专利名称：磁悬浮铁路及其运行方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的方法和一种按权利
要求6的前序部分所述的磁悬浮铁路。
背景技术：
为使所述类型的磁悬浮铁路运行，存在多种已知的且已经转化到实 践中的建议。所述建议无例外地基于这样的原则，即在正常情况下用驱 动和制动系统驱动和制动磁悬浮列车，该驱动和制动系统例如具有长定 子直线电机和用于使该长定子电机运行的一定的控制和调节装置(DE 38 07 919 C2、 DE 10 2004 018 311 Al)。这样的长定子直线电机包括一个 安装在车道内的、带有槽和敷设在所述槽内的交流绕组的长定子，借助 于所述交流绕组沿着车道产生前进的行波。长定子直线电机的励磁场通 过设置在列车内的支承磁铁产生，所述支承磁铁此外也满足对于悬浮必 需的支承功能。行波的频率决定列车的速度。
为了在驱动和制动系统发生故障时能与列车当前在哪里和列车当前 以什么速度行驶无关地有控制地使列车停止，该列车配设有以钳式制动 器(DE 30 04 705 Al)、涡流制动器(DE 10 2004 013 994 Al)等形式 的辅助制动器。即使在出现其他故障例如在失去定位时也使用这样的辅 助制动器。在所有情况下以辅助制动器实现，列车可以可靠地停在沿车 道设置的目标停靠点中的任意一个处，所述目标停靠点也可以是通常的 火车站。
在实际使用磁悬浮铁路时，如今优选设置涡流制动器作为辅助制动 器。所述涡流制动器配设于安装在车道上的导轨并在所述导轨内产生制 动的涡流。然而涡流制动器的缺点在于，只在速度高于约100km/h时才 能在磁悬浮列车本身内产生使涡流制动器运行所需的、相对高的电流，例如借助于所谓的直线发电机。而在低于此的速度时，所述电流则必须 由安装在列车内的电池提供。这带来的结果是，尽管通常只在故障情况 下激活涡流制动器，但仍需要大量电池，这由于附加的重量和大的位置 需求是不希望的。换言之，必须始终使磁悬浮列车运行并选择沿车道设 立的目标停靠点，使得存在于列车内的电池始终并且可靠地可供紧急制 动使用。与此相对，在故障情况下对于"支承，，功能所需的电能则相对 无关紧要。
发明内容
以此出发，本发明所要解决的技术问题是，设计开头所述类型的磁 悬浮铁路及其运行方法，使得能基本上放弃所述类型的电池并且仍可以 可靠地制动。
权利要求1和6的特征部分的特征用于实现所述目的。 本发明带来的优点是，将在使列车下降时在支承滑板与车道之间产 生的摩擦力用于制动过程。为了所述目的，根据当前的状况可以将存在 的所有支承滑板中的一个、多个或者甚至全部用于制动过程。支承滑板 或车道的与所述支承滑板共同作用的滑轨的可能的磨损基本上是无害
述类型的制动。此外有利:是:支承滑板总归已设i在列车上，并且因 而可以完全取消在其他情况下常见的昂贵的、以涡流制动器等形式的辅 助制动器。此外，任何情况下仍需要具有小存储容量的电池，以便能保 持支承磁铁的支承功能，只要这是必需的。 通过使磁悬浮列车在其支承滑板上下降引起的制动作用原则上是已
知的(DE 10 2004 018 311 Al)。但在已知的情况下，制动作用是由其 他原因引起的、从列车中开始的同时切断所有励磁场或支承磁铁的结果， 其目的在于，在目标停靠点的区域内立刻禁止驱动和制动系统的可能的 故障，例如错误的或沿错误方向进行的加速而不是制动。而按照本发明 有控制且有针对性地将在支承滑板与车道之间的摩擦力用于制动，以便 由此使附加的制动器不必要，其中制动力的控制也可以毫无困难地由设置在磁悬浮列车外部的中央行驶计算机来控制。
本发明的其他有利的特征由从属权利要求给出。
下面结合附图以实施例更详细地解释本发明。图中 图1示出磁悬浮铁路的通常的列车的横截面局部示意图； 图2以简化的示意的侧视图示出按图1的列车的一部分的细节； 图3示出按图2的列车的带有其他部件的放大的细节X; 图4示出用于在按图2和3的列车中控制按照本发明的制动功能的 示意才匡图5和6示出用于按图2和3的列车的可能的制动曲线；
图7示出用于按图2和3的列车的一条按本发明引起的制动曲线;
图8示出用于执行按照本发明的制动过程的示意流程图。
具体实施例方式
图1示意地示出磁悬浮列车1的横截面图，该磁悬浮列车以通常的 方式可在车道上行驶地装配，该车道包括由钢和/或混凝土制成的支座2 和装配在所述支座上的滑轨3。列车1的驱动借助于长定子直线电机实 现，该长定子直线电机具有固定在滑轨3下方的、沿所述滑轨的纵向彼 此接连的定子叠片。定子叠片4具有彼此交替接连的未示出的齿和槽， 绕组置入到所述槽内，所述绕组被供给幅值和频率可变的三相交流电。 长定子直线电机的真正的励磁场通过至少一个支承磁铁结构5产生，该 支承磁铁结构用至少一个侧面的车架弓(GestellMgel) 6固定在列车1 上并具有面向定子叠片4的磁极。支承磁铁结构5在列车1运行时在它 本身与定子叠片4之间保持一个预先确定的例如10mm的缝隙7，这样 它不仅提供励磁场，而且也满足支承和悬浮的功能。
为了控制列车1的方向，支座2具有安装在侧面的反作用轨或侧导 轨8,同样装配在车架弓6上的导向磁铁结构9与所述反作用轨或侧导轨 对置，所述导向磁铁结构在运行时用于在它们本身与反作用轨8之间保持一个与缝隙7对应的缝隙7a。在此，在图1中示出的支承》兹4失结构5 和导向磁铁结构9相应地构成一个固定在车架弓6上的、用于"支承" 或"导向"功能的磁铁系统。然而清楚的是，通常在列车1上可以侧向 并排且沿行驶方向接连地安装多个这样的磁铁系统，所述磁铁系统借助 于车架弓6与一个抗弯的、具有纵向和横向连接件的下车架或悬浮车架 IO相连接，列车1的设有乘客舱的车厢11 (图1)支承在该下车架或悬 浮车架上。
按照图2，在车厢11的底面上装配有多个空气弹簧12，所述空气弹 簧在列车纵轴线14的方向上以及在与之平行的行驶方向(箭头x)上隔 开距离。空气弹簧12作用到悬浮车架段15的前端和后端上，所述悬浮 车架段共同构成悬浮车架10 (图1)。在本实施例中，每个悬浮车架段 15包括两个沿纵轴线14的方向接连设置的、以框架件等形式的支承元件 16a、 16b和将所述支承元件固定地互相连接的纵梁17，其中支承元件 16a沿4于马史方向相应地位于前方。
按照图2，列车1还具有多个沿行驶方向接连的支承磁铁结构 5a…5h。每个支承磁铁结构5a…5h被一个假想的、由点划线19表示的 中平面分成两个互相电分离的、但机械关联的半体。每个半体包括一定 数量的例如六个/P兹才及，所述》兹才及的绕组构成一个组，该组相应地可与所 有其他组无关地被供电。因此，每个磁铁结构5a…5h包括一个结构上关 联的、具有例如十二个磁极的构件，但在电方面包括两个互相分离的部 分，所述两个部分在下面根据图2为简便起见被称为支承磁铁20a、 20b 或20c、 20d等或20i、 20j。
此外，由图2和3可见，每个支承元件16a、 16b分别与支承磁铁 20a…20j中的两个连接。因此，例如一个所述的悬浮车架段15的前部的 支承元件16a在其前侧上与一个前方支承磁铁结构5b的后部的支承磁铁 20d相连接，并在其后侧上与一个后续支承磁铁结构5c的前部的支承磁 铁20e相连接，而同一悬浮车架段15的后部的支承元件16b相应地与支 承磁铁结构5c的后部的支承磁铁20f和后续支承磁铁结构5d的前部的 支承磁铁20g相连接等等。按照图3，支承元件16a、 16b或所属的在图3中未示出的车架弓6 与支承磁铁20a...20j的连接通过附加的弹簧24实现。除此之外清楚的 是，悬浮车架段15和支承磁铁结构5a…5h铰接式地互相连接，使得它 们不仅在列车1的曲线行驶而且在列车1的上坡行驶和下坡行驶时能执 行相互间必需的相对运动。
最后图3以相对于图1略微不同的同样示意的视图示出滑轨3之一 和一个配设于该滑轨的固定在悬浮车架段15的底面上的支承滑板26。当 支承磁铁20a...20j断电时，借助所述支承滑板26使列车1在车道或其 滑轨3上下降。根据图3，悬浮车架10的每个支承元件16a、 16b优选 分别配设有一个这样的支承滑板26，因此当使两个配设的支^U兹铁(例 如图3中的20f、 20g)断电时，便在所属的滑轨3上使支承滑板下降。
此外清楚的是，所述结构、尤其是支承磁铁结构5a…5h和支承滑板 2 6优选不仅在列车右侧而且在列车左侧上以相同的形式存在。
支承磁铁结构5a…5h或支承磁铁20a…20j的供电借助于调节电路 (例如图3中的27a和27b)实现，所述调节电路例如安装在车厢11内， 并且在悬浮状态下用于保持在支承磁铁结构5a…5h与定子叠片4之间的 气隙7 (图1)。在所述情况下，在支承滑板26与滑轨3之间存在一个 相应的缝隙28 (图3)。
与不同的支承磁铁20a…20j连接的调节电路27a、 27b、…27n在图 4中示意地示出，其中在本实施例中，当k表示存在的支承磁铁结构 5a…5h的数量时，n = 2k。在所述情况下，如上面所述地，以此为出发 点，即每一个支承磁铁20a…20j的绕组可以借助于一个单独的调节电路 27a…27n供电(例如DE 10 2004 012 748 Al )。此外，按照图4，每个 调节电路27a…27n包括至少一个缝隙传感器29、 一个与传感器29连接 的调节器30和一个电流调整器31，所述缝隙传感器测量缝隙7的当前的 实际值，所述调节器比较该实际值与预定的额定值并产生差值或调整信 号，该调整信号输入给所述电流调整器，借助于该电流调整器控制流过 与该电流调整器连接的支承磁铁20a…20j的绕组的电流，使得在希望将 列车l保持在悬浮状态中期间，支承缝隙7基本上保持恒定。所有调节电路27a.,.27n适当地构成为相同的。
所述类型的磁悬浮铁路例如由文献DE 38 07 919 C2、 DE 10 2004 012 748 Al、 DE 10 2004 013 6卯A1和DE 10 2004 018 311 Al公知，因 此为了避免继续解释，对此通过参考它们使所述文献成为本公开的内容。
除了示例性描述的、以长定子直线电机形式的驱动和制动系统外， 通常的磁悬浮铁路还包括构成为钳式制动器、涡流制动器等的辅助制动 器，而按本发明设有作为主动制动元件仅具有支承滑板26 (图3)的辅 助制动器。本发明尤其是以此为出发点，即支承滑板26与滑轨3之间的 摩擦力足够大，以便在故障情况时能可靠地引起列车1的必要的减速。 此外，本发明利用下述事实，即在悬浮状态下存在于列车1与车道2、 3 之间的缝隙7、 28如此小，以至于通过切断所属的支承磁铁20a…20j可 以单独地且彼此无关地使支承滑板26在车道或有关的滑轨3上下降。这 在图3中示意地且夸张放大地通过虚线示出，据此通过借助于调节电路 27a和27b切断流过配设的支承f兹4失20f和20g的绕组的电流，使得所述 支承磁铁20f和20g丧失其功能，这样可以使在那里示出的支承滑板26 与存在的所有其他支承滑板26无关地在滑轨3上下降。图3示出两个支 承磁铁20f和20g已相对于未示出的定子叠片4下降，这由于其与所属 悬浮车架段15的铰接式连接是可能的，即使其余支承磁铁20a...20g或 支承磁铁半体被继续供电。
用所述方式能实现的制动的界限在图5中示出。以沿横坐标截取的 地点33为出发点，如果使所有支承滑板26在地点33处同时在滑轨3上 下降，则列车至多仍可以到达地点34，该列车以沿纵坐标截取的速度运 动并且出于某些原因也总是应在切断驱动和制动系统时被制动。与此相 反，对于将仅断开驱动和制动系统、但列车将继续保持在悬浮状态中的 情况，列车将到达地点35。两个地点34、 35的位置一方面尤其是与列车 在地点33处具有的速度有关。另一方面，对于地点34的位置主要是当 前的、例如与天气(干燥、潮湿等)有关的、在滑动副即支承滑板26/ 滑轨3之间的摩擦条件起决定作用，而对于到达地点35，例如风情况(逆 风、顺风等)具有意义。此外，在两种情况下线路纵断面(例如平坦的、抬升的或下降的线路)是值得关注的。通向地点34和35的制动曲线36、 37在图5中用虚线示出。此外，在横坐标下方通过箭头38、 39示出相应 制动距离的长度。
如果以通常的方式选择选取的目标停靠点40的位置(图5和6 ), 使得列车在驱动和制动系统发生故障时在悬浮状态下仍能安全地到达沿 行驶方向紧接着的停靠区域(例如DE38 07 919C2)，则在出现故障情 况时最近的可驶到的在图5中用附图标记40标出的目标停靠点无论如何 沿行驶方向L在地点35之前。与此相反，关于在目标停靠点40之前的 地点34假设，列车在出现故障时仍远离目标停靠点40如此远，以至于 至少通过下降所有支承滑板26能及时地制动该列车。如果不是这种情况， 则列车必须保持在悬浮状态中， 一直到它也可以可靠地到达沿行驶线路 接着地点35的停靠区域。因为在注意到不同的可能的摩擦条件、风速等 的情况下，以任意一个沿线路的地点33为出发点分别产生一条最有利的 和一条最不利(最差情况)的制动曲线36或37，为了本发明的目的和下 面的说明合理地始终假设，在图5中的制动曲线36、 37表示相应最不利 的情况。
由此产生的可能性在图6中示出。又要假设，最近的沿行驶方向接 着的停靠区域由目标停靠点40限定。 一条制动曲线41终止于所述目标 停靠点40,该制动曲线41代表所有支承滑板26下降的情况。因此当制 动最迟在点42处开始时，通过同时下降所有支承滑板26而正好仍然可 以可靠地停靠在目标停靠点40处。与此相反，对于列车仍足够远地在地 点33之前的情况，在悬浮状态下沿制动曲线43也可到达目标停靠点40。
最后，图6表示，在此根据列车制动在哪里开始的不同情况获得以 阴影示出的面积部分，该面积部分表示可用于最不利情况的操作范围44。 所述操作范围44在上方由制动曲线41而在下方由制动曲线43界定，并 且指出在阴影区域内通过下降几个、所有支承滑板26或者甚至不下降支 承滑板26可以执行不同的和必要时可互相组合的制动机动性，以便最终 可靠地到达目标停靠点40。为此，图7示出一个示例，据此通过改变列 车在其上滑动的支承滑板26的数量来到达目标停靠点40，这在按图6的操作范围44内例如导致一条带有三段45a、45b和45c的制动曲线45。 段45a通过首先仅下降几个支承滑板26产生，以便由此支持在断开驱动 和制动系统后还在悬浮状态中使用的制动，但这对于到达目标停靠点40 是不够的。因此，在段45b中下降另外的或所有的支承滑板26。因为这 会在到达目标停靠点40之前使列车停止，所以最后在段45c中又抬起几 个支承滑板26，以便防止列车提前停止。从制动过程开始(地点33)起 的制动距离在图7中用箭头46标出。
因此在图7中的制动曲线45表示，通过这样的支承滑板26 (即在其 上磁悬浮列车1被下降)的数量以及发生所述下降的时刻产生为到达目 标停靠点所需的摩擦力。此外自然持续地根据列车的当前速度及其与目 标停靠点40的距离计算且必要时修正所需的摩擦力。
实际应用按照本发明的方法的示例由图4和8可见。图4示出一个 计算机47，该计算机具有n个输出端47a至47n，所述输出端与调节电 路27a...27n的调节器30相连接。通过输出端47a...47n控制与它们连接 的调节器30，使得切断选取的支承磁铁20a…20j,亦即使所述支承磁铁 断电。如果例如应使在图3中示出的支承滑板26下降，该支承滑板在列 车1中的位置由图2可见，则通过计算机47切断两个支承磁铁20f、20g。 如果应在以后的时刻(例如在图7中的段45c)再抬起该支承滑板26, 则借助于计算机47再接通所述的支承磁铁20f、 20g。支承磁铁20a.,.20j 或支承磁铁半体的接通和断开可以例如这样来实现，即给调节器30预定 一个用于支承缝隙7的无穷大的额定值。
图8示意地示出在个别情况下须如何计算制动曲线(例如在图7中 的45 )。按照图4，以已知的方式(例如DE 38 07 919 C2 )持续地将说 明当前列车位置(线48)和当前车速(线49)的信号输入给计算机47。 在出现导致驱动和制动系统切断的故障情况时，计算机47能借助于所述 值和借助于存储在计算机47的存储器内的值相关地得出在不利的情况下 要注意的摩擦条件和风情况等以及借助于确定的程序首先得出最近的、 在上述说明的意义内考虑的目标停靠点40(图8中的框50)。接着，计 算机47计算在个别情况下必须下降哪些支承滑板26以及这应在什么时候进行，亦即计算要使用的支承滑板26的数量和应下降这些支承滑板的 时刻(图8中的框51)。在此清楚的是，计算出的时刻始终意味着列车 已到达沿着线路的一个确定的地点。
作为这些计算的结果，接着命令不同调节电路27a...27n的调节器 30断开或再接通所属的支承磁铁20a.,.20j或支承磁铁半体(图8中的框 52)。最后，图8中的框53表示，借助于列车的相应的实际位置和实际 速度连续地监控并且重新计算由计算机47引起的制动机动性是否实现目 标以及列车实际上是否被制动得使列车可靠地到达目标停靠点40(图7) 并停在那里。在需要时，多次重复、修正选取的下降过程并使之与改变 的环境条件相匹配。
上述类型的制动带来多个优点。有利的主要是，所需电池的数量和 容量可以明显小于到目前为止的，因为对于真正的制动过程不再需要电 能。此外，由于存在的大量支承滑板26产生高的冗余度，由于省去附加 的制动装置而降低制造和维护成本，此外在正确地选择下降的支承滑板 时在制动过程中产生均匀的载荷分配。后者优选在计算机47的程序中这 样来确定，即始终要求那些支承滑板26引起尽可能均匀的载荷分配(例 如右侧、左侧、前方、后方等)，列车1相应地在所述那些支承滑板上 被下降。
本发明不局限于所述的实施例，该实施例可以用多种方式改变。尤 其是存在的支承滑板26的数量及其沿列车的布置形式基本上可自由选 择。此外，可以不同于在图3中所示地选择支承磁铁结构5a…5h、支承 磁铁20a.,.20j和支承滑板26的相对位置。此外，支承磁铁结构5a…5h 可以设有三个以上可单独控制的部分或磁极组。也可以为每个支承滑板 26配设一个单独的支承磁铁20a…20j。此外，得出制动曲线的方式和由 此产生的、对下降的支承滑板26的数量以及下降所述支承滑板的时刻的 选择基本上可以视个别情况而定并且可以改变。最后易于理解的是，不 同的特征也可以在不同于所述和所示的组合中应用。
权利要求
1. 用于运行磁悬浮铁路的方法，该磁悬浮铁路包括车道(2、3)与带有多个支承磁铁(20a...20j)和配设于所述支承磁铁的支承滑板(26)的磁悬浮列车(1)，其中磁悬浮列车(1)在其沿车道(2、3)行驶期间借助于支承磁铁(20a...20j)保持在悬浮状态中，在目标停靠点(40)上通过切断支承磁铁(20a...20j)借助于支承滑板(26)下降在车道(2、3)上并在到达目标停靠点(40)之前被逐渐制动，其特征在于仅通过如下方式引起或者支持制动，即在到达目标停靠点(40)之前切断支承磁铁(20a...20j)中的至少一个，并且磁悬浮列车(1)借助于配设于所述至少一个支承磁铁(20a...20j)的支承滑板(26)下降在车道(2、3)上，并且在利用由此产生的摩擦力的情况下停在目标停靠点(40)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于为到达目标停靠点(40 ) 所需的摩擦力通过在磁悬浮列车(1)下降处的支承滑板(26)的数量和 发生所述下降的时刻产生。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于摩擦力的产生根据磁 悬浮列车(1)的速度及该磁悬浮列车与目标停靠点(40 )的距离来进行。
4. 根据权利要求l至3中任一项所述的方法，其特征在于选择在 磁悬浮列车(1)下降处的支承滑板(26),使得沿磁悬浮列车(1)的 纵向和横向产生均匀的载荷分配。
5. 根据权利要求l至4中任一项所述的方法，其特征在于在制动 过程中监控并且在需要时改变在磁悬浮列车(1)下降处的支承滑板(26) 的数量。
6. 磁悬浮铁路，带有车道(2、 3)、至少一辆能沿车道(2、 3)行 驶的具有多个支承磁铁(20a.,.20j)和配设于所述支承磁铁的支承滑板(26)的磁悬浮列车(1)、用于磁悬浮列车(1)的驱动与制动系统和 用于在故障情况下在到达目标停靠点(40 )之前逐渐制动磁悬浮列车(1)的辅助制动器，所述磁悬浮列车(1)在行驶期间借助于支承磁铁(20a…20j)保持在悬浮状态中并在目标停靠点(40)上通过切断支承 磁铁(20a…20j)借助支承滑板(26)下降在车道(2、 3)上，其特征 在于所述辅助制动器作为主动制动元件仅包括支承滑板(26)以及设 有用于切断选取的支承磁铁(20a…20j)的元件，以便列车(1)在故障 情况下在到达目标停靠点(40)之前就已经借助配设于被切断的支承磁 铁(20a…20j)的支承滑板(26)下降在车道(2、 3)上。
7. 根据权利要求6所述的磁悬浮铁路，其特征在于所述辅助制动 器具有计算机(47),该计算机用于根据磁悬浮列车(1)的速度及该磁 悬浮列车与目标停靠点(40)的距离得出在磁悬浮列车(1)下降处的支 承滑板(26)的数量和应发生所述下降的时刻。
8. 根据权利要求7所述的磁悬浮铁路，其特征在于所述支承磁铁 (20a…20j)与调节电路(27a…27n)连接，所述调节电路用于在悬浮状态期间在支承磁铁(20a…20j)与车道(2、 3)之间建立预选的缝隙 (7)，并且所述计算机(47)连接在调节电路(27a…27n)上。
全文摘要
本发明涉及一种用于运行磁悬浮铁路的方法，该磁悬浮铁路包括带有多个支承磁铁(20a…20j)和配设于所述支承磁铁的支承滑板(26)的列车。在故障情况下，在切断驱动和制动系统时仅通过如下方式来引起或支持列车的制动一直到到达预选的目标停靠点，即在到达目标停靠点之前就已经切断所述支承磁铁中的至少一个(例如20f、20g)，磁悬浮列车借助于配设的支承滑板(26)在车道(3)上下降并且在利用由此产生的摩擦力的情况下使磁悬浮列车停在目标停靠点。此外，本发明涉及一种以所述方式运行的磁悬浮列车。
文档编号B60L13/10GK101535085SQ200780042933
公开日2009年9月16日 申请日期2007年11月26日 优先权日2007年1月15日
发明者F·勒泽, 郑清华 申请人:蒂森克鲁伯快速运输有限公司