CN1842436B - 磁悬浮车辆中用于承载、引导和/或制动系统的磁性装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于磁悬浮车辆的磁性装置(1)，所述装置包含具有多个磁极的电磁体。所述磁极具有磁芯(3)，这些磁芯经由缠绕在所述磁芯上的磁极背(4)和线圈(5)连接在一起，并在内部和外部交替地相互连接。所述的磁性装置(1)还包括用于降低在所述线圈(5)中发生的谐振振荡的装置(30)，其中磁极背(4)是所述设备中的重要组成部件。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮车辆中用于承载、引导和/或制动系统的磁性装置。
背景技术
关于此种类型的磁性装置(DE 34 10 119 C2)，磁芯、特别是指定用于承载磁体的磁芯由汇集在一起形成金属薄片包的多个平板或薄片组成，从而导致整个磁性装置较低的固有衰减。此外，线圈的绕组在绝大多数情况下由缠绕在磁芯周围的导体带形成，这些导体带在其端点上交替连续地彼此连接，在磁芯之外径向地远离磁芯安置或径向地位于磁芯之内。这导致了位于绕组的各层之间和/或内部径向最远地安置的各层与磁芯之间产生许多纵向和横向寄生电容，这些电容与绕组的电感(感应系数)一起形成电谐振电路。由于磁性装置的激振期间的低固定衰减，这些谐振电路将在磁性装置的临界点上导致电振荡和额外的额定电压，特别是在达到相关的谐振频率范围时。
磁性装置的某些点上，位置距相关的磁芯最近的两个相邻绕组的最内层通过内部连接线彼此电连接，电压过冲在这些点上产生非常不利的效应。导致电压和/或电流有可能非常高，以致破坏布置在第一层和磁芯之间的绝缘层，从而致使整个磁性装置发生故障。
为了避免绝缘层的损伤，可以把磁芯和相关的第一绕组层之间的间隙沿径向方向延长至足够大，和/或为内部绝缘层提供足够的厚度。但是这将带来一种缺点，即线圈中产生的热消耗不能再由用作冷却元件的磁芯来径向地消散，从而使冷却效率显著恶化。另一方面，以前提到的间隙对绕组将不再可用，从而降低了间隙系数。
实际上，伴随在此之前指出的类型的磁性装置出现的振荡由并联到线圈并形成无源衰减网络的电阻所衰减。但是，这样一种网络具有很大的缺陷，即电阻器产生相当大的热消耗，因此不得不由周围的空气冷却，然而这是很难实现的，而且，这些电阻器必须由高等级质量的材料制造，以可靠地避免运行中的任何损伤。这将大大增加磁性装置的成本支出。
发明内容
因此，现在考虑到这一点，本发明的目的是以这样一种方式构造在此之前指出的种类的磁性装置，即在即使不使用任何欧姆电阻器时该振荡仍然可如所描述的那样被降低和/或表现得无害。
该目的通过以下特征来解决：磁悬浮车辆中用于承载、引导和/或制动系统的磁性装置，该装置包含具有多个磁极的电磁体，所述电磁体具有在纵向方向上前后排列并通过磁极背相连的磁芯，并具有缠绕到所述磁芯上的线圈，这些线圈在内部和外部与纵向方向上跟随其后的线圈交替连接，还包括分配给所述线圈的用于降低在所述线圈中发生的电磁振荡的设备，其中所述磁极背中至少选定的磁极背被配置为所述设备的组成部件。
本发明产生一种优点，即出现在磁性装置激振时的谐振可通过以任何方式存在的磁极背的辅助和/或应用被显著地衰减，或者由谐振导致的电压和/或电流过冲得以补偿，从而有效地避免绝缘层损伤。
附图说明
在此之后将结合实施例并且基于附图对本发明做更具体的阐述，其中
图1示出了穿过用于具有长定子驱动器的磁悬浮车辆的磁性装置的示意剖面图；
图2示出了用于根据图1的磁性装置的替代性电路图的示意图；
图3示出了出现在根据图1和2的磁性装置激振时的谐振振荡的曲线图。
图4和图5根据图1分别示出了穿过根据本发明的磁性装置的第一和第二实施例的剖面图。
图6示出了在实现根据图4和图5的实施例时获取的具有衰减曲线的图表；以及
图7和8根据图1示出了穿过根据本发明的磁性装置的另外两种实施例的剖面图。
具体实施方式
根据图1，例如被构造为承载磁体且适用于装配有长定子驱动器的磁悬浮车辆的常规磁性装置1的铁质实体在由纵轴2所限定的纵向上具有曲折型横截面。彼此相距一定距离排列的几个(这里为六个)磁芯3a至3f通过称为磁极背4的装置在它们的下面彼此磁性相连，磁芯3和磁极背4通常接地。在磁芯3a至3f之间以及磁极背4上方，该磁性装置1配备有相对于纵轴2横向延伸并具有矩形横截面的凹槽，其中排列着缠绕在所分配的磁芯3a至3f周围的线圈5a至5f。线圈5a至5f包含的未显示出来的导体带具有与凹槽的高度相对应的宽度，且彼此紧密接触地缠绕在所述的磁芯3a至3f周围。
这里未示出的绝缘层被设置在导体带的各个层之间，其它绝缘层6a至6b中的每层都设置在内部径向最远地安置的相关层与和相关的磁芯3a至3f之间。此外，线圈5a、5b和5c、5d以及5e、5f的径向最外面的层分别通过外部连接线7彼此电连接，而线圈5b、5c和5d、5e的径向最里面的层分别通过内部连接线8彼此电连接，这样内部和外部连接线7、8在纵向方向上彼此交替出现。最后，磁性装置1的激振经由连接到线圈6a的最里面的层的电流转换器(振动换流器)9实现，而线圈5f最里面的层接地。线圈3a至3f与相关的线圈5a至5f一起形成一个磁极，每个磁极在纵轴2的方向上具有交替的极性。
根据图1的磁性装置1等效的电路图如图2所示，用同样的附图标记来表示相同的部件。这里很明显的是，与各个线圈5a至5f平行的且由它们的层形成的纵向的电容10串联排列。而且，在线圈5b、5c和5d、5e的最里面的层中通过连接线7分别彼此相连的那些点上，分别有相比较大的横向电容11和12，每个电容都通向相关的接地磁芯，以及在那些线圈5a、5f的最里面的层具有从最里面的层延伸到外面的连接的那些点上，有大约为电容11或12的一半大小并连接至地的横向电容14、15。
由于这种配置，线圈或电感5a至5f与电容10和11至15一起形成振荡电路，其中电振荡借助于电流转换器9在磁性装置1激振时产生，例如所述的电振荡根据磁性装置1的设计具有两个谐振频率，如图2中等效电路图的下面的两个峰值16和17所示。
在这些频率上的特别关键的特性表明两个连接点18和19一方面安置在线圈5b、5c之间，而另一方面安置在5d、5e(图2)之间，并经由电容11、12连接至地。在这些点上，如图1所示，线圈5b、5c和5d、5e的最里面的层彼此相连。如果绝缘层6在这些点上朝向相关的磁芯3和/或朝向地面被击穿，那么就将发生短路从而致使磁性装置无效。相反地，其它的开关点相对来说不太重要，例如5a、5b和5c、5d等线圈的外部连接的点上，以及与电容14和15相链接的连接点。这些所造成的后果是连接点18和19处的额定电压在根据图2的谐振频率上明显上升，且穿过相邻线圈5b、5c和5d、5e的电流分别采用非常不同的值。例如，这由于在图3中显示的测量曲线变得非常明显，其中时间沿横坐标绘制且电流沿纵坐标绘制。如图3的左上方所显示的，曲线21表示流经线圈5b的电流，曲线22表示流经线圈5c的电流，该情况下根据图2的电路通过电流转换器9以靠近图2中的一个谐振频率(峰值16)的正弦电压来激励。相应地，右上方的曲线23、24显示了以相同频率流经线圈5e和5d的电流。在图3的底部，曲线25、26和28、29显示了用其位置靠近图2中的峰值17所表示的谐振频率的频率来实现激励时电流的特性。由图3可知，经过线圈5b、5c和5d、5e的电流，以及随之而发生的流向连接点18、19的电流，和/或从这些连接点18、19流出的电流彼此相差很大。而且，根据峰值17的谐振频率上的每个电流都有180°相移(分别是曲线26、27和28、29)。因为有可能出现与大约为440伏的常规工作电压相对的幅值为104伏的电压，所以将有差动电流流经电容11和12，从而引起击穿绝缘层的危险。
因此，这里尝试依照本发明来衰减振荡电路，特别是降低或使一方面流经线圈5b、5c而另一方面流经线圈5d、5e的电流彼此适应，从而避免来自谐振的有害后果。该方法背后的想法是在任何情况下都存在的磁极背(图1)本身可以用作衰减和/或补偿的主要装置。
由根据图4的实施例，这里提议用具有高涡流损耗的材料和/或优选地用大规模元件而不是单独的金属薄片层板来制造选定的磁极背。因为各个线圈5a至5f经由铁磁芯3和磁极背4彼此磁性耦合在一起，所以磁极背4中的涡电流自动地产生动态衰减。由于这些涡电流产生的较小的热消耗经由磁性装置1的连续的铁质实体消散，特别是如果磁极背4是大规模结构的话。经由电容11、12从连接点18、19流出的电流可用这种方式显著地降低。因此，出现在连接点18、19的最大电压非常地小，以致它们的取值范围大大低于相关绝缘层的击穿电压。
如果依照图5选定的每个磁极背4都包裹有至少一个短路绕组30，则以上的同样适用。特别地，可以不使用例如铜或铝等高等级导体，而使用例如铁等材料来制作这些短路绕组30，由这些绕组产生高能量损耗从而导致有效的动态衰减。
由依照图4和5的两种实施例，所有磁极背4都可作为选定的磁极背，这是因为所有的磁极背4都是以相同的方式构造的。
而且，图4和5的两种实施例都无源地工作。根据图4的实施例以低通滤波器方式工作，导致根据图6的衰减曲线31。相反，依照图5的实施例以带通滤波器方式工作，导致图6中的衰减曲线32。两种衰减曲线31、32都包含谐振频率16和17。
遵照本发明的根据图7和8的实施例示出了用于降低出现在线圈5中的谐振振荡的有源装置。依照图7，这里设想为每个选定的磁极背4a、4b和4c配备补偿线圈34，其中上述选定的磁极背分别在磁芯对3a、3b和3c、3d以及3e、3f之间建立连接，并设想以串联电路在这三个补偿线圈34之间建立电流连接。这种配置的选取使得流入磁极背4a和4b或4b和4c的每个电流都基本相等。因为流入未配备补偿线圈34的磁极背4d和4e的电流以相同的方式影响附属的线圈5b和5c(或者为5d和5e)，则在此之前所描述的装置包含这种情况，即一方面穿过线圈5b和5c的电流而另一方面穿过线圈5d和5e的电流基本相等。因此可以实现至少出现在谐振情况下的线圈中的电流峰值彼此适应，且图2中连接点18、19处的电压过冲被降低到一定程度，使得经由电容11、12流出的电流并不要紧。
此外，其工作中使用短路线圈和/或补偿线圈30、34的实施例的一种优点是，与在给定情况下占优势的谐振频率的适应可以通过选择合适的线圈参数来实现。类似地，这同样可以应用于图8，其中在整体上用附图标记25来表示的变压器在补偿线圈4之间切换。另外，这里线圈34中的电感产生的电流和/或从变压器35放电流出的次级电流的相位角应被选择为使其能获得所希望的补偿效率。与图7相反，可以用变压器35来调整和设置不同于1∶1的变压比。此外，对根据图5至8的实施例的磁极背应用由单独的层板组成的金属薄片包是有利的。
本发明并不局限于这里所描述的可以以多种方式进行改进的实施例。特别地，本发明适用于在此之前描述的磁性装置1所计划的应用，如果需要的话还可应用于引导或制动磁铁。此外，本发明并不局限于由扁平导体带制成的线圈绕组，而是如果这些线圈的衰减相对较低的话，类推地还可用于具有不同绕组的线圈。每个磁性装置1中存在的磁极和/或磁芯3的数目可以非常随意地选取。最后，除了在此之前那些所显示和描述的属性之外的不同的特征属性还可以结合使用，这是不言自明的。
Claims (11)
1.磁悬浮车辆中用于承载、引导和/或制动系统的磁性装置，该磁性装置包含具有多个磁极的电磁体，所述电磁体具有在纵向方向上前后排列并通过磁极背(4)相连的磁芯(3a至3f)，所述磁极具有缠绕到所述磁芯(3a至3f)上的线圈(5a至5f)，其中，以外部连接线(7)和内部连接线(8)在纵向方向上彼此交替的方式，线圈(5a，5b；5c，5d；5e，5f)的径向最外面的层分别通过所述外部连接线(7)彼此电连接，线圈(5b，5c；5d，5e)的径向最里面的层分别通过所述内部连接线(8)彼此电连接，从而使得线圈(5a；5b；5c；5d；5e；5f)被串联连接，该磁性装置还包括分配给所述线圈(5a至5f)的用于降低在所述线圈中发生的电磁振荡的设备，所述振荡会导致在由所述内部连接线(8)形成的连接点(18，19)处的过压，并会导致在所述径向最里面的层与各磁芯(3b，3c；3d，3e)之间的绝缘层(6b，6c；6d，6e)的破坏，其特征在于所述磁极背(4)中至少选定的磁极背被配置为所述设备的组成部件，使得在所述磁性装置工作期间所述连接点(18，19)处的电压保持在相应绝缘层(6b，6c；6d，6e)的击穿电压以下。
2.根据权利要求1的磁性装置，其特征在于用于衰减电振荡的选定的磁极背(4)由具有高涡流损耗的材料制成。
3.根据权利要求2的磁性装置，其特征在于所有提供的磁极背(4)都被作为选定的磁极背，并且由具有高涡流损耗的材料制成。
4.根据权利要求1的磁性装置，其特征在于选定的磁极背(4)包裹有短路线圈(30)。
5.根据权利要求4的磁性装置，其特征在于所有提供的磁极背(4)都被作为选定的磁极背，并包裹有短路线圈(30)。
6.根据权利要求1的磁性装置，其特征在于选定的磁极背(4a、4b、4c)包裹有补偿线圈(34)，用于补偿所述线圈(5a至5f)中在谐振的情况下产生的电流，并且所述的补偿线圈(34)彼此导电连接。
7.根据权利要求6的磁性装置，其特征在于将外部彼此相连的两个线圈(5a、5b、5c、5d、5e、5f)的磁芯连接在一起的那些磁极背(4a、4b、4c)被作为选定的磁极背。
8.根据权利要求6或7的磁性装置，其特征在于补偿线圈(34)通过在所述补偿线圈(34)之间切换的变压器(35)彼此相连。
9.根据权利要求4或5的磁性装置，其特征在于选定的磁极背(4a、4b、4c)由单独的金属薄片所构成的金属薄片包制成。
10.根据权利要求6或7的磁性装置，其特征在于选定的磁极背(4a、4b、4c)由单独的金属薄片所构成的金属薄片包制成。
11.根据权利要求8的磁性装置，其特征在于选定的磁极背(4a、4b、4c)由单独的金属薄片所构成的金属薄片包制成。
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