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Linearmotorantrieb insbesondere für ein spurgebundenes Schwebefahrseug
Die berührungslose Zugkraftübertragung macht Linearmotorantriebe besonders geeignet
für Fahrzeuge von Schwebebahnen, und zwar unabhängig von der Art des Trag- bzw.
Abstützungs- und Führungssystems der Fahrzeuge. Gegenüber konventionellen (rotatorischen)
elektrischen Fahrmotoren als Antrieb hat jedoch der Linearmotorantrieb den beträchtlichen
Nachteil, daß die Luftspaltgestaltung unter anderem
von der Spurführung
des Fahrzeugs abhängig ist. Ein großes Spiel in der Spurführung erfordert große
Luftspalte die schlechte elektrische Eigenschaften zur Folge haben. Während bei
vergleichbaren konventionellen elektrischen Fahrmotoren der Nenn-Luftspalt in der
Größenordnung von Bruch teilen eines Millimeters bemessen werden kann, muß bisher
bei Linearmotorantrieben für Fahrzeuge insbesondere wegen des Spiels in der Spurführung
mit einem Nenn-Luftspalt mindestens von einigen Millimetern gerechnet werden. Wegen
dieses großeren Luftspaltes sind der Wirkungsgrad und Leistungsfaktor naturgemäß
schlechter als bei konventionellen elektrischen Fahrmotoren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Linearmotorantrieb
insbesondere für ein durch ein Schwebesystem freischwebend gehaltenes, spurgobundenes
Fahrzeug von der Spurführung desselben als ninflußfaktor auf den Motor-Luftspalt
im wesentlichen unabhängig zu machen und somit die Einhaltung eines (vorgegebenen)
kleineren Nenn-Luftspaltes (als bisher realisierbar) zu ermöglichen. Hierbei soll
eine Einhaltung des Luftspaltes durch Zwischenschaltung von Führungsmitteln zwischen
stationärem und fahrzeugseitigem Motorteil außer Betracht kommen, beispielsweise
um Rückwirkungen auf die Spurführung des Fahrzeugs im wesentlichen zu vermeiden.
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Unter der Spurführung des Fahrzeugs ist dessen Seitenführung ufl/Dder
auch dessen Abstützung zu Yers; ehen, also eine Führung nach Seite und/oder Höhe.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemän dadurch gelöst, daß der fahrzeugseitige
Motorteil huber Federelemente, welche einer
Anziehung desselben
an den stationären Motor teil entgegenwirken, am Fahrzeug abgestützt und durch geregelte
Stellglieder gegen die Wirkung der Federelemente bereits aus einer Lage, in welcher
der Abstand zwischen dem fahrzeugseitigen und stationären Motorteil größer ist als
ein vorgegebener Soll-Abstand, zum stationären Motorteil hin in eine Soll-Lage bewegbar
und in dies-er gehalten ist.
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Es ist zwar bei einer Vorrichtung zum Befestigen der Induktoren eines
Linearmotors an einem Schienen- (bzw. Gleis-) Fahrzeug- bekannt, zwischen ängsträgern
des Fahrzeugs und einem Induktoren-Tragkörper elastische Organe so anzuordnen, daß
diese einer Anziehung der Induktoren an eine als statlonärer Motorteil dienende
Schiene einer Gleisanlage entgegenwirken (DT-AS 1 803 176). Bei einer derartigen
beweglichen Anordnung des fahrzeugseitigen Motorteils (am Fahrzeuge ausschließlich
mittels passiver Organe kann dieser gegenüber dem stationären Motorteil (Schiene)
lediglich unkontrollierte Bewegungen ausführen, welche durch die Wirkung dieser
Organe und die Anzugskraft zwischen stationärem und fahrgeugseitigem Motorteil bestimmt
sind. Dabei ist nicht ausgeschlossen, daß diese Anzugskraft durch das Spiel in der
Spurführung des Fahrzeugs beeinflußt wird. Der Motor-Luftspalt ist somit von der
Spurführung abhängig, d.h. ein (vorgegebener) Nenn-Luftspalt läßt sich nicht einhalten.
Zumindest für Schwebefahrzeuge ist die bekannte Anordnung, bei der der f-ahrzeugseitige
Motorteil dem Wechselspiel zwischen Federkräften und diesen entgegenwirkenden, magnetischen
Anzugskräften frei überlassen ist, völlig ungeeignet.
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Demgegenüber kann bei dem Linearmotorantrieb gemäß der Erfindung mit
einer aktiven Federung zwischen-Fahrzeug und
fahrzeugseitigem Motorteil
dieser in weiten Grenzen unabhängig von Erschütterungen des Fahrzeugs infolge von
Trassenunregelmäßigkeiten gehalten werden, d.h. ein vorgegebener, optimal kleiner
Motor-Luftspalt kann praktisch konstant gehalten werden. Darüber hinaus hat die
Anordnung gemäß der Erfindung im Falle eines Schwebefahrzeugs den beträchtlichen
Vorteil, daß bei einem Ausfall des Schwebesystems und einem dadurch bedingten Absetzen
des Fahrzeugs beispielsweise auf sogenannte Notlaufvorrichtungen eine Berührung
zwischen stationärem und fahrzeugseitigem Motorteil, also eine Beschädigung derselben
verhindert werden kann. Hierzu braucht nur vorgesehen zu sein, daß der fahrzeugseitige
Motorteil durch die Federelemente in eine Lage bewegbar ist, in welcher der Abstand
zwischen dem fahrzeugseitigen und stationären Motorteil größer ist als die beim
Schwebesystem erreichbare Schwebefreiheit. Im Falle eines fahrzeugseitigen Motorteils
zumindest aus zwei einander gegenüberstehenden Induktoren, zwischen denen sich der
stationäre Motortest erstreckt, wird zweckmäßig nur derjenige der Induktoren durch
die Stellglieder und die Federelemente bewegbar sein, für welchen bei Ausfall des
Schwebe systems die Gefahr einer Berührung des stationären Motorteils besteht.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung gestattet somit, selbst bei einem
Ausfall des Schwebesystems des Fahrzeugs den 4otor-Luftspalt konstant zu halten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Weiterbildungen werden anhand
der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
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Diese zeigt schematisch in der Vorderansicht in Verbindung mit einem
Abschnitt des Bodens 1 eines nicht weiter dargestellten Schwebefahrzeugs einen Linearmotor
2 in Form eines
sogenannten Einfachmotors, dessen stationärer Motorteil
3 eine elektrisch leitfähige Reaktionsschiene 3' mit magnetisch leitfähigem Rückschluß
3" ist und dessen fahrzeugseitiger Motorteil 4 aus einem Blechpaket 5 mit darin
ein gelegten Arbeitswicklungen 6 besteht. Das Schwebefahrzeug wird beispielsweise
durch ein (nicht dargestelltes) elektromagnetisches Schwebesystem mit beidseitig
in Horizontallage angeordneten Elektromagneten in einer Schwebelage gehalten, die
das Schwebefahrzeug gegenüber magnetisch leitfähigen Schienen sowohl mit Hilfe einer
Spaltregelung freischwebend tragen als auch in Seitenrichtung führen; ein solches
Schwebesystem ist in der DT-PS 2 140 874 prinzipiell beschrieben.
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Nicht nur bei dem vorbeschriebenen Schwebesystem, sondern grundsätzlich
bei magnetischen oder auch pneumatischen Schsebesystemen wird man mit einem ideal
genauen Verlauf der Schienen, d.h. der - Schienen und einen Unterbau umfassenden
- Trasse nicht rechnen können, längs der das Schwebefahrzeug durch den Lineårmotor
2 bewegt wird. Bauungenaugkeiten der Trasse bzw. Abweichungen von einem idealen
Schienenverlauf und auch äußere Krafteinwirkungen am Schwebefahrzeug bedingen ein
Spiel in der Spurführung des Schwebefahrzeugs, d. h. dessen Schwebefreiheit läßt
sich nicht auf einem vorgegebenen Wert konstant halten.
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Das Schwebefahrzeug wird u. ap NicX- und Hubbewegungsn ausführen.
Damit der Linearmotor 2 von solchen Bewegungen des Schwebefahrzeugs unbeeinfauß'
bleibt, also diese Bewegungen im wesentlichen keine 3Lageänderung des fahrzeugseitigen
Motorteils ß gegenüber dem statonären Motorteil 3 bewirken und somit der vorgegebene
Luftspalt 7 zwischen beiden optimal klein gewählt sowie nahezu konstant gehalte
wenden kann, ist der fahrzeugseitige Motorteil 4 bzw. ein
ihn tragendes
Gestell 8 einerseits über Federelemente 9 am Boden 1 des- Schwebefahrzeugs abgestützt.
Die Federelemente 9 sind zwischen Längsflanschen 10 und 11 des Bodens 1 bzw.
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Gestells -8 so eingespannt, daß sie einer Anziehung des fahrzeugseitigen
Motorteils 4 an den stationären Motorteil 3 entgegenwlrken. Andererseits ist der
fahrzeugseitige Motorteil 4 durch auf magnetisch leitfähige Schienen 12 des Gestells
8 anziehend wirkende, geregelte Elektromagnete 13 gegen die Wirkung der Federelemente
9 zum stationären Motorteil 3 hin bewegbar. Sämtliche Elektromagnete 13 und Schienen
12 bilden in Verbindung mit den Federelementen 9 eine aktive Federung des fahrzeugseitigen
Motorteils 4 bzw. Gestells 8 gegenüber dem Boden i des Schwebefahrzeugs, wobei die
Elektromagnete die Funktion von Stellgliedern erfüllen. Dabei läßt sich im Rahmen
des zwischen Boden 1 und stationärem Notorteil 3 jeweils bestehenden Abstandes durch
Regelung der Erregung der Elektromagnete 13 jeder beliebige Abstand zwischen beiden
Motorteilen 3 und 4 einhalten. Die Elektromagnete 13 werden zweckmäßig in Abhängigkeit
der Spaltweite des Motorluftspaltes 7 geregelt. Hierzu kann in üblicher Weise jeder
Elektromagnet 13 bzw. dessen Wicklung 14 an ein Stromsteuerorgan (z.B. Thyristors
angeschlossen sein, das von einem Regler angesteuert wird, dem ein Signal in Form
eines Spannungsistwertes als Meßwert eines elektrischen Spaltfühiers gemäß dem vertikalen
Abstand des fahrzeugseitigen vor> stationren Motorteil 4 bzw. 3 und dem ein zweites
Signal in Form eines Spannungssollwertes (als Refereflzwert) gemäß dem einzuhaltenden
vertikalen Abstand zugeführt wird.
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Bei der dargestellten Anordnung ist der vertikale Abstand zwischen
dem Boden fl des Schwebefahrzeugs und dem Gestell 8 sol groß gewählt, daß bei einem
Ausfall des vorbeschriebenen
(nicht dargestellten) Schwebesystems
das Gesteil mit dem fahrzeugseitigen Motorteil 4 durch die Federelemente 9 in eine
Lage am Boden bewegbar ist, in welcher bei einem durch den Ausfall des Schwebesystems
bedingten Absetzen des Schwebefahrzeugs beispielsweise auf Notlaufkufen oder dgl.
eine Berührung des stationären durch den fahrzeugseitigen Motorteil 3 bzw. 4 völlig
ausgeschlossen ist.
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Die vorbeschriebene aktive Federung des fahrzeugseitigen Motorteils
4 ist somit nicht nur zur Einhaltung eines vorgegebenen kleinen Motor-Lu-f-,paltes
7, sondern auch zur Verhinderung eine Beschädigung des Linearmotors 2 im Störungsfall
geeignet.
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Natürlich können anstelle der-Elektromagnete 13, welche u.
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U. an eine Notstromversorgung anschließbar sind, auch konventionelle
Stellglieder, wie Hydraulik- oder Pneumatikzylinder verwendet werden.
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Die aktive Federung ist des weiteren nicht nur bei einem fahrzeugseitigen
Motorteil der beschriebenen bzw. dargestellten Art verwendbar. So kann dieser Motorteil
4 beispielsweise auch nur ein Induktor eines aus zwei einander gegenüberstehenden
Induktoren bestehenden fahrzeugseitigen Motorteils sein, zwischen denen sich ein
stationärer Motor teil in Form einer Reaktionsschiene erstreckt Bei einem derartigen,
sogenannten Doppelrnotor können selbstverständlich auch beide Induktoren in der
beschriebenen Weise bewegbar angeordnet sein. Schließlich ist die aktive Federung
nicht an Linearmotoren in Horizontallage gebunden und auch nicht an auf der Bodenseite
eines Fahrzeugs angeordnete Linearmotoren. Eine Anwendung der vorbeschriebenen
aktiven
Federung kommt auch für Linearmotoren von Luftkissenfahrzeugen oder Gleisfahrzeugen
in Betracht, - Patentansprüche -