DE3515350A1

DE3515350A1 - Magnetregler fuer langstator-magnetschwebefahrzeuge

Info

Publication number: DE3515350A1
Application number: DE19853515350
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dr Bohn
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Bombardier Transportation GmbH
Priority date: 1985-04-27
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1987-01-22
Also published as: DE3515350C2; JPS61254004A; JPH07110085B2; US4731569A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Magnetregler für Langstator-Magnetschwebefahrzeuge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

In dem Hauptpatent (Patentanmeldung P 34 11 190) ist ein Magnetregler beschrieben, bei dem die Reglerpara meter mit Hilfe eines Geschwindigkeitssignales veränder bar sind, um auf diese Weise das System Schwebefahrzeug/ Schienenweg in allen Betriebszuständen des Magnetschwebe fahrzeuges stabil zu halten. Das Geschwindigkeitssignal wird dadurch gebildet, daß an jedem Tragmagneten eines Langstator-Magnetschwebefahrzeuges die Fahrgeschwindig keit über die Frequenz der Luftspaltinduktionswelligkeit gemessen wird, d.h. die Geschwindigkeit wird dezentral für jeden Einzelregler jeweils mit einer Leiterschleife induktiv erfaßt. Die Leiterschleife ist hierbei in die Oberfläche eines Poles jedes Tragmagneten eingelegt und weist eine Breite auf, die auf jeweils einen Schienenzahn des gezahnten Schienenfahrweges abgestellt ist. Beim Fah ren des Magnetschwebefahrzeuges längs des gezahnten Schienenfahrweges erscheint an den Ausgangsanschlüssen der Leiterschleife entsprechend der Abfolge von Schienen zähnen und Schienennuten ein welliges Signal, dessen Frequenz der Geschwindigkeit des Magnetschwebefahrzeugs entspricht. Dieses Signal wird einem Frequenzanalysator zugeführt, der im einfachsten Falle aus einem Dreipunkt glied mit einer nachfolgenden Auswerteschaltung besteht, in der das vom Dreipunktglied abgegebene Stufensignal in digitaler oder analoger Form in ein Signal umgewandelt wird, welches direkt die Grundfrequenz des Geschwindig keitssignales angibt. Dieses Signal wird dann einer An passungsschaltung zugeführt, welche wiederum an den Reg ler ein geschwindigkeitsabhängiges Signal angibt, mit dem die Regelparameter in gewünschter Weise verstellt werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schaltung für die Bearbeitung des Ausgangssignales der Leiterschlei fe zu vereinfachen.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im Kenn zeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale ge löst.

Demgemäß braucht für das Ausgangssignal der Leiterschleife keine Frequenzanalyse vorgenommen zu werden. Vielmehr hat sich durch Experimente an Langstator-Magnetschwebe fahrzeugen herausgestellt, daß es ausreichend ist, nur die Ausgangsspannung der Leiterschleife hinsichtlich der Amplitude auszuwerten. Besonders günstig wird das Ergeb nis, wenn die Leiterschleife eine Doppelschleife in Ach terform mit gleich großen Schleifenhälften jeweils mit der Breite eines Schienenzahnes ist bzw. deren Mittenabstand einr Schienenzahnbreite entspricht. Bei dieser Ausfüh rungsform werden Störungen, die durch unterschiedliche bzw. dynamische Magnetkräfte, z.B. bei Kurvenfahrten in eine einfache Schleife induziert werden, eliminiert. Vorteilhaft ist es weiterhin, dem Gleichrichter ein Tiefpaßfilter nachzuschalten. Dieses Tiefpaßfilter kann für den betrachteten Fall eine Eckfrequenz von ca. ein Hertz aufweisen. Durch dieses Tiefpaßfilter wird die Restwelligkeit des gleichgerichteten Signales praktisch bereinigt, da Geschwindigkeitsänderungen des Magnetschwe befahrzeuges innerhalb einer Sekunde unerheblich sind.

Am Ausgang des Tiefpaßfilters wurde die Kennlinie des gleichgerichteten Geschwindigkeitssignales, d.h. die Span nungsamplitude über der Geschwindigkeit aufgezeichnet.

Es zeigt sich, daß im Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 bis 100 Kilometer pro Stunde diese Kennlinie etwa linear verläuft. Jedenfalls sind die Störungen nur so gering, daß sie für die Regelung keine Rolle spielen. Dieses gleichgerichtete Spannungssignal wird dann der An passungsschaltung zugeführt, über die die Reglerparameter des Magnetreglers eingestellt werden.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung stellen dar:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Magnet reglers gemäß der Erfindung für ein Langstator- Magnetschwebefahrzeug;

Fig. 2 eine schematische Darstellung von Langstator schiene und Tragmagnet eines Schwebefahrzeugs zur Erläuterung der Funktion eines Magnetreg lers gemäß der Erfindung;

Fig. 3 a, 3 b, 3 c schematische Darstellung in Schnitt und Auf sicht eines Poles eines Tragmagneten eines Mag netschwebefahrzeuges, in dem eine Doppelschleife zur Ableitung eines Geschwindigkeitssignals ein gelegt ist.

Zunächst soll auf die Fig. 2 und 3 eingegangen werden. In Fig. 2 sind schematisch eine Tragschiene 1 in Form eines Langstators und ein Tragmagnet 2 für ein Magnet schwebefahrzeug dargestellt. Die Fahrtrichtung des Magnet schwebefahrzeuges liegt in Richtung der Tragschiene. Diese Tragschiene 1 weist in Längsrichtung auf der dem Trag magneten 2 zugewandten Seite abwechselnd gleich breite Nuten 3 und Zähne 4 auf, deren Breite mit b bezeichnet ist. Der in Längsrichtung der Schiene 1 angeordnete Trag magnet weist zu beiden Enden je einen etwa L-förmigen Pol und in der Mitte einen etwa T-förmigen weiteren Pol 6 auf, die sämtlich durch ein gemeinsames Joch 7 verbunden sind. Um die Pole sind hier nur angedeutet Magnetspulen 8 gelegt, mit denen zwischen den in Fig. 2 linken Pol 5 und dem mittleren Pol und der Tragschiene sowie zwischen dem in der Zeichnung rechten Pol 5 und dem mittleren Pol 6 zwischen Tragschiene und Tragmagnet jeweils ein Magnetfluß B erzeugt wird, wenn die Magnetspulen mit Strom versorgt werden. Tragschiene 1 und Tragmagnet 2 sind voneinander durch einen Luftspalt S getrennt entsprechend dem Abstand zwischen der Poloberfläche des Tragmagneten und der Oberfläche der Zähne 4 der Tragschiene 1.

Wird der Tragmagnet 2 entlang der Schiene 1 bewegt, dann zeigt an einem magnetfesten Ort, z.B. im Punkt A, die Feldstärke B _Z einen wellenförmigen Verlauf über der Zeit, je nachdem ob der Punkt A einer Nut 3 der Trag- bzw. Sta torschiene oder einem Zahn 4 der Statorschiene gegenüber steht. Im ersten fall liegt ein schwaches, im zweiten Fall ein demgegenüber höheres Feld vor.

Wird in die Oberfläche z.B. des Poles 5 eine Leiterschlei fe mit der Breite b eines Zahnes 4 der Statorschiene ge legt, dann wird in dieser Leiterschleife eine Wechsel spannung induziert, die von der Größe der Feldamplituden welligkeit und der Geschwindigkeit und deren Frequenz nur von der Geschwindigkeit abhängt. Um die Welligkeit, die durch die Spannungsimpulse des Stellers 22 und die Magnet dynamik entsteht, zu eliminieren, wird in die Oberfläche des Poles 5 eine Doppelschleife 9 in Form einer Acht ein gelegt, wie dieses schematisch in den Fig. 3a und 3b gezeigt ist. Die Leitungen der Doppelschleife verlaufen in einer längs des Umfanges des Poles umlaufenden Außennut 10, wobei die Längsseiten der beiden Außennuten 10 mittig durch eine Mittelnut 11 verbunden sind. Auf diese Weise ergeben sich zwei rechteckige Spulenhälften 9₁ und 9₂ jeweils mit der Breite b entsprechend der Breite eines Zahnes 4 der Tragschiene 1. In Fig. 3b sind mit 12 bzw. 13 die beiden Anschlüsse der Leiterschleife bezeichnet, zwischen denen das induzierte Wechselspannungssignal U _V abgenommen wird.

In Fig. 3c ist eine anders ausgebildete Doppelschleife 9′ gezeigt. Die Spulenhälften 9′₁ und 9′₂ berühren sich dabei nicht. Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Spulen hälften beträgt b. An den Anschlüssen 12′ und 13′ wird in gleicher Weise ein induziertes Wechselspannungssignal U _V abgenommen.

Dieses bei einer Bewegung des Tragmagneten 2 längs der Tragschiene 1 in der Doppelschleife 9 induzierte Wechsel spannungssignal U ist schematisch in Fig. 3b darge stellt. Die Frequenz f dieses Signales U _V ist direkt pro portional der Geschwindigkeit v, mit der die Doppelschlei fe 9 längs der Tragschiene 1 bewegt wird. Dieses Wechsel spannungssignal U _v wird einem Gleichrichter 31 zugeführt, z.B. einem üblichen Vierweg-Halbwellengleichrichter. Die Welligkeit des Ausgangssignales dieses Gleichrichters wird durch ein Tiefpaßfilter 32 mit einer Eckfrequenz von etwa ein Hertz eliminiert. Das Ausgangssignal dieses Tief paßfilters 32 ist mit A bezeichnet, dessen Amplitude für den Geschwindigkeitsbereich zwischen 0 und 100 km/h an nähernd linear proportional ist. Bei einem Experimentier fahrzeug betrug dieses Proportionalität etwa fünf Volt pro 20 km/h.

In Fig. 1 ist ein autonomes Regelsystem 20 für einen Tragmagneten 2 dargestellt. Das Regelsystem enthält einen Regler 21, dessen Ausgangssignale einem Magnetstromsteller 22 zugeführt werden, der den durch die Magnetspulen 8 des Tragmagneten 2 fließenden Strom und damit die Magnetkraft festlegt. Die Eingangssignale für den Regler werden von einer Verknüpfungsstelle 23 geliefert, der einmal der Sollwert des Luftspaltes zwischen Tragschiene und Tragmagnet und zum anderen Istwerte, in diesem Falle der gemessene Luftspalt und die zweite zeitliche Ableitung des Luftspaltes bzw. die Magnetbeschleunigung zugeführt werden. Aus diesen Signalen werden dann die Eingangssig nale für den Regler gebildet.

Das oben erwähnte Signal A wird einer Anpassungsschaltung 25 zugeführt, in der in Abhängigkeit der Amplitude des Signales A die Reglerverstärkung G für den Magnetregler 21 festgelegt wird. Das Ausgangssignal G(A) dieser Anpas sungsschaltung steuert die Reglerverstärkung des Magnet reglers 21.

In Fig. 1 ist die Anpassungsschaltung 25 so ausgelegt, daß die Reglerverstärkung G eine kontinuierliche Funktion der Amplitude des Signales A ist. Sie beginnt bei keinen Amplituden entsprechend kleinen Geschwindigkeiten des Mag netschwebefahrzeuges bei einem geringen Wert, steigt dann mit größer werdenden Amplituden entsprechend höheren Ge schwindigkeiten kontinuierlich an und geht dann in einen etwa konstanten Endwert bei hohen Amplituden entsprechend den üblichen Reisegeschwindigkeiten über.

Anstatt einer Anpassungsschaltung 25 mit kontinuierlicher Kennlinie für die Reglerverstärkung G zu wählen, können auch Anpassungsschaltungen 25′ bzw. 25′′ mit Stufenkenn linien verwendet werden, wie in Fig. 1 dargestellt. Die Anpassungsschaltung 25′ hat dabei eine Zwei-Punkt-Charak teristik, die Kennlinie der Anpassungsschaltung 25′′ eine Drei-Punkt-Charakteristik. Bei der Anpassungsschaltung 25′ verbleibt die Reglerverstärkung bis zu einer gewissen Amplitude des Signales A bzw. GEschwindigkeit des Magnet schwebefahrzeuges auf einem konstanten niedrigen Wert und springt dann für höhere Amplituden auf einen hohen End wert. Die Kennlinie der Anpassungsschaltung 25′′ weist zwi schen dem niedrigen Wert und dem hohen Wert für die Reg lerverstärkung noch einen Zwischenwert auf. An den Sprung punkten sind jeweils Totzonen vorgesehen, um ein stabiles Regelverhalten zu gewährleisten.

Claims

1. Magnetregler zur Regelung des Luftspaltes zwischen Tragmagneten eines Langstator-Magnetschwebefahrzeugs und einem regelmäßig gezahnten Schienenfahrweg, mit dem die Magnetkraft des Tragmagneten in Abhängigkeit des Luftspaltes und gegebenenfalls dessen zeitlicher Änderungen aufschaltbar ist, wobei in die Oberfläche eines Poles jedes Tragmagneten eine Leiterschleife mit der Breite eines Schienenzahnes eingelegt ist und die Anschlüsse der Leiterschleife mit einer Auswerteschal tung zur Bildung eines der Frequenz des Ausgangssig nales der Leiterschleife zugeordneten Ansteuersignals verbunden sind, das dem Magnetregler zur Beeinflussung der Reglerparameter aufschaltbar ist, nach Patent . . . (Patentanmeldung P 34 11 190.5), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanschlüsse (12, 13) der Leiterschleife (9) zur Bildung eines der Geschwin digkeit des Magnetschwebefahrzeugs proportionalen Sig nales (A) mit einem Gleichrichter (31) verbunden sind.

2. Magnetregler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gleichrichter (31) ein Tiefpaßfilter (32) nach geschaltet ist.

3. Magnetregler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiefpaßregler (32) eine Eckfrequenz von ca. ein Hertz aufweist.

4. Magnetregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleife (9) eine Doppelschleife (9₁, 9₂) in Achterform mit gleich. großen Schleifenhälften jeweils mit der Breite (b) eines Schienenzahnes (4) ist.

5. Magnetregler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterschleife (9′) eine Dop pelschleife (9′₁, 9′₂) in Achterform mit gleich großen Schleifenhälften ist, deren Mittenabstand der Breite (b) eines Schienenzahnes (4) entspricht.