DE2264293A1 - Linearer induktionsmotor mit mehrphasiger ringwicklung - Google Patents

Description

K raues- M af x* ei TF 519

Aktiengesellschaft München 50

Linearer Induktionsmotor mit mehrphasiger Ringwicklung

Die Erfindung betrifft einen linearen Induktionsmotor mit einem eine mehrphasige, mindestens dreiseitig in Nuten eingelassene Ringwicklung aufweisenden Ständer und einem den Ständer dreiseitig umfassenden Reaktionsteil aus einer Schiene von im wesentlichen U-förmigem Profil aus ferromagnetische« Material, deren Innenflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht als Reaktionsschiene belegt sind·

Derartige dreiseitig wirkende lineare Induktionsmotoren

zeichnen sich durch eine kompakte Bauweise sowie geringe Streuung aus» da die aktive Oberfläche des Ständers zur Erzeugung des Schubs im Verhältnis zu nur doppelseitig wirksamen Induktionemotoren erheblich vergrößert ist.

Der Ständer eines bekannten, in der US-PS 3 333 12*t beschriebenen linearen Induktionsmotors dieser Art weist eine Mehr saal von auf Abstand sueinander stehenden Polen auf, zwischen denen jeweils eine Spule in einer Mut untergebracht ist. Die Pole des Ständers sind an einer gemeinsamen Montageplatte befestigt. £· liegt auf der Band, daß

409827/0538

ORIGINAL INSPeCiBD

eine derartige Motorkonstruktion für Leistungen von einigen Megawatt und Geschwindigkeiten von etwa !500 km/h nicht geeignet ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen linearen Induktionsmotor der eingangs genannten Art anzugeben, der sich durch geringen konstruktiven Aufwand sowie geringe Verluste auszeichnet und hohen mechanischen und elektrischen Anforderungen beim Einsatz zum Antrieb von Hochgeschwindigkeitsfahrzeugen gewachsen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stünder einen längegeteilten Ständerkern mit zwei Kernblechpaketen unterschiedlicher Schichtrichtung besitzt.

Der wesentliche Vorteil eines derartigen Aufbaus liegt darin, daß auch die motorinnere Stirnseite dem Flußaustritt angepaßt lamelliert werden kann und daß zvei gesonderte Kernblechpakete unterschiedlicher Schichtrichtung dem Ständerkern eine.hohe Steifigkeit geben·

Vorteilhaft sind die Kernblechpakete nutenloe ausgebildet und U-formige Zahnblechpakete vorgesehen, die als Stan· derzähne auf drei Seiten des Ständerkerns aufsitsen· Hierdurch wird das Stanzen komplizierter Nutenprofile erübrigt und eine Vorfertigung kompletter Spulen möglich, die vor

409827/0538 " ³ '

der Montage dor Zahnblechpakete auf den Ständerkern auf geschoben werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung stimmt die Schichtrichtung der beiden Kernblechpakete mit dem Verlauf der jeweils zugeordneten aktiven Leiterabschnitte der Ringwicklung überein. Neben geringen Wir belstromverlusten ergeben sich auf diese Weise kurze Spannbolzen und Zuganker für die Kernblechpakete, da Höhe und Breite eines linearen Induktionsmotors für große Geschwindigkeiten im Verhältnis zu dessen Länge sehr klein sind.

Eine einfache Fixierung der U-förmigon Zahnblechpakete ist dadurch gewährleistet, daß in den drei aktiven Außenflächen des Ständerkerns vorzugsweise flache Aussparungen vorgesehen sind.

Zur Befestigung der Zahnblechpakete an Verspannelementen des Ständerkerns ragen die freien Enden der Seitenschen kel der U-förmigen Zahnblechpakete vorteilhaft über den Ständerkern hinaus. Dadurch wird gleichseitig die aktive Eisenflache des Motors weiter vergrößert·

Eine Weiterbildung der Erfindung liegt darin, daß xur Vermeidung verlustvergrößernder Inhomogenitäten des magne tischen Nutzfeldes Kanten der aktiven Außenflächen der

Λ09827/0538 " ^k "

U-fürmicen Zahnblechpaketc gerundet ausgeführt sind·

Kine Sicherung der auf den Ständerkern aufgeschobenen Wicklungspulon wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß die Außenblcche jedes Zahnblechpakcts am Zahnkopf als Widerlager für Nutverschlußkeile zur Nut hin abgebogen sind·

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der F.rfiiidunc sind die Kernblechpakete über Ständerbefcsticungslaschon miteinander und mit den Zahnblechpaketen zu einer selbsttragenden Einheit verspannt, so daß ein besonderes, das Gewicht des Ständers vergrößerndes Kerntraggerüst überflüssig ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt in der Verwendung dee erfindungsgemäßen Induktionsmotorβ als Antrieb eines elektromagnetisch aufgehängten und geführten Schwebefahrzeug unter Benutzung der ferromagnetischen Schiene des Keaktionsteils zugleich als Trag- und Führungsankerschie j ie des Trag- und Führungssysteme des Schwebefahrzeuge. Auf diese Weise wird ein Teil dee Querschnitts der ferromagnetisehen Schiene sowohl für den linearen Induktionsmotor als auch für das Trag- und Führungssystem des Schwebefahrzeugs gemeinsam genutzt, was Material- und Kosteneinsparungen für die Fahrbahn dee Schwebefahrzeuge erbringt« Die ferromagnetische Schie-

409827/0538 " ⁵ "

no besitzt infolge Hires U-Profils ein großes Trägheitsmoment und kommt daher mit relativ wenigen Befestigungapunkten aus. Auch ist die Wahrscheinlichkeit ihrer mechanischen Beschädigung gering. Schließlich eignet eich ein derartig kompaktes kombiniertes Trag- Führungsund Antriebssystem zum Aufbau von Fahrbahnvei'zweicungen besonders gut, da für die am Fahrzeug montierten Systemkomponenten, nämlich den Ständer des linearen Induktionsmotor s sowie die Trag- und Führungsmaguete, eine einseitig unbegrenzte horizontale Beweglichkeit in Fahrbahnquerrichtung gegeben ist.

Den Polflächen der Elektromagnotc des Trag- und Führungssystems entsprechende schmale Polflächen der als Ankerschiene wirkenden ferromagnetischen Schiene werden vorteilhaft dadurch erreicht, daß der untere Seitenschenkel der ferromagnetischen Schiene vom im wesentlichen U-förmig em Profil zwei in gegenseitigem Abstand nach unten ragende Stege trägt, unter denen die Trag- und Führungsmagnete des Trag·· und Führung s sy st ems des Schwebefahrzeug» auf Abstand vorgesehen sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigtt

Fig. 1 einen Querschnitt eines erfindungsgemäßen Induk-

409827/0538 " ⁶ '

226A293

tionsmotors,

Fig. ... einen Längsschnitt den Iiiduktionsmotors gemäß Linie II-II in Fig. 1,

FiG. 3 einen Schnitt durch den Ständerkern gemäß Linie I1I-III in Fig. 1 und

Fig· '¹I- erfindungsgemäßc Induktioiisruotoren zum Antrieb eines elektromagnetisch aufgehängten und geführten Sclruebefahrzeugs.

Der in Figur 1 dargestellte lineare Induktionsmotor be steht aus einem Ständer 1, dessen eine schmale Längsseite zu seiner Befestigung an einem Fahrzeug geeignet ausgebildet ist, während die übrigen drei Längsseiten vom Realctionsteil 2 des Induktionsmotors in Form einer fest mon tierten Eisenschiene 3 von U-Profil und einer leitenden Belegung der Innenflächen der tieenscfciene als Reaktionsschione h unter Wahrung eines Luftspalts 5 umschlossen sind, Der Ständer 1 weist einen Ständerkern 6 auf, der aus einem Hauptkernblechpaket 7 und einem Stirnkernblechpaket 8 aufgebaut ist. Auf dem Ständerkern 6 sitzt eine Mehrzahl von rechteckigen Wicklungepulen 9» die zu einer mehrphasigen Ringwicklung miteinander verbunden sind. Zwischen benachbarten Wicklungspulen 9 ist jeweils ein U-förmiges Zahnblechpaket 10 vorgesehen, das, wie Fig. 2 zeigt, in flache Aussparungen 11 in der Oberfläche dee Ständerkerne eingesetzt ist. Auf die Aussparungen 11 kann vielfach verzichtet werden.

409827/0538

Das Hauptkernblechpaket 7 besteht aus Blechen von der Lunge des gesamten aktiven Teils des Ständers 1, die in richtung des ^Verlaufs der angrenzenden Spuleiileiter aufeinandergeschichtet sind. In Übereinstimmung damit verläuft die Scliichtrichtung der Bleche des Stirnkernblechpakcts 8 senkrecht daxu. Auf diese Ueise besteht £ür praktisch den Gesaraten aus dem Ständei-kern 6 in die als magnetischer Rückschluß dienende Eisenschiene 3 austretenden Fluß des Motors am Austritt sowie für den in den Ständerkern 6 eintretenden Pluß am Eintritt eine zur Wirbelsti-omreduzierung geeignete Kernlamellierung.

Das Stirnkernblechpaket 0 weist Endplatten 12, 13 auf, die mit Hilfe vpn Spannbolzen lh miteinander verspannt und anschließend über einen Fußteil 15 der einen Endplatte 12 miteinander verschweißt sind* Der Fußteil 15 besitzt eine Mehrzahl von in den Fig. 1 und 3 dargestellten Ausnehmungen 16, in denen Zuganker 17 für das Hauptkex-nblechpaket 7 verankert sind« Die Ausnehmungen 16 sind so geformt, daß die Köpfe 18 der Zuganker 17 in einer bestimmten Winkellage eintreten und anschließend um 90 verdreht und damit festgehalten verden können. Die Einhaltung einer 90 -Drehung gewährleisten zwei Stifte 19 bzw· zwei Absätze im Fußteil 15, Der Fußteil I5 dient damit als Druckplatte für das Hauptkernblechpaket 7· Auf der gegenüberliegenden Seite des Hauptkernblechpaketes 7 wirken die Zuganker 17 auf eine weitere Druckplatte 20.

- 8 409827/0538

Nachdem der Ständerkorn 6 fertiggesteilt ist, werden die l.'icl:luii/;spulen aufgeschoben und zwischen ihnen jeweils ein U-fünii^es Zalmbjechpaket 10 auf den Ständerkern 6 aufgesetzt. Die U-förmiceii Zahnblechpakctc 10 wcrdon anschließend r.iit dem Ständerkern 6 verspannt. Dazu sind die freien Schenkclendeu jeweils zweier Zahnblechpakete 10 mit einer Bofcsticuncslnsche 21 verschraubt, die eine arretierbare zentrale Druckscliraube 2.2 besitzt· Die Druckschraube 712 drückt geyen die Basis 2k eines U-Prof ils, dessen Scitcnschcnkcl Zahnreihen 2"} darstellen, deren Zülmc sich auf der weiteren Druckplatte 20 abstützen und durch deren Nuten 25 die Uicklungsspulcn 9 der liingvicklunc hindurchtreten. Mit den Bofestifjuncslascheu 21 wird der Ständer 1 an einem Fahrzeug montiert (in Fig. 1 nicht dargestellt).

Die Außenbleche 26 jedes Zahnblechpakets 10 sind stärker ausgebildet als die übrigen Dlocho und am Zahnkopf zur angrenzenden Nut hin abgewinkelt, so daß in die Nuten eingeschobene NutverschluOkeile Halt finden und ein Ilerausbiegen der Wicklungsspulenseiten sicher vermeiden (Fig.2).

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, sind an den Übergängen zwieohen dem Basisschenkel jedes Zahnblechpakete 10 und den Seitenechenkeln scharfe Kanten in Übereinstimmung mit der Ausbildung des Reaktionsteile 2 vermieden und Rundungen R ausgebildet, um die Inhomogenität des magnetischen Feldes in

409827/0538 - 9 -

diesen Eckbereichen zu reduzieren und dadurch die Verluste klein zu halten.

Die Belegung der U-förmigen Eisenschiene 3 des Reaktionsteils 2 als Reaktionsschiene k reicht über deren Innenflächen hinaus, bis auf die Stirnflächen der freien Enden der Seitenschenkel der Eieenschiene 3· Hierdurch werden zusätzliche gemäß den Piß. 1 und 2 horizontal gerichtete Kräfte zwischen dem Ständer 1 und dem Reaktionsteil 2_f die in Randeffekten ihre Ursache haben und sich störend auswirken können, beseitigt, mindestens aber vermindert ·

Fig. k zeigt erfindungsgemäße lineare Induktionamotoren 28 zum Antrieb eines magnetisch aufgehängten und geführten Schwebefahrzeug« 29· An beiden Längsseiten des Schwebefährzeuge 29 ist jeweils ein Ständer 1 mit Hilfe der Befestigungalaschen 21 montiert, während die Reaktionstelle 2 an Fahrbahnelementen 30 befestigt sind. Die U-Profil-Eisenschienen 3* dienen zugleich als Trag- und Führungsankerschienen für die ebenfalls an beiden Schwebefahrzeuglängsseiten unterhalb der Ständer 1 vorgesehenen Reihen von Trag- und Führungemagneten 31. Dazu sind an den Außenrändern des unteren Seitenschenkels 3& jeder Eisenschiene 3» nach unten ragende Stege 33 ausgebildet, deren nach unten weisende Stirnflächen als Polflächen den Polflächen der Trag- und FührungsBiagnete 31 auf Ab-

409827/0538

- 10 -

- ίο .

stand gegenüberstehen. Dieser Abstand wird von Sensoren (in der Zeichnung nicht dargestellt) erfaßt und durch eine Regelung der Erregung der Trag- und Führungsmagnete 31 konstant gehalten, so daß auch die Luftspalte 5(Fi|i»i) zwischen den aktiven Stünderaußenflachen und den zugehörigen Reaktionsschienen h im wesentlichen konstant sind.

In Fig. k ist angedeutet, daß die hintereinander angeordneten Trag- und Führungsmagnete 31 jeder Reihe abwechselnd nach rechts und nach links zueinander versetzt angeordnet sind. Durch getrennte Regelung der Erregung aller nach rechts und aller nach links versetzten Magnete können horizontale Kräfte auf das Schwebefahrzeug 29 ausgeübt werden, so daß auch ohne ein gesondertes Führung β sy β tem seitliche Versetzungen des Fahrzeuge unterbunden werden können·

Im Gegensatz zu dem von jedem Ständer 1 aufgebauten Wanderfeld, das die zugeordnete Eisenschiene 3' in Schienenlängsrichtung durchsetzt, verläuft das Trag- und Führungsfeld der Trag- und Führungsmagnetβ 31 i» unteren Seitenschenkel 32 der jeweiligen Eisenschiene 3¹ in Schienenquerrichtung. Andererseits erhöhen die zusätzlichen Stege 33 der Eisenschiene 3* deren Steifigkeit, was die Abstände der Schienenbefestigung an den Fahrbahnelementen 30 noch vergrößern läßt. Die Ü-Profil-Eisenschiene 3' iet somit nicht nur magnetisch sondern auch mechanisch optimal aus-

"^natxt· 409827/0538

- 11 -

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1.) Linearer Induktionsmotor mit einem eine mehrphasige, mindestens dreiseitig in Nuten eingelassene Ringwicklung aufweisenden Ständer und einem den Ständer dreiseitig umfassenden Reaktionsteil aus einer Schiene von im wesentlichen U-förmigem Profil aus ferromagnetischcm Material, deren Innenflächen mit einer elektrisch leitenden Schicht als Reaktionsschiene belegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Ständer (i) einen längsgeteilten Ständerkern (6) mit zwei Kernblechpaketen (7»β) unterschiedlicher SchJchtrichtung besitzt. , >

   2· Linearer Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernblechpakete (7t8) nutenlos ausgebildet und daß als Ständerzähne dreiseitig auf den Ständerkern (6) aufsitzende U-förmige Zahnblechpakete (1O) vorgesehen sind.

   3· Linearer Induktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtrichtung der bei den Kernblechpakete (7_f8) mit dem Verlauf der jeweils zugeordneten aktiven Leiterabschnitte der Ringwicklung Übereinstimmt·

   409827/0538 - 12 -

   U, Linearer Induktionsmotor nach cinom der vorherfehendon Ansprüche, dadurch (jekcnnzeichnet, daß in den drei aktiven Außenflächen des Ständerkerns (6) flache Aussparunccn (ii) zur Fixierung der U-fürmiß;en Zahnblechpaketc (lO) vorcesehen sind.

   5. Linearer Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis h_t dadurch Gekennzeichnet, daß die freien Enden der Seitenschenkel der U-förmicen Zahnblechpakete (lO) über den Ständerkern (6) hinausragen.

   6. Linearer Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Kanten der aktiven Außenflächen der U-fb'rmigen Zahnblechpakete (lO) gerundet ausgeführt sind.

   7· Linearer Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenbleche {26) jedes Zahnblechpaketee (10) am Zahnkopf als Widerlager

   (27) für Nutverschlußkeile zur Nut hin abgebogen sind.

   8. Linearer Induktionsmotor nach einen der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kernblechpakete (7,8) über Ständerbefestigungslaschen (21) alteinander und mit den Zahnblechpaketen (1O) au einer selbsttragenden Einheit verspannt sind»

   - 13 -

   409827/0538

   9. Linearer Induktionsmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Antrieb eines elektromagnetisch aufgehängten und gerührten Schwebefahrzeugs (29) unter Benutzung der ferroraagnetischeii Schiene (3¹) deß lieaktionsteils (2) zugleich ale Trag- und Führungsankerschiene des Trag- und Führungssystems des Gchwebefahrzeugs.

   10. Linearer Induktionsmotor nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der untere 3eitenschenkel (32) der ferroBagnetischen Schiene (3¹) von im wesentlichen U-rörmi^eri i rofil zwei in gegenseitigein Abstand nach unten ragende Stege (33) trägt, unter denen die Trag- und Führungswannete (31) des Trag- und Führungssysteras des Schwebefahrzeugs (29) auf Abstand vorgesehen sind.

   Gr/ll

   409827/0538