Der bewegliche Elektromagnet mit dreiphasiger Wechselstromerregung (als Stator) ist in zwei Reihen beidseitig (jedoch nicht berührend) auf der Aluminiumplatte angebracht. Die magnetischen Feldlinien verlaufen senkrecht zur Aluminiumplatte, die durch Induktion einen Strom erzeugt und somit eine Antriebskraft erzeugt. Aufgrund des linearen Induktionsmotorstators in einem Zug ist die Führungsschiene kurz, sodass dieLinearmotorwird auch als „Linearmotor mit kurzem Stator“ (Kurzstatormotor) bezeichnet;
Das Funktionsprinzip eines Linearmotors besteht darin, dass ein supraleitender Magnet am Zug (als Rotor) befestigt ist und eine dreiphasige Ankerspule (als Stator) auf der Schiene installiert ist, um das Fahrzeug anzutreiben, wenn die Spule auf der Schiene dreiphasigen Wechselstrom mit einer variablen Anzahl von Zyklen liefert.
Da die Geschwindigkeit des Fahrzeugbewegungssystems entsprechend der Synchrondrehzahl bei dreiphasigem Wechselstrom proportional zur Anzahl der beweglichen Teile ist, spricht man von einem sogenannten linearen Synchronmotor. Aufgrund der Umlaufbahn des Stators des linearen Synchronmotors, die lang ist, wird der lineare Synchronmotor auch als „Langstator-Linearmotor“ (Langstatormotor) bezeichnet.
Linearer Vibrationsmotor in Z-Richtung
Traditionell, da ein spezielles Schienensystem verwendet wird und das Stahlrad als Stütze und Führung dient, steigt mit zunehmender Geschwindigkeit der Fahrwiderstand, während die Traktion begrenzt ist. Wenn der Widerstand größer ist als die Traktion, kann der Zug nicht beschleunigen und konnte daher die theoretische Höchstgeschwindigkeit von 375 Kilometern pro Stunde nicht erreichen.
Obwohl der französische TGV mit 515,3 km/h einen Weltrekord für ein traditionelles Schienenverkehrssystem aufgestellt hat, können die Rad-Schiene-Materialien zu Überhitzung und Materialermüdung führen, weshalb die aktuellen Hochgeschwindigkeitszüge in Deutschland, Frankreich, Spanien, Japan und anderen Ländern im kommerziellen Betrieb 300 km/h nicht überschreiten.
Um die Geschwindigkeit von Fahrzeugen weiter zu erhöhen, ist es notwendig, die traditionelle Fahrweise auf Rädern aufzugeben und stattdessen „Magnetschwebebahnen“ einzusetzen. Diese ermöglichen es dem Zug, über den Schienen zu schweben, wodurch die Reibung reduziert und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erheblich gesteigert wird. Neben der Vermeidung von Lärm- und Luftverschmutzung kann das Schweben der Züge über den Schienen auch die Energieeffizienz verbessern.
Durch den Einsatz von Linearmotoren lässt sich das Magnetschwebebahnsystem auch beschleunigen, daher kam das Magnetschwebebahnsystem mit Linearmotoren ins Leben.
Dieses Magnetschwebesystem nutzt eine Magnetkraft, die einen Zug von einem Gleis ablenkt oder anzieht. Die Magnete bestehen entweder aus Permanentmagneten oder supraleitenden Magneten (SCM).
Der sogenannte Konstantleitfähigkeitsmagnet ist ein herkömmlicher Elektromagnet, d. h., er ist nur dann magnetisch, wenn Strom zugeführt wird; der Magnetismus verschwindet, sobald der Strom abgeschaltet wird. Da die Stromabnahme bei sehr hohen Zuggeschwindigkeiten schwierig ist, kann der Konstantleitfähigkeitsmagnet nur bei Magnetschwebebahnen eingesetzt werden, die auf dem Prinzip der magnetischen Abstoßung und relativ niedrigen Geschwindigkeiten (ca. 300 km/h) basieren. Für Magnetschwebebahnen mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 km/h (die auf dem Prinzip der magnetischen Anziehung beruhen) müssen supraleitende Magnete permanentmagnetisch sein (damit der Zug keinen Strom abführen muss).
Das magnetische Levitationssystem kann aufgrund des Prinzips, dass sich magnetische Kräfte anziehen oder abstoßen, in elektrodynamische Suspension (EDS) und elektromagnetische Suspension (EMS) unterteilt werden.
Die elektrische Schwebetechnik (EDS) nutzt dasselbe Prinzip wie die Zugbewegung durch äußere Kräfte. Eine Vorrichtung am Zug erzeugt ein Magnetfeld, das durch einen Leitmagneten induziert wird. Der in einer Spule auf den Gleisen induzierte Strom erzeugt ein sich selbst erneuerndes Magnetfeld. Da beide Magnetfelder in die gleiche Richtung zeigen, entsteht zwischen Zug und Gleis eine Wechselwirkung, die den Zug anhebt und ihn schweben lässt. Da die Schwebetechnik durch das Gleichgewicht der beiden magnetischen Kräfte erreicht wird, kann die Schwebehöhe (ca. 10–15 mm) festgelegt werden, wodurch der Zug eine beträchtliche Stabilität aufweist.
Darüber hinaus muss der Zug auf andere Weise in Bewegung gesetzt werden, bevor sein Magnetfeld einen induzierten Strom und ein Magnetfeld erzeugen kann, wodurch das Fahrzeug in der Schwebe gehalten wird. Daher muss der Zug mit Rädern zum „Starten“ und „Landen“ ausgestattet sein. Sobald die Geschwindigkeit 40 km/h übersteigt, beginnt der Zug zu schweben (d. h. „abzuheben“), und die Räder klappen automatisch ein. Verringert sich die Geschwindigkeit und der Zug schwebt nicht mehr, senken sich die Räder automatisch ab und gleiten (d. h. „landen“).
Lineare Synchronmotoren (LSM) eignen sich nur als Antriebssystem bei relativ niedrigen Geschwindigkeiten (ca. 300 km/h). Abbildung 1 zeigt die Kombination aus elektrischem Federungssystem (EDS) und linearem Synchronmotor (LSM).
Veröffentlichungsdatum: 21. Oktober 2019
