DE2803877A1

DE2803877A1 - Integriertes wegmessgeraet zur regelung eines schwebemagneten

Info

Publication number: DE2803877A1
Application number: DE19782803877
Authority: DE
Inventors: Juergen Dipl Ing Meins
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1978-01-30
Filing date: 1978-01-30
Publication date: 1979-08-02

Description

Patentbeschreibung
Integriertes Wegmeßgerät zur Regelung eines Schwebemagneten Die Erfindung betrifft ein Wegmeßgerät zur Ermittlung der Schwehehöhe eines geregelten Schwebemagneten bezüglich eines ortsfest angeordne@en genuteten Statorblechpaketes.
In einer Ausführungsform neuer Verkehrssysteme kommen geregelte Eiektrojnagnete zur Anwendung, die neben der Führung des Fahrzeuges auch die Einkopplung der Vortriebskräfte auf das Fahrzeug bewirken. Dabei sind diese Magnete so angeordnet, daß sie sich in einem Abstand unterhalb eines genuteten ortsfesten Stators aus ferromagnetischem Material befinden und infolge des Magnetfeldes Normalkräfte auf das Fahrzeug übertragen. Vortriebskräfte entstehen durch das Zusammenwirken des Magnetfeldes mit einem Strombelag, der durch die in den Statornuten liegende Wanderfeldwicklung hervorgerufen wird.
Zur Stabilisierung des Schwebezustandes des Magneten ist die laufende berührungslose Erfassung der Schwebehöhe nötig.
Dabei sollen die Einflüsse der Statornutung sowie elektrischer und magnetischer Felder eliminiert werden.Im Interesse einer hohen Magnetbelegungsdichte soll das dabei verwendete Meßgerät baulich in den Magneten einbezogen sein, dabei aber eine geringe Bauhöhe aufweisen, um den wirksamen Magnetluftspalt nicht unzulässig zu vergrößern. Durch die unmittelbare baulichezuordnung von Wegmeßgerät und Magnet werden Relativbewegungen, wie sie bei getrennter Anbringung auftreten können, vermieden. Damit ergeben sich definierte Verhältnisse für die Auslegung des Magnetreglers.
Es ist bekannt, zur berührungslosen Messung geringer Abstände bezüglich einer leitfähigen Referenzebene induktiv arbeitende Meßsysteme zu verwenden. Dabei wird genutzt, daß sich in Abhängigkeit vom Abstand zwischen Meßgerät und Referenzebene - die Kopplung zweier nebeneinander oder übereinander angeordneter konzentrierter Spulen ändert, - infolge von in der leitfähigen Referenzebene induzierter Wirbelströme sich die wirksame Dämpfung eines Schwingkreises ändert, - unter Einbeziehung einer ferromagnetischen Referenzebene in einen magnetischen Kreis sich die Induktivität der Anordnung ändert.
(Firmenschrift Mikro-Epsilon, Technischer Bericht Kraus-Maffei).
Allen bisher bekannten berührungslosen Wegmeßgeräten ist jedoch gemeinsam, daß - der Luftspalt räumlich lokal gemessen wird, d.h. die Anwendung bei genuteten Langstatoren als Meßreferenz zu unzulässig hoher Abbildung der Zahn-Nut-Struktur führt, - eine bauliche Integration des Wegmeßgerätes in den Magneten auf Grund der Abmessungen nicht möglich ist, - bei Verwendung von magnetischen Werkstoffen zur Führung des Meßfeldes eine Änderung des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskennlinie und damit eine Störbeeinflussung durch das Statorstreufeld erfolgt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch ein integrierendes Meßverfahren die Zahn-Nut-Struktur zu eleminieren; durch eine spezielle Leiteranordnung die Bauhöhe des Aufnehmers gering zu halten und damit eine Anbringung des Aufnehmers unmittelbar auf der Polfläche des Magneten zu ermöglichen. Dabei soll der Elektronikteil getrennt von dem Meßteil angeordnet werden, um die Temperatureinflüsse des Magneten gering zu halten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei lineare Einleiter-Spulensysteme in orthogonaler Ausrichung bezüglich der Leiter der sich in den Statornuten befindlichen Wanderfeldwicklung auf der dem Langstator zugewandten Fläche des Traymagneten angeordnet sind.
Tn einem der beiden LeiSer fließt ein von einem Generator gelieferter hochfrequenter Wechselstrom. Durch diesen Strom wird ein magnetisches Wechselfeld gebildet, das zum Teil durch die Fläche tritt, die vom anderen Leiter und dem Rückleiter aufgespannt wird. Abhängig vom Abstand zum Stator ändert sich der Feldverlauf im Luftspalt und damit die magnetische Kopplung zwischen beiden Leitern. Die Amplitude der am zweiten Leiter gemessenen Wechselspannung ist ein Maß für den Abstand. Durch die extrem flache Ausführung des Leitersystems (Dicke r 2uun) ist dessen Anordnung unmittelbar auf der Polfläche bzw. in einer im Magneten angebrachten Vertiefung möglich.
Um reproduzierbare Eigenschaften des Aufnehmers zu erzielen, wird die Leiteranordnung mittels einer doppelseitig kupferkaschierten Epoxydharzplatte auf photochemischem Wege gefertigt. Da es sich um einen temperaturbeständigen Werkstoff handel, ergeben sich auch günstige Eigenschaften bei Erwärmung durch den Magneten. Durch die vollständige Abschirmung infolge des flächig ausgeführten Kupferrückleiters entstehen weder Rückwirkungen vom Aufnehmer noch durch Wechselanteile des Magnetstromes. Die seperat ausgeführte Elektronik ist über zwei Koaxialkabel mit dem Aufnehmer verbunden und kann im Bereich der Stromsteller angeordnet werden.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß - der Aufnehmer als flächiges Element auf den Polflächen des zu regelnden Schwebemagneten angeordnet werden kann und somit eine hohe Magnetbelegungsdichte erzielt werden kann, - durch die unmittelbare mechanische Kopplung von Aufnehmer und Magnet keine Relativbewegungen auftreten, - durch das integrierende Meßverfahren der Einfluß der Nutung eliminiert wird, - durch die orthogonale Leiteranordnung der Einfluß äußerer Störfelder yering ist.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Bild 1 zeigt die Anordnung des Aufnehmers auf dem Magneten.
Auf Grund der rnagnetischen Kraftwirkung "schwebt" der Tragmagnet unter dem ortsfest angeordneten Langstator. In dem dazwischenliegenden Luftspalt befindet sich der direkt auf der Magnetpolfläche befestigte Aufnehmer. Seine Dicke beträgt etwa 2 mm. Soll der mechanische Luftspalt durch die Aufnehmerdicke nicht verkleinert werden, kann der Aufnehmer auch in den Magneten eingelassen werden.
Der Schnitt A-B zeigt die Draufsicht auf den Magneten und die Anordnung der Leiter 1 und 2. Durch die orthogonale Anordnung dieser beiden Leiter bezüglich der an dem Stator verlegten Wicklung ergibt sich eine weitgehende Entkopplung zwischen beiden Leitersystemen. Die Länge der Leiter 1 und 2 richtet sich nach den Nut-Zahn-Abmessungen und beträgt etwa das sechsfache der Summe von Nut- und Zahnbreite.
Der Anschluß der separaten Elektronik erfolgt über die zwei gezeichneten Koaxialleiter.
Bild 2 zeigt die Anordnung des Aufnehmers in der Längsansicht.
In der von Leiter 1 und dem Rückleiter gebildeten Induktivität fließt ein von einem Generator gelieferter hochfrequenter Wechselstrom. Es bildet sich ein magnetisches Feld aus, dessen Feldnien etwa den gezeichneten Verlauf haben. Abhängig von der @@ftspaltgröße tritt ein Teil dieses Feldes durch die von dem Leiter 2 und dem Rückleiter aufgespannte Fläche und induziert in Leiter 2 eine Spannung. Die Amplitude dieser Spannung ist ein Maß für die Größe des Luftspaltes.
Bild 3 zeigt die Blockdarstellung des Spaltmeßgerätes. Ein liochfrequenzgenerator ist über ein Koaxialkabel an den Leiter 1 angeschlossen. Die in Leiter 2 induzierte Spannung wird zunächst gefiltert und dann in einem Demodulator gleichgerichtet. Durch die anschließende Linearisierung ergibt sich ein linearer Zusamlnenhang zwischen der Ausgangsgröße Lj und der Größe A des r.llftspaltes.
Zur Vermeidung von Nachteilen infolge unsymmetrischer Verteilung des elektrischen Feldes kann auch eine gegenphasige Einspeisl1ng des Generatorsignales in beide Enden des Leiters 1 erfolgen.

Claims

Patentansprüche 1. Induktiv arbeitendes Wegmeßgerät für die berührungslose Messung des Luftspaltes eines gegenüber einem massiven oder genuteten Langstator gereyelt schwebenden Tragmagneten und ähnlichen Konfigurationen mit einer Anordnung von zwei Sulen, von de @en die eine mit einem hochfrequenten WechseTstrom erregt wird und in der anderen in Abhängigkeit vom Abstand eine Wechselspannung induziert wird, yekennzeichnet durch ein integrierendes Meßverfahren mittels quer zur Nutung ausgedehnter linearer Leiterschleifen bei geringer Bauhöhe, wodurch eine bauliche Integration in den zu recjeinden Magneten bei getrennter Anordnung des Elektronikteils gestattet ist.
2. Der Unteranspruch bezieht sich auf das Wegmeßgerät nach Anspruch 1 und ist gekennzeichnet dadurch, daß die heiterschleifen parallel zueinander auf der dem Langstator zugewandten Fläche des Tragmagneten angeordnet sind, mit orthogonaler Ausrichtung bezüglich der Leiter der sich in den Statornuten befindlichen Statorwicklung.