DE2326871C2

DE2326871C2 - Elektrische Maschine

Info

Publication number: DE2326871C2
Application number: DE2326871A
Authority: DE
Inventors: John Frederick Eastham; Eric Roberts Long Ditton Surrey Laithwaite
Original assignee: Tracked Hovercraft Ltd
Current assignee: Tracked Hovercraft Ltd
Priority date: 1972-05-25
Filing date: 1973-05-25
Publication date: 1984-08-16
Also published as: CA979086A; JPS5632854B2; FR2185887B1; JPS4950413A; GB1373054A; DE2326871A1; US3836799A; FR2185887A1

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine elektrische Maschine dieser Art ist beispielsweise bekannt aus E. R. Laithwaiic. »Propulsion Without Wheels«, Verlag The English Universities Press Ltd. London. 2. Auflage 1970. Seiten 195 bis 201, Seiten 205 bis 206. In diesem Buch werden die Grundsätze derartiger elektrischer Maschinen anhand von Vcrsuchsanordnungen näher erläutert. Der Magnetkern besteht aus Lamellenstapeln mit E-Qucrschnitt, wobei in den Vertiefungen, den mittleren Schenkel umgebend, Erregerwicklungen vorgesehen sind. Bei Schwcbcanordnungcn ist insbesondere auf die seitliche Stabilität eingegangen; ist eine Linearbewegung, das heißt, sind auch Vortriebskräfte zwischen Primärteil und Sekundäricil erforderlich, ist bei den Anordnungen gemäß diesem Buch eine mechanische Anregung des Sckundärteils gegenüber dem Primärteil erforderlich.

Es ist jedoch bekannt (vergl. P Hochhäusler, »Die magnetische Schwebebahn«, in ETZ-B, 23(1971) 13,Seiten 311 bis 313) am Primärteil Mehrphasenwicklungen vorzusehen. Bei der bekannten Anordnung ist ein aus zwei Kernteilen aus E-förmigcn Lamellen aufgebauter Magnetkern angegeben, wobei die beiden Kernteile in Längsrichtung der Anordnung ausgerichtet sind, wenn eine l.inciirhcwi'Kiini! erreicht werden snll. Somit sind die durch die imlu/.iertcn elektrischen Ströme im Sekundärlcil gebildeten Qucrwcge in ihrer Wirkung herabgesetzt, wodurch die Seilcnführungskräfte und damit die seitliche Stabilisierung herabgesetzt sind. Dies liegt offensichtlich darin, daß zwischen den beiden Kernteilen in Längsrichtung ein Abstand vorliegt und ferner sich die Lamellen in Längsrichtung erstrecken.

Eine aufgrund der Lehre von Hochhäusler für eine Linearbewegung ausgebildete elektrische Maschine nach l-ailhwailc hätte daher lediglich geringe seitliche ίο Stabilität. Andererseits sind in einer elektrischen Maschine, die sowohl als Linearmotor, als auch als Schwebeanordnung arbeiten soll, die Zusammenhänge zwischen den Vortriebs-, Seitenführungs- und Abstoßkräflen kompliziert und durch übliche theoretische Oberlegingen nicht vorhersagbar.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die durch Laith-

waitc angegebene elektrische Maschine so auszubilden, daß bei einer Betriebsweise mit Vortriebskräften eine Stabilisierung im Hinblick auf die Seitenführungskräfte erreicht ist.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird durch die Merkmale der Unteransprüche weitergebildet.

Bei der Erfindung wird die seitliche Stabilität bei einem durch Abstoßkräfte selbst schwebenden und durch Vortriebskräfte in Längsrichtung geführten elektrischen Maschine dadurch erhöht, daß der Querfluß verbessert ist. das heißt ausgeprägte Querwege für die im so Betrieb induzierten elektrischen Ströme geschaffen sind. Dabei ist zu berücksichtigen, daß die Vortriebs-, Scilcnführungs- und Abstoßkräftc die Folge einer ziemlich komplizierten Zusammenwirkung des den Wicklungen zugeordneten Magnetfeldes sowie des Magnetfeldes sind, das auf den in dem Sekundärteil induzierten elektrischen Strömen beruht.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 perspektivisch einen Teilatr-t-hnitt einer Ausführungsform einer elektrischen Maschine,
F i g. 2 verkleinert den Schnitt H-Il in Fig. 1,
Fig. 3 einen Schnitt ähnlich Fig.2 einer zweiten Ausführungsform einer elektrischen Maschine,
Fig.4 und 5 Beanspruchungsdiagramme der Kräfte, die auf einen Sekundärteil durch einen Primärteil nach F i g. 3 ausgeübt werden,

Fig.6 in Aufsicht schematisch eine andere Wicklungsanordnung zur Verwendung bei der Ausführungsform nach Fig. 1 und2,

F i g. 7 in Seitenansicht einen Teilabschnitt der Wicklungsanordnung nach F i g. 5,

Fig.8 im Schnitt eine dritte Ausführungsform einer elektrischen Maschine,

Fig.9 im Schnitt eine vierte Ausführungsform einer elektrischen Maschine,

Fig. 10 im Schnitt eine fünfte Ausführungsform einer elektrischen Maschine.

Bei der in F i g. I und 2 dargestellten elektrischen Mabo schinc gemäß der Erfindung zum Erreichen eines Schwebezustandes weist der Magnetkern des Primärteils einen Satz U-förmiger KernteÜe iÖ, Il und 12 auf, die aus Lamellen aus einem Magnetwerkstoff zusammengesetzt sind, auf deren mittleren Abschnitt oder h5 Sieg jeweils cine Wicklung eines Satzes von Wicklungen 14, 15 bzw. 16 ungeordnet ist. Die Kernteile 10, It und 12 sind durch parallele seitliche Hauglieder 18 und 20 fest miteinander verbunden.

Der Sekiindflrteil ist durch ein Flachmaterial.siuck 22 aus einem unmagneiisehen elektrisch leitenden Werk .sloff wie Aluniiiiiiiiu gebildet. Die (iesainilänge des !■'lacliniiilrrialstiiek.s 11 bezogen auf die Hrslrei'kiinj·..¹» richtung der parallelen seitlichen IJaiij'.licder IH iiiul 20. das heißt die !.ängserslrcekiiiig des l'riiuärleils ist er lieblich griiUeralsilic1 xnv/y des l'riiuiirti-ils.

Werden die Wicklungen 14, 15 und Ib des ΙΊ iiiiarieils durch einen Einphasenwechselstrom erregt, wird eine reine Schwebewirkung hervorgerufen, das heißt der Primärteil wird von dem Sekundärteil abgestoßen und dabei seitlich so stabilisiert, daß er in Fluchtung zum Sekundärteil gehalten wird. Zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil wirkt keine Kraft in Längsrichtung, also keine Vortriebskraft, jedoch läßt sich der Primärteil in Längsrichtung ungehindert gegenüber dem Sekundärteil bewegen, z. B. von Hand.

Werden dagegen aufeinanderfolgende Wicklungen 14, 15 und 16 des Primärteils mit ihnen zugeordneten aufeinanderfolgenden Phasen eines Mehrphaxcnweehselstroms erregt, wird zusätzlich zu der schon bei Einphasenerregung hervorgerufenen Schwebewirkung ein wanderndes Magnetfeld erzeugt, das sich in Längsrichtung bewegt, so daß der Primärteil nunmehr gegenüber dem Sekundärteil in der Längsrichtung bewegt wird (Vortriebskräfte). Wie zuvor wird der Primärteil über dem Sekundärteil in Schwebe gehalten (Abstoßkräfte) und gegenüber dem Sekundärteil seitlich stabilisiert (Seitenführungskräfte).

Gemäß der F i g. 2 ähnlichen F i g. 3 ist jede der Wicklungen 14,15,16 in zwei Wicklungsabschnitte 23 und 24 unterteilt, die jeweils auf einem der Schenkel des Kernteils 10 angeordnet sind.

Durch Messungen konnte festgestellt werden, daß dann, wenn die Anordnung nach F i g. 3 mit Einphasenwechselstrom so erregt wird, daß die Ströme in allen Wicklungen in gleicher Richtung fließen, die in dem den Sekundärteil bildenden Flachmaterialstück 22 induzierten elektrischen Ströme praktisch Abbilder der durch die primären Wicklungsabschnitte 23 und 24 fließenden Ströme sind. Das heißt, längs des mittleren Teils des Flachmaterialstücks 22 unter den Längsvcrticfungcn des Kernteils 10 fließt der Strom in Längsrichtung, wobei sich Rückleitungswege (in Längsrichtung) für den Strom längs der Ränder des Flachmaicrialsiücks 22 erstrecken.

F i g. 4 und 5 veranschaulichen die Kräfte, die auf den Sekundärteil durch eine Anordnung ausgeübt werden, die derjenigen nach F i g. 3 entspricht, wobei jedoch das als Sekundärteil dienende z. B. aus Aluminium bestehende Flachmaterialstück 26 »"'was breiler ist, als das primäre Kernteil 28 und über dem Primärteil in Schwebe gehalten wi'd. Die Spannuiigswerte wurden nach dem Verfahren von Maxwell auf der Basis von Messungen der Flußverteilung in unmittelbarer Nähe des Flachmaterialstücks 26 bestimmt. Die Spannungswertc sind an verschiedenen Punkten längs der Mittelebene des Flachmaterialstücks 26 als Pfeilvektoren dargestellt. Wenn das Flachmaterialstück 26 symmetrisch zu dem Kernteil 28 angeordnet ist (Fig.4), werden nach oben gerichtete Kräfte, die auf den mittleren Teil des Flachmaierialstücks 26 wirken, ferner nach innen gerichtete Kräfte, die nahe den Längsrändern des Flachmaicrialsiücks 26 entstehen, sowie nach außen gerichtete Kräfte erzeugt, die zwischen der Mittelebcnc und den Längsrändern zur Wirkung kommen. Ist das Flachmalcrialstück 26 jedoch gegenüber dem Kcrntcil 28 seitlich versetzt (unsymmetrisch gemäß Fig.5) nehmen die nach innen geriehtelen Seiienführungskrafie /ur Stabilisierung auf der Seile, /u der das FlaclinuuerialMiiek 2h versetzt ist, zn, während die nach außen gerichteten KrufIe an dem minieren Teil des HarliiitaterialMüeks 2h • näher heiiaehbarieii !'unkten keiner gruUeii Änderung iiiilerliegcn.

Hei der Anordnung nach I-ι j'.. t und ? sowie Ι· ι κ '■ bei tlciSL'ii iK-r l'ninailcil libci ik-in Sikiind.irUil in Schwebe gehalten wird, ist der Sekundärteil üblicherweise erheblich länger als der Primärteil. Bei einem Transportsystem für hohe Geschwindigkeiten würde der Primärteil z. B. einen Bestandteil eines Fahrzeugs bilden, während der Sekundärteil die Aufgabe eines herkömmlichen Gleises übernehmen würde. Jedoch kann der Primärlcil auch unter dem Sekundärteil angeordnet sein, um den Sekundärteil schwebend zu halten. In diesem Fall hat üblicherweise der Primärteil eine erheblich größere Länge als der Sekundärtcil. Zwar kann also entweder der Primärtcil oder der Sekundärteil das län-

2i] gcre Element sein, jedoch muß das kürzere Element ständig innerhalb der Begrenzungen des längeren Elements verbleiben, damit ein stabiler /vchwebezustand aufrechterhallen ist.

Fig.6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform von Wicklungen für den Primärteil der Anordnung nach F i g. I und 2. bei der mit Dreiphasenwechselstrom erregt wird.

Eine ähnliche Anordnung kann auch in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig.3 vorgesehen sein.

Wie zuvor setzt sich der Kern aus einem Satz gleichartiger U-förmiger Kernteile zusammen, von denen in F i g. 6 neun Kernteile 36 bis 44 dargestellt sind. Jede Wickfung 47,48,49 umschließt drei Kernteile und jedes Kernteil ist von drei Wicklungen umschlossen, von denen für jede Phase je eine vorgesehen ist. Die Wicklungen für benachbarte Phasen sind jeweils um ein Kernteil gegeneinander versetzt. Beispielsweise umschließen die R- Phasen wicklung 46 die Kernteile 36, 37 und 38, die B- Phasen wicklung 47 die Kernteile 37, 38 und 39. die V-Phascnwicklung 48 die Kernteile 38, 39 und 4β, die nächste K-Phasenwicklung 49 die Kernteile 39, 40 und 41 UtW. Gemäß I" i g. 6, in der die Buchslaben R, Yund B die jeweiligen Phasen der Ströme in den senkrechten Abschnitten der Wicklungen bezeichnen, wobei die Abschnilte sich durch die so bezeichneten Spalte zwischen benachbarten Kernteilen erstrecken. flieCen in benachbarten Wicklungen, z. B. den Wicklungen 36 und 39. Ströme gleicher Phase jedoch entgegengesetzter Richtung. Gemäß Fig. 7, die nur die Λ-Phasenwicklungen zeigt, verläuft der Rücklcilungsabschniti der Wicklungen über die Rückseiten der Kcrnleile 36 bis 38

F i g. 8 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der im Primärtcil jeweils zwei Kernteile 50, 51 nebeneinander angeordnet sind, von denen jeder im wesentlichen ebenso ausgebildet ist, wie der Primärteil der Ausführungs· form nach F i g. 1 und 2 oder der Primärteil der Ausführungsform nach Fig.4 und 5. Die Wicklungen der beiden nebeneinander angeordneten Kernteile 50, 51 des Primärteils sind so an die Wechselstromquelle ange-

bo schlossen, daß die Ströme in benachbarten Wicklungsabschnitten ·η gleicher Richtung fließen und bei Mehrphascnwcchsclstrom jeweils gleiche Phase haben. Der Sckundärleil 52 besteht aus einer Aluminii'.mplatlc. deren Breite annähernd gleich der Gesamtbreite des Pri-

b5 märtcilsisl.

F i g. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der im Primärteil ebenfalls jeweils zwei Kernteile 54 und 56 nebeneinander und parallel angeordnet sind, wobei die

Kernteile 54, 56 jeweils allgemein E-förmigcn Querschnitt haben, das heißt, deren Lamellen E-förmig sind. Der Sekundärteil besteht aus einer Platte 58 aus einem elektrisch leitenden unmagnetischen Werkstoff, /.. B. Aluminium. Die Breite der Platte 58 entspricht nnnä- ι hemd dem Abstand zwischen den mittleren Schenkeln der beiden Kernteile 54, 56 des Primäricils. Bei den Wicklungen handelt es sich um oben liegende Wicklungen, die die mittleren Schenkel der E-förmigen Kernici-Ic 54,56 umschließen, die Ein/clwicklungcn pro Kerntcil in sein können, wie das an Hand von F i g. I und 2 erläutert worden ist. Andererseits können die verschiedenen Wicklungen mehrere Kernteile in einer solchen Weise umschließen, wie das anhand von Fig.6 erläutert worden ist. Die Wicklungen sind dabei so geschaltet, daß die Richtung des Stroms in der innenliegcndcn Kcrnicilvcrtiefung jedes Kernteils 54 einer Reihe die gleiche ist. wie in den innenliegenden Kernteilvertiefungen des benachbarten Kernteils 56 der anderen Reihe.

Fig. 10 zeigt eine weitere Ausführungsform die der jn nach F i g. 9 gleich ist mit der Ausnahme, dall die Ströme in den Wicklungen der Kcrnleilc 54 der einen Reihe in Gegenrichtung zu denen in den Kcrntcilcn 56 der anderen Reihe fließt, so daß die Richtung des Stroms in den inneren Kernteilvertiefungen der Kerntcilc der einen Reihe die gleiche ist. wie die Richtung des Stroms in den äußeren Kernteilvertiefungen der benachbarten Kernteile der anderen Reihe.

Auch bei den Ausführungsformen gemäß F i g. 8 und 10 kann der Primärteil über dem Sekundärteil angeord- jo net sein, so daß der Primärteil auf elektromagnetischem Wege über Abstoßkräfte im Schwebezustand gehalten ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen J5

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Maschine, mit einem Sekundärlci! mit elektrisch leitendem Material sowie einem Primärteil, dessen Magnetkern mit mindestens zwei nebeneinander angeordneten Reihen von Polflächcn versehen ist, die derselben Seite des Sckundärlcils gegenüberliegen, und Mchrphascnwicklungcn trägt, wobei der Sekundärteil beiderseits jeder Reihe von Polflächen Längswege und die Längswege verbindende Querwege für die im Betrieb induzierten elektrischen Ströme bildet, wodurch im Betrieb zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil Vortriebs-, Seitenführungs- und Abstoßkräfie erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß jede Polfläche einer Reihe einer entsprechenden Polfläche der mindestens einen anderen Reihe zugeordnet ist und mit dieser Polfläche mindestens ein Kernteil (10,11,12:50,51; 54,56) bildet, das aus Lamellen quer zu den Polflächenreihen besieht und das die Mehrphasenwicklungen (14,15,16; 23,24) trägt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß im Primärteil jeweils zwei Kernteile (50,51; 54,56) nebeneinander angeordnet sind (F ig. 8,9.10).

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen U-förmig sind.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen E-förmig sind.

5. Elektrische Maschine nacfe einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung (46,47,48,49) der Mehrphas<-nwicklung mindestens zwei aufeinanderfolgende Kcrnteilc (36 bis 44) des Magnetkerns des Primärteils umschließt.