DE2121057B2 - Unipolar-linearmotor - Google Patents

Description

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Unipolar-Linearmotor der eingangs genannten Art unler Anwendung des an sich bekannten Prinzips der Reihenschaltung von Leiterstäben so weiterzubilden, daß er auch für den Antrieb von Magn.-tkissen-Zügen bzw. .Transportmitteln mit hohen Leistungsanforderungen geeignet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Anwendung auf den Antrieb von Magnetkissen-Zügen bzw. -Transportmitteln die mittig einer Fahrzeugspur bzw. einer Transportstrecke geführte Ankerschiene auf ihrer Oberkante zwei elektrisch voneinander isolierte Plus- und Minus-Stromversorgungsschienen sowie an jeder Seite eine Reihe Leiterstäbe mit an ihren oberen und unteren Enden zugeordneten Kontaktkörpern aufweist, die in der Länge der Ankerschiene nebeneinanderliegend durch Isolierfelder von gleicher Breite der Kontaktkörper getrennt, als Kontaktbahnen ausgebildet sind, auf ienen am Fahrzeug angeordnete Bürsten-Gruppen von hiiuereinander angeordneten Reihenschlußbürsten gleiten, daß innerhalb eines magnetischen Wirkfelds an jeder Seite der Ankerschiene für sich je eine obere Reihenschlußbürste und je eine untere Reihenschlußbürste durch je einen ebenfalls am Fahrzeug angeordneten und außerhalb des Magnetfeldes geführten Reihenschlußleiter dergestalt verbunden ist, daß je eine obere Bürste mit je einer in Fahrtrichtung versetzten unteren Bürste elektrisch in Reihe geschaltet ist und dadurch mehrere Leiterstäbe an jeder Seite der Ankerschit/ie miteinander je eine Leiterstab-Reihenschah-Gruppe bilden, daß ein Reihenschlußzwischenleiier von einer letzten Reihenschlußbürste der Bürstengruppe an der einen Seite der Ankerschiene zu einer ersten Reihenschlußbürste der Bürstengruppe an der anderen Seite der Ankerschiene hinüberführt und dadurch die beiden Leiterstab-Rethenschalt-Gruppen beiderseits der Ankerschiene eine einheitlich geschlossene und wirksame Leiterstab-Reihenschaliung bilden, wobei die äußeren Enden dieser Reihenschaltung unter Zwischenschaltung einer Umformer- und Steueranlage über Haupt-Bürsten mit den Plus- und Minus-Stromversorgungsschienen verbunden sind.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß gegenüber einer »Nur-Parallelschaltung« der Stableiter in der Ankerschiene — bei der sehr große Stromstärken bei relativ ungünstig kleinen Betriebsspannungen auftreten — mit einer erfindungsgemäßen Reihenschaltung nicht nur einer Leilerstabreihe sondern zweier Reihen in der Ankerschiene räumlich parallel angeordneter Leiterstäbe relativ brauchbare Betriebsspannungen bei relativ günstigen Betriebsströmen erreicht werden. Dabei kann die Ankerschiene relativ einfach und kostengünstig hergestellt werden, weil die Reihenschluß'eiter nicht entlang der gesamten Verkehrsstrecke angeordnet, sondern nur auf dem relativ kleinen Raum des oder der Feldmagneten innerhalb des Fahrzeugs vorhanden sein müssen. Der Betriebsstrom fließt exakt abgegrenzt nur im unmittelbaren und tatsächlichen Wirkbercich der Feldmagnetpole.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine stirnseitige Ansicht eines kompletten Li- ⁽>5 nearmotors in einem senkrechten Schnitt, in der zum Zwecke einer klaren Übersicht nur der Feldmagnet mn ReziiBszeichen versehen ist.

F i g. 2 eine Ansicht nach Fig. 1. jedoch ohne Feldmagnet, in der mit Bezugszeichen versehen nur das Reihenschaltprinzip dargestellt wird,

F i g. 3 eine Seitenansicht in einem senkrechten Schnitt, in der ebenfalls zum Zwecke einer klaren Übersicht nur der Feldmagnet mit Bezugszeichen versehen ist,

Fig. 4 eine Ansicht nach F i g. 3, in der. wie in F i g. 2, nur das Reihenschaltprinzip mit Bezugszeichen versehen dargestellt wird.

Die Ankerschiene ist der entlang der gesamten Bahn- bzw. Transportstrecke ortsfest installierte Teil des Linearmolors. In F i g. 2 und 4 ist sie mit den erforderlichen Bezugszeichen dargestellt. Ein Ankerschienenkörper 4 trägt in der Ankerschiene beiderseits vertikal und parallel angeordnete Leiterstäbe 6 und 9. Den Leiterstabenden sind an einer Seite der Ankerschiene obere Kontaktkörper 5 und untere Kontaktkörper 7 zugeordnet. Mit 8 und 10 sind den Leiterstäben an der anderen Seite der Ankerschiene zugeordnete obere und untere Kontaktkörper bezeichnet. An der Ankerschienen-Obei kante sind Stromversorgungsschienen 11 und 12 dargestellt.

Die in den Figuren mit allen übrigen Bezugszeichen dargestellten Teile sind die mobilen, d. h. unmittelbar mn dem Fahrzeug verbundenen und somit mit dem Fahrzeug sich fortbewegenden Teile des Lineurmotors. und zwar sind in F i g. 1 und 3 mit 1 der Eisenkörper bzw. Kern des Feldmagneten, mit 2 die Erregerspule und mit 3 die Polflächen N und .S" des Feldmagneten bezeichnet.

Bürsten 13 und 23 (F i g. 2 und 4) dienen als Plusbzw. Minus-Haupt-Stromabnahmevomehtung. Sie sind in einer entsprechend geeigneten Halterung am Fahrzeug angeordnet und haben stets Kontakt mit den Stromversorgungsschienen 11 und 12.

Von der Plus-Bürste 13 führt der Strom über eine Leitung 14 — zunächst über eine in den Zeichnungen nicht dargestellte Umformer- und Steueranlage — zu einer ersten von fünf oberen, mit dem Fahrzeug verbundenen Reihenschlußbürsten 15, die in Fahrtrichtung hintereinander seitlich an den oberen Kontaktkörpern 5 schleifend auf einer durch die Magnetpole abgegrenzten Länge angeordnet sind. Von der Bürste 15 wird der Strom auf einen oberen Kontaktkörper 5 übertragen und fließt durch einen diesem Kontaktkörper zugeordneten Leiterstab 6 zu einem unteren Kontaktkörper 7. Von diesem wird der Strom auf eine erste \on fünf unteren Reihenschluöbürsten 16 übertragen, die ebenfalls mit dem Fahrzeug verbunden sind und in Fahrtrichtung hintereinander seitlich an den unteren Kontaktkörpern 7 schleifend auf einer durch die Magnetpole abgegrenzten Länge angeordnet sind. Von dieser Bürste 16 fließt der Strom über einen, in F i g. 3 und 4 schräg geführten, ersten von fünf, ebenfalls mit dem Fahrzeug verbundenen, jedoch außerhalb des magnetischen Wirkfeldes geführten Reihenschlußleiter 17 zu einer unmittelbar benachbarten oberen Reihenschiußbürste 15.

Hat der Strom an der einen Seite der Ankerschiene 4 alle unmittelbar bz\s. mittelbar im Bereich des magnetischen Wirkfeldes liegenden oberen und unteren Reihenschlußbürsten 15 und 16, alle oberen und unteren Kontaktkörper 5 und 7. alle Lcilerstäbe 6 und alle Reihenschlußleiter 17 — (in F i g. 3 im Rahmen des magnetischen Wirkfeldes mit je fünf in der Anzahl dargestellt) — durchflossen, und zwar in der gleichen oben beschriebenen Reihenfolge, wobei ausschließlich die je-

weils fünf Leiterstäbe 6 unmittelbar im magnetischen Wirkfeld liegen, die dazugehörenden Kontaktkörper 5 und 7 und Bürsten 15 und 16 nur mittelbar im Wirkfeld und die Reihenschlußieiter 17 generell außerhalb des Wirkfcldes, so wird der Strom über einen Reihenschluß-Zwischenleitcr 18 zur anderen Seite der Ankerschiene 4 geführt, wo er in gleicher Reihenfolge obere und untere Reihenschlußbürsten 19 und 20, die Kontaktkörper 8 und 10, die Leiterstäbe 9 und Reihenschlußleiter 21 bis zu einer Rückführschaltung 22 durchfließt.

Über die Rückführleitung 22, die mit der Minus-Bürste 23 der Hauptstromabnahmevorrichtung verbunden ist. die wiederum auf der Stromversorgungs-Schiene 11 gleitend aufliegt, ist der gesamte Stromkreis durch den mobilen und ortsfesten Teil des Linearmotors innerhall des Wirkberciche.s des sich fortbewegenden Magnet kisscn-Zuges geschlossen. Hierbei kann es zunächst da hingestellt bleiben, ob die Erregerspule des Fcldmagne ten im Reihen- oder F'arallclschluß angeordnet sind.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Linearmotor: beruht auf dem hinlänglich bekannten Prinzip: »Au einen stromdurchflossenen. senkrecht zu den Feldlinicr eines Magnetfeldes sich bewegenden Körper wirk eine Kraft.« Diese Kraft ist der magnetischen Feldslär ke ßdes magnetischen Feldes, der wirksamen Länge 1 und der Anzahl /. der von den Feldlinien geschnittener Leiterstäbe und der Stromstärke I in den Leitcrstäber proportional.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Unipolar-Linearmotor, bestehend aus einer ortsfest installierten, hochkant stehenden Ankerschiene mit vertikal darin angeordneten und elektrisch voneinander isolierten Leiterstäben, denen der Strom über Bürsten zugeführt wird, die beiderseits der Ankerschiene oben und unten auf den Leiterstabehden zugeordneten Kontaktbahnen gleiten, und aus mindestens einem Elektrofeldmagnet, der den längs der Ankerschiene beweglichen Teil des Linearmotors darstellt, ir.it dem die Bürsten verbunden sind und dessen Eisenkern die Ankerschiene von oben in der Weise umfaßt, daß seine Schenkel einen von Magnetpolen eingegrenzten Luftspalt bilden, in dem die Ankerschiene liegt, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung auf den Antrieb von Magnetkissen-Zügen bzw. -Transportmitteln tlic niiitig einer Fahrzeugspur bzw. einer Transport- »trecke geführte Ankerschiene auf ihrer Oberkante zwei elektrisch voneinander isolierte Plus- und Minus-Stromversorgungsschienen (11, 12) sowie an jetler Seite eine Reihe Leitersiäbe (6. 9) mit an ihren oberen und unteren Enden zugeordneten Kontaktkörpern (5, 7. 8. 10) aufweist, die in der Länge der Ankerschiene nebeneinanderliegend durch Isolierfelder (24. 25) von gleicher Breite der Kontaktkörper getrennt, als Kontaktbahnen ausgebildet sind, Huf denen am Fahrzeug angeordnete Bürstcn-Gruppen von hintereinander angeordneten Reihen- »chlußbürsten (15. 16. 19, 20) gleiten, daß innerhalb fines magnetischen Wirkfelds an jeder Seite der Ankerschiene für sich je eine obere Reihenschlußbürste (15. 19) und je eine untere Reihenschlußbür- »te (Ib. 20) durch je einen ebenfalls am Fahrzeug angeordneten und außerhalb des Magnetfeldes gelührten Reihensehlußleiier (17, 21) dergestalt verbunden ist, daß je eine obere Bürste mit je einer in !•"ahrtrichumg versetzten unteren Bürste elektrisch in Reihe geschaltet ist und dadurch mehrere Leiter-Stabe (β, 9) an jeder Seite der Ankerschiene miteinender je eine I.eiterstab-Reihenschalt-Gruppe bilden, daß ein Reihenschluß-Zwisehenleiter (18) von einer letzten Reihenschlußbürste (16) der Bürstengruppe an der einen Seite der Ankerschiene zu einer ersten Reihenschlußbürste (19) der Bürstenfruppe an der anderen Seile der Ankerschiene hinüberführt und dadurch die beiden Leitcrstab-Rcilienschalt-(inippen beiderseits der Ankerschiene eine einheitlich geschlossene und wirksame Leiter- »tab-Reihenschaltung bilden, wobei die äußeren Enden dieser Reihenschaltung unter Zwischenschaltung einer Umformer- und Steueranlage über Haupt-Bürsten (13, 23) mit den Plus- und Minus-Stromversorgungsschienen (11. 12) verbunden sind.

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   Die Erfindung bezieht sich auf einen Unipolar-Linearmotor. bestehend aus einer ortsfest installierten, hochkart stehenden Ankerschiene mit vertikal darin angeordneten und elektrisch voneinander isolierten Leiterstäben, denen der Strom über Bürsten zugeführt wird, die beiderseits der Ankerschiene oben und unten auf den Leiterstabenden zugeordneten Kontaktbahncn gleiten, und aus mindestens einem Elektrofeldmagnet. der den längs der Ankerschiene beweglichen Teil des Linearmotors darstellt, mit dem die Bürsten verbunden sind und dessen Eisenkern die Ankerschiene von oben in der Weise umfaßt, daß seine Schenkel einen von Magnetpolen eingegrenzten Luftspalt bilden, in dem die Ankerschiene liegt.

   Die relativ hohen Fahrgeschwindigkeiten, etwa 500 km/h, die bei der Realisierung und Inbetriebsetzung moderner Magnetkissenzüge angestrebt werden. können nicht mehr, oder doch nur äußerst schwierig, mit Motoren konventioneller Bauart, d. h. insbesondere Motoren mit beweglichen Teilen, bewerkstelligt werden. Eine vorteilhafte Antriebsart für moderne Hochgeschwindigkeits-Magnetkissenzüge stellt ein Linearmotor dar, da er keine beweglichen Teile aufweist.

   Es ist bekannt, daß in jüngerer Zeit an der Entwicklung von Linearmo'oren und damit angetriebenen Luft- und Magnetkissenzügen gearbeitet wird. Die ersten Erfindungen für Linearmotoren wurden bereits Anfang dieses Jahrhunders patentiert, z.B. nach der US-PS 11 23 305 oder nach der DT-PS 1 40 958. Die moderne Entwicklung konzentriert sich überwiegend auf Wechselstrom- bzw. Induktions-l.inearmotoren. die nach dem Prinzip konventioneller Asynchronmotoren mit mindestens zwei, im Normalfall mit drei gegeneinander verschobenen Wechselströmen, also mit Dreiphasenstrom, arbeiten.

   Daneben sind aus jüngerer Zeit auch ausgesprochene Gleichstrom-Linearmotoren, z. B. für den Antrieb von Türen oder zur Steuerung von Maschinen und Maschinenteilen, bekannt. Nach dem »Bulletin des Schweizer! sehen Elektrotechnischen Vereins« 60 (19b9). 13. September, S. 918, muß die gesamte Ankerschiene aus massivem Eisen bestehen. Da aber in Anwendung als Antrieb für ein modernes Transportmittel einerseits durch die Feldmagneten bzw. durch deren magnetischen Fluß. zum anderen durch die kontinuierliche Umpolung der Stromfließrichtung in der Ankerschienenwicklung, im Ankereisen Wirbelströme verursacht werden, die umso größer sind, je höher die Fahrgeschwindigkeit des Transportmittels ist, muß die Ankerschiene - auch bei Gleichstrom —, wie Trafokerne, aus dünnen Blechen zusammengefügt sein. Das aber ist mit sehr hohen Material- und Baukosten verbunden.

   Eine Unipolarmaschine der eingangs genannten Art. von der die Erfindung ausgeht, ist durch die FR-PS 13 63 416 bekannt. Sie enthält zwar kein Eisen in der Ankerschiene. Die sehr niedrige Spannung der einzelnen Leiterstäbe und, dadurch bedingt, der hohe Strom zur Erzielung einer bestimmten Leistung lassen diesen Motor aber nur für Anwendungen sehr leistungsschwacher Antriebe geeignet erscheinen. Von rotierenden Unipolarmaschinen her ist es bekannt, die Leiterstäbc im Rotor über ihren Enden zugeordnete Gruppen von Reihenschluß-Bürsten und diese verbindende Reihenschluß-Leiter in Reihe zu schalten (DT-OS 19 05 555 sowie »Electrical Review« 4. April 1969, S. 488 und 489). Da es sich hierbei um stationär eingesetzte und arbeitende Vorrichtungen handelt, beim Linearmotor jedoch um eine über eine beliebige Strecke hin bewegliche, d. h. ein oder mehrere Fcldmagneten eines Linearmotors den entlang einer beliebigen Strecke beweglichen Teil eines solchen Linearmotor bildet, wogegen die Ankerschiene den ortsfest installierten Teil bildet, sind bei einem solchen Linearmotor insbesondere zum Zwecke der Stromzuführung zu den Leitern in der Ankerschiene zusätzliche technische Ausgestallungen erforderlich.