DE10207987A1 - Electric vehicle with levitation system has drive system within vehicle for generating electrical energy, linear motor and arrangement for controling and/or regulating drive system - Google Patents

Electric vehicle with levitation system has drive system within vehicle for generating electrical energy, linear motor and arrangement for controling and/or regulating drive system

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Abstract

The vehicle (1) has an electromagnetically activatable levitation system for raising the vehicle above a track (2) and/or for moving it along the track. A drive system (4) within the vehicle contains a current generation system (5) for generating electrical energy, a linear motor (7) and an arrangement (3) for controling and/or regulating the drive system. The linear motor is supplied by electrical energy from the current generation system.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs. The invention relates to an electric vehicle according to the Preamble of the independent claim.

Aus der DE 197 03 497 A1 ist eine Magnetschwebebahn bekannt, bei der ein Fahrzeug über einem Fahrweg schwebend bewegt wird. Solche Fahrwege sind sehr aufwendig und entsprechend teuer. Ein solcher Fahrweg ist z. B. in der DE 199 46 105 A1 näher beschrieben. Entlang des Fahrwegs sind Versorgungsleitungen vorzusehen, mit denen die im Fahrweg angeordneten Langstatormotoren versorgt werden, mit denen ein Schweben der Magnetschwebebahen über den Fahrweg erst ermöglicht wird. From DE 197 03 497 A1 a magnetic levitation train is known, in which a vehicle is hovering over a driveway. Such routes are very expensive and expensive. On Such infrastructure is z. B. in DE 199 46 105 A1 closer described. Along the driveway are supply lines provide, with which arranged in the track Long-stator motors are supplied, with which a hovering the Magnetic levitation on the guideway is only possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elektrisches Fahrzeug anzugeben, bei dem der Fahrweg einfacher und billiger gestaltet werden kann und der zudem einen verbesserten Personenschutz ermöglicht. The invention is based on the object, an electric Specify vehicle, in which the travel easier and cheaper can be designed and also an improved Personal protection possible.

Diese Aufgabe wird bei einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. This task is performed on a vehicle with the characteristics of Claim 1 solved.

Erfindungsgemäß wird das Fahrzeug mit einem Stromerzeugungssystem versehen, welches einen an Bord befindlichen Linearmotor antreibt. Damit entfällt die Notwendigkeit, entlang des Fahrwegs durchgängig Spulen bzw. Langstatormotoren vorzusehen, um das Fahrzeug zu bewegen. According to the invention, the vehicle with a Power generation system provided, which one on board driving linear motor drives. This eliminates the Need to consistently coil along the trackway Provide long-stator motors to move the vehicle.

Die Erfindung hat weiterhin den Vorteil, daß einerseits ein preiswerter Fahrweg für das Fahrzeug geschaffen werden kann, da dieser passiv, z. B. aus billigem Eisen statt aus Kupfer für Spulen oder Langstatormotoren, ausgeführt werden kann. Andererseits ist der relativ teure Antriebsmechanismus im Fahrzeug selbst integriert, wobei hier, verglichen mit der Anzahl der Fahrwegskomponenten, nur relativ geringe Stückzahlen notwendig sind. Da dieser Fahrweg aus Komponenten besteht, die in sehr hoher Stückzahl angefertigt werden müssen, können hier erhebliche Kosten eingespart werden. The invention also has the advantage that on the one hand a inexpensive track for the vehicle can be created because this passive, z. B. from cheap iron instead of copper for Coils or long-stator motors, can be performed. On the other hand, the relatively expensive drive mechanism is in Vehicle itself integrated, being here, compared with the Number of track components, only relatively small quantities necessary. Since this infrastructure consists of components that can be made in very large quantities, can here considerable costs can be saved.

Weiterhin kann der Antrieb des Fahrzeugs mit einem relativ hohen Spannungsniveau betrieben werden, da ein Hochspannungsschutz an Bord des Fahrzeugs einfacher zu gestalten ist als an einem relativ frei zugänglichen Fahrweg. Furthermore, the drive of the vehicle with a relative high voltage level can be operated as a High voltage protection on board the vehicle easier too Shaping is as a relatively freely accessible track.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the above and the hereinafter to be explained features not only in the each specified combination, but also in others Combinations or alone can be used without the To leave the scope of the present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung hervor. Further advantages and embodiments of the invention will be apparent the further claims and the description.

Die Erfindung ist nachstehend anhand einer Zeichnung näher beschrieben, wobei die Figuren zeigen: The invention is described below with reference to a drawing described, wherein the figures show:

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Anordnung eines Fahrzeugs und Fig. 1 is a schematic diagram of a preferred arrangement of a vehicle and

Fig. 2 eine günstige Weiterbildung der Erfindung mit einer Klimatisierung des Fahrzeugs. Fig. 2 shows a favorable development of the invention with an air conditioning of the vehicle.

In Fig. 1 ist eine Prinzipdarstellung einer bevorzugten Anordnung für ein Fahrzeug gemäß der Erfindung dargestellt. In Fig. 1 is a schematic diagram of a preferred arrangement for a vehicle according to the invention is shown.

Ein elektrisches Fahrzeug 1 in Form einer Magnetschwebebahn ist mit einem elektromagnetisch aktivierbaren Schwebesystem ausgestattet. Das Schwebesystem ermöglicht dem Fahrzeug 1 das Schweben über einem Fahrweg 2 und/oder die Fortbewegen längs des Fahrwegs 2. Beim Schwebesystem stehen prinzipiell Fahrzeug 1 und Fahrweg 2 miteinander in Wechselwirkung, wobei ein elektromagnetischen Antriebssystem mit einem magnetischen Körper wechselwirkt, so daß eine Bewegung des Fahrzeugs 1 entlang des Fahrwegs 2 zustande kommt. An electric vehicle 1 in the form of a maglev train is equipped with an electromagnetically activated floating system. The floating system allows the vehicle 1 to hover over a driveway 2 and / or move along the driveway 2 . In the floating system, in principle, the vehicle 1 and the travel path 2 interact with each other, wherein an electromagnetic drive system interacts with a magnetic body, so that movement of the vehicle 1 along the travel path 2 takes place.

Gemäß der Erfindung ist im Fahrzeug 1 ein Antriebssystem 4 angeordnet. Das Antriebssystem 4 umfaßt ein Stromerzeugungssystem 5 zum Erzeugen elektrischer Energie, optional einen Energiespeicher 6 zum Speichern von elektrischer Energie aus dem Stromerzeugungssystem 5, einen Linearmotor 7 sowie Mittel 3 zum Steuern und/oder Regeln des Antriebssystems 4 und zum Betreiben des Linearmotors 7. Die Mittel 3 können zumindest mit dem Stromerzeugungssystem 5 und/oder dem Linearantrieb 7 und/oder dem Energiespeicher 6 kommunizieren, dies ist durch die gestrichelten Linien in der Figur angedeutet. Die Mittel 3 können sowohl mikroelektronische Komponenten als auch Leistungselektronik wie Umrichter und dergleichen umfassen. Der Linearmotor 7 ist durch elektrische Energie des Stromerzeugungssystems 5 versorgbar. According to the invention, a drive system 4 is arranged in the vehicle 1 . The drive system 4 comprises a power generation system 5 for generating electrical energy, optionally an energy storage 6 for storing electrical energy from the power generation system 5 , a linear motor 7 and means 3 for controlling and / or regulating the drive system 4 and for operating the linear motor 7 . The means 3 can communicate at least with the power generation system 5 and / or the linear drive 7 and / or the energy store 6 , this is indicated by the dashed lines in the figure. The means 3 may comprise both microelectronic components and power electronics such as converters and the like. The linear motor 7 can be supplied by electrical energy of the power generation system 5 .

Dies bedeutet, daß der Fahrweg 2 nicht elektrisch aktiv sein muß in dem Sinne, daß durchgehend etwa Langstatormotoren vorzusehen sind, da die elektrische Energie zum Schweben des Fahrzeugs 1 direkt an Bord des Fahrzeugs 1 erzeugt wird. This means that the travel path 2 need not be electrically active in the sense that Langstatormotoren be provided continuously about, because the electric energy is generated to float the vehicle 1 directly on board the vehicle. 1

Damit entfällt die Notwendigkeit einer Elektrifizierung des Fahrwegs 2. Dieser muß auch keine Spulen aufweisen, damit sich das Fahrzeug 1 durch magnetische Abstoßung vom Fahrweg 2 heben kann, vielmehr sind Stromerzeugung und elektromagnetische Komponenten an Bord des Fahrzeugs 1 angeordnet. Der Fahrweg 2 kann dadurch sehr preiswert gestaltet werden. Ebenso entfallen Sicherungsmaßnahmen entlang des Fahrwegs etwa wegen vorhandener Hochspannung oder elektromagnetischer Felder außerhalb des Ortes des Fahrzeugs 1. This eliminates the need for electrification of the infrastructure 2 . This must also have no coils, so that the vehicle 1 can lift by magnetic repulsion from the guideway 2 , but power generation and electromagnetic components are arranged on board the vehicle 1 . The track 2 can be made very inexpensive. Likewise, security measures along the guideway omitted, for example because of existing high voltage or electromagnetic fields outside the location of the vehicle. 1

Besonders bevorzugt wird als Stromerzeugungssystem 5 ein Brennstoffzellensystem verwendet, bei dem einer Anodenseite einer Brennstoffzelleneinheit 11 ein wasserstoffhaltiges Betriebsmittel und einer Kathodenseite der Brennstoffzelleneinheit 11 ein sauerstoffhaltiges Medium, z. B. Luft, zugeführt wird, welche unter Bildung von Wasser miteinander reagieren und so elektrische Energie erzeugt wird. Particularly preferred as a power generation system 5, a fuel cell system is used, in which an anode side of a fuel cell unit 11, a hydrogen-containing equipment and a cathode side of the fuel cell unit 11, an oxygen-containing medium, for. As air is supplied, which react with each other to form water and thus electrical energy is generated.

Das Brennstoffzellensystem kann mit Wasserstoff als Betriebsmittel betrieben werden oder mit einem reformierbaren Betriebsmittel wie Alkohol, Kohlenwasserstoff, Ether und dergleichen, bei dem Wasserstoff durch Reformierung in einem Gaserzeugungssystem des Brennstoffzellensystems gewonnen wird, oder bei dem Wasserstoff direkt in der Brennstoffzelleneinheit 11, bei entsprechend hohen Betriebstemperaturen der Brennstoffzelleneinheit 11 gewonnen wird. Dabei ist kann die Brennstoffzelleneinheit 11 mit sogenannten Polymerelektrolyt- Brennstoffzellen ausgerüstet sein, die eine relativ geringe Betriebstemperatur um 100°C aufweist, oder es kann im letzteren Fall eine Brennstoffzelleneinheit 11 mit sogenannten Hochtemperaturbrennstoffzellen verwendet werden, welche bei Betriebstemperaturen von mehreren 100°C arbeitet. The fuel cell system may be operated with hydrogen as a resource or with a reformable resource such as alcohol, hydrocarbon, ether, and the like, in which hydrogen is recovered by reforming in a gas generating system of the fuel cell system, or in the hydrogen directly in the fuel cell unit 11 , at correspondingly high operating temperatures the fuel cell unit 11 is recovered. In this case, the fuel cell unit 11 may be equipped with so-called polymer electrolyte fuel cells, which has a relatively low operating temperature of 100 ° C, or in the latter case, a fuel cell unit 11 may be used with so-called high-temperature fuel cells, which operates at operating temperatures of several 100 ° C.

Weiterhin weist das Fahrzeug 1 einen Speichertank 8 für ein Betriebsmittel des Brennstoffzellensystems auf, welches dann der Brennstoffzelleneinheit 11 entsprechend einer Lastanforderung zugeführt wird. Zur Versorgung mit Sauerstoff kann Umgebungsluft zugeführt werden und z. B. mit einem Kompressor auf den gewünschten Betriebsdruck der Brennstoffzelleneinheit 11 gebracht werden. Furthermore, the vehicle 1 has a storage tank 8 for a resource of the fuel cell system, which is then supplied to the fuel cell unit 11 in accordance with a load request. To supply oxygen, ambient air can be supplied and z. B. are brought to the desired operating pressure of the fuel cell unit 11 with a compressor.

Das Brennstoffzellensystem bringt den Vorteil mit sich, daß das Spannungsniveau zur Versorgung des Linearmotors 7 sehr hoch liegen kann. Die Spannungslage läßt sich einfach durch die Größe der Brennstoffzelleneinheit 11 einstellen. Dies verbessert den Wirkungsgrad des Fahrzeugs 1. Wäre der Fahrweg 2 mit Spulen oder entsprechenden Komponenten versehen, müßten dort weiterhin aufwendige Maßnahmen zum Schutz gegen Hochspannung getroffen werden, bzw. das verfügbare Spannungsniveau wäre wegen der möglichen Gefährdung von Personen, die an den Fahrweg 2 gelangen können, beschränkt. Ein weiterer Vorteil des Brennstoffzellensystems ist, daß der Wirkungsgrad eines solchen Systems sehr günstig ist. Da es an Bord des Fahrzeugs 1 angeordnet ist, entfallen auch Übertragungsverluste von einem Kraftwerk oder dergleichen zum Fahrweg 2. The fuel cell system has the advantage that the voltage level for supplying the linear motor 7 can be very high. The voltage level can be easily adjusted by the size of the fuel cell unit 11 . This improves the efficiency of the vehicle 1 . If the guideway 2 provided with coils or corresponding components, there would still have to take costly measures to protect against high voltage, or the available voltage level would be limited because of the potential danger to persons who can get to the guideway 2 . Another advantage of the fuel cell system is that the efficiency of such a system is very favorable. Since it is arranged on board the vehicle 1 , transmission losses from a power plant or the like to the travel path 2 are also eliminated.

Besonders bevorzugt ist der Linearmotor 7 als geschaltete Reluktanzmaschine ausgeführt. Der besondere Vorteil ist, daß die geschaltete Reluktanzmaschine im Gegensatz zu üblichen permanenterregten Synchronmaschinen (PSM) oder Asynchronmaschinen (ASM) deutlich geringere Anforderungen an die Temperierung stellt als PSM oder ASM. Eine Reluktanzmaschine läßt sich wesentlich leichter "entwärmen" als andere Maschinen, da die Wärmeverluste im Betrieb überwiegend im Stator auftreten. Dies vereinfacht das thermische Management im Betrieb. Particularly preferably, the linear motor 7 is designed as a switched reluctance machine. The particular advantage is that the switched reluctance machine, in contrast to conventional permanent-magnet synchronous machines (PSM) or asynchronous machines (ASM) significantly lower demands on the temperature than PSM or ASM. A reluctance machine is much easier to "degas" than other machines, since the heat losses during operation predominantly occur in the stator. This simplifies thermal management during operation.

In Fig. 2 ist eine Weiterbildung der Erfindung dargestellt. Eine Kühleinrichtung 9 des Brennstoffzellensystems, z. B. ein Kühlkreislauf der Brennstoffzelleneinheit 11, ist mit einer Klimatisierungseinrichtung 10 des Fahrzeugs 1 verbunden. In Fig. 2 is a development of the invention is illustrated. A cooling device 9 of the fuel cell system, for. As a cooling circuit of the fuel cell unit 11 is connected to an air conditioning device 10 of the vehicle 1 .

Dadurch kann die Abwärme des Brennstoffzellensystems, etwa von Komponenten eines Gaserzeugungssystems und/oder der Brennstoffzelleneinheit 11 vorteilhaft zur Klimatisierung bzw. Erwärmung des Fahrzeugs verwendet werden. Weiterhin kann das beim Betrieb des Brennstoffzellensystems entstehende Produktwasser zum einen zur Befeuchtung von Prozeßmedien für die Stromerzeugung verwendet werden und überschüssiges Prozeßwasser als Brauchwasser im Fahrzeug 1 und/oder zum Beheizen des Fahrzeugs 1 verwendet werden. Thereby, the waste heat of the fuel cell system, such as components of a gas generating system and / or the fuel cell unit 11 can be advantageously used for air conditioning or heating of the vehicle. Furthermore, the product water produced during operation of the fuel cell system can be used for humidifying process media for power generation and excess process water can be used as process water in the vehicle 1 and / or for heating the vehicle 1 .

Weiterhin kann der Energiespeicher 6 des Antriebssystems 4 als Startkomponente zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen sein. Mit elektrischer Leistung des Energiespeichers 6 können Komponenten des Brennstoffzellensystems schnell auf die notwendige Betriebstemperatur gebracht werden. Beim Abbremsen des Fahrzeugs kann der Linearmotor 7 rekuperieren und so elektrische Energie in den Energiespeicher 6 einspeisen. Es kann auch ein separater Generator vorgesehen sein, der beim Bremsen Energie in den Energiespeicher 6 einspeisen kann. Furthermore, the energy store 6 of the drive system 4 can be provided as a starting component for starting the fuel cell system. With electrical power of the energy storage 6 components of the fuel cell system can be quickly brought to the required operating temperature. When braking the vehicle, the linear motor can recuperate 7 and so feed electrical energy into the energy storage 6 . It can also be provided a separate generator, which can feed energy into the energy storage 6 when braking.

Weiterhin kann das Fahrzeug 1 mehr als ein Stromerzeugungssystem 5 bzw. mehr als ein Antriebssystem 4 aufweisen. Zum einen kann das Fahrzeug 1 aus mehr als einem Waggon bestehen. Auf jedem Waggon des Fahrzeugs 1 kann eine derartige Antriebsvorrichtung 4 vorhanden sein, oder aber nur in den Triebköpfen an beiden Enden des Fahrzeugs oder nur in einem Triebkopf des Fahrzeugs 1. Furthermore, the vehicle 1 may have more than one power generation system 5 or more than one drive system 4 . On the one hand, the vehicle 1 can consist of more than one wagon. On each car of the vehicle 1 , such a drive device 4 may be present, or only in the power cars at both ends of the vehicle or only in a power car of the vehicle. 1

Sind mehrere Antriebssysteme 4 vorgesehen, so werden Mittel zur Regelung so abgestimmt, daß die Energieeinspeisung in die Antriebssysteme 4 aufeinander abgestimmt sind, so daß gegensätzlich wirkende bzw. unerwünschte bremsende Momente vermieden werden. Ebenso ist es möglich, bei Verwendung mehrerer Antriebssystemen 4 Temperatureinflüsse bei der Abstimmung der Antriebssysteme 4 einzubeziehen. So können bei langen Fahrzeugen mit mehreren Waggons beachtliche Längenänderungen des Gesamtfahrzeugs abhängig von Umgebungstemperaturen auftreten, die sinnvollerweise kompensiert werden sollen. If a plurality of drive systems 4 are provided, control means are tuned so that the energy input into the drive systems 4 are matched to each other, so that oppositely acting or undesirable braking moments are avoided. Likewise, it is possible to include 4 temperature influences in the tuning of the drive systems 4 when using multiple drive systems. Thus, in long vehicles with several wagons considerable changes in length of the entire vehicle depending on ambient temperatures occur, which are usefully compensated.

Claims (7)

1. Elektrisches Fahrzeug (1) mit einem elektromagnetisch aktivierbaren Schwebesystem zum Schweben des Fahrzeugs (1) über einem Fahrweg (2) und/oder zum Fortbewegen längs eines Fahrwegs (2), dadurch gekennzeichnet, daß im Fahrzeug (1) ein Antriebssystem (4) angeordnet ist, wobei das Antriebssystem (4) ein Stromerzeugungssystem (5) zum Erzeugen elektrischer Energie, einen Linearmotor (7) sowie Mittel (3) zum Steuern und/oder Regeln des Antriebssystems (4) umfaßt, wobei der Linearmotor (7) durch elektrische Energie des Stromerzeugungssystems (5) versorgbar ist. 1. An electric vehicle ( 1 ) with an electromagnetically activatable levitation system for levitating the vehicle ( 1 ) over a travel path ( 2 ) and / or traveling along a travel path ( 2 ), characterized in that in the vehicle ( 1 ) a drive system ( 4 ,) is arranged wherein the drive system (4) (5) electrical generating energy, a linear motor (7) and means (3) comprises a power generation system for controlling and / or regulating the drive system (4), wherein the linear motor (7) electrical energy of the power generation system ( 5 ) can be supplied. 2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Energiespeicher (6) zum Speichern von elektrischer Energie aus dem Stromerzeugungssystem (5) vorgesehen ist. 2. Vehicle according to claim 1, characterized in that in addition an energy store ( 6 ) for storing electrical energy from the power generation system ( 5 ) is provided. 3. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stromerzeugungssystem (5) ein Brennstoffzellensystem ist. 3. Vehicle according to claim 1, characterized in that the power generation system ( 5 ) is a fuel cell system. 4. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fahrzeug einen Speichertank (8) für ein Betriebsmittel des Brennstoffzellensystems aufweist. 4. Vehicle according to claim 1, characterized in that the vehicle has a storage tank ( 8 ) for a resource of the fuel cell system. 5. Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kühleinrichtung (9) des Brennstoffzellensystems mit einer Klimatisierungseinrichtung (10) des Fahrzeugs (1) verbunden ist. 5. Vehicle according to claim 2, characterized in that a cooling device ( 9 ) of the fuel cell system with an air conditioning device ( 10 ) of the vehicle ( 1 ) is connected. 6. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor (7) als geschaltete Reluktanzmaschine ausgeführt ist. 6. Vehicle according to claim 1, characterized in that the linear motor ( 7 ) is designed as a switched reluctance machine. 7. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher (6) als Startkomponente zum Starten des Brennstoffzellensystems vorgesehen ist. 7. Vehicle according to claim 1, characterized in that the energy store ( 6 ) is provided as a starting component for starting the fuel cell system.
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