DE3006382A1 - Dreiphasige wechselstrom-wicklung fuer einen linearmotor - Google Patents

Description

Kabel- und Metallwerke THYSSEN INDUSTRIE Gutehoffnungshütte AG AKTIENGESELLSCHAFT

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6. Febr. I98O

Dreiphasige Wechselstrom-Wicklung für einen Linearmotor

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreiphasige Wechselstrom-Wicklung für einen Linearmotor, der aus einem Läuferteil und einem langgestreckten Induktor mit Nuten zur Aufnahme der Wicklung besteht, bei welcher für die einzelnen Wicklungsstränge elektrische Kabel verwendet sind, die vor ihrer Einbringung in die Nuten des Induktors im Wege der Vorfertigung geformt und zu einer einteiligen zusammenhängenden Wicklung untereinander mechanisch fest verbunden sind, in welcher die Wicklungsstränge in den für die Nuten bestimmten parallelen Bereichen einen festen, dem Abstand der Nuten voneinander entsprechenden Abstand haben.

Linearmotoren sind für elektrische Antriebe unterschiedlicher Art seit langem bekannt. Es gibt dabei sowohl Gleichstrom- als auch Wechselstrom-Synchron- und Asynchronmotoren. Beim Linearmotor sind sowohl Stator als auch Läuferteil im Gegensatz zum konventionellen Motor nicht kreisförmig, sondern geradlinig angeordnet. Die elektrische Energie wird dabei so in mechanische Energie umgesetzt, daß sie unmittelbar für eine Translationsbe-

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wegung nutzbar wird. Einsatzgebiete der Linearmotoren sind beispielsweise der Personenverkehr, das Förder- und Transportwesen, Fließbänder, Gepäcktransport, Bergbau, Kräne, Schleppanlagen, Schlitten von Werkzeugmaschinen und die Betätigung von Schiebern. Der Linearmotor kann prinzipiell eine in den Nuten des Induktors angeordnete Erregerwicklung haben, die bei Wechselstrom dreiphasig ausgebildet ist. Der Läuferteil besteht dann entweder aus einer Schiene aus elektrisch gut leitendem Material, wie Kupfer oder Aluminium (Asynchronmotor), oder aus permanentmagnetischem Material (Synchronmotor). Es sind allerdings auch Linear motoren bekannt, bei denen die Wicklung im Läuferteil angeordnet ist.

Wenn ein solcher Linearmotor beispielsweise zum Antrieb einer Magnetschwebebahn für Fernschnellverkehr eingesetzt wird, dann ergibt sich für den Stator und damit auch für die Wicklung eine sehr große Länge. Da ein solcher Linearmotor dann mit einer höheren Spannung betrieben wird, müssen die eingesetzten Kabel mit einer inneren und einer äußeren Leitschicht ausgerüstet sein und einen Schirm aufweisen. Der Schirm derartiger Mittelspannungs kabel ist für die sichere Führung kapazitiver Ladeströme, die Erdschlußerkennung, die Möglichkeit zur Fehlerortung und als Schutz gegen mechanische Beschädigungen der Isolierung erforderlich. Ferner sollte er Lebewesen vor Gefährdung durch hohe Spannungen schützen. Seine Funktion, insbesondere den Gefährdungs- schutz, erfüllt der Schirm um so besser, je näher sein Potential an Erdpotentiel liegt. Im Idealfall befindet sich der Schirm über seine ganze Länge auf Erdpotential.

Beim Einsatz eines derartigen Mittelspannungskabels im sehr langen Stator eines Linearmotors wird auf dem Schirm unver meidlich eine hohe Längsspannung induziert, die beispielsweise bei einer Statorlänge von 100 m weit mehr als 1 kV beträgt. Damit derart hohe Spannungen nicht entstehen können, müßte der Schirm in sehr kurze Abschnitte aufgeteilt und jeder Abschnitt einseitig geerdet werden, was sehr umständlich und teuer ist und das Risiko von Kabelfehlern stark erhöht. Mit den bekannten geschirmten Mittelspannungskabeln könnten kleine Schirmspan-

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nungen auch durch die Erdung des Schirms an beiden Enden eines Abschnitts fast beliebiger Länge oder durch Verbindung der Schirme verschiedener Wicklungsphasen in fast beliebigen Abständen erzielt werden. Dann würden aber große Schirmströme entstehen, die große Energieverluste verursachen und als Wirbelstrombremse wirken wurden. Es sind auch Anordnungen (Versuchsanlagen) bekannt, bei denen der Schirm in großen Abständen einseitig geerdet ist. Er muß dann aber sorgfältig isoliert werden und kann die Funktion als Gefährdungsschutz nicht erfüllen.

Eine vorgefertigte Wicklung, wie sie eingangs beschrieben ist, geht beispielsweise aus der DE-AS 27 21 905 hervor. Über den genaueren Aufbau der eingesetzten Kabel und die Vermeidung von gefährdenden elektrischen Spannungen und Strömen sind in dieser Druckschrift keine Angaben gemacht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorgefertigte Wicklung für Linearmotoren anzugeben, die das Entstehen von hohen Strömen und hohen Spannungen verhindert, so daß einerseits keine hohen Verluste auftreten können und andererseits eine Gefährdung von Lebewesen ausgeschlossen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Wicklung der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kabel einen äußeren, aus elektrisch leitfähig gemachtem Isolierstoff bestehenden Mantel aufweisen, und daß mindestens auf einer Seite des Induktors im Bereich der Wickelköpfe ein sich über die ge samte Induktorlänge erstreckender, mit den Wicklungssträngen in gutem Kontakt stehender und an Erdpotential anschließbarer Strang aus elektrisch gut leitendem Material angeordnet ist.

Für eine derartige Wicklung können übliche Mittelspannungskabel mit einem sehr einfachen Aufbau verwendet werden, da ein gesonderter Schirm aus Kupferdrähten nicht benötigt wird, sondern nur statt des üblichen Schutzmantels ein leitfähig gemachter Mantel verwendet wird. Während der Herstellung der Wicklung werden die drei beispielsweise aus Mittelspannungskabeln bestehenden Wicklungsstränge untereinander festgelegt, wobei der

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im Bereich der Wickelköpfe anzuordnende Strang aus dem elektrisch gut leitenden Material problemlos mit angebracht werden kann. Wenn die Kabel beispielsweise durch Klammern untereinander befestigt werden, dann können diese Klammern gleichzeitig zum Andrücken des Stranges an die Kabelmantel verwendet werden.

Die Mantel der Kabel stellen somit gleichzeitig deren Schirm dar, der eine relativ geringe elektrische Leitfähigkeit aufweist. Durch die Kombination eines solchen Mantels mit dem an Erdpotential anzuschließenden Strang ergibt sich insgesamt ein Schirm, der eine gute Ableitung kapazitiver Ströme gewährleistet und außerdem sicherstellt, daß durch induzierte Spannungen entstehende Ströme klein bleiben. Die Wicklung insgesamt weist somit eine niedrige Verlustleistung auf und die Feldbeeinflussung wird vernachlässigbar. Da außerdem keine hohen Spannungen entstehen können, ist eine Gefährdung von Lebewesen ausgeschlossen.

Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen dargestellt.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus dem Stator eines Linearmotors. In Fig. 2 ist eine Einzelheit aus Fig. 1 in vergrößertem Maßstab dargestellt. Fig. 3 gibt einen Querschnitt durch ein für die Wicklung des Linearmotors verwendbares elektrisches Kabel wieder.

Mit 1, 2 und 3 sind drei elektrische Kabel bezeichnet, die zu einer zusammenhängenden Wicklung für den Stator eines Linearmotors zusammengefaßt sind. Der aus geschichteten Blechen bestehende Induktor 4 des Stators ist in Fig. 1 schematisch mit angedeutet. Im Bereich der aus dem Induktor herausragenden Wickelköpfe sind Stränge 5 und 6 angebracht, die über die gesamte Länge des Stators verlaufen und aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, bestehen.

Wie aus Fig. 2 in vergrößertem Maßstab ersichtlich ist, können die Kabel im Bereich der Wickelköpfe mit Klammern 7 unter»

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einander befestigt sein. Diese Klammern können gleichzeitig dazu verwendet werden, die Stränge 5 und 6 an die Kabelmantel anzudrücken und so den erforderlichen guten Kontakt herzustellen. Die Stränge 5 und 6 können, wie in den Zeichnungen dargestellt, einseitig auf die Wickelköpfe aufgelegt und dort festgelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Stränge an den Kreuzungspunkten der Kabel zwischen denselben hindurchzuführen.

Für die Wicklung nach der Erfindung ist es prinzipiell nur erforderlich, auf einer Seite des Induktors k einen elektrisch gut leitenden Strang 5 oder 6 anzubringen. Da dieser Strang gleichzeitig aber auch zur zusätzlichen Halterung der Kabel in der komplett fertiggestellten Wicklung dienen kann, wird vorzugsweise auf beiden Seiten des Induktors k ein solcher Strang vorgesehen.

Der elektrisch gut leitende Strang kann an beliebiger Stelle und beliebig oft an Erdpotential angeschlossen werden. Vorzugsweise wird die Erdung jeweils an den Enden eines Speiseabschnitts der Wicklung vorgenommen.

Ein elektrisches Kabel, das für die Wicklung nach der Erfindung verwendet werden kann, hat einen Aufbau, wie er beispielsweise aus Fig. 3 hervorgeht:

Über einem Leiter 8 ist eine innere Leitschicht 9 zur Leiterglättung angebracht. Über dieser inneren Leitschicht befindet sich die Isolierung 10, die von einer äußeren Leitschicht 11 umgeben ist. Die äußere Leitschicht hat beispielsweise einen Widerstandswert von 400 Λ /m. Über der äußeren Leitschicht liegt der äußere Mantel 12 aus einem elektrisch leitfähig gemachten Isolierstoff.

Der Leiter 8 kann aus Kupfer oder Aluminium bestehen. Es kann sich un einen Massivleiter, einen Sektorleiter oder einen Litzenleiter handeln. Von Bedeutung ist dabei nur, daß das Kabel sich möglichst leicht zu den Wicklungssträngen verformen

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läßt und dann seine Form auch beibehält. Die Isolierung 10 kann beispielsweise aus einem Äthylen-Propylen-Kautschuk bestehen. Als Mantelmaterial können z. B. Polyvinylchlorid oder Polyurethan verwendet werden, die durch Beimengung von Ruß, Graphit oder Metallpulver leitfähig gemacht sind. Der Mantel soll einen Widerstandswert von etwa lOOil/m haben.

Da die Kabel in die scharfkantigen Nuten des Induktors 4 eingelegt werden müssen und im Bereich der Wickelköpfe nach der Verlegung ohne besonderen Schutz sind, kann über dem äußeren Mantel 12 noch ein Schutz angebracht werden, der aus mechanisch festem Isoliermaterial besteht. Dieser Schutz kann beispielsweise in Form von Bändern aufgebracht werden, die mit Lücke um das Kabel herumgewickelt werden, damit der Mantel 12 zur Kontaktierung mit den Strängen 5 und 6 zugänglich bleibt. Der Schutz kann jedoch auch in das Material des Mantels 12 eingebettet werden.

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Claims (2)

1. Kabel- und Metallwerke THYSSEN INDUSTRIE Gutehoffnungshütte AG AKTIENGESELLSCHAFT

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   Patentansprüche

   / 1.!Dreiphasige Wechselstrom-Wicklung für einen Linearmotor, \^_y der aus einem Läuferteil und einem langgestreckten Induktor mit Nuten zur Aufnahme der Wicklung besteht, bei welcher für die einzelnen Wicklungsstränge elektrische Kabel verwendet sind, die vor ihrer Einbringung in die Nuten des Induktors im Wege der Vorfertigung geformt und zu einer einteiligen zusammenhängenden Wicklung untereinander mechanisch fest verbunden sind, in welcher die Wicklungsstränge in den für die Nuten bestimmten parallelen Bereichen einen festen, dem Abstand der Nuten voneinander entsprechenden Abstand haben, dadurch gekennzeichnet, daß die Kabel (1, 2, 3) einen äußeren, aus elektrisch leitfähig gemachtem Isolierstoff bestehenden Mantel (12) aufweisen, und daß mindestens auf einer Seite des Induktors (4) im Bereich der Wickelköpfe ein sich über die gesamte Induktorlänge erstreckender, mit den Wicklungssträngen in gutem Kontakt stehender und an Erdpotential anschließbarer Strang (5» 6) aus elektrisch gut leitendem Material angeordnet ist.

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2. 2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Mantel (12) ein aus mechanisch festem Isoliermaterial bestehender, die Kontaktierung zwischen Mantel und Strang (5, 6) zulassende Lücken aufweisender Schutz aufgebracht ist.

   3· Wicklung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strang (5» 6) mittels Klammern (7) an den Wicklungssträngen festgelegt ist.

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