WO2013083757A2 - Antriebsvorrichtung einer magnetschwebebahn - Google Patents

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WO2013083757A2
WO2013083757A2 PCT/EP2012/074748 EP2012074748W WO2013083757A2 WO 2013083757 A2 WO2013083757 A2 WO 2013083757A2 EP 2012074748 W EP2012074748 W EP 2012074748W WO 2013083757 A2 WO2013083757 A2 WO 2013083757A2
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Liu XIUFEI
Stefan BÖGL
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Max Bögl Bauunternehmung GmbH & Co. KG
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T30/00—Transportation of goods or passengers via railways, e.g. energy recovery or reducing air resistance

Definitions

  • the present invention relates to a drive device of a magnetic levitation train with a short-stator linear motor, wherein a primary part of the linear motor is provided with a winding and arranged on a vehicle of the magnetic levitation train and a secondary part of the linear motor has a reaction rail and is arranged on a track, and with a support means for hovering the vehicle on the driveway.
  • the primary part of the linear motor supplied with power is located on the vehicle.
  • the technically less complex secondary part of the linear motor is arranged on the track.
  • the track is therefore in contrast to a long-stator linear motor, in which the primary part is arranged on the track, to produce much cheaper.
  • Short-stator linear motors for maglev trains are known for example from DE 28 01 602 A1 or DE 100 00 513 C1. Both documents have in common that separate electromagnetic devices are provided for carrying and guiding the vehicle.
  • the means for supporting and guiding the vehicle are alternately arranged one behind the other on the vehicle, so that a force-balanced and comfortable operation of the magnetic levitation train is possible.
  • the means for supporting and guiding the vehicle are arranged alternately on both sides of the vehicle.
  • a disadvantage of both embodiments that the length of the drive device for carrying and guiding is very large, so that, especially for short vehicles only a small part of the vehicle length is available for driving or for carrying the vehicle.
  • Object of the present invention is therefore to provide a low-cost and only small space-requiring drive device of a magnetic levitation, which is trouble-free and energetically effective to operate both for the support function and for the propulsion function and easy to control.
  • the present object is achieved with a drive device of a magnetic levitation railway with the features of the independent claims.
  • the drive device has a Kurzstator- linear motor and a support device.
  • the short-stator linear motor is used for driving a vehicle of a magnetic levitation train, while the carrying device is provided for levitating the vehicle on the travel path of the magnetic levitation railway.
  • the short-stator linear motor has a primary part of the linear motor with a winding which is arranged on a vehicle of the maglev train.
  • a secondary part of the linear motor has a reaction rail and is arranged on the guideway of the magnetic levitation railway.
  • the primary part of the linear motor is powered by the vehicle. In this case, the vehicle may either carry a power generator with him or be powered by contact rails or cable connections from an external power generator from power.
  • the linear motor is used to drive or propel the vehicle.
  • the carrying device causes the non-contact levitation, so the support function of the vehicle on the track. It has an electromagnetic coil arranged on the vehicle with a U-shaped yoke.
  • the U-shaped yoke cooperates with a arranged on the track U-shaped reaction rail. If the electromagnetic coil flows through current, so this generates a force which tries to attract the U-shaped yoke to the U-shaped reaction rail.
  • the carrying device is arranged correspondingly, the vehicle is locked between an lifted side of the track and a top of the vehicle and floats at a corresponding control contactless on the track.
  • the magnetic flux of the support device is oriented substantially perpendicular to the magnetic flux of the linear motor, so that they influence each other as little as possible.
  • the short-stator linear motor is surrounded transversely to its longitudinal extent on both sides of the U-shaped yoke and the U-shaped reaction rail.
  • the short-stator linear motor which extends along the track, is thus located within the U-shaped or trough-shaped support means.
  • the primary part of the linear motor between the two legs of the U-shaped yoke is arranged and the secondary part of the linear motor is located between the two legs of the U-shaped reaction rail of the support device.
  • the units of the primary part of the linear motor and the yoke of the carrying device are fastened to the vehicle, while the secondary part of the linear motor and the reaction rail of the carrying device are arranged on the track.
  • this allows a simple control and a very good driving dynamics, since hardly arise torques between support and Kurzstator linear motor by this arrangement.
  • the winding of the linear motor is arranged in an iron core.
  • the iron core consists in a known manner of a plurality of juxtaposed sheets, which have grooves in which the winding is arranged for the linear motor.
  • the cooling is arranged on the iron core of the linear motor. It is located for example between the iron core and the bottom of the U-shaped yoke.
  • the cooling is arranged on the U-shaped yoke of the carrying device and / or below the linear motor. It can be provided both on the legs of the U-shaped yoke and at the bottom thereof.
  • this is provided as a water cooling.
  • the water cooling can be connected to a cooling circuit, which is arranged in the vehicle, and always be supplied for example by a heat exchanger with cool liquid. It is of course also possible for the cooling of a liquid other than water. It must be particularly suitable for heat transport and for rapid absorption and release of heat. Alternatively, of course, an active or passive air cooling is possible, which can flow through fans or air ducts cooling air to the heat-generating components of the linear motor or the support device.
  • the reaction rail of the secondary part of the linear motor is a number of short-circuit bars or a metal plate.
  • aluminum has proven particularly useful as a material for the reaction rail.
  • the coil of the support device is wound around a horizontal in the operation of the system, arranged transversely to the longitudinal direction of the linear motor y-axis.
  • the coil is wound around the bottom of the U-shaped yoke.
  • both coils are wound around a horizontal axis, so that in a symmetrical arrangement of the coils, a uniform distribution of forces of the drive device is generated.
  • the primary part is attached to the U-shaped yoke of the support device.
  • the attachment can in this case be effected by means of webs both on the two legs of the yoke and at its bottom, preferably between the two coils.
  • a plurality of modules of the drive device consisting of primary part of the linear motor and electromagnetic coils with U-shaped yoke of the support means are arranged on the vehicle. This facilitates both the manufacture of the units and the assembly and interchangeability.
  • the modules are arranged in the longitudinal direction of the vehicle, then the mobility of the vehicle is improved by joint points which are arranged in the vehicle. It can thus be traversed smaller curve radii of the track.
  • the modules are arranged on both sides of the track on the vehicle, then a stable support and drive function of the vehicle is guaranteed.
  • a stable support and drive function of the vehicle is guaranteed.
  • sufficient mobility of the vehicle is possible with usual lengths of the vehicle and radii of the track.
  • the vehicle is carried balanced and driven, so that a comfortable driving operation of the vehicle is guaranteed.
  • the lateral yoke of the support unit is provided in a module with a notch.
  • the notch interrupts the connecting web of the yoke and is located in particular in the free legs of the yoke. This advantageously serves to reduce the magnetic losses of the module.
  • the lateral yoke of the carrying unit has different thicknesses, this results in an optimization of the magnetic flux and thus an energy saving or an increase in the carrying capacity.
  • the drive device is designed such that the short-stator linear motor is arranged in a housing.
  • the linear motor is located between the two legs of the U-shaped yoke of the support.
  • the support device is operated with direct current while the linear motor is operated with a regulated alternating current.
  • the linear motor is located in a housing.
  • the housing which is preferably made of metal, such as stainless steel, copper or aluminum, shields the two systems sufficiently from each other, so that a targeted and predetermined operation of the two systems, in particular the linear motor is ensured.
  • the metal is preferably conductive and not or at best hardly magnetizable.
  • the housing is filled with a material, in particular a casting or injection molding compound such as resin or silicone.
  • a material in particular a casting or injection molding compound such as resin or silicone.
  • a fastening device in particular a wedge system
  • a fastening device is arranged between the housing and the yoke, then a good, vibration-free fastening of the linear motor or the winding and the core between the two legs of the yoke is possible.
  • the wedge system clamps the housing of the linear motor between the two legs, and ensures a stable fixation even when the drive shakes.
  • the fastening device is designed to equalize the voltage or equalize a voltage equalizing, e.g. made elastic material, so an always solid connection between the linear drive and the support device is created.
  • the drive device is installed in a magnetic levitation train with a track and a vehicle.
  • FIG. 1 shows a cross section through a drive device according to the invention
  • Fig. 3 is a side view of a vehicle with a plurality of modules and 4 shows a cross section through a further drive device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a cross section through a drive device according to the invention a magnetic levitation train with a short-stator linear motor and a support means for levitating a vehicle of the magnetic levitation railway is shown.
  • a reaction rail 2 is attached on a track 1.
  • the reaction rail 2 is U-shaped, with the free legs of the U-shaped reaction rail 2 protrude in the z-direction away from the track 1.
  • the reaction rail 2 extends along an x-axis along the track 1.
  • the reaction rail 2 is part of a support device for a vehicle 12 of a magnetic levitation railway shown in FIG.
  • Another component of the support device consists in a U-shaped yoke 3 and this coil 3 surrounding coils 4.
  • the free legs of the U-shaped yoke 3 are aligned in the positive z-direction on the free legs of the reaction rail 2 and act together with these ,
  • the coils 4 are wound around a y-axis or the connection of the free legs of the yoke 3. Alternatively, they could also be wound around the free legs of the yoke 3, ie about a z-axis.
  • a linear motor is arranged within the two "U's" of the reaction rail 2 and the yoke 3.
  • the linear motor has a metal plate 5, for example of aluminum, and a reaction rail 6, for example of iron.
  • the linear motor consists of an iron core 7 and windings 8.
  • the iron core 7 is arranged by means of fasteners 9 within the U-shaped yoke 3.
  • the fastening 9 can, as in this embodiment represented, both on the free legs of the yoke 3 and at the bottom of the "U's" of the yoke 3 be present. This has the particular advantage that a particularly good absorption of forces is made possible.
  • a plurality of windings 8 is arranged in the iron core 7. If the windings 8 are energized, the result is a propulsion in the x direction, the primary part of the linear motor, which is arranged on the U-shaped yoke 3, being displaced relative to the secondary part of the linear motor in the form of the metal plate 5. As a result, the vehicle 12 of the magnetic levitation train is moved in the x direction along the travel path 1.
  • coolings 10 are arranged between the linear motor and the support device.
  • These coolings 10' and 10" are preferably water cooling to dissipate the heat as quickly as possible. This water or liquid cooling can be integrated into a fluid circuit to be able to supply the heat from the drive device, for example, a heat exchanger can.
  • 2 shows a perspective view of a module 1 1 of a drive device is shown. The module 1 1 is attached to a vehicle 12 of the maglev train.
  • Each vehicle 12 has a plurality of such modules 1 1.
  • modules 1 1 are arranged on both sides of the vehicle 12, wherein each side has five of these modules 1 1.
  • each module 1 1 of the illustrated embodiment four coils 4 are provided.
  • the coils 4 are wound in an axis in the Y direction around the connecting web of the yoke 3.
  • the fastening 9 for the iron core 7 is arranged on the connecting web of the yoke 3.
  • the yoke 3 surrounds the iron core 7 and thereby protects on the one hand the primary part of the linear motor and on the other hand forms a very compact structural unit for the support means and the linear motor.
  • windings 8 In the iron core 7, a plurality of windings 8 is arranged. These windings 8 are shown in dashed lines in the illustrated view of Figure 2.
  • the primary part of the linear motor in the form of iron core 7 and windings 8 extends substantially over the entire length of the module 11.
  • the coils 4 of the support device each extend over about half of the module 1 1. There are accordingly four coils 4 per module 1 1 are provided. This facilitates the production of the coil 4 and the support device. Between the longitudinally successive coils 4, the free legs of the yoke 3 are provided with an opening or notch 13. The notch 13 causes on the one hand an interruption of the connecting web of the yoke 3 and on the other hand an incision in the free legs of the yoke 3. This allows the coils 4 wound better and the magnetic losses can be reduced. The tops of the free legs of the yoke 3 On the other hand, they are continuous in order to obtain a good supporting effect of the carrying device. In addition, the stability of the module 1 1 is thereby improved.
  • FIG 3 is a side view of the vehicle 12 is sketched. It can be seen that at the bottom of the vehicle 12 five modules 1 1 are arranged. Five further such modules 1 1 are located on the opposite side of the vehicle 12. Each of the modules 1 1 is attached to the vehicle 12. The attachment may be a bogie or may allow only a lateral displacement relative to the longitudinal axis of the vehicle 12. The modules 1 1, as shown here, can be connected to one another in an articulated manner or else be fastened to the vehicle independently of one another. It is even with a rigid design of the vehicle 12 cornering even in tight radii of the space curve of the route 1 possible.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of the present invention.
  • the individual elements essentially correspond to those of the embodiment according to FIG. 1.
  • the iron core 7 and the winding 8 of the linear motor is arranged in a housing 14.
  • the housing 14 encloses the iron core 7 and the winding 8 completely.
  • the cavity between the iron core 7, the winding 8 and the housing may be filled with a mass, for example injected or cast.
  • This mass for example, resin or silicone, causes a further stability of the device and beyond a certain insulation against environmental influences such as moisture or dirt.
  • a fastening device 15 consists in this embodiment of a wedge system, which clamps the housing 14 between the legs of the yoke 3 with the aid of two wedges.
  • the fastening is Implementing device 15 designed so that it can compensate for stresses, for example, due to thermal expansion of the linear motor relative to the support device.
  • the material of the fastening device 15 may be elastic, or the wedge system yields at a corresponding pressure.
  • the invention is not limited to the illustrated embodiments. Modifications within the scope of the claims are possible at any time.
  • the arrangement of the drive device on the vehicle may be different than shown here.
  • the vehicle can embrace the guideway inside or outside for its guidance. Only one or several rows of modules can be provided.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn mit einem Kurzstator-Linearmotor, wobei ein Primärteil des Linearmotors mit einer Wicklung (8) versehen und für die Anordnung an einem Fahrzeug (12) der Magnetschwebebahn vorgesehen ist. Ein Sekundärteil des Linearmotors weist eine Reaktionsschiene (2) auf und ist mit einer Trageinrichtung zum Schweben des Fahrzeuges (12) auf dem Fahrweg (1) für die Anordnung an einem Fahrweg (1) vorgesehen. Die Trageinrichtung weist zumindest eine für die Anordnung an dem Fahrzeug (12) vorgesehene elektromagnetische Spule (4) mit einem U-förmigen Joch (3) auf, das mit einer für die Anordnung an dem Fahrweg (1) vorgesehenen U-förmigen Reaktionsschiene (2) zusammenwirkt. Der Kurzstator-Linearmotor ist quer zu seiner Längserstreckung beidseitig von dem U-förmigen Joch (3) und der U-förmigen Reaktionsschiene (2) umgeben.

Description

Antriebsvorrichtunq einer Magnetschwebebahn
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn mit einem Kurzstator-Linearmotor, wobei ein Primärteil des Linearmotors mit einer Wicklung versehen und an einem Fahrzeug der Magnetschwebebahn angeordnet ist und ein Sekundärteil des Linearmotors eine Reaktionsschiene aufweist und an einem Fahrweg angeordnet ist, sowie mit einer Trageinrichtung zum Schweben des Fahrzeuges auf dem Fahrweg.
Bei dem erfindungsgemäßen Kurzstator-Linearmotor befindet sich das mit Strom versorgte Primärteil des Linearmotors an dem Fahrzeug. Das technisch weniger aufwändige Sekundärteil des Linearmotors ist an dem Fahrweg angeordnet. Der Fahrweg ist daher im Gegensatz einem Langstator- Linearmotor, bei welchem das Primärteil an dem Fahrweg angeordnet ist, wesentlich kostengünstiger herzustellen.
Kurzstator-Linearmotoren für Magnetschwebebahnen sind beispielsweise aus der DE 28 01 602 A1 oder der DE 100 00 513 C1 bekannt. Beiden Druckschriften ist gemeinsam, dass separate elektromagnetische Einrichtungen zum Tragen und Führen des Fahrzeuges vorgesehen sind. Die Einrichtungen zum Tragen und zum Führen des Fahrzeuges sind an dem Fahrzeug abwechselnd hintereinander angeordnet, so dass sich ein kräftemäßig ausgeglichener und komfortabler Betrieb der Magnetschwebebahn ermöglicht. Alternativ ist dort auch vorgeschlagen, dass die Einrichtungen zum Tragen und Führen des Fahrzeuges beidseitig des Fahrzeuges abwechselnd angeordnet sind.
Nachteilig ist bei beiden Ausführungen, dass die Baulänge der Antriebsvorrichtung zum Tragen und Führen sehr groß ist, so dass insbesondere bei kurzen Fahrzeugen nur ein geringer Teil der Fahrzeuglänge für den Antrieb bzw. für das Tragen des Fahrzeuges zur Verfügung steht. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher eine kostengünstige und nur geringen Bauraum benötigende Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn zu schaffen, die sowohl für die Tragfunktion als auch für die Vortriebsfunktion störungsfrei und energetisch effektiv zu betreiben sowie einfach zu regeln ist.
Die vorliegende Aufgabe wird gelöst mit einer Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
Die erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung weist einen Kurzstator- Linearmotor sowie eine Trageinrichtung auf. Der Kurzstator-Linearmotor dient zum Antreiben eines Fahrzeuges einer Magnetschwebebahn, während die Trageinrichtung zum Schweben des Fahrzeuges auf dem Fahrweg der Magnetschwebebahn vorgesehen ist. Der Kurzstator-Linearmotor weist ein Primärteil des Linearmotors mit einer Wicklung auf, das an einem Fahrzeug der Magnetschwebebahn angeordnet ist. Ein Sekundärteil des Linearmotors weist eine Reaktionsschiene auf und ist an dem Fahrweg der Magnetschwebebahn angeordnet. Das Primärteil des Linearmotors wird über das Fahrzeug mit Strom versorgt. Dabei kann das Fahrzeug entweder ein Stromerzeugungsaggregat mit sich führen oder über Kontaktschienen oder Kabelverbindungen von einem externen Stromerzeugungsaggregat aus mit Strom versorgt sein.
Der Linearmotor dient zum Antrieb bzw. Vortrieb des Fahrzeuges. Die Trageinrichtung hingegen bewirkt das berührungslose Schweben, also die Tragfunktion des Fahrzeuges auf dem Fahrweg. Sie weist eine an dem Fahrzeug angeordnete elektromagnetische Spule mit einem U-förmigen Joch auf. Das U-förmige Joch wirkt mit einer an dem Fahrweg angeordneten U-förmigen Reaktionsschiene zusammen. Wird die elektromagnetische Spule von Strom durchflössen, so erzeugt diese eine Kraft, welche das U-förmige Joch an die U-förmige Reaktionsschiene anzuziehen versucht. Hierdurch wird das Fahrzeug bei entsprechender Anordnung der Trageinrichtung zwischen einer Un- terseite des Fahrweges und einer Oberseite des Fahrzeuges angehoben und schwebt bei einer entsprechenden Regelung berührungslos auf dem Fahrweg. Hierbei ist der magnetische Fluss der Trageinrichtung im Wesentlichen rechtwinklig zum magnetischen Fluss des Linearmotors ausgerichtet, so dass sich diese möglichst wenig gegenseitig beeinflussen.
Erfindungsgemäß ist der Kurzstator-Linearmotor quer zu seiner Längserstreckung beidseitig von dem U-förmigen Joch und der U-förmigen Reaktionsschiene umgeben. Der Kurzstator-Linearmotor, welcher sich längs des Fahrweges erstreckt, befindet sich somit innerhalb der U-förmig oder trogförmig ausgebildeten Trageinrichtung. Dabei ist das Primärteil des Linearmotors zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Joch angeordnet und das Sekundärteil des Linearmotor befindet sich zwischen den beiden Schenkeln der U-förmigen Reaktionsschiene der Trageinrichtung. Durch diese Anordnung entsteht eine kompakte, materialsparende und kostengünstige Befestigung des Linearmotors an der Trageinrichtung. Die Einheiten aus Primärteil des Linearmotors und Joch der Trageinrichtung sind dabei an dem Fahrzeug befestigt, während Sekundärteil des Linearmotors und Reaktionsschiene der Trageinrichtung an dem Fahrweg angeordnet sind. Außerdem ist hierdurch eine einfache Regelung und eine sehr gute Fahrdynamik ermöglicht, da durch diese Anordnung kaum Drehmomente zwischen Trageinrichtung und Kurzstator-Linearmotor entstehen.
Vorzugsweise ist die Wicklung des Linearmotors in einem Eisenkern angeordnet. Der Eisenkern besteht in bekannter Weise aus einer Vielzahl von aneinander geordneten Blechen, welche Nuten aufweisen, in welchen die Wicklung für den Linearmotor angeordnet ist.
Um die thermische Last des Linearmotors und der Trageinrichtung aufgrund Wirkungsgradverlusten zu verringern und um zu vermeiden, dass der Linearmotor überhitzt, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass zwischen dem U- förmigen Joch der Trageinrichtung und dem Primärteil des Linearmotors und/oder unterhalb des Primärteils des Linearmotors eine Kühlung für den Linearmotor angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Kühlung an dem Eisenkern des Linearmotors angeordnet. Sie befindet sich beispielsweise zwischen dem Eisenkern und dem Boden des U-förmigen Jochs.
Zusätzlich oder alternativ zu der Kühlung an dem Eisenkern des Linearmotors ist es auch vorteilhaft, wenn die Kühlung an dem U-förmigen Joch der Trageinrichtung und/oder unterhalb des Linearmotors angeordnet ist. Sie kann dabei sowohl an den Schenkeln des U-förmigen Jochs als auch an dessen Boden vorgesehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Kühlung, ist diese als eine Wasserkühlung vorgesehen. Die Wasserkühlung kann an einen Kühlkreislauf, welcher in dem Fahrzeug angeordnet ist, angeschlossen sein und beispielsweise durch einen Wärmetauscher stets mit kühler Flüssigkeit versorgt werden. Es ist natürlich für die Kühlung auch eine andere Flüssigkeit als Wasser möglich. Sie muss insbesondere zum Wärmetransport und zur schnellen Aufnahme und Abgabe der Wärme geeignet sein. Alternativ ist selbstverständliche auch eine aktive oder passive Luftkühlung möglich, welche durch Ventilatoren oder Luftkanäle kühlende Luft an die wärmeerzeugenden Bauteile des Linearmotors oder der Trageinrichtung strömen lässt.
Vorzugsweise ist die Reaktionsschiene des Sekundärteils des Linearmotors eine Anzahl von Kurzschlussstäben oder eine Metallplatte. Insbesondere A- luminium hat sich als Material für die Reaktionsschiene besonders bewährt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Spule der Trageinrichtung um eine im Betrieb der Anlage horizontale, quer zur Längsrichtung des Linearmotors angeordnete y-Achse gewickelt. Alternativ wäre dies auch um eine vertikale Achse bzw. z-Achse möglich, wobei die Spule in diesem Fall um die Schenkel des Jochs gewickelt wäre. In der bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Spule jedoch um den Boden des U-förmigen Jochs gewickelt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn pro Trageinrichtung mindestens zwei Spulen entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Spulen entlang der y- Achse vorgesehen sind. Durch diese beiden bzw. vier Spulen wird eine höhere Tragkraft erzeugt und außerdem eine gleichmäßigere Anhebung des Fahrzeuges bewirkt. Außerdem ist die Herstellung erleichtert und der Bauraum sehr klein auslegbar. Vorzugsweise sind beide Spulen um eine horizontale Achse gewickelt, so dass bei einer symmetrischen Anordnung der Spulen eine gleichmäßige Kräfteverteilung der Antriebsvorrichtung erzeugt wird.
Um eine stabile Befestigung des Primärteils des Linearmotors zu erhalten, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass das Primärteil an dem U-förmigen Joch der Trageinrichtung befestigt ist. Die Befestigung kann hierbei sowohl an den beiden Schenkeln des Jochs als auch an dessen Boden, vorzugsweise zwischen den beiden Spulen mittels Stegen erfolgen.
Vorzugsweise sind mehrere Module der Antriebsvorrichtung, bestehend aus Primärteil des Linearmotors und elektromagnetischen Spulen mit U-förmigen Joch der Trageinrichtung an dem Fahrzeug angeordnet. Damit ist sowohl die Herstellung der Einheiten als auch die Montage und die Austauschbarkeit erleichtert.
Sind die Module in Längsrichtung des Fahrzeuges angeordnet, so ist die Beweglichkeit des Fahrzeuges durch Gelenkstellen, welche in dem Fahrzeug angeordnet sind, verbessert. Es können damit kleinere Kurvenradien des Fahrweges durchfahren werden.
Sind die Module beidseits des Fahrweges an dem Fahrzeug angeordnet, so ist eine stabile Trag- und Antriebsfunktion des Fahrzeuges gewährleistet. Insbesondere wenn fünf Module je Seite vorgesehen sind, ist bei üblichen Längen des Fahrzeuges und Radien des Fahrweges eine ausreichende Beweglichkeit des Fahrzeuges möglich. Das Fahrzeug wird dabei ausgeglichen getragen und angetrieben, so dass ein komfortabler Fahrbetrieb des Fahrzeuges gewährleistet ist.
Vorzugsweise ist das seitliche Joch der Trageinheit in einem Modul mit einer Kerbe versehen. Hierdurch wird in vorteilhafter Weise bewirkt, dass die Montage der Spulen und des Moduls an dem Fahrzeug erleichtert wird. Die Kerbe unterbricht den Verbindungssteg des Jochs und befindet sich insbesondere in den freien Schenkeln des Jochs. Dies dient vorteilhafterweise der Verringerung der magnetischen Verluste des Moduls.
Weist das seitliche Joch der Trageinheit unterschiedliche Dicken auf, so erfolgt hierdurch eine Optimierung des Magnetflusses und damit eine Energieeinsparung bzw. Erhöhung der Tragkraft.
In einer besonders vorteilhaften Ausbildung der Erfindung ist die Antriebsvorrichtung derart ausgebildet, dass der Kurzstator-Linearmotor in einem Gehäuse angeordnet ist. Der Linearmotor befindet sich zwischen den beiden Schenkeln des U-förmigen Jochs der Trageinrichtung. Die Trageinrichtung wird mit Gleichstrom betrieben, während der Linearmotor mit einem geregelten Wechselstrom betrieben wird. Um eine gegenseitige unerwünschte Beeinflussung der beiden elektrischen Systeme möglichst zu vermeiden, befindet sich der Linearmotor in einem Gehäuse. Das Gehäuse, das vorzugsweise aus Metall, beispielsweise Edelstahl, Kupfer oder Aluminium, besteht, schirmt die beiden Systeme ausreichend voneinander ab, so dass ein gezielter und vorbestimmter Betrieb der beiden Systeme, insbesondere des Linearmotors gewährleistet ist. Das Metall ist vorzugsweise leitend und nicht oder allenfalls kaum magnetisierbar. Vorteilhafterweise ist das Gehäuse mit einem Material, insbesondere einer Gieß- oder Spritzmasse wie Harz oder Silikon, gefüllt. Es entsteht hierdurch eine kompakte Baueinheit, die neben dem elektrischen Abschirmungseffekt den Linearmotor auch vor Umwelteinflüssen schützt. Außerdem werden Schwingungen und Geräusche durch den Eisenkern und die Spule verringert.
Ist zwischen dem Gehäuse und dem Joch eine Befestigungsvorrichtung, insbesondere ein Keilsystem angeordnet, so ist eine gute, schwingungsfreie Befestigung des Linearmotors bzw. der Wicklung und des Kerns zwischen den beiden Schenkeln des Jochs möglich. Das Keilsystem spannt dabei das Gehäuse des Linearmotors zwischen den beiden Schenkeln ein, und sorgt auch bei Erschütterung des Antriebs für eine stabile Festlegung.
Ist die Befestigungsvorrichtung spannungsausgleichend gestaltet bzw. aus einem spannungsausgleichenden, z.B. elastischen Material hergestellt, so wird eine stets feste Verbindung zwischen dem Linearantrieb und der Trageinrichtung geschaffen.
Erfindungsgemäß ist die Antriebsvorrichtung in einer Magnetschwebebahn mit einem Fahrweg und einem Fahrzeug eingebaut.
Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Vorteile beschränkt. Weitere Vorteile der Erfindung sind in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Moduls,
Fig. 3 eine Seitenansicht eines Fahrzeuges mit mehreren Modulen und Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung.
In Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn mit einem Kurzstator-Linearmotor sowie einer Trageinrichtung zum Schweben eines Fahrzeuges der Magnetschwebebahn dargestellt. An einem Fahrweg 1 ist eine Reaktionsschiene 2 befestigt. Die Reaktionsschiene 2 ist U-förmig ausgebildet, wobei die freien Schenkel der U-förmigen Reaktionsschiene 2 in z-Richtung weg vom Fahrweg 1 ragen. Die Reaktionsschiene 2 erstreckt sich längs einer x-Achse entlang des Fahrweges 1 . Die Reaktionsschiene 2 ist Bestandteil einer Trageinrichtung für ein in Figur 3 dargestelltes Fahrzeug 12 einer Magnetschwebebahn.
Ein weiterer Bestandteil der Trageinrichtung besteht in einem U-förmigen Joch 3 und dieses Joch 3 umgebende Spulen 4. Die freien Schenkel des U- förmigen Jochs 3 sind in positiver z-Richtung auf die freien Schenkel der Reaktionsschiene 2 hin ausgerichtet und wirken mit diesen zusammen. Die Spulen 4 sind um eine y-Achse bzw. die Verbindung der freien Schenkel des Jochs 3 gewickelt. Alternativ könnten sie auch um die freien Schenkel des Jochs 3, also um eine z-Achse gewickelt sein.
Werden die Spulen 4 mit Strom beaufschlagt, so erzeugen sie eine Kraft auf die Reaktionsschiene 2, welche versucht das Joch 3 an die Reaktionsschiene 2 anzuziehen. Das Joch 3 ist mit dem Fahrzeug 12 der Magnetschwebebahn verbunden, wodurch dieses bei entsprechender Stärke der Anzugskraft angehoben wird. Die Anzugskraft ist dabei so geregelt, dass das Fahrzeug 12 von dem Fahrweg 1 abhebt und andererseits das Joch 3 keine Berührung mit der Reaktionsschiene 3 erfährt. Hierdurch erfolgt ein Schweben des Fahrzeuges 12 der Magnetschwebebahn auf dem Fahrweg 1 . Innerhalb der beiden„U's" der Reaktionsschiene 2 und des Jochs 3 der Trageinrichtung ist ein Linearmotor angeordnet. Der Linearmotor weist eine Metallplatte 5, beispielsweise aus Aluminium und eine Reaktionsschiene 6, beispielsweise aus Eisen auf. Metallplatte 5 und Reaktionsschiene 6 sind innerhalb der U-förmigen Reaktionsschiene 2 angeordnet. Die Metallplatte 5 ist vorzugsweise aus Aluminium hergestellt. Weiterhin besteht der Linearmotor aus einem Eisenkern 7 und Wicklungen 8. Der Eisenkern 7 ist mittels Befestigungen 9 innerhalb des U-förmigen Jochs 3 angeordnet. Die Befestigung 9 kann wie in diesem Ausführungsbeispiel dargestellt, sowohl an den freien Schenkeln des Jochs 3 als auch am Grund des„U's" des Jochs 3 vorhanden sein. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass eine besonders gute Aufnahme von Kräften ermöglicht wird.
In dem Eisenkern 7 ist eine Vielzahl von Wicklungen 8 angeordnet. Werden die Wicklungen 8 bestromt, so entsteht ein Vortrieb in x-Richtung, wobei das Primärteil des Linearmotors, welches an dem U-förmigen Joch 3 angeordnet ist, gegenüber dem Sekundärteil des Linearmotors in Form der Metallplatte 5 verschoben wird. Hierdurch wird das Fahrzeug 12 der Magnetschwebebahn in x-Richtung entlang des Fahrwegs 1 bewegt.
Um eine Überhitzung des Linearmotors zu vermeiden, sind Kühlungen 10 zwischen Linearmotor und Trageinrichtung angeordnet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich Kühleinrichtungen 10' zwischen dem Eisenkern 7 und den freien Schenkeln des Jochs 3. Außerdem ist eine Kühlung 10" zwischen Eisenkern 7 und dem Grund des Jochs 3 bzw. den Befestigungen 9 vorgesehen. Diese Kühlungen 10' und 10" sind vorzugsweise Wasserkühlungen um die entstehende Wärme möglichst schnell abführen zu können. Diese Wasser- bzw. Flüssigkeitskühlungen können in einen Flüssigkeitskreislauf eingebunden sein, um die Wärme aus der Antriebsvorrichtung beispielsweise einem Wärmetauscher zuführen zu können. In Figur 2 ist eine perspektivische Ansicht eines Moduls 1 1 einer Antriebsvorrichtung dargestellt. Das Modul 1 1 ist an einem Fahrzeug 12 der Magnetschwebebahn befestigt. Jedes Fahrzeug 12 weist eine Vielzahl derartiger Module 1 1 auf. In einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind Module 1 1 an beiden Seiten des Fahrzeuges 12 angeordnet, wobei jede Seite fünf dieser Module 1 1 aufweist. Hierdurch ist eine ideale Kraftverteilung auf das Fahrzeug 12 einer üblichen Länge möglich.
In jedem Modul 1 1 der dargestellten Ausführung sind vier Spulen 4 vorgesehen. Die Spulen 4 sind in einer Achse in Y-Richtung um den Verbindungssteg des Jochs 3 herumgewickelt. Zwischen den beiden Spulen 4 eines Moduls 1 1 ist die Befestigung 9 für den Eisenkern 7 an dem Verbindungssteg des Jochs 3 angeordnet. Das Joch 3 umgibt den Eisenkern 7 und schützt hierdurch einerseits das Primärteil des Linearmotors und bildet andererseits eine sehr kompakte Baueinheit für die Trageinrichtung und den Linearmotor.
In dem Eisenkern 7 ist eine Vielzahl von Wicklungen 8 angeordnet. Diese Wicklungen 8 sind in der dargestellten Ansicht der Figur 2 lediglich gestrichelt eingezeichnet. Das Primärteil des Linearmotors in Form von Eisenkern 7 und Wicklungen 8 erstreckt sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Moduls 1 1 .
Die Spulen 4 der Trageinrichtung erstrecken sich jeweils über etwa die Hälfte des Moduls 1 1 . Es sind dementsprechend vier Spulen 4 pro Modul 1 1 vorgesehen. Dies erleichtert die Herstellung der Spulen 4 und der Trageinrichtung. Zwischen den in Längsrichtung aufeinander folgenden Spulen 4 sind die freien Schenkel des Jochs 3 mit einer Öffnung bzw. Kerbe 13 versehen. Die Kerbe 13 bewirkt einerseits eine Unterbrechung des Verbindungssteges des Jochs 3 und andererseits einen Einschnitt in den freien Schenkeln des Jochs 3. Hierdurch können die Spulen 4 besser gewickelt und die magnetischen Verluste verringert werden. Die Oberseiten der freien Schenkel des Jochs 3 sind dagegen durchlaufend um eine gute Tragwirkung der Trageinrichtung zu erhalten. Außerdem wird die Stabilität des Moduls 1 1 hierdurch verbessert.
In Figur 3 ist eine Seitenansicht des Fahrzeuges 12 skizziert. Es ist daraus ersichtlich, dass an der Unterseite des Fahrzeuges 12 fünf Module 1 1 angeordnet sind. Fünf weitere solcher Module 1 1 befinden sich auf der gegenüberliegenden Seite des Fahrzeuges 12. Jedes der Module 1 1 ist an dem Fahrzeug 12 befestigt. Die Befestigung kann ein Drehgestell sein oder aber lediglich eine seitliche Verschiebung relativ zur Längsachse des Fahrzeuges 12 erlauben. Die Module 1 1 können wie hier dargestellt miteinander gelenkig verbunden sein oder aber auch unabhängig voneinander an dem Fahrzeug befestigt sein. Es ist auch bei einer starren Ausführung des Fahrzeuges 12 eine Kurvenfahrt sogar in engen Radien der Raumkurve des Fahrweges 1 möglich.
In Figur 4 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführung der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die einzelnen Elemente entsprechen im Wesentlichen denen der Ausführung nach Figur 1 . Im Gegensatz dazu ist allerdings der Eisenkern 7 und die Wicklung 8 des Linearmotors in einem Gehäuse 14 angeordnet. Das Gehäuse 14 umschließt den Eisenkern 7 und die Wicklung 8 vollständig.
Der Hohlraum zwischen dem Eisenkern 7, der Wicklung 8 und dem Gehäuse kann mit einer Masse ausgefüllt, beispielsweise eingespritzt oder eingegossen sein. Diese Masse, bspw. Harz oder Silikon, bewirkt eine weitere Stabilität der Einrichtung und darüber hinaus eine gewisse Isolierung gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit oder Schmutz.
Eine Befestigungsvorrichtung 15 besteht in dieser Ausführung aus einem Keilsystem, das mit Hilfe von jeweils zwei Keilen das Gehäuse 14 zwischen den Schenkeln des Jochs 3 einklemmt. Damit wird eine stabile Befestigung des Eisenkerns 7 und der Wicklung 8 bewirkt. Vorzugsweise ist die Befesti- gungsvorrichtung 15 so ausgeführt, dass sie Spannungen, beispielsweise auf Grund von Wärmedehnungen des Linearmotors gegenüber der Trageinrichtung ausgleichen kann. Hierfür kann beispielsweise das Material der Befestigungsvorrichtung 15 elastisch sein, oder das Keilsystem gibt bei einem entsprechenden Druck nach.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind jederzeit möglich. Insbesondere kann die Anordnung der Antriebsvorrichtung an dem Fahrzeug anders als hier dargestellt sein. Das Fahrzeug kann den Fahrweg für seine Führung innen oder außen umgreifen, Es kann nur eine oder aber auch mehrere Reihen von Modulen vorgesehen sein.
Bezuqszeichenliste Fahrweg
Reaktionsschiene der Trageinrichtung Joch
Spulen des Tragmagneten
Metallplatte
Reaktionsschiene des Linearmotors Eisenkern
Wicklung des Linearmotors
Befestigungen des Eisenkerns 8 Kühlungen
Modul
Fahrzeug
Öffnung/Kerbe
Gehäuse
Befestigungsvorrichtung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1 . Antriebsvorrichtung einer Magnetschwebebahn mit einem Kurzstator- Linearmotor, wobei ein Primärteil des Linearmotors mit einer Wicklung (8) versehen und für die Anordnung an einem Fahrzeug (12) der Magnetschwebebahn vorgesehen ist und ein Sekundärteil des Linearmotors eine Reaktionsschiene (2) aufweist und für die Anordnung an einem Fahrweg (1 ) vorgesehen ist, sowie mit einer Trageinrichtung zum Schweben des Fahrzeuges (12) auf dem Fahrweg (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Trageinrichtung zumindest eine für die Anordnung an dem Fahrzeug (12) vorgesehene elektromagnetische Spule (4) mit einem U-förmigen Joch (3) aufweist, das mit einer für die Anordnung an dem Fahrweg (1 ) vorgesehenen U-förmigen Reaktionsschiene (2) zusammenwirkt und dass der Kurzstator-Linearmotor quer zu seiner Längserstreckung beidseitig von dem U-förmigen Joch (3) und der U-förmigen Reaktionsschiene (2) umgeben ist.
2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklung (8) des Linearmotors in einem Eisenkern (7) angeordnet ist.
3. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem U-förmigen Joch (3) und dem Primärteil des Linearmotors eine Kühlung (10) für den Linearmotor angeordnet ist.
4. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung (10) an dem Eisenkern (7) des Linearmotors angeordnet ist.
5. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung (10) an dem U- förmigen Joch (3) der Trageinrichtung und/oder unterhalb des Linearmotors angeordnet ist.
6. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlung (10) eine Flüssigkeitskühlung ist.
7. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktionsschiene des Sekundärteils des Linearmotors eine Anzahl von Kurzschlussstäben oder eine Metallplatte (5), insbesondere eine Aluminiumplatte ist.
8. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (4) der Trageinrichtung um eine quer zur Längsrichtung des Linearmotors angeordnete y- oder z-Achse gewickelt ist.
9. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Trageinrichtung mindestens zwei Spulen (4) entlang der x-Achse und/oder mindestens zwei Spulen (4) entlang der y-Achse vorgesehen sind.
10. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärteil des Linearmotors an dem U-förmigen Joch (3) der Trageinrichtung befestigt ist.
1 1 . Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Module (1 1 ) bestehend aus Primärteil des Linearmotors und elektromagnetischer Spule (4) mit U-förmigen Joch (3) der Trageinrichtung an dem Fahrzeug (12) angeordnet sind.
12. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 1 ) in Längsrichtung des Fahrzeuges (12) angeordnet sind.
13. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Module (1 1 ), insbesondere fünf Module (1 1 ) je Seite, beidseits des Fahrweges (1 ) an dem Fahrzeug (12) angeordnet sind.
14. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seitliche Joch (3) der Trageinheit in einem Modul (1 1 ) eine Kerbe (13) aufweist.
15. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das seitliche Joch (3) der Trageinheit unterschiedliche Dicken aufweist.
16. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzstator-Linearmotor in einem Gehäuse (14) angeordnet ist.
17. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) aus einem leitenden, aber im Wesentlichen nicht magnetisierbaren Metall aufgebaut ist.
18. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (14) mit einem Material, insbesondere einer Gieß- oder Spritzmasse wie Harz oder Silikon, gefüllt ist.
19. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (14) und dem Joch (3) eine Befestigungsvorrichtung (15), insbesondere ein Keilsystem angeordnet ist.
20. Antriebsvorrichtung nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung (15) spannungsausgleichend ist.
21 . Magnetschwebebahn mit einem Fahrweg (1 ) und einem Fahrzeug (12), dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Antriebsvorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
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