DE2329718C3

DE2329718C3 - Linearmotor zum antrieb und zur schwebefuehrung fuer eine hochgeschwindigkeitsbahn

Info

Publication number: DE2329718C3
Application number: DE19732329718
Authority: DE
Inventors: Naoki Maki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1972-06-15
Filing date: 1973-06-12
Publication date: 1977-03-17
Also published as: DE2329718A1; FR2189988A1; DE2329718B2; JPS4919514A; US3858522A; GB1427200A; FR2189988B1

Description

Ankerspule Z während die Schwebefeldspulen 7 in der Nähe und auf beiden Seiten der parallelen Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 angebracht sind. Die Feldspulen erzeugen Feldflüsse innerhalb der Längsrinne 4, die nur Komponenten haben, die senkrecht mit -jer Ankerspule verkettet sind.

Mit dieser Spulenanordnung wird die Antriebskraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Feldfluß, der durch die Antriebsfeldspule 3 erzeugt wird, und zwischen dem Strom, der durch die senkrechten Spulenseiti π 8 der Ankerspule 2 fließt, gebildet. Außerdem wird die Schwebekraft durch die Wechselwirkung zwischen dem Magnetfluß bewirkt, der durch die Schwebefeldspuien 7 erzeugt wird, und zwischen dem Strom, der durch die parallelen Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 fließt. Wie oben erläutert wurde, sind erfindungsgemäß die Antriebsfeldspulen und die Schwebefeldspuien getrennt vorgesehen, so daß die Triebkraft vergrößert werden kann, indem frei und unabhängig von der Schwebekraft die Breiten der Anlriebsfeldspulen und der Ankerspulen vergrößert werden. Ebenso kann die Schwebekraft vergrößert werden, indem unabhängig von der Antriebskraft die Flußdichte vergrößert wird, die durch die Schwebefeldspulen erzeugt wird. Darüber hinaus können in diesem Fall die Länge und die relative Lage jeder Schwebefeldspule willkürlich gewählt werden, so daß die Schwebekraft so bestimmt werden kann, daß die Schwankung beim Schweben am kleinsten ist.

Die Fig. 2 und 3 dienen zur Erläuterui-.g der erfindungsgemäßen Erzeugung der Schwebekraft.

F i g. 2 entspricht einem Fall, bei dem ein Dreiphasensynchronlinearmotor verwendet wird, dessen Anker einen Nutenschritt von 120° aufweist. In diesem Fall ist die gesamte Schwebekraft ausreichend groß, und der Welligkeitsanteil in der Schwebekraft ist klein. Hier ist die gesamte Schwebekraft die Summe der jeweiligen, von den drei Phasen ausgeübten Schwebekräfte, wobei jede Schwebekraft für eine Phase gegeben ist durch das Produkt aus dem Magnetfluß B1, der durch die Schwebefeldspulen induziert wird, und aus dem

Ankerstrom.

Fig.3 entspricht einem Fall, bei dem ein mit Halbwellen erregter Linearmotor verwendet wird, dessen Anker ebenfalls einen Nutenschritt von 120° aufweist, wobei jedoch die Länge der Schwebefeldspule doppelt so groß wie die Länge der Antriebsfeldspule ist. In diesem Fall ist die Welligkeit der Schwebekraft vernachlässigbar, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Schwebefeldspulen in der Nähe und auf beiden Seiten der parallelen Spulenseiten der Ankerspule vorgesehen. Als Abwandlung von diesem Ausführungsbeispiel kann ein Eisenkern 10 für die Schwebefeldspulen 7 vorgesehen sein, wie dies in F i g. 4 gezeigt ist, um die Dichte des wirksamen Flusses zum Schweben und deshalb die Schwebekraft zu vergrößern.

In F i g. 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt, wobei die Antriebsfeldspulen 3 und die Ankerspule 2 waagerecht vorgesehen sind. In diesem Fall kann ebenfalls die Antriebskraft mittels der Ankerspule 2 und der Antriebsfeldspulen 3 erzeugt werden. Die Schwebekraft wird durch die Schwebefeldspulen 7 erzeugt, die Magnetflüsse für die parallelen .Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 liefern. Weiterhin sind seitliche Führungsspulen )4 vorgesehen. Diese Führungsspulen 14 können beispielsweise mit jeder anderen verbunden sein, um in bekannter Weise eine »Nullflußanordnung« zu bilden, bei der der die Führungsspulen 14 verkettende Fluß verschwindet, wenn die Mitte des Fahrzeuges mit der Mitte der Spulen 14 zusammenfällt.

Wie oben erläutert wurde, ermöglicht die vorliegende Erfindung einen sehr vorteilhaften Linearmotor für Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnen, der unabhängig von der veränderlichen Antriebskraft immer konstante Schwebekräfte erzeugen kann, obwohl der Motor zur Erzeugung der Schwebekräfte dient, und bei dem die Antriebskraft keinen Einfluß auf die Schwebekraf! hat, mit dem Ergebnis, daß jede Kraft getrennt gesteuert werden kann.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Linearmotor zum Antrieb und zur Schwebefühi_.. rung fur eine Hochgeschwindigkeitsbahn mit in Fahrtrichtung hintereinander angeordneten im wesentlichen rechteckigen, ein wanderndes Feid ; erzeugenden Ankerspulen, deren erstes Seitenpaar parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und deren zweites Seitenpaar senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegt, und mit einer Feldwicklungsanordnung.die gegenüberden Ankerspulen derart angeordnet ist, daß durch die Wechselwirkung zwischen dem durch die Feidwicklungsanordnung erzeugten Magnetfeld und dem in den Ankerspulen fließenden Strom in Verbindung mit dem ersten Seitenpaar eine Schwebekraft und in Verbindung mit dem zweiten Seitenpaar eine Antriebskraft erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß den ersten und zweiten Seitenpaaren jeweils auf der Feldwicklungs-Antriebskraft wird durch den durch die Feldspulen ; erzeugten Magnelfluß.bewirkt, der auf den Gleichstron einwirkt, der dyrchr die Spulenseiten der Ankerspult fließt, die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuge! sind. Es werden also lediglich die Anker- und Feldspuler zur Erzeugung der Schwebe- und Triebkräfte verwen det

Der mit Thyristoren ausgerüstete Gleichstromlinear motor hat also den Vorteil, daß die Schwebe- und die

ίο Antriebskraft durch die gleichen Spulen erzeugi werden. Dieser Motor hat jedoch den unvermeidbarer Nachteil, daß die entwickelte Antriebskraft nicht se groß sein kann. Dies beruht darauf, daß die Länge von jeder der Spulenseiten zur Erzeugung der Antriebskraft

_f5 die senkrecht zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges ist innerhalb eines gewissen Bereiches begrenzt sein muß um eine geeignete Setwebekraft zu erzeugen.

Es ist deshalb nicht nur eine wichtige Forderung für einen in Hochgeschwindigkeits-Eisenbahnen verwende-

seite eigene Feldspulen, d. h. Antriebsfeidspulen (3) 20 ten Linearmotor, daß die Antriebs- und die Schwebeeinerseits und Schwebefeldspulen (7) andererseits. kraft durch eine einzige Ankerspule erzeugt werden, zugeordnet sind, die getrennt steuerbar sind. sondern auch, daß die Antriebskraft bei Veränderung

der Schwebekraft groß genug bleibt. Die vorliegende

Erfindung löst dieses Problem ohne wesentliche

Komplizierung der Anordnung des Systems.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegerden Erfindung, Linearmotor für Hochgeschwindigkeitsbahnen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Linearmotor zum Antrieb und zur Schwebeführung für eine Hochgeschwindigkeitsbahn mit in Fahrtrichtung einen

der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er im wesentlichen konstante Schwebekräfte erzeugen kann,

hintereinander angeordneten im wesentlichen rechtekT- 30 unabhängig von einer Veränderung der Antriebskraft

kigen, ein wanderndes Feld erzeugenden Ankerspulen, und bei dem der Einfluß der Antriebskraft auf die

deren erstes Seitenpaar parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeugs und deren zweites Seitenpaar senkrecht zur

Fhih d

Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegt, und mit einer Schwebekraft vernachlässigbar ist, wobei diese Kräfte getrennt steuerbar sind.

Gemäß der vorliegenden Lrlindung wird diese

Feldwicklungsanordnung, die gegenüber den Ankerspu- 35 Aufgabe dadurch gelöst, daß den ersten und zweiten !en derart angeordnet ist, daß durch die Wechselwir- Seitenpaaren jeweils auf der Feldwicklungsseite eigene

Feldspulen, d. h. Antriebsfeldspulen einerseits und Scliwebefeldspulen andererseits, zugeordnet sind, die getrennt steuerbar sind.

kung zwischen dem durch die Feldwicklungsanordnung erzeugten Magnetfeld und dem in den Ankerspulen fließenden Strom in Verbindung mit dem ersten

Seitenpaar eine Schwebekraft und in Verbindung mit 40 Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindern zweiten Seitenpaar eine Antriebskraft erzeugt dung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
wird. Fig. 1 einen Schnitt durch ein mit einem erfindungs-

Ein derartiger Linearmotor ist durch die DT-OS gemäßen Linearmotor ausgerüstetes Fahrzeug, ein-

21 33 922 bekannt. schließlich eines besonders angepaßten Schienenweges

Dieser z.B. mit Thyristoren ausgerüstete Gleich- 45 (Bahn) mit Ankerspulen,

stromlinearmotor ist aus wirtschaftlichen Gesichtspunk- Fig. 2 und 3 verschiedene Diagramme zur Erläuteanderen bekannten

ten anderen bekannten Anordnungen mil größerer Spulenzahn vorzuziehen. Jedoch ist es mit einem derartigen Linearmotor schwierig, eine ausreichende Triebkraft zu erhalten. Weiterhin verändert sich die Schwebekraft mit der Triebkraft, da eine einzige Spule sowohl zum freischwebenden Anheben als auch zum Antrieb des Fahrzeugs dient.

Ein bekanntes Transportsystem mit einem derartigen Linearmotor, wie dieser oben beschrieben wurde, ist schematisch in der Fig.6 dargestellt. Die Anordnung und das Prinzip dieses Systems wird anhand dieser Figur beschrieben. Ein Fahrzeugrahmen 1 hat eine Längsrinne 4 in der Mitte seines Bodenteiles. In der Rinne l!;gt eine Ankerspule 2, die am Boden 6 befestigt ist, während Feldspulen 3 am Fahrzeugrahmen I so angebracht sind, daß sie in der Nähe und auf beiden Seiten der Ankerspule 2 angeordnet sind.

Die Schwebekraft entsteht aufgrund der gegenseitigen Wechselwirkung zwischen dem Fluß, der durch die Feldspulen 3 und den Gleichstrom erzeugt wird, der durch die Spulenseiten 9 der Ankerspule 2 fließt, die parallel zur Fahrtrichtung des Fahrzeuges sind. Die in

der Fig. 1 dargestellten

rung des Betriebes des
Linearmotorfahrzeuges,

Fig.4 und 5 Schnitte durch andere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die dem in der F i g. I gezeigten Schnitt ähnlich sind, und

F i g. 6 einen Schnitt eines Fahrzeuges, das mit einem Linearmotor bisher bekannter Art ausgerüstet ist, einschließlich eines Schnittes des Schienenweges (Bahn) mit einer Ankerspule.

Fig. 1 zeigt einen Schnitt eines Linearmotors einschließlich eines Fahrzeugrahmens 1, einer Ankerspule 2 und Antriebsfeldspulen 3. Der Fahrzeugrahmen 1 hat eine Längsrinne 4 in der Mitte von seinem Bodenteil entlang der Fahrtrichtung des Fahrzeuges. Die Ankerspule 2 liegt in der Rinne 4 mit einem Abstand 5 für die Fahrt des Fahrzeuges in bezug auf die Ankerspule 2. Die Ankerspule 2 ist starr am Boden 6 durch geeignete Stützen (nicht dargestellt) befestigt. Neben den Antriebsfeldspulen 3 sind noch Schwebefeldspulen 7 am Fahrzeugrahmen angebracht.

Die Antriebsfeldspulen 3 liegen in der Nähe und auf beiden Seiten der senkrechten Spulenseiten 8 der