CN101610933B - 用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车的极方位角的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车(10)的极位置的方法，其中通过磁场传感器(MS1-MS10)的测量值(Sm，Cm)确定轨道侧的定子(30)的定子磁场(S)和所述磁悬浮列车的磁参考轴(Bf)之间的极方位角(γ)。按照本发明设计为，通过至少三个沿列车纵向间隔布置的磁场传感器(MS1-MS10)检测与所述定子磁场相关的测量值，通过所述磁场传感器的测量值为每个磁场传感器位置(x)分别确定定子磁场的场强值(Hs(x))以及当所确定的场强值满足预定的最低标准时，则通过所述磁场传感器的测量值的至少一个分组确定所述极方位角，否则产生错误信号(F)。

Description

用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车的极方位角的方法和装置

本发明涉及一种用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车的极位置的方法，其中，通过磁场传感器的测量值确定轨道侧的定子的定子磁场和磁悬浮列车的磁参考轴之间的极方位角。

用于测量极方位角的磁悬浮列车极位置测量装置例如在Transrapid(德国的以磁悬浮技术发展的高速交通工程)中应用。已知的极位置测量装置分别装备有磁场传感器对，用于测量磁悬浮轨道的轨道侧的定子的定子磁场。两个磁场传感器之间的间距通常为τ/2，其中，τ是轨道侧的定子磁场的基波的波长，在Transrapid中例如为258mm。一评估装置与磁场传感器对的两个磁场传感器连接，该评估装置通过两个磁场传感器的测量值确定轨道侧的定子的定子磁场和磁悬浮列车的磁参考轴之间的极方位角。在Transrapid中用霍尔传感器作为测量传感器，这种传感器由于结构类型所致可方向敏感地测量，并且因此分别具有一可敏感测量的优选测量方向。通过霍尔传感器测量定子磁场的预定方向分量，具体是磁场的x-分量，也就是在列车纵向或行驶方向上的分量，或者z-分量，也就是垂直列车纵向向上或向下的分量。

从前述类型的方法出发，本发明所要解决的技术问题是，就更好的测量精度方面进一步发展所述方法。

按照本发明，该技术问题通过一种用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车的极位置的方法解决，其中，通过磁场传感器的测量值确定轨道侧的定子的定子磁场和磁悬浮列车的磁参考轴之间的极方位角，按本发明设计为，通过至少三个沿列车纵向相间设置的磁场传感器检测定子磁场相关的测量值，然后通过磁场传感器的测量值针对每个磁场传感器位置分别确定定子磁场的场强值，并在所确定的场强值满足预定的最低标准时通过磁场传感器的测量值的至少一个分组确定极方位角，否则发出错误信号。

本发明的一个重要优点在于，由于考虑了至少三个磁场传感器，可以实现比现有技术更可靠的极位置测量结果，因为可以发现轨道定子或轨道定子区域中的故障位置，并且可以在极方位角值中避免由此导致的错误。例如假设定子磁场在故障位置大于或小于在非故障区域内的定子磁场，那么通过比较三个或更多个磁场传感器的测量结果就可以发现；这使得可以仅使用没有故障的测量值或在十分显著的故障情况下发出故障信号。

为形成定子磁场的磁场强度值，优选考虑在列车-x-方向的定子磁场分量和在列车-z-方向的定子磁场分量。例如，每个磁场传感器位置的定子磁场的场强值按照：

$\mathrm{Hs}\left(x\right)=\sqrt{{\mathrm{Hsx}}^2\left(x\right)+{\mathrm{Hsz}}^2\left(x\right)}$

其中，x是磁场传感器位置，Hsx是列车-x-方向的定子磁场分量，而Hsz是列车-z-方向的定子磁场分量。

尤其优选为每个磁场传感器位置分别测量在列车-x-方向的定子磁场分量和在列车-z-方向的定子磁场分量，并且通过测得的关于列车-x-方向的定子磁场分量和列车-z-方向的定子磁场分量的测量值确定场强值。因此，场强值在此仅仅通过测得的涉及各磁场位置的磁场分量形成。

作为上述方案的替代，为每个磁场传感器位置分别要么测量列车-x-方向的定子磁场分量，要么测量列车-z-方向的定子磁场分量；在这种情况下，例如各磁场传感器位置的分别另一个定子磁场分量通过计算确定，具体通过沿列车纵向向前或向后错移τ/2的位置上的测量值，其中，τ是轨道定子磁场的基波的波长。因此，场强值在此通过由来自不同测量位置的测量值形成。

也可以为每个磁场传感器位置分别确定两个场强值，其中，一个场强值通过在磁场传感器位置测得的定子磁场分量以及在沿列车纵向向前错移τ/2处测得的定子磁场分量形成，并且其中，另一场强值通过在磁场传感器位置测得的定子磁场分量以及沿列车纵向向后错移τ/2处测得的定子磁场分量形成。在这种情况下，磁场传感器位置处的测量值例如仅当至少一个为各磁场传感位置形成的场强值满足预定的最低标准时才考虑。

例如可以这样地实施该方法，即，通过设置在磁场传感器位置的磁场传感器为每个磁场传感器位置分别测量列车-x-方向上的定子磁场分量，并且计算确定该位置的列车-z-方向的所属定子磁场分量，具体是利用相对磁场传感器位置沿列车方向向前或向后错移τ/2的那个磁场传感器的列车-x-方向的测量值来计算。优选至少两次利用为每个磁场传感器在列车-x-方向测得的测量值，亦即一次用作为各磁场传感器位置在列车-x-方向的测量值，以及至少一次作为沿列车纵向向前或向后错移τ/2的磁场传感器位置的列车-z-方向测量值。

作为上述方案的替代，该方法也可以这样地实施，即，通过设置在磁场传感器位置的磁场传感器为每个磁场传感器位置分别测量沿列车-z-方向的定子磁场分量，并且计算确定该位置上列车-x-方向的所属定子磁场分量，具体来说是利用相对该磁场传感器位置沿列车方向向前或向后错移τ/2处的那个磁场传感器在列车-z-方向的测量值来计算。例如至少两次使用为每个磁场传感器在列车-z-方向测得的测量值，亦即一次用作为各磁场传感器位置在列车-z-方向的测量值，以及至少一次作为沿列车纵向向前或向后错移τ/2的磁场传感器位置的列车-x-方向的测量值。

磁场传感器的测量值优选分为至少两(分)组，其中，第一组测量值用于形成极方位角，而其余组的测量值不予采纳。

例如可以根据确定的场强值确定尽可能最小的、包含一预定数目的场强值的场强格窗。在这种情况下，所属的场强值位于所述场强格窗中的那些磁场传感器位置的测量值被用于形成极方位角，而其余测量值则被舍弃。

必须位于场强格窗中的场强值的预定数目例如是可供利用的场强值的至少50％。

优选确定场强格窗的格窗尺寸，并且当场强格窗超过最大格窗尺寸时发出错误信号。最大格窗尺寸例如可以根据位于场强格窗的场强值的平均值确定。最大格窗尺寸优选小于位于场强格窗中的场强值的平均值的125％与该平均值的75％的差，优选小于该平均值的110％与该平均值的90％的差。

作为替代或补充，可以检查在第一测量值分组内或位于场强格窗内的最少数目的场强值是否属于相互直接相邻的磁场传感器位置，如果是，则使用这些测量值，如果不是，则发出错误信号。最少数目例如可以优先给定。作为替换，最少数目可以根据第一测量值分组或位于场强格窗中的场强值的数量确定。

作为替代或补充，可以检查第一测量值分组或场强格窗中的最小场强值是否超过一预给定的最小值，如果是，则使用这些测量值，否则发出错误信号。

作为替代或补充，可以通过场强传感器的场强值形成平均值，如果该平均值超过一预定的最小值，则使用该测量值，否则发出错误信号。

也可以这样执行该方法，即，通过场强值确定方差值，如果方差值小于预定的最大方差值，则利用磁场传感器的测量值来形成极方位角，否则发出错误信号。

本发明还涉及一种用于磁悬浮铁路的磁悬浮列车的极位置测量装置，带有一评估装置，该评估装置通过磁场传感器的测量值确定轨道定子的定子磁场和磁悬浮列车的磁参考轴之间的极方位角。这种极位置测量装置同样由Transrapid公知。

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种比迄今的极位置测量装置更精确的极位置测量装置。

该技术问题按照本发明由此解决，即，至少三个沿列车纵向相间设置的磁场传感器与所述评估装置连接，并且所述评估装置这样地设计，即，该评估装置借助磁场传感器的测量值为每个磁场传感器位置分别确定一个定子磁场的场强值，并且在所确定的场强值满足预定的最低标准时利用磁场传感器的至少一个分组测量值形成极方位角，否则发出错误信号。

关于按本发明的极位置测量装置的优点以及按本发明的极位置测量装置的有利构造的优点参照结合按本发明的方法的上述形式，因为按本发明的方法的优点基本上与按本发明的极位置测量测量装置的优点一致。

评估装置优选具有一数据处理装置，该数据处理装置这样地编程，使得该数据处理装置可以如上所述地评估磁场传感器的测量值。

磁场传感器可以等距地设置，例如沿着一条平行且靠近或沿行驶方向在磁悬浮列车的支承磁体前面或后面延伸的线路布置。

以下根据实施形式详细说明本发明，在附图中示例地示出了：

图1是带有按本发明的极位置测量装置的一种实施形式的磁悬浮列车，

图2是按图1的极位置测量装置的第一种实施形式的详细视图，

图3是用于说明按图2的、测量x-方向上的磁场分量情况下的极位置测量装置的工作方式的测量值曲线，

图4是用于按图3的测量值曲线的组合仪表指针，

图5是轨道定子中的故障位置上的测量值曲线，

图6是按图2的极位置测量装置的磁场传感器的测量值，

图7是用于说明按图2的极位置测量装置的工作方式的流程图，

图8是极位置测量装置的第二种实施形式，

图9是极位置测量装置的第三种实施形式，其中，磁场传感器分别在两个垂直的方向上测量以及

图10是带有设置在支承磁体侧旁的极位置测量装置的磁悬浮列车。

为清楚起见，在图1至10中，相同或类似的部件使用相同的附图标记。

由图1可见位于磁悬浮铁轨20上的磁悬浮列车10的前部区域。在图1中可从磁悬浮铁轨20上可以看到在轨道侧的一定子30，该定子装备有定子槽40和定子齿50。

在图1中未详细示出的磁力线圈位于该定子槽40中，用于产生定子磁场。定子磁场的基波在图1中用附图标记S表示。通过磁力线圈的布置和位置确定定子30的磁参考轴Bs。

在图1中仅示出了定子30的一部分，定子30在磁悬浮铁路整个轨道上延伸，并因此也在磁悬浮列车10前面产生(如图1可见)定子磁场S。

此外，在图1中示出了磁悬浮列车10的前支承磁体60，该支承磁体装备有磁力线圈70，该磁力线圈产生用于抬起磁悬浮列车10的支承磁场。支承磁场在图1中用附图标记T表示。通过支承磁体60的布置或位置确定磁悬浮列车10的磁参考轴Bf。

沿行驶方向F在支承磁体60前面设置一极位置测量装置100，该极位置测量装置100的任务在于，确定定子的磁参考轴Bs和磁悬浮列车10的磁参考轴Bf之间的极方位角γ。

极位置测量装置100例如与支承磁体60一起安装在磁悬浮列车10的公共支架110上。

图2以放大视图示出了按图1的极位置测量装置的第一种实施形式。极位置测量装置100具有带有五个方向选择的磁场传感器MS1至MS5的传感器组，用于测量轨道定子30(参见图1)的定子磁场S。每个磁场传感器MS1至MS5分别具有两个单个传感器，它们间隔τ/2布置，其中，τ是定子磁场的基波的波长，单个传感器用附图标记E1至E10表示。例如在波长τ为258mm的情况下，间距τ/2为129mm。原则上也可以有更小的间距，只要相应地修正单个传感器的测量值，但在此为清楚起见不再赘述。

一个磁场传感器，在此例如是磁场传感器MS1设置在位置x0，并形成极位置测量装置100的测量技术参考轴Bm。磁场传感器例如可以通过霍尔传感器或磁阻传感器形成。

此外，极位置测量装置100具有与磁场传感器MS1至MS5连接的评估装置140，该评估装置的作用在于，通过单个传感器E1至E10的测量值以及磁场传感器MS1至MS5的测量值确定极方位角γ(例如计算得出)。评估装置140例如可以通过可编程的微处理器装置形成。

磁场传感器MS1至MS5分别具有一优选测量方向，该优选测量方向表明，该磁场传感器可以测量哪个磁场分量，或者对于哪个测量方向敏感。在按图2的视图中，单个传感器或磁场传感器例如定向成，使得该磁场传感器可以测量磁场的x-分量，相应地如此定向的该磁场传感器对于z-分量不敏感。

评估装置140借助磁场传感器MS1至MS5的测量值确定极方位角γ。为此，其首先测量极位置测量装置100的测量技术参考轴Bm和与定子30的磁参考轴Bs错移2π的数倍的辅助参考轴BS’(参见图1)之间的辅助极方位角γ1。

评估装置将一个偏角γ2加到辅助极方位角γ1，该偏角γ2表示磁悬浮列车10的磁参考轴Bf和极位置测量装置100的测量技术参考轴Bm之间的相位角偏差。从得到的和值γ1+γ2去除包含在其中的2π的整数倍，由此得到所求的极方位角γ。计算极方位角γ的数学等式如下：

γ＝(γ1+γ2)模数(2*π)

表明磁悬浮列车10的磁参考轴Bf和极位置测量装置100的测量技术参考轴Bm之间的相位角偏差的偏角γ2根据机械偏差V按照：

γ2＝V/τ*π

确定。偏角γ2例如在评估装置140给定，并存储在该评估装置140中。作为替换，也可以在评估装置140中给定偏差V，并存储在该评估装置中，在这种情况下，评估装置140根据给出的公式自动计算出偏角γ2。评估装置140具有用于输入偏差V或偏角γ2的输入接口E140。

为了说明评估装置140如何可以通过传感器组的测量值形成辅助极方位角γ1，以下根据图3和4首先说明，在磁场传感器的优选测量方向沿x-方向，也就是列车纵向指向，并因此测量磁场的x-分量时，如何可以根据单个传感器E1和E2的测量值确定磁场传感器MS1的磁场传感器位置x0的单个极方位角γ1’(x0)。

在图3的上部看到示例示出为导体190的轨道定子30，该导体属于设置在定子30中的导体线圈。此外示出了定子磁场S的磁场强度的x-分量Hsx的场曲线。

在图3的中部可见列车纵向x的磁场强度Hs的幅度Hsx的曲线。由图可知，场强正弦状地变化。

在图3的下部示出了单个传感器E1和E2，在此其间距A为τ/2，因此，两个单个传感器产生相互正交的测量信号。现在，由此出发，单个传感器E1提供正弦-曲线上的测量值Sm，而单个传感器E2提供余弦-曲线上的测量值Cm，因此认为，当单个传感器E1从位置x＝0出发沿行驶方向向前移动时，其产生正弦曲线作为测量信号，而单个传感器E2从位置x＝0沿行驶方向向前移动时，产生余弦曲线作为测量信号。随着沿x-方向的移动，所述传感器对E1和E2相对参考轴Bs的单个极方位角γ1’相应地改变。

在这种情形下，测量值曲线符合以下数学公式：

$\mathrm{Sm}\left(x\right)=H0\·\sin (\frac{x}{\mathrm{\τ}}\·2\mathrm{\π})=H0\·\sin \left(\mathrm{\γ}1\right)$

$\mathrm{Cm}\left(x\right)=H0\·\cos (\frac{x}{\mathrm{\τ}}\·2\mathrm{\π})=H0\·\cos \left(\mathrm{\γ}1\right)$

其中，H0表示磁场的信号振幅，信号振幅对于两个单个传感器几乎相同。

因此可以按照

$\frac{\mathrm{Sm}\left(x0\right)}{\mathrm{Cm}\left(x0\right)}=\frac{H0*\sin \left(\mathrm{\γ}1\right)}{\text{H0*cos}\left(\mathrm{\γ}1\right)}$

$\⇒{\mathrm{\γ}1}^{\′}\left(x0\right)=a\tan 2\left[\frac{\mathrm{Sm}\left(x0\right)}{\mathrm{Cm}\left(x0\right)}\right]$

在此，函数atan2公知地理解为三角函数正切的反函数，其中，除了商tan(x)＝sin(x)/cos(x)之外，通过考虑数字的符号实现从-π到+π的有效区间，也就是所求的角γ1的完整周期；反之，函数atan(x)仅定义在-π/2到+π/2的区间中。

为进一步说明，在图4中还示出了测量值Sm和Cm的所属的指示图。由图可见，两个指针Sm和Cm相互垂直。

现在，可以以相同的方式通过评估磁场传感器MS2至MS5的相应测量值，为磁场传感器MS2至MS5并因此为位置x0+τ，x0+2*τ，x0+3*τ和x0+4*τ形成相应的单个极方位角γ1’(x0+τ)，γ1’(x0+2*τ)，γ1’(x0+3*τ)和γ1’(x0+4*τ)。

现在，例如可以通过求单个极方位角γ1’(x0+i*τ)的平均值算出所得到的辅助极方位角γ1，例如按照：

$\mathrm{\γ}1=\frac{1}{k}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ})-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ})$

其中，k是所测得单个极方位角的数目或者磁场传感器的数目(在此k＝4)，而γk(i*τ)考虑位置x0和x0+i*τ之间的极方位角偏差。γk(i*τ)适用：

γk(i*τ)＝i*π

只要定子磁场S沿着x-方向没有故障位置，所述求平均值导致可良好使用的结果。如果存在这种故障位置，不再能使用所有的单个极方位角，因为其是有错误的。

为进一步说明，在图5中示出了轨道定子30，其中定子磁场S沿着x-方向不均匀地激励，因为从定子槽N1至N16，定子槽N7和N10没有装导体190。由图可见，场强向量Hs的水平场分量Hsx和场强向量Hs的垂直场分量Hsz与该故障有关。

定子磁场S的场强向量Hs可以在数学上近似地如下描述：

$\underset{\‾}{\mathrm{Hs}}=\left(\begin{array}{c}\mathrm{Hsx}\\ \mathrm{Hsz}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}\text{H0*sin}(\mathrm{\ω}*t-\frac{x*\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}})\\ H0*\cos (\mathrm{\ω}*t-\frac{x*\mathrm{\π}}{\mathrm{\τ}})\end{array}\right)$

其中，Hsx是场强向量Hs的x-分量，而Hsz是场强向量Hs的z-分量，场强向量Hs的y-分量几乎为零。

场强向量Hs的绝对值Hs按照

$\left|\underset{\‾}{\mathrm{Hs}\left(x\right)}\right|=\mathrm{Hs}\left(x\right)=\sqrt{{\mathrm{Hsx}}^2\left(x\right)+{\mathrm{Hsz}}^2\left(x\right)}\_$

计算，在理想情况下几乎恒定：

Hs(x)≈H0。

场强向量Hs的绝对值Hs形成定子磁场S的场强值，该定子磁场涉及故障或有错误的定子绕组。在图5中同样示例性地示出了场强值Hs的曲线。由图可知，场强值Hs在未填装的槽N7和N10的区域191中下降，并且在该区域前和后出现增大的场强值Hs；具有增大的场强值的区域用附图标记192和193标出。因此，场强提高说明，由于槽N7和N10区域中的场消失，使得可能减小边缘区域中的场强绝对值的补偿分量消失。

如果通过按照

$\mathrm{\γ}1=\frac{1}{k}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ})-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ})$

求上述各单个极方位角γ1’(x0+i*τ)的平均值，不考虑定子磁场S的故障，那么在确定辅助极方位角γ1时就会发生错误(如同样由图5可知)。在图5中可见按照求平均值计算得出的辅助极方位角γ1(x)，理论上正确的角曲线γ1r(x)以及所产生的角度误差Δγ(x)。角度误差Δγ(x)按照：

Δγ(x)＝γ1(x)-γ1r(x)

计算。

现在，为将与故障相关的那些单个极方位角γ1’(x0+i*τ)从辅助极方位角γ1的确定过程排除，为每个磁场传感器位置x0+i*τ分别首先确定定子磁场的所属的场强值Hs(x0+i*τ)，具体按照：

$\mathrm{Hs}(x0+i*\mathrm{\τ})=\sqrt{M^2(x0+i*\mathrm{\τ})+M^2(x0+i*\mathrm{\τ}+\mathrm{\τ}/2)}$

其中，M(x0+i*τ)表示位于位置(x0+i*τ)的单个传感器的场分量Hsx的测量值，而M(x0+i*τ+τ/2)表示位置(x0+i*τ+τ/2)上的单个传感器的场分量Hsx的测量值。

图6示例示出了五个场强值Hs(x0+i*τ)的测量分布图。

由图可知，三个场强值Hs(x0)，Hs(x0+τ)和Hs(x0+2*τ)，也就是五个可用的场强值的50％以上位于场强格窗F中。场强格窗的格窗尺寸ΔF小于同样通过虚线示出的最大格窗尺寸ΔFmax。最大格窗尺寸ΔFmax例如在三个位于场强格窗中的场强值Hs(x0)，Hs(x0+τ)和Hs(x0+2*τ)的平均值的90％至110％之间。此外，场强格窗F中的最小场强值超过预定的最小值Hmin。最小数目(在此例如为3)的场强值位于场强格窗F内部，直接相邻。因为满足所有的标准，现在，可以通过场强值位于场强格窗F内部的三个磁场传感器MS1，MS2和MS3的测量值计算出所产生的辅助极方位角γ1，具体是通过这些测量值确定相应的三个单个极方位角γ1’(x0)，γ1’(x0+τ)和γ1’(x0+2*τ)，并接着利用各单个极方位角计算出辅助极方位角γ1；在其它情况下则求出错误信号SF，其表明测量值不适合确定极位置。

在当前情形下，极方位角的计算按照：

$\mathrm{\γ}1=\frac{1}{k}\underset{i=0}{\overset{k}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ})-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ})$

不考虑单个极方位角γ1’(x0+3*τ)和γ1’(x0+4*τ)，因为所属的磁场传感器MS4和MS5的场强值位于场强格窗F的外部。

例如可以这样地确定场强格窗，即，首先对所有磁场传感器的场强值求平均值；然后围绕该平均值设置场强格窗F并且一直增大，直到检测到50％的场强值位于场强格窗F中。如果产生的格窗尺寸小于位于场强格窗内部的场强值的平均值的例如110％与该平均值的90％的差，那么继续使用，否则产生错误信号，由此表明测量值不能形成可信的极方位角值。例如在图7中示出了确定测量值是否可用于形成辅助极方位角γ1的算法。

辅助极方位角γ1的等式在数学上通用的形式为：

$\mathrm{\γ}1=\frac{1}{k}\underset{i=0}{\overset{k-1}{\mathrm{\Σ}}}Q\left(i\right)*[{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ})-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ})]$

其中，Q(i)表示各单个极方位角γ1’(x0+i*τ)是否应形成或被采用(Q(i)＝1表示是，Q(i)＝0表示否)。

作为上述格窗形成的替代方案，辅助极方位角γ1也可以通过其它方式确定：首先通过磁场传感器的场强值得出一平均值。如果该平均值超过一预定的最小值，那么继续评估，否则发出错误信号。接着通过磁场传感器的场强值确定一方差值：如果方差值小于预定的最大方差值，利用所有的测量值形成辅助极方位角γ1，否则发出错误信号。作为替换，辅助极方位角γ1也可以用较少数目的测量值形成，即仅通过那些位于通过方差确定的测量值区间中的场强值形成。

图8详细示出了按图2的极方位角测量装置100的第二种实施形式。与第一种实施形式不同，单个传感器的测量值被“双重”评估，即，通过各单个传感器E1至E10的测量值形成虚拟附加的磁场传感器MS6至MS9。这将在通过单个传感器E2和E3形成的虚拟磁场传感器MS6的例子中详细说明。

就虚拟的磁场传感器MS6而言可以认为，单个传感器E2提供在正弦轨迹上的测量值Sm，而单个传感器E3提供在余弦轨迹上的测量值Cm，也就是说，在单个传感器E2从位置x＝0+τ/2沿行驶方向向前移动时，该传感器产生正弦曲线的测量信号，并且在单个传感器E3从位置x＝0+τ/2沿行驶方向向前移动时，该单个传感器E3产生余弦曲线的测量信号。随着沿x-方向的移动，相对于参考轴Bs的单个极方位角γ1’相应地改变。

因此可以按照：

$\frac{\mathrm{Sm}(x0+\mathrm{\τ}/2)}{\mathrm{Cm}(x0+\mathrm{\τ}/2)}=\frac{\text{H0*sin}\left({\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+\mathrm{\τ}/2)\right)}{H0*\cos \left({\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+\mathrm{\τ}/2)\right)}$

$\⇒{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+\mathrm{\τ}/2)=a\tan 2\left[\frac{\mathrm{Sm}(x0+\mathrm{\τ}/2)}{\mathrm{Cm}(x0+\mathrm{\τ}/2)}\right]$

确定单个极方位角γ1’(x0+τ/2)。

在这种情况下，辅助极方位角γ1的等式在数学上通用的形式为：

$\mathrm{\γ}1=\frac{1}{5}\underset{i=0}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}Q\left(i\right)*[{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ})-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ})]+\frac{1}{4}\underset{i=6}{\overset{9}{\mathrm{\Σ}}}{Q}^{\′}\left(i\right)*[{\mathrm{\γ}1}^{\′}(x0+i*\mathrm{\τ}+\mathrm{\τ}/2)-\mathrm{\γk}(i*\mathrm{\τ}+\mathrm{\τ}/2)]$

其中，Q’(i)表示相应的磁场传感器MS6至MS9的测量值是否应可使用(Q’(i)＝1表示是，Q’(i)＝0表示否)。对于γk(i*τ+τ/2)适用：

γk(i*τ+τ/2)＝ì*π+π/2

在第一种和第二种实施形式中例如以此出发，即，单个传感器E1至E10测量水平的场分量Hsx，辅助极方位角γ1当然也可以根据垂直的常分量Hsz确定。在形成辅助极方位角γ1时仅需考虑，水平的场分量Hsx和垂直的场分量Hsz成90度错开，如果例如磁悬浮列车的磁参考轴(Bf)涉及定子磁场的水平场分量Hsx，但是应测量定子磁场的垂直场分量，那么在确定极位置时必须通过相应的角度修正来补偿，反之亦然。

如果辅助极方位角γ1例如通过垂直的场分量确定，尽管极方位角涉及定子磁场的水平场分量，那么首先可以如上所述地进行，所产生的极方位角γ1接着按照下式：

γ1(水平)＝γ1(垂直)+π/2

仅换算成“水平辅助极方位角γ1(水平)”。

在图9中示出了极位置测量装置的第三种实施形式。与第一和第二种实施形式不同的是在磁场传感器MS1至MS10的每个测量位置既测量定子磁场的水平场分量Hsx，也测量垂直的场分量Hsz，因此可以通过测量值为每个磁场传感器位置x分别确定一个场强值Hs(x)，所述测量值涉及同一测量位置x。对于定子磁场的场强值Hs(x0+i*τ)由此获得：

$\mathrm{Hs}(x0+i*\mathrm{\τ})=\sqrt{{\mathrm{Mx}}^2(x0+i*\mathrm{\τ})+{\mathrm{Mz}}^2(x0+i*\mathrm{\τ})}$

其中，Mx(x0+i*τ)是在位置(x0+i*τ)上的x-分量的测量值，而Mz(x0+i*τ)是在位置(x0+i*τ)上的z-分量的测量值。

此外，之后可以如上面结合第一和第二种实施形式说明的那样进行辅助极方位角γ1的评估和计算。

如根据上述实施形式所示，极位置测量装置可以沿行驶方向设置在磁悬浮列车的最前面的支承磁体的前面或者设置在磁悬浮列车的最后面的支承磁体的后面。然而，作为替代方案，极位置测量装置同样可以有利地不同于上述地设置，具体来说就是侧向错移地(沿列车-y-方向)设置在磁悬浮列车10的支承磁体60旁边，使得极位置测量装置在此运行。这种布置在图10中示例性地示出。

附图标记清单

10磁悬浮列车

20磁悬浮轨道

30轨道侧的定子

40定子槽

50定子齿

60支承磁体

70磁力线圈

100极位置测量装置

110支架

140评估装置

E140输入接口

190导体

191具有减小的场强值的区域

192，193具有增大的场强值的区域

MS-MS10磁场传感器

E1-E10单个传感器

Bm极位置测量装置的磁参考轴

Bs定子的磁参考轴

Bs’辅助参考轴

Bf磁悬浮列车的磁参考轴

H磁场强度

S定子磁场的基波

T支承磁场

Ts支承磁场的故障场部分

V偏差

γ极方位角

γ2偏角

γ1辅助极方位角

Claims (23)

1.一种用于测量磁悬浮铁路的磁悬浮列车(10)的极位置的方法，其中，通过磁场传感器(MS1-MS10)的测量值(Sm，Cm)确定轨道侧的定子(30)的定子磁场(S)和所述磁悬浮列车的磁参考轴(Bf)之间的极方位角(γ)，其特征在于，

-通过至少三个沿列车纵向间隔布置的磁场传感器(MS1-MS10)检测与所述定子磁场相关的测量值，

-通过所述磁场传感器的测量值为每个磁场传感器位置(x)分别确定定子磁场的场强值(Hs(x))以及

-当所确定的场强值满足预定的最低标准时，通过所述磁场传感器的测量值的至少一个分组确定所述极方位角，否则产生错误信号(F)。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为形成所述定子磁场的场强值(Hs(x))考虑沿列车纵向的定子磁场分量和沿列车竖轴方向的定子磁场分量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，每个磁场传感器位置的定子磁场的场强值按照

形成，其中，x是磁场传感器位置，Hsx是沿列车纵向的定子磁场分量，而Hsz是沿列车竖轴方向的定子磁场分量。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，为每个磁场传感器位置分别测量沿列车纵向的定子磁场分量和沿列车竖轴方向的定子磁场分量，并且场强值通过沿列车纵向的定子磁场分量和沿列车竖轴方向的定子磁场分量的测量值确定。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

-为每个磁场传感器位置分别测量所述沿列车纵向的定子磁场分量或所述沿列车竖轴方向的定子磁场分量，以及

-利用在沿列车纵向向前或向后错移τ/2位置上的测量值分别为每个磁场传感器位置计算确定另一定子磁场分量，其中，τ是轨道侧的定子磁场的基波的波长。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

-为每个磁场传感器位置分别确定两个场强值，

-其中一个场强值通过在所述磁场传感器位置测得的定子磁场分量以及沿列车纵向向前错移τ/2处测得的定子磁场分量形成以及

-另一个场强值通过在所述磁场传感器位置测得的定子磁场分量以及沿列车纵向向后错移τ/2处测得的定子磁场分量形成。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，当至少一个为各磁场传感器位置形成的场强值满足预定的最低标准时，就考虑在磁场传感器位置的测量值。

8.如前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述磁场传感器的测量值分为至少两个测量值分组，其中，第一分组测量值用于形成极方位角，而舍弃其余的测量值分组的测量值。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

-根据确定的场强值确定尽可能最小的场强格窗(F)，在该场强格窗中包含预定数目的场强值(Hs)，以及

-所属的场强值位于所述场强格窗内的那些磁场传感器位置的测量值被用于形成所述极方位角，而其余的测量值被舍弃。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，必须位于所述场强格窗内部的场强值的预定数目是可用的场强值的至少50％。

11.如权利要求9或10所述的方法，其特征在于，确定所述场强格窗(F)的格窗尺寸(ΔF)，并且在所述场强格窗超过最大格窗尺寸(ΔFmax)时产生错误信号(SF)。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述最大格窗尺寸根据位于所述场强格窗内部的场强值的平均值(Mi)确定。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述最大格窗尺寸(ΔFmax)小于位于所述场强格窗内部的场强值的平均值(Mi)的125％与该平均值(Mi)的75％的差。

14.如权利要求8所述的方法，其特征在于，检查在第一测量值分组内的或在场强格窗内的最小数目的场强值是否属于相互直接相邻的磁场传感器位置。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，预先给定所述最小数目。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述最小数目根据在第一测量值分组内或在所述场强格窗内的场强值的数目确定。

17.如权利要求8所述的方法，其特征在于，检查在第一测量值分组内或在所述场强格窗内的最小场强值是否低于预定的最小值(Hmin)，并且必要时形成错误信号(F)。

18.如权利要求1所述的方法，其特征在于，利用所述磁场传感器的场强值形成一平均值，并且当该平均值低于预定的最小值时形成错误信号。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，

-通过所述场强值确定一方差值，以及

-当方差值低于预定的最大方差值时，所述磁场传感器的测量值被用于形成极方位角，否则产生错误信号。

20.一种用于磁悬浮铁路的磁悬浮列车(10)的极位置测量装置(100)，带有一评估装置(140)，该评估装置利用磁场传感器的测量值(Sm，Cm)确定轨道侧的定子的定子磁场(S)和所述磁悬浮列车的磁参考轴(Bf)之间的极方位角(γ)，其特征在于，

-至少三个沿列车纵向间隔地布置的磁场传感器(MS1-MS5)与所述评估装置连接以及

-所述评估装置这样地设计，使得所述评估装置利用所述磁场传感器的测量值为每个磁场传感器位置(x)分别确定定子磁场的场强值(Hs(x))，以及当所确定的场强值满足预定的最低标准时，就通过所述磁场传感器的测量值的至少一个分组形成所述极方位角，否则产生错误信号(F)。

21.如权利要求20所述的极位置测量装置，其特征在于，所述评估装置具有一数据处理装置，该数据处理装置这样地编程，使得可以按照如权利要求1至19之一所述的方法评估所述磁场传感器的测量值。

22.如权利要求20或21所述的极位置测量装置，其特征在于，所述磁场传感器等距地设置。

23.如权利要求20所述的极位置测量装置，其特征在于，所述磁场传感器沿着一条平行地在所述磁悬浮列车的支承磁体旁边延伸的线路设置。

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