< Léttsporaleiš

Įrni B. Helgason:

Léttsporaleiš - svar viš hjólsins žunga og žunga niši?

 

2. hluti - Žróun og hagnżting segulsvifs

 

 

 

 

 

 

 

Fyrstu eiginlegu hugmyndir um segulsporbrautir voru settar fram fyrir um öld sķšan en verša ekki aš veruleika fyrr en į sjöunda og įttunda įratugnum, aš żmsum įętlunum um lestir knśnar rafsegulafli er hrundiš af staš ķ Bandarķkjunum, Žżskalandi, Bretlandi og Japan. Bandarķsk stjórnvöld voru meš hinum fyrstu til aš sinna rannsóknum į žessu sviši en drógu sig fljótt ķ hlé og hęttu alfariš aš veita fé til žeirra sökum mikils kostnašar. Žęr lestir sem hingaš til hafa komist į sporiš, ašallega ķ Žżskalandi og Japan, eru hįhrašalestir allflestar sem nį jafnvel 4-500 km hraša į klst. Enn eru žetta einungis lestir sem ganga stuttar leišir, en kostnašur viš lestir og lestarspor er verulega meiri en viš hefšbundin kerfi.

 

Óstöšugleiki segulsvišs. Hagnżting lķnulegs segulsvišs

Žaš sem helst hefur stašiš hagkvęmnisžróun fyrir žrifum er sś stašreynd aš segulmagn er ķ ešli sķnu óstöšugt, nokkuš sem mönnum hefur veriš ljóst allar götur sķšan įriš 1842 aš ešlisfręšingurinn Earnshaw sżndi fram į žaš óumdeilanlega. Žį hefur žaš jafnframt reynst žrautin žyngri aš nį hęfilegri lyftigetu įn žess aš kosta of miklu til. Allt til skamms tķma hafa menn žvķ leitast viš aš žróa ę flóknari stżribśnaš til aš vinna gegn óstöšugleikanum og ę aflmeiri segulorkubśnaš til aš auka lyftigetuna - en sį böggull fylgir skammrifi aš allur bśnašurinn er hįšur rafmagni, sem į sinn hįtt er óstöšugt vegna bilanahęttu, og hefur žvķ kallaš į enn öflugri, flóknari og dżrari öryggisbśnaš.

Lķnulegur rafhreyfill er grundvöllur allrar segulsportękni. Hann lżtur ķ sjįlfu sér sömu lögmįlum og venjulegur hringlaga hreyfill - munurinn er sį einn aš segulsviš vinnur gegn segulsviši ķ lįréttum flötum ķ staš hringlaga. Og lķkt og ķ hringlaga hreyfli getur gagnkvęmum segulsvišum veriš hagaš į žrjį vegu: meš föstum sķseglum en hreyfanlegum rafseglum, meš föstum rafseglum en hreyfanlegum sķseglum,og loks meš föstum rafseglum jafnt sem hreyfanlegum rafseglum.

Fjórša tilhögunin, aš sķseglar einir séu lįtnir spana upp segulsviš ķ gagnstęšum fleti rafleišandi efnisžįtta, gęti ekki kallast mótor ķ sjįlfu sér, enda žį afls vant, en meš įkvešinni samröšun seglanna getur slķk högun orkaš sem legur įn snertiflata, hvort sem er fyrir lķnulega eša hringlaga hreyfingu. Albesta virkni ķ žessu skyni er fólgin ķ segulhögun sem kennd hefur veriš viš ešlisfręšinginn Klaus Halbach og er farin aš hafa įhrif į hagnżtingu segulmagns, og gęti įtt eftir aš valda straumhvörfum ķ gerš segulsporbrauta.

Segulsporbrautir hafa hingaš til ķ ašalatrišum veriš tvenns eša žrenns konar - sjįlft sporiš er myndaš af sķsegli, en hreyfanlegi hlutinn, sporvagninn, bśinn rafseglum sem orka į segulsporbrautina, eša į hinn bóginn aš öll sporbrautin er samsett śr rafseglum, en hreyfanlegi hlutinn, sporvagninn, žį bśinn sķseglum. Žį eru til margvķsleg afbrigši og samsetningar žessarar högunar, mešal annars aš bśa bęši spor og vagn rafseglum, svo og notkun ofurleišara og hlutlauss segulspans.

Žótt löngu sé vitaš aš rafsegullestir séu talsvert sparneytnar į orku hafa žęr įtt erfitt uppdrįttar ķ samkeppni viš lestir bśnar hefšbundnum, orkufrekari aflvélum vegna kostnašarins sem fylgir gerš lķnulegra hreyfla. Slķkur hreyfill er ķ raun aflvél öll į lengdina, undir öllum vögnum, meš öllu spori, svo langt sem braut nęr. Ekki einungis hefur hann krafist grķšarlegs magns segla, sķmagnašra eša rafmagnašra, heldur einnig afar nįkvęmrar smķši og flókinnar jafnvęgisstillingar til aš vagnar svķfi rétt yfir sporinu. En segulsvifhreyflar hafa enga snertifleti og krefjast žar af leišandi mjög lķtils višhalds og er endingartķmi žeirra žvķ öllu lengri en hefšbundinna hreyfla. Af sömu įstęšu eru žeir einstaklega hljóšlįtir, alveg lausir viš hjólsins žunga niš, og žykja žar af leišandi mjög hentugir fyrir sporbundnar samgöngur ķ žéttbżli.
 

Segulfylki Halbachs

Undir lok aldarinnar sem var aš lķša kom fram hugmynd um nżja gerš lķnulegs rafhreyfils sem nżtir jafnt sķmagnaš sem rafmagnaš segulsviš miklum mun betur en hingaš til hefur žekkst. Meš henni tekst aš sveigja verulega hjį lögmįli Earnshaws um óstöšugleika segulmagns, žó vissulega hafi lögmįlinu ekki veriš hnekkt. Sporin jafnt sem vagnhlutar hreyfilsins eru mun einfaldari aš gerš og léttbyggšari og nęst engu aš sķšur meiri lyftigeta. Hugmyndin byggir annars vegar į verulega einfaldari gerš rafsegulspors - sporhluta sem dregur vagn įfram jafnframt žvķ aš leiša stöšuga stżringu įn sérstaks stżrikerfis - og hins vegar į sporhluta sem er ķ ešli sķnu hlutlaus - er hvorki sķsegull né rafsegull, en er sett saman śr rafleišandi efnisžįttum sem sterkt segulsviš spanast ķ kringum žegar segull byggšur į segulhögun Halbachs fer meš sporinu.

Klaus Halbach (1925-2000) var žżskur ešlisfręšingur sem flutti til Bandarķkjanna į 6. įratugnum og starfaši lengst af hjį rannsóknarstofnuninni Lawrence Berkeley National Laboratory, sem er sjįlfstęš deild innan Kalifornķuhįskóla. Į 9. įratugnum sżndi hann fram į aš meš sérstakri samröšun segulkubba ķ sjįlfstęš segulfylki, var gerlegt aš mynda einhliša sķsegulsviš žannig aš nęr allt segulmagniš kęmi fram einungis öšrum megin fylkis, žį ķ raun tvķeflt, en fylkiš vęri um leiš nęr sneytt öllu segulmagni hinum megin. Meš žessu móti mįtti mynda stóran, einhliša segulmagnašan flöt žar sem allt segulmagn kubbanna nżttist sömu megin, og žaš sem ekki sķšur var mikilvęgt, aš segulmagn svo samsett hafši sķšur tilhneygingu til óstöšugleika en ella. Žį var heldur ekkert žvķ til fyrirstöšu aš mynda t.d. hólklaga sveigšan flöt žannig aš allt segulsvišiš magnašist einungis innan hólksins. Halbach fann segulfylkiš upp ķ žvķ skyni aš nį fram sem sterkustu sķmögnušu segulsviši til aš hafa įhrif į ljóseindir og hefur ašferšinni sķšan veriš beitt ķ margvķslegum tilgangi - ķ ljóshrašlatękni og ķ tölvutękni, žar sem seglar gegna mjög veigamiklu hlutverki, og eins ķ véltękni, m.a. til aš bśa til ofurlegur įn snertiflata, svo sem drepiš er į hér aš framan.

 

Segulkubbar lķmdir saman ķ tréstokki mynda hér Halbach-sķsegulfylki. Örvar tįkna segulstefnu hvers kubbs.

Hringlaga Halbach-sķsegulfylki myndar hér tvķeflt segulsviš aš innanveršu en er nęr hlutlaust aš utanveršu.

 

Fylkiš myndar tvķeflt segulsviš aš nešan en er nęr hlutlaust aš ofan.

 

Klaus Halbach sżndi fram į aš meš sérstakri samröšun segulkubba ķ sjįlfstęš segulfylki, er gerlegt aš mynda einhliša sķsegulsviš žannig aš nęr allt segulmagniš komi fram einungis öšrum megin fylkis, žį ķ raun tvķeflt.

 

Į 10. įratugnum beitti bandarķski ešlisfręšingurinn Richard F. Post, hjį rannsóknarstofnuninni Lawrence Livermore National Laboratory (sem er einnig innan vébanda Kalifornķuhįskóla), segulfylkjum Halbachs viš gerš einskonar rafsnęldu eša rafkasthjóls, sem er rafall sem framleišir raforku og varšveitir innra meš sér sem hreyfiorku hjólsnśningsins - lķkt og venjulegur rafgeymir varšveitir orku en į efnafręšilegan hįtt. Forsenda hlešslunnar er hįhrašasnśningur snęldu sem magnar upp sterkt, einhliša segulsviš, framkallaš meš Halbach-segulfylkjum ķ hjólnöf kasthjólsins. Til aš nį upp sem hröšustum snśningi hjólsins, af stęršargrįšu 1000 hringir į sekśndu, nęst bestur įrangur meš ofurlegum, sem Halbach-sķsegulfylki eru einnig besti efnivišur ķ. Hver sem hinn ytri orkugjafi er, sem kemur snęldunni į snśning, žį varšveitir rafallinn hreyfiorku svo lengi sem hann snżst (į sinn hįtt lķkt og upptrekt fjöšur ķ klukku) en Halbach-fylkin spana upp straum ķ rafleišandi efnum ķ föstum kjarna snęldunnar sem myndar žį jafnframt öxul hennar.

 

Žversniš snęldu. Halbach-sķsegul-fylki umlykja rafalkjarnann. Tilraunasnęlda į fullum snśningi og įsżnd ķ lokušu hylki, 20 sm ķ žvermįl, 30 sm į hęš.

 

Hreyfiorka kasthjólsins er svo beisluš meš žvķ aš virkja žennan straum. Rafsnęlda getur fališ ķ sér margfalt žéttari orkurżmd, samfara verulega minni orkužyngd, en hingaš til hefur žekkst og gęti oršiš hagkvęm leiš til aš binda sveiflukennda orku, t.d. vinds og sólar, og jafna orkusveiflurnar. Orkužyngd rafsnęldu er mun minni en bifreišaeldsneytis og miklum mun minni en venjulegra rafgeyma, auk žess sem rafsnęldan nżtir betur varšveitta orku. Rafsnęldan er nś žegar framleidd til żmissa hluta og er aldrei aš vita nema hśn eigi eftir aš leysa žann vanda sem fjöldaframleišsla ódżrra rafbķla hefur strandaš į - aš geta geymt raforku ķ sem léttustu formi.

Rafsnęldan - sem slķk - skiptir litlu mįli ķ sambandi viš segulsporbrautir, en sé litiš į hana sem śtflattan hlut, sem lķnulegan rafal, Halbach-sķsegulfylki er renna eftir braut śr rafleišandi efnum, žį kann hśn aš eiga eftir aš skipta öllu mįli ķ sambandi viš segulsporbrautir, en myndi žį aš sjįlfsögšu ekki kallast snęlda. En lķkt og ķ sķvölum rafala, aš sķseglar spana upp straum ķ rafleišandi efnum, žį gerist slķkt hiš sama ķ lķnulegum rafli. Straumurinn er žį į hinn bóginn ekki nżttur sem leišandi rafmagn heldur er einungis segulsviš straumsins nżtt. En allur straumur myndar segulsviš og segulsvišiš mį virkja sem lyftikraft.

 

Spansporinn - Inductrack

Žegar Richard F. Post starfaši aš gerš rafsnęldunnar eygši hann žessa leiš til aš nżta Halbach-fylki. Aš meš žvķ aš lķta į snęlduna sem lķnulegan hlut, spor sem lęgi į lengdina - en ekki ķ hring, lķkt og ķ snęldunni - mętti magna verulegan lyftikraft. Nišurstaša hans var aš lyfta mętti hlut - t.d. lest - og halda į lofti meš slķkum spanspora ef samhliša vęri myndašur drifkraftur - lķkt og eitthvaš žarf til aš drķfa venjulegan rafal og koma rafsnęldu į snśning. Slķk segulsviflest gengi žį ekki eftir spori śr žungum sķseglum eša rafseglum meš mįlmkjarna, lķkt og nś gerist, heldur eftir spori sem mynda mętti śr léttum rafleišandi efnisžįttum sem Halbach-sķsegulfylki undir lestinni orkušu į og spönušu upp straum ķ, og žar meš segulsviš er orkaši į móti segulsviši fylkjanna og myndaši hinn lóšrétta lyftikraft.

Til aš fį fram hinn lįrétta drifkraft hönnušu Post og samstarfsmenn hans jafnframt nżja gerš lķnulegs rafhreyfils, sem byggir einnig į Halbach-sķsegulfylkjum undir lest eša lestarvagni. Žį er žaš enn lykilatriši aš Halbach-fylkin mynda einhliša, tvķeflt segulmagn. Hreyfillinn myndar žvķ mun einfaldara og efnisminna rafsegulspor en ella. Žaš er myndaš śr aušsveigjanlegum, žįttušum rafmagnsköplum sem fléttast eftir įkvešinni reglu um stįlklofa langsum eftir sporinu, ķ staš žess aš fela ķ sér efnismikilla margvafninga um žunga mįlmkjarna, svo sem annars venja er. Meš įkvešinni lögun rafmagnskaplanna um stįlklofann nęst ekki einungis lįréttur drifkraftur heldur einnig sporstżring ķ mjög góšu innra jafnvęgi - jafnvęgi sem Halbach fylkin eiga sinn stóra žįtt ķ. Žaš ręšst svo einfaldlega af afli drifhreyfilsins hvort hann er jafnframt, samhliša drif- og stżrikraftinum, lįtinn mynda lyftikraft til višbótar krafti spansporans.


Sporvagn og spor - Inductrack. Lišur ķ bandarķskri žróunarįętlun um segulsportękni.

 

Žversniš af öšrum helmingi spors įsamt vagngripi.

 

LSM Guide Rails - rafsegulspor (Linear Synchronous Motor)(4) myndar drif- og stżrikraft (og reyndar einnig hluta lyfti­krafts) fyrir mešvirkni Halbach-sķsegulfylkis (3) sem fest er ofan į C-laga stįlbita undir vagninum. Innan į C-bitanum eru Halbach-sķsegulfylki (1 og 1) er spana upp segulsviš ķ spansporanum (Inductrack)(2) žegar vagninn hreyfist įfram fyrir drifkrafti rafsegulsporsins.

 

 

Ķ kyrrstöšu og į litlum hraša liggja fylkin nešarlega gagnvart spansporanum, - efra fylkiš nęr honum en nešra fjęr - en žegar segulsvišiš spanast upp spyrnir efra fylkiš móti segulsviši sporans og veldur lyftikrafti er orkar į C-bitann og žar meš vagninn. Žegar nešra sķsegulfylkiš, undir sporanum, nįlgast segulsviš sporans spornar žaš viš frekari lyftingu - myndar mótvęgi, jafnvęgi.

Drif- og stżrispor įsamt spanspora (Inductrack)

1. Sporflötur vagnhjóla śr sérstaklega hertu stįli. Hjól vagns hvķla į fletinum fyrir og eftir svif.
2. Drif- og stżrispor (LSM Guide Rails). Žįttašir rafmagnskaplar fléttast eftir įkvešinni reglu um stįlklofa langsum eftir sporinu. Žegar rafstraumi er hleypt į kaplana myndast segulsviš sem grķpur móti segulsviši sķsegla undir vagni, sbr. mynd til hlišar.
3. Festingar fyrir spanspora (Inductrack) śr stįlvinklum.
4. Spanspori (Inductrack), myndašur śr samlķmdum, einangrušum koparžynnum.
5. Sporgrind. Boltast nišur į holbita śr steinsteypu sem ber uppi sporeininguna (sjį mynd ofar, sporvagn og spor).
6. Stįlplata langsum eftir grindinni myndar flöt fyrir festingar og bindur grindina saman.

 

Žessi tvķhliša, lķnulegi rafhreyfill Richard F. Posts, myndašur af Halbach-spanspora og Halbach-rafspora, ef svo mį kalla, er mun einfaldari en ašrir lķnulegir rafhreyflar. Og žaš sem mest er um vert, aš meš segulkubbaröšun Halbachs - sķsegulfylkjunum - hefur tekist įn nokkurs sérstaks stżri- og jafnvęgisbśnašar aš sveigja hjį lögmįli Earnshaws um óstöšugleika segulmagns, svo sem įšur er sagt. En stór hluti kostnašar viš segulsporlestir hingaš til hefur veriš fólginn ķ flóknum stżri- og jafnvęgisbśnaši. Žį er hreyfillinn ķ ešli sķnu mjög sparneytinn į orku, fyrir utan aš vera einstaklega léttbyggšur, og vegna góšrar lyftigetu og hinnar innbyggšu jafnvęgisstżringar krefst hann ekki slķkrar ofurnįkvęmni viš smķši en ella. Meš spanspora mį lyfta allt aš fimmtugföldum žunga sjįlfra seglanna - meš öšrum oršum, einungis góš tuttugu kķló af seglum lyfta hverju žungatonni vagns. Vegna einfaldleika sķns er hann nęr óhįšur vešurfarslegum įhrifum, öfugt viš eldri tegundir meš öllum sķnum viškvęma stjórnbśnaši. Slįi rafmagni śt er segulsvif engu aš sķšur įfram til stašar svo lengi sem skrišžunginn višheldur hreyfingu (lķkt og rafsnęlda į sinn hįtt spanar upp segulsviš svo lengi sem hśn snżst), žangaš til hreyfing er oršin svo lķtil aš tekur fyrir svif og vagnhjól snerta mjśklega sporiš. Rafsegulsvifhreyflar verša į hinn bóginn aš vera bśnir einhvers konar varafli eša slķkum öryggisbśnaši, aš ekki taki skyndilega fyrir svif af völdum rafmagnsleysis og vagnar skelli nišur.

Inductrack kallast žessi gerš hreyfla į ensku - eša spanspori, svo sem hér hefur veriš nefndur - og hefur įtt sinn žįtt ķ aš breyta višhorfum bandarķskra stjórnvalda til segulsporbrauta eftir aš žau hęttu mest öllum stušningi viš slķkar įętlanir į įttunda įratugnum.

Beinast sjónir manna nś ekki sķst aš fremur léttbyggšum segulsporvögnum er tengja myndu borgarhluta saman og śthverfi - kallaš Urban Maglev - og er hugsaš sem sjįlfstżrš, ž.e. tölvustżrš, sporvagnaśtfęrsla nešanjaršar- og léttvagnalesta, m.ö.o. įn lestarstjóra, įn eiginlegs lestargangs. En segulsvif - magnetic levitation, oft nefnt Maglev į ensku - aušveldar mjög aš lįta einstaka sporvagna ganga sjįlfstętt, meš žvķ hreyfillinn er aš mestu leyti innbyggšur ķ sporiš. Og svo einfaldur hreyfill sem spansporinn er, gęti hann brįtt įtt eftir aš verša lykill aš léttspora flutningaveitum, er gętu veriš žvķ minni um sig sem vagnar vęru fleiri en smęrri. Ķ staš vagna, stakra eša ķ lest saman, sem ętlaš er aš flytja tugi manna eša hundruš, kęmu fjölmörg hįlfgerš fis, sem hverju og einu vęri einungis ętlaš aš flytja fįeina faržega, ellegar vörur, lķkt og į fęribandi, en žó engu aš sķšur į įkvöršunarstaš, viškomulaust, eftir vali hvers og eins, žegar hverjum og einum hentaši.

 

Ķ žrišja og sķšasta hluta verša nįnar kynntar til sögu nżlegar įętlanir bandarķskra stjórnvalda um segulsportękni ķ žįgu žéttbżlissamgangna og žį hugaš aš žvķ hvort gerlegt vęri aš yfirfęra hugmyndirnar, og žó ķ heldur smęrri kvarša, į ķslenskan veruleika ķ nįinni framtķš. Eša veršur žaš žį kannski oršiš um seinan? Smęš almenningssamgangna hér oršin svo algjör aš žaš taki žvķ varla aš hugsa um žaš? Eša er völ į einhvers konar léttsporaleiš inn ķ framtķšina, aš mögulega megi auka gęši almenningssamgangna verulega og bśa undir komandi tķš? Aš žvķ veršur mešal annars hugaš - hvort sé betra aš hugsa um lest eša taka léttan strętó.

 

___________________________________

ķ nóvember, 2003

 

Tilvķsanir (hyperlinks) ķ nokkrar helstu heimildir į vef eru meš tilvķsanalit ķ texta eša birtast aš baki mynda eftir žvķ sem viš į.

 

1. hluti: Fólksflutningaveitur og fęribönd

2. hluti: Žróun og hagnżting segulsvifs

3. hluti: Žungbyggš spor og létt, hįloftabrautir og žungavęgi vagna

 

prenta skjal

Rómanza: heim į kvist