CN1842439A - 用于磁悬浮车辆的磁铁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁悬浮车辆的磁铁装置(10)。所述磁铁装置(10)包括至少一个由铁心(14)和应用于所述铁心上的绕组(12)构成的磁极(11)、连接于所述绕组(12)的控制回路、和用于至少供应控制回路所需电能的供电单元。本发明的磁铁装置(10)被构造为一个组合所述磁极(11)、所述控制回路和所述供电单元的自主的模块化装置。

Description

用于磁悬浮车辆的磁铁装置

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述类型的磁铁装置。

背景技术

现有技术的这种类型的磁铁装置起着“承载”和/或“引导”功能，为了实现该目的，它们安装有很多磁极。另外，它们还设有测量磁极与磁悬浮车辆轨道间的间隙的间隙传感器，也就是，例如，磁极与长定子线性电机的长定子或侧导轨间的距离。测量信号被传递给连接于磁极绕组的控制回路，所述回路通过这些绕组以在工作过程中保持磁极与导轨之间的距离基本为常数的方式来调节电流。

下文将要进一步描述的磁铁装置包括一个供应车载电网(boardnet)所需能量的供电单元，该车载电网为安装在磁悬浮车辆上的控制回路和电气装置提供电能，例如，为加热器、灯等提供电能。在现有技术的磁铁装置中(例如，DE 34 10 119 A1)，供电单元包括用于线性发电机的包含在选择的磁极内的附加的绕组。在这些绕组中，根据磁悬浮车辆的速度感应出电压，该电压借助于变压器(例如升高限制器(step-up chopper))产生例如440V的车载电网中应用的电压。

所述部件被设置于磁悬浮车辆的不同位置处。当通过所谓的磁极背部相互连接的磁极被固定于与车体连接的磁铁装置的刚性磁铁后箱上时，间隙传感器和线性发电机的绕组直接结合成具有磁极的磁铁装置部分。最后，控制回路的其他部分(例如，致动器和控制器以及供电单元的升高限制器)被容纳于车体的车厢下面的空间内。因此，可以结合支承磁铁和引导磁铁以形成紧凑的模块。

这种结构设计在铺设的线路方面需要很大的花费。在磁极区域产生的能量和由间隙传感器产生的信号被传递到位于车体内的部分并且从那里返回到磁极。如果每个磁铁装置因为冗余原因被划分为两个可独立操作的常用磁极组，那么铺设线缆的费用将会加倍，尤其是如果在实际的车体和磁铁装置之间还安装有其他的设施时，例如，悬浮框架、托架等，这大大增加了线缆延伸的长度。另外，必须铺设通向车载电网的缓冲蓄电池和/或从它们离开的线缆。

除了线缆所需要的花费，另一个在这样的磁铁装置中的烦扰因素是维修和维护所需要的费用，这是由于上述部件安装于不同的位置产生的。

毕竟，应当考虑，常用磁悬浮车辆的系统长度例如达到3096mm，因此在磁悬浮车辆的纵向上安装多个上面所描述类型的前后并列设置的磁铁装置。

发明内容

因此，现在通过本发明所要解决的技术问题是：以这样一种方式来构造上面所描述类型的磁铁装置，使得用于铺设线缆以及实施维修和维护工作的费用大大减少。

权利要求1的特征部分的特征用于解决该问题。

本发明所具有的优点是，控制和能量供应所需要的所有部件为相关磁铁装置的整体部分。因此，每个磁铁装置形成了机电一体化的自主的模块。在本发明的意义上，这意味着磁铁装置自身结合了需要产生所需功能(例如，悬浮状态)的所有部件。为此，特别有利的是，将用于磁铁装置的控制回路和供电单元容纳于磁铁后部并且因此紧邻磁极。磁铁后部由于硬度原因被有利地构造为中空体，因此很容易为所有电器部件提供足够的空间。这节约了安装和铺设线缆的空间以及重量和成本。另外，由于磁铁后部很容易从外部接近并且可以设有一个位于外部的容易拆卸的罩，在拆下罩时，能够快速地接近已经借助抽屉单元或类似物安装于磁极内的部件，因此有利于维修和维护工作。

从下面的从属权利要求中将会明了本发明的其它优点。

附图说明

下面将通过优选实施例并基于所公开的附图对本发明进行更详细的描述，附图以不同的比例制作，其中：

图1示意性地示出了通过普通磁悬浮车辆的装备有长定子的轨道区域的部分剖面图；

图2和3分别显示了从轨道侧和从外侧观察的具有两个图1的磁悬浮车辆的磁铁装置的模块的透视图；

图4示意性地显示了用于图2和图3的磁铁装置的控制回路；

图5示出了与图3相对应的模块，但是在拆去前罩之后并且可以看清安装于磁铁后箱内的不同部件；

图6示出了具有进一步细节的图5中的磁铁装置的示意性正视图；

图7示出了沿图6中线VII-VII的截面；

图8示出了具有本发明的磁极的单独激励的图6中的磁铁装置的示意性电路图；

图9示出了类似于图1的部分截面图，但是以一个更大的比例显示了从轨道到磁悬浮车辆的非接触电力输送；

图10示出了具有用于非接触电力输送的接收线圈的磁铁装置的从轨道梁侧部观察的正视图，

图11示出了沿图10中线XI-XI的截面；

图12示出了根据图10的磁铁装置的透视正视图；和

图13示出了图11中的部分X的放大图。

具体实施方式

图1示意性地说明了通过磁悬浮车辆1的截面，所述磁悬浮车辆通常可移动地安装于沿着道路的纵向延伸的导轨上，所述导轨包括由钢和/或混凝土制成的横梁(支撑)2以及安装于其上的导轨板3。磁悬浮车辆1由长定子电机推动，该长定子电机由固定于导轨板3下面并且在它们的纵向上一个位于另一个之后排列的定子叠片4构成。该定子叠片4包括未示出的交替排列的齿和槽，被供以变化的振幅和频率的三相电流的绕组插入其中。长定子电机的自身励磁场通过至少一个用作支承磁铁5的第一磁铁装置产生，所述支承磁铁通过至少一个侧托架6固定于所述磁悬浮车辆1上并且所述支承磁铁包括朝向如图1中所述的定子叠片4的向下开口槽的磁极。支承磁铁5不仅提供励磁场，而且实现在磁悬浮车辆1的工作期间通过在所述支承磁铁5和所述定子叠片4之间保持一个限定的气隙7(如10mm)而支承和悬浮。

为了引导磁悬浮车辆1，导轨板3包括侧向固定的导向轨8，该导向轨与同样安装于托架6上的引导磁铁9面对并且在车辆工作期间用于保持与在自身和导向轨8之间的间隙7相应的间隙7a。

如图2和图3中所示，图1中所示的支承磁铁5和引导磁铁9形成了固定于托架6上并且包括用于“支撑”(承载)和“引导”功能的磁铁装置10，10a的一个模块。然而，很明显，沿运动方向看，多个这样的模块可以以侧向布置并排地一个接一个地安装于磁悬浮车辆1上。

用于“承载”功能的磁铁装置10包括12个彼此前后排列的磁极11，图2中示意性表示的其中一个所述磁极11a的绕组12和铁心14串联地电连接并且通常被以铸造用树脂层或类似形式的防腐层包围。各个磁极11的所述铁心14通过磁极背(未示出)彼此连接并且通过也未示出的磁极板及穿过这些磁极板的杆固定于下文称为磁铁装置10的磁铁后箱15的装置上。经由主弹簧与磁铁后箱15接合的是托架6，托架与抗弯曲的下部结构或悬浮框架16连接(图1)，悬浮框架16包括纵向和横向连接器并且支撑所述配有乘客车厢的磁悬浮车辆1的车身17。

磁悬浮车辆1和它们的磁铁装置通常为本领域技术人员所熟知，例如，通过出版公开物US-PS 4,698,895，DE 39,28 277A1以及PCTWO 97/30504A1获知，为简单起见，这些出版物通过参考作为本发明公开的一部分。

根据图4的控制回路18用于控制磁极11的绕组12，从而在磁悬浮车辆1行驶过程中保持间隙7为常数。该控制回路包括至少一个间隙传感器，或最好几个间隙传感器19(见图2)，所述间隙传感器接界于与磁极11相同的平面，间隙传感器19通过感应或电容装置测量间隙7的实际尺寸并且用作控制回路18的实际值传送装置。通过间隙传感器19传送的电信号被传送到控制器20，在那里与一个额定值进行比较，该额定值通过线路21输入并固定地预选或改变。其中，控制器20为致动器22确定一个差动或致动器信号，该致动器进而通过绕组12以间隙7大致为恒定尺寸并且在行驶过程中保持该尺寸的方式控制电流。

控制回路18所需的工作电压通过图4中所示的并且包括线性发电机的绕组23的供电单元供应，如在图2中作为例子示出的磁极11a的放大细节，所述绕组安装在至少一个磁极内，并与长定子共同作用以提供例如达到300V的交流电压，其依赖于磁悬浮车辆1的速度。该电压在例如具有一个升高限制器的变压器24中转换成一个工作需要直流电压(例如440V)，所述电压一方面供应给控制器20和致动器22，另一方面通过线路26传递给磁悬浮车辆的车载电网。

尽管控制器20、致动器22和变压器24迄今为止已经配置在任何地方，最好在车体17的地板内，因此需要大量的如图3中附图标记27所指示的电缆线路，本发明建议将这些部件完全容纳在磁铁装置10的磁铁后箱15内。这尤其从图5中得到，图5示出了在移去指向导轨板3的罩28(图2)后的磁铁后箱15的视图。例如，附图标记29示出了在磁铁后箱15内的孔，其用于容纳没有更详细地说明但在图6和图7中示出的抽屉形装置30并安置控制回路18及其部件20和22，以及供电单元的变压器24。有利的是，该抽屉形装置30被如此构造以便于当组装时，可以建立正确的连接而不需要任何进一步的额外工作，也就是，孔29和抽屉形装置30设有共同作用的插入式和拔出式装置或类似装置。

在磁铁后箱15内容纳控制回路18和变压器24是没有任何问题，因为在已知的磁铁装置10中的磁铁后箱15基本由具有U形剖面的中空体组成，因此提供了充足的空间。因为事实上只有通向车载电网的线路26以及任何为控制和诊断目所需的线路必须从磁铁后箱15外面铺设，因此可以在很大程度上省去布设电缆27。所有其他的线路可以铺设在磁铁后箱15内并且从那里以最短的距离铺设至间隙传感器19以及绕组12和23。从而可以得出，包括磁极11、控制回路18、供电单元23和24以及铺设电缆的整个磁铁装置10形成了自主的机电一体化模块，其中集成了悬浮性能所需要的所有功能。如果需要，在磁铁后箱15内可以安装附加的缓冲蓄电池，其在磁悬浮车辆1静止或行驶速度过低的情况下提供所需要的能量。

除了用于“承载”功能的磁铁装置10外，图2中所示的模块还具有用于“引导”功能的具有磁极32的磁铁装置10a。磁铁装置10a被靠近磁铁后箱15a(图3)设置并且有利地容纳在例如3096mm的相同栅距内，该栅距也适用于磁铁装置10。通过与间隙传感器19类似，其他间隙传感器19a被指定给磁极32并且连接于其它未示出的构造如控制回路18的控制回路，用于保持磁极32和侧向导向轨8(图1)之间的间隙7a为常数。上文借助控制回路18的描述也适于其它控制回路。由于引导磁铁通常没有线性发电机的绕组，因此到这些控制回路的电力有利地借助供电单元23和24供应。与磁铁装置10相比，在磁铁装置10a中只有三个磁极32，由每排三绕组的两排形成。

指定用于“承载”功能的磁铁装置10包括12个磁极11，该12个磁极被组合以形成两组，每组由六个直接并排的磁极构成。这些组中的每个组由一个控制回路18控制并且有利地由单独指定给每个组的供电单元23，24供应电流。这样做的好处在于，一方面，在一个组出现故障的情况下，其他的组可以继续工作。另一方面，在一个组出现故障的情况下，具有抗弯曲的纵向和横向连接器的相关悬浮框架16通过一个指定组的邻近磁铁装置被保持在合适的位置，而不会使磁悬浮车辆1着陆在滑轨上或者使磁铁装置10撞击到长定子。然而，它也伴随有下面将概述的两个缺点。

每六个磁极11的分组式组合的第一个缺点是，在它们的绕组12中会产生相对高的电压。这主要由电容式过压产生，该电容式过压来自于磁极11的绕组的由导电带的制造以及如此产生的寄生电容。由绕组的电感和寄生电容形成的电振荡电路产生了谐振，当磁铁装置10受到激励时，谐振可能将带来如此高的电压和电流以至于会损坏绝缘。另一个缺点是，不得不为控制回路18提供特殊的安全装置，该安全装置在致动器22(图4)不正常工作时防止磁极11的指定组撞击长定子。

为了避免上述缺陷，本发明建议为每个组只提供一个磁极11或最多两个磁极11。磁极11的这种分配如图6-图8所示。磁铁装置10在这里包括具有绕组12a等的11a到11l的12块磁极、只有部分描绘的间隙传感器19以及线性发电机的绕组23。另外，包含控制回路18和供电单元的磁铁后箱15和抽屉形装置30在图2中表示。包含在抽屉形装置30中的部件在图8中显示，然而为了更好的理解位于磁铁后箱15下面。附图标记34表示凹进部分，图1和图2的托架6的末端进入其中。另外，图6表示了图2中不能看到的磁极后部35，其将磁极11的铁心14彼此连接。最后，图6和图8显示了六个磁极11a到11f或11g到11l，每组形成了一个以熟知的方式连接于用于磁悬浮车辆1的车体17(图1)的悬浮框架16的半磁铁A和B。

如图8中所示，磁极11单独电控制并且彼此独立。为了这个目的，磁极单元36a到36f的每一个被指定给半磁铁装置A中从11a到11f的每个磁极，每个磁极单元包含指定的控制回路18和设有如上所述类型的升高限制器或类似装置的指定的变压器24。另外，每个磁极绕组12(例如，尤其是磁极11d的绕组12d)通过导线37连接到一个相关的磁铁单元(例如，尤其是磁极单元36d)及包含于其中的控制回路18，每个线性发电机绕组23(例如，尤其是磁极11d的绕组23d)通过导线38连接到相关的磁极单元36d和包含于其中的图4中的变压器24。以上同样适用于所有其他磁极11，如特别在图8中通过磁极11f的放大图所示。另外，现有的间隙传感器19通过导线39连接到所有磁极单元36，以便将间隙7的相关实际值传送给它的控制回路18。另一个半磁铁B被相应地构造。

由于所描述的设置，每个半磁铁A，B包含每个具有一个指定的磁极单元36的六个磁极11。因此，如果一个磁极11或相关的磁极单元36有缺陷时，因为与有缺陷单元相邻的磁极可以很容易取代它的功能，所以不会存在磁极装置10或半磁铁A，B全部受到损害的危险。因此，不需要提供具有对抗致动器22的非正常控制的特殊安全装置的控制回路18，也不会出现有害的电容式过压。如果磁极11不是单独致动而是成对致动的话，那么将会获得相应的优点。特别的优点是，在任何一个部件故障时，只有一个或最多两个磁极11将不工作而不是半磁铁的六个磁极或整个磁铁装置10的12个磁极不工作。另外，电压水平下降了，因此使车载电网所需要的电压降低。

另外，图8还显示了一个关于形成磁铁装置10的始端和末端的磁极11a和11l的特别的特征。由于这些磁极11a、11l被构造为半磁极，因此没有用于连接线性发电机绕组23的空间，相关磁极单元36a和36l有利地供有来自车载电网的电流，如图8中通过线路40所显示的。

随后的用于控制引导磁铁的磁极32的过程相似。

借助线性发电机的车载能量的产生仅仅在磁悬浮车辆1达到某个最小速度的轨道段有效。在其它轨道段，电能因此借助安装在轨道上并指定有机械或机械-气动集电器41(图8)的电接触轨产生。集电器41构成了除绕组23之外的供电单元的整体部分，如果实行独立的磁极控制的话，其根据图8被连接于每个单独的磁极单元36。另外，集电器41的输出通过一个合适的变压器42，例如，包含升高限制器的变压器42，通向导线40。如图2和图5所示，集电器41被集成在例如被罩28空气动力学地罩住的磁铁后箱15中，并且因此如线性发电机的绕组23一样被集成在磁极装置10的自主式模块中。

由于接触轨和机械集电器41因为容易磨损和破裂的原因并不总是合乎需要的，尤其在高速度时，因此本发明的另一个基本特点是以不同的方式提供从轨道3到磁悬浮车辆1的能量传输，也就是，非接触的并优选是感应的。特别如图9中所示，其描绘了基本相应于图1的一个示意性剖视图，但是以放大的比例。

根据图9所示，在已经设置用于集电器41(图8)的电流轨的轨道处，提供有构造为传输线圈的主导体44，其优选地包括往复地运行并且有利地在轨道2，3的整个长度上延伸的线路段44a，44b。两个线路段44a，44b固定在横梁2上，例如，通过由绝缘体组成的保持器45。另外，主导体44连接到例如300V的优选高频率的电压源46(仅仅示意地显示)。

代替集电器41，在磁悬浮车辆1上安装一个接收器或接收线圈47。接收线圈47被优选地构造成不围绕主导体44，而是以一个小间距与其相对。因此，可以像控制回路18的其它所述部件和根据本发明的供电单元那样将接收线圈47容纳在磁铁后箱15中并且用由电绝缘材料组成的罩18覆盖它。

根据本发明的特别优选实施例，保持器45为铰接构造，使得主导体44被铰接地安装并且可旋转到横梁2的顶部或底部，也可以被分段地折合。因此，可以避免在工作过程中对工作存在干扰的主导体44的完全拆除。

图10-图13以与图5类似的图显示了接收线圈47的构造，并且由于冗余的原因，线圈47有利地具有每个指定给上面所述的半个磁铁A，B中的一个的两个半部47a，47b，因此在该实施例中每个部分具有约1500mm的长度。在图10和图12中以粗线表示的每个半部47a，47b优选地包括多个平行的导体47c(图13)，所述导体47c相对于主导体44被如此设置以便被由导体44或分别由线路段44a，44b产生的同心磁场线穿透，因此由主导体44供应的约为300V的电压可在其未显示的连接端被输出耦合。因此，两个连接端可以类似于图8连接到磁极单元36或变压器42。很明显，如果磁悬浮车辆1在纵向两侧装有磁铁装置10，10a，那么有利地适合的主导体44被设置在横梁2的两侧。

接收线圈47优选地与所需连接部件(例如，插塞连接器)一起加工成一个预制的模块化组，并且被如此地安装在磁铁后箱15或罩28处和/或整体地形成在磁铁后箱15或罩28中，从而接收线圈47形成了由磁铁装置10形成的自主式模块的一部分。

电力的非接触传输的一个基本优点是，它以机械低磨损的方式工作，并且如同应用接触轨的情况，能量输出耦合与行驶速度无关。另外，由于每个磁铁装置10具有两个线圈半部47a，47b，因此获得了多重冗余。进而，可以省去线性发电机的绕组23并且如果适当设计，可以省去甚至升高限制器以及车载蓄电池。如果需要，可以通过设置在轨道旁的简单的铅蓄电池来保证应急供电。

本发明并不限制于上面所描述的可以采用很多方法修改的实施例。特别是，这适用于每辆磁悬浮车辆上存在的磁铁装置10，10a的总数和用于支承磁铁、引导磁铁或支承磁铁和引导磁铁的组合的设计的由磁铁装置10，10a建造模块。另外，每个支撑和引导磁铁的磁极11、32的数目可以以与所描述的方式不同的方式选择。最后，不言自明的是，不同的特点可以应用于不同于上文所描述和显示的其它组合中。

Claims (14)

1、一种用于磁悬浮车辆(1)的磁铁装置，包括至少一个由铁心(14)和绕组(12)组成的磁极(11)、与绕组(12)连接的控制回路(18)和至少提供控制回路(18)所需的电能的供电单元(23，24；24，41；24，47)，其特征在于，所述磁铁装置被设计成一个在其自身内结合所述磁极(11)、所述控制回路(18)和所述供电单元(23，24；24，41；24，47)的自主的模块化装置。

2、根据权利要求1所述磁铁装置，其特征在于，它包括预定固定于磁悬浮车辆(1)的车体(17)上的磁铁后箱(15，15a)，并且控制回路(18)以及供电单元(23，24)容纳于所述磁铁后箱(15)内。

3、根据权利要求1或2所述的磁铁装置，其特征在于，该磁铁装置包括多个磁极(11)，所述磁极的绕组(12)串联地电连通并且与所述控制回路(18)相连。

4、根据权利要求3所述的磁铁装置，其特征在于，所述磁极(11)被结合以形成至少两组磁极，每组磁极与一个相关的控制回路(18)相连，两个控制回路(18)均为所述模块化装置的整体组成部分。

5、根据权利要求1至4之一所述的磁铁装置，其特征在于，所述供电单元包括至少在一个磁极(11a)内的线性发电机的绕组(23)。

6、根据权利要求1至4中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，所述供电单元包括至少一个用于能量的非接触感应式传输的接收线圈(47)。

7、根据前面权利要求1至4中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，所述供电单元包括至少一个集电器(41)。

8、根据前面权利要求2至7中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，所述磁铁后箱(15)被设计成中空体并且控制回路(18)和/或至少供电单元的变压器(24)如抽屉状装置(30)一样被插入到所述磁铁后箱(15)中。

9、根据前面权利要求1至8中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，该磁铁装置被构造为支承磁铁(5)和/或引导磁铁(9)。

10、根据前面权利要求4至9中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，所述磁极(11)单独地或成对地形成一个组。

11、根据前面权利要求3至10中任一权利要求所述磁铁装置，其特征在于，每个线性发电机与容纳在所述模块化装置内的供电单元的变压器(24)连接。

12、根据前面权利要求1至11中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，所述供电单元包括至少一个结合在所述模块化装置内的缓冲蓄电池。

13、根据权利要求9至12中任一权利要求所述的磁铁装置，其特征在于，该磁铁装置设计成一个包括支承磁铁(5)和引导磁铁(9)的模块。

14、根据权利要求13所述磁铁装置，其特征在于，所述支承磁铁(5)或引导磁铁(9)包括一个磁铁后箱(15)，所述模块所需要的所有控制回路(18)和供电单元(23，24；24，41；24，47)被结合到所述磁铁后箱(15)中。

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