DE2349568A1

DE2349568A1 - Antriebs- und geschwindigkeitsregelung fuer fahrzeuge bzw. kabinen eines transportsystems

Info

Publication number: DE2349568A1
Application number: DE19732349568
Authority: DE
Inventors: Edward Kondrajian; Gerald L Woodling
Original assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Current assignee: Goodyear Tire and Rubber Co
Priority date: 1972-09-28
Filing date: 1973-09-28
Publication date: 1974-04-11
Also published as: FR2201215A1; JPS4971619A

Description

The Goodyear Sire & Rubber Company, Akron, Ohio 44316 / USA

"Antriebs- und Gescliwindigkeitsregelung für Fahrzeuge bzw. Kabinen eines Transportsystems¹¹

Die Erfindung betrifft eine Antriebs- und Geschwindigkeitsregelung für Fahrzeuge bzw. Kabinen eines Transportsystems, wo es erforderlich ist, einen weichen Übergang bei Geschwindigkeitsänderungen zwischen Abschnitten mit hoher und Abschnitten mit niedriger Geschwindigkeit des Systems zu haben. Von besonderer Bedeutung ist dies bei Personenbeförderungssystemen, bei denen die Passagiere die Fahrzeuge verlassen, während diese mit niedriger Geschwindigkeit auf den Stationen angetrieben sind, jedoch zwischen den Stationen mit relativ hoher Geschwindigkeit' verkehren.

Bisher sind zwischen den Abschnitten mit hoher und niedriger Geschwindigkeit Antriebsrollen verwendet worden,, von denen jede der Reihe nach mit größerer oder kleinerer Drehzahl angetrieben ist und an der Unterseite der Fahrzeuge angreift. Auf diese Weise angetriebene Fahrzeuge neigen jedoch zum Ruckein und laufen infolge der dem Reibungsantrieb anhaftenden Eigenschaften holprig. Die Kosten eines Reibrollenantriebs sind im übrigen wegen der vielen beweglichen Teile, die für die Antriebsvorrichtung erforderlich sind und wegen der Wartung dieser Teile sehr hoch.

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Der Antrieb von fahrzeugen bei hohen lind bei niedrigen Geschwindigkeiten ist in einigen Transportsystemen mittels Riemen bzw. Bänder vorgenommen worden, in anderen Systemen mit Schrauben und Kabeln sowie mit Linear-Induktionsmotoren. Die Verwendung dieser Antriebe zum Fortbewegen von Fahrzeugen bei gleichbleibender Geschwindigkeit war mit keinen besonderen Problemen verbunden. Beim Beschleunigen und Verzögern haben sich jedoch Schwierigkeiten infolge ungleichförmigen Aufbringens von Schub- bzw. Bremskräften ergeben und es sind hohe Kosten durch Abnutzung und durch die erforderliche Wartung entstanden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fahrzeugantriebseinrichtung mit Linearmotoren zum Beschleunigen und Verzögern der Fahrzeuge zu schaffen, mit der ein ruckfreier Übergang von einer in die andere Geschwindigkeit erreicht wird und die ferner leicht zu montieren und zu warten ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Stromversorgung der Statoren, bei der die erzeugte Schubkraft, die auf das Fahrzeug von jedem Stator ausgeübt wird, eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der synchronen Geschwindigkeit jedes Motors entsprechend der Frequenz des auf den Stator dieses Motors gegebenen Stromes ist.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Statorstrom über vom Läufer des Fahrzeugs betätigte Schalter geleitet, die vor und hinter den Statoren angeordnet sind. .

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Abschnitts' eines typischen modernen Eersonenbeförderungssystems, das mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung zum Beschleunigen und Verzögern der Fahrzeuge ausgerüstet ist,

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Pig. 2 eine vergrößerte leilansicht der Fig. 1, die ein Fahrzeugunterteil in der Beschleunigungszone zeigt,

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie 3-3 in Fig. 2,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der Schaltung der Linearmoto_rstatoren,

Fig. 5 die Geschwindigkeit-Schub-Kurven zweier im System be-¹¹²¹ nachbarter Linearmotoren und

Fig. 7 die Darstellung des Schubes über der Stellung des Sekundärteils bzw. Läufers zum Stator.

Das in Fig. 1 dargestellte Personenbeförderungssystem„1 hat eine Zone niedriger Geschwindigkeit, d.h. eine Einsteig-Aussteigzone, eine Verzögerungszone, eine Beschleunigungszone und eine Zone hoher Geschwindigkeit (letztere nicht dargestellt). Die Fahrzeuge, die die Passagiere befördern, z.B. Kabinen 2, werden längs der Strecke im Bereich der Verzögerungszone zunehmend langsamer von der Hochgeschwindigkeitszone in die Ein- und Aussteigezone bewegt, wo sie relativ langsam sind und.wo die Passagiere von einem Laufband zusteigen bzw. auf ein Laufband aussteigen (nicht dargestellt).

Nach Passieren der Ein- und Aussteigezone werden die Kabinen 2 in der Beschleunigungszone mit laufend größer werdender Geschwindigkeit angetrieben, bis sie die Geschwindigkeit der Hochgeschwindigkeitszone erreicht haben, in der sie bis zur nächsten Station befördert werden.

Wie in den Fig. 2 und 3, die eine Kabine 2 in der Beschleunigungszone zeigen, anschaulicher dargestellt ist, weist jede Kabine eine Plattform 4 auf, die ein Gehäuse 5 tragt, das Fenster 6 und Schiebetüren 7 haben kann. In der Beschleunigungs- und in der Verzögerungszone laufen die Kabinen auf Schienen 8, die von Stützen 9 des Bahnkörpers 13 der Strecke 3 getragen werden. Der Bahnkörper kann aus Beton oder anderem geeigneten Material bestehen.

Die Schienen 8 können die Form von Kanälen haben, die die Räder 14, die beiderseitig in Lagern 16 gelagert sind, führen.

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Die inneren Lager werden von Stützen 17 getragen, die an der Plattform 4 angeordnet sind und sich in Richtung auf die Schiene 8 nach unten erstrecken. Die äußeren Lager 16 werden von Schenkeln 18 getragen, die an den Seiten der Plattform 4 befestigt sind und sich über die Räder hinaus nach unten erstrecken, wo sie nach außen ragende Füße 19 haben, die dazu dienen, die Kabine 2 in der Ein- und Aussteigzone und in der Hochgeschwindigkeitszone zu tragen. Wie in Fig. 1 zu sehen ist, werden die Füße 19 in der Ein- und Aussteigzone von der Oberfläche eines endlosen Bandes getragen, daß von einer Antriebsrolle 24 angetrieben ist und über Tragrollen 26 und eine Spannrolle 25 läuft. .

Die Einrichtung in der Verzögerungszone ist identisch mit der Einrichtung in der Beschleunigungszone, ausgenommen die Anordnung bestimmter Teile, die im folgenden noch erklärt werden. Die Beschreibung der Verzögerungszone gilt gleichermaßen auch für die Beschleunigungszone.

Auf dem Bahnkörper 13 sind die Primärteile bzw. Statoren 27 von Linearmotoren im Abstand unter den Kabinen angeordnet. Die Statoren können solche sein, wie sie bei üblichen Linearmotoren verwendet werden. Durch sie fließt der Strom zur Erzeugung eines magnetischen Feldes» Jede der Kabinen weist ein Linearmotors ekundärt eil oder Reaktionsteil in Form eines Läufers 28 unterhalb der Plattform 4 auf, der in dichtem Abstand über die Statoren 27 hinw,eggleitet, wenn sich die Kabinen über die Strekke 3 bewegen.

Wie Fig. 2 zeigt, ist die Länge des Läufers 28 so gewählt, daß jeweils zwei der Statoren 27 zur selben Zeit mit ihr in Antriebsverbindung stehen. Jeder der Statoren 27 ist mit einer elektrischen Stromquelle, z.B. Generator oder Umformer (Fig. 4), verbunden, die ihn mit Strom bestimmter Frequenz versorgt.

Steuereinrichtungen wie die Schalter 33 sind hinter jedem Stator 27 angeordnet, um ihn jeweils dann in den Stromkreis zu legen, wenn der Läufer 28 hervorkommt, so daß der Förderstrom

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vor und während des Passierens des Läufers 28 durch den Stator fließt. Die Schalter 33 unterbrechen auch den Stromkreis, d.h. die Stromversorgung der Statoren 27ι nachdem der Läufer 28 die Statoren passiert hat. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, wird jeder der Statoren 27 mit elektrischem Strom bestimmter Frequenz von einem Umformer 29 versorgt.. Bei einem Beförderungssystem mit Beschleunigungs- und Verzögerungszone kann ein Umformer 29 sowohl einen Stator in der einen als auch in der anderen Zone versorgen, wie hier z.B. die Statoren 27A. Dasselbe gilt für die Statoren 27B, 27Ö, 27D, 27E und'

In der Beschleunigungszone kann die Frequenz des Statorstromes zwischen 6 Hz und 60 Hz verändert werden, was eine Kabinengeschwindigkeitserhöhung von 0,8 km/h auf 24 km/h bedeutet. Die gewählte Frequenz des Statorstromes ist durch die Lage des jeweiligen Stators in der Beschleunigungs- bzw. Verzögerungszone bestimmt. Es ist bekannt, daß der positive oder negative Schub auf dem Läufer eines Induktionsmotors von der speziellen Motorcharakteristik, von der Stromfrequenz und von der Relativgeschwindigkeit zwischen Läufer und Stator abhängig ist. Die Frequenz ist auch festgelegt in Bezug auf die Arbeitskennlinie der Linearmotoren, die sich durch jeweilige Stellung des Läufers 28 zu den Statoren 27 ergibt, damit ein ausreichender Schub aufgebracht wird, um die Kabine 2 in gewünschtem Maße zu beschleunigen, wenn sie voll besetzt ist. Dieses System sorgt auch für einen begrenzten Fehler bei der Handhabung der leeren bzw. unbeladenen Kabinen. In Fig. 2 hat z.B. der Motor 27D eine synchrone Geschwindigkeit f₂, die geringer ist als die synchrone Geschwindigkeit f. des Motors 27E, wobei unter synchroner Geschwindigkeit die Geschwindigkeit zu verstehen ist, bei der der Läufer vom Stator die Beschleunigung Bull erfährt. Dies ist in den Fig. 5 und 6 graphisch dargestellt, wo die Schub-Geschwindigkeitskennlinie der Linearmotoren aufgetragen ist, die aus den Statoren 27D und Läufer 28 und den Statoren 27E und Läufer 28 gebildet sind. In diesen Fig. bezieht sich die Geschwindigkeitsachse auf die Geschwindigkeit des Läufers 28 und der Schub ist derjenige, der dem Läufer vom ent>-

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sprechenden Stator erteilt wird. Bei schwerer Last, hier mit HY angegeben, d.h. bei voll besetzter Kabine und bei einer Geschwindigkeit X1, die geringer ist als die synchronen Geschwindigkeiten f. und fp, hat der Schub, wenn der Läufer 28 der Kabine 2 etwa genau über den Statoren 27D und 27E ist (s. Pig. 2) den Wert T1, wobei der größte Betrag des Schubs in Richtung des Pfeiles 34 von dem Motor mit dem Stator 27E ausgeübt wird.

Bei einer Kabine mit geringer Zuladung, hier mit LV angegeben, und bei einer Geschwindigkeit X2 übt der Motor mit dem Stator 27.E einen positiven Schub TT aus, während der Motor mit dem Stator 273) einen negativen Schub 12^f ausübt. Auf diese Weise wird die Geschwindigkeit einer Kabine mit geringer Zuladung reduziert, wenn sie die gewünschte Geschwindigkeit überschreitet, die im engen Bereich der durch die Linie HV gekennzeichneten Geschwindigkeit für voll besetzte Kabinen liegen sollte.

In der Verzögerungszone ist es umgekehrt, d.h. die Kabinen 2 werden abgebremst. Es wird negativer Schub ausgeübt, indem die synchronen Geschwindigkeiten der Linearmotoren längs der Strekke zu der Ein- und Aussteigezone verringert werden.

Aus der Schub-Gesciiwindigkeitskennlinie ist zu sehen; daß die Neigung der Kurve in dem wirksamen Bereich um die synchronen Geschwindigkeitszoiien f., und fp bei einem Winkel liegt, der den Abstieg des positiven Schubes und den Anstieg des negativen Schubes vermindert j dies sind die Tangenten des Schlupfwinkels der Motoren. In einem mechanischen System wäre der Anstieg des Schubes sehr abrupt, aber im elastischen System gemäß der Erfindung wird der Schub durch die Neigung des Schlupfwinkels des Motors verbessert.

Die hier beschriebene Ausfuhrungsform der Erfindung arbeitet mit identischen Motoren 27A bis 27?, die mit Strom verschiedener Frequenz gespeist werden. Die gewünschte Verzögerung und

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Beschleunigung kann aber auch erreicht werden mit Motoren, die unterschiedliche synchrone lienngeschwindigkeiten haben. Zum Beispiel kann die Polzahl der Motoren unterschiedlich gewählt werden, um die gewünschte Beschleunigung "bzw. Verzögerung mit einer Reihe von Motoren zu erzielen.

In Pig. 7 ist eine graphische Darstellung gegeben, wie der Schub des Stators 27 auf den sich über ihn hinwegbewegenden Läufer einwirkt. Der Anstieg des Motorschubes erfolgt in Abhängigkeit von der Überdeckung des Stators 27 durch den Läufer 28 und dementsprechend ist für eine abgestufte Einwirkung der Schubkräfte auf die Kabinen 2 gesorgt, so daß diese weich beschleunigt bzw. verzögert werden. Neben diesem Vorteil bietet die erfindungsgemäße Einrichtung die weiteren Vorteile," daß sie leicht zu installieren und zu warten ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

Fahrzeugantriebseinrichtung bestehend aus einer Strecke über die ein Fahrzeug bewegt wird und'in der eine Vielzahl von Linearmotorstatoren im Abstand voneinander angeordnet sind, die auf einen Läufer am Fahrzeug einwirken, wenn dieser die Statoren passiert, gekennz eichnet durch eine elektrische Stromversorgung der Statoren, bei der die erzeugte Schubkraft, die auf das Fahrzeug von jedem Stator ausgeübt wird, eine Funktion der$ Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der synchronen Geschwindigkeit jedes Motors entsprechend der Frequenz des auf den Stator dieses Motors gegebenen Stromes ist.

Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Statoren (27) und der entsprechende Läufer (28) bei Fahrzeuggeschwindigkeiten, die anders sind als die synchrone Geschwindigkeit, für einen positiven und einen negativen Schub sorgen, d.h. bei synchroner Geschwindigkeit ist der Schub gleich Null.

Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn ^ zeichnet, daß der negative Schub bei Fahrzeuggeschwindigkeiten vorgesehen ist, die größer sind als die synchrone Geschwindigkeit und daß der positive Schub bei Geschwindigkeiten vorgesehen ist, die kleiner sind als die synchrone Geschwindigkeit.

Einrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Statoren (27) in der Folge mit Strom stufenweise niedriger Frequenz zur Verzögerung des sie passierenden Fahrzeugs versorgt sind.

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5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl der Statoren (2) in der Folge mit Strom stufenweise höherer Frequenz zur Beschleunigung des sie passierenden Fahrzeugs versorgt sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statoren (27) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, der geringer ist als die Länge des Läufers (28).

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die Statoren (27) und der Läufer (28) Linearinduktiönsmotoren bilden, die eine Drehmoment-Greschwindigkeits-Kennlinie mit einem Verlauf haben, der den Betrag der Beschleunigungs- und VerzögerungsSchubkräfte, die von den Motoren bei Geschwindigkeiten über und unter der ge·" wünschten synchronen Geschwindigkeit erzeugt werden, senkt, wodurch der Schub abgestuft und gleichmäßig auf*das Fahrzeug einwirkt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß Mittel zur elektrischen Steuerung in Form von Schaltern (33) für die Statoren (27) vorgesehen sind, die bei Annäherung des Läufers die Statoren an die Stromversorgung legen, bevor der.Läufer über diese hinwegläuft, wobei die auf das Fahrzeug aufgebrachten Schubkräfte von der Position des Läufers über den Statoren abhängig sind.

9· Einrichtung nach Anspruch 8, d a d u r c h' gekennzeichnet, daß die Schalter (33) so ausgelegt, sind, daß sie sich nach Passieren des Läufers öffnen..

10. Verfahren zum Antreiben eines Fahrzeugs längs einer Strecke, in der eine Vielzahl von Linearmotorstatoren angeordnet sind, die mit einem Läufer am Fahrzeug in Antriebsverbindung kommen, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß jeder der Statoren mit einem elektrischen mit einer Frequenz ver-

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sorgt wird, bei der die Schubkräfte, die auf den Läufer des Fahrzeugs ausgeübt werden, eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit gegenüber der synchronen Geschwindigkeit jedes Motors und der Frequenz des auf den Stator dieses Motors gegebenen Stromes sind.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß der Statorstrom eingeschaltet wird bevor die Führungskante des Läufers den Stator erreicht.

12. Verfahren nach Anspruch 10, da.durchgekennzeichnet, daß ,jeder der Statoren in der Strecke mit einem Strom einer progressiv steigenden bzw. fallenden Frequenz gegenüber der des benachbarten Stators erregt wird, wobei die Frequenz der jeweils gewünschten Fahrzeuggeschwindigkeit entspricht.

οίρί.-ίηα. H. j. Presting

Patentanwalt

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