DE2060970A1 - Magnetic guide for vehicles on a rail-bound train - Google Patents
Magnetic guide for vehicles on a rail-bound trainInfo
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- B60L2200/00—Type of vehicles
- B60L2200/26—Rail vehicles
Description
Magnetische Führung für Fahrzeuge einer schienengebundenen BahnMagnetic guide for vehicles on a rail-bound train
Bei Fahrzeugen, welche durch Elektromagnete gegenüber einer Schienenanordnung freischwebend gehalten werden, sind in aller Regel Seitenführungen erforderlich, um eine ausreichende Sicherheit gegen Überschreitung der stabilen Gleichgewichtslage, z.B. unter der Wirkung von Wind- und Fliehkräften o.dgl., zu erreichen.In vehicles, which by electromagnets against a Rail assembly held free-floating are in As a rule, lateral guides are required to ensure adequate security against exceeding the stable equilibrium position, e.g. under the action of wind and centrifugal forces or the like.
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Dies gilt besonders für Fahrzeuge von Bahnen, welche durch magnetische Anziehungskräfte in einer Schwebelage gehalten werden. Zweckmäßigerweise erfolgt die Führung dieser Fahrzeuge in Seitenrichtung ebenfalls berührungslos durch zusätzliche Führungsmagnete, welche dann zusammen mit einer oder mehreren als Anker dienenden Führungsschienen mindestens zwei vertikale Luftspalte bilden.This is especially true for vehicles from railways that go through magnetic forces of attraction held in a floating position will. Appropriately, these vehicles are also guided in the lateral direction without contact by additional vehicles Guide magnets, which then together with one or more guide rails serving as anchors at least form two vertical air gaps.
Eine derartige magnetische Schwebeführung wäre vollkommen, wenn der Verlauf der Führungsschienen ideal genau sein könnte, was jedoch praktisch nicht möglich ist. Bei einer Anordnung mit zwei Führungsschienen wird es z.B. nicht vermeidbar sein, daß der Abstand zwischen ihnen innerhalb eines Toleranzbereiches schwankt. Wenn dennoch die Laufruhe der Fahrzeuge nicht merklich gestört werden soll, dann ist eine sogenannte Luftspaltregelung erforderlich, d.h. die Führungsmagnete jeder Fahrzeugseite werden auf Einhaltung eines vorgegebenen gleich weiten Luftspaltes (Soll-Spaltweite) gegenüber der zugeordneten Führungsschiene erregt. Eine Magnetführung von vollkommener Fahrtruhe wird aber auch auf diese Weise noch nicht erreicht, da die gleiche Soll-Spaltweite bei beiden Luftspalten nur eingehalten werden kann, solange Lageänderungen der Führungsschienen nicht zu einer Änderung der Summe der Soll-Spaltweiten führen: Sobald die Summe der Soll-Spaltweiten größer wird als die Summe der Ist-Spaltweiten, werden die Fahrzeuge in einem der Differenz dieser Summen entsprechenden Mittelbereich ungeführt pendeln. Wird die Summe der Soll-Spaltweiten kleiner als die Summe der Ist-Spaltweiten, kann zwar dieses Pendeln vermieden werden, jedoch nur mit einem beträchtlichen elektrischen Leistungsaufwand; die Führungsmagnete beider Fahrzeugseiten werden dann nämlich gleichzeitig erregt und arbeiten gegeneinander." Such a magnetic levitation would be perfect, if the course of the guide rails could be ideally accurate, but this is not possible in practice. At a Arrangement with two guide rails, for example, it will be unavoidable that the distance between them is within of a tolerance range fluctuates. If the smoothness of the vehicles is not to be noticeably disturbed, then a so-called air gap control is required, i.e. the guide magnets on each side of the vehicle are set to maintain a given air gap of the same size (Target gap width) excited with respect to the assigned guide rail. A magnet guide of perfect driving peace but is not yet achieved in this way either, since the same nominal gap width is just the same for both air gaps can be maintained as long as changes in the position of the guide rails do not result in a change in the sum of the Target gap widths: As soon as the sum of the target gap widths is greater than the sum of the actual gap widths, the vehicles will commute unguided in a middle area corresponding to the difference between these sums. Will the If the sum of the nominal gap widths is smaller than the sum of the actual gap widths, this oscillation can be avoided, however only with a considerable amount of electrical power; the guide magnets on both sides of the vehicle then namely excited at the same time and work against each other. "
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Aufgabe der Erfindung ist es, aufzuzeigen, wie diese Nachteile vermeidbar sind und wie eine sowohl spiel- ale auch zwangsfreie.magnetische Führung erreicht werden kann.The object of the invention is to show how these disadvantages can be avoided and how they can be both playful Forced magnetic guidance can be achieved.
Ausgehend Von einer magnetischen Führung für Fahrzeuge einer schienengebundenen Bahn, bei der Führungsmagnete, deren Erregung regelbar ist, zusammen mit Teilen der Schienenanordnung paarweise einander zugeordnete vertikale Luftspalte begrenzen, wird dazu erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit von einer Änderung des Verhältnisses der arithmetischen Mittelwerte der paarweise einander zugeordneten Luftspaltweiten regelbar ist, wobei sich diese Mittelwerte jeweils aus den Luftspaltweiten der einen bzw. der anderen Fahrzeugseite errechnen.Starting from a magnetic guide for vehicles one rail-bound train, in the case of the guide magnets, their excitation is adjustable, together with parts of the rail arrangement in pairs associated with one another vertical air gaps limit, it is proposed according to the invention that the excitation of the guide magnets as a function of a change the ratio of the arithmetic mean values of the air gap widths assigned to one another in pairs can be regulated, these mean values are calculated from the air gap widths on one or the other side of the vehicle.
Bei einer derartigen Magnetführung werden die Führungsmar gnete,wenn sich die Soll-Spaltweite der Luftspalte ändert, also nicht auf Einhaltung dieser Spaltweite erregt sondern in der Weise, daß sämtliche Luftspalte im Mittel gleich weit bleiben. Dadurch können die Fahrzeuge nahezu einem idealen Weg folgen. Werden zur Führung magnetische Anziehungskräfte ausgenutzt, dann sind zweckmäßig jeweils diejenigen Führungsmagnete zu erregen, bei denen der arithmetische Mittelwert der zugehörigen Luftspaltweiten größer 1st als der der zugeordneten (gegenüberliegenden) Führungsmagnete. With such a magnet guide, the guide mar gnet when the target gap width of the air gap changes, so not excited to maintain this gap width but in such a way that all air gaps are equal on average stay far. This allows the vehicles to follow an almost ideal path. Magnetic forces of attraction act as guides exploited, then those are appropriate in each case To excite guide magnets in which the arithmetic mean of the associated air gap widths is greater 1st than that of the assigned (opposite) guide magnets.
Bei Spaitgleichheit können sämtliche Führungsmagnete entregt bleiben, wenn nicht Luftkräfte o.dgl. eine einseitige Kraftwirkung erfordern. Im Hinblick darauf kann eine zusätzliche Erregung der Führungsmagnete vorgesehen sein.In the case of equality of spits, all guide magnets can remain de-energized, if not air forces or the like. a one-sided Require force. In view of this, additional excitation of the guide magnets can be provided.
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Es versteht sich, daß diese Magnetführung nicht auf magnetisch freischwebend gehaltene Fahrzeuge beschränkt ist: sie kann auch bei Luftkissenfahrzeugen oder spurkranzlosen Radfahrzeugen Verwendung finden.It goes without saying that this magnetic guide is not limited to vehicles that are held magnetically free-floating: it can also be used in hovercraft or wheeled vehicles without flange.
Bei einer magnetischen Führung für Fahrzeuge einer durch einen Linearmotor angetriebenen schienengebundenen Bahn/ bei der Führungsmagnete, deren Erregung regelbar ist, zusammen mit Teilen der Schienenanordnung paarweise einander zugeordnetervertikale Luftspalte begrenzen, kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe auch auf eine andere, im Rahmen der Erfindung liegende Weise gelöst werden. Für solche Fahrzeuge wird vorgeschlagen, daß die Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit von einer Änderung des oder der Motor-Luftspalte regelbar ist. Bei vertikalen Motor-Luftspalten wird dann die Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit Von einer Änderung des Verhältnisses der arith-* metischen Mittelwerte der paarweise einander zugeordneten Motor-Luftspaltweiten regelbar sein, wobei sich diese Mittelwerte jeweils aus den Luftspaltweiten der einen bzw. der anderen Motorseite errechnen. Dadurch wird vermieden, daß sich Lageänderungen der Führungsschienen auf die Motor-Luftspalte auswirken.In the case of a magnetic guide for vehicles on a rail-bound train driven by a linear motor / in the case of the guide magnets, the excitation of which is adjustable limit vertical air gaps associated with one another in pairs with parts of the rail arrangement The object on which the invention is based can also be achieved in a different manner within the scope of the invention. For such vehicles it is proposed that the excitation of the guide magnets as a function of a change in or the motor air gap is adjustable. With vertical motor air gaps the excitation of the guide magnets is then dependent on a change in the ratio of the arith- * metic mean values of the motor air gap widths assigned to one another in pairs can be regulated, whereby these Calculate mean values from the air gap widths on one or the other side of the motor. This avoids that changes in position of the guide rails affect the motor air gaps.
Die Anwendung der Erfindung sowie Weiterbildungen derselben sind nachfolgend näher erläutert und zwar, wie die Zeichnung schematisch zeigt, anhand von Anordnungen zur Seitenführung schwebend gehaltener Fahrzeuge.The application of the invention and further developments thereof are explained in more detail below, like the drawing shows schematically, on the basis of arrangements for lateral guidance of floating vehicles.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 im Schnitt Führungsmagnete eines Fahrzeuges sowie die zugehörige Schienenanordnung undFig. 1 in section guide magnets of a vehicle and the associated rail arrangement and
Fig. 2 in einem anderen Maßstab diese Führungsmagnete und die Schienenanordnung bei einem durch einen Linearmotor angetriebenen Fahrzeug.2 shows, on a different scale, these guide magnets and the rail arrangement in a vehicle driven by a linear motor.
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Bei der Anordnung nach Fig. 1 zur Seitenführung eines nicht weiter dargestellten Fahrzeugs, welches ggf. durch Tragmagnete schwebend gehalten wird/ ist am Fahrzeugboden ein zur Fahrzeuglängsachse parallel verlaufender mittlerer Tragkörper 2 für Führungsmagnete 3 befestigt. Die Führungsmagnete 3 bestehen jeweils aus zwei auf den Schenkeln eines U-förmigen Eisenkernes 4 sitzenden elektrischen Spulen 5 und sind in zwei über die gesamte Fahrzeuglänge sich erstreckenden Reihen beidseitig des Tragkörpers 2 angeordnet. Jede Magnetreihe ist auf eine den Führungsmagneten als Anker dienende ortsfeste Schiene 6 gerichtet, wobei ^In the arrangement of FIG. 1 for lateral guidance of a Vehicle not shown, which is possibly held floating by lifting magnets / is on the vehicle floor a central support body 2 for guide magnets 3, which runs parallel to the vehicle's longitudinal axis, is attached. The guide magnets 3 each consist of two on the legs of one U-shaped iron core 4 seated electrical coils 5 and are in two over the entire length of the vehicle Rows arranged on both sides of the support body 2. Each row of magnets is on one of the guide magnets fixed rail 6 serving as an anchor, with ^
die von Schienenträgern 7 gehaltenen Schienen 6 zusammen mit den zugehörigen Führungsmagneten 3 jeweils einen engen vertikalen Luftspalt 8 begrenzen.the rails 6 held by rail supports 7 together with the associated guide magnets 3 each have one limit narrow vertical air gap 8.
Beide Luftspalte 8 haben die gleiche Spaltweite 9; der Tragkörper 2 und damit das Fahrzeug befinden sich also in bezug auf die Schienen 6 in einer Mittellage. In aller Regel wird sich der Verlauf der Schienen 6 bzw. ihr Abstand und ihre Lage zueinander ändern, so daß die vorgegebene Spaltweite 9 nicht mehr eingehalten werden kann. Dabei können die Luftspalte 8 auch über die Fahrzeuglänge unterschiedliche Spaltweiten aufweisen. Um dennoch dasBoth air gaps 8 have the same gap width 9; the The support body 2 and thus the vehicle are therefore in a central position with respect to the rails 6. In all As a rule, the course of the rails 6 or their distance and their position to one another will change, so that the predetermined Gap width 9 can no longer be maintained. The air gaps 8 can also extend over the length of the vehicle have different gap widths. To still that
Fahrzeug in einer Mittellage gegenüber den Schienen 6 zu Λ Vehicle in a central position opposite the rails 6 to Λ
halten, müssen die Führungsmagnete 3 in der Weise erregt werden, daß die Luftspalte im Mittel gleich weit bleiben. Dies geschieht in Verbindung mit einem nicht dargestellten Regelsystem, bei dem in einem Regelkreis aus Meßgrößen des jeweiligen Luftspaltes ein arithmetischer Mittelwert gebildet wird" und diese Mittelwerte miteinander verglichen werden. Die Meßgrößen, welche sich aus den Spaltweiten des jeweiligen Luftspaltes ergeben, werden dem Regelkreis in üblicher WefSÖ von elektrischen Spaltfühlern zugeführt. In Abhängigkeit von einer Änderung des durch den Vergleich ermittelten Wertes - nämlich des Verhältnisses der arithmetischen Mittelwerte - gegenüber demjenigen bei Spaltgleich-hold, the guide magnets 3 must be energized in the way that the air gaps remain the same on average. This is done in conjunction with a not shown Control system in which an arithmetic mean value is formed in a control loop from measured variables of the respective air gap will "and these mean values are compared with one another. The measured variables, which result from the gap widths of the result of the respective air gap, are fed to the control circuit in the usual WefSÖ by electrical gap sensors. In Dependence on a change in the value determined by the comparison - namely the ratio of the arithmetic Mean values - compared to those with the same gap -
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heit werden dann die Führungsmagnete 3 erregt. Dabei erfolgt zweckmäßig eine Erregung der Führungsmagnete, bei denen der arithmetische Mittelwert der zugehörigen Luftspaltweiten jeweils größer ist als der der gegenüberliegenden Führungsmagnete. Es braucht also jeweils nur eine Magnetreihe erregt zu werden, um das Fahrzeug in einer Mittellage gegenüber den Schienen 6 zu halten, bei Spaltgleichheit können sämtliche Führungsmagnete 3 entregt bleiben. Es versteht sich, daß Fahrzeugen größerer Länge auch mehrere solcher Regelkreise zugeordnet werden können, so daß das Fahrzeug oder einzelne Glieder desselben durch eine Erregung von Führungsmagneten nicht nur seitlich verschiebbar sondern auch um ihre Hochachsen drehbar sind.then the guide magnets 3 are excited. In this case, the guide magnets are expediently excited at where the arithmetic mean of the associated air gap widths is greater than that of the opposite Guide magnets. So only one row of magnets needs to be excited to turn the vehicle into one To keep the central position opposite the rails 6, if the gap is the same all guide magnets 3 can remain de-energized. It is understood that vehicles of greater length several such control loops can also be assigned, so that the vehicle or individual links of the same can be assigned excitation of guide magnets are not only laterally displaceable but also rotatable about their vertical axes.
Darüber hinaus kann die Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit von weiteren Meßwerten.regelbar sein, welche aus äußeren Kräften, v.ie Luftstößen oder dgl., ermittelbar sind. Es erfolgt dann eine zusätzliche Erregung der Führungsmagnete, z.L·. auf das Signal von bekannten Beschleunigungsgebern oder Druckgebern hin, welche Teile des vorgenannten Regelsystems sein können. Dabei brauchen in aller Regel nur die auf der Seite der Krafteinwirkung befindlichen Führungsmagnete erregt bzw. stärker erregt zu werden und zwar in dem Maße, daß das Fahrzeug beschleunigungsfrei in der Mittellage gehalten wird.In addition, the excitation of the guide magnets can be regulated as a function of further measured values, which can be determined from external forces, e.g. blasts of air or the like. There is then an additional excitation of the guide magnets, z.L ·. on the signal from known acceleration sensors or pressure sensors, which parts of the aforementioned Control system can be. As a rule, only those on the side of the force are needed Guide magnets excited or to be excited to the extent that the vehicle does not accelerate is held in the central position.
Das Fahrzeug kann demnach ständig in einer Mittellage gehalten werden und damit nahezu einem idealen Weg folgen. Lm eine Steuerung in eine gewünschte Richtung zu ermöglichen, etwa im Bereich einer Weiche, ist die Erregung der Führungsmagnete auch nur in Abhängigkeit vom arithmetischen Mittelwert der lediglich auf einer Fahrzeugseite vorhandenen Luftspaltweiten regelbar. Eine Reihe Führungsmagnete wird dann kurzzeitig auf Einhaltung eines vorgegebenen Mittel-The vehicle can therefore be kept in a central position at all times and thus follow an almost ideal path. To enable control in a desired direction, for example in the area of a switch, is the excitation Guide magnets also only as a function of the arithmetic mean value of those only present on one side of the vehicle Adjustable air gap widths. A row of guide magnets is then briefly checked to ensure that a specified mean
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wertes erregt. Es versteht sich, daß in diesem Fall dem vorgenannten Regelkreis lediglich von den Spaltfühlern des bzw. der Luftspalte einer Fahrzeugseite Meßgrößen zugeführt w'eirden.value excited. It goes without saying that in this case the aforementioned control circuit only from the gap sensors the air gap or air gaps on one side of the vehicle are supplied with measured variables.
Die in Fig. 2 dargestellte Anordnung zeigt eine Magnetführung für ein nicht weiter dargestelltes, schwebend gehaltenes Fahrzeug, das durch einen Linearmotor angetrieben wird. Im Unterschied zu der Anordnung nach Fig. 1 sinö dort die Führungsmagnete 3 auf zwei Tragkörper 10 verteilt, welche zugleich jeweils eine Längeneinheit 11 des beweglichen Linearmotorteils tragen. Zwischen diesen zueinander parallelen Längeneinheiten 11 verläuft der ortsfeste Linearmotorteil 12; dabei werden zwei enge vertikale Hotor-Luftspalte 13 gleicher Spaltweite 14 gebildet. Bei dieser Anordnung wird das Fahrzeug im wesentlichen in der gleichen Weise, wie bereits beschrieben, in der Mittellage gegenüber der Schienen 6 gehalten. Im Hinblick auf Lageänderungen der Schienen 6 ist dort jedoch vorgesehen, daß die Erregung der Führungsmagnete 3 in Abhängigkeit von einer Änderung des Verhältnisses der arithmetischen Mittelwerte der paarweise einander zugeordneten Motor-Luftspaltweiten 14 regelbar ist, wobei sich diese Mittelwerte jeweils aus den Luftspaltweiten der einen bzw. der anderen Mötorseite errechnen. Es erfolgt also eine Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit von einer Änderung der Motor-Lufctspalte 13, wobei den vorbeschriebenen Regelkreisen von Spaltfühlern dieser Luftspalte 13 Meßgrößen zugeführt werden. Eine derartige Magnetführung hat den Vorteil, daß Lageänderungen der Schienen 6 ohne jeglichen Einfluß auf die Motor-Luftspalte 13 sind.The arrangement shown in Fig. 2 shows a magnet guide for a not shown, held floating Vehicle driven by a linear motor. In contrast to the arrangement according to FIG. 1 sinö there the guide magnets 3 distributed on two support bodies 10, which at the same time each have a length unit 11 of the wear movable linear motor part. Between these to each other parallel length units 11 runs the stationary Linear motor part 12; doing two close verticals Hotor air gaps 13 of the same gap width 14 are formed. at With this arrangement, the vehicle is in the central position in essentially the same manner as already described held against the rails 6. With regard to changes in position of the rails 6, it is provided there that the excitation of the guide magnets 3 as a function of a change in the ratio of the arithmetic mean values of the motor air gap widths 14 assigned to one another in pairs can be regulated, these mean values being mutually exclusive each from the air gap widths of one or the other Calculate the motor side. So there is an excitation of the Guide magnets depending on a change in Motor-Lufctspalte 13, whereby the control loops described above 13 measured variables are fed from gap sensors of these air gaps. Such a magnet guide has the The advantage that changes in position of the rails 6 do not have any influence on the motor air gaps 13.
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Es sei vermerkt, daß eine Erregung der Führungsmagnete in Abhängigkeit von einer Änderung eines oder mehrerer Motor-Luftspalte 13 für vertikale Motor-Luftspalte nicht bindend ist. Bei Verwendung eines Linearmotors mit horizontalem Luftspalt kann nämlich die Erregung der Führungsmagnete auch in Abhängigkeit von einer relativen seitlichen Verschiebung des beweglichen Motorteils gegenüber dem ortsfesten Teil regelbar sein. Als Maß für eine Änderung des Motor-Luftspaltes kann jedoch auch jede andere erfaßbare Lageänderung des beweglichen Motorteils gegenüber dem ortsfesten Teil dienen.It should be noted that an excitation of the guide magnets as a function of a change in one or more Motor air gaps 13 for vertical motor air gaps is not binding. When using a linear motor with a horizontal air gap, the excitation of the guide magnets also depending on one relative lateral displacement of the movable motor part relative to the stationary part can be regulated be. However, any other detectable change in position can also be used as a measure for a change in the motor air gap of the movable engine part serve in relation to the stationary part.
- Patentansprüche -- patent claims -
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Claims (1)
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