CN101814821A - 一种混合型励磁结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合型励磁结构。本发明包含具有多个电枢线圈，在每个电枢线圈沿钢轨方向上前后排列，在每个电枢线圈内部设有极靴，每个电枢线圈在内部和外部沿钢轨方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴上面分别安装永磁磁极，在全部永磁磁极上端安装磁轭，在每个极靴的下端均安装磨耗板。该混合性励磁结构能够通过励磁线圈激励电流大小的调节，实现动态制动过程，通过反向励磁，实现制动系统的简易复位；利用永磁体的磁引力进行粘着制动控制，实现系统的节能效果和发热控制，并具有故障导向安全的制动工作模式。

Description

一种混合型励磁结构

技术领域

本发明涉及一种励磁结构，尤其是涉及一种混合型励磁结构。

背景技术

制动技术是高速列车九大关键技术之一。随着列车速度的不断提升，对制动技术的性能要求也越来越高。

目前，我国的电气化列车普遍采用动力制动与摩擦制动相结合的模式。动力制动方式具有节能、环保、控制性能好等优势，但由于容量的限制、安全性的考虑和拖车制动、紧急制动、非常制动等要求，往往并不能独立满足列车制动的需要。空气制动系统以及在此基础上发展的电空、电液制动是目前采用的主要制动方式。上述制动方式都是通过列车车轮和钢轨之间的粘着来传递制动力的，即系统采用的都是粘着制动系统，制动过程都要受到粘着限制。同时由于高速列车的巨大动能要在短时间内消耗在车辆的摩擦副上，因而热限制也制约了速度的进一步提高。随着列车速度的不断提升，粘着制动的应用受到了很大的限制。因此，采用非粘着制动的轨道涡流制动因其磨损小、控制性能好等优势，被公认为是最有希望的下一代高速列车制动系统。

普通的涡流制动系统通常通过励磁线圈产生电磁场，进而产生电涡流和制动力进行制动。这种励磁结构在整个制动过程中都通过励磁电流进行制动控制，因此会造成励磁功率过大造成能量损耗过高，并由此引发的发热等问题，从而影响制动效果。另外，当列车出现恶劣工况，励磁电路系统失电时，该制动系统将因为缺乏励磁电流而彻底失效，缺乏故障安全导向。为此，ICE3安装了大容量的镍镉电池作为后备电源，并另外安装了附加的摩擦制动系统作为冷备冗余，但涡流轨道制动系统本身的弱点已然存在，且影响了列车的轻量化。其次，当列车停放时电源切断，自然涡流制动系统不能工作。

针对上述问题，需要设计开发新型的列车制动系统，并通过对制动系统中关键元件和结构的合理设计实现高速列车的有效制动。励磁结构是涡流制动系统中的最关键元件之一，用来产生制动涡流进而产生列车制动力，实现列车的制动。励磁结构的合理设计能够有效的控制和解决上述提到的涡流制动中存在的一系列问题，对列车制动技术的改善和提高具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合型励磁结构，利用此结构设计涡流制动系统能够改善现有的轨道涡流制动中存在的缺点和问题，实现列车安全可靠的制动效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明包含具有多个电枢线圈，在每个电枢线圈沿钢轨方向上前后排列，在每个电枢线圈内部设有极靴，每个电枢线圈在内部和外部沿钢轨方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴上面分别安装永磁磁极，在全部永磁磁极上端安装磁轭，在每个极靴的下端均安装磨耗板。

本发明具有的有益的效果是：

本发明通过永磁体和励磁线圈的交叉应用，一方面能够通过励磁线圈激励电流大小的调节，实现制动力大小的控制，进而动态控制列车的减速过程，通过励磁线圈励磁电流方向的控制，能够进行反向励磁，形成与永磁体磁场相反的磁场，实现磁极系统的去磁，有助于整个制动系统的复位提升；另一方面，利用永磁体的磁引力进行粘着制动控制，可以在一定工况保持励磁线圈最小的激励电流，实现系统的节能效果，并在一定程度上降低了励磁电流的发热，对原系统中存在的发热问题也有一定的优化效果。通过对磁极结构中的磨耗板采用铜金属等软金属材料，能够在粘着制动阶段充分保护列车轨道避免受到过大的摩擦损耗，最大程度的降低系统的工作和维修成本。

附图说明

图1是本发明混合式励磁系统制动结构原理图。

图2是本发明混合式励磁结构原理图。

图3是图2的侧视图。

图中：1、轨道，2、永磁体，3、电枢线圈，4磨耗板，5、极靴，6、磁轭。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本发明包含具有多个电枢线圈3，在每个电枢线圈3沿钢轨1方向上前后排列，在每个电枢线圈3内部设有极靴5，每个电枢线圈3在内部和外部沿钢轨1方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴5上面分别安装永磁磁极2，在全部永磁磁极上端安装磁轭6，在每个极靴5的下端均安装磨耗板4。

如图1所示，显示了该混合励磁系统的制动原理。

当列车处于制动状态时，该混合励磁系统与列车的轨道1位置接近，并保持6-7mm空气气隙，在列车高速运行状态下，该系统中的电枢线圈4形成的电磁体和永磁体2产生的磁场与列车的轨道1之间形成涡流，该涡流在列车运行方向的反方向形成制动力，阻止列车运行，产生制动。随着制动过程进行，列车速度的逐渐下降，涡流制动力逐渐减小，为了保证列车的制动速度，该混合型励磁系统中的电枢线圈4产生辅助励磁电流进行正向激励，对制动力进行调节，实现列车制动过程可动态调节。

随着列车在高速运行过程中的涡流制动过程，列车速度的逐渐下降，当列车速度到达临界值满足粘着制动的要求时，在永磁体2磁引力作用下，该混合励磁系统与列车的轨道1接触，转为依靠磨耗板4与轨道1之间摩擦的粘性制动方式，此时依靠永磁体2磁引力即可满足磨耗板4与轨道1之间摩擦制动力要求，可以将电枢线圈3的辅助励磁电流调节到很小甚至关闭，实现制动过程的节能效果，并控制制动过程励磁电流的发热问题。

当列车制动完成，处于停放制动状态时，可以关闭电枢线圈3的励磁电流，利用永磁体2磁引力实现磨耗板4与轨道1之间的挤压摩擦，从而实现列车的停靠制动，这样列车在列车的停靠时间内避免了电流损耗，实现了节能和有效控制发热的效果。

当列车制动完成，进行制动缓解和位置恢复时，该混合励磁系统中的电枢线圈3的辅助励磁电流进行反向激励，形成与永磁体2磁极反向磁场力，使制动系统与列车的轨道1之间的磁引力大大减小，从而是整个制动系统能够在较小的恢复力下进行复位。

当列车发生极其恶劣的工况出现断电，电枢线圈3出现故障断电励磁效果失效，可以通过永磁体2磁极的励磁效果进行制动，确保在恶劣工况下也能进行列车的制动，制动过程具有安全导向，提高了制动系统的可靠性和安全性。

因此，该混合式励磁系统设计可以实现故障导向安全的工作模式，并可以用于停放制动。同时，由于制动过程中多处节能设计，使该系统的励磁电流仅为原系统的30％左右，大大降低了励磁损耗和发热。

如图2、图3所示，显示了该混合式励磁结构图。该混合式励磁结构包含具有多个磁极的电磁体，在纵向方向上前后排列。磁极内部具有极靴5，极靴5外面上缠绕电枢线圈4，这些线圈在内部和外部与纵向方向上紧随其后的线圈交替连接，电枢线圈4中的励磁电流可以分别进行正向和反向，电流的大小可调，实现制动过程的动态调节。在各个极靴5上面分别安装永磁体2，永磁体2的磁极方向与电枢线圈4正向电流激励使磁场方向一致。在永磁铁上端安装磁轭6用于磁力线的疏导，在极靴5下端安装磨耗板4，磨耗板4的材料采用铜等软金属，保证在磨耗板与列车钢轨接触摩擦制动阶段，能够保护列车钢轨最低限度的摩擦损坏。

利用在极靴上缠绕电枢线圈产生电磁场，在极靴的上端位置并置永磁极，形成混合激励结构，在永磁极上侧设置磁轭调节磁场分布，在励磁结构的低端安装磨耗板，用于列车在低速运行时的粘性制动，多个混合磁极结构并列排置，构成整个制动装置的励磁系统。

励磁结构采用电枢线圈和永磁磁极混合激励的结构形式，这种结构具有五方面的优势。第一，当列车发生极其恶劣的工况出现断电，电枢线圈断电励磁效果失效时，可以通过永磁磁极的励磁效果进行制动，确保在恶劣工况下列车的顺利制动，大大提高了制动的可靠性和安全性，制动效果的安全导向大大提高；第二，在列车正常制动过程中，可以利用电枢线圈和永磁磁极结构的混合激励作用进行制动过程控制，利用电枢线圈激励电流大小的控制进行制动力的调节，从而控制列车制动加速度的大小，实现列车制动过程的动态控制，达到列车制动效果的最优控制；第三，当列车进入粘着制动过程后，可以关闭电枢线圈的励磁电流，利用永磁体的磁引力进行粘着制动控制，从而可以极大的节约能源，减少动力损耗，进而控制励磁电流产生的发热问题；第四，该磁极结构可以用于列车的停放制动，当列车在列车停放过程中，可以关闭电枢线圈的励磁电流，利用永磁体的磁引力进行制动，可以大大降低系统的能量损耗，具有节能效果。第五，当制动完成进行制动系统复位恢复时，可以利用电枢线圈反向励磁电流的激励作用产生与永磁磁极反向的磁场，利用励磁磁场引力抵消永磁磁场的磁引力，从而是整个制动系统能够在较小的恢复力下进行复位。

磁极结构中的磨耗板采用铜等软金属材料。在制动过程中涡流制动使列车速度降低，当列车速度到达临界值满足粘着制动的要求时，制动器在磁引力的作用下与轨道接触，转为依靠磨耗板与钢轨之间摩擦的磁轨制动方式。此时采用软金属材料的磨耗板与列车钢轨摩擦，能够保护列车钢轨最低限度的被摩擦损坏。考虑制动系统磨耗板和列车轨道的置换成本，显然磨耗板置换更具有经济优势，因此该设计能够最大程度的降低系统的工作和维修成本。

每节列车装有两个涡流制动系统，分布在车辆中部的左右两侧，沿车体前进方向分布，与导向轨道平行，与磁悬浮牵引磁铁的位置垂直。

Claims (1)

1.一种混合型励磁结构，其特征在于：包含具有多个电枢线圈(3)，在每个电枢线圈(3)沿钢轨(1)方向上前后排列，在每个电枢线圈(3)内部设有极靴(5)，每个电枢线圈(3)在内部和外部沿钢轨(1)方向上紧随其后的线圈交替连接，在每个极靴(5)上面分别安装永磁磁极(2)，在全部永磁磁极上端安装磁轭(6)，在每个极靴(5)的下端均安装磨耗板(4)。

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