JP2004007971A - 磁気車両操作装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】軌道に沿って敷設された少なくとも1つの長固定子巻線と、この長固定子巻線と協働し、車両側に装着された少なくとも1つの励磁機構とを装備した長固定子リニアモーターの長固定子を効果的に構成する。
【解決手段】第1、第2の巻線区間部分46a,49a,46b,49bは、それぞれ、電気的に導通するように相互に接続された第1の巻線セグメント51、53と、第2の巻線セグメント52、54とから構成されている。これらのセグメントは、励磁機構6よりも長さが小さくなっており、軌道の方向にあらかじめ決めた順序で一方が他方の後になるように配置されている。巻線区間5.4、26.4は、軌道に沿って延びていて、その長さが励磁機構6の長さと同じである任意のセクタ内に、少なくとも第1の巻線セグメントと第2の巻線セグメントとを常に含む。
【選択図】 図5

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁気車両を操作する装置であって、該装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも1つの長固定子巻線と、磁気車両側において前記軌道に沿った方向に延びるように配備されていて前記長固定子巻線と協働する少なくとも1つの励磁機構を備えている同期式長固定子リニアモータとを具備していて、前記長固定子巻線は、複数の巻線区間に分割されており、当該複数の巻線区間は、軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間のそれぞれの巻線区間は、切り換えポイントによって隣接する巻線区間から分離されていると共に、その各々の前記軌道に沿った方向の長さは、前記励磁機構の前記軌道に沿った方向の長さよりも小さくなっており、さらに、前記巻線区間に関連付けられて巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に電力を供給する少なくとも2つの区間ケーブルと、磁気車両の進行に応じて巻線区間を前記区間ケーブルの各々に順次に接続していくスイッチデバイスとを具備している磁気車両操作装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
長固定子リニアモータ(例えば、特許文献1、特許文献2参照)は、所定の軌道に沿って敷設され、少なくとも1つの長固定子巻線(例えば、特許文献3、特許文献4参照)を備えている長固定子を一次部品として備えている。この一次部品としての長固定子は、駆動される車両の移動方向(進行方向)に伝わっていく走行電磁場が長固定子巻線で発生するようにしているものである。他方、車両側に装着され、ほぼその全長にわたっている励磁機構(例えば、特許文献5参照)は二次部品の働きをし、マグネットを支持する働きをする電磁石から構成されている。
【0003】
長固定子巻線は複数の巻線区間に分割されているのが通常であり、これらの巻線区間は車両の走行方向に向かって一方が他方のすぐ後に位置し、切り換えポイント (changeover points) で電気的に相互に分離されている。長固定子巻線の長さは、例えば、1000mから2000mにわたる。長固定子巻線の長さは、その最大長さが、例えば、250mである車両よりも、全体としては長くなるが、個々の巻線区間の長さは車両の長さ(例えば、250m)より短くなっている。
【0004】
また、少なくとも1つの比較的長い、例えば、約40km長の区間ケーブルも、前記の軌道に平行に敷設され、この区間ケーブルの一方の端または両端がサブステーションと呼ばれるものに接続されている。サブステーションには、長固定子巻線の電流と電圧を供給するために必要なインバータなどが設定されている。
【0005】
電力消費量と実効インピーダンスを制限するために、個々の巻線区間が、車両の進行に応じてスイッチングデバイスによって、個別的にかつ順次に前記の区間ケーブルに接続されるようにすることによって、車両が実際に位置している巻線区間だけに電流が供給されるようにしている。
【0006】
このために必要なスイッチオーバ操作は、公知の方法によって行われている。そのような公知方法としては、例えば、短絡法 (short−circuit)、リープフロッグ法 (leap−frog)、交互ステップ法 (alternate step)、3ステップ法 (three−step) と呼ばれるものなどがある(例えば、非特許文献1参照)。そのほかに、個々の巻線区間をその全長の一部にわたってオーバラップさせ、車両がオーバラップ個所に位置しているとき、常に一方から他方の巻線区間にスイッチオーバを行うことも知られている(特許文献6参照)。
【0007】
磁気浮上式車両 (magnetically levitated vehicle) を駆動する(走行させる)とき、前述したサブステーションは、車両によって誘起される電圧(同期emf(起電力)または内部電圧)、すなわち、対応する巻線区間両端の電圧降下および区間ケーブルの関連する部分両端の電圧降下の総和にほぼ等しい電圧を供給する必要がある。このように電圧を供給することによって、区間ケーブル両端の電圧降下を無視できるようになると、車両を駆動するために利用できる電流は、サブステーションに供給される電圧のうち、同期emf(起電力)を越える部分から得ることが可能になる。
【0008】
同期emf(起電力)は、特に磁気浮上式車両が高速にあるとき、車両の速度だけでなく、励磁機構の長さ(励磁機構は車両のほぼ全長にわたっているので、車両の長さに相当する)にもほぼ比例している。従って、高速化が要求される軌道部分においてサブステーションによって供給される電圧は、特に大きくなければならない。
【0009】
このことが特に当てはまるのは、軌道区間部分のサブステーションが、その出力側に高昇圧変圧器 (high step−up transformer)を備えていて、供給電圧を高電圧にするが、供給電流をわずかにし、従って推進力をわずかにするときである。
【0010】
軌道に沿った建造コストは比較的低コストであるにもかかわらず、これらの装置には、現在利用可能な長固定子巻線またはその絶縁によると、サブステーションの出力電圧を任意に大きくすることができないという問題がある。その結果、得られる電圧は、例えば、10 KVから20 KVの範囲に限られている。通常得られる最大電流が約1000Aで、車両の励磁機構が、例えば、各々が25mの長さである10区間を含んでいる場合には、達成できる速度は、最大でも約400km/hである。最大速度を高速化するには、車両を短くする必要があり、逆に、車両を長くするには、最大速度を小さく抑える必要がある。
【0011】
同期式長固定子リニアモータも知られており(特許文献6参照)、そこでは、長固定子巻線の個々の巻線区間は、その長さが、励磁機構の長さの数分の1になっている。巻線区間は、固定位置でそれぞれに関連づけられているインバータによって電力供給を受け、インバータの各々はスイッチングデバイスを備え、共通する区間ケーブルによってDC電源に接続されている。
【0012】
複数の巻線区間へ電圧を供給する点では好都合であるという利点がある反面、車両の長さ当たり複数のインバータとスイッチングデバイスが使用されるため、軌道上の装置コストが高くなるという欠点がある。
【0013】
【特許文献1】
米国特許第5,053,654号明細書
【0014】
【特許文献2】
ドイツ特許第DE 199 22 441 A1号明細書
【0015】
【特許文献3】
米国特許第4,665,329号明細書
【0016】
【特許文献4】
米国特許第4,728,382号明細書
【0017】
【特許文献5】
ドイツ特許第DE 34 10 119 A1号明細書
【0018】
【特許文献6】
米国特許第4, 454,457号明細書
【0019】
【特許文献7】
ドイツ特許第28 06 601 A1号明細書
【0020】
【特許文献8】
ドイツ特許第DE−OS 29 32 764 A2号明細書
【0021】
【特許文献9】
ドイツ特許第DE 30 06 382 C2号明細書
【0022】
【特許文献10】
ドイツ特許第DE 33 03 961 A1号明細書
【0023】
【特許文献11】
ドイツ特許第DE 39 17 058 A1号明細書
【0024】
【非特許文献1】
Electrotechnical Journal, vol. 108, 1987、第9号、ページ378 − 381
【0025】
【非特許文献2】
Electrotechnical Journal, vol. 108, 第9号、ページ1 − 24
【0026】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記を出発思想として、上述した電圧と電力の問題を解決することを目的とし、その目的のために、従来の長固定子巻線を使用したにもかかわらず、サブステーションの出力側に現れる最大電圧を大きくすることなく、また製造コストを著しく増加することなく、車両の長さが同じでも、および/または、励磁機構を長くしたときでも高速化が達成され、逆に、車両速度が同じでも、車両を長くできるようにすることを課題にしている。
【0027】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本願には、磁気車両、特に磁気浮上車両を操作する装置が開示されている。この装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも1つの長固定子巻線と、この長固定子巻線と協働し、車両側に装着された少なくとも1つの励磁機構とを装備した長固定子リニアモータから構成されている。長固定子巻線は、一方が他方のあとに続くように複数の巻線区間5.4、26.4に分割され、その各々は励磁機構よりも長さが大きくなっている。少なくとも2つの区間ケーブルは巻線区間に電力を供給する働きをし、スイッチデバイスは、車両の進行に応じて巻線区間5.4、26.4を順次に区間ケーブルに接続する働きをする。
【0028】
本発明によれば、巻線区間5.4、26.の各々は、少なくとも第1の巻線区間部分46a、49aと第2の巻線区間部分46b、49bを含み、第1の巻線区間部分46a、49aは、電気的に導通するように相互に接続された第1の巻線セグメント51、53から構成され、第2の巻線区間部分46b、49bは、電気的に導通するように相互に接続された第2の巻線セグメント52、54から構成されている。これらのセグメントは、励磁機構6よりも長さが小さくなっており、軌道の方向にあらかじめ決めた順序で一方が他方の後になるように配置されているため、巻線区間5.4、26.4は、「軌道に沿って延びていて、その長さが励磁機構6の長さと同じである任意の概念上のセクタ」内に、少なくとも第1の巻線セグメント51、52と第2巻線セグメント53、54を常に含むようになっている。
【0029】
前記課題を解決するため本発明が提案する磁気車両走査装置は、磁気車両7、特に、磁気浮上車両を操作する装置であって、該装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも1つの長固定子巻線5、26と、磁気車両7側において前記軌道に沿った方向に延びるように配備されていて前記長固定子巻線5、26と協働する少なくとも1つの励磁機構6を備えている同期式長固定子リニアモータとを具備していて、前記長固定子巻線5、26は、複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に分割されており、当該複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9は、軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9のそれぞれの巻線区間は、切り換えポイント73−76、93−95によって隣接する巻線区間から分離されていると共に、その各々の前記軌道に沿った方向の長さは、前記励磁機構の前記軌道に沿った方向の長さよりも小さくなっており、さらに、前記巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に関連付けられて巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に電力を供給する少なくとも2つの区間ケーブル59a−60b、102−105と、磁気車両7の進行に応じて巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9を前記区間ケーブル59a−60b、102−105の各々に順次に接続していくスイッチデバイス61−68、96−101とを具備しているものにおいて、以下の特徴的構造、構成を有するものである。
【0030】
前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9は少なくとも第1の巻線区間部分45a、46a、47a、48a、49a、50aと第2の巻線区間部分45b、46b、47b、48b、49b、50bを含み、第1の巻線区間部分45a、46a、47a、48a、49a、50aは電気的に導通するように相互に接続された第1の巻線セグメント51、53から構成され、第2の巻線区間部分45b、46b、47b、48b、49b、50bは電気的に導通するように相互に接続された第2の巻線セグメント52、54から構成され、第1の巻線セグメント51、53および第2の巻線セグメント52、54は、それぞれの、前記軌道に沿った方向の長さが励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さよりも小さくなっていて、それぞれ、前記軌道に沿った方向においてあらかじめ定められている順序で一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9は、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内に、少なくとも1つの第1の巻線セグメント51、53と少なくとも1つの第2の巻線セグメント52、54とを含んでいることを特徴とするものである。
【0031】
前記本発明の磁気車両操作装置において、第1の巻線区間部分46a、47a、49a、50aを第1の区間ケーブル59a、60aに接続する第1のスイッチデバイス62、66、61、65と、第2の巻線区間部分46b、47b、49b、50bを第2の区間ケーブル59b、60bに接続する第2のスイッチデバイス64、68、63、67とを備えている構成にすることができる。
【0032】
また、前記本発明の磁気車両操作装置において、励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも相互間の前記軌道に沿った方向の距離が大きくなっている切り換えポイント73−76によって、第1の巻線区間部分46a、47a、49a、50aと、第2の巻線区間部分46b、47b、49b、50bとが、前記軌道に沿って相互から分離されている構成にすることが可能である。
【0033】
また、前記本発明の磁気車両操作装置において、軌道方向に沿って並置されている少なくとも2つの励磁機構6を装備した磁気車両7を操作するために、前記励磁機構6の各々には、第1の巻線区間部分46a、47a、49a、50aと、第2の巻線区間部分46b、47b、49b、50bとが設けられ、第1の巻線区間部分45a、46a、47a、48a、49a、50aと第2の巻線区間部分45b、46b、47b、48b、49b、50bとは、第1の巻線セグメント51、53と第2の巻線セグメント52、54を備えており、前記第1、第2の巻線区間部分に電力を供給する区間ケーブル59a、60a、59a、60bと、前記第1、第2の巻線区間部分を当該区間ケーブル59a、60a、59a、60bに接続する第1のスイッチデバイスと第2のスイッチデバイスとを更に備えている構成にすることもできる。
【0034】
更に、前記本発明の磁気車両操作装置において、第1の巻線区間部分45a、46a、47a、48a、49a、50aと、第2の巻線区間部分45b、46b、47b、48b、49b、50bとは、いずれも、磁気車両7に装備されている励磁機構6において前記軌道に沿った方向の長さが最長である励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも相互間の前記軌道に沿った方向の距離が大きくなっている切り換えポイント73−76によって、前記軌道に沿って相互から分離されている構成にすることもできる。
【0035】
また、本発明が成案する磁気車両操作装置は、軌道に沿った方向で並置されている少なくとも2つの励磁機構6を装備している磁気車両7を操作する装置であって、該装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも2つの長固定子巻線5、26と、磁気車両7側において前記軌道に沿った方向に延びるように配備されていて前記長固定子巻線5、26と協働する励磁機構6を備えている同期式長固定子リニアモータとを具備していて、前記長固定子巻線5、26は、複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に分割されており、当該複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9は、軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9のそれぞれの巻線区間は、切り換えポイント73−76、93−95によって隣接する巻線区間から分離されていると共に、その各々の前記軌道に沿った方向の長さは、前記協働する励磁機構の前記軌道に沿った方向の長さよりも大きくなっており、あるいは小さくなっており、さらに、前記巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に関連付けられて巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9に電力を供給する少なくとも2つの区間ケーブル59a−60b、102−105と、磁気車両7の進行に応じて巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9を前記区間ケーブル59a−60b、102−105の各々に順次に接続していくスイッチデバイス61−68、96−101とを具備しているものにおいて、以下の特徴的構造、構成を有するものである。
【0036】
さらに、少なくとも第1、第2および第3の巻線区間部分80a−83bが設けられ、当該第1、第2および第3の巻線区間部分は、電気的に導通するように相互に接続されていて、その軌道に沿って延びる方向の長さが前記協働する励磁機構6その軌道に沿って延びる方向の長さよりも小さくなっている第1、第2および第3の巻線セグメント84a−89bから構成されていると共に、当該第1、第2および第3の巻線セグメント84a−89bは軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されていると共に、前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9が存在する個所では相互に平行になるようにあらかじめ決めた順序で配置されており、前記複数の巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9は、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記協働する励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内に、少なくとも2つの異なる巻線区間部分からの巻線セグメントを常に含むようになっていることを特徴とするもにおである。
【0037】
この磁気車両操作装置において、前記巻線区間5.1−5.9、26.1−26.9における、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記協働する励磁機構6の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内には、常に、第1、第2および第3の巻線区間部分83a、81a、82bの第1、第2および第3のセグメント84a、85a、86a、88a、89a、87aが少なくとも含まれているようにできる。
【0038】
また、この磁気車両操作装置において、巻線区間部分80a−83bを少なくとも3つの区間ケーブル102−105に接続するように構成されたスイッチデバイス96−101が備えられているようにできる。
【0039】
更に、この磁気車両操作装置において、巻線区間部分80a−82bを4つの区間ケーブル102−105に接続するためのスイッチデバイス96−101を備え、軌道上の任意の場所では、前記4つの区間ケーブル102−105中の1つの区間ケーブル102−105とその区間ケーブルに接続されたコンバータ106−109とがスタンバイ状態におかれるようにすることができる。
【0040】
最後に、この磁気車両操作装置において、第1、第2および第3の巻線区間部品80a−83bは、軌道に沿った方向の相互間の距離が、前記励磁機構6において軌道に沿った方向の長さが最も大きい励磁機構6の軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも大きくなっている切り換えポイント93−95によって、軌道に沿った方向で相互に分離されている携帯するすることができる。
【0041】
本発明によれば、長固定子巻線は再分割されているので、軌道の任意のポイントで励磁機構によって誘起される電圧は、各々が別々のサブステーションに接続可能である、2つまたはそれ以上の巻線区間部分にわたって供給されることになる。
【0042】
その結果として、巻線区間部分に供給される最大電圧を増加することなく、予備電圧または電力量を利用して高速化し、および/または車両の長さを大きくすることを可能にしている。それにもかかわらず、各巻線区間と各巻線区間部分は、その長さを励磁機構よりも大幅に大きくすることができるので、軌道の長さ方向に設置されるインバータなどの数を、設置パワーの増加にもかかわらず、比較的少なく保つことができる。
【0043】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳しく説明する。
【0044】
【発明の実施の形態】
同期式長固定子リニアモータ(図1と図2)を装備した磁気浮上式鉄道では、固定子積層パック (stator lamination pack)1は、複数の溝2と歯3とが順次に配置されており、所定の軌道に沿って架設された車道4上の定位置に固定されている。
【0045】
三相巻線の形体をした長固定子巻線5は、固定子積層パック1の溝2内に敷設され、可変振幅と周波数の三相電流がコンバータから供給され、走行負荷電流波が同期式長固定子リニアモータに沿って、公知のように形成されている。
【0046】
同期式長固定子リニアモータの励磁場は励磁機構 (exciter arrangement)6によって発生される。この励磁機構6は、車両7側に装着された複数のマグネットから構成されている。マグネットは、同期式長固定子リニアモータの長手方向、すなわち、車道の方向であり、磁気浮上式鉄道の進行方向にわたって配置されている。各マグネットは磁気コア8と励磁巻線9から構成されている。
【0047】
固定子積層パック1は、車道4の両側に設けられ、各側には通常三相である長固定子巻線5と励磁機構6が設けられている。そのような同期式長固定子リニアモータの構造の実施形態は、特に図2に示されている。図3では、3つの相R、SおよびTに関係する3つの個別の巻線10、11および12は、同期式長固定子リニアモータの長手方向、すなわち、車道の方向であり、磁気浮上式鉄道の進行方向において、一方が他方の後になるように交互に接続されているか、あるいは交互に配置される。図2では、各巻線10、11、12は、、それぞれ、異なる陰影で示されている。
【0048】
図2から明らかであるように、個別の巻線10、11および12のうち、相互に平行になっている直線部分は、同期式長固定子リニアモータが組み立てられた状態にあるときは、各々が固定子積層パック1の溝2内に入り込み、各々は、例えば、ブラケット14によって溝2内に保持されている。溝2から突出した巻線10、11、12の巻線ヘッドには、電導性が良好の材料でなり、アースの働きをする別の保持バンド15を設けることが可能である。
【0049】
同期式長固定子リニアモータの無効電力と電圧の要求量を最小限にするために、長固定子巻線5のうち、例えば、車道の方向(矢印x)に移動する車両(磁気浮上式車両)が実際に通過しようとしている部分だけがアクチベートされるようにしている(図3)。
【0050】
この目的のために、車道4の両側に設けられる固定子積層パック1のうち、例えば、右側に配備される固定子積層パック1の長固定子巻線5(本明細書において、これを右側長固定子巻線5と言うことがある)は、複数の巻線区間5.1乃至5.9に分割されている。これらの複数の巻線区間5.1乃至5.9は、図3に概略図で示すように、同期式長固定子リニアモータの長手方向、すなわち、車道の方向であり、磁気浮上式鉄道の進行方向において、一方が他方のすぐ後に続くようなっている。そして、各巻線区間5.1乃至5.9は、それぞれ、スイッチデバイス18によって区間ケーブル19に接続可能になっている。
【0051】
図3に示しているのは、巻線区間5.4の電流の状態である。
【0052】
この実施形態では、区間ケーブル19の一方の端はコンバータ20(このコンバータが、従来の技術の欄で説明したサブステーションに相当する)に接続されている。巻線区間5.1乃至5.9内の電流を供給するために必要なデバイスは、コンバータ20に設けられている。
【0053】
別のコンバータ21は、車道に沿って続いている別の区間ケーブル22に接続されており、同期式長固定子リニアモータの後続の巻線区間も、同じようにコンバータから電流が供給されている。
【0054】
これらの異なるコンバータ20、21は、車両7が駆動されて、コンバータ20、21または区間ケーブル19、22によって規定された車道の区間に出入りするとき、スイッチデバイス23、24によって常にアクチベートされるようになっている。
【0055】
実際には、長固定子巻線5用の給電装置は、スイッチデバイス18だけでなく、スターポイントを構築するスイッチデバイス116からも構成することができる(図3)。しかし、これは本発明を理解する上では必ずしも必要でないので、その説明は省略する。
【0056】
図3に示す巻線区間5.1乃至5.9は、その大部分が車両7の一方の側、例えば、右側だけを駆動することを目的としている。
【0057】
車道4の両側に設けられる固定子積層パック1のうち、例えば、左側に配備される固定子積層パック1の長固定子巻線26(本明細書において、これを左側長固定子巻線26と言うことがある)は、同じように車両の左側を駆動することを目的としている。
【0058】
この左側長固定子巻線26も複数の巻線区間26.1乃至26.9に分割されている。これらの複数の巻線区間26.1乃至26.9は、図3に概略図で示すように、同期式長固定子リニアモータの長手方向、すなわち、車道の方向であり、磁気浮上式鉄道の進行方向において、一方が他方のすぐ後に続くようなっている。そして、各巻線区間26.1乃至26.9は、それぞれ、スイッチデバイス27によって区間ケーブル32に接続可能になっている。
【0059】
この実施形態では、区間ケーブル32の一方の端はコンバータ30(このコンバータが、従来の技術の欄で説明したサブステーションに相当する)に接続されている。巻線区間26.1乃至26.9内の電流を供給するために必要なデバイスは、コンバータ30に設けられている。
【0060】
別のコンバータ31は、車道に沿って続いている別の区間ケーブル33に接続されており、同期式長固定子リニアモータの後続の巻線区間も、同じようにコンバータから電流が供給されている。
【0061】
これらの異なるコンバータ30、31は、車両7が駆動されて、コンバータ30、31または区間ケーブル32、33によって規定された車道の区間に出入りするとき、スイッチデバイス28、29によって常にアクチベートされるようになっている。
【0062】
巻線区間5.1乃至5.9は、好ましくは、各々が巻線区間26.1乃至26.9に対して、図3中、矢印xで示す方向(すなわち、同期式長固定子リニアモータの長手方向であり、車道の方向であり、磁気浮上式鉄道の進行方向である)において、少なくとも車両7の長さ分だけ偏移して配置され、交互ステップ法 (alternate step method) と呼ばれる方法の使用を可能にしている。
【0063】
この方法によれば、スイッチデバイス18と27は、矢印xで示す方向において、一方が他方の後に続くように配置された2つの巻線区間の間の切り換えポイント(図3中において、符号34または35で示されている)が、車両7のほぼ中央に位置したとき交互にアクチベートされるようになる。
【0064】
磁気浮上式鉄道の動作を制御するために、速度または電流調整器36が使用される。現在達成または維持しようとしている車両7の速度のセットポイント値がライン37から速度または電流調整器36に入力される。ライン38から速度または電流調整器36に入力された現在位置信号は、例えば、無線によって車両7から送信されるようにすることができる。セットポイントメモリ39に速度のセットポイント値と位置信号とが入力される。セットポイントメモリ39からは、現在走行しようとしている巻線区間の速度または電流セットポイント値が、速度または電流調整器36に向けて、出力される。
【0065】
速度または電流調整器36は、例えば、電圧セットポイント値からなるセットポイント値をライン40を介して出力し、このセットポイント値はコンバータ20、21、30および31に入力され、そこで区間ケーブルに印加される電圧が生成される。つまり、規定の速度を達成するために必要な電流が巻線区間に供給される。
【0066】
速度または電流調整器36は、車両7が、規定の速度を維持しているかどうかを、ライン41に現れた車両の実際の速度信号を利用してチェックする。
【0067】
図3には制御デバイス42も示されている。制御デバイス42はライン38に接続されており、種々のスイッチデバイス18、23、27、28、24、29は、x方向の車両7の実際位置に応じて制御デバイス42によって制御され、現在走行中の巻線区間および対応するコンバータだけが、それぞれの区間ケーブルに接続されるようにしている。
【0068】
上述した種類に属する装置とその機能は、一般的には、公知文献(特許文献3、特許文献4、特許文献8、特許文献9、特許文献10、特許文献11および非特許文献2参照)に記載されているように公知のものである。
【0069】
図4は、図3に示す右側長固定子巻線5の巻線区間5.3、5.4および5.5を、図3に示す左側長固定子巻線26の対応する巻線区間26.3、26.4および26.5と共に示す概略図である。
【0070】
巻線区間5.3、5.4、5.5の各々は、それぞれ第1巻線区間部分45a、46a、47aと、第2巻線区間部分45b、46b、47bを含んでいる。同様に、巻線区間26.3、26.4、26.5の各々は、同じように、それぞれ第1巻線区間部分48a、49a、50aと、第2巻線区間部分48b、49b、50bを含んでいる。
【0071】
理解を容易にするために、図4と図5では、右側長固定子巻線5の第1巻線区間部分45a、46a、47aは点線で示され、第2巻線区間部分45b、46b、47bは破線で示され、左側長固定子巻線26の第1巻線区間部分48a、49a、50aは一点鎖線で示され、第2巻線区間部分48b、49b、50bは実線で示されている。
【0072】
図5に示すように、第1巻線区間部分46a、第2巻線区間部分46b、第1巻線区間部分49a、第2巻線区間部分49bの各々は、同期式長固定子リニアモータの長手方向xにおいて、複数の巻線セグメントに分割されている。
【0073】
第1巻線区間部分46aの巻線セグメントは参照符号51で示され、第2巻線区間部分46bの巻線セグメントは参照符号52で示され、第1巻線区間部分49aの巻線セグメントは参照符号53で示され、第2巻線区間部分49bの巻線セグメントは参照符号54で示されている。
【0074】
さらに、図5に示すように、第1巻線区間部分46aの巻線セグメント51はライン55によって、第2巻線区間部分46bの巻線セグメント52はライン56によって、第1巻線区間部分49aの巻線セグメント53はライン57によって、第2巻線区間部分49bの巻線セグメント54はライン58によって、それぞれ電気的に導通するように直列に接続されている。
【0075】
図5に示されていない他の巻線区間部分も、図5と同じように分割されている。
【0076】
従って、第1巻線区間部分の各々(例えば、第1巻線区間部分46a)は、複数の巻線セグメント(例えば、巻線セグメント55)からなり、これらのセグメントは、固定子積層パック1の選択された溝2内に置かれ、空きのまま残っている他の溝2の個所でライン(例えば、ライン55)によって1つに接続されている。他方、第2巻線区間部分(例えば、第2巻線区間部分46b)は、複数の巻線セグメント(例えば、巻線セグメント52)からなり、これらの複数の巻線セグメント(例えば、巻線セグメント52)は、前述した複数の巻線セグメント(例えば、巻線セグメント55)が置かれていなくて、空きのまま残されている他の溝2内に置かれ、残りの溝2の個所で別のライン(例えば、ライン56)によって1つに接続されている。そこで、第1と第2巻線区間部分の各々は、電気的に相互から切り離されたそれぞれのシステムを形成している。
【0077】
図4と図5は、多相電流の一相に対する、本発明による再分割 (subdivision)の詳細概略を示している。実際には、個別の巻線セグメント51−54は図2に示すように配置されている。つまり、例えば、全三相の巻線セグメント51と52は、右側長固定子巻線5の固定子積層パック1の溝2内に交互に配置され、同じように、全三相の巻線セグメント53と54は左側長固定子巻線28の固定子積層パック1の溝2内に交互に配置されている。
【0078】
巻線セグメント51−54の長さを磁気車両7の長さ、つまり、ほぼ同じ長さの励磁機構6(図1)の長さと比較することによって図4と図5に示すように、例えば、第1の巻線区間部分46a、49aの第1の巻線セグメント51と53を、2、3またはそれ以上の溝2内に一方が他方の後になるように配置し、対応する数の溝2を空きのまま残しておき、巻線区間部分46a、49aの第1の巻線セグメント51と53を、もう一度2、3またはそれ以上の溝2内に配置するようにすることも可能である。
【0079】
巻線セグメント51、53の間に残っているギャップは、2つの第2の巻線区間部分46bと49bの第2の巻線セグメント52、54によって埋められるので、巻線セグメント51、52と53、54は長手方向xに向かって一方が他方の後に続くようになり、その長さは、1歯/溝ピッチの整数倍に相当している。
【0080】
しかし、全体的には、個別の巻線セグメント51−54は、すべてが同じであることが好ましいので、本発明によれば、その長さは、磁気車両7の励磁機構6の長さよりも小さく、好ましくは大幅に小さくなっている。
【0081】
個別の巻線区間部分45aおよび45b−50a、50bは、図4に示すように区間ケーブル59a、59bおよび60a、60bに接続することができ、そこでは、区間ケーブル59aは巻線区間部分45a、46aおよび47aと関係付けられ、区間ケーブル59bは巻線区間部分45b、46bおよび47bと関係付けられ、同じように、区間ケーブル60a、60bは巻線区間部分48a、48b−50a、50bと関連付けられている。従って、これらの区間ケーブルは、対応する巻線区間部分と同じように点線、破線などで示されている。
【0082】
個別の巻線区間部分45a−50bと区間ケーブル59a、59bまたは60a、60bの間には、それぞれの第1と第2のスイッチデバイス60−68が接続されている。
【0083】
第1と第2のスイッチデバイス62、66および64、68は、それぞれ図3に示すスイッチングデバイス18に対応し、第1と第2スイッチングデバイス61、65および63、67は、それぞれ図3に示すスイッチングデバイス27に対応しているが、図4では、2つのスイッチングデバイス62、64または66、68および61、63または65、67が図3の各スイッチングデバイス18、27に対して存在している点が異なっているのは、各巻線区間5.1−5.9および26.1−26.9が図4では各々2つの巻線区間部分(例えば、45a、45b)に分割されているからである。
【0084】
各区間ケーブル59a、59bまたは60a、60bは、図3に示すサブステーション20、21または30、31に対応する、それぞれに関連するコンバータ69−72に接続されているので、第1と第2の巻線区間部分の各々には別々のコンバータが関連付けられている。
【0085】
個別の巻線区間部分45a、45b−50a、50bは、好ましくは、図4に示すようにx方向に相互に対して偏移されている(オフセットされている)ので、図3に示す切り換えポイント34、35に対応する、個別の巻線区間部分45a、45b−50a、50b間の切り換えポイント73−76は、同じように軌道のx方向に相互に対してオフセットされている。このオフセット(偏移)は、好ましくは、個別の切り換えポイント73−76の相互間の間隔が、磁気車両7側の最長の励磁機構6の長さに少なくとも等しくなるように選択されている。
【0086】
スイッチデバイス61−68は、例えば、以下に説明するように、x方向に移動する磁気車両7と歩調を合わせて、図3に示す制御デバイス42と同じ制御デバイスによってシーケンスにスイッチングされる。
【0087】
車両7が巻線区間部分49aと50a間の切り換えポイント75の直前にいるものとの想定する。
【0088】
この時点では、巻線区間部分49aはそのセグメントと共に、スイッチデバイス61によって区間ケーブル60aに接続されており、他方、巻線区間部分50aの方は、スイッチオフされたままになっている。さらに、関連巻線区間部分46a、46bおよび49bは、閉じたスイッチデバイス62、64および63によって対応する区間ケーブル59a、59bおよび60bに接続されるので、4つの巻線区間部分46a、46b、49aおよび49bはすべてサブステーション69−72の1つに接続され、車両7は最大パワーで駆動されることになる。
【0089】
切り換えポイント75を通過するとき、巻線区間部分49aは、スイッチデバイス61を開くことによりスイッチオフされ、巻線区間部分50aはスイッチデバイス65を閉じることによりスイッチオンされるので、4つの巻線区間部分46a、46b、49aおよび49bは、サブステーション69−72に接続されることになる。
【0090】
同じように、巻線区間部分46aと47aの間の、x方向の次の切り換えポイント73に到達すると、スイッチデバイス62は開状態にセットされ、スイッチデバイス66は閉状態にセットされるので、そのあと巻線区間部分46a、46b、49aおよび49bはサブステーション69−72に接続されることになる。
【0091】
次の2切り換えポイントでも同じようなスイッチング操作が行われるので、巻線区間部分47a、47b、50aおよび50bとスイッチデバイス65−68も、巻線区間部分46a、46b、49aおよび49bとスイッチデバイス61−64について図4に示したのと同じ状態になっている。
【0092】
上述したスイッチング操作は、全軌道上で繰り返されるので、複数の縦長固定子巻線5と26は、追加の区間ケーブル22、23およびスイッチデバイス24、29で図3に示すように、追加的に一方が他方の後に続くことができる。
【0093】
実際には、上述したスイッチオーバは、好ましくは、負荷状態にあるときではなく、公知の交互ステップ法と同じように、電流供給をスイッチオフして行われる。例えば、切り換えポイント76aの場合の結果は、図4の巻線区間部分48bと49bの間の垂直線によって図6−図8に示されている。種々の区間ケーブルまたは巻線区間部分に関連するラインは、図4および図5と同じように、図6−図8に点線、破線、一点鎖線および実線で示されている。
【0094】
図6に示すように、車両7によって誘起される電圧は、車両7の大部分が最初にスイッチオンされた巻線区間部分48bを通過してから、切り換えポイント76aを通過すると降下していき、巻線区間部分49bへ切り換わった車両区間にある間は、そこで誘起された電圧は徐々に増加していく(ライン77aとライン77b)。これと並行に、巻線区間部分48bに供給された電流は、対応するコンバータ72のパワーを落とすことによって、図7に示すように徐々にゼロ値まで減少される(ライン78a)。このことは、車両7が切り換えポイント76aを半分通過したとき、2ライン77aと77bの交差ポイントの直前でオフにされることを意味している。
【0095】
巻線区間部分48bに関連するスイッチデバイス(図4には図示せず)が次に開状態にスイッチされ、その後に続くスイッチデバイス63が閉状態にスイッチされるので、巻線区間部分48bではなく、巻線区間部分49bが関連区間ケーブル60bとコンバータ72に接続されることになる。そのあと、コンバータ72のパワーを上げると、電流は再び最大値まで増加する(図7のライン78b)。推進力は、誘起同期emf(起電力)に比例すると共に、固定子電流に比例した振る舞いをする。従って、切り換えポイント76aの個所における瞬時の推進力損失は、図8に概略図で示すように、最大25%である。軌道上の任意のポイントにおける、種々の切り換えポイント73−76の相互間の間隔は、上述したように、車両7の最長励磁機構6よりも大きくなっているので、車両7は、軌道上のどの場所においても、1つの切り換えポイントの個所だけにいるので、車両7は常に、3つの巻線区間部分から全推進力を受け、対応する切り換えポイントに隣接する巻線区間部分から図8に示す(下述)部分的推進力を受けることになる。
【0096】
図8の下部に示すように、例えば、巻線区間部分48b、49bは、瞬時に値0に減少する推進力に貢献するのに対し(ライン79a、79b)、切り換えポイント76aの外側では貢献率が25%になっている(ライン79c)。従って、4巻線区間部分すべてが貢献する推進力の和は、常に、図8の上部に示すように、サブステーション69−72で得られる最大推進力の75%と100%の間に位置している。
【0097】
図4−図8を参照して上述した本発明は、巻線区間の長さが同じであるとき、2倍の推進力が得られるという利点がある。各巻線区間は2巻線区間部分から構成され、これら2巻線区間部分は先行巻線区間と同じ幾何形状であるため、先行巻線部分と同じ電圧限界で動作させることができるので、わずか1 x 20 kVではなく、例えば、固定子サイドごとに2 x 20kVが得られることになる。従って、走行速度および/または車両長さを大幅に増加することが可能になる。最大可能固定子電流に関しては、コンバータの変圧比を大きくする必要がないので、制限を設ける必要がない。固定子サイドごとに2つのサブステーションによって供給される電力は、励磁機構6全体にわたって均等に分布されるという利点もある。これが達成されるのは、基本的には、各巻線区間部分は、一方が他方の後に交互に続く多数の個別巻線セグメントに分割されているため、軌道上に仮想した任意のセクタ内にあって、その長さが励磁デバイス6と同じである巻線区間は、複数の第1セグメント51または53と第2セグメント52または54を含んでいるからである。
【0098】
従来の長固定子リニアモータで交互ステップ法を使用したときは、推進力が50%カットされるのに対し、本発明における前述した切り換えポイントの個所の選択構成では、推進力がわずか100%から75%にカットされるだけであるという利点がある。従って、必要とするコンバータを増加すること、つまり、2倍にすることが許容される。
【0099】
以下に、図9−図13を参照して説明する本発明の実施形態による装置では、図3に示す2つの長固定子巻線の側では、図4に示すような4巻線区間部分によってではなく、わずか3巻線区間部分によって同時に駆動されるようになっている。これが達成されるのは、基本的に、用意された巻線区間部分が両方の長固定子巻線の側によって一緒に使用されているからである。
【0100】
図9は、長固定子リニアモータの右側長固定子巻線5の2巻線区間5.3と5.4および左側長固定子巻線26の関連する2巻線区間26.3と26.4を示している。
【0101】
右巻線区間5.3と5.4の各々は、それぞれ3巻線区間部分81a、82b、83aおよび80b、81b、83bから構成され、左巻線区間26.3と26.4の各々は、それぞれ同じ3巻線区間部分81a、82b、83aおよび80b、81b、83bからから構成され、さらに、対応する巻線区間部分(例えば、80a、82aなど)は、それぞれ図3に示す別の巻線区間に関係する左側に隣接している。理解を容易にするために、第1巻線区間部分80a、80bは一点鎖線で、第2巻線区間部分81a、81bは破線で、第3巻線区間部分82a、82bは実線で、第4巻線区間部分83a、83bは点線で示されている。特に注目すべきことは、右側と左側縦長固定子巻線5と26はどちらも、同じ巻線区間部分から構成されていることである。
【0102】
図10を参照して説明すると、巻線区間部分81a、82bおよび83aは、長手方向xに複数の巻線セグメントに分割されている。この個所には、巻線区間部分80は存在しない。従って、右側長固定子巻線の側では、第2の巻線区間部分81aの第2の巻線セグメントは参照符号83aと85bで示され、第3の巻線区間部分82bの第3の巻線セグメントは参照符号86a、86bおよび86cで示され、第4の巻線区間部分83aの第4の巻線セグメントは参照符号84a、84bおよび84cで示され、他方、左側長固定子巻線の側では、巻線区間部分81a、82b、83aは、同じようにそれぞれが第2、第3および第4の巻線セグメント88a−88d、89a、89bおよび87a、87bを含んでいる。
【0103】
巻線区間部分80a、80b、81b、82a、83bなどは、同じように形成され、そこでは、第1の巻線区間部分0a、80bは、右と左が交互に置かれた第1の巻線セグメントに分割されている。
【0104】
図5と同じように、巻線セグメント84a、84bおよび85a、85bと88a、88bなどは、詳細は図示されていないが、ラインによって1つに電気的に接続され、ここでは直列回路になっている。図5とは異なり、さらに、右側長固定子巻線の側の巻線セグメント84bは、ライン90によって左側長固定子巻線の側の巻線セグメント87aに電気的に接続され、右サイドのセグメント85bは、ライン91によって左サイドのセグメント88cに電気的に接続され、左サイドのセグメント89bは、ライン92によって右サイドのセグメント86bに電気的に接続され、以下、同様である。
【0105】
種々の巻線セグメントは、例えば、右側長固定子巻線の側では、第4巻線区間部分(例えば、83a)の2の巻線セグメント(例えば、84a、84b)が、そのあとに第2の巻線区間部分(例えば、81a)の2の巻線セグメント(例えば、85a、85b)が、そのあとに第3の巻線区間部分(例えば、82b)の2つの巻線セグメント(例えば、86b、86c)が交互に続き、そのあと、同じシーケンスが再び始まるように(例えば、巻線セグメント84cから)軌道に沿って(x方向に)配置されている。左側長固定子巻線の側のシーケンスも同じになっている(例えば、88a、88b、89a、89b、87a、87b、88c、88d)。しかし、注目すべきことは、相互に関係する右側長固定子巻線の側の巻線セグメント(例えば、84a、84b)と、同じく相互に関係する左側長固定子巻線の側の対応する巻線セグメント(例えば、87a、87b)の間にギャップが存在することであり、このギャップは、図10に接続ライン(例えば、90)で示され、他方の巻線区間部分の巻線セグメント(例えば、85a、89b)によって埋められている。
【0106】
上述した再分割に基づき、第4の巻線区間部分83aは、右側の第4セグメント84aと84b、左側の第4セグメント87aと87b、右側の第4セグメント84cなどから構成されており、これらのセグメントはすべて直列に接続されている。第2巻線区間部分81aの場合も(左側の2つの第2セグメント88aと88b、次に、右側の2つの第2セグメント85aと85b、さらに左側の2つの第2セグメント88cと88d、など)、第3巻線区間部分の場合も(右側の第3セグメント86aと左側の第3セグメント89a、89bおよび右側の第3セグメント86b、86c、など)同じである。従って、3巻線区間部分83a、81a、82bなどは、相互に対して電気的に切り離された3つのシステムを構成している。
【0107】
巻線セグメント84a−89bの長さは、図4と図5の場合と同じように、好ましくは、最短車両7側に装着された励磁機構6の長さよりも大幅に小さくなっている。他方、セグメントから構成された各巻線区間部分80a−83bなどの全体長さは、好ましくは、最長励磁機構6の長さよりも大幅に大きくなっている。さらに、すべてのセグメントと巻線区間部分は、好ましくは、相互と同じ長さになっており、図4と図5に示すように、個別巻線区間部分83aと80bまたは81aと83bまたは82bと81b間の切り換えポイント93、94および95の相互間の間隔が、最長励磁機構6に相当する長さに少なくとも等しいか、あるいは若干大きくなるような量だけ、x方向に相互に対してオフセットされている。
【0108】
種々の巻線区間部分は、図4と同じように、第1、第2、第3および第4スイッチデバイス96−101を通して区間ケーブル102−105に接続されており、区間ケーブルの各々はコンバータ106−109に接続されている。この構成は、例えば、第1スイッチデバイス99は、第1巻線区間部分80bを区間ケーブル102とコンバータ106に接続することを可能にし、第2スイッチデバイス97は、第2巻線区間部分81aを区間ケーブル104とコンバータ108に接続することを可能にし、第3スイッチデバイス98は、第3巻線区間部分82bを区間ケーブル105とコンバータ109に接続することを可能にし、第4スイッチデバイス96は、第4巻線区間部分83aを区間ケーブル103とコンバータ107に接続することを可能にし、その接続シーケンスが循環的に繰り返されるようになっている。理解を容易にするために、4つの異なる区間ケーブルおよびこれらの区間ケーブルに接続された4つの異なるスイッチデバイスは、どちらも、図9にそれぞれ一点鎖線、点線、破線および実線で示されている。
【0109】
スイッチデバイス96−101は、以下に説明するように、x方向に移動する車両7と歩調を合わせて、図3に示す制御デバイス42と同じように制御デバイスによって順次にスイッチングされていく。
【0110】
磁気車両7は、例えば、巻線区間5.3の個所にいて、巻線区間部分83aと80bの間の切り換えポイント93に到着する直前に、コンバータ107、108および109から電力供給を受け、その間、コンバータ106は未使用になっている。車両7が巻線区間部分83aと80bの間の切り換えポイント93に近づくと、スイッチデバイス99はスイッチオンされるので、巻線区間部分80bは区間ケーブル102とコンバータ106に接続され、その間、コンバータ107はアクティブ状態を続けている。車両7は、すべてのコンバータ106、107、108および109から電力供給を受けることになる。車両7が切り換えポイント93から離れると、コンバータ107はスイッチデバイス96によってオフにされる。コンバータ106、108および109だけが巻線区間部分80b、81aおよび82bに電力を供給することになる。巻線区間部分81aと83bの間の次の切り換えポイント4を通過すると、スイッチデバイス97はこれに応じてスイッチオフ状態にセットされ、巻線区間部分83のスイッチデバイス100はスイッチオン状態にセットされる。従って、コンバータ107は再びアクチベートされ、コンバータ108は非アクチベートされるので、車両7はコンバータ106、107および109によって駆動されることになる。巻線区間部分82bと81bの間の切り換えポイント95の個所では、コンバータ108はスイッチオンされ、コンバータ109はスイッチオフされる。車両7はコンバータ106、107および108によって駆動されることになる。x方向の次の切り換えポイントを通過すると、コンバータ107、108および109による電力供給が再び行われるので、切り換えポイントの外側では、1つのコンバータ、つまり、関連区間ケーブルは未使用になっている。この状態は、3状態法 (three state method) と呼ばれる方法と同じように使用できるので、未使用またはスタンバイ状態にあるコンバータは、必要とするスイッチング操作のために使用されることになる。
【0111】
上述した切り換えは、実際には、図4と図5と同じように、図11−図13に示すように電流供給をスイッチオフにして行われる。この場合も、種々のラインは一点鎖線、点線などで示されている。垂直線(図9)で示す巻線区間部分83aと80b間の第1切り換えポイント93の個所では、一点鎖線の区間ケーブル102とそれに関連するコンバータ106はスタンバイ状態になっている。スイッチデバイス99は、車両7が走行して切り換えポイント93に入る直前に閉状態にセットされるので、巻線区間部分80bは一点鎖線の区間ケーブル102に、つまり、サブステーション106(図12のライン110)に接続され、その間、巻線区間部分83aは点線の区間ケーブル103とコンバータ107に接続されたままになっている。その結果、誘起同期emfは、巻線区間部分83aの個所で切り換えポイント93aを通過すると徐々に降下していき、巻線区間部分80b(図11のライン111a、111b)の個所で徐々に増加していく。車両7が切り換えポイント93aを完全に通過すると、巻線区間部分83aの電流はゼロまで減少し、区間ケーブル103はスタンバイ状態(図12のライン112)に移る。スイッチデバイス96は開状態になるように、スイッチデバイス100は閉状態になるように制御されるので、区間ケーブル103は巻線区間部分83bに接続され、区間部分の次の変更に備えることになる(図12のライン113)。従って、車両7が走行して巻線区間部分81aと83b(図9)間の、参照符号94aで示す切り換えポイントに入ると、同期emfは、上述したのと同じように(図11のライン114a、114b)、巻線区間部分81aの個所では小さくなり、巻線区間部分83bの個所では大きくなり、そのあと、切り換えポイント94aを完全に通過することになる。そのあと、コンバータ108はターンダウンされ、巻線区間部分81aの電流はゼロに減少し(図12のライン115)、そのあとは、上述したスイッチング操作が車両7の進行に応じて繰り返されることになる。
【0112】
図4−図8に示す実施形態とは対照的に、図9−図13に示す実施形態の両固定子サイドは、4巻線区間部分81a、82aなどによってではなく、3巻線区間部分によって形成されている。しかし、各固定子サイドは、この実施形態でも、交互に続く巻線セグメントに分割されているので、両固定子サイドの巻線区間は、軌道上に想定され、その長さが励磁機構6と同じになっている任意のセクタ内に複数の第1、第2およびセグメント(例えば、86a、84a、84b、85a、86b、86c、84c、など)を含むようになっており、前記セグメントは異なる巻線区間部分(例えば、83a、81a、82b)に関係している。各巻線区間部分は、この場合も、別々のコンバータによって操作されるので、車両に供給される電力は確かに2倍にはならないが、1/2だけ、つまり、各固定子サイドの1 x 20kVから2固定子サイドの3 x 20kVに増加することになる。図4−図8に示す実施形態と比べると、速度または車両長さの増加が可能になるのは半分だけである。しかし、第4のコンバータが使用されるため、3ステップ法によると、切り換えポイントの個所では推進力損失が起こらないという利点が得られる(図13)。
【0113】
図9−図13を参照して説明した方法によれば、巻線区間ごとに1つの追加コンバータが必要になる。このことがコスト上の理由から望ましくないときは、図9に示す装置では、区間ケーブルの1つと関連コンバータを省くことも可能である。その場合、切り換えポイントの個所のスイッチングデバイスは、例えば、交互ステップ法によることが必要になるので、図6−図8と同じように、各切り替えポイントの個所では、利用可能な推進力が100%から最大で67%に減少することが起こることになる。
【0114】
上述した巻線セグメント51−54(図5)および84−89(図10)の長さは、好ましくは、車両7側に装着された最長励磁機構6の長さよりも著しく小さくなっているので、例えば、2または3巻線区間部分の各々が、ほぼ同じ長さで車両の推進に関与するようになっている。セグメントの長さは、特に、図2に示す1歯/溝に一致するように小さく保つことができ、その場合には、図10の交互に配置された個別巻線10、11および12は、図1のセグメント86a、84a、84b、85aなどまたは88a、88b、89a、89bなどに対応させることができる。単一セグメントを長くすると、特にすべての巻線区間部分が駆動に等しく関与していないときには、それだけ好ましくない状態が起こることになる。励磁機構6の長さのセグメントは、最終的には、速度または車両長さの増加を不可能にするので、セグメントの長さの上限は意図する機能によるものである。
【0115】
本発明の好適実施形態によれば、長さが約25m、つまり、車道4(図1)を形成し、固定子積層パック1がそこに固定されている支持体の長さに相当する長さのセグメントが使用されている。この場合、製造工場で支持体に固定子積層パック1と巻線5(図2)を装備させ、プレファブの支持体を軌道に沿って装着し、そのあとで、通常のスリーブなどを使用して巻線区間部分を一緒に接続することが可能である。巻線のインピーダンスは、システムごとの巻線部分個所は、連続巻線の場合よりも、図4では50%だけ、図9で実質的に67%だけ、総和が短くなるので、巻線区間5、26の長さの総和は、以前と同じように、例えば約1000m − 2000mに、あるいはそれ以上にすることができる。
【0116】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々態様に変更することが可能である。このことが特に該当するのは、具体的ケースにおける固定子サイド当たりの巻線区間部分の数である。特に、1つの固定子巻線だけで車両7を駆動させ、その1つの巻線を上述したように複数の個別巻線区間に分割することが可能であり、個別巻線区間は、一方が他方の後に交互に続くセグメントをもつ巻線区間部分で構成されている。他方では、図4−図8とは対照的に、巻線区間当たり3つ以上の巻線区間を設けることが可能である。さらに、巻線区間部分の種々のセグメントを、少なくともその長さの一部にわたって、直列にではなく並列に接続することが可能であり、図4と図5に示すように、スイッチデバイス(例えば、62)から出たラインは、関連巻線区間部分(例えば、46b)の一端にだけでなく、例えば、電気的に分離されているそのセグメント(例えば、51)と並列にも接続されている。さらに、三相システムの全三相を図4−図13に示すように形成し、三相に関係するセグメントが交互に介在するように、つまり、ある相のセグメントの間に、他の2相のセグメントが置かれるようにすることも可能である。さらに、図5と図10に示すものとは別の再分割を行うことが可能である。このことが特に該当するのは、図9と図10に示す実施形態である。例えば、巻線区間部分(例えば、それぞれ83aまたは81a)のすべてのセグメントは、この実施形態では、関連固定子サイドだけに配置することができ、他方、第3巻線区間部分(例えば、82b)のセグメントは、図10に示すように、一部を一方の固定子サイドに、一部を他方の固定子サイドに配置されることになる。
【0117】
最後に、当然のことであるが、種々の特徴は、図示し、上述した組み合わせとは別の組み合わせで使用することもできる。
【0118】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の長固定子巻線を使用したにもかかわらず、サブステーションの出力側に現れる最大電圧を大きくすることなく、また製造コストを著しく増加することなく、車両の長さが同じでも、および/または、励磁機構を長くしたときでも高速化が達成され、逆に、車両速度が同じでも、車両を長くできるようにすることができる。
【0119】
本発明によれば、長固定子巻線は再分割されているので、軌道の任意のポイントで励磁機構によって誘起される電圧は、2つまたはそれ以上の巻線区間部分(この巻線区間部分の各々は別々のサブステーションに接続可能である)にわたって供給されることになる。
【0120】
その結果として、巻線区間部分に供給される最大電圧を増加することなく、予備電圧または電力量を利用して高速化し、および/または車両の長さを大きくすることを可能にしている。それにもかかわらず、各巻線区間と各巻線区間部分は、その長さを励磁機構よりも大幅に大きくすることができるので、軌道の長さ方向に設置されるインバータなどの数を、設置パワーの増加にもかかわらず、比較的少なく保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の操作装置によって操作される磁気浮上車両とその軌道を示す概略断面図。
【図2】本発明の走査装置の長固定子構造の実施形態を示す一部分解組立斜視図。
【図3】図1に示す磁気浮上車両を操作する装置を示す概略図である。
【図4】本発明の第1実施形態による磁気車両走査装置の形態を説明する概略図。
【図5】図4中のA部を拡大して表した図。
【図6】本発明の第1実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の電圧を示すグラフ。
【図7】本発明の第1実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の電流を示すグラフ。
【図8】本発明の第1実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の推進力を示すグラフ。
【図9】本発明の第2実施形態による磁気車両走査装置の形態を説明する概略図。
【図10】図9中のB部を拡大して表した図。
【図11】本発明の第2実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の電圧を示すグラフ。
【図12】本発明の第2実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の電流を示すグラフ。
【図13】本発明の第2実施形態による磁気車両走査装置を切り換えポイントの個所で使用したときの軌道方向の推進力を示すグラフ。
【符号の説明】
5、26 長固定子巻線
6 励磁機構
7 磁気車両
5.1−5.9、26.1−26.9 巻線区間
45a、46a、47a、49a、50a 第1の巻線区間部分
45b、46b、47b、49b、50b 第2の巻線区間部分
51、53 第1の巻線セグメント
52−54 第2の巻線セグメント
59a−60b、102−105 区間ケーブル
61、62、65、66 第1のスイッチデバイス
73−76、93−95 切り換えポイント

Claims (10)

  1. 磁気車両(7)を操作する装置であって、該装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも1つの長固定子巻線(5、26)と、磁気車両(7)側において前記軌道に沿った方向に延びるように配備されていて前記長固定子巻線(5、26)と協働する少なくとも1つの励磁機構(6)を備えている同期式長固定子リニアモータとを具備していて、前記長固定子巻線(5、26)は、複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に分割されており、当該複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)は、軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)のそれぞれの巻線区間は、切り換えポイント(73−76、93−95)によって隣接する巻線区間から分離されていると共に、その各々の前記軌道に沿った方向の長さは、前記励磁機構の前記軌道に沿った方向の長さよりも小さくなっており、さらに、前記巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に関連付けられて巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に電力を供給する少なくとも2つの区間ケーブル(59a−60b、102−105)と、磁気車両(7)の進行に応じて巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)を前記区間ケーブル(59a−60b、102−105)の各々に順次に接続していくスイッチデバイス(61−68、96−101)とを具備しているものにおいて、
    前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)は少なくとも第1の巻線区間部分(45a、46a、47a、48a、49a、50a)と第2の巻線区間部分(45b、46b、47b、48b、49b、50b)を含み、第1の巻線区間部分(45a、46a、47a、48a、49a、50a)は電気的に導通するように相互に接続された第1の巻線セグメント(51、53)から構成され、第2の巻線区間部分(45b、46b、47b、48b、49b、50b)は電気的に導通するように相互に接続された第2の巻線セグメント(52、54)から構成され、第1の巻線セグメント(51、53)および第2の巻線セグメント(52、54)は、それぞれの、前記軌道に沿った方向の長さが励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さよりも小さくなっていて、それぞれ、前記軌道に沿った方向においてあらかじめ定められている順序で一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)は、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内に、少なくとも1つの第1の巻線セグメント(51、53)と少なくとも1つの第2の巻線セグメント(52、54)とを含んでいることを特徴とする磁気車両操作装置。
  2. 第1の巻線区間部分(46a、47a、49a、50a)を第1の区間ケーブル(59a、60a)に接続する第1のスイッチデバイス(62、66、61、65)と、第2の巻線区間部分(46b、47b、49b、50b)を第2の区間ケーブル(59b、60b)に接続する第2のスイッチデバイス(64、68、63、67)とを備えていることを特徴とする請求項1記載の磁気車両操作装置。
  3. 励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも相互間の前記軌道に沿った方向の距離が大きくなっている切り換えポイント(73−76)によって、第1の巻線区間部分(46a、47a、49a、50a)と、第2の巻線区間部分(46b、47b、49b、50b)とが、前記軌道に沿って相互から分離されていることを特徴とする請求項2記載の磁気車両操作装置。
  4. 請求項2または3に記載の装置において、
    軌道方向に沿って並置されている少なくとも2つの励磁機構(6)を装備した磁気車両(7)を操作するために、前記励磁機構(6)の各々には、第1の巻線区間部分(46a、47a、49a、50a)と、第2の巻線区間部分(46b、47b、49b、50b)とが設けられ、第1の巻線区間部分(45a、46a、47a、48a、49a、50a)と第2の巻線区間部分(45b、46b、47b、48b、49b、50b)とは、第1の巻線セグメント(51、53)と第2の巻線セグメント(52、54)を備えており、前記第1、第2の巻線区間部分に電力を供給する区間ケーブル(59a、60a、59a、60b)と、前記第1、第2の巻線区間部分を当該区間ケーブル(59a、60a、59a、60b)に接続する第1のスイッチデバイスと第2のスイッチデバイスとを更に備えていることを特徴とする請求項2又は3記載の磁気車両操作装置。
  5. 第1の巻線区間部分(45a、46a、47a、48a、49a、50a)と第2の巻線区間部分(45b、46b、47b、48b、49b、50b)とは、いずれも、磁気車両(7)に装備されている励磁機構(6)において前記軌道に沿った方向の長さが最長である励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも相互間の前記軌道に沿った方向の距離が大きくなっている切り換えポイント(73−76)によって、前記軌道に沿って相互から分離されていることを特徴とする請求項4記載の磁気車両操作装置。
  6. 軌道に沿った方向で並置されている少なくとも2つの励磁機構(6)を装備している磁気車両(7)を操作する装置であって、該装置は、軌道に沿って敷設された少なくとも2つの長固定子巻線(5、26)と、磁気車両(7)側において前記軌道に沿った方向に延びるように配備されていて前記長固定子巻線(5、26)と協働する励磁機構(6)を備えている同期式長固定子リニアモータとを具備していて、前記長固定子巻線(5、26)は、複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に分割されており、当該複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)は、軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されており、前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)のそれぞれの巻線区間は、切り換えポイント(73−76、93−95)によって隣接する巻線区間から分離されていると共に、その各々の前記軌道に沿った方向の長さは、前記協働する励磁機構の前記軌道に沿った方向の長さよりも大きくなっており、さらに、前記巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に関連付けられて巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)に電力を供給する少なくとも2つの区間ケーブル(59a−60b、102−105)と、磁気車両(7)の進行に応じて巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)を前記区間ケーブル(59a−60b、102−105)の各々に順次に接続していくスイッチデバイス(61−68、96−101)とを具備しているものにおいて、
    さらに、少なくとも第1、第2および第3の巻線区間部分(80a−83b)が設けられ、当該第1、第2および第3の巻線区間部分は、電気的に導通するように相互に接続されていて、その軌道に沿って延びる方向の長さが前記協働する励磁機構(6)その軌道に沿って延びる方向の長さよりも小さくなっている第1、第2および第3の巻線セグメント(84a−89b)から構成されていると共に、当該第1、第2および第3の巻線セグメント(84a−89b)は軌道に沿って延びる方向において一方が他方の後に続くように配置されていると共に、前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)が存在する個所では相互に平行になるようにあらかじめ決めた順序で配置されており、前記複数の巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)は、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記協働する励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内に、少なくとも2つの異なる巻線区間部分からの巻線セグメントを常に含むようになっていることを特徴とする磁気車両操作装置。
  7. 前記巻線区間(5.1−5.9、26.1−26.9)における、軌道に沿って延びていて、その軌道に沿った方向の長さが前記協働する励磁機構(6)の前記軌道に沿った方向の長さと同じになっている任意のセクタ内には、常に、第1、第2および第3の巻線区間部分(83a、81a、82b)の第1、第2および第3のセグメント(84a、85a、86a、88a、89a、87a)が少なくとも含まれていることを特徴とする請求項6記載の磁気車両操作装置。
  8. 巻線区間部分(80a−83b)を少なくとも3つの区間ケーブル(102−105)に接続するように構成されたスイッチデバイス(96−101)が備えられていることを特徴とする請求項7記載の磁気車両操作装置。
  9. 巻線区間部分(80a−82b)を4つの区間ケーブル(102−105)に接続するためのスイッチデバイス(96−101)を備え、軌道上の任意の場所では、前記4つの区間ケーブル(102−105)中の1つの区間ケーブル(102−105)とその区間ケーブルに接続されたコンバータ(106−109)とがスタンバイ状態におかれることを特徴とする請求項7記載の磁気車両操作装置。
  10. 第1、第2および第3の巻線区間部品(80a−83b)は、軌道に沿った方向の相互間の距離が、前記励磁機構(6)において軌道に沿った方向の長さが最も大きい励磁機構(6)の軌道に沿った方向の長さに相当する距離よりも大きくなっている切り換えポイント(93−95)によって、軌道に沿った方向で相互に分離されていることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか一項記載の磁気車両操作装置。
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