DE1580909A1

DE1580909A1 - Transportanlage

Info

Publication number: DE1580909A1
Application number: DE19661580909
Authority: DE
Inventors: Kwangho Chung
Original assignee: SKINNER PECISION IND Inc
Current assignee: SKINNER PECISION IND Inc
Priority date: 1965-04-16
Filing date: 1966-04-09
Publication date: 1971-03-25
Also published as: US3385228A; GB1129290A; DE1580909C3; FR1476343A; DE1580909B2

Description

Transportanlage. Die Erfindung bezieht sich auf Transportanlagen und insbesondere auf Transportanlagen, bei denen elektromagnetische Kraft verwendet wird, um Fahrzeuge entlang eines Gleises, einer Schiene od.dgl. vorzutreiben.
Die Erfindung schafft eine Transportanlage, bei welcher zwischen einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug und einem Gleis oder einer Schiene wirkende elektromagnetische Kräfte zum*Vortrieb des Fahrzeuges ausgenutzt werden und das Fahrzeug im Abstand über dem Gleis lediglich durch Luftdruck abgestützt wird, während es durch elektromagnetische Kraft entlang seiner Bewegungsbahn geführt wird Das Fahrzeug kann durch elektromagnetische Kräfte seitlich manövriert und vorwärts angetrieben werden, und Druckluft, die zur Abstützung des Fahrzeugs verwendet wird, wird weiterhin zum.Kühleit.der magnetischen Vertriebseinheit des Fahrzeugs ausgenutzt.
Zwecke und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung hervor, in welcher die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise erläutert ist.
Fig. 1 ist eine teilweise gebrochene Seitenansicht eines Fahrzeuges, an dem die Erfindung verkörpert ist.
Fig. 2 ist eine Draufsicht des Fahrzeugs gemäß Fig. 1. Fig. 3 ist eine Schnittansicht nach Linie 3-3 in Fig. 1.
Fig. 4 ist eine in vergrößertem Maßstab gehaltene Schnittansicht nach Linie 4-4 in Fig. 1.
Fig. 5 ist eine seitliche Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 6 ist eine Teildraufsicht der. Ausführung gemäß Fig. 5.
Fig. 7 ist eine Stirnansicht der Ausführung gemäß Fig. 5.
Fig. 8 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Fig. 9 ist eine Querschnittansicht nach Linie 9-9 der Fig. B.
Fig.10 ist eine schematische Draufsicht einer weiteren abgeänderten Ausführungsform der Erfindung.
Fig.ll ist eine Querschnittansicht nach Linie 11-11 der Fig. 10.
Fig.12 ist eine schaubildliche Ansicht des Magnet- » kernaufbaues des Fahrzeuges gemäß Fig. 10. Fig.13 ist eine Ansicht einer weiteren abgeänderten Ausführungsform des Fahrzeugs gemäß Fig. 1. Fig.14 ist ein schematisches Diagramm einer Einrichtung zum Steuern des Lufttragsystemes, die für das Fahrzeug gemäß Fig. 1 geeignet ist.
Das Fahrzeug und die Lufttraganlage bzw. Luftkissenanlage gemäß der Zeichnung ist von derjenigen Art, wie sie in der USA-Patentschrift 3 096 72$ beschrieben ist. Die Antriebskraft für solche Fahrzeuge wird durch lineare Induktionsmotoren zugeführt. Solche Motoren weisen einen Stator auf mit einem geschichteten ferromagnetischen Kern, der mit einer Reihe von im Abstand voneinander befindlichen Nuten versehen ist, in denen eine Mehrzahl von Feldspulen angeordnet ist, um einen Stator zu bilden mit einer zweilagigen Wicklung, bei welcher sich einzelne Spulen überlappen (two-lgyer single eoi*ap wound stator). Die Feldspulen sind elektrisch mit einer zweckentsprechenden mehrphasigen Wechselstromquelle verbunden, um dadurch ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches sich in Übereinstimmung mit der üblichen Induktionsmotortheorie entlang der genuteten Fläche des Stators bewegt. Mit dem Stator arbeitet ein Anker oder angetriebener Teil länglicher Form zusammen, der einen fortlaufenden Leiter, welcher aus einem Material wie Kupfer gebildet ist, und einen sich in gleicher Richtung erstreckenden ferromagnetischen Teil aufweist, welcher den Rückkehrweg für den von dem Stator erzeugten elektromagnetischen Fluß bildet.
Gemäß der Zeichnung wird ein Motor der gerade beschriebenen allgemeinen Art verwendet, um ein Fahrzeug 20 entlang eines Gleises bzw. einer Schiene 22 anzutreiben, wobei das Fahrzeug 20 im Abstand über dem Gleis 22 durch eine Mehrzahl von Luftkissen bildenden Organen 24 abgestützt ist, die an der Bodenwand 26 des Fahrzeuges 20 angeordnet sind. Jedes luftkissenbildendes Organ 24 weist, wie es in der oben genannten USA-Patentschrift 3 096 728 beschrieben ist, eine biegsame Membran 28 auf, die rund um ihre Kanten an der Bodenwand 26 hermetisch befestigt ist und eine mittlere Öffnung 29 aufweist, deren Kanten mittels Abstandsstücken 30 in einem Abstand von der Bodenwand 26 gehalten sind. Die Organe 24 brauchen nicht notwendigerweise kreisförmig zu sein, sondern sie können beispielsweise länglich ausgebildet sein und entsprechende längliehe mittlere Öffnungen aufweisen. Außerdem wird die Form und Anzahl der luftkissenbildenden Organe 24 durch die Größe und das Gewicht des abzustützenden Fahrzeugs bestimmt. Jedes Organ 24 ist mit einem Lufteinlaß 32 zum Zulassen eines kontinuierlichen Stromes von Druckluft von einer zweckentsprechenden Quelle (nicht dargestellt) versehen, welche Luft mit dem gewünschten Druck erzeugen kann. Die Luft, die in die Kammer eintritt, welche von der biegsamen Membran 28 gebildet ist, strömt abwärts durch die mittlere Öffnung 29 in-die Kammer unter der biegsamen Membran 28 und dann durch den Spalt zwischen dem Umfang der Membran 28 und dem Gleis 22 hindurch nach außen. Niederdruckluftkissen dieser allgemeinen Art können sehr große Lasten abstützen, trotzdem der Luftdruck unter solchen luftkissenbildenden Organen lediglich etwas über dem atmosphärischen Druck liegt.
Antriebskraft für das Fahrzeug 20 wird durch eine Yortriebseinrichtung 33 erzeugt, die einen ferromagnetisehen Kern 34 aufweist, der bei der beschriebenen Ausführungsform in zwei parallele Abschnitte unterteilt ist, die an der Bodenwand 26 derart angeordnet sind, daß sie sich nahe der Schiene 22 befinden, wenn das Fahrzeug 20 von den luftkissenbildenden Organen 24 abgestützt ist. Der ferromagnetische Kern 34 ist mit einer Mehrzahl von im Abstand voneinander befindlichen Schlitzen oder Nuten 35 versehen, in denen eine Mehrzahl von Drahtspulen 36 angeordnet ist, welche ein elektromagnetisches Feld erzeugen, das sich entlang der Bewegungsbahn des Fahrzeuges 20 bewegt, wenn die Spulen 36 an eine zweckentsprechende mehrphasige Wechselstromquelle angeschlossen werden. Für diesen Zweck ist das Fahrzeug 20 mit einem Stromaufnahmeschuh 38 versehen, der sich in Berührung mit einer Stromschiene 40 befindet, die entlang des Gleises 22 angeordnet ist. Wenn einphasiger Wechselstrom durch die Stromschiene 40 zugeführt wird, wird ein zweckentsprechender Phasenteilerkondensator in dem Fahrzeug 20 angeordnet, so daß den Spulen 36 Mehrphasenenergie zugeführt wird.
Das Gleis 22 ist von zweilagiger Ausführung, die an der Fläche zweckentsprechend abgestützt ist, über welche das Fahrzeug 20 laufen soll, und es weist einen fortlaufenden leitenden Teil 42, der seine obere Fläche bildet, sowie einen sich in gleicher Richtung erstreckenden ferromagnetischen Teil 44 auf. Beispielsweise kann das Gleis 22 eine Lage aus Kupfer oder Aluminium aufweisen, welche den leitenden Teil 42 bildet, der auf einer Basis aus mildem Stahl angeordnet ist, welche den ferromagnetischen Teil 44 bildet.
Wenn das Fahrzeug 20 sich im Betrieb befindet, ist es durch die luftkissenbildenden Organe 24 abgestützt, so daß es sich praktisch reibungslos entlang des Gleises 22 bewegen kann. Bei Erregung der Spulen 36 wirkt das sich ergebende elektromagnetische Feld, welches sich entlang der Länge des ferromagnetischen Kernes 34 bewegt, mit dem Gleis 22 zusammen, um eine induzierte Kraft zu erzeugen, welche das Fahrzeug 20 entlang des Gleises 22 antreibt.
Bei der Ausführungsform gemäß der Erfindung, die in Fig. 5 wiedergegeben ist, ist ein Elektromagnet 46 unter der Bodenwand 26 des Fahrzeuges 20 angeordnet, um das Fahrzeug 20 in Ausrichtung mit dem Gleis 22 zu halten. per Elektromagnet 46 ist relativ zu dem Gleis 22 in Querrichtung angeordnet und mit zwei sich abwärts erstreckenden Sehenkeln 48 und 50 versehen, die in etwas schrägen Polflächen 52, 54 enden, die in einem kurzen Abstand über gegenüberliegenden Kantenteilen des Gleises 22 liegen. Die Sehenkel 48, 50 des Elektromagneten 46 sind dadurch mit dem ferromagnetischen Teil 44 magnetisch verkettet und die Anziehungskräfte an den Luftspalten zwischen den Polflächen 52 und 54 und dem Gleis 22 sind gleich, solange das Fahrzeug 20 sich mit dem Gleis 22 in Ausrichtung befindet. Wenn jedoch das Fahrzeug 20 durch irgendeine äußere Kraft seitlich bewegt wird, beispielsweise gemäß Fig. 7 nach links, nimmt die die Polfläche 52 mit dem Gleis 22 verkettende Magnetkraft ab, so daß ein unausgeglichener Kräftezustand erzeugt ist, durch welchen der Elektromagnet 46 und das Fahrzeug 20 zu einer mittleren Stellung entlang des Gleises 22 zurückbewegt werden. Auf diese Weise kann eine seitliche Stabilität des Fahrzeuges 20 einzig durch Elektromagnetkraft aufrechterhalten werden, und es besteht keine Notwendigkeit, eine mechanische Führungseinrichtung vorzusehen.
Bei der in Fig. 8 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist eine Bodenwand oder Plattform 56 eines Fahrzeuges durch vier luftkissenbildende Organe 60 auf einer Abstützfläche 58 abgestützt, wobei die Organe 60 hinsichtlich ihres Aufbaues und ihrer Funktion den Organen 24 gemäß vorstehender Beschreibung ähnlich sind. Die Abstützfläche 58 ist dem Gleis 22 insofern ähnlich, daß sie aus einer Lage aus leitendem Material wie Kupfer gebildet ist, die über einer Lage aus ferromagnetischem Material wie mildem Stahl liegt. Antriebskraft für die Plattform 56 wird durch eine zentral angeordnete Hauptvortriebseinrichtung 62 und durch zwei Hilfsvortriebseinrichtungen 64, 66 geliefert, die an dem Boden der Plattform 56 in Richtung von vorn nach hinten relativ zu der Hauptvortriebseinrichtung 62 angeordnet sind und zu dieser im rechten Winkel liegen.
Jede Vortriebseinrichtung 62, 64 und 66 ist der Vortriebseinrichtung 33 des Fahrzeuges 20 gemäß vorstehender Beschreibung ähnlich und weist einen genuteten ferromagnetischen Kern mit einer Mehrzahl von Drahtspulen auf, die an eine zweckentsprechende Mehrphasen-Wechselstromquelle angeschlossen sind. Zufolge der Anordnung und Ausrichtung der Hilfsvortriebseinrichtungen 64, 66 kann die Plattform 56 in jeder Richtung über die Abstützfläche 58 manövriert werden. Somit kann die Hauptvortriebseinrichtung 62 erregt werden, um die Plattform 56 nach vorn oder nach hinten anzutreiben, während eine seitliche Bewegung durch Erregung der Hilfsvortriebseinrichtungen 64, 66 erhalten werden kann derart, daß ihre sich bewegenden elektromagnetischen Felder sich in der entsprechenden Richtung bewegen. Wenn weiterhin die Hilfsvortriebseinrichtungen 64, 66 derart erregt sind, daß ihre elektromagnetischen Felder sich in entgegengesetzten Richtungen bewegen, kann die Plattform 56 veranlaßt werden, sich zu drehen. Die Plattform 56 ist mit einer zweckentsprechenden Quelle elektrischer Energie versehen, beispielsweise mit einem an ihr angeordneten, von einer Maschine angetriebenen Generator, und sie weist zweckentsprechende Steuerstromkreise und Umkehrschalter zum Steuern der Erregung der Vortriebseinrichtungen auf.
Bei der in Fig. 10 schematisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung dient der Luftstrom, welcher das Fahrzeug 68 auf einer Fläche wie dem Gleis 22 oder der Abstützfläche 58 gemäß vorstehender Beschreibung abstützt, weiterhin dem Zweck, die Vortriebseinrichtung des Fahrzeuges zu kühlen. Für diesen Zweck ist das Fahrzeug 68 mit vier luftkissenbildenden Organen 70 versehen, die nahe der Ecken der Plattform 68 angeordnet sind. Zusätzlich ist ein mittleres luftkissenbildendes Organ 72 vorgesehen, welches eine nachgiebige Membran 74 toroidaler Form aufweist, welche den ferromagnetischen Kern 76 umgibt und an ihren Außenkanten an ddr Bodenfläche des Fahrzeuges 68 hermetisch dicht, und an ihren Innenkanten an den Seitenwänden des Kernes 76 befestigt ist. Das Innere des Organes 72 wird über einen zweckentsprechenden Luftkanal 78 mit Druckluft versorgt und die darin strömende Luft tritt durch den Kern 76 hindurch zufolge der Tatsache, daß waagerechte Schlitze 80 und senkrechte Durchgänge 82 in diesem gebildet sind. Dadurch wird die durch das luftki:isenbildende Organ '(2 atrcituende Luft zum Kühlen des Kernes 76 ausgenutzt, und nach Durchströmen des Kernes 76 tritt die Luft in die Kammer ein, die von der unteren Fläche der biegsamen Membran 74 und der Fläche gebildet ist, auf welcher das Fahrzeug 68 ruht, um das Abstützen des Gewichtes des Fahrzeuges zu unterstützen.
Für den Fall, daß die Fahrzeugbelastungen sich in der Größe ändern, so daß die das Fahrzeug abstützenden luftkissenbildenden Organe die gewünschte Trennung bzw. den gewünschten Luftspalt zwischen dem Anker und den Statorkomponenten des Induktionsmotors nicht aufrechterhalten, kann eine getrennte Halterung für eine Vortriebseinrichtung vorgesehen sein, wie es in Fig. 13 dargestellt ist. Gemäß Fig. 13 ist der Stator 90 an einem Tragrahmen 92 befestigt, der seinerseits mit dem Fahrzeug 94 durch Antriebspfosten 96 verbunden ist, die in Öffnungen 98 im Rahmen 92 aufgenommen sind derart, daß eine begrenzte relative senkrechte Bewegung zwischen dem Fahrzeug 94 und dem Stator 90 zugelassen ist, während die gewünschten Vortriebskräfte auf das Fahrzeug 94 übertragen werden. Luftkissenbildende Organe 100 sind somit erforderlich, um lediglich die relativ konstante Belastung der Vortriebseinrichtung abzustützen, so daß die Organe einen relativ konstanten Luftspalt zwischen dem Stator und dem Gleis aufrechterhalten können, um den Motorwirkungsgrad bei verschiedenen Fahrzeugbelastungen aufrechtzuerhalten. In Fig. 14 ist eine abgewandelte Ausführungsform der Erfindung wiedergegeben, gemäß welcher die Luftzufuhr zu den luftkissenbildenden Organen durch irgendeinen zweckent-.sprechenden Servomechanismus geändert wird, um den gewünschten Luftspalt zwischen dem Anker bzw. dem Gleis 110 und dem Stator 112 aufrechtzuerhalten. Bei einer typischen Anlage wird die Luftspaltbreite durch irgendeinen zweckentsprechenden Fühler 114 gemessen, dessen Ausgang 13.6 mit einem Bezugssignal 118 verglichen und an ein Steuerventil 120 angelegt wird, um dadurch die von der Quelle 122 dem luftkissenbildenden Organ 112 zugeführte Luftmenge zu ändern, um die gewünschte Luftspaltbreite aufrechtzuerhalten.
Durch die Erfindung ist eine Transportanlage geschaffen, bei welcher ein Fahrzeug durch Luftdruck in richtiger Beziehung zu einer Abstützfläche gehalten ist, die magnetische Eigenschaften hat, um zu ermöglichen, daß zwischen einer Vortriebseinrichtung in dem Fahrzeug und der Fläche wirkende elektromagnetische Kräfte zum Antrieb des Fahrzeuges ausgenutzt werden. Weiterhin kann das Fahrzeug durch Ausnutzen quer arientierterElektromagnbte bzw. zusätzlicher Vortriebseinrichtungen derart geführt bzw. manövriert werden, daß mechanische Führungseinrichtungen überflüssig sind und das Fahrzeug sich im wesentlichen reibunggfrei entlang seiner Bewegungsbahn bewegen kann. Außerdem schafft die Erfindung für solche Fälle, bei denen übermäßige Wärme in dem Kern erzeugt wird, der einen Teil der Vortriebseinrichtung des Fahrzeugs bildet, eine Einrichtung zum Ausnutzen des das Fahrzeug abstützenden Luftstromes für zusätzliche Zwecke, nämlich zum Kühlen des Kernes, wodurch die mechanische Ausführung des Fahrzeuges vereinfacht wird.

Claims

Patentansprüche 1. Transportanlage mit einem Fahrzeug und einem Gleis, gekennzeichnet durch eine von dem Fahrzeug getragene längliehe Einrichtung (z.B. 34) aus magnetischem Material, entlang welcher eine Mehrzahl von Drahtspulen verteilt sind, eine Einrichtung zum Verbinden der Spulen mit einer Mehrphasen-Wechselstromquelle, um ein elektromagnetisches Feld zu erzeugen, welches sich entlang der Einrichtung bewegt, einen einen Teil des Gleises (z.8. 22) bildenden leitenden Teil (z.B. 42) und einen zu diesem parallelen magnetischen Teil (z.B. 44), eine Einrichtung (z.B. 24) zum Abstützen des Fahrzeugs (z.B. 20) für Bewegung entlang des Gleises (z.8. 22), wobei die längliche Einrichtung nahe dem Gleis und in Ausrichtung mit diesem angeordnet ist, und wobei der leitende Teil und der magnetische Teil derart angeordnet sind, daß sie mit dem durch die längliche Einrichtung erzeugten elektromagnetischen Feld zusammenarbeiten, um Magnetkraft zum Vortrieb des Fahrzeuges entlang des Gleises zu schaffen.
2. Transportanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abstützen des Fahrzeuges Niederdruckluftkissen bildende Organe aufweist.
3. Transportanlage nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Ändern der Luftzufuhr zu den luftkissenbildenden Organen, um den Abstand zwischen dem Fahrzeug und dem Gleis aufrechtzuerhalten.
4. Transportanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine von dem Fahrzeug getragene elektromagnetische Einrichtung .zum Erzeugen von quer zu dem Gleis wirkenden Magnetkräften.
5. Transportanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung einen von dem Fahrzeug getragenen Elektromagnet (46) aufweist, der zwei in seitlichem Abstand voneinander liegende Schenkel (48, 50) aufweist, die sich in Richtung auf gegenüberliegende Kanten des Gleises (22) erstrecken, so daß die den Elektromagneten und den magnetischen Teil miteinander verkettenden Magnetkräfte das Bestreben haben, eine seitliehe Bewegung des Fahrzeuges zu verhindern.
6. Transportanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die luftkissenbildenden Organe (72) jeweils eine biegsame Membran (74) aufweisen, die sich von dem Fahrzeug (68) nach unten erstreckt und die längliche Einrichtung (76) umschließt, um eine toroidale Luftkammer zu bilden, eine Einrichtung (78) vorgesehen ist zum Richten eines Luftstromes in die Kammer sowie eine Einrichtung zum Abgeben von Luft aus der Kammer entlang der unteren Fläche der Membran, die eine Mehrzahl von Luftdurchgängen (82) in der,länglichen Einrichtung aufweist.
7. Transportanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zwei längliche Hilfseinrichtungen (64, 66) aus magnetischem Material aufweist, die an dem Fahrzeug (56) nahe dessen vor-.deren und hinteren Ende befestigt sind und deren Hauptachsen waagerecht und quer dem Gleis (58) verlaufen, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist zum Erzeugen elektromagnetischer Felder, die sich,entlang der Länge jeder länglichen Hilfseinrichtung bewegen. B.
Transportanlage nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Schalteinrichtung zum wahlweisen Umkehren der Bewegungsrichtung jedes elektromagnetischen Feldes.
9. Transportanlage nach einem der Ansprüche 1 bis.8, gekennzeichnet durch eine von der Fahrzeugabstützeinrichtung unabhängige Einrichtung (92, 96, 98, 100) zum AbstUtzen der länglichen Einrichtung (90) zwecks Bewegung relativ zu dem Fahrzeug (94), um die längliche Einrichtung nahe dem Gleis zu halten.
10. Transportanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abstützen der länglichen Einrichtung (90) Niederdruckluftkissen bildende Organe (100) aufweist, welche Luft abgeben, um die längliche Einrichtung und ihre Drahtspule zu kühlen.