CN101678771B - 用于轨道束缚的交通系统的车辆和轨道束缚的交通系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有一个涡流制动器(23)用于轨道束缚的交通系统的车辆。按照本发明，涡流制动器(23)由永久磁铁(25、26)构成并且设有激活装置，借其可使永久磁铁(25、26)从一个非活化的位置运动到一个活化的位置。

Description

用于轨道束缚的交通系统的车辆和轨道束缚的交通系统

技术领域

本发明涉及一种用于轨道束缚的交通系统的车辆和一种利用这样的车辆运行的轨道束缚的交通系统，特别是磁悬浮铁路的形式。 

背景技术

这种类型的车辆特别在一种磁悬浮铁路的情况下例如通过长定子直线磁场电机驱动并且具有一些确定用于驱动车辆的三相交流绕组，它们沿车行道敷设在一个长定子中。直线电机的励磁场由同时起励磁磁铁作用的、设置在车辆中的支承磁铁提供，这些支承磁铁构成一个第一磁铁装置(例如DE 3917058C2)。直线电机除用于驱动外还可以用于制动车辆。 

此外，开头所述类型的车辆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绕组(例如DE 102004056438A1)。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或定向。此外这些磁铁装置借助于一些调节回路和配置的间隙传感器这样进行控制，以致称为导引间隙的在各磁极与在两侧安装在车行道上的、铁磁性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 102004013994A1)。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。 

根据通用的涡流制动器的所述结构，在制动情况下必须通过接通相当高的电流(例如80A直流电)激活其电磁极。这导致的结果是，在磁悬浮列车中必须设置具有以蓄电池形式存在的具有很大的存储容量的电蓄能器，它们只在紧急情况下需要。这是不经济的，联系到总重量和空间需要的显著增大并且由于需要经常的维护是不符合要求的。 

也可以在其他的轨道束缚的交通系统中设置相应的涡流制动器。在车轮/导轨系统的情况下，车辆可以例如配备涡流制动器，它们与通常的导轨协同作用，这些导轨因此在这里同时用作为行驶导轨和反作用导轨。 

发明内容

由此出发，本发明的技术问题在于，这样构成开头所述类型的车辆和以此运行的交通系统，以致为了激活涡流制动器在电能方面只需要一个最小量。 

按照本发明，提出一种用于轨道束缚的交通系统的车辆，包括一个涡流制动器，该涡流制动器包括许多磁极和用于在制动情况下激活磁极的激活装置，其中，各磁极通过可旋转地支承的永久磁铁形成并且激活装置用于使永久磁铁从一个非活化的位置旋转到一个活化的位置，其特征在于，至少其中两个永久磁铁具有不同极性的极面，所述极面与永久磁铁的位置无关地位于一个共同的平面内以及在活化的位置沿一个行驶方向接连地设置而在非活化的位置横向于行驶方向重叠地设置。 

由于按照本发明应用了永久磁铁，为了激活涡流制动器，在制动情况下只需要使永久磁铁从一个非活化的位置运动到一个活化的位置。为此所需要的能量很少的并且例如还可以这样进一步减少，即借助于一些预紧的弹簧实现永久磁铁的运动，这些弹簧在正常运行时借助于一个联锁机构保持张紧而在制动情况下通过一个解锁过程被释放。 

按照本发明，还提出一种轨道束缚的交通系统，包括一个具有至少一个反作用导轨的车行道和一个在其上平行于反作用导轨可行驶地设置的车辆，其特征在于，所述车辆按照本发明构成。 

附图说明

以下结合附图借助于一个实施例更详细地说明本发明。其中： 

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按照本发明的涡流制动器在按图1和2的磁悬浮列车上的配置的示意图； 

图4和5按照本发明的涡流制动器的各永久磁铁分别在一个非活化的和活化的位置的位置示意图； 

图6至9沿图4和5的线VI-VI至IX-IX截取的剖面图； 

图10按照本发明的涡流制动器的多个各包括两个永久磁铁的磁铁单元在三个不同的回转位置的剖面图； 

图11和12沿图10的线XI-XI和XII-XII截取的剖面图； 

图13至20激活按照本发明的涡流制动器的示意图；以及 

图21至图24分别以一个按图11和12的剖面和一个背视图示出的一个用于将一个按图10至12的单个磁铁单元锁定在一个非活化的位置并将其激活或转到一个活化的位置的装置的示意图。 

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行驶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 7的方式实现悬浮的功能。 

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的行驶方向由一个想象的坐标系的坐标x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，在其上以已知方式固定各导引磁铁9并且附加地固定各涡流制动器23的磁铁装置。在该实施例中，一个涡流制动器23设置在各三个前面的和后面的导引磁铁9之间。 

所述类型的磁悬浮列车以及导引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 013 994 A1是已知的，为了简便起见，特此通过引用将它们作为当前公开内容的主题。 

图3示意示出了两个涡流制动器23的配置，这两个涡流制动器各设置在悬浮架16的两个侧面中的一个侧面上并且面对各反作用导轨8同时各形成一个间隙7c。在正常运行过程中，各涡流制动器23相对于各反作用导轨8处于一个非活化的位置或处在其作用范围之外。如果需要紧急制动或由于其他的原因要求使用涡流制动器23的话，则按 照本发明，使各涡流制动器23这样地运动到一个相对于各反作用导轨8的活化的位置或其作用范围内，以致一种或另一种极性的磁极(北极或南极)沿磁悬浮列车1的行驶方向x以一个预选的数目和顺序交替地面对各反作用导轨8。借此在实心的、由铁磁性材料制成的各反作用导轨8中产生制动磁悬浮列车1的涡流。 

图4至9首先示意示出了按照本发明的涡流制动器23的一个实施例。它包括在沿z方向重叠设置的两排中例如各6个沿x方向接连设置的永久磁铁25和26和为它们配置的、确定用于封闭磁路的、例如构成为低碳钢导轨的极靴或磁背27和28。磁背27、28优选在一个涡流制动器23的沿x方向测量的整个长度上延伸。 

如特别图4和5以及图7和图8示出的那样，永久磁铁25、26优选构成为长方体形的并且在纵向剖面内优选具有一个矩形形状，该矩形具有长的侧面25a、26a和短的侧面25b和26b。此外永久磁铁25、26还这样构成，以致它在一个长的侧面上具有例如一个构成为磁北极(N)的极面而在对置的侧面上具有一个构成为磁南极(S)的极面并且以其中一个极面紧密和平行地面对磁背27、28或接触它们。此外图4还示出了一个非活化的位置，在该位置全部永久磁铁25、26以其长的侧面25a、26a或以其纵轴线29和30分别平行于x方向设置并且这样地为磁背27、28配置，以致仅磁北极面对一个磁背(在这里27)而仅磁南极面对另一个磁背(在这里28)。当然也可以相反选择该配置。重要的只是，在图4中在每个磁背27、28上沿x或行驶方向只接连设置具有相同的定向或极性的磁极。 

虽然在图4和5中只示出了涡流制动器23的永久磁铁25、26，但在图6至9中还示意示出了各所属的反作用导轨8。依此在对应于非活化的位置的图6中，在一个对置于磁背27的区域内为反作用导轨8配置永久磁铁25的只构成为南极S的极面，而在一个对置于磁背28的区域内，配置只构成为永久磁铁26的北极N的极面。其结果是，当磁悬浮列车1沿车行道2朝x方向行驶时，在永久磁铁25、26与各反作用导轨8之间基本上只以吸引力为主。如果一方面永久磁铁25 而另一方面永久磁铁26沿行驶方向x除了由于以下还要说明的原因符合目的的小的空隙外紧密地接连设置的话，则由于相同的定向还实现了在各反作用导轨8中最多产生小的、只少许提高行驶阻力的涡流。 

除此之外，永久磁铁25、26的极面和各反作用导轨8的对置于它们的表面优选构成为平面的并且相互平行地设置。 

如果要求激活涡流制动器23，则按照本发明这样地实现，即将永久磁铁25、26按照图5以其纵轴线29、30横向于、特别是垂直于行驶方向x设置。此外如果配置按图5还这样进行，即沿行驶方向x现在交替地接连北极和南极并且永久磁铁25、26还分别大致一半地面对一个和另一个磁背27、28或贴靠在其上，则如特别图7至9所示的那样，这同时还产生的结果是，在同一平面内，北极和南极交替地面对反作用导轨8，而且不仅在面对磁背27的平面内，而且还在面对磁背28的平面内。由于北极和南极的轮换的配置和永久磁铁25、26相对于由实心的和导电的材料制成的各反作用导轨8沿x方向进行的运动，形成交变磁场，它们在各反作用导轨8中感应相应的交变电场继而感应涡流，这些涡流试图阻止其形成的原因，亦即磁极25和26的运动，并由此制动磁悬浮列车1。通过磁极的磁场强度可选择制动力的大小。 

按照本发明，涡流制动器23因此一方面具有通过可以活动地支承的永久磁铁25、26形成的磁极而另一方面具有激活装置，它们用于使永久磁铁25、26从图4中所示的非活化的位置运动到图5所示的活化的位置。此外，在该实施例中，存在至少两个具有不同定向的永久磁铁25、26，它们的极面基本上位于一个共同的、平行于反作用导轨8的平面内，其中不同极性的磁极在非活化的位置只是重叠，相反，在活化的位置，则沿行驶方向交替地接连(图5)。 

按照一种优选的和至今保持最好的实施例，这样地激活涡流制动器23，即旋转永久磁铁25、26并且设置用于旋转永久磁铁25、26的激活装置。以下借助图10至12更详细地说明这一点。 

图10示意示出了按图4和5的涡流制动器23的一个具有六个永久磁铁25、26中的每三个的部分。各一个永久磁铁25与各一个永久 磁铁26组成一个磁极单元31。为此目的，永久磁铁25、26成对地以其长的侧面相互平行地设置并且固定在一个在它们之间的连接件32上。三个在图10中所示的磁极单元31或涡流制动器23的其他三个相应构成的磁极单元31沿x方向接连设置在一个壳体33中，在其背面固定两个磁背27、28，如图11和12所示的那样。壳体33和磁背27、28与其一起在该实施例中稳定地固定在未示出的磁悬浮列车上并且在涡流制动器23的整个长度上延伸，而各磁极单元31的连接件32刚性固定在可旋转地支承在壳体33中的轴34上并且与其一起可旋转地支承在壳体33中。各轴34的旋转轴线平行于想象的坐标系的y轴设置，而永久磁铁25、26的一方面面向磁背27、28而另一方面面向各反作用导轨8的磁极面按照图11和12优选平行于该坐标系的xy平面设置，这也适用于磁背27、28的配置的表面和图10至12中未示出的各反作用导轨8。 

在一个非活化的位置A(图10)，其中一个磁极单元31的永久磁铁25以其纵轴线29平行于磁背27设置，而永久磁铁26以其纵轴线30平行于磁背28设置，如由图4也是显而易见的那样。如果磁极单元31绕其轴34旋转约45°，则产生图10中位置B，据此两个永久磁铁25、26部分地面对磁背27且部分地面对磁背28。在相对位置A旋转90°以后，一个磁极单元31最后占有一个位置C，在该位置，不仅永久磁铁25而且永久磁铁26分别大致一半地面对磁背27和磁背28。永久磁铁25、26的纵轴线29、30现在类似于图5基本上平行于z轴设置，其结果是，在反作用导轨8的侧面上在一种定向的一个磁极(例如永久磁铁25的S极)上沿x方向接着另一种定向的一个磁极(例如永久磁铁26的N极)。因此通过仅仅旋转磁极单元31有可能使涡流制动器23从其非活化的状态(图4和11)运动到其活化的状态(图5和12)。 

永久磁铁25、26的所述旋转具有许多优点。首先它在电能方面能以相当小的费用实施。此外通过根据需要将旋转到活化的位置的磁极单元31的数量选择成不同的，还可以在很大程度上灵活地对制动力进 行调节。 

图13至20示例性示出了所述的涡流制动器23的一个激活的过程。从图13中所示的按图4的非活化的位置开始，首先旋转第一、第三和第五磁极单元31，直到经由图14和15所示的中间位置到达按图16的完全活化的位置为止。如果这个大致相当于设置的制动力的一半的位置对于要求的制动程度是足够的，则保持由图16显而易见的位置不变。相反，如果要求全制动，则现在从也在图17中示出的按图16的位置开始，还将第二、第四和第六磁极单元31经由从图18和19显而易见的中间位置旋转到按图20的活化的位置，在该位置，涡流制动器23是全效的。 

通过各磁极单元31的由图13至20显而易见的依次实现的旋转，特别实现的优点是，它们在其活化的位置可以被很紧密地连续设置。如通过圆圈36和37在图13和17中表明的那样，对每个磁极单元(例如31a、31c)来说，这样选择配置，以致当相邻的磁极单元保持位置固定时，所述的磁极单元在其旋转时刚好可以不与各相邻的磁极单元(例如31c、31d或31e、31a)相撞。通过圆圈36、37将各磁极单元31的尽可能紧密的位置预定在其非活化的位置，继而与在必须同时旋转全部磁极单元31时相比，沿x方向更小的间距是可能的。 

除图13至20外自然还可以分别将每两个磁极单元31的组或将六个存在的磁极单元31的各个选出的依次旋转到活化的位置。 

如果拟用一个还要更小的电能部分实现各磁极单元31的旋转，例如在使用电机时需要的那样，则按照本发明进一步建议，借助于预紧的弹簧38(图21至24)实施旋转。因此在制动情况下只须使用为释放弹簧力所需要的能量。 

按照示出一个按图11的磁极单元31的图21，与轴34固定连接一个径向从其伸出的摆动杠杆39，它例如设置在壳体33的一个背面部分的外面上。弹簧38的一个端部以距轴34一定的距离与摆动杠杆39固定连接，相反，弹簧38的另一个端部与壳体33固定连接。此外这样进行配置，即在磁极单元31的非活化的位置(图21、22)，一 方面弹簧38是预紧的，另一方面一个可以活动地支承在壳体33中或上的锁止销40挡在摆动杠杆39后面并阻止其偏转。相反，如果拟建立磁极单元31的活化的位置(图23、24)，则利用未示出的装置将锁止销40拉回到一个由图24显而易见的位置。由此释放摆动杠杆39并且通过弹簧38的力使摆动杠杆偏转。轴34也与摆动杠杆39一起旋转，按照以上描述，这导致磁极单元31朝活化的位置的偏转。优选通过一个止挡41确定活化的位置，该止挡限定摆动杠杆39的摆动路径。特别是这样选择配置，以致在摆动杠杆39贴靠在止挡41上时，所属的磁极单元31自动地占有相对于反作用导轨8或相对于涉及的磁背27、28的正确的例如由图5和23显而易见的位置，亦即特别是各有效的磁极面以所需要的间距平行地面对反作用导轨8。 

锁止销40和使其解锁的装置构成一个联锁机构，该联锁机构通常将永久磁铁25、26锁定在其通过弹簧38预紧的位置。通过拉回锁止销40，可以进行在制动情况下所需要的解锁，例如利用在紧急情况下也可以手工操纵的电的、电磁的、气动的、液压的或机械的装置。 

本发明并不限于所描述的实施例，它可以按多种多样的方式加以改变。这特别适用于在个别情况下为每个涡流制动器23设置的永久磁铁的数目和构成。此外还可以设置不同于描述的激活装置。特别是有可能，通过一种直线的例如沿z方向实现的运动使永久磁铁25、26运动到反作用导轨8的作用范围内或运动到在其与磁背27、28之间的间隙内。在这种情况下，一种分两级实施的制动能够这样实现，即在一个第一步骤中，使一个第一排永久磁铁运动到反作用导轨的作用范围内而在一个第二步骤中还使一个第二排永久磁铁运动到反作用导轨的作用范围内。此外原则上每个磁极单元31只需要各具有一个永久磁铁，它在图5中例如只配置给上面的或下面的磁背27、28。但为了引起一个高的最大的制动力，一种按图4和5的配置是符合目的的，该配置具有至少两排横向于行驶方向亦即沿z方向重叠设置的具有轮换极性的磁极。除此之外还可以为涡流制动器23配置其他的反作用导轨8，它们也用于导引功能，其中，这些其他的反作用导轨也可以具有平 行于xy平面的作用面。在这种情况下，将涡流制动器23安装在一个相应旋转的位置。此外清楚的是，可以通过许多其他的符合目的的联锁机构取代由图21至24显而易见的联锁机构并且设置未示出的装置，以便在一次制动过程之后在弹簧38的张力作用下使磁极单元31重新运动到由图22显而易见的、非活化的位置。此外不同于图10，有可能将每个磁极单元31设置在一个单独的壳体33中，如在图22和24中所示的那样。还应该指出，本发明还包括一个配备有所述车辆1的、轨道束缚的交通系统，它这样地由至少一个安装在车辆1上的涡流制动器23和至少一个安装在车行道2上的反作用导轨8的组合构成，以致涡流制动器23在一种非活化的状态下设置在一个配置的反作用导轨8的作用范围之外而在一种活化的状态下设置其作用范围之内。在通常的车轮/导轨系统情况下，涡流制动器例如可以安装在车辆的下方并且在制动情况下这样地使其运动到一个活化的位置，以致它与现在也起反作用导轨作用的行驶导轨协同作用。最后当然，不同的特征也可以以不同于描述示出的组合进行应用。 

Claims (13)

1.用于轨道束缚的交通系统的车辆，包括一个涡流制动器(23)，该涡流制动器包括许多磁极和用于在制动情况下激活磁极的激活装置，其中，各磁极通过可旋转地支承的永久磁铁(25、26)形成并且激活装置用于使永久磁铁(25、26)从一个非活化的位置旋转到一个活化的位置，其特征在于，至少其中两个永久磁铁(25、26)具有不同极性的极面，所述极面与永久磁铁(25、26)的位置无关地位于一个共同的平面内以及在活化的位置沿一个行驶方向接连地设置而在非活化的位置横向于行驶方向重叠地设置。

2.按照权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少其中两个永久磁铁(25、26)的极面这样设置，以致在非活化的位置，一种极性的全部磁极接连设置在一排中，而另一种极性的全部磁极接连设置在另一排中，并且激活装置这样设置，以致在制动情况下，所述至少其中两个永久磁铁(25、26)这样地可以活动，使得在两排中，一种极性和另一种极性的磁极交替地接连设置。

3.按照权利要求1或2所述的车辆，其特征在于，所有永久磁铁(25、26)组成一些磁极单元(31)，这些磁极单元各具有两个平行设置的通过一个设置在其间的连接件(32)相互固定连接的永久磁铁(25、26)，并且各磁极单元(31)借助固定在各连接件(32)上的轴(34)可旋转地支承。

4.按照权利要求3所述的车辆，其特征在于，涡流制动器(23)包括许多沿行驶方向接连设置的磁极单元(31)并且激活装置用于选择性地旋转各个磁极单元(31)。

5.按照权利要求4所述的车辆，其特征在于，激活装置用于单独地或成组地依次实现各磁极单元(31)的旋转。

6.按照权利要求3所述的车辆，其特征在于，所有永久磁铁(25、26)或磁极单元(31)在至少一个预紧的弹簧(38)的影响下处于其非活化的位置，该弹簧在制动情况下通过激活装置变成有效的，以便使永久磁铁(25、26)或各磁极单元(31)运动到活化的位置。

7.按照权利要求6所述的车辆，其特征在于，激活装置具有一个联锁机构，该联锁机构在所有永久磁铁(25、26)或磁极单元(31)的非活化的位置将弹簧(38)锁定在其预紧的位置而在制动情况下将弹簧释放。

8.按照权利要求7所述的车辆，其特征在于，联锁机构包括一个可贴靠到永久磁铁(25、26)或各磁极单元(31)上的锁止销(40)。

9.按照权利要求7所述的车辆，其特征在于，联锁机构是一个机械、电和/或电磁可操纵的联锁机构。

10.按照权利要求6所述的车辆，其特征在于，为所有永久磁铁(25、26)或磁极单元(31)配置一个确定活化的位置的止挡(41)。

11.按照权利要求3所述的车辆，其特征在于，所有永久磁铁(25、26)或磁极单元(31)设置在一个共同的壳体(33)中。

12.按照权利要求3所述的车辆，其特征在于，为所有永久磁铁(25、26)或磁极单元(31)配置两个平行于行驶方向设置的、用于封闭磁路的磁背(27、28)。

13.轨道束缚的交通系统，包括一个具有至少一个反作用导轨(8)的车行道(2)和一个在其上平行于反作用导轨(8)可行驶地设置的车辆(1)，其特征在于，所述车辆按照权利要求1至12之一构成。

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