DE2312668A1 - Sekundaerteil fuer einen einseitigen linear-induktionsmotor mit kurzem stator - Google Patents

Description

Dipl.-lng. H. MITSCHERLICH 8 MÖNCHEN 22

Dipl.-Jng. K. GUNSCHMANN steinsdorfstraße 10

Dr. rer. nat. W. KÖRBER
Dipl.-ing. J. SCHMIDT-EVERS

PATENTANWÄLTE .

TRACKED HOVERCRAFT LIMITED 6 6-74, Victoria Street
London SW 1 / England

Patentanmeldung

Sekundärteil für einen einseitigen Linear-Induktionsmotor mit kurzem Stator

Die Erfindung bezieht sich auf den Sekundärteil in einem oder für einen "einseitigen" Linear-Induktionsmotor, bei dem also der Rückweg für den Arbeitskraftfluß, der von einer Erregerwicklung auf einem magnetischen Kernteil des Primärteils erzeugt wird, von magnetischem Material des Sekundärteils und nicht von einem weiteren Magnetkernorgan des Primärteils gebildet wird. Der Sekundärteil ist sowohl magnetisch als auch elektrisch leitend, und im wesentlichen befindet sich der Primärteil nur an einer seiner Seiten. (Im Gegensatz dazu weist ein "zweiseitiger" Linear-Induktionsmotor einen zweiteiligen Primärteil auf, von denen jeder einen Magnetkernaufbau hat; im Betrieb liegen die beiden Teile des Primärteils beiderseits des zuge-

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ordneten Sekundärteils, der die Form eines elektrisch leitenden, unmagnetischen Leitblechs hat). Der Sekundärteil kann seine elektrische Leitfähigkeit und magnetischen Eigenschiten von speziell dafür vorgesehenen Organen verliehen erhalten; es kann d>er auch ein einzelnes Bauteil Ver-.wendung finden.

Im engeren Sinne bezieht sich die Erfindung aber auf den Sekundärteil eines einseitigen Linear-Induktionsmotors, welcher Sekundärteil langgestreckt ist und längs einer Bahn verläuft, um mit einem oder mehreren Primärteilen eines Linear-Induktionsmotors zusammenzuwirken, die so angeordnet sind, daß sie sich mit Abstand'von der Bahn bewegen, z.B. in einem geführten Luftkissenfahrzeug. Eine solche Anordnung für einen Linear-Induktionsmotor wird allgemein als "Kurzstat or "-Anordnung bezeichnet, weil die Länge des "Stators" (d,h. des Primärteils) gering im Vergleich zu der Länge des Sekundärteils oder "Rotors" ist.

Gemäß der Erfindung ist ein Sekundärteil, für einen einseitigen Kurzstator-Linear-Induktionsmotor mit einer Mehrzahl insgesamt flächiger Organe aus elektrisch leitendem Material, die mit ihren Enden einander zugewandt sind und Unterbrechungen zwischen sich haben, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Organe an mindestens einer Seite der Unterbrechung in Endabschnitte übergehen, die nach ein und derselben Seite der genannten Organe weisen und im Betrieb dazu dienen, Wege für den induzierten Stromfluß in die Umgebung der Unterbrechung nach Maßgabe des magnetischen Arbeitskraftflusses zu liefern, der von dem Primärteil eines einseitigen Linear-Induktionsmotors erzeugt wird, welcher Primärteil längs des Sekundärteils allgemein mit Abstand von dessen Seite entfernt von den genannten Endabschnitten bewegbar ist.

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Vorzugsweise liegen die Endabschnitte in insgesamt quer verlaufenden Ebenen einander gegenüberstehend parallel zueinander ausgerichtet diesseits und jenseits einer Unterbrechung, Jeder Endabschnitt kann einstückig mit dem übrigen Baukörper des zugehörigen Teils zusammenhängen. Als Alternativlösung kann aber auch ein ursprünglich selbständiger Endabschnitt vorgesehen sein, er später durch Schweißen in der richtigen Stellung festgelegt wird.

Um das Verständnis der Erfindung zu erleichtern, soll nachstehend ein erfindungsgemässer Sekundärteil eines Linear-Induktionsmotors als Ausführungsbeispxel der Erfindung anhand von Zeichnungen beschrieben werden, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines typischen Teils des Sekundärteils mit einer Dehnungsfuge in der Bahnspur, längs derer der Sekundärteil verläuft; man erkennt ferner ein Primärteil eines einseitigen Linear-Induktionsmotors, der mit dem Sekundärteil zusammenarbeitet;

Fig. 2 Einzelheiten der Anordnung des Sekundärteils in der Umgebung der Dehnungsfuge als Teilschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Abschnitt des Sekundärteils mit symbolischen Angaben über die Spannungen und Ströme, die typischerweise von dem Primärtexl induziert werden, wenn er sich oberhalb der Dehnungsfuge befindet;

Fig. 4· eine perspektivische, der Fig, 3 entsprechende Ansicht einer typischen Spannungs- und Stromverteilung in dem Sekundärteil an der einen Seite der Dehnungsfuge.

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Gemäß den Fig. 1 und 2 erstreckt sich der Sekundärteil eines Linear-Induktionsmotors über eine hochgestellte Bahn 11, die aus Hohlträgern 12" von insgesamt rechteckigem Querschnitt besteht und einfach so aufgestellt ist, daß die Enden unter Einhaltung einer Dehnungsfuge 13 aneinanderstoßen; eine Dehnungsfuge 13 ist in den Fig. 1 und 2 eingezeichnet. Die Bahn 11 kann eine Länge von Hunderten- von Kilometern haben.

Der Sekundärteil wird von einer Mulde 14 aufgenommen, die in der Mitte an der Oberseite der Bahn ausgebildet ist, und besteht insgesamt aus einer waagerecht liegenden Reaktionsplatte 16 aus gewalztem legiertem Aluminium- (oder einem sonstigen elektrisch leitenden) -blech sowie aus einem aus querstehenden Magnetblechlamellen 18 zusammengesetzten Magnetmaterial 7 zwischen der Reaktionsplatte und dem Boden der Mulde 14.

Der Sekundärteil weist Dehnungsfugen auf, die in Längsriehtung den Zwischenräumen 13 entsprechen, die in der Bahn vorgesehen sind, so daß jedem Träger 12 ein Sekundärteiläbschnitt zugeordnet ist. In der Zeichnung ist nicht zu erkennen, daß die jeweiligen Abschnitte der Reaktionsplatte 16 und des Magnetmaterials 17 in ihrer Mitte mit der Mitte des Trägers 12 fest verbunden sind. Von dieser Mittelbefestigung aus können die Abschnitte des Sekundärteils sich aber in Längsrichtung der Bahn zum Ausgleich unterschiedlicher thermischer Dehnung und Zusammenziehung frei bewegen.

Die Oberseite der Reaktionsplatte 16 fluchtet mit der Oberseite der Bahn und ragt an den Seiten des Sekundärteils mit überstehenden Streifen 20, deren Kanten 21 abgeschrägt sind (Fig. 1), über das Magnetmaterial 17 hinaus.

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Keilförmige Teile 2 2 greifen an den Kanten 21 und an den benachbarten Seitenteilen der Mulde 14 an und drücken die Bahn mit nicht dargestellten Mitteln nach unten, so daß eine Festlegung der Reaktionsplatte und damit des gesamten Sekundärteils erfolgt. Die schon erwähnte Längsbewegung zwischen dem Sekundärteil und der Bahn wird, soweit es die Reaktionsplatte 16 betrifft, durch eine Gleitbewegung zwischen der Reaktionsplatte und den keilförmigen Teilen 2 2 an den Rändern 21 aufgenommen.

Fig. 2 läßt im einzelnen die Anordnung des Sekundärteils an jeder Dehnungsfuge 13 erkennen. An jedem Ende jedes Abschnitts des Sekundärteils ist die Reaktionsplatte 16 mit einem nach unten abgewinkelten Abschnitt 23 versehen, der neben dem Ende des Magnetmaterials 17 vertikal nach unten geführt ist. Die Abschnitte 23 werden auf dem flächigen legierten Aluminiumblech durch einen geeigneten Biegevorgang gebildet; die Abschnitte 23 sin d so lang, daß sie kurz vor Erreichen des Bodens der Mulde 14 enden.

Die Abstände zwischen je zwei nebeneinanderliegenden, nach unten abgebogenen Abschnitten 23 in LängserStreckung der Bahn an den Dehnungsfugen 13 sind so groß, daß jede durch den Betrieb und/oder durch Sonneneinstrahlung verursachte Wärmeausdehnung aufgefangen wird. Ebenso ist jeder Abschnitt 23 so weit über das jeweilige Ende des Magnetmaterials 17 hinausgeführt, daß die relative Ausdehnung und Zusammenziehung der Reaktionsplatte und des Magnetmaterials aufgefangen wird.

Im Betrieb wird ein Fahrzeug, etwa ein Luftkissenfahrzeug oder ein Radfahrzeug, über die Bahn geführt und durch sie getragen und geleitet. Unter dem (nicht gezeichneten)

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Fahrzeug ist der Primärteil eines Linear-Iiiduktionsmotors angebracht. Als Primärteil kann eine Einrichtung dienen, wie sie in der Complete Specification der britischen Patentanmeldungen 22 542/69 und 30 926/69 (THL 73/78) oder in der Complete Specification der britischen Patentanmeldung 46 074769 beschrieben ist, das heißt, der Primärteil ist so angeordnet, daß mindestens ein Teil des von seiner Erregerwicklung erzeugten Arbeitskraft- (d.h. effektiven) -flusses insgesamt quer zu dem Motor verläuft.

In Fig. 1 ist ein typischer, zur Verwendung mit einem Sekundärteil 10 geeigneter Primärteil eines Linear-Induktionsmotors schematisch dargestellt und mit der Bezugszahl 24 gekennzeichnet. Er stimmt überein mit dem Primärteil nach Fig. 6 der letztgenannten Specification (auf die der Leser für etwa erforderliche weitere Informationen verwiesen wird), und weist hauptsächlich zwei mit Seitenabstand voneinander angeordnete Stapel 25 vpn längsverlaufenden, vertikalstehenden Magnetstreifen sowie eine Mehrzahl von mit gegenseitigem Längsabstand angeordnete Stapel 26 von querstehenden Magnetstreifen, die die Stapel 25 magnetisch überbrücken, auf. Jeder Stapel 25 weist eine übliche zweilagige, überlappend gewickelte Erregerwicklung 27 auf, und im Betrieb werden diese Wicklungen 27 transversal gegenphasig aus einem Dreiphasen-Wechselstrom-Netz gespeist, um einen Arbeitskraftfluß in dem Primär-Sekundär-Magnetkreis umlaufen zu lassen, der von dem Magnetmaterial 25, 26 des Primärteils -in Verbindung mit dem Magnetmaterial 17 des Sekuhdärteils 10 gebildet wird. Der grössere Teil des Arbeitskraftflusses verläuft quer zu dem Motor in Flußwegen, wie sie in Fig. 1 durch die gestrichelte Linie 28 angedeutet ist. Ein gewisser Arbeitskraftfluß verläuft in Längsrichtung des Motors, weil jede Erregerwicklung für sich arbeitet,

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aber der Übersichtlichkeit halber ist dieser Fluß in Längsrichtung nicht gezeichnet worden.

Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Teil der Reaktionsplatte 16. Die Pfeile geben die Grosse und Richtung der Spannungen wieder, die in der Reaktionsplatte von dem Arbeitskraftfluß in einem bestimmten Zeitpunkt während der Bewegung des Primärteils 24 längs der Reaktionsplatte erzeugt werden; die beiden Zeilen von Pfeilen entsprechen den beiden Magnetblechstapeln 25.

Für jeden Stapel 25 ändert sich die Grosse der in der Reaktionsplatte induzierten Spannung sinusförmig längs der Reaktionsplatte, wobei die Periode dieser sinusförmigen Änderung in ihrem räumlichen Abstand zwei Polteilungen der Versorgung der zugehörigen Erregerwicklung 27 entspricht. Infolge dieser sinusförmigen Spannungsänderungen wird ein Fliessen von Strömen in der Reaktionsplatte hervorgerufen, und in an sich bekannter Weise wirken diese Ströme mit dem Arbeitskraftfluß zur Bildung einer Vortriebskraft zusammen, die das den Primärteil 24 tragende Fahrzeug längs der Bahn 11 vorwärtstreibt.

Allgemein ausgedrückt erfolgt der Stromfluß in der Reaktionsplatte 16 im wesentlichen in rechteckigen Strombahnen in einem Muster, das den Polen des angewandten Magnetfeldes entspricht. Diese Bahnen sind in den Zeichnungen durch Gruppen von konzentrischen Strombahnen veranschaulicht, die einem Pol das angelegten Feldes entsprechen und in Fig. 3 mit 30 bezeichnet sind. Aus den Zeichnungen ist zu entnehmen, daß die in Längsrichtung liegenden Teile der Strombahnen an den beiden Seiten der Reaktionsplatte von den überstehenden Streifen 20 geliefert werden; die Streifen 20 dienen somit nicht nur als eine Einrichtung zum Fest-

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halten des Sekundärteils auf der Fahrbahn, wie einleitend ausgeführt, sondern bewirken auch, daß die Strombahnen sich praktisch rechteckig ausbilden können, was für eine maximale Vortriebskraft erforderlich ist.

An jeder Dehnungsfuge 13 wird die Reaktionsplatte 16 unterbrochen, so daß sich normale Strombahnen 30 nicht ausbilden können. Da die in der Reaktionsplatte in der Nähe jeder Dehnungsfuge 13 induzierten Spannungen eine mögliche Verstärkung der Vortriebskraft darstellen, und um die Änderung der resultierenden Vertikalkraft zwischen dem Primärteil und dem Sekundärteil zu verringern, ist es wünschenswert, Bahnen sich ausbilden zu lassen, in denen der Strom in der Nachbarschaft der Fuge trotz der Unterbrechung der Reaktionsplatte fliessen kann, wobei diese Bahnen geringen Widerstand bieten sollen, der dem in den normalen, oben beschriebenen Strombahnen 30 zumindest nahekommt.

Bei einem Versuch, die Reaktionsplätte elektrisch kontinuierlich weiterlaufen zu lassen, ist für derartige Fälle vorgeschlagen worden, jede Dehnungsfuge durch flexible Leiter zu überbrücken. Eine solche Anordnung hat sich jedoch in mehrfacher Hinsicht als unzweckmässig erwiesen; einerseits entsteht nämlich, werndie Leiter nicht sozusagen einstückig mit der Reaktorplatte verbunden, d.h. nicht mit ihr verschweißt sind, an jeder Übergangsfläche zwischen Leiter und Reaktorplatte'leicht ein verhältnismässig hoher Widerstand, der den verlangten Stromfluß durch den Leiter erheblich herabsetzt und diesen damit verhältnismässig unwirksam macht; zweitens verhindern es die Leiter, daß die Abschnitte der Reaktionsplatte -relativ zueinander bewegt werden können, um Bahnschaltungen vorzunehmen und aus anderen Gründen; drittens sind die Verbindungsleiter verhältnismäs-

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sig zerbrechlich und könnten reissen.

Die nach unten abgebogenen Abschnitte 23 machen derartige flexible Verbindungsleiter entbehrlich, weil sie Bahnen mit niedrigem Widerstand für den infolge der in den benachbarten und zugehörigen Teilen der Reaktionsplatte induzierten Spannungen entstehenden Stromfluß bereithalten; Fig. 4 zeigt die Stromflußbahn in dem (nicht sichtbaren) nach unten gebogenen Abschnitt 23 auf der linken Seite der Dehnungsfuge in Fig. 3. Die abwärts gebogenen Abschnitte reichen nach unten, bis sie ganz kurz oberhalb des Bodens der Mulde 14 enden. Sie schützen nicht nur in gewissem.Umfang das Magnetmaterial 17 gegen Wettereinflüsse, sondern können auch zur Anbringung von Schaumgummi oder ähnlichem Material benutzt werden, das zum Ausfüllen der Dehnungsfuge dienen kann. Ferner wirken die abwärts gebogenen Abschnitte 2 3 als Sperre, so daß an der Dehnungsfuge kein Fluß unmittelbar von dem Primärteil auf das Magnetmaterial 17 übergehen kann; auch auf diese Weise werden die Änderungen der resultierenden Vertikalkraft zwischen Primärteil und Sekundärteil, die auftreten, wenn der Primärteil die Fuge überfährt, herabgesetzt. Die abwärts gebogenen Abschnitte 23 sind hier vertikalstehend gezeichnet, siekönnen nach Bedarf aber auch gegen die Vertikale geneigt sein.

Bei einer abgeänderten Form der Reaktionsplatte 16 sind die überstehenden Streifen 20 und der Teil der Platte, der zwischen den Stapeln 25 des Primärteils liegt, verstärkt. Der typische Querschnitt der Reaktionsplatte stimmt dann mit demjenigen nach Fig. 6 der schon erwähnten Complete Specification der britischen Patentanmeldung 46 074/69 überein. Um das Abwärtsbiegen der Abschnitte 23 zu verein-

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fachen, können die Verstärkungen an den Stellen der Plattenunterseite fortgelassen werden, an denen die Platte gebogen werden soll.

Bei einer weiteren Abwandlung der Reaktionsplatte 16 sind die Abschnitte 23 zunächst selbständige Bauteile und werden angeschweißt, statt,, wie oben beschrieben, einstückig mit der Platte verbunden zu sein und abgebogen zu werden.

Schließlich kann die Reaktionsplatte 16 auch so hergestellt werden, daß man sie in zwei gleiche Längsstücke aufteilt, die mit ihren Enden aneinander gelegt und einzeln an ihren Enden mit der Mitte des zugehörigen Trägers verbunden werden, so daß jedes Längsstück an seinem anderen Ende einen der beiden abwärts gebogenen Abschnitte 23 aufweist.

Die Erfindung wird, wie oben erwähnt, in erster Linie an 'Sekundärteilen eines einseitigen Linear-Induktionsmotors verwendet, bei dem mindestens ein Teil des Arbeitskraftflusses quer verläuft; die Erfindung kann darüber hinaus aber auch einige Bedeutung für den üblicheren Motortyp haben, bei dem der Arbeitskraftfluß im wesentlichen in Längsrichtung verläuft. Das Magnetmaterial des Sekundärteils kann dann in Längsrichtung lamelliert sein.

Weitere mögliche Abänderungen für den Sekundärteil sind unlaminiertes Magnetmaterial (mit einer besonderen Reaktionsplatte) und ein Material, das sowohl magnetisch wie· elektrisch leitend ist und beide Funktionen ausübt. Bei einer Anordnung dieser Art besteht der Sekundärteil lediglich aus einer Anzahl Eisenplatten, die mit ihren Enden bei abwärts gebogenen Enden aneinandergereiht sind.

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Bei einem erfxndungsgemässen Sekundärteil kann das elektrisch leitende Material aus Teilen von leiterartiger Konfiguration bestehen und braucht nicht die beschriebene Form eines einheitlichen Blechs zu haben. Ein abwärts gebogener Abschnitt eines Sekundärteils gemäß der Erfindung kann somit eine oder mehrere Durchbrechungen aufweisen.

Die Erfindung setzt gemäß der vorliegenden Beschreibung eine bestimmte Orientierung des Sekundärteils (d.h. eine praktisch waagerechte Lage) voraus, man kann aber den Sekundärteil auch in beliebiger anderer Richtung anordnen.

Patentansprüche:

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Claims (1)

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   Patentan Sprüche

   f.jsekundärteil für einen einseitigen Kurzstator-Linear-

   V / Induktionsmotor, mit einer Mehrzahl insgesamt flächiger

   Organe aus elektrisch leitendem Material, die mit ihren Enden einander zugewandt sind und Unterbrechungen zwischen sich haben,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Organe (16) an mindestens einer Seite der Unterbrechung- (13) in Endabschnitte (2.3) übergehen, die nach ein und derselben Seite der genannten Organe (16) weisen und im Betrieb dazu dienen, VJege für den induzierten Stromfluß in die Umgebung der Unterbrechung (13) nach Maßgabe des magnetischen Arbeitskraftflusses zu liefern, der von dem Primärteil (24) eines einseitigen Linear-Induktionsmotors erzeugt wird, welcher Primärteil (24) längs des Sekundärteils (10) allgemein mit Abstand von dessen Seite entfernt von den genannten Endabschnitten (23) bewegbar ist.

   2. Sekundärteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Endabschnitte (23) in insgesamt quer verlaufenden Ebenen einander gegenüberstehend parallel zueinander ausgerichtet diesseits und jenseits einer Unterbrechung (13) liegen.

   3. Sekundärteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endabschnitt (23) einstückig mit dem übrigen Baukörper des zugehörigen Teils zusammenhängt.

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   Sekundärteil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Endabschnitt (23) durch Verschweissen mit dem restlichen Baukörper in der richtigen Stellung festlegbar ist.

   5. Sekundärteil nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem elektrisch leitenden Material um ein Magnetmaterial handelt.

   6. Sekundärteil nach Anbruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem elektrisch leitenden Material um ein unmagnetisches Material handelt, und daß ein entsprechendes Teil aus magnetischem Material an jedem der insgesamt flächigen Teile an derselben Seite dieser Teile anliegt wie die genannten Endabschnitte.

   7. Sekundärteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der flächigen Teile aus einem zusammenhängenden Blechteil besteht.

   8. Sekundärteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes flächige Teil leiterähnliche Konfiguration besitzt und daß die Endabschnitte (23) mindestens eine Durchbrechung aufweisen.

   Der Patentanwalt 309839/0926