DE2112708A1 - Anordnung zur Fuehrung von Hubkrafterzeugung bei raederlosen Bewegungsvorrichtungen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Führung und Hubkrafterzeugung bei räderlosen Bewegungsvorrichtungen Zusatzanmeldung zu Patent . ..* ... (Patentanmeldung P 20 64 844.6) Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Führung und Hubkrafterzeugung bei räderlosen Bewegungsvorrichtungen, insbesondere spurgebundenen Antrieben.
• Es ist bekannt, hierzu sogenannte Luftkissen zu erzeugen und mittels separater Antriebe für die Fortbewegung zu sorgen.
• Bei einem in Frankreich entwickelten Verfahren für den Bei trieb eines Luftkissenzuges, dem sogenannten Aerotrain, wird für den Antrieb ein Heckpropeller verwendet. Der Zug wird von einer ittelschiene geführte Für derartige, von einem Luftkissen getragene Züge, die somit keine mechanische Verbindung zur Fahrbahn mehr haben1 stellt für elektrische Traktion der Linearmotor die zur Zeit einzige Möglichkeit für den Antrieb dar.
• Für den borbeschriebenen Aerotrain ist ebenfalls Linearantrieb vorgesehen, wobei zwei symmetrische Induktoren im Fahrzeug mit der blittelscheibe als "Läufer" Anwendung finden sollen.
• Der elektrische Antrieb ist praktisch geräuschfrei. Die für den Schwebezustand notwendige Luftkissenerzeugung ist jedoch noch mit erheblicher Geräusch-, Wind- und Staubentwicklung verbunden. Darüber hinaus wird die vom rein elektrischen Antrieb verschiedene Hubkrafterzeugung über das Medium Luft als nachteilig empfunden. Derartige Fahrseuge bedürfen zudem noch besonderer seitlicher Führung durch die Schiene.
• Es ist bereits v.or längerer Zeit vorgeschlagen worden, einen Linearmotor nicht nur als Antrieb zu verwenden, sondern auch für den Auftrieb zur Gewichtsentlastung des Fahrzeuges aus zu nutzen Das durch das Eisen bedingte gefährliche "Klebenbleiben" des Linearmotors mußte durch Räder vermieden werden (deutsche Patentschrift 140 958). Es ist auch bereits bekannt, zur stationären Hubkrafterzeugung wechselstroespeiste Spulen heranzuziehen, die auf paramagnetische Körper wirken. So gelingt es z.3., mittels einer stromgespeisten und einer konzentrisch dazu angeordneten kurzgeschlossenen Spule eine Aluminiumkugel oder einen Ring gleichen Materials zu heben und in einer definierten Position zu halten (Buch: "New applioation of Modern Magnets" von Polgreen, insbesondere S. 267.) Hier setzt nun die Erfindung unter hinwendung dieses bekannten Effekts ein, wobei es gilt, eine systemgerechte, einfache und sichere Führung sowie Hubkrafterzeugung für sich linear bewegen-&e Vorrichtungen zu schaffen, die die ii vorstehenden aufgezeigten Mängel vermeidet und insbesondere ohne Räder auske It.
• Diese Aufgabe wird für eine Anordnung zur Führung und Hubkrafterzeugung bei räderlosen Bewegungsvorrichtunge», , insbesondere spurgebundenen Antrieben, unter Ausnutzung der magnetischen Einflußnahme von Spulenpaaren mit Spulen entgegengesetzter Wechseistromführung in angrenzenden Spulenleitern auf einen über gemeinsame Luftspalte befindlichen paramagnetischen Leitkörper dadurch gelöst, daß eine Reihe von Spulenpaaren längs eines als Leitband ausgebildeten gemeinsamen Leitkörpers angeordnet ist, wobei das Leitband mit seiner Breite den Durchmesser der inneren Spulenleiter überdeckt, jedoch schmaler als der Durchmesser der äußeren Spulenleiter gehalten ist, und daß für eine Relativbewegung zwischen Leitwand und den Spulenpaaren eine fortschreitende Erregung der Spulenpaare vorgesehen ist, Wenn das Fahrzeug durch einen Linearantrieb bewegt wird, dann ist es in Ausbildung der Erfindung zweckmäßig, daß die Spulenpaare einem Mehrphasen-Linearantrieb integriert sind. Damit ergibt sich die Möglichkeit, ein Fahrzeug nicht nur in bekannter Weise durch Linearantrieb zu bewegen, sondern durch diesen auch anzuheben und quer zur Schiene, d.h. hier dem Lei band, stabilisiert zu führen. Besonderer zusätzlicher Hilfsnittel bedarf es dazu eigentlich nicht. In der praktischen Ausführung wird lan jedoch eventuell aus Sicherheitsgründen Notführungseinrichtungen vorsehen, die ein IPltgleisen oder unbeabsichtigtes Aufsetzen verhindern.
• Durch besondere Ausbildung des Linearantriebs gelingt es, ohne besondere Spulenpaare innerhalb desselben auszukonen. Die normale Drehstroiankerwicklung erfüllt dann eine Doppelfunktion.
• Eine zweckmäßige Ausführung ergibt sich, wenn der Ständer des Nehrphasen-Linearmotors aus drei in Fahrzeuglängsachse unter Abstand parallel verlaufenden geblechten Teilen besteht, die gemeinsame Quernuten aufweisen, und daß in den Quernuten Phasenwicklungen derart untergebracht sind, daß sich in Phasenfolge annahernd konzentrische Spulenpaare ergeben.
• In weiterer Ausbildung der Erfindung ist dabei für den mittlerender geblechten Teile des Ständers etwa die doppelte Breite der beiden äußeren Teile vorgesehen. Bei Einlochwicklung finden dabei vier Quernuten pro Phase Verwendung, von denen jeweils die erste und vierte Quernut der Ausbildung der äußeren Spule und die zweite und dritte Quernut der Ausbildung der inneren Spule dienlich sind und die äußere Spule und die innere wellenartig in einem Zug gewickelt sind, wobei in den Quernuten die Stromrichtung jeweils umkehrt.
• Eine weitere Ausführungsform für einen entsprechend der Erfindung gestalteten Linearmotor ergibt sich, wenn der Ständer des Mehrphasenantriebs aus zwei in Fahrzeuglängsachse unter Abstand parallel verlaufenden geblechten und mit Quernuten versehenen Teilen besteht, in denen jeweils eine Drehstromankerwicklung definierter Länge untergebracht ist, wobei die Drehstromwicklungen gegensinnig geschaltet-und vom Leitband in seiner Breite weitgehend überdeckt sind. Hieraus resultiert der Vorteil eines nur zweigeteilten Ständers mit einfacher Wicklungsausführung.
• Die Drehstromankerwicklungen sind zweckmäßig als Schleifenwicklungen so ausgeführt, daß in den inneren Wicklungsabschnitten der beiden Drehstromwicklungen im wesentlichen entgegengesetzte Stromführung herrscht.
• Anhand von schematischen Beispielen wird die Erfindung naher erläutert.
• Es zeigen: Fig. 1 das bekannte Prinzip einer Schwebeanordnung mit zwei konzentrischen Spulen und einer Aluminiumscheibe; Fig. 2 eine Anwendung des in Fig. 1 gezeigten Prinzips für ein Leitband; Fig. 3 das Schema einer Wicklungsanordnung für einen Hubkraft erzeugenden Drehstrom-Linearmotor; Fig. 4 das Prinzip der Stromführung für nebeneinandergelegte Spulenpaare; Fig. 5 das Schema einer Wicklungsanordnung für einen Hubkraft erzeugenden Drehstrom-Linearmotor nach dem Prinzip gemäß Fig. 4.
• In Fig. 1 ist mit 1 eine innere und mit 2 eine äußere Spule bezeichnet. Die Spulen 1,2 dieses Paares sind konzentrisch auf einem Träger 3 montiert und haben ein Durchmesserverhältnis von etwa 2 : 1. Sie sind jeweils an eine Wechselspannung im allgemeinen höherer Frequenz, z.B. 400 oder 800 Dz, in entgegengesetztem Stromrichtrichtungssinn angeschlossen. Möglich ist es auch,die innere Spule 1 als Kurzschlußspule auszubilden.
• In der Fig. 1 ist ein Augenblickszustand durch Symbole angedeutet, von denen x ein momentanes Hineintreten des Stromes in die Zeichnungsebene und ein Heraustreten bedeuten. Die Ströme sind phasengleich zu halten. Schließt man die Stromkreise der Spulen, dann wird die bislang auf den Spulen aufliegende Scheibe 4 aus einem paramagnetischen Werkstoff, z.B. Aluminium, wie dargestellt in die Höhe gehoben und dort in der Schwebe gehalten.
• Die Scheibe hat zweckmäßig einen Durchmesser, der größer als der der inneren Spule 1, jedoch kleiner als der der äußeren Spule 2 gehalten ist. Sie wird deutlich zentriert. Nur gegen einen Widerstand läßt sie sich aus ihrer zentralen Position verschieben und kehrt bei einem Nachlassen der einwirkenden Störkräfte wieder in ihre Mittellage zurück. In der Aluminiumscheibe 4 fließen während des Schwebevorganges kzrzschlußartige Wirbelströme, durch die eine Erwärmung eintritt. Das Prinzip des Schwebens ist auch umkehrbar, d.h. die Spulen können über der Aluminiumscheibe in der Schwebe gehalten werden Anstelle einer Scheibe ist es auch möglich ein paramagnetisches Leitband zum Schweben zu bringen und zu führen, wobei linear eine Anzahl gleichartiger Spulenpaare, wie in Fig. 1 gezeigt, anzuordnen ist. Fig. 2 zeigt in Draufsicht das Prinzip einer solchen Anordnung. Die Innenspulen sind wieder mit 1 und die Außenspulen mit 2 bezeichnet. Die Durchmesser der Spulen 1,2 sind zweckmäßig etwa im Verhältnis 1 : 2 bei ungefähr gleicher Windungslänge auszuführen. Es ergibt sich dann etwa die doppelte Windungsaahl für di- annelspule,was hier der Einfachheit halber nicht dargestellt ist. Strichpunktiert ist ein über die Spulen gelegtes Leitband 5 aus Aluminium angedeutet. Werden die Spulen 1,2 erregt, so schwebt das Leitband 5 über den Spulen oder umgekehrt. Werden die Spulen 1,2 durch Drehstrom fortlaufend erregt, so stellt sich zusätzlich eine Relativbewegung zwischen Leitband 5 und dem die Spulen beinhaltenden Teil ein, wobei die Querfuhrung erhalten bleibt. In Anwendung auf Fahrzeuge wird man das Leitband fest als Schiene und den Spulenständer als bewegbares Fahrzeugteil ausbilden. Fig. 2 zeigt bereits schematisch dazu einen Ständer eines Linearmotors, der aus drei in Fahrzeuglängsachse unter Abstand parallel verlaufenden geblechten Teilen 6,7,8 besteht. Diese Teile werden von gemeinsamen Quernuten 9 durchzogen, in die die Spulen als Phasenspulen eingelegt sind.
• Fig. 3 zeigt, wie die Wicklung eines solchen bisher nur schematisch angedeuteten Linearmotors, der zusätzlich die magnetische Hubkraft erzeugt und das Fahrzeug auf der Schiene führt, zweckmäOig ausgebildet sein kann. Die Spulenpaare sind hierbei an die Phasen R,S, eines Drehstromnetzes höherer Frequenz angeschlossen. Denkbar sind aber auch Ausführungen, die mit Frequenzen arbeiten, die in der Nähe der Landes- oder Traktionsfrequenz liegen. Bei der hier angedeuteten Einlochwicklung finden jeweils vier Quernuten 9I bis IV pro Phase Verwendung. Die äußere Spule 2 und die innere Spule 1 jedes Paares sind dabei wellenartig in einem Zug gewickelt, wobei in den Quernuten bis IV die Stromrichtung jeweils umkehrt.
• Die Phasenspulen können auch in Zwei- oder Dreilochwicklung ausgebildet sein. Es können auch andere Wickelverfahren angewendet werden, wobei auf die Ausbildung der Gegenspulen zu achten ist.
• Anstelle von konzentrischen Spulenpaaren 1,2, wie sie nach den Figuren 1 und 2 Anwendung finden, sind auch Ausführungen mit nebeneinanderliegenden Spulen gleicher Windungszahl denkbar, die in bestimmter Schaltungstechnik gleiche oder ähnliche magnetische Verhältnisse bewirken. Fig. 4 zeigt das Prinzip der Stromführung für eine solche Ausführung. Danach genügt bei einem Spulenpaar eine gemeinsame Speisung der beiden Spulen 10 und 11, um zu den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen zu kommen.
• Der Stromverlauf ist dazu durch Pfeilspitzen angegeben. Die der Abstände der inneren Spulenleiter sind mit 13 und die/äußeren Spulenleiter mit 14 bezeichnet. Mit 12 ist eine Rechteckaluminiumscheibe angedeutet. Beim Einschalten des Stromes schwebt diese Scheibe wie die Scheibe 4 in Fig. 1. Es ist jedoch ein Verlust an Längsführung vorhanden, der die Verwendung dieses Prinzips der Spulenanordnung in einem Linearmotor begünstigt.
• Fig. 5 zeigt ein nach dem Prinzip der Fig. 4 aufgebautes Wicklungsschema für einen Drehstrom-Linearmotor. In zwei gestrichelt angedeuteten, unter Abstand parallel verlaufenden lamellierten Eisenkernen des Stators, die mit 15 und 16 bezeichnet sind, sind in Nuten jeweils Drehstromschieifenwicklungen (17,18) definierter Längserstreckung eingelegt. Ihre Anschlüsse U,V,W und U',V',W' sind an ein Drehstromnetz anzuschließen. Die Wicklungen sind der Ubersichtlichkeit halber offen gezeichnet; selbstverständlich sind sie in der Praxis elektrisch geschlossen und haben für einen Augenblickswert aie durch Pfeilspitzen angedeutete Stromlerteilung. Aus den iPirizflströmen reEi ierf Stromrichtungen in den inneren Wicklungsabschnitten 19,20 und den äußeren Wicklungsabschnitten 21,22, wie sie durch Pfeile hervorgehoben sind. Diese Stromrichtungen entsprechen den in den Figuren 1 und 2 erörterten Erfordernissen. Das als Rotor wirkende Leitband 5 des Lineariotors ist strichpunktiert dargestellt.
• Die in den Figuren gezeigten Wicklungsarten sind nur als busführungsbeispiele zu werten. Denkbar sind innere, denselben Zweck erfüllende Wicklungsarten, wie sie aus der Wicklungstechnik des Elektroiaschinenbaus her bekannt sind.

Claims (8)

Patentansprüche

1.) Anordnung zur Führung und Hubkrafterzeugung bei räderlosen Bewegungsvorrichtungen1 insbesondere spurgebundenen Antrieben, unter Ausnutzung der magnetischen Einfluß nahme von Spulenpaaren mit Spulen entgegengesetzter Wechseistromführung in angrenzenden Spulenleitern auf einen über g!emeinsante Luftspalte befindlichen paramagnetischen Leitkörper nach Patant . . . . ... (Patentanmeldung P 2 64 844.6), dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von Spulenpaaren (1,2) längs eines als Leitband(5) ausgebildeten gemeinsamen Leitkörpers angeordnet ist, wobei das Leitband (5) mit seiner Breite den Durchmesser der inneren Spulenleiter (1) überdeckt, jedoch schmaler als der Durchmesser der äußeren Spulenleiter (2) gehalten ist, und daß für eine Relativbewegung zwischen Leitband (5) und den Spulenpaaren (1,2) eine fortschreitende Erregung der Spulenpaare vorgesehen ist.

2.) Anordnung nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenpaare (1,2) einem Mehrphasen-Linearantrieb integriert sind.

3.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Mehrphasen-Linearsotor, dessen Ständer aus drei in Fahrzeuglängsachse unter Abstand parallel verlaufenden geblechten Teilen (6,7,8) besteht, die gemeinsame Quernuten (9) aufweisen, und daß in den Quernuten Phasenwicklungen derart untergebracht sind, daß sich in Phasenfolge annahernd konsentrische Spulenpaare ergeben.

4.) Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den mittleren der geblechten Teile (7) des Ränders etwa die doppelte Breite der beiden äußeren Teile (6,8) vorgesehen ist.

5.) Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Einlochwicklung vier Quernuten pro Phase (9I bis IV) Verwendung finden, von denen jeweils die erste und vierte Quernut (9I 9IV) der Ausbildung der äußeren Spule (2) und die zweite und dritte Quernut (9IIs 9III)der Ausbildung der inneren Spule dienlich sind.

6.) Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Spule (2) und die innere Spule (1) wellenartig in eines Zug gewickelt sind, wobei in den Quernuten (qI bis IV) die ßtroirichtung jeweils unkehrt.

7.) Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer des Mehrphasenantriebs aus zwei in Fahrzeuglängsachse unter Abstand parallel verlaufenden geblechten und mit Quernuten versehenen Teilen (15,16) besteht, in denen jeweils eine Drehstromankerwicklung (17 btw. 18) definierter Länge untergebracht ist und daß die Drehstromwicklungen (17,18) gegensinnig geschaltet und vom Leitband (5) in seiner Breite weitgehend überdeckt sind.

8.) Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehstromwicklungen (17,18) als Schleifenwicklungen so ausgeführt sind, daß in den inneren Wicklungsabschnitten (19, 20) der beiden Drehstromwicklungen (17,18) im wesentlichen entgegengesetzte Stromführung herrscht.

L e e r s e i t e