CN1860665B - 设有用于从轨道到磁悬浮车辆的无接触感应能量传递装置的磁悬浮铁路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磁悬浮铁路，该磁悬浮铁路包括导轨、至少一个磁悬浮车辆、以及用来从导轨到车辆传递动力的无接触感应装置。所述发明的特征在于，该装置包括由导体绕组形成的并且安装在车辆上的至少两个接收线圈(27a，27b)、和连接到高频交流电压上并且在车辆的纵向方向上延伸的至少一个初级导体，其中两个接收线圈(27a，27b)或联合地连接到相同的初级导体上，或个别地每个连接到两个初级导体的其中一个上。
Description
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮铁路。
背景技术
普通磁悬浮车辆的车载能量通常借助于直线发电机以无接触方式产生，该直线发电机集成到目的在于承载和/或导向磁悬浮车辆的至少一个磁体装置的磁极中，并且例如与长定子共同作用(例如，DE 3410119A1)。能量的传递取决于磁悬浮车辆的速度，这就是为什么现有技术装置仅从近似100km/h的速度起覆盖磁悬浮车辆的(例如对于“承载”、“导向”及“制动”功能必需的)全部能量需要的原因。因此，在磁悬浮车辆的速度较小或是零的地方(例如在铁路车站中)，需要辅助能量源。这一方面包括在磁悬浮车辆中携带的大功率电池，另一方面包括外部装置，例如沿轨道的低速段铺设的接触轨，在磁悬浮车辆上安装的集流器分配给所述接触轨。后者可使得仅在可获得这样一种外部电源的地方在操作失效的情况下才必须停止磁悬浮车辆。而且，对于这样的装置的资金费用比较大。最后，这些装置由于在电池中的放电过程或由于机械磨损或撕裂要求时常维护，从而它们不能以适当的安全性工作。因此即使在磁悬浮车辆中提供几个冗余车载电网，也不能保证防故障的车载能量的供给。
对上述能量供给的一个特定干扰由缓冲蓄电池引起。在它们的体积、重量、成本及维护费用方面，它们带来特别是对经济效率具有不利影响的显著缺点。
除此之外，一般知道的是，交通系统借助于安装到导轨上的线环提供从导轨到车辆的无接触能量传递，对于该导轨施加高频交流电压，并且安装在车辆上的拾取环路被分配给导轨用来能量输出。至今还不可能单独通过这些装置进行安全的能量供给。
发明内容
构成本发明的基础的技术问题是，提供一种具有可靠防故障的能量(动力)供给单元的磁悬浮铁路，该供给单元特别使得有可能在车辆中没有至今不可避免的缓冲蓄电池并且如果要求则甚至没有辅助直线发电机等而操作。
为解决这个问题，本发明提供了一种磁悬浮铁路，包括导轨、至少一个磁悬浮车辆、用于推进车辆的长定子电机以及用于电能从所述导轨到所述车辆的无接触感应传递的装置，其特征在于，所述装置输出的能量独立于车辆的行驶速度，用作车载电网的供给装置，而且包括由导体绕组形成的并且安装在车辆上的两个接收机线圈、和在导轨的纵向方向上延伸并且连接到高频交流电源上的至少一个初级导体，其中，所述两个接收机线圈或者被联合地分配给相同的初级导体，或者被个别地每个分配给两个初级导体中的其中一个。
本发明产生于这样的想法，即代替直线发电机或者甚至除它之外为用于无接触动力传递的装置提供电子工作装置，该装置在以下轨道段中保证从导轨到车辆的充分的能量传递，即对于车载能量的需要不能通过直线发电机或其它装置覆盖或不能完全覆盖的那些轨道段中。这些装置不仅在慢速下有效，而且甚至在磁悬浮车辆的静止期间也有效，但它们也是冗余的，这就是为什么可完全省去可选择措施(例如在车辆中的缓冲蓄电池、沿导轨的动力轨等)的原因。希望的冗余度在原理上可定在任何选择水平，而不会由此大大地增加车辆的体积、重量、成本及维护费用。
优选地，每个连接到一个高频电源上的至少两个初级导体被安装在导轨处，并且安装在所述车辆处的至少两个接收机线圈被分配给每个初级导体。
优选地，多于两个的接收机线圈被分配给每个初级导体。
优选地，每个连接到一个高频电源上的至少四个初级导体被安装在导轨处，并且至少两个接收机线圈被分配给每个初级导体。
优选地，所述磁悬浮车辆设有承载磁体，并且接收机线圈被安装在所述承载磁体处。
优选地，至少提供与在磁悬浮车辆中的独立车载电网的数量相对应的多个接收机线圈，所述接收机线圈与任何初级导体合作。
优选地，所述初级导体在所述导轨的整个长度上延伸。
优选地，设置用于车辆能量的缓冲蓄电池，所述缓冲蓄电池容纳在导轨中而不是在车辆上。
优选地，所述缓冲蓄电池内置于子结构中，所述子结构沿着所述导轨以间隔开的布置安装。
优选地，缓冲蓄电池既不提供在车辆中也不提供在导轨处。
附图说明
下面借助于实施例和基于对其包括的附图更详细地解释本发明，在附图中：
图1示意地表示在设有长定子的导轨的区域中穿过通常磁悬浮车辆的部分截面；
图2表示从导轨梁侧看到的、带有用于无接触能量传递的接收机(拾取)线圈的磁体装置的前视图；
图3表示沿图2的线III-III的截面；
图4表示按照图2的磁体装置的立体前视图；
图5表示图4的放大细节X；及
图6表示用于根据本发明的车载电源的方块图。
具体实施方式
图1示意表示通过具有磁悬浮车辆1的磁悬浮铁路的横截面，该磁悬浮车辆1按照常规可运动地安装到在路线的纵向方向上延伸的导轨上，所述导轨包括由钢和/或混凝土制成的支撑2以及安装在其上的导轨板3。磁悬浮车辆1的推力例如由长定子电机实现，该长定子电机包括附加到所述导轨板3下面的并且连续地布置在其纵向方向上的定子叠片4。定子叠片4具有交替接续的齿和槽，这里未表示，供有可变幅值和频率的三相电流的绕组插入在这些齿和槽中。长定子电机的实际激励场由至少一个承载磁体6产生，该承载磁体6以这里未详细表示的方式附加到所述磁悬浮车辆1上，并且包括面向定子叠片4的向下敞开槽的磁极，如图1中所示。承载磁体6不仅提供激励场，而且在磁悬浮车辆1的操作期间也通过在承载磁体6本身与所述定子叠片4之间保持例如10mm的给定支承间隙7而实现承载和悬浮功能。
为了磁悬浮车辆1在轨道上的适当导向，导轨板3设有由导向磁体9面对的横向附加导轨8，该导向磁体9也安装到车辆1上并且用来在车辆的操作期间在导向磁体9本身与导轨8之间保持与间隙7相对应的间隙。
根据图2至图5，在图1中表示的承载磁体6形成紧固到车辆1上并且具有用于“承载”功能的磁体装置9的模块。然而，显然从行驶的方向上看，多个这样的模块能以并排和一个在另一个后面的横向排列安装在磁悬浮车辆1处。
磁体装置9包括例如一个布置在另一个后面的十二个磁极11，对于所述磁极的一个11a在图4中示意指示的串联电气连接的绕组12和铁芯14通常由浇铸树脂层等形式的防腐蚀保护层围绕。各个磁极11的铁芯14由这里未表示的磁极背彼此连接，并且由这里未表示的磁极颊板以及由穿过这些磁极颊板的杆附加到磁体装置9的磁体后箱15上。
磁悬浮车辆1和其磁体排列对于专家一般是已知的，例如通过出版公报US-PS 4,698,895、DE 39 28 277C1、PCT WO 97/30504A1、及ZEVrail Glasers Annalen，快速交通专集(special edition Transrapid)2003年10月，第34至87页，为简单起见这些通过参考形成本公开的一部分。
通过方块型电路图在图6中示意表示的动力供给单元用来把电能供给到磁悬浮车辆1。其中，方块16指示把能量供给到车辆的各种电气设施的车载电网。车载电网16本身由至少一个直线发电机17供有要求的操作电压。直线发电机17包括绕组18，该绕组18布置在至少一个磁极(例如在图4中的11a)中，并且与长定子相结合依据车辆1的速度供给交流电压，例如高达300V。例如，这个电压在包括升压斩波器的变压器(转换器)中转换到车载电网16的直接操作电压，例如440V，该车载电网16把所述电压经电网16一方面例如借助于导体线19供给到用于磁极9的绕组12的控制器20，并且另一方面通过导体线21供给到在磁悬浮车辆1中的其它消耗装置。
借助于直线发电机17产生车载能量仅在其中磁悬浮车辆1的速度达到一定最小值的那些轨道段中是可行的。在其它轨道段中，能量因此借助于铺设在轨道处的接触轨产生，并且机械或机械-气动集流器被分配给该接触轨。
由于接触轨和机械集流器因为其磨损和撕裂倾向(特别是在高速下)，不是总是希望的，所以本发明另外通过在图1至图5中表示的装置来实现从导轨2、3到磁悬浮车辆1的能量传递。
例如，根据图1，设计和建造成发射机线圈或线环的初级导体24分别提供在其中向来布置用于动力收集器的接触轨的导轨的位置处，并且优选地包括在所述导轨2、3的整个长度上往复伸展和便利延伸的直线段24a、24b。两个直线段24a、24b借助于包括隔离体的保持器25紧固到支撑件2上。而且初级导体24优选地与高频电源26相连接，该高频电源26例如在20kHz至200kHz下为300V到500V，并且仅示意地表示。
代替动力收集器，接收机或拾取线圈27安装在磁悬浮车辆1处。它优选地构造成，它不包围初级导体24，而是相对于它以小距离站立。由此有可能把接收机线圈27容纳在位于覆盖物28内的磁体后箱15中，所述覆盖物28覆盖箱15并且包括电隔离材料。
根据特别优选的实施例例子，保持器25具有这样一种铰接构造，从而初级导体24以这样一种方式安装，从而它可折叠到在支撑件2处的顶部或底部，并且可分段式摆离。由此避免在初级导体24成为障碍的工作期间必须完全拆除它。
图2至4表示包括分别分配给一半磁体A或B的两个拾取线圈27a和27b的磁体装置9。两个拾取线圈27a和27b都优选地彼此电气隔离，并因此以这样一种方式联合地分配给初级导体24，从而它们都有助于分别对于其本身的能量传递。
在图2和图4中由粗线表明的每个接收机线圈27a、27b优选地包括多个平行导体29(图5)，该导体29形成相对于初级导体24如此布置的线环，从而它被由直线段24a、24b产生的同心磁力线穿过，并且它能够在其未表示的连接端处输出由初级导体24供给的近似300V的电压。两个连接端可分别连接到未表示的电压转换器上，该电压转换器在图6中与相应拾取线圈27a和27b结合以分别形成一个块30a、30b。被输出的整流电压供给到车载电网16。
接收机线圈27、27a、27b优选地与必要的接触元件(例如插头)，一起制造成预制模块组，并且如此安装在磁体后箱15或覆盖物28处，从而它们形成由磁体装置9形成的自主模块的整体部分。
无接触能量传递的基本优点是，它以很小磨损或撕裂工作，并且如当使用接触轨时的情形那样，输出的能量独立于行驶速度。另一个至少同样重要的优点在于，至此描述的用于能量传递的装置的部分已经冗余地工作，例如因为在接收机线圈27a失效的情况下接收机线圈27b仍然工作(并且反之亦然)。
在图1中的部分27、27仅表示在磁悬浮铁路的右侧上。然而，事实上，有意义的是，在磁悬浮铁路的左侧上提供相同布置，以便使冗余度加倍。这也由两个辅助方块30c和30d指示性地表示在图6中。
如果在图2至4中表示的接收机线圈27a、27b不在同一初级导体处联合地工作，而是个别地分别分配给连接到一个高频电源上的分离初级导体，则得到冗余度的进一步增加。例如，这可通过把在图2和图4中的两个接收机线圈27a、27b在两个绕组水平中一个布置在另一个上方而不是并排布置而实现。在这种情况下，两个分离初级导体24提供在图1中，并且以与两个绕组水平的距离相对应的距离一个布置在另一个上方。如果在车辆的另一侧也采取相同的布置，则冗余度关于初级导体24成为四倍，并且关于接收机线圈27a、27b至少成为八倍。对于安全和可靠操作相关的功能因此能贯穿服务寿命安全地实现。
关于接收机线圈27的冗余度对于通常的磁悬浮车辆仍然可显著地增加，因为它们通常设有多个磁体装置9，该磁体装置9都能以上述方式设有接收机线圈27。由此可保证，用于车载电网16的缓冲蓄电池成为多余的，并且可简单地省去。如果要求，则紧急电源然后可由布置在导轨侧的简单铅蓄电池保证。
除此之外，初级导体24有利地在导轨的整个长度上延伸。在这种情况下，磁悬浮车辆可停止在导轨的任何区域中，而与直线发电机的功能无关。由此得出，有可能完全省去车辆电池以及直线发电机等，只要设计正确并且根据本发明的能量供给的冗余度足够，因而与当前认为是最好的本发明的实施例相对应的那样，显著减小关于在车辆中要求的安装的费用。
本发明不限于能以多种方式多样化的所述实施例。特别是，这适用于每个磁悬浮车辆总共存在的多个接收机线圈27，并且适用于在导轨处存在并且分别连接到分离高频电源上的多个初级导体24。认为有利的是，把电源安装在通常的子结构中，该子结构沿导轨以间隔关系安装，并且例如容纳给长定子绕组馈电的变频器等。连接和/或可连接到初级导体24上的简单铅酸蓄电池便利地布置在相同的子结构中，在紧急等情况下用作缓冲蓄电池。而且，为了冗余度起见，特别有利的是，在每个磁悬浮车辆中提供两个或多个分离的车载电网16、16a和/或16b，该车载电网16、16a和/或16b分别连接到至少一个分离接收机线圈27上，如打算通过在图6中的另外方块30e、30f及30g指示表示的那样。最后，不言自明的是，不同的特征也能以除以上描述和表示的那些之外的组合应用。
Claims (10)
1.一种磁悬浮铁路，包括导轨(2，3)、至少一个磁悬浮车辆(1)、用于推进车辆(1)的长定子电机(4，5，6)以及用于电能从所述导轨(2，3)到所述车辆(1)的无接触感应传递的装置，其特征在于，所述装置输出的能量独立于车辆的行驶速度，用作车载电网的供给装置，而且包括由导体绕组形成的并且安装在车辆上的两个接收机线圈(27a，27b)、和在导轨的纵向方向上延伸并且连接到高频交流电源(26)上的至少一个初级导体(24)，其中，所述两个接收机线圈(27a，27b)或者被联合地分配给相同的初级导体，或者被个别地每个分配给两个初级导体中的其中一个。
2.根据权利要求1所述的磁悬浮铁路，其特征在于，每个连接到一个高频交流电源(26)上的至少两个初级导体(24)被安装在导轨(2，3)处，并且安装在所述车辆(1)处的至少两个接收机线圈(27a，27b)被分配给每个初级导体(24)。
3.根据权利要求2所述的磁悬浮铁路，其特征在于，多于两个的接收机线圈(27a，27b)被分配给每个初级导体(24)。
4.根据权利要求3所述的磁悬浮铁路，其特征在于，每个连接到一个高频交流电源(26)上的至少四个初级导体(24)被安装在导轨(2，3)处。
5.根据以上权利要求1至4任一项所述的磁悬浮铁路，其特征在于，所述磁悬浮车辆(1)设有承载磁体(6)，并且接收机线圈(27a，27b)被安装在所述承载磁体(6)处。
6.根据以上权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮铁路，其特征在于，至少提供与在磁悬浮车辆(1)中的独立车载电网(16，16a，16b)的数量相对应的多个接收机线圈(27a，27b)，所述接收机线圈(27a，27b)与任何初级导体(24)合作。
7.根据以上权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮铁路，其特征在于，所述初级导体(24)在所述导轨(2，3)的整个长度上延伸。
8.根据以上权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮铁路，其特征在于，设置用于车辆能量的缓冲蓄电池，所述缓冲蓄电池容纳在导轨(2，3)中而不是在车辆(1)上。
9.根据权利要求8所述的磁悬浮铁路，其特征在于，所述缓冲蓄电池内置于子结构中，所述子结构沿着所述导轨(2，3)以间隔开的布置安装。
10.根据以上权利要求1至4中任一项所述的磁悬浮铁路，其特征在于，既不在车辆(1)中提供缓冲蓄电池也不在导轨(2，3)处提供缓冲蓄电池。
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