ES2198735T3 - Sistema de conduccion para un vehiculo de flotacion magnetica. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un sistema de desplazamiento para vehículo con sustentación magnética (2) que comprende una disposición de imanes de arrastre y/o de soporte (14 ó 18). Los ejes magnéticos (26 ó 46), que conectan los dos polos magnéticos (22,24 o 42,44) de los imanes de arrastre o de soporte (20 ó 40) están dispuestos transversalmente al sentido longitudinal (28) de manera que los polos magnéticos (22,24 ó 42,44) dispuestos unos detrás de otros en dicho sentido longitudinal (28) presenten el mismo signo.

Description

Sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética.

La invención se refiere a un sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética.

Por ejemplo, a partir de "Magnetbahn TRANSRAPID Die neue Dimension des Reisens", Ed. Hestra, Darmstadt, 1989, ISBN 3-7771-0208-3, especialmente las páginas 76-79, se conoce un sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética. En este caso, el sistema de conducción de un vehículo de flotación magnética cumple básicamente tres funciones, es decir, el sustentar el vehículo de flotación magnética sin contacto sobre una vía, el guiarlo y el propulsarlo. Para ello, el sistema de conducción comprende un sistema de suspensión, un sistema de guiado y un sistema de propulsión. El conocido sistema de guiado incluye una disposición de imanes de guiado cuyos imanes de guiado están dispuestos lateralmente de tal forma que el flujo magnético discurre perpendicular a la dirección longitudinal del carril guía lateral que se encuentra en el vehículo y, de esta manera, se encarga del guiado lateral del vehículo de flotación magnética. Los imanes de suspensión dispuestos por pares en la zona inferior de la estructura de flotación del vehículo de flotación magnética asumen la función de flotación. La inducción necesaria para ello forma al mismo tiempo la excitación para la propulsión, de manera que el sistema de suspensión y el sistema de propulsión están formados por una única disposición de imanes y las funciones ejercen una influencia recíproca. A estas disposiciones de imanes de suspensión y propulsión están asignados paquetes de chapas en el lado de la vía. El paquete de chapas asignado a los imanes de suspensión o de propulsión contiene una bobina de campo móvil por la que pasa corriente y forma el estator de un motor lineal síncrono de estator longitudinal.

A partir del documento de patente estadounidense 5.605.100 se conoce un sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética en el que los imanes de propulsión del vehículo forman junto con conductores de corriente dispuestos en el vehículo un sistema de propulsión de corriente continua. Los imanes de propulsión están dispuestos de tal forma que generan un campo magnético horizontal que atraviesa el estator de la vía que aloja a los conductores eléctricos. Para ello la vía está dividida en una gran cantidad de pequeñas secciones, que se alimentan en cada caso con una corriente continua que puede conectarse o desconectarse, de manera que sólo son conductores de la corriente aquellos conductores eléctricos que se encuentren en la cercanía de los dos polos magnéticos de un imán de propulsión que rodean al estator. En este sistema de conducción conocido cada sección del estator debe ser menor que el ancho de los imanes de propulsión, puesto que de lo contrario se desplaza la corriente de los imanes de propulsión y fluye en las zonas del estator, en las que no puede contribuir a la formación de una fuerza propulsora. De ello resulta la necesidad de emplear una gran cantidad de interruptores eléctricos que se conectan de forma rápida, que tienen como consecuencia grandes costes de inversión y de mantenimiento.

Se conoce un sistema propulsor lineal de corriente continua de Philips techn. REV. 40, 1982, Nº 11/12, pp. 329-337, en el que en lados opuestos entre sí de un estator lineal dotado de un devanado de bobina está dispuesto en cada caso un imán propulsor, cuyo eje magnético discurre de forma horizontal, de manera que un polo del imán propulsor está dirigido al estator y el otro polo del imán propulsor está opuesto al estator. Por ello sólo una parte del campo magnético generado por el imán propulsor contribuye a generar una fuerza propulsora lineal. Además, en los lados exteriores junto a la vía también deben disponerse núcleos de hierro adicionales, para evitar que las porciones de campo magnético opuestas al estator y generadas por el imán propulsor se cierren hacia atrás por el estator y perjudiquen la acción de propulsión.

A partir del documento FR 2 150 749 A se conoce un vehículo con motor lineal. En este caso dos imanes propulsores del vehículo están dispuestos enfrentados entre sí respecto al raíl. La parte del raíl que sirve como estator se compone de secciones magnéticas y no magnéticas dispuestas unas detrás de otras de forma alterna. No se menciona nada acerca de los signos previos de los polos magnéticos de los imanes propulsores.

La invención se basa en la tarea de indicar un sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética, en el que se reduce el esfuerzo técnico, especialmente de los dispositivos de la parte del vehículo necesarios de grandes longitudes, contando para ello especialmente la vía, el estator y el cable del tramo.

La tarea citada se soluciona con un sistema de conducción para un vehículo de flotación magnética con las características de la reivindicación 1. Según la invención, el sistema de conducción contiene un sistema propulsor que comprende una disposición de imanes propulsores en la parte del vehículo, que forma un motor lineal de corriente continua con un estator que se extiende en la dirección longitudinal de la vía, sobre el que se enrolla una bobina que se extiende en la dirección longitudinal, y cuyos imanes propulsores con sus ejes magnéticos que unen los dos polos magnéticos están dispuestos transversales a la dirección longitudinal de la vía, de tal manera que los polos magnéticos dispuestos uno tras otro en esta dirección longitudinal tienen el mismo signo previo, y de manera que en cada caso los polos magnéticos pertenecientes a un imán propulsor están dispuestos en un lado del estator y dirigidos a éste.

Con ello, los imanes de la parte del vehículo necesarios para el accionamiento están dispuestos de tal manera que, a través de éstos, no puede inducirse ningún campo alterno en la vía. Con otras palabras: el flujo magnético inducido en la vía tiene la misma dirección en toda la longitud del vehículo y no se presenta ningún cambio de signo previo durante el paso del vehículo de flotación magnética.

Puesto que los polos magnéticos de cada uno de los imanes propulsores están dispuestos a un lado del estator y dirigidos a éste, se acopla al estator una parte lo más grande posible del campo magnético que discurre fuera de los imanes propulsores y, con ello, es eficaz al generar la fuerza de propulsión.

Puesto que los imanes propulsores no inducen ningún campo alterno en el estator durante el paso, el estator puede fabricarse de acero ferromagnético macizo. Con ello se reduce el gasto en la fabricación del estator, puesto que no se necesita ningún paquete de chapas y ninguna sujeción por tornillos.

Puesto que para accionar el motor lineal de corriente continua sólo han de alimentarse corrientes continuas, se suprimen además los inversores y alternadores en las subestaciones y las instalaciones de conexión correspondientes. Además, el consumo de potencia reactiva se aproxima a cero. Por lo demás es posible una regulación muy sencilla puesto que no es necesario ningún registro de frecuencia ni de fase, así como ningún procesamiento de frecuencia ni de fase. Por este motivo se simplifica de forma considerable la transmisión de datos entre el vehículo y la subestación necesaria para el funcionamiento del vehículo de flotación magnética. Puesto que no se induce ningún campo alterno, no se presenta además ninguna pérdida de desimanación.

Preferiblemente, los imanes propulsores están dispuestos verticalmente con sus ejes magnéticos que discurren entre los dos polos magnéticos.

En una configuración alternativa de la invención, los imanes propulsores también pueden disponerse de forma horizontal.

En una configuración ventajosa de la invención, la disposición de imanes propulsores contiene en cada caso imanes propulsores enfrentados entre sí por parejas, entre los cuales está dispuesto el estator. Mediante estas medidas puede conseguirse una gran fuerza de propulsión con una corriente del estator relativamente baja. Con ello se reduce la pérdida en los cables.

Preferiblemente, el estator contiene dos devanados helicoidales dispuestos uno bajo otro o uno junto al otro en la dirección longitudinal. Con ello cada uno de los polos magnéticos puede contribuir a la propulsión del vehículo y es posible una estructura sencilla del estator. De forma alternativa está previsto un devanado del estator, que forma un ocho en una vista en planta en la dirección longitudinal.

En otra configuración de la invención, en una disposición vertical de los imanes propulsores, el sistema propulsor está configurado al mismo tiempo como sistema de guiado. Esto posibilita un control sencillo del guiado lateral del vehículo de flotación magnética que está totalmente desacoplado de la función de propulsión, aunque se utilicen los mismos componentes para la propulsión y el guiado laterales.

En una disposición horizontal de los imanes propulsores, preferiblemente el sistema propulsor está configurado al mismo tiempo como sistema de sustentación. Esto posibilita un control sencillo del sistema de sustentación del vehículo de flotación magnética, que está completamente desacoplado de la función de propulsión, aunque se utilicen los mismos componentes para la propulsión y la sustentación.

En una configuración especialmente ventajosa de la invención, los imanes de sustentación de una disposición de imanes de sustentación en la parte del vehículo están dispuestos con sus ejes magnéticos que discurren entre los dos polos magnéticos de forma horizontal y transversal a la dirección longitudinal de la vía, especialmente por debajo de la vía, de tal manera que los polos magnéticos dispuestos uno tras otro en la dirección longitudinal tienen el mismo signo previo. Mediante esta medida se evita igualmente que se originen campos alternos en la vía, de manera que puede utilizarse una placa de sustentación ferromagnética como vía.

En las reivindicaciones dependientes se reproducen otras configuraciones ventajosas de la invención. Para aclarar adicionalmente la invención se remite a los ejemplos de realización del dibujo. Se muestra:

La figura 1, un sistema de conducción según la invención en una representación básica esquemática,

La figura 2, el sistema de conducción en una representación ampliada,

La figura 3, la estructura de un estator en una configuración preferida de la invención,

Las figuras 4 y 5, en cada caso, un devanado apropiado del estator,

La figura 6, una alimentación de tensión de la vía en un diagrama de bloques esquemático,

La figura 7, una disposición especialmente ventajosa para la alimentación eléctrica de la vía, también en una representación básica.

Según la figura 1, se conduce de forma flotante un vehículo 2 de flotación magnética con una estructura 4 de flotación sobre una vía 6. Un sistema de conducción del vehículo 2 de flotación magnética comprende un sistema 8 de sustentación así como un sistema 10 de propulsión. El sistema 8 de sustentación se forma por una placa 12 ferromagnética de la vía, así como por disposiciones 14 de imanes de sustentación fijados en la estructura 4 de flotación, que están dispuestas por debajo de la placa de la vía a ambos lados de un apoyo 16 de la vía.

El sistema 10 propulsor comprende un estator 16, que forma un motor lineal de corriente continua, con una disposición 18 de imanes de propulsores en el lado del vehículo. El sistema 10 propulsor está configurado, en este caso, como sistema de guiado para el guiado lateral del vehículo 2 de flotación magnética.

En la representación ampliada según la figura 2 se reconoce que la disposición 14 de imanes de sustentación contiene imanes 20 de sustentación, preferiblemente con núcleos de hierro en forma de U, cuyo eje 26 magnético, que discurre entre los dos polos 22 y 24 magnéticos, está orientado transversalmente a la dirección 28 longitudinal de la vía 6. En la representación según la figura 2, esta dirección 28 longitudinal discurre perpendicular al plano del dibujo. En esta dirección 28 longitudinal están dispuestos unos tras otros una gran cantidad de imanes 20 de sustentación, con lo que los polos 22 ó 24 magnéticos dispuestos uno tras otro tienen en cada caso el mismo signo previo.

Durante el paso del vehículo 2 de flotación magnética, es decir, durante su movimiento en la dirección 28 longitudinal, no se genera con ello ningún campo magnético alterno en la placa 12 de la vía, es decir, no tiene lugar ninguna desimanación, de manera que puede utilizarse como placa 12 de la vía una simple placa ferromagnética de acero.

Con la corriente que fluye por un devanado 30 del imán 20 de sustentación puede ajustarse el campo de sustentación necesario para sustentar el vehículo 2 de flotación magnética. Una rueda 36 de acero unida rígidamente con la disposición 18 de imanes de sustentación y apoyada en el fondo 34 del vehículo por medio del resorte 32 sirve para sustentar el vehículo 2 durante fallos de servicio que se presenten eventualmente.

Entre los resortes 32 está colocada una estructura de transporte subterráneo en la que están fijados los imanes 40 propulsores de la disposición 18 de imanes propulsores los cuales también presentan núcleos de hierro en forma de U. El eje 46 magnético de los imanes 40 de propulsión que discurre entre los dos polos 42 y 44 magnéticos está orientado perpendicular a la placa 12 de la vía y perpendicular a la dirección 28 longitudinal de la vía 6. En la dirección 28 longitudinal están dispuestos unos tras otros una gran cantidad de imanes 40 de propulsión, de tal manera que los polos 42 ó 44 magnéticos dispuestos unos tras otros tienen en cada caso el mismo signo previo. Con otras palabras: los imanes 40 de propulsión dispuestos unos tras otros están orientados de idéntica manera. A cada imán 40 propulsor está asignado un imán 40 magnético enfrentado dispuesto de forma reflejada simétrica, de manera que la disposición 18 de imanes propulsores contiene en cada caso imanes 40 propulsores enfrentados entre sí por pares.

Entre los imanes 40 propulsores enfrentados entre sí por pares está dispuesto un estator 50, que en el ejemplo de la figura aloja los devanados 52 y 54 de corriente continua. Con ello, los imanes 40 propulsores están dispuestos de tal forma que los dos polos 42, 44 magnéticos de cada uno de los imanes 40 propulsores se encuentra en un lado del estator 50 y están dirigidos a éste. De esta manera, prácticamente todo el campo magnético que discurre fuera de un imán 40 propulsor contribuye a generar la fuerza de propulsión.

Los devanados 52 y 54 están enrollados en forma helicoidal sobre el estator 50 en la dirección 28 longitudinal. Se encuentran unos junto a otros, en el ejemplo de realización unos sobre otros, en el estator 50, de tal manera que un devanado, en el ejemplo de la figura el devanado 52, está asignado al polo positivo del imán 40 propulsor y el otro devanado 54, al polo negativo del imán 40 propulsor. Los devanados 52 y 54 son atravesados por la corriente continua en sentido contrario, de manera que mediante el flujo 56 magnético generado en el estator por los imanes 40 propulsores , se ejerce una fuerza de propulsión o de empuje paralela a la dirección 28 longitudinal que da como resultado una fuerza de propulsión o de frenado.

Un freno 60 hidráulico dispuesto en la estructura 38 de transporte subterráneo sirve como freno de seguridad para frenar el vehículo 2 de flotación magnética en casos de fallo.

Puesto que los ejes 46 magnéticos de los imanes 40 propulsores están dispuestos transversales a la dirección 28 longitudinal, es decir, transversales a la dirección del movimiento del vehículo 2 de flotación magnética, no se induce en el estator 50 ningún campo magnético alterno. Por tanto, el estator 50 puede fabricarse, igual que la placa 12 de la vía, de acero macizo.

El sistema 10 propulsor sirve al mismo tiempo como sistema de guiado. En este caso, los imanes 40 propulsores forman, junto con el estator 50, pares de imanes de guiado, con lo que la función de guiado es el resultado de la diferencia del flujo magnético de los imanes 40 de accionamiento izquierdos y derechos. Puesto que la función de propulsión es el resultado de la suma de los flujos magnéticos de los imanes 40 propulsores izquierdos y derechos así como de la corriente continua que fluye en los devanados 52 y 54, la función de propulsión y la función de guiado están desacopladas entre sí. Según la distribución de las intensidades de flujo en los pares de imanes de propulsión, la fuerza que actúa de forma transversal a la dirección 28 longitudinal en el vehículo 2 de flotación magnética puede ajustarse independientemente de la fuerza de propulsión que actúa en la dirección 28 longitudinal.

Puesto que ni el campo de sustentación ni el guiado lateral determinan el flujo de propulsión, las tres funciones, es decir, la función de sustentación, la función de guiado y la función de propulsión, pueden optimizarse de forma independiente entre sí. Especialmente, puede producirse una gran fuerza de propulsión al aumentar la inducción correspondiente, sin que tenga que alimentarse una gran corriente del estator. Con ello se reduce la pérdida en los cables y se necesita menos cable de tramo. Por lo demás se excluyen reacciones de la propulsión, por ejemplo, por un cortocircuito del devanado, en la función de sustentación y de guiado.

En lugar de la forma de realización mostrada en el ejemplo de realización según la figura 2, en la que los imanes 40 propulsores están dispuestos de forma vertical, en una forma de realización alternativa también es posible en principio disponer horizontalmente los imanes de accionamiento también por pares enfrentados entre sí en principio en la misma configuración del estator que se encuentra en medio. En una forma de realización alternativa de este tipo los imanes de propulsión se utilizan para la función de sustentación.

En la figura 3 puede observarse la estructura de una pieza superior o inferior del estator. Un núcleo 62 en forma de paralelepípedo está soldado en sus lados 64 planos con piezas 66 de chapa también en forma de paralelepípedo que están separadas entre sí y, de esta manera, forman ranuras 68 laterales para alojar el cable del estator. En uno de los lados estrechos del núcleo 62, se unen piezas 66 de chapa enfrentadas entre sí con uniones 70 transversales, de manera que en este lado estrecho se produce una ranura 72, que también discurre transversal a la dirección 28 longitudinal. En el lado estrecho opuesto están previstas uniones 74 transversales que están dispuestas en diagonal a la dirección 28 longitudinal, de tal manera que forman ranuras 76, que discurren en diagonal en el lado estrecho inferior del núcleo 62 y generan una unión para una ranura 68 contigua. Con este diseño puede realizarse un devanado casi helicoidal del cable del estator de forma sencilla en cuanto a la técnica de fabricación en el núcleo 62. Pueden disponerse dos núcleos 62 de este tipo uno junto al otro, de manera que se forman dos devanados helicoidales dispuestos uno junto al otro. El devanado que resulta de esta manera puede observarse de forma esquemática en la figura 4, pero en este ejemplo de realización sólo está mostrado el núcleo 62, sin unión transversal y sin piezas de chapa.

En lugar de dos devanados 52, 54 helicoidales también puede estar previsto un devanado 78 que discurre en forma de un ocho, como puede observarse de forma esquemática en la figura 5.

Según la figura 6, la vía 6 contiene varias secciones 80 del estator. Cada sección 80 del estator contiene un estator, no indicado en la figura, con dos devanados 52, 54. Los devanados 52, 54 se alimentan con corriente continua mediante puntos 82 de conexión en una disposición de etapas de cambio por medio del cable 84 ó 86 de tramo. En lugar de cables de tramo también pueden utilizarse simples barras conductoras. Los cables 84 y 86 de tramo están unidos a la red 90 nacional por una subestación 88. En esta subestación 88 se genera la corriente continua necesaria para alimentar al sistema de conducción por medio de un rectificador 92.

Según la figura 7, durante el control descentralizado del vehículo, también es posible alimentar con corriente varias secciones 80 del estator desde una subestación 88. Un control descentralizado de este tipo es posible mediante el control de la corriente que fluye en los devanados de los imanes propulsores, es decir, mediante el ajuste de la inducción de los imanes propulsores.

Claims (11)

1. Sistema de conducción para un vehículo (2) de flotación magnética con un sistema (10) propulsor que comprende una disposición (18) de imanes de propulsión en el lado del vehículo que, con un estator (50) que se extiende en la dirección (28) longitudinal de la vía (6), sobre el que se enrolla un devanado (52, 54) que se extiende en la dirección (28) longitudinal, forma un motor lineal de corriente continua y sus imanes (40) propulsores están dispuestos con sus ejes (46) magnéticos que unen los dos polos (42, 44) magnéticos de forma transversal a la dirección (28) longitudinal de la vía (6), de tal manera que los polos (42, 44) magnéticos dispuestos uno detrás del otro en esta dirección (28) longitudinal tienen el mismo signo previo, y de manera que en cada caso los polos (42, 44) magnéticos que pertenecen a un imán (40) magnético están dispuestos sobre un lado del estator y están dirigidos a éste.

2. Sistema de conducción según la reivindicación 1, en el que los imanes (40) propulsores están dispuestos de forma vertical con sus ejes (46) magnéticos que discurren entre los dos polos (42, 44) magnéticos.

3. Sistema de conducción según la reivindicación 1 ó 2, en el que la disposición (18) de imanes propulsores contiene en cada caso imanes (40) de propulsión enfrentados entre sí por pares, entre los cuales está dispuesto el estator (50).

4. Sistema de conducción según la reivindicación 3, en el que el estator (50) contiene dos devanados (52, 54) helicoidales dispuestos uno junto al otro y en la dirección longitudinal.

5. Sistema de conducción según la reivindicación 4, en el que el estator (50) contiene un devanado (78) que forma un ocho en una vista en planta en la dirección (28) longitudinal.

6. Sistema de conducción según una de las reivindicaciones precedentes, en el que el sistema (10) propulsor está configurado al mismo tiempo como sistema de guiado.

7. Sistema de conducción según una de las reivindicaciones precedentes, con una disposición (14) de imanes de sustentación en el lado del vehículo, cuyos imanes (40) de sustentación están dispuestos con sus ejes (26) magnéticos que discurren entre los dos polos (22, 24) magnéticos de forma horizontal y transversal a la dirección (28) longitudinal de la vía (6), de tal manera que los polos (22, 24) magnéticos dispuestos uno tras otro en esta dirección (28) longitudinal tienen el mismo signo previo.

8. Sistema de conducción según la reivindicación 6, con una placa (12) ferromagnética de la vía que sirve como vía (6).

9. Sistema de conducción según la reivindicación 8, en el que los imanes (20) de sustentación están dispuestos en el lado del vehículo por debajo de la placa (12) de la vía.

10. Sistema de conducción según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuerza de propulsión para el vehículo (2) de flotación magnética puede ajustarse de forma central desde una subestación (88) por la correspondiente corriente del estator.

11. Sistema de conducción según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la fuerza de propulsión para el vehículo (2) de flotación magnética puede ajustarse de forma descentralizada en el vehículo (2) de flotación magnética por sí mismo, por medio de la inducción de los imanes propulsores.