DE2041553C3 - Anordnung für einen in einem Abstand von einer Schiene schwebend geführten Elektromagneten - Google Patents
Anordnung für einen in einem Abstand von einer Schiene schwebend geführten ElektromagnetenInfo
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Description
Die Erfir lung bezieht μ cn au! eine Anordnung
für einen m einen! Abfand ',on einer Schiene schwebend
geführten Elekiromag'..eU-η. bei der der Abstand
zwischen Schiene ur i Elektromagnet mi: ein.-m neben dem Elektromagneten angeordneten
Meßwertgeber erfaßt ί Istwert) und mit einem Sollwert verglichen wird und auf Grund des Vergleiche··
die Erregung des Elektromagneten gesteuert wird.
Mit derartigen Anordnungen ist es möglich, grolie
Lasten. die mil den Elektromagneten verbunden sind, schwebend und damit reibungslos über weite
Strecken fortzubewegen. Diese Anordnungen können /um Betrieb von Schwebebahnen verwende! werden.
Jeder Wagen der Bahn ist mit Elektromagneten ausgerüstet,
die sich in Trag- und Führungsmagnete aufteilen. Die Tragnviimetc stehen zum Tragen der
Lasten mit einer Tragschiene, die Führungsmagnete zur seitlichen Führung mit Führungsschiener in Verbindung.
Die Schwebebahn kann in vorteilhafter Weise mit linearen Induktionsmo'.oren angetrieben
werden. Aus den Patentschriften M3 316, 644 302
und 707 032 sind beispielsweise derartige Schwebebahnen bekannt geworden.
Voraussetzung für das Schweben ist die Steuerung d';r Erregerströme der Elektromagnet, da sich bei
gleichen Erregerströmcri und Veränderungen im Ab
stand Elektromagnet — Schiene, z. B. durch Veränderung der Last, durch einen ungenauen Verlauf
der Schienen od. dgl., die Zugkraft ändert und der
Elektromagnet damit vollkommen an die Schiene angezogen oder abgeworfen wird.
Die Steuerung der Erregerströme muli daher im Rahmen einer Regelung zur Einhaltung eines gewünschten
Abstandes erfolgen. Ohne weitere stabilisierende Maßnahmen würde jedoch bei einer derartigen
Regelung mechanisch-elektrische Selbsterregung in dem System Elektromagnet — Richtkraft
auftreten. Die bisher bekannten Anordnungen benötigen einen erheblichen elektrischen Aufwand und
55
6o komplizierte Schaltungen zur Dampfung und Beseitigung
dieser Schwingneigung. Dies ist damit 7U
erklären daß die Schwingneigung nicht nur innerhalb ei.ics bestimmten Frequenzbereiches liegt, sondern
ein ganzes Spektrum erfaßt, welches sich wiederum verschiebt bei verschiedenen Absländen des Magneu-ii
von der Schiene.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weniger komplizierte Anordnung zur Dämpfung der
Schwingneigung anzugeben.
Ausgehend von einer Anordnung der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß der Meßwertgeber als magnetisch-elektrischer Wandler ausgebildet und derart im
Feldbereich des Elektromagneten angeordnet ist, daß das Feld des Elektromagneten einen gegenkoppelnden Einfluß auf den Meßwert hat. Auf diese
Weise wird eine sehr einfache Lösung des Problems !-!•■•■!•■iii Der Meßwertgeber v.ird narüiicri Jirtk; ion
icyiiJicr Änderung des \om elektromagnetischen
Scii^ebic-rr.agncten erzeugten Fe:ü<:s. <<-ϊ diese durch
Ab-ianov,!!u!ering "der durch Änderung des Erreger
-,,..,!TiC-S eniuanden. beeinflußt. Jede FeidanderuriL'
wird ai-u unmittelbar durch direkte Beeinflussung
des magnetisch-elektrischen Vvandiers gegengekoppelt:
damit wird die Schwingneigung in allen Bereichen gedampft. Der Vorteil der Erfindung liegt
;:isi, dann."daß mit einfachen Mitteln und damit mit
geringem Aufwand für eine Beseitigung der mechanisch-eiektn
,.hen Selbsterregung gesorgt ist
Eine· vi;rieilhafte Ausgestaltung erfahr; die t;rnn-•Jijng
dadurch, daß der Meßwertgeber aus einem
Permanentmagneten und aus einem Haügeneratcr auf»el':Ji:i is!, der in dem permanentmagnetischen
Feld /wischen Schiene und Permanentmagnet angeordnet ist. Auf diese Weise ist ein einfacher magnetisch-elektrischer
Abstandsfühler realisiert, auf den das magnetische feld des Schwebemagneten direkt
gegengekoppelt ist
"in den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Da für jeden Elektromagneten der gleiche Regelkreis vorgesehen ist. ist
die Beschreibung und Darstellung auf einen Regelkreis beschränkt.
Fig. I zeigt das Regelschema für einen Elektromagneten.
F i g. 2 den Stromlaufplan und
Fig. 3 eine konstruktive Ausführung.
Das Schema nach F i g. I zeigt im Blockbild den Regelkreis für einen Elektromagneten. Der Regelkreis
besteht aus einzelnen Baugruppen, und zwar aus einem Elektromagneten 1. der eine bestimmte einstellbare
Zugkraft erzeugen muß. einem Meßwertgeber 2. der mit dem Elektromagneten starr verbunden
ist und den Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 auch bei Änderungen desselben ohne Verzögerung
erfaßt, einem Meßwerlumformer 4. in dem das Istwurbignul
verstärkt und mit einem Sollwert verglichen wird, einem Sollwertstcller 5, mit dem der
Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 vorgegeben ist (Sollwert), einem Leistungsverstärker 6 zum Ansteuern
des Elektromagneten 1 und einem Netzteil 7 zur Versorgung des Elektromagneten I und der im
Ausführungsbeispiel dargestellten Elektronik.
Der Meßwertgeber 2 besteht aus der Anordnung eines Permanentmagneten und eines Hallgcncrators.
der in dem permanentmagnetischen Feld zwischen Schiene und Magnet angeordnet ist. Ein Verkleinern
oder Vergrößern des Luftspaltes wird damit elektrisch
durch die entsprechende Hallspannung an den Meßwertumformer 4 geleitet. Mechanisch ist der
Meßwertgeber 2 mit dem Elektromagneten 1 zu einer festen Einheit zusammengebaut. Die Hallspannung
stellt den Istwert dar und wird mit einem vorgegebenen
Sollwert im Meßwertumformer 4 vorverstärkt und verglichen. Das Ausgangssignal des Meßwertumformers
4 fährt über den Leistungsverstärker 6 zum Elektiomagneten 1 und schließt so den Regelkreis.
Wird der Abstand des Meßwertgebers 2 zur Schiene durch eine Störgröße positiv oder negativ verändert,
so wird entsprechend der Änderung die Erregung des Elektromagneten verstärkt oder geschwächt, so
daß sich immer der gleiche Abstand zur Trag- oder Leitschiene 3 einstellt. Um ein möglichst schwingungsfreies
Einstellen zu gewährleisten, wird die eriindungsgemäße magnetische Rückkopplung verivendet.
indem ein Teil des magnetischen Flusses vom riektromugneten auf den Hallgenerator zurückgeführt
wird, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Durch Justieren des Meßwertgebers 2 kann
dieser Effekt optimal wirksam gemacht werden.
In dem Stromlaufplan nach F i g. 2 sind die einzelnen
Teile des Regelschemas nach F i g. I als gestrichelt dargestellte Kästchen zu erkennen. Zusatzlich
ist ein Impedanzwandler 12 und ein Überspannungsschutz 15 vorgesehen. Wie bereits im Regelschema
nach F i g. 1 angedeutet, wird der Abstand ties Meßwertgebers 2 zur Schiene durch einen Hallgenerator
8 über die magnetische Induktion im Luftspalt des nicht dargestellten Permanentmagneten gemessen.
Die Ausgangsspannung Ui, des Hallgenerators 8 ist von der Steuerspannung U<
stark abhängig. Um diesen Störfaktor auszuschalten, muß bei einer
so präzisen Messung, wie sie hier notwendig ist, die Steuerspannung i/s an dem Hallgenerator 8 sehr konstant
gehalten werden. Das Netzteil 7 für die Versorgung muß diese Anforderung erfüllen. Das Netzteil
ist in an sich bekannter Art aufgebaut und hier nicht näher erläutert.
Der verwendete Hallgenerator 8 kann z. B. einen Temperaturfchler von 20U1C"' haben, der nicht über
einen größeren Bereich der Temperatur proportional ist. Zur thermischen Kompensation und zur Kompensation
von eventuell auftretenden Versorgungsspannungsänderungcn wird der Hallgenciator 8 mit
Spannungstcilerwiderständen 17-11 und 18-19 und einer Siliziumdiode 10 jedoch in einem günstigen
Bereich gehalten. Der Hallgenerator 8 wird durch den Steuerstrom /s auf seinen Arbeitspunkt gebracht.
Zur zusätzlichen Stabilisierung dient die Silizium diode 10, die als Referenzdiode geschaltet ist. Der
über die Spannungsteiler 19-18 und 17-11 fließende Strom iK dient sowohl zur Kompensation als
auch zur Arbeitspunkteinstellung. Ändert sich nun aus irgendeinem Grund die Steuerspannung L'v so
ändert auch die Hallspannung Un ihren Wert.
Durch Gegenschaltung der Spannungen Us und U0
über die Widerstände 17-11 und 18-19 stellt sich immer die gleiche DiPEerenzspannung UE ein.
Die DifTerenzspannung Uy. ändert sich nur bei Ände-
rungen des magnetischen Flusses durch den Hallgenerator. An einem verstellbaren Widerstand Il im
Hallgeneratorkreis wird der Sollwert eingeteilt und bestimmt den Abstand des Magneten I von der
Schiene 3.
ίο Die DirTerenzspannung Uy. liegt an dem Eingang
des DifTerenzoperationsverstärkers 9. Der Ausgang des Operationsverstärkers 9 führt über den Impedanzwandler
12 zur Leistungsstufe 6, die den Elektromagneten 1 steuert. Die Leistungsstufe ist über zwei
in Reihe liegenden Dioden 13, 14 angekoppelt, um die am Impedanzwandler 12 anstehende Restspannung
zu kompensieren. Der Elektromagnet kann damit vollkommen stromlos gemacht werden. Beim
schnellen Abregein oder Abschalten des Magneten 1
2u entsteht eine Überspannung. Der Leistungslransistor
16 wird jedoch durch d-'n Überspannungsschutz 15
vor dieser geschützt. Der als BegrenzungsschaltLing auszuführende Überspannungsschutz 15 ist in an sich
bekannter Weise aufgebaut und hier nicht näher dargestellt.
Die gesamte Spannungsverstärkung vom Eingang des Operationsverstärkers bis zum Magneten beträgt
z. B. etwa 10«. Wegen der hohen Verstärkung ist eine
nicht näher bezeichnete Gegenkopplung des Verstär-
kers 9 vorgesehen, die da;; Eigenrauschen dämpft.
Für den Regelvorgang des Schwebens ist diese Gegenkopplung jedoch praktisch unwirksam.
Bemerkenswert bei dieser Regelung ist, daß keinerlei Differenzier- oder Integrierglieder vorgesehen
sind, um diese stabil zu halten. Das stabile Verhalten des Regelkreises wird allein durch die erfindungsgemaße
magnetische Gegenkopplung zwischen dem Elektromagneten 1 und dem Hallgenerator 8 erreicht.
Durch diese Art der Gegenkopplung bzw. Teilrück-
führung ergibt sich eine ganz besonders einfache, unkomplizierte und leicht verständliche elektronische
Schaltung. Der Aufwand für Bauteile ist ein Minimum,
die Sicherheit für ausfallende Teile dadurch entsprechend hoch.
In F i g. 3 ist ein konstruktives Ausführungsbcispiel
der Erfindung dargestellt. Der Elektromagnet 1 und der Meßwertgeber 2 sind auf einer gemeinsamen
Trägerplatte 20 in einem bestimmten, die erfindungsgemäße
Gegenkopplung gewährleistenden Abstand
von der Führung»- oder Tragschiene befestigt. Der Meßwertgeber 2 besteht im wesentlichen aus einem
Bügel 21 aus magnetischem Material, der über Stützen 22 aus nichtmagnetischem Material mit der Trägerplat'c
20 verbunden ist, aus dem Permanent-
magneten 23, der auf dem Bügf-l 21 rest angebracht
ist und aus dem Hallgenerator 8, der mittels eines Plättchens 24 aus nie !!!magnetischem Material an
dem Bügel 21 angebracht ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Anordnung für einen in einem Abstand von
einer Schiene schwebend geführten Elektromagneten, bei der der Abstand zwischen Schiene
und Elektromagnet mit einem neben dem Eiektiomagneien
angeordneten Meßwertgeber erlaßt (Istwert) und mit einem Sollwert verglichen wird
und auf Grund des Vergleiches die Erregung des. ic
Elektromagneten gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
daß der Meßwertgeber (1) als magnetisch-elektrischer Wandler ausgebildet
und derart im Feldbereich des Elektromagnticn (1) angeordnet ist, daß das Feld des Elektromagneten
einen gegenkoppelnden Einfluß auf den Meßwert hat.
1 Anordnung nach Anspruch !. dadurch 0'--
kenn/eichiiei.
Ar;
Meßwertgeber (2j
eineni r-.rnianentmaaneirn i'23i und aas einen.
HallgcTiergtor (S) aufgebaut ist. der in Jerri pcrrr.anenirriagnelischen
Feld zwischen S-h;.-n. Jr;ü
Permanentmagnet Lngtordne! \<\
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