CN1156378C - 用于磁悬浮机车的行驶系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于磁悬浮机车(2)的行驶系统，它包含一个机车侧驱动磁铁装置和/或支承磁铁装置(18或14)，该装置的驱动磁铁或支承磁铁(40或20)以其连接两个磁极(22、24或42、44)的磁轴(26或46)横向于所述行车路线(6)的纵向(28)而安置，使得沿纵向(28)前后设置的磁极(22、24、42、44)具有相同的极性。

Description

用于磁悬浮机车的行驶系统
本发明涉及一种用于磁悬浮机车的行驶系统。
一种用于磁悬浮机车的行驶系统例如由德国达姆施塔特市黑斯特出版社(Hestra-Verlag Darmstadt)1989年出版的“磁轨TRANSRAPID-新的旅行空间”(ISBN3-7771-0208-3)一书，尤其由其76～79页所公知。在此，这一磁悬浮机车的行驶系统基本上拥有三个功能，即将磁悬浮机车无接触地支承在一种行车路线上、引导它和驱动它。在此，该行驶系统包含一个支承系统、一个引导系统和一个驱动系统。该公知的引导系统包含一个磁引导装置；侧向安置磁引导装置的引导磁铁，使得磁通量垂直于处于机车中的侧引轨的纵向，并以此方式为所述磁悬浮机车的侧引装置供电。成对安置在所述磁悬浮机车的悬浮框架底部的支承磁铁承担支承功能。为此所必需的感应同时形成用于驱动的激励，使得所述支承系统和驱动系统由同一个磁铁装置构成，且各功能相互影响。在行车路线侧对该支承磁铁装置或驱动磁铁装置配备叠片铁芯。该属于所述支承磁铁装置或驱动磁铁装置的叠片铁芯包含一个通电流的行波绕组，并构成一个线性同步纵向定子驱动机构的定子。
由美国专利文献5,605,100公知了一种用于磁悬浮机车的行驶系统，在其中，机车侧的驱动磁铁与安置在行车路线侧的电流导体共同构成一个直流电流驱动系统。安置这些驱动磁铁，使得它们产生一个水平磁场；该磁场通过容纳导电体的行车路线的定子。在此，所述行车路线分成多个小段，每一段由一个可接通和断开的直流电供电，因此唯有那些处于一个驱动磁铁的包围所述定子的两个磁极附近的导电体是导电流的。在这种公知的行驶系统中，每一定子段都必须小于所述驱动磁铁的宽度，否则电流被驱动磁铁排出，并流入定子区域内；在此区域内电流不可能有助于形成一个剪力。由此有必要安置许多快速开关的电开关，而这些开关导致投资增加和维护费用升高。
由“菲利浦技术通报”1982年40卷第11/12期第329～337页(Philipstechn.REV.40，1982，No.11/12，S.329～337)公知了一种线性直流电流驱动系统，在其中，在一个配置一个线圈绕组的线性定子的相对而立的侧面分别安置一个驱动磁铁，其磁轴水平走向，因此该驱动磁铁的一个极正对所述定子而安置，另一极背对所述定子而安置。由此，只有一部分由所述驱动磁铁产生的磁场才有助于产生一个线性推力。此外，还必须在行车路线上的外侧安置附加的铁芯，以便防止由所述驱动磁铁产生的并背对所述定子的磁场部分反向经过所述定子而闭合并影响推动作用。
本发明要解决的技术问题在于提供一种用于磁悬浮机车的行驶系统，其中，工程费用，尤其是用于行车路线侧的和在大的长度时所必需的装置(对此尤其指行车路线、定子和线路电缆)方面的工程费用被降低。
上述技术问题通过一种用于磁悬浮机车的行驶系统来解决。根据本发明，该行驶系统包含一个驱动系统，后者拥有一个机车侧驱动磁铁装置。该装置与一个在所述行车路线的纵向伸展的并配置一个绕组的定子构成一个线性直流马达，该装置的驱动磁铁以其连接两个磁极的磁轴横向于所述行车路线的纵向而安置，使得沿纵向前后安置的磁极具有相同的极性，并且属于一个驱动磁铁的磁极安置在所述定子的一侧并面向这一定子。
由此，这样来安置那些为驱动所必需的机车侧磁铁，使得不会由这些磁铁在行车路线中感应出交变磁场。换言之：在行车路线中的感应磁通量在整个机车长度上有相同的方向，并在磁悬浮机车驶过时不产生极性变化。
因为一个驱动磁铁的磁极设置在所述定子的一侧并朝向这一定子，因而在所述驱动磁铁之外延伸的磁场的绝大部分与所述定子耦接，并因此在产生推力时起作用。
因为定子中的驱动磁铁在驶过时不感应出交变磁场，所以该定子可由实心铁磁性钢制成。从而因为无需叠片铁芯和螺栓连接而降低该定子的制造费用。
由于为运行所述线性直流马达仅需直流电，所以省却在分变电站中的振动子换流器和变压器以及所属的开关设备。此外，无功功率需求趋于零。再者，因为无需采集以及处理频率和相位，有可能实现一种十分简单的调节。这样一来，为运行磁悬浮机车所必需的机车和分变电站之间的数据传输大大简化。因为没有感应出交变磁场，所以也不会另外出现反复磁化损耗。
优选这样布置所述驱动磁铁，即，使其贯穿在两个磁极之间的磁轴竖直。
在本发明的另一选择设计中，所述驱动磁铁也可水平安置。
在本发明的一个有利设计中，所述驱动磁铁装置包含成对相对而立的驱动磁铁，在磁铁之间安置所述定子。通过这一措施可以以相对低的定子电流取得一个高的驱动力。由此减少在电缆上的损耗。
所述定子优选包含两个相邻安置且沿纵向呈螺旋状的绕组。这两个绕组也可上下相邻设置。由此每一磁极有助于驱动机车，并有可能得到一种简单的定子结构。
所述定子也可选择配置一种定子绕组，它在一俯视图中在纵向形成一个8字形。
在本发明的另一扩展设计中，驱动系统同时被设计成导引系统，这在驱动磁铁垂直安置时比较有利。这一扩展设计使得对磁悬浮机车的侧向导引的简单控制成为可能；尽管相同的部件被用于驱动和侧向导引，这种简单控制也完全与驱动功能脱开。
在本发明的又一扩展设计中，驱动系统优选同时被设计成支承系统，这尤其在驱动磁铁水平安置时比较有利。这一扩展设计使得对磁悬浮机车的支承系统的简单控制成为可能；尽管相同的部件被用于驱动和支承，这种控制也完全与驱动功能脱开。
在本发明的一个特别有利的设计中，所述行车系统具有一个机车侧支承磁铁装置，后者的支承磁铁以其贯穿在两个磁极之间的磁轴水平地并横向于行车路线的纵向地被设置，使得沿纵向前后安置的磁极具有相同的极性。在这样的情况下，支承磁铁尤其可安置在行车路线之下。通过这一有利的措施同样避免在行车路线中产生交变磁场。
因此，例如可以采用一个用作行车路线的铁磁性行车路线板。
在这样的情况下，所述支承磁铁例如在机车侧设置在所述行车路线板的下面。
按照本发明的行驶系统的一个改进设计，其中，用于所述磁悬浮机车的推力可由一个分变电站通过各自的定子电流来进行集中调节。
按照另一替代选择设计，其中，用于所述磁悬浮机车的推力可分散在磁悬浮机车中，本身经过驱动磁铁的感应来进行分散式调节。
下面借助附图所示实施例对本发明作进一步详细说明，附图中：
图1以示意性原理图示出本发明的行驶系统；
图2以放大视图示出该行驶系统；
图3示出在本发明的一个优选设计中的定子的结构；
图4和5分别示出该定子的一个合适绕组；
图6以示意性方框线路图示出行车路线的一个供电系统；
图7同样以原理图示出一个特别有利的为行车路线供电的装置。
根据图1，一种磁悬浮机车2带着其悬浮框架4磁悬浮地行驶在一条行车路线上。该磁悬浮机车2的一个行驶系统包含一个支承系统8以及一个驱动系统10。该支承系统8由一个铁磁性行车路线板12以及多个固定在悬浮框架内的支承磁铁装置14构成，这些支承磁铁装置在行车路线板下面安置在一个行车路线支柱6的两侧。
该驱动系统10包含一个定子16，该定子与一个机车侧驱动磁铁装置18构成一个线性直流马达。在此，该驱动系统10同时被构造成用于侧向导引所述磁悬浮机车2的导引系统。
在图2所示的放大视图中可看到，所述支承磁铁装置14包含具有优选为U形铁芯的支承磁铁20，其贯穿在两个磁极22和24之间的磁轴26横向于所述机车6的纵向28。该纵向28在图2中垂直于视图平面。沿着这一纵向28，多个支承磁铁20前后设置，其中，前后设置的磁极22或24分别有相同的极性。
由此，在所述磁悬浮机车2行驶时，即在其沿纵向28运动时，在行车路线板内不会产生交变磁场，也就是说不会发生反复磁化，因此一个简单的铁磁性钢板可用作行车路线板12。
利用支承磁铁20的一个绕组30中流动的电流来调节支承磁悬浮机车2所需的支承磁场。一个通过弹簧32而座落在机车底板34上并与所述支承磁铁装置18刚性连接的钢轮36在可能出现的运行故障时用于支承所述机车2。
在所述弹簧32之间支承着一个车底框架，驱动磁铁装置18那些同样具有一个U形铁芯的驱动磁铁40固定在该框架中。贯穿驱动磁铁40两个磁极42和44的磁轴46垂直于行车路线板12及行车路线6的纵向28。沿纵向28前后设置多个驱动磁铁40，使得前后设置的磁极42或44分别具有相同的极性。换言之：这些前后设置的驱动磁铁40取向一致。每一驱动磁铁40有一个相互镜面对称安置的驱动磁铁40，使得驱动磁铁装置18分别包含成对相对而立的驱动磁铁40。
在成对相对而立的驱动磁铁40之间设置一个定子50，它在图示实施例中装着两个直流绕组52和54。由此，这样来安置驱动磁铁40，使得各磁铁40的两个磁极42、44处于所述定子50的一侧并朝向该定子。采用这一方式，实际上整个贯穿在一个驱动磁铁40外的磁场都有助于产生推力。
绕组52和54沿纵向28螺旋状缠绕在所述定子50上。它们这样相邻地，在该实施例中即上下相邻地安置在定子50上，使得一个绕组(在图示实施例中指绕组52)与驱动磁铁40的正极相配，另一个绕组54与驱动磁铁40的负极相配。绕组52和54中流过相互反向的直流电流，从而通过由所述驱动磁铁40在定子中产生的磁通量56作用出一个合力平行于纵向28的驱动用或制动用驱动力或推力。
一个安置在车底框架38内的液压制动器作为在故障情况下制动所述磁悬浮机车2用的紧急制动器。
因为所述驱动磁铁40的磁轴46横向于纵向28，即横向于所述磁悬浮机车2的运动方向而安置，因此在所述定子50中不会感应出交变磁场。所以所述定子50与行车路线板12一样可由实心钢件制成。
所述驱动系统10同时用作导引系统。在此，驱动磁铁40与所述定子50一起构成导引磁对，其中，导引功能来自于左右驱动磁铁40的磁通量之差。因为驱动功能来自于左右驱动磁铁40的磁通量之和以及在所述绕组52和54中流动的直流电流，所以驱动功能和导引功能相互脱开。根据磁通密度在驱动磁铁对上的分布状况，横向于纵向28作用在所述磁悬浮机车2上的力相对于沿纵向28作用的驱动力可独立地受到调节。
因为既不是支承磁场又不是侧引系统确定驱动磁通量，所以所有三个功能，即支承功能、导引功能和驱动功能可相互独立地优化。尤其可通过提高与此相关的感应来获得高的驱动力，而无需提供高的定子电流。由此减少在电缆上的损耗以及线路电缆的需求量。此外，例如在一种绕组短路时，来自驱动系统的反作用不可能出现在支承功能和导引功能上。
在图2示例所示实施形式中，驱动磁铁40垂直安置。代替这一实施形式，在另一个可选择的实施形式中，在驱动磁铁之间安置的定子原则上有相同的设计结构时，原则上也可将驱动磁铁同样成对地相对而立地水平安置。在这样一种实施形式中，驱动磁铁用于支承功能。
图3示出一个上定子部件或下定子部件的结构。一个方形的铁芯62以其平侧面64与同样为方形的板块66焊接在一起；这些板块相互间隔布置，由此形成侧槽68，以容纳定子电缆。在铁芯62的一个窄侧面上，相互相对而立的板块66与横向连接件70连接在一起，从而在这一窄侧面上产生一个槽72，它同样横向于纵向28。在所述相对而立的窄侧面上配置横向连接件74，它们倾斜于纵向28而安置，从而形成槽76，而槽76在所述铁芯62的下窄侧面上为倾斜走向，形成一个至一个相邻槽68的连接。采用这一设计，从制造技术角度可简单地在所述铁芯62上实现一种近似螺旋形的定子电缆的绕组。两个这样的铁芯62能够相邻安置，从而形成两个相邻安置的螺旋状绕组。采用这种方式得到的绕组示意性地示出在图4中，其中，在这一实施例中，只示出不带横向连接件和板块的铁芯62。
代替两个螺旋状绕组52、54，也可配置一个8字形的绕组78，如在图5中示意性示出的那样。
根据图6，所述行车路线6包含多个定子段80。每一定子段80都包含一个在图中未示出并带有两个绕组52、54的定子。所述绕组52、54经过在交流步进装置(Wechselschrittanordnung)中的开关站82由线路电缆84或86供应直流电流。也可应用简单的电流触轨代替线路电缆。所述线路电缆84和86经过一个分变电站88接入区域网90。在该分变电站88内，经过整流器92产生必需供给所述行驶系统的直流电流。
根据图7，在分散地控制机车时也有可能由一个分变电站88为多个定子段80供应电流。这种分散控制可通过控制在驱动磁铁绕组中流动的电流，亦即通过调节驱动磁铁的感应来实现。

Claims (11)

1.一种用于磁悬浮机车(2)的行驶系统，它具有一个驱动系统(10)，后者包括一个机车侧驱动磁铁装置(18)，其特征在于，该驱动磁铁装置(18)与一个沿所述行车路线(6)的纵向(28)伸展的并配置一个绕组(52、54)的定子(50)构成一个线性直流马达，该装置的驱动磁铁(40)以其连接两个磁极(42、44)的磁轴(46)横向于行车路线(6)的纵向(28)而安置，使得沿纵向(28)前后安置的磁极(42、44)具有相同的极性，并且属于一个驱动磁铁(40)的磁极(42、44)安置在所述定子(50)的一侧并朝向这一定子。
2.根据权利要求1所述的行驶系统，其中，所述驱动磁铁(40)与其贯穿在两个磁极(42、44)之间的磁轴(46)被垂直设置。
3.根据权利要求1或2所述的行驶系统，其中，所述驱动磁铁装置(18)包含成对相对而立的驱动磁铁(40)，在这些驱动磁铁之间设置所述定子(50)。
4.根据权利要求3所述的行驶系统，其中，所述定子(50)包含两个相邻设置且沿纵向呈螺旋状的绕组(52、54)。
5.根据权利要求4所述的行驶系统，其中，所述定子(50)包含一个绕组(78)，它在一俯视图中沿纵向(28)形成一个8字形。
6.根据权利要求1或2所述的行驶系统，其中，所述驱动系统(10)同时被设计成导引系统。
7.根据权利要求1或2所述的行驶系统，它具有一个机车侧支承磁铁装置(14)，后者的支承磁铁(40)以其贯穿在两个磁极(22，24)之间的磁轴(26)水平地并横向于行车路线(6)的纵向(28)地被设置，使得沿纵向(28)前后设置的磁极(22、24)具有相同的极性。
8.根据权利要求6所述的行驶系统，它具有一块用作行车路线(6)的铁磁性行车路线板(12)。
9.根据权利要求8所述的行驶系统，其中，所述支承磁铁(20)在机车侧设置在所述行车路线板(12)的下面。
10.根据权利要求1或2所述的行驶系统，其中，用于所述磁悬浮机车(2)的推力可由一个分变电站(88)通过各自的定子电流来进行集中调节。
11.根据权利要求1或2所述的行驶系统，其中，用于所述磁悬浮机车(2)的推力可分散在磁悬浮机车(2)中，本身经过驱动磁铁的感应来进行分散式调节。
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