CN101868372B - 磁悬浮铁路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁悬浮铁路，包括一个按照一种长定子直线电机方式的支承和驱动***，其中在列车中存在的支承磁极附加设有直线发电机绕组(10)，这些直线发电机绕组用于在列车中产生电能。为了避免在低车速时产生不符合要求的、周期的振动(槽波动)，按照本发明设定，长定子(3)的各齿(5)和槽(6)在高速行驶区域(2a)内相互平行设置，而在低速行驶区域(2b)内倾斜于各支承磁铁的磁心(7)和设置在其中的直线发电机绕组(10)设置。

Description

磁悬浮铁路
技术领域
本发明涉及一种磁悬浮铁路。 
背景技术
已知的这种类型的磁悬浮铁路(例如DE 3041940C2、DE 102004012748A1)的特征在于一种组合的支承、驱动和能量产生***。该***由多个安装在列车上和在车行道上的相互交替作用的部件构成。 
借助至少一个固定在列车上的支承磁铁实现“支承”功能，支承磁铁在正常的行驶运行的期间将列车相对于车行道保持在一种悬浮状态。支承磁铁为此目的具有许多沿行驶方向相继设置的磁极，它们由铁磁心和围绕它们的绕组构成。磁心交替地形成北极和南极并且终止在一个极平面上，它在行驶运行的期间以一个例如10mm的间距面对一个安装在车行道上的反作用导轨。 
例如借助一个长定子形式的反作用导轨实现“驱动”功能，长定子设有沿行驶方向交替相继设置的齿和槽，在其中嵌入至少一个三相交流电绕组，借其产生一个电磁的、沿行驶方向前进的行波场。长定子以其交流电绕组和各支承磁铁以由其产生的磁场构成一个同步的长定子直线电机，它以行波场的传播速度驱动列车。磁极磁心的沿行驶方向的前边缘和后边缘或各侧面和长定子的各齿垂直于行驶方向延伸，其中齿/槽距或大或小约为例如86mm，而极距相对于两个同步磁极或大或小约为例如516mm。 
为了实现在该申请的范围内应该被理解为在列车中产生电能的“能量产生”功能，有各种各样的可能性。产生电能的目的是用于满足支承磁铁绕组的能量需求和由其他的在列车中存在的耗电的机组例如空气调节和照明设备、所需要的控制和调节装置等的能量需求。一种用于能量产生的可能性在于，在车行道上设置汇流排和在列车上设 置为其配置的集电器。另一种可能性在于，沿车行道设置一个构成为发送器的初级导体和在列车上设置一个为其配置的接收线圈。最后有可能，各磁极设有嵌入其中的构成一个直线发电机的绕组。这些绕组在列车的行驶期间按照涉及的磁极是否正好面对长定子的一个齿或一个槽而由不同的磁通量流过，借此在其中感应一个电压，它经由高位分流变阻器(Hochsetzsteller)和必要时整流器供给不同的耗电器或用于同样在列车中携带的蓄电池的充电。 
借助直线发电机产生电能特别带来的优点是，它不需要在车行道上的附加的装备元件例如汇流排、初级导体等。但一种不可避免的缺点在于，直线发电机的运行只有在较高的车速例如高于100km/h这样的车速时才能足够好地起作用。因此在磁悬浮铁路的实际应用中设定，在低速行驶区域内给车行道配备附加的汇流排、初级导体等和/或给列车配备如此多的蓄电池，以致在直线发电机单独不够用的地方也能够给列车提供足够的电能。 
在一列磁悬浮列车借助一个长定子直线电机的运行中的另一问题在于，支承磁铁在行驶期间由于长定子的齿/槽几何形状经受周期的、还通过驱动影响的负载变换，这些负载变换不仅导致力的周期变化而且还导致俯仰力矩的周期变化。在一个磁极面对长定子的一个齿的地方达到满吸引力，反之，在长定子的一个槽的区域内吸引力实际上为零。这些持续的变化使得作为所谓的槽波动(Nutripple)特别强地在车行道的低速行驶区域内是明显的。在一个实际的具有例如86mm的齿/槽距的实施例中，在100km/h和更低的车速时导致起伏或导致一种具有一个约320Hz和更低的槽波动。这是不符合要求的，因此由此引起的机械振动可能影响疲劳强度，继而也影响车行道的使用寿命和乘车舒适性并发出噪声。至今只有很难地并通过很大的质量、大量的泡沫材料等的应用才能抑制这样的振动。相反，高于例如320Hz时这些振动及其后果可较容易地控制，因此具有其次的重要性。 
发明内容
由此出发，本发明以该技术问题为依据，构成开头所述类型的磁 悬浮铁路，使得在很大程度上避免在低速行驶区域内的干扰的振动或槽波动，也不需要采用耗费很大的减振装置。 
为了解决该问题，本发明提出一种磁悬浮铁路，包括一条沿一个行驶方向延伸的、具有高速和低速行驶区域的车行道，至少一个沿车行道可行驶的列车和一个为列车配置的支承、驱动和能量产生***，该支承、驱动和能量产生***具有一个安装在车行道上的具有沿行驶方向交替相继设置的各齿和用于容纳各交流电绕组的各槽的长定子、至少一个安装在列车中的具有许多沿行驶方向相继设置的由各磁心和各直线发电机绕组构成的支承磁极的支承磁铁和一个直线发电机，该直线发电机具有嵌入各支承磁极中的各直线发电机绕组，其特征在于，一方面长定子的各齿和槽和另一方面各支承磁铁的磁心和直线发电机绕组在高速行驶区域内基本上相互平行设置，而在低速行驶区域内以一个不同于零的角度并且倾斜地相对彼此设置。 
本发明带来的优点是，通过长定子的各齿和槽相对于支承磁铁的磁极磁心的倾斜只设置在低速行驶区域内的方式，实现两种功能。其一在高速行驶区域内通过直线发电机确保一种足够的能量供应，因为在这里一方面支承磁极的磁心和直线发电机绕组与另一方面长定子的各齿和槽的平行性保证一种最好的能量传输。其次在低速行驶区域内可以将通常在低频时发生的周期的激励在很大程度上减至最小，从而不需要耗费很大的减振措施。因为直线发电机绕组在这种情况下总是只有部分面对长定子的齿或槽，所以由于倾斜借助直线发电机比无这样的倾斜可产生较少能量的缺点在本发明的范围内不被认为是重要的，因为对于低速行驶区域来说，反正必须设置附加的装置，如汇流排、蓄电池等。 
由诸从属权利要求得出本发明的其他的有利的特征。 
附图说明
以下结合针对各实施例的附图更详细地说明本发明。其中： 
图1用于磁悬浮铁路的车行道的通常结构的大致示意图； 
图2一个长定子与一条磁悬浮铁路的各支承磁铁的通常的 相对位置； 
图3磁悬浮列车的支承磁铁的一个磁极磁心的放大的透视图； 
图4一个长定子和一个在按图1的车行道的一个低速行驶区域内的支承磁铁的按照本发明的一个第一实施例；以及 
图5和6本发明用于一个长定子和一个支承磁铁的两个其他的实施例。 
具体实施方式
在图1中示意示出了一个火车站1和一条磁悬浮铁路的一个以其为出发点的车行道2。车行道2以已知的方式包括一个在图2中在一个底视图中示意示出的长定子3，该长定子沿一列磁悬浮列车4的由箭头x说明的行驶方向(图1)交替地具有各齿5和槽6，在其中嵌入未示出的各交流电绕组，以便沿车行道2产生一个电磁的行波场。在车行道4中设置至少一个支承磁铁，它具有许多沿行驶方向x接连的交替极性的磁极。支承磁极一般包括由铁构成的各磁心7和围绕它们的、由直流电流过的、未示出的绕组，尽管也可以附加地为其配置永久磁铁。为了简化视图，在图2中只示出了各磁心7及其轮廓。 
图3放大示出了一个单个的这样的磁心7。磁心7包括一些平行的槽8，它们进入其磁极面9中，磁极面面对长定子3的各齿5和槽6。各槽8用于容纳一个直线发电机的在图2中示出的绕组10，直线发电机适用于在列车4中无接触地产生电能。在图2中同样说明了磁心7、绕组10、齿5和槽6的通常的相对位置。由此长定子3的各齿5和槽6基本上垂直于行驶方向x延伸。严格地说，这主要适用于各齿5的沿行驶方向x前面的和后面的、平行于y方向设置的各边缘或限定各槽6的各侧面11。此外图2和3还示出，各磁心7设有基本上平面的各侧面12，它们在装入状态下平行于长定子3的各齿5的各侧面11。此外，各磁心7的进入磁极面9中的各槽平行于侧面12设置(图2和3)。最后总体上这样进行设置，即各直线发电机绕组10的处于各槽8中的部分基本上平行于各侧面11和12，同时这些绕组10的头部14按图2设置在各磁心7之外并沿x方向延伸。绕组10或其绕组窗口沿x方向的宽度大致相当于长定子3的一个齿5或一个槽6的宽度，以便取得最大的感应的能量产生。 
为了简化按照本发明的各实施例的以下描述，以下并也在各权利要求中总体上只指示齿5、槽6、磁心7和绕组10的方向。但应该理解，为此实际上指的是所述各边缘或侧面11和12以及各槽8的走向。 
在磁悬浮列车4的运行中，借助存在的各支承磁铁建立一种悬浮状态，其产生的结果是，各磁极面9以一个例如10mm的间距面对长 定子3的各齿5。同时各支承磁铁以已知的方式提供励磁场，用于由长定子3、各处于其中的交流电绕组和各支承磁铁构成的长定子直线电机，该长定子直线电机驱动磁悬浮列车4。 
在列车4中电能的产生在磁悬浮列车4的行驶期间基本上这样实现，即由于各磁心7相对于长定子3的运动导致在各磁极面9与长定子3的各齿5和槽6之间存在的空气隙的一种持续的变化，由此也持续地改变通过直线发电机绕组的磁通量。因此如上所述的那样，在各绕组10中感应一个电压。 
由直线发电机输出的电压在车速高于例如100km/h时足以满足磁悬浮列车4的全部能量需求并向其携带的车用蓄电池充电。这种状态在图1中通过车行道2的一个高速行驶区域2a表示。反之，直线发电机在车行道2的低速行驶区域2b内不足以满足能量需求。在低速行驶区域2b内沿车行道2设置附加的本身已知的且因此未示出的用于能量传输或产生的装置，在这些低速行驶区域中，列车4例如从所述火车站1开始加速，在一个火车站1之前制动并因此以一个例如低于100km/h的速度运行。 
所述类型的磁悬浮铁路对于本领域技术人员来说例如由公开文件DE 30 41 940C2、DE 34 10 119C2、DE 10 2004 012748A1和DE 102004 056 439A1是已知的，因此为了避免重复在此通过引用将其作为当前的公开的主题内容。 
为了避免在低速行驶时发生的、开始所述的振动(槽波动)，按照本发明建议，一方面长定子3的各齿5和槽6和另一方面各磁心7和绕组10在高速行驶区域2a内如至今那样相互平行设置，而在低速行驶区域2b内倾斜相对彼此设置，亦即以一个不同于0°或处在0°与90°之间的角度设置。对此在图4中示出一个实施例。当各支承磁铁或其磁心7在列车4中如通常那样即以其各边缘基本上垂直于行驶方向定向(图2)时，长定子3的各齿5和槽6倾斜于行驶方向x设置。这种在各磁心7与各齿5和槽6之间的倾斜产生的结果是，大大减轻了开头所述的、周期的激励，这些激励特别在低于约100km/h的低车速 时发生并且具有例如320Hz和更低的频率，并且通过适当选择一个倾斜角度α1(图4)可以将其减至最小。直线发电机或绕组10的由于倾斜进一步变坏的作用由于上述原因是不重要的，绕组如同各磁心7那样倾斜于长定子3的各齿5和槽6设置。 
而在高速行驶区域2a内，直线发电机如至今那样最好地工作。 
倾斜对驱动和支承性能没有显著的影响，从而鉴于槽波动的避免可以将其优化。对此特别符合目的是，这样选择倾斜角度α1，以致由各磁心7和各齿5共同覆盖的面基本上总是相同大小的。 
示例性地由图5和6得出通过本发明设定的车行道2的变化。 
按图5的实施例设定，在一个高速行驶区域2a内采用如同它也在图2中所示那样的设置。各齿5、各槽6、各磁心7和各绕组10在这里全部相互平行并且基本上垂直于行驶方向x，亦即平行于y方向设置。而在图5的低速行驶区域2b内，设置借助图4说明的具有倾斜角度α1的倾斜，据此长定子3的各齿5和槽6与行驶方向x形成一个不同于90°的角度。 
按图6的实施例与按图5的实施例的区别在于，在高速行驶区域2a内，不仅各齿5和槽6而且各磁心7和各绕组10相对于行驶方向x均以一个倾斜于一条垂直线(＝y方向)的角度α2设置。因此如同在按图2的设置中那样在高速行驶区域2a内关于借助直线发电机的感应的能量产生建立有利的条件，因为各磁心7和各绕组10平行于各齿5和槽6延伸。而在图6的低速行驶区域2b内，长定子3的各齿5和槽6沿相反的方向以一个角度β倾斜于y方向设置。角度β的大小优选等于角度α2的大小，从而各齿5和槽6在区域2a和2b内镜像对称于一个想象的、沿y方向延伸的平面15设置。因此适用于如图5中那样的低速行驶区域2b，即各磁心7和各绕组10倾斜于各齿5和槽6延伸并因此显著减少槽波动。为了建立与图5中相同的倾斜，例如这样选择角度α2和β，以致适用α1＝α2+β并因此在图6的低速行驶区域2b内的倾斜完全与在图5中的一样大小。 
最后本发明的另一实施例可以设定，各磁心7和各直线发电机绕 组10如同在图6中那样倾斜于y方向定向，相反，各齿5和槽6在高速行驶区域2a内如同在图6的左部那样而在低速行驶区域2b内如同在图2中那样设置。 
本发明并不限于所述的各实施例，这些实施例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设置的齿/槽周期的大小，所述齿/槽周期可以完全不同于示例性说明的尺寸86mm，示例性说明的极距尺寸516mm也是如此。与此相应，低速行驶区域2b可以设定用于这样的速度，它们具有一个不同于约100km/h说明极限的速度极限并且在其中产生不同于320Hz和更低的频率。据此不同的倾斜角度α1、α2和β可以证明是最好的。在所有的情况下符合目的地这样选择倾斜角度，以致将周期的激励和有害的后果减至最小和消除并且由此特别降低各构件的机械负荷和噪音产生。此外由图1至6显而易见的长定子3和支承磁铁或其磁极的配置结构也只表示一个实例，按照需要可以与之不同。此外明显的是，所描述的设置也可以在火车站或停车点中使用，在其中不总是或只在紧急情况下才使磁悬浮列车4停车。在这些情况下仅仅必需的是，在一列磁悬浮列车4的一种不实现停车的通行期间激活附加的外部的能量供应或接通车用蓄电池，这在几秒钟的通行时间时不显示出问题。最后当然也可以不同于所描述的和所示出的组合而采用不同的特征。 

Claims (5)

1.磁悬浮铁路，包括一条沿一个行驶方向(x)延伸的、具有高速和低速行驶区域(2a、2b)的车行道(2)，至少一个沿车行道(2)可行驶的列车(4)和一个为列车(4)配置的支承、驱动和能量产生***，该支承、驱动和能量产生***具有一个安装在车行道(2)上的具有沿行驶方向(x)交替相继设置的各齿(5)和用于容纳各交流电绕组的各槽(6)的长定子(3)、至少一个安装在列车(4)中的具有许多沿行驶方向相继设置的由各磁心(7)和各直线发电机绕组构成的支承磁极的支承磁铁和一个直线发电机，该直线发电机具有嵌入各支承磁极中的各直线发电机绕组(10)，其特征在于，一方面长定子(3)的各齿(5)和槽(6)和另一方面各支承磁铁的磁心(7)和直线发电机绕组(10)在高速行驶区域(2a)内基本上相互平行设置，而在低速行驶区域(2b)内以一个不同于零的角度(α1、α2、β)并且倾斜地相对彼此设置。
2.按照权利要求1所述的磁悬浮铁路，其特征在于，各支承磁铁的磁心(7)和直线发电机绕组(10)基本上垂直于行驶方向(x)设置，而长定子(3)的各齿(5)和槽(6)在高速行驶区域(2a)内基本上垂直于行驶方向(x)延伸，而在低速行驶区域(2b)内相对于行驶方向(x)以一个不同于90°的角度延伸。
3.按照权利要求1所述的磁悬浮铁路，其特征在于，各磁心(7)和各直线发电机绕组(10)相对于行驶方向(x)以一个不同于90°的角度设置，而长定子(3)的各齿(5)和槽(6)在低速行驶区域(2b)内基本上垂直于行驶方向(x)设置，而在高速行驶区域(2a)内基本上平行于各支承磁铁的磁心(7)和直线发电机绕组(10)设置。
4.按照权利要求1所述的磁悬浮铁路，其特征在于，各支承磁铁的磁心(7)和直线发电机绕组(10)相对于行驶方向(x)以一个不同于90°的角度设置，并且长定子(3)的各齿(5)和槽(6)在高速行驶区域(2a)内基本上平行于各磁心(7)和各直线发电机绕组(10)设置，而在低速行驶区域(2b)内以倾斜角度(β)设置，这些倾斜角度相反于在高速行驶区域(2a)内的那些角度。
5.按照权利要求4所述的磁悬浮铁路，其特征在于，相反倾斜定向的角度(α2、β)是相同大小的。
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