WO2007101356A1 - System zur signalübertragung an ein bewegtes objekt - Google Patents

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WO2007101356A1
WO2007101356A1 PCT/CH2007/000082 CH2007000082W WO2007101356A1 WO 2007101356 A1 WO2007101356 A1 WO 2007101356A1 CH 2007000082 W CH2007000082 W CH 2007000082W WO 2007101356 A1 WO2007101356 A1 WO 2007101356A1
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hall
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WO2007101356A8 (de
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Andreas Imhof
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Polycontact Ag
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal
    • B61L3/02Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/121Devices along the route for controlling devices on the vehicle or vehicle train, e.g. to release brake, to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using magnetic induction

Definitions

  • the invention relates to a system for signal transmission to a moving within a predetermined track object according to the preamble of claim 1.
  • Autonomous moving objects in particular vehicles, are usually moved within a predetermined track. In many cases, the vehicles are moved on rails or guided along rails. Especially in autonomously moving vehicles, it is necessary borrowed to transmit signals to the vehicle, for example, to stop the vehicle in a station exact position. Signal transmission to the vehicle is often via mechanical contacts. Ultrasonic, infrared and radio transmissions of information to the vehicle are also known. Mechanical contacts are subject to high wear and are impractical at higher speeds of autonomous, moving vehicle. Signal transmissions with ultrasound, infrared or radio are relatively susceptible to interference.
  • the system should be largely wear-free and ensure reliable signal transmission even at higher speeds.
  • the susceptibility to interference is to be reduced.
  • the system should be capable of transmitting even more complex information.
  • the system should be simple and cost-effective to implement and also suitable for retrofitting existing systems.
  • a system for signal transmission to an object moved within a predetermined track has at least one transducer device arranged along the movement path of the object, which extends over a certain distance and interacts with a sensor device arranged on the moving object.
  • the transducer device is a device for generating a magnetic field.
  • the sensor device comprises at least one Hall sensor whose Hall measuring field is oriented such that it is penetrated perpendicularly by the vector of the magnetic flux density of the generated magnetic field.
  • the Hall sensor which is arranged on the moving object, interacts with the magnetic field generated along a partial path of its trajectory so as to be contactless and therefore free of wear.
  • the magnetic field may be readily generated to extend a suitable length and to have a substantially constant magnetic field strength over its entire length.
  • the Hall sensor reacts very fast and allows reliable signal transmission even at high speeds of the object. Interference can be filtered out relatively easily, so that a secure registration of the signal is guaranteed.
  • a differential Hall sensor with two appropriately aligned measuring fields can be used.
  • the level of the signal present at the output of the Hall sensor is sufficiently large, depending on the flux density of the magnetic field and distance of the Hall sensor from the means for generating the magnetic field to dispense with amplifiers or the like and to use the output signal directly for subsequent functions (controls).
  • the system of magnetic field generator and Hall sensor is relatively inexpensive to produce and due to its relatively small footprint and retrofit already existing systems with moving within a given track objects.
  • the device for generating the magnetic field comprises a magnetic rail arrangement having at least two magnets which have a uniform polarization.
  • the magnets are arranged between two mutually parallel flux guide rails of a soft magnetic material which extend in the direction of the path of movement of the object.
  • the flux guide rails ensure in a simple manner that the magnetic field has approximately the same flux over the entire longitudinal extent of the magnetic track arrangement. density on points. This depends essentially on the material of the flux rails, which ideally opposes the magnetic flux as low as possible resistance. Because of the parallel orientation and the rectified polarization of the magnets, one flux rail forms the magnetic north pole while the other river rail forms the south pole.
  • the number of arranged between the flux guide magnets of the same polarization determines the strength of the magnetic field between the two flow rails and can be easily adapted to the requirements.
  • the length of the extension of the magnetic field along the path of movement of the object can be optimized very easily by changing the length of the flow rails and the number of magnets.
  • the Hall sensor arranged on the moving object detects the magnetic field when passing over the magnetic track arrangement and generates a corresponding output signal. If the x-axis is assigned to the direction of movement of the object in a coordinate system, then the polarization of the magnets is perpendicular to it, parallel to the y-axis.
  • the Hall sensor arranged on the moving object is arranged in such a way that its Hall measurement element extends parallel to the plane spanned by the x-axis and the z-axis.
  • the magnets are advantageously permanent magnets which are formed rod-shaped. As a result, the magnetic track arrangement is independent of a power supply.
  • the strength and homogeneity of the magnetic field depends on the number of magnets arranged between the flux guide rails. Usually, therefore, two or more magnets are provided.
  • An expedient number of magnets arranged between the flux guide rails is approximately two to five individual magnets of approximately the same magnetic field strength and polarization.
  • the homogeneity of the magnetic field over the longitudinal extent of the magnetic track arrangement also depends on the distance of the magnets from each other. This is for example about 5 cm to about 10 cm.
  • the Hall sensor in the region of the Hall measuring field has at least one flux amplifier which is arranged parallel to the vector of the polarization of the magnets. As a result, a larger signal level can be achieved at the output of the Hall sensor.
  • another advantageous embodiment of the invention provides that the Hall sensor comprises two flux amplifiers, which protrude approximately at the height of the Hall measuring field of the two flat sides of the Hall sensor and are arranged parallel to the vector of the polarization of the magnets.
  • the inventive system has the advantage that for the transmission of more complex signals and information along the movement path of the object several devices for generating magnetic fields, such as magnetic track arrangements, can be arranged side by side, which cooperate with a corresponding number of Hall sensors provided on the moving object are.
  • the juxtaposed magnetic rail arrangements may be formed at least partially different from each other.
  • the magnetic field strengths of the magnetic fields generated by the juxtaposed magnetic rail arrangements may be different from each other.
  • With the arrangement of several magnetic fields next to each other there is also the possibility to transmit information, for example, dual-coded.
  • ones and zeros are represented by two different strong magnetic fields.
  • the Hall sensors associated with the magnetic fields and arranged next to one another on the moving object detect the magnetic fields of different strength and generate a corresponding sequence of output signals of two mutually different strengths.
  • the signals present at the outputs of the Hall sensors arranged next to one another can be forwarded, for example, to a decoder, which can assemble them into the transmitted information and derive or initiate corresponding actions.
  • the magnet rail arrangements arranged side by side may also have a different length. The use of two different lengths
  • Magnetic rail assemblies also allow a dual coding that can be detected by the Hall sensors. It is understood that with the system according to the invention other coding systems than the dual system can be implemented. For the usually more complex signals and information to be transmitted, a number of one to ten devices for generating a magnetic field, in particular magnetic track arrangements, proves to be expedient.
  • the system according to the invention can basically be used wherever an object is repeatedly moved along a predetermined track.
  • the moving object is an automatically moving vehicle.
  • This may be, for example, a vehicle of a roller coaster, an autonomously moving transport vehicle in an operation, an elevator or even an autonomously moving vehicle for passenger transport in local traffic.
  • Fig. 1 shows the principle of a system with a magnetic rail assembly and a Hall sensor according to the invention
  • FIG. 5 shows a variant of the system comprising a plurality of magnetic track arrangements and a corresponding number of Hall sensors.
  • the system 10 includes a Magnetic rail assembly 1 with two parallel flux guide rails 2, 3 between which magnets 4, 5 are arranged, which are aligned in terms of their magnetic polarization the same.
  • the flux guide rails 2, 3 are made of a soft magnetic material, which is able to conduct the magnetic flux largely resistance free. Since the magnetic polarization of the magnets 4, 5 is the same, one flux guide 2 forms the magnetic north pole N while the other flux guide S forms the south magnetic pole.
  • the magnets 4, 5 are rod-shaped permanent magnets, which has the advantage that a power supply for the magnets 4, 5 can be dispensed with.
  • the magnets can also be electromagnets. These have the advantage that their magnetic field strength is variable as needed.
  • the flux guide rails 2, 3 of the magnetic track arrangement 1 advantageously bear against the magnetic poles of the magnets 4, 5 and leave an air gap 6 free.
  • the magnetic track arrangement 1 is arranged, for example, in the path of an object moving along a predetermined track, for example an automatically operated vehicle. The longitudinal extension of the magnetic track arrangement 1 runs parallel to the direction of movement of the moving object or vehicle.
  • a Hall sensor 7 is indicated at a distance above the magnetic track arrangement 1 approximately centrally between the two flux guide rails 2, 3, a Hall sensor 7 is indicated.
  • the Hall sensor 7 is mounted on the object moved along the predetermined track and arranged such that its Hall measuring field is penetrated perpendicularly by the flux lines j resulting from the magnetic polarization. If the longitudinal extension of the magnetic track arrangement is assigned the x-axis in a coordinate system, then the polarization of the magnets is perpendicular to it, parallel to the y-axis.
  • the Hall sensor is oriented such that its Hall measuring field extends parallel to the plane spanned by the x-axis and the z-axis. Then, the magnetic flux lines penetrate the Hall measuring field of the Hall sensor 7 vertically. From Fig.
  • the Hall sensor 7 may be equipped with flux amplifiers 8, 9, which concentrate the incident on the Hall measuring magnetic flux.
  • the flux amplifiers 8, 9 consist of a weichmagneti- see material and extend on both flat sides approximately at the level of the Hall measuring field parallel to the direction of the magnetic flux j, ie in the y direction.
  • 2 shows a variant of the system according to the invention, which is provided with the reference numeral 20 in its entirety. In turn, it comprises a fixed magnetic rail arrangement 21 and a Hall sensor 7 that is movable relative to the magnetic rail arrangement 21.
  • the magnetic rail arrangement 21 has a plurality of magnets 22, 23, 24, 25, 26 spaced apart from about 5 cm to about 10 cm between the flux guide rails 2, 3 are arranged.
  • the magnetic rail arrangement 21 according to FIG. 2 has, for example, 5 magnets, in particular rod-shaped permanent magnets 22-26. As practicable proves a number of two to five magnets. As a result of the same orientation of the magnetic polarization of the individual magnets 22-26, the flux guide rails 2, 3 form the magnetic north pole N and the magnetic south pole S. When the magnetic track arrangement 21 is moved over, the Hall sensor 7, which in turn is equipped with flux amplifiers 8, 9, registers , over the longitudinal extent of the magnetic track assembly 21 largely constant magnetic field. The strength of the magnetic field depends on the magnetic field strength of the individual magnets and on the number of magnets arranged between the flux guide rails 2, 3. It is understood that expediently, the magnets of a magnetic track arrangement have approximately the same magnetic field strength.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a system according to the invention, for example of the system 20 according to FIG. 2. Therefore, identical elements bear the same reference numerals.
  • the magnetic flux lines j are indicated. In particular, the illustration also shows how the magnetic flux lines j are concentrated by the flux amplifiers 8, 9 arranged on both sides of the flat sides of the Hall sensor 7 and conducted to the Hall measuring field.
  • FIG. 4 shows an exemplary course of the signal measured by a Hall sensor 7 during the passage over the magnetic track arrangement 21.
  • the vertical distance of the Hall sensor 7 of the magnetic rail assembly 21 was about 45 mm. It can be clearly seen that the signal over the longitudinal extension of the magnetic track assembly 21 is practically constant.
  • FIG. 5 shows a very advantageous variant of a system according to the invention, which is provided overall with the reference numeral 100.
  • the system 100 comprises a number of magnetic track arrangements 21 which are mounted stationarily next to each other on a track 102.
  • the Gleitschienenan- orders 21 are parallel to each other.
  • Shields 108 may be provided between the slide assemblies 21 for the magnetic fields generated by the slide assemblies 21.
  • the magnetic track assemblies 21 is associated with an equal number of Hall sensors 7, which are mounted for example on a vehicle floor 105 of a movable vehicle. All Hall sensors 7 have the same distance from the associated magnetic track arrangements 21.
  • the vehicle symbolized by the vehicle floor 105 is moved along a predetermined track 101 which is delimited by slide rails 103, 104 projecting from the track 102. From the vehicle floor 105 protrude support arms 106, 107 from, for example, with their free ends, the extended ends of the slide rails 103, 104 engage around.
  • the guidance of the vehicle within the predetermined track 101 is irrelevant to the invention and therefore will not be further elaborated.
  • the direction of movement of the vehicle is in the longitudinal direction of the magnetic rail arrangement 21 or in the illustrated embodiment in the drawing plane in and out of this.
  • the provision of multiple magnetic track assemblies 21 and associated Hall sensors 7 allows the transmission of more complex signals and information.
  • dual-coded signals can be transmitted.
  • two types of magnetic track arrangements 21 are provided which generate magnetic fields of different strengths.
  • the two different strong magnetic fields stand for 1 and 0 in the dual system.
  • the associated Hall sensors 7 detect the different strength signals and pass them, for example, to a decoder in which the signals of the individual Hall sensors 7 are summarized and evaluated in order to derive corresponding actions.
  • the system comprises four magnetic track arrangements 21 and a corresponding number of associated Hall sensors. For the coded transmission of complex information, a number of one to ten magnetic track arrangements proves to be expedient.

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  • Control Of Position, Course, Altitude, Or Attitude Of Moving Bodies (AREA)
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Abstract

Ein System zur Signalübertragung an ein innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegtes Objekt weist wenigstens eine eine entlang der Bewegungsbahn des Objekts angeordnete Gebereinrichtung auf, die sich über eine bestimmte Strecke erstreckt und mit einer am bewegten Objekt angeordneten Sensoreinrichtung zusammenwirkt. Die Gebereinrichtung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes (21). Die Sensoreinrichtung umfasst wenigstens einen Hallsensor (7), dessen Hallmessfeld derart ausgerichtet ist, dass es vom Vektor der magnetischen Flussdichte senkrecht durchdrungen wird.

Description

System zur Signalübertragung an ein bewegtes Objekt
Die Erfindung betrifft System zur Signalübertragung an ein innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegtes Objekt gemäss dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Autonom bewegte Objekte, insbesondere Fahrzeuge, werden meist innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegt. Vielfach werden dabei die Fahrzeuge auf Schienen bewegt oder entlang von Schienen geführt. Gerade bei autonom bewegten Fahrzeugen ist es erforder- lieh, Signale an das Fahrzeug zu übertragen, beispielsweise um das Fahrzeug in einer Station positionsgenau zu stoppen. Die Signalübertragung an das Fahrzeug erfolgt oft über mechanische Kontakte. Auch Ultraschall-, Infrarot- und Funkübertragungen von Informationen an das Fahrzeug sind bekannt. Mechanische Kontakte sind einem hohen Ver- schleiss unterworfen und bei höheren Geschwindigkeiten des autonom, bewegten Fahr- zeugs nicht praktikabel. Signalübertragungen mit Ultraschall, Infrarot oder Funk sind relativ störanfällig.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, diesen Nachteilen der Systeme des Stands der Technik abzuhelfen und die Signalübertragung an ein innerhalb einer vorge- gebenen Spur bewegtes Objekt, insbesondere an ein autonom bewegtes Fahrzeug, zu verbessern. Das System soll weitgehend verschleissfrei sein und auch bei höheren Geschwindigkeiten eine zuverlässige Signalübertragung gewährleisten. Die Anfälligkeit gegenüber Störeinflüssen soll reduziert werden. Das System soll dafür geeignet sein, auch komplexere Informationen zu übertragen. Dabei soll das System einfach und kostengün- stig realisierbar und auch für eine Nachrüstung bestehender Anlagen geeignet sein.
Die Lösung dieser Aufgaben besteht in einem System zur Signalübertragung an ein innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegtes Objekt, welches die im kennzeichnenden Abschnitt des Patentanspruchs 1 angeführten Merkmale aufweist. Weiterbildungen und/ oder vorteilhafte Ausführungsvarianten der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Ein System zur Signalübertragung an ein innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegtes Objekt weist wenigstens eine entlang der Bewegungsbahn des Objekts angeordnete Gebereinrichtung auf, die sich über eine bestimmte Strecke erstreckt und mit einer am bewegten Objekt angeordneten Sensoreinrichtung zusammenwirkt. Die Gebereinrichtung ist eine Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes. Die Sensoreinrichtung umfasst wenigstens einen Hallsensor, dessen Hallmessfeld derart ausgerichtet ist, dass es vom Vektor der magnetischen Flussdichte des erzeugten Magnetfeldes senkrecht durchdrungen wird.
Der am bewegten Objekt angeordnete Hallsensor wirkt berührungs- und damit ver- schleisslos mit dem entlang einer Teilstrecke seiner Bewegungsbahn erzeugten Magnetfeld zusammen. Das Magnetfeld kann leicht derart erzeugt werden, dass es sich über eine geeignete Länge erstreckt und über die gesamte Länge eine im wesentlichen konstante Magnetfeldstärke aufweist. Der Hallsensor reagiert sehr schnell und erlaubt auch bei ho- hen Geschwindigkeiten des Objekts eine zuverlässige Signalübertragung. Störeinflüsse lassen sich relativ leicht herausfiltern, so dass eine sichere Registrierung des Signals gewährleistet ist. Beispielsweise kann eine Differentialhallsensor mit zwei entsprechend ausgerichteten Messfeldern eingesetzt werden. Der Pegel des am Ausgang des Hallsensors anliegenden Signals ist je nach Flussdichte des Magnetfeldes und Abstand des HaIl- sensors von der Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes ausreichend gross, um auf Verstärker oder dergleichen verzichten zu können und das Ausgangssignal unmittelbar für Folgefunktionen (Steuerungen) einzusetzen. Das System aus Magnetfelderzeuger und Hallsensor ist relativ kostengünstig herstellbar und erlaubt wegen seines relativ geringen Platzbedarfs auch eine Nachrüstung bereits bestehender Anlagen mit innerhalb einer vorgegebenen Spur bewegten Objekten.
Eine zweckmässige Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Einrichtung zur Erzeugung des Magnetfeldes eine Magnetschienenanordnung mit wenigstens zwei Magneten, die eine gleichgerichte Polarisation aufweisen, umfasst. Die Magnete sind zwi- sehen zwei parallel zueinander verlaufenden Flussleitschienen aus einem weichmagnetischen Material angeordnet, die sich in Richtung der Bewegungsbahn des Objekts erstrek- ken. Die Flussleitschienen sorgen auf einfache Weise dafür, dass das Magnetfeld über die gesamte Längserstreckung der Magnetschienenanordnung eine annähernd gleiche Fluss- dichte auf weist. Dies hängt im wesentlichen vom Material der Flussschienen ab, welches idealerweise dem magnetischen Fluss einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt. Wegen der parallelen Ausrichtung und der gleichgerichteten Polarisation der Magnete bildet die eine Flussschiene den magnetischen Nordpol während die andere Fluss- schiene den Südpol bildet. Die Anzahl der zwischen den Flussleitschienen angeordneten Magnete gleicher Polarisierung bestimmt die Stärke des Magnetfeldes zwischen den beiden Flussschienen und kann sehr einfach an die Erfordernisse angepasst werden. Auch die Länge der Erstreckung des Magnetfeldes entlang der Bewegungsbahn des Objekts kann sehr einfach durch eine Veränderung der Länge der Flussschienen und der Anzahl der Magnete optimiert werden. Der am bewegten Objekt angeordnete Hallsensor detek- tiert beim Überfahren der Magnetschienenanordnung das Magnetfeld und erzeugt ein entsprechendes Ausgangssignal. Wird der Bewegungsrichtung des Objekts in einem Koordinatensystem die x-Achse zugeordnet, dann verläuft die Polarisierung der Magnete senkrecht dazu, parallel zu y- Achse. Der am bewegten Objekt angeordnete Hallsensor ist dabei derart angeordnet, dass sich sein Hallmessf eld parallel zu der von der x- Achse und der z- Achse aufgespannten Ebene erstreckt.
Die Magnete sind mit Vorteil Permanentmagnete, die stabf örmig ausgebildet sind. Dadurch ist die Magnetschienenanordnung unabhängig von einer Energieversorgung.
Zur Verbesserung der Verteilung des magnetischen Flusses über die Magnetschienenanordnung erweist es sich als zweckmässig, wenn die Flussleitschienen an den Polen der Permanentmagnete anliegen.
Die Stärke und Homogenität des Magnetfeldes hängt von der Anzahl der zwischen den Flussleitschienen angeordneten Magnete ab. Üblicherweise sind daher zwei oder mehr Magnete vorgesehen. Eine zweckmässige Anzahl der zwischen den Flussleitschienen angeordneten Magnete liegt bei zwei bis fünf Einzelmagneten etwa gleicher Magnetfeldstärke und Polarisierung.
Die Homogenität des Magnetfeldes über die Längserstreckung der Magnetschienenanordnung hängt auch vom Abstand der Magnete voneinander ab. Dieser beträgt beispielsweise etwa 5 cm bis etwa 10 cm. Zur Verbesserung der Detektion des Magnetfeldes erweist es sich vom Vorteil, wenn der Hallsensor im Bereich des Hallmessfeldes wenigstens einen Flussverstärker aufweist, der parallel zum Vektor der Polarisation der Magnete angeordnet ist. Dadurch kann am Aus- gang des Hallsensors ein grosserer Signalpegel erzielt werden. Zur weiteren Verbesserung des Signalpegels am Ausgang des Hallsensor sieht eine andere vorteilhafte Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass der Hallsensor zwei Flussverstärker aufweist, die etwa in Höhe des Hallmessfeldes von den beiden Flachseiten des Hallsensors abragen und parallel zum Vektor der Polarisation der Magnete angeordnet sind. .
Das erfindungsgemässe System weist den Vorteil auf, dass zur Übertragung von komplexeren Signalen und Informationen entlang der Bewegungsbahn des Objekts mehrere Einrichtungen zur Erzeugung von Magnetfeldern, beispielsweise Magnetschienenanordnungen, nebeneinander angeordnet sein können, die mit einer entsprechenden Anzahl von Hallsensoren zusammenwirken, die am bewegten Objekt vorgesehen sind. Die nebeneinander angeordneten Magnetschienenanordnungen können dabei wenigstens zum Teil verschieden voneinander ausgebildet sein. Beispielsweise können die Magnetfeldstärken der von den nebeneinander angeordneten Magnetschienenanordnunen erzeugten Magnetfelder voneinander verschieden sein. Mit der Anordnung mehrerer Magnetfelder nebeneinander besteht auch die Möglichkeit Information beispielsweise dual kodiert zu übertragen. Dabei werden Einsen und Nullen durch zwei unterschiedlich starke Magnetfelder dargestellt. Die den Magnetfeldern zugeordneten, am bewegten Objekt nebeneinander angeordneten Hallsensoren detektieren die unterschiedlich starken Magnetfelder und erzeugen eine entsprechende Abfolge von Ausgangssignalen zweier voneinander verschiedenen Stärken. Die an den Ausgängen der nebeneinander angeordneten Hallsensoren anliegenden Signale können beispielsweise an einen Dekodierer weitergeleitet werden, der sie zu der übertragenen Information zusammensetzen kann und daraus entsprechende Aktionen ableiten bzw. einleiten kann. In einer alternativen Variante der Kodierung können die nebeneinander angeordneten Magnetschienenanordnungen auch eine unterschiedliche Länge aufweisen. Die Verwendung von zwei unterschiedlich langen
Magnetschieneanordnungen erlaubt ebenfalls eine duale Kodierung, die von den Hallsensoren festgestellt werden kann. Es versteht sich, dass mit dem erfindungsgemässen System auch andere Kodierungssysteme als das duale System umsetzbar sind. Für die üblicherweise zu Übertragenden komplexeren Signale und Informationen erweist sich eine Anzahl von ein bis zehn Einrichtungen zur Erzeugung eines Magnetfeldes, insbesondere Magnetschienenanordnungen, als zweckmässig.
Das erfindungsgemässe System ist grundsätzlich überall dort einsetzbar, wo ein Objekt wiederholt entlang einer vorgegebenen Spur bewegt wird. In einer vorteilhaften Anwendung des Systems ist das bewegte Objekt ein automatisch bewegtes Fahrzeug. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Fahrzeug einer Achterbahn, um ein autonom bewegtes Transportfahrzeug in einem Betrieb, einen Aufzug oder auch um ein autonom bewegten Fahrzeug für den Personentransport im Nahverkehr handeln.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematischen Figuren. Es zeigen in nicht massstabsgetreuer Darstellung:
Fig. 1 das Prinzip eines Systems mit einer Magnetschienenanordnung und einem Hallsensor gemäss der Erfindung;
Fig.2 eine Anordnung in Analogie zu der Prinzipdarstellung in Fig. 1 mit einer grosseren Anzahl von Magneten;
Fig.3 eine Veranschaulichung des erzeugten Magnetfelds und der Verhältnisse am Hallsensor;
Fig.4 das beim Überfahren der Magnetschienenanordnung vom Hallsensor gemessene Signal; und
Fig.5 eine Variante des Systems umfassend mehrere Magnetschienenanordnungen und eine korrespondierende Anzahl von Hallsensoren.
Fig. 1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemässen Systems zur Signalübertragung, das gesamthaft mit dem Bezugszeichen 10 versehen ist. Das System 10 umfasst eine Magnetschienenanordnung 1 mit zwei parallel zueinander verlaufenden Flussleitschienen 2, 3 zwischen denen Magnete 4, 5 angeordnet sind, die hinsichtlich ihrer magnetischen Polarisierung gleich ausgerichtet sind. Die Flussleitschienen 2, 3 bestehen aus einem weichmagnetischen Material, welches des magnetischen Fluss weitgehend widerstands- frei zu leiten vermag. Indem die magnetische Polarisierung der Magnete 4, 5 gleich ausgerichtet ist, bildet die eine Flussleitschiene 2 den magnetischen Nordpol N während die andere Flussleitschiene S den magnetischen Südpol bildet. Die Magnete 4, 5 sind stabför- mige Permanentmagnete, was den Vorteil hat, dass eine Energieversorgung für die Magnete 4, 5 entfallen kann. Es versteht sich jedoch, dass die Magnete auch Elektromagnete sein können. Diese haben den Vorteil, dass ihre Magnetfeldstärke bei Bedarf veränderbar ist. Die Flussleitschienen 2, 3 der Magnetschienenanordnung 1 Hegen mit Vorteil an den magnetischen Polen der Magnete 4, 5 an und lassen einen Luftspalt 6 frei. Die Magnetschienenanordnung 1 ist beispielsweise in der Bahn eines entlang einer vorgegebenen Spur bewegten Objekts, beispielsweise eine automatisch betriebenen Fahrzeugs angeord- net. Die Längserstreckung der Magnetschienenanordnung 1 verläuft parallel zur Bewegungsrichtung des bewegten Objekts bzw. Fahrzeugs.
In einem Abstand ist oberhalb der Magnetschienenanordnung 1 etwa mittig zwischen den beiden Flussleitschienen 2, 3 ein Hallsensor 7 angedeutet. Der Hallsensor 7 ist an dem entlang der vorgegebenen Spur bewegten Objekt montiert und derart angeordnet, dass sein Hallmessfeld von den aus der magnetischen Polarisierung resultierenden Flusslinien j senkrecht durchsetzt wird. Wird der Längserstreckung der Magnetschienenanordnung in einem Koordinatensystem die x-Achse zugeordnet, dann verläuft die Polarisierung der Magnete senkrecht dazu, parallel zu y- Achse. Der Hallsensor ist derart ausgerichtet, dass sich sein Hallmessfeld parallel zu der von der x-Achse und der z- Achse aufgespannten Ebene erstreckt. Dann durchsetzen die magnetischen Flusslinien das Hallmessfeld des Hallsensors 7 senkrecht. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, dass der Hallsensor 7 mit Flussverstärkern 8, 9 ausgestattet sein kann, welche den auf das Hallmessfeld auftreffenden magnetischen Fluss konzentrieren. Die Flussverstärker 8, 9 bestehen aus einem weichmagneti- sehen Material und erstrecken sich an beiden Flachseiten etwa in Höhe des Hallmessfelds parallel zur Richtung des magnetischen Flusses j, d.h. in y Richtung. Fig.2 zeigt eine Variante des erfindungsgemässen System, das gesam.th.aft mit dem Bezugszeichen 20 versehen ist. Es umf asst wiederum eine ortsfeste Magnetschienenanordnung 21 und einen relativ zur Magnetschienenanordnung 21 beweglichen Hallsensor 7. Zum Unterschied von der Prinzipdarstellung in Fig. 1 weist die Magnetschienenanord- nung 21 mehrere Magnete 22, 23, 24, 25, 26 auf, die in einem Abstand von etwa 5 cm bis etwa 10 cm zwischen den Flussleitschienen 2, 3 angeordnet sind. Die Magnetschienenanordnung 21 gemäss Fig.2 weist beispielsweise 5 Magnete, insbesondere stabförmige Permanentmagnete 22 - 26 auf. Als praktikabel erweist sich eine Anzahl von zwei bis fünf Magneten. Durch die gleiche Ausrichtung der magnetischen Polarisierung der Einzelma- gnete 22 - 26 bilden die Flussleitschienen 2, 3 den magnetischen Nordpol N bzw. den magnetischen Südpol S. Beim Überfahren der Magnetschienenanordnung 21 registriert der Hallsensor 7, der wiederum mit Flussverstärkern 8, 9 ausgestattet ist, das über die Längserstreckung der Magnetschienenanordnung 21 weitgehend konstante Magnetfeld. Die Stärke des Magnetfelds hängt von der Magnetfeldstärke der einzelnen Magnete und von der Anzahl der zwischen den Flussleitschienen 2, 3 angeordneten Magnete ab. Es versteht sich, dass zweckmässigerweise die Magnete einer Magnetschienenanordnung etwa die gleiche Magnetfeldstärke aufweisen.
Fig.3 zeigt eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemässen Systems, beispielsweise des Systems 20 gemäss Fig. 2. daher tragen gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen. Zur Verdeutlichung des von der Magnetschienenanordnung 21 erzeugten Magnetfeldes und der magnetischen Verhältnisse am Hallsensor 7 sind die magnetischen Flusslinien j angedeutet. Insbesondere ist aus der Darstellung auch ersichtlich, wie die magnetischen Flusslinien j durch die beidseits der Flachseiten des Hallsensors 7 angeordneten Flussverstär- ker 8, 9 konzentriert und auf das Hallmessfeld geleitet werden.
Fig.4 gibt einen beispielsweisen Verlauf des von einem Hallsensor 7 bei der Überfahrt über die Magnetschienenanordnung 21 gemessenen Signals wieder. Der vertikale Abstand des Hallsensors 7 von der Magnetschienenanordnung 21 betrug dabei etwa 45 mm. Es ist deutlich ersichtlich, dass das Signal über die Längserstreckung der Magnetschienenanordnung 21 praktisch konstant ist. Fig. 5 gibt eine sehr vorteilhafte Variante eines erfindungsgemässen Systems wieder, die gesamthaft mit dem Bezugszeichen 100 versehen ist. Wie aus der schematischen Darstellung ersichtlich ist, umfasst das System 100 eine Anzahl von Magnetschienenanordnun- gen 21, die ortsfest nebeneinander auf einer Bahn 102 montiert sind. Die Gleitschienenan- Ordnungen 21 verlaufen dabei parallel zueinander. Zwischen den Gleitschienenanordnungen 21 können Abschirmungen 108 für die von den Gleitschienenanordnungen 21 erzeugten Magnetfelder vorgesehen sein. Den Magnetschienenanordnungen 21 ist eine gleich grosse Anzahl von Hallsensoren 7 zugeordnet, die beispielsweise an einem Fahrzeugboden 105 eines beweglichen Fahrzeugs montiert sind. Alle Hallsensoren 7 weisen den gleichen Abstand von den zugehörigen Magnetschienenanordnungen 21 auf. Das durch den Fahrzeugboden 105 symbolisierte Fahrzeug wird entlang einer vorgegebenen Spur 101 bewegt, die durch von der Bahn 102 abragende Gleitschienen 103, 104 begrenzt ist. Vom Fahrzeugboden 105 ragen Stützarme 106, 107 ab, die beispielsweise mit ihren freien Enden die erweiterten Enden der Gleitschienen 103, 104 umgreifen. Die Führung des Fahrzeugs innerhalb der vorgegebenen Spur 101 ist für die Erfindung unerheblich und wird daher auch nicht weiter ausgeführt. Die Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ist in Längsrichtung der Magnetschienenanordnung 21 bzw. im dargestellten Ausführungsbeispiel in die Zeichenebene hinein bzw. aus dieser heraus.
Das Vorsehen von mehreren Magnetschienenanordnungen 21 und zugehörigen Hallsensoren 7 erlaubt die Übertragung von komplexeren Signalen und Informationen. Durch eine entsprechende Ausbildung der Magnetschienenanordnungen 21 können beispielsweise dual kodierte Signale übertragen werden. Dazu sind zwei Arten von Magnetschienenanordnungen 21 vorgesehen, die unterschiedlich starke Magnetfelder erzeugen. Die beiden verschieden starken Magnetfelder stehen für 1 bzw. 0 im Dualsystem. Die zugehörigen Hallsensoren 7 detektieren die unterschiedlich starken Signale und geben diese beispielsweise an eine Dekodiereinrichtung weiter, in der die Signale der einzelnen Hallsensoren 7 zusammengefasst und ausgewertet werden, um daraus entsprechende Aktionen ableiten zu können. Gemäss dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das System vier Magnetschienenanordnungen 21 und eine entsprechend Anzahl von zugehörigen Hallsensoren. Für die kodierte Übertragung komplexer Informationen erweist sich eine Anzahl von ein bis zehn Magnetschienenanordnungen als zweckmässig.

Claims

Patentansprüche
1. System zur Signalübertragung an ein innerhalb einer vorgegebenen Spur ((101) bewegtes Objekt (105) umfassend wenigstens eine entlang der Bewegungsbahn (102) des Objekts (105) angeordnete Gebereinrichtung, die sich über eine bestimmte Strecke erstreckt und mit einer am bewegten Objekt (105) angeordneten Sensoreinrichtung zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die Geberein- richtung eine Einrichtung (1; 21) zur Erzeugung eines Magnetfeldes ist und die
Sensoreinrichtung wenigstens einen Hallsensor (7) umfasst, dessen Hallmessfeld derart ausgerichtet ist, dass es vom Vektor der magnetischen Flussdichte des erzeugten Magnetfeldes senkrecht durchdrungen wird.
2. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Erzeugung eines Magnetfeldes eine Magnetschienenanordnung (1; 21) wenigstens zwei Magnete (4, 5; 22, 23, 24, 25, 26) mit gleichgerichter Polarisation (j) umfasst, die zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Flussleitschienen (2, 3) aus einem weichmagnetischen Material angeordnet sind, die sich in Richtung der Bewegungsbahn (102) des Objekts (105) erstrecken.
3. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnete (4, 5; 22 - 26) Permanentmagnete sind, die stabförmig ausgebildet sind,
4. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitschienen (2, 3) an den Polen (N, S) der Permanentmagnete (4, 5; 22 - 26) anliegen.
5. System zur Signalübertragung gemäss einem der Ansprüche 2 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Flussleitschienen (2, 3) zwei bis fünf Magnete (22 - 26) angeordnet.
6. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet/ dass der Abstand der Magnete (4, 5; 22 - 26) voneinander etwa 5 cm bis etwa 10 cm beträgt.
7. System zur Signalübertragung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (7) im Bereich des Hallmessfeldes wenigstens einen Flussverstärker (8 bzw. 9) aufweist, der parallel zum Vektor (j) der Polarisation der Magnete (4, 5; 22 - 26) angeordnet ist.
8. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hallsensor (7) zwei Flussverstärker (8, 9) auf weist, die etwa in Höhe des Hallmessfeldes von den beiden Flachseiten des Hallsensors (7) abragen und parallel zum Vektor (j) der Polarisation der Magnete (4, 5; 22 - 26) angeordnet sind.
9. System zur Signalübertragung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Bewegungsbahn (102) des Objekts (105) mehrere Einrichtungen (21) zur Erzeugung von Magnetfeldern nebeneinander angeordnet sind, die mit einer entsprechenden Anzahl von Hallsensoren (7) zusammenwirken, die am bewegten Objekt (105) angeordnet sind.
10. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander angeordneten Einrichtungen (21) zur Erzeugung der Magnetfelder wenigstens zum Teil verschieden voneinander ausgebildet sind.
11. System zur Signalübertragung gemäss Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der nebeneinander angeordneten Einrichtungen (21) zur Erzeugung der Magnetfelder eins bis zehn beträgt.
12. System zur Signalübertragung gemäss einem der vorangehenden Ansprüche, da- durch gekennzeichnet, dass das bewegte Objekt (105) ein automatisch bewegtes
Fahrzeug ist.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB797056A (en) * 1955-12-02 1958-06-25 Siemens Ag Improvements in or relating to relay controlling apparatus in railway safety systems, for signalling between a vehicle and the track which carries the vehicle
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