CN101528501B - 具有至少一个磁铁系统的磁悬浮列车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有至少一个磁铁装置(27)的磁悬浮列车。磁铁装置(27)具有许多沿行驶方向接连设置的磁极(27a...27n)，所述磁极具有为其配置的各绕组(33)。此外磁悬浮列车还具有一个确定用于给各绕组(33)供以直流电流的电路装置，按照本发明，该电路装置包括一些用于按选择地将磁铁装置调节到导引功能和/或制动功能的开关(41)。

Description

具有至少一个磁铁系统的磁悬浮列车

技术领域

本发明涉及一种磁悬浮列车。 

背景技术

这种类型的磁悬浮铁路与列车例如通过长定子直线电机驱动并且为了驱动列车具有一些确定的三相交流电流绕组，它们沿车行道敷设在一个长定子中。直线电机的励磁场在此由同时起励磁磁铁作用的、设置在列车中的支承磁铁提供，这些支承磁铁构成一个第一磁铁装置(例如DE 39 17 058 C2)。直线电机除用于驱动外还可以用于制动列车。 

此外，开头所述类型的磁悬浮列车优选在两个侧面上分别具有一个第二磁铁装置，它用于功能“导引”并且具有许多沿行驶方向接连设置的磁极和为其配置的各绕组(例如DE 10 2004 056 438 A1)。它们通过电流这样运行，即所有的分别在一个平行于行驶方向的排或平面内的磁极具有同一极性。此外这些磁铁装置借助一些调节回路和配置的间隙传感器这样进行控制，以致下面称为导引间隙的在各磁极与在两侧安装在车行道上的、铁磁的侧面导轨之间的间隙始终保持在相同大小的数值上。 

由于例如在各个或所有支承磁铁和励磁磁铁或驱动系统失效时不再具有制动可能性，确定用于高速的磁悬浮列车附加配备一个所谓“安全的”制动器，它优选由一个涡流制动器构成(DE 10 2004 013 994A1)。一种这样的涡流制动器由一个第三磁铁装置构成，它设置在用于功能“导引”的各磁铁装置之间。该第三磁铁装置与一个导电的反作用导轨优选与侧面导轨协同作用并且具有许多沿行驶方向接连设置的磁极，它们不同于导引磁铁装置以不同的极性优选交替地以北极和南极运行。借此在制动情况下，在反作用导轨中产生涡流，这些涡流根据磁悬浮列车的速度和直流电流的大小或强或弱地制动磁悬浮列车，所述直流电流通过制动磁铁装置的绕组传导。 

根据通用的磁悬浮列车的所述结构，特别产生了两个困难。其一 是，与三个不同的磁铁装置相关联的结构费用是不期望地大和成本高。其二是，各导引磁铁装置和制动磁铁装置沿各侧面导轨的交替的彼此排列导致大量负荷交变，以致产生不均匀的力传导，它们必须由相应加强的列车结构和车行道结构来承接。 

发明内容

由此出发，本发明的技术问题在于，进一步构成开头所述类型的磁悬浮列车，使较简单继而成本低地构成各磁铁装置成为可能，并且在功能“导引”和“制动”情况下实现一种较均匀的力传导。 

根据本发明，提出一种磁悬浮列车，具有一个由支承磁铁构成的第一磁铁装置和一个第二磁铁装置，所述支承磁铁同时起励磁磁铁作用并且提供直线电机的励磁场，所述第二磁铁装置具有许多沿行驶方向接连设置的磁极，所述磁极具有为其配置的绕组，并且磁悬浮列车具有一个连接到各绕组上的电路装置，用于给各绕组供以直流电流，其特征在于，电路装置包括一些与各绕组连接的开关，用于按选择地通过改变其中一些磁极的极性将第二磁铁装置调节到导引功能和/或制动功能。 

按照本发明的磁悬浮列车的特征在于，借助同一个磁铁装置实施功能“导引”和“制动”。因此不仅至今需要的磁铁装置的数目可以从三个减到两个，而且沿整个列车达到一种均匀的力分配。此外还增加了冗余度，因为为功能“导引”和“制动”提供了比至今更多的磁极。 

以下结合附图借助于一个目前认为最好的实施例更详细地说明本发明。其中： 

附图说明

图1通用的磁悬浮列车的示意局部剖面图； 

图2设计有一个已知的导引和制动磁铁装置的按图1的磁悬浮列车的一部分的示意侧视图； 

图3至5已知的导引磁铁装置的结构的不同的示意图； 

图6至8已知的涡流制动磁铁装置的结构的相当于图3至5中的示意图； 

图9和10按照本发明的组合的磁铁装置的示意图，它在图9中设置用于功能“导引”而在图10中设置用于功能“制动”； 

以及 

图11  用于运行按图9和10的磁铁装置的电路框图。 

具体实施方式

图1示意示出了磁悬浮列车1的横剖面图，该磁悬浮列车以通常的方式可移动地安装在一条车行道上，车行道包括由钢和/或混凝土制成的支座2和安装在其上的车行道板3。磁悬浮列车1的驱动借助一个长定子电机实现，该长定子电机具有一些固定在各车行道板3下方的、沿其纵向方向相互接连的定子叠片4。各定子叠片4具有交替接连的、未示出的齿和凹槽，在其中嵌入绕组，各绕组被供以可变振幅和频率的三相交流电。长定子电机的固有的励磁场通过至少一个支承磁铁5产生，该支承磁铁借助至少一个侧面的车架受电弓6固定在磁悬浮列车1上并且具有面向定子叠片4的在图1中向下敞开的凹槽的磁极。支承磁铁5不仅提供励磁场，而且还通过在磁悬浮列车1运行中在支承磁铁5与定子叠片4之间保持一个预定的例如10mm的间隙的方式实现支承和悬浮的功能。 

为了磁悬浮列车1在轨道上运动，各车行道板3具有侧面安装的各反作用导轨或侧面导轨8，同样安装在车架受电弓6上的导引磁铁9与其面对，导引磁铁在运行中用于在其与反作用导轨8之间保持一个相当于间隙7的间隙7a。对此在图1中所示的支承磁铁5和导引磁铁9分别构成一个固定在车架受电弓6上的用于功能“支承”和“导引”的磁铁装置。但明确的是，在磁悬浮列车1上通常可以侧面并排地和沿行驶方向接连地安装许多这样的磁铁装置。每个磁铁装置优选与一个磁背箱连接，磁铁装置借其固定在车架受电弓6上，各车架受电弓本身与一个抗弯的、具有纵向和横向连接器的底架或悬浮架16连接，在其上支承磁悬浮列车1的设有客舱的车厢17(图1)。 

对于按图1的磁悬浮列车1的一个实用的实施例，大致得出在图2中所示的配置。磁悬浮列车1的行驶方向由箭头v表示并且其前端由标记18表示。此外还粗略地示意示出了悬浮架16(图1)的若干悬 浮架部分19，它们沿列车1的纵向方向接连地设置并且通过一些未示出的空气弹簧连接在磁悬浮列车1的车厢17上。各悬浮架部分19具有沿纵向方向隔开距离的、通过纵梁20连接的框架件形式的支承元件21、22，它们各设有前面的和后面的支承部分23、24或25、26。对此在本实施例中，一个沿行驶方向最前面的导引磁铁装置27这样地与一个最前面的悬浮架部分19连接，以致其前端连接在前面的支承元件21的后面的支承部分24上而其后端与后面的支承元件22的前面的支承部分25连接，如图2明显示出的那样。一个接着的导引磁铁装置28通常分别在其前端与最前面的悬浮架部分19的后面的支承元件22的后面的支承部分26铰链连接而在其后端与沿行驶方向随后的悬浮架部分19的前面的支承元件21的前面的支承部分23铰链连接。一个第三导引磁铁装置29类似于第一导引磁铁装置27地与第二悬浮架部分19连接。在第三导引磁铁装置29之后，沿一个相当于一个导引磁铁的长度的部分装入一个制动磁铁装置30，它构成一个无导引磁铁的区域并且是一个同样与侧面导轨8交替作用的涡流制动器。制动磁铁装置30以相同的方式与两个相继的悬浮架部分19铰链连接，如其对第二导引磁铁28适用的那样。一些沿行驶方向的其他的例如相当于导引装置27至29的导引磁铁装置和其他的相当于制动磁铁装置30的制动磁铁装置与该制动磁铁30，直至到达列车1的尾端。此外明确的是，在图2中只示出了磁悬浮列车1的一个沿行驶方向的右侧而在图2中不可见的左侧上可以存在一些相应的导引磁铁和必要时其他的制动磁铁。但作为备选方案，在图2中所示的列车部分也可以是一列磁悬浮列车的一个包括多个相互连接的部分中的一个单独的部分。 

在磁铁装置27至30中用于功能“导引”和“制动”的各磁铁示例性和示意地示于图3至5和图6至8中。 

图3至5首先示出了导引磁铁装置27的结构，其中如同在图1所示的那样，用标记2表示车行道支座，用标记8表示两个在其纵向侧面上安装的反作用导轨和用标记16表示悬浮架。在图3至5中的坐标系规定，如通常那样，通过行驶方向确定x轴，通过横向于行驶方 向的方向确定y轴而通过高度方向确定z轴。此外特别是图4示出，每个反作用导轨8至少各配设有一个固定在悬浮架16上的导引磁铁装置27。 

每个导引磁铁装置27在按图5的实施例中包括许多沿x方向并排设置的磁极27a、27b、27c、...27n和31a、31b、31c、...31n，它们设置在两个平行于x方向延伸和重叠设置的排中，其中每两个重叠设置的磁极(例如27a、31a)分别构成一对并且n表示一个本身任意的整数。这些磁极对27a、31a等通过应用C形设计的磁心32而构成，其中间段平行于z轴设置并且被绕组33包围，这些绕组在磁悬浮列车1运行时这样地被直流电流通流，以致例如在各磁心32的上段分别构成北极N(27a...27n)而在各磁心32的下段分别构成南极S(31a......31n)。如特别在图5中通过箭头34表示的那样，绕组方向和电流方向沿磁悬浮列车1的纵向或行驶方向在全部磁心32上是相同的。其产生的结果是，导引磁铁装置27至29(图2)基本上将一个吸引的磁力(图4中的箭头F)施加到与其对置的、由铁磁材料制成的各反作用导轨8上。借助一些未示出的间隙传感器和调节装置在运行时还保证，供给在车行道支座2的右侧和左侧(图4)上的各绕组33的电流产生一个合力F＝F_左-F_右，该合力将磁悬浮列车1相对于车行道支座2或相对于反作用导轨8这样地定中，使得间隙7a不超过一个预选的数值。此外，除了小的、受各绕组33限制的空隙外，通过磁极27a...27n、31a...31n沿行驶方向可以被紧密并排设置并且具有上面或下面连续的同一极性(图5)，还达到了，在反作用导轨8中只产生小的、只少许增大行驶阻力的涡流。 

磁铁装置28和29(图2)正如借助图3至5描述的磁铁装置27那样构成。 

与此相对，图6至8示出，各制动磁铁装置30(图2)虽然同样具有许多沿行驶方向并排设置的磁极30a、30b...30n(图8)，它们如同导引磁铁装置27至29的磁极27a...27n和31a...31n那样设置在悬浮架16的两个侧面上并且与各反作力导轨8面对，同时分别构成一个 间隙7c(图7)。但与导引磁极不同，磁极30a...30n例如由其轴线垂直于各反作用导轨或平行于y轴的棒形磁心35构成。此外，各磁心35还被具有相应延伸轴线的各绕组36包围并且在其背面与至少一个磁背35相连接。在正常运行时，这些绕组36是无电流的。如果需要紧急制动或由于其他的原因想要使用制动磁铁装置30，则这样供给各绕组36直流电流，以致例如一个磁极30a(图8)是南极S，一个接着的磁极30b是北极N，下一磁极30c又是南极S，等等，亦即沿x方向相继的磁极30a...30n交替地是北极或南极。为此需要的电流方向通过箭头37示意地示于图8中。 

由于北极和南极的这样的交替配置和磁极30a...30n相对于由实心的和导电的材料制成的各反作用导轨8的沿x方向实现的运动，在供给各绕组36直流电流时，形成交变磁场，它们在各反作用导轨8中感应交变电场继而感应涡流，它们试图制止其形成的原因，亦即磁极30a...30n的运动，并由此制动磁悬浮列车1。制动力的大小通过供给各绕组36的电流的强度是可控制的。 

所述类型的磁悬浮列车以及导引磁铁装置和制动磁铁装置对于本领域技术人员来说由出版物DE 10 2004 056 438 A1和DE 10 2004 013994 A1是已知的，为了简便起见，在此通过引用该出版物作为当前公开的主题。 

一种由按图2至8的配置产生的问题在于，在悬浮架16(图1)中产生一种不均匀的力传导。由此产生了偏转力矩，它们必须由悬浮架16和车厢17或车行道2(图1)来承接。在一种具有一个中间的制动磁铁30和例如各三个在其前面或其后面设置的导引磁铁27至29的磁悬浮列车1中，总共产生四次负荷交变，亦即在磁悬浮列车2的两端各一次而在制动磁铁30的区域内另外两次。这特别在快速行驶的磁悬浮列车1中由于因此施加到车行道2上的力是不期望的。 

图9和10示意示出一种按照本发明的磁铁装置，其中从图3至5中所示的磁铁装置出发，如图9和10与图5的比较表明的那样。各相同的部分因此设有与图3至5中相同的标记。 

不同于图3至5，不是各个磁极27a...27n和31a...31n的所有的绕组33都直接连接到一个调节回路的两个示意示出的输出端38上，其中字母n在这里表示一个整数并优选还是偶数。更确切地说，这只适用于每隔一个绕组33a、33c...33n-1，它们固定连接到每个与调节器的相关输出端38连接的导线39或40上，其在中图9中的箭头w和x示意地说明沿导线39、40流动的直流电流的方向。由此得出，假定相同的绕组方向，即一方面磁极27a、27c等而另一方面磁极31a、31c等全部具有相同的极性(例如上面只有北极N，下面只有南极S)。 

相反，绕组33b、33d...33n的输入端和输出端经由开关41b1、41b2...41n1、41n2的活动触点与导线39、40可连接，其中未示出的绕组33d是一个想象的、接在绕组33c之后的绕组，其中可以例如共同转换所有开关41的活动触点，如通过一个滑板42示意说明的那样。对此明确的是，只是为了更好的理解，开关41在图9和10中作为机械操纵的开关示出，但事实上优选由电子开关构成。 

在图9中所示的开关41的位置上，绕组33b、33d...33n的输入端与导线39而绕组33b...33n的输出端与导线41分别连接。如果假定再次到处都是相同的绕组方向，在此在磁极27b、27d...27n中形成与在磁极27a、27c、...27n-1中相同的极性，其中n假定为一个整偶数，其中磁极27d是一个想象的、在图中未示出的磁极，它接在磁极27c之后。在这种状态下，按图9的磁铁装置正好相当于图5的，亦即所有的北极N位于上面而所有南极S位于下面，尽管当然也可以是相反的。因此按图9的磁铁装置在图2中可以用作为导引磁铁装置27、28和29。 

图10示出同一磁铁装置，但开关41b1、41b2...41n1、41n2处在另一位置。开关41现在通过操纵示意示出的滑板42这样被调节，以致绕组33b、33d...33n的输入端与导线40连接，而绕组33b、33d...33n的输出端与导线39相连接。由于绕组方向没有变化，这产生的结果是，现在上面的磁极27b、27d...27n是南极S，而相应的位于下面的磁极31b...31n是北极N。因此不仅在上排而且还有在下排的磁极 中交替地出现北极和南极，如还在图8中对于只有一排磁极所示的那样。因此按图10的磁铁装置现在在图2中适合用作制动磁铁装置30，因为在各磁极相对于各反作用导轨8运动时，两排磁极形成交变磁场并且在各反作用导轨8中可以产生制动的涡流。 

因此按照本发明，同一磁铁装置(图3至5)不仅可用作为导引磁铁(图9)而且还可用作为制动磁铁(图10)，根据开关41是占据按图9的位置还是按图10的位置而定。因此本发明的磁悬浮列车优选在车行道支座2的两个侧面上配备有至少各一个例如按图3至5的磁铁装置，其中符合目的是，这两个磁铁装置结构相同并且镜像对称于一个平行于行驶方向延伸的列车中平面43(图4)地设置。该磁铁装置的各个绕组33在此通过一些按图9和10的电路装置与一些适合的电源连接，以便借助各开关41按选择调节导引功能和/或制动功能。 

在图11中示出一个示意的电路框图，它显示了按图9和10的磁铁装置的控制。在此假定，在一个列车1或一个列车部分(图2)的每一侧面上都存在同类的磁铁装置45al(l＝左侧)和45ar(r＝右侧)至45kl和45kr，其中k可以是任何一个整数。按照图9和10，每个磁铁装置通过导线39和40和所属的开关41al、41ar等等被供以电流。该电流以已知的方式由一些调节电路提供，它们具有用于测量导引间隙7a(图1)的间隙传感器46和与其连接的调节器47和电流调整器48，它们与各开关41和磁铁装置45一起分别构成一个由虚线包围的磁铁系统49al、49ar等等。导线50a...50k在图6中表明，在每对配套的磁铁系统49al、49ar或49kl、49kr中这样进行调节，使得在两个列车侧面上产生相同的导引间隙7a。 

在正常情况下，各开关41位于按图9的位置，从而调节器47保证通常的间隙调节。相反，如果需要开始一个制动过程，为此则激活图6中示意示出的制动控制器51，它具有k个输出端51a至51k，它们分别与一对磁铁系统49al、49ar至49kl、49kr连接。此外利用一些导线52和53还表明，制动控制器51一方面可以对调节器47产生影响，另一方面可以对开关41al、41ar等等产生影响。 

在制动情况下，制动控制器51一方面通过导线53保证开关41al、41ar等等转接到按图10的各位置。另一方面在制动情况下将一些信号这样地供给各调节器47，以致分别将这样的如在制动情况下需要的电流叠加给一对中的两个磁铁装置(例如磁铁装置45al、45ar)。这些电流优选对一对中的两个磁铁装置是相同大小的，由此为导引功能所需要的两个电流的差值在左侧和右侧保持相同大小。 

在制动过程结束以后，使制动控制器51去激活，从而各开关41返回到按图9的各位置，并且磁铁装置45al、45ar等等又如在进入制动操作之前那样工作。 

所述的磁铁装置提供了许多优点。首先在导引功能情况下供给各绕组33的电流可以具有不同于在制动功能情况下的电流强度。对于制动功能来说，根据相应的列车速度一般需要较大的并且还是不同大小的电流，而对于导引功能来说比较小的电流就足够了。此外本发明在需要时即使在制动情况下也能够保留导引功能。由于对于导引功能来说必需这样地选择例如在右侧的和左侧的列车侧面上的电流，以致将列车永久地保持在轨道中，在制动情况下需要在右侧和左侧分别只将一个在两个侧面上相同大小的制动电流叠加给这些电流，以便不改变导引功能也保持制动功能。 

所述的配置的一个特别的优点还在于，可以这样地选择各磁极沿整个磁悬浮列车1的顺序，如由图9和10显而易见的那样，亦即不同的磁铁装置不必交替。如果在这种情况下只需要导引功能，这相当于调节情况，在列车长度上除两端外不再包含干扰的负荷交变，在将磁极27a...27n、31a...31n无空隙或尽可能无空隙设置时尤其如此。此外比至今为制动功能提供了更多的磁极，如图2和10的比较所表明的那样。还有利的是，冗余度不仅在调节导引功能时而且在调节制动功能时均大于至今的，因为对于两种功能可以采用比至今更多的磁极。最后另一优点在于，可以用可选数目的磁极调节制动功能。这例如可以通过将电路装置设计成使各开关41不必用同一滑板42或同时操纵，而可单独地或成组地转接来实现。按这种方法，制动力借助电流强度 和/或借助选择的磁极的数目可以在相当大程度上任意匹配在特殊情况下所要求的条件。 

本发明并不限于所述的实施例，它可以按多种多样的方式加以改变。这特别适用于磁极27a...27n、31a...31n的结构上的实施形式。可设想例如采用具有不同于按图3的C形形状的磁心32，例如具有一个E形状的。按图9和10的电路装置也可以构成不同的，特别这基本上取决于存在的磁极排的数目和用于选择制动磁极的可能性。此外明确的是，一个磁悬浮列车1在每一侧面上可以具有多个沿行驶方向接连设置的按图9和10的磁铁装置，它们的绕组单独地或成组地连接到不同的调节器上。此外还可设想一些结构，其中各反作力导轨8不设置在各侧面上，而设置在车行道支座2的一个中心部分中，在那种情况下，一个唯一的反作用导轨也足够了。最后当然也可以以不同于所述的和所示的组合来应用各不同的特征。 

Claims (10)

1.磁悬浮列车，具有一个由支承磁铁构成的第一磁铁装置和一个第二磁铁装置(27)，所述支承磁铁同时起励磁磁铁作用并且提供直线电机的励磁场，所述第二磁铁装置具有许多沿行驶方向(x)接连设置的磁极(27a...27n)，所述磁极具有为其配置的绕组(33)，并且磁悬浮列车具有一个连接到各绕组(33)上的电路装置，用于给各绕组(33)供以直流电流，其特征在于，电路装置包括一些与各绕组(33)连接的开关(41)，用于按选择地通过改变其中一些磁极(27a...27n)的极性将第二磁铁装置调节到导引功能和/或制动功能。

2.按照权利要求1所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节到导引功能时，所有的磁极(27a...27n)沿行驶方向(x)连续地设有相同的极性，而在调节到制动功能时，沿行驶方向(x)部分地设有相反的极性。

3.按照权利要求1或2所述的磁悬浮列车，其特征在于，磁极(27a...27n)沿行驶方向(x)无空隙地接连地设置。

4.按照权利要求1所述的磁悬浮列车，其特征在于，第二磁铁装置(27)的磁极(27a...27n；31a...31n)沿行驶方向(x)重叠并相互平行设置在至少两排中，其中每两个重叠设置的磁极(27a、31a；27b、31b等等)构成一对，并且每一对的两个磁极(27a、31a；27b、31b等等)以相反的极性运行。

5.按照权利要求4所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节到导引功能时，在两排的第一排中的所有的磁极(27a...27n)连续地以相同的极性运行，在两排的第二排中的所有的磁极(31a...31n)同样连续地以相同的、但与第一排相比相反的极性运行。

6.按照权利要求4或5所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节制动功能时，不仅在两排的第一排中的磁极(27a...27n)而且在两排的第二排中的磁极(31a...31n)至少部分地以沿行驶方向(x)分别交替相反的极性运行。

7.按照权利要求1或2所述的磁悬浮列车，其特征在于，还具有一个第二磁铁装置(27)，两个第二磁铁装置在两个列车侧面上平行设置并且结构相同且镜像对称于一个平行于行驶方向(x)延伸的列车中平面(43)地设置。

8.按照权利要求7所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节制动功能时保留导引功能。

9.按照权利要求4或5所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节制动功能时，制动力借助预选数目的磁极(27a...27n；31a...31n)实现。

10.按照权利要求4或5所述的磁悬浮列车，其特征在于，在调节制动功能时，制动力借助供给磁极(27a...27n；31a...31n)的各绕组(33)的电流实现。

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