CN115050537A - 涡流制动电磁铁 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡流制动电磁铁，用于配合感应体进行列车车辆的制动，所述涡流制动电磁铁包括：磁轭，安装在所述列车车辆上；至少两个磁极，沿相对于所述感应体的运动方向排列，且相邻的两个所述磁极的极性相反地设置，所述磁极包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈缠绕在所述铁芯上，所述铁芯的一端与所述磁轭连接，所述铁芯的另一端靠近所述感应体设置，所述铁芯包括至少一第一磁性件，所述第一磁性件为铁钴合金材料制成。本发明的涡流制动电磁铁通过对铁芯的结构及磁路材料匹配进行优化，保证其涡流制动性能的同时能达到减重及节能降耗的效果，又具备良好的力学性能及冲击韧性。

Description

涡流制动电磁铁

技术领域

本发明涉及列车车辆制动技术领域，特别地，涉及一种涡流制动电磁铁。

背景技术

随着轨道列车速度的提高，轮轨黏着系数呈下降趋势，因此，黏着制动在高速区段难以发挥较大制动力，需要延长制动距离，对运行速度和安全性形成制约。此外，现有制动盘所承担的制动功率及热负荷逼近极限，摩擦副磨损加剧，运行经济性变差。因此，涡流制动技术是高速列车制动系统必备的制动技术之一，具有无接触、无磨损以及无噪声等优点，配合盘行制动装置，可用于紧急制动及常用制动，有效高速缩短制动距离。

电磁铁是涡流制动的核心技术，是涡流制动电磁场的源头，直接决定了涡流制动力的大小。涡流制动装置普遍安装在车体下方，振动冲击比较剧烈，电磁铁需承受较大的超常载荷和疲劳载荷。上述涡流制动力、电磁吸力、振动冲击载荷均直接作用于电磁铁的铁芯，因此铁芯应具备足够的结构强度。同时，为获得充足的制动力，需要电磁铁提供强大的磁场，电磁铁的铁芯需选用导磁性能良好的软磁材料。此类材料一般含碳量普遍较低或添加了相应的磁性合金元素，导致材料强度有限或韧性较差，无法承受对强度、韧性要求均较高的涡流制动载荷工况。

现有的涡流制动电磁铁为了满足涡流制动复杂的载荷工况，其磁轭及线圈组件的铁芯多采用低碳钢材质，其磁性性能受到一定限制，涡流制动性能无法进一步有效提升，且难以通过对其磁路结构优化而使其减重。

发明内容

本发明的目的是提供一种涡流制动电磁铁，以解决现有的涡流制动电磁铁为了满足涡流制动复杂的载荷工况而采用低碳钢制成，导致其磁性性能无法提升且难以通过对其磁路结构优化而使其减重的技术问题。

本发明的上述目的可采用下列技术方案来实现：

本发明提供一种涡流制动电磁铁，用于配合感应体进行列车车辆的制动，所述涡流制动电磁铁包括：磁轭，安装在所述列车车辆上；至少两个磁极，沿相对于所述感应体的运动方向排列，且相邻的两个所述磁极的极性相反地设置，所述磁极包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈缠绕在所述铁芯上，所述铁芯的一端与所述磁轭连接，所述铁芯的另一端靠近所述感应体设置，所述铁芯包括至少一第一磁性件，所述第一磁性件为铁钴合金材料制成。

本发明的实施方式中，所述铁钴合金材料的钴含量为2％～35％。

本发明的实施方式中，所述铁芯还包括至少一第二磁性件，所述第二磁性件与所述第一磁性件相连接，且所述第一磁性件的磁感应强度大于所述第二磁性件的磁感应强度，且所述第二磁性件的结构强度大于所述第一磁性件的结构强度。

本发明的实施方式中，至少一所述第一磁性件在相对于所述感应体的运动方向上的总截面积和至少一所述第二磁性件在相对于所述感应体的运动方向上的总截面积之比，根据所述涡流制动电磁铁的制动力性能要求以及制动时所述铁芯所需承受的工作载荷和振动冲击载荷确定。

本发明的实施方式中，所述第二磁性件沿相对于所述感应体的运动方向的垂直方向延伸并与所述磁轭相连接，至少一所述第一磁性件位于至少一所述第二磁性件的周围。

本发明的实施方式中，所述铁芯包括至少两个所述第二磁性件，所述第二磁性件包括支撑柱和支撑座，所述支撑柱的一端与所述支撑座连接，所述支撑柱的另一端穿过所述第一磁性件与所述磁轭连接。

本发明的实施方式中，所述铁芯包括至少两个所述第一磁性件，所述第二磁性件包括支撑板，所述支撑板被夹设在至少两个所述第一磁性件之间，且至少两个所述第一磁性件和所述支撑板通过至少一连接件相连接。

本发明的实施方式中，所述第一磁性件在磁场强度为10000A/m的磁场中的磁感应强度不低于2.0T。

本发明的实施方式中，所述第二磁性件为球铁或结构钢材料制成。

本发明的实施方式中，所述感应体包括轨道，所述磁轭沿平行于所述轨道的方向延伸设置。

本发明的实施方式中，所述感应体包括制动盘，所述磁轭沿所述制动盘的周向延伸设置。

本发明的特点及优点是：

本发明的涡流制动电磁铁，通过在铁芯上设置至少一由铁钴合金材料制成的第一磁性件，使铁芯的磁感应强度较大，提高了铁芯的导磁性能，确保涡流制动电磁铁能产生足够大的制动力，并且铁芯的整体仍然能够承受较大的涡流制动力、电磁吸力以及振动冲击载荷；由此可知，本发明的涡流制动电磁铁通过对铁芯的结构以及磁路材料匹配进行优化，保证其涡流制动性能的同时能达到减重及节能降耗的效果，又具备良好的力学性能及冲击韧性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，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他的附图。

图1为本发明的用于线性涡流制动的涡流制动电磁铁的结构示意图。

图2为本发明的用于旋转涡流制动的涡流制动电磁铁的结构示意图。

图3为本发明的磁极的剖面图。

图4为本发明的第一实施的磁极的爆炸图。

图5为本发明的第二实施的磁极的爆炸图。

图6为本发明的涡流制动电磁铁与现有的涡流制动电磁铁的涡流制动性能对比图。

图中：

1、磁轭；2、磁极；21、铁芯；211、第一磁性件；212、第二磁性件；2121、支撑板；2122、支撑柱；2123、支撑座；213、第一连接件；22、绕组线圈；23、接线柱；24、外壳；3、感应体；31、车轨；32、制动盘；4、车轴；5、第二连接件。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图5所示，本发明提供一种涡流制动电磁铁，用于配合感应体3进行列车车辆的制动，涡流制动磁体包括：磁轭1，安装在列车车辆上；至少两个磁极2，沿相对于感应体3的运动方向排列，且相邻的两个磁极2的极性相反地设置，磁极2包括铁芯21和绕组线圈22，绕组线圈22缠绕在铁芯21上，铁芯21的一端与磁轭1连接，铁芯21的另一端靠近感应体3设置，铁芯21包括至少一第一磁性件211，第一磁性件211为铁钴合金材料制成。

本发明的涡流制动电磁铁，通过在铁芯21上设置至少一由铁钴合金材料制成的第一磁性件211，使铁芯21的磁感应强度较大，提高了铁芯21的导磁性能，确保涡流制动电磁铁能产生足够大的制动力，并且铁芯21的整体仍然能够承受较大的涡流制动力、电磁吸力以及振动冲击载荷；由此可知，本发明的涡流制动电磁铁通过对铁芯21的结构以及磁路材料匹配进行优化，保证其涡流制动性能的同时能达到减重及节能降耗的效果，又具备良好的力学性能及冲击韧性。

具体的，本发明中的列车车辆包括但不限于轨道列车和磁悬浮列车，磁轭1安装在轨道列车的转向架或者安装在磁悬浮列车的车体悬浮架上。如图3所示，磁轭1与磁极2通过第二连接件5相连接，第二连接件5包括但不限于螺栓和螺钉。绕组线圈22的进线位置处和出线位置处均设有接线柱23，磁极2装设在外壳24内，该外壳24采用工程塑料或其它轻质、绝缘且隔磁的材料作为磁极2的外部防护，既具有足够的抗异物击打能力，又利于减重和加工成型。磁极2与感应体3之间具有一定的工作间隙，绕组线圈22通电后，利用涡流制动电磁铁和感应体3之间的相对运动，使得感应体3中感应出电涡流，涡流产生的磁场与涡流制动电磁铁产生的磁场相互作用并使涡流制动电磁铁产生的磁场产生畸变，其中磁力线发生偏转而产生制动力，从而使列车车辆减速，制动能量转化为感应体3的涡流损耗。

铁钴合金材料的钴含量为2％～35％。第一磁性件211在磁场强度为10000A/m的磁场中的磁感应强度不低于2.0T。该铁钴合金材料的抗拉强度应不低于低碳钢的抗拉强度，但其冲击韧性不作具体限定。

本实施例中，铁芯21还包括至少一第二磁性件212，所述第二磁性件212与所述第一磁性件211相连接，且第一磁性件211的磁感应强度大于第二磁性件212的磁感应强度，且第二磁性件212的结构强度大于第一磁性件211的结构强度。

本发明的涡流制动电磁铁，通过至少一第一磁性件211和至少一第二磁性件212连接构成铁芯21，其中第一磁性件211的磁感应强度较大，提高铁芯21的导磁性能，确保涡流制动电磁铁能产生足够大的制动力；第二磁性件212的结构强度较大，确保铁芯21能够承受较大的涡流制动力、电磁吸力以及振动冲击载荷。

在另一实施例中，在保证制动时铁芯21能够承受能够较大的涡流制动力、电磁吸力以及振动冲击载荷的前提下，铁芯也可采用整体式结构，即仅由一第一磁性件构成。

如图1所示，本发明的涡流制动电磁铁能用于线性涡流制动，感应体3包括轨道，磁轭1沿平行于轨道的方向延伸设置。本实施例中，轨道为钢轨31，相对于感应体3的运动方向即轨道列车的行驶方向，至少两个磁极2沿列车车辆的行驶方向排列。可选的，轨道为导轨，相对于感应体的运动方向即磁悬浮列车的行驶方向，至少两个磁极沿磁悬浮列车的行驶方向排列。具体的，磁轭1大体呈一条形板状结构。

如图2所示，本发明的涡流制动电磁铁还能用于旋转涡流制动，感应体3包括制动盘32，制动盘32安装在车轴4上，车轴4带动制动盘32同步转动，相对于感应体3的运动方向即制动盘32的转动方向，至少两个磁极2沿制动盘32的转动方向排列。磁轭1沿制动盘32的周向延伸设置。具体的，磁轭1大体呈一扇形结构。

如图4和图5所示，本发明的结构强度指力学性能，包括但不限于抗拉强度、屈服强度以及冲击韧性。本实施例中，第二磁性件212为球铁或结构钢材料制成。第二磁性件212的材料具有一定的塑性和韧性，且其抗拉强度和屈服强度不低于低碳钢的抗拉强度和屈服强度。

如图6所示，具体的，本发明的涡流制动电磁铁与现有技术中碳钢型涡流制动电磁铁在以下三种情况下对比两者的涡流制动性能：一、外形尺寸、绕组线圈22的线圈安匝数以及磁动势均相同的情况下，本发明的涡流制动电磁铁的涡流制动性能比现有技术的碳钢型涡流制动电磁铁的涡流制动性能至少提升了15％；二、调整了本发明中铁芯21的截面积并减少励磁安匝数后，同时提高铁芯的截面积在磁极的总截面积中的占比，本发明的涡流制动电磁铁的涡流制动性能比现有技术的碳钢型涡流制动电磁铁的涡流制动性能至少提升了30％；三、通过减少绕组线圈22的线圈匝数或降低励磁电流的方式将本发明的磁动势降低40％，本发明的涡流制动电磁铁的涡流制动性能仍不低于现有技术的碳钢型涡流制动电磁铁的涡流制动性能，且对应的励磁功耗可同步下降约40％或降低重量约25％；

如图4和图5所示，本发明的实施方式中，至少一第一磁性件211在相对于感应体3的运动方向上的总截面积和至少一第二磁性件212在相对于感应体3的运动方向上的总截面积之比，根据制动时铁芯21所需承受的工作载荷和振动冲击载荷确定。铁芯21在相对于感应体3的运动方向上的截面积(也即铁芯21与感应体3相互作用的面积)不变的情况下，通过调整第一磁性件211和第二磁性件212在相对于感应体3的运动方向上截面积之比，进一步优化铁芯21整体的导磁性能以及结构强度。

如图4和图5所示，本发明的实施方式中，第二磁性件212沿相对于感应体3的运动方向的垂直方向延伸并与磁轭1相连接，且至少一第一磁性件211位于至少一第二磁性件212的周围。制动时铁芯21所承受的工作载荷和振动冲击载荷的传递方向与相对于感应体3的运动方向相垂直，因此第二磁性件212能更好地承受工作载荷和振动冲击载荷。通过将第一磁性件211设置在所述第二磁性件212的周围，第一磁性件211与感应体3之间的磁场作用范围更大，能够更好地利用外围的第一磁性件211与感应体3之间的磁场作用产生制动力，同时通过中间的第二磁性件212与磁轭1相连接，能够更好地承受工作载荷和振动冲击载荷。

如图4所示，第一实施例中，铁芯21包括至少两个第二磁性件212，第二磁性件212包括支撑柱2122和支撑座2123，支撑柱2122的一端与支撑座2123连接，支撑柱2122的另一端穿过第一磁性件211与磁轭1连接。具体的，两个支撑柱2122构成两个第二连接件5，两个支撑柱2122穿过第一磁性件211与磁轭1连接，并相对于第一磁性件211的中轴线对称设置。

如图5所示，第二实施例中，铁芯21包括至少两个第一磁性件211，第二磁性件212包括支撑板2121，支撑板2121被夹设在至少两个第一磁性件211之间，且至少两个第一磁性件211和支撑板2121通过至少一第一连接件213相连接。具体的，支撑板2121通过第二连接件5与磁轭1连接。第一磁性件211大体呈板状结构，两个第一磁性件211位于支撑板2121的两侧，第一连接件213为销轴，两根销轴沿相对于感应体3的运动方向穿过两个第一磁性件211和支撑板2121。第一连接件213采用与第二磁性件212相同的材料制成，也能提高铁芯21整体的结构强度。

以上所述仅为本发明的几个实施例，本领域的技术人员依据申请文件公开的内容可以对本发明实施例进行各种改动或变型而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (11)

1.一种涡流制动电磁铁，其特征在于，用于配合感应体进行列车车辆的制动，所述涡流制动电磁铁包括：

磁轭，安装在所述列车车辆上；

至少两个磁极，沿相对于所述感应体的运动方向排列，且相邻的两个所述磁极的极性相反地设置，所述磁极包括铁芯和绕组线圈，所述绕组线圈缠绕在所述铁芯上，所述铁芯的一端与所述磁轭连接，所述铁芯的另一端靠近所述感应体设置，所述铁芯包括至少一第一磁性件，所述第一磁性件为铁钴合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述铁钴合金材料的钴含量为2％～35％。

3.根据权利要求1所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述铁芯还包括至少一第二磁性件，所述第二磁性件与所述第一磁性件相连接，且所述第一磁性件的磁感应强度大于所述第二磁性件的磁感应强度，且所述第二磁性件的结构强度大于所述第一磁性件的结构强度。

4.根据权利要求3所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

至少一所述第一磁性件在相对于所述感应体的运动方向上的总截面积和至少一所述第二磁性件在相对于所述感应体的运动方向上的总截面积之比，根据所述涡流制动电磁铁的制动力性能要求以及制动时所述铁芯所需承受的工作载荷和振动冲击载荷确定。

5.根据权利要求3所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述第二磁性件沿相对于所述感应体的运动方向的垂直方向延伸并与所述磁轭相连接，至少一所述第一磁性件位于至少一所述第二磁性件的周围。

6.根据权利要求5所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述铁芯包括至少两个所述第二磁性件，所述第二磁性件包括支撑柱和支撑座，所述支撑柱的一端与所述支撑座连接，所述支撑柱的另一端穿过所述第一磁性件与所述磁轭连接。

7.根据权利要求5所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述铁芯包括至少两个所述第一磁性件，所述第二磁性件包括支撑板，所述支撑板被夹设在至少两个所述第一磁性件之间，且至少两个所述第一磁性件和所述支撑板通过至少一连接件相连接。

8.根据权利要求3-7中任一项所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述第一磁性件在磁场强度为10000A/m的磁场中的磁感应强度不低于2.0T。

9.根据权利要求8所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述第二磁性件为球铁或结构钢材料制成。

10.根据权利要求1所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述感应体包括轨道，所述磁轭沿平行于所述轨道的方向延伸设置。

11.根据权利要求1所述的涡流制动电磁铁，其特征在于，

所述感应体包括制动盘，所述磁轭沿所述制动盘的周向延伸设置。

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