DE2219154C3

DE2219154C3 - Abstandsregel- und Antriebseinrichtung für einen durch das eigene Magnetfeld schwebend geführten Linearmotor eines elektrischen Triebfahrzeugs

Info

Publication number: DE2219154C3
Application number: DE2219154A
Authority: DE
Inventors: James Arthur La Jolla Calif. Ross
Original assignee: Rohr Industries Inc
Current assignee: Rohr Inc
Priority date: 1971-04-19
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1982-11-18
Also published as: DD104758A5; US3638093A; BE788486Q; FR2147912A1; DE2219154A1; GB1385212A; AR193387A1; DE2219154B2; JPS5416085B1; CA966562A; SE375267B; JPS5417206B2; JPS51126614A; IT960843B; BR7202336D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Abstandsregel- und Antriebseinrichtung für einen durch das eigene Magnetfeld schwebend geführten Linearmotor eines elektrischen Triebfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs.
Bei einer bekannten Abstandsregel- und Antriebseinrichtung dieser Art (FR-PS 15 37 842) ist eine Erfassung der Vertikalbeschleunigung nicht vorgesehen, sondern es wird lediglich eine Erfassung des Abstands vorgenommen. Ein Abstandsmeßglied steuert über einen Meßwertumformer eine Stromquelle mit steuerbarer Ausgangsspannung oder steuerbarem Ausgangsstrom, die ihrerseits den Linearmotor speist Da die Vertikalbeschleunigung in der Regeleinrichtung nicht berücksichtigt ist, können unerwünschte Vertikalschwingungen des Triebfahrzeugs auftreten. Weitere schaltungstechnische Einzelheiten sind der vorgenannten Patentschrift nicht zu entnehmen.

Es ist weiterhin bei Abstandsregeleinrichtungen für schwebend geführte elektrische Triebfahrzeuge bekannt (ETZ-A, 1953, Seiten H bis 14, DE-PS 6 43 316 und DE-PS 6 44 302), durch eine zusätzliche Dämpfungsspannung, die durch elektrische Differentiation einer dem Absland proportionalen Spannung gewonnen wird, bzw. durch Einführung einer zusätzlichen beschleunigungsabhängigen Regelgröße passender Höhe vertikale Schwingungen des ^riebfahrzeugs zu vermindern. Im zweiten Fall ist in den Regelkreis der Magnete ein Fühlgerät eingebaut, das von der vertikalen Beschleunigung des Fahrzeugs gegenüber dem ruhenden Raum gesteuert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abstandsregel- und Antriebseinrichtung gemäß der eingangs erwähnten Art derart zu gestalten, daß vertikale Schwingungen des Triebfahrzeugs vermindert werden.

so Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs gelöst.

Die erfindungsgemäße Abstandsregel- und Antriebseinrichtung erweist sich insbesondere dadurch als vorteilhaft, daß die multiplikative Überlagerung in den Multiplikationsschaltungen eine schnelle Einführung des auch die Vertikalbeschleunigung berücksichtigenden Rückkopplungssigrals der Regelgliederkette in die Steuerung der verhältnismäßig großen Leistungsverstärkung mit sich bringt und daß die Linearisierung des Regelkreises für eine konstante Verstärkung sorgt

Die erfindungspmäße Abstandsregel- und Antriebseinrichtung wird im Einzelnen nunmehr an Hand der Zeichnungen erläutert. In letzteren sind:
F i g. 1 eine schaubildÜche Darstellung eines Linearmotors, der in bezug auf eine mit diesem zusammenwirkende Schiene, schwebegeführt ist,

Fig.2 eine schematische Draufsicht auf einen Linearmotor mit Mehrphasenwicklungen,

Fig.3 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Abstandsregel- und Antriebseinrichtung zusammen mit dem Linearmotor des Triebfahrzeugs,

Fig.4A ein Schaltplan für im wesentlichen den oberen Teil des Blockschaltbildes nach F i g. 3,

Fig.4B ein Schaltplan für im wesentlichen den unteren Teil des Blockschaltbildes nach F i g. 3,

F i g. 5 eine graphische Darstellung der Veränderungen der Spannung, des Stromes und des Magnetflusses in bezug auf di: Zeit bei der Abhebung der Masse (Fahrzeug und Motor) vom Untergrund innerhalb des gewünschten Betriebsluftspaltes zwischen Motor und Schiene und bei der Aufrechterhaltung des Betriebsluftspaltes,

F i g. 6 eine graphische Darstellung der Veränderung der Spannung und der Frequenz in bezug auf die Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrzeugs und des Motors längs der Schiene,

F i g. 7 eine Draufsicht auf einen Streckenabschnitt einer elektrisch aktiven Kraftzuführungsschiene,

Fig.8 eine Darstellung eines Streckenabschnittes einer Induktionsinoiorächiene, und

Fig.9 eine Darstellung eines Streckenaoschnitts einer gleichförmigen Hysteresismotorschiene.

Aus F i g. 1 gehen die für die Schwebeführung eines Linearmotors 1 im eigenen Magnetfeld und die für den Antrieb des letzteren wesentlichen Elemente hervor. Der Motor (Primärteil) i besteht aus geradlinig ausgestalteten, ferromagnetischen Stanzblechen, wie sie bei Rotationsmotoren Anwendung finden. Diese Bleche werden durch bekannte nicht dargestellte Mittel, wie z. B. Bolzen, bündelweise zusammengehalten. Am oberen Teil aller Bleche sind quer verlaufende Schlitze 3 vorgesehen, die Wicklungen 4 aufnehmen. Mehrphasige elektrische Energie findet Verwendung. Für Zwecke der Beschreibung wurde Dreiphasenstrom gewählt

Jede Wicklung kann aus mehreren Windungen bestehen. Der Abstand der Wicklungen voneinander entspricht der Lage der Pole an der Schiene (Sekundärteil) 2. Jeder Pol weist eine Nut 5 und eine sich an diese anschließende vorstehende Fläche auf. Diese Anordnung bewirkt aufeinanderfolgende magnetische Unterbrechungen längs der Schiene. Bei einei Ausführungsform beträgt der Polabstand 12,7 cm, so daß die Motor aus Blechen zusammengesetzt und kann dieselbe oder eine etwas kleinere Breite aufweisen. Bei einer solchen Zusammensetzung aus Blechen werden die Wirbelstromverluste in der Schiene klein gehalten, so daß auf den Motor geringere Verluste übertragen werden.

An dem Aufbau der Schiene können kleinere Änderungen vorgenommen werden. Die Schiene kann mit oder ohne Nuten ausgestaltet und mit einer Platte

ίο aus Aluminiumleitern versehen werden, so daß sie als Induktionsmotor mit Käfiganker wirkt Es kann auch eine Schiene allein, ohne Nuten, verwendet werden, wobei die Kombination Motor-Schiene als Hysteresismotor wirkt

Wie später noch beschrieben wird, werden bei einer Schwebebahnanlage mit Monoschiene mindestens zwei Motoren 1 verwendet und mindestens vier Motoren bei einer Zweischienenbahn, bei der die Fahrzeuge sich über den Schienen befinden. Die Schiene oder die Schienen werden auf mechanisch nicht störenden Abstützungen vorgesehen. Bei einer ' /onoschienenaniage kann das Fahrzeug direkt untei r'sn Motoren aufgehängt werden. Bei einer Zweischienenanlage werden die Motoren an C-förmigen Bügeln befestigt, so

daß die Motoren sich unter der Schiene und der Fahrzeug körper sich über der Schiene befindet

Bei einer Eisenbahn besteht zwischen dem Wagenrad und der Schiene nur sin Querlinienkontakt während der wirksame »Kontakt« zwischen dem Motor 1 und der Schiene 2 mehr als 90 cm betragen kann. Dip Schiene 2 braucht daher nur einen Bruchteil so steif zu sein, wie eine Eisenbahnschiene, um die gleiche Belastung aufnehmen zu können.

Die F i g. 2 zeigt als Draufsicht die Wicklungsanordnung für einen Mehrphasenstrom.

In F i g. 2 sind die Wicklungen unterteilt, und zwar in die mit Vollinien dargestellte Wicklung 11 für R, in die mit gestrichelten Linien dargestellte Wicklung 12 für 5 und in die mit Punktlinien dargestellte Wickiung ί J für T. Jede dieser Wicklungen kann aus mehreren Windungen bestehen und setzt sich am Motorrahmen nach unten bis zur nächsten Einsatzstelle in den Schlitten fort Bei einer Ausführungsform wurden 144 Windungen für jede Wicklung verwendet. Die Wicklun-

Nut 5 eine Länge von 6,35 cm aufweist. Im Motor sind 45 gen bilden zusammen eine Serienschaltung,
für die Phasen R, S und Tdrei Sätze von einander in n·: _ ο __:_.. .ι. ni..i...L.i.L:u j:—r· ,

Reihe geschalteten Wicklungen vorgesehen.

Es können auch andere Werte gewählt werden. Je größer die vorstehenden Flächen bemessen werden, umso stärker wird die Hebekraft bei schwächerer Antriebskraft. Die Hebekraft besteht aus der Anziehungskraft zwischen dem Motor und der Schiene und wird von der Summe der Ströme in allen Wicklungen erzeugt.

Für den Vortrieb wird der Unterschied der magnetischen Widerstände (Reluktanz) in den vom Motor in die Schiene durch die vorstehende Fläche führenden Pfade im Vergleich zu den durch die Nut führenden Pfade ausgenutzt. Ändert sich die Stromverteilung in den drei Phasen als Folge der Veränderung des Dreiphasenwechselstroms mit der Zeit, sq wird der Ort des stabilen magnetischen Gleichgewichts verändert, so daß der Motor eine entsprechende Bewegung ausführt, um insgesamt Pfade mit dem kleinsten magnetischen

F i g. 3 zeigt als Blockschaltbild die erfindungsgemäße Abstandsregel- und Antriebseinrichtung zusammen mit dem Linearmotor des elektrischen Triebfahrzeugs.

Die Rückkopplungsschaltung wirkt nicht-linear zur Kompensation der Nichtlinearisierung der Motormerkmale als Funktion der Spaltlänge und der Rückkopplungsbetriebsfrequenz. Bei der Frequenz Null weist der Motor eine ohmsche Impedanz auf. Bei verhältnismäßig hohen Frequenzen der Rückkopplung, z. B. 10 - 20 Hertz, wird die Impedanz weitgehend induktiv.

Die Signale aus dui Sensorelementen werc'en über parallele Pfade in einen Teil der Rückkopplungsschaltung geleitet. Die Aufteilung auf die beiden Pfade hängt von dem Tempo ab, in dem das betreffende Signal sich verändert

Die resultierende Linearisierung der Rückkopplungsschaltung bewirkt eine konstante Verstärkung bei allen Betriebsfrequenzen des Mehrphasenstromes Und damit bei allen Antriebsgeschwindigkeiten und bei allen

Widerstand zu schaffen. Für je einen Pol an der Schiene ₆₅ Betriebsspaltenlängen. Hierdurch wird bei allen Fahrge-

sind drei Wicklungssch'itze 4 vorgesehen. Die Wicklun- schwmdigkeiten ein erschütterungsfreier Lauf erzielt

gen für die Phasen R, S und Γ sind der Reihe nach am Durch Regulieren der Rückkopplungsschaltung kann

Motor angeordnet Die Schiene ist ebenso wie der die ruhige Fahrt verändert werden, so daß weder der

Motor noch Teile des Aufbaus verändert zu werden brauchen.

Die Linearisierung der Spannung in bezug auf die Kraftfunktion bei allen Spaltenlängen ermöglicht eine konstante Verstärkung.

Das eine Sensorelement wird von einem Vertikalbeschleunigungsmeßglied 20 gebildet, das ein der Beschleunigung in vertikaler Richtung entsprechendes Ausgangssignal erzeugt, wenn der Motor 1 sich im Raum ungeachtet der Beziehung des Motors zur Schiene nach oben oder unten bewegt Das Ausgangssignal wird einem Signalanpassungsnetzwerk 21 zugeführt

Ein weiteres Sensorelement wird von einem AbstandsmeBglied 22 gebildet, das eine information über den Abstand zwischen Primär- und Sekundärteil des Linearmotors 1 übermittelt.

Zu diesem Zweck können ein mechanischer Kontakt, optische oder auf den Schall ansprechende Mittel, mit denen die Messung durchgeführt wird, verwendet werden. Die Spaltlänge beträgt im allgemeinen 0-12,7 mm. Ein zweites Signalanpassungsnetzwerk 23 vermittelt einen einstellbaren Bezugswert für die Abstandsmessung in elektrischer Form und bewirkt eine Verstärkung und eine Differenzierung, wobei ein Geschwindigkeitssignal erzeugt wird. Danach wird das dem Abstand entsprechende Signal mit dem Beschleunigungssignal abgebraisch summiert und gemeinsam verstärkt

Die zwischen dem Motor 1 und der Schiene 2 wirkende Anziehungskraft ist proportional der Stärke des durch die Motorwicklungen fließenden Stromes. Um eine stabile Rückkopplungsschleife zu erhalten, muß diese zweitrangige Funktion von einer Quadratwurzelschaltung 24 linearisiert werden, die aus einer Verstärkereinheit besteht, bei der nichtlinear wirkende Transistoren verwendet werden, so daß ein elektrisches Ausgangssignal erhalten wird, das der Quadratwurzel des elektrischen Eingangssignal entspricht.

Eine Multiplikationsschaltung 25 besteht aus einem weiteren Verstärker, dessen Ausgangssignal aus dem Produkt und nicht aus der Summe von zwei elektrischen Eingangssignalen besteht Das Ausgangssignal der Quadratwurzelschaltung 24 wird mit dem den Abstand darstellenden Signal des Abstandsmeßgliedes 22 multipliziert wobei eine Spannung erhalten wird, die sich mit dem Abstand erhöht

Der durch die Multiplikationsschaltung 25 führende Strom ist nicht von der Frequenz abhängig. Es wird daher ein elektrisches Ausgangssignal bei der Frequenz Null erhalten, wenn der Abstand zwischen Motor und Schiene konstant oleibt

Eine Differenzierschaltung 26 mit einem Verstärker, der einen RC-Kseis aufweist, bewirkt eine elektrische Differenzierung. Der Kondensator weist keinen Nebenschlußpfad auf, so daß der Ausgang der Schaltung bei der Frequenz Null den Wert Null besitzt, d. h. bei einer Gleichspannung. Hierbei wird ein Wechselstrompfad geschaffen, dessen Ausgangsspannung mit der aus der Multiplikationsschaltung 25 algebraisch summiert wird, wobei eine Spannung erhalten wird, die mit der Rückkopplungsfrequenz ansteigt, wie erforderlich, damit die Ansprache des Motors auf die Frequenz linearisiert wird.

Die Ausgangsspannung der Multiplikationsschaltung 25 ist gleich der A.usgangsspannung der Differenzierschaltung 26 bei der Frequenz, bei der der Motorgleichstromwiderstand gleich der Wechselstromreaktanz des Motors ist. Bei höheren Frequenzen ist der Motorfluß nicht eine Funktion des Abstandes.

Handelt es sich um den Antrieb eines Körpers, an dem der Motor 1 angebracht ist, so ist die Geschwindigkeit des Antriebs proportional der Frequenz des Mehfphasenwechselstroms, mit dem die Wicklungen des Motors gespeist werden. Ein Geschwindigkeitsgeber (Gcschwindigkcitseinsteller) 30 besteht daher aus der Frequenzsteuerung durch einen Dreiphasenoszillator 31. Jede Phasenzahl, von zwei Phasen aufwärts, kann gewählt werden. Drei Phasen sind im Falle der Beschreibung gewählt. Die Phasen sind der Zeit nach um 120 elektrische Grade in bezug auf einander versetzt, und es wird die sogenannte Sternschaltung (»Y«) verwendet Der Oszillator muß Wechselstrom von der Frequenz Null an bis zu einer niedrigen Tonfrequenz bei konstanten Amplituden und mit einer im wesentlichen sinusförmigen Wellenform erzeugen können. Wegen der in Betracht kommenden verhältnismäßig niedrigen Frequenz hat sich ein Oszillator als befriedigend erwiesen, der aus drei mechanisch betätigten und eine Sinuswelle erzeugenden Potentiometern bestand.
Die Dreiphasenausgänge R, 5 und Γ des Oszillators stehen getrennt mit drei unvollständigen Differenzierschaltungen 32, 33 und 34 in Verbindung. Die Differenzierung ist insofern unvollständig, als ein Ausganpssignal bei der Frequenz Null abgegeben wird. Dies ist bei der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung erforderlich, um den Widerstand der Motorwicklungen bei Gleichstrom zu überwinden, so daß im Spalt zwischen Mutor und Schiene ein Fluß erzeugt wird. Ein solcher Fluß ist immer dann erforderlich, wenn die Anlage in Betrieb ist. um selbst bei unbewegter Masse unter Einschluß des Motors die Masse an der ortsfesten Schiene 2 magnetisch schwebend zu halten.

Jeder Ausgang der unvollkommenen Differenzierschaltungen 32, 33 und 34 steht mit einen »xi«-Eingang von drei Multiplikationsschaltungen 35, 36 und 37 in Verbindung, die den drei Phasen zugeordnet sind. Die »^«-Eingänge der Multiplikationsschaltungen sind miteinander verbunden, und ihnen wird jeweils das Ausgangssignal aus der Multiplikationsschaltung 25 und aus der vollkommenen Differenzierschaltung 26 zugeführt

Jede Multiplikationsschaltung bildet das Produkt aus dem Momentanwert der Spannung nach den Dreiphasenschwankungen und aus der Spannung aus der Rückkopplungsschaltung.

Ganz gleich, ob ein Antrieb erfolgt oder nicht es wird über die Steuersignale eine gemeinsame Kontrolle ausgeübt und der Schwebezustand wird konstant gehalten. Diese Multiplikationsschaltungen 35, 36 und 37 sind auf die gleiche Weise eingerichtet wie die bereits behandelte Multiplikationsschaltung 25.

Ein Ausgang jeder Multiplikationsschaltung 35, 36 und 37 für jede Phase ist mit einer steuerbaren Stromquelle 38 verbunden. Diese besteht im wesentlichen aus drei Verstärkern mit verhältnismäßig hoher Leistung für die drei Phasen, wobei die Ausgangsspannung eines jeden Verstärkers entsprechend den Schwankungen der elektrischen Dreiphasenenergie mit der Zeit gesteuert wird. Dies schließt den besonderen Fall ein, in dem die Frequenz Null vorliegt, bei der die drei Phasen jede für sich Spannungen und Ströme aufweisen, die dem Modus der Dreiphasenschwankungen entsprechen; jedoch erfolgt keine Veränderung mit der Zeit Diese besonderen Werte werden in jeder

Phase sozusagen »eingefroren«, bis wieder eine Veränderung der Frequenz erfolgt, so daß ein Antrieb erzeugt wird.

Obowohl Vefstürker der Klasse B mit einer Ausgangsleistung Von einem Kilowatt oder mehr in einer Gruppe von drei Verstärkern in der steuerbaren Stromquelle 38 verwendet werden können, reicht diese Leistung jedoch für den Antrieb einer Masse von mehreren Tonnen wie z. B. eines Waggons eines Personenzuges, hicht aus. in solchen Fällen werden daher Verstärker mit einer höheren Leistung der Klasse D oder Siliziumgleichrichter verwendet. Die Speisung solcher Verstärker erfolgt aus einem Dreiphasenstrom erzeugenden Elektrizitätswerk 39.

Die verhältnismäßig große Ausgangsleistung der Stromquelle 38 wird den betreffenden Wicklungen des Motors 1 zugeführt, der in bezug auf die Schiene 2 durch die Abstandsregeleinrichtung gemäß der Erfindung schwebegeführt wird.

Bei einer Einschienenanlage werden zwei Motoren mit der Abstandsregeleinrichtung gemäß Fig. 3 verwendet. Jeder Motor paßt sich daher selbständig an Unebenheiten der Schienenspur sowie an Veränderungen der Belastung des Fahrzeugs und an dynamische Störungen an.

Bei einer Zweischienenanlage, bei ier die Schienen entweder über dem Fahrzeug oder unter diesem angeordnet sind, werden vier Motoren die jeweils in bezug auf die Schienen mit Bügeln festgehalten sind, mit einzelnen Abstandsregeleinrichtungen verwendet. Hierbei wirr" die bei einem vierrädrigen Wagen übliche Stabilität erzielt.

Um die Belastung der Schienen auszugleichen oder um eine stärkere Suspensions- und/oder Antriebskraft zu erzielen, können bei einer Einschienenanlage mehr als zwei Motoren oder bei einer Zweischienenanlage mehr als vier Motoren verwendet werden.

Die F i g. 4A und 4B verkörpern zusammen einen vollständigen Schaltplan des Blockschaltbildes der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung gemäß Fig. 3.

Die Beziehung zwischen den elektrischen und magnetischen Kenngrößen wird nunmehr anhand von Gleichungen erläutert, aus denen die Arbeitsweise der Schaltung am besten erklärbar ist

Die magnetische Anziehungskraft F zwischen Motor und Schiene ist proportional dem Quadrat des durch die Motorwicklungen fließenden Stromes / und umgekehrt proportional dem Quadrat der Länge des Luftspaltes. Es ist daher

F =

P_

Dieser Ausdruck wird wie folgt abgeleitet:
AxB² . „ An χ Λ" χ I

F =

wobei ist:

8π χ 981

und B =

fiü

Kraft in Gramm

Anziehungsfläche in cm²

SpaWänge in ein

Anzahl der Windungen einer Wicklung

Flußdichte in Gauß

Es wird daher:

A χ yV²rt

F =

oder

49,050
/²

Der durch die komplexe Impedanz der Motorwicklungen fließende Strom ist nach den ersten Grundsätzen:

R "+ j in L

wobei ist:

E = Spannung an der Impedanz

R = Widerstand der vom Strom durchflossenen

Wicklungen
j = 90°

ω = 2jt/"(Ζ= Frequenz in Hertz)

25L= Induktanz der Wicklungen, durch die der Strom fließt

Die Induktanz einer Motorwicklung ist umgekehrt proportional der Länge des Luftspaltes

L -

Bei einer Kombination und Auflösung dieser Gleichungen für die Spannung £wird erhalten:

k₃

Wie später ersichtlich ist, sind die obenstehenden Gleichungen insofern wichtig, als die Zusammensetzung und die Arbeitsweise der nicht-linearen Rückkopplungsschaltung der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung im besonderen der Gleichung (4) folgt
Das in Fig.4A dargestellte Beschleunigungsmeßglied gleicht dem in Fig.3 dargestellten Beschleunigungsmeßglied. Es ist von Wichtigkeit, daß dieses Beschleunigungsmeßglied eine einigermaßen große Masse 40 aufweist und für eine Beschleunigung in senkrechter Richtung empfindlich ist, wenn eine ruhige Fahrt des Fahrzeugs erzielt werden soll. Es kann ein piezoelektrisches Beschleunigungsmeßglied verwendet werden. Die Schaltung nach Fig.4A leitet das sehr niederfrequente Rauschen und zufällige Schwankungen nicht weiter, die für diese Type charakteristisch sind.

Andererseits kann auch ein Servobeschleunigungsmeßglied verwendet werden, wie es für die Raumfahrt entwickelt wurde und das nicht die genannten Merkmale eines piezoelektrischen Beschleunigungsmeßgliedes aufweist

Die in Fig.4A dargestellten Verstärkereinheiten 41, 42 und 43 stellen Teile des Signalanpassungsnetzwerkes 21 nach F ig. 3 dar.

Der Verstärker 41 besteht aus einem bekannten Impedanzanpassungsverstärker, der die sehr hohe Impedanz eines piezoelektrischen Beschleunigungsmeßgiiedes auf einen für die Schaltung geeigneten Wert herabsetzen soll. Der Verstärker kann in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet sein, oder es kann ein

gleichwertiger Verstärker verwendet werden. Dieser Verstärker ist als Sourceelektroden-Folgeschaltung geschaltet und Weist weder eine Verstärkung noch eine Phasenverschiebung auf. Der Eingangskreis enthält einen Widerstand 44 mit einem Wert von 250 Megohm, der den Verstärkeranschluß 3 mit Erde verbindet und einen Eirigangsvorspannungspfad für den Verstärker herstellt. Diesera Widerstand ist ein Kondensator 45 von 1000 pF parallefgeschaltet, der als Dämpfungskondensator für die Streukapazität des vom Beschleunigungsmeßglied zum Anschluß 3 führenden Eingangsleiters wirkt. In den F i g. 4A und 4B sind die verschiedenen Anschlüsse der integrierten Schaltungskreise, Verstärker usw. mit kleinen Bezugszahlen versehen, die den von den Herstellern dieser Schaltungselemente benutzten Zahlen entsprechen. Einzelheiten dieser Schaltungselemente können den Katalogen der Hersteller entnommen werden.

Zwischen den Anschlüssen 6 und 2 des Verstärkers 41 ist ein Rückkopplungskreis eingearbeitet, der aus einem Widerstand 46 mit einem Wert von 250 Megohm und »us einem zu diesem parallel geschalteten Kondensator 47 mit einem Wert von 1000 pF besteht. Der Anschluß 7 steht mit einer Gleichspannungsquelle in Verbindung, deren Spannung +15 Volt beträgt, während der Anschluß 4 mit einer gleichen Gleichspannungsquelle in Verbindung steht, die eine Spannung von -15VoIt aufweist. An jede dieser Verbindungen ist ein mit Erde verbundener Filterkondensator mit einem Wert von 0,1 Mikrofarad angeschlossen.

An den Ausgang 6 des Verstärkers 41 ist ein Kondensator 48 mit einem Wert von 200 Mikrofarad angeschlossen, der die Amplitude des niederfrequenten Signals aus dem Beschleunigungsmeßglied ab 0,13Hz begrenzen soll. Hierbei wird das Rauschen aus dem Beschleunigungsmeßglied bei niedrigen Frequenzen beseitigt.

Ein Widerstand 49 von 6800 0hm ist mit einem Kondensator 48 und mit einem Widerstand 50 von 0,2 Megohm in Reihe geschaltet, wodurch die Kanalverstärkung des Beschleunigungsmeßgliedes bestimmt wird. Der Verstärker 42 bewirkt für das Beschleunigungsmeßglied eine Kanalverstärkung von 200/6,8 = 30. Der zweite Kontakt des Widerstandes 49 steht mit dem Eingang 2 des Verstärkers 42 in Verbindung, der aus einer integrierten Schaltung oder aus einem gleichwertigen Fabrikat bestehen kann.

Es besteht noch eine weitere Eingangsverbindung zum Anschluß 2, die vom Ausgang des Abstandsmeßglieds 22 abgeht

Der Verstärker 42 wirkt als einfacher Verstärker, und zwischen den Eingang 2 und den Ausgang 6 ist ein Rückkopplungskreis geschaltet, der aus dem Widerstand 50 von 0,2 Megohm und aus einem zu diesem parallel geschalteten Kondensator 51 von 1500 Pikofarad besteht Spannungszuführung und Erdung erfolgen in bekannter Weise.

Die algebraisch summierten Signale aus dem Beschleunigungsmeßglied 20 und dem Abstandsmeßglied werden dem Anschluß 2 des Verstärkers 43 über einen Widerstand 53 von 30 000 0hm zugeführt, der zum Einstellen der Verstärkung dient Für den Verstärker 43 wird die gleiche Rückkopplung verwendet wie für den Verstärker 42, d. h., ein Widerstand 50' von 0,2 Megohm und ein Kondensator von 0,2 Mikrofarad finden Anwendung. Im übrigen erfolgt die Stromzuführung in bekannter Weise. Das Ausgangssignal des Verstärkers 43 liegt am Anschluß 6 an und wird über eine Diode 54 weitergeleitet, deren Kathode mit dem Anschluß fc so verbunden ist, daß nur negative Signalveränderungen weitergeleitet werden. Zusätzlich ist eine Diode 52 als Rückkopplungselement am τ Verstärker 43 vorgesehen, die positive Spannungsstöße verhindert

Am Eingang der Quadratwurzelschaltung sind nur negative Spannungen zugelassen, da eine Umkehrung in ein positives Signal erfolgt, bevor die Quadratwurzelfunktion ausgeführt wird. Hierdurch wird verhindert, daß die Quadratwurzel aus negativen Zahlen gezogen wird, wobei imaginäre Zahlen erhalten wurden. In diesem Falle wird die Quadratwurzelschaltung außer Betrieb gesetzt, da die Rückkopplung eines Signals mit ι j positiver Polarität zu einer Stromsättigung führt.

Das Abstandsmeßglied 22 weist bei einer in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ein linear wirkendes Potentiometer auf, dessen einer Anschluß geerdet ist und zu dern e'nf* Snannungsquelle. z. B. eine Batterie 57. parallel geschaltet ist. Der Schleifkontakt ist mit einer mechanischen Rolle ausgestattet, die auf der Schiene 2 abrollt, die parallel zur Arbeitsfläche der Schiene verläuft. Der Kontakt mit der Schiene wird durch eine nicht dargestellte Feder aufrechterhalten. Die gesamte Anordnung ist am Gestell des Motors 1 angebracht.

Die Batterie kann eine Spannung von 10 Volt aufweisen, und die Bewegungsstrecke des Schleifkontaktes des Potentiometers kann 12,7 mm betragen. Dieser Wert entspricht normalerweise der Länge des Luftspaltes, wobei ein Wert von 6,35 mm und etwas kleiner zu bevorzugen ist. Diese Werte ergeben eine Spannung des zwanzigfachen Wertes von λ, d. h. des Zwanzigfachen der Länge des Luftspaltes. Die Batterie 57 kann andererseits auch durch eine steuerbare Spannungsquelle gleicher Spannung ersetzt werden.

Ein Sensor 56 aus Fotozelle und Lichtquelle, die jeweils auf einer Seite des Spaltes zwischen Motor und Schiene angeordnet sind, kann vorgesehen werden.

Vergrößert sich der Abstand, so fällt auf die Fotozelle mehr Licht, so daß diese eine höhere Spannung erzeugt Umgekehrtes gilt bei Verringerung des Abnandes.

Die Abstandsmessung kann auch mittels Ultraschall erfolgen.

Der Ausgang des Abstandsmeßgliedes 22 ist mit dem Signalanpassungsnetz 23 (Fig. 3) verbunden, das in erster Linie aus einem Kondensator 58 von 0,1 Mikrofarad und einem Widerstand 59 von 4700 Ohm besteht, zu denen ein Widerstand 60 von 1,5 Megohm parallel geschaltet ist. Das Signalanpassungsnetzwerk so weist eine ohmsche Impedanz von 1,5 Megohm bei 0 bis 1,2Hz auf, die bei 350 Hz auf ungefähr 4700 0hm absinkt Hierbei wird bei Frequenzen von mehr als 1,2 Hz ein Geschwindigkeitssignal erzeugt (d. h. das Differential einer Abstandsänderung). Dieses Ausgangssignal wird dem Eingang 2 des Verstärkers 61 eingegeben. Die Eingänge 2 und 3 dieses Verstärkers 61 sind über Widerstände 62 und 63 von 22 000 0hm geerdet wobei ein Strompfad für die Eingangsvorbelastungsströme dieses Verstärkers geschlossen wird.

Der Rückkopplungskreis für den Verstärker besteht aus einem Widerstand 64 von 10 000 Ohm, einem Kondensator 65 von 100 Mikrofarad und aus einem Widerstand 66 von 100 000 Ohm, die in der ίο dargestellten Weise zusammengeschaltet sind. Hierbei wird eine Impedanz von 110 Kiloohm bei Gleichspannung und von 10,1 Kiloohm bei ungefähr 14 Hz erhalten. Dies hat zur Folge, daß die Verstärkung des Verstärkers

61 bei Frequenzen von weniger als 1 Hz erheblich größer ist als bei Frequenzen, die wesentlich höher sind. Hierdurch soll die Schleifenverstärkung bei niedrigen Frequenzen erhöht und eine einheitliche Versetzungsfunktion als Rückkopplungssignal zur stufeiiweisen Korrektur von Laständerungen geschaffen werden.

Da die Rückkopplung eine Korrektur bei Änderung der Belastung des Fahrzeugs, der Einwirkung des Winddrucks und der Unebenheiten der Fahrbahn bewirken soll, ist die Frequenz der Rückkopplungssignale in bezug auf die Frequenzen herkömmlicher elektrischer Netze sehr niedrig. Die Rückkopplung muß bei der Frequenz Null (Gleichspannung) aufrechterhalten werden. Der am meisten interessierende Frequenzbereich beträgt 0-5 Hz für den Versetzungskanal und 0,3 - 30 Hz für den Beschleunigungskanal. Zwischen den positiven und den negativen Pol der Spannungsquellen ist ein Potentiometer 67 mit einem Gesamtwiderstand von 50 Kiloohm geschaltet, wohpi jprip ^nannijngsqijpl-Ie in bezug auf die Erdung eine Spannung von 15 Volt aufweist. Zun Ableiten von äußeren Störungen sind in an sich bekannter Weise Kondensatoren von 50 Mikrofarad vorgesehen. Das Potentiometer 67 ermöglicht eine Einstellung der Anfangsversetzungsspannung im Verstärker 61. Der Schleifkontakt steht über einen Isolierungswiderstand 67' von 1 Megohm mit dem Anschluß 3 in Verbindung.

Dem Anschluß des Verstärkers 61 wird ein weiteres Eingangssignal von einem Potentiometer 68 von 2000 Ohm aus über einen Dämpfungswiderstand 68' von 1,5 Megohm zugeführt, wobei eine einer Bezugsversetzung proportionale Spannung erzeugt wird. Der Verstärker 61 erzeugt eine Ausgangsspannung, die proportional der Differenz zwischen der Bezugseingangsspannung am Widerstand 68' und der Eingangsspannung des Widerstandes 60 ist, die an letzteren vom AbstandsmeP -lic 1 22 aus angelegt wird. Der zwischen die positive Seite des Potentiometers 68 und Erde eingeschaltete und einen Spannungsabfall bewirkende Widerstand 69 weist einen Widerstandswert auf, der so groß ist wie der Widerstandswert des Potentiometers 68.

Das am Anschluß 6 des Verstärkers 61 liegende Ausgangssignal wird dem Eingang 2 des Verstärkers 42 über einen Summierungswiderstand 66' von 22 Kiloohm zugeführt An diesem Punkt sind die Signalanpassungsnetzwerke 21 und 23 miteinander verbunden und enthalten gemeinsam die Verstärker 42 und 43.

Die Ausgangsspannung des Verstärkers 43 soll linear proportional zu einer Kraft verarbeitet werden, die zwischen der Belastungsmasse und der Schiene wirksam ist Um die den Motorwicklungen geeignete Spannung zuführen zu können, muß nach der Gleichung (4) aus der der Kraft proportionalen Spannung die Quadratwurzel gezogen und mit (Ai?+k^jm) multipliziert werden.

Die erste elektrische Einrichtung, die die mathematische Funktion einer Linearisierung ausführt, ist die Quadratwurzelschaltung, die in der F i g. 3 bei 24 und in der F i g. 4A bei 24'—70 dargestellt ist Diese Schaltung kann eine integrierte Schaltung sein, die herkömmlicherweise als Multiplikationsschaltung für die ankommenden Signale ausgelegt ist Diese Schaltung wird in den Rückkopplungskreis eines Verstärkers eingeschaltet, und es wird der Quadratwurzelwert des einzelnen Eingangssignals erhalten.

Die Theorie und Praxis des Quadratwurzelziehens ist z. B. aus der Druckschrift »Specifications and Application Information« Oktober 1970, DS 9163. bekannt Der erforderliche Verstärker 70 in Fig.4A kann als integrierte Schaltung ausgeführt sein.

Wie aus F i g. 4A zu ersehen ist, wird das Ausgangssignal der Diode 54 einem zum Einstellen der Verstärkung dienenden Widerstand 71 von 52 Kiloohm zugeführt und über einen Widerstand 72 von 1000 Ohm an Erde gelegt, wobei der Widerstand 71 einen Pfad für einen Leckstrom in der Diode 54 bildet. Der Eingang des Widerstandes 71 ist mit dem Anschluß 14 der

ίο Multiplikationsschaltung 24' sowie mit dem Anschluß 2 des Verstärkers 70 verbunden. Das am Anschluß 6 des Verstärkers 70 abgenommene Ausgangssignal wird den Anschlüssen 9 und 10 der Multiplikationsschaltung zugeführt und zur Erde über einen kleinen Kondensator 73 von 10 Pikofarad und einen Widerstand 74 von 510 0hm abgeleitet. Zwischen den Ausgang d.;s Verstärkers 70 und Erde ist eine Zenerdiode geschaltet, die eine zufällige Fehlleistung der Schaltung verhindert.

Der Rückkoⁿⁿ!un^crsⁿfäd für den Verstärker 70 besteht aus der Multiplikationsschaltung 24', die zwischen den Eingang 2 und den Ausgang 6 des Verstärkers geschaltet ist. Ein zwischen die Anschlüsse 2 und 6 des Verstärkers geschalteter Kondensator 76 von 10 Pikofarad soll eine Phasenkompensation bei dem Verstärker bewirken. Der Eingangsanschluß 3 des Verstärkers steht mit dem Schleifkontakt eines Potentiometers 77 in Verbindung, das einen Widerstand von 20 Kiloohm aufweist. Hierbei wird eine Bezugsspannung für den Verstärker erzeugt Dieses Potentiometer ist zu einem zweiten Potentiometer 78 parallel geschaltet, das zwischen die Anschlüsse 2 und 4 der Multiplikationsschaltung 24' geschaltet ist Ferner sind ein Widerstand 79 von 62 Kiloohm der Multiplikationsschaltung 24 zwischen die Anschlüsse 7 und 8 und ein Widerstand 80 von 30 Kiloohm zwischen die Anschlüsse 11 und 12 geschaltet, während ein Widerstand 81 von 16 Kiloohm zwischen den Anschluß / und Erde geschaltet ist. An den Anschluß 7 des Verstärkers und an den Anschluß 15 der Multiplikationsschaltung wird eine Spannung von +15 Volt und an die Anschlüsse 4 und 5 eine Spannung von - 15 Volt gelegt.

Am Eingang der Quadratwurzelschaltung 24 in F ι g. 3 erzeugt ein Signal einer Spannung von —4 Volt in der Abstandsregeleinrichtung eine Kraft von 1 g. Das heißt, eine der Schwerkraft gleiche und entgegengesetzt gerichtete Kraft, so daß die Masse Motor-Fahrzeug magnetisch in der Schwebe gehalten wird. Bei den gegebenen Anschlüssen und Spannungen ist das Ausgangssignal der Quadratwurzelschaltung am An-Schluß 6 des Verstärkers 70 gleich dem Quadratwurzelwert des zehnfachen Eingangssignals. Dies stellt den Quadratwurzelwert von Zehn dar und wird bei der Festlegung der gesamten Rückkopplungsverstärkung in Betracht gezogen. Ein solches Arbeiten der elektrischen Schaltungen wird mathematisch für die Werte der verschiedenen Konstanten K in Rechnung gestellt

Das Ausgangssignal der Quadratwurzelschaltung 24 wird dem Eingang der Multiplikationsschaltung 25 zugeführt sowie dem Eingang der vollkommenen Differenzierschaltung 26, wobei die Bedingungen des i?-TeiIes der Gleichung (4) bzw. des Teiles A₄^a erfüllt werden, wie aus Fig.3 zu ersehen ist Nach Fig.4A bildet der Anschluß 10 den Eingang der Multiplikationsschaltung, an den die Differenzierschaltung 96 über einen Kondensator 83 und einen Widerstand 90 angeschlossen ist

Der Eingang der Multiplikationsschaltung 25' kann als »;r«-Eineaner bezeichnet werden, während dpr

»y«-Eingang der Anschluß 9 ist, der direkt mit dem Sensor 56 des Abstandsmeßgliedes 22 über einen Widerstand 84 von 0,1 Megohm zwecks Isolierung verbunden ist Beide Eingänge 10 und 9 sind über Kondensatoren 85, 85' von 10 Pikofarad und über Widerstände 86, 86' von je 510 Ohm geerdet, wodurch hochfrequente Störschwingungen verhindert werden.

Widerstände 79', 80' und 8Γ weisen den gleichen Wert und die gleichen Verbindungen mit der Multiplikationsschaltung 25' wie bei der Multiplikationsschaltung 24' auf. Entsprechendes gilt für Potentiometer 77\78' mit der Ausnahme, daß der Widerstandswert des Potentiometers 77' 50 Kiloohm beträgt An die Anschlüsse 2 und 4 der Multiplikationsschaltung 25' ist ein Potentiometer 87 von 20 Kiloohm angeschlossen, wobei der Schleifkontakt mit dem Anschluß 6 verbunden ist Die Potentiometer 77', 78', 87 werden so eingestellt, daß geeignete »x«- und »y«-Werte und Regelausgangsvorspartnungen erhalten werden, wie in der genannten Druckschrift »Specification and Application Information« angegeben ist

Die Multiplikationsschaltung 25 nach F i g. 3 wird von der Multiplikationsschaltung 25' und einem mit dieser zusammenwirkenden Verstärker 89 gebildet An die Anschlüsse 2 und 6 des Verstärkers 89 ist ein Rückkopplungskondensator 76' von 10 Pikofarad angeschlossen, zu dem ein Widerstand 88 von 52 KiI.-ohm parallel geschaltet ist Das Anlegen der positiven und negativen Spannungen erfolgt in der bereits beschriebenen Weise.

Der Kondensator 83 der Differenzierschaltung 26 weist eine Kapazität von 0,2 Mikrofarad auf, ist mit einem Widerstand 90 von 1000 Ohm zusammengeschaltet und steht mit dem Eingang 2 des Verstärkers 9t in Verbindung. Der Rückkopplungskreis des Verstärkers 91 besteht aus einem Kondensator 92 von 0,0068 μΡ und zu diesem parallel geschalteten Widerstand 93 von 0,1 Megohm und ist zwischen die Anschlüsse 2 und 6 geschaltet. Der zweite Eingang 3 ist geerdet Die positive Spannung wird an den Anschluß 7 und die negative Spannung an den Anschluß 4 gelegt. Diese Verstärker-Differenzierschaltung bewirkt die erste Ableitung des Eingangs innerhalb eines 0 —200Hz umfassenden Frequenzbereichs.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 91 wird über einen Summierungswiderstand 94 von 62 Kiloohm an den Eingang 2 eines Verstärkers 95 gelegt, der hauptsächlich den Signalpegel na^h der Summierung anhebt, wobei alle folgenden Dreiphasen-Verstärker parallel gespeist werden.

Ebenso wird das Ausgangssignal des Verstärkers 89 über einen Summierungswiderstand 94' von 62 Kiloohm an den Eingang 2 des Verstärkers 95 gelegt. Hierbei wird die gesamte Gleichung (4)

ίο

k_}

elektrisch dargestellt.

Der Rückkopplungskreis 92', 93' des Verstärkers 95 entspricht dem Rüekkoppkingskreis 92,93 des Verstärkers 91, wobei der Eingang 3 gleichfalls geerdet ist und die Spannungsversorgung in der gleichen Weise erfolgt.

Die am Anschluß 6 des Verstärkers 95 auftretende Ausgangsspannung wird an ein Potentiometer 96 gelegt, dessen zweiter Anschluß geerdet ist. Der Schleifkontakt des Potentiometers 96 steht mit allen Anschlüssen dreier Multiplikationsschaltungen 35', 36' und 37' nach Fig.4B in Verbindung, die im wesentlichen den drei Multiplikationsschaltungen 35, 36 und 37 nach Fig.3 gleichen. Aus F i g. 4B gehen zugeordnete Funktionsverstärker 97, 98 und 99 hervor. Dieses einzelne Eingangssignal der Steuerrückkopplung soll den Schwebezustand mit oder ohne Antrieb ungeachtet des Umstandes aufrechterhalten, welche einzelnen Spannungen bei den Phasen R, S und 7Ίη einem gegebenen Zeitpunkt bestehen. Die kombinierte Verstärkung des Potentiometers 96, der Multiplikationssclialtungen 35, 36 und 37 und der Spannungsverstärkung der steuerbaren Stromquelle 38 bestimmt den Wert von kill in der Gleichung (4), so daß ein Signal mit einer Spannung von 4 Volt am Eingang der Quadratwurzelschaltung 24 einen Wert von 1 g ergibt

Die Einstellung der Suspensionspaltlänge λ wird durch Steuern der Spannung am Eingang 3 des Verstärkers 61, und zwar durch Einstellen des Potentiometers 68 nach F i g. 4A durchgeführt

In Fig.4B ist die gemeinsame Steuerung aus der Rückkopplungsschaltung mit »>ί« bezeichnet Ferner ist ein Eingang für eine einzelne Phase vorgesehen, und zwar ist die Phase R mit dem Anschluß 10 der Multiplikationseinheit 35' verbunden.

Die inneren und äußeren Anschlüsse der Multiplikationsschaltung 35' und des zugehörigen Verstärkers sind die gleichen, wie sie bereits für die Schaltungen 25'—89 in F i g. 4A beschrieben sind. Die Phaseneingänge für die drei Multiplikation^schaltungen werden in dem noch zu beschreibenden Dreiphasen-Oszillator 31 erzeugt Die am Anschluß 6 des Verstärkers 97 liegende Ausgangsspannung wird an die Phase R der steuerbaren Stromquelle 38 nach F i g. 3 gelegt und dient, wie aus Fig. 4B hervorgeht, als Eingangsspannung für einen Kraftverstärker 108.

In der gleichen Weise werden die Phase S von der Multiplikationsschaltung 36'—98 und die Phase T von der Multiplikationsschaltung 37'—99 bedient

In Fig.4B sind ferner noch die sich auf den Antrieb beziehenden Einrichtungen und Anschlüsse dargestellt Der Geschwindigkeitsgeber 30 ist in gestrichelter Linie als drehbare Achse dargestellt die mit den Schleifkontakten von drei Potentiometern 101,102 und 103 verbunden ist. Diese Potentiometer sind vorzugsweise gewickelt und so eingerichtet, daß bei der Bewegung der Schleifkontakte die Spannung sinusartig verändert wird, und sind ferner für eine vollständige und wiederholte Drehung der Schleifkontakte geeignet. Alle Schleifkontakte sind, wie ein Dreiphasenstrom es erfordert, mit einem Winkelabstand von 120° voneinander an der Achse befestigt. Die Potentiometer 101, 102 und 103 bilden zusammen den Dreiphasenoszillator 31 mit veränderbarer Frequenz, sind zueinander parallel geschaltet und mit einem Anschluß mit dem Pluspol und mit dem anderen Anschluß mit dem Minuspol einer Spannungsquelle von ± 15 Volt verbunden.

Zum Überprüfen kann die Achse des Geschwindigkeitsgebers 30 von Hand gedreht und beim Einsatz von einem mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestatteten Motor angetrieben werden, dessen Drehzahl regelbar ist. Die Drehzahl des Motors kann vom Fahrer des Fahrzeugs mittels einer Handsteuerung bestimmt werden. Es ist erwünscht, die Beschleunigung des Fahrzeugs auf der Fahrstrecke auf 1/10 g, d. h, auf ein Zehntel der Erdbeschleunigung zu begrenzen. Dies kann durch den Einbau eines Dämpfungselerhenles im Drehzahlregler des Motors erreicht werden, so daß plötzliche Geschwindigkeitsänderüngen nicht möglich sind.

An jeden Phasenausgang R, Sund Tdes Oszillators 31 ist eine unvollkommene Differenzierschaltung 32, 33 oder 34 angeschlossen, wobei ein Kondensator 104 von 20 μΡ mit dem Schleifkontakt des Potentiometers 103 sowie mit einem Widerstand 105 verbunden ist, der einen verhältnismäßig kleinen Widerstandswert von 1000 Ohm aufweist Der Widerstand ist am anderen Ende geerdet

Wie in Verbindung mit Fig.3 bereits dargelegt worden ist muß am Ausgang der Differenzierschaltungen 32,33 und 34 eine Gleichspannung U_n U₅, U_c liegen. Zum Kondensator 104 ist ein Widerstand 106 von 10 Kiloohm parallel geschaltet der eine solche Ausgangsspannung erzeugt und bewirkt daß die Differenzierschaltung unvollkommen arbeitet Die Ausgangsspannung Ur wird an dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator 104 und dem Widerstand 105 für die Phase R abgenommen. Die beiden anderen unvollkommenen Differenzierschaitungen 33 und 34 sind mit der unvollkommenen Differenzierschaltung 32 identisch.

Ir: F i g. 4B sind Hochlcistungsversiärker JOS, 109 und 110 der steuerbaren Stromquelle für die betreffenden Phasen R. 5 und 7" dargestellt Die Ausgangsspannung Ur. U-i bzw. Uj wird jeweils der betreffenden Wicklung 111, 112 bzw. 113 des Linearmotors 1 zugeführt Jeder Verstärker 108,109 und 110 wird einz.-ln von einer der entsprechenden Multiplikationsschaltungen 35, 36 oder 37 gespeist, die gemäß F i g. 4B mit den Verstärkern 97, 98 und 99 verbunden sind, die als integrierte Schalungen ausgebildet sein können.

Jeder Verstärker 108, 109 und 110 wird aus einer ortsfesten Stromquelle, z. B. aus einem Kraftwert mit 220-Volt-Dreiphasenstrom gespeist. Der Strom wird den Verstärkern über eine Mehrfachleiter enthaltende sog. »dritte Schiene« zugeführt von der der Strom mittels mehrerer am Triebfahrzeug vorgesehener Kontakte abnehmbar ist Jeder Verstärker kann dementsprechend einen Dreiphasengleichrichter für die Erzeugung des im allgemeinen erforderlichen Gleichstromes enthalten. Bei einer anderen Anordnung wird der Gleichstrom dem Fahrzeug über eine einzelne dritte Schiene zugeführt

Die in den F i g. 4A und 4B dargestellte Schaltung ist für einen Motor 1 bestimmt, wie er in F i g. 1 und 3 gezeigt ist. Bei dieser Anordnung ist jeder der Motoren, die im allgemeinen für ein Fahrzeug benötigt werden, mit einem eigenen Sensor und mit einer Rückkopplungssteuerschaltung ausgestattet, damit eine Anpassung an Unebenheiten der Fahrspur usw. erfolgen kann.

Die Motoren können in sehr verschiedenen Größen gebaut werden, jedoch ist eine Länge von 38.1 bis 76,2 cm und bei Motor und Schiene eine Breite von ungefähr 7.62 cm typisch. Bei einem 76.2 cm langen Dreiphasenmotor beträgt das Gewicht ungefähr 56 kg. Ein solcher Motor kann bei Stromversorgung ein Gewicht von unge'rfhr 900 kg tragen. Wird das Fahrzeug im Stillstand nur in der Schwebe gehalten, so wird pro Phase eine Leistung von 400 Watt verbraucht, während die Blindleistung in Kilovolt-Ampere denselben Wert aufweist. Wenn der Motor die Antriebskraft erzeugt, so steigt die kV-'Amp.-Leistung rascher an als die WirkleislungsverlustCi Bei einer Fahrgeschwindigkeit Vöfl 56 km pro Stunde Und vollem Schub betragen diese Werte 80 kVA und 25 kW pro Motor, wie durch Extfapölation der Motorimpedanzmessungen bestimmt wurde.

Die vom Motor magnetisch ausgeübte Kraft verändert sich mit dem Quadrat der Stärke des durch die Motorwicklungen fließenden Stromes. Dies stellt eine nicht-lineare Beziehung dar. Nichtlinear wirkende Schaltungselemente in der Rückkopplung, wie die Quadratwurzelschaltung 24 nach Fig.3, machen das Ausgangssignal der Rückkopplungsschaltung von einer Eingangsspannung zu einem Kraftausgang linear. Dies führt zu einer konstanten Verstärkung der Rückkopplungsschleife bei allen Werten der Wechselstromfrequenz (Geschwindigkeit des Fahrzeugs) und bei jedem

ίο Abstand zwischen Motor und Schiene. Mit der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung wird ferner eine ruhige und erschütterungsfreie Fahrt erzielt Die Spaltweite kann von ihrem Normalwert von 6,5 mm um ±100% abweichen. Um zu verhindern, daß der Motor mit der Schiene in Berührung gelangt kann als Sicherheitsmaßnahme ein flacher und selbsttätig wirkender Bremsschuh vorgesehen werden, de: sich notfalls an die Schiene anlegt.
Wegen des Trägheitsmomentes ist das Beschleunigungsmeßglied 20 als Vertikalbeschleunigungsmeßglied ausgeführt, und die Abstandsregeieinrichtung reagiert auf jede Unregelmäßigkeiten der Fahrspur und verhindert jegliche Erschütterungen. Durch das Abstandsmeßglied 22 wird nur eine mittlere Weite des Spaltes aufrechterhalten.

Die erfindungsgemäße Abstandsregeieinrichtung sorgt unter Ausnutzung der Anziehungskraft mit der nicht-linearen Rückkopplung für eine gedämpfte seitliche Stabilität. Dies ist für das Gewicht wichtig, das vom

in Fahrzeug im Betrieb befördert werden soll. Jeder Motor 1 bewirkt bei seitlicher Stabilität eine Suspension und einen Antrieb. Eine Störung, die den Motor in bezug auf die Schiene 2 seitlich zu versetzen sucht, bewirkt einen stärkeren Stromfluß durch die Verstärker der steuerbaren Stromquelle 38, die den Abstand konstant zu halten sucht. Es wird eine seitlich wirkende Rückstellkraft festgestellt, die mit der seitlichen Versetzung größer wird.

Wird die seitlich wirkende Störkraft aufgehoben, so kehrt der Motor in die ordnungsgemäße Lage in bezug auf die Schiene zurück und führt kein Überschwingen aus. Die Dämpfung beruht auf zwei Faktoren, und zwar auf dem Widerstand der Motorwicklungen und der Gegen-EMK, die in den Motorwicklungen bei der seitlichen Versetzung erzeugt wird. Im erstgenannten Falle wird die Energie vom Innenwiderstand der Wicklungen verbraucht, während im zweiten Falle die Energie als Folge der Generatorwirkung über die steuerbare Stromquelle 38 zum Netz zur'xkgeleitet wird.

Um eine genügende seitliche Stabilität zu erreichen, soll die Breite des magnetischen Aufbaus des Motors 1 mindestens 10% größer bemessen werden als die Breite des magnetischen Aufbaus der Schiene 2.

Eine seitliche Stabilität bei einer durch Rückstoß wirkenden magnetischen Abstandsregeieinrichtung. bei der ein Motor sich über einer Schiene befindet, ist an sich nicht gegeben. Solche Einrichtungen erfordern vielmehr einen magnetischen Hilfsmotor oder mechanisehe Rollen, die seitlich gegen die Schiene wirken.

Die das Beschleunigungsmeßglied 20 enthaltende Rückkopplungsschleife bewirkt bei der Abstandsregeleinrichtuiig eine Korrektur zweiter Ordnung. Diese beträgt ungefähr 10 db der Rückkopplung bei den in Betracht kommenden Frequenzen Von 1/2 bis 5 Hz, Hierdurch wird die Abstandsregeieinrichtung unempfindlich gegenüber Schwankungen zweiter Ordnung, z. B. gegenüber Veränderungen des magnetischen

Aufbaus eines Motors 1, wie sie bei dessen praktischer Ausführung auftreten können, z. B. Änderungen des Wechselstromwiderstands in den Wicklungen, Änderungen des Wicklungswiderstandes als Folge von Temperatureinwirkungen sowie tür Änderungen der Gleichstrom- und der Wechselstromverstärkung des Rückkopplungsnetzwerkes. Die Korrektur zweiter Ordnung verhindert ferner eine Unstabilität bei bestimmten Spaltbreiten.

Diese Faktoren sind für eine Abstandsregeleinrichtung, die bei jedem Wetter eine ruhige Fahrt des Triebfahrzeugs trotz Abweichungen des Abstandes als Folge einer ungenauen Ausrichtung der Schienenelemente bewirken soll, von Wichtigkeit

Bei einer Abstandsregeleinrichtung für einen durch das eigene Magnetfeld schwebegeführten Linearmotor für ein Triebfahrzeug zur Personenbeförderung ist die Verstärkung des Verstärkers 41 nach Fig.4A »Eins«. Der Verstärker 42 weist ungefähr die dreißgifache Verstärkung bis ai einer oberen Frequenz von 8 Hz auf. Die Verstärkung des Verstärkers 43 betragt ungefähr das Siebenfache bei einer oberen Frequenz von 4 Hz. Erzeugt dieser Verstärker eine Ausgangsspannung von — 4 Volt, so beträgt die vom Motor 1 ausgeübte Kraft 1 g, d. h., das Fahrzeug wird schwebegeführt.

Bei erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtungen wird der Umstand ausgenutzt, daß die Wechselflußdichte im Luftspalt zwischen Motor und Schiene sich nicht verändert, wenn die Spaltbreite sich verändert Diese Flußdichte wird nur von dem Wert »Volt pro Windung« im magnetischer Aufbau beeinflußt Die Multiplikationsschaltung 25 nach der Fig.3 bewirkt eine Kompensationsveränderung der Gleichstromflußdichte mit den Veränderungen des At<standes. Das Abstandsmeßglied 22 ermittelt den Abfand, wobei die Verstärkung in der Rückkopplungsschaltung so moduliert wird, daß sie mit der Vergrößerung des Abstands ansteigt, so daß die Verstärkung in der Abstandsregeleinrichtung und die Kennlinien des Motors 1 konstant gehalten werden.

Bei einem typischen Motor ist der induktive Widerstand der Wicklungen gleich dem Widerstand der Wicklungen bei einer Frequenz von ungefähr 2 Hz. Die Induktivität verändert sich umgekehrt mit der Größe des Abstands.

Eine ordnungsgemäße Rückkopplung geschieht jedoch dadurch, daß der Gleichstrompfad durch die Multiplikationsschaltung 25 und der Wechselstrompfad durch die Differenzierschaltung 26 führt. Der durch die Motorwicklungen fließende Erregerstrom wird mit <l· Größe des Abstands stärker, so daß der Fluß konstan bleibt.

Im Betrieb erfordert diese notwendige Arbeitsweise, daß längere Suspensionsperioden bei großem Abstand nicht zugelassen werden können. Die Verstärker der steuerbaren Stromquelle 38 sind daher so leistungsstark zu wählen, wie für einen durchschnittlichen Abstand erforderlich ist.

Der zwischen den Ausgang 6 und den Eingang 2 des Verstärkers 43 geschaltete Kondensator 55 von 0,2 μΡ wirkt als Teilintegratof für das Beschleunigungsrückkoppiüngsslgnal. Hierbei Wird quasi ein Geschwindigkeitsrückkopplungssignat erzeugt ünd_ ein Schwingen verhindert, das anderenfalls wegen einer Phasenverschiebung von 180° zwischen Beschleunigung und Versetzung (Abstandsänderung) auftreten könnte, Die^ se Maßnahme ist bsi einer Frequenz von ungefähr 10 Hz bis zu 4 Hz wirksam.

Unterhalb einer Frequenz von 4 Hz erfolgt die Differenzierung der Positions-(Versetzungs-)rückkopplung zum Erzeugen der Geschwindigkeitskomponente. Dies wird vom Kondensator 58 im Eingangskreis des Verstärkers 61 bewirkt, wie aus F i g. 4A hervorgeht

Die Kombination dieser beiden Signale bewirkt eine Steuerung der Phase der Rückkopplungsschaltung, so daß die Information über die Versetzung einer Einrichtung zugeführt werden kann, die eine von 2inem

ίο Beschleunigungsmeßglied abgehende Rückkopplung enthält Die Abstandsregeleinrichtung weist vier Arten von Rückkopplung auf, die hochstabilisierend wirken, und zwar die Integrierung der Versetzung, um bei veränderter Belastung des Fahrzeugs den Abstand auf

is di:n Mittelwert zurückzuführen, die Versetzungsrückkopplung, die eine Stabilisierung der Versetzungsrückkopplungsschaltung bewirkt, eine Geschwindigkeitsrückkopplung zum Stabilisieren und Dämpfen der Versetzungsrückkopplung und eine Beschleunigungs-

rückkopplung zum Stabilisieren und Dämpfen der Geschwindigkeitsrückkopplung. Zugleich werden von der Beschleunigungsrückkopplung Nichtlinearitäten zweiter Ordnung in der iinearisierten Beschleunigungsschaltung korrigiert, die aus der Quadratwurzelschal-

tung 24, der MultiplikationsschsUung 25 und der Differenzierschaltung 26 nach der F i g. 3 besteht.

In der Gleichung (·■>) sind Beschleunigung und Kraft Synonyme. Die oben beschriebene Arbeitsweise ist für jede Abstandsregeleinrichtung von magnetisch schwe-

begeführten Fahrzeugen notwendig, wobei der Abstand sich bei Unebenheiten der Schiene verändern darf. Der Abstand wird allmählich auf den Mittelwert zurückgeführt, so daß eine ruhige und erschütterungsfreie Fahrt ermöglicht wird.

F ι g. 5 zeigt die Veränderungen der verschiedenen Kenngrößen, die bei der Anhebung des Motors und des Fahrzeugs vom Untergrund in Richtung zu einer Schiene wirksam sind und zwischen Motor und Schiene einen vorbestimmten Abstand aufrechterhalten.

Das Fahrzeug soll um eine Strecke »d« angehoben werden, um die Breite »λ« des Luftspaltes auf einen gewünschten Wert »s« zu verkleinern. Dieser Wert kann 6,35 mm für ein Schienenfahrzeug betragen. Bei der graphischen Darstellung gemäß F i g. 5 wurde keine

Bewegung des Fahrzeugs vorausgesetzt. Die Arbeitsweise bezieht sich nur auf die magnetische Schwebeführung des Fahrzeugs. Es sind auf der Abszisse die Zeit und auf der Ordinate verschiedene Werte aufgetragen.

so Im Zeitpunkt Null. d. h. zu Beginn der Anhebung, wird den Motorwicklungen eine Spannung zugeführt, die bis zu einem hohen Sättigungspegel 115 ansteigt. Im Zeitpunkt Null fließt in den Wicklungen kein Strom. Bis zum Zeitpunkt fi, in dem die Aufwärtsbewegung des

Fahrzeugs in Richtung zur Schiene beginnt, steigt die Stärke des Stromes 116 stetig. Der vom Motor erzeugte und in die Schiene fließende Magnetfluß wird bei stetig ansteigendem Strom stärker, wie aus der Ansteigefunktion 117 in F i g. 5 hervorgeht.

Bei Beginn einer aufwärtsgerichteten Geschwindigkeit des Fahrzeugs tritt eine Beschleunigung auf, die von dem Beschleunigungsmeßglied erfaßt wird. Die Abstandsregeleinrichtüng bewirkt, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsmeßgliedes die angelegte Span-

nung 115 auf den Wert Null bzw. tatsächlich auf einen kleinen negativen Wert herabsetzt, wie aus Fig-5 hervorgeht. Hierdurch kann die Anhebegeschwindigkeit gesteuert werden. Nach einem Anfangswert Null im

Zeitpunkt fi erreicht die Anhebegeschwindigkeit einen Höchstwert im Zeitpunkt ti und nimmt danach ab.

Die die Versetzung darstellende Kurve 118 beginnt vom Wert Null im Zeitpunkt t\ und steigt zwangsläufig an, jedoch langsamer als die Geschwindigkeitskurve 119. Der ordnungsgemäße Wert des Rückkopplungssignals bewirkt, daß nach dem Zeitpunkt fj bei der Kurve 119 keine Änderung mehr erfolgt. Dies bedeutet, daß der vorherbestimmte Abstand erreicht worden ist. Im Zeitpunkt ft ist cue Geschwindigkeitskurve 119 auf den Wert Null abgesunken, d. h., die gewünschte senkrechte Lage ist erreicht. Im Zeitpunkt u ist der Abstand vom Anfangswert ausgehend kleiner geworden. Zum Aufrechterhalten des erforder'ichen Magnetflusses wird daher ein schwächerer Strom 116 benötigt, so daß diese Kenngröße mit der Zeit bei einem Wert konstant bleibt, der kleiner ist als der Wert im Zeitpunkt ii.

Die den Magnetfluß darstellende Kurve 117 verläuft in bezug auf die Zeit vom Zeitpunkt fi aus bis zu einem zwischen den Zeitpunkten U und h gelegenen Zeitpunkt konstant. Danach sinkt der Magnetfluß bis auf einen Wert ab, der kleiner ist als der zur Schwebeführung des Fahrzeugs erforderliche Wert, mit der Folge, daß die Anhebegeschwindigkeit des Fahrzeugs herabgesetzt wird. Hierbei wird eine negative Beschleunigung oder eine Abbremsung bewirkt

Der zuvor negative Wert der angelegten Spannung wird umgekehrt, wenn die anderen Kenngrößen (Parameter) ihr Gleichgewicht kurz vor dem Zeitpunkt h erreichen Nach dem Zeitpunkt fj bleibt die Spannung auf einem kleinen positiven Wert, der einen Stromfluß 116 mit einer Stärke bewirkt, bei der der Magnetfluß 117 konstant gehalten wird.

Im Zeitpunkt /j ist der Abstand auf den vorherbestimmten Wert »s« verringert worden. Dieser Wert wird so lange aufrechterhalten, bis unter der Einwirkung äußerer Fakt- jr. eine Veränderung eintritt. Suchen die genanntem 1 aKtoren den Abstand zu vergrößern, so verandern sich die Kenngrößen in der oben beschriebenen Weise, wobei der Abstand auf den vorbestimmten Wert zurückgeführt wird. Bewirken die genannten Faktoren eine Verringerung des Abstandes, so verändern sich die genannten Kenngrößen im umgekehrten Sinne.

F i g. 6 ist eine graphische Darstellung, die die Veränderungen der wesentlichen elektrischen Kenngrößen der Horizontalgeschwindigkeit eines von einem Motor angetriebenen Fahrzeugs zeigt. Unter der Annahme, daß die Abstandsregeleinrichtung sich im Betriebszustand nach dem Zeitpunkt h (F i g. 5) befindet, der einstweilen unverändert bleibt, und daß das Fahrzeug sich hierauf über eine unebene Fahrstrecke bewegt und die Belastung sich verändert, erfolgt bei den Kenngrößen eine Veränderung, die einer Kombination der Veränderungen nach den beiden graphischen Darstellungen entspricht.

Wie aus F i g. 6 zu ersehen ist, bleibt der Wert des Magnetflusses 121 bei allen Fahrgeschwindigkeiten konstant. Dieser Zustand wird von der Abstandsregeleiui ichtung nach F i g. 3 aufrechterhalten.

Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erhöht sieh als direkte Funktion der Frequenz 122 des mehrphasigen Wechselstromes, der in den Wicklungen des Motors 1 fließt Die Geschwindigkeit ist daher in F i g, 5 als eine vom Nullpunkt ausgehende und nach oben ansteigende gerade Linie dargestellt. Je höher die Frequenz ist, um so schneller bewegt sich der Ort des stabilen magnetischen Gleichgewichts in der Längserstreckung des Motors, so daß der Motor 1 sich schneller in bezug auf die ortsfeste Schiene 2 bewegt.

Motor, Spalt und Schiene bilden einen weitgehend ferromagnetischen Kreis, der einen wesentlichen Beitrag zur Induktivität der Mehrphasenwicklungen leistet Die Impedanz der Wicklungen erhöht sich mit der Frequenz aufgrund des Ansteigens des induktiven Widerstandes. Die Spannung als Funktion der Geschwindigkeit des Fahrzeugs kann daher durch eine vom Ursprung aus ansteigende Gerade 115 definiert werden, die vom Wert der Induktivität der Wicklungen bestimmt wird, die für die Suspension und den Antrieb benutzt werden. Eine symptotische Annäherung an die Gerade 115' der Spannung erfolgt oberhalb des Nullpunktes in der Nähe des Wertes Null der Geschwindigkeit, da an diesem Punkt die Wicklungen einen Gleichstromwiderstand aufweisen, wie auch ein Vergleich mit F i g. 5 zeigt, die den Spannungswert nach dem Zeitpunkt h zeigt Die unvollkommenen Differenzierschaltungen 32, 33, 34 erzeugen die Spannungen gemäß der Kurve 115' und halten den Ξ. om konstant

F ι g. 7 zeigt einen Abschnitt einer mit Wicklungen versehenen Schiene. Es können eine oder mehrere solcher Schienen bei einem anderen Aufbau der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung verwendet werd .1, um den Motoren des Fahrzeugs Energie nach dem sog. Amplidyne-Prinzip zuzuführen.

Für eine Beförderung bei hoher Geschwindigkeit wird eine langgestreckte und aus Elementen zusammengesetzte Schiene 2' vorgesehen, die an der Unierkante in gleichen Abständen mit quer verlaufenden Schlitzen 110 versehen ist Fig. 7 zeigt eine Unteransicht dieser Schiene. In die Schlitze 110 sind Mehrphasenwicklungen eingelegt. Wie aus F i g. 7 zu ersehen ist sind die Wicklungen 111 für die Phase R mit Vollinien, die Wicklungen 112 !ür die Phase S mit gestrichelten Linien und die Wicklungen für die Phase T mit Punktlinien dargestellt. Jede Wicklung in einem Schlitz kann mehrere Windungen umfassen, bevor die Wicklung sich in der nächsten Wicklung in dem entsprechenden Schlitz fortsetzt.

Die Schiene 2' wird zusammen mit dem Dreiphasenmotor nach den F i g. 1 und 2 verwendet Diese Anlage wird in der Weise betrieben, daß die Wicklungen in der Schiene mit einem Wechselstrom versorgt wenden, der eine andere Frequenz aufweist als der in den Motorwicklungen für den Antrieb benutzte Wechselstrom. Dies wird dadurch bewirkt, daß der Motor des Fahrzeugs Elemente mit ausreichendem kapazitivem Leistungsfaktor, wie z. B. Kondensatoren, aufweist.

Unter diesen Bedingungen fließt in den Wicklungen des Motors 1 ein Wechselstrom mit einer niedrigen Frequenz anstelle eines induzierten Gleichstromes, wie dies bei Synchronbetrieb der Fall sein würde. Die Wicklungen in der Schiene wirken als Primärwicklung eines Transformators, während die Wicklungen des Motors als Sekundärwicklungen eines Transformators wirken. Die Übertragung der Energie zu dem oder den Motoren des Fahrzeugs reicht aus, um den Suspensionsstrom zu erzeugen, während mit der überschüssigen Leistung Klimaanlagen, die Bleuchtung usw. im Fahrzeug betrieben werden können. Die ,Schiene kann als gewickelter Anker oder Läufer und die Motorwick* lungen als die Feldwicklungen eines Reluktanzmotors angesehen werden.

In diesem Falle wird eine dritte Schiene für die Stromzuführung nicht benötigt
F i g. 8 zeigt eine Induktionsmotorschienc, die gleich-

wertig ist dem Käfiganker eines herkömmlichen Induktionsmotors.

Die für eine Beförderung mit hoher Geschwindigkeit bestimmte Schiene 2" kann aus in der Längserstreckung verlaufenden Blechen aus einem ferromagnetischen Material zusammengesetzt werden und ist an der Unterseite in gleichen Abständen mit quer verlaufenden Schlitzen versehen. Die Unterseite ist in Fig.8 dargestellt Die Schlitze weisen den gleichen Abstand voneinander auf wie die die Wicklungen des Motors 1 aufnehmenden Schlitze nach F i g. 2.

Jeder Schlitz ist mit ein^rn verhältnismäßig gut leitenden Material 115". wie Aluminium, ausgefüllt, das mit den sogenannten Kurzschlußschienen 116", 117" an beiden Seiten der Fahrschiene verbunden ist. Bei einer 76,2 mm breiten Schiene 2" weisen die Schlitze im allgemeinen eine Tiefe von 12,7 und eine Weite von ebenfalls 12,7 mm auf. Das Aluminium kann in Form zurechtgeschnittener Streifen vorgesehen werden, die in die Schlitze eingepreßt werden. Bei dieser Konstruktion werden wiederholt auftretende elektrische Unterbrechungen vermieden.

Diese Kombination aus Motor und Schiene wirkt in der gleichen Weise wie ein umlaufender Induktionsmotor. Die relative Bewegung zwischen Motor und Schiene ist langsamer als die Synchrongeschwindigkeit. Der sich fortschreitend bewegende Magnetfluß durch das Aluminium in den Schlitzen erzeugt Wirbelströme im Kurzschlußaufbau. Das von diesen Strömen erzeugte Magnetfeld wirkt dann mit dem Magnetfluß des Motors 1 zusammen, wobei eine Antriebskraft erzeugt wird.

Die Induktionsschiene kann dadurch einfacher hergestellt werden, daß an der Unterseite der ferromagnetischen Schiene ein Aluminiumblech angebracht wird, das im Betrieb orientiert wird. Die Wirbelströme werden induziert, v/enn ein Schlupf auftritt, und sie folgen eignen Pfaden im Aluminiumblech, wobei der erforderliche wechselseitig wirkende Magnetfluß erzeugt wird. Hierdurch wird eine einfache, alternative Anordnung geschaffen, die jedoch einen verkleinerten mechanischen Spalt als Spielraum zwischen Motor und Schiene zur Folge hat

F i g. 9 zeigt einen Abschnitt einer gleichförmigen Hysteresismotorschiene 2'", die die Oberseite der bei Eisenbahnen verwendeten Stahlschienen bilden kann, wenn nur die Antriebskraft nicht jedoch die Suspensionskraft ausgenutzt werden soll. Andererseits kann die Darstellung auch die Unterseite einer Schiene verkörpern, die so abgestützt ist, daß der Motor 1 unterhalb der Schiene für die Schwebeführung und für den Antrieb eines Fahrzeugs angeordnet werden kann. Die Schiene ist magnetisch homogen.

Als Material für diese Schiene kann anstelle von Stahl > auch ein Ferrit verwendet werden. Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung wird die Hysteresisschleife des Schienenmaterials vorzugsweise rechteckig gewählt, so daß während der Entmagnetisierungsperiode der stärkste Schub erzielt

in wird. Bei der Arbeitsweise unter Ausnutzung der Hysteresis wird die Schiene bis zu einem gewissen Grade permanentmagnetisch magnetisiert. Diese Magnetisierung wirkt mit dem Magnetfeld des Motors I zusammen.

Ist die erfindungsgemäße Abstandsregeteinrichtung außer Betrieb und ruht das Fahrzeug auf einer nicht dargestellten Unterlage, die auf der Schienenspur vorgesehen ist. so wird zum Aktivieren der Abstandsregeleinnchtung und zum Herstellen des geeigneten Abstandes zwischen Motor 1 und Schiene 2 der Dreiphasenstrom aus dem Elektrizitätswerk 39 drei Leistungsverstärkern 108, 109 und 110 zugeführt, und die verschiedenen Stromquellen werden erregt.

Der Schleifkontakt des Potentiometers 68 wird so eingestellt, daß dem Anschluß 3 des Verstärkers 61 eine BezugssDannung zugeführt wird, die gleich der Spannung ist. die am Anschluß 2 des Verstärkers 61 benötigt wird. URi das Fahrzeug von der Schiene 2 um den gewünschten Abstand anzuheben.

Die Rückkopplung verstärkt dann den Strom aus den Leistungsverstärker.! 108, 109 unu 110, der durch die Wicklungen 111,112 und 113 des Motors 1 fließt, so daß der Motor und die an diesem befestigte Masse angehoben wird. Das Abstandsmeßglied 22 ermittelt den erreichten Abstand und bewirkt daß am Anschluß 2 des Verstärkers 61 die gleiche Spannung liegt wie am Anschluß 3, wenn der gewünschte Abstand erreicht ist.

Mit der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung kann eine Nutzbremsung erzielt werden. Zu diesem Zweck wird an die Motorwicklungen eine Spannung mit einer Phase angelegt die in bezug auf die Phase der Frequenz, die der Geschwindigkeit des Fahrzeuges entspricht etwas verzögert ist Je mehr diese Phasenverschiebung verzögert wird, desto stärker wird die Bremskraft. Die theoretisch größte mögliche Verzögerung beträgt 90 elektrische Grade.

Die angegebenen Werte der Elemente der erfindungsgemäßen Abstandsregeleinrichtung können um mindestens plus oder minus 20% abgeändert werden.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Abstandsregel- und Antriebseinrichtung für einen durch das eigene Magnetfeld schwebend geführten Linearmotor eines elektrischen Triebfahrzeugs, bei dem der Primärteil des Linearmotors eine Mehrphasenwicklung aufweist, die von einer Stromquelle mit steuerbarer Ausgangsspannung gespeist wird, deren Amplitude und Frequenz in Abhängigkeit von den Steuersignalen einer Geschwindigkeitssteuervorrichtung und eines Reglers für den Abstand zwischen Primär- und Sekundärteil des Linearmotors veränderbar sind, wobei der Abstand durch ein vom Primärteil getragenes Abstandsmeßglied erfaßt wird, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) von einem Geschwindigkeitseinsteller (30) wird, in Reibe zueinander liegend,

al) über einen Dreiphasenoszillator (31), der eine Mehrphasensteuerspannung konstanter Amplitude und vorwählbarer Frequenz einschließlich der Frequenz Null liefert, sowie

a2) über je eine unvollkommene Differenzierschaltung (32,33,34) pro Phase und

a3) über je eine Multiplikationsschaltung (35,36,37) die die Mehrphasenwicklung (111, 112, 113) speisende Stromquelle (38) gesteuert;

b) die unvollkommenen Differenzierschaltungen (32, 33, 34) siui so usgebildet, daß sie, beginnend mit e^:ner der Frequenz Null zugeordneten Anfangsam ütude, mit zunehmender Frequenz die Amplitude ihrer Ausgangsspannung im Sinne eines konstanten magnetischen Flusses des Primärteils (1) erhöhen;

c) den zweiten Eingängen der Multiplikationsschaltungen (35, 36, 37) wird als Faktor das Ausgangssignal einer Regelgliederkette zugeführt;

d) die Regelgliederkette ist in der Weise aufgebaut,

dl) daß zunächst ein aus dem Fühlersignal des vom Primärteil (1) getragenen Abstandsmeßglieds (22) gegenüber einem Abstandssollwert gebildetes Regelabweichungssignal und das Fühlersignal eines vom Primärteil (1) getrag
nen Vertikalbeschleunigungsmeßglie des (20), das die vertikale Beschleunigung des Primärteils (1) gegenüber dem ruhenden Raum erfaßt, additiv ein kombiniertes Regelsignal bilden;

d2) dieses kombinierte Regelsignal wird einer Quadratwurzelschaltung (24) als Spannungssignal zugeführt;

d3) der Quadratwurzelschaltung (24) sind - parallel zueinander — eine weitere Differenzierschaltung (261 und eine weitere Multipiikationsschaltung (25) nachgeschaltet;

d4) an den zweiten Eingang der weiteren Multipiikationsschaltung (25) wird als Faktor das Fühlersignal des Abstandsmeßglieds (22) angelegt;

e) ein aus den Ausgangssignalen der weiteren Multiplikationsschaltung (25) und der weiteren Differenzierschaltung (26) additiv gebildetes Signal ist das Ausgangssignal der Regelgliederkette.