DE1941613A1 - Elektrodynamischer Wanderfeldmotor - Google Patents

Description

31ekt rodynamischer Wand erf eldmot or
(Linearmotor)

Unter elektrodynamischen Viand er f eldmotoren bzw. Lineariaotoren versteht man bekanntlich Induktionsmaschinen mit geradlinigem Luftspalt, wobei - je nach Anwendungsfall -der ruhende oder bewegte Teil als Induktor ausgebildet (d.h. mit einer Drehstromwicklung versehen) ist, während der andere Teil aus einer elektrisch leitenden iieakt ions schiene besteht.

In den meisten Fällen ist das i.laterial dieser Schiene Kupfer oder Aluminium, d.h. ein magnetisch nicht leitendes Metall. Der elektrisch wirksame Luftspalt derartiger Anordnungen ist also, verglichen mit rotierenden Sreliieldmaschinen, sehr groß. Hinzu kommt noch, daß der mechanisch erforderliche Luftspalt ebenfalls wegen der notv/encigen, nicht unerheblichen Spiele im Führungssystem Werte annimmt, die wesentlich größer sind als jene bei rotierenden Maschinen.

Da die Polteilung des Wanderfeldmotors nicht beliebig groß ausgeführt werden kann, wird der zur Erzeugung des Haschinenfeldea notwendige Magnetisierungsstrombelag sehr hoch sein* Srfolgt die Magnetisierung durch das Drehstromsystem, - wie es bei der Induktionsmaschine der Fall ist-, so bedeutet dies einen sehr großen Blindleistungsbedarf, d.h. einen äußerst kleinen Leistungsfaktor selbst bei annähernd synchronem Betriebszustand.

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3ino Abhilfe in dieser Hinsicht bestünde, darin, die Schiene, aus jüsen oder Stahl zu machen. Der Blindleistungsbedarf für die Magnetisierung würde zwar zurückgehen, dafür würde aber der "sekundäre" leistungsfaktor sehr stark absinken und die Sekundärverluste (der Schlupf) stark ansteigen, wie es von Induktionsmaschinen mit massivem Disenläufer bekannt ist.

Üino entscheidende Verbesserung von Leistungsfaktor und Wirkungsgrad wird erst erreicht, wenn gemäß der 2rf indung die Br- : regung des &iaschinenfeldes durch eine besondere Erregerwicklung erfolgt, die vorzugsweise mit Sieichstrom gespeist wird. Das Induktionsprinsip wird also verlassen, und das luft spalt f.eld wird durch eine von Sljichstrom durchflossen Υ«icklung erregt * so daß die Magnetisierungsleistung auf die ohaschen Verluste dieser Wicklung surückgeht. Die Schiene kann dabei (wie das Polrad einer Synchronmaschine) aus bewickelten Polen aufgebaut werden, während der "Induktor" erhalten bleibt. Biese Lösung ist allerdings aus wirtschaftlichen Gründen auf -jene Änwendunjsfälle beschränkt, bei denen der Sekundärteil, in Bewegungsrichtunj gesehen, relativ kurz sein kann. ^: ; ·■ ■'. . . ■·.■■■ ■ ■ ·"-

In Weiterbildung des ürfindungsgedankens ist es besonders vorteilhaft, wenn der Induktor zusätzlich zur Srehstr ηWicklung . eine "Erregerwicklung" erhält und der Sekundärteil in Abständen, welche der Induktorpolteilung entsprechen, aufeinander folgende, magnetisch leitende und nicht leitende Abschnitte aufweist. Der magnetische Kreis ist also so angeordnet, daß von der Erregerwicklung bei stromloser Drehstronmicklung ein i&gnotflußquer zur luftspaltfläche induziert wird.

Dies Rann z.B. dadurch realisiert werden* daß eine Schiene aus Bisen oder Stahl entsprechende Ausnehmungen aufweist. Für die

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Anwendung bei Schienenfahrzeugen könnte man z.B. an jeder Schienenschwelle ein Flacheisenstiick befestigen»

Lic Zrfindung sei nun an Hand des in den Figuren 1 und 2 dargestellten Ausiuhrungsbeispieles näher erläutert.

Fig. 1 zeigt den Aufbau des Linearmotors. Der Induktor J besteht aus den Jochen 2, den Blechpaketen 3 sowie den Drehstromwicklungen 4 und der Erregerwicklung 5. Der räumliche Verlauf des Magnetflusses 0 ist gestrichelt angedeutet.

In der den Grundriß zeigenden Figur 2 ist die Drehstromwicklung 4·durch die Nutstromvolumina der einzelnen Phasen dargestellt, wobei eine dreiphasige Wicklung mit einer Hut pro Pol und Phase zugrunde gelegt wurde. Es wurde jener Zeitaugenblick herausgegriffen, in welchem der Strom i in der rhase 1 gleich Null ist und die Ströme iv und i gleich, groß und entgegengesetzt gericht et s ind.

Unter der annähernden Voraussetzung, daß ein Luft spaltfluß nur in den Bereichen vorhanden ist, in welchen der weitaus größte Teil des Abstandes zwischen den beiden Blechpaketen 5 durch das iisen des Sekundärsystems 6 überbrückt wird, werden auf den In-•duktor 1 die in Fig. 2 eingezeichneten Kräfte P ausgeübt. Liese Kräfte P sind proportional der Luftspaltfläche des Induktors 1, der .Luft spalt induktion sowie dem Strombelag der Drehst ro raw icklung 5. Da im Sekundärsystem 6 - abgesehen von Wirbelstromverlusten zufolge Induktornutung, Oberwellengehalt des Strombelages sowie bei Ein- und Austritt in bzw. aus dem Induktor 1 keinerlei Verluste auftreten, muß der Wirkungsgrad gegenüber Anordnungen, die auf dem Induktionsprinzip beruhen, erheblich besser sein. . -.-■ y~ _u . U-v.- ; .

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Wie aus der Beschreibung des Ausführungsbeispieles hervorgeht,., bedeutet eine -Verdroßeru-n.g -des iiestluftspalt es innerhalb bestimmter Grenzen lediglich eine Vergrößerung derErregerwicklung bzw-, deren Verlustleistung, die gegenüber dem Gesamtaufwand jedoch eine untergeordnete 2o.lle spielen. Deshalb ist es z.B. durchaus denkbar, \bei Schienenfahrzeugen den Induktorstarr mit dem Fahrzeugkasten zu verbinden und sowohl alle Federwege sowie vor allem die herbewegungen des Fahrzeuges einschließlichder zulässigen Spurkranzabnutzung im Luftspalt aufzunehmen.

Dies bedeutet, daß eine iiuer- und Vertikal führung des Induktors bezüglich der xieakt ions schiene - welche besonders bei hohen Geschwindigkeiten zu erheblichem konstruktiven Aufwand sowie auch Verschleiß führen muß - nicht erforderlich wäre. Selbstverständlich kann dieser Vorteil auch bei anderen Anwendungsfallen genutzt werden.

Die Speisung der Lrehstromwicklung des Induktors kann auf mehrere Arten erfolgen:

Bei Speisung durch konstante Frequenz wird zunächst "asynchron" hochgefahren, wobei sich die Anordnung wie ein Induktionsmotor mit massivem iisenjäufer verhält." Nach Erreichen der "Synchronen" Geschwindigkeit verhält sich die Anordnung wie eine Synchronmaschine. '

2s ist jedoch besonders zweckmäßig, die Drehstrorawickluiig mit veränderlicher Frequenz über einen Stromrichter zu speisen, der" ein Direktumrichter, ein Zwischenkreisumrichter oder ein Wechselrichter sein kann. In diesem Fall kann ein weiterer Vorteil der beschriebenen Anordnung genutzt werden:'-Sine u.U. erforderliche Zwangskonmutierungseinrichtung braucht nicht -wie bei

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Anordnungen, die auf dsm Indukt ionsprinsip "beruhen - für den gesamten Geschwindigkeitsbereich bemessen zu v/erden, sondern beschränkt sich auf den untersten Bereich, wodurch der Aufwand erheblich reduziert werden kann.

Die Speisung der Erregerwicklung erfolgt.vorzugsweise mit Gleichstrom, entweder als "Fremderregung" oder aber als "Heihenschlußerregung". .

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9 Ansprüche

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Claims (9)

PLA 69/0088 ent ans ρ rüche;

1.)Elektrodynamischer franderfeldmotor (Linearmotor), dadurch gekennzeichnet, daß die Erregung des Maschinenfeldes durch eine besondere Erregerwicklung (5) erfolgt, welche vorzugsweise mit Gleichstrom gespeist wird.

2. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Sekundär sy st em mit bewickelten Polen ausgestattet ist. .

3. Elektrodynamischer Sanderfeldmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung (5) auf dem Induktor (1) angebracht ist und das Sekundärsystem (6) abwechselnd magnetische und uninagnetische Abschnitte aufweist, deren lange der Polteilung der Drehstromwicklung (4) des Induktors (1) entspricht.

4. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromwicklung (4) des Induktors

(1) von einem Netz konstanter frequenz gespeist wird.

5. Elektrodynamischer Wanderfeldmotar nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromwicklung (4) mit veränderlicher Frequenz gespeist wird, vorzugsweise über einen Stromrichter*

6. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter ein Direktumrichter ist.

7. Elektrodynamischer Äanderfeldmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromrichter ein Zwischenkreisumrichter ist.

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8. Elektrodynamischer Wand erf elduio tor nach Anspruch 5, dadurch jekennzeichn/jt, daß der Stromrichter ein '.'.echselrichter ist.

9. Elektrodynamischer Wanderfeldmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die notwendige Zv/angskommutierung auf den unterηten Drehzahlbereich beschränkt ist.

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