DE3703968A1 - Combined supporting, guiding and propulsion system - Google Patents

Abstract

Published without abstract.

Description

Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Trag-, Führungs- und Antriebssystem für ein Schwebefahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. Dabei soll das Trag-, Führungs- und Antriebssystem im ganzen Geschwindigkeitsbereich (auch im Stillstand) funktionsfähig sein, ein eigenstabiles Verhalten haben, d. h. ohne Regelungseingriff bei einer Änderung der Belastung wieder in einen Gleichgewichtszustand übergehen und gleichzeitig jedoch auch einen aktiven Regeleingriff gestatten. Ferner sollte in jedem Schwebefahrzeug die Trag- und Antriebskraft (und die Geschwindigkeit) individuell geregelt werden können.The invention relates to a combined support, guidance and drive system for a hover vehicle according to the preamble of claim 1. The support, guidance and drive system should cover the entire speed range be functional (even when stationary) have self-stable behavior, d. H. without regulatory intervention at one Change the load into a state of equilibrium again and, at the same time, allow active control intervention. Furthermore, the carrying and driving force should be in every hover vehicle (and the speed) can be regulated individually.

Es ist bekannt, daß Rad/Schiene- bzw. Rad/Fahrbahnsysteme die obigen Forderungen erfüllen, jedoch nur bis zu einer bestimmten, maximalen Geschwindigkeit. (Darüber gibt es erhebliche dynamische und Festigkeitsprobleme.) Elektromagnetische Schwebesysteme EMS besitzen ein kombiniertes Trag- und Antriebssystem, das auch im Stillstand funktionsfähig ist, das jedoch ein instabiles Verhalten aufweist und deshalb einer dauernden, schnellen Regelung bedarf. Außerdem muß für die Erzeugung der Tragkräfte Energie im Fahrzeug aufgewendet/bereitgestellt werden. Die Antriebskräfte und die Geschwindigkeit werden jeweils für einen Streckenabschnitt (entspricht dem Statorabschnitt des Linearmotors) von außen über die Frequenz und die Stromstärke des Streckenabschnittes aufgeprägt. Elektrodynamische Schwebesysteme EDS sind eigenstabil bezüglich der Tragkraft. Sie sind jedoch erst ab einer bestimmten Mindestgeschwindigkeit funktionsfähig. Bezüglich des Antriebes gilt das gleiche wie beim EMS (Linearmotor).It is known that wheel / rail or wheel / lane systems do the above Meet requirements, but only up to a certain, maximum Speed. (There are also significant dynamic and strength issues.) Electromagnetic levitation systems EMS have a combined one Support and drive system that works even when stationary is, however, has an unstable behavior and therefore one constant, fast regulation. In addition, for the generation the load capacities energy is spent / provided in the vehicle. The driving forces and the speed are each for one Section (corresponds to the stator section of the linear motor) from the outside via the frequency and the current strength of the route section imprinted. Electrodynamic levitation systems EDS are inherently stable regarding the load capacity. However, they are only from a certain one Minimum speed functional. This applies to the drive same as the EMS (linear motor).

Deshalb können die oben erhobenen Forderungen, wie sich insbesondere für Start- und Landefahrzeuge ergeben, von den bekannten Systemen immer nur teilweise erfüllt werden.Therefore, the claims made above, such as in particular for takeoff and landing vehicles, always from the known systems can only be partially met.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorteile des EMS-Schwebesystems (Einsatzfähigkeit im ganzen Geschwindigkeitsbereich) und des EDS (eigenstabiles Verhalten) zu verbinden, sowie eine schnelle, fahrzeugindividuelle Regelung der Fahrzeugachsenmomente und insbesondere der Tragkraft (z. B. bei Belastungsänderungen), sowie eine streckenabschnittsunabhängige Regelung der Beschleunigungs- und Verzögerungskräfte und der Geschwindigkeit sicherzustellen. The invention has for its object the advantages of the EMS suspension system (Usability in the whole speed range) and the EDS (self-stable behavior) to connect, as well as a fast, vehicle-specific Regulation of the vehicle axle moments and in particular the load capacity (e.g. in the event of changes in load), as well as a section-independent Regulation of the acceleration and deceleration forces and ensure the speed.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kombinierte Trag- Führungs- und Antriebssystem gelöst, dessen Funktionsweise und Regelung aus den folgenden Prinzipskizzen hervorgeht. Am Fahrzeugboden werden wie in Abb. 1 dargestellt zwei Reihen von supraleitenden Erregermagneten (mindestens sind pro Fahrzeug jedoch vier Erregermagnete erforderlich) angeordnet.This object is achieved according to the invention by the combined supporting, guiding and drive system, the functioning and control of which can be seen from the following basic diagrams. As shown in Fig. 1, two rows of superconducting excitation magnets are arranged on the vehicle floor (at least four excitation magnets are required for each vehicle).

Die Fahrbahn besteht aus zwei Reihen Statorspeichern, die jeweils, wenn sie aktiviert werden, d. h. wenn die Schalter geschlossen sind, je zwei Stromsammelschienen (je eine + und je eine -) verbinden (siehe Abb. 2).The roadway consists of two rows of stator memories, each of which connects two busbars (one + and one -) when they are activated, i.e. when the switches are closed (see Fig. 2).

Die Erregermagnete erzeugen die in Abb. 3 qualitativ dargestellte (Mittelschnitte durch eine Magnetreihe; komponentenweise Darstellung von Bx, Bz bzw. Hx, Hz) Magnetfeldverteilung. Werden nun entsprechende Statorspeichen aktiviert, so entstehen Kräfte - entsprechend der Stromstärke und -richtung - und dem jeweils dort gerade herrschenden Magnetfeld. Abb. 3 ist auch zu entnehmen, wie beispielsweise ein bestimmtes Verhältnis von Trag- zu Vortriebskräften realisiert werden kann. Zusammen mit Abb. 1 ist damit auch klar, wie die Kräfte am jeweiligen Magneten zu erzeugen sind, um damit die Achsenmomente erzeugen bzw. kompensieren zu können.The excitation magnets generate the magnetic field distribution shown qualitatively in Fig. 3 (middle section through a row of magnets; component-wise representation of Bx, Bz or Hx, Hz ). If the corresponding stator spokes are activated, forces are generated - according to the current strength and direction - and the magnetic field that is currently prevailing there. Fig. 3 also shows how, for example, a certain ratio of load capacities to propulsive forces can be realized. Together with Fig. 1, it is also clear how the forces on the respective magnet are to be generated in order to be able to generate or compensate for the axis moments.

Wie sich bei diesem System ein Abbremsvorgang mit Energierückgewinnung durchführen läßt, kann Abb. 4 entnommen werden. Die zwischen den Sammelschienen, d. h. an den Statorspeichen anliegende Spannung ist beim Beschleunigungsvorgang größer als die, durch das Erregerfeld induzierte Spannung, die eine Funktion der Schwebehöhe und der momentanen Geschwindigkeit ist. Senkt man die an den Sammelschienen anliegende Spannung unter den Wert der induzierten Spannung ab (oder senkt die Schwebehöhe stark), dann dreht sich die Stromrichtung in den Statorspeichen um. Das Fahrzeug läuft dann im Generatorbetrieb. (Es müssen natürlich gleichzeitig/jetzt andere Statorspeichen für die Erzeugung der Tragkraft aktiviert werden.) Fig. 4 shows how a braking process with energy recovery can be carried out with this system. The voltage present between the busbars, ie at the stator spokes, is greater during the acceleration process than the voltage induced by the excitation field, which is a function of the levitation height and the instantaneous speed. If the voltage applied to the busbars is reduced below the value of the induced voltage (or the levitation height is greatly reduced), then the current direction in the stator spokes reverses. The vehicle then runs in generator mode. (Of course, other stator spokes have to be activated simultaneously / now to generate the load capacity.)

Eine der oben genannten Möglichkeiten wie die Statorspeichen vom Fahrzeug aus aktiviert werden können ist aus Abb. 5 ersichtlich. Soll die Aktivierung über Energieabstrahlflächen/punkte erfolgen, so entfällt der Schaltkasten und der Spalt in der Fahrbahn, in der er gleitet. Dafür müssen an den entsprechenden Stellen die Statorspeichen jetzt ein energieempfindliches "Schaltelement" (z. B. Gas- oder Vakuumschalter) haben, das auf die Triggerung reagiert.One of the options mentioned above how the stator spokes can be activated from the vehicle is shown in Fig. 5. If activation is to take place via energy radiation surfaces / points, then the switch box and the gap in the carriageway in which it slides are not required. To do this, the stator spokes must now have an energy-sensitive "switching element" (e.g. gas or vacuum switch) at the corresponding points, which reacts to the triggering.

Die qualitative Änderung des Produktes aus der Bx-, Bz-Verteilung und der effektiven Statorspeichenlänge ist für den Fall, daß die Magnetform der unter Anspruch 3 formulierten Bedingung angepaßt wird, in Abb. 6 dargestellt.The qualitative change in the product of the Bx, Bz distribution and the effective stator spoke length is shown in FIG. 6 in the event that the magnet shape is adapted to the condition formulated in claim 3.

Zusatz: Die Seitenführungskräfte können bei diesem System durch:Supplement: With this system, the cornering forces can be:

• 1) L- bzw. L-förmige Statorschenkel1) L- or L-shaped stator legs
• 2) positive oder negative V-Stellung der Erregermagnete und der Fahrbahn2) positive or negative V position of the excitation magnets and the road
• 3) die induzierten Wirbelströme in den Seitenblechen einer U-förmigen Fahrbahn3) the induced eddy currents in the side panels of a U-shaped roadway

erzeugt werden.be generated.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile sind:
Durch das eigenstabile Betriebsverhalten des kombinierten Trag- Führungs- und Antriebssystem ist nur ein geringer Regelungsaufwand notwendig (hohe Sicherheit). Dadurch, daß trotzdem ein sehr schnell wirksamer Regeleingriff erfolgen kann, können auch sehr große (plötzliche) Belastungsänderungen ausgesteuert werden. Durch die fahrzeugindividuelle Regelung können streckenunabhängig die Beschleunigungs- bzw. Bremskräfte und damit auch die Geschwindigkeit geregelt werden. Zudem ist die Funktionsfähigkeit dieses Systems geschwindigkeitsunabhängig. Durch diese vorteilhaften Eigenschaften ist dieses System nicht nur für schnelle Verkehrssysteme geeignet, sondern auch für Start- und Landefahrzeuge für Luft- und Raumfahrtgeräte. Dadurch können mit diesem System praktisch alle Aufgaben erfüllt werden. (Reduktion vieler verschiedener Systeme, die jeweils nur für bestimmte Aufgaben geeignet sind, auf dieses eine System.)The advantages that can be achieved with the invention are:
Due to the inherently stable operating behavior of the combined supporting, guiding and drive system, only a low level of regulation is necessary (high security). The fact that a very quickly effective control intervention can nevertheless take place means that very large (sudden) changes in load can also be controlled. The vehicle-specific control enables the acceleration and braking forces and thus the speed to be controlled regardless of the route. The functionality of this system is also speed-independent. These advantageous properties make this system suitable not only for fast traffic systems, but also for take-off and landing vehicles for aerospace equipment. This means that practically all tasks can be performed with this system. (Reduction of many different systems, each of which is only suitable for certain tasks, to this one system.)

Claims (3)

1. Kombiniertes Trag-, Führungs- und Antriebssystem für Schwebefahrzeuge, das eine schnelle, fahrzeugindividuelle Regelung der Trag- und Antriebskräfte und der Geschwindigkeit gestattet, insbesondere für schnelle Verkehrssysteme sowie für Start- und Landefahrzeuge für Luft- und Raumfahrtgeräte, dadurch gekennzeichnet, daß das Trag-, Führungs- und Antriebssystem ein eigenstabiles Verhalten (auch bezüglich wechselnder äußerer Belastungen) aufweist und zusätzlich in weiten Bereichen eine unabhängige (auch streckenabschnittsunabhängige), schnelle, fahrzeugindividuelle Regelung der Trag- und Antriebskräfte (sowohl positive als auch negative Kräfte), wie auch der Geschwindigkeit, sowie aller Momente um die Fahrzeugachsen gestattet.1. Combined carrying, guiding and drive system for hover vehicles, which allows a fast, vehicle-specific control of the carrying and driving forces and the speed, in particular for fast traffic systems and for take-off and landing vehicles for aerospace equipment, characterized in that the The carrying, guiding and drive system has an inherently stable behavior (also with regard to changing external loads) and, in addition, over a wide range an independent (also section-independent), fast, vehicle-specific regulation of the carrying and driving forces (both positive and negative forces), as well the speed, as well as all moments around the vehicle axes. 2. Kombiniertes Trag- Führungs- und Antriebssystem nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch folgendes Regelungsprinzip. Es werden jeweils vom Fahrzeug aus die Statorspeichen aktiviert, die zur Erzeugung der benötigten Kraftkomponenten am jeweiligen Ort, benötigt werden (siehe Abb. 1). Dabei erfolgt die Triggerung der Statorspeichen entweder:

• 1) durch Abstrahlung von Energie (z. B. Laser- oder Elektronenstrahlen an den, durch das Regelkonzept vorgesehenen/berechneten Abstrahlflächen/punkten, oder
• 2) durch die Aktivierung der jeweiligen Schalter des mit dem Schwebefahrzeug verbundenen (mitgeführten) Schaltkasten (siehe Abb. 5).

2. Combined support, guidance and drive system according to claim 1 characterized by the following control principle. The stator spokes that are required to generate the required power components at the respective location are activated from the vehicle (see Fig. 1). The stator spokes are triggered either:

• 1) by radiation of energy (e.g. laser or electron beams at the radiation surfaces / points provided / calculated by the control concept, or
• 2) by activating the respective switches of the control box connected (carried) to the levitation vehicle (see Fig. 5).

3. Kombiniertes Trag-, Führungs- und Antriebssystem nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Erregermagnete so gestaltet sind, daß sie die folgende Bedingung erfüllen: (siehe auch Abb. 6) 3. Combined support, guidance and drive system according to claim 1, characterized in that the excitation magnets are designed so that they meet the following condition: (see also Fig. 6)