专利名称：磁悬浮机车及用于使其起浮和/或降落的方法
技术领域：
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的用于使磁悬浮机车从一条车 行道起浮和/或用于使磁悬浮机车降落在一条车行道上的方法和一种适用于此的按照权 利要求7的前序部分所述的磁悬浮机车。
背景技术：
已知的磁悬浮机车具有大量沿其纵向方向连续设置的支承磁铁单元(例如DE 102004012746A1)。一种实用的实施形式设定，磁悬浮机车沿其纵向方向看去在两侧设有各 九个连续设置的支承磁铁，其中七个中间的支承磁铁各包括两个连续设置的、相互固定连 接的支承磁铁单元，而在磁悬浮机车的前端部和后端部分别设置一个只包括一个支承磁铁 单元的支承磁铁。因此机车总共具有十六个这样的支承磁铁单元。为了建立一种为行驶运 行所需要的悬浮状态，在该悬浮状态下各支承磁铁的极面具有例如一个离车行道IOmm的 间距或具有一个在车行道上安装的长定子，同时激活全部的支承磁铁单元，以便借此使机 车从车行道渐渐地升起。相应地当例如使机车停止在一个火车站时，则将机车不是突然地 而是为了避免明显的撞击渐渐地下降并降落在车行道上。由此显著地增大各极面离车行道 的间距，例如增大到一个40mm的尺寸。由于在相同的电流强度情况下一个电磁铁的力越小，空气间隙越大，在起浮或降 落过程期间必须以比适用于正常行驶运行的电流显著更大的电流激发设置在各支承磁铁 单元中的电磁铁。因此结果是，只为了起浮和降落过程的较短的时间间隔就必须比正常运 行需要更大地确定内部的、例如由蓄电池和/或外部的供电装置供给的车载电网(例如DE 102004018308A1)的尺寸。这一般联系着一种增大的机车重量和/或提高的成本和/或附 加的用于车载蓄电池的充电循环，这全部是不期望的。
发明内容
由此出发，本发明的技术问题在于，这样地构成开头所述的方法和磁悬浮机车，以致能够以一个显著较少的电流需求量实施起浮和降落过程，而不因此明显降低乘车舒适性。权利要求1和7的特征用于解决所述技术问题。本发明依据这样的论断，即各个支承磁铁单元的依次实现的激活和/或去活在机 械方面可以无困难地准备好并且顺利地由机车几何形状承受。相反在电方面产生优点的 是，显著减少电流需求量。如果例如对于上述磁悬浮机车在两侧各具有十六个支承磁铁单 元的情况，依次实施八个步骤，在这期间只激活或去活各四个支承磁铁单元，则每一步骤的 电流需求量只还为在同时操纵全部支承磁铁单元时所需要的那一电流需求量的八分之一。由诸从属权利要给出本发明的其他的有利的特征。
以下结合针对一个实施例的附图更详细地说明本发明。其中
图1通用的磁悬浮机车的左侧的示意图；图2按图1的磁悬浮机车的放大的细节X，具有进一步的细节；图3用于按图1和2的磁悬浮机车的各支承磁铁单元的一个调节电路的示意图；图4用于按图3的调节电路的额定值的在时间上的变化曲线；图5按照本发明的控制装置的一个实施例；以及图6A至6C按照本发明的多个在时间上错开地使磁悬浮机车从一条车行道起浮的步骤的示意图。
具体实施例方式按照图1，一个磁悬浮机车11包括一个车厢12，在其底面上安装多个沿磁悬浮机 车11的纵向方向13隔开距离的空气弹簧14，其中纵向方向13同时是行驶方向。每一个空 气弹簧14作用到配置的各悬浮支架15的前端部或后端部上，各悬浮支架支承车厢12并且 在它们中间设置构成为中间空间的铰接点16，它们用于使各悬浮支架15可以实现所需的 纵向和横向运动。各悬浮支架15在其各端部设有悬浮支架框17，它们支承在各支承磁铁单元18上。 在本实施例中，每个悬浮支架框17具有两个沿纵向方向13连续设置的支承位19 (也参见 图2)，它们固定在所属的支承磁铁单元18上。特别是这样进行设置，即在一个悬浮支架15 的每个悬浮支架框17上，两个沿纵向方向13连续设置的支承磁铁单元18相互接近，它们 在图2中用18A和18B标记。此外每两个支承磁铁单元(例如18A和18C)沿在图1中用虚 线示出的分界线相互刚性地连接，而设置在各铰接点16两侧的支承磁铁单元(例如在图1 中的18A和18B)铰接地固定在所属的支承位19上。在磁悬浮机车11的一个中间的区域内 按这种方式每两个相互刚性连接的、也称为半磁铁的支承磁铁单元18构成一个支承磁铁。在图1中所示的磁悬浮机车11构成例如一列列车的最前面的部分。因此在这里一 个更前面的、只具有一个支承磁铁单元18D的支承磁铁刚性地与其后接的支承磁铁连接， 而在后端部，一个同样只由一个支承磁铁单元18E构成的支承磁铁与一个相应的支承磁铁 刚性连接，后者安装在一个后续的、在图1中未示出的构成一列列车的一个中间的部分或 后面的部分的磁悬浮机车上。此外在图2中示意示出一个滑轨20，它安装在一条未示出的用于磁悬浮机车11的 车行道上，并且当各支承磁铁单元18无电流并因此不能用作“支承”功能时，磁悬浮机车11 借助固定在悬浮支架15上的滑橇21降落在滑轨上。按照图3，支承磁铁单元18包括许多具有磁极的电磁铁，它们基本上由磁心22和 绕其设置的绕组24构成，其中供给各绕组24为建立要求的悬浮状态所需的电流。同时各 支承磁铁单元18例如用作为一个用作磁悬浮机车11的驱动装置的长定子直线电机的励磁 磁铁，该长定子直线电机具有一个对置于各支承磁铁单元18的、固定在车行道上的反作用 导轨25 (图3)，它设有通用的三相交流电绕组。通常借助调节电路26 (图3)这样调节流过各支承磁铁单元18的绕组24的电流， 以致在为正常的行驶运行设置的悬浮状态下，在磁极面22a与反作用导轨25之间产生一个 例如IOmm的支承间隙27。为了保持该支承间隙27，调节电路26具有间隙传感器28，它们 符合目的地接近同一平面如磁极面22a并且利用电感的或电容的装置测量支承间隙27的实时的数值，亦即实际值。将由间隙传感器28发送的电信号供给一个控制器29并且在其 中与一个经由导线30固定预定的或适应的额定值相比较。控制器29由此确定一个用于一 个控制环节31的差值信号或控制信号，控制环节本身这样控制通过各绕组24的电流，使得 间隙27具有一个基本上恒定的数值并在行驶期间得以保持。如果要将磁悬浮机车引入一个火车站等，在将其在那里停车以后，借助滑橇 21(图2)降落在滑轨20上，则只需要为控制器29经由导线30预定一个相应的额定值(例 如根据一个间隙数值=无限大)。借此相应地减小流过各绕组24的电流或降到零，因此各 支承磁铁单元18丧失其支承力并且磁悬浮机车11降落在车行道上。
各空气弹簧14连接到一个在这里未示出的压缩空气源上并且如在图2中所示的 那样与一个控制单元32连接。这使各空气弹簧14能够按选择连接到压缩空气源或一个同 样未示出的排气管道。调节电路26和控制单元32的能量供应例如借助嵌入磁心22的直线发电机33 (图 3)和与其连接的电压互感器34来实现，后者经由导线35还连接到磁悬浮机车11的相应的 车载电网上并且例如可以用于车载蓄电器的充电。或者可以采用其他的装置，它们例如利 用一种从车行道向磁悬浮机车11的不接触的、电感的能量传输。所述类型的磁悬浮机车及其运行的方法对于本领域技术人员来说例如由出版物 DE 3004704C2、DE 102004012746A1 和 DE 102004013690A1 是已知的，为了避免重复，它们 在此通过引用作为当前公开内容的主题。至此必需的是，通过供给相应的电流或通过切断这些电流同时激活或去活全部支 承磁铁单元18以便实现磁悬浮机车11的起浮或降落过程。相反，按照本发明建议，在时间 上错开地继而依次地激活或去活各支承磁铁单元18。为此采用一个在图5中示意示出的控 制装置，下面借助一个特别的实施例更详细地对其进行说明。在此按照图1，由此出发，即 沿纵向方向13看去，磁悬浮机车11在机车的右侧和左侧各具有九个支承磁铁。如在图1 中说明的那样，七个设置在中间的机车部分中的支承磁铁各由两个连续设置的支承磁铁单 元18构成。此外在机车11的前端部或车头(在图1中最左边)和在后端部(在图1中最 右边)上分别设置一个单个的支承磁铁单元，它们分别构成一个第八和第九支承磁铁。在 图5中，这些支承磁铁单元从前向后对于机车右侧用标记37A至37P标记而对于机车左侧 用38A至38P标记。此外，在图5中存在四个车载电网39-1至39_4，它们例如基本上通过 440V直流电压蓄电池构成。最后例如各有一个DC/AC变流器40A、40B与车载电网39_1和 39-3连接，它们将440V直流电压变换为230V交流电压，气动组件41A、41B借其运行，属于 它的例如还有用于各空气弹簧14的控制单元32(图2)。车载电网39-1经由一示意示出的导线42-1 —方面与机车右侧的支承磁铁单元 37B、37C、37J和37K连接而另一方面与机车左侧的支承磁铁单元38F、38G、38N和380连接。 车载电网39-2经由一导线42-2 —方面与机车右侧的支承磁铁单元37D、37E、37L和37M连 接而另一方面与机车左侧的支承磁铁单元38A、38H、38I和38P连接。车载电网39_3经由 一导线42-3 —方面与机车右侧的支承磁铁单元37F、37G、37N和370连接而另一方面与机 车左侧的支承磁铁单元38B、38C、38J和38K连接。最后车载电网39_4经由一导线42_4 — 方面与机车右侧的支承磁铁单元37A、37H、371和37P连接而另一方面与机车左侧的支承磁 铁38D、38E、38L和38M连接。这意味着，经由导线42_1至42_4只分别经由四个车载电网39-1至39-4的一个配置的车载电网向各支承磁铁单元的各电磁铁37和38供以电流，其 中，这些电流的数值基本上取决于为所属的控制器26预定哪些额定值。为了便于总览在图 5中全部的支承磁铁单元37、38，还设有数字1至4，它们标出了与四个导线42-1至42_4的 哪一个和与四个车载电网39-1至39-4的哪一个连接。所述的磁悬浮机车基本上如下运行首先描述磁悬浮机车11从车行道起浮到悬浮状态。按照示出机车左侧侧视图的 图6A，磁悬浮机车11仍处于一个下降的位置，其中它例如以滑橇21 (图2)着陆在滑轨20 上。在该状态下，各支承磁铁单元38的极面22a(图3)离反作用导轨25具有一个较大的 间距，这样磁铁间隙27例如具有一个40mm的数值。现在首先例如在磁悬浮机车11的车头上开始，激活机车右侧和左侧的第一的两 个相互刚性连接的支承磁铁单元37a、37b、38a、38b(图5和6)，即通过经由各导线30给它 们的控制器29(图3)例如预定一些额定值，这些额定值相当于一个IOmm的支承间隙27。 因此向支承磁铁单元37A、37B、38A和38B的绕组24供给相应的电流，其中使处在前面的悬 浮支架15A在其前端部起浮。这示于图6B中，据此悬浮支架15A处于稍微倾斜的位置，因为 它以其前侧与支承磁铁单元38A和38B —起起浮，同时形成一个例如IOmm的支承间隙27， 而尚未激发(激活)与其后端部联接的支承磁铁单元38C并因此仍形成一个40mm的支承 间隙。在支承磁铁单元38A、38B和相应地还有在机车右侧的支承磁铁单元37A、37B的极 面22a调到IOmm的间隙尺寸以后，在一个第二方法步骤中激活一个第二组支承磁铁单元， 其中该组包括支承磁铁38C、38D (和相应地37C、37D)。借此一方面使悬浮支架15A也在其 后端部起浮到一个IOmm的间隙尺寸。另一方面支承磁铁单元38D也起浮，它与刚性地与其 连接的支承磁铁单元38E —起构成一个支承磁铁，该支承磁铁设置在悬浮支架15A与一个 沿纵向方向13后随的悬浮支架15B之间并因此处在稍微倾斜的位置，如在图6B示例性只 对于由支承磁铁38B和38C构成的支承磁铁示出的那样。在另一步骤中，激活支承磁铁单元38E、38F(和37E、37F)，借此一方面使由它们构 成的支承磁铁也在其后端部起浮，而另一方面使悬浮支架15B的前端部起浮，如其在图6B 中对于悬浮支架15A所示的那样。接着逐步地重复这些过程，直到全部支承磁铁单元37、38 的极面22a都已达到IOmm的支承间隙27的额定数值并且借助按图3的调节电路26分别 保持在该位置。图6C示出一个位置，在该位置刚好实施第四方法步骤并因此也已激活支承磁铁 单元38G、38H。当然，在图6中看不见的机车右侧上总是进行相同的过程，亦即在按图6C的 状态下也激活支承磁铁单元37G、37H。在全部支承磁铁单元37、38依次被供以电流以后，磁悬浮机车11处于通常的悬浮 状态，该悬浮状态是正常的行驶运行所必需的。通过调节电路26将该状态保持到与机车处 于行驶那样的长久。在磁悬浮机车11例如引入一个火车站停车后，如果要以其滑橇21重新降落在滑轨20上，则以相应的方式，但沿相反的方向实施所述的方法，即通过例如经由各导线30为 各控制器29预定一些额定值，这些额定值相当于一个40mm的支承间隙27或符合目的地相 当于一个无限大的支承间隙27。在这里也在时间上错开地和成组地依次控制各支承磁铁单元37、38，即通过例如以第一组37A、37B、38A、38B开始降落过程而以第八组370、37P、380、38P结束降落过程。为了避免从一种状态到另一种状态的突然的过渡，如在图4中所示的那样，不是 跃变式地而是沿一个逐渐下降或上升的斜面按照逐渐减少或增加的电流预定额定值。仍然 可以很迅速地实施每组支承磁铁单元实施的起浮或降落过程，例如最大分别为一秒钟，从 而对于整个磁悬浮机车11的起浮和降落过程只持续几秒钟，这几乎不会被旅行者觉察到。 除此之外，为了从一个额定值转换到另一个额定值，可以设置一个简单的开关单元，如在图 3中通过标记43说明的那样。由图5显而易见的是，各支承磁铁单元37、38的成组的激活/去活优选这样实现， 使得四个存在的车载电网39-1至34-4的每一个在每一方法步骤中总是只向一个唯一的支 承磁铁单元37、38供以电流。在第一步骤中，例如车载电网39-1经由导线42-1操纵支承 磁铁单元37B，车载电网39-2经由导线42-2操纵支承磁铁单元38A，车载电网39_3经由导 线42-3操纵支承磁铁单元38B而车载电网39-4经由导线42_4操纵支承磁铁单元37A。相 应地，在第八和最后的步骤中，车载电网39-1向支承磁铁单元380、车载电网39-2向支承磁 铁单元38P、车载电网39-3向支承磁铁单元370和车载电网39_4向支承磁铁单元37P供以 电流。由此产生重要的优点是，全部车载电网39总是受相同强度的负荷并且只负责对一个 在起浮或降落过程上参与的支承磁铁单元37或38的供电。因此有可能，将各车载电网39 特别是其蓄电池设计成比至今弱得多的，因为每个用于该过程的车载电网至今都必须同时 对八个支承磁铁单元供以电流。此外将各车载电网39这样接通，它们分别不仅操纵处在机车右侧的而且操纵处 在机车左侧的各支承磁铁单元。由此产生的优点是，在一个车载电网39失效时，不是一个 机车侧完全变成无作用的。如特别图5所示的那样，在例如车载电网39-3失效时，只有在 一侧的支承磁铁单元37F、37G、37N和370和在另一侧的支承磁铁单元38B、38C、38J和38K 不再可用于起浮/降落过程，而全部其余的支承磁铁单元仍然是完全能使用的。此外有利 的是，各失效的支承磁铁单元在右侧和左侧并不正好面对，而是沿纵向方向13相互相对位 错设置。本发明的另一重要的优点可以这样达到，S卩，借助控制装置32(图2)和用于气动 组件41A、41B的DC/AC变流器40A、40B(图5)在起浮和降落过程期间使各空气弹簧14排 气。如果例如在激活或去活涉及的支承磁铁单元38G、38H(和相应地在机车右侧的支承磁 铁单元37G、37H)时，在图6C中的一个空气弹簧14A排气，则支承磁铁单元在起浮或降落过 程的时刻在相当大程度上卸去相应的悬浮支架(在这里15B)的重量负担。因此为了它们 的操纵需要比在完全负荷下实施起浮和降落过程小得多的电流。在起浮和降落过程结束以 后，重新对各空气弹簧14充气。为此需要的装置可以类似于已知的空气弹簧控制装置(例 如 DE 202004013690A1)。本发明并不限于所描述的实施例，它可以按各种各样的方式加以改变。这首先适 用于在磁悬浮机车1的起浮或降落过程中以在时间上的错开实施的步骤的数目。例如有可 能，只实施四个步骤并且用每个车载电网39各供应两个支承磁铁单元37或38。此外实施 的步骤的数目在相当大程度上取决于相应的磁悬浮机车1的结构和特别取决于存在的悬 浮支架15和悬浮支架框17或其类似的装置的数目。此外明显的是，可以以一种不同于所描述的顺序和例如沿相反的方向从后向前实现各支承磁铁单元的激活/去活。相应地，每 个磁悬浮机车可以在每一侧设置比十六个或多或少的支承磁铁单元，其中也可设想的解决 方案是，其中只在磁悬浮机车的一个中间部分中设置各支承磁铁单元。此外每个磁悬浮机 车11应用四个车载电网只以看作为实例。此外有可能将导线42-1至42-4(图5)与附加 的和/或不同于所示的电源连接，特别是例如与通用的直线发电机33(图3)、汇流排、电感 的能量传输等连接。此外为了保护各车载电网，有利的是，在起浮/降落过程期间还断开例 如存在的各导引磁铁系统，因为在这些阶段期间不需要它们而且可能提高电流需求量。最 后当然也可以以不同于所描述的和所示的组合应用不同的特征.
权利要求
用于使磁悬浮机车(11)起浮和/或降落的方法，磁悬浮机车包括许多沿一个纵向方向(13)连续设置的、具有电磁铁的支承磁铁单元(18、37、38)，其中通过接通电流激活各支承磁铁单元(18、37、38)的方式使机车(11)从一条车行道上起浮并处于一种悬浮状态，和/或通过切断电流去活各支承磁铁单元(18、37、38)使机车(11)从一种悬浮状态下降并降落在车行道上，其特征在于，在机车(11)起浮和/或降落时，在时间上错开地激活和/或去活备支承磁铁单元(18、37、38)。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，沿纵向方向(13)看去，以各支承磁铁单元 的设置的顺序依次激活和/或去活各支承磁铁单元(18、37、38)。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在一个包括许多沿纵向方向(13)连 续设置的悬浮支架框(17)的磁悬浮机车(11)中，这样激活和/或去活各支承磁铁单元 (18、37、38)，以致各悬浮支架框(17)以其设置的顺序依次起浮和/或降落，所述悬浮支架 框一方面与至少一个支承磁铁单元(18、37、38)联接而另一方面经由为其配置的空气弹簧 (14)与机车(11)的车厢(12)连接。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于，在一个悬浮支架框(17)的起浮和/或降 落期间，使为其配置的空气弹簧(14)至少部分地排气。
5.按照权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在一个具有许多沿纵向方向(13)连 续设置的悬浮支架(15)的磁悬浮机车(11)中，在磁悬浮机车(11)起浮和/或降落时分别 同时激活或去活两个支承磁铁单元(18、37、38)，所述悬浮支架在其端部各设有一个悬浮支 架框(17)，悬浮支架框与两个连续设置的支承磁铁单元(18、37、38)联接。
6.按照权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，在一个附加具有通过电流可激活 的导引磁铁系统的机车(11)中，在磁悬浮机车(11)起浮和/或降落时去活各导引磁铁系 统。
7.磁悬浮机车，包括许多沿一个纵向方向(13)连续设置的具有电磁铁的支承磁铁单 元(18、37、38)，这些支承磁铁单元通过接通和切断电流可激活和可去活，还包括一个用于 控制这些电流的控制装置，使得磁悬浮机车(11)通过激活各支承磁铁单元(18、37、38)从 一条车行道可起浮且通过去活各支承磁铁单元(18、37、38)可降落在车行道上，其特征在 于，这样设立控制装置，以致在起浮和/或降落时，在时间上错开地激活和/或去活各支承 磁铁单元(18、37、38)。
8.按照权利要求7所述的磁悬浮机车，其特征在于，这样设立控制装置，以致沿纵向方 向(13)看去，各支承磁铁单元(18、37、38)以其设置的顺序依次可激活和/或可去活。
9.按照权利要求7或8所述的磁悬浮机车，其特征在于，磁悬浮机车包括一个车厢 (12)和许多沿纵向方向(13)连续设置的悬浮支架框(17)，这些悬浮支架框一方面各与至 少一个支承磁铁单元(18、37、38)联接而另一方面各经由至少一个为其配置的、可控制的 空气弹簧(14)与车厢(12)连接，并且这样设立控制装置，以致各悬浮支架框(17)以其设 置的顺序依次起浮和/或降落。
10.按照权利要求9所述的磁悬浮机车，其特征在于，磁悬浮机车具有在为空气弹簧配 置的悬浮支架框(17)起浮和/或降落时用于使各空气弹簧(14)排气的装置。
11.按照权利要求9和10所述的磁悬浮机车，其特征在于，磁悬浮机车具有许多沿纵 向方向(13)连续设置的悬浮支架(15)，这些悬浮支架在其端部各与一个悬浮支架框(17)连接，悬浮支架框与两个连续设置的支承磁铁单元(18、37、38)联接，并且这样设立控制装 置，以致在一个悬浮支架框(17)起浮和/或降落时分别激活和/或去活两个为其配置的支 承磁铁单元(18、37、38)。
12.按照权利要求7至11之一所述的磁悬浮机车，其特征在于，磁悬浮机车具有一个设 有电磁铁的、通过电流可激活和可去活的导引磁铁系统和用于在起浮和/或降落过程期间 去活导引磁铁系统的装置。
全文摘要
本发明涉及一种磁悬浮机车(11)和一种用于使磁悬浮机车(11)从一条车行道起浮和用于使磁悬浮机车降落在一条车行道上的方法。按照本发明，为此目的，不是全部同时而是在时间上错开地依次激活或去活磁悬浮机车(11)的各支承磁铁单元(38)，以便借此保持从一个外部供电装置或车载电网的瞬时的电流需求量很小。
文档编号B60L13/04GK101827725SQ200880106137
公开日2010年9月8日 申请日期2008年9月1日 优先权日2007年10月10日
发明者P·贝克尔, 郑清华 申请人:蒂森克鲁伯快速运输有限公司