CN106347407A - 一种分区双磁式永磁磁轨制动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道车辆行车制动技术领域，公开了一种分区双磁式永磁磁轨制动装置，包括固定永磁机构、旋转磁轴和制动装置，旋转磁轴设置在固定永磁机构内部，驱动装置驱动旋转磁轴相对固定永磁机构旋转，其中：旋转磁轴内部设置有沿轴向均匀分布的第一永磁块，固定永磁机构包括与第一永磁块对应设置的第二永磁块以及分别设置在第二永磁块两侧的两块导磁板，第一永磁块和第二永磁块的磁极均位于其两侧表面；旋转磁轴和固定永磁机构对应的分别沿其轴线方向分为多个区域，相邻区域之间隔磁连接，同一区域内永磁块极性方向相同，相邻区域内永磁块极性方向相反。本发明通过驱动旋转磁轴转动来改变磁场方向，实现装置与轨道之间的制动和解除。

Description

一种分区双磁式永磁磁轨制动装置

技术领域

本发明涉及轨道车辆行车制动技术领域，尤其涉及一种分区双磁式永磁磁轨制动装置。

背景技术

随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。列车重要组成部分之一的制动装置，其作用是使列车减速，以致在规定的距离内使列车停车，保证列车行车安全并提高铁路通过能力。

对于轨道车辆的制动方式，根据制动时列车动能的转移方式不同，主要可以分为摩擦制动和电制动。磁轨制动属于摩擦制动的一种，这种制动不受轮轨间粘着系数的限制，能在保证旅客舒适性条件下有效地缩短制动距离。永磁磁轨制动属于非粘着制动，产生的制动力与粘着系数无关，且由于永磁体跟轨道之间的吸力会进一步改进轮轨间的粘着状态，从而增强制动力。同时，永磁磁轨制动，除了制动之初需要提供驱动永磁轨道制动器的能源外，一旦制动，就不再需要外部能源。

现有的永磁磁轨制动装置中，依靠轨道与永磁体间的摩擦实现制动，摩擦过程中产生的大量热量会使永磁体磁力减弱甚至出现消磁情况；同时，在永磁体与轨道作用时，仅在垂直轨道方向上与之作用，沿轴向方向与轨道之间作用较少，作用方向单一；这些都是制约永磁磁轨制动装置工作效率和使用寿命的因素。

发明内容

本发明的目的就是为克服制动过程中因摩擦产生热量而引起永磁体磁性减弱以及永磁体与轨道作用力小、作用方向单一等问题，提供一种分区双磁式永磁磁轨制动装置。

本发明采用的技术方案是：一种分区双磁式永磁磁轨制动装置，包括固定永磁机构、旋转磁轴以及驱动装置，旋转磁轴设置在固定永磁机构内部，驱动装置驱动旋转磁轴相对固定永磁机构旋转，其中：旋转磁轴内部设置有沿轴向均匀分布的第一永磁块，第一永磁块的磁极位于其两侧表面；固定永磁机构包括与第一永磁块对应设置的第二永磁块以及分别设置在第二永磁块两侧的两块导磁板，第二永磁块的磁极位于其两侧表面；旋转磁轴沿其轴线方向分为多个区域，相邻区域之间隔磁连接，同一区域内第一永磁块极性方向相同，相邻区域内第一永磁块极性方向相反；固定永磁机构对应于旋转磁轴分成多个区域，相邻区域之间隔磁连接，同一区域内第二永磁块极性方向相同，相邻区域内第二永磁块极性方向相反。

进一步的，所述区域按长度不同分为第一区域和第二区域，第一区域长度大于第二区域长度。

进一步的，第一区域的长度为第二区域长度的2倍，且旋转磁轴和固定永磁机构的两端分别设置为第二区域。

进一步的，旋转磁轴还包括两个导磁半轴，所述两个导磁半轴分别设置在第一永磁块两侧。

进一步的，两块导磁板之间形成轴孔，旋转磁轴设置在轴孔内，轴孔的内壁与旋转磁轴之间具有气隙。

进一步的，还包括上隔磁条和下隔磁条，其中：上隔磁条设置在两块导磁板之间，且位于旋转磁轴与第二永磁块之间；下隔磁条设置在两块导磁板之间，且位于旋转磁轴下部。

进一步的，还包括第一隔磁板和第二隔磁板，其中：第一隔磁板设置在旋转磁轴的相邻分区之间；第二隔磁板设置在固定永磁机构的相邻分区之间。

进一步的，第一隔磁板上设置有第一永磁块定位槽及导磁半轴连接槽；第二隔磁板上设置有定位销。

进一步的，还包括防漏磁层，所述防漏磁层设置在固定永磁机构除下表面外的所有表面外围。

进一步的，所述防漏磁层包括两侧护板、上护板、尾部护板和头部护板，两侧护板位于导磁板外面，上护板位于导磁板上方，头部护板和尾部护板分别位于导磁板的两侧面，两侧护板、上护板、头部护板和尾部护板均为隔磁材料。

本发明的分区双磁式永磁磁轨制动装置，具有以下有益效果：

1、相邻区域间永磁块极性方向相反放置，可在轴线方向与轨道形成闭合回路，增大磁性吸力，提高制动效果；同时沿导轨方向平衡制动反向作用力，达到自锁效果。

2、相邻区域间用隔磁板隔开，有利于散热，避免区域过长造成热量集中而使永磁体失效。

3、两端区域长度小于中间部分可减少磁性向外扩散浪费，减少漏磁。

4、旋转磁轴设置在固定永磁机构内部，旋转磁轴与两边导磁板之间有间隙同时永磁块周围设置有导磁半轴，可有效隔热，避免热量直接传输，防止因摩擦生热导致永磁体磁性减弱。

5、固定永磁机构外围设置利用隔磁材料制成的护板，可有效防止磁性外漏。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明永磁磁轨制动装置主视图；

图2是本发明永磁磁轨制动装置截面示意图；

图3是本发明第一区域和第二区域关系图

图4是本发明旋转磁轴结构图；

图5是本发明第一隔磁板结构主视图；

图6是本发明第一隔磁板结构左视图；

图7是本发明固定永磁机构截面示意图；

图8是本发明固定永磁机构隐藏部分部件示意图；

图9是本发明第二隔磁板结构主视图；

图10是本发明第二隔磁板结构左视图；

图11是本发明永磁磁轨制动装置的装配图；

图12是本发明制动过程中热量传递示意图；

图13是本发明相同区域内第一永磁块和第二永磁块的磁极方向相同时截面方向上磁力传导示意图；

图14是本发明相同区域内第一永磁块和第二永磁块的磁极方向相同时轴向方向上磁力传导示意图；

图15是本发明相同区域内第一永磁块和第二永磁块的磁极方向相反时截面方向上磁力传导示意图；

图16是本发明相同区域内第一永磁块和第二永磁块的磁极方向相反时轴向方向上磁力传导示意图。

图中：1-旋转磁轴、101-第一永磁块、102-导磁半轴、2-固定永磁机构、201-第二永磁块、202-导磁板、3-驱动装置、301-电机、302-传动机构、303-长轴、304-短轴、305-轴承支座、306-传动护罩、4-第一隔磁板、401-连接槽、5-第二隔磁板、501-定位销、6-上隔磁条、7-下隔磁条、8-第一区域、9-第二区域、10-两侧护板、11-上护板、12-头部护板、13-尾部护板、14-头部吊架、15-尾部吊架、16-轨道、17-磁力线。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通的技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明的保护范围。

如图1至图2所示，为本发明的一种分区双磁式永磁磁轨制动装置，包括旋转磁轴1、固定永磁机构2和驱动装置3，其中旋转磁轴1设置在固定永磁机构2内部，并且驱动装置3能够驱动旋转磁轴1相对固定永磁机构2旋转。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图1所示，旋转磁轴1内部设置有沿轴向均匀分布的第一永磁块101；其中，如图2所示，第一永磁块101的磁极位于其两侧表面，第一永磁块101选用钕铁硼永磁材料。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图1所示，固定永磁机构2包括与第一永磁块101对应设置的第二永磁块201以及分别设置在第二永磁块201两侧的两块导磁板202；其中，如图2所示，第二永磁块201的磁极位于其两侧表面，第二永磁块201选用钕铁硼永磁材料。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图3所示，旋转磁轴1沿其轴线方向分成多个区域，相邻区域之间隔磁连接；固定永磁机构2对应于旋转磁轴1分成多个区域，相邻区域间隔磁连接。多个区域的设置，可以使工作过程中旋转磁轴1、固定永磁机构2内部聚集的热量分区散出，提高了散热效率，避免第一永磁块101、第二永磁块201受热失效。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图3所示，旋转磁轴1的多个区域中，同一区域内第一永磁块101极性方向相同，相邻区域内第一永磁块101极性方向相反；固定永磁机构2对应于旋转磁轴1，同一区域内第二永磁块201极性方向相同，相邻区域内第二永磁块201极性方向相反。永磁块极性方向的设置，功能之一在于使制动过程中沿截面方向及轨道轴线方向均有磁力线导通，这种结构较单一方向导通产生的吸力大，增强制动效果；作用之二在于沿轨道方向的力可以平衡旋转磁轴所受的一部分向解除制动方向旋转的力即反向作用力，提高机构稳定性，达到自锁效果。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图3所示，旋转磁轴1、固定永磁机构2的各个区域根据长度不同，分为第一区域8和第二区域9，第一区域8长度为第二区域9长度的2倍，且旋转磁轴1和固定永磁机构2的两端分别设置为第二区域9，中间设置为第一区域8。第二区域长度较短的设计可以减少磁力向外扩散，防漏磁；同时分区的设计更有利于散热，避免摩擦制动时因区域过长造成热量集中而导致永磁体失效。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图4所示，旋转磁轴1还包括两个导磁半轴102，所述两个导磁半轴102分别设置在第一永磁块101的两侧，在这些实施例中导磁半轴102一般选用硅钢等导磁金属材料，既起到支撑作用，又能够为制动装置提供磁力通道。

具体的，在本发明的一些实施例中，本发明的分区双磁式永磁磁轨制动装置还包括第一隔磁板4，第一隔磁板4将旋转磁轴1分为多个区域。如图4所示的实施例中，旋转磁轴1包括4个第一隔磁板4，将旋转磁轴1分成5个区域。第一隔磁板4一般选用纯铝板或不锈钢等非导磁材料制成，实现旋转磁轴1相邻区域间的隔磁连接。

具体的，如图4、图5和图6所示，第一隔磁板4上设置有导磁半轴连接槽401，用来连接相邻两个区域的导磁半轴102，使旋转磁轴1能同步转动。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图7所示，固定永磁机构2的两块导磁板202之间形成轴孔。如图2所示，旋转磁轴1设置在所述轴孔内，旋转磁轴1外表面与轴孔内壁之间具有气隙，也就说旋转磁轴1的直径稍小于轴孔的直径，气隙的设置一是为了保证旋转磁轴1能够相对固定永磁机构2正常旋转，二是为了减缓导磁板202上的热量向旋转磁轴1传输的速度，进而保证第一永磁块101不受到热损伤，增加其使用寿命。在两块导磁板202之间设置上隔磁条6和下隔磁条7，其中上隔磁条6位于旋转磁轴1和第二永磁块201之间，下隔磁条7位于旋转磁轴1下部。其中上隔磁条6隔绝第一永磁块101和第二永磁块201之间的直接磁力，下隔磁条7用于防止旋转磁轴1内第二永磁块101的磁力漏出。

具体的，在本发明的一些实施例中，本发明的分区双磁式永磁磁轨制动装置还包括第二隔磁板5，第二隔磁板5将固定永磁机构2分成多个区域，且其相邻分区的分界位置与旋转磁轴1的分界位置相同，也就是说旋转磁轴1与固定永磁机构2的分区完全相同。如图8所示的实施例中，固定永磁机构2包括4个第二隔磁板5，将固定永磁机构2分为5个区域。第二隔磁板5一般选用纯铝板或不锈钢等非导磁材料制成，实现固定永磁机构2相邻区域之间的隔磁连接。

具体的，如图9和图10所示，第二隔磁板5上设置有定位销501，定位销501用来连接相邻及相对的四个导磁板202，使固定永磁机构2合成一个整体。

具体的，在本发明的一些实施例中，本发明的分区双磁式永磁磁轨制动装置还包括防漏磁层，防漏磁层设置在固定永磁机构2除下表面外的所有表面外围。因为本发明的轨道制动装置在工作过程中仅需固定永磁机构2下表面输出磁力即可，其它表面输出磁力一会造成磁能的浪费，二会造成对其它设备的磁力干扰。

具体的，如图11所示，防漏磁层具体包括两侧护板10、上护板11、头部护板12和尾部护板13，其中两侧护板10位于导磁板202外面，上护板11位于导磁板202上方，头部护板12和尾部护板13位于导磁板202的两侧面，且两侧护板10、上护板11、头部护板12和尾部护板13均为隔磁材料。

具体的，在本发明的一些实施例中，如图11所示，驱动装置3主要包括电机301、传动机构302、长轴303、短轴304和轴承支座305。其中电机301与头部护板12法兰连接固定在制动装置上部，电机301的输出轴通过传动机构302与长轴303的轴端连接。电机可以为伺服电机或步进电机，优选步进电机；传动机构为机械传动，可以为齿轮传动、带传动、链条传动，优选链条传动。为保护传动机构在工作过程中的安全并延长其使用寿命，在传动机构302外侧有传动护罩306进行防护。

具体的，如图4和图11所示，旋转磁轴1的导磁半轴102两端设有凹槽103，长轴303和短轴304分别与凹槽103配合连接，凹槽103的设计使旋转磁轴1和长轴303、短轴304固定连接，利于驱动装置3对其驱动旋转。同时，长轴303和短轴304两端分别与轴承支座305连接，轴承支座305的外圆直径大于旋转磁轴1的外径，在由两侧导磁板202组成的圆孔内可以起到支撑作用，使旋转磁轴1与两侧导磁板202组成的圆孔之间有一定的间隙，有效减小驱动转矩，同时避免了热量直接传输。

为将制动装置与列车连接起来，在装置两端的传动护罩306与尾部护板13外侧设有头部吊架14和尾部吊架15，其中头部吊架14和尾部吊架15与两侧护板10连接，连接方式为高强度铰制孔螺栓连接。

如图12所示，制动装置制动过程中，导磁板202的下表面与轨道摩擦产生热量，热量经摩擦面传递到两侧导磁板202，再经空气间隙传递到导磁半轴102，最后到达第一永磁块101，而第二永磁块201设置在第一永磁块101上方，距离摩擦面较远，基本不受热量的影响。永磁块采用的是钕铁硼材料，其使用温度一般为100℃，接近或超过100℃时永磁体效力会降低甚至失效，影响制动装置的制动效果及使用寿命。在本发明中，因摩擦产生的热量由摩擦面经导磁板202、空气间隙、导磁半轴102后才传递至第一永磁块101，随着热量的逐级传递，热量也在不断损失，故到达第一永磁块101时的热量对永磁块的磁性影响程度已大大降低，有效提高了永磁块的使用寿命及整套制动装置的可靠性及安全性。

本发明实施例的分区双磁式永磁磁轨制动装置的工作原理如下：收到制动指令后，电机301动作，通过传动机构302控制旋转磁轴1转动180度，使第一永磁块101与第二永磁块201的磁极极性方向相同，此时在截面方向上，如图13所示，第一永磁块101、第二永磁块201、导磁板202、导磁半轴102、轨道16形成外部闭合回路，对第一永磁块101来说，磁力线17回路为N极-导磁半轴-导磁板-轨道-导磁板-导磁半轴-S极，同时对第二永磁块201来说，磁力线17通过导磁板202、轨道16，回路过程是N极-导磁板-轨道-导磁板-S极，两组永磁块与轨道间产生极大的吸力克服悬挂装置的作用力使制动装置向下运动吸附到轨道上进行摩擦产生制动力，将列车动能转化为热能；同时，沿轨道轴线方向，如图14所示，相邻区域间第一永磁块101、第二永磁块201与轨道16导通形成外部闭合回路，对轨道产生磁力作用，使永磁块与轨道间在多个方向产生吸力，提高制动效果。

收到制动解除指令后，电机301动作，通过传动机构302控制旋转磁轴1转动180度，使第一永磁块101与第二永磁块201的磁极极性方向相反，此时在截面方向上，如图15所示，第一永磁块101与第二永磁块201之间构成内部闭合回路，与轨道16之间没有磁力作用，制动装置在悬挂装置的作用下离开轨道，此时磁力线17回路过程为第二永磁块N极-导磁板-导磁半轴-第一永磁块S极-第一永磁块N极-导磁半轴-导磁板-第二永磁块S极。同时，沿轨道轴线方向，如图16所示，同一区域内第一永磁块101与第二永磁块201直接形成闭合回路，不与轨道16导通，轴向间与轨道作用力消失。

以上借助具体实施例对本发明做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本发明的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本发明所保护的范围。

Claims (10)

1.一种分区双磁式永磁磁轨制动装置，包括固定永磁机构、旋转磁轴以及驱动装置，所述旋转磁轴设置在所述固定永磁机构内部，所述驱动装置驱动旋转磁轴相对固定永磁机构旋转，其特征在于：

所述旋转磁轴内部设置有沿轴向均匀分布的第一永磁块，所述第一永磁块的磁极位于其两侧表面；

所述固定永磁机构包括与所述第一永磁块对应设置的第二永磁块以及分别设置在所述第二永磁块两侧的两块导磁板，所述第二永磁块的磁极位于其两侧表面；

所述旋转磁轴沿其轴线方向分为多个区域，相邻区域之间隔磁连接，同一区域内所述第一永磁块极性方向相同，相邻区域内所述第一永磁块极性方向相反；

所述固定永磁机构对应于所述旋转磁轴分成多个区域，相邻区域之间隔磁连接，同一区域内所述第二永磁块极性方向相同，相邻区域内所述第二永磁块极性方向相反。

2.如权利要求1所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：所述区域按长度不同分为第一区域和第二区域，所述第一区域长度大于所述第二区域长度。

3.如权利要求2所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：所述第一区域的长度为所述第二区域长度的2倍，且所述旋转磁轴和所述固定永磁机构的两端分别设置为第二区域。

4.如权利要求1所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：所述旋转磁轴还包括两个导磁半轴，所述两个导磁半轴分别设置在第一永磁块两侧。

5.如权利要求1所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：所述两块导磁板之间形成轴孔，所述旋转磁轴设置在所述轴孔内，所述轴孔的内壁与所述旋转磁轴之间具有气隙。

6.如权利要求5所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：还包括上隔磁条和下隔磁条，其中：

所述上隔磁条设置在所述两块导磁板之间，且位于所述旋转磁轴与所述第二永磁块之间；

所述下隔磁条设置在所述两块导磁板之间，且位于所述旋转磁轴下部。

7.如权利要求1-6任一项所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：还包括第一隔磁板和第二隔磁板，其中：

所述第一隔磁板设置在所述旋转磁轴的相邻分区之间；

所述第二隔磁板设置在所述固定永磁机构的相邻分区之间。

8.如权利要求7所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：

所述第一隔磁板上设置有导磁半轴连接槽；

所述第二隔磁板上设置有定位销。

9.如权利要求1所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：还包括防漏磁层，所述防漏磁层设置在所述固定永磁机构除下表面外的所有表面外围。

10.如权利要求9所述分区双磁式永磁磁轨制动装置，其特征在于：所述防漏磁层包括两侧护板、上护板、尾部护板和头部护板，所述两侧护板位于所述导磁板外面，所述上护板位于所述导磁板上方，所述头部护板和所述尾部护板分别位于所述导磁板的两侧面，所述两侧护板、上护板、头部护板和尾部护板均为隔磁材料。