CN115195806B - 一种电涡流-磁轨复合制动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电涡流‑磁轨复合制动器，属于轨道交通车辆制动技术领域。该制动器包括6个永磁制动节和6个电磁制动节，两种制动节交替排列。永磁制动节由顶盖、旋转体、低碳钢外壳、磨耗板、隔磁板、下永磁体、隔磁板、上永磁体组成；电磁制动节由低碳钢外壳、U型铁芯、磨耗板、隔磁板、线圈组成。通过电机驱动旋转控制永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换。本发明结构简单紧凑，制动力大，具有多模式工作特性，可弥补传统黏着制动短板，有效提高高速列车制动安全性。

Description

一种电涡流-磁轨复合制动器

技术领域

本发明属于轨道交通车辆制动技术领域，尤其涉及一种电涡流-磁轨复合制动器。

背景技术

作为高速列车九大关键技术之一，制动系统技术的先进性和可靠性制约高速铁路技术的进一步发展。当列车时速超过400km/h时，轮轨间黏着系数急剧下降，导致制动力不足。在常规粘着制动系统中增加非粘着制动，能够有效缩短紧急制动距离，提高列车制动安全。

现有的非粘着制动方式包括磁轨制动和线性涡流制动。两种非粘着制动方式各有优点但也存在各自问题。磁轨制动对钢轨磨耗大，制动力的产生与消失具有很大冲击，主要作为一种紧急辅助制动装置使用。线性涡流制动在列车高速时制动能力显著，可产生强大的制动力，减小制动距离，不会对轨道产生冲击，在列车50km/h速度以下一般不起制动作用，也不能作为停车制动。上述分析可以看出，磁轨制动与涡流线制动具有互补性，而兼具磁轨制动和涡流制动能力的非粘着制动技术与制动装置国内外鲜有相关研究与报道。

发明内容

针对以上存在的技术问题，本发明的目的是提供一种新颖的电涡流-磁轨复合制动器。该制动器具有电涡流制动与磁轨制动两种工作模式。通过电机驱动旋转永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换。上永磁体与下永磁体磁场方向相同，且电磁制动节产生的磁场与永磁制动节方向相同时，制动器工作于磁轨制动模式，磁力线通过磨耗板对钢轨产生强大的吸力，磨耗板与钢轨接触，磨耗板与导轨之间产生的摩擦力实现磁轨制动。当改变电磁制动节中电流方向，使其产生的磁场与永磁制动节产生的磁场相反时，制动器工作于电涡流制动模式，制动器磨耗板与钢轨间存在4-7mm气隙，交变磁场在钢轨上感应出可观的电涡流，实现非粘着线性电涡流制动。停止制动时，通过电机驱动旋转控制永磁制动节的上永磁体和下永磁体产生的磁场方向相反，上下永磁体在制动器内部形成闭合回路，不对外励磁。同时电磁制动节中线圈不通电流，通过升降液压缸可以将电涡流复合磁轨制动器轻松抬起。采用永磁励磁可大大降低制动器总功耗和重量。该制动器具有结构简单紧凑、制动力矩大，控制方便、可靠性高、制动密度高、可实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换的特点。

本发明采用如下技术方案：

一种电涡流-磁轨复合制动器，包括永磁制动节部分、电磁制动节部分、隔磁板、低碳钢外壳，所述的永磁制动节与电磁制动节交替排列；

所述永磁制动节部分有六节，每节均包括顶盖、上永磁体、旋转体、下永磁体和磨耗板。低碳钢壳体内开有槽，下永磁体嵌入槽中实现周向固定，同时隔磁板放在下永磁体上部嵌入槽中；旋转体包裹上永磁体放入低碳钢外壳槽中，且旋转体下部凸出轨道嵌入低碳钢壳槽中，旋转体上端面、下端面、圆柱面均与低碳钢槽留有气隙；顶盖为隔磁材料，与低碳钢壳体顶部点焊联结；两个磨耗板各有部分嵌入低碳钢外壳中，通过螺栓等方式固定；隔磁板通过焊接固定或螺栓连接等方式安装在两个磨耗板之间。

所述电磁制动节部分有六节，每节包括励磁线圈、U型铁芯、磨耗板。励磁线圈缠绕在引导磁场线的U型铁芯上，两侧加低碳钢外壳，通过螺栓连接等方式将低碳钢外壳固定在U型铁芯上；两个磨耗板各有部分嵌入低碳钢外壳中，通过螺栓等方式固定；隔磁板通过焊接固定或螺栓连接等方式安装在两个磨耗板之间。

进一步地，所述隔磁板为11个，永磁制动节与电磁制动节之间均加一块隔磁板，防止漏磁，其中电磁制动节线圈凸出于外壳的部分嵌入到隔磁板中。

进一步地，永磁制动节、电磁制动节及隔磁板均嵌入低碳钢外壳中，并通过螺栓与低碳钢外壳固定。

永磁制动节顶盖为不锈钢非导磁材料，防止电涡流磁轨复合制动器产生的磁场向外漏磁。

进一步地，隔磁板为不锈钢非导磁材料，电磁制动节中其中一部分线圈嵌入到隔磁板中，充分利用空间的同时增大了线圈，使线圈通更大的励磁。

进一步地，永磁制动节磨耗板两侧做成斜壁，减小了磁场向外漏磁，进而增大了电涡流磁轨复合制动器的制动力。

进一步地，电涡流磁轨复合制动器工作于磁轨制动与电涡流制动两种工作模式。通过旋转永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换。

进一步地，上永磁体与下永磁体磁场方向相同，且电磁制动节产生的磁场与永磁制动节相反时，制动器工作于电涡流制动状态。磨耗板与钢轨间存在4-7mm气隙，在钢轨上感应出可观的电涡流。

进一步地，上永磁体与下永磁体磁场方向相同，且电磁制动节产生的磁场与永磁制动节相同时，电涡流磁轨复合制动器产生的磁场通过磨耗板对钢轨产生强大的吸力，磨耗板与钢轨接触，磨耗板与钢轨之间产生的摩擦力实现磁轨制动。

进一步地，停止制动时，通过旋转控制永磁制动节的上永磁体和下永磁体产生的磁场方向相反，上下永磁体形成闭合回路，同时电磁制动节中线圈不通电流，通过升降液压缸可以将电涡流复合磁轨制动器轻松抬起。

进一步地，隔磁板为不锈钢非导磁材料，通过焊接固定或螺栓连接等方式安装在两个磨耗板之间，起到隔离两磨耗板磁场的作用。

进一步地，通过螺栓连接将永磁制动节及电磁制动节安装在低碳钢外壳上，结构简单，密封性好。

进一步地，电磁制动节中其中一部分线圈嵌入到隔磁板中，充分利用了空间的同时增大了线圈，使线圈可以通更大的励磁。

本发明提供一种电涡流-磁轨复合制动器，工作原理如下：

高速运动时，磨耗板与钢轨间存在4-7mm间隙，制动装置工作于电涡流工作模式。此时永磁制动器中上永磁体与下永磁体极性方向相同，永磁制动节对外励磁，磁力线通过永磁体、外壳、磨耗板、钢轨构成闭合磁路，上下永磁体产生的磁场在磨耗板与钢轨处相互叠加。电磁制动节中电磁线圈通电，产生的磁场方向与永磁制动节的磁场方向相反。交替排列的永磁制动节和电磁制动节在钢轨上产生交替分布磁场，制动器高速运动时，在钢轨上感应出可观的制动电涡流。

当速度降低时，法向吸力增大，由制动装置升降机构控制磨耗板与钢轨吸合，并将电磁制动节线圈电流反向，使其产生的磁场与永磁制动器中磁场方向相同，使制动器对钢轨磁吸力足够大，此时为磁轨摩擦制动状态。当需解除制动时，上永磁体绕自身轴线旋转180°，此时上下永磁体产生的磁场在制动器内部相互抵消，同时电磁线圈断电，使制动器对钢轨磁吸力可以忽略，制动彻底解除。此外，需要紧急制动时，制动器可以直接工作于磁轨制动模式，产生摩擦制动力。

与现有制动器相比，本发明突出特点如下：

本发明作为一种应用于轨道交通车辆制动技术领域的电涡流-磁轨复合制动器。通过扭转永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换。采用永磁励磁可大大降低制动器总功耗和重量。

附图说明

图1为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的主视图。

图2为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的左视图

图3为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的剖面图A-A。

图4为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的三维图。

图5为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的永磁制动节的三维图。

图6为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的永磁制动节的剖面图。

图7为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的电磁制动节的三维图。

图8为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的电磁制动节的剖面图。

图中：外壳1、电磁制动节2、永磁制动节3、钢轨4、顶盖5、旋转体6、低碳钢外壳7、磨耗板8、隔磁板9、下永磁体10、隔磁板11、上永磁体12、低碳钢外壳13、U型铁芯14、磨耗板15、隔磁板16、线圈17。

图9为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的电涡流制动时的磁路图。

图10为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的磁轨制动时的磁路图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，结合以下附图，对本发明进一步详细说明，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明的一种电涡流磁轨复合制动器的主视图。包括永磁制动节、电磁制动节、隔磁板。

所述永磁制动节如图5所示，每节包括顶盖5、旋转体6、低碳钢外壳7、磨耗板8、隔磁板9、下永磁体10、隔磁板11、上永磁体12。将下永磁体放入到低碳钢外壳中，三侧嵌入隔磁板，旋转体放入到低碳钢外壳中，中间嵌入上永磁体，旋转体与旋转机构相连，然后盖上顶盖。两个磨耗板各有一半嵌入低碳钢外壳中，两磨耗板之间加入隔磁板。

所述电磁制动节如图6所示，每节包括低碳钢外壳13、U型铁芯14、磨耗板15、隔磁板16、线圈17。两个磨耗板各有一半嵌入低碳钢外壳中，两磨耗板之间加入隔磁板，防止漏磁；励磁线圈和U型铁芯放入低碳钢外壳中。

电磁制动节中其中一部分线圈嵌入到隔磁板中，充分利用了空间的同时增大了线圈，使线圈可以通更大的励磁。

列车高速运动，制动装置工作为电涡流工作模式时，磨耗板与钢轨间存在4-7mm间隙，此时永磁制动器中上永磁体与下永磁体极性方向相同，永磁制动节对外励磁，磁力线通过永磁体、外壳、磨耗板、钢轨构成闭合磁路，上下永磁体产生的磁场在磨耗板与钢轨处相互叠加。电磁制动节中电磁线圈通电，产生的磁场方向与永磁制动节的磁场方向相反，如图7所示。交替排列的永磁制动节和电磁制动节在钢轨上产生交替分布磁场，制动器高速运动时，感应出可观的制动电涡流。

当速度降低时，法向吸力增大，由制动装置升降机构控制磨耗板与钢轨吸合，并将电磁制动节线圈电流反向，使其产生的磁场与永磁制动器中磁场方向相同，如图8所示，使制动器对钢轨磁吸力足够大，此时为磁轨摩擦制动状态。当需解除制动时，上永磁体绕自身轴线旋转180°，此时上下永磁体产生的磁场相互抵消，同时电磁线圈断电，如图9所示，使制动器对钢轨磁吸力可以忽略，制动彻底解除。此外，需要紧急制动时，制动器直接工作于磁轨制动模式，产生摩擦制动力。

该制动器通过电机驱动旋转控制永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换，具有结构简单紧凑、制动力矩大，使用操作方便、可靠性高、制动密度高的特点。

Claims (10)

1.一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：包括永磁制动节部分、电磁制动节部分、隔磁板、低碳钢外壳，所述的永磁制动节部分与电磁制动节部分交替排列；

所述永磁制动节部分有六节，每节均包括顶盖、上永磁体、旋转体、下永磁体和磨耗板；低碳钢外壳内开有槽，下永磁体嵌入槽中实现周向固定，同时隔磁板放在下永磁体上部嵌入槽中；旋转体包裹上永磁体放入低碳钢外壳槽中，且旋转体下部凸出轨道嵌入低碳钢外壳槽中，旋转体上端面、下端面、圆柱面均与低碳钢外壳槽留有气隙；顶盖为隔磁材料，与低碳钢外壳顶部点焊联结；两个磨耗板各有部分嵌入低碳钢外壳中，通过螺栓方式固定；隔磁板通过焊接固定或螺栓连接方式安装在两个磨耗板之间；

所述电磁制动节部分有六节，每节包括励磁线圈、U型铁芯、磨耗板；励磁线圈缠绕在引导磁场线的U型铁芯上，两侧加低碳钢外壳，通过螺栓连接方式将低碳钢外壳固定在U型铁芯上；两个磨耗板各有部分嵌入低碳钢外壳中，通过螺栓方式固定；隔磁板通过焊接固定或螺栓连接方式安装在两个磨耗板之间；

所述隔磁板为11个，永磁制动节与电磁制动节之间均加一块隔磁板，防止漏磁，其中电磁制动节线圈凸出于外壳的部分嵌入到隔磁板中；

永磁制动节、电磁制动节及隔磁板均嵌入低碳钢外壳中，并通过螺栓与低碳钢外壳固定。

2.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：永磁制动节顶盖为不锈钢非导磁材料，防止电涡流磁轨复合制动器产生的磁场向外漏磁。

3.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

隔磁板为不锈钢非导磁材料，电磁制动节中其中一部分线圈嵌入到隔磁板中，充分利用空间的同时增大了线圈，使线圈通更大的励磁。

4.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

永磁制动节磨耗板两侧做成斜壁，减小磁场向外漏磁，增大电涡流磁轨复合制动器的制动力。

5.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

电涡流磁轨复合制动器工作于磁轨制动与电涡流制动两种工作模式；通过旋转永磁制动节的上永磁体和改变电磁制动节中电流方向实现磁轨制动与电涡流制动两种工作模式切换。

6.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

上永磁体与下永磁体磁场方向相同，且电磁制动节产生的磁场与永磁制动节相反时，制动器工作于电涡流制动状态；磨耗板与钢轨间存在4-7mm气隙，在钢轨上感应出可观的电涡流。

7.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

上永磁体与下永磁体磁场方向相同，且电磁制动节产生的磁场与永磁制动节相同时，电涡流磁轨复合制动器产生的磁场通过磨耗板对钢轨产生强大的吸力，磨耗板与钢轨接触，磨耗板与钢轨之间产生的摩擦力实现磁轨制动。

8.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

停止制动时，通过旋转控制永磁制动节的上永磁体和下永磁体产生的磁场方向相反，上下永磁体形成闭合回路，同时电磁制动节中线圈不通电流，通过升降液压缸将电涡流复合磁轨制动器轻松抬起。

9.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：

隔磁板为不锈钢非导磁材料，通过焊接固定或螺栓连接方式安装在两个磨耗板之间，起到隔离两磨耗板磁场的作用。

10.根据权利要求1所述的一种电涡流磁轨复合制动器，其特征在于：通过螺栓连接将永磁制动节及电磁制动节安装在低碳钢外壳上。