DE2320236C3 - Elektromagnetische Schiene für den Linearmotor-Antrieb eines Schienenfahrzeuges - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Schiene für den Linearmotor-Antrieb eines Schienenfahrzeuges, bei welcher auf einen ortsfesten Träger mit lotrecht stehender Spulenebene in Längsrichtung der Schiene hintereinander angeordnete Rechteck-Ankerspulen in gegenseitiger Überlappung vorgesehen sind und mittels phasenversetzter Steuerung über Halbleiter-Stromrichter im Sinne der Erzeugung eines entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit fortschreitenden Wanderfeldes gespeist sind, um dem Fahrzeug in Verbindung mit einer fahrzeugseitigen gleichstromgespeisten Erregeranordnung eine Antriebskraft und eine Schwebekraft oder nur eine Antriebskraft zu erteilen.

Eine derartige elektromagnetische Schiene ist aus der DE-OS 2133 922 bekannt. Sie dient zum Antreiben eines beweglichen Körpers in einem schwebenden Zustand mit einer sehr hohen Geschwindigkeit. Bei dieser bekannten Vorrichtung sind die hintereinanderliegenden Rechteckspulen alle in gleichem Wickelsinn gewickelt Jeder Rechteckspule ist eine eigene schaltbare Stromabnehmereinrichtung zugeordnet, um aufeinanderfolgend den Rechteckspulen in Abhängigkeit von der Verschiebung der mit dem Schienenfahrzeug beweglichen Erregeranordnung Gleichstrom zuführen zu können. Zur Erzielung eines beweglichen Feldes und damit zur Bewirkung eines Antriebs muß bei dieser bekannten elektromagnetischen Schiene jede Rechteckspule zu ganz bestimmten Zeitpunkten einzeln kommutiert werden.

Aus der DE-OS 18 07 569 ist eine elektromagnetische Schiene für einen linearen Induktionsmotor bekannt, die sich über eine große Länge erstreckt und mit Hilfe einer Mehrphasenwicklung ein gleitendes Magnetfeld erzeugt Der fahrzeugseitige Sekundärteil kann sich entlang des durch die elektromagnetische Schiene bestirnten Weges unter der Wirkung des gleitenden Magnetfeldes bewegen. Bei diesem bekannten linearen Induktionsmotor gelangt die übliche Drehstromspeisung zur Anwendung, und es sind die hintereinanderfol-

genden Spulen der Mehrphasenwicklung gleichsinnig gewickelt Hierbei entfällt das Problem der fahrzeugstellungsabhängigen Einzelkommutierung der Spulen. Wenn auch nicht die gesamte elektromagnetische Schiene auf ihrer ganzen Länge ständig gespeist werden kann, so wird doch eine abschnittsweise Speisung einzelner mit derartigen Mehrphasenwicklungen ausgerüsteter elektromagnetischer Schienen vorzunehmen sein, wie es aus der FR-PS 15 80 276 dem Prinzip nach bekannt ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine elektromagnetische Schiene der eingangs genannten Art zu schaffen, die unter Anwendung einer abschnittsweise einspeisbaren Mehrphasenwicklung in besonders kompakter Bauweise hergestellt werden kann, wodurch die Breite und mithin die Größe des Luftspalts der Erregeranordnung herabgesetzt und somit auch die Leistungsfähigkeit des Linearmotors verbessert wird.

Ausgehend von der elektromagnetischen Schiene der eingangs definierten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß in Anwendung einer abschnittsweise einspeisbaren Mehrphasenwicklung in jedem Abschnitt mehrere nebeneinanderliegende Verbundspulenanordnungen vorgesehen sind, von denen jede aus zwei Spulensätzen mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten und in einer geradei Linie angeordneten Rechteckspulen besteht, die mit einer die Länge einer Rechteckspule entsprechenden Teilung auf Abstand voneinander angeordnet sind und welche in der Weise in einer einzigen Reihe angeordnet sind, daß die Rechteckspulen des einen Spulensatzes in die einer Spulenlänge entsprechenden Zwischenräume zwischen den betreffenden Rechteckspulen des anderen Spulensatzes eingefügt sind, wobei die Windungen jeder Rechteckspule zusammen mit den Verbindungslettungen zwischen den Rechteckspulen quer zur Fahrtrichtung nebeneinanderliegen und die Verbindungsleitungen des einen Spulensatzes immer oben und die des anderen Spulensatzes, der entgegengesetzt gewickelt ist, immer unten verlaufen.

Beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung wechseln sich also die aufeinanderfolgenden Rechteckspulen hinsichtlich ihres Wickelsinnes ab, so daß die in einer Reihe hintereinanderliegenden Rechteckspulen abwechselnd in entgegengesetztem Wickelsinn gewickelt sind. Die abwechselnd in entgegengesetztem Sinn erfolgende Erregung hintereinanderliegender Spulen der Mehrphasenwicklung eines Linearmotors ist zwar dem Prinzip nach aus der US-PS 36 44 762, Fig. 9 so bekannt Da es sich dort jedoch um in genuteten Eisenpaketen angeordnete Wicklungen handelt ist die vorliegende Aufgabe einer möglichst genügen Luftspaltbreite nicht gegeben. In Anwendung auf elektromagnetische Schienen der eingangs genannten Art ergibt sich die angestrebte raumsparende Bauweise dann auch erst in vollem Umfang unter Berücksichtigung der beschriebenen Anordnung der Verbindungsleitungen.

Dies kommt besonders dann zur Auswirkung, wenn jede Rechteckspule durch einen Leiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist, weil dies besonders starke Verbindungsleitungen erfordert Eine. Ausführungsform besteht darin, daß die Ankerspulenanordnung mindestens vier nebeneinanderliegende Reihen von Verbund-Spulenanordnungen aufweist, von denen die Hälfte an ihren Enden mit einer kleineren Spule von halber Spulenlängenteilung versehen sind. Dadurch ergibt sich ein günstiger Obergang zwischen dun einzelnen Abschnitten der elektromagnetischen Schiene.

Die Verbindungen zwischen zwei Sätzen von Rechteckspulen mit je mindestens zwei nebeneinanderfiegenden Rechteckwindungen können dadurch gebildet werden, daß der Endabschnitt des waagerechten Schenkels der letzten Windung um zumindest die Breite des lotrechten Schenkels der ersten Windung zum .Spuleninneren hin abgebogen ist

Um die bei den fließenden Strömen entstehende Wärme trotz der kompakten Bauweise abführen zu können, kann die Verbundspulenanordnung an einem kühlmittelgekühlten Träger befestigt sein.

Eine bezüglich der von außen heranzuführenden Anschlüsse zweckmäßige Konstruktion ist dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen hohlen, kastenförmigen Sockel aus nichtmagnetischem Material aufweist, dessen Oberseite mit einer längsverlaufenden Öffnung und mit zwei einander gegenüberliegenden, nach oben ragenden TraggJiedern längs der Seitenkanten der Öffnung versehen ist daß ein vergossener Körper der Ankerspulenanordnung zwischen den Traggliedern verspannt ist und daß Anschlußleitungen zum Anschluß bzw. zur Verbindung der Enden der benachbarten Spulensätze durch die Öffnung hindurch abwärts in den Innenraum des Sockels herabgezogen sind.

Zur Verhinderung einer Sprühentladung infolge einer hohen Zwischenphasenspannung kann es schließlich zweckmäßig sein, die Vorrichtung nach der Erfindung mit einer längsverlaufenden, elastischen halbleitenden Schicht zu versehen, in welche die Ankerspulenanordnung eingebettet ist

Eine besonders stabile Konstruktion erhält man auch dann, wenn die Ankerspulenanordnung zu einer einheitlichen Konstruktion vergossen ist und die Zuleitungen der Ankerspulenanordnung untrennbar an diese einheitliche Konstruktion angegossen sind.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine Prinzipdarstellung der an einen Frequenzwandler angeschlossenen Spulensätze,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung der Lage der elektromagnetischen Schiene im Luftspalt der auf einem Fahrzeug montierten Erregeranordnung,

F i g. 3 eine teilweise weggebrochene perspektivische Darstellung einer elektromagnetischen Schiene und einer damit zusammenwirkenden Erregeranordnung in vergrößertem Maßstab,

Fig.4 eine schematische Darstellung von acht Spulensätzen, die parallel zueinander mit bestimmter Phasenverschiebung gegeneinander versetzt sind und die jeweils aus einer Anzahl von auf Abstand voneinander angeordneten, miteinander in Reihe geschalteten Rechteckspulen bestehen,

F i g. 5 eine schematische Darstellung ein^r Verbundspulenanordnung von zwei Spulensätzen aus Rechteckspulen, die entgegengesetzt gewickelt sind,

F i g. 6 eine perspektivische Darstellung der Verbundspulenanordnung gemäß F i g. 5,

F i g. 7A und 7 B Schnitte längs der Linien VIIA-VIIA bzw.VIIB-VIL5inFig.6,

F i g. 8 eine schematische Darstellung einer Stoßstelle zwischen den Enden zweier Abschnitte der elektromagnetischen Schiene, die jeweils aus vier Verbundspulenanordnungen bestehen,

Fig: 9 eine perspektivische Darstellung der Verbin-

dung zwischen zwei Sätzen von Rechteckspulen, F i g. 10 einen Schnitt längs der Linie X-X in F i g. 9, Fig. 11 einen Schnitt längs der Linie XI-XI in F i g. 9,

F i g. 12 eine graphische Darstellung des Tempera turanstiegs der Ankerspulenanordnung im Betrieb,

Fig. 13 eine perspektivische Darstellung eines hohlkastenförmigen Trägers,

F i g. 14 eine perspektivische Darstellung eines Endes einer vergossenen Ankerspulenanordnung mit materialeinheitlich eingegossenen Zuleitungen und

Fig. 15 einen Längsschnitt durch zwei vergossene Ankerspulenkonstruktionen gemäß Fig. 14, die auf einer geraden Linie und mit ihren vergossenen Leitungen dicht nebeneinander angeordnet sind.

Gemäß F i g. 1 weist die elektromagnetische Schiene eine Anzahl von Spuiensäizen a-ί bis a-4, fe-1 bis b-A, c-ί bis c-4 und d-\ bis d-4 auf. Jeder Sputensatz besteht aus in Reihe geschalteten Rechteckspuien, die gegenüber den Rechteckspulen eines anderen Spulensatzes um einen bestimmten Phasenwinkel versetzt sind. Die gesamte Spulen- oder Wicklungsanordnung ist von einem Schutzmaterial umhüllt und an einem zweckmäßigen Träger am Erdboden befestigt, wobei die betreffenden Spulenebenen lotrecht liegen.

Eine am Fahrzeug montierte Erregeranordnung 10 weist einen in Fahrtrichtung des Fahrzeugs liegenden Luftspalt auf, in den die elektromagnetische Schiene einführbar ist Die Erregeranordnung ist mit einer nicht dargestellten Erregerwicklung zur Erzeugung eines Magnetflusses B versehen, welcher die Rechteck-Ankerspulen der elektromagnetischen Schiene senkrecht zu ihren Ebenen durchsetzt

Die durch die Spulensätze fließenden Ströme werden durch einen Frequenzwandler 20 in Form eines Halbleiter-Stromrichters zyklisch umgepolt und ein- und ausgeschaltet, und zwar sämtlich unter dem Einfluß eines mit der Position der am Fahrzeug angebauten Erregeranordnung 10 synchronisierten Steuersignals 30 oder eines in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Schema bestimmten Steuersignals, wobei die Erregeranordnung 10 und mithin das Fahrzeug im Gleichlauf mit dem Umschalten der Spulenströme angetrieben wird.

Gemäß F ι g. 3 sind die Rechteckspulen einer gewünschten Anzahl von Spulensätzen auf passende Weise gegeneinander isoliert, und die ganze Spulenanordnung ist mit einer Umhüllung 12 aus glasfaserverstärktem Kunststoff versehen. Die Anordnung wird dann mit einem thermoplastischen Harz zu einer Einheit vergossen. Der untere Fortsatz der vergossenen Einheit wird zwischen zwei L-förmigen Klemm- oder Spannplatten 13a und Mb aus nichtmagnetischem Material wie Aluminium oder rostfreiem StahL verspannt, die mit dem zwischengefügten Block 16 z. B. aus Beton auf einem Betonfundament 17 montiert sind.

Eine Erregeranordnung 14 mit Feldpolen 18 und darauf aufgebrachten Erregerwicklungen 15 ist am Boden eines nicht dargestellten Fahrzeugs aufgehängt Die Feldpole 18 nehmen in dem zwischen ihnen festgelegten Luftspalt die AnVerspuIenanordnung 11 auf, so daß sich der durch die Erregerwicklungen 15 erzeugte Magnetfluß mit der Ankerspulenanordnung verkoppelt Durch Kommutierung des durch die Spulensätze der Ankerspulenanordnung fließenden Stroms wird ein Wanderfeld erzeugt, das kontinuierlich eine Antriebskraft oder eine kombinierte Antriebs- und Auftriebs- oder Schwebekraft auf das Fahrzeug ausübt Gemäß der in F i g. 3 dargestellten Konstruktion der Ankerspulenanordnung liegen mehrere Spulensätze nebeneinander. Jeder Spulensatz besteht in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise aus einer vorbestimmten Anzahl von Rechteckspulen, die mit einer der Länge einer Rechteckspule entsprechenden Teilung in einer geraden Linie auf Abstände angeordnet sind und die jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Windungen aufweisen. Die π Spulensätze sind mit vorbestimmter Phasenverschiebung hintereinander versetzt angeordnet, so daß die betreffenden Rechteckspulen des (/?/2 + l)-ten Spulensatzes an Abschnitten längs der Schiene befinden, welche den eine Längenteilung betragenden Abständen zwischen den betreffenden Rechteckspulen des ersten Spulensatzes entsprechen.

Im folgenden ist nunmehr eine Anordnung anhand von F i g. 4 in Verbindung rnii einem Beispie! beschrieben. h,M dem die Anzahl der Spulensätze acht beträgt. Die Spulensäize, die mit /Vl bis N 8 bezeichnet sind, bestehen jeweils aus einer Anzahl von in Reihe geschalteten, eine vorbestimmte Windungszahl besitzenden Rechteckspulen 1-1, 1-2, 1-3 ... 2-1, 2-2, 2-3 ... 3-1, 3-2, 3-3 ... und 8-1, 8-2, 8-3 ... Die betreffenden Rechteckspulen jedes Spulensatzes sind in einer geraden Linie mit einem gegenseitigen Abstand angeordnet welcher der Länge jeder Rechteckspule entspricht, und diese Spulen liegen elektrisch in Reihe. Die betreffenden Rechteckspulen 5-1, 5-2, 5-3 ... der (/7/2 + l)-ten, in diesem Fall des fünften Spulensatzes sind in Positionen angeordnet welche den Zwischenräumen zwischen den betreffenden Rechteckspulen 1-1,1-2, 1-3 ... des ersten Spulensatzes entsprechen. Die einzelnen Rechteckspulen der (n/2-l)-ten bis n-ten Spulensätze sind so den Abständen zwischen den Spulen der ersten bis π/2-ten Spulensätze angepaßt, daß Verbundspulenanordnungen mit daraus resultierender "Verringerung der Dicke der Ankerspulenanordnung gebildet werden, wodurch die Größe des Luftspalts der Erregeranordnung sowie das Gewicht der Erregeranordnung vermindert werden.

Fi g. 5 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Verbundspulenanordnung aus einer Kombination von zwei Spulensätzen, die jeweils aus mehreren Einzelwindung-Rechteckspulen bestehen, wobei die Spulen der beiden Spulensätze in entgegengesetzte

-45 Richtung gewickelt sind. Genauer gesagt sind die Rechteckspulen 1-1,1-2 und 1-3 des einen Spulensatzes JV1 im Uhrzeigersinn gewickelt, während die Rechteckspulen 5-1, 5-2 und 5-3 des anderen Spulensatzes Λ/5 entgegen dem Uhrzeigersinn gewickelt sind, wobei diese Spulensätze den betreffenden Rechteckspulen eines Satzes gegenüberliegend angeordnet sind, welche in den Zwischenräumen zwischen benachbarten Rechteckspulen des anderen Satzes angeordnet sind. Diese Verbundspulenanordnung entspricht der Kombination aus dem ersten und fünften Spulensatz bzw. dem zweiten und sechsten Spulensatz bzw. dem dritten und siebten Spulensatz bzw. dem viertem und achten Spulensatz gemäß F i g. 4 oder, allgemein ausgedrückt der Kombination aus dem k-ten Spulensatz und dem {n/2-i-k)-ten Spulensatz in η parallelen Spulensätzen, wobei die Rechteckspulen der beiden Sätze in jeder Kombination in entgegengesetzte Richtungen gewikkelt sind. Eine Anzahl von Verbundspulenanordnungen sind gemäß F i g. 8 parallel angeordnet, so daß sie eine Ankerspulenanordnung für die erfindungsgemäße elektromagnetische Schiene bilden.

Fig. 6 veranschaulicht eine perspektivische Darstellung der in Fi g. 5 schematisch angedeuteten Verbund-

spulenanordnung, während die Fig.7A und 7B Querschnitte längs der Linien VIIA-VIM bis V113-VU8 in Fig.6 zeigen. Da die RechtecEspulen der beiden Spulensätze, welche eine Verbundspulenanordnung bilden, in entgegengesezte Richtungen gewickelt sind, sind gemäß den F i g. 7A und 7B die Breite w und die Höhe h der Verbundspulenanordnung gleich der Breite und Höhe jedes Spulensatzes.

Obgleich die erfindungsgemäße elektromagnetische Schiene für den Antrieb von Schienenfahrzeugen durch Halbleiter-Stromrichter mit einer Ankerspulenanordnung aus einer vorbestimmten Anzahl von Verbundspu ienanordnungen, die jeweils aus zwei Spulensätzen von in entgegengesetzte Richtungen gewickelten Rechteckspulen bestehen, einer für den Zweck verwendeten elektromagnetischen Schiene im elektrischen Sinne äquivalent ist, die eine Ankerspulenanordnung aus einer Anzahl von parallel angeordneten Verbundspulenanordnungen aufweist, welche jeweils aus einer Anzahl von Rechteckspulen bestehen, die in dieselbe Richtung gewickelt sind und den Strom in die gleiche Richtung leiten, wird die Größe der Ankerspulenanordnung und mithin das Gewicht der Magnetkonstruktion der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schiene wesentlich verringert.

Gewünschtenfalls kann der Leiter zur Bildung der erfindungsgemäß verwendeten Rechteckspulen in eine gewünschte Anzahl von parallelen Adern aufgeteilt oder anderweitig umgeordnet sein, um Wirbelstromverluste und Hauteffekte zu verringern, wobei es besonders vorteilhaft ist, die Rechteckspule aus einem Leiter mit rechteckigem Querschnitt herzustellen, um den Raumfaktor der 3pule zu verbessern.

Wenn jede Rechteckspule, die zur Bildung einer Ankerspule verwendet wird, aus zwei oder mehr Windungen eines Leiters mit rechteckigem Querschnitt von beispielsweise 100 χ 5 mm besteht und eine große Anzahl von solchen rechteckigen Spulen unter Bildung einer langen elektromagnetischen Schiene miteinander verbunden werden, ergeben sich Schwierigkeiten bei der Verbindung der einzelnen Spulensätze. Genauer gesagt, können die einander benachbarten Enden der Spulensätze im FaM einer Spule aus einem sammelschienenförmigen Leiter ähnlich wie beim Verfahren zur Verbindung gewöhnlicher Sammelschienen an den für die Gewährleistung eines vorgeschriebenen Kontaktwiderstands berechneten Stellen in Überlappung miteinander gebracht und dann an den überlappten Enden miteinander verschraubt werden. Wahlweise können die benachbarten Enden in gegenseitige Berührung gebracht und dann mit Silberlot miteinander verbunden werden. Da jedoch in diesen Fällen jede Spule aus zwei oder mehr nebeneinanderliegenden Leitern besteht, ist kein Raum zur Anbringung einer Vorrichtung zum Festziehen von Schrauben oder Nieten vorhanden. Da außerdem auf die elektromagnetische Schiene eine Erregeranordnung aufgesetzt wird, die einen gewünschten Abstand einhalten muß, muß die Dicke der miteinander verbundenen Spulenteile innerhalb der Dicke der gesamten Schiene gehalten werden. Da außerdem die benachbarten Spulen-Leiter der Ankerspulenanordnung durch einen Isolator voneinander getrennt sind, ist eine Spulenverbindung durch Silberhartlösung oder dergleichen, wozu die Leiter auf hohe Temperaturen erwärmt werden müssen, nicht zweckmäßig. Bei der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schiene ist jedoch zwischen bestimmten lotrechten Seiten bestimmter Rechteckspulensätze der Ankerspulenanordnung, wie sie z. B. in F i g. 4 durch die kleinen Kreise angedeutet sind, keine Überlappung vorhanden.

Infolgedessen kann die elektrische Verbindung zwischen den Spulenanordnungen gemäß F i g. 9 in der Weise erfolgen, daß die waagerechte Seite der letzten Windung unter Bildung eines lotrechten Schenkels zur Innenseite der Spule umgebogen wird.

In F i g. 9 ist bei 103 der lotrechte Schenkel der letzten

ιό Windung, im dargestellten Fall der zweiten Windung der Rechteckspule dargestellt, welcher durch Umbiegen des Endabschnitts des waagerechten Schenkels 102 zur Innenseite der Spule in der Weise gebildet worden ist, daß er den lotrechten Schenkel 101 der ersten Windung nicht überlappt. Wie aus Fig.9 hervorgeht, kann die Verbindung zum weiterführenden waagerechten Schenkel 200 ohne Behinderung durch den lotrechten Schenkel 101 der anschließenden Spule 100 hergestellt werden. Infolgedessen können die beiden lotrechten Schenkel 103 und 104 nach einem beliebigen Verfahren, zum Beispiel Verschrauben, Nieten bei 300, Schweißen oder dergleichen, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden werden.
Die auf diese Weise verbundene, integrierte elektromagnetische Schiene erfährt gemäß Fig. 10, die einen Schnit: längs der Linie X-X in Fig.9 zeigt, keine Vergrößerung ihrer Dicke und außerdem gemäß Fig. 11, welche einen Schnitt längs der Linie XI-XI in Fig.9 zeigt, keine Vergrößerung ihres lotrechten Maßes.

Infolge der beschriebenen Konstruktion der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schiene besitzen ihre Enden einen komplizierten, mehrstufigen Aufbau, so daß die Installation der Schienen und ihre Verbindung am Montageort schwierig sind. Zur Verminderung dieser Schwierigkeit wird die Ankerspulenanordnung der erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schiene z. B. auf die in F i g. 8 dargestellte Weise ausgebildet Die in Fig.8 dargestellte Ankerspule besteht aus vier nebeneinanderliegenden Reihen von acht Spulensätzen. Die erste Reihe besteht aus dem ersten und dem fünften Spulensatz Nl und N 5, die in einer geraden Linie angeordnet sind, während die zweite Reihe aus dem dritten und siebenten Spulensatz TV 3 und N 7, die dritte Reihe aus dem zweiten und sechsten Spulensatz N 2 und N 6 und die vierte Reihe aus dem vierten und achten Spulensatz N4 und NS besteht Die Spulen der Spulensätze Nl und N 5 der ersten Reihe sowie die Spulen der Sätze N3 — N7 der zweiten Reihe sind um eine der halben Spulenlänge entsprechende Teilung zueinander phasenverschoben. Auf gleiche Weise sind die Spulen der Spulensätze N2 und N6 der dritten Reihe um eine halbe Spulenlänge gegenüber den Spulen der Spulensätze N 4 und N 8 der vierten Reihe phasenverschoben. Die Konstruktion des Schienenendes läßt sich wesentlich vereinfachen, wenn an den Enden der Spulenanordnungen bei l-3a, 2-3a, 1-3Zj und 2-3Z> kleinere Spulen von halber Spulenlänge vorgesehen werden. Durch diese Konstruktion wird die Verbindung zwischen den Spulenleitern wesentlich vereinfacht

LJm eine große magnetomotorische Kraft um 80 000 AW für die elektromagnetische Schiene zu erzeugen, muß eine hohe Stromdichte in der Größen-Ordnung von 15 A/mm² durch die Ankerspulenanordnung geleitet werden, wobei eine große Joulesche Wärme entwickelt wird. Wenn beispielsweise Züge von jeweils 300 m Länge in 5-Minuten-IntervalIen mit einer

Geschwindigkeit von 500 km/h auf elektromagnetischen Schienen laufen, die jeweils Ankerspulen mit einem Leiter-Querschnitt von 5 cm² aufweisen und aus 500 m langen Leiterabschnitten zusammengesetzt sind, erreicht der durch die sich mit der Zeit summierende Joulesche Wärme verursachte Temperaturanstieg der Ankerspulenanordnung schließlich gemäß Fig. 12 einen Wert dicht bei 80° C. Bei Langsamfahrt des Zuges, wobei der Strom langer angelegt wird, d. h. der Zug eine längere Zeitspanne benötigt, um den 500 m langen elektromagnetischen Schienen-Versorgungsabschnitt zu durchfahren, ist dieser Temperaturanstieg sogar noch höher und kann 400° C oder sogar 1000° C an Stationen bei Fahrtgeschwindigkeiten von 50 km/h betragen.

Durch diesen übermäßigen Temperaturanstieg wer den. die einen Teil der elektromagnetischen Schiene sowie des Spulenleiters darstellenden elektrischen Isolatoren, Füllstoffe und Schutzhüllen stark beeinträchtigt oder sogar beschädigt, wodurch ein mechanischer Ausfall der elektromagnetischen Schiene hervorgerufen werden kann. Infolgedessen ist es höchst wünschenswert, eine wirksame Einrichtung zur Ableitung der in der elektromagnetischen Schiene entwickelt bzw. gespeicherten Wärme vorzusehen. Zweckmäßig erfolgt dies dadurch, daß die Verbundspulen-Anordnungen an einem kühlmittelgekühlten Träger befestigt werden (nicht gezeigt).

Wahlweise kann der Träger auf die in Fig. 13 dargestellt Weise ausgebildet sein. Bei dieser Ausfüh rungsform besteht der Träger aus einem hohlen, kastenförmigen Sockel 33 aus Beton oder einem anderen nichtmagnetischem Werkstoff sowie zwei einander gegenüberliegenden Spulen-Tragteilen 32 und 32', die von der Oberseite des Sockels 33 längs beider Seitenkanten einer Öffnung 31 aufwärts ragen, wobei diese Tragteile 32 und 32' zwischen sich einen Zwischenraum zur Aufnahme der vergossenen Spulenanordnung X festlegen. Bei dieser Konstruktion kann die vergossene Spulenanordnung X sicher zwischen den Tragteilen 32 und 32' festgeklemmt werden, und die Verbindungsleitungen 34 zur Verbindung der die vergossene Spulenanordnung X darstellenden Spuien-Leiter können im Innenraum 35 des hohlen Sockels 33 untergebracht werden, wodurch Anschluß, Überprüfung und Wartung der Zuleitungen der Spulenleiter zwischen benachbarten elektromagnetischen Schienen sowie das Auswechseln der elektromagnetischen Schienen erleichtert werden.

Normalerweise ist die elektromagnetische Schiene neben der erforderlichen Antriebskraft und der Schwebekraft für das Fahrzeug einer durch das Rollen des Fahrzeugs während seiner Fahrt längs eines geraden Abschnitts de: Schienenstrecke hervorgerufenen Kraft und einem Seitendruck unterworfen, der dann erzeugt wird, wenn der Zug einen Kurvenabschnitt durchfährt. Bei der in Fig. 13 dargestellten Konstruktion können die lotrechten Seitenflächen des Sockels 33 zur Aufnahme dieser Querkräfte dienen.

Die Verbindung der Spulen-Leiter zwischen benachbarten elektromagnetischen Schienen kann im Innern der Schienen oder durch Herausführen der Leiter an deren Außenseite erfolgen. Im zuletzt genannten Fall sollte die Verbindung am Ende der elektromagnetischen Schiene erfolgen. Da zudem eine gewisse thermische

ίο Ausdehnung und Verkürzung der elektromagnetischen Schiene infolge des Temperaturanstiegs in der Ankerspulenanordnung sowie infolge von Schwankungen in der Umgebungstemperatur unvermeidlich ist, müssen bestimmte Einrichtungen zur Berücksichtigung dieser thermisrhen Ausdehnung und Verkürzung vorgesehen sein.

Gemäß Fig. 14 kann die vergossene Spulenanordnung X für die erfindungsgemäße elektromagnetische Schiene mit einem einstückig an die Spulenanordnung X angegossenen Glied 42 versehen sein, welches die abwärts verlaufenden Zuleitungen 44 der Spulen-Leiter enthält. Gemäß Fig. 15 werden zwei angegossene Glieder 42 und 42' an den einander benachbarten Enden der vergossenen Spulena.iordnungen X und X' dicht aneinander herangebracht, worauf die Zuleitungen 44 und 44' durch flexible Überbrückungen 46 miiemandsr verbunden werden. Durch die^e Konstruktion wird die Erzeugung von mechanisci.cn Spannungen bzw. Beanspruchungen infolge ü. Vermischen Ausdehnung und Verkürzung der Schienen verhindert, die die elektrische Festigkeit der Hochspannungsteile verbessert und die Streckenarbeit, Wartung und Überprüfung erleichtert

Wenn die elektromagnetische Schiene in Längsrichtung mit einer nachgiebigen bzw. elastischen Halbleiter-Schicht versehen ist, in welche die Ankerspulenanordnung eingebettet ist, besteht selbst im Fall einer Sprühentladung infolge einer hohen Zwischenphasenspannung von z. B. 20 kV keine Gefahr für eine Verschlechterung, d. h. Beeinträchtigung der Isolierung, während es außerdem möglich ist, die durch die thermische Ausdehnung und Verkürzung infolge eines Temperaturanstiegs der Schienen hervorgerufenen Beanspruchungen auszuschalten.

Wenn die erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schienen für den Bau von Schienenstrecken für mit ultrahoher Geschwindigkeit fahrende Züge benutzt werden, können die Züge ohne weiteres und sicher mit Geschwindigkeiten von mehr als 300 km/h betrieben werden. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, daß die erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schienen nicht auf die Verwendung für mit derart ultrahohen Geschwindigkeiten fahrende Züge beschränkt sind, sondern auch für verschiedene andere Arten von Zügen eingesetzt werden können, die mit niedrigen Geschwindigkeiten fahren.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Schiene für den Lmearmotor-Antrieb eines Schienenfahrzeuges, bei welcher auf einen ortsfesten Träger mit lotrecht stehender Spulenebene in Längsrichtung der Schiene hintereinander angeordnete Rechteck-Ankerspulen in gegenseitiger Überlappung vorgesehen sind und mittels p"iasenversetzter Steuerung über Halbleiter-Stromrichter im Sinne der Erzeugung eines entsprechend der Fahrzeuggeschwindigkeit fortschreitenden Wanderfeldes gespeist sind, um dem Fahrzeug in Verbindung mit einer fahrzeugseitigen gleichstromgespeisten Erregeranordnung eine Antriebskraft und eine Schwebekraft oder nur eine Antriebskraft zu erteilen, dadurch gekennzeichnet, daß in Anwendung einer abschnittsweise einspeisbaren Mehrphasenwicklung in jedem Abschnitt mehrere nebeneinanderliegende Verbundspulenanordnungen (F i g. 4:1-1,5-1,5-2.., 2-1, 6-i, 2-2,6-2...) vorgesehen sind, von denen jede aus zwei Spulensätzen (M, 1-2, 1-3 ... 5-1, 5-2, 5-3) mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten und in einer geraden Linie angeordneten Rechteckspulen besteht, die mit einer der Länge einer Rechteckspule entsprechenden Teilung auf Abstand voneinander angeordnet sind und welche in der Weise in einer einzigen Reihe (F i g. 5, F i g. 6) angeordnet sind, daß die Rechteckspulen des einen Spulensatzes (1-1,1-2, 1-3 ...) in die einer Spulenlänge entsprechenden Zwischenräume zwischen den beireffenden Rechteckspulen des anderen Spulensatzes (5-1, 5-2, 5-3 ...) eingefügt sind, wobei die Windungen jeder Rechtsekspule zusammen mit den Verbindungsleitungen zwischen den Rechteckspulen quer zur Fahrtrichtung nebeneinanderliegen und die Verbindungsleitungen des einen Spulensatzes (1-1, 1-2, 1-3 ...) immer oben und die des anderen Spulensatzes (5-1, 5-2, 5-3 ...), der entgegengesetzt gewickelt ist, immer unten verlaufen.

2. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Rechteckspule (1-1,... 5-1,... 6-1; 11; 21,21') durch einen Leiter mit rechteckigem Querschnitt gebildet ist.

3. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerspulenanordnung (11) mindestens vier nebeneinanderliegende Reihen von Verbundspulenanordnungen (1-1,5-1,1-2,5-2... 2-1,6-1.2-2,6-2...) aufweist, von denen die Hälfte an ihren Enden mit einer kleineren Spule (l-3a, 1-36, 2-3a, 2-3fi>; von halber Spulenlängenteilung versehen sind.

4. Elektromagnetische Schiene nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen zwei Sätzen von Rechteckspulen (Fig.9) mit je mindestens zwei nebeneinanderliegend^n Rechteckwindungen dadurch gebildet ist, daß der Endabschnitt (103) des waagerechten Schenkels (102) der letzten Windung ea um zumindest die Breite des lotrechten Schenkels (101) der ersten Windung (100) zum Spuleninneren hin abgebogen ist.

5. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbundspulenan-Ordnungen an einem kühlmittelgekühlten Träger befestigt sind.

5. Elektromagnetische Schiene nach A.nsprueh 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger einen hohlen, kastenförmigen Sockel (33) aus nichtmagnetischem Material aufweist, dessen Oberseite mit einer längsverlaufenden öffnung (31) und mit zwei einander gegenüberliegenden, nach oben ragenden Traggliedern (32, 32') längs der Seitenkanten der öffnung (31) versehen ist, daß ein vergossener Körper der Ankerspulenanordnung (X) zwischen dea Traggliedern (32, 32') verspannt ist, und daß Anschlußleitungen (34) zum Anschluß bzw. zur Verbindung der Enden der benachbarten Spulensätze durch die öffnung (31) hindurch abwärts in den Innenraum (35) des Sockels herabgezogen sind.

7. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einer längsverlaufenden, elastischen halbleitenden Schicht (12) versehen ist, in weiche die Ankerspulenanordnung eingebettet ist

8. Elektromagnetische Schiene nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerspulenanordnung (11) zu einer einheitlichen Konstruktion vergossen ist und daß die Zuleitungen der Ankerspulenanordnung untrennbar an diese einheitliche Konstruktion angegossen sind.