CN101505993B - 用于磁悬浮列车的磁铁装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁悬浮列车的磁铁装置，它具有至少一个磁极(22)，磁极具有一个确定一个磁极面(23)的磁心(6)和一个为了形成一个自由空间(24)而相对于磁极面(23)错后的绕组(5)。磁极(22)设有至少一个传感器，该传感器含有一个至少局部设置在自由空间(24)中的传感器头(9a)和一个电子装置功能块(9b)。根据本发明，传感器头(9a)实体上与电子装置功能块(9b)分开，而与磁心(6)一起组合成一个单体的、用一个公共防蚀层(26)包围的结构单元。

Description

用于磁悬浮列车的磁铁装置

技术领域

本发明涉及一种用于磁悬浮列车的磁铁装置。 

背景技术

已知的这种类型的磁铁装置至少具有一个传感器，该传感器用于测定一个磁极面距一个用于磁悬浮列车的传导的反作用轨的距离，并且用于调节在磁极面与反作用轨之间的间隙的大小(例如DE 31 16 036 C2、EP 0 753 718 B1)。 

反作用轨涉及例如一个长定子，它由许多一个接一个设置的定子叠片(Statorpaketen)组合而成并且是一个用于磁悬浮列车的长定子-直线电机的一部分。用于这种磁铁装置的传感器一般含有一个设有至少一个测量线圈或传感器线圈的传感器头和一个为传感器头配设的电子装置功能块，该电子装置功能块例如包括用来生成、处理和/或评估传感器信号的电路，且该电子装置功能块与一个带有一个调节器和一个励磁电流调整器的通常的调节电路连接，以便由此将在磁极面与反作用轨之间的间隙的大小保持在一个预选的额定值上，如10mm。 

所述传感器的传感器头总是设置在一个选择的磁极旁边并且这样设置，以致它们都接邻同一平面，如其磁极面。在这种情况下，传感器头实际上与配设的电子装置功能块一起形成各L形的构件，其中，传感器头设置在一个挨着磁极而远离其励磁绕组的空间内，并且电子装置功能块在磁铁装置的面向行车道的前面(例如DE 10 2004 012 748 A1或ZEVrail Glasers Annalen，Oktober 2003，Sonderheft“Transrapid”，S.62，63)。一种这样构成和设置的传感器工作起来虽然没有问题，但仍不能满足所需的要求。 

例如认为不利的是，传感器在磁悬浮列车运行时与所属的磁极一起运动，因而与其一样受到高的机械负荷。这些负荷可能会对电子装置功能块和间隙调节产生不利影响。虽然出于冗余原因，大多存在两个这样 的传感器。但仍应尽量避免电子装置部件发生故障，因为间隙大小的一次可靠调节对于悬浮状态来说是绝对必要的先决条件继而对于磁悬浮列车的运行来说也是绝对必要的先决条件。 

已知的磁铁装置的另一个缺点是由这样的事实引起的，即传感器头的表面应与磁极面准确齐平地设配，其与反作用轨的间隙要受监控。这就需要昂贵的固定技术并且因此除了提高结构件数量之外，还会导致传感器的故障安全性的降低。 

发明内容

由此出发，本发明要解决的技术问题在于，这样设计一种本文开始所述类型的磁铁装置，以致尽量或完全避免所述缺陷。 

根据本发明，提出一种用于磁悬浮列车的磁铁装置，具有至少一个磁极和至少一个传感器，磁极具有一个确定一个磁极面的磁心和一个为了形成一个自由空间而相对于磁极面错后的绕组，传感器用于测定磁极面距一个用于磁悬浮列车的反作用轨的距离，其中传感器具有一个至少局部设置在自由空间中的传感器头和一个电子装置功能块，其特征在于，传感器头实体上与电子装置功能块分开，而与磁心一起组合成一个单体的、用一个公共的防蚀层包围的结构单元。 

本发明自身具有的优点是，传感器头集成到磁铁装置中并且是其一个固定的组成部分。这样，一方面用于安装和调节传感器头的昂贵的措施变得多余，另一方面不再有在磁悬浮列车运行时传感器头松脱并由此可能使间隙信号失真的危险。此外，将电子装置功能块与传感器头分开导致的可能性是，在需要时将电子装置功能块弹性地支承在磁铁装置上或这样地安装在一个远离磁铁装置的地方，以致它们不需要参与磁极的运动。在这两种情况下，电子装置功能块都会得到保护，以免由于机械振动或类似运动而以后受到损坏，这就大大提高了传感器的选择安全性。 

根据本发明的一种有利的实施形式，传感器头具有至少两个部分，它们设置在一个属于同一磁极的磁心的不同的侧面上。 

附图说明

下面结合关于一些实施例的附图对本发明进行更详细地说明。其中： 

图1    一辆磁悬浮列车的一个已知的、具有两个磁铁装置的模块的示意透视图； 

图2    根据图1的磁铁装置的一个传感器头的示意透视图； 

图3    传感器的一个电子装置功能块，传感器具有用于根据图1的磁铁装置的一个磁极的后续的调节电路； 

图4    磁铁装置的前视图，磁铁装置带有一个唯一的磁极和一个为其配设的、根据本发明的传感器； 

图5根据图4的磁铁装置的侧视图，和 

图6和图7一个磁铁装置的与图4和图5相对应的视图，磁铁装置带有三个并排设置的磁极和两个为其配设的根据本发明的传感器。 

具体实施方式

图1示意示出一个在磁悬浮列车上所使用的具有一个支承磁铁形式的第一磁铁装置1和一个导引磁铁形式的第二磁铁装置2的模块。模块固定在车架受电弓3上，后者以已知的方式与一辆磁悬浮列车的车厢的悬浮车架或类似物连接。 

在本实施例中，用于功能“支承”的磁铁装置1含有十二个一个接一个设置的磁极4，如在图1中对一个磁极4a的放大图所示的那样，磁极的优选地电气成组地串联的绕组5和磁心6通常在四周被一个例如由环氧树脂构成的防蚀层7包围。各磁心6通过图中未示出的极背(Polrücken)相互连接并通过图中未示出的极侧壁(Polwangen)与一个磁背箱8固定连接且沿磁铁装置1的纵向一个接一个地设置。在装入状态，该方向一般与磁悬浮列车的纵向或行驶方向一致。 

为了这样调节通过绕组5的通过电流，使得在磁极4和一个图中未示出的反作用轨(Reaktionsschiene)例如一个长定子之间的间隙的大小在磁悬浮列车运行期间保持恒定，每个组的磁极4(图1)的至少一个传感器9使用一个由图2可看出的传感器头9a和一个由图3可看出的电子装置功能块9b。如图1所示，已知的传感器9总体上包括一个单体的、L形的构件，其中传感器头9a设置在两个相邻的磁极4之间，而电子装置功能块9b则位于磁铁装置1的前面。 

根据图2，传感器头9a含有例如至少一个传感器线圈或测量线圈10，它设置在一个朝反作用轨那边敞开的、传导的(金属的)壳体11的开口平面中。此外，传感器头9a还可以设有至少一个另外的线圈12，该线圈例如面对着壳体11的底部11a设置并且设置在该底部与传感器线圈10之间。 

图3以简化示意方式示出了设置在未详细示出的壳体中的电子装置 功能块9b。该功能块9b含有用于生成、处理和/或评估传感器信号的电路并且连接到一个用于配设的磁极组的调节电路14上。这一调节电路含有例如一个调节器15、一个励磁电流调整器16和一个比较器17。比较器17连接到电子装置功能块9b的输出端和一个额定值发送器上并且在一个与调节器15连接的输出端以已知方式提供一个信号，该信号与现实间隙大小(实际值)和一个固定的或适应的额定值之差成比例。调节器15由此检测一个用于励磁电流调整器16的调整信号，励磁电流调整器本身这样地控制通过所属磁极的绕组5或通过所属磁极组的绕组的电流，使得间隙具有一个基本恒定的大小并在磁悬浮列车行驶期间保持不变。 

在图2和3中示出一个传感器9的各部件，而图1示出了磁铁装置1优选在每一端部各含有两个这样的传感器9。由此在磁铁装置9的每个端部上，间隙大小可以冗余地进行调节。在已知装置中(图1)，传感器头9a和电子装置功能块9b总是组合成一个单体的构件，该构件以未示出的方式与磁铁装置连接并且必须对准磁极面。 

用于功能“导引”的磁铁装置2在磁极18(图1)的数量、构造和配置方面可以设计为不同于磁铁装置1。然而磁极18也设有传感器20，合乎目的是，这些传感器原则上与传感器9一样地设计和配置并且用于确定在磁极18和一个侧导轨形式的反作用轨之间的间隙。传感器20同样也具有传感器头和电子装置功能块，以至于在这方面可以参看图2和图3。 

由开始给出的文献中大概已知了一些所述类型的磁铁装置、间隙传感器和调节回路。它们通过引用变成现在公开的主题，以免重复叙述。 

图4和图5借助一个磁铁装置示出了本发明的第一的且被认为是最好的实施例，该磁铁装置具有一个唯一的磁极22。如图1所示，磁极含有一个带有要面向一个反作用轨的磁极面23的磁心6和一个包围磁心6的绕组5。绕组5相对于磁极面23错后，就是说它终止于一个位于磁极面23下方的平面，以致在它与由磁极面23形成的平面之间产生一个包围磁心6的自由空间24。 

自由空间24用于至少部分地接收一个例如按照图2构成的传感器头 9a。在图4(侧视图)的特定情况下，传感器头9a约一半处在自由空间24中，而其另一半侧向伸出绕组5。此外，与图2相反，传感器头9a实体上与电子装置功能块9b分开，而只有通过一条连接电缆25与它电气连接。由此可以将电子装置功能块9b与传感器头9a的位置无关地这样安装在磁铁装置的一个实际上任意的位置上，以致电子装置功能块在磁悬浮列车运行时不必参与磁极22的运动。还可以借助一个适当的弹簧将这样地将电子装置功能块9b支承在磁极22或磁背箱8上(图1)，以致使之受到保护免遭突然运动。由此确保位于其内的电气构件的使用寿命不受持续不断的机械运动限制。此外，具有优点的还在于，电子装置功能块9b与磁极22的相对位置不是很严格，也就是说无需做调节工作。最后，电子装置功能块9b在其与磁极22分开设置时，还可与另一些电气构件组合。 

根据本发明，传感器头9a集成到磁极22中并与其组合成一个单体的结构单元。这通过以下方法实现，即至少磁心6和传感器头9a，但优选还有绕组5，在其按图4所示的方式组合之后，用一个公共的防蚀层26包围，防护层在图4和图5中用虚线表示。由此带来的优点是，传感器头9a只在生产磁极22时才必须一次精确对准磁极面23并且在用一种环氧树脂混合物或类似物浇注成型之后保持与磁极面23的相对位置不变。另外，由此实现了传感器头9a在将磁极22正确安装在磁背箱8中或上之后自动占据其相对于磁极面23的正确位置，也就是说，即使对于传感器头9a，也完全避免了繁琐的事后要做的调节和固定工作。 

如图5所示，传感器头9a也向前稍微伸出磁极22的绕组5。由此出现的可能性是，连接电缆25由传感器头9a向下畅通无阻地伸出。但另外也可以使传感器头9a向前与磁心6的外面齐平地结束。确定传感器头9a在各情况下的外形尺寸特别取决于现有可用空间，还取决于要容纳一个多大面积的示例性示出的测量线圈，以便产生足够强的测量信号。 

用一个防蚀层包封在此感兴趣类型的磁极原则上是已知的(例如DE19703497AI)。本发明的目的是可以类似的方式运用这种已知方法，必要时在采用适当定位工具的情况下，在将磁极22放入注模之前，使传 感器头9a以要求的方式定位。 

图6和7借助一个磁铁装置示出了本发明的第二实施例，磁铁装置带有三个磁极22a、22b和22c，其中相同部分用与图4和图5相同的标记表示并附加地用字母“a”、“b”和“c”表示，遮盖线用虚线表示。 

由图6可看出，磁极22a包括一个磁心6a、一个绕组5a和一个传感器头9a，完全如图4的磁极22那样构成。传感器头9a的在图4所示的、(向左)伸出绕组5一半的部分在图6中位于磁铁装置的向左随后相邻的磁极22b的一个相应于自由空间24的、面对磁极22a的自由空间内。传感器头9a的这个部分不需要与磁极22b连接，因为传感器头9a与磁极22a固定连接并且两个磁极22a、22b定位精确地安装在磁背箱8中(图1)。此外，图6还示出，包括一个磁心6b、一个绕组5b和一个另外的传感器头9a的磁极22b与磁极22a构成完全相同。为清楚起见，在图6中用比普通部分更粗的线条勾画了两个磁极22a、22b的轮廓。由此可以看出，磁极22b的传感器头9a同样一半向左伸出绕组5b，以便能以一种相应交错的结构方式向左连接一个另外的磁极。 

图6和图7中，为避免含糊不清，没有示出一方面包围所述部分5a、6a和9b而另一方面包围所述部分5b、6b和9a并且连接成一个固定的、统一的结构单元的防蚀层26。 

由图1可看出，按照图6的装置主要示出了在应用本发明的情况下在一个具有十二个磁极4的磁铁装置的右端部上发生的情形。因此，如果与图1相似，在图6向左的磁极22b上连接一些另外的没有传感器9的磁极(例如22c)，那么合乎目的的是，图6最左边留出的下一个磁极22c的自由空间就设置一个一直延伸到相应磁极面23c的、用虚线表示的由磁中性材料制成的填块27。接下来的在图6中未示出的各磁极然后将分别具有一个绕组，该绕组向上大致一直延伸到相应的磁极面为止，因为对于这些磁极来说不再需要自由空间24。在这种情况下，填块27跨接一个在磁极22c和下一个磁极之间形成的级(Stufe)。 

在图1所示的磁铁装置的左端部上可以设置相应的传感器，它们的传感器头9a例如向右伸出所属的绕组。 

合乎目的的是，按照图6的传感器具单独为它们配设的电子装置功能块9b。这些电子装置功能块设置在各自的磁铁装置的前面上并且覆盖两个相邻接的磁极22a、22b或22b、22c的绕组的相互面对的部分。按照与图5类似的图7是一个单个磁极22b的侧视图，这里的电子装置功能块9b虽然直接设置在相关的传感器头9a下面，但如图4和图5所示那样实体上与传感器头9a分开，而只是通过图中未示出的连接电缆与其电气连接。因此，就是在本实施例中，电子装置功能块9b也可弹性支承而不影响传感器头9a的功能。 

本发明并不限于上述实施例，可以多种方式进行改变。特别是由附图可以得出，每个磁铁装置的磁极数量可以在很大范围内变化。除了至少一个设有一个传感器9的磁极22之外，还可以存在具有或不具有传感器的另外的磁极22b、22c。就是在一个磁铁装置内设有一个传感器的那些磁极的数量也可依据各个情况做出不同选择。在这种情况下，可既涉及用于功能“支承”的磁铁装置，又涉及用于功能“导引”的磁铁装置。另外很清楚的是，与图4和图7相反，传感器头9a不一定由一个装入两个相邻的磁极的相互面对的自由空间中的单一部分构成(图6)，而是可以由两个或多个相互电气连接的部分构成，其中例如在图4中，一个设置在磁心6左侧(和/或后面)的自由空间24中，而另一个设置在磁心6右侧(和/或后面)的自由空间24中。在这种情况下，传感器头9a优选总体上四周与相关的绕组5的外表面齐平地结束。然而，一般情况下，传感器部分在磁心6前或后的配置只在与磁心6配合作用的反作用轨以相应方式向前或向后伸出磁心6时才有意义。另外很清楚的是，上述磁铁装置在需要时可以设置附加构件。属于此类的例如有在其下面磁性连接相邻磁心6a、6b或6b、6c的普通的磁背28(图6和图7)和/或沉埋配置在磁极面23内的、直线发电机的用于产生电流的绕组。最后可以理解的是，也可以与上述和图示的组合不同地应用不同的部分。 

Claims (5)

1.用于磁悬浮列车的磁铁装置，具有至少一个磁极(22、22a、22b、22c)和至少一个传感器(9)，磁极具有一个确定一个磁极面(23、23a、23b、23c)的磁心(6、6a、6b、6c)和一个为了形成一个自由空间(24)而相对于磁极面(23、23a、23b、23c)错后的绕组(5、5a、5b、5c)，传感器用于测定磁极面(23、23a、23b、23c)距一个用于磁悬浮列车的反作用轨的距离，其中传感器(9)具有一个至少局部设置在自由空间(24)中的传感器头(9a)和一个电子装置功能块(9b)，其特征在于，传感器头(9a)实体上与电子装置功能块(9b)分开，而与磁心(6、6a、6b)一起组合成一个单体的、用一个公共的防蚀层(26)包围的结构单元。

2.按照权利要求1所述的磁铁装置，其特征在于，传感器头(9a)与磁心(6、6a、6b)和绕组(5、5a、5b)一起组合成所述结构单元。

3.按照权利要求1或2所述的磁铁装置，其特征在于，该磁铁装置具有至少两个相邻的磁极(22a、22b)，它们具有相互面对的自由空间(24)，并且传感器头(9a)分别大约一半设置在两个自由空间的每一个中。

4.按照权利要求1或2所述的磁铁装置，其特征在于，传感器头(9a)具有至少两个部分，它们设置在一个属于同一磁极(22、22a、22b)的磁心(6、6a、6b)的不同的侧面上。

5.按照权利要求1或2所述的磁铁装置，其特征在于，电子装置功能块(9b)被弹性地支承。

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