用於磁懸浮列車支承磁鐵的磁鐵的距離傳感器裝置的製作方法

2023-05-09 07:54:46

專利名稱：用於磁懸浮列車支承磁鐵的磁鐵的距離傳感器裝置的製作方法
用於磁懸浮列車支承磁鐵的磁鐵的距離傳感器裝置
本發明涉及一種用於磁懸浮列車支承磁鐵的磁鐵的、具有多個距離傳 感器的距離傳感器裝置，其中，每個距離傳感器具有一個以運行頻率加載 的距離測量線圈並且可以被安裝在磁鐵的安裝空間內。
這種距離傳感器裝置用在磁懸浮列車Transrapid TR08中。

圖1中示意 地示出了此磁懸浮列車的驅動系統，如其中所示，與未示出的磁懸浮列車 車輛固定地相連的支承磁鐵1具有三塊磁鐵2、 3和4，它們在按照截面方 式示出的縱向定子5的下方在^F茲懸浮列車車輛相對於縱向定子5運動時保 持約10 mm的預定距離。支承磁鐵1距縱向定子5的距離由在圖1中未示 出的勵磁調節單元(Magnetregeleinheit)保持恆定，距離傳感器的輸出參數 被加載到該勵磁調節單元的輸入端。如圖1所示，支承i茲4失1的磁鐵2至4 中的每一個分別設有一對距離傳感器Sl、 S2和S3、 S4以及S5、 S6和S7、 S8以及S9、 S10和S11、 S12。這些距離傳感器Sl至S12中的每一個按照 感應原理採集磁鐵2、 3和4與縱向定子5之間的距離。因此，距離傳感器 Sl至S12中的每一個在其表面所在區域都具有一個在圖1中未能看出的線 圈，該線圈加載有特定頻率、例如lMHz的電壓。距離傳感器S1至S12的 每個線圈的阻抗取決於線圈距縱向定子5的距離。因此，通過測量阻抗產 生一個與相應距離傳感器距縱向定子5的距離相對應的測量參數。阻抗測 量參數被提供給勵磁調節單元，該勵磁調節單元通過對磁鐵2至4的相應 激勵隨後保證使支承磁鐵1在行駛中與縱向定子5保持一個恆定的距離。
如圖1進一步所示，在已知的磁懸浮列車中分別彼此相對較密地設置 兩個距離傳感器，使得該一個距離傳感器的線圈的作用並不會被相鄰距離 傳感器線圈的場消除。為了消除對一個位置傳感器的測量結果的損害並由 此消除對支承磁鐵1距縱向定子5的距離的調節的損害，以不同頻率的電 壓運行距離傳感器以及其線圈，其中將頻率的間距選擇得大到使產生懸浮 的頻率相對較大並由此可以順利地利用在距離傳感器輸出端的低通分出有 用的信號。由此，在所述的》茲懸浮列車車輛中，距離傳感器Sl、 S5和S9 以一致的運行頻率運行；相應地適用於距離傳感器S2、 S6和S10，不過這
些距離傳感器被以一個與距離傳感器Sl、 S5和S9的運行頻率相偏離的運 行頻率加載。按照相應的方式運行其餘的距離傳感器。因此，相同頻率的 兩個距離傳感器之間的幾何距離與磁鐵2、 3和4的長度精確地相對應。該 距離足以儘可能地消除距離傳感器的相互影響，因為距離傳感器線圈的場 隨著遞增的距離而強烈地減少。
根據上述解釋得出，在已知的磁懸浮列車中，距離傳感器構成四個不 同的設備，這導致了在製造、物流和備件保持中巨大的額外花費。此外， 不同距離傳感器類型具有相同或至少類似的外觀，從而有必要將距離傳感 器以較大的精確度放置在支承磁鐵的磁鐵上，以便可靠地實現功能。
本發明所要解決的技術問題在於，這樣設計一種上述類型的距離傳感 器裝置，使得其可靠地提供正確的距離測量值。
為解決這一技術問題，在本文開始部分給出類型的距離傳感器裝置中 根據本發明地將每個距離傳感器的距離測量線圈與用於產生運行頻率的可 編程組件相連，並且每個距離傳感器包含用於查詢安裝空間中特定於安裝 空間的位置信息提供裝置的位置信息查詢裝置，並且該位置信息查詢裝置 與可編程組件的輸入端相連。
根據本發明的距離傳感器裝置的 一個主要優點在於，通過採用 一體構 造的傳感器以及在安裝中個別自動設置的運行頻率，而避免現有的所述距 離傳感器的相互幹擾，這帶來可靠的測量值。
根據本發明的距離傳感器裝置的另一個主要優點在於，在其中，每個 傳感器都被相同地構造，並且都能被容易地放置在^t鐵的安裝空間內，因 為它的相應運行頻率通過位置信息提供裝置和與其協同工作的位置信息查 詢裝置在安裝後確定。不會出現距離傳感器的相互幹擾，因為運行頻率由 可編程組件通過位置信息查詢裝置相對應地設置。
在根據本發明的距離傳感器裝置中，可以為了以不同的方式產生運行 頻率來構造可編程組件。不過視為特別優選的是，可編程組件是FPGA(現 場可編程門陣列)，因為這種集成的可編程的邏輯電路就結構形式而言較小 且成本低廉。
根據本發明的距離傳感器裝置也可以針對於位置信息提供裝置和位置 信息查詢裝置的實施方式不同地構造。不過，對於一種技術簡單且因而在 經濟上適宜的方案優選的是，位置信息提供裝置在磁鐵的安裝空間內包括
在特定於安裝空間的空間布置中的多個無源部件，這些部件在距離傳感器 的組裝狀態下與位置信息查詢裝置的查詢元件位置相對。在這種情況下， 在磁鐵中僅需設置無源部件，它們不需要任何供電。
在位置信息提供裝置以及位置信息查詢裝置一種優選的簡單實施中， 查詢元件是讀出線圏，而無源部件是金屬或絕緣的反射面。
不過也可能、並且對傳輸安全性可能尤其優選的是，查詢元件是光學 查詢元件，而無源部件是反射器。
距離傳感器裝置的另一種優選實施方式在於，查詢元件是簧片觸點或 霍爾元件，而無源部件是永/磁體。
尤其簡單的是一種根據本發明的距離傳感器裝置的實施方式，其中，
查詢元件是電接觸元件(Kontaktelement ),而無源部件是電接觸部件 (Kontaktteil )。
這種實施方式優選地使得位置信息查詢裝置可以如下尤其簡單地設 計電接觸元件與輔助電壓源的一個電極連接，而至少一個另外的電4姿觸 元件通過電阻與輔助電壓源的另 一個電極連接，並且與該電接觸元件位置 相對的電接觸部件與與該另一電接觸元件位置相對的接觸部件電連接，且 該至少一個另外的電接觸元件與可編程組件相連。
因為在磁懸浮列車中無誤的距離調節對於可靠地實現功能具有重要意 義並且因此也利用距離傳感器按照高可靠性採集測量參數，所以也針對於 此被視為優選的是，在根據本發明的距離傳感器裝置中，為位置信息提供 裝置在磁鐵的安裝空間內以 一致的特定於安裝空間的空間布置配設一個另 外的、帶有多個另外的無源部件的位置信息提供裝置，這些無源部件在距 離傳感器的組裝狀態下與一個另外的位置信息查詢裝置的另外的查詢元件 位置相對，且這些位置信息查詢裝置的輸入端通過一個計算部件與所述可 編程部件相連。
在根據本發明的特別可靠地採集距離的距離傳感器裝置的另一種優選 實施方式中，為位置信息提供裝置在磁鐵的安裝空間內以一致的特定於安 裝空間的空間布置配設一個帶有多個另外的無源部件的另外的位置信息提 供裝置，這些無源部件在距離傳感器的組裝狀態下與一個另外的位置信息 查詢裝置的另外的查詢元件位置相對，並且位置信息查詢裝置的輸出端分 別與一個計算部件相連，其中，這些計算部件彼此相連並分別向一個否則 將被阻塞的可編程部件發出 一個釋放信號。
對於藉助於根據本發明的距離傳感器裝置的距離傳感器可靠地採集距 離同樣有利的是，為位置信息提供裝置在磁鐵的安裝空間內以 一致的特定 於安裝空間的空間布置配設 一 個帶有多個另外的無源部件的另外的位置信 息提供裝置，這些無源部件在距離傳感器的組裝狀態下與一個另外的位置 信息查詢裝置的另外的查詢元件位置相對，並且位置信息查詢裝置的輸出 端與距離傳感器的報文發生器相連，以便將位置信息傳輸到支承磁鐵的勵 磁調節單元。在這一實施方式中，可以省去在距離傳感器中對距離測量結 果的單獨分析，因為距離測量參數和位置信息被直接地提供給支承磁鐵的 勵i茲調節單元。
在這種情況下根據本發明的距離傳感器裝置的一種實施方式是同樣非 常有利的，其中，在一塊磁鐵上的兩對距離傳感器分別由一對勵磁調節單 元操縱的情況下，位置信息查詢裝置與相應距離傳感器的報文發生器相連， 並且這樣構造勵磁調節單元，使得在其中實現對所傳輸的位置信息的合理 性檢驗。
此外被認為優選的是，在根據本發明的距離傳感器裝置中安裝空間位
於一個固定邊緣內，其沿著磁鐵與；茲鐵突出的磁極頭(Polkopf)並排地設 置。
如果該固定邊緣在其兩端具有依照不同布置或設計的識別元件，且所 述識別元件在該固定邊緣的至少一端與 一個識別電路相連，那麼因此就進 一步提高了由根據本發明的距離傳感器裝置給出的距離信息的可靠性。
為了獲得可靠的正確距離測量值，還優選的是，在用於磁懸浮列車的 支承磁鐵的磁鐵的距離傳感器中，根據本發明該距離傳感器包含一個用於 在安裝空間內查詢特定於安裝空間的位置信息提供裝置的位置信息查詢裝 置，該距離傳感器具有一個以運行頻率加載的距離測量線圈並可以在安裝 空間內安裝在磁鐵上。
根據本發明的距離傳感器的查詢元件可以不同地構造，如權利要求16 至20所示。
為進一步解釋本發明，在圖2中以側視圖示意地示出支承磁鐵的磁鐵 的一半，在圖3中示出了位置信息提供裝置和位置信息查詢裝置的一個實 施例，而在圖4中示出了一種用於對藉助兩個為一個距離傳感器配設的位
置信息提供裝置獲取的位置信息進行分析的裝置。
如由圖2可見，例如可以與圖1所示磁鐵2相對應的磁鐵20具有多個 主磁極21和一個尾磁極22。每個主磁極21具有一個磁極頭23，該磁極頭 以一種未示出的方式向下過渡到一個磁鐵繞組24纏繞在其上的細長的腿 內。 一個連續的-茲鐵背部25位於主》茲極21或石茲鐵繞組24的腿的下方。
在磁鐵20上方與磁極頭23並排地延伸有一個可以由鈦製成的固定邊 緣26。這一固定邊緣26表示了用於距離傳感器27和28的安裝空間，所述 距離傳感器在此例中在其空間布置上與圖1所示的距離傳感器S3和S4相 對應。
每個距離傳感器27和28配備有位置信息查詢裝置30,如圖3中所示。 位置信息查詢裝置30在磁鐵20的安裝空間31內與位置信息提供裝置32 相對。
位置信息提供裝置32被特定於安裝空間地設計，其中它被用電接觸部 件33和34按照為相應安裝空間特定地配設的布置安放；在所示實施例中， 4又兩個電4妻觸部件33和34相互以相對較大的距離設置並且通過電連4妄35 相互連才妄。
位置信息查詢裝置30包括按照這樣一種布置的接觸部件36、 37和38: 接觸部件36和38與位置信息提供裝置32中的接觸元件33和34位置相對。 在位置信息查詢裝置30內，運行電壓源40的一個電極39與接觸部件36 相連。運4亍電壓源40的另一電極41 一方面接地，另一方面通過兩個電阻 42和43與接觸部件37和38電連接。每個接觸部件37和38分別與位置信 息查詢裝置30的一個輸出端44和45相連。這些輸出端44和45與圖3中 未示出的可編程組件相連，以便產生運行頻率。在所示情形下，在輸出端 44形成一個位信號"0",而在輸出端"45"形成一個位信號"1"。未示出 了可編程組件由此產生一個具有特定運行頻率的電壓，用該電壓對一個在 傳感器內的同樣未示出的距離測量線圈進行加載。
應當理解，可以利用這種距離傳感器裝置總共對四個距離傳感器加載 不同運行頻率的電壓，因為另外對電接觸元件33和34也還可以對於其它 距離傳感器的安裝空間設置一個另外的(在此未示出的)第三中間電接觸 元件。
這對於當前實施方式的支承磁鐵的磁懸浮列車的實際運行是完全足夠
的，因為由此可以確保，在設置在支承》茲4失的三個》茲4失的每一個上的四個 距離傳感器由此可以可靠地加載不同運行頻率的電壓。
距離測量的可靠性還可以如下地提高為每個距離傳感器雙重地實施 位置信息提供裝置和位置信息查詢裝置，使得從位置信息查詢裝置發出分 別成對的信號。在圖4中示出，為一個(在此未示出的)距離傳感器配設 一個第一位置信息提供裝置50a以及一定程度上地與該位置信息提供裝置 並行地配設一個另外的位置信息提供裝置50b;兩個位置信息提供裝置50a 和50b可以分別如圖3中以裝置32的形式示出的那樣地實施。藉助於每個 位置信息查詢裝置51a和51b (例如與圖3所示位置信息查詢裝置30相對 應地)產生位置信息信號OSa和OSb，兩者共同地被分別供給每個微控制 器52a和52b。這些糹鼓控制器52a和52b通過信道53和54相互比較它們的 結果並分別將信號Sa和Sb發向在此未示出的可編程部件，如果它們已無 誤地確定位置信息的話。直到兩個信號Sa和Sb出現在可編程部件上，才 就由後者產生一個帶有運行頻率的電壓，如同其被分配給相應的距離傳感 器那樣。
不過，也可能這樣提高根據本發明的距離傳感器裝置的可靠性，即， 除了由距離傳感器以常規方式產生的用於勵磁調節單元信息的報文，作為 關於各所測得距離的信息，還傳輸關於距離測量線圈的運行頻率的信息。 如果藉助於兩個位置信息提供裝置和兩個位置信息查詢裝置獲得位置信 息，那麼這些信息就在勵磁調節單元中受到同一性驗證。與圖4所示實施 方式相比，可以省去專門的微控制器。
另一方面，還可能如下地驗證距離傳感器的正確安裝以及位置信息提 供裝置及其位置信息查詢裝置的工作方式，即，在勵磁調節單元內驗證來 自兩個相鄰的距離傳感器的相應的位置信息，因為勵^磁調節單元總是或者 控制傳感器S1、 S2或者控制傳感器S3、 S4(參見圖1),因而能夠採集這 兩對的位置信息的特定組合併進行正確性驗證。
權利要求
1.一種用於磁懸浮列車的支承磁鐵(1)的磁鐵(2，3，4)的距離傳感器裝置，其具有多個距離傳感器(S1至S4；S5至S8；S9至S12)，其中，每個距離傳感器(S1至S12)·具有一個以運行頻率加載的距離測量線圈，並且·在安裝空間(31)內可以安裝在磁鐵(2至4)上，其特徵在於，·每個距離傳感器(S1至S12)的距離測量線圈與一個用於產生運行頻率的可編程部件相連，·每個距離傳感器(S1至S12)包括一個位置信息查詢裝置(30)，用於在安裝空間(31)內查詢特定於安裝空間的位置信息提供裝置(32)，並且·所述位置信息查詢裝置(30)的輸入端與所述可編程部件相連。
2. 根據權利要求1所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 所述可編程部件是現場可編程門陣列。
3. 根據權利要求1或2所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 所述位置信息提供裝置(32)在磁鐵的安裝空間(31)內包括依照 特定於安裝空間的空間布置的多個無源部件(33, 34),這些無源部件在距 離傳感器(S1至S12)的組裝狀態下與該位置信息查詢裝置(30)的查詢 元件(36至38)的位置相對。
4. 根據權利要求3所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該查詢元件是讀出線圈，並且該無源部件是金屬的或絕緣的反射面。
5. 根據權利要求3所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該查詢元件是光學查詢元件，並且該無源部件是反射器。
6. 根據權利要求3所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該查詢元件是簧片觸點或霍爾元件，並且該無源部件是永磁體。
7. 根據權利要求3所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該查詢元件是電接觸元件(36至38),並且該無源部件是電衝妄觸部 件(35, 34)。
8. 根據權利要求7所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 一個電接觸元件(36)與一個輔助電壓源(40)的一個電極(39) 連接，並且至少一個另外的電接觸元件(37, 38 )通過電阻(42, 43 )與 該輔助電壓源(40)的另外的電極(41)連接， 與該電接觸元件(36)位置相對的電接觸部件(33)與與該另一電 接觸元件(38)位置相對的接觸部件(34)電連接，並且 該至少一個另外的電接觸元件(38)與所述可編程組件相連。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 為該位置信息提供裝置在磁鐵的安裝空間內以一致的、特定於安裝空間的空間布置配設一個另外的、帶有多個另外的無源部件的位置信息提 供裝置，這些無源部件在該距離傳感器的組裝狀態下與一個另外的位置信 息查詢裝置的另外的查詢元件位置相對，並且 這些位置信息查詢裝置的輸入端通過一個計算部件與所述可編程部 件相連。
10. 根據權利要求1至8中任一項所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 為該位置信息提供裝置(50a)在磁鐵的安裝空間內以一致的、特定於安裝空間的空間布置配設一個帶有多個另外的無源部件的另外的位置信 息提供裝置(50b)，這些無源部件在該距離傳感器的組裝狀態下與一個另 外的位置信息查詢裝置(51b)的另外的查詢元件位置相對，並且 這些位置信息查詢裝置(51a, 51b)的輸出端分別與一個計算部件 (52a， 52b)相連，其中，這些計算部件(52a, 52b)彼此相連並且分別向一個否則將被阻塞的可編程部件發出一個釋放信號(Sa， Sb)。
11. 根據權利要求1至8中任一項所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 為該位置信息提供裝置在磁鐵的安裝空間內以一致的、特定於安裝空間的空間布置配設一個帶有多個另外的無源部件的另外的位置信息提供 裝置，這些無源部件在距離傳感器的組裝狀態下與一個另外的位置信息查 詢裝置的另外的查詢元件位置相對，並且 該位置信息查詢裝置的輸出端與距離傳感器的報文發生器相連，以 便將位置信息傳輸到支承磁鐵的勵磁調節單元。
12. 根據權利要求1至8中任一項所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 在一塊磁鐵上的兩對距離傳感器分別由一對勵磁調節單元操縱的情況下，該位置信息查詢裝置與相應的距離傳感器的一個報文發生器相連，並且 這樣構造該勵磁調節單元，使得在其中實現對所傳輸的位置信息的 合理性檢驗。
13. 根據權利要求1至12中任一項所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該安裝空間位於一個固定邊緣(26)內，該固定邊緣沿著磁鐵(20) 與該磁鐵突出的磁極頭(20)並排地設置。
14. 根據權利要求13所述的距離傳感器裝置，其特徵在於， 該固定邊緣在其兩端具有依照不同布置或設計的識別元件，且 所述識別元件在該固定邊緣的至少 一端與 一個識別電路相連。
15. —種用於磁懸浮列車的支承磁鐵(1 )的磁鐵(2, 3， 4)的距離傳 感器，該距離傳感器 具有以運行頻率加載的距離測量線圈，並且 在安裝空間(31)內可以被安裝在磁鐵(2至4)上，其特徵在於， 該距離傳感器(Sl至S12)包括一個位置信息查詢裝置(30)，用於 在該安裝空間(31)內查詢特定於安裝空間的位置信息提供裝置。
16. 根據權利要求15所述的距離傳感器，其特徵在於， 該位置信息查詢裝置的查詢元件是讀出線圈。
17. 根據權利要求15所述的距離傳感器，其特徵在於， 該位置信息查詢裝置的查詢元件是光學查詢元件。
18. 根據權利要求15所述的距離傳感器，其特徵在於， 該位置信息查詢裝置的查詢元件是簧片觸點。
19. 根據權利要求15所述的距離傳感器，其特徵在於， 該位置信息查詢裝置的查詢元件是電接觸元件(36至38 )。
20. 根據權利要求19所述的距離傳感器，其特徵在於， 一個電接觸元件(36)與輔助電壓源(40)的一個電極(39)連接， 以及至少一個另外的電接觸元件(37, 38 )通過電阻(42， 43)與該輔助 電壓源(40)的另外的電極(41)連接。
全文摘要
本發明涉及一種用於磁懸浮列車支承磁鐵的磁鐵的、具有多個距離傳感器的距離傳感器裝置，其中，每個距離傳感器具有一個以運行頻率加載的距離測量線圈並可以被安裝到磁鐵的安裝空間內。為了用這種距離傳感器裝置可靠地獲取距離測量值，根據本發明，各個距離傳感器(S1至S12)的距離測量線圈與一個用於產生運行頻率的可編程組件相連。距離傳感器(S1至S12)包括位置信息查詢裝置(30)，用於查詢安裝空間(31)內的特定於安裝空間的位置信息提供裝置(32)。位置信息查詢裝置(30)的輸入端與該可編程組件相連。
文檔編號B60L13/06GK101111406SQ200680003320
公開日2008年1月23日 申請日期2006年1月11日 優先權日2005年1月27日
發明者羅伯特·施密德, 貝諾·韋斯 申請人:西門子公司