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System zum berührungslosen elektromagnetiecllen Tragen, Fuhren und
Antreiben eines Fahrzeugs Die Erfindung betrifft ein System zum berührungslosen
elektromagnetischen Tragen, Fuhren und Antreiben eines Fahrzeuges mit Elektromagneten
und dem Stander eines linearen Induktionsmotors am Fahrzeug sowie mit einer an der
Fahrbahn befestigten ferromagnetiachen Schiene als Magnetankerschiene und als Reaktionsteil.
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Bei einem bekannten System dieser Art ist die mehrphasige Wicklung
des Ständers des linearen Induktionsmotors in die Polflächen der Tragmagnete eingebaut,
die ihrerseits unter Einhaltung eines vorgegebenen Abstandes unter einer Schiene
von der Form eines Flachankers schweben. Dem fllr das Schweben erzeugten magnetischen
Gleichfeld, das den Flachanker quer zur Schienenrichtung durchsetzt, uberlagern
sich die magnetischen Flüsse, die von der Mehrphasenwicklung erregt werden. Obwohl
letztere im Flachanker in Längerichtung verlaufen, werden die Schwebevorgänge durch
die Luftspaltfelder der Mehrphassenwicklungd in hohes Maße gestört, da die Antriebskräfte
relativ zu den Tragkräften beträchtliche Werte annehmen. Darüberhinaus stellt der
Flachanker ein wenig steifes Gebilde dar und nuß praktisch
fortlaufend
an einerii Fahrbahnbalken befestigt sein.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs
genannten Art anzugeben, das eine gegenseitige Beeinflussung des Trag- und Führungssystem
und dos Antriebssystems pralctisch vollständig vermeidet und sich durch eine kampakts
und steife Ausbildung des fahrbahnseitieen Systenxteils auszeichnet Erfindungsgemäß
wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die ferromagnetische Schiene im wesentlichen
U-förmiges Profil aufweist und an ihrer Innenwandung ganz odor zum Teil mit elelctrisch
gut leitendem Material als Reaktionsschiene des im Profilinneren angeordneten Ständers
des Induktionsantriebs beschichtet ist und daß einer der Schenkel der ferromagnetischen
Schiene als Magnetankerschiene für Trag- und Fuhrungsmagnete ausgebildet ist.
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die diesem Schonkel profilaußenseitig auf Abstand gegen-Uberstehen,
Eine Überlagerung der Flüsse des Trag- und Führungssystems und des Antriebssystems
findet damit lediglich innerhalb der ferromagnetischen Schiene statt, nicht Jedoch
in den Luftspalten zu den Trag- und Führungsmagneten bzw. zum Primärteil des Induktionsantriebe,
so daß eine gegenseitige Beeinflussung praktisch ausgeschlossen bzw. so gering ist,
daß sie durch die Regelung der Trag- und Führungsmagnete
ohne Schwierigkeiten
kompensiert werden kann.
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Die ferromagnetische Schiene besitzt infolge ihres U-Profils oin großes
Trägheitsmoment und kommt daher mit relativ wenig Befestigungspunkten aus. Auch
ist die Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Beschädigung der Schiene nur gering.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die ferromagnotische
S-chiono in liegender Anordnung ihres U-Profils nn der r'airbahn befestigt und der
untere Seitenschenkel der Schiene als Magnotankerschiene ausgebildet. Bei dieser
Anordnung können der Ständer des linearen Induktionsmotors sowie die Trag- und Fuhrungsmagnete
seitlich von der Schiene entfernt werden, was das System zum Aufbau von Fahrbahnverzweigungen
besonders geeignet macht.
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Den Polflächen der Trag- und Fuhrungsmagnete entsprechende schmale
Polflächen des als Magnetankerschiene wirkenden unteren Schenkels der ferromagnetischen
Schiene werden vorteilhaft dadurch erreicht, daß dieser an seinen Rändern nach unten
ragende Stege trägt, deren Flächen als Polflächen den Polflächen der Trag- und Pührungsmagnete
auf Abstand im wesentlichen gegenüberstehen.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungebeiepielen unter
Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
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Es zeigtt Fi6. 1 ein erfindungsgemäße System mit einem auf drei Seiten
wirkenden linearen Induktionsmotor und Fig. 2 ein erfindungsgemäßes System mit einem
auf zwei Seiten wirkenden linearen Induktionsmotor.
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Das in Fig. 1 dargestellte, an Jeder Längsseite des Pahrzeugs 1 vorgesehene
Trag-, FUhrungs- und Antriebssystem besteht aus einer Eisenschiene 2, die an der
Fahrbahn 3 montiert ist, sowie einem Ständer 4 eines linearen Induktionsmotors 5
und einer Reihe von Trag- und Führungemagneten 6 am Fahrzeug.
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Die Eisonschiene 2 besitzt das Profil eines liegenden U, das zum Fahrzeug
1 hin geöffnet ist. Die Innenwandung der Eisenschiene trägt eine Belegung in Form
einer Schicht oder eines Käfigs aus elektrisch gut leitendem Material, die die Reaktionsschiene
7 des linearen Induktionsmotors 3 darstellt. Die Eisenechiene 2 selbst wirkt als
magnetischer Rückschluß für die Feldlinien des von Ständer 4 aufgebauten Wanderfeldes.
Der am Fahrzeug montierte Ständer 4 des linearen lnduktiensmotors 5 besteht aus
eines längsgeteilten lamellierten Ständerkern 8, dessen der Reaktionsschiene 7 zugewandte
aktive Flächen genutzt sind. In den Nuten ist eine mehrphasige Ring- oder Trommelwicklung
9 zum Aufbau des Wanderfeldes untergebracht. Dieses durchsetzt den Ständerkern 8
in Längerichtung, tritt an allen drei genuteten
aktiven Flächen
des Ständerkerns in den Luftspalt 10 aus, durchsetzt alle drei Schenkel der U-förmigen
Reaktionsschiene 7 und tritt in die U-Profil-förmige Eisenschiene 2 ein, um diese
in Längsrichtung zu durchdringen.
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Nach einer Polteilung verläßt der Fluß die Eisenschiene 2 wieder und
tritt über die Reaktionsschine 7 und den Luftspalt 10 wieder in den Ständerkern
8 ein. Die Längsteilung des Ständerkerns 8 bewirkt, daß das Kerneisen am Austritt
und am Eintritt des Wanderfeldes an allen drei aktiven Ständerkernflächen, wie in
Fig. 1 angedeutet, richtig lamelliert werden kann.
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Die zum Tragen und Fuhren des Fahrzeugs 1 aufzubringenden Kräfte werdenvon
den Trag- und Führungsmagneten 6 aufgebracht, die in Form einer Magnetreihe unterhalb
der Eisenschiene 2 angeordnet sind. Die Magnetebesitien langgestreckte Kerne 11
von U-Profil, deren Mittelschenkel eine geregelt gespeiste Spule 12 tragen. Die
Seitenschenkel der Magnete 6 sind nach oben auf die Eisenschiene 2 gerichtet und
stehen kurzen Stegen 14 an den beiden Rändern des unteren Seitenschenkels 13 der
Eisenschiene 2 auf Abstand gegenüber. Dieser Abstand zwischen den einander zugewandten
Stirnflächen der Stege 14 und der Seitenschenkel der Kerne 11 der Magnete 6 wird
von Sensoren (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfaßt und uit seinem Sollwert
verglichen. Abstandeabweichungen wird fortlaufend durch entsprechende Änderung des
Erregerstromes der Magnete 6 begegnet, so daß der Abstand praktisch konstant
bleibt.
Dies gilt auch für den seitlichen Abstand des Fahrzeugs 1 von der Fahrbahn 3, da
die reihenförmig angeordneten Trag- und Führungsmagnete, wie in Fig. 1 angedeutet,
abwechselnd nach rechts und nach links gegeneinander versetzt angeordnet sind und
somit neben vertikalen Tragkräften auch geregelte horizontale Führungskräfte aufgebracht
werden können.
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Dazu werden alle nach rechts und alle nach links versetzten Trag-
und Führungsmagnete 6 gesondert geregelt erreet. Auf diese Weiee verbleibt das Fahrzeug
1 stets in der gewünschten Position relativ zur Fahrbahn 3, so daß auch der Ständer
4 des linearen Induktionsmotore 5 einen im wesentlichen konstanten Luftspalt 10
zu den drei Schenkeln der Reaktionsechiene 7 wahrt.
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Fig. 1 zeigt deutlich, daß sich das Fahrzeug 1 nach rechts von der
Eisenschiene 2 lösen kann, was für den Aufbau von Fahrbahnverzweigungen von großer
Vichtigkeit ist.
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Das in Fig. 2 dargestellte erfindungsgeiiäße System unterscheidet
sich lediglich in der Bauweise des linearen Induktionamotors vom System gesäß Fig.
1. Der Ständer 4' dieses linearen Induktionsmotors 3' trägt eine normale mehrphasige
Ständerwicklung 9' und ist ohne eigentlichen Ständerkern bzw. Ständerrücken aufgebaut.
Vielmehr üben Ständerblechpakete 16 die Funktion der Zähne herkömmlicher Ständerpaket.
aus, indem zwischen ihnen die mehrphasige
Ständerwicklung 9' untergebracht
ist. Zusätzlich sind selbstverständlich Distanz- und Befestigungselemente für die
Ständerblechpakete 16 vonnöten. Der Ständer 4' besitzt daher zwei einander gegenüberliegende
aktive Oberflächen, denen jeweils eine $eaktionsschiened 7' in Form einer Belegung
der Innenfläche eines Seitenschenkels der Eisenschiene 2 aus elektrisch gut leitendem
Material zugeordnet ist. Diesem Aufbau entsprechend durchsetzt der Fluß des Wanderfeldes
den Ständer 4' nicht in ULngsrichtung, sondern in Querrichtung, was bei großen Polteilungen,
wie sie sich für hohe Fahrzeuggeschwindigkeiten zwangsläufig ergeben, auch für die
Eisenschiene 2 gilt. Für den unteren, zusätzlich als Magnetankerschiene wirkenden
Seitenschenkel 13 der Eisenschiene 2 bedeutet dies eine Addition bzw. Subtraktion
des von Ständer 4' erregten Wanderfelds mit dem Trag- und Führungsfeld der Trag-
und Fübrungsmagnete 6 des Fahrzeugs 1, während gemäß Fig. i der Motorfluß im unteren
Seitenschenkel 13 der Eisenschiene 2 senkrecht zum Trag- und Führungsfluß verläuft.
Der wesentliche Vorteil des im System gemäß Fig. 2 verwendeten linearen Induktionemotors
liegt im geringen Gewicht des Ständers, der ohne Jegliches Rückeneisen auskommt.