專利名稱：磁懸浮車輛中用于承載、引導和/或制動系統(tǒng)的磁性裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及權利要求1的前序部分所指出的類型的磁性裝置。
關于此種類型的磁性裝置(DE 34 10 119 C2)，磁芯、特別是指定用于承載磁體的磁芯由匯集在一起形成金屬薄片包的多個平板或薄片組成，從而導致整個磁性裝置較低的固有衰減。此外，線圈的繞組在絕大多數(shù)情況下由纏繞在磁芯周圍的導體帶形成，這些導體帶在其端點上交替連續(xù)地彼此連接，在磁芯之外徑向地遠離磁芯安置或徑向地位于磁芯之內(nèi)。這導致了位于繞組的各層之間和/或內(nèi)部徑向最遠地安置的各層與磁芯之間產(chǎn)生許多縱向和橫向寄生電容，這些電容與繞組的電感(感應系數(shù))一起形成電諧振電路。由于磁性裝置的激振期間的低固定衰減，這些諧振電路將在磁性裝置的臨界點上導致電振蕩和額外的額定電壓，特別是在達到相關的諧振頻率范圍時。
磁性裝置的某些點上，位置距相關的磁芯最近的兩個相鄰繞組的最內(nèi)層通過內(nèi)部連接線彼此電連接，電壓過沖在這些點上產(chǎn)生非常不利的效應。導致電壓和/或電流有可能非常高，以致破壞布置在第一層和磁芯之間的絕緣層，從而致使整個磁性裝置發(fā)生故障。
為了避免絕緣層的損傷，可以把磁芯和相關的第一繞組層之間的間隙沿徑向方向延長至足夠大，和/或為內(nèi)部絕緣層提供足夠的厚度。但是這將帶來一種缺點，即線圈中產(chǎn)生的熱消耗不能再由用作冷卻元件的磁芯來徑向地消散，從而使冷卻效率顯著惡化。另一方面，以前提到的間隙對繞組將不再可用，從而降低了間隙系數(shù)。
實際上，伴隨在此之前指出的類型的磁性裝置出現(xiàn)的振蕩由并聯(lián)到線圈并形成無源衰減網(wǎng)絡的電阻所衰減。但是，這樣一種網(wǎng)絡具有很大的缺陷，即電阻器產(chǎn)生相當大的熱消耗，因此不得不由周圍的空此外，其工作中使用短路線圈和/或補償線圈30、34的實施例的一種優(yōu)點是，與在給定情況下占優(yōu)勢的諧振頻率的適應可以通過選擇合適的線圈參數(shù)來實現(xiàn)。類似地，這同樣可以應用于圖8，其中在整體上用附圖標記25來表示的變壓器在補償線圈4之間切換。另外，這里繞組34中的電感產(chǎn)生的電流和/或從變壓器35放電流出的次級電流的相位角應被選擇為使其能獲得所希望的補償效率。與圖7相反，可以用變壓器35來調(diào)整和設置不同于1∶1的變壓比。此外，對根據(jù)圖5至8的實施例的磁極背應用由單獨的層板組成的金屬薄片包是有利的。
本發(fā)明并不局限于這里所描述的可以以多種方式進行改進的實施例。特別地，本發(fā)明適用于在此之前描述的磁性裝置1所計劃的應用，如果需要的話還可應用于引導或制動磁鐵。此外，本發(fā)明并不局限于由扁平導體帶制成的線圈繞組，而是如果這些線圈的衰減相對較低的話，類推地還可用于具有不同繞組的線圈。每個磁性裝置1中存在的磁極和/或磁芯3的數(shù)目可以非常隨意地選取。最后，除了在此之前那些所顯示和描述的屬性之外的不同的特征屬性還可以結(jié)合使用，這是不言自明的。氣冷卻，然而這是很難實現(xiàn)的，而且，這些電阻器必須由高等級質(zhì)量的材料制造，以可靠地避免運行中的任何損傷。這將大大增加磁性裝置的成本支出。
因此，現(xiàn)在考慮到這一點，本發(fā)明的目的是以這樣一種方式構(gòu)造在此之前指出的種類的磁性裝置，即在即使不使用任何歐姆電阻器時該振蕩仍然可如所描述的那樣被降低和/或表現(xiàn)得無害。
該目的通過具有權利要求1所述特征來解決。
本發(fā)明產(chǎn)生一種優(yōu)點，即出現(xiàn)在磁性裝置激振時的諧振可通過以任何方式存在的磁極背的輔助和/或應用被顯著地衰減，或者由諧振導致的電壓和/或電流過沖得以補償，從而有效地避免絕緣層損傷。
本發(fā)明的其它優(yōu)點將由從屬權利要求而變得顯而易見。
在此之后將結(jié)合實施例并且基于附圖對本發(fā)明做更具體的闡述，其中

圖1示出了穿過用于具有長定子驅(qū)動器的磁懸浮車輛的磁性裝置的示意剖面圖；圖2示出了用于根據(jù)圖1的磁性裝置的替代性電路圖的示意圖；圖3示出了出現(xiàn)在根據(jù)圖1和2的磁性裝置激振時的諧振振蕩的曲線圖。
圖4和圖5根據(jù)圖1分別示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的磁性裝置的第一和第二實施例的剖面圖。
圖6示出了在實現(xiàn)根據(jù)圖4和圖5的實施例時獲取的具有衰減曲線的圖表；以及圖7和8根據(jù)圖1示出了穿過根據(jù)本發(fā)明的磁性裝置的另外兩種實施例的剖面圖。
根據(jù)圖1，例如被構(gòu)造為承載磁體且適用于裝配有長定子驅(qū)動器的磁懸浮車輛的常規(guī)磁性裝置1的鐵質(zhì)實體在由縱軸2所限定的縱向上具有曲折型橫截面。彼此相距一定距離排列的幾個(這里為六個)線圈3a至3f通過稱為磁極背4的裝置在它們的下面彼此磁性相連，每個磁振背都具有磁芯3，且磁極背4通常接地。在磁芯3a至3f之間以及磁極背4上方，該磁性裝置1配備有相對于縱軸2橫向延伸并具有矩形橫截面的凹槽，其中排列著纏繞在所分配的磁芯3a至3f周圍的線圈5a至5f。線圈5a至5f包含的未顯示出來的導體帶具有與凹槽的高度相對應的寬度，且彼此緊密接觸地纏繞在所述的磁芯3a至3f周圍。
這里未示出的絕緣層被設置在導體帶的各個層之間，其它絕緣層6a至6b中的每層都設置在內(nèi)部徑向最遠地安置的相關層與和相關的磁芯3a至3f之間。此外，線圈5a、5b和5c、5d以及5e、5f的徑向最外面的層分別通過外部連接線7彼此電連接，而線圈5b、5c和5d、5e的徑向最里面的層分別通過內(nèi)部連接線8彼此電連接，這樣內(nèi)部和外部連接線7、8在縱向方向上彼此交替出現(xiàn)。最后，磁性裝置1的激振經(jīng)由連接到線圈6a的最里面的層的電流轉(zhuǎn)換器(振動換流器)9實現(xiàn)，而線圈5f最里面的層接地。線圈3a至3f與相關的線圈5a至5f一起形成一個磁極，每個磁極在縱軸2的方向上具有交替的極性。
根據(jù)圖1的磁性裝置1等效的電路圖如圖2所示，用同樣的附圖標記來表示相同的部件。這里很明顯的是，與各個線圈5a至5f平行的且由它們的層形成的縱向的電容10串聯(lián)排列。而且，在線圈5b、5c和5d、5e的最里面的層中通過連接線7分別彼此相連的那些點上，分別有相比較大的橫向電容11和12，每個電容都通向相關的接地磁芯，以及在那些線圈5a、5f的最里面的層具有從最里面的層延伸到外面的連接的那些點上，有大約為電容11或12的一半大小并連接至地的橫向電容14、15。
由于這種配置，線圈或電感5a至5f與電容10和11至15一起形成振蕩電路，其中電振蕩借助于電路轉(zhuǎn)換器9在磁性裝置1激振時產(chǎn)生，例如所述的電振蕩根據(jù)磁性裝置1的設計具有兩個諧振頻率，如圖2中等效電路圖的下面的兩個峰值16和17所示。
在這些頻率上的特別關鍵的特性表明兩個連接點18和19一方面安置在線圈5b、5c之間，而另一方面安置在5d、5e(圖2)之間，并經(jīng)由電容11、12連接至地。在這些點上，如圖1所示，線圈5b、5c和5d、5e的最里面的層彼此相連。如果絕緣層6在這些點上朝向相關的磁芯3和/或朝向地面被擊穿，那么就將發(fā)生短路從而致使磁性裝置無效。相反地，其它的開關點相對來說不太重要，例如5a、5b和5c、5d等線圈的外部連接的點上，以及與電容14和15相鏈接的連接點。這些所造成的后果是連接點18和19處的額定電壓在根據(jù)圖2的諧振頻率上明顯上升，且穿過相鄰線圈5b、5c和5d、5e的電流分別采用非常不同的值。例如，這由于在圖3中顯示的測量曲線變得非常明顯，其中時間沿橫坐標繪制且電流沿縱坐標繪制。如圖3的左上方所顯示的，曲線21表示流經(jīng)線圈5b的電流，曲線22表示流經(jīng)線圈5c的電流，該情況下根據(jù)圖2的電路通過電流轉(zhuǎn)換器9以靠近圖2中的一個諧振頻率(峰值16)的正弦電壓來激勵。相應地，右上方的曲線23、24顯示了以相同頻率流經(jīng)線圈5e和5d的電流。在圖3的底部，曲線25、26和28、29顯示了用其位置靠近圖2中的峰值17所表示的諧振頻率的頻率來實現(xiàn)激勵時電流的特性。由圖3可知，經(jīng)過線圈5b、5c和5d、5e的電流，以及隨之而發(fā)生的流向連接點18、19的電流，和/或從這些連接點18、19流出的電流彼此相差很大。而且，根據(jù)峰值17的諧振頻率上的每個電流都有180°相移(分別是曲線26、27和28、29)。因為有可能出現(xiàn)與大約為440伏的常規(guī)工作電壓相對的幅值為104伏的電壓，所以將有差動電流流經(jīng)電容11和12，從而引起擊穿絕緣層的危險。
因此，這里嘗試依照本發(fā)明來衰減振蕩電路，特別是降低或使一方面流經(jīng)線圈5b、5c而另一方面流經(jīng)線圈5d、5e的電流彼此適應，從而避免來自諧振的有害后果。該方法背后的想法是在任何情況下都存在的磁極背(圖1)本身可以用作衰減和/或補償?shù)闹饕b置。
由根據(jù)圖4的實施例，這里提議用具有高渦流損耗的材料和/或優(yōu)選地用大規(guī)模元件而不是單獨的金屬薄片層板來制造選定的磁極背4。因為各個線圈5a至5f經(jīng)由鐵磁芯3和磁極背4彼此磁性耦合在一起，所以磁極背4中的渦電流自動地產(chǎn)生動態(tài)衰減。由于這些渦電流產(chǎn)生的較小的熱消耗經(jīng)由磁性裝置1的連續(xù)的鐵質(zhì)實體消散，特別是如果磁極背4是大規(guī)模結(jié)構(gòu)的話。經(jīng)由電容11、12從連接點18、19流出的電流可用這種方式顯著地降低。因此，出現(xiàn)在連接點18、19的最大電壓非常地小，以致它們的取值范圍大大低于相關絕緣層的擊穿電壓。
如果依照圖5選定的每個磁極背4都包裹有至少一個短路繞組30，則以上的同樣適用。特別地，可以不使用例如銅或鋁等高等級導體，而使用例如鐵等材料來制作這些短路繞組30，由這些繞組產(chǎn)生高能量損耗從而導致有效的動態(tài)衰減。
由依照圖4和5的兩種實施例，所有存在的磁極背4還可組成選定的磁極背4，這是因為所有的磁極背4都是以相同的方式構(gòu)造的。
而且，圖4和5的兩種實施例都無源地工作。根據(jù)圖4的實施例以低通濾波器方式工作，導致根據(jù)圖6的衰減曲線31。相反，依照圖5的實施例以帶通濾波器方式工作，導致圖6中的衰減曲線32。兩種衰減曲線31、32都包含諧振頻率16和17。
遵照本發(fā)明的根據(jù)圖7和8的實施例示出了用于降低出現(xiàn)在線圈5中的諧振振蕩的有源裝置。依照圖7，這里設想為每個選定的磁極背4a、4b和4c配備補償線圈34，其中上述磁極背分別在磁芯3a、3b和3c、3d以及3e、3f之間建立連接，并設想以串聯(lián)電路在這三個補償線圈34之間建立電流連接。這種配置的選取使得流入磁極背3a、3b和3c的每個電流都基本相等。因為流入未配備補償線圈34的磁極背4d和4e的電流以相同的方式影響附屬的線圈5b和5c(分別為5d和5e)，則在此之前所描述的裝置包含這種情況，即一方面穿過線圈5b和5c的電流而另一方面穿過5d和5e的電流基本相等。因此可以實現(xiàn)至少出現(xiàn)在諧振情況下的線圈中的電流峰值彼此適應，且圖2中連接點18、19處的電壓過沖被降低到一定程度，使得經(jīng)由電容11、12流出的電流并不臨界。
權利要求
1.磁懸浮車輛中用于承載、引導和/或制動系統(tǒng)的磁性裝置，該裝置包含具有多個磁極的電磁體，其具有在縱向方向上前后排列并通過磁極背(4)相連的磁芯(3a至3f)，并具有纏繞到所述磁芯(3a至3f)上的線圈(5a至5f)，這些線圈在內(nèi)部和外部與縱向方向上跟隨其后的線圈(5a至5f)交替連接，還包括分配給所述線圈(5a至5f)的用于降低在所述線圈中發(fā)生的電磁振蕩的設備，其特征在于至少選定的磁極背(4)被配置為所述設備的組成部件。
2.根據(jù)權利要求1的磁性裝置，其特征在于用于衰減電振蕩的選定的磁極背(4)由具有高渦流損耗的材料制成。
3.根據(jù)權利要求2的磁性裝置，其特征在于所有提供的磁極背(4)都是選擇出來的，并且由具有高渦流損耗的材料制成。
4.根據(jù)權利要求1至3中任一項的磁性裝置，其特征在于選定的磁極背(4)包裹有短路繞組(30)。
5.根據(jù)權利要求4的磁性裝置，其特征在于所有提供的磁極背(4)都是選擇出來的，并包裹有短路繞組(30)。
6.根據(jù)權利要求1至5中任一項的磁性裝置，其特征在于選定的磁極背(4a、4b、4c)包裹有補償線圈(34)，用于補償、特別是在諧振的情況下補償所述線圈(5a至5f)中產(chǎn)生的電流，并且所述的補償線圈(34)彼此導電連接。
7.根據(jù)權利要求6的磁性裝置，其特征在于那些磁極背(4a、4b、4c)是選擇出來的磁極背，并且與外部彼此相連的兩個線圈(5a、5b、5c、5d、5e、5f)的磁芯連接在一起。
8.根據(jù)權利要求6至7中任一項的磁性裝置，其特征在于補償線圈(34)通過在線圈之間切換的變壓器(35)彼此相連。
9.根據(jù)權利要求6至8中任一項的磁性裝置，其特征在于選定的磁極背(4a、4b、4c)包含由單獨的金屬薄片構(gòu)成的金屬薄片包。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于磁懸浮車輛的磁性裝置(1)，所述裝置包含具有多個磁極的電磁體。所述磁極具有磁芯(3)，這些磁芯經(jīng)由纏繞在所述磁芯上的磁極背(4)和線圈(5)連接在一起，并在內(nèi)部和外部交替地相互連接。所述的磁性裝置(1)還包括用于降低在所述線圈(5)中發(fā)生的諧振振蕩的裝置(30)，其中磁極背(4)是所述設備中的重要組成部件。
文檔編號B60L13/04GK1842436SQ200580001015
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月9日 優(yōu)先權日2004年3月15日
發(fā)明者沃爾夫?qū)す? 鄭清華 申請人:蒂森克魯伯快速運輸有限公司