DE102009009073A1 - Anlage - Google Patents

Anlage Download PDF

Info

Publication number
DE102009009073A1
DE102009009073A1 DE102009009073A DE102009009073A DE102009009073A1 DE 102009009073 A1 DE102009009073 A1 DE 102009009073A1 DE 102009009073 A DE102009009073 A DE 102009009073A DE 102009009073 A DE102009009073 A DE 102009009073A DE 102009009073 A1 DE102009009073 A1 DE 102009009073A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
discs
stator
cone
plant according
permanent magnets
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102009009073A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009009073B4 (de
Inventor
Günter Becker
Jochen Dr. Mahlein
Josef Schmidt
Björn EGGER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Original Assignee
SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SEW Eurodrive GmbH and Co KG filed Critical SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority to DE102009009073.8A priority Critical patent/DE102009009073B4/de
Publication of DE102009009073A1 publication Critical patent/DE102009009073A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102009009073B4 publication Critical patent/DE102009009073B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K21/00Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
    • H02K21/12Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with stationary armatures and rotating magnets
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/02Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • H02K49/04Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type of the eddy-current hysteresis type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/11Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with dynamo-electric clutches
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2201/00Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the magnetic circuits
    • H02K2201/15Sectional machines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Linear Motors (AREA)

Abstract

Anlage, umfasssend einen ersten und einen zum ersten relativ bewegbar angeordneten, zweiten Teil, wobei der erste Teil ein in Bewegungsrichtung sich erstreckendes, insbesondere langgestreckt ausgeführtes Schwertteil aufweist, wobei der zweite Teil zumindest zwei drehbar gelagerte, antreibbare Scheiben umfasst, wobei die Drehachsen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei das Schwertteil zwischen den Scheiben angeordnet ist, wobei die Scheiben an ihrem Umfang jeweils Dauermagnete aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung jeweils zum in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagneten abwechselnde Richtung aufweist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnitts, wobei an einem Teil des Umfangs zumindest einer der Scheiben den Dauermagneten gegenüberstehend ein Stator, umfassend ein Statorblechpaket mit bestrombaren Statorwicklungen, angeordnet ist, so dass die Scheiben elektromotorisch antreibbar sind, insbesondere nach dem Prinzip des Linearmotors.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anlage.
  • Es ist bekannt, Rotoren von Synchronmotoren an ihrem Umfang mit Dauermagneten zu bestücken.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Anlage mit mindestens einem Antriebssystem weiter zu verbessern, wobei Verluste klein zu halten sind.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anlage nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anlage, dass sie einen ersten und einen zum ersten relativ bewegbar angeordneten zweiten Teil umfasst,
    umfassend einen ersten und einen zum ersten relativ bewegbar angeordneten, zweiten Teil,
    wobei der erste Teil ein in Bewegungsrichtung sich erstreckendes, insbesondere langgestreckt ausgeführtes Schwertteil aufweist,
    wobei der zweite Teil zumindest zwei drehbar gelagerte, antreibbare Scheiben umfasst,
    wobei die Drehachsen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind,
    wobei das Schwertteil zwischen den Scheiben angeordnet ist,
    wobei die Scheiben an ihrem Umfang jeweils Dauermagnete aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung jeweils zum in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagneten abwechselnde Richtung aufweist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnitts, wobei an einem Teil des Umfangs zumindest einer der Scheiben den Dauermagneten gegenüberstehend ein Stator, umfassend ein Statorblechpaket mit bestrombaren Statorwicklungen, angeordnet ist, so dass die Scheiben elektromotorisch antreibbar sind, insbesondere nach dem Prinzip des permanenterregten Synchronmotors, insbesondere nach dem Prinzip des synchronen Linearmotors.
  • Von Vorteil ist dabei, dass die Vortriebskraft mit Wirbelströmen erzeugt wird, die durch die am Schwerteil vorbeidrehenden Dauermagnete erzeugt werden. Außerdem ist mittels der Halbschalenmotoranordnung, also mittels des am Umfang vorgesehenen sich teilweise erstreckenden Stators die Scheibe direkt antreibbar, wobei dem Stator gegenüberliegend Dauermagnete verwendet werden, die somit zum Antreiben der Scheiben mit dem Stator zusammenwirken, und andererseits nach Weiterdrehen um einen Winkelbetrag zum Vortreiben des bewegbar angeordneten Teils der Anlage nach dem Wirbelstromprinzip mit dem metallischen ausgeführten Schwertteil zusammenwirken.
  • Mittels der kompakten Ausführung des Antriebs sind somit Verluste reduzierbar. Insbesondere die Doppelverwendung der Dauermagnete zum einerseits Erzeugen von Vortrieb entlang dem Schwertteil und andererseits Antreiben der Scheiben mittels reaktiver Zusammenwirkung mit dem jeweiligen Stator der Halbschalenmotoren führt zu der kompakten Ausführung und ermöglicht ein geringes Trägheitsmoment der Scheiben und somit ein verlustarmes Ausführen des Antriebssystems.
  • Mittels der Orientierung der Drehachsen der Scheiben sind Verluste beim Annähern der Dauermagnete an das Schwertteil verringerbar. Dies gilt insbesondere bei zueinander schräg angeordneten Drehachsen, also nicht parallel orientierten Drehachsen. Je geringer der Winkel zwischen den Drehachsen, je weniger also die Orientierung der Drehachsen von der Parallelität abweicht, desto größer sind diese Verluste und es entstehen auch Kraftkomponenten in anderen Richtungen, so dass nicht nur Vorschubskraft in Bewegungsrichtung entsteht. Dies gilt insbesondere bei Orientierungen, bei denen die Drehachsen der Scheiben identisch ausgerichtet sind, also parallel orientiert sind. Bei einer von der Parallelität abweichenden Orientierung entsteht der wesentliche Teil der Vorschubkraft in Bewegungsrichtung. Denn der wesentliche Teil der Vorschubskraft wird tangential zur Bewegungsrichtung des jeweiligen Dauermagneten erzeugt, wobei die Kraft bei abnehmendem Abstand des jeweiligen Dauermagneten zum Schwertteil stark zunimmt. Der Dauermagnet taucht sozusagen in den Wirbelstrom-Wirkbereich ein und dann wieder aus.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Spulenpaare der einen und der anderen Polscheibe so verschaltet, dass ein synchroner Lauf der beiden Polscheiben sichergestellt ist. Die Synchronisation der Polscheiben erfolgt somit über die räumliche Anordnung der Spulen und die Verschaltung der beiden Spulen. Von Vorteil ist dabei, dass die Antriebsvorrichtung, insbesondere also Polscheibenmotor, von einem einzelnen Frequenzumrichter speisbar ist. Aufwendige Synchronisationseinrichtungen, wie beispielsweise zwei jeweils den Scheiben zugeordnete Winkelsensorsysteme, entfallen.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Polscheiben aus ferromagnetischem Material gefertigt. Dieses Material bildet den magnetischen Rückschluss der Magneten. Der Rückschlussschenkel ist auf die Fläche der Magneten reduzierbar. Der sonstige Teilbereich der Scheiben ist aus einem Material mit geringerer Dichte und/oder spezifischem Gewicht fertigbar. Somit ist die Trägheit der Polscheiben reduzierbar.
  • Zum Betreiben des Antriebssystems der Anlage, insbesondere des Polscheibenmotors, wird bei einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung die Rotorlage, also auch Winkellage der Magneten auf den Scheiben, erfasst. Alternativ zu einer Erfassung der Winkellage durch am antreibenden Elektromotor angebrachte Winkelsensoren oder zur Bestimmung eines Modellwertes für den Winkelwert des Rotors durch geberlose Regelungen ist eine Winkelbestimmung dadurch ausführbar, dass den Scheiben gegenüber stehend Magnetfeldempfindliche Sensoren, wie Hall-Sensoren angeordnet werden und somit die sich auf den Scheiben befindlichen Magneten gleichzeitig als Signalgeber verwendet werden. Durch die Anbringung mehrerer Sensoren an beiden Scheiben, also auf beiden Seiten der Halbschalenmotoren, ist ein nicht-synchroner Lauf detektierbar. Durch die vorteilhafte Positionierung der Hallelemente nicht unterhalb des Spulenbereichs, kann der Einfluss des elektrisch erzeugten Antriebsfeldes ausgeschlossen werden.
  • Bei vorteilhafter Ausgestaltung sind die Halbschalen im Bereich des magnetischen Flusses geblecht ausgeführt, um Ummagnetisierungsverluste zu senken.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist nur eine der Scheiben von einem Stator angetrieben und die andere Scheibe magnetisch gekoppelt vorgesehen. Mittels dieser magnetischen Kopplung wird die synchrone Bewegung der Scheiben sicher gestellt ohne weitere zusätzliche Mittel. Außerdem ist kein Antriebsmotor für die zweite Scheibe notwendig.
  • Die magnetische Kopplung ist auf der gleichen Welle Anordenbar wie auch die Scheiben und somit über deren Lager lagerbar. Es ist also kein zusätzlicher Aufwand notwendig, insbesondere auch kein zusätzliches Gehäuse.
  • Es ist eine variable Kraftübertragung ermöglicht mittels Winkelanpassung und weiteren geometrischen Anpassungen. Beispielsweise ist mittels Veränderung des Luftspaltes innerhalb der magnetischen Kopplung eine Anpassung der Kopplungskraft ermöglicht.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der zweite Teil zumindest zwei drehbar gelagerte, antreibbare Scheiben mit jeweils einem konusförmigem Abschnitt, wobei die Drehachsen der Scheiben sich schneiden, wobei die Konusspitze oder Verjüngungsrichtung der konusförmigen Abschnitte in Richtung des Schnittpunktes weist,
    wobei das Schwertteil zwischen den konusförmigen Abschnitten der Scheiben angeordnet ist,
    wobei die Scheiben an ihrem Umfang im jeweiligen konusförmigen Abschnitt jeweils Dauermagnete aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung jeweils zum in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagneten abwechselnde Richtung aufweist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnitts. Von Vorteil ist dabei dass ein weiter verbesserter Wirkungsgrad erreichbar ist, da Verluste erzeugende Kräfte reduzierbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stator mit den Dauermagneten nach Art eines Synchron-Linearmotors ausgeführt ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache integrierte Herstellung ausführbar ist. Dabei muss der Linearmotor sich nicht über den gesamten Umfang der Scheibe erstrecken sondern nur über einen Teil des Umfangs.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die konusförmigen Abschnitte in einem jeweils derartigen axialen Bereich der Drehachsen angeordnet, dass Ebenen, deren Normalenrichtung Drehachsenrichtung ist und die im axialen Bereich angeordnet sind, eine nicht-leere Schnittmenge aufweisen, wenn sie nicht parallel zueinander sind: Von Vorteil ist dabei, dass ein sehr hoher Wirkungsgrad erreichbar ist, da bei der Drehbewegung sehr starke Magnetfeldlinien in das Schwertteil eingeleitet werden, wodurch sehr hohe Wirbelströme erzeugt werden.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schwertprofil in der Vereinigungsmenge der Schnittmengen angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass möglichst starke Magnetfeldlinien einlenkbar sind ins Schwertprofil.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Dauermagnet aus zwei oder mehr einzelnen Dauermagneten ausgeführt, die senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnittes übereinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein noch stärkeres Magnetfeld und somit auch eine höhere Vorschubkraft erzeugbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeder Dauermagnet aus zwei oder mehr einzelnen Dauermagneten ausgeführt, die im konusförmigen Abschnitt in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind. Von Vorteil ist dabei, dass ein höherer Wirkungsgrad erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schwertteil aus Aluminium oder Kupfer oder einem anderen besser als Stahl elektrisch leitfähigen Material gefertigt. Von Vorteil ist dabei, dass geringere Verluste auftreten als bei Verwendung von Stahl.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Schwertteil aus ein Stranggussprofil. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung ermöglicht ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine der Scheiben motorisch vom Stator angetrieben und eine Kopplung derartig vorgesehen, dass die zweite Scheibe über diese Kopplung angetrieben ist, insbesondere synchron. Von Vorteil ist dabei, dass nur ein einziger Elektromotor zum Antreiben benötigt wird und Verluste reduzierbar sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Antriebskraft mittels im Schwertteil induzierten Wirbelströmen erzeugbar, insbesondere durch bei Vorbeidrehen der Scheiben am Schwertteil entlang. Von Vorteil ist dabei, dass ein sanftes Antreiben ermöglicht ist. Insbesondere ist es ermöglicht durch synchrones Betreiben der Scheiben einen Winkelversatz einzustellen, so dass die Vortriebskraft sehr schnell und einfach veränderbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist jeweils auf einem mit der jeweiligen Scheibe drehfest verbundenen Teil eine Stützrolle gelagert vorgesehen, insbesondere mittels Kugellager gelagert, wobei die Stützrolle am Schienensystem oder an der Schiene abrollbar und/oder führbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass die Lagerung für die Stützrolle nur einer relative Drehzahldifferenz ausgesetzt ist zwischen der der Fahrzeuggeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl der am Schienensystem abrollenden Stützrolle, insbesondere schlupffrei abrollenden Stützrolle, und der Drehzahl der Rotorwelle zum Antreiben der Scheibe. Die letztgenannte Drehzahl ist im Normalbetrieb viel höher als die erstere, wenn eine hohe Vortriebskraft erzeugt werden soll. Bei Verschwinden der genannten Drehzahldifferenz sind nur unwesentliche Wirbelstrombeträge erzielbar und somit keine wesentlichen Vorschubkräfte.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am Schienensystem oder an der Schiene der Abrollbereich oder Führungsbereich für die Stützrolle und/oder an der Stützrolle die Außenfläche derart konkav, insbesondere auf beiden zu den jeweiligen Scheiben zugewandten Seiten des Schienensystems, dass bei Auslenkung des Fahrzeuges von seiner Soll-Orientierung Rückstellkräfte zur Stabilisierung der Soll-Orientierung wirksam sind. Von Vorteil ist dabei, dass eine Selbststabilisierung durch zwei konkave Profilbereiche am Schienensystem erzielbar ist, indem die konkaven Bereiche zueinander hin ausgerichtet sind. Somit führt eine Auslenkung zu einer derartigen Verschiebung des Schwerpunktes, dass eine rückstellende Kraft erzeugt wird, wobei nur die Gravitationskraft ursächlich ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist an jeder Scheibe ein magnetisches Kupplungsteil vorgesehen, das in Umfangsrichtung nacheinander angeordnete Paare von Dauermagneten aufwiest, wobei jedes Paar jeweils einen ersten Dauermagnet aufweist, der eine nach außen, insbesondere also senkrecht zur Konusoberfläche, gerichtete Magnetisierungsrichtung aufweist, und einen zweiten Dauermagnet, der eine nach innen, insbesondere also senkrecht zur Konusoberfläche, gerichtete Magnetisierungsrichtung aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass besonders hohe Kupplungskräfte in einem besonders kompakten Raumbereich erzielbar sind. Denn durch die Anordnung der Dauermagnete des Kupplungsteils erscheint zum anderen Kupplungsteil hin ein in Umfangsrichtung magnetisierter Dauermagnet, so dass die Dauermagnete der beiden Kupplungsteile stark anziehende Kräfte aufweisen. Vorzugsweise sind also an jedem Kupplungsteil in Umfangsrichtung voneinander beabstandete Dauermagnete vorsehbar, die in Umfangsrichtung magnetisiert sind.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagnete beziehungsweise das einen jeweiligen solchen realisierendes Paar jeweils in einer Ausnehmung oder Vertiefung, insbesondere Nut, eines von dem jeweiligen magnetischen Kupplungsteil umfassten Blechpakets oder Stahlteils vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass die Beabstandung mittels Stahl oder Eisen ausführbar ist und somit die Magnetfeldlinien stark bündelbar sind und ein nur kleiner Luftspalt zwischen den Kupplungsteilen erreichbar ist.
  • Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Kupplungsteil in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd einen in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagneten und ein Eisen-haltiges Teil, insbesondere Stahlteil oder Stahlblechteil, auf, insbesondere das Kupplungsteil in Umfangsrichtung eine periodische Abfolge von Dauermagnet und Eisen-haltigem Teil, insbesondere Stahlteil oder Stahlblechteil. Von Vorteil ist dabei, dass ein besonders effektiver und einfacher Aufbau ermöglicht ist.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • 1
    Stahlblechpaket
    2
    Zahnkopf
    3
    Scheibe
    4
    Scheibe
    5
    Schwertteil, insbesondere Schienenteil
    6
    Spulenwicklung
    20
    Dauermagnete, nach außen gerichtete Nordpole
    21
    Dauermagnete, nach außen gerichtete Südpole
  • Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
    In der 1 ist ein Antriebssystem einer erfindungsgemäßen Vorrichtung schematisch skizziert in Schrägansicht, wobei ein Schwertteil 5 einer Schiene gezeigt ist, die auch nicht gezeigte Schienenteile zur Führung von Stützrollen aufweist, mit denen das Fahrzeug an der Schiene entlang bewegbar ist.
  • Als Halbschalenmotor ausgeführte Elektromotoren treiben die Scheiben 3 und 4 an, die jeweils auf einer anderen Drehachse oder Welle angeordnet sind, auf der auch eine jeweilige Stützrolle lagerbar ist. Dabei bedeutet der Begriff Halbschalenmotor nicht, dass sich der Motor nur exakt über die Hälfte des Umfangs der Scheibe erstreckt sondern es ist auch ein Erstrecken des Motors entlang des Umfangs der jeweiligen Scheibe über einen größeren oder kleineren Anteil gemeint.
  • Die Scheiben 3 und 4 weisen jeweils Dauermagnete (20, 21) auf,
    Die Halbschalenmotoren umfassen Spulenwicklungen 6, welche jeweils entlang eines Teils am Umfang der Scheiben angeordnet sind. Jede Spulenwicklung 6 ist um einen Zahn des Stahlblechpakets 1 gewickelt angeordnet und an der Innenseite des jeweiligen Zahns ist ein Zahnkopf 2 vorgesehen. Durch geeignete Bestromung der Spulenwicklungen 6 ist ein Antreiben der Scheiben 3 und 4 ausführbar, insbesondere in einer zu einem Linearmotor analogen Weise. Dabei ist das von einer jeweiligen Spulenwicklung erzeugte, aus dem Zahnkopf austretende Magnetfeld im Wesentlichen auf die Scheibe gerichtet, so dass der nächstliegende Dauermagnet angezogen wird. Dabei ist der Dauermagnet derart angeordnet, dass seine Magnetisierungsrichtung im Wesentlichen zur Spulenwicklung hin gerichtet ist, wenn der Abstand zwischen Spulenwicklung und Dauermagnet minimal ist.
  • Die beiden Halbschalenmotoren werden synchron, insbesondere winkelsynchron, betrieben.
  • Am Außenumfang der konischen Abschnitte der Scheiben sind Dauermagnete 20 mit nach außen gerichtetem Nordpol oder Dauermagnete 21 mit nach außen gerichtetem Südpol vorgesehen.
  • In 2 ist eine zur 1 gehörige Draufsicht in Bewegungsrichtung gezeigt.
  • In 3 ist einer der Halbschalenmotoren gezeigt.
  • In 4 ist eine zur 1 gehörige Draufsicht von oben, also senkrecht zur Bewegungsrichtung gezeigt.
  • Die beiden Halbschalenmotoren sind gleichartig ausgeführt.
  • Das Antriebssystem ist für ein Schienenfahrzeug geeignet, das ein Fahrzeuggestänge aufweist, das mittels Rollen an der Schiene, umfassend Schwertteil und Schienenteile, positionierbar und entlang dieser Schiene verfahrbar angeordnet ist. An dem Schienenfahrzeug sind sogar zwei Antriebssysteme, nämlich ein vorderes und ein hinteres, anbringbar.
  • Wie in 1 verdeutlicht, treibt der Halbschalenmotor eine Scheibe 3 an, so dass die Dauermagnete am metallisch ausgeführten Schwertteil 5 vorbeibewegt werden, was zu Wirbelströmen im Schwertteil und somit zu einer Vortriebskraft für den bewegbar angeordneten Teil des Antriebssystems führt.
  • Die beiden Halbschalenmotoren arbeiten vorzugsweise synchron.
  • Die Lagerung der Scheibe 3 und 4, insbesondere Kugellager, ist an einem in der Figur nicht gezeigten Fahrzeuggestänge gelagert. Ebenso sind die Halbschalenmotoren und die Lagerungen der Scheiben 3 und 4 am Fahrzeuggestänge befestigt.
  • Mittels der weiteren am Fahrzeuggestänge gelagerten Rollen ist dann das Fahrzeug relativ bewegbar entlang dem Schwertteil 5 eines Schienensystems angeordnet.
  • Die Motoren und die Scheiben (3, 4) bilden ein an einem Fahrzeug anbringbares Antriebssystem, wobei Führungsräder des Fahrzeuges an einem Schienensystem oder Schienenteil abrollbar sind, so dass das Fahrzeug am Schienensystem geführt ist.
  • Die Scheiben (3, 4) sind konisch ausgeführt und weisen an ihrem äußeren Umfang des konischen Bereichs Dauermagnete auf, deren Magnetisierungsrichtung im Vergleich zur Magnetisierungsrichtung der in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagnete radial und entgegengesetzt ausgerichtet ist. Zwischen den Magneten ist auf der jeweiligen Scheibe in Umfangsrichtung ein Abstand vorgesehen.
  • Die Drehachsen der Scheiben (3, 4) schneiden sich und sind senkrecht zur Bewegungsrichtung orientiert. Das Schwertteil ist entlang der Bewegungsrichtung langgestreckt ausgeführt und ist vorzugsweise als Stranggussteil fertigbar. Am Schwertteil 5 sind auch die weiteren Schienenteile vorgesehen, die zur Führung der Rollen dienen und zusammen mit dem Schwertteil die Schiene beziehungsweise das Schienensystem bilden. Vorzugsweise ist das Schwertteil 5 aus Aluminium oder Kupfer ausgeführt oder aus einem entsprechend elektrisch leitfähigen Material.
  • Die Bewegungsrichtung entspricht der Normalenrichtung derjenigen Ebene, welche mittels der Drehachsen der Scheiben (3, 4) aufgespannt ist, in welcher also die Drehachsen enthalten sind.
  • Bei außersynchroner Drehzahl der Scheiben (3, 4) in Bezug auf die Vorschubgeschwindigkeit werden Wirbelströme im Schwertteil 5 erzeugt, da die am metallischen Schwertteil 5 vorbeidrehenden Scheiben mit ihren Dauermagneten diese Wirbelströme induzieren und somit eine Antriebskraft zwischen Schwertteil 5 und Scheiben (3, 4) bewirkt ist.
  • Denn, wenn die Drehzahl der Polscheiben so gewählt wird, dass die Strecke der abrollenden Scheiben die Wegstrecke der Schiene entspricht, werden keine nennenswerten Wirbelströme induziert. Wird von dieser Drehzahl abgewichen, z. B. langsamer gedreht, werden Wirbelströme erzeugt und das Schienenteil abgebremst.
  • Wird hingegen übersynchron in Bezug auf die zurückgelegten Wegstrecken gefahren, wird eine positive Beschleunigung auf die Schiene erbracht
  • Die Halbschalenmotoren entsprechen Synchron-Linearmotoren, die sich über einen Teil des Umfangs des konischen Teils der Scheiben 3 und 4 erstrecken. Dabei werden die Motoren von jeweiligen Umrichtern gespeist und somit auch gesteuert. Hierbei wird als ein Ziel einer den beiden Umrichtern übergeordneten Regelung ein gleich großes Drehmoment und/oder eine Synchronität der Scheiben gesetzt, damit das in das Schwertteil eindringende, von den Dauermagneten beider Scheiben erzeugte Magnetfeld möglichst stark ist und somit möglichst große Wirbelströme erzeugt und daher auch große Vortriebskräfte.
  • Der Abstand zwischen den Scheiben (3, 4) ist etwas größer als die Dicke des Schwertteils 5, so dass auch unter Berücksichtigung von Fertigungstoleranzen keine Berührung statt findet zwischen dem Schwertteil 5 und den Scheiben (3, 4). Denn die Drehzahl der Scheiben ist viel höher als die Drehzahl eines gedachten, gleich großen, am Schwertteil ohne Schlupf abrollenden Rades.
  • Die Schiene umfasst also auch Führungsbereiche für Rollen und die Schienenteile zur Führung der Stützrollen. Dabei ist jede Stützrolle auf der die jeweilige Scheibe antreibenden Rotorwelle gelagert vorgesehen.
  • Die Konus sind mit ihrer spitzen Seite hin orientiert zum Schnittpunkt der Drehachsen der Scheiben (3, 4).
  • In den Figuren sind die Dauermagnete 20 mit nach außen gerichteten Nordpolen und die Dauermagnete 21 mit nach außen gerichtete Südpolen gezeigt.
  • Vorzugsweise weist das Fahrzeug eine Steuereinheit auf, die den Motor eines vorderen und eines analog ausgebildeten hinteren Antriebssystems ansteuert, wobei das Antriebssystem jeweils dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel entspricht.
  • Mittels der Stützrollen ist ein Konstanthalten des Abstandes zwischen dem Schwertteil 5 und den konusförmigen Abschnitten der Scheiben (3, 4) ermöglicht. Außerdem ist bei kurvenförmigen verlaufenden Schienenabschnitten ermöglicht, den gedachten Drehpunkt, insbesondere Umlenkpunkt, hierfür in den Bereich der Stützrolle zu positionieren, also beispielsweise den Schwerpunkt der Stützrolle als solchen gedachten Drehpunkt zu verwenden. Auf diese Weise sind also sogar sehr eng verlaufende Kurven durchfahrbar. Unter Kurve wird hier insbesondere auch eine steigungsbedingter Kurvenverlauf verstanden.
  • Bei einem erfindungsgemäßen alternativen Ausführungsbeispiel sind der Motor 1 und die Scheiben (3, 4) stationär angeordnet und der verfahrbare Anlagenteil umfasst dann das Schwertteil 5 samt Schienenteilen.
  • Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen beträgt der Winkel zwischen den Drehachsen zwischen 40° und 100°. Besonders vorteilhaft hat sich ein Wert von etwa 70° erwiesen, insbesondere also ein Wert aus dem Bereich zwischen 60° und 80°. Der Öffnungswinkel des Konus, also der Winkel der Geraden, welche diejenigen Geradenabschnitte umfassen, die als Schnittgebilde zwischen der die Drehachsen enthaltenden Ebene und dem konusförmigen Abschnitt einer der Scheiben entstehen, entspricht im Wesentlichen ebenfalls dem genannten Winkel zwischen den Drehachsen.

Claims (15)

  1. Anlage, umfassend einen ersten und einen zum ersten relativ bewegbar angeordneten, zweiten Teil, wobei der erste Teil ein in Bewegungsrichtung sich erstreckendes, insbesondere langgestreckt ausgeführtes Schwertteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil zumindest zwei drehbar gelagerte, antreibbare Scheiben umfasst, wobei die Drehachsen senkrecht zur Bewegungsrichtung ausgerichtet sind, wobei das Schwertteil zwischen den Scheiben angeordnet ist, wobei die Scheiben an ihrem Umfang jeweils Dauermagnete aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung jeweils zum in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagneten abwechselnde Richtung aufweist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnitts, wobei an einem Teil des Umfangs zumindest einer der Scheiben den Dauermagneten gegenüberstehend ein Stator, umfassend ein Statorblechpaket mit bestrombaren Statorwicklungen, angeordnet ist, so dass die Scheiben elektromotorisch antreibbar sind, insbesondere nach dem Prinzip des permanenterregten Synchronmotors, insbesondere nach dem Prinzip des synchronen Linearmotors.
  2. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Scheiben gegenüberstehend ein Stator angeordnet ist, wobei die Statorwicklungen aus einem einzigen Wechselrichter versorgt sind und/oder wobei die Verschaltung und die räumliche Anordnung der Statorwicklungen der beiden Statoren derart ausgeführt ist, dass die Scheiben synchron betrieben sind, insbesondere im Normalbetrieb.
  3. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Scheibe ein Winkelsensor zugeordnet ist, insbesondere Magnetfeld-empfindliche Sensoren, und die Sensorsignale einem Regler zugeführt werden, der die relative Drehzahl der beiden Scheiben bestimmt, insbesondere zur Erzeugung von Synchronlauf der Scheiben, insbesondere wobei jeder Scheibe ein Stator zugeordnet ist und jeder Stator aus einem jeweils zugeordneten Wechselrichter versorgt ist.
  4. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheiben aus ferromagnetischem Material gefertigt sind oder ferromagnetische Bereiche umfassen, die den magnetischen Rückschluss der Magnete bilden, insbesondere wobei die jeweiligen Rückschlussschenkel, insbesondere deren Querschnitt, im Wesentlichen auf die Fläche der Magnete reduziert sind, insbesondere wobei die ferromagnetischen Bereiche in ein Material geringerer Dichte angeordnet sind, beispielsweise Kunststoff.
  5. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teil zumindest zwei drehbar gelagerte, antreibbare Scheiben mit jeweils einem konusförmigem Abschnitt umfasst, wobei die Drehachsen der Scheiben sich schneiden, wobei die Konusspitze oder Verjüngungsrichtung der konusförmigen Abschnitte in Richtung des Schnittpunktes weist, wobei das Schwertteil zwischen den konusförmigen Abschnitten der Scheiben angeordnet ist, wobei die Scheiben an ihrem Umfang im jeweiligen konusförmigen Abschnitt jeweils Dauermagnete aufweisen, deren Magnetisierungsrichtung jeweils zum in Umfangsrichtung nächstbenachbarten Dauermagneten abwechselnde Richtung aufweist, insbesondere senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnitts.
  6. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwertteil Teilbereich eines Schienensystems oder einer Schiene ist, wobei das Schienensystem oder die Schiene auch Führungsbereiche für Rollen des als Fahrzeug ausgebildeten zweiten Teils aufweist, insbesondere wobei das Schienensystem oder die Schiene einstückig ausgebildet ist und/oder dass dass der Stator mit den Dauermagneten nach Art eines Synchron-Linearmotors ausgeführt ist.
  7. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die konusförmigen Abschnitte in einem jeweils derartigen axialen Bereich der Drehachsen angeordnet sind, dass Ebenen, deren Normalenrichtung Drehachsenrichtung ist und die im axialen Bereich angeordnet sind, eine nicht-leere Schnittmenge aufweisen, wenn sie nicht parallel zueinander sind,
  8. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwertprofil in der Vereinigungsmenge der Schnittmengen angeordnet ist.
  9. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dauermagnet aus zwei oder mehr einzelnen Dauermagneten ausgeführt ist, die senkrecht zur Oberfläche des jeweiligen konusförmigen Abschnittes übereinander angeordnet sind und/oder dass jeder Dauermagnet aus zwei oder mehr einzelnen Dauermagneten ausgeführt ist, die im konusförmigen Abschnitt in Umfangsrichtung nebeneinander angeordnet sind.
  10. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwertteil aus Aluminium gefertigt ist und/oder dass das Schwertteil aus einem Stranggussprofil gefertigt ist.
  11. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine der Scheiben motorisch vom Stator angetrieben ist und eine Kopplung derartig vorgesehen ist, dass die zweite Scheibe über diese angetrieben ist, insbesondere synchron, und/oder dass die Antriebskraft mittels im Schwertteil induzierten Wirbelströmen erzeugbar ist, insbesondere durch bei Vorbeidrehen der Scheiben am Schwertteil entlang, insbesondere der Scheiben mit ihren Dauermagneten.
  12. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils auf einem mit der jeweiligen Scheibe drehfest verbundenen Teil eine Stützrolle gelagert vorgesehen ist, insbesondere mittels Kugellager gelagert, wobei die Stützrolle am Schienensystem oder an der Schiene abrollbar und/oder führbar ist.
  13. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schienensystem oder an der Schiene der Abrollbereich oder Führungsbereich für die Stützrolle und/oder an der Stützrolle die Außenfläche derart konkav ist, insbesondere auf beiden zu den jeweiligen Scheiben zugewandten Seiten des Schienensystems, dass bei Auslenkung des Fahrzeuges von seiner Soll-Orientierung Rückstellkräfte zur Stabilisierung der Soll-Orientierung wirksam sind.
  14. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung an jeder Scheibe ein magnetisches Kupplungsteil vorgesehen ist, das in Umfangsrichtung nacheinander angeordnete Dauermagnete aufweist, die in Umfangsrichtung magnetisiert sind, oder Paare von Dauermagneten aufweist, wobei jedes Paar jeweils einen ersten Dauermagnet aufweist, der eine nach außen, insbesondere also senkrecht zur Konusoberfläche, gerichtete Magnetisierungsrichtung aufweist, und einen zweiten Dauermagnet, der eine nach innen, insbesondere also senkrecht zur Konusoberfläche, gerichtete Magnetisierungsrichtung aufweist.
  15. Anlage nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in Umfangsrichtung magnetisierten Dauermagnete oder die Paare jeweils in einer Ausnehmung oder Vertiefung, insbesondere Nut, eines von dem jeweiligen magnetischen Kupplungsteil umfassten Blechpakets oder Stahlteils vorgesehen sind, und/oder dass das Kupplungsteil in Umfangsrichtung jeweils abwechselnd ein in Umfangsrichtung magnetisierter Dauermagnet, insbesondere realisiert als Paar von Dauermagneten, und ein Eisen-haltiges Teil, insbesondere Stahlteil oder Stahlblechteil, aufweist, insbesondere das Kupplungsteil in Umfangsrichtung eine periodische Abfolge von Dauermagnet und Eisen-haltigem Teil, insbesondere Stahlteil oder Stahlblechteil, aufweist.
DE102009009073.8A 2009-02-16 2009-02-16 Anlage mit Antriebssystem Active DE102009009073B4 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009009073.8A DE102009009073B4 (de) 2009-02-16 2009-02-16 Anlage mit Antriebssystem

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009009073.8A DE102009009073B4 (de) 2009-02-16 2009-02-16 Anlage mit Antriebssystem

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009009073A1 true DE102009009073A1 (de) 2010-08-19
DE102009009073B4 DE102009009073B4 (de) 2014-03-13

Family

ID=42338732

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009009073.8A Active DE102009009073B4 (de) 2009-02-16 2009-02-16 Anlage mit Antriebssystem

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009009073B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014079881A2 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 Jaguar Land Rover Limited Electric machine and method of operation thereof
DE102011113877B4 (de) 2011-09-22 2019-05-16 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Verfahren zur Positionierung eines schienengeführten Mobilteils und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3428684C1 (de) * 1984-08-03 1986-06-05 Herbert Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Weh Magnetisches Getriebe
DE3814455C2 (de) * 1988-04-28 1995-04-06 Mtu Muenchen Gmbh Magnetgetriebe
CA2370416C (en) * 2001-02-07 2010-01-26 Denipro Ag Conveyor system
US20080203831A1 (en) * 2005-04-08 2008-08-28 Andrew Boyd French Magnetic Drive Apparatus
DE102008018884B4 (de) * 2007-05-02 2022-09-22 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Linearantrieb, Anlage und Verfahren

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011113877B4 (de) 2011-09-22 2019-05-16 Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg Verfahren zur Positionierung eines schienengeführten Mobilteils und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2014079881A2 (en) * 2012-11-20 2014-05-30 Jaguar Land Rover Limited Electric machine and method of operation thereof
WO2014079881A3 (en) * 2012-11-20 2015-03-12 Jaguar Land Rover Limited Electric machine and method of operation thereof
US10224767B2 (en) 2012-11-20 2019-03-05 Jaguar Land Rover Limited Electric machine and method of operation thereof

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009009073B4 (de) 2014-03-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10084652B4 (de) Elektrischer Motor des Innenläufertyps
WO2010048928A2 (de) Transversalflussmotor als aussenläufermotor und antriebsverfahren
DE102009038928A1 (de) Elektromotor
EP1858142A1 (de) Linearmotor
WO2008098403A2 (de) Elektrische maschine
DE19726352A1 (de) Magnetgelagerter elektrischer Antrieb mit konzentrierten Wicklungen
WO2005056195A1 (de) Aussenläuferantrieb
DE102013220495A1 (de) Elektrische Maschine
EP2284977A2 (de) Maschine zum Festlegen
DE102009009073B4 (de) Anlage mit Antriebssystem
WO2010091865A1 (de) Antriebssystem
EP2396883B1 (de) Anlage
DE102004014640A1 (de) Ultraleichter Hochmoment-Elektromotor
WO2012059535A1 (de) Wälzlager mit einem direktantrieb
DE102021101900A1 (de) Elektrische Maschine und Antriebsstrang für ein hybrid- oder vollelektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
DE102009009071B4 (de) Anlage mit Antriebssystem
DE4106484A1 (de) Buerstenloser gleichstrommotor fuer niedrige drehzahlen
DE102009006437B4 (de) Elektromotor mit integriertem Wellgetriebe
WO2021110223A1 (de) Stator einer rotierenden elektrischen maschine, rotierende elektrische maschine und antriebseinheit mit einer solchen maschine
DE112016005481T5 (de) Klauenrotor einer elektrischen Rotationsmaschine mit Klauen, die eine bogenförmige Fase haben
EP1612919A2 (de) Elektrische Rotationsmaschine und deren Verwendung
DE102014100197A1 (de) Oszillationsantrieb
DE102009009076A1 (de) Anlage und Verfahren zum Betreiben einer Anlage
EP2934980B1 (de) Schienenanlage, umfassend ein entlang einer schienenstrecke bewegbares schienenfahrzeug
DE10021368A1 (de) Mechatronischer Aktuator

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R020 Patent grant now final

Effective date: 20141216