CN102923160B - 一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器，转轴包括两个半轴及第二永磁体，采用导磁材料制成的两个半轴相对设置，且中间留有轴向贯通的通槽，通槽内嵌有大小与通槽一致的第二永磁体，支架结构包括前、后两侧的导磁材料制成的侧板及固定连接两侧板的非导磁材料制成的中间隔板，中间隔板下方是所述转轴，两侧板与中间隔板上方之间形成一轴向贯通的凹槽，凹槽中放置有一个大小与凹槽一致的第一永磁体，两侧的侧板上部一圈各套有一线圈，侧板下部连接极靴；通过控制线圈中的电流及方向，有效减少转轴转动时的反向转矩；当稳定工作后，可断开电流；当需要额外制动力时，采用电磁与永磁复合制动的方式，进一步增强制动效果。

Description

一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器

技术领域

本发明涉及一种铁路列车车辆的磁轨制动器，实现铁路列车车辆的制动或解除。

背景技术

在轨道车辆中采用多种制动方式的联合控制，会极大地保障高速轨道车辆的行车安全。当前铁路客运车辆普遍推广使用盘型制动，与踏面制动相比减轻了车轮踏面的热损伤程度。但作为一种粘着制动，盘型制动所产生的制动力仍受到粘着条件的限制。尽管可以利用防滑器使制动力逼近粘着极限，然而当需要进一步提高列车运行速度时，就必须延长制动距离来满足车辆提速的需求，所以，盘型制动不能满足准高速、高速铁路及新型城市轨道车辆的制动需要。

磁轨制动包括电磁轨道制动和永磁轨道制动两种形式，其中永磁轨道制动无摩擦、不消耗能量、免维护、高速制动性能好。而电磁轨道制动结构简单，制动力控制方便。同时永磁轨道制动装置应用于列车时不影响列车粘着，当列车运行在高速区间时制动特性平坦，制动力大，因而成为高速列车联合制动方式中的一种。永磁轨道制动相对于电磁轨道制动的本质区别在于：除了开始制动时需要提供驱动永磁轨道制动器的能源外，一旦制动, 永磁轨道制动不再需要外部能源。因此，在紧急制动过程中, 不需要蓄电池提供能量。当列车静止时, 制动仍将有效，而且在无外部能量供应的情况下可长期保持；因此它可用于列车停车时的防溜制动, 并可取代列车上的手制动，从而可以简化列车制动结构，减少所需部件的数量，并有助于实现列车的轻量化。此外，由于磁轨制动属于非粘着制动，因此其产生的制动力不仅与粘着系数无关，而且由于永磁体和轨道之间的吸力，反而可以改进轮轨间的粘着状态，提高粘着系数，从而增强粘着制动力。

现有的永磁磁轨制动器其结构形式主要为永磁体沿轨道方向线性排列，永磁体布置在转轴上，通过旋转转轴来控制制动力的大小，并用液压缸与列车转向架相连。不工作时，制动器悬挂在转向架下方，与轨道相距较远；当需要制动时，液压缸推动制动器与轨道相贴合，同时转动转轴来改变磁接触面积以改变制动力的大小，最终依靠轨道与极靴间的摩擦实现制动。该种结构及工作方式的缺陷是：即使转轴位置处于制动力断开状态，由于漏磁的影响，导致与轨道接触的极靴上制动力不为零，使得磁轨制动器与轨道的分离较困难；同时，转动转轴的过程中，由于磁接触面积在不断变化，从而产生与转动方向相反的扭矩，实验表明，一米长的磁轨制动器在转轴转动时该扭矩值超过100牛·米，对驱动结构型式以及转轴的强度都有更高的要求；同时，反向转矩的存在延长了磁轨制动器工作时的响应时间，导致制动不灵敏，从而影响制动效果。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术中永磁磁轨制动器不工作时制动力断开不彻底、实施制动时转轴反向转矩过大导致制动响应不灵敏的不足而提供一种制动效果好的永磁与电磁复合工作的磁轨制动器。 

本发明采用的技术方案是：具有一根转轴，转轴穿过支架结构上的通孔，转轴包括两个半轴及第二永磁体，采用导磁材料制成的两个半轴相对设置，且中间留有轴向贯通的通槽，通槽内嵌有大小与通槽一致的第二永磁体，永磁体的N极和S极分别朝向两个半轴；支架结构包括前、后两侧的导磁材料制成的侧板及固定连接两侧板的非导磁材料制成的中间隔板，中间隔板下方是所述转轴，两侧板与中间隔板上方之间形成一轴向贯通的凹槽，凹槽中放置有一个大小与凹槽一致的第一永磁体，第一永磁体的N极和S极分别朝向两侧的侧板；两侧的侧板上部一圈各套有一线圈，侧板下部连接极靴。

本发明的有益效果是：

  1、本发明当磁轨制动器处于工作位置时，上部及下部的永磁体磁场方向相同，磁场叠加，可有效提高磁轨制动器的制动力；当磁轨制动器不工作时，上部及下部的永磁体磁场方向相反，磁场相互抵消，可有效减少极靴上的剩磁现象，使得磁轨制动器与轨道间的脱离更加轻便。 

2、当调节制动力而转动转轴时，通过控制线圈中的电流及方向，可以有效减少转轴转动时的反向转矩，提高磁轨制动器工作的响应速度；而当磁轨制动器稳定工作后，则可断开电流，采用永磁磁轨制动；当需要额外制动力时，可采用电磁与永磁复合制动的方式，进一步增强制动效果。

附图说明

图1是本发明磁轨制动器的立体结构图；

图2是图1中去除转轴1、端盖3、上盖板7结构后的磁轨制动器内部支架结构示意图；

图3是图1中转轴1的结构示意图；

图4是图1仰视时极靴2的布置形式示意图；

图5是图4中极靴2的局部放大图及通风排水槽13布置形式示意图；

图6是磁轨制动器制动力完全断开状态时的转轴位置放大示意图；

图7是磁轨制动器制动力制动力最大时的转轴位置放大示意图；

图中：1.转轴；2.极靴；3.端盖；4.线圈；5.侧板；6.上盖板；7.中间隔板；8.永磁体；9.左轴头；10.半轴；11.永磁体；12.右轴头；13.排水通风槽。

具体实施方式

如图3所示，磁轨制动器具有一根转轴1，由两个半轴10、左轴头9、右轴头12和永磁体11共同组成圆形轴体。两个半轴10相对设置，在两个半轴10中间留有一条轴向贯通的通槽，通槽内嵌有大小与通槽一致的永磁体11，永磁体11的充磁方向是朝向两个半轴10的方向，分别为N极和S极。

左轴头9固定连接于两个半轴10的左端，右轴头12固定连接于两个半轴10的右端，左轴头9长度较长，用于连接驱动转轴1的驱动机构，且左轴头9和右轴头12均采用非导磁材料制作，两个半轴10采用导磁材料制作。

如图1、2所示，由位于前、后两侧的侧板5和位于中间隔板7组成制动器的支架结构，前、后两侧的侧板5中间固定连接一中间隔板7，中间隔板7下方是用于安装转轴1的通孔，两个侧板5与中间隔板7上方之间形成一轴向贯通的凹槽，在中间隔板7上方与两侧板5形成的贯通凹槽中放置一个尺寸大小与贯通凹槽一致的永磁体8，永磁体8的N极和S极分别对着两侧的侧板5。两侧板5上部一圈各套有线圈4，线圈4上方放置上盖板6。支架结构两端均用端盖3固定。上盖板6、端盖3和中间隔板7都用非导磁材料制成。侧板5、极靴2用导磁材料制成。因此，该支架结构既可用于固定转轴1，也可防止永磁体8和永磁体11的漏磁。

如图4、5所示，侧板5下部连接极靴2，本发明有多个极靴2两侧对称地固定设置在侧板5的下部，用于与列车轨道相接触，因此沿垂直于列车轨道方向上，极靴2的底部凸出在侧板5的底部之外。由于极靴2和铁轨接触容易磨损，为了拆卸方便，便于更换，将极靴2制成约25厘米的长度，相邻的两极靴2间留有一定的间隙。在极靴2的底部设有宽约2毫米、深约5毫米的通风排水槽13，该排水槽13与沿极靴2的长度方向成45°角，槽与槽间距12厘米，通风排水槽13的作用是加强制动时极靴2的散热，避免制动时间过长可能产生的退磁现象；当轨道上有雨水时，可通过该通风排水槽13排出，避免极靴2和轨道接触时由于水膜的存在降低制动效果；同时，该通风排水槽13以及相邻极靴2间的间隙也可以避免轨道上的细小颗粒阻碍轨道与极靴2的贴合，影响摩擦制动效果。

如图6、7所示，本发明工作时，转轴1转动时，实现磁场与轨道间的闭合或分隔，从而实现磁轨制动器的制动或解除。司机根据轨道列车的运行状况，当需要进行制动时，通过液压装置使磁轨制动器下降从而使极靴2与轨道相接触，同时控制线圈4通电，使转轴1旋转至接通位置，此时永磁体8及永磁体11磁场叠加，磁化极靴2，使极靴2在制动器磁场吸力的作用下与轨道紧密贴合，两者间通过摩擦阻力实现列车的摩擦式制动。控制转轴1的旋转角度，则能调节磁场的大小，从而实现制动力大小的调节。在转轴1旋转过程中，可保持线圈4通电从而抵消磁接触面积变化产生的反向转矩，使得转轴1可轻易旋转；旋转到指定位置后，线圈4断电，采用永磁磁轨制动方式；当紧急情况下需要最大制动力时，可待转轴1旋转到全制动状态后，改变线圈4电流方向，使得线圈4产生与永磁场方向相同的电磁场，采用永磁与电磁复合制动的方式。

Claims (4)

1.一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器，具有一根转轴（1），转轴（1）穿过支架结构上的通孔，支架结构包括前、后两侧的导磁材料制成的侧板（5）及固定连接两侧板（5）的非导磁材料制成的中间隔板（7），侧板（5）下部连接极靴（2），其特征是：转轴（1）包括两个半轴（10）及第二永磁体（11），采用导磁材料制成的两个半轴（10）相对设置，且中间留有轴向贯通的通槽，通槽内嵌有大小与通槽一致的第二永磁体（11），永磁体（11）的N极和S极分别朝向两个半轴（10）；中间隔板（7）下方是所述转轴（1），两侧板（5）与中间隔板（7）上方之间形成一轴向贯通的凹槽，凹槽中放置有一个大小与凹槽一致的第一永磁体（8），第一永磁体（8）的N极和S极分别朝向两侧的侧板（5）；两侧的侧板（5）上部一圈各套有一线圈（4）。

2.根据权利要求1所述的一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器，其特征是：两个半轴（10）的左端固定连接左轴头（9）、右端固定连接右轴头（12），左轴头（9）和右轴头（12）均采用非导磁材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器，其特征是：线圈（4）上方放置上盖板（6）；支架结构两端均固定连接端盖（3）。

4.根据权利要求1所述的一种永磁与电磁复合工作的磁轨制动器，其特征是：极靴（2）底部设有通风排水槽（13），该通风排水槽（13）与沿极靴（2）的长度方向成45°角。