DE4109507A1 - Langstator-linearmotor ohne abschnittschalter - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Langstator-Linearmotor mit als Fahrzeugen ausgebildeten Läufern nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1. Aus der DE OS 33 17 964 ist ein elektromagnetischer Linearantrieb bekannt, bei dem die Stromleiter des Langstators von einem Frequenzumrichter gespeist werden, der den Netzwech­ selstrom in den für die Fortbewegung des als Fahrzeug ausgebil­ deten Läufers erforderlichen Langstator-Speisestrom mit verän­ derbarer Frequenz und Steuerleistung umrichtet. Der Langstator ist in einzelne Langstatorstrecken unterteilt, die jeweils von einem Frequenzumrichter versorgt werden. Jede diese Langsta­ torstrecken ist in einzelne Teilabschnitte unterteilt, die nur dann mit Strom versorgt werden, wenn sie gerade von einem Fahr­ zeug befahren werden, um die elektrischen Verluste möglichst ge­ ring zu halten. Zum Ein- und Ausschalten dieser Abschnitte sind aufwendige und teure Abschnittschalter erforderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Langsta­ tor-Linearmotorantrieb anzugeben, der ohne Abschnittschalter ge­ ringe elektrische Verluste aufweist. Diese Aufgabe wird erfin­ dungsgemäß durch einen Langstator-Linearmotor nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und/oder Weiterbildungen sind den Un­ teransprüchen zu entnehmen.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die Stromkreise der jeweili­ gen Langstator-Abschnitte einseitig offen aufzubauen und durch das Fahrzeug, das sich gerade auf ihnen bewegt, elektrisch zu schließen. So werden die Wicklungen eines Abschnitts eingeschal­ tet, wenn das Fahrzeug in den betreffenden Abschnitt einfährt und beim Verlassen des betreffenden Abschnittes wieder abschal­ tet. Erfindungsgemäß weist das Fahrzeug pro Wicklungsstrang des Langstators jeweils einen Stromabnehmer auf, der über eine Stromschiene mit einem Wicklungsstrang des gerade befahrenen Langstators verbunden ist. Die Stromabnehmer sind auf den Fahr­ zeugen über eine Vorrichtung miteinander elektrisch verbunden, so daß der Stromkreis geschlossen und der Antrieb eingeschaltet wird. Diese Vorrichtung kann erfindungsgemäß aus einem einfachen Sternpunkt bestehen, der alle Stromabnehmer des Fahrzeugs elek­ trisch miteinander verbindet, und so den Stromkreis schließt, sofern die Wicklungen an ihrem anderen Ende direkt mit einem Frequenzumrichter verbunden sind. Eine andere Möglichkeit für diese Vorrichtung besteht darin, den Frequenzumrichter in das Fahrzeug einzubauen und die Wicklungen über je einen Stromabneh­ mer und eine Stromschiene je Wicklungsstrang mit Energie zu ver­ sorgen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren näher erläu­ tert.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan der Erfindung in einer ersten Alternative, in der der Wechselrichter stationär an der Strecke angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schaltplan der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform, bei der der Wechselrichter auf dem Fahrzeug angeordnet ist.

Fig. 1 zeigt einen schematischen Schaltplan der Erfindung in einer ersten Ausführungsform für einen dreiphasigen Linearmotor. Dargestellt sind beispielhaft die Statorabschnitte n und n+1. Die tatsächliche Statorstrecke kann natürlich aus wesentlich mehr Einzelabschnitten aufgebaut sein. Der Statorabschnitt n enthält die Wicklung A mit den Wicklungssträngen A1, A2 und A3, der Statorabschnitt n+1 die Wicklung B mit den Wicklungssträngen B1, B2 und B3. Die einzelnen Wicklungsstränge A1, A2, A3 und B1, B2, B3 sind an jeweils einem Ende über die jeweiligen Leiter L1, L2 und L3 mit dem Frequenzumformer FT1 im Unterwerk PS1 verbun­ den. Somit sind die Wicklungen A und B sternförmig geschaltet, deren Sternpunkt offen ist. Der Frequenzumformer FT1 liefert einen dreiphasigen Drehstrom veränderbarer Frequenz und Lei­ stung. Die einzelnen Wicklungsstränge A1, A2, A3 und B1, B2, B3 sind an ihrem anderen Ende jeweils mit den Stromschienen LR1, LR2 und LR3 verbunden. Diese Stromschienen sind zwischen den einzelnen Statorabschnitten n und n+1 unterbrochen, wie durch die Trennstelle Dn veranschaulicht wird. Das Magnetbahnfahrzeug V1 verfügt über die Stromabnehmer TA1, TA2 und TA3, die das Fahrzeug V1 elektrisch leitend mit den Stromschienen LR1, LR2 und LR3 verbinden. Diese Stromabnehmer TA1, TA2 und TA3 sind in­ nerhalb des Fahrzeugs V1 elektrisch leitend als Sternpunkt mit­ einander verbunden, vorteilhafterweise wie dargestellt über die Schalteinrichtungen S1 und S2. Wenn nun der Frequenzumformer FT1 die einzelnen Wicklungen A und B mit Spannung versorgt und der Sternpunkt im Fahrzeug geschlossen ist (im dargestellten Bei­ spiel die Schalteinrichtungen S1 und S2 geschlossen sind), fließt wie im dargestellten Beispiel der Strom vom Frequenzum­ former FT1 über die Leiter L1, L2 und L3, die Wicklung A, die Stromschienen LR1, LR2 und LR3, die Stromabnehmer TA1, TA2 und TA3 und die Schalteinrichtungen S1 und S2 und erzeugt in Wick­ lung A das für den Antrieb des Fahrzeugs V1 erforderliche Wan­ derfeld; durch Wicklung B fließt wegen des offenen Sternpunkts kein Strom. Wenn nun Fahrzeug V1 den Statorabschnitt n verläßt und in den Statorabschnitt n+1 einfährt, wird der Sternpunkt für die Wicklung A geöffnet und für Wicklung B geschlossen. Dies kann in der Weise geschehen, daß alle Wicklungsstränge A1, A2 und A3 im gleichen Moment abgeschaltet werden und die Wicklungs­ stränge B1, B2 und B3 kurze Zeit später, nachdem die Trennstelle D passiert ist, im gleichen Moment einschalten. Dies ist dann der Fall, wenn alle Stromabnehmer TA1, TA2 und TA3 die Trenn­ stelle D zur gleichen Zeit passieren. Durch etwas versetzte Stromaufnehmer wird erreicht, daß die einzelnen Wicklungsstränge A1, A2, A3 zu verschiedenen Zeiten abgeschaltet und die einzel­ nen Wicklungsstränge B1, B2, B3 zu verschiedenen Zeiten zuge­ schaltet werden, um möglicherweise Vorteile beim Übergang von einem zum anderen Statorabschnitt zu erreichen.

Sofern der Sternpunkt auf dem Fahrzeug wie dargestellt aus zwei Schalteinrichtungen S1, S2 besteht, kann man den Antrieb direkt auf dem Fahrzeug abschalten. Dies ist beim Betrieb mit herkömm­ lichen Abschnittschaltern nicht möglich. In diesem Fall ist ein kompliziertes, signaltechnisch sicheres Übertragungssystem vom Fahrzeug über die Strecke zum Unterwerk erforderlich, um den An­ trieb über den Frequenzumformer oder die Abschnittschalter aus­ zuschalten.

Fig. 2 zeigt einen schematischen Schaltplan der Erfindung in einer zweiten Ausführungsform für einen dreiphasigen Linearmo­ tor. Dargestellt sind beispielhaft die Abschnitte m und m+1. Der Statorabschnitt enthält die Wicklung C mit den Wicklungssträngen C1, C2 und C3, der Statorabschnitt m+1 die Wicklung D mit den Wicklungssträngen D1, D2 und D3. Die Wicklung C und D sind je­ weils im Stern geschaltet. Wie aus der direkten Verbindung an einem Ende der jeweiligen Wicklungsabschnitte C1, C2, C3 und D1, D2 und D3 untereinander ersichtlich ist. Mit ihrem offenen Ende sind die Wicklungsstränge jeweils mit einer der Stromschienen LR4, LR5 bzw. LR6 verbunden. Auch diese Stromschienen sind zwi­ schen den einzelnen Statorabschnitten unterbrochen, wie durch die Trennstelle Dm veranschaulicht wird. Das Magnetbahnfahrzeug V2 verfügt über die Stromabehmer TA4, TA5 und TA6, die das Fahr­ zeug elektrisch leitend mit den Stromschienen LR4, LR5 und LR6 verbinden. Das Fahrzeug V2 verfügt weiterhin über die Stromab­ nehmer TA7 und TA8, die das Fahrzeug über die Stromschienen LR7 LR8 mit der Spannungsquelle U im Unterwerk PS2 verbinden. Der Frequenzumformer FT2 auf dem Fahrzeug V2 wandelt den Strom, den er von Spannungsquelle U über die Stromschienen LR7, LR8 und die Stromabnehmer TA7, TA8 erhält, in einen Drehstrom veränderlicher Frequenz und Stärke um. Bei der Versorgungsspannung wird bevor­ zugt eine Gleichspannung verwendet, da dann die Energie, die beim Abbremsen des Fahrzeugs induziert wird, nach Umwandlung einfacher in die Versorgungsschienen LR7, LR8 zurückgespeist werden kann, doch ist auch eine Wechselspannung möglich. Der Frequenzumrichter FT2 versorgt über die Stromabnehmer TA4, TA5, TA6 und die Stromschienen LR4, LR5, LR6 die Wicklung des jeweils befahrenen Langstatorabschnitts. In Fig. 2 wird gerade Wicklung C des Statorabschnitts m versorgt. Beim Wechsel des Fahrzeugs V2 von Abschnitt m zu Abschnitt m+1 wird die Wicklung C ausgeschal­ tet und Wicklung D eingeschaltet, nachdem die Trennstelle m von den Stromabnehmern CA4, CA5 und CA6 passiert wurde. Hierbei ist es vorteilhaft, die Stromabnehmer CA4, CA5 und CA6 so anzuord­ nen, daß sie die Trennstelle Dm gleichzeitig passieren, damit möglichst lange jeweils drei Wicklungsstränge durch Strom ver­ sorgt werden. Da sich der Frequenzumrichter FT2 auf dem Fahrzeug V2 befindet, kann der Antrieb selbstverständlich auch direkt auf dem Fahrzeug ausgeschaltet werden. Die Lösung nach Fig. 2 hat weiterhin den Vorteil, daß eine aufwendige Übertragung der Daten der zwischen Fahrzeug V2 und den Wicklungen C, D vorhandenen Pollage zwischen dem Fahrzeug V2 und dem Unterwerk PS2 überflüs­ sig ist, da diese Daten jetzt direkt auf dem Fahrzeug für den Wechselrichter FT2 umgesetzt werden. Weiterhin bringt die Lösung mit dem auf dem Fahrzeug angebrachten Wechselrichter den Vor­ teil, daß bei Zügen, die mehr als aus einem Fahrzeug bestehen, diesselben Geschwindigkeiten und Beschleunigungen wie bei Ein­ zelfahrzeugen erreicht werden, ohne die einzelnen Wechselrichter überdimensionieren zu müssen. Schließlich ist die erforderliche Anzahl der Wechselrichter klein gegenüber der herkömmlichen Lö­ sung, wenn bei einem Magnetbahnsystem die Anzahl der Langsta­ torstrecken größer ist als die Anzahl der Fahrzeuge, d. h. bei einem System, das eine relativ lange Strecke mit relativ wenigen Fahrzeugen umfaßt.

Die vorbeschriebenen Lösungen sind entsprechend auch auf Lang­ statormotoren anwendbar, deren Wicklungen im Dreieck geschaltet sind. So ist bei einer Lösung nach Fig. 2 die Sternschaltung einfach gegen eine Dreieickschaltung austauschbar. Auch sind die Lösungsprinzipien nicht auf dreiphasige Systeme beschränkt. Durch entsprechenden Mehraufwand an Stromschienen und Stromab­ nehmern ist das Prinzip auch auf vier- und mehrphasige Systeme anwendbar.

Claims (7)

1. Langstator-Linearmotor mit einem mit Stromleitern (A, B, C, D) versehenen Langstator, der in einzelne Ab­ schnitte (n, n+1, m, m+1) unterteilt ist und einem als Fahr­ zeug (V1, V2) ausgebildeten Läufer, bei dem Frequenzumrich­ ter (FT1, FT2) Drehströme bereitstellen, die in den Langsta­ toren Wanderfelder erzeugen und bei dem das Fahrzeug (V1, V2) durch diese Wanderfelder fortbewegt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß das Fahrzeug (V1, V2) und die Langstatorabschnitte (n, n+1, m, m+1) so aufgebaut sind, daß das Fahrzeug durch seine eigenen Bewegungen die jeweils für die Fortbewegung er­ forderliche Wicklung (A, B, C, D) mit dem entsprechenden Frequenzumformer (FT1, FT2) verbindet.

2. Langstator-Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net,
daß das Fahrzeug (V1, V2) entsprechend der Anzahl k der Pha­ sen der Statorwicklungen (A, B, C, D) mindestens k Stromab­ nehmer (TA1-TA6) enthält,
daß jeder der k Stromabnehmer (TA1-TA6) über jeweils eine mit Trennstellen (Dm, Dn) versehene Stromschiene (LR1-LR6) mit jeweils einem Wicklungsstrang (A1, A2, A3, B1 . . . D3) verbunden ist,
daß die Statorwicklungen (A, B, C, D) über die Stromschienen (LR1-LR6) und Stromabnehmer (TA1-TA6) im Fahrzeug durch Vorrichtungen elektrisch leitend miteinander verbunden wer­ den.

3. Langstator-Linearmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Antrieb auf dem Fahrzeug (V1, V2) di­ rekt ohne Signalübertragung nach außen durch Schalteinrich­ tungen (S1, S2) auf dem Fahrzeug (V1, V2) ausgeschaltet wer­ den kann.

4. Langstator-Linearmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß
die Langstatorabschnitte von einem stationären Frequenzum­ richter (FT1) gespeist werden,
die Langstatorabschnitte (n, n+1) im Stern geschaltet werden sich der Sternpunkt im Fahrzeug (V1) befindet.

5. Langstator-Linearmotor nach einem der Ansprüche 1-3, da­ durch gekennzeichnet, daß
sich der Frequenzumrichter (FT2) auf dem Fahrzeug (V2) be­ findet,
die Langstatorabschnitte (m, m+1) über Stromabnehmer (TA4, TA5, TA6) und Stromschienen (LR4, LR5, LR6) vom Fahr­ zeug aus versorgt werden,
der Frequenzumformer (FT2) über zusätzliche Stromschienen (LR7, LR8) und Stromabnehmer (TA7, TA8) mit Energie versorgt wird.

6. Langstator-Linearmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Frequenzumformer mit Gleichstrom versorgt wird.

7. Langstator-Linearmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß beim Abbremsen des Fahrzeugs (V2) induzierte Ener­ gie umgewandelt und in die Gleichstromquelle zurückgespeist wird.