DE2924225A1

DE2924225A1 - Rail vehicle linear motor drive with electrical braking - using eddy currents induced in secondary by relative displacement of facing magnets

Info

Publication number: DE2924225A1
Application number: DE19792924225
Authority: DE
Inventors: Peter Ing Grad Bauer; Christian Ing Grad Bloecher; Klaus Dipl Ing Ropelius; Joachim Sommer
Original assignee: Mannesmann Demag AG
Current assignee: Mannesmann Demag AG
Priority date: 1979-06-15
Filing date: 1979-06-15
Publication date: 1980-12-18

Abstract

The contactless eddy current braking system uses permanent magnets (3) arranged on either side of the secondary part (1) of the drive, extending along the path of the rail vehicle. The permanent magnets are relatively movable to one another and have opposite poles (3) facing one another. The relative movement of the magnets may comprise rotation of the poles (3) about an axis perpendicular to the direction of movement of the rail vehicle, or sliding of the poles (3) in this direction. In either case, the amount of displacement is less than the spacing between adjacent, opposing poles (3). Pref. the secondary part (1) is of Aluminium with eddy currents induced by relative movement of the facing magnets.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur berührungslosenThe invention relates to an arrangement for contactless

elektrischen Bremsung von Schienenfahrzeugen, die durch Linearmotoren angetrieben werden, indem das Primärteil auf dem Fahrzeug und das Sekundärteil ortsfest entlang der Strecke angeordnet ist.electric braking of rail vehicles by linear motors are driven by the primary part on the vehicle and the secondary part stationary is arranged along the route.

Linearmotoren sind als Fahrzeugantrieb vorteilhaft, wenn auf die Ausnutzung der Reibkraft zwischen Rad und Fahrbahn (Schiene) verzichtet werden muß. Dies gilt sowohl für das Antreiben, wie auch für das Bremsen. Aus Gründen, die die Maschinenausnutzung und Sicherheit betreffen, wird, ähnlich wie auf dem Gebiet rotierender Antriebe, für das Bremsen oft eine getrennte Maschine bevorzugt. Wirbelstrombremsen bieten sich hierzu an, weil sie verschleißlos und weitgehend stoßfrei arbeiten, in ihrer elektrischen Erregung gut zu verändern sind, nicht die Gefahr eines Hochlaufs in der Gegenrichtung besteht (Gegenstrombremsung) und gerade bei hohen Geschwindigkeiten auch hohe Bremskräfte auftreten. Beim Linearmotor-Antrieb kommt eine konstruktive Vereinfachung hinzu, weil das Linearmotor-Sekundärteil gleichzeitig Sekundärteil der Bremse sein kann.Linear motors are advantageous as a vehicle drive when on the exploitation the frictional force between the wheel and the track (rail) must be dispensed with. this applies for both driving and braking. For reasons that reduce machine utilization and safety, will, similar to the area of rotating drives, a separate machine is often preferred for braking. Eddy current brakes offer because they work wear-free and largely bump-free, in their electrical excitation can be changed easily, there is no danger of a run-up in the opposite direction exists (countercurrent braking) and especially at high speeds high braking forces also occur. With the linear motor drive there is a constructive one Simplification is added because the linear motor secondary part is also the secondary part the brake can be.

Dauermagneteriegte Wirbelstrombremsen für Schienenfahrzeuge mit Linearantrieb sind bisher nicht eingesetzt worden. Als Hürde wird überwiegend die mangelnde Regel fähigkeit angesehen, obwohl doch gerade der Dauermagnet prädestiniert erscheint, den größten Nachteil der elektromagnetischen Bremsenerregung, den unbeabsichtigten Stromausfall, zu beseitigen.Permanent magnet eddy current brakes for rail vehicles with linear drive have not yet been used. The main hurdle is the lack of rule ability, although the permanent magnet seems predestined, the main disadvantage of electromagnetic brake excitation, the unintended Power outage, eliminate it.

In Zusammenhang mit der Entwicklung neuer Magnetwerkstoffe wurde ein regelbarer Daufrmagnet-Generator konstruiert (VDI-Nachrichten Nr. 18, 4. kai 1979, Seite 17. Spalte 4, 3. Absatz), der mit gegeneinander verdrehten Dauermagnetpolen arbeitet.In connection with the development of new magnetic materials, a adjustable permanent magnet generator constructed (VDI-Nachrichten Nr. 18, May 4th 1979, Page 17. Column 4, 3rd paragraph), the one with permanent magnet poles twisted against each other is working.

Andere Veröffentlichungen, vor allem auch über entsprechende Wirbelstrombremsen, sind nicht bekannt.Other publications, especially about corresponding eddy current brakes, are not known.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Regelfähigkeit von dauermagneterregten Wirbelstrombremsen zu erreichen, so daß sie als Betriebs- und Notbremse auf linearmotorgetriebenen Schienenfahrzeugen eingesetzt werden können. Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Dauermagnete am Fahrzeug auf beiden Seiten des Primärteils angeordnet und mit ihren Magnetpolen relativ zueinander beweglich sind. Hierbei entsteht die Bremskraft durch Wirbel ströme in dem Sekundärteil unter Einfluß der auf dem bewegten Fahrzeug befindlichen, im wirksamen Fluß einstellbaren Dauermagnetkombination.The object of the invention is to improve the ability of permanent magnet excited To achieve eddy current brakes, so that they can be used as service and emergency brakes on linear motor-driven Rail vehicles can be used. This task is solved by that permanent magnets are arranged on the vehicle on both sides of the primary part and with their magnetic poles are movable relative to each other. This creates the braking force by eddy currents in the secondary part under the influence of the moving vehicle located, in the effective flux adjustable permanent magnet combination.

Vorzugsweise können sich die Feld-erzeugenden gegenüberliegenden ungleichnamigen Magnetpole, zwischen denen sich das Sekundärteil bewegt, solange- um eine Achse quer zur Fahrtrichtung verdrehen lassen, bis sich gleichnamige Pole gegenüberstehen, wodurch sich der wirksame Fluß zwischen seinem Höchstwert und praktisch Null verändert Eine gleichartige Wirkung entsteht, wenn sich die Feld-erzeugenden gegenüberliegenden ungleichnamigen Magnetpole solange in Fahrtrichtungverschiebenlassen, bis sich gleichnamige Pole gegenüberstehen. In Ausgestaltung der Erfindung ist es auch mögliche den Verschiebeweg bzw. Verdrehwinkel nicht ganz bis zum vollständigen Gegenüberliegen gleichnamiger Magnetpole auszunutzen, sondern eine kleine, der Drehung bzw. Verschiebung entgegenwirkende Rückstellkraft eindeutiger Richtung zurückzubehalten, die z.B. zur Einleitung einer Notbremsung benutzt werden kann.Preferably, the opposing fields generating the opposite names can be of different names Magnetic poles, between which the secondary part moves, around an axis can be rotated transversely to the direction of travel until poles of the same name are opposite each other, whereby the effective flux changes between its maximum value and practically zero A similar effect arises when the field-generating ones are opposite one another Allow unlike magnetic poles to be shifted in the direction of travel until the same name Poles face each other. In an embodiment of the invention, it is also possible to use the displacement path or angle of rotation not quite until they are completely opposite of the same name To use magnetic poles, but a small one that counteracts the rotation or displacement To retain restoring force in a clear direction, e.g. to initiate a Emergency braking can be used.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, zur Verbesserung der Rückstellwirkung auch die Normalkraft der Magnete einzusetzen, indem gleichzeitig mit der Drehung bzw. Verschiebung die Magnetpole quer zur Fahrtrichtung etwas auseinandergezogen werden, wodurch auch eine aus Sicherheitsgründen gewünschte Vergrößerung des Abstandes zu dem Sekundärteil entsteht.There is also the possibility of improving the restoring effect also use the normal force of the magnets by simultaneously with the rotation or shifting the magnetic poles pulled apart transversely to the direction of travel which also increases the distance, which is desired for safety reasons to the secondary part.

Ausführungsbeispiele sind in Fig. 1 bis 5b dargestellt. Hierbei bedeuten 1. Linearmotor- und Bremsen-Sekundärteil 2. Magnetischer Weicheisen-Rückschluß 3. Dauermagnet 4. Luftspalt 5. Magnetischer Fluß (Feldlinien) 6. Dreheinrichtung (z. B. Welle) Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der Wirbelstrombremse. Exemplary embodiments are shown in FIGS. 1 to 5b. Here mean 1. Linear motor and brake secondary part 2. Magnetic soft iron yoke 3. Permanent magnet 4. Air gap 5. Magnetic flux (field lines) 6. B. shaft) Fig. 1 shows the basic structure of the eddy current brake.

Das Sekundärteil 1, z. B. aus Aluminium, befindet sich berührungsfrei im Gesamtluftspalt einer beidseitig zu ihm angeordneten Dauermagnetkombination.Hierbei sind die Pole so festgelegt, daß sich die magnetischen Kraftlinien 5 in Verbindung mit den Eisenrückschlüssen 2,mindestens 2-fach das Sekundärteil durchdringend schließen. Bei einer Relativbewegung von Magnetkombination und Sekundärteil entstehen in letzterem Wirbelströme, die die Unsache ihrer Entstehung zu verbindern versuchen, d.h.The secondary part 1, for. B. made of aluminum, is contact-free in the total air gap of a permanent magnet combination arranged on both sides the poles are set so that the magnetic lines of force 5 connect with the iron backs 2, close the secondary part at least twice so that it penetrates. With a relative movement of the magnet combination and the secondary part arise in the latter Eddy currents, which try to link the impropriety of their formation, i.e.

bremsen. In den Fig. 2a und b werden die Grenzwerte des Regelbereichs aufgezeigt. Fig. 2a entspricht der bereits erläuterten Fig 1 mit dem Zusatz einer beispielsweise hier als Welle 6 dargestellten Dreheinrichtung. Es ist unerheblich, -ob an der Poldrehung die Welle des oberen Systems allein, oder die zwei Wellen des oberen und unteren Systems je zur Hälfte beteiligt sind In jedem -Fall entsteht beim Gegenüberliegen gleichnamiger Pole eine Flußdurchdringung des Sekundärteils, die von 100 % (Fig. 2a) auf praktisch Null (Fig. 2b) absinkt. Versuche haben eine Restbremswirkung nachgewiesen, die in einer Größenordnung von Promillen des Maximalwertes liegt. Durch entsprechende Drehwinkel sind kontinuierlich beliebige Zwischenwerte der Flußverkettung einstellbar Fig. 3 und 4 zeigen Beispiele von Magnetanordnungen, wie sie aus praktischen Gründen für Drehwinkel von 2x45 Graa bzw.brake. The limit values of the control range are shown in FIGS. 2a and b shown. 2a corresponds to the already explained FIG. 1 with the addition of a for example rotating device shown here as shaft 6. It doesn't matter -whether at the pole rotation the shaft of the upper system alone, or the two shafts the upper and lower systems are each half involved in each case when opposite poles with the same name, a flux penetration of the secondary part, which drops from 100% (Fig. 2a) to practically zero (Fig. 2b). Attempts have one The residual braking effect is proven to be in the order of a per mill of the maximum value lies. Any intermediate values are continuously available through appropriate angles of rotation the flux linkage adjustable Fig. 3 and 4 show examples of magnet arrangements, as for practical reasons for rotation angles of 2x45 Graa resp.

2x90 Grad möglich sind. Ob Rechteckmagnete oder andere Formen gewählt werden, hängt nur von den Einbauverhältnissen ab.2x90 degrees are possible. Whether you choose rectangular magnets or other shapes depends only on the installation conditions.

e ist eine möglichst große Verkettung von Kraftlinien, bezogen auf den Einsatz von Magnetwerkstoff. Auch soll der größte Durchmesser der Magnetkombination möglichst kleiner sein als das Sekundärteil breit ist, damit sich In diesem nicht von Kraftlinien durchdrungenen Überstand de Wirbelströme schließen können.e is the largest possible concatenation of lines of force, based on the use of magnetic material. The largest diameter of the magnet combination should also be be as small as possible than the secondary part is wide so that it does not supernatant penetrated by lines of force de eddy currents can close.

Fig.5a und 5b zeigen ein Ausführungsbeispiel nach Anspruch 2.5a and 5b show an embodiment according to claim 2.

Durch Verschiebung der beldsei'tigen Magnetsysteme entgegergesetzt,aber parallel zur Fahrtrichtung wird -das das Sekundärteil durchdringende Magnetfeld ebenfalls zwischen seinem Maximalwert und einem Minimalwert verstellt. Gleichzeitig ist in Fig.5b die Bewegungsmöglichkeit nach Anspruch 3 und 4 angedeutet, nämlich die Gewinnung einer eindeutig gerichteter. Rückstellkraft durch Verschiebung um weniger als einen Polabstand bzw. auch die Vergrößerung des Gesamtluftspaltes senkrecht zum Sekundärteil.Opposed by shifting the field-side magnet systems, but The magnetic field penetrating the secondary part becomes parallel to the direction of travel also adjusted between its maximum value and a minimum value. Simultaneously the possibility of movement according to claim 3 and 4 is indicated in Figure 5b, namely the acquisition of a clearly directed. Restoring force by shifting less than a pole spacing or the enlargement of the total air gap vertically to the secondary part.

Die Rückstellkraft selbst entsteht durch das Bestreben der Magnete, den Kraftlinienweg zu verkürzen.The restoring force itself is created by the efforts of the magnets to shorten the path of the line of force.

Claims

Arrangement for contactless electrical eddy current braking of Rail vehicles with linear motor drive Claims 1. Arrangement for contactless electric braking of rail vehicles driven by linear motors are by placing the primary part on the vehicle and the secondary part stationary along the track is arranged, characterized in that permanent magnets (3) on the vehicle arranged on both sides of the primary part (1) and with their magnetic poles relative are movable to each other.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the field-generating opposite magnetic poles of different names around an axis (6) transverse to the direction of travel are rotatable.

3. Arrangement according to claim 1, characterized in that the field-generating opposite magnetic poles of different names are displaceable in the direction of travel.

4. Arrangement according to claims 2 and 3, characterized gekennzeichrnt, that the displacement b: w. Twist angle not quite right up to completely opposite magnetic pole of the same name is used, but a small one, the rotation resp. Displacement counteracting restoring force in a clear direction is retained, which can be used, for example, to initiate emergency braking.

5. Arrangement according to claim 4, characterized in that for improvement the restoring effect also the normal force of the magnets is used by simultaneously with the rotation or displacement, the magnetic poles are pulled apart a little transversely to the direction of travel which also increases the distance, which is desired for safety reasons to the secondary part.