DE2407522A1 - Linearmotorantrieb insbesondere fuer ein spurgebundenes schwebefahrzeug - Google Patents

Linearmotorantrieb insbesondere fuer ein spurgebundenes schwebefahrzeug

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DE2407522A1
DE2407522A1 DE19742407522 DE2407522A DE2407522A1 DE 2407522 A1 DE2407522 A1 DE 2407522A1 DE 19742407522 DE19742407522 DE 19742407522 DE 2407522 A DE2407522 A DE 2407522A DE 2407522 A1 DE2407522 A1 DE 2407522A1
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Germany
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vehicle
motor
stationary
linear motor
electromagnets
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DE19742407522
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English (en)
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Ulf Dipl Ing Steenbeck
Martin Dipl Ing Weida
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Airbus Defence and Space GmbH
Original Assignee
Messerschmitt Bolkow Blohm AG
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L13/00Electric propulsion for monorail vehicles, suspension vehicles or rack railways; Magnetic suspension or levitation for vehicles
    • B60L13/03Electric propulsion by linear motors
    • B60L13/035Suspension of the vehicle-borne motorparts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles

Description

  • 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.
  • 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.
  • Unter der Spurführung des Fahrzeugs ist dessen Seitenführung ufl/Dder auch dessen Abstützung zu Yers; ehen, also eine Führung nach Seite und/oder Höhe.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Anordnung gemäß der Erfindung gestattet somit, selbst bei einem Ausfall des Schwebesystems des Fahrzeugs den 4otor-Luftspalt konstant zu halten.
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und Weiterbildungen werden anhand der Zeichnung nachfolgend näher erläutert.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Natürlich können anstelle der-Elektromagnete 13, welche u.
  • U. an eine Notstromversorgung anschließbar sind, auch konventionelle Stellglieder, wie Hydraulik- oder Pneumatikzylinder verwendet werden.
  • 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 -

Claims (4)

  1. Patentansprüche 1. Linearmotorantrieb insbesondere für ein durch ein Schwebesystem freischwebend gehaltenes, spurgebundenes Fahrzeug, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der fahrzeugseitige Motorteil (4) über Federelemente (9), welche einer Anziehung desselben an den stationären Motorteil (3) entgegenwirken, am Fahrzeug abgestützt und durch geregelte Stellglieder (Elektromagnete 13) 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 dieser gehalten ist.
  2. 2. Linearmotorantrieb nach Anspruch 1, insbesondere mit in Horizontallage angeordnetem fahrzeugseitigem und stationärem Motorteil, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der fahrzeugseitige Motorteil (4) durch die Federelemente (9) in eine Lage bewegbar ist, in welcher der Abstand zwischen dem fahrzeugseitigen und stationären Motorteil (3) größer ist als die beim Schwebesystem erreichbare Schwebefreiheit.
  3. 3. Linearmotorantrieb nach den Ansprüchen 1 und 2, bei dem der fahrzeugseitige Motorteil zumindest aus zwei einander gegenüberstehenden Induktoren besteht, zwischen denen sich der stationäre Motorteil erstreckt, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß nur derjenigeder Induktoren durch die Stellglieder und die Federelemente bewegbar ist, für welchenbei Ausfall des Schwebesystems die Gefahr einer Berührung des stationären Motorteils besteht.
  4. 4. Linearmotorantrieb nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Stellglieder Elektromagnete (13) sind und diese am Fahrzeug derart angeordnet sind, daß sie eine Anziehung eines den fahrzeugseitigen Motorteil (4) tragenden Gestells (8) bzw. magnetisch leitfähig ausgebildeter Teile (Schienen 12) desselben zum stationaren Motorteil (3) hin bewirken.
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