DE2418481C2 - Regelkreis für die Luftspaltregelung eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges - Google Patents

Regelkreis für die Luftspaltregelung eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regelkreis für die Regelung des Luftspaltes zwischen einem Primärteil und einem Sekundärteil eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges, wobei der Primärteil pendelnd am Fahrzeug aufgehängt, parallel gegenüber einer das Sekundärteil bildenden Reaktionsschiene gehalten, und mit Hilfe einer hydraulischen Stell-Vorrichtung quer zur Längsrichtung der Reaktionsschiene bewegbar ist, und am Bug und am Heck des pendelnd aufgehängten Primärteiles jeweils berührungsfrei arbeitende Weggeber für die Messung des Luftspaltes zwischen Primärteil und Reaktionsschiene vorgesehen sind, welche Weggeber an eine Auswerteschaltung angeschlossen sind, daß für die Luftspaltregelung am Bug und Heck je eine Vergleiclisstelle vorgesehen ist, welche mit einem AnalQgumsetzer für die Speisung der hydraulischen Stellvorrichtungen verbunden sind. Die Erfindung findet Anwendung bei Magnetschwebebahnen.
Eine derartige Anordnung ist aus der US-PS 00 708 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein von einem Linearmotor angetriebenes Luftkissenschwebefahrzeug beschrieben, bei welchem die Reaktionsschiene (Sekundärteil) flach in die Fahrbahn eingebettet ist, während der Stator im Boden des Fahrzeuges angeordnet ist Zwischen Stator und Reaktionsschiene befindet sich ein horizontaler Luftspalt, Bei der bekannten Anordnung wird jedoch nicht die Größe des horizontalen Luftspaltes geregelt, sondern die horizontale Lage des Stators gegenüber der Reaktionsschiene eingestellt, d. h. eine gegenseitige Versetzung von Stator und Reaktionsschiene, z. B. eine Schrägstellung des Stators gegenüber der Reaktionsschiene in horizontaler Richtung wird korrigiert Die Große des Luftspaltes ist dagegen vom Druck des Luftkissens bzw. von der Drehzahl der Verdichter für die im Luftkissen zugeführte Luft abhängig. Bei solchen Luftkissenfahrzeugen ist im übrigen ein relativ großer Abstand
π zwischen Fahrbahn und Fahrzeugboden erforderlich. Bei Verwendung eines Asynchronlinearmotors ergibt sich daher bei einem solchen Fahrzeug ein sehr ungünstiger Wirkungsgrad und ein ebensolcher Leistungsfaktor.
Im Aufsatz von Kempen Elektrisch angetriebene Eisenbahnfahrzeuge mit elektromagnetischer Schwebeführung (ΕΤΖ-Λ, !.Jan. !953, Seite!! bis !4), ist ein Fahrzeug mit elektromagnetischer Schwebeführung beschrieben, bei welchem in den Regelkreis der Magnete zusätzlich ein Fühlgerät eingebaut ist, das von den Beschleunigungen des Fahrzeuges gegenüber dem ruhenden Raum gesteuert wird. Diesem Gerät wirkt auf den Regelkreis des Schwebemagnetes und dient zur Vermeidung von Erschütterungen, die sich aus Abweichungen in der Schienenlage ergeben.
Bei einem doppelseitigen ausgebildeten linearen Asynchronmotor, wie ein solcher für sich z. B. aus der GB-PS 1164 291 bekannt ist, sind die beiden auf entgegengesetzten Seiten der Schiene angeordneten Primärteile mittels einer hydraulischen Betätigungsvorrichtung aufeinander zu und voneinander weg bewegbar.
Um einen günstigen Wirkungsgrad des Linearmotors zu erzielen, ist, wie erwähnt, ein kleiner, möglichst
•to konstanter Luftspalt zwirchen primärteil und der feststehenden Reaktionsschiene erforderlich. Auf Grund der endlichen Feder-Steif'igkeit der Abstützsysteme wird das Fahrzeug durch die Fliehkraft bei Kurvenfahrt quer zur Fahrbahn verschoben und durch die Unebenheiten der Fahrbahn zu Querschwingungen angeregt. Außerdem weicht die Reaktionsschiene infolge der Verlegungstoleranzen von der Mittellage ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend
vom Gegenstand der eingangs genannten Gattung eine
servohydraulische Luftspaltregelung zu schaffen, mit der der Primärteil im wesentlichen parallel zur Reaktionsschiene gehalten und der Luftspalt des Linearmotors mit großer Genauigkeit auf einen konstanten Wert geregelt wird, so daß ein kleiner Luftspalt realisierbar ist, der zu einem höheren Wirkungsgrad und einem besseren Leistungsfaktor führt als bei der bekannten Anordnung.
Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß zwischen zwei einander zugewandten Aktivteilen des Primärteils die vertikal angeordnete Reaktionsschiene mit beidseitigem Luftspalt gegenüber den Aktivteilen angeordnet ist, daß am Bug und Heck des Primärteiles je ein weiterer Geber für die Erfassung der Querbeschleunigung des Primärteiles und am Bug und Heck des Fahrzeuges je ein zusätzlicher Geber für die Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges angeordnet sind, welche Geber jeweils über Auswerteschaltungen an eine der mit einem
der Analogumsetzer verbundenen Vergleichsstellen angeschlossen sind.
Bei der neuen Anordnung wird also der Linearmotor von der Fahrzeugquerbewegung entkoppelt und getrennt gegenüber der Reaktionsschiene geführt, womit sich ein nahezu konstanter Luftspalt zwischen Linearmotor und Reaktionsschiene erzielen läßt. Die Stellvorrichtung besteht aus an der Unterseite des Fahrzeuges jeweils am Bug und am Heck des Statorteils angeordneten Servohydraulikzylinder, die den pendelnd m aufgehängten Statorteil führen und von den elektrohydraulischen Servoventilen angesteuert werden.
Durch die Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges und Rückführung dieses Wertes auf die Vergleichsstelle wird eine etwa parallele bzw. in Kurven 1 s tangentiale Lage des Primärteils zum Sekundärteil in vorbestimmten Abstand erhalten. Hierdurch läßt sich die Größe des Luftspaltes merklich verkleinern, womit der Wirkungsgrad und der Leistungsfaktor gegenüber bekannten Anordnungen merklich verbessert wird. >o
Vorteilhaft wird weiterhin über die Rückführung der Stator teil-Querbeschleunigung die erforderliche Dämpfung für die Luftspaltregelung vorgegeben Durch die Rückführung der Fahrzeug-Querbeschleunigung ist es weiterhin möglich, die Dämpfung des Trag- und Führungssystems zu erhöhen. Dadurch kann besonders bei nur schwach gedämpften Abstützsystemen (z. B. beim elektrodynamischen Schweben) das Systemverhalten verbessert werden.
Für diese Verbesserung kann eine leichte Verschlechterung der Luftspaltregelung im Resonanzbereich des Aufhängesystems des Primärteiles in Kauf genommen werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispie-Ie näher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 ein prinzipielles Geräteschaltbild der servohydraulischen Luftspaltregelung des Linearmotorsund
F i g. 2 ein Blockschaltbild des Regelkreises.
Ein Primärteil 1 ist pendelnd am Fahrzeug 2 aufgehäng·. Das Trag- und Führungssystem des Fahrzeuges 2 ist durch ein Ersatzfeder-Dämpfungs-System 3 angedeutet. Z. B. kann sich das Fahrzeug 2 während der Anfahr- und Bremsphase über gummibereifte Trag- und Führungsräder und während des Schwebens über supraleitende Trag- und Führungsmagnete an der Fahrbahn abstützen.
Über berührungsfrei arbeitende Weggeber 4 wird der Luftspalt zwischen Primärteil und Reaktionsschiene 5 am Bug und Heck des Primärteiles 1 gemessen. Das Prinzipschaltbild nacn F i g. 1 zeigt nur für Bug notwendige Elemente.
Über Geber 6 wird die Querbeschleunigung des Primärteiles 1 und über Geber 7 die Fahrzeugquerbeschleunigung am Bug und Heck des Fahrzeuges erfaßt.
Zwei Stellvorrichtungen (Servohydraulikzylinder) führen den pendelnd am Fahrzeug 2 aufgehängten Primärteil 1 an der Vorder- und Rückseite. Die Servohydraulikzylinder 8 sind auf ihrer einen Seite mit dem Fahrzeug, auf der anderen Seite mit dem Primärteil 1 des Linearmotors verbunden. Der Servohydraulikzylinder 8 werden von elektrohydraulischen Servoventilen 9 angesteuert. Das Hydraulik-Aggregat zur Druckversorgung befindet sich an Bord des Fahrzeugs.
Der Luftspalt an Bug und Heck wird jeweils von b5 einem getrennten Lagerregelkreis geregelt (F i g. 2). Die von den Gebern 4,6 und 7 gemessenen Zustandsgrößen Luftspalt zwischen Pr/ närteil 1 und Reaktionsschiene, Querbeschleunigung des Primärteiles und Fahrzeugquerbeschleunigung werden zurückgeführt.
Der Gleichanteil der Querbeschleunigung des Primärteils und der Fahrzeugquerbeschleunigung v-ird, falls erforderlich, in den Blöcken 61 und 71 abgetrennt (z. B. über ein differenzierendes Glied mit Verzögerung erster Ordnung, ein DTrG!ied).
Der Wechselanteil der Querbeschleunigung de: Primärteils 1 und der Fahrzeugbeschleunigung wird in den Blöcken 11 und 12 verzögert (z. B. über ein Proportionalglied mit Verzögerung erster Ordnung, ein PTi-Glied, oder ein integrierendes Glied, ein !-Glied), wobei höher frequente Wechselanteile ausgesiebt werden und die für die Regelung relevanten Wechselanteile in den Auswerteschaltungen 14 und 15 bewertet werden. Der Luftspalt zwischen Primärteil und Reaktionsschiene wird in der Auswerteschaltung 13 bewertet
Die Rückführung der Querbeschleun'gung des Primärteils 1 verhält sich für tiefe Frequenzen wie eine Druck- bzw. Beschleunigungsrückfithrung, für höhere Frequenzen wie eine Rückführung der Quergeschwindigkeit des Priniärteiles.
Durch die mitgekoppelte Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung wird die Dämpfung der Fahrzeugbewegung stark erhöht. Bei nahezu ungedämpften Abstützsystemen, wie dem elektrodynamischen Schwebesystem, kann somit durch die Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung noch eine ausreichende Dämpfung in Querrichtung erreiche werden.
Die bewerteten Zustandsgrößen werden zusammen mit jeweils dem Signal 16, 17 für den Luftspaltsollwert summiert. Die Summensignale 18 und 19 steuern jeweils einen Analogumsetzer 20 und 21 an, z. B. einen Spannungs-Stromumsetzer, und diese wiederum steuern die elektrohydraulischen Servoventile 9 für die beiden Servohydraulikzylinder 8 an Vorder- und Rückseite des Primärteiles I. Mit den Blöcken 22 und 23 ist die jeweilige Strecke (Luftspalt) symbolisiert.
Durch eine Korrektureinrichtung 24 kann die Sollwertvorgabe korrigiert werden, z. B. durch unterschiedliche Ausgleichsvorgaben für Vorder- und Rückseite oder eine Anpassung an die Lage der Meßwertgeber.
Weiterhin kann der Wechselanteil der Qjerbeschleunigung des Primärteiles zusätzlich umerzögen bzw. mit minimaler Verzögerung über ein proportionales Glied IH (P-Glied) und eine Auswerteschaltung 141 rückgeführt werden, ebenso die Fahrzeugquerbeschleunigung über ein P-Glied 121 und eine Auswerteschaltung 151. Letztere wird jedoch der Vergleichsstelle in diesem Falle mit negativem Vorzeichen zugeführt.
Die Rückführung über ein P-Glied 111 bzw. 121 entspricht einer Druckriickführung und erhöht die Dämpfung der Schwingungen in der Servohydraulik. Auf Grund der endlichen Olfedersteifigkeit schwingen Linearmotor und Fahrzeug gegeneinander. Diese Schwingung ist ohne die P-Rückführung nur schwach über eine interne Druck-Rückführung im Servoventil gedämpft.
Durch den erfindungsgemäßen Regelkreis werden insbesondere die Amplituden der durch Fahrbahnanregungen erzeugten Schwingungen im P.esonanzbereich gesenkt. Ein weiterer Vorteil ergibt sich auf Grund folgender Zusammenhänge: Das Hydraulik-Aggregat zur Druckerzeugung im Hydrauliksystem befindet sich an Bord des Fahrzeuges. Man ist bemüht, das Gesamtgewicht des Aggregats so klein wie möglich zu
halten. Das Gewicht wird /um überwiegenden Teil vom benötigten elektrischen Antriebsmotor für die Hydraulikpumpe bestimmt. Die benötigte Pumpenantriebsleistung ist für einen bestimmten Systemdruck dem Durchfluß proportional. Die benötigte Pumpenleistung in Abhängigkeit von der Frequenz insbesondere bei Fahrbahnanregung und auch bei Anregungen über die Reaktionsschiene besitzt eine deutliche Resonanzspitze — ohne Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung. Nach Rückführung der Fahrzeugbeschleunigung kann im Resonanzbereich der benötigte Durchfluß und damit auch die Pumpenantriebsleistung gesenkt werden, d.h. der Antriebsmotor kann kleiner bzw. leichter sein.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

  1. Patentansprüche:
    !. Regelkreis für die Regelung des Luftspaltes zwischen einem Primärteil und einem Sekundärteil eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges, wobei der Primärteil pendelnd am Fahrzeug (2) aufgehängt, parallel gegenüber einer das Sekundärteil bildenden Reaktionsschiene (5) gehalten, und mit Hilfe einer hydraulischen Stell-Vorrichtung (8) quer zur Längsrichtung der Reaktionsschiene (5) bewegbar ist, und am Bug und am Heck des pendelnd aufgehängten Primärteiles (1) jeweils berührungsfrei arbeitende Weggeber (4) für die Messung des Luftspaltes zwischen Primärteil (1) und Reaktionsschiene (5) vorgesehen sind, welche Weggeber (4) an eine Auswerteschaltung (13) angeschlossen sind, daß für die Luftspaltregelung am Bug und Heck je eine Vergleichsstelle (100) vorgesehen ist, welche mit einem Analogumsetzer (20, 21) für die Speisung der hydraulischen Stellvorrichtungen (8) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei einander zugewandten Aktivteilen des Prirnärteils (1) die vertikal angeordnete Reaktionsschiene (5) mit beidseitigem Luftspalt gegenüber den Aktivteilen angeordnet ist, daß am Bug und Heck des Primärteiles (1) je ein weiterer Geber (6) für die Erfassung der Querbeschleun-gung des Primärteiles für die Erfassung der Querbeschleunigung des Primärteiles (1) und am Bug und Heck des Fahrzeuges je ein zusätzlicher Geber (7) für die Erfassung der Querbeschleunigung des Fahrzeuges angeordnet sind, welche Geber (6 bzw. 7) jeweils über Auswerteschaltungen (14, 15) an eine der mit einem der Analogumsetzer (20 bzw. 21) verbundenen Vergleichsstellen (100/angeschlossen sind.
  2. 2. Regelkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückführung der Primärteil-Querbeschleunigung und/oder der Fahrzeugquerbeschleunigung jeweils über ein PTi-Glied (11 bzw. 12) und/oder parallel dazu über ein P-Glied (111 bzw. 121) erfolgt.
DE2418481A 1974-04-17 1974-04-17 Regelkreis für die Luftspaltregelung eines linearen Asynchronmotors eines Fahrzeuges Expired DE2418481C2 (de)

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