CN101111406A - 用于磁悬浮列车支承磁铁的磁铁的距离传感器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁悬浮列车支承磁铁的磁铁的、具有多个距离传感器的距离传感器装置，其中，每个距离传感器具有一个以运行频率加载的距离测量线圈并可以被安装到磁铁的安装空间内。为了用这种距离传感器装置可靠地获取距离测量值，根据本发明，各个距离传感器(S1至S12)的距离测量线圈与一个用于产生运行频率的可编程组件相连。距离传感器(S1至S12)包括位置信息查询装置(30)，用于查询安装空间(31)内的特定于安装空间的位置信息提供装置(32)。位置信息查询装置(30)的输入端与该可编程组件相连。

Description

用于磁悬浮列车支承磁铁的磁铁的距离传感器装置

本发明涉及一种用于磁悬浮列车支承磁铁的磁铁的、具有多个距离传感器的距离传感器装置，其中，每个距离传感器具有一个以运行频率加载的距离测量线圈并且可以被安装在磁铁的安装空间内。

这种距离传感器装置用在磁悬浮列车Transrapid TR08中。图1中示意地示出了此磁悬浮列车的驱动系统，如其中所示，与未示出的磁悬浮列车车辆固定地相连的支承磁铁1具有三块磁铁2、3和4，它们在按照截面方式示出的纵向定子5的下方在磁悬浮列车车辆相对于纵向定子5运动时保持约10mm的预定距离。支承磁铁1距纵向定子5的距离由在图1中未示出的励磁调节单元(Magnetregeleinheit)保持恒定，距离传感器的输出参数被加载到该励磁调节单元的输入端。如图1所示，支承磁铁1的磁铁2至4中的每一个分别设有一对距离传感器S1、S2和S3、S4以及S5、S6和S7、S8以及S9、S10和S11、S12。这些距离传感器S1至S12中的每一个按照感应原理采集磁铁2、3和4与纵向定子5之间的距离。因此，距离传感器S1至S12中的每一个在其表面所在区域都具有一个在图1中未能看出的线圈，该线圈加载有特定频率、例如1MHz的电压。距离传感器S1至S12的每个线圈的阻抗取决于线圈距纵向定子5的距离。因此，通过测量阻抗产生一个与相应距离传感器距纵向定子5的距离相对应的测量参数。阻抗测量参数被提供给励磁调节单元，该励磁调节单元通过对磁铁2至4的相应激励随后保证使支承磁铁1在行驶中与纵向定子5保持一个恒定的距离。

如图1进一步所示，在已知的磁悬浮列车中分别彼此相对较密地设置两个距离传感器，使得该一个距离传感器的线圈的作用并不会被相邻距离传感器线圈的场消除。为了消除对一个位置传感器的测量结果的损害并由此消除对支承磁铁1距纵向定子5的距离的调节的损害，以不同频率的电压运行距离传感器以及其线圈，其中将频率的间距选择得大到使产生悬浮的频率相对较大并由此可以顺利地利用在距离传感器输出端的低通分出有用的信号。由此，在所述的磁悬浮列车车辆中，距离传感器S1、S5和S9以一致的运行频率运行；相应地适用于距离传感器S2、S6和S10，不过这些距离传感器被以一个与距离传感器S1、S5和S9的运行频率相偏离的运行频率加载。按照相应的方式运行其余的距离传感器。因此，相同频率的两个距离传感器之间的几何距离与磁铁2、3和4的长度精确地相对应。该距离足以尽可能地消除距离传感器的相互影响，因为距离传感器线圈的场随着递增的距离而强烈地减少。

根据上述解释得出，在已知的磁悬浮列车中，距离传感器构成四个不同的设备，这导致了在制造、物流和备件保持中巨大的额外花费。此外，不同距离传感器类型具有相同或至少类似的外观，从而有必要将距离传感器以较大的精确度放置在支承磁铁的磁铁上，以便可靠地实现功能。

本发明所要解决的技术问题在于，这样设计一种上述类型的距离传感器装置，使得其可靠地提供正确的距离测量值。

为解决这一技术问题，在本文开始部分给出类型的距离传感器装置中根据本发明地将每个距离传感器的距离测量线圈与用于产生运行频率的可编程组件相连，并且每个距离传感器包含用于查询安装空间中特定于安装空间的位置信息提供装置的位置信息查询装置，并且该位置信息查询装置与可编程组件的输入端相连。

根据本发明的距离传感器装置的一个主要优点在于，通过采用一体构造的传感器以及在安装中个别自动设置的运行频率，而避免现有的所述距离传感器的相互干扰，这带来可靠的测量值。

根据本发明的距离传感器装置的另一个主要优点在于，在其中，每个传感器都被相同地构造，并且都能被容易地放置在磁铁的安装空间内，因为它的相应运行频率通过位置信息提供装置和与其协同工作的位置信息查询装置在安装后确定。不会出现距离传感器的相互干扰，因为运行频率由可编程组件通过位置信息查询装置相对应地设置。

在根据本发明的距离传感器装置中，可以为了以不同的方式产生运行频率来构造可编程组件。不过视为特别优选的是，可编程组件是FPGA(现场可编程门阵列)，因为这种集成的可编程的逻辑电路就结构形式而言较小且成本低廉。

根据本发明的距离传感器装置也可以针对于位置信息提供装置和位置信息查询装置的实施方式不同地构造。不过，对于一种技术简单且因而在经济上适宜的方案优选的是，位置信息提供装置在磁铁的安装空间内包括在特定于安装空间的空间布置中的多个无源部件，这些部件在距离传感器的组装状态下与位置信息查询装置的查询元件位置相对。在这种情况下，在磁铁中仅需设置无源部件，它们不需要任何供电。

在位置信息提供装置以及位置信息查询装置一种优选的简单实施中，查询元件是读出线圈，而无源部件是金属或绝缘的反射面。

不过也可能、并且对传输安全性可能尤其优选的是，查询元件是光学查询元件，而无源部件是反射器。

距离传感器装置的另一种优选实施方式在于，查询元件是簧片触点或霍尔元件，而无源部件是永磁体。

尤其简单的是一种根据本发明的距离传感器装置的实施方式，其中，查询元件是电接触元件(Kontaktelement)，而无源部件是电接触部件(Kontaktteil)。

这种实施方式优选地使得位置信息查询装置可以如下尤其简单地设计：电接触元件与辅助电压源的一个电极连接，而至少一个另外的电接触元件通过电阻与辅助电压源的另一个电极连接，并且与该电接触元件位置相对的电接触部件与与该另一电接触元件位置相对的接触部件电连接，且该至少一个另外的电接触元件与可编程组件相连。

因为在磁悬浮列车中无误的距离调节对于可靠地实现功能具有重要意义并且因此也利用距离传感器按照高可靠性采集测量参数，所以也针对于此被视为优选的是，在根据本发明的距离传感器装置中，为位置信息提供装置在磁铁的安装空间内以一致的特定于安装空间的空间布置配设一个另外的、带有多个另外的无源部件的位置信息提供装置，这些无源部件在距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置的另外的查询元件位置相对，且这些位置信息查询装置的输入端通过一个计算部件与所述可编程部件相连。

在根据本发明的特别可靠地采集距离的距离传感器装置的另一种优选实施方式中，为位置信息提供装置在磁铁的安装空间内以一致的特定于安装空间的空间布置配设一个带有多个另外的无源部件的另外的位置信息提供装置，这些无源部件在距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置的另外的查询元件位置相对，并且位置信息查询装置的输出端分别与一个计算部件相连，其中，这些计算部件彼此相连并分别向一个否则将被阻塞的可编程部件发出一个释放信号。

对于借助于根据本发明的距离传感器装置的距离传感器可靠地采集距离同样有利的是，为位置信息提供装置在磁铁的安装空间内以一致的特定于安装空间的空间布置配设一个带有多个另外的无源部件的另外的位置信息提供装置，这些无源部件在距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置的另外的查询元件位置相对，并且位置信息查询装置的输出端与距离传感器的报文发生器相连，以便将位置信息传输到支承磁铁的励磁调节单元。在这一实施方式中，可以省去在距离传感器中对距离测量结果的单独分析，因为距离测量参数和位置信息被直接地提供给支承磁铁的励磁调节单元。

在这种情况下根据本发明的距离传感器装置的一种实施方式是同样非常有利的，其中，在一块磁铁上的两对距离传感器分别由一对励磁调节单元操纵的情况下，位置信息查询装置与相应距离传感器的报文发生器相连，并且这样构造励磁调节单元，使得在其中实现对所传输的位置信息的合理性检验。

此外被认为优选的是，在根据本发明的距离传感器装置中安装空间位于一个固定边缘内，其沿着磁铁与磁铁突出的磁极头(Polkopf)并排地设置。

如果该固定边缘在其两端具有依照不同布置或设计的识别元件，且所述识别元件在该固定边缘的至少一端与一个识别电路相连，那么因此就进一步提高了由根据本发明的距离传感器装置给出的距离信息的可靠性。

为了获得可靠的正确距离测量值，还优选的是，在用于磁悬浮列车的支承磁铁的磁铁的距离传感器中，根据本发明该距离传感器包含一个用于在安装空间内查询特定于安装空间的位置信息提供装置的位置信息查询装置，该距离传感器具有一个以运行频率加载的距离测量线圈并可以在安装空间内安装在磁铁上。

根据本发明的距离传感器的查询元件可以不同地构造，如权利要求16至20所示。

为进一步解释本发明，在图2中以侧视图示意地示出支承磁铁的磁铁的一半，在图3中示出了位置信息提供装置和位置信息查询装置的一个实施例，而在图4中示出了一种用于对借助两个为一个距离传感器配设的位置信息提供装置获取的位置信息进行分析的装置。

如由图2可见，例如可以与图1所示磁铁2相对应的磁铁20具有多个主磁极21和一个尾磁极22。每个主磁极21具有一个磁极头23，该磁极头以一种未示出的方式向下过渡到一个磁铁绕组24缠绕在其上的细长的腿内。一个连续的磁铁背部25位于主磁极21或磁铁绕组24的腿的下方。

在磁铁20上方与磁极头23并排地延伸有一个可以由钛制成的固定边缘26。这一固定边缘26表示了用于距离传感器27和28的安装空间，所述距离传感器在此例中在其空间布置上与图1所示的距离传感器S3和S4相对应。

每个距离传感器27和28配备有位置信息查询装置30，如图3中所示。位置信息查询装置30在磁铁20的安装空间31内与位置信息提供装置32相对。

位置信息提供装置32被特定于安装空间地设计，其中它被用电接触部件33和34按照为相应安装空间特定地配设的布置安放；在所示实施例中，仅两个电接触部件33和34相互以相对较大的距离设置并且通过电连接35相互连接。

位置信息查询装置30包括按照这样一种布置的接触部件36、37和38：接触部件36和38与位置信息提供装置32中的接触元件33和34位置相对。在位置信息查询装置30内，运行电压源40的一个电极39与接触部件36相连。运行电压源40的另一电极41一方面接地，另一方面通过两个电阻42和43与接触部件37和38电连接。每个接触部件37和38分别与位置信息查询装置30的一个输出端44和45相连。这些输出端44和45与图3中未示出的可编程组件相连，以便产生运行频率。在所示情形下，在输出端44形成一个位信号“0”，而在输出端“45”形成一个位信号“1”。未示出了可编程组件由此产生一个具有特定运行频率的电压，用该电压对一个在传感器内的同样未示出的距离测量线圈进行加载。

应当理解，可以利用这种距离传感器装置总共对四个距离传感器加载不同运行频率的电压，因为另外对电接触元件33和34也还可以对于其它距离传感器的安装空间设置一个另外的(在此未示出的)第三中间电接触元件。

这对于当前实施方式的支承磁铁的磁悬浮列车的实际运行是完全足够的，因为由此可以确保，在设置在支承磁铁的三个磁铁的每一个上的四个距离传感器由此可以可靠地加载不同运行频率的电压。

距离测量的可靠性还可以如下地提高：为每个距离传感器双重地实施位置信息提供装置和位置信息查询装置，使得从位置信息查询装置发出分别成对的信号。在图4中示出，为一个(在此未示出的)距离传感器配设一个第一位置信息提供装置50a以及一定程度上地与该位置信息提供装置并行地配设一个另外的位置信息提供装置50b；两个位置信息提供装置50a和50b可以分别如图3中以装置32的形式示出的那样地实施。借助于每个位置信息查询装置51a和51b(例如与图3所示位置信息查询装置30相对应地)产生位置信息信号OSa和OSb，两者共同地被分别供给每个微控制器52a和52b。这些微控制器52a和52b通过信道53和54相互比较它们的结果并分别将信号Sa和Sb发向在此未示出的可编程部件，如果它们已无误地确定位置信息的话。直到两个信号Sa和Sb出现在可编程部件上，才就由后者产生一个带有运行频率的电压，如同其被分配给相应的距离传感器那样。

不过，也可能这样提高根据本发明的距离传感器装置的可靠性，即，除了由距离传感器以常规方式产生的用于励磁调节单元信息的报文，作为关于各所测得距离的信息，还传输关于距离测量线圈的运行频率的信息。如果借助于两个位置信息提供装置和两个位置信息查询装置获得位置信息，那么这些信息就在励磁调节单元中受到同一性验证。与图4所示实施方式相比，可以省去专门的微控制器。

另一方面，还可能如下地验证距离传感器的正确安装以及位置信息提供装置及其位置信息查询装置的工作方式，即，在励磁调节单元内验证来自两个相邻的距离传感器的相应的位置信息，因为励磁调节单元总是或者控制传感器S1、S2或者控制传感器S3、S4(参见图1)，因而能够采集这两对的位置信息的特定组合并进行正确性验证。

Claims (20)

1.一种用于磁悬浮列车的支承磁铁(1)的磁铁(2，3，4)的距离传感器装置，其具有多个距离传感器(S1至S4；S5至S8；S9至S12)，其中，每个距离传感器(S1至S12)

·具有一个以运行频率加载的距离测量线圈，并且

·在安装空间(31)内可以安装在磁铁(2至4)上，

其特征在于，

·每个距离传感器(S1至S12)的距离测量线圈与一个用于产生运行频率的可编程部件相连，

·每个距离传感器(S1至S12)包括一个位置信息查询装置(30)，用于在安装空间(31)内查询特定于安装空间的位置信息提供装置(32)，并且

·所述位置信息查询装置(30)的输入端与所述可编程部件相连。

2.根据权利要求1所述的距离传感器装置，其特征在于，

·所述可编程部件是现场可编程门阵列。

3.根据权利要求1或2所述的距离传感器装置，其特征在于，

·所述位置信息提供装置(32)在磁铁的安装空间(31)内包括依照特定于安装空间的空间布置的多个无源部件(33，34)，这些无源部件在距离传感器(S1至S12)的组装状态下与该位置信息查询装置(30)的查询元件(36至38)的位置相对。

4.根据权利要求3所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该查询元件是读出线圈，并且该无源部件是金属的或绝缘的反射面。

5.根据权利要求3所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该查询元件是光学查询元件，并且该无源部件是反射器。

6.根据权利要求3所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该查询元件是簧片触点或霍尔元件，并且该无源部件是永磁体。

7.根据权利要求3所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该查询元件是电接触元件(36至38)，并且该无源部件是电接触部件(35，34)。

8.根据权利要求7所述的距离传感器装置，其特征在于，

·一个电接触元件(36)与一个辅助电压源(40)的一个电极(39)连接，并且至少一个另外的电接触元件(37，38)通过电阻(42，43)与该辅助电压源(40)的另外的电极(41)连接，

·与该电接触元件(36)位置相对的电接触部件(33)与与该另一电接触元件(38)位置相对的接触部件(34)电连接，并且

·该至少一个另外的电接触元件(38)与所述可编程组件相连。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的距离传感器装置，其特征在于，

·为该位置信息提供装置在磁铁的安装空间内以一致的、特定于安装空间的空间布置配设一个另外的、带有多个另外的无源部件的位置信息提供装置，这些无源部件在该距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置的另外的查询元件位置相对，并且

·这些位置信息查询装置的输入端通过一个计算部件与所述可编程部件相连。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的距离传感器装置，其特征在于，

·为该位置信息提供装置(50a)在磁铁的安装空间内以一致的、特定于安装空间的空间布置配设一个带有多个另外的无源部件的另外的位置信息提供装置(50b)，这些无源部件在该距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置(51b)的另外的查询元件位置相对，并且

·这些位置信息查询装置(51a，51b)的输出端分别与一个计算部件(52a，52b)相连，其中，这些计算部件(52a，52b)彼此相连并且分别向一个否则将被阻塞的可编程部件发出一个释放信号(Sa，Sb)。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的距离传感器装置，其特征在于，

·为该位置信息提供装置在磁铁的安装空间内以一致的、特定于安装空间的空间布置配设一个带有多个另外的无源部件的另外的位置信息提供装置，这些无源部件在距离传感器的组装状态下与一个另外的位置信息查询装置的另外的查询元件位置相对，并且

·该位置信息查询装置的输出端与距离传感器的报文发生器相连，以便将位置信息传输到支承磁铁的励磁调节单元。

12.根据权利要求1至8中任一项所述的距离传感器装置，其特征在于，

·在一块磁铁上的两对距离传感器分别由一对励磁调节单元操纵的情况下，该位置信息查询装置与相应的距离传感器的一个报文发生器相连，并且

·这样构造该励磁调节单元，使得在其中实现对所传输的位置信息的合理性检验。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该安装空间位于一个固定边缘(26)内，该固定边缘沿着磁铁(20)与该磁铁突出的磁极头(20)并排地设置。

14.根据权利要求13所述的距离传感器装置，其特征在于，

·该固定边缘在其两端具有依照不同布置或设计的识别元件，且

·所述识别元件在该固定边缘的至少一端与一个识别电路相连。

15.一种用于磁悬浮列车的支承磁铁(1)的磁铁(2，3，4)的距离传感器，该距离传感器

·具有以运行频率加载的距离测量线圈，并且

·在安装空间(31)内可以被安装在磁铁(2至4)上，

其特征在于，

·该距离传感器(S1至S12)包括一个位置信息查询装置(30)，用于在该安装空间(31)内查询特定于安装空间的位置信息提供装置。

16.根据权利要求15所述的距离传感器，其特征在于，

·该位置信息查询装置的查询元件是读出线圈。

17.根据权利要求15所述的距离传感器，其特征在于，

·该位置信息查询装置的查询元件是光学查询元件。

18.根据权利要求15所述的距离传感器，其特征在于，

·该位置信息查询装置的查询元件是簧片触点。

19.根据权利要求15所述的距离传感器，其特征在于，

·该位置信息查询装置的查询元件是电接触元件(36至38)。

20.根据权利要求19所述的距离传感器，其特征在于，

·一个电接触元件(36)与辅助电压源(40)的一个电极(39)连接，以及至少一个另外的电接触元件(37，38)通过电阻(42，43)与该辅助电压源(40)的另外的电极(41)连接。

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