RU2621906C1 - Magnetic brake - Google Patents
Magnetic brake Download PDFInfo
- Publication number
- RU2621906C1 RU2621906C1 RU2016124218A RU2016124218A RU2621906C1 RU 2621906 C1 RU2621906 C1 RU 2621906C1 RU 2016124218 A RU2016124218 A RU 2016124218A RU 2016124218 A RU2016124218 A RU 2016124218A RU 2621906 C1 RU2621906 C1 RU 2621906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electromagnetic coils
- permanent magnets
- bus
- copper
- magnetic
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L7/00—Electrodynamic brake systems for vehicles in general
- B60L7/28—Eddy-current braking
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B61—RAILWAYS
- B61H—BRAKES OR OTHER RETARDING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR RAIL VEHICLES; ARRANGEMENT OR DISPOSITION THEREOF IN RAIL VEHICLES
- B61H7/00—Brakes with braking members co-operating with the track
- B61H7/02—Scotch blocks, skids, or like track-engaging shoes
- B61H7/04—Scotch blocks, skids, or like track-engaging shoes attached to railway vehicles
- B61H7/06—Skids
- B61H7/08—Skids electromagnetically operated
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к рельсовым тормозным устройствам, работающим с помощью вихревых токов и предназначенным для использования в подъемных устройствах, аттракционах, в транспортном машиностроении, в частности электричках, поездах, а также в городском и промышленном рельсовом транспорте.The invention relates to rail braking devices operating using eddy currents and intended for use in lifting devices, rides, in transport engineering, in particular electric trains, trains, as well as in urban and industrial rail transport.
Известна, например, колесная тележка железнодорожного вагона, содержащая устройство торможения токами Фуко (патент РФ 2575332, МПК B60L 7/28, B61F 5/50 (2006.01), В61Н 7/08). Данная железнодорожная колесная тележка содержит шасси, ось, установленную с возможностью вращения относительно шасси и имеющую колеса на каждой из своих концевых поперечных частей, устройство торможения, расположенное под шасси и установленное с возможностью перемещения поступательным движением относительно шасси между убранным положением и положением торможения. Устройство торможения содержит один упорный элемент, перемещающийся вместе с ним. На оси установлена деталь, ограничивающая упорную поверхность, расположенную между колесами, при этом упорный элемент опирается на упорную поверхность, когда устройство торможения находится в положении торможения. Момент торможения создается токами, индуцируемыми между колодкой торможения токами Фуко и рельсом, по которому движется железнодорожный вагон. Торможение токами Фуко позволяет эффективно замедлять ход железнодорожного вагона и обеспечивает длительный срок службы устройства. Данное торможение осуществляется без контакта между колодкой и рельсом, что значительно снижает износ этой колодки. Недостатком данного устройства торможения является низкий КПД, т.к. токи Фуко приводят к бесполезному нагреву электропроводящих элементов, по которым они протекают, и невозможность их полезного использования.Known, for example, is a wheeled trolley of a railway carriage containing a Foucault braking device (RF patent 2575332, IPC
Известна, например, тормозная система для развлекательного устройства (патент US 6062350, B60L 7/28, 16.05.2002), содержащая закрепленные на транспортном средстве постоянные магниты и шину с закрепленными на ней пластинами из различных материалов для обеспечения переменного тормозного усилия. Недостатком известного устройства является выполнение самой шины (рельса), конструктивно одинаковой на всем протяжении тормозного участка, что снижает эффективность торможения и увеличивает длину участка торможения, а также низкий КПД по причине, аналогично вышеописанному патенту РФ 2575332, бесполезного нагрева элементов токами Фуко.A brake system for an entertainment device is known, for example (patent US 6062350, B60L 7/28, May 16, 2002), comprising permanent magnets fixed to the vehicle and a tire with plates mounted on it from various materials to provide variable braking force. A disadvantage of the known device is the execution of the tire (rail) itself, structurally the same throughout the brake section, which reduces the braking efficiency and increases the length of the braking section, as well as low efficiency for the reason, similar to the above-described patent of the Russian Federation 2575332, useless heating of elements by Foucault currents.
Известен также магнитный тормоз рельсового транспортного средства (патент РФ 2061324, МПК В61Н 7/08), содержащий тормозной блок, установленный на раме данного транспортного средства, выполненный в виде расположенных между пластинами магнитопровода с продольными полюсными наконечниками постоянных магнитов, а также дополнительный магнитный блок, установленный между пластинами магнитопровода тормозного блока с возможностью перемещения в продольном направлении, выполненный из чередующихся магнитопроводящих пластин, установленных в поперечном направлении, и постоянных магнитов, обращенных друг к другу одноименными полюсами. Кроме того, в пазах магнитопровода установлены диамагнитные вставки и (или) постоянные магниты, направление магнитного поля которых совпадает с направлением магнитного поля тормозного блока. Недостатки данного известного магнитного тормоза - наличие движущихся частей в продольном направлении, устанавливаемых в строго определенную позицию, - движение коробки с блоками осуществляется под действием возвратной пружины, т.е. под действием механических сил, также низкий КПД по причине, аналогично патенту РФ 2575332, нагрева элементов токами Фуко.Also known is the magnetic brake of a rail vehicle (RF patent 2061324, IPC
Известен также рельсовый тормоз с постоянными магнитами (патент РФ 2185984, МПК В61Н 7/08), включающий элементы подвески его к транспортному средству, общий корпус с размещенным в нем множеством пар удлиненных в пространство стационарных постоянных магнитов, каждая из которых снабжена электрической катушкой, размещенной на якоре, а также немагнитной пластинкой, вставленной между якорем и ферромагнитными полюсными наконечниками. Недостатком известного рельсового тормоза является наличие пружин, обеспечивающих возврат тормоза в первоначальное положение, которые с течением времени требуют замены вследствие усталости материала, из которого они изготовлены, а также использование фрикционных сил для торможения транспортного средства. Полюсные наконечники при фрикционном торможении, во-первых, будут изнашиваться, а во-вторых, будут значительно нагреваться. При этом постоянные магниты, расположенные между соответствующими парами полюсных наконечников, также будут нагреваться. А, как известно, постоянные магниты "боятся" нагрева, т.к. при нагреве они размагничиваются. Кроме того, при включении питания на электрические катушки таким образом, чтобы магнитные поля катушек были направлены навстречу магнитным полям постоянных магнитов, происходит достаточное резкое притяжение тормоза к рельсу и его механический удар об рельс, и вследствие нескольких таких ударов постоянные магниты могут, во-первых, разрушиться, т.к. являются хрупкими, а во-вторых, размагнититься. Также недостатком является низкий КПД по причине, аналогичной патенту РФ 2575332.A rail brake with permanent magnets is also known (RF patent 2185984, IPC B61H 7/08), including its suspension elements to the vehicle, a common housing with a plurality of pairs of stationary permanent magnets elongated in space, each of which is equipped with an electric coil placed at the anchor, as well as a non-magnetic plate inserted between the anchor and the ferromagnetic pole pieces. A disadvantage of the known rail brake is the presence of springs that return the brake to its original position, which over time require replacement due to fatigue of the material from which they are made, as well as the use of frictional forces to brake the vehicle. Pole tips during frictional braking, firstly, will wear out, and secondly, they will heat up significantly. In this case, permanent magnets located between the respective pairs of pole pieces will also heat up. And, as you know, permanent magnets are “afraid” of heating, because when heated, they are demagnetized. In addition, when you turn on the power to the electric coils so that the magnetic fields of the coils are directed towards the magnetic fields of the permanent magnets, there is a sufficient sharp pull of the brake to the rail and its mechanical impact on the rail, and as a result of several such shocks, the permanent magnets can, firstly collapse because are fragile, and secondly, demagnetize. Another disadvantage is the low efficiency for a reason similar to the patent of the Russian Federation 2575332.
Известен, например, магнитный тормоз, принятый за прототип (патент РФ 2205113 МПК B60L 7/28 (2000.01)), содержащий постоянные магниты, размещенные на транспортном средстве, и шину, установленную на основании, выполненную из 4-х участков. На первом участке шина выполнена из внешних алюминиевых пластин и средних стальных пластин, на втором участке - из алюминиевого элемента (пластины), на третьем участке - из внешних медных пластин и средних медных пластин, на четвертом участке - из медного элемента (пластин). Постоянные с чередующиеся полярностью магниты прочно закреплены в линию на нижней, с усиленной жесткостью, части тормозимого транспортного средства и установлены с возможностью расположения этой линии постоянных магнитов по противоположным сторонам токопроводящей шины магнитного тормоза при следовании тормозимого средства к месту торможения. Принцип действия данного магнитного тормоза основан на возникновении в шине вихревых токов при изменении проходящего через них магнитного потока постоянных магнитов, установленных на транспортном средстве с данной возможностью их расположения по противоположным сторонам шины.Known, for example, is a magnetic brake adopted as a prototype (RF patent 2205113 IPC B60L 7/28 (2000.01)) containing permanent magnets placed on a vehicle and a tire mounted on a base made of 4 sections. In the first section, the tire is made of external aluminum plates and middle steel plates, in the second section - of an aluminum element (plate), in the third section - of external copper plates and middle copper plates, in the fourth section - of a copper element (plates). Permanent magnets with alternating polarity are firmly fixed in a line on the lower, with increased stiffness, part of the braked vehicle and installed with the possibility of arranging this line of permanent magnets on opposite sides of the conductive bus of the magnetic brake when the braking means follows to the place of braking. The principle of operation of this magnetic brake is based on the occurrence of eddy currents in the tire when the magnetic flux of permanent magnets passing through them is mounted on the vehicle with the possibility of their location on opposite sides of the tire.
Недостатком данного магнитного тормоза является зависимость длин участков и толщины каждого элемента от скорости движения транспортного средства в начале участка торможения, а это означает, что его скорость должна быть постоянной, а также выполнение шины из 3-х различных токопроводящих материалов, сопряженных между собой, что приводит к усложнению и удорожанию магнитного тормоза в целом. Например, 2-й участок, выполненный из алюминия, непосредственно сопряжен с третьим участком, образованным медными элементами и размещенным между ними стальным элементом. Известно, что у алюминия и меди коэффициент теплового расширения разный. Когда через них проходит ток, они расширяются по-разному, а когда ток прекращается, они и остывают по-разному. В итоге серия таких расширений-сужений изменяет в эксплуатации геометрию проводников, и контакт между ними становится неплотным. В дальнейшем в месте слабого ненадежного контакта возникает нагрев, и он ухудшается еще больше. Кроме того, алюминий образует на своей поверхности окисную непроводящую пленку, которая с самого начала ухудшает электрический контакт, который в дальнейшем при протекании электрического тока ухудшается еще более. Поэтому для таких соединений в целях повышения надежности рекомендуется применение специальной смазки против окислов и периодический их осмотр.The disadvantage of this magnetic brake is the dependence of the lengths of the sections and the thickness of each element on the speed of the vehicle at the beginning of the braking section, which means that its speed must be constant, as well as the execution of the bus from 3 different conductive materials, interconnected, which leads to the complication and appreciation of the magnetic brake as a whole. For example, the 2nd section, made of aluminum, is directly mated to the third section, formed by copper elements and a steel element placed between them. It is known that aluminum and copper have different thermal expansion coefficients. When a current passes through them, they expand in different ways, and when the current stops, they cool differently. As a result, a series of such extensions-contractions changes the geometry of the conductors in operation, and the contact between them becomes loose. Further, in the place of weak unreliable contact, heating occurs, and it worsens even more. In addition, aluminum forms an oxide non-conductive film on its surface, which worsens the electrical contact from the very beginning, which further deteriorates even further when the electric current flows. Therefore, for such compounds, in order to increase reliability, the use of a special lubricant against oxides and their periodic inspection is recommended.
Известно также, что алюминий и медь образуют «гальваническую пару», которая будет неизбежно перегреваться в месте контакта. Окислы соединенных медных и алюминиевых проводников имеют возможность диссоциации, то есть распада на заряженные ионы. Эта диссоциация возможна благодаря естественной влаге, которая всегда есть в воздухе. Ионы окислов алюминия и меди, будучи частицами с разным электрическим потенциалом, начинают принимать участие в процессе течения тока. Начинается процесс, известный как «электролиз», в ходе которого ионы переносят заряды и перемещаются сами, а ионы, как широко известно, - это частицы металлов проводников. При их перемещениях соответствующий металл разрушается с образованием раковин и пустот, исключая тем самым надежный электрический контакт. А плохой контакт начинает греться, становится при этом еще хуже. И чем влажнее окружающий воздух, тем более интенсивно протекают все перечисленные выше процессы. Помимо этого, недостатком известного устройства является низкий КПД по причине, аналогично патенту РФ 2575332, бесполезного нагрева элементов токами Фуко.It is also known that aluminum and copper form a "galvanic pair", which will inevitably overheat at the point of contact. The oxides of the connected copper and aluminum conductors have the possibility of dissociation, that is, decay into charged ions. This dissociation is possible due to natural moisture, which is always in the air. The ions of aluminum and copper oxides, being particles with different electric potentials, begin to take part in the current flow. A process known as “electrolysis” begins, during which the ions carry charges and move themselves, and the ions, as is widely known, are particles of metal conductors. When they move, the corresponding metal is destroyed with the formation of shells and voids, thereby excluding reliable electrical contact. And bad contact begins to warm up, it becomes even worse. And the wetter the surrounding air, the more intensively all of the above processes occur. In addition, a disadvantage of the known device is its low efficiency due to, similarly to the RF patent 2575332, useless heating of elements by Foucault currents.
Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в устранении указанных недостатков, а именно упрощение конструкции магнитного тормоза и повышение его КПД и надежности.The technical problem to which the invention is directed is to eliminate these drawbacks, namely, simplifying the design of the magnetic brake and increasing its efficiency and reliability.
Поставленная задача достигается тем, что в известном магнитном тормозе, содержащем токопроводящую реактивную шину, образованную из медного материала, установленную на основании; постоянные с чередующейся полярностью магниты, прочно закрепленные в линию на нижней, с усиленной жесткостью, части тормозимого движущегося средства, которые установлены с возможностью расположения этой линии постоянных магнитов вдоль токопроводящей шины магнитного тормоза при следовании тормозимого средства к месту торможения, в отличие от него заявляемый магнитный тормоз содержит токопроводящую медную шину, выполненную с одной горизонтальной стенкой и не более чем с тремя установленными на ней вертикальными стенками. Также дополнительно содержит установленные по длине данной токопроводящей шины, в горизонтальной и вертикальных ее стенках, плоские электромагнитные катушки, изготовленные из изолированного медного материала, соединенные между собой по принятой в двигателестроении схеме, и статический обратимый полупроводниковый частотный преобразователь двухзвенного типа, образующий трехфазный источник переменного тока с регулируемой его частотой и амплитудой. Причем эти электромагнитные катушки соединены между собой таким образом, что при подключении их соответствующих выводов к данному полупроводниковому преобразователю образуется бегущее вдоль токопроводящей реактивной медной шины переменное, соответствующей направленности, электромагнитное поле. Токопроводящая медная шина образована таким образом, что две вертикальные поверхности ее противоположных друг другу вертикальных стенок совместно с поверхностью примыкающей к ним снизу горизонтальной стенки образуют П-образный перевернутый профиль. Число линий постоянных магнитов равно числу этих образованных П-образных профилей, а каждая линия постоянных магнитов установлена с возможностью расположения между всеми поверхностями данного П-образного профиля, с их плоскими электромагнитными катушками в стенках, при следовании тормозимого средства к месту торможения. При этом плоские электромагнитные катушки токопроводящей медной шины, расположенные в горизонтальной стенке ее П-образного профиле, разделены каждая на две части продольной, вдоль длины магнитного тормоза, вертикальной немагнитной переборкой, которая расположена таким образом, что каждая из этих частей находится под левой или соответственно правой стороной линии с чередующейся полярностью постоянных магнитов. Причем постоянные магниты выполнены из редкоземельного материала.The problem is achieved in that in a known magnetic brake containing a conductive jet bus formed of copper material mounted on the base; permanent magnets with alternating polarity, firmly fixed in a line on the lower, with increased stiffness, part of the braking moving means, which are installed with the possibility of arranging this line of permanent magnets along the conductive bus of the magnetic brake when the braking means is followed to the place of braking, in contrast to it, the claimed magnetic the brake contains a conductive copper bus made with one horizontal wall and with no more than three vertical walls mounted on it. It also additionally contains flat electromagnetic coils made of insulated copper material, installed along the length of this current-conducting bus, in its horizontal and vertical walls, interconnected according to the scheme adopted in engine building, and a two-link type static reversible semiconductor frequency converter forming a three-phase AC source with its adjustable frequency and amplitude. Moreover, these electromagnetic coils are interconnected in such a way that when their respective terminals are connected to this semiconductor converter, an alternating electromagnetic field corresponding to the direction of the conductive reactive copper bus is formed. The conductive copper bus is formed in such a way that two vertical surfaces of its opposite vertical walls, together with the surface of the horizontal wall adjacent to them from below, form a U-shaped inverted profile. The number of lines of permanent magnets is equal to the number of these formed U-shaped profiles, and each line of permanent magnets is installed with the possibility of location between all surfaces of this U-shaped profile, with their flat electromagnetic coils in the walls, when the braking means follows to the place of braking. In this case, the flat electromagnetic coils of the conductive copper bus located in the horizontal wall of its U-shaped profile are each divided into two parts of a longitudinal, along the length of the magnetic brake, vertical non-magnetic bulkhead, which is located so that each of these parts is under the left or, respectively the right side of the line with alternating polarity of the permanent magnets. Moreover, the permanent magnets are made of rare earth material.
Каждая из электромагнитных плоских катушек, установленных в горизонтальной и вертикальных стенках токопроводящей медной шины, в частном случае выполнена в форме параллелепипеда с прямоугольными гранями, отстоящего на расстоянии от такого же смежного с ним.Each of the electromagnetic flat coils installed in the horizontal and vertical walls of the conductive copper bus, in the particular case is made in the form of a parallelepiped with rectangular faces, spaced at a distance from the same adjacent to it.
Технологически целесообразно такое выполнение электромагнитных плоских катушек, когда электромагнитные плоские катушки, установленные в горизонтальной и вертикальных стенках токопроводящей медной шины, выполнены каждая в форме параллелепипеда с прямоугольными гранями, расположены в данных стенках с примыканием друг к другу по своим торцам и образуют в них совместно единый изолированный корпус в форме продольного параллелепипеда с прямоугольными гранями.Technologically feasible, this embodiment of electromagnetic flat coils, when electromagnetic flat coils installed in the horizontal and vertical walls of the conductive copper bus, are each made in the form of a parallelepiped with rectangular faces, are located in these walls adjacent to each other at their ends and together form a single insulated body in the form of a longitudinal parallelepiped with rectangular faces.
В предложенном магнитном тормозе за счет того, что токопроводящая шина выполнена в отличие от прототип, из одного конструкционного материала (меди), обеспечивается более простая и надежная его конструкция, равномерный нагрев и изменение линейных размеров, отсутствуют «гальванические пары», следовательно, отсутствует необходимость какого либо его контроля и осмотра, т.е. он является необслуживаемым. Медь обладает большей (примерно в 1,65 раза) по сравнению с алюминием электропроводностью, следовательно, тепловых потерь в ней будет во столько же раз меньше. Поэтому, несмотря на ее несколько большую по сравнению с алюминием стоимость, целесообразно применение именно медной шины.In the proposed magnetic brake due to the fact that the conductive bus is made, in contrast to the prototype, from one structural material (copper), its simpler and more reliable design, uniform heating and change in linear dimensions are ensured, there are no "galvanic pairs", therefore, there is no need any of its control and inspection, i.e. It is maintenance free. Copper has a greater (about 1.65 times) electrical conductivity compared with aluminum, therefore, the heat loss in it will be as much times less. Therefore, despite its slightly higher cost compared to aluminum, it is advisable to use a copper bus.
Постоянные магниты, выполненные из редкоземельных элементов, таких как неодим или самарий, обладают высокими энергетическими показателями: остаточная индукция Br - до 1,28-1,35 Тл (сплав Nd-Fe-B, марки Е-28, Е-30, Е-33, Е-38, Е-42), коэрцитивная сила - до 1440-2000 кА/м (марка Е-33); характеризуются высокой устойчивостью к размагничиванию (конкретно не является объектом притязаний, является НОУ-ХАУ), а именно около 2% за десять лет (для неодимовых постоянных магнитов), а также достаточно высокой рабочей температурой - до 180°С (для сплава Nd-Fe-B) и до 250°С (для сплава Sm-Co).Permanent magnets made of rare-earth elements, such as neodymium or samarium, have high energy performance: residual induction Br - up to 1.28-1.35 T (Nd-Fe-B alloy, grades E-28, E-30, E -33, E-38, E-42), coercive force - up to 1440-2000 kA / m (grade E-33); characterized by high resistance to demagnetization (it is not specifically the object of claims, it is KNOW-HOW), namely, about 2% per ten years (for neodymium permanent magnets), as well as a sufficiently high operating temperature - up to 180 ° C (for Nd-Fe alloy -B) and up to 250 ° C (for the Sm-Co alloy).
Электромагнитные плоские катушки могут быть расположены раздельно на некотором расстоянии отстоящие друг от друга. При таком исполнении в медной шине необходимо наличие множества, равного числу катушек, пазов с соответствующими геометрическими размерами, что незначительно удорожает ее изготовление.Electromagnetic flat coils can be located separately at a certain distance spaced from each other. With this design, a copper bus requires a set equal to the number of coils, grooves with the corresponding geometric dimensions, which slightly increases the cost of its manufacture.
Технологически целесообразно и такое расположение плоских электромагнитных катушек, при котором последние примыкают друг к другу по своим торцам, образуя совместно единый изолированный корпус в форме продольного параллелепипеда с прямоугольными гранями. Такое расположение катушек возможно в том случае, если они будут выполнены из единого толстого, например, медного продольного изолированного проводника прямоугольного сечения. В последнем случае появляется возможность избавиться от необходимости выполнения многочисленных пазов в медной шине.Technologically, it is also expedient to arrange flat electromagnetic coils in which the latter adjoin each other at their ends, forming together a single insulated body in the form of a longitudinal parallelepiped with rectangular faces. This arrangement of coils is possible if they are made of a single thick, for example, copper longitudinal insulated conductor of rectangular cross section. In the latter case, it becomes possible to get rid of the need to perform numerous grooves in the copper bus.
Статический обратимый (т.е. рекуперирующий или двунаправленный) полупроводниковый частотный преобразователь двухзвенного типа обеспечивает передачу электроэнергии переменного тока в обоих направлениях. Как известно, его функциональное предназначение и свойства позволяют достигнуть необходимого эффекта изобретения - разгон транспортного средства за счет подачи от данного преобразователя трехфазного переменного тока регулируемой частоты и амплитуды и соответственно образование бегущего вдоль токопроводящей медной шины переменного, соответствующей направленности, электромагнитного поля.A static reversible (i.e., recuperating or bi-directional) two-link type semiconductor frequency converter provides AC power transmission in both directions. As is known, its functional purpose and properties make it possible to achieve the desired effect of the invention — acceleration of a vehicle by supplying a three-phase alternating current from a given converter with adjustable frequency and amplitude and, accordingly, the formation of an electromagnetic field running along a conductive copper bus of an appropriate direction.
Магнитное торможение является более эффективным, т.к. постоянные магниты охватываются за счет П-образного перевернутого профиля реактивной шиной (ее сторонами) с трех сторон. Высокий КПД достигается за счет того, что часть кинетической энергии движущегося транспортного средства за вычетом омических потерь преобразуется в электрическую энергию необходимого качества. Кроме того, как изложено, предложенная конструкция магнитного тормоза позволяет осуществить двигательный его режим работы, т.е. при осуществлении подачи сторонней электроэнергии в индуктивные обмотки шины, образованные электромагнитными плоскими катушками, через двухзвенный частотный преобразователь плавно разгонять транспортное средство. Ввиду того, что первичный элемент с его П-образным перевернутым профилем, образованный стенками токопроводящей шины с медными ее индуктивными обмотками, будет создавать бегущее вдоль него электромагнитное поле, а вторичный элемент, являющийся частью транспортного средства, образованный постоянными магнитами с чередующейся их полярностью, начнет плавно перемещаться, то реализуется один из наиболее энергетически эффективных режимов - синхронный режим работы линейного электрического двигателя, при котором отсутствует скольжение и связанные с ним тепловые потери. Таким образом, получают дополнительный эффект изобретения - экономичный плавный разгон транспортного средства.Magnetic braking is more effective because Permanent magnets are covered by a U-shaped inverted profile with a reactive bus (its sides) on three sides. High efficiency is achieved due to the fact that part of the kinetic energy of a moving vehicle, minus ohmic losses, is converted into electrical energy of the required quality. In addition, as described, the proposed design of the magnetic brake allows its propulsion mode of operation, i.e. when supplying external electricity to the inductive windings of the bus formed by electromagnetic flat coils, smoothly accelerate the vehicle through a two-link frequency converter. Due to the fact that the primary element with its U-shaped inverted profile, formed by the walls of the conductive bus with its copper inductive windings, will create an electromagnetic field running along it, and the secondary element, which is part of the vehicle, formed by permanent magnets with alternating polarity, will start move smoothly, then one of the most energy-efficient modes is implemented - the synchronous mode of operation of a linear electric motor, in which there is no slipping and coupling thermal losses associated with it. Thus, an additional effect of the invention is obtained - economical smooth acceleration of the vehicle.
Электромагнитные плоские катушки, установленные в горизонтальной стенке токопроводящей медной шины П-образного перевернутого профиля, разделены между собой немагнитной переборкой таким образом, что каждая из них оказывается расположенной под левой или правой стороной линии чередующихся полярностью постоянных магнитов тормозимого (разгоняемого) транспортного средства. При этом немагнитная переборка, расположенная точно на границе северного и южного полюсов линии чередующихся постоянных магнитов, обеспечивает, во-первых, физическое разделение друг от друга соседних электромагнитных катушек, а во-вторых, служит для них магнитным экраном.Flat electromagnetic coils installed in the horizontal wall of the conductive copper busbar of a U-shaped inverted profile are separated by a non-magnetic bulkhead so that each of them is located under the left or right side of the line of alternating polarity of the permanent magnets of the braked (accelerated) vehicle. In this case, a non-magnetic bulkhead located exactly on the border of the north and south poles of the line of alternating permanent magnets provides, firstly, the physical separation of adjacent electromagnetic coils from each other, and secondly, serves as a magnetic screen for them.
Изобретение иллюстрируется фиг. 1-8. Фиг. 1 - магнитный тормоз, вид в разрезе по горизонтали (с раздельным размещением электромагнитных катушек); фиг. 2 - магнитный тормоз, вид в разрезе по горизонтали (с примыкающими друг к другу по своим торцам электромагнитными катушками); фиг. 3 - магнитный тормоз, вид сбоку; фиг. 4 - вид по поперечному сечению П-образного перевернутого профиля; фиг. 5 - внешний вид на медную шину вертикальной стенки шины (2) сбоку (крепление фиксирующих электромагнитные катушки крышек); фиг. 6 - внешний вид на медную шину горизонтальной стенки шины (2) снизу (крепление фиксирующих электромагнитные катушки крышек); фиг. 7а - технологическая медная крышка вертикальных стенок (вид со стороны плоских электромагнитных катушек); фиг. 7б - технологическая медная крышка вертикальных стенок (вид с торца); фиг. 8 - структурная схема полупроводникового частотного преобразователя двухзвенного типа.The invention is illustrated in FIG. 1-8. FIG. 1 - magnetic brake, horizontal sectional view (with separate placement of electromagnetic coils); FIG. 2 - magnetic brake, horizontal sectional view (with electromagnetic coils adjacent to each other at their ends); FIG. 3 - magnetic brake, side view; FIG. 4 is a cross-sectional view of a U-shaped inverted profile; FIG. 5 is a side view of the vertical busbar wall wall (2) on the copper bus (side fastening of the covers fixing the electromagnetic coils); FIG. 6 - bottom view of the horizontal busbar wall of the busbar (2) from the bottom (fastening of the covers fixing the electromagnetic coils); FIG. 7a - technological copper cover of vertical walls (view from the side of flat electromagnetic coils); FIG. 7b - technological copper cover of the vertical walls (end view); FIG. 8 is a structural diagram of a two-link type semiconductor frequency converter.
Заявляемый магнитный тормоз с выработкой электроэнергии на примере железнодорожного транспорта (фиг. 1) содержит постоянные редкоземельные (неодимовые) магниты (1) прямоугольной формы с двумя крепежными отверстиями (не показано) в каждом, с чередующейся полярностью, закрепленные на нижней, с усиленной жесткостью, части локомотива при помощи стальных болтов с потайной головкой (не показано) сквозь эти отверстия с внешней его стороны в одну или несколько (не показано) линий. Также содержит токопроводящую медную шину (2), выполненную с одной горизонтальной стенкой и двумя установленными на ней вертикальными (фиг. 4), образуя совместно П-образный перевернутый профиль таким путем, что две вертикальные поверхности данных противоположных друг другу вертикальных стенок совместно с поверхностью примыкающей к ним снизу горизонтальной стенки образуют данный П-образный перевернутый профиль. При этом медная шина (2) горизонтальной стенкой установлена на основании - неподвижных шпалах железнодорожного полотна станции остановки (не показано), и при движении транспортного средства его линия постоянных магнитов (1) оказывается между стенками этой медной шины (2). Причем число таких П-образных перевернутых профилей равно числу линий постоянных редкоземельных неодимовых магнитов. Т.е. возможно выполнение медной шины (2) и с тремя вертикальными стенками (не показано). Также он содержит плоские медные электромагнитные катушки (3) и (4), изготовленные из изолированного медного материала - проводника в форме прямоугольного сечения (не показано) (фиг. 1), размещенные по длине медной шины (2) в вертикальных и горизонтальной стенках с внешней стороны ее П-образного перевернутого профиля. Причем электромагнитные катушки (4), расположенные в горизонтальной стенке медной шины (2) П-образного перевернутого профиля, разделены между собой на две части немагнитной продольной вдоль длины магнитного тормоза переборкой (5) таким образом, что каждая из них оказывается расположенной под левой или правой стороной линии чередующихся полярностью постоянных магнитов тормозимого (разгоняемого) транспортного средства. При этом немагнитная переборка, расположенная точно на границе северного и южного полюсов линии чередующихся постоянных магнитов, обеспечивает, во-первых, физическое разделение друг от друга соседних электромагнитных катушек, а во-вторых, служит для них магнитным экраном. Магнитный тормоз также содержит статический обратимый (рекуперирующий, т.е. двунаправленный) полупроводниковый частотный преобразователь двухзвенного типа (6), образующий трехфазный источник переменного тока с регулируемой частотой и амплитудой, подключаемый к данным плоским электромагнитным катушкам (3) и (4). При этом полупроводниковый частотный преобразователь двухзвенного типа (6) установлен в служебном помещении (не показано) станции остановки.The inventive magnetic brake with power generation by the example of railway transport (Fig. 1) contains permanent rare-earth (neodymium) magnets (1) of rectangular shape with two mounting holes (not shown) in each, with alternating polarity, fixed to the bottom, with enhanced stiffness, parts of the locomotive with steel bolts with a countersunk head (not shown) through these holes from the outside to one or more (not shown) lines. It also contains a conductive copper bus (2), made with one horizontal wall and two vertical ones mounted on it (Fig. 4), forming together a U-shaped inverted profile in such a way that two vertical surfaces of these vertical walls are opposite to each other together with the adjacent surface to them from below the horizontal wall form this U-shaped inverted profile. In this case, the copper bus (2) is installed with a horizontal wall on the base — the fixed sleepers of the railway station stop (not shown), and when the vehicle is moving its line of permanent magnets (1) is between the walls of this copper bus (2). Moreover, the number of such U-shaped inverted profiles is equal to the number of lines of permanent rare-earth neodymium magnets. Those. it is possible to make a copper busbar (2) and with three vertical walls (not shown). It also contains flat copper electromagnetic coils (3) and (4) made of insulated copper material - a conductor in the shape of a rectangular cross-section (not shown) (Fig. 1), placed along the length of the copper bus (2) in the vertical and horizontal walls with the outer side of its U-shaped inverted profile. Moreover, the electromagnetic coils (4) located in the horizontal wall of the copper busbar (2) of the U-shaped inverted profile are divided into two parts of a non-magnetic longitudinal along the length of the magnetic brake bulkhead (5) so that each of them is located under the left or the right side of the line of alternating polarity of the permanent magnets of the braked (accelerated) vehicle. In this case, a non-magnetic bulkhead located exactly on the border of the north and south poles of the line of alternating permanent magnets provides, firstly, the physical separation of adjacent electromagnetic coils from each other, and secondly, serves as a magnetic screen for them. The magnetic brake also contains a static reversible (recuperating, i.e. bidirectional) semiconductor frequency converter of the two-link type (6), forming a three-phase AC source with adjustable frequency and amplitude, connected to these flat electromagnetic coils (3) and (4). In this case, the two-link type semiconductor frequency converter (6) is installed in the service room (not shown) of the stop station.
Электромагнитные катушки (3) и (4) уложены внутри медной шины (2), причем уложены таким образом, что охватываются ее противоположными параллельными гранями и герметично закрыты технологическими медными крышками (7) (фиг. 4-6) посредством болтов (8). Соединение электромагнитных катушек (3) и (4) каждой стенки между собой произведено посредством круглого гибкого многожильного медного кабеля с использованием изолированных кабельных наконечников - переходников с круглого сечения (гибкого многожильного медного кабеля) на прямоугольное (проводник электромагнитных катушек) (не показано). Для электрического соединения электромагнитных катушек (3) между собой и соответственно электромагнитных катушек (4) в технологических медных крышках (7) на внутренней их поверхности предусмотрены прямоугольной формы канавки (9) и (10) (фиг. 7а), форма соединения которых напоминает символ "Ж". Причем диагонально расположенные канавки (9) не имеют выхода на боковые грани этих медных крышек (7), а канавка этого символа (10), расположенная поперек медной крышки (7) (вдоль ее ширины) по ее центру, имеет выходы на боковые грани. Таким образом, через все медные технологические крышки (7) медной шины (2), примыкающие по боковым граням плотно друг к другу (фиг. 5 и 6), образуется сквозной канал по канавкам (10) по всей длине магнитного тормоза. Глубина этих канавок (9) и (10) "b" превышает ширину упомянутого медного изолированного проводника прямоугольного сечения электромагнитных катушек не менее чем на толщину изоляции (не показано) соединяемых выводов (изолированных кабельных наконечников - переходников) электромагнитных катушек (фиг. 7б) (3) и (4). Ширина "h" этих канавок (9) и (10) соответственно превышает высоту данного медного изолированного проводника прямоугольного сечения электромагнитных катушек не менее чем на толщину изоляции (не показано) соединяемых выводов (изолированных кабельных наконечников - переходников) электромагнитных катушек (фиг. 7а) (3) и (4). Причем глубина этих канавок (9) и (10) "b", а также их ширина "h" таковы, что в этих канавках уложен круглый упомянутый гибкий многожильный медный кабель с использованием изолированных кабельных наконечников - переходников с круглого сечения на прямоугольное (не показано).The electromagnetic coils (3) and (4) are stacked inside the copper busbar (2), and stacked in such a way that they are covered by its opposite parallel faces and hermetically closed by technological copper covers (7) (Fig. 4-6) by means of bolts (8). The electromagnetic coils (3) and (4) of each wall were connected to each other by means of a round flexible multicore copper cable using insulated cable lugs - adapters from a round cross-section (flexible multicore copper cable) to rectangular (conductor of electromagnetic coils) (not shown). To electrically connect the electromagnetic coils (3) to each other and, accordingly, the electromagnetic coils (4), technological copper covers (7) have rectangular grooves (9) and (10) on their inner surface (Fig. 7a), the connection form of which resembles the symbol "F". Moreover, the diagonally located grooves (9) do not have access to the side faces of these copper covers (7), and the groove of this symbol (10), located across the copper cover (7) (along its width) in its center, has exits to the side faces. Thus, through all the copper technological covers (7) of the copper bus (2) adjoining tightly to each other along the lateral faces (Figs. 5 and 6), a through channel is formed along the grooves (10) along the entire length of the magnetic brake. The depth of these grooves (9) and (10) "b" exceeds the width of the aforementioned copper insulated conductor of rectangular cross section of the electromagnetic coils by at least the thickness of the insulation (not shown) of the connected terminals (insulated cable lugs - adapters) of the electromagnetic coils (Fig. 7b) ( 3) and (4). The width "h" of these grooves (9) and (10), respectively, exceeds the height of a given copper insulated conductor of rectangular cross section of electromagnetic coils by no less than the thickness of insulation (not shown) of the connected terminals (insulated cable lugs - adapters) of electromagnetic coils (Fig. 7a) (3) and (4). Moreover, the depth of these grooves (9) and (10) "b", as well as their width "h", are such that the round mentioned flexible multicore copper cable is laid in these grooves using insulated cable lugs - adapters from round to rectangular (not shown) )
Технологические медные крышки горизонтальной стенки медной шины (2) также имеют прямоугольной формы канавки (9) и (10), форма соединения которых также напоминает символ "Ж". Отличием является то, что каждая из этих крышек содержит двойной комплект канавок, образующих два одинаковых по форме символа "Ж", симметрично расположенных относительно ее поперечной линии (не показана), разделяющей площадь этой поверхности крышки пополам (фиг. 6), Таким образом, каждый символ "Ж" каждой технологической медной крышки оказывается расположенным под электромагнитными катушками (4), разделенными в свою очередь между собой на две части немагнитной продольной вдоль длины магнитного тормоза переборкой (5).Technological copper covers of the horizontal wall of the copper busbar (2) also have a rectangular shape grooves (9) and (10), the connection form of which also resembles the symbol "G". The difference is that each of these covers contains a double set of grooves, forming two identical in shape of the symbol "G", symmetrically located relative to its transverse line (not shown), dividing the area of this surface of the cover in half (Fig. 6), Thus, each symbol “G” of each technological copper cover is located under the electromagnetic coils (4), which in turn are divided into two parts by a non-magnetic bulkhead along the length of the magnetic brake (5).
Причем для лучшего охлаждения медной шины и электромагнитных катушек (3) и (4) поверхность внешней стороны медных крышек этих катушек выполнена ребристой (не показано) аналогично внешней (наружной) части статора (обычного) асинхронного электродвигателя. При этом каждая из электромагнитных катушек (3) и (4) (фиг. 1), установленных в горизонтальной и вертикальных стенках токопроводящей медной шины (2), выполнена в форме параллелепипеда с прямоугольными гранями, отстоящего в частном случае на расстоянии от такого же параллелепипеда, смежного с ним, и изготовленного из изолированного медного материала (фиг. 1).Moreover, for better cooling of the copper busbar and electromagnetic coils (3) and (4), the surface of the outer side of the copper covers of these coils is made ribbed (not shown) similarly to the external (external) part of the stator of the (ordinary) asynchronous electric motor. Moreover, each of the electromagnetic coils (3) and (4) (Fig. 1), installed in the horizontal and vertical walls of the conductive copper bus (2), is made in the form of a parallelepiped with rectangular faces, spaced in the particular case at a distance from the same parallelepiped adjacent to it and made of insulated copper material (Fig. 1).
Электромагнитные катушки (3) и (4) (фиг. 4), установленные в горизонтальной и вертикальных стенках данной медной токопроводящей шины (2), изготовлены также из медного изолированного материала, выполнены каждая в форме параллелепипеда с прямоугольными гранями и расположены в данных стенках в другом частном случае с примыканием друг к другу по своим торцам и образуют в них совместно единый изолированный корпус в форме продольного параллелепипеда с прямоугольными гранями.Electromagnetic coils (3) and (4) (Fig. 4) installed in the horizontal and vertical walls of this copper conductive bus (2) are also made of copper insulated material, each is made in the form of a parallelepiped with rectangular faces and located in these walls in In another particular case, they adjoin each other at their ends and form together a single insulated casing in the form of a longitudinal parallelepiped with rectangular faces.
Электромагнитные катушки каждой соответствующей стенки соединены между собой последовательно (не показано) с чередованием трех фаз сети А, В и С, образуя, таком образом, фазы обмотки, а именно последовательно чередующиеся разноименные электромагнитные полюса, создаваемые данной обмоткой возбуждения. Все три фазы обмотки возбуждения каждой стенки являются симметричными, т.е. в каждой из них содержится равное количество электромагнитных катушек, одинаково соединенных между собой и симметрично расположенных в магнитном поле магнитного тормоза. При этом условии суммарные ЭДС в фазах равны по величине и сдвинуты относительно друг друга на 
Причем магнитный тормоз электрически соединен с полупроводниковым частотным преобразователем двухзвенного типа (6), установленным в служебном помещении (не показано) станции остановки, посредством медного кабеля, расположенным под землей в соответствии со всеми техническими нормами, а весь кабельный монтаж выполнен в соответствии с техническими нормами защиты кабелей от механических повреждений.Moreover, the magnetic brake is electrically connected to a two-link type semiconductor frequency converter (6) installed in the service room (not shown) of the stop station, by means of a copper cable, located underground in accordance with all technical standards, and the entire cable installation is made in accordance with technical standards protect cables from mechanical damage.
Заявляемый магнитный тормоз с осуществляемой выработкой электроэнергии и возможностью разгона и торможения железнодорожного транспортного средства используют следующим образом. При подходе железнодорожного транспортного средства (не показано) с большой скоростью "υ" к станции остановки (не показано) линия его постоянных магнитов (1) проходит между всех трех поверхностей П-образного перевернутого профиля токопроводящей медной шины (2). Магнитный поток чередующихся полярностью постоянных редкоземельных (неодимовых) магнитов (1) индуцирует в данный момент в соответствии с законом электромагнитной индукции Фарадея и правилом Ленца в этой медной шине (2) индукционный ток (не затухающие вихревые токи Фуко) такого направления, что создаваемый собственный встречный магнитный поток (не показано) этого тока препятствует изменению воздействующего внешнего магнитного потока, т.е. потока от постоянных магнитов (1). Электрическое сопротивление медной шины, как массивного проводника, достаточно мало, поэтому вихревые токи Фуко достигают большой силы. Известно, что движущиеся в сильном магнитном поле хорошие проводники испытывают сильное торможение, обусловленное взаимодействием вихревых токов Фуко с магнитным полем. В данном же случае тормозиться будет линия постоянных магнитов и соответственно жестко скрепленное с ней железнодорожное транспортное средство. Таким образом, транспортное средство эффективно тормозится. Т.к. медь является слабым диамагнетиком (магнитная проницаемость μ≤1, а магнитная восприимчивость χ<0), переменное магнитное поле движущихся постоянных магнитов, проходя сквозь медную шину, будет индуцировать электродвижущую силу (ЭДС) также и в плоских медных катушках (3) и (4). При подключении последних через соответствующие выводы I, II и III к нагрузке через обратимый полупроводниковый частотный преобразователь (6) по катушкам (3) и (4), соединенным между собой последовательно, будет проходить вырабатываемый полезно используемый переменный электрический ток, что увеличивает КПД используемого магнитного тормоза. Причем магнитный поток этого переменного тока плоских катушек и вихревых индукционных токов Фуко в медной шине направлен согласно между собой и встречно, в соответствии с правилом Ленца магнитному потоку их вызвавшему, т.е. магнитному потоку постоянных магнитов. Таким образом, плоские катушки (3) и (4) будет пересекать практически одновременно как магнитный поток токов вихревых индукционных токов Фуко медной шины, так и магнитный поток постоянных магнитов.The inventive magnetic brake with ongoing power generation and the possibility of acceleration and braking of a railway vehicle is used as follows. When approaching a railway vehicle (not shown) with a high speed "υ" to the stop station (not shown), the line of its permanent magnets (1) passes between all three surfaces of the U-shaped inverted profile of the conductive copper bus (2). The magnetic flux of alternating polarity of permanent rare-earth (neodymium) magnets (1) currently induces, in accordance with the Faraday law of electromagnetic induction and the Lenz rule in this copper bus (2), an induction current (non-decaying Foucault eddy currents) in such a direction that creates its own counter a magnetic flux (not shown) of this current prevents a change in the acting external magnetic flux, i.e. flux from permanent magnets (1). The electrical resistance of a copper bus, as a massive conductor, is quite small, so the Foucault eddy currents reach a large force. It is known that good conductors moving in a strong magnetic field experience strong drag due to the interaction of Foucault eddy currents with a magnetic field. In this case, the line of permanent magnets and, accordingly, a railway vehicle rigidly fastened to it will be braked. Thus, the vehicle is effectively braked. Because copper is a weak diamagnet (magnetic permeability μ≤1, and magnetic susceptibility χ <0), an alternating magnetic field of moving permanent magnets passing through the copper bus will induce electromotive force (EMF) also in flat copper coils (3) and (4 ) When connecting the latter through the corresponding terminals I, II and III to the load through a reversible semiconductor frequency converter (6) through coils (3) and (4) connected in series, the generated useful alternating electric current will pass, which increases the efficiency of the used magnetic the brakes. Moreover, the magnetic flux of this alternating current of the flat coils and the Foucault eddy currents in the copper bus is directed according to each other and counter, in accordance with the Lenz rule, to the magnetic flux that caused them, i.e. magnetic flux of permanent magnets. Thus, the flat coils (3) and (4) will intersect almost simultaneously both the magnetic flux of the currents of the eddy currents of the Foucault copper bus, and the magnetic flux of permanent magnets.
По мере снижения скорости железнодорожного транспортного средства скорость изменения магнитного потока, проходящего через медную шину (2) и размещенные в ней плоские электромагнитные катушки (3) и (4), уменьшается, соответственно уменьшается величина наведенных в них индукционных токов и создаваемое ими, воздействующее на линию постоянных магнитов и соответственно на железнодорожное транспортное средство тормозное усилие.As the speed of the railway vehicle decreases, the rate of change of the magnetic flux passing through the copper bus (2) and the flat electromagnetic coils (3) and (4) placed in it decreases, respectively, the magnitude of the induced currents induced in them and the line of permanent magnets and, accordingly, the railway vehicle braking force.
Для разгона железнодорожного транспортного средства в плоские катушки (3) и (4) медных шин (2) подают трехфазный переменный ток регулируемой частоты и амплитуды от обратимого полупроводникового частотного преобразователя (6), установленного в служебном помещении, питаемого, в свою очередь, от стандартной трехфазной сети переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц. Этими плоскими катушками (3) и (4) образуется бегущее вдоль медных шин (2) электромагнитное поле. Магнитосвязанное с полем постоянных магнитов это электромагнитное поле приводит к синхронному движению с ним железнодорожного транспортного средства. Таким образом, осуществляется двигательный режим работы заявляемого магнитного тормоза, позволяющий плавно разгонять данное транспортное средство. Первичный элемент, образованный тремя токопроводящими медными шинами (2) с медными обмотками (3) и (4), будет создавать бегущее вдоль него электромагнитное поле, а вторичный элемент, являющийся частью транспортного средства, образованный постоянными магнитами (1) с чередующейся их полярностью, начнет плавно перемещаться, т.о. реализуется один из наиболее энергетически эффективных режимов - синхронный режим работы линейного электрического двигателя, при котором отсутствует скольжение и связанные с ним тепловые потери. Таким образом, образуется дополнительный эффект изобретения - экономичный плавный разгон транспортного средства.To accelerate a railway vehicle, three-phase alternating current of adjustable frequency and amplitude from a reversible semiconductor frequency converter (6) installed in the office premises, fed, in turn, from a standard one, is supplied to the flat coils (3) and (4) of copper buses (2) three-phase alternating current network voltage of 380 V and a frequency of 50 Hz. These flat coils (3) and (4) form an electromagnetic field running along the copper busbars (2). Magnetically connected with the field of permanent magnets, this electromagnetic field leads to the synchronous movement of a railway vehicle with it. Thus, the motor mode of operation of the inventive magnetic brake is carried out, allowing you to smoothly accelerate this vehicle. The primary element formed by three conductive copper busbars (2) with copper windings (3) and (4) will create an electromagnetic field running along it, and the secondary element, which is part of the vehicle, formed by permanent magnets (1) with alternating polarity, begins to move smoothly, i.e. one of the most energy-efficient modes is implemented - the synchronous mode of operation of a linear electric motor, in which there is no slip and associated heat loss. Thus, an additional effect of the invention is formed - economical smooth acceleration of the vehicle.
Т.к. частоту тока, подаваемого в плоские медные электромагнитные катушки при разгоне железнодорожного транспортного средства специально программно (не показано, используют метод частотного регулирования с самосинхронизацией) регулируют достаточно малой величины, то наводимые в медных шинах при этом вихревые индукционные токи Фуко также будут малы. Поэтому они практически не будут снижать магнитный поток (и соответствующий пропорциональный ему электромагнитный движущий момент), создаваемый плоскими катушками, и соответственно замедлять процесс разгона. При этом используют обратимый полупроводниковый частотный преобразователь. Его типовая схема содержит, как известно, два типовых трехфазных мостовых обратимых последовательно соединенных (фиг.8) преобразователя напряжения (далее ОПН1 (11) и ОПН2 (12)) на IGBT транзисторах, а также и входные индуктивные реакторы L (13), емкостной фильтр высших гармоник Сф (14). При разгоне транспортного средства ОПН1 работает в выпрямительном режиме, выпрямляя подаваемый переменный синусоидальный ток от стандартной сети напряжением 380 В и частотой 50 Гц, потребляемый им из сети. Второй ОПН2, работающий в инверторном режиме, инвертирует выпрямленное с помощью ОПН1 и сглаженное с помощью емкостного фильта Сф постоянное напряжение в необходимое переменное синусоидальное напряжение с требуемой программно (не показано, используют метод частотного регулирования с самосинхронизацией) амплитудой и частотой и передает в электромагнитные катушки данной токопроводящей шины магнитного тормоза (15), электрически соединенные с ним. Образуется ее бегущее электромагнитное поле соответствующей направленности. Таким путем достигается дополнительный эффект изобретения - возможность разгона транспортного средства при его отправлении, т.е. повышается функциональность его использования.Because the frequency of the current supplied to the flat copper electromagnetic coils during acceleration of a railway vehicle is specially programmed (not shown, using the frequency regulation method with self-synchronization) is sufficiently small, then the Foucault eddy currents induced in copper buses will also be small. Therefore, they will practically not reduce the magnetic flux (and the corresponding electromagnetic driving torque proportional to it) created by flat coils, and accordingly slow down the acceleration process. In this case, a reversible semiconductor frequency converter is used. Its typical circuit contains, as you know, two typical three-phase bridge reversible voltage converters (hereinafter referred to as OPN1 (11) and OPN2 (12)) connected to IGBT transistors, as well as input inductive reactors L (13), capacitive high harmonics filter C f (14). When the vehicle accelerates, the
А при торможении транспортного средства ОПН2 данного преобразователя, подключенный к плоским электромагнитным катушкам токопроводящей медной шины (2), переходит в выпрямительный режим, а его ОПН1, подключенный к сети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии торможения транспортного средства в сеть. Это повышает КПД изобретения. Если задать (условно) схеме управления на входе cosϕ=±1, то во всех режимах при регулировании времени разгона и соответственно времени торможения транспортного средства из сети будет потребляться или соответственно в сеть будет отдаваться практически только активная мощность, а переменный ток будет практически синусоидален, благодаря чему вредное воздействие на питающую сеть будет минимальным, что повышает качество вырабатываемой электроэнергии.And when the vehicle brakes, the arrester of this converter, connected to the flat electromagnetic coils of the conductive copper bus (2), goes into rectifier mode, and its arrester1 connected to the network, into inverter mode. In this case, the braking energy of the vehicle is recovered to the network. This increases the efficiency of the invention. If you set (conditionally) the control circuit at the input cosϕ = ± 1, then in all modes when adjusting the acceleration time and, accordingly, the braking time of the vehicle, the network will be consumed or, accordingly, only active power will be given to the network, and the alternating current will be almost sinusoidal, due to which the harmful effect on the supply network will be minimal, which increases the quality of the generated electricity.
Предложенный магнитный тормоз используется как с выработкой электроэнергии, так и возможностью разгона железнодорожного транспортного средства. По сравнению с прототипом он имеет более надежную конструкцию за счет того, что токопроводящая шина выполнена из одного конструкционного материала, обеспечивается ее равномерный нагрев и одинаковое по всей длине и объему изменение линейных размеров; является необслуживаемым, и здесь отсутствуют «гальванические пары». Достаточно большая эффективность обеспечивается за счет того, что постоянные магниты охватываются стенками реактивной шины не с двух, а с трех сторон. Повышенный КПД достигается за счет того, что часть кинетической энергии движущегося железнодорожного транспортного средства за вычетом омических потерь в медной шине и плоских катушках преобразуется в электрическую энергию, рекуперируемую с помощью обратимого полупроводникового частотного преобразователя в сеть переменного тока. Кроме того, предложенная конструкция магнитного тормоза позволяет его использовать не только для торможения, но для плавного экономичного разгона железнодорожного транспортного средства, реализуя подобие режима синхронного линейного электрического двигателя. Таким образом, получаемый дополнительный эффект изобретения - экономичный плавный разгон транспортного средства.The proposed magnetic brake is used both with power generation and with the possibility of acceleration of a railway vehicle. Compared with the prototype, it has a more reliable design due to the fact that the conductive busbar is made of one structural material, its uniform heating and uniform change in linear dimensions along the entire length and volume are ensured; is unattended, and there are no "galvanic couples". A sufficiently large efficiency is ensured due to the fact that the permanent magnets are covered by the walls of the reactive bus not from two, but from three sides. Increased efficiency is achieved due to the fact that part of the kinetic energy of a moving railway vehicle, minus ohmic losses in a copper bus and flat coils, is converted into electrical energy recovered with the help of a reversible semiconductor frequency converter into an alternating current network. In addition, the proposed design of the magnetic brake allows it to be used not only for braking, but for smooth economical acceleration of a railway vehicle, realizing a semblance of a synchronous linear electric motor mode. Thus, the obtained additional effect of the invention is an economical smooth acceleration of the vehicle.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124218A RU2621906C1 (en) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | Magnetic brake |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016124218A RU2621906C1 (en) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | Magnetic brake |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2621906C1 true RU2621906C1 (en) | 2017-06-08 |
Family
ID=59032267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016124218A RU2621906C1 (en) | 2016-06-17 | 2016-06-17 | Magnetic brake |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2621906C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212388U1 (en) * | 2022-02-28 | 2022-07-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | ELECTROMAGNETIC BRAKE FOR MINING TRANSPORT |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6062350A (en) * | 1995-04-13 | 2000-05-16 | Alfons Saiko | Braking system for an amusement device |
| RU2205113C1 (en) * | 2002-07-15 | 2003-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Мир" | Magnetic brake |
| RU2575332C2 (en) * | 2010-11-22 | 2016-02-20 | Альстом Транспорт Текнолоджис | Railway car bogie with brake actuated by whirling currents |
-
2016
- 2016-06-17 RU RU2016124218A patent/RU2621906C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6062350A (en) * | 1995-04-13 | 2000-05-16 | Alfons Saiko | Braking system for an amusement device |
| RU2205113C1 (en) * | 2002-07-15 | 2003-05-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Конструкторское бюро "Мир" | Magnetic brake |
| RU2575332C2 (en) * | 2010-11-22 | 2016-02-20 | Альстом Транспорт Текнолоджис | Railway car bogie with brake actuated by whirling currents |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU212388U1 (en) * | 2022-02-28 | 2022-07-20 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | ELECTROMAGNETIC BRAKE FOR MINING TRANSPORT |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Lv et al. | Investigation of forces and secondary losses in linear induction motor with the solid and laminated back iron secondary for metro | |
| EP2999652B1 (en) | Self-propelled elevator with wireless power supply | |
| JP3920358B2 (en) | Magnetic levitation vehicle travel system | |
| JP3672530B2 (en) | System combining permanent magnet excitation synchronous motor and non-contact power supply | |
| Jang et al. | Characteristic analysis of eddy-current brake system using the linear Halbach array | |
| CN105691234B (en) | A kind of magnetic-levitation train non-contact power coupling device and magnetic-levitation train | |
| ES2669188T3 (en) | Drive system with electromagnetic energy transfer | |
| CA2527030C (en) | Transport system | |
| CN105083029B (en) | AC excitation High-Speed Eddy Braking device and its braking method | |
| Shimode et al. | A study of structure of inductive power transfer coil for railway vehicles | |
| Lv et al. | Influence of secondary constructions on transverse forces of linear induction motors in curve rails for urban rail transit | |
| CN108736687B (en) | Linear induction motor based on V type groove secondary structure | |
| Lv et al. | Analysis of forces in single‐side linear induction motor with lateral displacement for linear metro | |
| CN109698600B (en) | Linear motor with auxiliary weak magnetic structure | |
| RU2621906C1 (en) | Magnetic brake | |
| CN101179224A (en) | Full-magnetic barrier type dual-field excitation linear synchronous generator | |
| Lindh et al. | Influence of wedge material on losses of a traction motor with tooth-coil windings | |
| CN107968546B (en) | A kind of transverse magnetic flux high-temperature superconducting magnetic levitation linear motor for rail traffic | |
| CN107251174B (en) | Method for the power conversion unit of system of induction type power transmission, manufacture and operational power transmission unit | |
| Zhang et al. | Magnetic-thermal coupled analysis of eletromagnets for medium-speed maglev train | |
| CN111327174A (en) | Coreless long stator permanent magnet linear synchronous motor | |
| RU2666073C1 (en) | System for collecting electricity from railways | |
| Lv et al. | Analysis on the Air-Gap Magnetic Flux Density and Propulsion of the TFLSM Considering Cogging Effect | |
| CN212708970U (en) | Vehicle-mounted wireless power transmission device suitable for vacuum pipeline maglev train | |
| Fujii et al. | Basic consideration of end effect compensator of linear induction motor for transit |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180618 |