Устройство для передачи информации о местоположении транспортного средства на магнитной подвеске с линейным двигателем и о полюсном положении его статора

Устройство для передачи информации о местоположении транспортного средства на магнитной подвеске с линейным двигателем и о полюсном положении его статора

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к транс-портным средствам на магнитной подвеске с линейным двигателем. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит измерительную планку 2, которая имеет проводящие и непроводящие зоны, причем в области проводящих зон имеются дополнительные чередующиеся проводящие и непроводящие зоны, а по обе стороны от измерительной планки 2 размещены установленные на транспортном средстве индуктивные датчики, имеющие приемные и передающие катушки 9. и 8, 2 з.п. ф-лы, 18 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

ГЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 3552450/11

I (22) 09,02.83 (31) Р 3211628,4 (32) 30.03.82 (33) DE (46) 07.01.91. Бюл. 1"- 1 (7i) Тиссен Индустри АГ (DE) (72) Луитпольд Миллер, Хельмут Кнелль и 10рген Майнс (DE) (53) 629.113.6 (088.8)

i (56) Заявка ФРГ N - 2116724, кл. 21 d 219/02, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАШКИ О МЕСТОПОЛО1КЕНИИ ТРАНСПОРТНОГО

СРЕДСТВА НА МАГНИТНОЙ ПОДВЕСКЕ С ЛИ„.,Я0„„162ОО45 (5g)$ В 60 L 13/06, В 61 Е 25/06

НЕЙНЬ1М ДВИГАТЕЛЕМ И О ПО1ПОСНОМ ПОЛОЖЕНИИ ЕГО CTATOPA (57) Изобретение относится к транспортным средствам на магнитной подвеске с линейным двигателем. Пель изобретения — повышение точности .

Устройство соцеряжт измерительную планку 2, которая имеет проводяшие и непроводящие зоны, причем в области проводящих зон имеются цополнительные чередующиеся проводящие и непроводящие зоны, а по обе стороны от измерительной планки 2 размещены установленные на транспортном средстве индуктивные датчики, имеющие приемные и передающие катушки 9. и 8. 2 з.п. ф-лы, 18 ил.

1620045

Изобретение относится к транспортным средствам на магнитной подвеске с линейным двигателем, Liens изобретения — повышение точ5 ности, На фиг.1 изображено устройство, общий вид, на фиг. 2 — схематическое иэображение участка пакета сердечника статора для синхронного ли- 10 неГ.ного электродвигателя транспортного средства на магнитной подвеске и участка связанного с транспортным срецством несущего магнита; на фиг.3разрез А-А на фиг,2, на фиг.4 — изоб-15 ражение участка измерительной планки одного типа, на фиг,5 — то же, другого типа, на фиг.6 — изображение измерительного ус ройства для определения механического зазора межцу несущим магни".ом и рельсом на фиг.7 блок-схема блока о енки измерительных сигналов, получаемых в измерительном устройстве на фиг.6, на фиг. 8 — схематическое изображение 25 измерительного устройства цля декодирования полюсного положения, на фиг.9 — то же, вариант, на фиг.10вид сигналов на выходах демодуляторов измерительного устройства на

I фиг.9, на фиг.17 - вид сигналов на выходах сумматора и выпрямителя измерительного устройства по фиг,9; на фиг.12 — вид сигналов на выходах квадратора i компаратора измерительного устройства по фиг. 9; на фиг.13 — блок-схема узла фор .ирования сигналов о положении транспортного средства на самом транспортном средстве и передачи их на полот- 40 но, на фиг.14 — схематическое изображение участка устройства по фиг,2, на фиг.15 — участок измерительной планки и системы датчиков, йа фиг,16— диаграмма выцаваемых датчиками измерительных сигналов, на фиг, 17 — участок измерительной планки с дополнительными проводящими ч непроводящими зонами, на фиг.t8 — измерительная планка и относящийся к ней цатчик, 50 горизонтальный разрез.

Устройство содержит укрепленную на статорном пакете 1 уголковую измери.-ельную планку 2, на которой параллельно поверхности пазов статорного пакета 1 ч направлении движе55 ния волны магнитного поля нанесено металлическое покрытие 3 и имеется датчик 4, который смонтирован в определенном положении относительно полюсной поверхности сердечника 5 магнита.

На уголковую измерительную планку

2 нанесено еще одно металлическое покрытие 6.

Информация снимается установленными на транспортном средстве индуктивными датчиками 4, состоящими из передающей катушки 8 и приемной катушки 9. Катушки 8 и 9 жестко скреплены с сердечником 5 магнита или с рамой транспортного средства и установлены на кронштейне 10, причем это положение жестко задано относительно максимума основного колебания волны возбуждения. Статорный пакет 1 жестко соединен с полотном дороги. В пазы пакета 1 заложена обмотка 7 которая, запитывается от приводного преобразователя тока полотна трехфазным током переменной амплитуды и частоты, Подвеска создается посредством несущих магнитов 17, состоящих из сердечника

5 магнита и обмотки 12, Измерительная планка 2 может быть выполнена (фиг.4) из электрически непроводящего материала и на нее может быть нанесено в направлении Х движения волны тока металлическое покрытие 3, относительно поверхности которого измеряется зазор q, и металлическое покрытие 6, которое служит в качестве носителя дискретной информации положения.

Измерительная планка 2 может быть выполнена с металлическим покрытием 6, имеющим непроводящие зоны, расположенные дискретно как но горизонтали, так и по вертикали, что позволяет получить одновременно информацию и о положении, и о зазоре (фиг. 5).

Для определения зазора на изоляционном несущем основании 13 укреплена переключающая катушка 14 и приемная катушка 15, причем обратный провод этих катушек образован металлизированной задней поверхностью 16 !. несущего материала, Передающая катушка 14 запитата стабильным по амплитуде и частоте высокочастотным генератором 17, В электронном узле 18 этот сигнал фильтруется полосовым фильтром 19, усиливается усилителем 20 и наконец демодулируется посредством демодулятора 21 °

1620045

5

Для цифровой обработки сигнала устройство содержит преобразователь

22 аналог — цифра, тактовый генератор

23, соединенные последовательно один из блоков 24 памяти, промежуточный блок 25 памяти, один из вычитателей

26, другой блок 27 памяти, третий блок 28 памяти, второй вычитатель 29 и четвертый блок 30 памяти. При ин10 дуктивном способе измерения к катушке 8 подключен высокочастотный генератор 31, а к приемной катушке 9 подключен полосовой фильтр 32 и демодулятор 33 (фиг.8) °

Приемная система может быть усложнена и дополнена еще двумя, смещенными на расстояние Б приемными катушками 34 и 35, соединенными с полосовыми фильтрами 36 .и 37, инверторами 38, / сумматором 39, выпрямителем 40, квадратором 41, измерителем 42 пикового значения, умножителем 43 и компаратором 44.

Узел формирования производных от информации положения транспортного средства на транспортном средстве и передачи сигналов на полотно (фиг,13) имеет блок 45 оценки, взаимодействующий с датчиками 46 на пути и имеющий элементы 47, 48, 49, 50, 51 и 52 соответственно импульсной обработки сигнала, определения относительного положения, определения направления движения, ускорения, опознавания местоположения участка переключения, положения стрелок, последовательности фаз обмотки линейного статора. Узел формирования производных от информации

40 положения транспортного средства и передачи сигналов на полотно имеет также измеритель 53 ускорения, ин- теграторы 54 и 55, измеритель 56 времени, делитель 57, счетчики 58 и 59, блоки 60 — 62 памяти, преобразователи 63 — 65 цифра — аналог, умножители 66 — 68, трехфазный генератор 69, сумматор 70, интегра.тор 71, причем трехфазный генератор

69 иМеет формирователь 72 модуля напряжения, к которому подключены управляемый генератор 73 и компаратор

74, к выходам которых подключен кольцевой счетчик 75, блоки 76 — 78 памяти, к выхоцам которых подключены преобразователи ?9 — 81 цифра — аналог. Сигналы через линию 82 связи передаются на приемник 83, 6

Измерительная планка 2 расположена неподвижно и параллельно статорному пакету 1 и имеет равномерно раз- несенные выступы 84 и выемки между ними (фиг.14), а на транспортном средстве находится пространственно жестко скрепленная с ним система датчиков 85, неподвижная относительно несущих магнитов 11, сдвинутых относительно друг друга и имеющих датчики 86 и 87 °

Измерительная планка 2 имеет дополнительные проводящие и непроводящие зоны на каждом выступе 84, которые показаны на фиг.17 темными и светлыми областями, т,е. на каждом выступе могут иметься дополнительные впадины, Датчики 86 и 87 имеют П-образные или Ш-образные сердечники 88, расположенные по обе стороны от измерительной планки 2, и на каждой второй ветви 89 имеется измерительная обмотка 90, а на каждой второй ветви 91 имеется обмотка 92 возбуждения. 0бмотки 92 включены последовательно, так же как и обмотки 90, Имеются также обмотки 93, расположенные на перемычках 94, причем обмотки 92 подключены к генератору 95, а обмотки 90 и

93 — к одному и другому регистраторам.

Устройство работает следующим образом.

На железной дороге с магнитной подвеской транспортных средств в трехфазную обмотку 7 линейного двигателя подается от приводного преобразователя тока ток переменной амплитуды и частоты, за счет чего известным образом формируется бегущее магнитное поле тока вдоль статора. Для уменьшения реактивной мощности и необходимого напряжения этого линейного двигателя запитывается каждый раз лишь участок обмотки 7 выключателями участков (не показаны), которые приводятся в действие в зависимости от положения транспортного средства на полотне . дороги. После возбуждения линейного двигателя создается посредством несущих магнитов 11 подъемная сила, Зазор q, образующийся между транспортным средством и полотном, определяется с помощью металлического покрытия 3, которе смонтировано в определенном положении относительно полюсной поверхности сердечника 5 магнита.

162004 5

При этом устраняются проблемы,. возникающие при измерении зазора g подвески относительно поверхности статорного пакета 1 с пазами. Сигнал датчика 4, измеряющего зазор относи -. тельно покрытия 3, не имеет практически помех, так что вторая и первая производные по вр".мени могут также получаться дифференцированием этого сигнала зазора .

Если транспортное средство имеет короткий статор, из соображений экономичности можно отказаться от металличес ого покрытия 3 и произвоцить f5 измерения относительно массивного, реактивного рельса.

Другое м таллическое покрытие 6 в направлении дви,.ения бегущего поця имеет разрывы, причем эти разрывы 20 выполнены в строгом соответствии с положением обмотки 7 статора и образуют таким образом носитель информации для положения транспортного средс "ва и получаемых из него величин. Б.

Зазор может измеряться передающей и приемной катушками 14 и 15, образующими высокочастотный трансформатор, магнитная связь которого изменяется в зависимости от зазора металлического покрытия относительно плоскости расположения катушек 14 и

15, Если передающая катушка 14 запитанг стабильным по амплитуде и частоте высокоч,|стотным генератором

17, то на выходе приемной катушки

15 получается высокочастотный сигнал, амплитуда которого изменяется в зависимости от зазора между металлическим покрытием и катушками, Этот 4р сигнал поступает в узел 18, проходит через фильтр 19, усилитель 20 и демодулятор 21. Получающийся на выходе демодулятора 21 сигнал является нелинейной ф. нкцией зазора ф, Лине- 45 аризацию функции, а также формирование первой и второй производных производится цифровым методом. Для этого с выхода демодулятора 21 сигнал подают на преобразователь 22 аналог — цифра, где он преобразуется в цифровое слово, которое синхронно с работой тактового генератора 23 подается на вход блока 24 памяти в виде адресного слова и по этому адре- 55 су выбирается в блоке 24 заложенное в нем значение линеаризованной величины несущего зазора g На выход< блока 24 появляется соответствующее фактическое значение зазора в каждый момент, задаваемый тактовым генератором 23.

Для формирования первой производной зазора по времени каждые два последовательных значения зазора S — S(t>) и SÄ< =S(t д, ), где t — моменты времени, ввоцятся в блок 25 памяти и вычитаются в вычитателе 26 в момент времени t„. Слово S„-8 <. o6разует адрес для следующего блока 27 памяти, в котором заложены значения .— .— °

S„-SÄ, : it„-,, (. Если величина разности времени „-t я, выбирается достаточно малой за счет высокой тактовой частоты генератора 23, то к моменту времени t „, на выходе блока

27 появляется искомая величина первой

% производной зазора S< по времени S> в виде двоичного кода, Таким же образом формируется вто\ I рая производная 8 по времени с пои мощью блоков 28, 30 и вычитателя 29, Для тяжелых условий измерительная планка 2, имеющая металлическое покрытие 6 с разрывами (проводящие и непроводящие зоны), расположена между инцуктивными катушками 8 и 9. Индуктивная катушка, подключенная к генератору 31, излучает сигнал — магнитное высокочастотное поле, которое воспринимается катушкой 9 и обрабатывается фильтром 32 и демодулятором .

33, Если перпендикулярно оси, соединяющей катушки 8 и 9, находится проводящая зона планки 2 (металлическое покрытие), то магнитное поле катушки 8 экранируется от катушки 9, за счет чего выходное напряжение на демодуляторе 33 имеет очень малую величину. Если между катушками находи:ся непроводящая зона, то выходное напряжение будет максимальным.

Этот максимум с достаточной точностью воспроизводит середину промежутка между двумя проводящими зонами. Для повышения точности целесообразно применять несколько передающих или приемных катушек, Для этого имеются дополнительные катушки 34 и 35, дополнительные фильтры Зо и 37 и инверторы 38, Выходной сигнал катушки 34 суммируется в сумматоре 39 с инвертированными сигналами катушек 9 и 35, выпрямляется и возводится в квадраторе 4 1 в квадрат.

После возведения в квадрат сигнал имеет более острый максимум. Для получе1620045

t V ния цифрового сигнала после возведения в квадрат его подают на компаратор 44, причем опорное напряжение формируется из предыдущего по времени максимума, для чего максимум вос5 принимается измерителем 42 пикового значения и умножается в умножителе

43 на постоянный коэффициент К 1.

Этим обеспечивается то, что ширина импульсов цифрового сигнала даже при переменной амплитуде максимума остается постоянной.

Для пояснения этих процессов на фиг. 10 — 12 приведены диаграммы сигналов, где Ug< Уд2, U а — сигналы на выходе фильтров 32, 36 и 37, U — сигнал на выходе сумматора 39; U —

tt сигнал на выходе выпрямителя 40, сигнал на выходе квадратора 41, 20

1(2

П вЂ” сигнал на выходе компарато-!

0I ра 44.

С помощью систем датчиков может приниматься нанесенная на измери— тельную планку в виде проводящих и 25 непроводящих зон цифровая информация. Для повышения разрешающей способности информации положения сверх этого можно использовать несколько датчиков, смещенных в направлении 3р распространения волны тока таким образом, чтобы они образовали нониу.

Для избежания ошибок, которые могут получиться в результате продольного смещения частей транспортного средства, целесообразно .располагать ,несколько групп датчиков симметрично средней линии транспортного средства.

С помощью указанных мероприятий 4р можно получить всю информацию, необходимую для определения положения транспортного средства относительно линейного статора на этом транспортном средстве., записанную на измери- 45 тельной планке 2, Передача этой информации положения на полотно производится, например, по радио, причем могут быть использованы имеющиеся волноводы. Для формирования производных от информации положения транснортного средства выходные сигналы датчиков 46, расположенных на полотне, обрабатываются в блоке 45. В элементе 47 сигналы преобразуются в последовательность импульсов с постоянной частотой следования. Элемент

48 определения относительного положения выдает привязанные к фазе статора линейного двигателя так называемые нулевые импульсы, а элемент 49 узнает по временной последовательности сигналов по меньшей мере от двух соседних датчиков направление движения транспортного средства, Для повышения разрешающей способности информации положения выходные сигналы элементов 47-49 могут еще опираться на измерение ускорения транспортного ! средства с помощью измерителя 53 ускорения и полученной интегрированием в интеграторе 54 скорости движения, а также полученной с другого интегратора 55.информации о пути, Элементы 50 — 52 опознавания местоположения участка переключения положения стрелок и поснедовательности фаз обмотки линейного статора опознают записанную н измерительной планке 2 информацию, принимаемую датчиком 46, и передают через линию 82 связи (беспроволочный канал информации) на находяшийся на полотне приемник 83, Для формирования мгновенной скорости транспортного средства измеряется интервал времени между двумя последовательными, выдаваемыми элементом 4 7 импульсами с помощью измерителя 56 времени, Производимое в делителе 57 деление приводит при известном делении на проводящие и непроводящие зоны измерительной планки 2 к искомой мгновенной скорости транспортного средства.

Обработка информации пройденного пути производится в счетчике 58 импульсов, который в зависимости от выходного сигнала элемента 49 считает вперед или назад, Абсолютная информация о пройденном пути получается умножением полюсного деления обмотки линейного статора (посредством счета выходных импульсов элемента 48) на число импульсов от элемента 47.

Для получения информации в виде неявных тригонометрических функций имеется симметричная трехфазная система. Для ее получения выходные импульсы элемента 47 считают счетчиком

59, который каждый раз обнуляется выходными импульсами элемента 48 и в зависимости от выходного сигнала элемента 49 считает-вперед или назад. В блоках 60 — 62 памяти записаны таблицы тригонометрических функ1620045

l2 ций со сдвигом относительно друг друга íà 2 i/3, так что на их выходе получается искомая трехфазная система в цифровой форме. При этом каждый раз проходится период от начала нулевого импульса до последующего нулевого импульса элемента 48.

Так как невозможно исключить высо кочастотнв е помехи, целесообразно аналоговый эквивалент симметричной трехфазной системы пропускать через фильтр нижних частот, Однако пассивные фильтры вследствие зависимости от часто"ы фазового сдвига для этого не годятся.

Управляемый фильтр работает следующим образом. Цифровые величины с помощью преобразователей 63 — 65 цифра — аналог преобразуются в аналоговые величины — счмМетричное трехфазное напряжение, в которое в умножителях 66 — 68 перемножается с выходными напряжениями генератора 69, Íàпряжения с выходов умножителей 66 — 68 25 суммируются в сумматоре 70 и интегри- руются в интеграторе 71, выходное напряжение которого перестраивает частоту и фазу генератора 69 так, что в установившемся состоянии его выходные 30 напряжения имеют ту же частоту, а также постоянный, независимый от частоты сдвиг по фазе Ф/2 относительно первоначальных напряжений (на выходах преобразователей 63 — 65), что обеспе35 чивается преобразованием сигнала формирователем 72, к выходу которого подключен генератор 73, выходная частота которого линейно. зависит от входного напряжения и поступает на коль - 40 цевой счетчик 75, направление счета которого определяется полярностью входного напряжения, которая фиксируется компаратором 74. Состояние с чета кольцевого счетчика 75 служит входной величиной блоков ?6 — 78 памяти, в которых заложена таблица синусов, сдвинутых отно ительно друг друга на 2 /3. Таким образом на выходе блоков 76 — 78 получается искомая симметричная трехфазная система;в цифровом виде, так как .налоговые напряжения преобразуются в цифровой код в преобразователях 79 — 81.

На выходах блоков 76 -.78 памяти

-аким образом, находятся отфильтрованные и закодированные в трехфазЪ ную систему напряжения, несущие информацию о положении транспортного средства, которые имеют относительно первоначальной трехфазной системы постоянный и не зависящий от частоты фазовый сдвиг Ф/2. Ширина полосы эквивалентного фильтра нижних. частот с независимым от частоты фазовым сдвигом определяется постоянной времени интегратора 71.

Измерительная планка 2 имеет дополнительные непроводящие и проводящие зоны, Измерительная планка 2 имеет равномерно разнесенные выступы 84 (фиг, 14). Длина выступов 84 и выемок между ними в продольном направлении (направлении Х) соответствует л полюсному расстоянию ь . Соответственно кодирование полюсного положения связано с обмоткой 7, На транспортном средстве находит- ся система датчиков, неподвижная относительно несущего магнита 11, длина которой в направлении Х по меньшей мере равна удвоенному полюсному расстоянию с

Система датчиков, которая в целом имеет длину, соответствующую удвоенному полюсному расстоянию (фиг. 16), состоит из двух датчиков 86 и 87, которые в направлении Х сдвинуты относительно друг друга на половину полюсного деления, Относительно измерительной планки 2 датчики имеют различное расстояние.

Благодаря наличию двух датчиков посредством формирования разности измеритсльных сигналов можно исключить влияние расстояния.

Для увеличения объема информации на выступах измерительной планки 2 имеются дополнительные непроводящие и проводящие зоны, образованные выступами и впадинами между ними, Относитеньно оси каждого дополнительного выступа (проводящей зоны) впадины справа и слева от оси могут быть смещены и расположены несимметрично одна другой (проводящие зоны на фиг, 17 показаны темными) . Ha фиг, 17 показаны сигналы считывания, сигналы синхронизации и двоичные слова.

Привязка каждого считанного дополнительного кода производится посредством сигнала полюсного положения, так как его временной код ориентируется на кодирование полюсного положения, 13

1620045

В системе датчиков для считывания основной и дополнительной информации возбужденное обмотками 92 магнитное поле переменного тока на другой стороне измерительной планки 2 воспринимается обмотками 90 для декодирования положения полюсов и обмотками 93 для декодирования дополнительного кода. Искомая информация получается за счет модуляции распределения магнитного потока.

При этом используется влияние воз— никающих в проводящих зонах полюсного кодирования измерительной планки 2 вихревых токов. Тогда как информация полюсного положения определяется в целом в области примерно одного полюсного деления, декодирование дополнительного кодирования производится с помощью дополнительной обмотки 93, которая воспринимает возникающие при прохождении дополнительных выступов (проводящих зон) несимметрии поля, Чтобы уменьшить влияние дополнительного кодирования (наличия дополнительных проводящих зон) количество этих зон на каждом выступе 84 постоянно.

Ф о рм ул а из о б р е те ни я

1. Устройство для передачи иноформации Ь местоположении транспортного средства на магнитной подвеске с линейным двигателем и о полюсном положении его статора, содержащее расположенную на пути простирающуюся в направлении движения и жестко связанную со статором измерительную планку, имеющую кодирование полюсного положения, выполненное в виде чередующихся друг за другом в продольном направлении проводящих и непроводящих зон, длина которых соответствует полюсному шагу обмот. ки статора, и установленные на транспортном средстве, взаимодействующие с измерительной планкой индуктивные датчики, одни из которых связаны с регистраторами, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено высокочастотным генератором и дешифратором, а измерительная планка и датчики расположены вне действия полей двигателя на выносных горизонтальных опорах и измерительная планка выполнена с дополнительными чередующимися проводящими и непроводящими зонами для определения положения транспортного средства и расположена между индуктивными датчиками, ветви и перемычки магнитопроводов которых: ориентированы соответствепно в сторону измерительной планки и парал20 лельно ей, причем одни обмотки одних датчиков, расположенных по одну сторону от измерительной планки, размещены на ветвях магнитопроводов и подключены к высокочастотному ге25 нератору, а одни и другие обмотки других датчиков, расположенных по другую сторону от измерительной планки, соответственно для считывания полюсного положения и местополо30 жения транспортного средства размещены соответственно на ветвях магнитопроводов и на их перемычках, причем первые подключены к входу одного из регистраторов, а вторыек входу другого регистратора через

35 дешифрат ор, 2. Устройство по п,1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что имеет до— полнительную обмотку для с читыва4 ния полюсного положения, смещенную относительно основной обмотки в продольном направлении на половину полюсного шага статорной обмотки.

3. Устройство по п.1 или 2, о т4g л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительные проводящие и непроводящие зоны размещены в проводящих зонах для определения полюсного положения, 1620045А . Фи8.2

1б 20045

Фи. б

5-$

1620045

16 20045

1620045,У

162004 5

Составитель Э. Кондратенко

Редактор С.Пекарь Техред Л;Сердюкова Корректор Л.Патай

Заказ 57 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", ". Ужгород, ул. Гагарина, 101