DE2329718A1

DE2329718A1 - Linearmotor fuer hochgeschwindigkeitsbahn

Info

Publication number: DE2329718A1
Application number: DE2329718A
Authority: DE
Inventors: Naoki Maki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-06-12
Publication date: 1973-12-20
Also published as: GB1427200A; JPS4919514A; FR2189988A1; US3858522A; DE2329718B2; FR2189988B1; DE2329718C3

Description

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12. Juni 1973

HITACHI. LTD.. Tokio (Japan) Linearmotor für Hochgeschwindigkeitsbahn

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor für eine Hochgeschwindigkeitsbahn und insbesondere auf Trieb- und Schwebe- oder Kissensysteme und Hilfssysteme, wie beispielsweise auf die Stabilisiereinrichtung eines derartigen Linearmotors.

Es wurde bereits die Verwendung eines Linearmotors bei einem Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnfahrzeug diskutiert, das mit einer Geschwindigkeit von 550 km/h fährt. Bei einer derartigen Verwendung ist eine supraleitende Spule am Fahrzeug vorgesehen, während Bodenspulen entlang des Bahn- oder Schienenweges verteilt sind. Das Fahrzeug wird durch die zwischen den supraleitenden Spulen und den Bodenspulen ausgeübte Magnetkraft angehoben,

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und das angehobene oder schwebende Fahrzeug wird dann reibungslos durch einen Linearmotor angetrieben. Jedoch erfordert dieses Transportsystem zahlreiche Spulen am Fahrzeug und im Boden zum freischwebenden Anheben und zum Antrieb, so daß die Gesamtkosten des Systems aufgrund einer derartig großen Spulenanzahl hoch sind.

In letzter Zeit wurde ein Gleichstromlinearmotor mit Thyristoren diskutiert, bei dem eine einzige Spule sowohl zum freischwebenden Anheben als auch zum Antrieb des Fahrzeuges diente Dieser mit Thyristoren ausgerüstete Gleichstromlinearmotor ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunkten vorzuziehen. Jedoch ist es mit einem derartigen Linearmotor schwierig, eine ausreichende Triebkraft zu erhalten«, Weiterhin verändert sich die Schwebe- oder Kissenkraft mit der Triebkraft, da eine einzige Spule sowohl zum freischwebenden Anheben als auch zum Antrieb des Fahrzeuges dient.

Ein Transportsystem mit einem derartigen Linearmotor, wie dieser oben beschrieben mtrde, ist schematisch in der Fig. 8 dargestellt. Die Anordnung und das Prinzip dieses Systems wird anhand der Fig. 8 beschrieben. Ein Fahrzeug 1 hat eine Längsrinne k in der Mitte seines Bodenteiles. In der Rinne liegt eine Ankerspule 2, die im Boden 6 befestigt ist, während Feldspulen 3 am Fahrzeug 1 so angebracht sind, daß sie in der Nähe und auf beiden Seiten der Ankerspule 2 angeordnet sind.

Die Kissenkraft entsteht aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem Fluß, der durch die Feldspulen 3 und den Gleichstrom erzeugt wird, der durch die Spulenenden 9 der Ankerspule 2 fließt, die parallel zur

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Fahrtrichtung des Fahrzeuges 1 sind. Die Triebkraft wird durch den durch die Feldspulen 3 erzeugten Magnetfluß bewirkt, der auf den Gleichstrom einwirkt, der durch die

Spulenenden der Ankerspule fließt, die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges 1 sind. Es werden also lediglich die Anker- und Feldspulen zur Erzeugung der Kissen- und Triebkräfte verwendet.

Der mit Thyristoren ausgerüstete Gleichetromlinearmotor hat also den Vorteil, daß die Kissen- und die Triebkraft durch die gleichen Spulen erzeugt werden. Dieser Mo· tor hat jedoch den unvermeidbaren Nachteil, daß die entwickelte Triebkraft nicht so groß sein kann. Dies beruht darauf, daß die Länge von jeder der Spulenseiten zur Erzeugung der Triebkraft, die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges ist, innerhalb eines gewissen Bereiches begrenzt sein muß, um eine geeignete Kissenkraft zu erzeugen.

Es ist deshalb nicht nur eine wichtige Forderung für einen in Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnen verwendeten Linearmotor, daß die Trieb- und die Kissenkraft durch eine einzige Ankerspule erzeugt werden, sondern auch, daß die Triebkraft bei einer kleinen Veränderung der Kissenkraft groß genug ist. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem ohne Komplizierung der Anordnung des Systems.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Linearmotor für Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnen anzugeben, der nicht nur zum Antrieb und freischwebendem Anheben, sondern auch als Stabilisiereinrichtung dient, der im wesentlichen konstante Kissen- und Stabilisier-

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kräfte erzeugen kann, unabhängig von einer Veränderung der Triebkraft, und bei dem der Einfluß der Triebkraft auf die Kissen- oder Stabilisierkraft vernachlässigbar ist, wobei diese Kräfte getrennt steuerbar sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung, die diese Aufgabe löst, wird die Triebkraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Strom erhalten, der durch die Spulenseiten der Ankerspule (im folgenden als "senkrechte Spulenseiten" bezeichnet) fließt, die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges sind, und zwischen dem Magnetfeld, das durch die Feldspulen erzeugt wird, die in der Nähe und auf beiden Seiten der senkrechten Spulenseiten vorgesehen sind; dagegen werden die Schwebe- und Stabilisierkräfte durch die Wechselwirkung zwischen dem Strom erhalten, der durch die Spulenseiten der Ankerspule (im folgenden als "parallele Spulenseiten" bezeichnet) fließt, die parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges sind, und zwischen den Magnetflüssen, die zum Schweben und zur Stabilisierung durch die Feldspulen erzeugt werden, die in der Nähe und auf beiden Seiten der parallelen Spulenseiten angeordnet sind.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit einem erfindungsgemäßen Linearmotor ausgerüstetes Fahrzeug, einschließlich eines besonders angepaßten Schienenweges (Bahn) mit Ankerspulen;

Fig. 2 und 3 verschiedene Diagramme zur Erläuterung des Betriebes des in der Fig. 1 dargestellten Linearmotorfahrzeugs;

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Fig. h bis 7 Schnitte durch andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die dem in der Fig. 1 gezeigten Schnitt ähnlich sind; und

Fig. 8 einen Schnitt eines Fahrzeuges, das mit einem , herkömmlichen Linearmotor ausgerüstet ist, einschließlich eines Schnittes des Schienenweges (Bahn) mit einer Ankerspule.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Linearmotors einschließlich eines Fahrzeugrahmens 1, einer Ankerspule 2 und Feldspulen 3· Das Fahrzeug 1 hat eine Längsrinne h in der Mitte von seinem Bodenteil entlang der Fahrtrichtung des Fahrzeuges 1; und die Ankerspuie 2 liegt in der Rinne k mit einem Abstand 5 für die Fahrt des Fahrzeuges 1 in bezug auf die Ankerspule 2. Die Ankerspule 2 ist starr am Boden 6 durch geeignete Stützen (nicht dargestellt) befestigt. Die Feldspulen 3 und Kissenfeldspulen 7 sind am Fahrzeug 1 angebracht.

Die Feldspulen 3 liegen in der Nähe und auf beiden Seiten der senkrechten Spulenseiten 8 der Ankerspule 2, während die Kissenfeldspulen 7 in der Nähe und auf beiden Seiten der parallelen Spulenseite 9 der Ankerspule 2 angebracht sind.

Mit dieser Spulenanordnung wird die Triebkraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Feldfluß (der nur eine Komponente hat, die senkrecht mit der Ankerspule verkettet ist), der durch die Feldspule 3 erzeugt wird, und zwischen dem Strom, der durch die senkrechten Spulenseiten 8 der Ankerspule 2 fließt, gebildet. Andererseits wird

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die Kissenkraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfluß bewirkt, der durch die Kissenfeldspulen 7 erzeugt wird, und zwischen dem Strom, der durch die parallelen Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 fließt. Wie oben erläutert wurde, sind erfindungsgemäß die Triebfeldspulen und die Kissenfeldspulen getrennt vorgesehen, so daß die Triebkraft vergrößert werden kann, indem frei und unabhängig von der Kissenkraft die Breiten der Feldspulen und der Ankerspulen vergrößert werden. Ebenso kann die Kissenkraft vergrößert werden, indem unabhängig von der Triebkraft die Flußdichte vergrößert wird, die durch die Kissenfeldspulen erzeugt wird. Darüber hinaus können in diesem Fall die Länge und die relative Lage jeder Kissen-· feldspule willkürlich gewählt werden, so daß die Kissenkraft so bestimmt werden kann, daß die Schwankung beim Schweben am kleinsten ist.

Die Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterung der erfindungsgemäße .α irzeu^ung der Kissenkraft.

Fig. 2 entspricht einem Fall, bei dem ein Dreiphasensynchronlinearmo tor mit einem Nutenschrittanker von 120 verwendet wird. In diesem Fall xst die gesamte Kissenkraft ausreichend groß, und der Welligkeitsanteil in der Kiasenkraft ist klein. Hier ist die gesamte Kissenkraft die Summe der jeweiligen Kissenkräfte, entsprechend zu den drei Phasen, wobei jede Kissenkraft für eine Phase gegeben ist durch das Produkt aus dem Magnetfluß B1, der durch die Kissenfeldspulen induziert wird, und aus dem Ankerstrom.

Fig. 3 entpsricht einem Fall, bei dem ein mit Halbwellen erregter Linearmotor mit einem Nutenschrittanker

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von 120 verwendet wird, wobei die Länge der Kissenfeldspule doppelt so groß wie die Länge der Triebfeldspule ist. In diesem Fall ist die Welligkeit der Kissenkraft vernachlässigbar, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Kissenfeldspulen in der Nähe und auf beiden Seiten ' der parallelen Spulenseiten der Ankerspule vorgesehen. Als Abwandlung von diesem Ausführungsbeispiel kann ein Eisenkern 10 für die Kissenfeldspulen 7 vorgesehen sein, wie dies in Fig. k gezeigt ist, um die Dichte des wirksamen Flusses zum Schweben und deshalb die Schwebe- oder Kissenkraft zu vergrößern. Darüber hinaus kann bei einer anderen Abwandlung ein Eisenkern 11 zur Erzeugung eines Kissenfeldes vorgesehen sein, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wobei der obere Teil 12 des Kerns 11 in der Nähe und auf beiden Seiten der parallelen Spulenseiten 9 des Ankers und der untere Teil 13 in der Nähe der Triebfeldspulen 3 vorgesehen sind. Mit dieser Kernanordnung wird ein Teil oder der ganze durch die Triebfeldspulen 3 erzeugte Magnetfluß senkrecht zu den parallelen Seiten 9 geleitet, so daß die Kissenkraft ohne besondere Kissenfeldspulen erzeugt wird.

In Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Triebfeldspulen 3 und die Ankerspule 2 waagerecht vorgesehen sind. In diesem Fall kann ebenfalls die Triebkraft mittels der Ankerspule 2 und der Feldspulen 3 erzeugt werden. Die Kissenkraft wird durch die Kissenfeldspulen ,7 erzeugt, die Magnetflüsse für die parallelen Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 liefern. Weiterhin sind vorgesehen Stabilisierspulen 14. Diese Stabilisierspulen 1U können beispiels-

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weise mit jeder anderen verbunden sein, um eine "Nullflußanordnung" zu bilden, bei der der die Stabilisierspulen 1^ verkettende Fluß verschwindet, wenn die Mitte des Fahrzeuges mit der Mitte der Spulen 1^ zusammenfällt.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die Kissenkraft durch die parallelen Spulenseiten des Ankers und die Kissenfeldspulen erzeugt. Wenn jedoch eine getrennte Einrichtung zur Erzeugung der Kissenkraft vorgesehen ist oder wenn die Feldspulen 3 zur Erzeugung der Kissen- und Triebkräfte dienen, dann kann eine Stabilisierspule 14 in der Nähe der parallelen Spulenseiten 9 des Ankers 2 vorgesehen sein, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist, um eine größere Stabilisierkraft mit weniger Spulen zu erhalten.

Wie oben erläutert wurde, ermöglicht die vorliegende Erfindung einen sehr vorteilhaften Linearmotor für Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnen, der unabhängig von der veränderlichen Triebkraft immer konstante Kissen- und Stabilisierkräfte erzeugen kann, obwohl der Motor zur Erzeugung der Kissen- und Stabilisierkräfte dient, und bei dem die Triebkraft keinen Einfluß auf die Kissenkraft und/oder die Stabilisierkraft hat, mit dem Ergebnis, daß jede Kraft getrennt gesteuert werden kann.

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Claims

Patentansprüche

( 1. !Linearmotor für Hochgeschwindigkeitsbahn, mit mindestens einer im wesentlichen rechteckigen Ankerspule, deren erstes Seitenpaar parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges und deren zweites Seitenpaar senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges ist, und mit mindestens einer Feldspule, die gegenüber dem zweiten Seitenpaar der Ankerspule angeordnet ist, so daß eine Triebkraft durch die Wechselwirkung zwischen dem durch das zweite Seitenpaar der Ankerspule fließenden Strom und zwischen dem durch die Feldspule erzeugten Magnetfeld erzeugt wird, gekennzeichne t durch eine Einrichtung (7; 7, 10; 11; 7» 1^5 1*0 zur Erzeugung eines zweiten Magnetfeldes an mindestens einem der ersten Seitenpaare der Ankerspule (2), so daß eine Kissen- oder Stabilisierkraft erzeugt wird durch die Wechselwirkung zwischen dem Strom, der durch das erste Seitenpaar der Ankerspule (2) fließt, und zwischen dem zweiten Magnetfeld.
2. Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des zweiten Magnetfeldes mindestens eine Spule (7; 1*0 hat, die im wesentlichen gegenüber dem ersten Seitenpaar der Ankerspule (2) angeordnet ist.

3· Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes mindestens einen Magnetkern (1O; 11) hat, dessen Magnetpol im wesentlichen gegenüber dem ersten Seitenpaar der Ankerspule ''¹Hl) angeordnet ist und durch die Feldspule (3) magnetisiert ist.

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ORIGINAL INSPECTED

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