EP0091971B1 - Anlage zum Betreiben von Teilen und zugehörige Teile - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anlage mit ortsfesten, beweglichen und fahrbaren Teilen, die von genügender elektromagnetischer Feldstärke erreicht werden, um Antriebe und/oder Steuerungen zu bewirken.
• Solche Streufeld-Lenkungen und -Antriebe mittels synchron rotierender Permanent-Magnet-Wellen sind in der EP-E1-25 124 beschrieben. Sie sind kontaktlos. Ihre Frequenzen liegen bei wenigen Hertz bis zu einigen tausend, die Transistor-Frequenz-Generatoren stetig veränderlich erzeugen können, mit vorzugsweise automatisch geregeltem Frequenzanstiegs-Gradienten.
• Die Synchron-Drehzahlen, die bei direktem Abwälzen von Permanent-Magnet-Rollen auf der Bahn zu praktisch unverwendbar hohen Geschwindigkeiten führen könnten, werden vorteilhafterweise untersetzt. Dadurch ergeben sich bekanntlich höhere Drehmomente oder weniger Bedarf an Amperewindungen und im Quadrat weniger Leistungsbedarf.
• Gemäß des in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindung sind zur Erzeugung des Elektro-Magnetfeldes nicht Spulen mit vielen Windungen - und damit höherer Selbstinduktion - sondern im Gegenteil Leiteranordnungen minimaler Selbstinduktion vorzusehen, also Stableiter, wie es im Elektromaschinenbau und Großtrafobau heißt, wobei die Wickelköpfe entfallen können. Dabei können auch ohne Kontaktgefahr vorhandene 220-Volt-Leitungen genutzt werden. Deren Streufeld genügt vollauf zum Betreiben der Anlage.
• Ganz wesentlich verbilligend ist, daß durch Entfall der "Wickelköpfe" flachere Autostraßen als zusammensteckbare Elemente verwendest werden können. Ebenso verbilligend ist die Anwendung von 1-2 Stableitern statt der Wicklungen aus lackierten Leitern, nun z. B. 2 mm 0 Aluminium-Draht ohne Isolation, in die Plastik-Bahnelemente gesteckt oder frei angeordnet.
• Als Beispiel diene das Gleis einer Modell-Eisenbahn z. B. Spur N. Hier zeigt sich Fortschritt und Verbilligung ganz prägnant durch den Entfall jeglicher Wicklung. Als die Elektro-Magnetfeld verteilende Anordnung werden eine oder zwei Schienen benutzt, die oben als Stableiter bezeichnet sind. Der übliche Eisenbahnbetrieb wird nicht gestört. Durch die zweite Schiene kann man eine andere Frequenz leiten für einen weiteren Zug. Dabei ist sinnvollerweise eine geringe Abschirmung des Magnetrotors gegen die andere Feldverteilung der anderen Schiene vorzunehmen, wenn vollständiger entkoppelt werden soll. Auch können bei z. B. gleicher Frequenz in beiden Schienen diese so gespeist werden, daß die Ströme in gleicher oder entgegengesetzter Richtung fließen, wobei sich Felder gemäß Fig. 2 und Fig. 3 ergeben. Deren horizontale (Fig. 2) oder vertikale (Fig. 3) Hauptkomponenten können nur Rotore mit vertikaler (Fig. 2) oder horizontaler Achse (Fig. 3) antreiben, jedenfalls beide auch Permanent- Magnet-Rotore mit einer Drehachse in Fahrt- = Stableiterrichtung. Für Steuerfunktionen durch zusätzliche Verwendung von Gleichstromanteilen ergeben sich wegen der Polaritäten doppelt soviele Steuermöglichkeiten.
• Für eine Autostraße gilt das gleiche. Ein oder zwei Stableiter werden rechts oder links der Fahrbahn angeordnet. Mehrere dazwischen bzw. unmittelbar daneben angeordnete Stableiter können für andere Frequenzkreise wirken. Mit Vorzug dienen hier Aluminiumdrähte z. B. 2 mm Durchmesser, vernickelt, auf der einen Seite eines Bahnelements angespitzt, auf der anderen Seite mit geschlitztem Röhrchen versehen, um ein anderes angespitztes Drahtende aufzunehmen. Auf die Verbilligung durch Verwendung dicker unisolierter statt lackierter dünner Drähte sei hingewiesen.
• Natürlich bedarf es keiner Plastik-Straßenelemente, man kann Drähte oder zusammensteckbare Drahtstücke (im Sinne obengenannter Stableiter) zu beliebigen "Bahnen" geformt, auf oder unter den Tisch legen, in die Erde eingraben oder im Schwimmbecken versenken. Bei letzterem ist die geringe Betriebsspannung oft von Vorteil.
• Es bedarf für den Betrieb keiner geschlossenen Bahn einer Spule, eben nur des Feldes für die Fahrstrecken. Die Stableiter können auch als Leitplanken, Zäune, Oberleitungen, Telefonleitungen kaschiert sein. Bei Verwendung von üblichen Autobahnarten werden deren Leiter in deren Bahnfläche störungsfrei benutzt, ebenso wie bei der Eisenbahn beschrieben. Es wird erinnert, daß diese Antriebe für kleinste Fahrzeuge geeignet sind.
• Ein ganz wesentlicher Vorteil der Erfindung zeigt sich in der geringen Selbstinduktion von Stableitern:
• bei höheren Frequenzen und Spulen - Anwendung müßten Kompensations-Kondensatoren, zudem mit der Frequenz umschaltbar, angewendet werden. Bei Spulen mit vielen Windungen gegebenen Leitervolumens bringen Änderungen der Windungszahl und des Querschnitts nicht viel, da die Zeitkonstante τ gleich bleibt und damit der cos <p. Genügend Amperewindungen lassen sich dagegen durch einen Stableiter mit mehr Ampere erzielen, die bekanntlich nicht die Selbstinduktion direkt beeinflussen.
• Die Drehmomente derartiger Antriebe sind von 0 an im ganzen Frequenzbereich konstant. Die übertragbare Leistung steigt proportional mit der Drehzahl. Das ist bekannt, sei aber wiederholt.
• Zwecks Anlaufs in die gewünschte Richtung wird ein sehr kleines Magnetstückchen vorgesehen, welches den Permanent-MagnetRotor im Stillstand in einer Lage hält, so daß die Magnetisierungsrichtung etwa senkrecht zur Feldrichtung durch den Leiter ist. Zur Bestimmung der Drehrichtung ist dann im Anlauf eine geringe Gleichstromkomponete zu verwenden, die den Rotor etwas aus seiner Null-Lage stellt. Nur in dieser Richtung kann der Rotor dann anlaufen.
• Fig. 1 zeigt unter a eine Seite einer Spiel-Autostraße mit eingelegtem Draht, z. B. 2 mm Durchmesser, Aluminium vernickelt, angespitzt und darunter im Schnitt B die Buchsenseite mit geschlitzten Röhrchen, die auf die Drähte gelötet sind. Die Verbindung ist wieder lösbar.
  • - zeigt unter b eine Seite einer Spiel-Autostraße mit eingelegtem Band und darunter eine in der Auto-Elektrik übliche Buchse für die Herstellung der Verbindung. Diese ist ebenfalls lösbar.
• Fig. 2 zeigt das Magnetfeld um zwei Stableiter, die gleichsinnig von Strömen einer Frequenz durchflossen werden (ohne Phasenverschiebung gegeneinander). Der gezeichnete Magnetrotor N-S mit seiner Drehachse kann davon betrieben werden.
• Fig. 3 zeigt entsprechend, wenn die Ströme entgegengesetzt sind. Der gezeichnete Magnetrotor N-S mit seiner Drehachse kann in diesem Feld betrieben werden, auf der Bahnebene.
• Fig. 4 zeigt schematisch die Abschirmung eines Stableiter-Feldes gegen den Permanent-Rotor-Magnet durch ferritisches/ferromagnetisches Material F gegen das Feld des anderen Stableiters.

Claims (8)

1. Anlage zum Betreiben fahrender Teile entlang einer Fahrbahn, insbesondere Anlage zum Betreiben von Spielfahrzeugen, wobei die Antriebsleistung durch ein von der Anlage erzeugtes elektromagnetisches Feld kontaktlos auf mindestens einen, als Empfangsorgan des fahrenden Teils dienenden, sich unter Feldeinfluß drehenden Permanentmagnet übertragen wird, der senkrecht zur Drehachse magnetisiert ist, daß das durch die Anlage erzeugte Magnetfeld eine senkrechte Komponente zur Drehachse des bzw. der Permanentmagnete aufweist und daß diese Anlage mit einer oder mehreren Leiteranordnungen zur Erzeugung eines Wechselmagnetfeldes zwecks Beförderung des Teiles und gegebenenfalls eines Gleichmagnetfeldes zwecks Steuerung des Teiles und von Vorgängen in ihm versehen ist,
dadurch gekennzeichnet, daß:
die felderzeugende Anordnung aus mindestens einem einzelnen Stableiter besteht, der elektrisch durchgehend entlang den Fahrtstrecken angeordnet oder als Schiene eines Schienenfahrzeugs vorgesehen ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schiene oder mehrere einer Eisenbahnanlage bzw. Leitereinlagen einer üblichen Autobahn dazu benutzt werden, als Stableiter den Strom zu führen, dessen elektromagnetisches Feld zum Betrieb gebraucht wird.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bahnanlage auch aus Elementen mechanisch und elektrisch verbindbar zusammensteckbar ist.

4. Anlage nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Stableiter in der Fahrbahn entlang der Fahrtstrecken angeordnet sind, um die Funktion zu unterstützen oder weitere Funktionen zu übernehmen.

5. Anlage nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schienen einer Eisenbahnstrecke bzw. die Stäbe einer Autostraße mit verschiedenen Frequenzen oder Steuerimpulsen beschaltbar sind.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schienen einer Eisenbahnanlage bzw. die Stäbe einer Autostraße umschaltbar von gleichsinnigen bzw. gegensinnigen Strömen, auch gleicher Frequenz, durchflossen werden, um verschiedene Fahrzeugtypen getrennt zu betreiben.

7. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks eindeutiger Anlaufrichtung ein Magnet in Nähe des Permanentmagnetrotors vorgesehen wird, der ihn im Stillstand mit seiner Magnetisierungsrichtung etwa senkrecht zu den Feldlinien der Stäbe stellt und daß eine entsprechende Vorspannung mit einem Gleichstromanteil im Versorgungsfeld eine Drehung von z. B. 45° zwecks Anlaufs in dieser Richtung programmiert.

8. Anlage nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß ein frequenzerzeugendes Teil der Anlage so geschaltet ist, daß der Frequenzanstiegs-Gradient automatisch geregelt wird.

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