Der prinzipielle Aufbau einer rotierenden Maschine und eines Linearmotors ist in den folgenden beiden Bildern (Abbildung 1 und Abbildung 2) dargestellt. Im Wesentlichen sind die gleichen Komponenten vorhanden, nur die geometrische Ausführung ist unterschiedlich.
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| Abbildung 1: Grundsätzlicher Aufbau eines
rotierenden (Asynchron-)Motors (Bild vergrößern) |
Abbildung 2: Aufbau eines Linearmotors (Bild vergrößern) |
Am Beispiel des Systems Transrapid zeigt die Abbildung 3, wie der rotierende Motor aufgeschnitten wird und sowohl Rotor (rot) als auch Stator (grün) in die Länge gezogen werden, um den Linearmotor zu erhalten.
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| Abbildung 3: Beziehung zwischen rotierendem Traktionsantrieb und Linearmotor |
Beim Linearmotor richtet sich die Zuordnung von Primär- und Sekundärteil nach dem Größenverhältnis der beiden Komponenten zueinander. Im Gegensatz dazu weisen Stator und Rotor der rotierenden Maschinen die fast gleiche (in Abhängigkeit vom Luftspalt) geometrische Länge bzw. Umfang auf.
| Tabelle 1: Vergleich von Linearmotor und rotierendem Antrieb für den Einsatz im spurgeführten Verkehr | |||
| Linearmaschine | Rotierende Maschine | ||
| Kurzstator | Langstator | ||
| Ortsfeste Komponente | Sekundärteil z. B. Reaktionsschiene beim Asychronmotor oder Felderregersystem beim Synchronmotor im Fahrweg |
Primärteil z. B. Statorpakete (Antriebs- bzw. Wanderfeldwicklung im Fahrweg wie beim System Transrapid |
Primärteil (Stator) |
| Bewegte Komponente | Primärteil z. B. Antriebswicklung auf dem Fahrzeug |
Sekundärteil z. B. Erregermagnete (=Tragmagnete beim System Transrapid) auf dem Fahrzeug |
Sekundärteil (Rotor) |
Bei rotierenden elektrischen Drehstrommaschinen sind zusätzlich zu der elektrischen Verschiebung (Abbildung 4) von 120° zwischen den drei Phasen auch die Stränge jeweils um 120° örtlich (Abbildung 6) versetzt angeordnet. Damit ergibt sich ein (rotierendes) Drehfeld.
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| Abbildung 4: Dreiphasiges symmetrisches Strom- bzw.
Spannungssystem (Bild vergrößern) |
Abbildung 5: (Strom-)Zeigerdiagramm
einer rotierenden Drehstrommaschine (Bild vergrößern) |
Im Gegensatz dazu verändert sich das Feld einer Linearmaschine in nur einer Dimension (linear). Dabei erfolgt die Änderung so, dass es aussieht, als wandere das Feld ent-lang des Antriebes (Abbildung 6). Das prägte den Begriff des Wanderfeldes.
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| Abbildung 6: Wanderfeld des Linearmotors beim System Transrapid (Bild vergrößern) |
Eine elektrische Maschine im Traktionseinsatz kann prinzipiell auf zwei Arten betrieben werden. Einerseits wird Energie aus dem Energieversorgungsnetz bezogen und das Triebfahrzeug angetrieben. In diesem Fall arbeitet die Maschine motorisch. Bei Einsatz der elektrischen Bremse wandelt die Maschine auf dem Triebfahrzeug, welche dabei als Generator betrieben wird, die mechanische Bewegungsenergie des Zuges in elektrische Energie um. Diese kann je nach Verkehrsart und Fahrzeugtyp in das Bahnenergieversorgungsnetz zurück gespeist werden oder aber mittels Bremswiderständen in Wärme umgesetzt werden.
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| Abbildung 7: Betriebszustände elektrischer Maschinen beim Einsatz auf Bahnfahrzeugen |
Zu jeder elektrischen Maschine gehört auch immer eine sogenannte Erregung. Diese kann auf sehr unterschiedliche Art und Weise je nach Maschinentyp - ausgeführt werden. Mögliche Varianten sind der Einsatz von Erregerwicklungen (elektromagnetisch) oder auch durch Permanentmagnete. Beim System Transrapid bzw. dessen integrierten Trag- und Antriebsmodul werden die Tragmagnete gleichzeitig als Erregung für den Linearmotor genutzt. Das spart neben den Kosten auch Raum und Fahrzeuggewicht.