DE10158761A1

DE10158761A1 - Determining position/speed of transport vehicle with homopolar drive, involves detecting magnetic and electric signals induced by movement of magnetic, electrical fields over discrete path

Info

Publication number: DE10158761A1
Application number: DE2001158761
Authority: DE
Inventors: Steffen Mueller; Michael Baier
Original assignee: ABB Patent GmbH
Current assignee: ABB Patent GmbH
Priority date: 2001-11-29
Filing date: 2001-11-29
Publication date: 2003-06-12

Abstract

The vehicle has at least one drive system (4) with a coil and travels along a transport path (1) with alternating magnetic and non-magnetic sections (2) or moving part air gaps (3). The method involves detecting the magnetic and electric signals induced by the movement of magnetic and electric fields over the discrete path and using them to detect the position and/or speed of the vehicle.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit eines Transportfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung kann beispielsweise bei Transportsystemen auf Flughäfen, insbesondere zur Beförderung von Gepäck über längere Fahrweg-Distanzen (größer als 200 m) verwendet werden. The invention relates to a method for determining the position and / or Speed of a transport vehicle according to the preamble of claim 1. The invention can be used, for example, in transport systems at airports, in particular for the transportation of luggage over longer distances (greater than 200 m) be used.

Transportsysteme, die einzelne Transportgüter fördern, insbesondere auch Gepäckstücke auf Flughäfen, können auf einzelnen Transportfahrzeugen, beispielsweise Magnetschwebefahrzeugen mit Homopolarantrieb basieren. Diese Transportfahrzeuge werden von einem Steuerungssystem gelenkt. Um eine effiziente Steuerung durchzuführen, ist es nötig, die Position und die Geschwindigkeit der einzelnen Transportfahrzeuge zu möglichst vielen Zeitpunkten, vorzugsweise zu jedem beliebigen Zeitpunkt, zu kennen. Transport systems that promote individual goods, especially Luggage at airports can be on individual transport vehicles, for example Magnetic levitation vehicles with homopolar drive are based. These transport vehicles are controlled by a control system. For efficient control to perform, it is necessary to determine the position and speed of each Transport vehicles at as many times as possible, preferably at any time know.

Zur Bestimmung der Position und der Geschwindigkeit eines Transportfahrzeuges innerhalb eines Fördersystems sind üblicherweise zusätzlich zu den Komponenten des Transportfahrzeuges und des Fahrweges, die für das Tragen und Befördern des Transportgutes benötigt werden, weitere Hilfsmittel notwendig. To determine the position and speed of a transport vehicle within a conveyor system are usually in addition to the components of the Transport vehicle and the roadway, which are used for carrying and transporting the Transport goods are needed, additional aids are necessary.

Für die Bestimmung der Position des Transportfahrzeuges sind folgende Hilfsmittel möglich:

- Optische Sensoren, wie Lichtschranken, Laserstrahlerfassung und Infrarotsensoren oder ähnliche;
- Elektrische/magnetische Sensoren, wie Schalter, Taster und Global Positioning System oder ähnliche;
- Mechanische/pneumatische bzw. hydraulische Sensoren, wie Taster und Schalter oder ähnliche.

The following aids are possible for determining the position of the transport vehicle:

- Optical sensors, such as light barriers, laser beam detection and infrared sensors or the like;
- Electrical / magnetic sensors, such as switches, buttons and global positioning systems or the like;
- Mechanical / pneumatic or hydraulic sensors, such as buttons and switches or the like.

Für die Bestimmung der Geschwindigkeit des Transportfahrzeuges sind folgende Hilfsmittel möglich:

- Tachometer/Drehzahlgeber;
- Winkelsensoren;
- Sensorik am Fahrwegrand;
- Sensorik auf dem Transportfahrzeug zur Weg/Zeiterfassung über Markierungen am Fahrweg.

The following aids are possible for determining the speed of the transport vehicle:

- speedometer / speed sensor;
- angle sensors;
- sensors at the edge of the route;
- Sensors on the transport vehicle for route / time recording via markings on the route.

Problematisch an den vorstehend erwähnten Hilfsmitteln zur Bestimmung der Position und der Geschwindigkeit des Transportfahrzeuges sind dabei die folgenden Aspekte:
Die Genauigkeit der Positionsbestimmung mit Lichtschranken hängt von der Anzahl der installierten Lichtschranken am Fahrwegrand ab. Je dichter die einzelnen Lichtschranken beieinander liegen, desto genauer läßt sich die Position bestimmen. Insbesondere bei einem langen Fahrweg erfordert dies aber eine sehr hohe Anzahl von Lichtschranken, was sich nachteilig auf den Gesamtpreis der Förderanlage, die Störanfälligkeit und die Aufwendungen für die Wartung des Fördersystems auswirkt. Die gleichen Nachteile sind auch für Schalter und Taster jedweder Bauart und Ausführung zutreffend, wobei sich bei Einsatz pneumatischer bzw. hydraulischer Mittel der zusätzliche Nachteil ergibt, daß gegebenenfalls zusätzlich ein Pneumatik- bzw. Hydrauliksystem implementiert werden muß. The following aspects are problematic in the aids mentioned above for determining the position and the speed of the transport vehicle:
The accuracy of the position determination with light barriers depends on the number of light barriers installed at the edge of the route. The closer the individual light barriers are to one another, the more precisely the position can be determined. Especially in the case of a long route, however, this requires a very large number of light barriers, which has a disadvantageous effect on the total price of the conveyor system, the susceptibility to malfunction and the expenditure for maintenance of the conveyor system. The same disadvantages also apply to switches and buttons of any type and design, with the additional disadvantage that when pneumatic or hydraulic means are used, a pneumatic or hydraulic system may also have to be implemented.

Die Positionsbestimmung mittels elektrischer/magnetischer Sensorik oder mittels des Global Positioning Systems erfordert zusätzlich eine aufwendige Elektronik. Die Bestimmung der Geschwindigkeit über Tachometer/Drehzahlgeber oder Winkelsensoren ist nur bei einem Fördersystem mit rollenden Transportfahrzeugen möglich und scheidet deshalb bei Fördersystemen aus, bei denen die Transportfahrzeuge als Magnetschwebefahrzeuge ausgebildet sind. The position determination by means of electrical / magnetic sensors or by means of the Global positioning systems also require complex electronics. The Determination of the speed using the tachometer / speed sensor or angle sensors is only possible with a conveyor system with rolling transport vehicles therefore ruled out in conveyor systems in which the transport vehicles as Magnetic levitation vehicles are designed.

Installation von Sensorik am Fahrwegrand zur Bestimmung der Geschwindigkeit ist aufwendig und teuer und wirkt sich daher nachteilig auf den Gesamtpreis der Anlage, die Störanfälligkeit und die Aufwendungen für die laufende Wartung des Systems aus. Installation of sensors on the edge of the driveway to determine the speed complex and expensive and therefore has an adverse effect on the total price of the system, the susceptibility to faults and the expenses for the ongoing maintenance of the system.

Sensorik auf dem Transportfahrzeug zur Weg/Zeiterfassung über Markierungen (Geber/Sender) am Fahrweg erfordert ebenfalls zusätzliche aufwendige Elektronik. Weiterhin müssen die Geber/Sender am Fahrweg regelmäßig gewartet, überprüft und gegebenenfalls ersetzt werden. Bei langen Fahrwegen erfordert dies eine sehr hohe Anzahl von Gebern/Sendern, was sich nachteilig auf den Gesamtpreis der Anlage auswirkt. Sensors on the transport vehicle for route / time recording via markings (Transmitter / transmitter) on the track also requires additional elaborate electronics. Furthermore, the transmitters / transmitters on the track must be regularly serviced, checked and if necessary be replaced. This requires a very large number of long routes from donors / transmitters, which has a negative impact on the total price of the system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, kostengünstiges, wartungsarmes und nicht störanfälliges Verfahren zur Bestimmung der Position und/oder der Geschwindigkeit eines Transportfahrzeuges der eingangs genannten Art anzugeben. The invention has for its object a simple, inexpensive, Low-maintenance and non-susceptible procedure for determining the position and / or the Specify the speed of a transport vehicle of the type mentioned above.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. This task is combined with the features of the generic term solved according to the invention by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß konstruktive Besonderheiten des Homopolarantriebes in geschickter Art und Weise für das Verfahren zur Bestimmung der Position und Geschwindigkeit des Transportfahrzeuges genutzt werden. Es werden Position und Geschwindigkeit des Transportfahrzeuges bestimmt, ohne auf zusätzliche Komponenten, die nicht zum Tragen und Fördern des Transportgutes dienen, angewiesen zu sein. Für die Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung kann vielmehr auf Bauteile und Funktionen zurückgegriffen werden, die für den Antrieb des Transportfahrzeuges benötigt werden. The advantages that can be achieved with the invention are in particular that constructive peculiarities of the homopolar drive in a clever way for the procedure for determining the position and speed of the Transport vehicle can be used. The position and speed of the Transport vehicle determined without using additional components that are not to be carried and Serve the goods to be transported, to be instructed. For the position and Rather, speed determination can use components and functions that are required to drive the transport vehicle.

Da keine zusätzlichen Bauteile zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung angeschafft und installiert werden müssen, ergeben sich Kostenvorteile. Weitere Kostenvorteile ergeben sich, weil keine zusätzlichen Bauteile zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung gewartet werden müssen. Die Störanfälligkeit steigt zumeist mit der Anzahl der Komponenten eines technischen Systems. Da keine zusätzlichen Bauteile zur Positions- und Geschwindigkeitsbestimmung benötigt werden, ist auch nur eine sehr geringe Störanfälligkeit des vorgeschlagenen Verfahrens gegeben. Since no additional components for position and speed determination must be purchased and installed, there are cost advantages. Further Cost advantages arise because no additional components for position and Speed determination need to be serviced. The susceptibility to failure usually increases with the Number of components in a technical system. Because no additional components only one is needed to determine position and speed given very low susceptibility to failure of the proposed method.

Weitere Vorteile sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich. Further advantages are evident from the description below.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Advantageous embodiments of the invention are in the subclaims characterized.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen: The invention is described below with reference to the drawing Exemplary embodiments explained. Show it:

Fig. 1 eine Ausgestaltung eines Schnellfördersystems für Transportgüter, insbesondere Gepäckstücke, auf der Basis der Magnetschwebetechnologie. Fig. 1 shows an embodiment of a rapid conveyor system for goods to be transported, in particular luggage, on the basis of magnetic levitation technology.

Fig. 2 den prinzipiellen konstruktiven Aufbau eines Homopolarantriebes, Fig. 2 shows the basic constructional features of a homopolar drive,

In Fig. 2 ist der prinzipielle konstruktive Aufbau eines Homopolarantriebes dargestellt. Es ist ein Fahrweg 1 zu erkennen, welcher gleichzeitig das Sekundärsystem des Homopolarantriebes darstellt. Der Fahrweg 1 setzt sich aus abwechselnd und in gleichen Abständen nacheinander folgenden magnetisch wirksamen Abschnitten 2 und nicht magnetisch wirksamen Abschnitten bzw. Läuferluftspalte 3 zusammen. Der Fahrweg 1 kann beispielsweise aus Beton ausgebildet sein, der in festgelegten Abschnitten mit Eisenblech bestimmter Breite belegt ist, um derart die Abschnittsfolge 2/3 zu realisieren. Es ist auch möglich, den Fahrweg 1 aus Eisenblechen zu fertigen, welche in regelmäßigen Abständen Aussparungen definierter Breite aufweisen. In FIG. 2, the basic structural design shown of a homopolar drive. A route 1 can be seen, which at the same time represents the secondary system of the homopolar drive. The guideway 1 is composed of alternating magnetically active sections 2 and non-magnetically active sections or rotor air gaps 3 which follow one another at equal intervals. The track 1 can for example be made of concrete, which in certain predetermined portions with iron sheet width is assigned to the section in such a sequence 2/3 to realize. It is also possible to manufacture the guideway 1 from iron sheets which have cutouts of a defined width at regular intervals.

Der Fahrweg 1 dient zur Führung eines Antriebssystems 4, welches gleichzeitig das Primärsystem des Homopolarantriebes darstellt. Das Antriebssystem 4 setzt sich zusammen aus einem hufeisenförmig um den Fahrweg 1 greifenden Joch 5 aus magnetisch wirksamen Material, welches einen Wicklungsträger 6 mit Nuten 7 aufweist, wobei in letztere eine Drehstromwicklung eingelegt ist. Die für den Homopolarantrieb benötigten Permanentmagnete 9 schließen sich an den Wicklungsträger 6 an. The travel path 1 serves to guide a drive system 4 , which at the same time represents the primary system of the homopolar drive. The drive system 4 is composed of a horseshoe-shaped yoke 5 which engages around the travel path 1 and which has a winding carrier 6 with slots 7 , a three-phase winding being inserted in the latter. The permanent magnets 9 required for the homopolar drive connect to the winding carrier 6 .

In Fig. 1 ist eine Ausgestaltung eines Schnellfördersystems für Transportgüter, insbesondere Gepäckstücke, auf der Basis der Magnetschwebetechnologie dargestellt. Es ist ein Transportfahrzeug 12 zu erkennen, welches mit Transportgütern beladen wird und welches in seinem Bodenbereich mit mehreren Antriebssystemen 4 verbunden ist. Diese Antriebssysteme 4 gleiten über den Fahrweg 1, welcher über Lager 10 am Erdboden befestigt ist. Eine über dem Fahrweg 1 montierte Abdeckung 11 stellt den vorgeschriebenen Personenschutz vor schnell bewegten Gegenständen sicher. In Fig. 1 is a configuration of a high speed transport system for transporting goods, in particular pieces of luggage, shown on the basis of the magnetic levitation technology. A transport vehicle 12 can be seen which is loaded with transport goods and which is connected to a plurality of drive systems 4 in its floor area. These drive systems 4 slide over the track 1 , which is attached to the ground via bearings 10 . A cover 11 mounted above the guideway 1 ensures the prescribed personal protection against rapidly moving objects.

Über ein im Antriebssystem 4 erzeugtes magnetisches Wanderfeld werden im Zusammenwirken mit dem Fahrweg 1 Kräfte erzeugt, deren Resultierende das Transportfahrzeug 12 in die gewünschte Bewegungsrichtung beschleunigen. Während des Betriebes des Transportfahrzeuges 12 bildet sich ein Luftspalt 8 zwischen Fahrweg 1 und Antriebssystem 4 aus. Durch die Bewegung magnetischer und elektrischer Felder über den diskreten Fahrweg 1 werden magnetische und elektrische Signale induziert, welche erkennen lassen, wann das Transportfahrzeug 12 mit seinem Antriebssystem 4 bzw. mit seinen Antriebssystemen 4 einen magnetisch wirksamen Abschnitt 2 überquert und wann es einen nicht magnetisch wirksamen Abschnitt bzw. Läuferluftspalt 3 überquert. Diese induzierten Signale können daher für die Bestimmung der Position und der Geschwindigkeit des Transportfahrzeuges 9 genutzt werden. In cooperation with the travel path 1, forces are generated via a magnetic traveling field generated in the drive system 4 , the resultants of which accelerate the transport vehicle 12 in the desired direction of movement. During the operation of the transport vehicle 12 , an air gap 8 is formed between the route 1 and the drive system 4 . The movement of magnetic and electrical fields over the discrete travel path 1 induces magnetic and electrical signals which indicate when the transport vehicle 12 with its drive system 4 or with its drive systems 4 crosses a magnetically active section 2 and when it has a non-magnetically active section Section or rotor air gap 3 crossed. These induced signals can therefore be used to determine the position and the speed of the transport vehicle 9 .

Die auf die magnetischen/elektrischen Felder reagierende und die elektrischen Signale erzeugende Sensorik befindet sich auf dem Transportfahrzeug 12. Es können beispielsweise Wirbelstromsensoren oder Induktivitätssensoren bzw. ähnliche magnetisch/elektrisch sensible Sensoren eingesetzt werden. Alternativ können optische Sensoren (Laser-/Lichtstrahl) verwendet werden, um derart die Bewegung des Transportfahrzeuges 12 längs der Abschnitte 2 und 3 zu verfolgen. Die Verarbeitung der Sensorsignale erfolgt vorzugsweise auf dem Transportfahrzeug 12 unter Einsatz eines Fahrzeugrechners, welcher mit einem Streckenrechner (Verkehrsrechner) kommuniziert, welcher wiederum mit einem Zentralrechner kommuniziert. Durch den Einsatz dezentraler Rechner ergibt sich vorteilhaft eine Reduzierung des Umfangs der Datenkommunikation mit dem Zentralrechner. Alternativ kann die Signalverarbeitung auch mittels des Streckenrechners oder mittels des Zentralrechners erfolgen. Die Signalübertragung vorn Transportfahrzeug 12 zum Streckenrechner bzw. Zentralrechner erfolgt vorzugsweise induktiv über die Stromversorgungsleitung oder alternativ hierzu über Funk. The sensor system that reacts to the magnetic / electrical fields and generates the electrical signals is located on the transport vehicle 12 . For example, eddy current sensors or inductance sensors or similar magnetically / electrically sensitive sensors can be used. Alternatively, optical sensors (laser / light beam) can be used to track the movement of the transport vehicle 12 along the sections 2 and 3 . The sensor signals are preferably processed on the transport vehicle 12 using a vehicle computer which communicates with a route computer (traffic computer), which in turn communicates with a central computer. The use of decentralized computers advantageously results in a reduction in the amount of data communication with the central computer. Alternatively, the signal processing can also be carried out by means of the route computer or by means of the central computer. The signal transmission from the transport vehicle 12 to the route computer or central computer is preferably carried out inductively via the power supply line or alternatively via radio.

Zur Bestimmung der Position wird einem bestimmten magnetisch wirksamen Abschnitt 2 oder einem bestimmten nicht magnetisch wirksamen Abschnitt (Läuferluftspalt) 3 eine Anfangsposition hinsichtlich des Fahrweges 1 zugewiesen. Während der Fahrt des Transportfahrzeuges wird die Anzahl der überquerten magnetisch wirksamen Abschnitte 2 und/oder die Anzahl der überquerten nicht magnetisch wirksamen Abschnitte 3 ermittelt. Über die Kenntnis der Abstände zwischen den magnetisch wirksamen Abschnitten 2 bzw. zwischen den nicht magnetisch wirksamen Abschnitten 3 ergibt sich die Position des Transportfahrzeuges relativ zur Anfangsposition. To determine the position, a specific magnetically active section 2 or a specific non-magnetically active section (rotor air gap) 3 is assigned an initial position with respect to the travel path 1 . The number of crossed magnetically active sections 2 and / or the number of crossed non-magnetically active sections 3 is determined while the transport vehicle is traveling. The position of the transport vehicle relative to the starting position is determined by knowing the distances between the magnetically active sections 2 or between the non-magnetically active sections 3 .

Zweckmäßig existieren mehrere definierte Orte längs des Fahrweges 1, an denen die Position eines Transportfahrzeuges 12 abgeglichen werden kann. Appropriately, there are several defined locations along the route 1 , at which the position of a transport vehicle 12 can be compared.

Die Geschwindigkeit wird über die Beziehung

s = v.t

bestimmt. Hierbei ist s die zurückgelegte Wegstrecke, v die zu bestimmende Geschwindigkeit und t die Zeit. Es wird angenommen, daß die Geschwindigkeit v zwischen zwei magnetisch wirksamen Abschnitten 2 bzw. zwischen zwei nicht magnetisch wirksamen Abschnitten (Läuferluftspalten) 3 konstant ist. Dann ist der Weg s der bekannte Abstand zwischen zwei magnetisch wirksamen Abschnitten 2 bzw. zwischen zwei nicht magnetisch wirksamen Abschnitten (Läuferluftspalten) 3 und t ist die Zeit, während der sich das Transportfahrzeug 9 zwischen zwei magnetisch wirksamen Abschnitten 2 bzw. zwischen zwei nicht magnetisch wirksamen Abschnitten (Läuferluftspalten) 3 bewegt. Diese Zeit t wird aus den vorstehend erwähnten, durch den diskreten Fahrweg 1 induzierten Signalen ermittelt. Aus der Kenntnis über Weg s und Zeit t folgt dann unmittelbar die zu bestimmende Geschwindigkeit v. The speed is about the relationship

s = vt

certainly. Here s is the distance covered, v the speed to be determined and t the time. It is assumed that the speed v between two magnetically active sections 2 or between two non-magnetically active sections (rotor air gaps) 3 is constant. Then the path s is the known distance between two magnetically active sections 2 or between two non-magnetically active sections (rotor air gaps) 3 and t is the time during which the transport vehicle 9 is between two magnetically active sections 2 or between two non-magnetic sections effective sections (rotor air gaps) 3 moves. This time t is determined from the above-mentioned signals induced by the discrete route 1 . From the knowledge of distance s and time t, the speed v to be determined then follows directly.

Claims

1. A method for determining the position and / or speed of a transport vehicle with homopolar drive, the transport vehicle ( 12 ) having at least one drive system ( 4 ) having a winding and along a travel path ( 1 ) with alternating magnetically active sections ( 2 ) and non-magnetically effective sections or rotor air gaps ( 3 ), characterized in that the magnetic and electrical signals induced by movement of magnetic and electrical fields via the discrete travel path ( 1 ), which indicate when the transport vehicle ( 12 ) with its at least one Drive system ( 4 ) crosses a magnetically effective section ( 2 ) and when it crosses a non-magnetically active section or rotor air gap ( 3 ) can be used for determining the position and / or the speed of the transport vehicle ( 12 ).

2. The method according to claim 1, characterized in that a certain, magnetically effective section ( 2 ) or a certain, non-magnetically effective section or rotor air gap ( 3 ) is assigned a starting position with respect to the travel path ( 1 ) that the number of traversed magnetically active sections ( 2 ) and / or the number of non-magnetically active sections ( 3 ) crossed while the transport vehicle ( 12 ) is traveling and that knowledge of the distances between the magnetically active sections ( 2 ) or between the non magnetically effective sections ( 3 ) the position of the transport vehicle ( 12 ) is determined relative to the starting position.

3. The method according to claim 2, characterized in that a plurality of defined locations exist along the route ( 1 ) at which the position of the transport vehicle ( 12 ) is compared.

4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the speed v of the transport vehicle ( 12 ) on the relationship
s = vt
is determined, whereby
s is the distance traveled, in particular the known distance between two magnetically active sections ( 2 ) or between two non-magnetically active sections or rotor air gaps ( 3 ) of the guideway ( 1 ) and
t is the time, in particular the time determined from the signals induced by the discrete route ( 1 ), during which the transport vehicle ( 12 ) moves between two magnetically active sections ( 2 ) or between two non-magnetically active sections or rotor air gaps ( 3 ) emotional.