DE3041940C2 - Kombinierte Trag-, Antreibs- und Stromübertragungseinrichtung für ein Magnetschwebefahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Trag-, Antriebs- und Stromuebertragungseinrichtung fuer ein Magnetschwebefahrzeug. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine derartige Einrichtung zu schaffen, welche unter Erhaltung des Vorteils einer Beruehrungsfreiheit der fahrzeugseitigen Energieversorgung eine im Vergleich zum Stand der Technik hoehere Tragkraft und damit ein besseres Verhaeltnis von Nutzlast zu Fahrzeug-Leergewicht ermoeglicht. Die Aufgabe wird dadurch geloest, dass der Tragmagnetkern aus zwei oder mehreren Teilkernen mit ungenuteten Polflachen besteht und dass - in Fahrzeuglaengsrichtung gesehen - zwischen jeweils zwei Teilkernen des Magnetkerns ein gesonderter Lineageneratorkern mit der zugeordneten Stromabnahmerwicklung angeordnet ist. schickt ist.

Description

gewicht, in entsprechender Weise reduziert Zur Vermeidung dieser Tragkrafteinbuße wäre es denkbar, die Energieversorgung des Schwebefahrzeugs über kontaktbehaftete Stromabnehmer vorzunehmen, wodurch jedoch der Vorteil einer völligen Berührungsfreiheit zwischen Fahrweg und Fahrzeug verloren geht

Die Aufgabe der Erfindung besteht demgegenüber darin, eine Einrichtung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, welche unter Erhaltung des Vorteils einer Berührungsfreiheit der fahrzeugseitigen Energieversorgung eine im Vergleich zum Stand der Technik höhere Tragkraft und damit ein besseres Verhältnis von Nutzlast zu Fahrzeug-Leergewicht ermöglicht

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Erfindungsgedanke beruht auf der Überlegung, die Funktionen des Tragens und der Energieübertragung baulich zu trennen, um ohne wesentliche Leistungseinbuße bei der Energieübertragung die spezifische Tragkraft bezogen auf das Gewicht der "'"ragmagneten gegenüber dem eingangs dargelegten Stand der Technik zu erhöhen. Hierzu ist der beim Stand der Technik über die ganze Fahrzeuglänge durchgehende Tragmagnetkern in Teilkerne unterteilt, die jeweils ein oder mehrere Nord-Süd-Polpaare mit ungenuteteter Polfläche umfassen. Zwischen jeweils zwei benachbarten Teilkernen ist ein Lineargenerator mit seinem Kern und seinen Wicklungen angebracht. Durch diese Maßnähme ist die magnetisch wirksame Polfläche des von den einzelnen Teilkernen gebildeten Tragmagneten größer als die genutete Polfläche des bekannten Tragmagneten, wodurch die Teilkerne erst bei wesentlich höheren Erregerströmen ihre Sättigung erreichen und damit in der Lage sind, eine höhere Tragkraft als beim Stand der Technik zu erzeugen. Andererseits wird durch die geschilderte Maßnahme die Leistung des Lineargenerators nicht beeinträchtigt, da die Generatorkerne nicht mehr vo- dem Tragmagnetfluß durchsetzt werden und daher der Lineargenerator ohne Rücksicht auf den Tragmagneten optimiert werden kann.

Die Merkmale des Anspruchs 2 gestatten einen Notlauf der Tragmagneten auf dessen Polflächen, ohne daß der Lineargenerator mit den Polflächen des Langstators in Berührung gelangt

Eine bauliche besonders günstige Anordnung der Teilkerne des Tragmagneten und der Generatoren ist im Anspruch 3 angegeben. Mit Hilfe der Merkmale des Anspruchs 4 läßt sich jedes Bauteil der Ausführungsform nach Anspruch 3 in zwei Freiheitsgraden regeln, wodurch der zugeordnete Generator geführt wird. Die Ausführungsform nach Anspruch 5 besitzt gegenüber anderen Materialvarianten den Vorteil eines minimalen Gewichtes bei betrugsmäßig vergleichbarer Tragkraft- und Energieerzeugung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine bekannte Einrichtung zum Tragen und Antreiben eines Magnet-Schwebefahrzeugs sowie zu dessen Stromversorgung;

F i g. 2 einen Querschnitt durch die Einrichtung nach Fig. l.und

Fig.3 einen Längsschnitt ähnlich wie in Fig. 1 für eine erfindungsgemäße Einrichtung.

Die in Fig. 3 veranschaulichte erfindungsgemäße Einrichtung besitzt in gleicher Weise wie die bekannte Einrichtung nach F i g. 1 und 2 einen fahrwegseitigen Langstator 10, in dessen Nuten 12 eine 3-phasige Wechselstromwicklung 11 eingelegt ist

im Unterschied zu der Einrichtung nach F i g. 1 und 2 ist der Tragmagnet 30 der erfindungsgemäßen Einrichtung in mehrere Teiimagnete 30A bis 3OC unterteilt, welche jeweils einen Teilkern 32A bis 32C aufweisen. Jeder Teilkern 32A bis 32C besitzt mehrere, im dargestellten Beispielsfall zwei Nord-Südpolpaare, wobei auch hier in Übereinstimmung mit der bekannten Einrichtung nach F i g. 1 und 2 jeder Pol 33 von einer Gleichstromwicklung 34 umgeben ist. Die Polflächen 31 der Pole 33 sind bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ungenutet, d. h. glatt wodurch die Sättigungsgrenze der Teilkerne 32A bis 32Cgegenüber dem Tragmagnetkern 32 mit genuteter Polfläche 31 gemäß Fig. 1 erst bei einer höheren Magnetflußdichte erreicht wird.

Zur berührungsfreien Stromübertragung von dem Fahrweg auf das Magnetschwebefahrzeug ist bei der Einrichtung nach F i g. 3 zwischen jeweils zwei benachbarten Teilmagneten 30/4,305 bzw. 30/? 3OC ein gesonderter Lineargenerator 40 angeordnet welcher baulich von den benachbarten Teilmagneten 3OA ->05 bzw. 305, 30C getrennt ist Jeder Lineargenerator 40 besitzt einen Kern 45, der an seiner den Zähnen 16 des LangsUtorkerns 13 zugewandten Polfläche mit Nuten 42 versehen ist, in weiche die dreiphasige Stromabnehmer-Wicklung 41 eingelegt ist. Die Polteilung der Teilmagneten 3OA bis 3OC entspricht einem ganzzahligen Vielfachen der Teilung der Zähne 43. Der Kern 45 jedes Lineargenerators 40 ist U-förmig ausgebildet und an seinem Joch mit einer Erregerwicklung 44 versehen. Die in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander liegenden Schenkel jedes Kerns 45 bilden die Nord- bzw. Südpole. Da der Kern 45 jedes Lineargenerators 40 bei der erfindungsgemäßen Einrichtung nicht mehr von dem Tragmagnetfluß, sondern nur noch von dem eigenen Magnetfluß durchsetzt ist, kann die im Vergleich zum Stand der Technik verringerte Anzahl von Lineargeneratoren 40 bezogen auf gleiche Fahrzeuglängen durch eine entsprechend höhere Leistung der Lineargeneratoren kompensiert werden.

In zweckmäßiger Weise können jeweils zwei Teilmagneten z. B. 3OA, 305 zusammen mit einem Lineargenerator 40 zu einer Baueinheit zusammengefaßt werden, indem die Bauteile 3OA, 305 und 40 auf einen gemeinsamen Support 50 angebracht werden. Um eine Regelung einer solchen Baueinheit in zwei Freiheitsgraden zu ermöglichen, kann, wie in F i g. 3 dai gestellt ist, jeder Teilmagnet 3OA, 305 jeder Baueinheit elektrisch in den Regelkreis einer gesonderten Regeleinrichtung 60 geschaltet werden. Jede Regeleinrichtung 60 stellt dabei den Erregerstrom der zugeordneten Gleichstrom-Wicklungen 34 in Abhängigkeit der Spaltbreite des Luftspalts 20 zwischen dem zugeordneten Teilmagnet 30A bzw. 305 und dem Langstator tO. Mittels dieser Regeli-ng in zwei Freiheitsgraden läßt sich der zugeordnete Generator 40 jeder Baueinheit führen. In zweckmäßiger Weise können die Gleichstromwicklungen 34 für jeden der Teilkerne 32A bis 32C aus Aluminium bestehen, um ein möglichst geringes Gewicht der Wicklungen 34 zu erreichen. Dagegen sollte die Erregerwicklung 44 jedes Lineargenerators 40 aus Kupfer bestehen, um die hohen Erregerströme führen zu können.

Hierzu 1 .Blatt Zeichnungen

Claims (5)

1 2 Langstator-Linearmotor dar, der einen fahrwegseitigen Patentansprüche: Langstator 10 mit einer 3-phasigen Wechselstromwick- lung 11 aufweist, welche in die Nuten 12 eines zugeord-

1. Kombinierte Trag-, Antriebs- und Stromüber- neten Langstatorkerns 13 eingelegt ist Die Wicklung 11 tragungseinrichtung für ein Magnetschwebefahr- 5 und der Langstatorkern 13 verlaufen in Längsrichtung zeug, mit einem längs eines Fahrwegs verlegten des Fahrwegs und werden abschnittsweise erregt Die Langstator, dessen Langstatorkern eine Vielzahl von Polflächen 15 des Magnetkerns 13 liegen unter Ausbilhintereinander in Fahrweglängsrichtung angeordne- dung eines Luftspalts 20 den Polflächen 31 eines Tragten Nuten mit darin eingelegter 3-phasiger Wechsel- magneten 30 gegenüber, welcher in nicht-dargestellter Stromwicklung aufweist, mit einem längs des Fahr- 10 Weise an einem Magnetschwebefahrzeug bzw. an deszeugs angeordneten Tragmagnetkem, welcher eine sen Schwebegestel! in dessen Längsrichtung verlaufend Vielzahl von hintereinander in Fahrzeuglängsrich- angebracht ist Der Tragmagnetkem 32 des Tragmatung angeordneten Magnetpolen alternierender Po- gneten 30 ist in Längsrichtung mit einer Vielzahl von larität aufweist und an jedem Magnetpol mit einer Polen 33 versehen, um welche jeweils eine Wicklung 34 elektrischen Gleichstromwicklung versehen ist, wo- 15 gelegt ist Der Wickelsinn der Wicklungen 34 ist so gebei die Tragmagnetkerne einerseits und der Lang- wählt, daß die hintereinander in Fahrzeuglängsrichtung statorkern andererseits unier Ausbildung eines da- · angeordneten Pole 33 eine alternierend wechselnde Pozwischenliegenden Luftspaltes auf Abstand einander larität besitzen. Bei Erregung der Gleichstroniwicklungegenüberstehen und geschlossene Magnetkreise gen werden Magnetflüsse erzeugt, die ausgehend von bilden, und mit einem am Fahrzeug angebrachten 20 jedem Nordpol des Tragmagnetkeras 32 den Luftspalt Lineargenerator, dessen gieiehstroinerregier Kern 20 senkrecht zu der betreffenden Poifiäche 3i durchsetan seiner den Zähnen des Langstatorkerns züge- zen, in den jeweils gegenüberliegenden Zahn 16 des wandten Polfläche mit Nuten und einer darin ange- Langstatorkerns 13 eintreten und über den Rücken des ordneten Stromabnehmerwicklung versehen ist, Langstatorkerns 13 zu jeweils demjenigen Zahn verlaudadurch gekennzeichnet, daß der Tragma- 25 fen, welcher dem jeweils darauffolgenden Südpol des gnetkern (32) aus zwei oder mehreren Teilkemen Tragmagnetkerns 32 gegenüberliegt Über den Luft-(32A—32C) mit ungenuteten Polflächen (31) besteht spalt 20, den betrefienden Südpol und den Rücken des und daß — in Fahrzeuglängsrichtung gesehen — Tragmagnetkeras 32 schließt sich dann der jeweilige zwischen jeweils zwei Teilkemen (32/4, 32B) des Magnetfluß zu dem Ausgangs-NordpoL Diese stati-Tragmagnetkerns (32) ein gesonderter Lineargene- 30 sehen Magnetflüsse erzeugen anziehende Tragkräfte ratorkern (*i~) mit der zugeordneten Stromabneh- zwischen dem fahrwegseitigen Langstatorkern 13 und merwicklung (41) angeordnet ist dem fahrzeugseitigen Tragmagnetkern 32. Diese Trag-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- kräfte werden durch Regelung der Erregung der zeichnet, daß die Polflächeii (31* der Teilkerne (324, Gleichstromwicklung 34 in Abhängigkeit von der Spalt-32B) des Tragmagneten (30) und der Lineargenera- 35 breite des Luftspalts 20 geregelt

torkerae (45) einen ungleichen Abstand zu der. Pol- Bei Erregung der Wechselstromwicklang Ii mit ei-

flächen (15) des Langstatorkerns (13) besitzen. nem 3-phasigen Wechselstrom bildet sich ein elektro-

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn- magnetisches Wanderfeld aus, dt-ssRn in Fahrweglängszeichnet, daß jeweils zwei Teilkerne (z. B. 32A, 32B) richtung verlaufender Strombelag \cn den erläuterten und der dazwischenliegende Lineargeneratorkern 40 Magnetflüssen des Tragmagneten 30 durchsetzt wird. (45) in Form eines Bauteils auf einem gemeinsamen Diese Magnetflüsse erzeugen zusammen mit dem zur Support (50) angebracht sind. Fahrzeugbewegung synchronen Wanderfeld die An-

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch triebskräfte für das nicht dargestellte Schwebefahrzeug, gekennzeichnet, daß zur Erzeugung von Führungs- Zur Energieversorgung des Schwebefahrzeugs ist ankräften für den Lineargenerator den Gleichstrom- 45 stelle von berührungsbehafteten Stromabnehmern eine wicklungen (34) jedes Teilkerns (32/1—32Q eine ge- induktive Energieübertragung von dem Langstator 10 sonderte Regeleinrichtung (60) zugeordnet ist. zu einem fahrzeugseitigen Lineargenerator 40 vorgese-

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, hen, dessen Stromabnehmer-Wicklung 41 um jeweils dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichstromwick- einen Pol 33 des Tragmagnetkeras 32 gelegt ist, und lungen (34) für jeden Teilkern (32A—32C) aus Alu- 50 zwar oberhalb der jeweiligen Gleichstromwicklung 34. minium und die Erregerwicklung (44) jedes Linear- Ferner sind die Polflächen 31 des Tragmagnetkerns 32 generators (40) aus Kupfer bestehen. mit Nuten 42 versehen, wobei die Polteilung des Tragmagneten 30 einem ganzzahligen Vielfachen der Tei-

lung der Nuten 42 entspricht, z. B. der 6fachen Nuttei-

55 lung. In die Nuten 42 ist die dreiphasige Stromabnehmerwicklung 41 eingelegt, deren induzierter Drehstrom

Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte in dem Schwebefahrzeug gleichgerichtet wird.

Trag-, Antriebs- und Stromübertragungseinrichtung ge- Der Lineargenerator 40 arbeitet zusammen mit dem

maß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie sie beispiels- fahrwegseitigen, genuteten Langstator 10 nach dem

weise durch das Schnellbahnprojekt »TVE« der Ar- ω Prinzip einer Reluktanzmaschine,

beitsgemeinschaft TRANSRAPID-EMS, München be- Es hat sich jedoch gezeigt, daß infolge der Nutung der

kanntgeworden und in der Zeitschrift »Eisenbahntech- Polflächen 31 der Tragmagnetkern 32 sehr rasch seine

nische Rundschau« 6-1977, S. 417 beschrieben ist Sättigung erreicht, wodurch die von den Tragmagneten

Die in F i g. 1 im Längsschnitt und in F i g. 2 im Quer- 30 erzeugten Tragkräfte im Vergleich zu ungenuteten

schnitt dargestellte, bekannte Einrichtung dient zur Er- 65 Polflächen 31 stark verringert werden. Hierdurch wird

zeugung der Trag- und Antriebskräfte für ein Magnet- wiederum das für die Wirtschaftlichkeit und damit die

schwebefahrzeug sowie zu dessen Energieversorgung. Zukunftsaussichtcn einer Magnetschwebebahn ent-

Vom Prinzip her stellt die bekannte Einrichtung einen scheidende Verhältnis von Nutzlast zu Fahrzeug-Leer-