具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

如图2至图12所示，本申请实施例的用于磁悬浮车辆的悬浮控制器，包括：

箱体；

散热器120，设置在所述箱体的后壁110的外侧；

斩波模块130，所述斩波模块130采用金属-氧化物半导体场效应晶体管型MOSFET斩波模块，所述斩波模块130固定在所述箱体的后壁110的内侧，且与所述散热器120相背设置；

斩波模块驱动板140，紧贴固定在所述斩波模块130朝向所述箱体内部的一侧。

本申请实施例的用于磁悬浮车辆的悬浮控制器，是双点型悬浮控制器，其功率器件即斩波模块为MOSFET斩波模块。MOSFET斩波模块本身在进行斩波时发热量较小，MOSFET斩波模块在参数不低于IGBT斩波模块的前提下，相比IGBT斩波模块来说，发热量大大减小，同时，体积和重量也减小。MOSFET斩波模块固定在箱体的后壁的内侧，散热器设置在箱体的后壁的外侧，MOSFET斩波模块和散热器相背设置，能够将MOSFET斩波模块产生的热量快速散走，悬浮控制器不再需要单独设置散热用的风扇。MOSFET斩波模块的开关损耗在悬浮控制器额定工作状态下为IGBT斩波模块的一半以下，因此其带来的其他器件的减小也是很客观的。另外，斩波模块驱动板紧贴固定在斩波模块朝向所述箱体内部的一侧，两者集成为一体，节省了布线，也减少了空间的占用。本申请实施例的用于磁悬浮车辆的悬浮控制器，因斩波模块采用MOSFET斩波模块，斩波发热量较小，不再需要设置散热用的风扇系统，使得悬浮控制器的整体尺寸较小，重量较轻，能耗也较小。

具体的，MOSFET斩波模块具体为SIC MOSFET斩波模块。SIC是碳化硅；MOSFET，英文全称Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFE：金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管。

具体的，斩波模块将固定的直流电压变换成可变的直流电压。

实施中，如图6，图7和图8所示，所述斩波模块130是多个斩波模块，各个所述斩波模块130自上而下间隔设置；具体的，如图所示，斩波模块为四个；

所述散热器包括多个散热翅片121，各个所述散热翅片121以与所述箱体的下底相平行的方式间隔设置；

所述散热翅片121在横向方向的宽度大于所述斩波模块130的宽度，所述斩波模块130位于所述箱体的后壁110的内侧中与所述散热翅片121相背位置的中部。

斩波模块的数量根据悬浮控制器的需求进行设置。散热翅片的形式，使得散热面积较大，能够较快进行散热。斩波模块和散热器设置的位置，有利于散热器将斩波模块产生的热量尽快散走。

实施中，如图7所示，所述散热翅片121在横向方向的宽度相对于所述箱体的后壁的宽度的比例的取值范围为大于等于三分之一小于等于二分之一。

散热翅片在横向方向的宽度相对于所述箱体的后壁的宽度的比例可以根据悬浮控制器的工作时产生的热量进行选择。由于本申请实施例的悬浮控制器的整体尺寸已经远小于背景技术中的悬浮控制器的尺寸，本申请实施例的悬浮控制器的散热翅片的在横向方向的宽度，大大小于背景技术中悬浮控制器的散热部件的尺寸。

实施中，如图3，图4，图13和图14所示，悬浮控制器还包括：

与所述斩波模块配合的电容器组，所述电容器组包括多个薄膜电容210；具体的，薄膜电容210为两个；

前支撑架220，与所述箱体的前壁的内侧固定，各个所述薄膜电容210与所述前支撑架220固定且自上而下间隔设置，使得所述薄膜电容220架空位于所述斩波模块130的前方；

导电的后支撑架230，所述后支撑架230的端面为乙字形，所述后支撑架的第一横向臂231与所述斩波模块130固定，所述后支撑架的第二横向臂232的外侧与所述薄膜电容210的负极固定，且所述斩波模块130和所述斩波模块驱动板140位于所述后支撑架的第二横向臂232的内侧和所述箱体的后壁110之间；

其中，所述后支撑架用于保持所述薄膜电容架空位于所述斩波模块的前方且保持间距，且用于将所述薄膜电容的负极接地。

通过仿真发现，在处理纹波方面，薄膜电容相对于背景技术中悬浮控制器采用的电解电容更小更轻，因此选用薄膜电容作为支撑电容。本申请实施例的悬浮控制器采用目前主流的薄膜电容，占用空间也进一步减小。薄膜电容安装在斩波模块的前方，可以将空间利用率最大化。薄膜电容主要通过前支撑架与箱体的前壁固定，实现薄膜电容与箱体的固定。后支撑架起到薄膜电容的辅助安装，薄膜电容的两侧分别通过前支撑架和后支撑架实现稳定的安装。导电的后支撑架的第二横向臂的外侧与所述薄膜电容的负极固定，形成接地回路，接地回路包括薄膜电容的负极，后支撑架，斩波模块和接地的箱体。

实施中，如图15所示，所述悬浮控制器还包括电源模块300，用于接收第一高压直流电并输出低压直流电，具体的，第一高压直流电是110V的高压直流电。考虑到电源模块对于整个悬浮控制器的重要性，在悬浮控制器级进行了电源冗余性设计。

实施中，如图15所示，所述电源模块300包括：

两个互为冗余的电源模块第一供电模块310，用于输出所述斩波模块驱动板所需的第一低压直流电；具体的，第一低压直流电是+15V的低压直流电；

两个互为冗余的电源模块第二供电模块320，用于输出所述悬浮控制器的检测板所需的第二低压直流电；具体的，第二低压直流电是±15V的低压直流电；

两个互为冗余的电源模块第三供电模块330，用于输出外部的悬浮传感器所需的第三+24V低压直流电；具体的，第三低压直流电是+24V的低压直流电。

电源模块第一供电模块，电源模块第二供电模块和电源模块第三供电模块进行了冗余设计，保证了斩波模块驱动板，悬浮控制器的检测板和外部的悬浮传感器供电了安全性。

具体的，悬浮控制器的检测板包括但不限于：输入电流检测板，输出电流检测板，输入电压检测板。

实施中，如图2，图3和图16所示，所述悬浮控制器还包括：

悬浮控制计算机400，用于生成控制量输出给所述斩波器模块140。悬浮控制计算机是悬浮控制器最核心的器件。

实施中，考虑到悬浮控制计算机对于整个悬浮控制器的重要性，在悬浮控制计算机级进行了电源冗余性设计。

如图16所示，所述悬浮控制器还包括：

计算机第一供电模块410，用于接收第一高压直流电并输出所述悬浮控制计算机400所需的低压直流电；

计算机第二供电模块420，用于接收第二高压直流电并输出所述悬浮控制计算机所需的低压直流电；

其中，所述计算机第一供电模块410和所述计算机第二供电模块420互为冗余；具体的，第二高压直流电是330V的高压直流电。

实施中，所述悬浮控制器还包括强电驱动电路，所述第二高压直流电为所述强电驱动电路提供电源。第一高压直流电和第二高压直流电都是悬浮控制器本身具有的高压直流电，利用两者通过形成互为冗余的计算机第一供电模块和计算机第二供电模块，保证了悬浮控制器最核心的器件悬浮控制计算机的供电。这样，即使第一高压直流电和第二高压直流电中的任一个能够供电，悬浮控制计算机有供电，能够运行。

实施中，悬浮控制器还包括电源故障输出电路，如图17所示，电源故障输出电路包括：

与供电模块一一对应的支路发光二极管电路510，所述发光二极管电路510和与之对应的供电模块连接；所述供电模块包括所述电源模块第一供电模块，电源模块第二供电模块，电源模块第三供电模块，计算机第一供电模块和计算机第二供电模块；

其中，在所述供电模块正常工作时，与之对应的支路发光二极管电路接通，支路发光二极管电路的发光二极管亮；在所述供电模块故障时，与之对应的支路发光二极管电路断开，支路发光二极管电路的发光二极管灭。

通过支路发光二极管电路，能够报出各个供电模块的故障，以便有针对性的加以解决。

实施中，如图17所示，所述电源故障输出电路还包括：

干路发光二极管电路520，分别与各个所述支路发光二极管电路510连接；

其中，在全部所述供电模块正常工作时，干路发光二极管电路接通，干路发光二极管电路的发光二极管亮；在任一供电模块故障时，干路发光二极管电路断开，干路发光二极管电路的发光二极管灭。

通过干路发光二极管电路，能够报出电源故障，以便有针对性的加以解决。

实施例二

在悬浮控制器的箱体内的关键位置布置了多个温度传感器，结合悬浮控制器内部各电流传感器，组成了悬浮控制器温度预警机制。针对悬浮控制器处于振动环境，长时间工作时功率器件发热造成结构件热胀冷缩易松动、电气器件易老化失效等问题，在悬浮控制器的箱体内布置温度传感器组成的传感器阵列，用于监测各电器件的发热情况。

悬浮控制器内部故障后存在发热现象的电器件主要有：第一高压电源滤波器(即110伏EMI电源滤波器)、第二高压电源滤波器(即330伏EMI电源滤波器)、接触器、快熔、电容器组、充电电阻、第一开关器件组、第二开关器件组、输出电抗器、悬浮控制计算机、电源模块、输入电压检测板、输入电流检测板、输出电流检测板等14个部分。

以上发热量较大的电器件在生产、制造时就考虑了高温对其寿命、故障率的影响，在其允许的工作温度范围内故障率较低、使用寿命较长(使用寿命随着工作温度的升高而降低)。散热系统正常工作时各器件温升在允许范围之内，其工作温度在允许工作温度范围内，器件寿命长、故障率低。当散热系统出现故障时，其器件温升增加，其实际工作温度超过其允许最高工作温度，故障率增加，寿命减小。

相邻器件受热辐射的影响，一个器件异常温升后也会使相邻器件工作温度升高。要通过温度实现故障预警机制，就必须对各器件的温度进行监测。但对悬浮控制器内部各电器件的工作温度全部进行监测需要14个温度传感器。因此结合悬浮控制器内部各电器件的自身电气特性、发热特征、结构布局、散热系统等因素，优化温度监测点位的设计。

为减少温度传感器布设数量，但同时确保采集的温度能准确反映被测器件的温度变化情况，达到故障预警的功能，结合悬浮控制器内部器件空间布局、电气特性、热分布特性等，得到本设备的热分布图，在各个设备温度分布的交叉区域内，共布设9个点温度监测点。

即本申请实施例的悬浮控制器，在实施例一的基础上，还具有如下特点。

实施中，悬浮控制器还包括多个温度传感器，各个所述温度传感器分别与所述悬浮控制计算机通信连接，各个所述温度传感器具有各自的预设预警温度，当温度传感器的温度达到或超过其预设预警温度时，所述温度传感器进行预警并将预警信号传输至所述悬浮控制计算机。

如图18所示，各个所述温度传感器包括：

第一温度传感器1和第二温度传感器2，设置在所述散热器上的第一开关器件组和第二开关器件组的周围；

第三温度传感器3，设置在所述悬浮控制计算机和所述电源模块的共同发热区；

所述悬浮控制计算机还用于：

在第一温度传感器预警且第三温度传感器正常的情况下，判断第一开关器件组故障；

在第二温度传感器预警且第三温度传感器正常的情况下，判断第二开关器件组故障；

在第一温度传感器，第二温度传感器和第三温度传感器同时预警的情况下，判断电源模块故障；

在第三温度传感器预警且第一温度传感器，第二温度传感器正常的情况下，判断悬浮控制计算机故障。

实施中，如图18所示，各个所述温度传感器还包括：

第四温度传感器4，设置在所述电源模块和悬浮控制器的第一高压电源滤波器的共同发热区；

第五温度传感器5，设置在悬浮控制器的第二高压电源滤波器和接触器的共同发热区；

第六温度传感器6，设置在悬浮控制器的充电电阻、接触器与输出电抗器共同发热区；

所述悬浮控制计算机还用于：

在第四温度传感器预警且第一温度传感器，第二温度传感器，第三温度传感器正常的情况下，判断第一高压电源滤波器故障；

在第五温度传感器预警且第六温度传感器正常的情况下，判断第二高压电源滤波器故障；

在第五温度传感器，第六温度传感器同时预警的情况下，判断接触器故障。

实施中，如图18所示，各个所述温度传感器还包括：

第七温度传感器7，设置在悬浮控制器的输出电抗器、输出电流检测板和电容器组的共同发热区；

第八温度传感器8，设置在悬浮控制器的输出电抗器与输入电压检测板共同发热区；

第九温度传感器9，设置在悬浮控制器的电容器组、快熔和输入电流检测板共同发热区；

所述悬浮控制计算机还用于：

在第六温度传感器预警且第五温度传感器，第七温度传感器，第八温度传感器正常的情况下，判断充电电阻故障；

在第六温度传感器，第七温度传感器，第八温度传感器同时预警的情况下，判断输出电抗器故障；

在第八温度传感器预警且第七温度传感器，第八温度传感器正常的情况下，判断输入电压检测板故障；

在第七温度传感器预警且第六温度传感器，第八温度传感器正常的情况下，判断输出电流检测板故障；

在第七温度传感器，第九温度传感器同时预警的情况下，判断薄膜电容故障；

在第九温度传感器预警的情况下，判断输入电压检测板故障。

为了实现各个部件判断逻辑，需要找到各个所述温度传感器各自的预设预警温度。为了找到各个所述温度传感器各自的预设预警温度，需要建立温度信息数据库。通过悬浮控制器不同载荷工况(控制器不同输入、输出电流工况)下的各检测点(即各个温度传感器设置的位置)热仿真温升数据、不同载荷工况下各监测点的实验测试温升数据，可以获得悬浮控制器内部各温度传感器布设位置的温度变化规律，建立不同载荷工况下悬浮控制器温度传感器阵列的正常温升情况数据库。在悬浮控制器控制程序中，增加针对各温度传感器的故障诊断程序。当悬浮控制器工作时，实时检测温度传感器阵列的温升情况，结合悬浮输入和输出电流，判断悬浮控制器的工作载荷状态(重载或轻载)，对比温升情况数据库，当悬浮控制器内部各温度测量点有温升异常时可以及时发现，并对系统发出警告，提前预测悬浮控制器的故障，实现悬浮控制器的故障诊断和预警。

实施中，悬浮控制器还包括多个监测传感器，各个所述监测传感器分别与所述悬浮控制计算机通信连接，各个所述监测传感器将监控数据发送至所述悬浮控制计算机；

所述悬浮控制计算机还用于：

根据各个所述监测传感器将监控数据和预设预警条件，判断满足任一预设预警条件时，判断悬浮控制器处于亚健康状态，并进行对应的预警。

通过监测传感器和悬浮控制计算机的配合，能够在悬浮控制器的亚健康状态进行预警，以便进行维护建议，避免或者减少悬浮控制器故障的发生，最大限度的增加了悬浮控制器的可靠性，进而降低了磁浮车的系统故障率。

具体的，预设预警条件包括下述中一种或多种：

检测到电流超过预定过载阈值，即(60A<电流平均值<110A，60s或者110A<电流平均值，10s)；

检测到电压超过预警阈值；

检测到两点电流差异超过预设电流差阈值(静态(速度小于3km/h)，两点电流(0.2Hz以下分量)差异大于10A；动态，两点电流(0.2Hz以下分量)差异大于15A)；

检测到温度超过预定温度(通过9个温度传感器+电流传感器综合判断)；

检测到电磁铁磕碰到轨道；

检测到悬浮间隙传感器的一个探头位置超过预设的公差范围；

检测到加速度传感器的一个探头位置超过预设的公差范围”；

检测到悬浮控制计算机的一个或多个CPU出现故障”；

检测到供电模块中的一个或多个出现故障。

实施例三

本申请实施例的悬浮控制器，在实施例二的基础上，还具有如下特点。

实施中，悬浮控制计算机是悬浮控制器的核心处理部件。悬浮控制计算机采用CPCI总线结构，支持4个标准插槽，其中两个互为热备份的CPU模块，一个为AD采集模块，另一个为信号调理模块，板卡采用欧卡标准，采用标准CPCI连接器与无源底板相连。它的主要功能一是通过计算生成控制量输出给斩波器，实现车辆的稳定悬浮；二是采集悬浮系统信息发送给列车运控系统；三是综合悬浮系统信息对悬浮状态加以判断，实现系统的保护功能。其中，CPU，英文全称Central Processing Unit，中文名称是中央处理器，作为计算机系统的运算和控制核心，是信息处理、程序运行的最终执行单元。A/D采集模块是模拟信号和数字信号采集模块；CPCI，英文全称Compact Peripheral Component Interconnect，中文又称紧凑型PCI。

具体的，如图19和图20所示，悬浮控制器内部由主回路强电部分与弱电控制部分组成。弱电控制部分主要包括悬浮控制计算机、110V电源滤波器模块等。主回路强电部分主要包括输入电压检测板、保险模块、MOSFET斩波模块以及斩波模块驱动板、输入电流检测板，输出电流检测板、330V电源滤波器模块、接触器模块、电容模块、电抗器模块等。

其中，主回路强电部分主要产生电磁铁所需的励磁电流；弱电控制部分主要通过控制悬浮电磁铁的励磁电流，进而控制电磁铁产生的电磁力，使车辆在运行过程中稳定的悬浮在设定的悬浮间隙。

具体的，所述箱体的中部为逆变区；所述箱体内所述逆变区的两侧分别为控制区和电源区。箱体内的控制区、逆变区、电源区分布在三个独立的部位，不互相影响，提升了电磁兼容性。

其中，悬浮控制计算机，电源模块和输入电压检测板设置在控制区，弱电控制部分中除悬浮控制计算机以外的部分设置在控制区。电容器组，输出电抗器，快熔，输出电流检测板，MOSFET斩波模块设置在逆变区，电流传感器和滤波器设置在电源区。

具体的，悬浮控制器配套的散热系统即散热器，为无风扇散热系统。功率模块MOSFET斩波模块为主要的发热器件，电源、电抗器等器件的发热也是不可忽略的。散热器为MOSFET斩波模块和其他发热器件进行散热。悬浮控制器冷却方式为走形风冷，而不是传统常用的强迫风冷，使得悬浮控制器的故障率较低，提高了悬浮控制器的可靠性。

取消风扇，逆变区体积减小使总体积减小20％。且风机是机械部件，一般风机最高预期寿命10年左右，大部分3-6年就需要更换。通过合理的布局，详细散热分析，实现自然散热热，去掉风机，提高整机的预期寿命。

本申请实施例的悬浮控制器，与背景技术相比，散热器面积减小40％，进一步优化散热器的齿结构，最终达到散热器重量减小50％的目标。背景技术的悬浮控制器的散热器体积过大，重量太重，大约在21.11kg左右，占整个悬浮控制器的30％。通过计算斩波模块所需散热翅片的热阻范围，分析散热翅片结构，如肋片数、肋片厚度、肋片间距、肋片方向、肋片角度、热沉厚度等因素对散热翅片温度及热阻的影响，根据各因素对散热翅片影响的特点设计新的散热翅片，散热器面积减小40％，进一步优化散热器的齿结构，最终达到散热器重量减小50％的目标。

另外，通过计算分析斩波模块功耗、开关等特性，合理选型电接触器、输出滤波电感几大关键部件的参数优化选型，结合结构布局的优化，可以实现这部分体积缩小30％左右，这对于整机来说，体积降低20％以上悬浮控制器的总重量也能减小到原来的80％以下。通过选型和设计优化，降低了悬浮控制器的故障率，提升了悬浮系统的性能。

实施例四

本申请实施例提供一种磁悬浮车辆，如图21所示，包括：

两列悬浮电磁铁，设置在磁悬浮车辆的底部，每列所述悬浮电磁铁包括多个间隔设置的悬浮电磁铁组；

实施例一至三任一所述的悬浮控制器100，所述悬浮控制器100与所述悬浮电磁铁组一一对应；

第一空开610和悬浮控制器第一供电端，所述悬浮控制器第一供电端通过第一空开与磁悬浮车辆的供电干线直流110V的一端连接，所述第一供电端为各个所述悬浮控制器供电；

第二空开620和悬浮控制器第二供电端，所述悬浮控制器第二供电端通过第二空开与磁悬浮车辆的供电干线直流110V的另一端连接，所述第二供电端为各个所述悬浮控制器100供电。

在磁悬浮车辆的供电干线正常时，第一空开和第二空开均闭合，互为备份，为各个悬浮控制器供电。在磁浮悬浮供电线路内部发生断点(图21中所示的断点1)时，断点靠近第一空开的悬浮控制器由第一空开供电，靠近第二空开的由第二空开供电；在磁悬浮车辆的供电干线的两端之间发生断点(图21中所示的断点2)时，有电端为各个悬浮控制器供电。

在本申请及其实施例的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“高度”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请及其实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

上文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，上文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。