Die Erfindung betrifft eine Bahnanlage mit einer Fahr bahnschiene für ein einen linearen Induktionsmotor aufweisen des magnetisch frei schwebendes Fahrzeug.
Die Fahrbahnen von bekannten Bahnanlagen für magne tisch frei schwebende Fahrzeuge tragen an ihren Aussenrän dem Ankerschienen für fahrzeugseitig montierte Elektromagnetbänder des Trag- und Führungssystems sowie eine in Fahrbahnmitte montierte Reaktionsschiene eines doppelsei tigen linearen Induktionsmotors zum Antrieb des Fahrzeugs.
Ein derartiges Schienensystem ist mit hohen Material- und
Montagekosten verbunden, die insbesondere auch dadurch entstehen, dass die Ankerschienen und die Reaktionsschiene infolge ihres grossen gegenseitigen Abstandes nur mit beträchtlichen Schwierigkeiten hinreichend genau gegenein ander justiert werden können.
Gemäss der Erfindung wird dieses Problem durch eine Bahnanlage gelöst, die einen als Ankerschiene für Trag- und/ oder Führungsmagnete des Fahrzeugs gestalteten weichmagnetischen Schienenkern besitzt, dessen eine Oberfläche mit einer Schicht aus elektrisch gut leitendem Material als Reaktionsschiene des linearen Induktionsmotors des Fahrzeugs belegt ist. Der weichmagnetische Kern wird hier zusätzlich als magnetischer Rückschluss für den Motorfluss ausgenützt.
Eine solche Mehrzweckschiene erübrigt die aufwendige Montage einer gesonderten Läuferschiene auf der Fahrbahn und gibt dem Gesamtsystem zum Tragen, Führen und zum Antrieb des Fahrzeugs einen äusserst kompakten Aufbau. Die Abmessungen des Profils der erfindungsgemässen Schiene müssen zwar aus Kostengründen so klein als möglich gehalten werden, was schmale und lange Induktionsmotoren ergibt, diese zeichnen sich jedoch dadurch aus, dass die störenden Randeffekte nur sehr klein sind. trüber hinaus findet infolge des engen Kontakts zwischen der leitenden Belegung und dem weichmagnetischen Schienenkern eine gute Wärmeableitung aus der Belegung statt.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Schienenkern U-Profil auf und ist auf der profiläusseren oder -inneren Oberfläche seines Basisschenkels oder der profiläusseren Oberfläche eines seiner Seitenschenkel belegt.
Insbesondere bei der Anordnung der leitenden Belegung auf der Innenseite des Schienenkerns ist ein hervorragender Schutz gegen ungünstige Witterungseinflüsse gegeben, wenn die Schiene als Trag- und gegebenenfalls zugleich Führungsschiene mit nach unten gerichteten Seitenschenkeln an der Fahrbahn montiert ist. Ferner unterstützen dann die zwischen dem Ständer des einseitgen linearen Induktionsmotors und der Schiene unter bestimmtenBetriebsbedingungen wirksamen Anziehungskräfte das Tragsystem des Fahrzeugs. Ein Nachteil der Anordnung der Belegung im Schieneninneren liegt allerdings darin, dass es der Schiene dann an einer Eignung zur Verwendung in Kurven und Weichen mangelt. In derartigen Fällen ist eine Belegung einer der Aussenflächen des Schie nenkerns vorzuziehen.
Die einstückige Kombination einer Ankerschiene mit einer Reaktionsschiene erfordert eine besondere Beachtung der Eisenverluste im Schienenkern, da sowohl der Fluss des Tragund/oder Führungssystems, der den Schienenkern in Schienenquerrichtung durchsetzt, als auch der Fluss des Linearmotors, der den belegten Schienenkernschenkel im wesentlichen in Längsrichtung durchsetzt, Wirbelströme erzeugen. In Weiterbildung der Erfindung ist mindestens der belegte Schenkel des weichmagnetischen Schienenkerns aus in Schienenquerrichtung geschichteten Blechen aufgebaut. Diese
Schichtungsrichtung ergibt unabhängig v. einer Lamellierung der übrigen Schenkel eine starke Reduzierung von durch den Motorfluss hervorgerufenen Wirbelströmen.
Insbesondere, wenn der belegte Schienenkernschenkel aus in Schienenquerrichtung und senkrecht zur Belegungsebene geschichteten Blechen aufgebaut ist, bestehen lediglich am Ein- und Austritt des Motorflusses in die bzw. aus der Ankerschiene Zonen, in denen der Motorfluss die Bleche senkrecht durchsetzt und Wirbelströme erzeugt. Diese Wirbelstromzonen nehmen jedoch nur einen so geringen Teil des vom Motorfluss durchsetzten Volumens des Schienenkems ein, dass sie ohne weiteres in Kauf genommen werden können. Die angegebene Schichtungsrichtung hat nämlich weiter den Vorteil, dass bei günstiger Lamellierung der übrigen Schienenkernschenkel auch durch den Tragfluss keine Wirbelströme in dem belegten Schenkel entstehen können.
Wenn dagegen beispielsweise bei der Gestaltung der Tragund/oder Führungsmagnete Massnahmen getroffen sind, die einen auch bei höchsten Fahrzeuggeschwindigkeiten hinreichend langsamen Auf- und Abbau des Magnetfeldes des Tragund Führungssystems im Schienenkern gewährleisten, so dass die vom Tragfluss erzeugten Wirbelströme unabhängig von der Schichtungsrichtung vernachlässigbar klein sind, ist der belegte Schenkel vorteilhaft aus in Schienenquerrichtung und parallel zur Belegungsebene geschichteten Blechen aufgebaut, da dann auch die Ein- und Austrittszonen des Motorflusses im Schienenkern wirbelstromfrei bleiben.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird der Induktionsmotor als doppelseitiger linearer Induktionsmotor mit einem zentralen bewickelten Ständerpaket ausgebildet, wobei auf beiden Längsseiten je ein Schienenkern mit der Belegung aus gut leitendem Material vorgesehen ist. Neben der zweckmässigen Anordnung von Vortriebs- und Führungs- bzw.
Tragelementen ist die Ausbildung des doppelseitigen Induktionsmotors vorteilhaft. Bekannte doppelseitige lineare Induktionsmotoren weisen nämlich zwei Ständer auf, zwischen denen die Läuferschiene aus elektrisch leitendem Material,ange- ordnet ist. Die beiden Ständer sind in der Regel im Fahrzeug untergebracht, während die Läuferschiene in horizontaler oder vertikaler Anordnung auf der Fahrbahn befestigt ist. Ein wesentlicher Nachteil dieser Motorausführung liegt in gewissen Anwendungsfällen darin, dass das gesamte Motoreisen in den beiden vom Fahrzeug getragenen Ständern des Motors untergebracht ist und diese entsprechend schwer sind.
Dies mag bei auf Schienen rollenden Fahrzeugen nur von untergeordneter Bedeutung bzw. im.Hinblick auf ein ausgedehntes Streckennetz sogar erwünscht sein, nicht dagegen bei beispielsweise elektromagnetisch aufgehängten und geführten Schwebefahrzeugen, da bei diesen die Nutzlast durch einen schweren Ständerteil des Antriebsmotors wesentlich geschmälert wird. Hinzu kommt, dass zwischen den beidseitig der Läuferschiene angeordneten Ständerpaketen starke Zugkräfte wirken, die schwere Verankerungen der Blechpakete und der Wicklungen im Fahrzeug erforderlich machen.
Nun sind zwar einseitige Linearmotoren bekannt, deren Läuferschiene als mit einem Leitermaterial belegte, geblechte Eisenschiene ausgebildet ist, diese unsymmetrische Motorausführung ist jedoch mit einem relativ geringen Wirkungsgrad behaftet und stellt für das Trag- oder Führungssystem eines Schwebefahrzeugs infolge der starken anziehenden Kräfte zwischen dem Ständer am Fahrzeug und der Läuferschiene an der Fahrbahn eine beträchtliche Störbelastung dar, was den Vorteil einer gegebenenfalls erzielbaren Gewichtsersparnis am Ständer durch Verlagerung eines Teils des Motoreisens in die Läuferschiene zunichte macht.
Bei einem doppelseitigen Induktionsmotor liegt der grösstmögliche Teil des Motoreisens im auf der Fahrbahn montierten Läufer des Motors, was eine wesentliche Gewichtsverringerung des Ständers bedeutet. Neben den Traktionskräften greifen nur geringe zusätzliche Störkräfte am Ständer an, so dass auch die Befestigungskonstruktion relativ leicht gehalten werden kann.
Der aufwendigere Aufbau des Läuferteils auf der Fahr bahn spielt insbesondere dann keine wesentliche Rolle und tritt hinter dem Vorteil eines leichten Antriebsaggregats im Fahrzeug zurück, wenn ein Streckennetz relativ geringer Flächenausdehnung vorliegt, das von einer Vielzahl von frei schwebend aufgehängten Fahrzeugen, beispielsweise Personenbeförderungskabinen, befahren wird.
Gemäss einer besonderen Ausgestaltung des doppelseitigen Induktionsmotors ist das Ständerpaket senkrecht zum Schienenverlauf in Segmente unterteilt, die mit Hilfe von unmagnetischen Abstandshaltern unter Bildung von Wicklungsnuten in gegenseitigem Abstand gehalten sind. Hierdurch lässt sich eine einfache Bewicklung und Kühlung des Ständers durchführen. Darüber hinaus ergibt sich bei dem üblichen lamellierten Aufbau des Ständerpakets ein einfacher rechteckiger Blechschnitt, der gegenüber den Nuten aufweisenden Blechschnitten der Ständer bekannter Linearmotoren eine beträchtliche Senkung der Fertigungskosten des Ständers begründet.
Vorteilhaft sind zur Erzeugung eines das Ständerpaket und die Schiene durchsetzenden Wanderfeldes zwei übereinstimmend ausgebildete und gespeiste Wicklungen in den auf beiden Ständerpaketlängsseiten vorgesehenen Nuten untergebracht.
Der üblicherweise vom magnetischen Fluss des Linearmotors in Längsrichtung durchsetzte Ständerrücken kann vollständig in den Reaktionsteil verlagert sein, was ein äusserst leichtes Ständerpaket ergibt. Der Reaktionsteil besteht dabei zweckmässig aus auf ihrer Innenseite elektrisch leitend belegten ferromagnetischen Schienen. In diesen Schienen verläuft der magnetische Fluss in Längsrichtung über etwa eine Polteilung. Bei Linearmotoren, die für Geschwindigkeiten um 500 kmih bei einer Einspeisung mit Netzfrequenz von 50 Hz ausgelegt sind, liegt die Polteilung in der Grössenordnung von 1,5 m, was entsprechend lange Wege in den magnetischen Rückschlüssen ergibt. Diese verlangen einen erheblichen Magnetisierungsbedarf oder beträchtliche Querschnitte der beiden ferromagnetischen Schienen, was bei einem grösseren Streckennetz hohe Kosten verursacht.
Eine Reduzierung der Polteilung und des Querschnitts der Rückschlüsse des Induktionsmotors lässt sich zwar mit einer Erhöhung der Speisefrequenz erreichen, diese erfordert jedoch bei Leistungen von einigen Megawatt einen enorm hohen maschinellen und elektronischen Aufwand und begründet darüberhinaus eine erhebliche Verschlechterung des Leistungsfaktors des Linearmotors.
Um den Aufbau des Induktionsmotors weiter zu vereinfachen und ihn insbesondere zum Antrieb von Hochgeschwindigkeits-Schwebefahrzeugen besser geeignet auszubilden, wird ferner vorgeschlagen, dass die Fahrbahnschiene aus ferromagnetischem Material die Seitenschenkel einer ferromagnetischen Schiene von im wesentlichen U-förmigem Profil darstellt.
Der wesentliche Vorteil dieser Massnahme liegt insbesondere darin, dass sich bei grossen Polteilungen des Motors, wenn dieser also für hohe Geschwindigkeiten konzipiert ist, ein U-förmiger senkrecht zur Schienenlängsachse verlaufender Rückschlussweg für den magnetischen Fluss des Wanderfeldes darbietet, der kürzer bzw. von geringerem magnetischen Widerstand ist als derjenige in Schienenlängsrichtung, dessen Länge etwa der Polteilung entspricht.
Neben einer Verkürzung des Rückschlussweges wird vor allem eine starke Reduzierung der erforderlichen Stärke der Schiene erreicht, die jedoch aufgrund ihres U-Profils sehr steif ist und einen geringeren Montageaufwand erfordert als zwei gesonderte Schienen als Reaktionsteil.
Eine vorteilhafte Weiterbildung, damit den Polflächen der Elektromagnete des Trag- und Führungssystems entsprechende schmale Polflächen der als Ankerschiene wirkenden ferromagnetisehen Schiene erreicht werden, besteht darin, dass der untere Seitenschenkel der ferromagnetischen Schiene vom im wesentlichen U-förmigem Profil zwei in gegenseitigem Abstand nach unten ragende Stege trägt, unter denen die Tragund Führungsmagnete des Trag- und Führungssystems des Schwebefahrzeugs auf Abstand vorgesehen sind.
Eine andere Weiterbildung der Anordnung des Trag- bzw.
Führungssystems und des Antriebssystems hat zum Ziel, eine gegenseitige Beeinflussung des Trag- bzw. Führungssystems und des Antriebssystems praktisch vollständig zu vermeiden und eine kompakte und steife Ausbildung des fahrbahnseitigen Systemteils zu bewirken, und besteht darin, dass die Fahrbahnschiene im wesentlichen U-förmiges Profil aufweist, die Belegung des U-förmigen Profils an der Innenwandung vorgesehen ist und dass einer der Schenkel der Fahrbahnschiene als Magnetankerschiene für Trag- bzw. Führungsmagnete ausgebildet ist, die diesem Schenkel profilaussenseitig auf Abstand gegenüberstehen;
Eine Überlagerung der Flüsse des Trag- bzw. Führungssystems und des Antriebssystems findet damit lediglich innerhalb der ferromagnetischen Schiene statt, nicht jedoch in den Luftspalten zu den Trag- bzw.
Führungsmagneten bzw. zum Primärteil des Induktionsantriebs, so dass eine gegenseitige Beeinflussung praktisch ausgeschlossen oder zumindest so gering ist, dass sie durch die Regelung der Trag- bzw. Führungsmagnete ohne Schwierigkeiten kompensiert werden kann.
Die Fahrbahnschiene besitzt bei U-Profil-Querschnitt ein grosses Trägheitsmoment und kommt daher mit relativ wenig Befestigungspunkten aus. Auch ist die Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Beschädigung der Schiene nur gering.
Gemäss einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Fahrbahnschiene in liegender Anordnung ihres U-Profils an der Fahrbahn befestigt und der untere Seitenschenkel als Magnetankerschiene ausgebildet. Bei dieser Anordnung können der Ständer des linearen Induktionsmotors sowie die Trag- bzw.
Führungsmagnete seitlich von der Schiene entfernt werden, was das System zum Aufbau von Fahrbahnverzweigungen besonders geeignet macht.
Den Polflächen der Trag- bzw. Führungsmagnete entsprechende schmale Polflächen des als Magnetankerschiene wirkenden unteren Schenkels der Schiene, bei U-Profil werden vorteilhaft dadurch erreicht, dass dieser an seinen Rändern nach unten ragende Stege trägt, deren Flächen als Polflächen den Polflächen der Trag- bzw. Führungsmagnete auf Abstand im wesentlichen gegenüberstehen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine innen an der Basis belegte Fahrbahnschiene mit den zugeordneten Fahrzeugkomponenten eines Systems zum Tragen, Führen und zum Antrieb eines Schwebefahrzeugs,
Fig. 2 eine Fahrbahnschiene gemäss Fig. 1 bei anders gerichteter Lamellierung,
Fig. 3 eine aussen an der Basis belegte Fahrbahnschiene mit den zugeordneten Fahrzeugkomponenten,
Fig. 4 und 5 Fahrbahnschienen gemäss Fig. 3 bei anders gerichteten Lamellierungen,
Fig. 6 eine seitlich aussen belegte Fahrbahnschiene mit den zugeordneten Fahrzeugkomponenten,
Fig. 7 und 8 Fahrbahnschienen gemäss Fig. 6 bei anders gerichteter Lamellierung,
Fig. 9 einen doppelseitigen linearen Induktionsmotor im Querschnitt,
Fig. 10 den Schnitt II-II des Induktionsmotors gemäss Fig. 9,
Fig.
11 einen weiteren doppelseitigen linearen Induktionsmotor in perspektivischer schematischer Darstellung unter Weglassung der Ständerwicklung,
Fig. 12 einen doppelseitigen linearen Induktionsmotor schematisch in Seitenansicht dargestellt,
Fig. 13 ein Schwebefahrzeug mit einem kombinierten Trag-, Führungs- und Antriebssystem mittels einem doppelseitigen Induktionsmotor,
Fig. 14 ein System mit einem auf drei Seiten wirkenden linearen Induktionsmotor und
Fig. 15 ein System mit einem auf zwei Seiten wirkenden linearen Induktionsmotor.
Der in Fig. 1 dargestellte, auf einer Fahrzeug- und Fahrbahnseite vorgesehene Teil eines zweispurigen Systems zum Tragen, Führen und zum Antrieb eines Schwebefahrzeuges 1 enthält eine einzige, an der Fahrbahn 2 montierte Schiene 3, die einen weichmagnetischen Schienenkern 4 mit U-Profil aufweist. Der Basisschenkel 5 des Schienenkerns 4 trägt auf seiner im Profilinneren liegenden Oberfläche 6 eine Schicht 7 aus Aluminium und ist aus Blechen 8 geschichtet aufgebaut, die parallel zur Aluminiumschicht 7 verlaufen. Die Seitenschenkel 9 des Schienenkerns 4, die senkrecht nach unten weisen, sind ebenfalls lamelliert aufgebaut, wobei die Bleche 10 seitenschenkelparallel verlaufen.
Am nicht näher dargestellten Fahrzeug list ein Band von geregelten Elektromagneten 11, 12 befestigt, die innerhalb des Bandes alternierend nach rechts (11) und links (12) versetzt angeordnet sind. Die Elektromagnete 11, 12 besitzen Kerne 13, 14 von U-Profil, deren Seitenschenkel den Seitenschenkeln 9 der Schiene 3 an der Fahrbahn 2 auf Abstand gegenüberstehen. Dieser Abstand des Magnetbandes zur Schiene 3 wird durch gruppenweise Regelung der Erregerströme der nach rechts und der nach links versetzten Magnete 11, 12 in horizontaler und vertikaler Richtung im wesentlichen konstant gehalten.
Als Antrieb dient ein einseitiger linearer Induktionsmotor 15 in horizontaler Anordnung, dessen Ständer 16 am Fahrzeug 1 befestigt ist und in den Raum zwischen den Seitenschenkeln 9 der Schiene 3 an der Fahrbahn 2 ragt. Die aktive Oberfläche 17 des Ständers 16 steht der als Reaktionsschiene wirksamen Aluminiumschicht 7 auf Abstand gegenüber.
Die gewählten Schichtungsrichtungen im Schienenkern 4 lassen nur am Ein- und Austritt des Motorflusses in den bzw.
aus dem Basisschenkel 5 der Schiene 3 als magnetischem Rückschluss und im an den Basisschenkel 5 unmittelbar angrenzenden Bereich der Seitenschenkel 9 wirbelstrombehaftete Zonen von kleinem Volumen zu.
Wenn der gesamte Schienenkern 4, wie in Fig. 2 dargestellt, aus senkrecht zur Schienenrichtung und parallel zur Aluminiumschicht 7 geschichteten Blechen aufgebaut ist, entfallen die Wirbelstromzohen am Ein- und Austritt des Motorflusses in den bzw. aus dem Basisschenkel 5. Dafür ermöglicht diese Schichtungsrichtung Wirbelströme durch den Tragfluss im Basisschenkel 5. Erfolgen Auf- und Abbau des Tragfeldes allerdings hinreichend langsam, könnte bei dieser Schichtung des Basisschenkels 5 auf eine Lamellierung der Seitenschenkel 9 unter Umständen ganz verzichtet werden (in der Zeichnung nicht dargestellt).
Gemäss Fig. 3 ist der Basisschenkel 5 des Fahrbahnschienenkerns 4 auf seiner profiläusseren Oberfläche 18 mit einer Aluminiumschicht 7 belegt, was die dargestellte, um 1800 verdrehte horizontale Lage des Ständers 16 des linearen Induktionsmotors 15 am Fahrzeug 1 oberhalb des Magnetbandes (11, 12) und der Fahrbahnschiene 3 erfordert. Diese Anordnung ermöglicht eine horizontale Bewegung des Fahrzeugs 1 quer zur Schienenlängsrichtung, die in Kurven und Weichen vorteilhaft ist. Die Lamellierung des Schienenkerns 4 ist so getroffen, dass die Basisschenkelbleche 8 zur Aluminiumschicht 7 und die Seitenschenkelbleche 10 zum Seitenschenkel 9 parallel liegen, so dass nur in den Ein- und Austrittszonen beider Flüsse in den bzw. aus dem Basisschenkel 5 Wirbelströme entstehen können.
Wenn die Schiene 3, wie in Fig. 4 dargestellt, aus einzelnen ineinandergeschichteten Blechen 19 von U-Profil besteht, beschränkt sich die Wirbelstrombildung auf die Ein- und Aus trittszonen des Motorflusses im Basisschenkel 5.
Für die Schichtung des Schienenkerns 4 gemäss Fig. 5 gelten die obenstehenden Erläuterungen zur Schiene gemäss Fig.
2 entsprechend.
Die in Fig. 6 dargestellte Fahrbahnschiene 3 weist einen lamellierten Schienenkern 4 auf, der auf der profiläusseren Oberfläche 20 des einen 9' seiner Seitenschenkel 9, 9' mit einer Aluminiumschicht 7 belegt ist, so dass der Ständer 16 des Linearmotors 15 vertikal neben der Schiene 3 zu liegen kommt.
Auch diese Anordnung ist zum Befahren von Kurven und Weichen gut geeignet. Der beschichtete Seitenschenkel 9' besteht aus der Aluminiumschicht 7 parallelen Blechen 10, während die beiden übrigen Schenkel 5 und 9 aus Blechen 21 von Winkelprofil geschichtet sind. Auch bei dieser Schiene 3 sind nur in den Ein- und Austrittszonen des Motor- und des Tragflusses im beschichteten Seitenschenkel 9' Wirbelströme möglich.
Bei der Schiene gemäss Fig. 7besteht derSchienenkern aus ineinandergeschichteten Blechen 19 von U-Profil, so dass nur in den Ein- und Austrittszonen des Motorflusses im Seitenschenkel 9' Wirbelströme entstehen können.
Sind dagegen gemäss Fig. 8 die Bleche 10 des Seitenschenkels 9' zur Aluminiumschicht 7 senkrecht gestellt, vermag nur der Tragfluss im Seitenschenkel 9' Wirbelströme zu erzeugen.
Der in den Fig. 9 und 10 dargestellte lineare Induktionsmotor weist einen zentralen Ständer 101 auf, der als Antriebselement über ein Befestigungssystem 102 und über ein angedeutetes Trag- und Führungsmagnetsystem 103 mit einem nicht dargestellten, an einer Fahrbahn frei schwebend elektromagnetisch aufgehängten Fahrzeug in Verbindung steht. Das langgestreckte Blechpaket 104 des Ständers ist in Längsrichtung in einzelne Paketsegmente 105 unterteilt, deren Abstand durch zentral angeordnete unmagnetische Abstandshalter 106 sichergestellt ist. Die Abstandshalter 106 treten gegenüber den beiden Längsseitenflächen 107 des Blechpakets derart zurück, dass dort zwei Reihen hinreichend tiefer Nuten 108 gebildet werden.
Die Nuten 108 sind mit zwei Drehstromwicklungen 109 besetzt, die sich elektrisch als eine einzige abgestufte Wicklung mit ungerader Polzahl darstellen und ein sich entgegen der Fahrtrichtung (Pfeil A) des Fahrzeugs fortbewegendes Wanderfeld 110 aufbauen.
Der Ständer 101 liegt zwischen den Schenkeln eines Uförmigen, nach unten offenen und zugleich als Ankerschiene für das Trag- und Führungssystem 103 dienenden Schienenkerns 112. Das Führungssystem des Schwebefahrzeugs sorgt für im wesentlichen konstante Luftspalte zwischen beiden genuteten Längsseitenflächen 107 des Ständerblechpakets 104 und den Schenkeln des Schienenkerns 112. Dieser besteht aus einem weichmagnetischen Eisenteil und weist auf der dem Ständer zugewandten Seite eine Schicht 113 aus Aluminum oder Kupfer auf, die die eigentliche Läuferwicklung darstellt, während der Schienenkern 112 als Läuferjoch bzw. magnetischer Rückschluss anzusehen ist. Das in einem bestimmten Zeitaugenblick gegebene Wanderfeld 110 ist gestrichelt dargestellt. Es wird deutlich, dass der magnetische Kreis des Motors beide Schenkel des Schienenkerns 112 durchläuft.
Der Ständer 201 des in den Fig. 11 und 12 gezeigten linearen Induktionsmotors weist eine Mehrzahl quaderförmiger Blechpakete 202 auf, die auf Abstand aneinander gereiht und mit Hilfe geeigneter unmagnetischer Distanz- und Befestigungselemente 203 verbunden sind. Die Räume 204 zwischen den Blechpaketen 202 haben die Funktion der Nuten herkömmlicher Ständerblechpakete und nehmen eine dreiphasige Wicklung 205 (Fig. 12) auf. Seinem Aufbau entspricht der Ständer 201 damit einem Ständer, der ohne Ständerrücken ausgeführt ist und demzufolge zwei einander gegenüberliegende aktive Aussenflächen 206 und 207 besitzt.
Der Reaktionsteil 208 des linearen Induktionsmotors besteht aus einer Eisenschiene 209 mit U-Profil, deren Seitenschenkel 210 und 211 an ihrer Innenfläche mit einer Schicht aus elektrisch gut leitendem Material, beispielsweise Alumi nium, als Reaktionsschiene 212 bzw. 213 belegt sind. Der Ständer 201 ragt derart in das Innere der Eisenschiene 209, dass die beiden aktiven Ständeraussenflächen 206, 207 den
Reaktionsschienen 212, 213 unter Bildung zweier Luftspalten 214, 215 auf Abstand gegenüberstehen.
Die dreiphasige Wicklung 205 baut ein Wanderfeld auf, dessen Feldlinien die Blechpakete 202, die Luftspalte 214, 215 sowie die Reaktionsschienen 212, 213 in Schienenquerrichtung durchsetzen. Als magnetischer Rückfluss dient die Eisenschiene 209, wobei die Feldlinien, wie in den Fig. 11 und 12 gestrichelt eingezeichnet, die Seitenschenkel 210, 211 und den Basisschenkel 216 im wesentlichen ebenfalls in Schienenquerrichtung durchsetzen, da dieser U-förmige Rückschlussweg jedenfalls bei Linearmotoren für hohe Geschwindigkeiten und 50 Hz-Speisung - einen geringeren magnetischen Widerstand aufweist als derjenige in Schienenlängsrichtung.
Ein gewisser Teil der Feldlinien wird naturgemäss die Eisenschiene 209 auch in deren Längsrichtung zum benachbarten Pol des Ständers durchsetzen, so dass das gesamte, dem Ständer jeweils zugeordnete Eisenschienenvolumen ausgenutzt und eine relativ geringe Eisenschienendicke möglich wird.
Fig. 13 zeigt Elektrolinearmotoren zum Antrieb eines magnetisch aufgehängten und geführten Schwebefahrzeugs 218.
An beiden Längsseiten des Schwebefahrzeugs ist jeweils ein Ständer 201 angebracht, während die Reaktionsteile 208 an Fahrbahnelementen 219 befestigt sind. Die U-Profil-Eisenschiene 209 dient zugleich als Trag- und Führungsankerschiene für die ebenfalls an beiden Schwefelfahrzeuglängsseiten unterhalb der Ständer vorgesehenen Reihen von Trag- und Führungsmagneten 220. Dazu sind an den Aussenrändern des unteren Seitenschenkels 211 nach unten ragende Stege 221, 222 ausgebildet, deren nach unten weisende Stirnflächen als Polflächen den Polflächen der Trag- und Führungsmagnete 220 auf Abstand gegenüberstehen.
Dieser Abstand wird von Sensoren (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfasst und durch eine Regelung der Erregung der Trag- und Führungsmagnete 220 konstant gehalten, so dass auch die Luftspalte 214, 215 zwischen den aktiven Ständeraussenflächen 206, 207 und den zugehörigen Reaktionsschienen 212, 213 im wesentlichen konstant sind.
In Fig. 13 ist angedeutet, dass die hintereinander angeordneten Trag- und Führungsmagnete 220 jeder Reihe abwechselnd nach rechts und nach links zueinander versetzt angeordnet sind. Durch getrennte Regelung der Erregung aller nach rechts und aller nach links versetzten Magnete können dadurch horizontale Kräfte auf das Schwebefahrzeug 218 ausgeübt werden, so dass auch ohne ein gesondertes Führungssystem seitliche Versetzungen des Fahrzeugs unterbunden werden können und eine Gefährdung der im Profilinneren der Eisenschienen 209 liegenden Wickelköpfe 223 der Ständer der linearen Induktionsmotoren sicher vermieden ist.
Das in Fig. 14 dargestellte, an jeder Längsseite eines Fahrzeugs 301 vorgesehene Trag-, Führungs- und Antriebssystem besteht aus einer Eisenschiene 302, die an der Fahrbahn 303 montiert ist, sowie einem Ständer 304 eines linearen Induktionsmotors 305 und einer Reihe von Trag- und Führungsmagneten 306 am Fahrzeug.
Die Eisenschiene 302 besitzt das Profil eines liegenden U, das zum Fahrzeug 301 hin geöffnet ist. Die Innenwandung der Eisenschiene trägt eine Belegung in Form einer Schicht oder eines Käfigs aus elektrisch gut leitendem Material, die die Reaktionsschiene 307 des linearen Induktionsmotors 305 darstellt. Die Eisenschiene 302 selbst wirkt als magnetischer Rückschluss flir die Feldlinien des vom Ständer 304 aufgebauten Wanderfeldes. Der am Fahrzeug montierte Ständer 304 des linearen Induktionsmotors 305 besteht aus einem längsgeteilten lamellierten Ständerkern 308, dessen der Reaktionsschiene 307 zugewandte aktive Flächen genutet sind. In den Nuten ist eine mehrphasige Ring- oder Trommelwicklung 309 zum Aufbau des Wanderfeldes untergebracht.
Dieses durchsetzt den Ständerkern 308 in Längsrichtung, tritt an allen drei genuteten aktiven Flächen des Ständerkerns in den Luftspalt 310 aus, durchsetzt alle drei Schenkel der U-förmigen Reaktionsschiene 307 und tritt in die U-Profil-förmige Eisenschiene 302 ein, um diese in Längsrichtung zu durchdringen.
Nach einer Polteilung verlässt der Fluss die Eisenschiene 302 wieder und tritt über die Reaktionsschiene 307 und den Luftspalt 310 wieder in den Ständerkern 308 ein. Die Längsteilung des Ständerkerns 308 bewirkt, dass das Kerneisen am Austritt und am Eintritt des Wanderfeldes an allen drei aktiven Ständerkernflächen, wie in Fig. 14 angedeutet, richtig lamelliert werden kann.
Die zum Tragen und Führen des Fahrzeugs 301 aufzubringenden Kräfte werden von den Trag- und Führungsmagneten 306 aufgebracht, die in Form einer Magnetreihe unterhalb der Eisenschiene 302 angeordnet sind. Die Magnete besitzen langgestreckte Kerne 311 von U-Profil, deren Mittelschenkel eine geregelt gespeiste Spule 312 tragen. Die Seitenschenkel der Magnete 306 sind nach oben auf die Eisenschiene 302 gerichtet und stehen kurzen Stegen 314 an den beiden Rändern des unteren Seitenschenkels 313 der Eisenschiene 302 auf Abstand gegenüber. Dieser Abstand zwischen den einander zugewandten Stirnflächen der Stege 314 und der Seitenschenkel der Kerne 311 der Magnete 306 wird von Sensoren (in der Zeich- nung nicht dargestellt) erfasst und mit seinem Sollwert verglichen.
Abstandsabweichungen wird fortlaufend durch entsprechende Änderung des Erregerstromes der Magnete 306 begegnet, so dass der Abstand praktisch konstant bleibt. Dies gilt auch für den seitlichen Abstand des Fahrzeugs 301 von der Fahrbahn 303, da die reihenförmig angeordneten Trag- und Führungsmagnete, wie in Fig. 14 angedeutet, abwechselnd nach rechts und nach links gegeneinander versetzt angeordnet sind und somit neben vertikalen Tragkräften auch geregelte horizontale Führungskräfte aufgebracht werden können.
Dazu werden alle nach rechts und alle nach links versetzten Trag- und Führungsmagnete 306 gesondert geregelt erregt.
Auf diese Weise verbleibt das Fahrzeug 301 stets in der gewünschten Position relativ zur Fahrbahn 303, so dass auch der Ständer 304 des linearen Induktionsmotors 305 einen im wesentlichen konstanten Luftspalt 310 zu den drei Schenkeln der Reaktionsschiene 307 wahrt.
Fig. 14 zeigt deutlich, dass sich das Fahrzeug 301 nach rechts von der Eisenschiene 302 lösen kann, was für den Aufbau von Fahrbahnverzweigungen von grosser Wichtigkeit ist.
Das in Fig. 15 dargestellte System unterscheidet sich lediglich in der Bauweise des linearen Induktionsmotors vom System gemäss Fig. 14. Der Ständer 304' dieses linearen Induktionsmotors 305' trägt eine normale mehrphasige Ständerwicklung 309' und ist ohne eigentlichen Ständerkern bzw.
Ständerrücken 309' und ist ohne eigentlichen Ständerkern bzw. Ständerrücken aufgebaut. Vielmehr üben Ständerblech pakete 316 die Funktion der Zähne herkömmlicher Ständerpakete aus, indem zwischen ihnen die mehrphasige Ständerwicklung 309' untergebracht ist. Zusätzlich sind selbstverständlich Distanz- und Befestigungselemente für die Ständerblechpakete 316 vonnöten. Der Ständer 304' besitzt daher zwei einander gegenüberliegende aktive Oberflächen, denen jeweils eine Reaktionsschiene 307' in Form einer Belegung der Innenfläche eines Seitenschenkels der Eisenschiene 302 aus elektrisch gut leitendem Material zugeordnef ist.
Diesem Aufbau entsprechend durchsetzt der Fluss des Wanderfeldes den Ständer 304' nicht in Längsrichtung, sondern in Querrichtung, was bei grossen Polteilungen, wie sie sich für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten zwangsläufig ergeben, auch für die Eisenschiene 302 gilt. Für den unteren, zusätzlich als Magnetankerschiene wirkenden Seitenschenkel 313 der Eisenschiene 302 bedeutet dies eine Addition bzw. Subtraktion des von Ständer 304' erregten Wanderfelds mit dem Trag- und Führungsfeld der Trag- und Führungsmagnete 306 des Fahrzeugs 301, während gemäss Fig. 14 der Motorfluss im unteren Seitenschenkel 313 der Eisenschiene 302 senkrecht zum Tragund Führungsfluss verläuft. Der wesentliche Vorteil des im System gemäss Fig. 15 verwendeten linearen Induktionsmotors liegt im geringen Gewicht des Ständers. der ohne jegliches Rückeneisen auskommt.