專利名稱：磁懸浮鐵路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1的前序部分中所述類型的磁懸浮鐵路。
背景技術(shù)：
已知的這種類型的磁懸浮鐵路(例如DE 30 41 940C2、DE 10 2004012 748A1)的 特征在于一種組合的支承、驅(qū)動(dòng)和能量產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)由多個(gè)安裝在列車上和在車行道 上的相互交替作用的部件構(gòu)成。借助至少一個(gè)固定在列車上的支承磁鐵實(shí)現(xiàn)“支承”功能，支承磁鐵在正常的行駛 運(yùn)行的期間將列車相對(duì)于車行道保持在一種懸浮狀態(tài)。支承磁鐵為此目的具有許多沿行駛 方向相繼設(shè)置的磁極，它們由鐵磁心和圍繞它們的繞組構(gòu)成。磁心交替地形成北極和南極 并且終止在一個(gè)極平面上，它在行駛運(yùn)行的期間以一個(gè)例如IOmm的間距面對(duì)一個(gè)安裝在 車行道上的反作用導(dǎo)軌。例如借助一個(gè)長定子形式的反作用導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)“驅(qū)動(dòng)”功能，長定子設(shè)有沿行駛方向 交替相繼設(shè)置的齒和槽，在其中嵌入至少一個(gè)三相交流電繞組，借其產(chǎn)生一個(gè)電磁的、沿行 駛方向前進(jìn)的行波場。長定子以其交流電繞組和各支承磁鐵以由其產(chǎn)生的磁場構(gòu)成一個(gè)同 步的長定子直線電機(jī)，它以行波場的傳播速度驅(qū)動(dòng)列車。磁極磁心的沿行駛方向的前邊緣 和后邊緣或各側(cè)面和長定子的各齒垂直于行駛方向延伸，其中齒/槽距或大或小約為例如 86mm,而極距相對(duì)于兩個(gè)同步磁極或大或小約為例如516mm。為了實(shí)現(xiàn)在該申請的范圍內(nèi)應(yīng)該被理解為在列車中產(chǎn)生電能的“能量產(chǎn)生”功 能，有各種各樣的可能性。產(chǎn)生電能的目的是用于滿足支承磁鐵繞組的能量需求和由其他 的在列車中存在的耗電的機(jī)組例如空氣調(diào)節(jié)和照明設(shè)備、所需要的控制和調(diào)節(jié)裝置等的 能量需求。一種用于能量產(chǎn)生的可能性在于，在車行道上設(shè)置匯流排和在列車上設(shè)置為 其配置的集電器。另一種可能性在于，沿車行道設(shè)置一個(gè)構(gòu)成為發(fā)送器的初級(jí)導(dǎo)體和在 列車上設(shè)置一個(gè)為其配置的接收線圈。最后有可能，各磁極設(shè)有嵌入其中的構(gòu)成一個(gè)直 線發(fā)電機(jī)的繞組。這些繞組在列車的行駛期間按照涉及的磁極是否正好面對(duì)長定子的一 個(gè)齒或一個(gè)槽而由不同的磁通量流過，借此在其中感應(yīng)一個(gè)電壓，它經(jīng)由高位分流變阻器 (Hochsetzsteller)和必要時(shí)整流器供給不同的耗電器或用于同樣在列車中攜帶的蓄電池 的充電。借助直線發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能特別帶來的優(yōu)點(diǎn)是，它不需要在車行道上的附加的裝備 元件例如匯流排、初級(jí)導(dǎo)體等。但一種不可避免的缺點(diǎn)在于，直線發(fā)電機(jī)的運(yùn)行只有在較高 的車速例如高于100km/h這樣的車速時(shí)才能足夠好地起作用。因此在磁懸浮鐵路的實(shí)際應(yīng) 用中設(shè)定，在低速行駛區(qū)域內(nèi)給車行道配備附加的匯流排、初級(jí)導(dǎo)體等和/或給列車配備 如此多的蓄電池，以致在直線發(fā)電機(jī)單獨(dú)不夠用的地方也能夠給列車提供足夠的電能。在一列磁懸浮列車借助一個(gè)長定子直線電機(jī)的運(yùn)行中的另一問題在于，支承磁鐵 在行駛期間由于長定子的齒/槽幾何形狀經(jīng)受周期的、還通過驅(qū)動(dòng)影響的負(fù)載變換，這些 負(fù)載變換不僅導(dǎo)致力的周期變化而且還導(dǎo)致俯仰力矩的周期變化。在一個(gè)磁極面對(duì)長定子的一個(gè)齒的地方達(dá)到滿吸引力，反之，在長定子的一個(gè)槽的區(qū)域內(nèi)吸引力實(shí)際上為零。這 些持續(xù)的變化使得作為所謂的槽波動(dòng)(Nutripple)特別強(qiáng)地在車行道的低速行駛區(qū)域內(nèi) 是明顯的。在一個(gè)實(shí)際的具有例如86mm的齒/槽距的實(shí)施例中，在100km/h和更低的車速 時(shí)導(dǎo)致起伏或?qū)е乱环N具有一個(gè)約320Hz和更低的槽波動(dòng)。這是不符合要求的，因此由此 引起的機(jī)械振動(dòng)可能影響疲勞強(qiáng)度，繼而也影響車行道的使用壽命和乘車舒適性并發(fā)出噪 聲。至今只有很難地并通過很大的質(zhì)量、大量的泡沫材料等的應(yīng)用才能抑制這樣的振動(dòng)。相 反，高于例如320Hz時(shí)這些振動(dòng)及其后果可較容易地控制，因此具有其次的重要性。

發(fā)明內(nèi)容
由此出發(fā)，本發(fā)明以該技術(shù)問題為依據(jù)，構(gòu)成開頭所述類型的磁懸浮鐵路，使得在 很大程度上避免在低速行駛區(qū)域內(nèi)的干擾的振動(dòng)或槽波動(dòng)，也不需要采用耗費(fèi)很大的減振裝置。
為了解決該問題，本發(fā)明設(shè)定權(quán)利要求1表明的特征。本發(fā)明帶來的優(yōu)點(diǎn)是，通過長定子的各齒和槽相對(duì)于支承磁鐵的磁極磁心的傾斜 只設(shè)置在低速行駛區(qū)域內(nèi)的方式，實(shí)現(xiàn)兩種功能。其一在高速行駛區(qū)域內(nèi)通過直線發(fā)電機(jī) 確保一種足夠的能量供應(yīng)，因?yàn)樵谶@里一方面支承磁極的磁心和直線發(fā)電機(jī)繞組與另一方 面長定子的各齒和槽的平行性保證一種最好的能量傳輸。其次在低速行駛區(qū)域內(nèi)可以將通 常在低頻時(shí)發(fā)生的周期的激勵(lì)在很大程度上減至最小，從而不需要耗費(fèi)很大的減振措施。 因?yàn)橹本€發(fā)電機(jī)繞組在這種情況下總是只有部分面對(duì)長定子的齒或槽，所以由于傾斜借助 直線發(fā)電機(jī)比無這樣的傾斜可產(chǎn)生較少能量的缺點(diǎn)在本發(fā)明的范圍內(nèi)不被認(rèn)為是重要的， 因?yàn)閷?duì)于低速行駛區(qū)域來說，反正必須設(shè)置附加的裝置，如匯流排、蓄電池等。由諸從屬權(quán)利要求得出本發(fā)明的其他的有利的特征。


以下結(jié)合針對(duì)各實(shí)施例的附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明。其中圖1用于磁懸浮鐵路的車行道的通常結(jié)構(gòu)的大致示意圖；圖2 —個(gè)長定子與一條磁懸浮鐵路的各支承磁鐵的通常的相對(duì)位置；圖3磁懸浮列車的支承磁鐵的一個(gè)磁極磁心的放大的透視圖；圖4 一個(gè)長定子和一個(gè)在按圖1的車行道的一個(gè)低速行駛區(qū)域內(nèi)的支承磁鐵的按 照本發(fā)明的一個(gè)第一實(shí)施例；以及圖5和6本發(fā)明用于一個(gè)長定子和一個(gè)支承磁鐵的兩個(gè)其他的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式在圖1中示意示出了一個(gè)火車站1和一條磁懸浮鐵路的一個(gè)以其為出發(fā)點(diǎn)的車行 道2。車行道2以已知的方式包括一個(gè)在圖2中在一個(gè)底視圖中示意示出的長定子3，該長 定子沿一列磁懸浮列車4的由箭頭χ說明的行駛方向(圖1)交替地具有各齒5和槽6，在 其中嵌入未示出的各交流電繞組，以便沿車行道2產(chǎn)生一個(gè)電磁的行波場。在車行道4中 設(shè)置至少一個(gè)支承磁鐵，它具有許多沿行駛方向χ接連的交替極性的磁極。支承磁極一般 包括由鐵構(gòu)成的各磁心7和圍繞它們的、由直流電流過的、未示出的繞組，盡管也可以附加地為其配置永久磁鐵。為了簡化視圖，在圖2中只示出了各磁心7及其輪廓。
圖3放大示出了一個(gè)單個(gè)的這樣的磁心7。磁心7包括一些平行的槽8，它們進(jìn)入 其磁極面9中，磁極面面對(duì)長定子3的各齒5和槽6。各槽8用于容納一個(gè)直線發(fā)電機(jī)的 在圖2中示出的繞組10，直線發(fā)電機(jī)適用于在列車4中無接觸地產(chǎn)生電能。在圖2中同樣 說明了磁心7、繞組10、齒5和槽6的通常的相對(duì)位置。由此長定子3的各齒5和槽6基本 上垂直于行駛方向χ延伸。嚴(yán)格地說，這主要適用于各齒5的沿行駛方向χ前面的和后面 的、平行于y方向設(shè)置的各邊緣或限定各槽6的各側(cè)面11。此外圖2和3還示出，各磁心7 設(shè)有基本上平面的各側(cè)面12，它們在裝入狀態(tài)下平行于長定子3的各齒5的各側(cè)面11。此 夕卜，各磁心7的進(jìn)入磁極面9中的各槽平行于側(cè)面12設(shè)置(圖2和3)。最后總體上這樣進(jìn) 行設(shè)置，即各直線發(fā)電機(jī)繞組10的處于各槽8中的部分基本上平行于各側(cè)面11和12，同時(shí) 這些繞組10的頭部14按圖2設(shè)置在各磁心7之外并沿χ方向延伸。繞組10或其繞組窗 口沿χ方向的寬度大致相當(dāng)于長定子3的一個(gè)齒5或一個(gè)槽6的寬度，以便取得最大的感 應(yīng)的能量產(chǎn)生。為了簡化按照本發(fā)明的各實(shí)施例的以下描述，以下并也在各權(quán)利要求中總體上只 指示齒5、槽6、磁心7和繞組10的方向。但應(yīng)該理解，為此實(shí)際上指的是所述各邊緣或側(cè) 面11和12以及各槽8的走向。在磁懸浮列車4的運(yùn)行中，借助存在的各支承磁鐵建立一種懸浮狀態(tài)，其產(chǎn)生的 結(jié)果是，各磁極面9以一個(gè)例如IOmm的間距面對(duì)長定子3的各齒5。同時(shí)各支承磁鐵以已 知的方式提供勵(lì)磁場，用于由長定子3、各處于其中的交流電繞組和各支承磁鐵構(gòu)成的長定 子直線電機(jī)，該長定子直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)磁懸浮列車4。在列車4中電能的產(chǎn)生在磁懸浮列車4的行駛期間基本上這樣實(shí)現(xiàn)，即由于各磁 心7相對(duì)于長定子3的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致在各磁極面9與長定子3的各齒5和槽6之間存在的空氣 隙的一種持續(xù)的變化，由此也持續(xù)地改變通過直線發(fā)電機(jī)繞組的磁通量。因此如上所述的 那樣，在各繞組10中感應(yīng)一個(gè)電壓。由直線發(fā)電機(jī)輸出的電壓在車速高于例如100km/h時(shí)足以滿足磁懸浮列車4的全 部能量需求并向其攜帶的車用蓄電池充電。這種狀態(tài)在圖1中通過車行道2的一個(gè)高速行 駛區(qū)域2a表示。反之，直線發(fā)電機(jī)在車行道2的低速行駛區(qū)域2b內(nèi)不足以滿足能量需求。 在低速行駛區(qū)域2b內(nèi)沿車行道2設(shè)置附加的本身已知的且因此未示出的用于能量傳輸或 產(chǎn)生的裝置，在這些低速行駛區(qū)域中，列車4例如從所述火車站1開始加速，在一個(gè)火車站 1之前制動(dòng)并因此以一個(gè)例如低于100km/h的速度運(yùn)行。所述類型的磁懸浮鐵路對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說例如由公開文件DE 30 41 940C2.DE 34 10 119C2、DE 10 2004 012748A1 和 DE 102004 056 439A1 是已知的，因此為 了避免重復(fù)在此通過引用將其作為當(dāng)前的公開的主題內(nèi)容。為了避免在低速行駛時(shí)發(fā)生的、開始所述的振動(dòng)(槽波動(dòng))，按照本發(fā)明建議，一 方面長定子3的各齒5和槽6和另一方面各磁心7和繞組10在高速行駛區(qū)域2a內(nèi)如至今 那樣相互平行設(shè)置，而在低速行駛區(qū)域2b內(nèi)傾斜相對(duì)彼此設(shè)置，亦即以一個(gè)不同于0°或 處在0°與90°之間的角度設(shè)置。對(duì)此在圖4中示出一個(gè)實(shí)施例。當(dāng)各支承磁鐵或其磁心 7在列車4中如通常那樣即以其各邊緣基本上垂直于行駛方向定向(圖2)時(shí)，長定子3的 各齒5和槽6傾斜于行駛方向χ設(shè)置。這種在各磁心7與各齒5和槽6之間的傾斜產(chǎn)生的結(jié)果是，大大減輕了開頭所述的、周期的激勵(lì)，這些激勵(lì)特別在低于約100km/h的低車速時(shí) 發(fā)生并且具有例如320Hz和更低的頻率，并且通過適當(dāng)選擇一個(gè)傾斜角度α (圖4)可以 將其減至最小。直線發(fā)電機(jī)或繞組10的由于傾斜進(jìn)一步變壞的作用由于上述原因是不重 要的，繞組如同各磁心7那樣傾斜于長定子3的各齒5和槽6設(shè)置。
而在高速行駛區(qū)域2a內(nèi)，直線發(fā)電機(jī)如至今那樣最好地工作。傾斜對(duì)驅(qū)動(dòng)和支承性能沒有顯著的影響，從而鑒于槽波動(dòng)的避免可以將其優(yōu)化。 對(duì)此特別符合目的是，這樣選擇傾斜角度α 1，以致由各磁心7和各齒5共同覆蓋的面基本 上總是相同大小的。示例性地由圖5和6得出通過本發(fā)明設(shè)定的車行道2的變化。按圖5的實(shí)施例設(shè)定，在一個(gè)高速行駛區(qū)域2a內(nèi)采用如同它也在圖2中所示那樣 的設(shè)置。各齒5、各槽6、各磁心7和各繞組10在這里全部相互平行并且基本上垂直于行駛 方向X，亦即平行于y方向設(shè)置。而在圖5的低速行駛區(qū)域2b內(nèi)，設(shè)置借助圖4說明的具有 傾斜角度α 1的傾斜，據(jù)此長定子3的各齒5和槽6與行駛方向χ形成一個(gè)不同于90°的 角度。按圖6的實(shí)施例與按圖5的實(shí)施例的區(qū)別在于，在高速行駛區(qū)域2a內(nèi)，不僅各齒5 和槽6而且各磁心7和各繞組10相對(duì)于行駛方向χ均以一個(gè)傾斜于一條垂直線(=y方 向)的角度α 2設(shè)置。因此如同在按圖2的設(shè)置中那樣在高速行駛區(qū)域2a內(nèi)關(guān)于借助直 線發(fā)電機(jī)的感應(yīng)的能量產(chǎn)生建立有利的條件，因?yàn)楦鞔判?和各繞組10平行于各齒5和槽 6延伸。而在圖6的低速行駛區(qū)域2b內(nèi)，長定子3的各齒5和槽6沿相反的方向以一個(gè)角 度β傾斜于y方向設(shè)置。角度β的大小優(yōu)選等于角度α 2的大小，從而各齒5和槽6在 區(qū)域2a和2b內(nèi)鏡像對(duì)稱于一個(gè)想象的、沿y方向延伸的平面15設(shè)置。因此適用于如圖5 中那樣的低速行駛區(qū)域2b，即各磁心7和各繞組10傾斜于各齒5和槽6延伸并因此顯著減 少槽波動(dòng)。為了建立與圖5中相同的傾斜，例如這樣選擇角度α 2和β，以致適用α = α 2+β并因此在圖6的低速行駛區(qū)域2b內(nèi)的傾斜完全與在圖5中的一樣大小。最后本發(fā)明的另一實(shí)施例可以設(shè)定，各磁心7和各直線發(fā)電機(jī)繞組10如同在圖6 中那樣傾斜于1方向定向，相反，各齒5和槽6在高速行駛區(qū)域2a內(nèi)如同在圖6的左部那 樣而在低速行駛區(qū)域2b內(nèi)如同在圖2中那樣設(shè)置。本發(fā)明并不限于所述的各實(shí)施例，這些實(shí)施例可以按多種多樣的方式加以改變。 這特別適用于在個(gè)別情況下設(shè)置的齒/槽周期的大小，所述齒/槽周期可以完全不同于示 例性說明的尺寸86mm，示例性說明的極距尺寸516mm也是如此。與此相應(yīng)，低速行駛區(qū)域2b 可以設(shè)定用于這樣的速度，它們具有一個(gè)不同于約100km/h說明極限的速度極限并且在其 中產(chǎn)生不同于320Hz和更低的頻率。據(jù)此不同的傾斜角度α 、α 2和β可以證明是最好 的。在所有的情況下符合目的地這樣選擇傾斜角度，以致將周期的激勵(lì)和有害的后果減至 最小和消除并且由此特別降低各構(gòu)件的機(jī)械負(fù)荷和噪音產(chǎn)生。此外由圖1至6顯而易見的 長定子3和支承磁鐵或其磁極的配置結(jié)構(gòu)也只表示一個(gè)實(shí)例，按照需要可以與之不同。此 外明顯的是，所描述的設(shè)置也可以在火車站或停車點(diǎn)中使用，在其中不總是或只在緊急情 況下才使磁懸浮列車4停車。在這些情況下僅僅必需的是，在一列磁懸浮列車4的一種不 實(shí)現(xiàn)停車的通行期間激活附加的外部的能量供應(yīng)或接通車用蓄電池，這在幾秒鐘的通行時(shí) 間時(shí)不顯示出問題。最后當(dāng)然也可以不同于所描述的和所示出的組合而采用不同的特征。
權(quán)利要求
磁懸浮鐵路，包括一條沿一個(gè)行駛方向(x)延伸的、具有高速和低速行駛區(qū)域(2a、2b)的車行道(2)，至少一個(gè)沿車行道(2)可行駛的列車(4)和一個(gè)為列車(4)配置的支承、驅(qū)動(dòng)和能量產(chǎn)生系統(tǒng)，該支承、驅(qū)動(dòng)和能量產(chǎn)生系統(tǒng)具有一個(gè)安裝在車行道(2)上的具有沿行駛方向(x)交替相繼設(shè)置的各齒(5)和用于容納各交流電繞組的各槽(6)的長定子(3)、至少一個(gè)安裝在列車(4)中的具有許多沿行駛方向相繼設(shè)置的由各磁心(7)和各繞組構(gòu)成的支承磁極的支承磁鐵和一個(gè)直線發(fā)電機(jī)，該直線發(fā)電機(jī)具有嵌入各支承磁極中的各繞組(10)，其特征在于，一方面長定子(3)的各齒(5)和槽(6)和另一方面各支承磁鐵的磁心(7)和直線發(fā)電機(jī)繞組(10)在高速行駛區(qū)域(2a)內(nèi)基本上相互平行設(shè)置，而在低速行駛區(qū)域(2b)內(nèi)以一個(gè)不同于零的角度(α1、α2、β)并且傾斜地相對(duì)彼此設(shè)置。
2.按照權(quán)利要求1所述的磁懸浮鐵路，其特征在于，各支承磁鐵的磁心(7)和直線發(fā)電 機(jī)繞組(10)基本上垂直于行駛方向(χ)設(shè)置，而長定子(3)的各齒(5)和槽(6)在高速行 駛區(qū)域(2a)內(nèi)基本上垂直于行駛方向(χ)延伸，而在低速行駛區(qū)域(2b)內(nèi)相對(duì)于行駛方 向(χ)以一個(gè)不同于90°的角度延伸。
3.按照權(quán)利要求1所述的磁懸浮鐵路，其特征在于，各磁心(7)和各直線發(fā)電機(jī)繞組 (10)相對(duì)于行駛方向(χ)以一個(gè)不同于90°的角度設(shè)置，而長定子(3)的各齒(5)和槽 (6)在低速行駛區(qū)域(2b)內(nèi)基本上垂直于行駛方向(χ)設(shè)置，而在高速行駛區(qū)域(2a)內(nèi)基 本上平行于各支承磁鐵的磁心(7)和繞組(10)設(shè)置。
4.按照權(quán)利要求1所述的磁懸浮鐵路，其特征在于，各支承磁鐵的磁心(7)和直線發(fā) 電機(jī)繞組(10)相對(duì)于行駛方向(χ)以一個(gè)不同于90°的角度設(shè)置，并且長定子(3)的各 齒(5)和槽(6)在高速行駛區(qū)域(2a)內(nèi)基本上平行于各磁心(7)和各繞組(10)設(shè)置，而 在低速行駛區(qū)域(2b)內(nèi)以傾斜角度(β)設(shè)置，這些傾斜角度相反于在高速行駛區(qū)域(2a) 內(nèi)的那些角度。
5.按照權(quán)利要求4所述的磁懸浮鐵路，其特征在于，相反定向的角度(α2、β)是相同 大小的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種磁懸浮鐵路，包括一個(gè)按照一種長定子直線電機(jī)方式的支承和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其中在列車中存在的支承磁極附加設(shè)有直線發(fā)電機(jī)繞組(10)，這些直線發(fā)電機(jī)繞組用于在列車中產(chǎn)生電能。為了避免在低車速時(shí)產(chǎn)生不符合要求的、周期的振動(dòng)(槽波動(dòng))，按照本發(fā)明設(shè)定，長定子(3)的各齒(5)和槽(6)在高速行駛區(qū)域(2a)內(nèi)相互平行設(shè)置，而在低速行駛區(qū)域(2b)內(nèi)傾斜于各支承磁鐵的磁心(7)和設(shè)置在其中的直線發(fā)電機(jī)繞組(10)設(shè)置。
文檔編號(hào)B61B13/08GK101868372SQ200880116773
公開日2010年10月20日 申請日期2008年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月10日
發(fā)明者F·勒澤, L·米勒, 鄭清華 申請人:蒂森克魯伯快速運(yùn)輸有限公司