DE3240478C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Bestim­ men von Geschwindigkeiten eines Magnetschwebefahrzeugs ge­ mäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Magnetschwebefahrzeuge werden längs einer Trasse, einem so­ genannten Langstator geführt, der in regelmäßigen Abstän­ den Nuten und Zähne aufweist. Um die Geschwindigkeit des Magnetschwebefahrzeuges zu bestimmen, ist eine Einrichtung vorgeschlagen worden, die eine langgestreckte, etwa 10 Zen­ timeter lange Hochfrequenz-Sendespule und zu deren beiden Seiten je eine kürzere Empfangsspule und zu deren beiden Seiten je eine kürzere Empfangsspule aufweist. Alle Spulen liegen in der gleichen Ebene parallel zur Oberfläche der Trasse; die Spulenachsen sind zueinander parallel. Bei der Fahrt des Magnetschwebefahrzeuges wird das von der Sende­ spule erzeugte Magnetfeld durch die abwechselnd aufeinan­ derfolgenden Nuten bzw. Zähne des Langstators entsprechend gestört. Aus der Frequenz dieser Schwankung des Magnetflus­ ses durch die Empfangsspulen entsprechend der Aufeinander­ folge von Nuten und Zähnen des Langstators kann die Geschwindigkeit des Magnetschwebefahrzeuges bestimmt wer­ den.

Mit dieser Einrichtung können im wesentlichen nur Magnet­ feldschwankungen verarbeitet werden, wenn der Abstand der Spulenebene zum Langstator etwa im Bereich der Nut- bzw. Zahnbreite liegt, die im praktischen Anwendungsfall 43 Mil­ limeter beträgt. Da der von der Sendespule ausgehende Mag­ netfluß durch die Empfangsspulen diese im wesentlichen längs der Spulenachse durchsetzt, sind die Schwankungen des Magnetflusses relativ gesehen nur sehr gering. Insge­ samt sind die Empfangssignale stark verrauscht, so daß die nachfolgende Auswerteschaltung erheblichen Aufwand erfor­ dert.

Aus der Zeitschrift ETZ-A Band 83, Heft 11, 1962, Seiten 367 bis 372 ist ein kontaktloser Signalgeber beschrieben, mit dem die Annäherung eines Eisenteiles festgestellt wird. Dieser Signalgeber weist zwei Permanentmagnete sowie einen Hallsensor in der Symmetrieebene der beiden Perma­ nentmagnete auf. Die Achsen der Permanentmagnete zwischen den Nord- und Südpolen und die Vorzugsachse des Hallsenso­ res stehen senkrecht aufeinander. Die Magnetfelder der bei­ den Permanentmagnete überlagern sich im Bereich des Hall­ sensors additiv.

Auch bei diesem Signalgeber sind die Schwankungen des Aus­ gangssignales bei größeren Abständen nur gering, so daß eindeutige Bestimmungen des gewünschten Meßwertes nicht einfach sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der anfangs genannten Art anzugeben, mit der bei einfacher Konstruktion wesentlich empfindlicher Magnetfeldverzer­ rungen erfaßt und daraus die Geschwindigkeit des Magnet­ schwebefahrzeuges bestimmt werden können, wobei die Ein­ richtung gegen Störeinflüsse unempfindlich sein soll.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kenn­ zeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkma­ le gelöst.

Der verblüffend einfache Gedanke der Erfindung besteht da­ rin, die Empfangsspule an einer Stelle im Bereich des Mag­ netfeldes der Sendespule bzw. der Sendespulen anzuordnen, an der die Vorzugsachse der Empfangsspule bei ungestörtem Magnetfeld etwa senkrecht auf den Magnetfeldlinien steht.

Das Ausgangssignal der Empfangsspule ist in einem solchen Falle bei ungestörtem Magnetfeld nahezu Null. Erfolgt eine Magnetfeldstörung, z. B. durch Überfahren der Zähne und Nu­ ten der Trasse, so ändert das Empfangssignal die Polari­ tät. Ist demnach die Empfangsspule an dem gemäß der Erfin­ dung vorgegebenen Ort plaziert so bewirken auch kleine Mag­ netfeldverzerrungen starke relative Änderungen des Empfangssignales. Dieser Effekt ist wesentlich stärker aus­ geprägt als bei den oben genannten Einrichtungen. Auf diese Weise können auch Magnetfeldschwankungen in wesentlich größerem Abstand des Magnetschwebefahrzeuges zu der Trasse als bisher erfaßt werden. Bei den Übergängen von einer Nut zu einem Zahn der Trasse können auf diese Weise definierte Null-Durchgänge der Empfangsspannung bestimmt werden. Aus der daraus einfach zu ermittelnden Frequenz ergibt sich un­ mittelbar die Geschwindigkeit des Magnetschwebefahrzeuges.

Die Störeinflüsse auf eine Einrichtung gemäß der Erfin­ dung sind auch relativ gering, insbesondere dadurch, daß der Abstand zwischen Sendespule und Empfangsspule etwa ent­ sprechend dem maximalen Abstand zwischen Magnetschwebefahr­ zeug und Trasse gewählt wird. Scharfe Null-Durchgänge wer­ den auch dadurch erreicht, daß der Abstand zwischen Empfangsspule und Sendespule in Fahrtrichtung des Magnet­ schwebefahrzeuges gesehen, der Breite eines Zahns bzw. ei­ ner Nut entsprechen.

Bevorzugt werden die Empfangsspulen mit Hochfrequenz be­ trieben. Auch dadurch können Störeinflüsse vermindert wer­ den. Gegebenenfalls sind Abschirmungen der Empfangsspule möglich.

Weitere Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen her­ vor.

Die Erfindung ist in Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser stellt dar

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Sendespule und einer Empfangsspule für eine Einrichtung zur Mes­ sung der Geschwindigkeit eines Magnetschwebefahr­ zeuges gemäß der Erfindung;

Fig. 2a und 2b weitere Anordnungen von Sende- und Empfangsspulen;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer magnetischen Abschirmung einer Empfangsspule;

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Messung der Geschwindigkeit eines Magnetschwe­ befahrzeuges;

Fig. 5 eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Auswertung der Empfangssignale der in Fig. 4 dar­ gestellten Einrichtung zur Bestimmung der Geschwin­ digkeit des Magnetschwebefahrzeuges.

Eine in Fig. 1 schematisch dargestellte Anordnung 1 für eine Einrichtung gemäß der Erfindung weist eine Sendespule S mit einer Spulenachse 2 auf. Die Sendespule wird mit Wechselspannung betrieben, wobei die Frequenz bis zu eini­ gen Megahertz frei wählbar ist. Die Sendespule erzeugt ein räumliches Magnetfeld F, dessen Feldlinien in Fig. 1 schematisch mit 3 bezeichnet sind. Die Polarität des Mag­ netfeldes ist durch Pfeile angedeutet. Eine Empfangsspule E mit deren Spulenachse 4 ist in einem Abstand d von der Sendespule S angeordnet. Die Spulenachse 4 ist etwa senk­ recht zu den Magnetfeldlinien 3 am Ort der Empfangsspule ausgerichtet. Die Spulenachsen 2 und 4 sind zueinander parallel.

Bei ungestörtem Magnetfeld ist das Empfangssignal in der Spule nahezu Null. Wird das Magnetfeld beim Überfahren der Nuten und Zähne einer Trasse verzerrt, so wird je nach der Art der Verzerrung des Magnetfeldes eine Empfangsspannung U bestimmter Polarität an der Empfangsspule E gemessen. Die relativen Änderungen des Empfangssignales sind umso stärker, je näher die Empfangsspule am Ort des Phasensprun­ ges bei ungestörtem Magnetfeld ist. Da der dabei immer kleiner werdende Absolutwert der Empfangsspannung eine zu­ nehmende Störanfälligkeit bedingt, muß man für den jeweili­ gen Anwendungsfall einen Kompromiß zwischen relativer Ände­ rung und Störabstand schließen.

In Fig. 2a sind zwei Sendespulen S 1 und S 1 und eine Empfangsspule E vorgesehen. Die Sendespulen haben die glei­ che Spulenachse 2, die Spulenachsen 4 der Empfangsspule ist parallel hierzu. Sämtliche Spulenachsen liegen in einer Ebene. Der Abstand zwischen jeder Sendespule und der Empfangsspule ist entsprechend Fig. 1 bemessen.

In Fig. 2b ist eine Anordnung mit vier an den Ecken eines Rechteckes vorgesehenen Sendespulen S 1 bis S 4 angegeben, wo­ bei im Mittelpunkt die Empfangsspule E angeordnet ist. Auch hier sind die Spulenachsen und die Abstände zwischen den Sendespulen und der Empfangsspule entsprechend gewählt.

Um Störungen des Empfangssignales der Empfangsspule durch magnetische Störfelder zu verringern, wird die Empfangsspu­ le E entsprechend Fig. 3 durch einen Nebenschlußkörper N, z. B. ein Blechpaket oder einen Ferritkörper und durch Ab­ schirmbleche B abgeschirmt, die zwischen Nebenschlußkörper und Empfangsspule E angeordnet sind.

Die in Fig. 4 gezeigte Einrichtung zur Messung der Ge­ schwindigkeit des Magnetschwebefahrzeuges weist eine Spu­ lenanordnung gemäß Fig. 2a auf, wobei die Empfangsspule entsprechend Fig. 3 abgeschirmt ist. Die beiden Sendespu­ len S 1 und S 2 werden mit der gleichen Hochfrequenz betrie­ ben, sind jedoch so gepolt, daß sich im Bereich zu der ge­ meinsamen Spulenachse 2 senkrechten Symmetrieebene 5 die MAgnetfelder gegensinnig überlagern. Die Empfangsspule E ist in der Symmetrieebene 5 entsprechend den oben angegebe­ nen Kriterien angeordnet. Der Abstand a der Sendespulen S 1 und S 2 von der Symmetrieebene 5 entspricht der Breite ei­ nes Zahnes 6 bzw. einer Nut 7 eines Langstators L aus elek­ trisch oder magnetisch leitendem Material, der schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. In den Nuten 7 der Trasse ver­ laufen angedeutete Langstatorkabel K. Die Bewegungsrich­ tung des Magnetschwebefahrzeuges ist durch den Pfeil ange­ deutet. Die Oberfläche der Zähne ist mit 8 bezeichnet.

Für den in Fig. 5 gezeigten Zustand befinden sich die Sen­ despulen S 1 und S 2 und auch die Empfangsspule E jeweils oberhalb einer Grenze zwischen einem Zahn 6 und einer Nut 7 des LAngstators L. Bei der Fahrt des Magnetschwebefahr­ zeuges entsteht in der Empfangsspule E eine etwa sinusför­ mige Empfangsspannung U _E , wie sie in der untersten Zeile der Fig. 5 aufgezeichnet ist. Jeweils beim Übergang zwi­ schen einem Zahn und einer Nut hat dieses Empfangssignal einen definierten Null-Durchgang. Hieraus kann in herkömm­ licher Weise eine Rechteckspannung U _R gewonnen werden. Die Frequenz dieser Rechteckspannung ist direkt proportional der Geschwindigkeit des Magnetschwebefahrzeuges. Außerdem kann der zurückgelegte Weg des Magnetschwebefahrzeuges durch Auszählen dieser Null-Durchgänge ermittelt werden. Zusätzlich ergibt sich die Möglichkeit, aus der Amplitude des Signales U _E noch den Abstand zwischen Magnetschwebe­ fahrzeug und Langstatoroberfläche 8 zu ermitteln.

In der Spulenanordnung gemäß Fig. 4 ist zwischen den Sen­ despulen S 1 und S 2 im Bereich der Symmetrieebene 5 noch ei­ ne kleine Hilfsspule H vorgesehen. Diese Hilfsspule kann für den Feinabgleich der Spulenanordnung vorgesehen wer­ den, so daß bei ungestörtem Magnetfeld die Empfangsspan­ nung in der Empfangsspule auf den Wert Null eingestellt wird. Der Grobabgleich der Spulenanordnung wird zweckmäßig durch mechanisches Justieren der Spulen vorgenommen.

Claims (5)

1. Einrichtung zum Bestimmen der Geschwindigkeit eines Mag­ netschwebefahrzeuges, das längs einer mit Nuten und Zäh­ nen in regelmäßigen Abständen versehenen Trasse (Lang­ stator) aus elektrisch bzw. magnetisch leitendem Mate­ rial geführt wird, mit einer ein Magnetfeld erzeugenden Sendespulenanordnung, einer Empfangsspulenanordnung und einer mit dieser verbundenen Auswerteschaltung zum Be­ stimmen der der Geschwindigkeit des Magnetschwebefahr­ zeuges proportionalen Frequenz der durch die aufeinan­ derfolgenden Zähne und Nuten der Trasse verursachten Schwankungen des Magnetflusses in der Empfangsspulenan­ ordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulenachsen von Sendespule (S) und Empfangsspule (E) parallel zuein­ ander und in einer Ebene parallel zur Oberfläche des Langstators angeordnet sind, daß der Abstand (d, a) zwi­ schen Sendespule (S) und Empfangsspule (E) etwa dem ma­ ximalen Abstand zwischen Magnetschwebefahrzeug und Trasse und der Abstand zwischen Sendespule (S) und Empfangsspule (E) in Fahrtrichtung des Magnetschwebe­ fahrzeuges etwa der Breite (a) der Nuten bzw. Zähne ent­ sprechen, und daß die Empfangsspule (E) in der Nähe einer Stelle im Bereich des Magnetfeldes (F) angeordnet ist, an der die Spulenachse (4) etwa senkrecht auf den Magnetfeldlinien (3) des ungestörten Magnetfeldes (F) verläuft.

2. Einrichtungen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespulenanordnung (S, S 1 bis S 4) ein Hoch­ frequenz-Magnetfeld erzeugt.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendespulenanordnung zwei in gleicher Weise mit Hochfrequenz versorgte Sendespulen (S 1, S 2) mit glei­ cher Spulenachse (2) aufweist, und daß die Empfangsspu­ le in der zu der Spulenachse (2) der Sendespulen (S 1, S 2) senkrechten Symmetrieebene (5) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Spulenachse (2) der Sendespulen (S 1, S 2) in der Symmetrieebene (5) eine Hilfsspule (H) zur Erzeu­ gung eines zusätzlichen Magnetfeldes gelegen ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsspule (E) mit Hilfe eines magnetischen Nebenschlusses (N) und eines Abschirmbleches (B) gegen Störfelder mit niedrigerer Frequenz als die Hochfrequenz der Sendespulen (S) abge­ schirmt ist.