DE2316679C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Asynchronlinearmotor mit einem an einer Strecke befindlichen

ίο ortsfesten Ständer, der aus in definierten Abständen entlang der Strecke angeordneten, ein Wanderfeld erzeugenden Einheiten besteht und einem translatorisch bewegbaren Läufer, insbesondere für den Antrieb schienengebundener Fahrzeuge.

Ein solcher Motor für den friktionsfreien Antrieb eines durch Schienen geführten, auf konventionellen mitlaufenden Rädern oder auf Luftkissen abgestützten Fahrzeuges ist beispielsweise durch die FR-PS 15 66 231 bekanntgeworden. Der Nachteil relativ hoher Strecken-Investition bei solchen Motoren wird von dem erheblichen Vorteil überdeckt, daß die Leistung unmittelbar, d. h. elektromagnetisch, von der Strecke auf das Fahrzeug übertragen werden kann. Der Fortfall störanfälliger und strömungsungünstiger Stromübertragungseinrichtungen sowie die Entlastung des Fahrzeuges vom Gewicht der Antriebstechnik machen diese Motorart besonders interessant. Die an der Strecke befindlichen Induktoren müssen abschnittsweise von Untersiationen gespeist werden, die für die Geschwindigkeitssteuerung der Fahrzeuge mit Frequenzumrichtern ausgestattet sein müssen. Die Steuerung der Fahrzeuge erfolgt somit über die Strecke von außen.

Hier setzt die Erfindung ein mit der Aufgabe, einen Asynchronlinearmotor zu schaffen, über den vom Fahrzeug aus die Geschwindigkeit gesteuert werden kann und der darüber hinaus einen verlust- und blindleistungsarmen Betrieb gestattet.

Diese Aufgabe wird für einen Asynchronlinearmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch

■to gelöst, di.ß ein geblechter Läufer Verwendung findet, in dessen Nuten zur Schlupfsteuerung wenigstens eine im Widerstand variierbare Mehrphasenwicklung untergebracht ist

Im Zusammenhang mit einem Hybridantrieb eines Schwebefahrzeuges ist bereits ein Mehrphasenlinearmotor vorgeschlagen worden mit einem Langstator an der Strecke und einem am Fahrzeug angebrachten Kurzläufer, dessen Wicklung mit einem steuerbaren Leistungsumformer verbunden ist. Dieser speist konventionelle Motoren für einen Radantrieb, der im Niedergeschwindigkeitsbereich das Fahrzeug bis zum Abheben beschleunigt. Diese Motoren stellen die Last für den Leistungsumformer dar (DE-PS 22 45 629). Es sollen damit u. a. die Geschwindigkeit des Fahrzeuges variiert und die Stromversorgungseinrichtungen am Boden verbilligt werden. Der Linearmotor wirkt bis zum Erreichen der Haftwertgrenze quasi als von der Strecke gespeister Transformator, wobei die Sekundärwicklung nur indirekt eine im Widerstand variierbare Mehrphasenwicklung mit Einwirkungsmöglichkeit auf den Schlupf darstellt. An eine Schlupfsteuerung ist in diesem Stadium nicht gedacht. Mit einer solchen Einrichtung ist im übrigen die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Ausgabe, soweit sie auf

'rf eine Schlupfsteuerung bei besonders verlust- und blindleistungsarmen Betrieb gerichtet ist, auch nicht lösbar. Diese Aufgabe erfordert in Verbindung mit einer Stromversorgung von der Strecke her schaltbare

Kurzstatoren und zuordnungsgemäß Langläufer, was beides bei dem älteren Patent nicht vorhanden ist.

Durch die Erfindung werden über die Blechung und eine separat stellbare Bewicklung des Langläufers — wobei die Wicklung über die Gesamtlänge des Läufers reichen sollte — Blindleistung und Verluste nur noch etwa ha'b so groß wie bei einem Motor mit massiver Reaktionsschiene. Das Dynamoblech im Läufer verkleinert wesentlich den Gesamtluftspalt, wodurch der Magnetisierungsstrom verringert wird. Ständerstrom und -verhüte reduzieren sich entsprechend.

Die Geschwindigkeitssteuerung kann bei konstanter Netzfrequenz vom Fahrzeug aus allein durch Verändern des Widerstandes der Wicklung des Langläufers nach dem Prinzip dey asynchronen Schleifringläufermotors erfolgen. In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung sind die Stränge der Läuferwicklung unterteilt und in gleichmäßigen Abständen auf stellbare Widerstände geschaltet. Zweckmäßig ist hierbei, wenn die Stellwiderstände für die Läuferwickmng mit Hilfe einer Logik nur im stromlosen Zustand variiert werden, was die Schalterbeanspruchung verringert. Von Vorteil ist ferner, wenn die Anfangs- und Endteile der Läuferwicklung mit Widerständen größeren Widerstandsbereichs als die der mittleren Teile beschaltet sind. Damit kann ein ruckfreier Übergang von der einen zur anderen Kurzständereinheit geschaffen werden.

Besonders günstig ist weiterhin eine Anordnung, bei der der Läufer zwei gleiche, spiegelbildlich zu seiner Längsachse angeordnete Drehstromwicklungen aufweist, die durch eine Reihe leerer Nuten im Risen voneinander getrennt sind. Dabei ergeben sich Befestigungs- und Kühlvorteile.

Elektrisches Bremsen bis hinunter zum Stillstand ist nur mit Hilfe des Gegenstrombremsens möglich. Die Bewegungsrichtung des Wanderfeldes muß zu diesem Zweck umgekehrt werden bei gleichzeitigem Einschalten großer Widerstände in den Läuferkreis. Es müssen daher alle Ständereinheiten wahlweise mit zwei vertauschten Phasen an das Netz angeschlossen werden können. Es ergeben sich somit je Ständereinheit zwei Schalter; einer für das Fahren und einer für das Bremsen. Nur einer davon braucht als Leistungsschalter ausgeführt zu sein, da das Vertauschen der Phasen von dem Zuschalten, d. h. im stromlosen Zustand, vorgenommen werden kann.

Um den Aufwand an Schaltern insgesamt kleiner zu halten, ist es denkbar, mehrere Ständereinheiten elektrisch in Reihe zu schalten. In diesem Fall wird der Läufer zweckmäßig so verändert, daß der Luftspalt zwischen den beiden Ständerhälften bei ausgefahrenem Läufer wenigstens fünfmal so groß ist wie die beiden Luftspalte zusammen, die sich bei eingefahrenem Läufer einstellen. Auf diese Weise nimmt der magnetische Leitwert und folglich der Blindwiderstand des jeweils gekoppelten Induktors einen mehrfach größeren Wert als die anderen in Reihe geschalteten, jedoch nicht gekoppelten Induktoren an. Die Spannung teilt sich auf die Reihenschaltung nach Maßgabe der Impedanzen auf. Der Induktor, der jeweils Leistung abgeben soll, erhält automatisch immer die größte Spannung. Die hierdurch notwendige Verbreiterung des Läufers kommt der konstruktiven Aufhängung und der Übertragung der Schubkräfte zugute.

Allsführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden unhand der schematisch vereinfachten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1-3 den Läufer eines asynchronen Linearmotors im Ausschnitt in verschiedenen Ansichten,

F i g. 4 den Läufer in einer Draufsicht im Zusammenwirken mit einem doppelseitigen Ständer,

F i g. 5 einen Triebwagen mit Linearmotoranordnung (Stirnansicht),

F i g. 6 Ansicht dazu mit Schaltschema für Wagen und Strecke und

F i g. 7 einen modifizierten Asynchronlinearmotor.
In den F i g. 1 bis 3 ist der Ausschnitt eines ίο Linearmotorläufers in verschiedenen Ansichten dargestellt In einer Ansicht vom Luftspalt des Motors her betrachtet zeigt Fig. 1 das Blechpaket 1, in dessen Nuten 2 (vergl. Fig.2) eine Drehstromwicklung 3 eingelegt ist, von der lediglich zwei Spulen angedeutet wurden.

F i g. 2 stellt die Unteransicht dazu dar;
F i g. 3 die Seitenansicht mit Blick in Bewegungsrichtung.

In Fig.4 ist der Motor komplettiert und ein bewickelter Kurzläufer 4 zusammen mit einer doppelseitigen Ständereinheit 5 und 6 in Draufsicht dargestellt. Die Läuferwicklung wird durch eine einzelne Spule 7 verdeutlicht; die Ständerwicklungen werden durch die Spulen 8 und 9 verdeutlicht. Der Läufer 4 bewegt sich zwischen den beiden Ständerhälften 5 und 6 entweder nach rechts oder nach links. Er ist von den Ständereinheiten durch die beiden Luftspalte 10 und 11 getrennt. Der Verlauf der magnetischen Feldlinien ist durch Wirbel 12 angedeutet.

F i g. 5 zeigt schematisch ein Schienenfahrzeug 13 in Stirnansicht. Das Fahrzeug wird auf einer Strecke 14 z. B. mit Hilfe eines magnetischen Trag- und Führungssystems 15 getragen und geführt. Die Ständerhälften des Linearmotors sind hier mit 16, der am Fahrzeug befestigte Läufer mit 17 bezeichnet.

Aus Fig.6 wird ersichtlich, wie die Ständerhälften entlang der Strecke 14 in eine Vielzahl von Ständereinheiten 16 aufgeteilt sind. Die Drehstromwicklung des Läufers 17 ist in gleichmäßigen Abständen über die Leitungen 18 auf stellbare Widerstände 19 geschaltet. Die Ständereinheiten 16 sind über Schalter 20 und 21 mit dem Netz 22 verbunden. Die Schalter 20 werden z. B. für Fahrbetrieb und die Schalter 21 für Bremsbetrieb betätigt. Die Betätigung kann vom Fahrzeug selbst

« ausgeführt werden, z. B. durch Einschalten mit Hilfe eines magnetischen Fühlers 23 an der Fahrzeugstirn und Ausschalten mit Hilfe eines Fühlers 24 am Fahrzeugende bei Bewegung des Fahrzeuges 13 von links nach rechts.

Jede Ständereinheit 16 ist immer nur vorübergehend mit dem Läufer 17 gekoppelt; nämlich so lange, wie das Fahrzeug passiert. Nur für diesen Zeitbereich ist daher die zugeordnete Ständereinheit an Spannung zu legen, da sonst hohe Blindströme fließen wurden.

F i g. 7 zeigt einen abgewandelten Linearmotor nach der Erfindung in Draufsicht. Während die beiden Ständerhälften, hier 34 und 35, unverändert geblieben sind, ebenso die Spulen 25, 26 der Wicklung, ist der Läufer 36 nun breiter gehalten. Statt einer sind nunmehr

feo zwei völlig gleiche Läuferwicklungen vorgesehen, von denen je eine Spule 27 und 28 dargestellt ist. Der Mittelteil des Läufers ist mit leeren Nuten 29 versehen, damit der Läufernutstreufluß und das Läufergewicht möglichst klein gehalten werden. Die Muten können

>-■' vorteilhaft zur Aufhängung des Läufers am Fahrzeug und zur Übertragung der Schubkräfte benutzt werden. Die Wirbel 30 veranschaulichen den grundsätzlichen Verlauf des Hauptfeldes eines Polpaares. Ist der Läufer

in die Doppelständereinheit eingefahren, so ist resultierend die Summe der beiden Luftspalte 31 und 32 für den Blindwiderstand wirksam. 1st der Läufer aus der Doppelständereinheit herausgefahren, so ist der Luftspalt 33 wirksam. Der Blindwiderstand des Hauptfeldes ist der Lüftspaltlänge etwa umgekehrt proportional. Somit ist der Blindwiderstand bei eingefahrenem Läufer groß;bei ausgefahrenem klein. In einer Reihenschaltung mehrerer Ständereinheiten liegt daher die größte Spannung immer an der Ständereinheit, die gerade mit einem Läufer gekoppelt ist.
Die Erfindung weist einen Weg, wie ein Antrieb mit

wirtschaftlicher Energiezuführung für Schnell- um Nahverkehrsbahen betriebssicher und problemlos reali siert werden kann. Es gibt keine Kühlprobleme bei dei Induktoren mehr, und die Strömungswiderstände voi Stromabnehmern entfallen. Dadurch, daß der Motor nu etwa zwei Drittel der Verluste und der Blindleistung de Motors mit massiver Reaktionsschiene hat und dii Betriebskosten anteilig weit höher als die Kapitalkostei in eine Rechnung eingehen, werden Anlagen mi Motoren an der Trasse gegenüber solchen auf den Fahrzeug in der Gesamtbilanz billiger.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Asynchronlinearmotor mit einem an einer Strecke befindlichen ortsfesten Ständer, der aus in definierten Abständen entlang der Strecke angeordneten, ein Wanderfeld erzeugenden Einheiten besteht und einem translatorisch bewegbaren Läufer, insbesondere für den Antrieb schienengebundener Fahrzeuge, dadurch gekennzeichnet, daß ein geblechter Läufer (1 bzw. 17) Verwendung findet, in dessen Nuten (2) zur Schlupfsteuerung wenigstens eine im Widerstand variierbare Mehrphasenwicklung (3) untergebracht ist

2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stränge der Läuferwicklung unterteilt und in gleichmäßigen Abständen auf stellbare Widerstände (19) geschaltet sind (F i g. 6).

3. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anfangs- und Endteile der Läuferwicklung mit Widerständen größeren Widerstandsbereichs als die der mittleren Teile beschaltet sind.

4. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (22) zwei gleiche, spiegelbildlich zu seiner Längsachse angeordnete Drehstromwicklungen aufweist, die durch eine Reihe leerer Nuten (29) im Eisen voneinander getrennt sind (Fig. 7).

5. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellwiderstände (19) für die Läuferwicklung mit Hilfe einer Logik nur im stromlosen Zustand variierbar sind.

6. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständereinheiten (16) Abstände voneinander aufweisen, die gleich oder kleiner als die kürzeste Läuferlänge (17) sind und nur an Spannung liegen, solange der Läufer (17) die Ständereinheit (16) passiert (Fig. 6).

7. Linearmotor nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ständereinheiten (16) einzeln zu- und abschaltbar sind und daß durch die Folge der Schaltungen die Wanderfeidrichtung bestimmbar ist.

8. Linearmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einzelner Ständereinheiten (16) stets mehrere elektrisch in Reihe geschaltet sind.

9. Linearmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftspalt (33) zwischen den beiden Hälften (34, 35) jeder Ständereinheit bei ausgefahrenem Läufer (36) wenigstens fünfmal so groß ist wie die Summe der beiden Luftspalte (31,32) bei eingefahrenem Läufer (36) (F i g. 7).

10. Linearmotor nach Anspruch 6, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abschaltung der Ständereinheiten (16) bzw. der Ständerreihenschaltungen selbsttätig über die Bewegung des Läufers (17) bei Ein- und Auslauf gesteuert ist.

It. Linearmotor nach Anspruch tO, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Steuerung der Zu- und Abschaltung der Ständereinheiten (16) Sensoren oder Fühler (23, 24), z. B. magnetischer oder induktiver Art, an der Fahrzeugstirn und am Fahrzeugende vorgesehen sind.

12. Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Zu- und Abschalten der netzgespeisten Ständereinheiten (16) bzw. Ständerreihenschaltungen durch elektronische Schalter, z. B. Drehstromsteller, erfolgt