DE3743101C2 - - Google Patents
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- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
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- Control Of Vehicles With Linear Motors And Vehicles That Are Magnetically Levitated (AREA)
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 (1)
- 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.
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