DE2365877A1 - Elektromagnetische schiene fuer den linearmotorantrieb eines schienenfahrzeuges - Google Patents
Elektromagnetische schiene fuer den linearmotorantrieb eines schienenfahrzeugesInfo
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Description
HENKEUKERN1FEILERaHANZEl"
HNKi. η KDUAKD-SCHMID-STRASSH'1 *h hsi ι hank mi -nc ίιι.ν nt ■:* ν■· i
Th*; 7uvuka-n riockric ^cI T.t.i. 2365877
3u2:!i. tomo Ξΐ-jc trie InJuötriey, LtJ.
Tokyo und Csalca, Japan
(Ausscheidung aus TT-PS 2J- 2o 256.C) L^ Jujj ^75
lL'loktroi:ia^vieti..eche Schiene fü::· Λ-~-η LLnsarmotorantriob
oLnes .Schienenfaluv.^-useo
T-Ie lOrfinduns betrifft eine olektromagnetiGcho Schiene? für ien I.inear-
:-:iotorantrieb sLnos Schienenfahrzeuges, bei v/elcher auf einen ortsfesten
Tracer mit lotrecht stehender Spulenebene in Längsrichtung
der Schiene hintereinander angeordnete Ankerspulen la gegenseitiger Überlappung vorgesehen sind und mittels phasenversetzter Steuerung
über Halbleiter-Stromrichter im Sinne der Erzeugung eines entsprechend
der Fahrzeuggeschwindigkeit fortschreitenden Wanderfeldes gespeist
sind, um dem Fahrzeug in Verbindung mit einer fahrzeagseitigen gleichstromgespeisten
Felderzeugeranordnung eine Antriebskraft und eine
Schwebekraft zu erteilen.
Aus der DT-OS 2 133 922 ist eine Vorrichtung zum Antreiben eines
beweglichen Körpers in einem schwebenden Zustand mit einer sehr hohen Geschwindigkeit unter dem Einfluß eines magnetischen Feldes und unter
Verwendung von Ankerwicklungen bekannt, welche vertikale und horizontale Leiter besitzt, die kontinuierlich längs der Bewegungsbahn
das beweglichen Körpers in Bewegungsrichtung angeordnet sind, und wobei bewegliche magnetische Felder zur Anwendung geiangsn, die an
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lor Ur11.~r se it·:.- -;»s be ν; e gliche η Kör pc-rs- so anceoHnrt ;?1>τΐ ,
daii -'.ir -:·ΐ·τ;·".ί5!: ? xt:Jü~ ti. j Sk FIuI γ--ikr^hi- zu -Jlnnrn vi
schlelfon :lär festen Auk?.-r.vL-'>.klunre-n Vhrn:iif!; uiv' .:: v-;· rti -Mti ·■-.
LUi:!. horizontalen Leiter di^:-:nr festen Ankerv/Lcklunren schneidet.
Pel dUiSc-r ,bekannt·-η VorrL::h tung sine1 j«. "-o^h "Vi.: h Ln tc-r";: r. üririor-1
Lesenden Ankerwicklungen alle Ln eiern ael.beη "LcknlsL-;^ "i/:: L _\i ·. 1 f.
und darüuerhlnaUij benötigt jede Ankerwicklung eins siren.·; Ctromabr.cb.T.Kreinrichi-un,?}
um kon.tlnu.Ler] i.ch j-jfJ-· Ankerwicklung mi.t iirc
VerschLebung der bev.r3gl i chßn magnetischen "clrlnr i-ljichsätrorri zuführen"
zu können. gur Erzielung eines b-nvejlichan Feldes bz'1.'. zur
Bowirkung eines Antriebs iau-7. h.·? "1Lt->ö->r bekannten Vorrichtung je:"ie
Ankerwicklung zu ^anz becti'nrnton Z-eitrrurJit'jn ··- i..--r. v"1 .··■ '·: j:nr.:U!: L-?rh
ii'f'cdsn, urn «Lie Aufhebung -3er durch die einzelnen stroradurchflosaenen
Ankerwicklung'η !lervorj" ruf'-nou Antrü-!br;kraf t s;i verhindern.
Aus der DT-OS 1 δο7 569 1st ein linearer TnduktLonssiolor b-:!-.annt,
1er einen langgestreckten, ebenen Induktor aufweist, der sich üb-;r
eine große Länge erstreckt und dessen Wicklungen ein gleitendes
Magnetfeld entlang dieses Induktors erzeugen und wob^i. dor Indul-1 ior;;
.•aotor einen kurzen Anker besitzt, der sich entlang des durch diesen
Induktor bOGtimrat.iU 'V?se3 a-.t.?r Iv- 'Vir^un^ Ivs -1-Lt-nden Magnebfeldes.
bewegen kann, welches im Anker InduktionsströmG .jrsevigt, 30-v;ie
mit einem Magnetkreis, der den Hagnetfluß des gleitenden Magnetfeldes
schließt. Gemäß dieser bekannten Konstruktion soll der Magnetkreis insgesamt fest mit dem kurzen Anker verbunden sein un.1
sich etwa auf die Länge dieses Ankers erstrecken. Bei diesem bekannton
linearen Induktionsmotor gelangt die übliche Crehstromspeisung
zur Anwendung und es sind die hintereinander folgenden
V/icklungen des Induktiors gleichsinnig gewickelt und die senkrechten
Leiter der einzelnen '.Vicklungen müssen aufeinanderfolgend so erregt
werden, daß sich eine konstante in einer Richtung wirken.-:!.-; Kraft,
die auf da·^ fahrzeug wirkt, bzw. den Anker wirkt, einstellt.
Aus der Ιτ/Γ·-?3 3 &kL. nr-~ f *" 'hlu.21.ich ein "linearer Induktionsmotor
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ßAD ORIGiMAL
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-3- 236537?
bs.-i :.-.·'.:-. I5 hai -"--G- 1Ii C]-3 ■■·' cV un^en r'os Π1 cLorLcilfcd zum Teil ine
L nan dc-rl ic; genri an JP-OiT1IiO t εΐηο ur.'i die Spulene bune der einzelnen
Spulen horizontal verläuft. Die go bekannte Anordnung" v.'Lrd eben-'
.r'a]],r durch Drehst rom gespeist, so daß hier kotne Ilintereinanderanciönunt:
-J-sr einzelnen '.Vicklungen entlang einer Schiene möglich
i.r:i:. Pei einer speziellen Auyführungsform dieser bekannten Konstruktion
sind die Einzelnen 7/i. cklungen in Gruppen mit je drsi
Wicklungen zusammengefaßt, v;ofcei sich eine Wicklung innerhalb der
arv;-_-ren Wicklung befindet. Auch sind die Wicklungen der einzelnen
"ι·α£.ιι-π nicht: im entgegengesetzten '.Vickelsinn gewickelt, sondern
si-i '.verton lcdirlich abwechselnd in en tgegerirc- setz tern Sinn erregt.
"ie erwähnt, besteht das Fahrzeugs-Antriebssystem unter Verv;endung
von Halbleiter-gesteuerten Gleichrichter-Linearmotoren aui- Ankerspulen und einer rc-lderzeugeranordnunc als Hauptbestandt·-.
Ll-:, während Schweben, Beschleunigen, Verzögern und Anhalten
des Fahrzeugs durch Steuerung des durch Ankerspule fließenden Stroms mit Hilfe dj?r gesteuerten Gleichrichter hervorgebracht
werden. Wenn ein Notfall eintritt und der Ankerstrom unterbrochen rird während das Fahrzeug schwebt und mit außerordentlich hoher
Cc3ch'tfindigkeit fährt, sinkt der Fahrzeugkörper schnell herab,
wobei die Fahrgäste, das Fahrzeug und die elektromagnetische Schiene stark gefährdet werden. Obgleich diese Gefahr durch Anordnung
einer Notbrense, eines Not-Bodenlaufrades oder verschiedener
anderer Arten von Sicherheitsvorkehrur.gen abgewandt v/erden kann, ist ein schnelles Anziehen der Kotbremse bei Fahrt mit
übc-rhoher Geschwindigkeit mit Gefahr verbunden. Andererseits ist
es schwierig, die Kot-Bodenlaufräder mit ausreichender mechanischer
Festigkeit zu konstruieren, wobei eine gewisse Zeitspanne zwischen dem Auftreten des Notfalls und dem Aufsetzen der Räder verstreicht.
Außerdem müssen dabei die Laufräder und die elektromagnetische Schiene so ausgebildet sein, daß sie ausreichende
festigkeit besitzen, urn der Stoßbelastung widerstehen zu können,
die durch das Herabfallen schwerer Fahrzeugwagen mit einem Gewicht von beispielsweise jeweils etwa ^-o t erzeugt werden. Tie ange-
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strebte Sicherheit kann daher nicht durch eine übliche Bremsanlage
und durch Laufrader allein gewährleistet werden.
Eie der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin,
die elektromagnetische Schiene der eingangs definierten Art derart zu verbessern, daß bei erhöhter Sicherheit gegen eine übermäßige
V/ürmeentwicklung in der Schiene dem Fahrzeug eine ausreichende
Bremskraft und eine Schwebekraft erteilt werden kann.
Ausgehend von der elektromagnetischen Schiene der eingangs definierten
Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß unter den Ankerspulen eine Anzahl von kurzgeschlossenen Induktionsspulen
angeordnet ist, die in Längsrichtung der Schiene auf einer geraden Linie angeordnet sind und deren Spulenebenen lotrecht
liegen, daß die Induktionsspulen in der "/eise auf dem Träger
montiert sind, daß sie durch den von der am Schienenfahrzeug montierten
Felderzeugeranordnung erzeugten Magnetfluß verkoppelt werden und dabei eine Schwebe- und eine Bremskraft erzeugen, und
daß eine aus nicht magnetischem Metall bestehende Leitung zur
Förderung eines Kühlmittels oberhalb oder unterhalb der Induktionsspulen angeordnet ist.
Zweckmässig wird die Anordnung aus der Anker- und der Induktionsspule
mit Kunstharz zu einem einheitlichen Gefüge vergossen. Die beiden Seitenflächen des ortsfesten Trägers dienen zur Herstellung
eines Kontakts mit Schleifer-Stromabnehmern zur Zufuhr von Erregerstrom zu einer am Fahrzeug montierten Felderzeugeranordnung.
Mit der erfindungsgemäßen Schiene läßt sich dem Fahrzeug eine zusätzliche Schwebekraft erteilen, ohne daß das Fahrzeug im Fall
eines plötzlichen Anhaltens zu rasch absinkt und schlagartig gebremst
wird. Als weiterer Vorteil ergibt sich, daß die in den Induktionsspulen und den Ankerspulen entwickelte Wärme wirksam
und sehr schnell abgeführt wird, so daß eine Verschlechterung der elektromagnetischen Schiene durch den Wärmeeinfluß verhindert wird.
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Pe 3 sr. de rs zv/eckmässlge Ausbildungen und V/eiterbildungen der Erfir.'iu.'C
.:._>;;(.r. εΐ-jh aus cer. Ansprüchen 2 bis 7.
I::. fclror.'j-ir. ;; L rf '-Le Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen
unter Mir./ic!ξ auf 'JIe Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
Γ:.·:. · ^lr.en Querschnitt durch eine mit einer Kühlmittelleitung
versehene elektromagnetische Schiene;
?ig. ? einen der Fig. 1 ähnelnden Querschnitt zur Darstellung einer
abgewandelten Kühlmittelleitung;
Fig. 3 eine weitere der Fig.1 ähnelnde Querschnittsdarsteliung mit
einer noch anders gestalteten Kühlmittelleitung; und
Fig. k einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsforra einer
elektromagnetischen Schiene, bei welcher eine Kühlmittelleitung und Abnehmer zur Anregung des Magnetfeldes am Fahrzeug
an einem Träger montiert sind.
Srfindungsgemäß ist eine rechtcoki G'- >
kursfj.. c--."L':.;..'„cr. - Γ pule, im
folgenden als Induktionsspule Zk bezeichnet, deren Ebene praktisch
ebenengleich oder parallel zur Ankerspulenebene liegt, unter letzterer angeordnet. Die Anordnung aus der Ankerspule und den kurzgeschlossenen
Induktbnsspulen ist dabei mit einer Schutzhülle überzogen und an einem
ortsfesten Träger befestigt. Bei dieser Konstruktion koppelt ein Teil des durch die vom fahrenden Fahrzeug getragene Magnetkonstruktion
erzeugten Magnetflusses die Induktionsspulen zusammen, so daß in diesen ein Strom induziert wird, welcher Schwebe- und Bremskräfte
erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte Schwebekraft verhindert ein schnelles Herabfallen bzw. Sinken des Fahrzeugs infolge einer Unterbrechung
des durch die Ankerspule fließenden Stroms, während das Fahrzeug bei Hochgeschwindigkeits-Fahrt schwebt. Die Bremskraft verzögert
das Fahrzeug, das dann sicher "landen" kann.
Wenn ein durch die Halbleiter-gesteuerten Gleichrichter-Iinearmotoren
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angetriebener Zug, der auf der Schiene schwebt und mit ultrahoher Geschwindigkeit, von z.B. 5oo kr../h betrieben wLrci, beispielsweise
ein 'A'agenge wicht von jeweils 4o t besitzt, betragen die für diesen
•tritrahochgeschwindigkeits be trieb erforderlichen Antriebskräfte
und Schwebekräfte jeweils 5 t bzw. L0 t pro 'Vagen. Folglich beläuft
sich die magnetomotorische Kraft, die durch die Ankrrspule erzeugt werden muß, auf bis zu 80.000 AT. Wenn eine Länge eines elektromagnetischen
Schienen-Versorgungsabschnitts mit 5oo m angenommen wird, beläuft sich die Summe der elektromotorischen Gegenkraft
und des in der Ankerspule induzierten Komreutationsstoßes bei
fahrendem Fahrzeug auf 2o kV, wodurch in der unter der Ankerspule befindlichen Induktionsspule ebenfalls eine Hochspannung induziert
wird. Fdglich muß die für den Schutz der Anordnung aus der Ahkerspule
und der Induktionsspule vorgesehene Isolierhülie eine ausreichend
hohe '':> ·:- loktri.c· h-~ Festigkeit besitzen. Zu diesem Zweck
ist es vorteilhaft, eine geerdete Abschirmung aus eLnpr f-ietalllage
bzw. -schicht zwischen die Ankerspule und die Induktionsspule oder zwischen die Ankerspule und den Träger für die elektromagnetische
Schiene einzufügen. Um jedoch die Induktion von Wjrbe!strömen in der
Abschirmschicht durch den Magnetfluß zu verhindern, der durch die vom Fahrzeug getragene Felderzeugeranordnung erzeugt wird, wird
vorzugsweise die Abschirmschicht mit einer Metallschicht verwendet, welche "einen Teil ihrer Oberfläche, jedoch nicht die gesamte Oberfläche
bedeckt, so daß entsprechende Schlitze feägelegt werden.
Um eine große magnetomotorische Kraft um 80·000 AT für die elektromagnetische
Schiene zu erzeugen, muß eine hohs Stromdichte in der Größenordnung von I5 A/mm durch die Ankerspule geleitet werden,
wobei in, der Ankerspule eine große Jouische Wärme entwickelt wird.
7/enn beispielsweise Züge von jeweils 3oo m Länge in 5 Minuten-Intervallen
fcLt einer Geschwindigkeit von 5oo km/h auf elektromagnetischen.
Schienen laufen, die jeweils Ankerspulen mit einem Leiter-
2
Querschnitt von 5 cm aufweisen und aus 5>oo m langen Leiterabschnitten zusammengesetzt sind, erreicht der durch die sich mit der Zeit summierende Joulesche Wärme verursachte Temperaturanstieg der Anker-
Querschnitt von 5 cm aufweisen und aus 5>oo m langen Leiterabschnitten zusammengesetzt sind, erreicht der durch die sich mit der Zeit summierende Joulesche Wärme verursachte Temperaturanstieg der Anker-
-7-
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spule schließlich gemäß Fig. 12 einen '.Vert dicht bei 8o°C. Bei
Langsamfahrt des Zuges, wobei der Strom langer angelegt wird, d.h.
der Zug eine längere Zeitspanne benötigt, um den 5oo m langen
elektromagnetischen Schienen-Versorgungsabschnitt zu durchfahren, istv
dieser Teir.i^raturanstleg sogar noch höher und kann £foo° C oder
sogar 1 .ooo Z an Stationen bei Fahrgeschwindigkeiten von 5o km/h
betragen.Diο se Werte können sich noch beträchtlich durch die beim
Pr.cHnsfin entstehende '.7Or1HO erhöhen.
Durch diesen Übermaßen Temperaturanstieg werden die einen Teil der
elektromagnetischen Schiene sowie des Spulenleiters darstellenden elektrischen Isolatoren, Füllstoffe und Schutzhüllen stark beeinträchtigt
ο3·°γ sogar beschr'.iigt, wodurch ein mechanischer Ausfall
d?r elektromiirnetii sehen Schiene hervorgerufen werden kann. Infolgedessen
ist es höchst wünschenswert, eine wirksame Einrichtung zur Ableitung der in der elektromagnetischen Schiene entwickelten bzw.
gespeicherten. Wärme vorzusehen.
Zur wirksamen Ausnutzung der Eigenschaften des Halbleiter-gesteuerten
Gleichrichter-Linearmotors ist es gemäß Fig. 1 vorteilhaft, einen äußerst engen, beispielsweise etwa Io ram betragenenden Abstand C
zv/ischen den Ankerspulen 21 , 21 ' und den Srregerspulen 22 der
fahrzeuggetragenen Felderzeugsranordnung vorzusehen. Aus diesem
Grund ist es schwierig, eine Kühleinrichtung in Form einer Kühlmittelleitung
z.B. im F.aum zwischen der elektromagnetischen Schiene und der Felderzeugeranordnung anzuordnen. Beider erfIndungsgemäßen
elektromagnetischen Schiene mit Induktionsspule ist es jedoch möglich, die in der Ankerspule entwickelte '.Värme wirksam abzuleiten
und die mechanische Festigkeit zu erhöhen, indem die Ebene der Ankerspule in lotrechter Richtung angeordnet, eine Leitung 23 aus
einem hochleitfähigen, nicht-magnetischen Metall, etwa Kupfer, Aluminium oder rostfreier Stahl, zum Durchleiten eines Kühlmittels
wie Luft, öl oder Wasser über den in einer geraden Linie angeordneten
Induktionsspulen angeordnet und eine Spile X vorgesehen wird, die durch materialeinheitliches Vergießen der Ankerspule gebildet
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wird, welche in zwei Hälften unterteilt ist, die gemäß Fig. 1
zu beiden Seiten der Leitung 23 angeordnet sind. Die aus nichtmagnetischem
Metall bestehende Leitung 23 kann gemäß Fig. 2 an ihrer
Innenfläche mit Rippen 25 besetzt sein oder gemäß Fig. 3 T-förmigen
Querschnitt besitzen, um ihr Wärmeableitungsvermögen zu erhöhen.
Der ortsfeste Träger 3o für die vergossene Spulenanordnung kann auf die in Fig. k dargestellte Weise konstruiert sein. Der in Fig. >:
dargestellte Träger 3o besteht aus nicht-magnetischem Metall, wie
Aluminium, und ist an seiner Oberseite mit einer langgestreckten
•Rut 26 zur Aufnahme einer Induktionsspule 2Zf und mit einem Kühlmittel·
kanal 27 unter der Nut 26 versehen. Die in der Ankerspule und in der
Induktionsspule erzeugte Joulesche Wärme kann durch Hindurchleiten eines zweckmässigen Kühlmittels durch den Kühlmittelkanal 27 wirksam
abgeleitet v/erden. Bei Verwendung des Trägers 3o gemäß Fig. Zf könne
zu beiden Seiten des Trägers mit Hilfe elektrischer Isolatoren 28 Stromabneherleitungen 29 für die Erregerspulen 22, 22' der Felderzeuge
ranordnung befestigt werden.
Wenn der Träger 3o selbst als Stromabnehmerleitung für die Feld-Erregerspulen
22, 22· benutzt werden soll, kann er aus einem nicht-•nagnetischen
Metall hergestellt und in zwei Längshälften unterteilt,
werden, die durch einen zwischengefügten Isolator miteinander verbunden
werden. Die Stromabnehmer bzw. -Kollektoren Y für die Feldspulen 22, 22' sind dabei so angeordnet, daß sie längs der Seitenflächen
des Trägers schleifen.
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Claims (2)
- '365Japanese National Railways · J]" Jy|| 'Patentansprüche. Elektromagnetische Schiene für den Linearmotorantrieb eines Schienenfahrzeuges, bei welcher auf einen ortsfesten Träger mit lotrecht stehender Spulenebene in Längsrichtung der Schiene hintereinander angeordnete Ankerspulen in gegenseitiger Überlappung vorgesehen sind und mittels phasenversetzter Steuerung über Halbleiter-Stromrichter im Sinne der Erzeugung eines entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit fortschreitenden Wanderfeldes gespeist sind, um dem Fahrzeug in Verbindung mit einer fahrzeugseitigen gleichstromgespeisten Felderzeugeranordnung eine Antriebskraft und eine Schwebekraft zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Ankerspulen eine Anzahl von kurzgeschlossenen 'Induktionsspulen (2.Li) angeordnet r t, '•r. Tängsrichtung der Schiene auf einer geraden Linie angeordnet sind und deren Spulenebenen lotrecht liegen, daß die Induktionsspulen (2/f) in der Weise auf dem Träger (3o) montiert sind, daß sie durch den von der am Schienenfahrzeug montierten Felderzeugeranordnung (22,22·) erzeugten Magnetfluß verkoppelt werden und dabei eine Schwebe- und eine Bremskraft erzeugen, und daß eine aus nicht magnetischem Metall bestehende Leitung (23) zur Förderung eines Kühlmittels oberhalb oder unterhalb der Induktionsspulen (24) angeordnet ist«
- 2. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß die Ankerspule (21,21') die Metall-Leitung (23) und dieInduktionsspulen (2/|) zu einer untrennbaren Einheit zusammengesetzt sind, die auf dem Träger C3o^ montiert ist.609841/0006y. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3o) aus einem nicht magnetischen Werkstoff besteht und an seiner Oberseite mit einer längsverlaufenden Nut (26) zur Aufnahme der Induktionsspule (24) und unterhalb der riut (26) mit einer Leitung (27) zur Förderung von Kühlmitteln versehen ist, und daß Einrichtungen (Y,28, 29) zur Zufuhr von Erregerstrom zu einer am Schienenfahrzeug montierten Felderzeugeranordnung (22,22·) mit zwischengefügten Isolatoren (28) zu beiden Seiten des Trägers (3o) montiert sind.L·. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerspule (21 ,21 ' ) au beiden Seiten der Leitung (2.3) angeordnet ist.5· Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (3o) selbst aus zwei Längshälften aus nicht magnetischen Metall besteht, die mit einem zwischengefügten Isolator gegeneinander verspannt sind, und daß die beiden Seitenflächen des Trägers (3o) mit Stromabnehmern für eine am Schienenfahrzeug montierte Felderregerspule (22,22') in Schleifberührung (Y) bringbar sind, und daß der Träger (3o) mit zwischengefügtem Isolator auf einer am Boden angeordnete Konstruktion montiert ist.6· Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Aiikerspule und die Induktionsspulen (24) eine elektrisch leitfähige Abschirmschicht eingefügt ist, die so ausgebildet ist, daß ein Wirbelstromfluß in ihr verhindert wird.7· Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Ankprspule und den Träger eine elektrisch leitfähige Abschirmschicht eingefügt ist, die so ausgebildet ist, daß ein Wirbelstromfluß in ihr verhindert wird.609841/0006
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