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Schnelle Schwebemagnete und Synchron-Antriebe mit ver-
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besserten Schwebeeigenschaften "
Aufgabenstellung
Es sind Vorschläge für anziehend wirkende Elektromagnete und geregelte Permanentmagnete
bekannt, die besonders günstige Schwebeeigenschaften der Magnete zum Ziel haben.
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Magnete, die einen Gegenstand oder ein Fahrzeug berührungslos gegenüber
einem Schienensystem führen sollen, haben den Entwurfszielen begrenzter Masse, geringem
Leistungsbedarf, großer Kraftänderung je Zeiteinheit usw.
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zu entsprechen. Weiter wird zur Verringerung des Aufwandes für Fahrweg
und Fahrzeug eine Beschränkung der Trag-, Führ- und Vortriebsfunktionen auf möglichst
wenige Schienen angestrebt. Hierbei muß darauf geachtet werden, daß bei einer Kombination
von Funktionen in einem felderzeugenden Bauelement (Magnet) die gegenseitige Beeinflussung
einzelner getrennt zu regelnder Kraftkomponenten in Grenzen gehalten wird. Eine
nicht zu übersehende Problematik für alle Transportsysteme stellt die Energieversorgung
der einzelnen Funktionseinheiten an Bord des Fahrzeuges dar. Die Bereitstellung
der Bordenergie wiederum kann nicht losgelöst von den Eigenschaften der Magneteinheiten
für Tragen und der Wechselwirkung mit den Fahrbahnelementen, die der Erzeugung der
Vortriebskräfte dienen, gesehen werden. Der Entwurf massearmer Tragmagnete ist deshalb
ein wichtiges Ziel, weil mit kleinerer Magnetmasse die notwendige maximale Kraftänderung
je Zeiteinheit zur Stabilisierung des Schwebeverhaltens und mit ihr auch die elektrischen
Aus steuerungen der Erregerwicklung der Magnete zurückgeht.
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Eine geringe Masse der Magnete erlaubt bei gegebener Fahrbahn und
Geschwindigkeit einen geringeren Aufwand an elektrischen Stellgliedern für die Erzielung
eines bestimmten Schwebeverhaltens. Größere Magnetmassen führen zu größeren Fahrzeuggewichten
und erhöhtem Leistungsbedarf für Schweben und Vortrieb. Auch Wechselwirkungen mit
der Fahrbahndimensionierung sind vorhanden.
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Die Magnetmasse erweist sich als von vielen Faktoren abhängig. Hohe
Geschwindigkeiten bei bestimmten Fahrbahneigenschaften
bedingen
einen mittleren Mindestspalt. Die Beschränkung der Magnetleistung führt somit für
den Nennschwebezustand auf ein bestimmtes Volumen für den magnetischen Kreis und
die Erregerwicklung. Soll die Tragfunktion verlustarm auch bei vergrößertem maximalen
Spalt gesichert sein, bedarf es zusätzlich einer besonders reichlich dimensionierten
Erregerwicklung.
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Die Berücksichtigung der nichtlinearen magnetischen Eigenschaften
des Eisens bedeutet ebenfalls eine größere Masse für den Eisenkreis. Hierbei wird
davon ausgegangen, daß die Erzeugung maximaler Stellkräfte ohne starke Stromüberhöhung
möglich sein soll. Für die Bemessung der Erregerwicklung spielt die Leistungsbegrenzung
der Stellglieder für den Strom sowie die des Bordnetzes bzw. der Batterie eine wichtige
Rolle.
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Da große Magnetmasse gleichbedeutend mit schnellerer bzw.
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größerer elektrischer Aussteuerung ist, lassen sich Verbesserungen
der Tragtechnik besonders wirksam durch Maßnahmen erreichen, die auch der Massereduktion
dienen und dabei zusätzlich günstige Bedingungen für die Erzielung rascher Kraftänderungen
schaffen. Hierbei wird davon ausgegangen, daß die elektromagnetischen Bedingungen
zur Erzielung rascher Kraftänderungen insbesondere durch die Verwendung induktivitätsarmer
Steuerspulen begünstigt werden. Der Strom der Haupterregerwicklung ist dabei als
unabhängig von der Beaufschlagung der Steuerspule gegebenenfalls durch besondere
Hilfsmittel konstant zu halten. Bekannt ist, daß zur Erzielung eines günstigen Folgeverhaltens
der Magnete eine Unterteilung des magnetischen Kreises vorgeschlagen wurde, wobei
die Pole gegenüber der Erregerwicklung über Feder/Dämpfer-Elemente beweglich an
das Magnetteil mit der Erregeranordnung angelenkt wurden. Die hieraus folgende Verringerung
der bewegten Primärmasse führt zu einem schnelleren Einschwingen nach einer Auslenkung
des Magneten aus der Gleichgewichtslage. Allerdings bedarf es für eine leistungsarme
Anwendung dieses Prinzips besonderer Maßnahmen bei der Unterteilung des magnetischen
Kreises. Wird der zweite Spalt so angeordnet, daß er
abhängig von
der Größe des Tragspaltes (zwischen Pol und Schiene) sich ebenfalls ändert, muß
er so groß gewählt werden, daß es zu einer nennenswerten Erhöhung des gesamten magnetischen
Widerstandes und damit der Erregerdurchflutung und mit ihr der aufgenommenen Leistung
sowie zu größeren Stellelementen kommt. Eine größere Magnetmasse insgesamt ist die
unausbleibliche Folge. Leistungsvergrößerung und zusätzlicher Gewichtsanteil stehen
der Einführung dieses Konzepts im Wege.
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Die volle Nutzung der Vorteile des Steuerspulenkonzepts ist nur dann
möglich, wenn die Bemessung der Steuerspule mit geringem Spulenquerschnitt und somit
begrenzter Zeitkonstante durchführbar ist. Dies setzt allerdings voraus, daß keine
Betriebszustände auftreten, bei denen sehr große Steuerdurchflutungen benötigt werden.
Betriebsfälle dieser Art sind hauptsächlich bei großen Spalten und voller Tragkraft
zu suchen, also etwa bei Vorgängen, wie dem Absenken des Fahrzeuges. Sehr große
Steuerdurchflutungen bei gleichzeitiger Leistungsbegrenzung führen auf große Spulenquerschnitte,
vergrößern die Zeitkonstante und reduzieren die Fähigkeit zu schnellen Kraftaussteuerungen
bei begrenzter Stelleistung.
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Im folgenden wird das Ziel verfolgt, die bestehenden Beschränkungen
des Steuerspulenkonzepts zu überwinden. Das Verfahren der beweglichen Polelemente
wird so modifiziert, daß es in der Kombination mit dem Steuerspulenkonzept vorteilhaft
anwendbar ist. Das zu beschreibende Magnetkonzept sieht eine Unterteilung des magnetischen
Kreises ohne die Nachteile der Vergrößerung des magnetischen Widerstandes und eine
Steuer- bzw. Antriebswicklung zusätzlich zu einer mit konstantem Strom betriebenen
Erregerwicklung vor. Hierdurch lassen sich günstige Eigenschaften für die Schwebefunktion
und die Erfüllung angestrebter Systemmerkmale ableiten. Die Anwendungsmöglichkeiten
der magnetischen Tragtechnik für Fahrzeuge mit Langstatorantrieb lassen sich hierdurch
erheblich verbessern, die Wirtschaftlichkeit der magnetischen Tragtechnik gestaltet
sich günstiger. Für kombinierte
Trag-Vortriebsfunktionen hat die
Langstatortechnik eine Fahrzeug- und Fahrwegquerschnitt stark vereinfachende Konfiguration
ermöglicht. Die bislang bekannten Fahrzeug-Fahrwegkonzepte mit Kurzstatorantrieben
vermögen einem solchen Anspruch normalerweise nicht gerecht zu werden.
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Es ist dort (bis auf Entwürfe, die zu besonderen Hilfsmitteln greifen,)
nicht zu realistischen Konzepten gekommen, bei denen dem Ziel einfacher Querschnitte,
verlustarmer Antrieb und günstiges Schwebeverhalten (für Fahrzeug und Fahrbahn)
entsprochen werden könnte. Auch zu dieser Zielsetzung vermag ein kombiniertes Trag-Vortriebskonzept
auf der Basis des synchronen Linearmotors mit Steuerspulentechnik den Weg weisen.
Massearme Fahrzeugkomponenten erscheinen realisierbar. Sonderbetriebsfälle wie Absenken
des Fahrzeuges lassen sich hierbei (ohne Einsatz beweglicher Polelemente) berücksichtigen.
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Konstruktionsmerkmale und Eigenschaften von Tragmagneten mit stellbaren
Polelementen Gemäß Bild 1 wird unter einem Tragmagneten mit stellbaren Polelementen
ein Gerät verstanden, bei dem Tragkräfte im Spalt zwischen einer ferromagnetischen
Schiene 1 und Polelementen 5 erzeugt werden, die sich über das Konstruktionselement
3, das mit dem Fahrzeugkörper oder einem Schwebegestell verbunden ist, weiter auf
das Fahrzeug übertragen.
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Das magnetische Tragfeld wird im Gleichgewichtszustand von der Erregerwicklung
2 erzeugt. In der Darstellung des Bildes 1 besteht sie aus zwei Spulen 2, die die
Polelemente 5 umschließen. Der Verlauf des magnetischen Feldes ist durch eine strichpunktierte
Linie gekennzeichnet. Der Spalt zwischen Teil 3 und den Polelementen 5 ist verhältnismäßig
klein und ändert sich bei Verstellung der Pole in vertikaler Richtung nicht. Die
beiden Polelemente sind durch nichtmagnetische Funktionsteile miteinander verbunden
(s.auch Bild 10). Die Feder 6 überträgt im Gleichgewichtszustand gerade den Kraftanteil
des Fahrzeuggewichtes. Bei Störungen des Gleichgewichts werden von den Polen zusätzliche
Kräfte gefordert.
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Sie können über Ströme der Wicklung 4, die in Nuten des Polelementes
eingebracht ist, erzeugt werden. Es ist hierdurch eine Einflußnahme auf die Größe
des Tragfeldes im Schienenspalt und zusätzlich die Aufbringung einer durch die Antriebswicklung
4 erzeugten vertikalen Vortriebskraft möglich.
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Diese Kräfte können in eine rasche Stellbewegung der Polelemente gegenüber
der Schiene umgesetzt werden. Sie führen dann zur Federauslenkung, die als Kraftänderung
dem Fahrzeug bzw. dem Schwebegestell mitgeteilt wird. Bild 1 deutet an, daß der
Strom Io der feststehenden Erregerspule 2 übertragen und konstantgehalten wird.
Auch während der Regelvorgänge kann auf die Aussteuerung dieses Stromes verzichtet
werden.
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Die Stellbarkeit der Tragkräfte und die gleichzeitige Polverstellung
gegenüber dem Fahrzeug wird durch einen nach Größe und Richtung stellbaren Strom
Ii erreicht. Die Feldverstärkung im Tragspalt und die motorische Antriebskraft wirken
gemeinsam im Sinne der Bewegung des Polelementes z.B. in
Richtung
auf die Schiene hin. Eine Feldschwächung und gegensinnige Antriebskräfte ergeben
sich bei Umkehr der Richtung des Steuerstromes. Die jeweils eingeleitete Polbewegung
wirkt im Sinne der angestrebten Stabilisierung des Schwebevorganges, d.h. der Wiederherstellung
'des gestörten Gleichgewichts. Die bewirkte Spaltänderung unterstützt die durch
Aus steuerung der Wicklung 4 eingeleitete Feld- und Tragkraftänderung. Die Aus steuerung
des Stromes I1 nach Größe und Richtung wird über einen Regler, der im allgemeinen
Anderungen des Spaltes gegenüber einem Sollwert sowie die Anderungsgeschwindigkeit
des Spaltes und die Beschleunigung in absoluten Koordinaten verarbeitet, vorgenommen.
Um beide Richtungen des Stromes 11 bewirken zu können, wird eine umkehrbare Spannung
benötigt (Vierquadrantenbetrieb).
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Bild 2 zeigt eine Magnetanordnung, die in der Wirkung mit derjenigen
von Bild 1 übereinstimmt. Es ist nun allerdings die Erregerwicklung 2 fest mit dem
beweglichen Polelement 5 verbunden, während die Antriebswicklung 4 im feststehenden
Bauelement 3 untergebracht ist.
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In Bild 3 sind zur Erzeugung bzw. zur Definition der Kraftkomponenten
Erläuterungen gegeben.
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Die zwischen Schiene und Pol wirkenden anziehenden Kräfte sind dem
Quadrat der Normalkomponente der magnetischen Flußdichte proportional.
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Die Flußdichte, die durch die Ströme der Erregerwicklung (der Durchflutung
Q) entsteht, wird mit Bo bezeichnet.
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Diese Fluß dichte ist stark abhängig von der Größe des Spaltes zwischen
Pol und Schiene. Der kleine vertikale Spalt hingegen,zwischen feststehendem und
beweglichem Magnetteil,beeinfluBt Bo nur wenig. Die durch Bo erzeugte Kraft Fo entspricht
dem vom Magnet zu tragenden Anteil der Fahrzeugmasse im stationären Fall. Fo wird
über die Feder auf das Fahrzeug bzw. das Schwebegestell übertragen. Der Federkraft
FF entspricht eine bestimmte Längung.
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Für die nun zu besprechende Kraftaussteuerung mit Hilfe der Steuerströme
g der Antriebswicklung 4 wird g als unveränderlich angenommen. Dies kann z.B. dadurch
erreicht werden, daß eine besondere Stromstabilisierung für die Hauptwicklung vorgesehen
ist. Es erscheint jedoch auch dadurch erreichbar, daß von der Hauptwicklung mehrere
Einheiten in Reihe geschaltet werden. Da die einzelnen Tragmagnete vom Regler nicht
gleichzeitig in gleichem Sinne ausgesteuert werden, heben sich die Kopplungseinflüsse
verschiedener Magnete in der Hauptwicklung (größtenteils) auf. Die Reihenschaltung
der Hauptwicklungen vergrößert die Induktivität im Hauptkreis, so daß Teilaussteuerungen
nur sehr kleine Stromänderungen bewirken. Die durch Anlegen einer Spannung in den
Leitern der Antriebswicklung 4 hervorgerufene Steuerströme f 3 steigen zeitabhängig
an und entwickeln ein zusätzliches magnetisches Feld. Für die in Bild 3 angenommene
Stromrichtung tritt eine Verstärkung des Feldes im Tragspalt auf.
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Die nach außen hin wahrzunehmenden Flußdichten B1, B2, B3 sind größer
als Bo am Innenrand des.Pols. Hierdurch ergibt sich, daß die resultierende Tragkraft
F01 größer als der vorherige Wert Fo ist. Ein entgegengesetzter Strom ruft eine
Feldschwächung und damit eine Kraftverkleinerung hervor. Eine weitere Kraftkomponente
F tritt tangential zur Polseitenfläche als Folge der Wechselwirkung der Ströme mit
dem Feld Bo im-vertikalen Spalt auf. Die Gegenkraft zu Ft wirkt auf das feststehende
Magnetteil in entgegengesetzter Richtung.
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Stabilisierungsmaßnahmen, die eine Vergrößerung der anziehenden Kräfte
erfordern, können also durch einen wie in Bild 3 gezeichneten Steuerstrom 91.eingeleitet
werden. Für die bejt weglichen Polteile 5 wird hiermit eine Stellkraft erzeugt.
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Sie ergibt -sich aus der Summe der Kraftkomponenten F01 und Ft abzüglich
der wirksamen Federkraft FF. Der Quotient aus resultierender Stellkraft und Masse
der beweglichen Pole ergibt
die zur Einleitung der Bewegung erzielbare
Beschleunigung. Da ein Teil des Magneten mit dem Fahrzeug bzw. dem Schwebegestell
verbunden ist, und nur die Polelemente gegenüber der Schiene bewegt werden müssen,
läßt sich bei begrenztem Steuerstrom eine verhältnismäßig große Beschleunigung 'erreichen.
Die Masse des Fahrzeugs bzw. die der Zwischenebene wird durch die fest mit ihr verbundenen
Magnetelemente vergrößert. Auf sie wirkt die Differenz aus Federkraft FF und Tangentialkraft
Ft. Auch hierbei gilt, daß von der Vielzahl der einzelnen Tragmagnete keine gleichgerichteten
Kraftkomponenten Ft auf das Fahrzeug bzw. das Schwebegestell übertragen werden.
Durch Phasenversatz sind die in der Summe übertragenen Kräfte wesentlich geringer
als bei Annahme gleichsinniger Aussteuerungen. Die bei eingeleiteten Polbewegungen
je Einzelmagnet erzeugten Kraftänderungen ergeben sich aus den gegensinnig wirkenden
Anteilen der Änderung der Federkraft FF F Fo und der Reaktionskraft Ft.
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Bild 4 zeigt für ein Beispiel den Verlauf der Tragkraft F in Abhängigkeit
von der Durchflutung ß (bzw. dem Strom I1) der Antriebswicklung. Für = 0 wird die
Kraft Fo von der Erregerhauptwicklung mit der Durchflutung tc erzeugt. Fo ist gleich
der Federkaft FF Die zur Einleitung von Bewegungen wirksame Stellkraft Fy ergibt
sich aus der Summe eines proportionalen und eines quadratisch von abhängigen Anteils.
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Im Bereich großer Durchflutungen wirkt sich jeweils der Sättigungseinfluß
des Eisens aus. Zur Erzeugung von F -Werten y im Größenbereich von Fo sind Durchflutungen
der Steuerwicklung annähernd in der Größe der Erregerdurchflutung t'0 erforderlich.
Können die Magnetkräfte F01 und Ft schnell genug aufgebaut werden, so genügt zur
Beschleunigung der Polelemente eine geringe Stellkraft als der Wert F .
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Es läßt sich nachweisen, daß die durch eine bestimmte Spannungsaufschaltung
an den Klemmen der Wicklung 4 erzielbaren Kraftänderung je Zeiteinheit wesentlich
größer ist als bei konventionellen Elektromagneten. Beide Kraftkomponenten, die
Änderungen von Fo auf F01 und die Antriebskraft Ft bringen hierzu ihre Beiträge.
Darüber hinaus ist die Zeitkonstante
der Wicklung 4 im Vergleich
zu der einer normalen Erregerwicklung um mehr als einen Faktor 2 kleiner.
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Da der Betriebs spalt vom Normalspalt nur wenig abweicht, braucht
die Wicklung 4 nur für zeitlich begrenzte Aussteuerungen dimensioniert zu werden.
Sie wird also mit kleinerem Querschnitt als die Haupterregerwicklung ausgelegt werden.
Soll z.B. das Fahrzeug abgesenkt werden, bedeutet dies, daß das Schwebegestell und
damit das Erregerteil des Magneten (Bild 1) abgesenkt wird. Hält man den Tragspalt
annähernd konstant, so längt sich die Feder.
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Um die hierzu notwendige Kraft aufzubringen, muß die Wicklung 4 mit
der Durchflutung roh1 entsprechend Bild 3 beaufschlagt werden. Die Federkennlinie
von 6 wird so vorausgesetzt, daß sie im Bereich der Normallage des Polelements steif,
bei weiter ausgefahrenem Pol jedoch weich ist. Es genügt also, eine begrenzte Aussteuerung
von i , um über die Kraftkomponente F01 + F eine Längung der Feder herbeizuführen.
Da hierbei das Fahrzeuggewicht sich nicht ändert, muB während dieses Vorganges die
Magnettragkraft konstant gehalten werden. Dies kann dadurch erfolgen, daß der Sollwert
des Luftspaltes in der Weise vergrößert wird, wie die Aus steuerung von G, eine
Vergrößerung der Tragkraft F01 gegenüber Fo bewirkt. Während des Absenkvorganges
wird damit eine gewisse Spaltvergrößerung vorgenommen. Es ist somit möglich, mit
nur einer Stellgröße, dem Strom I1,die Stabilität des Schwebevorganges zu gewährleisten
und gleichzeitig die Lage der Polelemente gegenüber dem Erregerteil des Magneten
zu verändern.
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Die Schwebestabilisierung durch eine Aus steuerung der Wicklung 4
erfolgt durch Regelung auf konstanten Spalt, wobei der Strommittelwert in Wicklung
4 normalerweise 0 ist und die Aus steuerungen nach beiden Richtungen erfolgen.
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Der zeitliche Mittelwert des Feldes wird von den Strömen 10 der Erregerwicklung
bereitgestellt; er entspricht der im Gleichgewichtsfalle zu entwickelnden Tragkraft.
Wird nur eine Wicklung (die Steuerwicklung) mit stellbarem Strom beaufschlagt, so
kann das Polelement ähnlich wie für den Absenkvorgang
durch Steuer
ströme und eine entsprechende Verstellung des Luftspaltsollwertes ausgefahren oder
eingezogen werden. Die Zeitabhängigkeit dieses Vorganges wird durch die Aufschaltung
der Steuerströme bestimmt. Es besteht somit die Möglichkeit, für große Geschwindigkeiten
mit einem z.B. um 2 mm vergrößerten Luftspalt zu fahren und dies durch eine zusätzliche
Erregung 91 (als Dauererregung) in der Steuer spule 4 herbeizuführen.
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Es soll an dieser Stelle erwähnt werden, daß es in Anbetracht der
stark vom Ladezustand der Batterie abhängigen Spannung des Bordnetzes notwendig
sein kann, die Haupterregerwicklung über ein Anpassungselement mit einer weniger
(oder nicht-) veränderlichen Spannung zu versorgen.
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Werden solche Geräte verwendet, besteht auch die Möglichkeit, die
speisende Spannung der Erregerwicklung so anzupassen, daß die Schwankungen der Nutzlast
und evtl. auch die gewünschten Einflüsse der Fahrgeschwindigkeit auf den Spalt berücksichtigt
werden. In diesem Fall bleibt für die Steuerwicklung vornehmlich die Aufgabe, dynamische
Vorgänge auszuregeln und das Ausfahren der Pol elemente bei Absenkvorgängen zu bewirken.
Auch durch Daueraussteuerungen von 81 lassen sich ohne Sollspaltänderungen Nutzlastschwankungen
ausgleichen.
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Tragmagnetversionen mit minimaler Schwebeleistung im Fahrzeug Anziehend
wirkende Elektromagnete, die für Tragspalte um 1 cm ausgelegt werden, bedürfen einer
elektrischen Durch-4 flutung im Bereich von 104 A. Aus Gewichtsgründen kann die
Bemessung der Wicklung nicht mit sehr geringen Stromdichten erfolgen, so daß sich
auf Nenntragkraft bezogen Verlustleistungen zwischen 0,5 und 1 kW pro to ergeben.
Da die Bereitstellung dieser mittleren Erregerleistung über das Bordnetz zusätzliche
Einrichtungen auf dem Fahrzeug erfordert, sind alle Möglichkeiten der Verringerung
des Leistungsbedarf s der Magnete von besonderem Interesse. Vorschläge für eine
sehr weitgehende Verringerung der Schwebeleistung bei Elektromagneten ohne Verwendung
von Permanentmagneten wurden bisher nicht gemacht.
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Bild 5 nimmt Bezug auf die mögliche Verlegung der Haupterregerwicklung
2 in die feststehende Schiene 1. Die Aussteuerung der Steuerwicklung 4, die fest
mit den beweglichen Polelementen verbunden ist, erfolgt vom Fahrzeug aus. Der Energiebedarf
für die Haupterregerwicklung kann dem Fahrweg über eine Leitung und Schalter zugeführt
werden. Vom Fahrzeug aus ist dann nur der Leistungsbedarf der Steuerwicklung 4 zu
decken. Verglichen mit dem mittleren Leistungszufluß zur Erregerschiene ist er gering
und etwa um einen 'Faktor 5 - 10 niedriger. Durch die Verlegung der Erregerwicklung
in die Schiene verringert sich zugleich die im Fahrzeug unterzubringende Magnetmasse.
Das Schwebeverhalten des Magnetes ändert sich gegenüber der oben beschriebenen Version
nach Bild 1 - 3 im Prinzip nicht. Der Strom Io der Schienenerregung kann als eingeprägt
(konstant) angesehen werden.
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Er versorgt zugleich mehrere Teilmagnete mit dem stationären Feldanteil.
Sensortechnik und Regelung sind ähnlich wie bereits beschrieben.
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Durch Verwendung von Permanentmagneten gelingt eine leistungslose
Erregung des stationären Anteils des Magnetfeldes (Bild 6).
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Es ist hierbei der Magnet 2 fest mit dem Fahrzeug bzw. dem
Schwebegestell
verbunden. Die Stellkraft Ft wird durch Wechselwirkung zwischen den Strömen der
Stellwicklung 4 und den vom Permanentmagneten erzeugten magnetischen Feld Bo hervorgerufen.
Die Feldbeeinflussung im Tragspalt, die durch die Ströme I1 bewirkt wird, ist geringer
als im Falle des Elektromagneten. Ähnlich wie beim Magneten nach Bild 5 geht die
Leistungsaufnahme auf dem Fahrzeug entsprechend zurück. Die fest mit dem Fahrzeug
zu verbindenden Komponenten des Magneten lassen sich massearm ausführen.
Tragmagnete
mit getrennt stellbaren Seitenkräften Die Verbindung von Trag- und Führfunktion
empfiehlt sich deshalb, weil die doppelte Erzeugung magnetischer Felder für beide
Teilaufgaben zu schweren Fahrzeugen führt.
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Ein gewichtiger Einwand gegen die Integration beider Aufgaben in einer
Magneteinheit ist der Hinweis auf die fast unvermeidliche Wechselwirkung zwischen
beiden Kraftkomponenten. Eine Aus steuerung der Seitenkraft führt im allgemeinen
auch zu entsprechenden Änderungen der Tragkraft; die gegenseitige Beeinflussung
wirkt destabilisierend. Dieser Nachteil haftet in mehr oder weniger starkem Maße
allen bekannt gewordenen Vorschlägen an. Es kommt hinzu, daß eine Integration der
Führkrafte in den Tragmagneten zu einem nicht unbeträchtlichen Massezuwachs und
damit zu einer ungünstigen Beeinflussung des Folgeverhaltens (bei gleicher Stelleistung)
des Tragmagneten führt. Gleichwohl war auch in letzter Zeit die Bemühung erkennbar,
durch Kombination der Funktionen einen Beitrag zu einem leichteren Schwebefahrzeug
zu leisten.
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Das Magnetkonzept mit stellbaren Polen, einer feststehenden Haupterregerwicklung
und der in den Polelementen untergebrachten Steuerwicklung kann grundsätzlich auch
zur Einbeziehung der Führfunktion verwendet werden. Bild 7 zeigt die hierzu notwendigen
Änderungen. Hierbei wird eine z.B. aus drei Spulen bestehende Wicklung 7 im Bereich
der Poloberfläche am Tragspalt untergebracht. Solange ein magnetisches Feld zur
Erzeugung von Tragkräften vorhanden ist, kann durch Einspeisung von Strömen 12 in
die Spulen der Wicklung 7 eine dem Produkt aus Felddichte und Durchflutung annähernd
proportionale Seitenkraft Fo2 erzeugt werden. Die Richtung dieser Kraft hängt von
der Richtung der Ströme 12 ab. Die Untersuchungen haben gezeigt, daß bei den auftretenden
maximalen Seitenkräften und Spaltlängen von 1 cm die durch die Ströme der Wicklung
7 auf das magnetische Feld ausgeübten Verzerrungen sich auch ohne zusätzliche Maßnahmen
in erträglichen Grenzen halten. Die Aussteuerung der Wicklung 7 führt bei Magneten
der
Form des Bildes 7 zu keinen wesentlichen Änderungen der Tragkraft. Da nennenswerte
Seitenkräfte nur erzeugt werden, wenn die Ströme der Wicklung 7 fließen, kann eine
Einwirkung durch Tragkraftaussteuerung auf die Seitenkraft bei nichtausgesteuerter
Führwicklung nicht erfolgen.
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Bild 8 weist darauf hin, daß eine ausreichend große Seitenkraft erzeugt
werden kann, wenn ein Teil der Erregerwicklung (2a) in der Schiene 1 und damit feststehend
gegenüber seitlichen Auslegungen angeordnet ist.
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Die im Fahrzeug angeordnete Erregerwicklung 2b kann bei Ausfall der
Stromversorgung von 2a für begrenzte Zeit die Schwebefunktion garantieren.
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Durch Aus steuerung der Wicklung 7 lassen sich die Stellkräfte verhältnismäßig
rückwirkungsarm annähern proportional zur Größe des Stromes verändern. Die Einleitung
der Seitenkräfte ist bei diesem Verfahren nicht primär von der Stellung des Magneten
gegenüber der Schiene abhängig. Die maximale Seitenkraft, die bei Mittelstellung
der Polelemente erzeugt werden kann, erfordert Durchflutungen, die kleiner sind
als Öo Treten Auslenkungen aus der Mittellage auf, wirken zusätzliche zentrierende
Kräfte, die stromunabhängig sind.
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Vorteile der beschriebenen Seitenführung im Vergleich zu einer auf
besonderen Magneten basierenden Führtechnik besteht in dem deutlich geringeren Masseaufwand.
Er liegt im Bereich zwischen 2 und 3% des Fahrzeuggewichts. Im Vergleich hierzu.
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gilt für separate Führmagnete ein Anteil von ca. 8 - 10%.
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Darüber hinaus sind keine besonderen Führschienen notwendig, die Erzeugung
von tangential zur Tragschiene wirkenden Führkräften durch die Tragmagnete selbst
ermöglicht eine größere Freizügigkeit bei seitlichen Auslenkungen. Hieraus ergeben
sich Vorteile für die Anordnung der Trageinheiten (Schwebegestelle) und die Konzeption
des Fahrweges und der Weichen.
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Die Kombination von Trag- und Vortriebskraft Eine große Bedeutung
für die Begrenzung des Gesamtaufwandes für das Transportsystem hat die Erzeugung
der Vortriebskraft in Verbindung mit dem Magnetfeld, das auch die Tragkraft hervorbingt.
Es zeigt sich, daß die betrieblichen Anforderungen für die Bewegung von Fahrzeugen
Kräfte bedingen, die mit begrenzten Strömen je Längeneinheit des Fahrweges erzeugt
werden können. Hieraus folgt, daß die Wechselwirkung dieser Ströme mit dem magnetischen
Tragfeld verhältnismäßig gering sind. Die Kopplung zwischen Trag- und Vortriebskraft
ist begrenzt. Die Regelung der Tragkräfte wird durch Einflüsse des Antriebs (mit
Ausnahme von Störfällen besonderer Art) nicht sehr stark beeinträchtigt.
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Durch die Kombination von Trag- und Vortriebsfunktion entsteht ein
spaltgeführter Motor. Der Spalt kann hiermit kleiner gehalten werden als bei Motoren
ohne magnetische Führung. Darin besteht zusätzlich zur Einsparung der Tragfelder
ein erheblicher Vorteil für die Auslegung des linearen Synchronmotors.
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Für Langstatorantriebe kann das Steuerspulen-Regelkonzept entsprechend
Bild 9a ausgeführt werden. Das Bild zeigt eine Ansicht des feststehenden Stators
1 mit der stromführenden Mehrphasen-Ankerwicklung 1 W. Die einzelnen Stränge dieses
Wicklungssystems können im Sinne der bekannten Dreiphasenwicklung oder wie in P
3315921.1 beschrieben als System einzeln schaltbarer Teilwicklungen betrieben werden.
Die Magnetanordnung besteht aus dem mit dem Fahrzeug bzw. Schwebegestell verbundenen
Bauelement 3, zu dem auch die Erregerwicklung 2 gehört. Sie wird mit dem Strom Iot
der normalerweise zur Stabilisierung des Schwebens nicht ausgesteuert wird, gespeist.
Von diesem Strom wird hauptsächlich das magnetische Feld erzeugt, das (bei Nennspalt)
der Gewichtskompensation des Fahrzeuges dient. Die entsprechende Flußdichte ist
B . Die Polelemente 5 grenzen an den Tragspalt. Sie übertragen mit Hilfe der Feder
6 die magnetisch entwickelten Kräfte auf das Schwebegestell. Die Wicklung 4 wird
als Steuerwicklung
durch den Strom I1 zur Veränderung der Tragkraft
im Schienenspalt und zur Verstellung der Polelemente eingesetzt. Die Tragkraft ändert
sich hierdurch von Fo auf Fo1. Außerdem wird im vertikalen Spalt durch Zusammenwirken
von magnetischem Feld und Steuerströmen I1 eine Tangentialkraft Ft entwickelt. Die
Funktion der Polverstellung ist ähnlich wie mit Hilfe von Bild 3 beschrieben.
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In Bild 9a ist gezeichnet, daß von den 6 Nuten je Polteilung der Ankerwicklung
die beiden der Pol lücke zugeordneten Nuten mit ihrer Durchflutung XL einen Beitrag
zum gesamten magnetischen Feld erbringen können. Unter den Bedingungen des Langstatorantriebs
ist bei einem Spalt von ca. 1 cm der entsprechende Feldanteil unter 10 % des vom
Strom 10 erzeugten Feldes. Er ist unter normalen Bedingungen auch nicht magnetspezifisch
stellbar und kann damit zur Stabilisierung keinen Beitrag leisten.
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Bild 9b zeigt in Ansicht einen Pol 5 mit den Spulen der Steuerwicklung
4. Auch die Erregerspule 2, die mit dem Bauteil 3 verbunden ist, wurde eingezeichnet.
Auf'dieses Polelement werden die stellbaren Tragkräfte F01 und die Vortriebskraft
Fx ausgeübt. Werden zusätzlich die Spulen 7 mit dem Strom 12 gespeist, so lassen
sich in der dritten Hauptrichtung die durch das Zusammenwirken von Magnetfeld der
Dichte Bo1 und 12 entstehenden Seitenkräfte F02 erzeugen. Sie sind ungefähr proportional
12 und werden zur seitlichen Stabilisierung der Fahrzeugbewegung verwendet. Lagesensor,
Regler und Endverstärker werden in bekannter Weise zur Stellung des Stromes I2 eingesetzt.
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Bild 10 zeigt in Schnitt und Ansicht die Magnetanordnung, wobei angedeutet
ist, daß die Feder 6 noch zusätzlich ein Führelement enthält. Es bewirkt, daß das
Polelement 5 sich gegenüber dem Schwebegestell 8 nur in einer Richtung bewegt.
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Die einzelnen Pole sind über ein Konstruktionsteil aus nichtmagnetischem
Material (Verbindungselement 9) miteinander verbunden. Auf diese Weise können mehrere
Polpaare einen selbstständig geregelten Magneten bilden.
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Bild 11 zeigt die Ansicht eines Magneten, bei dem die Steuerwicklung
4 in einer Nut konzentriert und mit einem Schlitz sn zum Tragspalt hin versehen
ist. Durch diese Formgebung können innerhalb des Eisenbereichs überhöhte Flußdichten
vermieden werden. Eine Aufteilung des flußführenden Eisens und die Verwendung eines
Mittelspaltes sp bewirken außerdem, daß der Einfluß der Ströme der Ankerspulen auf
das magnetische Feld im Spalt (Feldverzerrung) stark zurückgedrängt wird. Auch für
außerordentliche Betriebsfälle wie Wicklungskurzschluß (Doppelkurzschluß) werden
die Feldstörungen, die vom Anker ausgehen, stark verringert, so daß die Tragfunktion
hierdurch kaum beeinträchtigt wird.
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In Bild 12 wird darauf Bezug genommen, daß der stationäre Fluß anteil
(Flußdichte Bo) leistungslos auch durch Permanentmagnete erzeugt werden kann. Das
Erregerteil 3 besteht hauptsächlich aus den Permanentmagneten. Die Funktion der
Wicklung 4 ist ähnlich wie bei der Anordnung nach Bild 10. Weiterhin gilt sinngemäß
das zu Bild 6 Gesagte.
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Der Einfluß der Ankerströme auf die Größe des Tragflusses ist gering.
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Schließlich ist in Bild 13 darauf verwiesen, daß Magnete mit U-Form
gemäß Bild 1 bzw. 8 ebenfalls mit einem gleichzeitig die Trag- und Vortriebsfunktion
vermittelnden Statorelement kombiniert werden können (13a). Es ist wiederum eine
Wanderfeldwicklung 1 W im Stator 1 vorausgesetzt. Zwei gezeichnete Spulen dieser
Wicklung, die um 900el versetzt sind, kommen im Zusammenwirken mit dem Feld der
Pole zum Eingriff (Bild 13b). Der in der Spule 1Wb fließende Strom kann mit dem
unter den Polen N bzw. S gebildeten magnetischen Feldern eine Vortriebskraft entwickeln.
Nach einer geringen Verschiebung des Polsystems wird auch der Spule 1Wa Strom zugeführt,
so daß dann auch sie einen Beitrag zur Kraftbildung leistet. Die Wicklung kann in
der Form von Spulen mit mehreren Windungen oder als Einleiter-
Wellenwicklung
ausgeführt sein. Auch dreiphasige Anordnungen lassen sich anwenden.
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Die hier beschriebene Konfiguration ermöglicht die Entwicklung der
Vortriebskräfte durch das Tragfeld. Die Anordnung der verhältnismäßig großen Lücken
zwischen den Polen in beiden Richtungen sowie die notwendige Flußführung in axialer
Richtung bedeuten eine etwas verringerte Materialausnutzung für den feststehenden
und den bewegten Teil.
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Die Vorteile stellbarer Pole mit gleichzeitig hoher Stellgeschwindigkeit
sind nicht auf die Anwendung zur Stützung von Fahrzeugen beschränkt. Auch für die
Fördertechnik bei Gütern und Produkten, die ferromagnetische Bauteile aufweisen
bzw. aus Stahl sind, läßt sich die Stellbarkeit vorteilhaft anwenden.
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Als Beispiel sei auf die magnetische Stützung eines Stahlelements
größerer Längsausdehnung verwiesen, dessen Oberfläche in der Beförderungsrichtung
nicht eben ist (Bild 14).
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Die Skizzen 14a, 14b und 14c zeigen den Durchlauf eines Werkstückes
unter dem Magneten M (feststehend mit beweglichen Polen).
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Bild 14 zeigt den Magneten, der im Aufbau prinzipiell demjenigen von
Bild 1 entspricht. Es wurden entsprechende Bauteilbezifferungen verwendet; die Funktion
ist analog. Insbesondere bei schnell bewegten Werkstücken mit nicht ebener Oberfläche
ergeben sich Vorteile für die beschriebene Ausführung der Schwebetechnik.
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Steuerspulenkonzept bei Kurzstator-Synchronantrieben Die Vorteile
für die Erzielung schneller Kraftänderungen bei begrenzter Stromaussteuerung lassen
sich durch die Überlagerung einer aussteuerungsabhängigen und einer aussteuerungsunabhängigen
Feldkomponente erzielen, wobei die erstere etwa den stationären Kraftanteil erzeugt
und damit das Gewicht des Fahrzeugs kompensiert. Bei der Kurzstatortechnik erweisen
sich Synchron-Linearmotoren deshalb als besonders vorteilhaft, weil sie hohe Wirkungsgrade
und günstige Leistungsfaktoren und damit eine begrenzte Scheinleistung ermöglichen.
Dies wiederum ist gerade für den fahrzeuggebundenen Antrieb bedeutungsvoll, weil
sowohl das leistungsführende Motor- als auch das zur Energieanpassung notwendige
Stellelement (Frequenzumrichter) auf dem Fahrzeug installiert werden. Bauvolumen
und Gewichtsanteile der Antriebskomponenten beeinflussen somit die Fahrzeugbemessung
direkt. Gewicht und Größe des Fahrzeuges hängen damit wiederum eng mit der benötigten
Antriebsleistung zusammen, so daß hier eine unauflösliche Dimensionierungs-Wechselbeziehung
zwischen Teilkomponenten und Systemeigenschaften besteht. Es ist somit sehr wichtig,
daß es gelingt, einen Antrieb mit begrenzten Verlusten, ein niedriges Fahrzeuggewicht,
geeignete Querschnitte für Fahrzeug und Fahrbahn (Schienenkonfiguration) sowie ein
Magnetsystem mit günstigen Schwebeeigenschaften zu erzielen. Der Versuch, mit Hilfe
von Permanentmagneten höherer Energiedichte den stationären Magnetfeldanteil vom
Fahrzeug aus zu erzeugen und Steuerspulen sowie Vortriebswicklung in einem Funktionselement
zu integrieren, ist ein gangbarer Weg zur Erreichung dieser Zielsetzung. Eine gewisse
Problemantik besteht dabei in der Auslegung der Steuerspule im Hinblick auf Absenkvorgänge
(Schweben bei großem Spalt) und in der Anwendung des verhältnismäßig teueren Magnetmaterials.
Zur Magnetisierung eines Tragspaltes (Nennwert) von 1 cm wird ein Anteil an Magnetmaterial
erforderlich, der ca. 2,5 % des Fahrzeuggewichtes beträgt.
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Eine rein elektromagnetische Lösung der Aufgabe gelingt unter Verwendung
des Steuerspulenprinzips, wenn analog zu Bild 5,
jetzt aber angewendet
auf eine longitudinale Magnetisierung die Erregerwicklung für das Hauptfeld in die
Schiene verlegt wird. Sie wird dann entsprechend Bild 14 als Spulenwicklung mit
mehreren Leitern je Spule oder als eine meanderförmige Wicklung mit wenigen Strängen
ausgeführt. Hierdurch ist die Schiene zwar nicht mehr (stromlos und vollständig)
passiv. Die erforderliche Leistung. zur Erregung des Hauptfeldanteils ist jedoch
sehr viel kleiner als die bei der Langstatortechnik notwendige Vortriebsleistung,
zumal wenn größere Geschwindigkeiten vorausgesetzt werden. Es werden darüberhinaus
(im einfachsten Fall) Gleichströme benötigt, die bis auf Ausnehmesituationen konstant
gehalten werden. Ähnlich zu dem in Verbindung mit Bild 5 geschilderten Verfahren
werden die Steuerströme den fahrzeuggebundenen Komponenten des magnetischen Kreises
zugeführt. Sie haben von dort aus einen vom Schwebezustand abhängigen im allgemein
geregelten Anteil des magnetischen Feldes zu erzeugen. Dieser überlagert sich dem
stationären Feldanteil und dient zur Stabilisierung des Schwebezustandes. Hierdurch
kann der aussteuerungsabhängige Anteil klein gehalten werden. Er beschränkt sich
auf maximal +40, - 50 % und ist im Mittel sehr klein.
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Allerdings verlangt nun die angestrebte Kombination von Trag-und Vortriebsfunktion,
daß - vom Fahrzeug aus betrachtet -der Steueranteil des Feldes ein Wanderfeldanteil
ist. Seine (Rückwärts-)Geschwindigkeit entspricht gerade der (Vorwärts-) Fahrgeschwindigkeit
des Fahrzeugs. Nur so kann er sich in der Schiene dem dort erzeugten Gleichfeld
als räumlich stillstehende Komponente überlagern.
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In Bild 15 unten ist das fahrzeuggebundene Tragteil, das gleichzeitig
das leistungsführende Motorteil ist, skizziert. Es handelt sich um ein Motorelement,
das mit einer Vielphasen-Ankerwicklung entsprechend P 3315921.2 ausgerüstet ist.
Bild 16 zeigt eine Ansicht von Erregerschiene und darunter liegendem Motorelement
mit den zugehörigen Leiterquerschnitten. Dies dem Abschnitt der Pollücke bL zuzuordnenden
Ströme des Ankerelementes tragen zur Erzeugung eines zusätzlichen magnetischen Feldes
bei, das steuerbar ist. Durch diese Ströme kann das Feld
der Schienenerregung
verstärkt oder geschwächt werden. Die dem Bereich bp entsprechenden Nuten führen
Ströme, die mit dem resultierenden Feld die Schubkraft bilden. Setzt man voraus,
daß alle Ströme der den Nuten zugeordneten Spulen einzeln stellbar sind, so können
auch die Spulenströme der Bereiche bL und bp getrennt in ihrer Größe zwischen 0
und @Imarx geregelt werden. In diesem Falle läßt sich die Trag-und Vortriebseinrichtung
so betreiben, daß mit Hilfe der Summe der Ströme der Pollücke die Tragkraft stabilisiert
und mit Hilfe des Produktes aus resultierender mittlerer Flußdichte des Polbereiches
und der Summe der dort wirkenden Ströme dann die Schubkraft auf einen bestimmten
Wert geregelt wird. Bei der üblichen Anwendung einer größeren Zahl von einzelnen
Motorelementen heben sich die gegenseitigen Einflüsse zwischen örtlichen Tragkraftaussteuerungen
auf den Mittelwert der Vortriebskraft auf. Es bedarf dann zur Konstanthaltung der
Vortriebskraft keiner regelungstechnischen Entkopplungsmaßnahmen.
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Das Uberlagerungsverfahren der vom Fahrzeug aus stellbaren Stabilisierungskomponenten
mit einer unabhängigen Felderregung von der Schiene aus ermöglicht, daß die ohnehin
für die Vortriebsbildung benötigten Stellelemente zur Erzeugung des in seiner Frequenz
geschwindigkeitsabhängigen Antriebsstromes gleichzeitig die Aufgabe der Tragkraftregelung
übernehmen.
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Der für die Vortriebsbildung nicht benötigte Stromanteil dient als
Erregerstromkomponente der Stabilisierung der Schwebefunktion. Wie Entwurfsuntersuchungen
zeigen, lassen sich die im Hinblick auf günstige Betriebseigenschaften zu optimierenden
Baugruppen von Motor -und Umrichter so bemessen, daß durch die Aufgaben der Tragfunktion
keine besonderen Nachteile entstehen. Als eine Anpassungsmaßnahme dient die vielphasige
Ausführung (Phasenzahl größer als 3). Hierdurch wird sichergestellt, daß eine gut
stellbare Flußkomponente mit zeitlich geringer Schwankung wirksam wird.
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Bild 17 zeigt ein Schaltbild eines Wicklungsteils mit den Spulen für
ein Polpaar. Weitere Polpaare der Wicklungsanordnung, die zum selben Motorelement
gehören, lassen sich in Reihe
oder parallel schalten. Der entsprechende
Wechselrichter besteht aus individuell schaltbaren Halbleitereinheiten.
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Er ermöglicht Spulenströme in beiden Richtungen, (P 3315921.1).
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Die Tabelle des Bildes zeigt für die gezeichnete Stellung die Zuordnungen
der stromführenden Schalter zu den Spulen und deren Funktion. Durch Pulsbreitenmodulation
läßt sich der Strommittelwert kontinuierlich zwischen null und einem Maximalwert
einstellen. Die hierbei notwendigen Blindstromdioden sind nicht gezeichnet. Die
Aufteilung der Gleichspannungen in UG und UG ermöglicht,die Zahl der Schalter auf
die Hälfte des Wertes zu reduzieren, der bei normalen Vierquadrantenstellern benötigt
würde. Mit Hilfe von Kondensatoren kann bei entsprechender Symmetrierung der Spannungsmittelpunkt
auch ausgehend von einer ungeteilten Spannung künstlich geschaffen werden. Die Schalter
bestehen zweckmäßigerweise aus abschaltbaren Halbleiterelementen, z.B. Transistoren
oder GTO's. Die nach dem heutigen technischen Stand der Leistungselektronik erzielbaren
Schaltfrequenzen von 10 - 20 kHz sind für die vorliegenden Aufgaben ausreichend
hoch. Der hierbei erzielbare Wirkungsgrad der Wechselrichter kann dabei 98 % betragen.
Durch die modulare Zuordnung von Teilwechselrichtern zu einzelnen Magneten kann
eine hohe Redundanz für den Antrieb erreicht werden.
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Wie Bild 16 erkennen läßt, ist der Materialaufwand für das kombinierte
Trag-Motorelement sehr begrenzt. Die Ausführung der Wicklung als Niederspannungswicklung
läßt eine kleine Nuthöhe und eine Begrenzung des Eisenaufwandes zu. Da bei Kurzstatorantrieben
mit kombiniertem Tragverfahren ein großer magnetischer Fluß zur Verfügung steht,
kann der Strombelag gering gehalten werden. Die Stromdichte kann höher als beim
Langstatorkonzept gewählt werden. Deshalb ist der Querschnitt der Ankerwicklung
verhältnismäßig klein. Die erforderliche Jochhöhe ist wesentlich durch den-maximalen
Fluß und dieser durch die Polteilung bestimmt. Entwurfsbeispiele zeigen, daß die
Masse des Motorelements (einschließlich der Wicklung) deutlich unter 10 % des Fahrzeuggewichtes
und etwa bei 6,5 % liegt. Die Zeitkonstante der Steuerwicklung ist infolge der Dimensionierungsbedingungen
um mehr als einen Faktor 3 kleiner als die vergleichbare Größe bei konventionellen
Magneten der
kombinierten Trag- und Vortriebstechnik. Aussteuerungen
der Erregerspannung führen somit zu schnellen Feldänderungen und infolge der geringen
Masse zu sehr schnellen Stellbewegungen und damit zu günstigem Folgeverhalten der
Regelung.
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Dies wiederum bedeutet, daß unter sonst ähnlichen Bedingungen Vorteile
für die Auslegung der Baugruppen, der Tragtechnik, aber auch für die Fahrbahngestaltung
gegeben sind.
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Wie schon angedeutet, soll die Energiezuführung zur stationären Erregerwicklung
abschnittsweise über Gleichstrom-Zuleitungen erfolgen. Die vergleichsweise geringe
Leistung wird durch Halbleiterschalter im Abstand von einigen Fahrzeuglängen der
Wicklung zugeführt. Ein steuerbarer Gleichrichter, der die Spannung an die Speiseleitung
überträgt, wird zweckmäßig in der Unterstation aufgestellt. Es besteht somit die
Möglichkeit, die Größe des Erregerstromes abhängig vom Fahrzeuggewicht und dessen
Nutzlast einzustellen.- Weiterhin kann das Absenken des Fahrzeuges so vollzogen
werden, daß die kurzzeitige Stromerhöhung vom stationären Gleichrichter aus gesteuert
wird, während gleichzeitig beim Fahrzeug auf einen sich kontinuierlich vergrößerten
Spaltsollwert geregelt wird. Um gegebenenfalls eine individuelle Spannungs- oder
Erregerstromzuordnung zu mehreren Fahrzeugen innerhalb eines Unterwerksabschnittes
zu ermöglichen, kann an mehreren Stellen entlang der Strecke über Spannungssteller
die abschnittsweise Stellbarkeit der Erregerspannung für die beschriebenen Fälle
vorgenommen werden. Hierbei ist zu erwähnen, daß die erforderlichen Gleichstromsteller
verglichen mit den erwähnten Schaltern kaum komplexer sind, wenn etwa abschaltbare
Thyristoren zur Anwendung kommen. Sowohl wegen der geringen Leistung als auch den
in jedem Fall verringerten Ansprüchen an die Steuerbarkeit ergibt sich für die Bereitstellung
der Erregerleistung ein ungleich geringerer Aufwand als im Falle der Langstatortechnik.
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In Anbetracht der begrenzten Erregerleistung erscheint es auch möglich,
im Unterwerk besondere Vorkehrungen für den Fall zu
treffen, daß
sich ein Netzausfall ereignet. Die Schwebefunktion kann z.B. durch schnellverfügbare
Reserveaggregate oder durch Speicher gesichert werden.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß es in Analogie zu der
im Bild 7 und 8 beschriebenen Technik auch beim longitudinalen Feld möglich ist,
die Führkrafterzeugung durch das Tragfeld im Zusammenwirken mit einer besonderen
Wicklung vorzunehmen. Anstelle einer gleichstromgespeisten Wicklung.
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tritt nun eine im Stile der Wanderfeldwicklung gespeiste Wicklungsanordnung.
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Ein Beispiel für eine aus 6 Strängen bestehende Führwicklung zeigt
Bild 18. Die für die Krafterzeugung wirksamen Ströme fließen dabei in Längsrichtung
in den Mittelzweigen der Spulen. Hierbei wird die Stromzuführung so gesteuert, daß
die Ströme der Mittel zweige mit der Stellung des Erregerpols wandern. Das Bild
zeigt 3 der 6 Spulen mit Strom versorgt.
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Die entsprechenden stromführenden Schaltelemente sind dunkel dargestellt.
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Die doppelseitige Spulenausführung verhindert Rückwirkungen der Ströme
(der Führwicklung) auf die Tragkraft und die Vortriebskraft. Es treten jeweils gleich
große und gegensinnige Kraftwirkungen der in entgegengesetzter. Richtung fließenden
Ströme auf. Das Speisekonzept entspricht dem der Vortriebswicklung-(Bild 17). Uber
Lagesensoren, Regler und Endverstärker erfolgt die Aussteuerung, wobei der Strom
durch Pulsbreitenmodulation eingestellt werden kann.
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Die Mittelteile der Führwicklung werden in Längsnuten des Motorelementes
angeordnet. Da die Schnelligkeit der Seitenstabilisierung geringeren Anforderungen
unterliegt, wird die Trag-Vortriebswicklung streuungsarm nahe dem Tragspalt untergebracht
und die Führwicklung in der darunterliegenden Schicht.
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Es sei erwähnt, daß die Erzeugung geregelter Seiten- bzw. Führkräfte
in Kombination mit den Vortriebskräften über ein ähnliches Funktionselement vorgenommen
werden kann, wie es mit Bild 15 bzw. 16 beschrieben wurde. Wird auf die Erzeugung
der Tragkraft verzichtet, läßt sich die beschriebene Anordnung doppelseitig anwenden
und zur seitlichen Führung von Fahrzeugen
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