DE2359883A1 - Sync linear motor for traction applications - has stationary stator and moving excitation part with permanent magnets - Google Patents

Sync linear motor for traction applications - has stationary stator and moving excitation part with permanent magnets

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    • H02K41/02—Linear motors; Sectional motors
    • H02K41/03—Synchronous motors; Motors moving step by step; Reluctance motors

Abstract

The synchronous linear motor is intended for high speed traction purposes. It has the excitation part, mounted on the train, which contains permanent magnets. By using magnets of the rare earth and cobalt type high energy levels are attainable and hence the weight of the magnets which the train has to carry can be much reduced. Stabilisation of the vehicle may be by a control system feeding electromagnets to give positioning and lift, or by a combination of electromagnets bucking or boosting auxiliary permanent magnets. The main permanent magnets may be arranged above and below the stationary armature windings to equalise magnetic attraction.

Description

Patenfbe SchreibungPatenfbe spelling

Linearmotore synchroner Bauart sind bekannt. Die Erregung dieser Linearmotore erfolgt normalerweise durch Elektromagnetes Das hat den Nachteil, dass die Elektromagnete Strom verbrauchen. Ersetzt man sie durch Dauermagnete, dann fällt dieser Stromverbrauch fort. Nachteil ist jedoch, je- nach Art der Dauermagnete, dass höhere Gewichte als bei der Verwendung von Elektromagneten notwendig werden, bzw. dass man keine erheblichen Gewichtsvorteile,gegenüber der Verwendung von Elektromagneten erzielen kann. Bei Verwendung eines speziellen neuen Dauermagneten mit mehr als 10 mio. Gauss-Oerstedt erzielt man den Vorteil einer erheblichen Gewichtsverminderung einerseits und eines besinder's anordnungsgünstigen Aufbaues des Erregerteiles nach Anspruch 3. . Ausserdem ist durch Wahl der Dimensionsverhältnisse und Anordnungen nach Anspruch 4, bis 6, 8 und 9 eine vorteilhafte Konfiguration möglich, die sich besonders für die Verwendung des Linearmotr.s als Antrieb eines Fahrzeuges, welches mit dem Erregerteil verbanden ist, eignet.Linear motors of a synchronous type are known. The excitation of the linear motors is carried out usually by electromagnets s This has the disadvantage that the solenoids consume power. If you replace them with permanent magnets, then this power consumption disappears. However, the disadvantage, depending on the type of permanent magnets, is that higher weights are necessary than when using electromagnets, or that no significant weight advantages can be achieved compared with the use of electromagnets. When using a special new permanent magnet with more than 10 mio. Gauss-Oerstedt one achieves the advantage of a considerable weight reduction on the one hand and a favorable arrangement of the exciter part according to claim 3. In addition, by choosing the dimensional ratios and arrangements according to claims 4, to 6, 8 and 9, an advantageous configuration is possible, which is particularly suitable for the use of the linear motor as a drive for a vehicle which is connected to the exciter part.

Besonderes Problem bei der Verwendung von Dauermagneten bei Linear motoren, die für schnelle Fahrzeuge Verwendung finden, ist die Erhöhung des Luftspaltes bei Fahrt des Fahrzeuges über eine Weiche oder bei Situationen, in denen der Warihderfeldteil nicht mehr dem Erregerteil zugeordnet ist, sondern aus dem Fahrzeug ausgeschert ist. Die Verwendung des genannten Magnetmaterials, seltene Erden mit Kobalt, im Zusammenhang mit den Dimensionierungen ergibt die Unempfindlichkeit der magnetischen Eigenschaften der Magnete gegen über der Erhöhung des Luftspaltes durch Ausscheren des Stators.A particular problem with the use of permanent magnets in linear motors, which are used for fast vehicles, is the increase in the air gap when the vehicle drives over a switch or in situations in which the Warihderfeld part is no longer assigned to the exciter part, but has sheared out of the vehicle is. The use of the aforementioned magnetic material, rare earths with cobalt, in connection with the dimensions, results in the insensitivity of the magnetic properties of the magnets to the increase in the air gap caused by the stator deflecting.

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Bei der Verwendung des synchronen Linearmotors für schnelle Fahrzeuge ist es in den meisten Fällen nicht möglich, die mit dem Fahrzeug verbundenen Erregerteile in gleichbleibender Luftspaltgrösse von dem in der Fahrspur befestigtem Wanderfeldstator durch mechanische Führung wie Räder usw. zu halten. Deshalb ist eine Regelung der magnetischen Zugkräfte notwendig, um das Fahrzeug zum Schweben zu bringen. Hiezu wird erfindungsgemäss mit dem Dauermagnet ein Elektromagnet verbunden, der zusätzliche oder abzügliche Durchflutungen erzeugt, welche die magnetische Flussdichte im Luftspalt und damit die Kräfte, zwischen Stator und Fahrzeug steuert.When using the synchronous linear motor for fast vehicles, in most cases it is not possible to use the Exciter parts connected to the vehicle in constant air gap size from the traveling field stator attached in the lane held by mechanical guides such as wheels etc. Therefore a regulation of the magnetic tensile forces is necessary in order to to make the vehicle levitate. To this end, according to the invention an electromagnet connected to the permanent magnet, which generates additional or subtractive currents, which controls the magnetic flux density in the air gap and thus the forces between the stator and the vehicle.

Er findungsgemäss wird hiebei der magnetische Kreis für die zusätzliche oder abzügliche Durchflutung so gelegt, dass in ihm kein Dauermagnet enthalten ist, da der Dauermagnet eine sehr niedrige Permeabilität besitzt und sich demnach Luftspaltähnlich verhält.According to the invention, the magnetic circuit for the additional or subtractive flux in such a way that it does not contain a permanent magnet, as the permanent magnet is a very has low permeability and therefore behaves like an air gap.

Wenn dabei der Eisenkern des zusätzlichen Elektromagneten mit einen kleinen Querschnitt ausgeführt wird, dann weist dieser Querschnitt in bestimmten Betriebszustanden magnetische Sättigung auf. Das bedeutet zum Beispiel, dass ohne Strom in der elektromagnetischen Wicklung ein magnetischer Fluss, herrührend von dem Dauermagneten, den Eisenkern des Elektromagneten sättigt. Damit wird die Durchflutung dieses Eisenkerns begrenzt.Je nach der genannten Schaltungsart wird ^'Stromstärke in der elektromagnetischen Wicklung diese Durchflutung aufgehoben oder in die Gegenrichtung uragesteurt. Dadurch ergeben sich in dem Luftspalt die gewünschten Änderungen der magnetischen FlussdichteIf the iron core of the additional electromagnet is designed with a small cross-section, then this has Cross-section in certain operating states on magnetic saturation. That means, for example, that without electricity in the electromagnetic Winding a magnetic flux, originating from the permanent magnet, saturates the iron core of the electromagnet. This limits the flow through this iron core, depending on the situation the circuit type mentioned is ^ 'current intensity in the electromagnetic Winding this throughflow canceled or uragesteurt in the opposite direction. This results in the air gap the desired changes in magnetic flux density

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und damit der anziehenden Kräfte. 2359883and thus the attractive forces. 2359883

Die Aufgabe für die Steuerung ist (geringer und die dabei notwendi gen Spannungen für Steue'rungsausechläge bei gleicher Steurungsgeschwindigkeit wird niedriger, wenn der Dauermagnetischekreis mindestens eine Querschnittsverengung oder einen Zwischenraum zusätzlich aufweist. Damit erhält der Zusammenhang von Luftspaltweite und Kraft eine geringere Steilheit.The task for the control is (less and the necessary gen voltages for control deflections at the same control speed becomes lower if the permanent magnetic circuit has at least one cross-sectional constriction or an additional space having. The relationship between the air gap width and the force is therefore less steep.

Ol '■Ol '■

Das Verhltnis von Vortriebskraft zu Hubkraft bei Anwendung des synchronen Linearmotors für schnelle erdgebundene Fahrzeuge erfordert, das die magnetische Flussdichte, die die Erregung des Linearmotors in den LUftspalten zwischen Erregermagneten und Stator hervorruft, grö#sser ist, als die zur Erreichung einer das Gewicht des Fahrzeuges kompensierenden Hubkraft. Deshalb muss ein vertikaler nach oben gerichteter? Kraftüberschuss ausgeglichen werden durch nach unten gerichtete Kräfte auf das Fahrzeug. Günstig ist hier eine Anordnung von Erreger* ■» magneten auch auf der Oberseite des Wanderfeldstatorsyetwa entsprechend der Anordnung von Magneten auf der Unterseite; stattdessen ist auch möglich, auf der Oberseite lediglich anziehende Magnete anzuordnen etwa nach dem Gesichtspunkt günstiger Gewichte, wobei erfindungsgemäss die gewählte AnordnungThe ratio of propulsive force to lifting force when using the requires synchronous linear motor for fast earthbound vehicles, that is the magnetic flux density that causes the excitation of the linear motor in the air gaps between excitation magnets and Stator causes is greater than that to achieve a lifting force compensating for the weight of the vehicle. So must a vertical upward? Excess force are balanced by downward forces on the vehicle. An arrangement of pathogens is favorable here * ■ » magnets on the top of the traveling field stator, for example according to the arrangement of magnets on the underside; instead it is also possible to use only attractive ones on the upper side To arrange magnets approximately according to the point of view of favorable weights, whereby according to the invention the chosen arrangement

vorgeschlagen wird. . ' ^"is suggested. . ' ^ "

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Claims (1)

PatentansprücheClaims Linearmotor mit stationärem WanderfeldLinear motor with stationary traveling field earmotor vornehmlich synchroner Bauart und mit stationäremearmotor mainly synchronous design and with a stationary one Wanderfeld (Stator) und bewegtem Erregerteil, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregung durch Dauermagnete 1.2 erfolgt.Moving field (stator) and moving exciter part, characterized in that that the excitation takes place by permanent magnets 1.2. Linearmotor nach 1 dadurch gekennzeichnet, dass DauermagneteLinear motor according to 1, characterized in that permanent magnets mit me*3?als 10 mio. Gauss-Oerstedt und oder aus der Gruppe seltene Erden und Kobalt« verwendet werden.with me * 3? as 10 mio. Gauss-Oerstedt and or from the group rare earths and cobalt «can be used. Linearmotor nach 1 und/oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass,Linear motor according to 1 and / or 2, characterized in that, die Magnetisierungsrichtung der Magneteji im wesentlichen parallel zur Bewegungsrichtung 3 des Erregerteils 1+ angeordnet ist, wobei zwischen den Magneten Polschuhe vornehmlich in U-Form angeordnet sind.the direction of magnetization of the Magneteji is arranged essentially parallel to the direction of movement 3 of the exciter part 1+ , with pole shoes being arranged primarily in a U-shape between the magnets. Linearmotor nach 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die MagneteLinear motor according to 1 to 3, characterized in that the magnets ein Verhätnis Länge in Magnetisierungsrichtung zu Breite 7 + Tiefe 8 geteilt durch 2 aufweisen, welches kleiner als 0,4- ist.have a ratio of length in the direction of magnetization to width 7 + depth 8 divided by 2, which is less than 0.4-. Linearmotor nach vorhergehendes Ansprüchen dadurch gekennzeichnet,Linear motor according to the preceding claims, characterized in that dass die Länge 6 der Magnete weniger als 0,4 der Polteilung 9 des Linearisotors ausmachtthat the length 6 of the magnets is less than 0.4 of the pole pitch 9 of the linear isotors 509024/0393509024/0393 Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, XXLinear motor according to the preceding claims, characterized in that XX dass die Magnete einen grösseren Querschnitt 7s8 aufweisen als die Anlageflächen der Polschuhe nach 3°that the magnets have a larger cross-section than 7s8 the contact surfaces of the pole shoes after 3 ° Linearmotor nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete^ an den Seiten 10 von a-magne— tischem Material, an den Polflächen 11 mit Material hoher Permeabilität umschlossen ist, welches eine Zugfestigkeit höher als 2 Kilopond pro Quadratmillimeter aufweist.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that that the permanent magnets ^ on the sides 10 of a-magne— table material, on the pole faces 11 with material of high permeability is enclosed, which has a tensile strength higher than 2 kilopond per square millimeter. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeiehnet, dass die Dauermagnete eine Breite 7 quer zur Bewegungsrichtung aufweisen, «'etwa gleich der Polteilung oder kleiner als diese ist.Linear motor according to the preceding claims characterized in that that the permanent magnets have a width 7 transverse to the direction of movement have, "'is approximately equal to or less than the pole pitch. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Polschuh© 5 voriaehsalieM aach 3$ ©ia© in Bewegungsrichtung 3 au£wsisens die ett?a di© Hälft© d©r Magnetbreite nach 8 oder etwas mehr aufweisen.Linear motor according to any preceding claim characterized in that the pole piece aach © 5 voriaehsalieM 3 $ © © ia in the direction of movement 3 au £ s wsisen the ett? A di © Hälft © © r d magnet width or slightly more to have. 8 Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass er mit etwa waagerechten PoIflachen 12 angeordnet und der Erregerteil mit einem FahrzeugfvOTbuaden iste Linear motor according to the preceding claims, characterized in that it is arranged with approximately horizontal pole surfaces 12 and the exciter part is connected to a vehicle e linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet ,dass die Zugkraft der Magnete unterhalb des Wanderfeldstators quer zur Bewegungsrichtung der Erregermagnete zum Tragen des mit den Magneten verbundenen Fahrzeuges 13 Verwendung findet.Linear motor according to the preceding claims characterized that the pulling force of the magnets is below the traveling field stator transversely to the direction of movement of the exciter magnets for carrying the vehicle 13 connected to the magnets finds. Linearmotor nachvorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkraft der Magnete nach 11 höher als das Gewicht des Fahrzeuges ist und von anderen Einrichtungen, z.B. Rädern H» Magneten 2 oder Erregermagneten auf der Oberseite entsprechend denen der Unterseite nach Anspruch 19 ausgeglichen Wird.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that that the pulling force of the magnets according to 11 is higher than the weight of the vehicle and that other devices, e.g. Wheels H »magnets 2 or exciter magnets on the top corresponding to those of the underside according to claim 19 balanced Will. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass die Zugkräfte der Magneten nach 12 zum Ausgleich von Kräften sowie Störkräften und zum Einhalten von Luftspalten zwischen Stator einerseits, Erreger und Kräfteausgleich nach 12 andererseits und oder zur Erreichung einer möglichst störbeschleunigungsfreien schwebenden Fahrt durch mit Dauermagneten verbundene steuerbare Elektromagnete 15 gesteuert werden.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that the tensile forces of the magnets according to 12 to compensate for forces as well as disturbing forces and to maintain air gaps between the stator on the one hand, exciters and force balance according to 12 on the other hand and or to achieve a floating movement that is as free from disturbance acceleration as possible by means of controllable electromagnets connected to permanent magnets 15 can be controlled. 4
Linearmotor nach vorhergendenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet/4th
Linear motor according to the preceding claims characterized / dass der Kern des gesteuerten Elektromagneten 15 nach 13 direkt mit den Polschuhen 5 der Erregermagnete oder Ausgleichsmagnete nach 12 verbunden ist.that the core of the controlled electromagnet 15 according to 13 directly is connected to the pole pieces 5 of the exciter magnets or compensating magnets according to FIG. 509824/0393509824/0393 Linearmotor nach vorgehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass der Kern des gesteuerten Elektromagneten 15 nach 1if. durch ■ einen geringen Querschnitt und oder einem Material mit steilem übergang zur magnetischen Sättigung ausgestattet ist, wobei annähernd im Falle des mittleren Gleichgewichtsaustandes beim Schweben des Fahrzeuges nach 11. und 13« vornehmlich im Zustande der Stromlosigkeit oder eines.geringen steuerungstechnisch notwendigen Ruhestromes der Steuerung nach 13. dasMagnet-Kernmaterial sich im Bereich der Sättigung befindet.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that the core of the controlled electromagnet 15 according to 1if. by ■ a small cross-section and / or a material with a steep transition to magnetic saturation is provided, being approximately in the case of the mean state of equilibrium when the vehicle is hovering according to 11 and 13, primarily in the state the currentlessness or a low closed-circuit current of the control system required by the control system according to 13. the magnet core material is in the range of saturation. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet,Linear motor according to the preceding claims, characterized in that dass der dauermagnetische Kreis gebildet ζ,,Β. aus 1, 5, ,12 mindestens eine Querschnittsverengung 16 oder ein Zwischenraum oder ein Zwischenraum mit a-magnetischem Material oder dergleichen derart vorgesehen ist, dass bei Annäherung der Erregerpole an den Stator und damit Verkleinerung des Luftspaltes due Anziehungskraft weniger stark ansteigt.that the permanent magnetic circle formed ζ ,, Β. from 1, 5,, 12 at least a cross-sectional constriction 16 or an interspace or an interspace with a-magnetic material or the like it is provided that when the exciter poles approach the stator and thus the air gap is reduced Attraction increases less strongly. 17. ·17. · Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichent,Linear motor according to the preceding claims characterized in that dass je Steuerkreis gebildet aus 15> 5» 12 eine elektromagnetische Wicklung von Steuerstrom gleichbleibender oder wechselnder Richtung durchflossen wird, wobei bei gegenüberliegenden Steierkreisen nach 19 gleichsinnige Wirkung durch Zusammenschaltung der Stromkreise oder der Stromsteuerung erzeilt wird.that each control circuit is formed from 15> 5 »12 an electromagnetic one Winding is traversed by control current in a constant or alternating direction, with opposite Steier circles According to 19, the same-directional effect is achieved by interconnecting the circuits or the current control. S09824/0393S09824 / 0393 Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass je Steuerkreis zwei elektromagnetische Wicklungen vorgesehen sind, bei welchen eine Wicklung für eine Flussrichtung die andere Wicklung für die andere Flussrichtung 'bestimmt ist.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that that two electromagnetic windings are provided for each control circuit, with one winding for one direction of flow and the other Winding for the other direction of flow 'is intended. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, dass Kräfteausgleichsmagnete nach 12. die oberhalb des Wanderfeldstators angeordnet sind, etwa den unterhalb des Wanderfeldstators angeordneten Erreger- und Tragmagneten in Bau und Wirkungsweise entsprechen.Linear motor according to the preceding claims, characterized in that that force compensation magnets according to 12. the one above the traveling field stator are arranged, such as below the traveling field stator arranged excitation and carrying magnets in construction and mode of operation correspond. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet,Linear motor according to the preceding claims, characterized in that dass die nach 12. und I9. oberhalb des Wanderfeldstators angeordneten Magnete 2 mit ihrer Magnetisierungsrichtung etwa senkrecht angeordnet sind unter Verwendung einer Eückschlussbrücke 17 oberhalb der Magnete.that after 12. and I9. arranged above the traveling field stator Magnets 2 are arranged approximately vertically with their magnetization direction using a return bridge 17 above the magnets. Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch geknnzeich.net,Linear motor according to the preceding claims thereby geknnzeich.net, dass Dauermagnete 18 nach 3. vornehmlich inkonischer Form fflit senkrechter Magnetisierungsechse, gückschlussbrücke 20 und gegebenenfalls elektromagnetischer Steuerung 2T nach 13- H· 15· angeordnet sind.that permanent magnets 18 are arranged according to 3. mainly in a conical shape ffl with a vertical magnetization axis, yoke bridge 20 and, if necessary, electromagnetic control 2T according to 13-H · 15 ·. 22. ■■■■-■·■'22. ■■■■ - ■ · ■ ' Linearmotor nach vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet,Linear motor according to the preceding claims, characterized in that dass an Stelle der Dauermagnete Elektromagnet© Verwendung finden, die auch die Steurung nach 13. 14« 15* übernehmen.that electromagnets © are used instead of permanent magnets, which also take over the control according to 13. 14 «15 *. 509624^039-3509624 ^ 039-3
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