DE2129027A1

DE2129027A1 - Lmearer Synchronmotor

Info

Publication number: DE2129027A1
Application number: DE19712129027
Authority: DE
Inventors: Junpei Yokohama Inagaki (Japan)
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1970-06-11
Filing date: 1971-06-11
Publication date: 1971-12-16
Also published as: GB1350466A; US3706922A; JPS4831643B1

Description

TOKYO SHIBAURA ELECTRIC COMPANY LIMITED, 72 Horikawacho, Kawasaki—shi_f Kanagawa—ken (Japan)

Linearer Synchronmotor

Die Erfindung betrifft einen Linearmotor, insbesondere vom sogenannten Synchron-Typ, mit einer langgestreckten Antriebsschiene, in oder an der Magnetpole abwechselnder Polarität angeordnet sind, sowie mit mindestens einem Anker, um den eine Mehrphasenwicklung für die Wechselspannungserregung gewickelt und der an einem bewegbaren Aggregat neben der Antriebsschiene befestigt ist.

Lineare Synchronmotoren werden linearen Induktionsmotoren vorgezogen, da letztere unerwünschte AnlaufCharakteristiken besitzen und weil es bei den letzteren schwer ist, zwischen der Antriebsschiene und dem Anker am Aggregat einen richtigen Luftlängsspalt aufrechtzuerhalten; wenn daher ein linearer Induktionsmotor als Antrieb für einen Elektrozug benutzt wird, ergeben sich Schwierigkeiten aus der Abnahme des Luftspaltes. während der Kurvenfahrt des Zuges und während Rollbewegungen. Der bevorzugte lineare Synchronmotor hat jedoch selbst Pro-

109851/1317

bleme, die in der Bauweise der Antriebsschiene liegen. Um die Magnetpole zu gewinnen, werden entweder Erregerwicklungen um die Antriebsschiene gewunden, die den Konstruktionsaufwand in die Höhe treiben, oder es werden Permanentmagneten längs der Antriebsschiene eingebettet, die zu Koandikationen bei der Herstellung der Antriebsschiene führen.

Diese Nachteile werden durch einen Linearmotor mit ei— " ner langgestreckten Antriebsschiene," in oder an der Magnetpole abwechselnder Polarität angeordnet sind, sowie mit mindestens einem Anker, um den eine Mehrphasen— wicklung für die Wechselspannungserregung gewickelt und der an einem bewegbaren Aggregat neben der Antriebs— schiene befestigt ist, nach der Erfindung dadurch vermieden, daß die Antriebsschiene röhrenförmig und aus magnetisierbarem Material gefertigt ist und mindestens einen gezahnten Längsschlitz aufweist, derart, daß sich in der Antriebsschiene fingerartig ineinandergreifende, erste und zweite kammartige Gruppen von elektromagnetischen Polstücken auf gegenüberliegenden Seiten des Längsschlitzes bzw. jedes Längsschlitzes bilden, in denen Reihen von Nord- und Südpolen induziert werden, wenn ein elektrischer Strom durch eine sich durch die Antriebsschiene erstreckende Erregerleitung fließt. Das Aggregat kann vorteilhafterweise in ein Fahrzeug eingebaut sein.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt einer ersten Motorform ;

Fig. 2 einen Schnitt A-A aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht von unten des Motors nach Fig. 1;

Pig, 4 eine alternative Ausführungsform;

Fig. 5 eine weitere Abwandlung der Erfindung;

Fig. 6 einen Querschnitt einer möglichen Motoranordnung;

Fig. 7) eine weitere mögliche Anordnung, wo-Fig. 8) bei Fig. 7 einen Schnitt senkrecht zur Längsachse der Antriebsschiene und Fig. 8 eine perspektivische Ansicht der Ausführung nach Fig. 7 wiedergeben ;

Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Antriebsschiene; und

Fig.10 ein vereinfachtes Schaltdiagramm der Versorgungsschaltung für die Ankerwicklungen.

Die Antriebsschiene nach den Fig. 1-3 hat eine langgestreckte Tubusform von kreisförmigem Querschnitt und ist aus magnetisierbarer« Material hergestellt. In die Antriebsschiene ist ein sägezahnförmiger Schlitz 2 geformt (vgl. insbesondere Fig. 3). Es bilden sich somit eine erste kammartige Gruppe aus elektromagnetischen Polstücken 3a auf einer Seite des Schlitzes 2 und eine ähnliche Gruppe von Polstücken 3b an der anderen Seite. Auf Wunsch kann derSägezahnschlitz 2 mit nicht-magnetischem Material ausgefüllt werden.

Ein Erregerleiter 4 erstreckt sich längs durch die Antriebsschiene 1 und ist (Fig. 1) über eine Rückleitung 5 und einen Schalter 11 an eine Gleichspannungsversorgung 6 angeschlossen.

Ei strichpunktiert angedeutetes Fahrzeug 7 ist längs der Antriebsschiene 1 bewegbar und trägt einen Anker ge ν : - Uii't Polstücken 3, der von der Antriebsschiene 1 durch eine: geeigneten Luftspalt getrennt ist. Der An-

10 98 51/1317

BAD ORIGINAL

Jeer 10 besteht aus einem Ankerkern 8 und einer auf den Kern 8 aufgewickelten Ankerwicklung 9.

Wenn der Schalter 11 geschlossen ist, fließt ein Erreger-Gleichstrom durch den Leiter 4^V in der in Fig. 1 angezeigten Richtung, und ein magnetischer Fluß wird induziert und fließt durch die Antriebsschiene 1 in der in Fig. 2 angedeuteten Richtung. Folglich werden die Polstücke 3a zu Südpolen, und die Polstücke 3b werden zu einer Reihe fc von Nordpolen magnetisiert. Aus Fig. 3 ist zu erkennen, daß die Nord- und Südpole sich in Länqsrichtung der Antriebsschiene abwechseln.

Wenn die Wicklung 9 erregt ist, bilden sich im Anker 10 eine Reihe von Polen mit einem Abstand, der gleich dem Polabstand in der Antriebsschiene 1 ist. Angenommen, daß die Südpole gegenüber den Südpolstücken 3a entstehen; daraus resultiert einen gegenseitige Abstoßung, und der Anker wird zu den nächsten Polstücken 3b gezogen, wodurch das Fahrzeug 7 längs der Antriebsschiene bewegt wird. Wenn die Südpole im Anker 10 die nächsten Nordpolstücken 3b erreichen, wird die Erregerrichtung der " Wicklung 10 umgekehrt, und der Anker wird zu den nächsten Südpolstücken 3a hingezogen. Auf diese Weise gelingt eine Bewegung des Fahrzeuges 7 längs der Antriebs— schiene 1.

Geeignete Versorgungsschaltungen zur Erregung der Wicklung 9 sind in der gleichlaufenden Patentanmeldung "Elektrischer Linearmotor" der gleichen Anmelderin vom gleichen Tag beschrieben. Eine passende Schaltung ist in Fig. 10 erläutert, in der das Fahrzeug 7 in strichpunktierter Umrahmung angeutet ist. Die vom Fahrzeug 7 mitgeführte Schaltung umfaßt einen Einphasen-Zweiweg-Gleichrichter 15, der über Eingangsanschlüsse 16 von einer nicht dargestellten Wechselspannungs-Quelle über ei-

109851/1317 ^-^ ⁵^

ne Fahrleitung oder eine dritte Schiene und eine geerdete Leitung versorgt wird. Der Gleichrichter 15 kann, wie dargestellt, vier zu einer Brücke zusammengeschaltete Thyristoren aufweisen, die zweiweggleichgerichtete Wechselspannung auf einen Dreiphasen-Thyristor-Umsetzer 17 geben. Der Umsetzer 17 umfaßt sechs Thyristoren, die zu einer Dreiphasen-Zweiweg-Brückenschaltung 18 zusammengeschaltet sind,sowie einen Kommutatorschaltung 19. Die bekannte Kommutatorschaltung 19 weist eine nicht dargestellte Kondensatoreinheit auf, die vom Gleichspannungsausgang des Gleichrichters 15 oder eines ähnlichen Gleichrichters aufgeladen wird und eine Ladespannung von relativ konstantem Gleichspannungsbetrag abgibt; die •Kommutatorschaltung 19 weist ferner eine Schalteinheit auf, die in den richtigen Zeitpunkten die Kommutatorströme von der Kondensatoreinheit auf die Thyristoren der Brük— kenschaltung 18 geben.

Die drei Ausgänge des Umsetzers 17 sind an die Dreiphasen-Ankerwicklung 9 des Ankers 10 angeschlossen. Damit die Ankerwicklung 9 in einer zeitlichen Folge erregt wird, die genau durch die Pole 3 der Antriebsschiene 1 bestimmt wird, ist ein Detektor 20 vorgesehen, gewöhnlich in der Form einer Aufnehmerspule, die in der Nähe der Polstücke 3 der Antriebsschiene 1 an dem Fahrzeug 7 befestigt ist. Wenn die Spule 20 an aufeinanderfolgenden Polstücken 3b und 3a vorüberläuft, werden entweder positive oder negative Impulse in der Spule induziert. Diese Impulse gelangen auf eine Torsteuerung 21, die die Kommutatorschaltung 19 und die zeitliche Folge der Kommutatorströme für die Thyristoren der Brückenschaltung 18 steuert. Auf diese Weise wird erreicht, daß das Fahrzeug sich sanft an den aufeinanderfolgenden Polen der Antriebsschiene 1 vorüberbewegt.

109851/1317

Die Fahrtgeschwindigkeit des Fahrzeuges 7 kann durch Verändern der Torsteuerung für die Thyristoren der Brücke 15 und damit der von ihnen durchgelassenen Leistung erreicht werden.

Bei erforderlicher Mutzbremsung kann dieSchaltung der Fig. 10 so geschaltet werden, daß der Gleichrichter 15 in einen Umsetzer und der Umsetzer 18 in einen Gleich-

k richter übergeht.

Neben der in den Fig. 1-3 dargestellten Antriebsschiene mit kreisförmigem Querschnitt können auch andere Antriebsschienen-Querschnitte verwendet werden. So zeigt beispielsweise Fig. 9 eine Antriebsschiene 100 von rechteckigem Querschnitt. Diese Antriebsschiene besitzt einen gezinkten Längsschlitz 2OO mit Polstücken 30Oa, 300b wie in Fig. 1. Der Erregerleiter ist bei 4OO angedeutet.

Um ohne einen Rückleiter 5 auszukommen, kann man auf die Anordnung nach Fig. 4 zurückgreifen; dort sind zwei ψ Antriebsschienen la, Ib nebeneinander vorgesehen, und zwar für benachbarte Eisenbahnspuren, und jede Antriebsschiene weist einen Erregerleiter 4a, 4b auf. Diese Leiter 4a, 4b liegen in Reihe an einer Gleichspannungsversorgung 6 und bilden eine Schaltungsschleife.

Gemäß Fig. 5 ist die Antriebsschiene in mehrere einzelne, relativ kurze Längsabschnitte 1 unterteilt, von denen jeder seinen eigenen, unabhängigen Leiter 4, Gleichspannungsversorgung 6 und Schalter 11 besitzt. Wenn ein Fahrzeug 7 längs der Antriebsschiene entlangfährt, muß nur der dem Fahrzeug 7 gegenüberliegende Abschnitt 1 erregt werden, während die anderen Abschnitte 1 unerregt bleiben können. Bei dieser Ausführungsform ist offen-

109851/1317.. .,

sichtlich die erforderliche Erregerleistung geringer als bei einer einzelnen Antriebsschiene.

Der Erregerleiter 4 kann in bequemer Weise aus Kupfer oder Aluminium gefertigt sein; obwohl man weiß, daß ein aus Natrium gefertigter Leiter sehr viel geringeren Leistungsverlust als Kupfer oder Aluminium zeitigt, hat man bei einem Natriumleiter mit einer sehr geringen mechanischen Festigkeit und der leichten chemischen Angreifbarkeit durch Wasser oder Feuchtigkeit zu kämpfen. Da der Leiter 4 jedoch in der röhrenförmigen Antriebsschiene 1 geschützt ist, kann ein aus Natrium gefertigter Leiter einfache' und sichere Verwendung finden.

Weiterhin kann die erforderliche Leistung durch den Einsatz eines supra-leitenden Drahtes als Leiter 4 reduziert werden, wobei der supra-leitende Draht bei sehr niedrigen Temperaturen gehalten wird, indem er in flüssiges Helium eingetaucht wird, das in einem durch Vakuum wärmeisolierten Behälter gehalten wird.

Wegen der Röhrenform der Antriebsschiene 1 kann die Umgebungstemperatur sehr niedrig gehalten werden, so daß ein supra—leitender Draht mit Vorteil verwendet werden kann.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 sind ein Fahrzeug 7 und der Erregerleiter 4 gemeinsam innerhalb der Antriebsschiene 1 angeordnet. Der Druck in der Schiene 1 ist herabgesetzt, so daß das dort herrschende Vakuum den Luftwiderstand bei Bewegung des Fahrzeuges 7 erheb-1 η herabsetzt; folglich wird die Antriebsleistung für das Fahrzsuq 7 beträchtlich reduziert.

109851/1317
BAD ORIGINAL

In den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 7 und 8 wird die Antriebsschiene 1 als Auflager für das Fahrzeug 7 verwendet. Die Antriebsschiene ist mit zwei Schlitzen 2 auf zwei Seiten der Schiene ausgerüstet, so daß sich zwei Reihen von Magnetpolen 3, 3¹ bilden. Entsprechend hat das Fahrzeug 7 zwei Anker 10, 10·, die gegenüber den Polen 3,3' befestigt sind.

Das Fahrzeug 7 führt weiterhin einen Luftkompressor 12 k mit,der Luft unter hohem Druck in einen Spalt 14 zwischen der Schiene 1 und dem Fahrzeug 7 preßt. Der Spalt wird von den Dichtungen 13a, 13b an den Rändern 7a, 7b des Fahrzeuges aufrechterhaltend Unter der Einwirkung der unter hohem Druck stehenden Luft wird das Fahrzeug 7 von seinem Kontakt mit der Schiene 1 angehoben und kann sich längs der Schiene reibungslos bewegen.

Der von dem Fahrzeug 7 mitgeführte Anker 10 ist in sei-· ner räumlichen Form dem Querschnitt der jeweils benutzten Antriebsschiene 1 angepaßt. So ist in Fig. 2 bei zylindrischer Antriebsschiene 1 der Kern 8 und die Wicklung 9 ausgehöhlt. Bei der Antriebsschiene 100 nach " Fig. 9, die rechtwinkligen Querschnitt besitzt, und bei

der der Schlitz 200 in einer der ebenen Außenflächen angeordnet ist, ist die wirksame Fläche des nicht dargestellten Ankers in ähnlicher Weise eben und,wie bei den anderen Beispielen, von den Polstücken 300 durch einen Luftspalt getrennt.

10 9 8 5 1 /13 1 7.

Claims

ANSPRÜCHE

1.) Linearmotor mit einer langgestreckten Antriebsschiene, in oder an der Magnetpole abwechselnder Polarität angeordnet sind, sowie mit mindestens einem Anker, um den eine Mehrphasenwicklung für die Wechselspannungserregung gewickelt und der an einem· Fahrzeug o. dgl. bewegbarer Aggregate neben der Antriebsschiene befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsschiene (1, 100) röhrenförmig und aus magnetisier— barem Material gefertigt ist und mindestens einen gezahnten Längsschlitz (2, 200) aufweist, derart, daß sich in der Antriebsschiene fingerartig ineinandergreifende, erste und zweite kammartige Gruppen von elektromagnetischen Hohlstücken (3a, 3b; 300a, 300b) auf gegenüberliegenden Seiten des Längsschlitzes bzw. jedes Schlitzes bilden, in denen Reihen von Nord- und Südpolen induziert werden, wenn ein elektrischer Strom durch mindestens einen sich durch die Arbeitsschiene erstreckenden Frregerleiter (4) fließt.

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Fläche des Ankers den Polstücken der ersten und zweiten Gruppen gegenüberliegt und von diesen durch einen Luftspalt getrennt ist.

3. Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Antriebsschiene kreisförmigen Querschnitt hat und daß der Anker eine der Krümmung der Antriebsschiene angepaßte, gekrümmte Wirkfläche hat, die von den Polstücken durch einen Luftspalt getrennt ist.

109851/1317

2129Ü27

4. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsschiene rechteckigen Querschnitt hat, wobei die Polstücke auf mindestens einer ebenen Außenfläche der Antriebsschiene angeordnet sind, und daß der Anker eine Ebene, den Polstücken gegenüberliegende Wirkfläche hat.

5. Linearmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsschiene in ihrer Längsrichtung in eine Anzahl rel'ativ kurzer Abschnitte unterteilt ist, von denen jeder einen unabhängigen Erregerleiter und Schalter zum unabhängigen Erregen des Abschnittes besitzt, wenn das Fahrzeug sich gegenüber dem Abschnitt befindet.

6. Linearmotor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Antriebsschienen nebeneinander vorgesehen sind und daß die Erregerleiter der -beiden Antriebsschienen in Form einer Schaltungsschleife verbunden und an eine Gleichstromversorgung angeschlossen sind.

109851/1317