CN102931770A

CN102931770A - 混合励磁制动结构的冷却装置

Info

Publication number: CN102931770A
Application number: CN2012104706382A
Authority: CN
Inventors: 马吉恩; 方攸同; 黄晓艳; 卢琴芬; 陈威
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开了一种混合励磁制动结构的冷却装置。在每节列车转向架的冷却系统的下方依次安装有磁轭和两排绕组，两排绕组间距与两根钢轨间距相同，每排绕组均有等间距分布偶数个绕组；每个绕组外侧均缠绕内充有冷却剂的导热管，沿每根钢轨长度方向的两个绕组的导热管为一组，导热管经冷却系统后与各自的一个冷却管连通，相邻两组绕组下端的导热管依次连通，相邻两组绕组下端的导热管连通部分分别设置有排液阀门，每组绕组的导热管内均设置温度传感器。本发明对混合励磁的制动系统进行冷却，防止永磁体因为绕组发热而过热导致的永久退磁；通过冷却被蒸发的冷却剂实现，冷却效率更高，同时节省冷却剂；温度传感器的设置，使整个装置可以动态控制。

Description

混合励磁制动结构的冷却装置

技术领域

本发明涉及一种涡流制动系统，尤其是涉及一种混合励磁制动结构的冷却装置。

背景技术

在混合型励磁结构中，当绕组通以额定电流时，会产生大量热量，使绕组缠绕着的永磁体温度升高。研究表明，当温度上升至120℃时，钕铁硼永磁体的剩磁密度Br下降到室温时的90%；另外，当温度升高时，永磁体会产生不可逆退磁，即使再对永磁体充磁，也无法完全恢复原有磁性能。永磁体磁性的下降会影响整个混合励磁结构的工作的可靠性和稳定性，甚至会威胁到乘客与列车的安全。因此对绕组及时冷却十分必要和重要。

目前，常用的冷却方式有自然空气散热、压缩空气散热、水循环散热等几种。自然空气散热就是用流动的空气带走绕组产生的热量，虽然空气冷却具有结构简单、辅机系统少、费用低廉、安装维护方便等优点，但由于空气的导热性低等缘故，这种冷却方式也存在明显的不足：绕组内导体散发的热量经过绝缘线或经过铁芯向外传导，因此会导致绝缘线和铁芯温升过高，影响绝缘寿命以及引起铁芯应力集中；而且空气冷却效率有限，当绕组温升进一步增加时，空气冷却很难满足要求。压缩空气冷却原理大致与自然空气冷却相同，虽然较自然冷却效果明显，但增加了压缩泵等结构，占用空间大，单位体积热交换面积小，故效率同样不高。

水冷是应用较广的一种冷却方式。水的比热、导热系数比气体大得多，所以水冷的散热能力较气冷大为提高。水冷系统一般为水管或水箱，内部充满冷却水，所以所需水体积较大，冷却系统对整个水管或水箱中的水冷却，能耗较高；此外，水接头及各个密封点处，由于承受水压漏水的问题，将造成短路和漏电危险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合励磁制动结构的冷却装置，利用固定在励磁绕组外侧的导热管使绕组产生的热量快速散发，避免永磁体发生高温退磁现象，保障列车制动的可靠性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在每节列车转向架的冷却系统的下方依次安装有磁轭和两排绕组，两排绕组间距与两根钢轨间距相同，每排绕组均有等间距分布偶数个绕组；每个绕组外侧均缠绕内充有冷却剂的导热管，沿每根钢轨长度方向的两个绕组的导热管为一组，导热管经冷却系统后与各自的一个冷却管连通，相邻两组绕组下端的导热管依次连通，相邻两组绕组下端的导热管连通部分分别设置有排液阀门，每组绕组的导热管内均设置温度传感器。

所述的导热管的截面形状为长方形、三角形或半圆形结构，导热管与绕组接触面为平面，呈螺旋状固定在绕组外侧。

所述的绕组与导热管接触面的空隙部分填充导热胶。

与背景技术相比，本发明具有的有益的效果是：

采用本发明可以有效冷却绕组产生的热量，保护永磁体的磁性能不受影响，使整套制动装置稳定可靠的工作；与一般空冷、水冷等冷却方式有别，本发明所述的冷却方式在结构和冷却原理都作了改进，主要表现在以下几方面：第一，导热管与绕组接触的部分为平面，接触面积较大，导热效果好，另外，在绕组与平面的空隙处填满导热胶，以最大化导热面积，可充分实现热量在绕组和冷却剂之间的传递；第二，本发明利用蒸发冷却的原理，直接冷却气化的冷却剂，效率更高，相同冷却效果下所需冷却剂少，能耗较小；冷却剂为绝缘性能良好的液体，相比水冷制冷方式，不存在因冷却剂泄漏引起的系统短路、漏电等安全隐患；冷却液过冷会使周围空气温度降低，湿度升高，当湿度达到100%时会出现冷凝水，严重影响制动装置的正常工作，本发明所述的冷却方式增加了温度测量和控制结构，对冷却剂温度施行实时监控，使冷却剂温度始终保持在一个恰当的范围内，既不会在装置表面构件上产生冷凝水，又能具备显著的冷却效果。

附图说明

图1是本发明混合式励磁系统冷却装置结构原理示意图。

图2是图1的侧视示意图。

图3是图2 A-A的剖视图。

图4是本发明中温度传感器工作流程图。

图中：1、绕组，2、导热管，3、导热胶，4、冷却系统，5、温度传感器，6、排液阀门，7、钢轨，8、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，在每节列车转向架的冷却系统4的下方依次安装有磁轭8和两排绕组，两排绕组间距与两根钢轨7间距相同，每排绕组均有等间距分布偶数个绕组；每个绕组外侧均缠绕内充有冷却剂的导热管2，沿每根钢轨7长度方向的两个绕组的导热管2为一组，导热管2经冷却系统4后与各自的一个冷却管连通，相邻两组绕组下端的导热管2依次连通，相邻两组绕组下端的导热管2连通部分分别设置有排液阀门6，每组绕组的导热管2内均设置温度传感器5。设置温度传感器5，控制冷却剂温度，实现实时动态控制。

所述的导热管2的截面形状为长方形、三角形或半圆形结构，导热管2与绕组1接触面为平面，导热管2用铜等导热性较好的金属制成，呈螺旋状固定在绕组1外侧。

所述的绕组1与导热管2接触面的空隙部分填充导热胶3如环氧树脂等填充，使导热管2辅助固定并增强传热。

导热管2中注入冷却剂（如硅油等不凝固的冷却剂），其选择的标准为：在绕组通以工作电流时，产生的热量即可使冷却剂大量蒸发，又不致使之沸腾。冷却剂不可加满，但必须覆盖整个绕组。

本发明的工作原理：

当列车处于制动状态时，励磁系统中的绕组1通以直流电流，使绕组上产生大量热量。热量通过导热管2壁和导热胶3进入导热管内部，被冷却剂吸收。冷却剂一般选择绝缘性较好，沸点较低的液体，其沸点应高于绕组正常工作时的温度10℃左右，这样即使出现绕组电流意外升高等事故，冷却装置也可以正常工作。冷却剂受热汽化，蒸汽顺着导热管向上流动，进入冷却系统4。蒸汽在冷却系统内部受冷，重新凝结为小液珠，当凝结的液珠的重量大于其与管壁之间的附着力时，就会沿管壁流回下面的冷却剂中。从整个过程看，冷却剂的变化为：吸热——>汽化——>上升——>受冷——>液化——>回流——>吸热。利用冷却剂气液两相的不断变化所需的热量，散发绕组产生的热量。整个装置通过冷却剂的吸热和冷却系统向外界散热，实现冷却过程。

当列车速度降下来，仅靠永磁体的磁力制动时，绕组上不通电流，停止发热。冷却系统需相应的停止工作，以免冷却剂温度过低，在列车构件表面产生冷凝水，影响列车正常制动，所以在导热管中设置了温度传感器5。

工作过程如图4所示。温度传感器5把冷却剂的温度以固定周期做测量并向冷却系统4汇报，冷却系统4中设有控制装置，并事先设定有某个阈值温度，如可设定为当时环境温度。当温度传感器反馈的液温高于该阈值温度时，冷却系统4继续工作；反之，冷却系统4停止工作。这样既节约了成本，又能使冷却剂的温度维持在一个合适的范围内。

当需要补充和更换冷却剂时，可通过导热管下方的排液阀门6进行，方便快捷。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种混合励磁制动结构的冷却装置，其特征在于：在每节列车转向架的冷却系统（4）的下方依次安装有磁轭（8）和两排绕组，两排绕组间距与两根钢轨（7）间距相同，每排绕组均有等间距分布偶数个绕组；每个绕组外侧均缠绕内充有冷却剂的导热管（2），沿每根钢轨（7）长度方向的两个绕组的导热管（2）为一组，导热管（2）经冷却系统（4）后与各自的一个冷却管连通，相邻两组绕组下端的导热管（2）依次连通，相邻两组绕组下端的导热管（2）连通部分分别设置有排液阀门（6），每组绕组的导热管（2）内均设置温度传感器（5）。

2.根据权利要求1所述的一种混合励磁制动结构的冷却装置，其特征在于：所述的导热管（2）的截面形状为长方形、三角形或半圆形结构，导热管（2）与绕组（1）接触面为平面，呈螺旋状固定在绕组（1）外侧。

3.根据权利要求2所述的一种混合励磁制动结构的冷却装置，其特征在于：所述的绕组（1）与导热管（2）接触面的空隙部分填充导热胶（3）。