DE3743101C2

DE3743101C2 -

Info

Publication number: DE3743101C2
Application number: DE3743101A
Authority: DE
Inventors: Shunsuke Tokio/Tokyo Jp Fujiwara; Junji Hino Tokio/Tokyo Jp Fujie
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 1986-12-26
Filing date: 1987-12-18
Publication date: 1989-11-23
Also published as: DE3743101A1; CA1271239A; US4779538A

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwebevortriebsmechanismus für eine Magnetschwebebahn nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs.

Ein derartiger Schwebevortriebsmechanismus ist aus Eisenbahntechnische Rundschau (ETR) 1984, Heft 1, 2, Seiten 127 bis 131 bekannt. Bei diesem bekannten Schwebe-Vortriebs-Mechanismus sind eine Vielzahl von vertikal angeordneten supraleitenden Wicklungen auf beiden Seiten des Fahrgestells in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Fahrzeuges, Vortriebs-Führungsleiterwicklungen, die an den Innenflächen der Wände des Gleises in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Fahrzeuges und den entsprechenden supraleitenden Wicklungen gegenüber verlegt sind, sowie eine Vortriebsenergiequelle vorgesehen, wobei die Vortriebs-Führungsleiterwicklungen, die einander auf den gegenüberliegenden Seiten des Gleises gegenüberliegen, Null-Fluß-verbunden und an die Vortriebsenergiequelle angeschlossen sind und weitere Schwebeleiter zusätzlich zu den Vortriebs-Führungsleiterwicklungen und zu den supraleitenden Wicklungen angeordnet sind.

Bei einem derartigen Schwebe-Vortriebs-Mechanismus werden die Tragkräfte nach dem Normalflußprinzip erzeugt. Es ist bekannt, daß diese Normalflußtechnik zu hohen Bremskräften und damit zu übergroßen Installationen für den Antrieb und zu einem hohen Energieverbrauch führt.

Aus der DE-OS 24 12 221 ist es bekannt, ein Null-Fluß-Schwebeverfahren zu verwenden, das eine Absenkung der Bremskräfte auf ein Fünftel gegenüber den Normalflußverfahren bewirkt. Dazu sind Schwebeleiter neben den Vortriebsleiterwicklungen und den supraleitenden Wicklungen gegenüber angeordnet, wobei die oberen und unteren Wicklungen symmetrisch über und unter einer horizontalen Linie durch die Mitte der Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen jeweils angeordnet sind und die oberen und unteren Leiterwicklungen in einem geschlossenen Schaltkreis Null-Fluß verbunden sind.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den Schwebe-Vortriebs-Mechanismus nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 so auszubilden, daß sich ein geringerer Energieverbrauch ergibt und übergroße Installationen für den Antrieb vermieden werden, wobei insbesondere die Ausbildung derart sein soll, daß Niederspannungsleiterwicklungen als Führungsleiterwicklungen und ein Niederspannungs-Null-Fluß-Kabel als Verbindungskabel der Führungsleiterwicklungen verwandt werden können.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Ausbildung gelöst, die im Kennzeichen des Patentanspruchs angegeben ist.

Bei dem erfindungsgemäßen Mechanismus dienen nur die Vortriebs- und Schwebeleiterwicklungen für den Vortrieb sowie für die Erzeugung der Schwebekraft, so daß keine Notwendigkeit besteht, die Führungsleiterwicklungen mit der Energiequelle für den Vortrieb zu verbinden. Das hat zur Folge, daß Niederspannungsleiterwicklungen als Führungsleiterwicklungen und ein Niederspannungs-Null-Fluß-Kabel als Null-Fluß-Verbindungskabel verwandt werden können.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine Teilschnittansicht eines Schwebe-Vortriebs-Mechanismus einer Schwebebahn,

Fig. 2 in einem Schaltbild die elektrische Verdrahtung der Leiter zum Erzeugen der Schwebekraft bei dem in Fig. 1 dargestellten Mechanismus und die Richtung, in der ein darin induzierter Strom fließt,

Fig. 3 das Schaltbild eines Beispiels der Leiter zum Erzeugen der Schwebekraft, die gleichzeitig zum schwebenden Halten und zum Vortrieb bei dem in Fig. 1 dargestellten Mechanismus dienen, und

Fig. 4 in einem Schaltbild die Richtung, in der der Vortriebsstrom fließt, der gleichzeitig zum schwebenden Halten sowie zum Vortrieb bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung dient.

Wie es in Fig. 1 und 2 dargestellt ist, sind supraleitende Wicklungen 2 und 2′ vertikal an beiden Seiten des Fahrgestells 1 des Fahrzeuges angebracht. Leiterwicklungen 10 sowohl zum Führen als auch zum Vortrieb sind vertikal an den Innenflächen der Wände des Gleises 5 an Stellen angebracht, die den supralei tenden Wicklungen 2 gegenüberliegen. Den supraleitenden Wick lungen 2 und 2′ gegenüber und über den Führungs- und Vortriebs leiterwicklungen 10 und 10′ sind vertikal Schwebeleiter 11 angebracht. Die Schwebeleiter 11 bestehen jeweils aus einer Leiterwicklung 12 und einer Leiterwicklung 13 mit gleicher Form und Größe, die symmetrisch über und unter einer horizon talen Linie angeordnet sind, die durch die Mitte der Leiter wicklungen 10 und 10′ geht, und die Null-Fluß-geschaltet sind, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Wenn sich das Fahrzeug V lang sam auf den Rädern 6 bewegt, sind die Wicklungen so angeord net, daß der vertikale Mittelpunkt der supraleitenden Wicklun gen 2 und 2′, der vertikale Mittelpunkt der Schwebeleiter 11 und 11′ und der vertikale Mittelpunkt der Vortriebs- und Füh rungsleiter 10 und 10′ auf dieser horizontalen Linie liegen. Die Leiterwicklungen 12 und 13 und 12′ und 13′ sind vertikal symmetrisch um den vertikalen Mittelpunkt der Schwebeleiter 11 und 11′ herum angeordnet.

Wenn bei einer derartigen Anordnung der vertikale Mittelpunkt der supraleitenden Wicklungen 2 und 2′ und der vertikale Mit telpunkt der Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ die gleiche Höhe haben, d.h. mit anderen Worten, wenn die Laufgeschwindigkeit des Fahrzuges niedrig ist, dann haben die oberen und unteren Leiterwicklungen 12 und 12′ sowie 13 und 13′ der Schwebeleiter 11 und 11′ gleichfalls eine symmetrische Lage um den vertikalen Mittelpunkt auf gleicher Höhe.

Der in den Schwebeleitern 11 und 11′ entwickelte magnetische Netto-Kopplungsfluß ist somit gleich Null, und auch der Strom ist gleich Null, was bedeutet, daß der magnetische Laufwiderstand gleich Null ist. Wenn das Fahrzeug V im schwe benden Zustand mit hochgezogenen Rädern läuft, dann liegt der vertikale Mittelpunkt der supraleitenden Wicklungen 2 und 2′ etwas unter dem vertikalen Mittelpunkt der Leiterwicklun gen 10 und 10′ und bewirken die supraleitenden Wicklungen 2 und 2′, daß Ströme in entgegengesetzten Richtungen in den Schwebeleiterwicklungen 12 und 12′ sowie 13 und 13′ induziert werden, wie es in Fig. 7 dargestellt ist, wodurch sich eine Schwebekraft entwickelt. Da jedoch die Schwebeleiterwicklun gen 12 und 13 sowie 12′ und 13′ Null-Fluß-geschaltet sind, ist der magnetische Laufwiderstand reduziert.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel sind die Schwebeleiter 11 und 11′ vertikal den supraleitenden Wicklungen sowie den Vor triebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ gegenüber an geordnet. Das hat zur Folge, daß sich eine stabi le Federkraft in seitlicher Richtung entwickelt. Die seitli che Federkraft von den Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ kann klein gehalten werden. Somit kann der Abstand zwischen den supraleitenden Wicklungen 2 und 2′ am Fahrge stell 1 und den Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ groß gemacht werden, was es erlaubt, die Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ und die Schwebeleiter 11 und 11′ nebeneinander anzuordnen, wie es in Fig. 1 darge stellt ist. Es besteht daher keine Notwendigkeit, Leiterwick lungen am Boden des Gleises zu verlegen, so daß bezüglich des Spielraums des Fahrgestellbodens über dem Boden des Gleises keinerlei Beschränkungen bestehen, was für die Herstellung des Fahrzeuges ein beträchtlicher Vorteil ist.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Mechanismus kann der Laufwiderstand des Fahrzeuges herabgesetzt werden. Dadurch ist der Energieverbrauch erheblich geringer, vergli chen mit dem herkömmlichen magnetischen Schwebefahrzeug vom Induktions- und Repulsions-Typ und kann der Aufbau des Fahr zeuges und des Gleises vereinfacht werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist jedoch ein Null-Fluß-Kabel 14 vorgesehen, das die rechten und linken Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ verbindet und mit der Energiequelle für den Vortrieb verbunden sein sollte, so daß die Leiterwicklungen 10 und 10′ so ausgebildet sein müssen, daß sie eine hohe Spannung aushalten.

Um es möglich zu machen, ein Niederspannungs-Null-Fluß-Kabel verwenden, kann eine getrennte Anordnung der Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen in Betracht gezogen werden, was je doch die Anzahl der Leiterwicklungen erhöhen würde, die be nötigt werden, und den Aufbau kompliziert.

Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Ausführungsbeispiel, das diese Schwierigkeiten bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten Mechanismus beseitigt.

Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Leiter 11, die den Schwebeleitern in Fig. 1 und 2 entsprechen, mit der Ener giequelle 15 für die Vortriebsenergie über eine Versorgungs leitung 15 a verbunden, wie es in Fig. 8 dargestellt ist. Fig. 3 zeigt die Auslegung der Leiterwicklung 10 und des Leiters 11 für eine Seitenwand des Gleises 5 in Fig. 1. Für die andere Seitenwand sind die Leiterwicklung 10′ und der Leiter 11′ symmetrisch ausgelegt. In Fig. 3 ist eine Drei-Phasen- oder Mehrphasen-Vortriebsenergiequelle 15 nicht mit der Leiter wicklung 10, sondern mit dem Leiter 11 verbunden. Wenn eine Drei-Phasen-Energiequelle benutzt wird, sind die jeweiligen Phasen der Energiequelle mit jedem dritten Leiter 11 verbunden.

Selbst wenn die Leiter 11 elektrisch so geschaltet sind, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, dann wird die Schwebefunktion genau in gleicher Weise wie beim Mechanismus von Fig. 1 und 2 erfüllt und kann das Fahrzeug im schwebenden Zustand mit einem magnetisch kleinen Laufwiderstand laufen. In diesem Fall werden induzierte Schwebeströme in den Schleifenleitern 11 in Richtungen fließen, die durch Pfeile in Fig. 2 darge stellt sind und in den oberen und unteren Leiterwicklungen 12 und 13 entgegengesetzte Richtungen sind, wodurch eine Schwebekraft erzeugt wird. Darüber hinaus fließt der Vor triebsstrom durch die Wicklungen 11 und 12 von der Energie quelle 15, wobei in der in Fig. 4 dargestellten Weise die Richtung des Stromflusses für die oberen und unteren Leiter wicklungen 12 und 13 die gleiche ist, wodurch eine Vortriebs kraft in Laufrichtung des Fahrzeuges erzeugt wird. Das heißt mit anderen Worten, daß der Leiter 11 alleine gleichzeitig sowohl für den Vortrieb als auch für die Erzeugung der Schwe bekraft dienen kann und ein Vortriebsschwebeleiter ist. Bei dieser Anordnung besteht keine Notwendigkeit, die Leiterwick lungen 10 und 10′, die nur Führungsleiterwicklungen sind, mit der Energiequelle für den Vortrieb zu verbinden, so daß ein Niederspannungs-Null-Fluß- Kabel 14 und Niederspannungsleiterwicklungen 10 und 10′ für diesen Zweck ausreichen.

Die durch die erfindungsgemäße Ausbildung erzielten Wirkungen lassen sich wie folgt zusammenfassen:

1. Bei einer herkömmlichen Magnetschwebebahn vom Induk tions-Repulsions-Typ sind die Leiterwicklungen zum Erzeugen der Schwebekraft horizon tal am Gleisboden verlegt, während supraleitende Wicklungen vertikal an beiden Seiten des Fahrgestells 1 angebracht sind. Bei einer derartigen Ausbildung muß ein großer induzierter Strom durch die Schwebeleiterwicklungen 3 und 3′ fließen, was der Möglichkeit der Verringerung des Laufwiderstandes Grenzen setzt. Darüber hinaus besteht die Schwierigkeit einer insta bilen Federkraft in seitlicher Richtung, die von den Schwebe leiterwicklungen 3 und 3′ entwickelt wird. Bei der Ausbildung, bei der Schwebeleiter 11 so vorgesehen sind, wie es beispielsweise in Fig. 1 dargestellt ist, wird jedoch der magnetische Laufwiderstand während des Laufes des Fahrzeuges mit niedriger Geschwindigkeit auf seinen Rädern gleich Null und kann selbst während des Laufes des Fahrzeuges im schwebenden Zustand der magnetische Laufwiderstand so klein wie möglich gemacht werden, was den Energieverbrauch für den Lauf des Fahrzeuges, verglichen mit der herkömmlichen Magnet schwebebahn vom Induktions-Repulsions-Typ stark herabsetzt. Da darüber hinaus eine seitliche stabile Federkraft gleich zeitig vom Schwebeleiter 11 entwickelt wird, tritt kein Nach teil aufgrund einer seitlich instabilen Federkraft auf, wie es bei der herkömmlichen Magnetschwebebahn vom Induktions- Repulsions-Typ ist. Folglich kann die seitliche Federkraft, die von den Vortriebs- und Führungsleiterwicklungen 10 und 10′ entwickelt wird, verringert werden.
2. Gemäß der Erfindung ist es nicht notwendig, Leiterwick lungen auf dem Gleisboden vorzusehen, so daß nicht auf eine genaue Auslegung dieser Wicklungen zum Zeitpunkt der Herstel lung geachtet werden muß, und somit der Zwischenraum zwischen dem Fahrgestellboden und dem Gleisboden keinerlei Beschränkun gen ausgesetzt ist, was den Aufbau stark vereinfacht.
3. Durch die Verbindung der Vortriebsenergiequelle mit dem Schwebeleiter 11 wird es möglich, den Schwebeleiter 11, der normalerweise nur zum Entwickeln der Schwebekraft dient, gleichzeitig sowohl für den Vortrieb als auch für die Ent wicklung der Schwebekraft auszubilden. Dadurch wird die Not wendigkeit vermieden, die Vortriebsenergiequelle mit den Lei terwicklungen 10 und 10′ zu verbinden, die nun nur noch als Führungswicklungen dienen, so daß folglich ein Niederspan nungs-Null-Fluß-Kabel 14 und Niederspannungsleiterwicklungen als Führungswicklungen 10 und 10′ verwandt werden können. Das Null-Fluß-Kabel kann in das Gleis 5 eingebettet werden. Alle Überlegungen hinsichtlich der Auslegung und der Konstruktion, die bei einer herkömmlichen Magnetschwebebahn vom Induktions- Repulsions-Typ angestellt werden müssen, damit das Null-Fluß- Kabel eine hohe Spannung aushält, sind somit unnötig.

Claims

Schwebe-Vortriebs-Mechanismus für eine Magnetschwebebahn vom Induktions-Repulsions-Typ, mit einem Fahrzeug (V) mit Fahrgestell (1) und einem Gleis (5) mit U-förmigem Querschnitt, zwischen dessen gegenüberliegenden beabstandeten Wänden das Fahrgestell läuft,
mit einer Vielzahl von vertikal angeordneten supraleitenden Wicklungen (2, 2′) auf beiden Seiten des Fahrgestells in regel mäßigen Abständen in Laufrichtung des Fahrzeugs,
mit Führungsleiterwicklungen (10, 10′), die an den Innenflächen der Wände des Gleises in regelmäßigen Abständen in Laufrichtung des Fahrzeuges und den entsprechenden supraleitenden Wicklun gen gegenüber angeordnet sind, wobei die Führungsleiter wicklungen, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Gleises einander gegenüberliegen, Null-Fluß-verbunden sind, und mit
einer Vortriebsenergiequelle (15),
gekennzeichnet durch
obere und untere Vortriebs- und Schwebeleiterwicklungen (11, 11′) neben den Führungsleiterwicklungen (10, 10′) und den supraleiten den Wicklungen (2, 2′) gegenüber, wobei die oberen (12, 12′) und unteren (13, 13′) Vortriebs- und Schwebeleiterwicklungen symmetrisch über und unter einer horizontalen Linie durch die Mitte der Führungsleiterwicklungen (10, 10′) jeweils angeordnet sind und die oberen und unteren Vortriebs- und Schwebeleiterwicklungen in ei nem geschlossenen Schaltkreis Null-Fluß-verbunden und weiterhin an die Vertriebsenergiequelle (15) angeschlossen sind, damit darin in die gleiche Richtung ein Strom für den Vor trieb fließt.