individually, so can also the coil currents of the areas bL and bp separated in size between 0 and @Imarx. In this case, the support and propulsion device Operate in such a way that the load capacity is stabilized with the help of the sum of the currents of the pole gap and with the help of the product of the resulting mean flux density of the pole area and the sum of the currents acting there then the thrust on a certain one Value is regulated. With the usual application of a larger number of individual Motor elements cancel out the mutual influences between local load capacity controls on the mean value of the propulsive force. It then needs to keep constant the Propulsive force of no control-technical decoupling measures.

Das Uberlagerungsverfahren der vom Fahrzeug aus stellbaren Stabilisierungskomponenten mit einer unabhängigen Felderregung von der Schiene aus ermöglicht, daß die ohnehin für die Vortriebsbildung benötigten Stellelemente zur Erzeugung des in seiner Frequenz geschwindigkeitsabhängigen Antriebsstromes gleichzeitig die Aufgabe der Tragkraftregelung übernehmen.The superposition process of the stabilization components that can be adjusted from the vehicle with an independent field excitation from the rail enables that anyway for the formation of the propulsion required control elements to generate the in its frequency speed-dependent drive current at the same time the task of load control take over.

Der für die Vortriebsbildung nicht benötigte Stromanteil dient als Erregerstromkomponente der Stabilisierung der Schwebefunktion. Wie Entwurfsuntersuchungen zeigen, lassen sich die im Hinblick auf günstige Betriebseigenschaften zu optimierenden Baugruppen von Motor -und Umrichter so bemessen, daß durch die Aufgaben der Tragfunktion keine besonderen Nachteile entstehen. Als eine Anpassungsmaßnahme dient die vielphasige Ausführung (Phasenzahl größer als 3). Hierdurch wird sichergestellt, daß eine gut stellbare Flußkomponente mit zeitlich geringer Schwankung wirksam wird.The portion of the current not required for the formation of the propulsion serves as Excitation current component of the stabilization of the levitation function. Like design studies show, can be optimized with regard to favorable operating properties Assemblies of motor and converter are dimensioned in such a way that the tasks of the load-bearing function there are no particular disadvantages. The multi-phase one serves as an adaptation measure Execution (number of phases greater than 3). This ensures that a good adjustable flow component is effective with little fluctuation over time.

Bild 17 zeigt ein Schaltbild eines Wicklungsteils mit den Spulen für ein Polpaar. Weitere Polpaare der Wicklungsanordnung, die zum selben Motorelement gehören, lassen sich in Reihe oder parallel schalten. Der entsprechende Wechselrichter besteht aus individuell schaltbaren Halbleitereinheiten.Figure 17 shows a circuit diagram of a winding part with the coils for a pole pair. Further pole pairs of the winding arrangement that belong to the same motor element belong can be in series or connect in parallel. The corresponding The inverter consists of individually switchable semiconductor units.

Er ermöglicht Spulenströme in beiden Richtungen, (P 3315921.1).It enables coil currents in both directions, (P 3315921.1).

Die Tabelle des Bildes zeigt für die gezeichnete Stellung die Zuordnungen der stromführenden Schalter zu den Spulen und deren Funktion. Durch Pulsbreitenmodulation läßt sich der Strommittelwert kontinuierlich zwischen null und einem Maximalwert einstellen. Die hierbei notwendigen Blindstromdioden sind nicht gezeichnet. Die Aufteilung der Gleichspannungen in UG und UG ermöglicht,die Zahl der Schalter auf die Hälfte des Wertes zu reduzieren, der bei normalen Vierquadrantenstellern benötigt würde. Mit Hilfe von Kondensatoren kann bei entsprechender Symmetrierung der Spannungsmittelpunkt auch ausgehend von einer ungeteilten Spannung künstlich geschaffen werden. Die Schalter bestehen zweckmäßigerweise aus abschaltbaren Halbleiterelementen, z.B. Transistoren oder GTO's. Die nach dem heutigen technischen Stand der Leistungselektronik erzielbaren Schaltfrequenzen von 10 - 20 kHz sind für die vorliegenden Aufgaben ausreichend hoch. Der hierbei erzielbare Wirkungsgrad der Wechselrichter kann dabei 98 % betragen. Durch die modulare Zuordnung von Teilwechselrichtern zu einzelnen Magneten kann eine hohe Redundanz für den Antrieb erreicht werden.The table in the picture shows the assignments for the position shown the current-carrying switch to the coils and their function. Through pulse width modulation the current mean value can be continuously varied between zero and a maximum value to adjust. The reactive current diodes required for this are not shown. the The division of the DC voltages into UG and UG enables the number of switches to be increased to reduce half the value that is required for normal four-quadrant controllers would. With the help of capacitors, the center of the voltage can be adjusted with appropriate symmetry can also be created artificially on the basis of an undivided tension. The switches suitably consist of switchable semiconductor elements, e.g. transistors or GTO's. The achievable according to the current technical level of power electronics Switching frequencies of 10 - 20 kHz are sufficient for the tasks at hand high. The inverter efficiency that can be achieved here can be 98%. Thanks to the modular assignment of partial inverters to individual magnets, a high level of redundancy for the drive can be achieved.

Wie Bild 16 erkennen läßt, ist der Materialaufwand für das kombinierte Trag-Motorelement sehr begrenzt. Die Ausführung der Wicklung als Niederspannungswicklung läßt eine kleine Nuthöhe und eine Begrenzung des Eisenaufwandes zu. Da bei Kurzstatorantrieben mit kombiniertem Tragverfahren ein großer magnetischer Fluß zur Verfügung steht, kann der Strombelag gering gehalten werden. Die Stromdichte kann höher als beim Langstatorkonzept gewählt werden. Deshalb ist der Querschnitt der Ankerwicklung verhältnismäßig klein. Die erforderliche Jochhöhe ist wesentlich durch den-maximalen Fluß und dieser durch die Polteilung bestimmt. Entwurfsbeispiele zeigen, daß die Masse des Motorelements (einschließlich der Wicklung) deutlich unter 10 % des Fahrzeuggewichtes und etwa bei 6,5 % liegt. Die Zeitkonstante der Steuerwicklung ist infolge der Dimensionierungsbedingungen um mehr als einen Faktor 3 kleiner als die vergleichbare Größe bei konventionellen Magneten der kombinierten Trag- und Vortriebstechnik. Aussteuerungen der Erregerspannung führen somit zu schnellen Feldänderungen und infolge der geringen Masse zu sehr schnellen Stellbewegungen und damit zu günstigem Folgeverhalten der Regelung.As can be seen in Figure 16, the material costs for the combined Support motor element very limited. The design of the winding as a low-voltage winding allows a small groove height and a limitation of the iron expenditure. As with short stator drives a large magnetic flux is available with the combined carrying method, the current load can be kept low. The current density can be higher than with Long stator concept can be selected. Therefore the cross section of the armature winding relatively small. The required yoke height is essentially due to the maximum River and this determined by the pole division. Design examples show that the The mass of the motor element (including the winding) is well below 10% of the vehicle weight and is about 6.5%. The time constant of the control winding is due to the dimensioning conditions by more than a factor of 3 smaller than the comparable size with conventional ones Magnets the combined support and tunneling technology. Levels the excitation voltage thus lead to rapid field changes and as a result of the low Mass to very fast adjusting movements and thus to favorable follow-up behavior of the Regulation.

Dies wiederum bedeutet, daß unter sonst ähnlichen Bedingungen Vorteile für die Auslegung der Baugruppen, der Tragtechnik, aber auch für die Fahrbahngestaltung gegeben sind.This in turn means that under otherwise similar conditions, advantages for the design of the assemblies, the support technology, but also for the design of the roadway given are.

Wie schon angedeutet, soll die Energiezuführung zur stationären Erregerwicklung abschnittsweise über Gleichstrom-Zuleitungen erfolgen. Die vergleichsweise geringe Leistung wird durch Halbleiterschalter im Abstand von einigen Fahrzeuglängen der Wicklung zugeführt. Ein steuerbarer Gleichrichter, der die Spannung an die Speiseleitung überträgt, wird zweckmäßig in der Unterstation aufgestellt. Es besteht somit die Möglichkeit, die Größe des Erregerstromes abhängig vom Fahrzeuggewicht und dessen Nutzlast einzustellen.- Weiterhin kann das Absenken des Fahrzeuges so vollzogen werden, daß die kurzzeitige Stromerhöhung vom stationären Gleichrichter aus gesteuert wird, während gleichzeitig beim Fahrzeug auf einen sich kontinuierlich vergrößerten Spaltsollwert geregelt wird. Um gegebenenfalls eine individuelle Spannungs- oder Erregerstromzuordnung zu mehreren Fahrzeugen innerhalb eines Unterwerksabschnittes zu ermöglichen, kann an mehreren Stellen entlang der Strecke über Spannungssteller die abschnittsweise Stellbarkeit der Erregerspannung für die beschriebenen Fälle vorgenommen werden. Hierbei ist zu erwähnen, daß die erforderlichen Gleichstromsteller verglichen mit den erwähnten Schaltern kaum komplexer sind, wenn etwa abschaltbare Thyristoren zur Anwendung kommen. Sowohl wegen der geringen Leistung als auch den in jedem Fall verringerten Ansprüchen an die Steuerbarkeit ergibt sich für die Bereitstellung der Erregerleistung ein ungleich geringerer Aufwand als im Falle der Langstatortechnik.As already indicated, the energy supply should be to the stationary excitation winding in sections via direct current supply lines. The comparatively small one Power is provided by semiconductor switches at a distance of a few vehicle lengths Winding fed. A controllable rectifier that transfers the voltage to the feed line transmits, is expediently set up in the substation. There is thus the Possibility to change the size of the excitation current depending on the vehicle weight and its Adjust the payload. The lowering of the vehicle can also be carried out in this way that the short-term increase in current is controlled by the stationary rectifier is, while at the same time the vehicle is continuously increasing Gap setpoint is regulated. If necessary, an individual voltage or Allocation of excitation current to several vehicles within a substation section to enable, can at several points along the route via voltage regulators the section-wise adjustability of the excitation voltage for the cases described be made. It should be mentioned here that the required DC chopper compared to the switches mentioned are hardly more complex, if they can be switched off Thyristors are used. Both because of the low performance and the in any case, reduced demands on controllability results for the provision the excitation power an incomparably lower effort than in the case of the long stator technology.

In Anbetracht der begrenzten Erregerleistung erscheint es auch möglich, im Unterwerk besondere Vorkehrungen für den Fall zu treffen, daß sich ein Netzausfall ereignet. Die Schwebefunktion kann z.B. durch schnellverfügbare Reserveaggregate oder durch Speicher gesichert werden.In view of the limited excitation power, it also appears possible In the substation, special precautions are taken in the event that meet that a power failure occurs. The hovering function can e.g. Reserve aggregates or be backed up by storage.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß es in Analogie zu der im Bild 7 und 8 beschriebenen Technik auch beim longitudinalen Feld möglich ist, die Führkrafterzeugung durch das Tragfeld im Zusammenwirken mit einer besonderen Wicklung vorzunehmen. Anstelle einer gleichstromgespeisten Wicklung.For the sake of completeness it should be mentioned that it is analogous to the The technique described in Figure 7 and 8 is also possible with a longitudinal field, the command force generation through the support field in cooperation with a special one Make winding. Instead of a DC powered winding.

tritt nun eine im Stile der Wanderfeldwicklung gespeiste Wicklungsanordnung.Now occurs a winding arrangement fed in the style of the traveling wave winding.

Ein Beispiel für eine aus 6 Strängen bestehende Führwicklung zeigt Bild 18. Die für die Krafterzeugung wirksamen Ströme fließen dabei in Längsrichtung in den Mittelzweigen der Spulen. Hierbei wird die Stromzuführung so gesteuert, daß die Ströme der Mittel zweige mit der Stellung des Erregerpols wandern. Das Bild zeigt 3 der 6 Spulen mit Strom versorgt.An example of a lead winding consisting of 6 strands is shown Fig. 18. The currents that are effective for generating the force flow in a longitudinal direction in the middle branches of the coils. Here, the power supply is controlled so that the currents of the central branches migrate with the position of the exciter pole. The picture shows 3 of the 6 coils powered.

Die entsprechenden stromführenden Schaltelemente sind dunkel dargestellt.The corresponding current-carrying switching elements are shown in dark.

Die doppelseitige Spulenausführung verhindert Rückwirkungen der Ströme (der Führwicklung) auf die Tragkraft und die Vortriebskraft. Es treten jeweils gleich große und gegensinnige Kraftwirkungen der in entgegengesetzter. Richtung fließenden Ströme auf. Das Speisekonzept entspricht dem der Vortriebswicklung-(Bild 17). Uber Lagesensoren, Regler und Endverstärker erfolgt die Aussteuerung, wobei der Strom durch Pulsbreitenmodulation eingestellt werden kann.The double-sided coil design prevents repercussions of the currents (the lead winding) on the load capacity and the propulsion force. Each step is the same great and opposing forces acting in opposite directions. Direction flowing Stream on. The feeding concept corresponds to that of the jacking winding (Fig. 17). Above Position sensors, controllers and power amplifiers are used for modulation, with the current can be adjusted by pulse width modulation.

Die Mittelteile der Führwicklung werden in Längsnuten des Motorelementes angeordnet. Da die Schnelligkeit der Seitenstabilisierung geringeren Anforderungen unterliegt, wird die Trag-Vortriebswicklung streuungsarm nahe dem Tragspalt untergebracht und die Führwicklung in der darunterliegenden Schicht.The middle parts of the lead winding are in longitudinal grooves of the motor element arranged. Because the speed of side stabilization lower requirements is subject to, the support jacking winding is housed close to the support gap with little scatter and the lead winding in the underlying layer.

Es sei erwähnt, daß die Erzeugung geregelter Seiten- bzw. Führkräfte in Kombination mit den Vortriebskräften über ein ähnliches Funktionselement vorgenommen werden kann, wie es mit Bild 15 bzw. 16 beschrieben wurde. Wird auf die Erzeugung der Tragkraft verzichtet, läßt sich die beschriebene Anordnung doppelseitig anwenden und zur seitlichen Führung von Fahrzeugen - Leerseite -It should be mentioned that the generation of regulated lateral or guide forces made in combination with the propulsion forces via a similar functional element can be as described with Fig. 15 or 16. Will be on the generation dispensed with the load capacity, the arrangement described can be used on both sides and for the lateral guidance of vehicles - blank page -

Claims (7)

Schutzansprüche 1. Vorrichtung zur Erzeugung von Normalkräften zwischen zwei Teilen, von denen sich im allgemeinen einer bewegt und durch eine Regelung der Normalkraft der Spalt zwischen den bewegten annähernd konstant gehalten wird, die Normalkraft als eine magnetische Anziehungskraft zwischen ferromagnetischen Polflächen wirkt und eine Teilmasse des magnetischen Kreises einer Seite beweglich in Richtung der Normalkräfte ist, d a d u r c h gekennzeichnet, daß das magnetische Feld von einer für die Stabilisierung der Normalkraft nicht aussteuerbaren Felderregung (Haupterregung) und einer die Stabilisierung bewirkenden Aussteuerung einer zweiten Felderregung'(Steuerwicklung) erzeugt wird, deren letztere gleichzeitig eine stromabhängige Antriebskraft für die beweglichen Polelemente erzeugt. Claims for protection 1. Device for generating normal forces between two parts, one of which is generally moving, and by a control the normal force of the gap between the moving is kept approximately constant, the normal force as a magnetic force of attraction between ferromagnetic Pole faces and part of the mass of the magnetic circuit on one side is movable in the direction of normal forces is characterized by the fact that the magnetic Field from a field excitation that cannot be controlled to stabilize the normal force (Main excitation) and a stabilization effecting control of a second Field excitation '(control winding) is generated, the latter at the same time being a current-dependent Driving force generated for the movable pole elements. 2. Vorrichtung zur Erzeugung von geregelten Normalkräften zwischen zwei Bauteilen nach Anspruch 1, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die Schnittflächen der beweglichen Polelemente gegenüber dem restlichen magnetischen Kreis parallel zur Richtung der nutzbaren Normalkräfte verlaufen und die Steuerwicklung eine Stellkraft durch Zusammenwirken mit dem von der Haupterregerwicklung erzeugten magnetischen Fluß hervorbringt, wobei die beweglichen Polelemente ihre Kräfte durch Feder-Dämpferanordnungen übertragen.2. Device for generating regulated normal forces between two components according to claim 1, characterized in that the cut surfaces of the movable pole elements parallel to the rest of the magnetic circuit to the direction of the usable normal forces and the control winding a positioning force by interacting with the magnetic generated by the main excitation winding Flux produces, with the movable pole elements exerting their forces through spring-damper assemblies transfer. 3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, d a d u r c h gekennzeichnet, daß durch Aufteilung der Polelemente und Anordnung von Schlitzen zwischen den Nuten der Steuerwicklung und dem Tragspalt eine Vergleichmäßigung der magnetischen Flußdichte erzielt wird.3. Device according to claims 1 and 2, d a d u r c h characterized, that by dividing the pole elements and arranging slots between the grooves the control winding and the support gap an equalization of the magnetic flux density is achieved. 4. Vorrichtung nach obigen Ansprüchen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß in den dem Polelement gegenüberliegenden Bauteil zur Erzeugung einer Kraftkomponente in Bewegungsrichtung,die im Zusammenwirken mit dem Tragfeld erzeugt wird, eine stromführende mit Leitern quer zur Bewegungsrichtung Wicklung untergebracht ist.4. Device according to the above claims, d a d u r c h characterized, that in the component opposite the pole element for generating a force component in the direction of movement, which is generated in cooperation with the support field, a current-carrying is housed with conductors transverse to the direction of movement winding. 5. Vorrichtung nach obigen Ansprüchen, d a d u r c h gekennzeichnet, daß zur Erzeugung einer stellbaren Kraftkomponente quer zur Bewegungsrichtung eine stromführende Wicklung in den Polen des Erregersystems mit Leitern in Längsrichtung untergebracht wird und diese über einen Regler ausgesteuert wird.5. Device according to the above claims, d a d u r c h characterized, that to generate an adjustable force component transversely to the direction of movement Live winding in the poles of the excitation system with conductors in longitudinal direction is housed and this is controlled by a controller. 6. Vorrichtung zur Erzeugung von Normal- und Vortriebskräften zwischen zwei sich nicht berührenden Teilen der Vorrichtung, d a d u r c h gekennzeichnet, daß die magnetische Normalkraft zweiseitig erregt und durch eine Teilkomponente des magnetischen Feldes auf einer Seite der Vorrichtung geregelt wird und der für die Erzeugung der Vortriebskräfte zur Speisung der Wicklung mit Wechselströmen benötigte Frequenzumrichter und die Vortriebswicklung selbst zur Aus steuerung der regelbaren Feldkomponente verwendet werden, wobei zu diesem Zweck eine Vielphasenwicklung mit voneinander unabhängigen Schalteinheiten zum Einsatz kommt.6. Device for generating normal and propulsive forces between two non-touching parts of the device, which are marked d u r c h, that the normal magnetic force is excited bilaterally and by a subcomponent of the magnetic field is regulated on one side of the device and that for the generation of the propulsive forces needed to feed the winding with alternating currents Frequency converter and the jacking winding itself to control the controllable ones Field components are used, with a multi-phase winding for this purpose mutually independent switching units are used. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Seite der Vielphasenwicklung eine unter ihr liegende ebenfalls vielphasige Wicklung mit Leitern in Längsrichtung und doppelseitiger Spulenanordnung (Bild 18) zur Erzeugung regelbarer Kräfte in seitlicher Richtung Verwendung findet.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that on the Side of the multi-phase winding also has a multi-phase winding below it with conductors in the longitudinal direction and double-sided coil arrangement (Fig. 18) for generation controllable forces in the lateral direction is used.