專利名稱：一種混合型勵磁結構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種勵磁結構，尤其是涉及一種混合型勵磁結構。
背景技術：
制動技術是高速列車九大關鍵技術之一。隨著列車速度的不斷提升，對制動技術 的性能要求也越來越高。目前，我國的電氣化列車普遍采用動力制動與摩擦制動相結合的模式。動力制動 方式具有節能、環保、控制性能好等優勢，但由于容量的限制、安全性的考慮和拖車制動、緊 急制動、非常制動等要求，往往并不能獨立滿足列車制動的需要。空氣制動系統以及在此基 礎上發展的電空、電液制動是目前采用的主要制動方式。上述制動方式都是通過列車車輪 和鋼軌之間的粘著來傳遞制動力的，即系統采用的都是粘著制動系統，制動過程都要受到 粘著限制。同時由于高速列車的巨大動能要在短時間內消耗在車輛的摩擦副上，因而熱限 制也制約了速度的進一步提高。隨著列車速度的不斷提升，粘著制動的應用受到了很大的 限制。因此，采用非粘著制動的軌道渦流制動因其磨損小、控制性能好等優勢，被公認為是 最有希望的下一代高速列車制動系統。普通的渦流制動系統通常通過勵磁線圈產生電磁場，進而產生電渦流和制動力進 行制動。這種勵磁結構在整個制動過程中都通過勵磁電流進行制動控制，因此會造成勵磁 功率過大造成能量損耗過高，并由此引發的發熱等問題，從而影響制動效果。另外，當列車 出現惡劣工況，勵磁電路系統失電時，該制動系統將因為缺乏勵磁電流而徹底失效，缺乏故 障安全導向。為此，ICE3安裝了大容量的鎳鎘電池作為后備電源，并另外安裝了附加的摩 擦制動系統作為冷備冗余，但渦流軌道制動系統本身的弱點已然存在，且影響了列車的輕 量化。其次，當列車停放時電源切斷，自然渦流制動系統不能工作。針對上述問題，需要設計開發新型的列車制動系統，并通過對制動系統中關鍵元 件和結構的合理設計實現高速列車的有效制動。勵磁結構是渦流制動系統中的最關鍵元件 之一，用來產生制動渦流進而產生列車制動力，實現列車的制動。勵磁結構的合理設計能夠 有效的控制和解決上述提到的渦流制動中存在的一系列問題，對列車制動技術的改善和提 高具有重要意義。
發明內容
本發明的目的在于提供一種混合型勵磁結構，利用此結構設計渦流制動系統能夠 改善現有的軌道渦流制動中存在的缺點和問題，實現列車安全可靠的制動效果。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是本發明包含具有多個電樞線圈，在每個電樞線圈沿鋼軌方向上前后排列，在每個 電樞線圈內部設有極靴，每個電樞線圈在內部和外部沿鋼軌方向上緊隨其后的線圈交替連 接，在每個極靴上面分別安裝永磁磁極，在全部永磁磁極上端安裝磁軛，在每個極靴的下端 均安裝磨耗板。
本發明具有的有益的效果是本發明通過永磁體和勵磁線圈的交叉應用，一方面能夠通過勵磁線圈激勵電流大 小的調節，實現制動力大小的控制，進而動態控制列車的減速過程，通過勵磁線圈勵磁電流 方向的控制，能夠進行反向勵磁，形成與永磁體磁場相反的磁場，實現磁極系統的去磁，有 助于整個制動系統的復位提升；另一方面，利用永磁體的磁引力進行粘著制動控制，可以在 一定工況保持勵磁線圈最小的激勵電流，實現系統的節能效果，并在一定程度上降低了勵 磁電流的發熱，對原系統中存在的發熱問題也有一定的優化效果。通過對磁極結構中的磨 耗板采用銅金屬等軟金屬材料，能夠在粘著制動階段充分保護列車軌道避免受到過大的摩 擦損耗，最大程度的降低系統的工作和維修成本。
圖1是本發明混合式勵磁系統制動結構原理圖。圖2是本發明混合式勵磁結構原理圖。圖3是圖2的側視圖。圖中1、軌道，2、永磁體，3、電樞線圈，4磨耗板，5、極靴，6、磁軛。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。如圖1、圖2、圖3所示，本發明包含具有多個電樞線圈3，在每個電樞線圈3沿鋼軌 1方向上前后排列，在每個電樞線圈3內部設有極靴5，每個電樞線圈3在內部和外部沿鋼 軌1方向上緊隨其后的線圈交替連接，在每個極靴5上面分別安裝永磁磁極2，在全部永磁 磁極上端安裝磁軛6，在每個極靴5的下端均安裝磨耗板4。如圖1所示，顯示了該混合勵磁系統的制動原理。當列車處于制動狀態時，該混合勵磁系統與列車的軌道1位置接近，并保持6_7mm 空氣氣隙，在列車高速運行狀態下，該系統中的電樞線圈4形成的電磁體和永磁體2產生的 磁場與列車的軌道1之間形成渦流，該渦流在列車運行方向的反方向形成制動力，阻止列 車運行，產生制動。隨著制動過程進行，列車速度的逐漸下降，渦流制動力逐漸減小，為了保 證列車的制動速度，該混合型勵磁系統中的電樞線圈4產生輔助勵磁電流進行正向激勵， 對制動力進行調節，實現列車制動過程可動態調節。隨著列車在高速運行過程中的渦流制動過程，列車速度的逐漸下降，當列車速度 到達臨界值滿足粘著制動的要求時，在永磁體2磁引力作用下，該混合勵磁系統與列車的 軌道1接觸，轉為依靠磨耗板4與軌道1之間摩擦的粘性制動方式，此時依靠永磁體2磁引 力即可滿足磨耗板4與軌道1之間摩擦制動力要求，可以將電樞線圈3的輔助勵磁電流調 節到很小甚至關閉，實現制動過程的節能效果，并控制制動過程勵磁電流的發熱問題。當列車制動完成，處于停放制動狀態時，可以關閉電樞線圈3的勵磁電流，利用永 磁體2磁引力實現磨耗板4與軌道1之間的擠壓摩擦，從而實現列車的停靠制動，這樣列車 在列車的停靠時間內避免了電流損耗，實現了節能和有效控制發熱的效果。當列車制動完成，進行制動緩解和位置恢復時，該混合勵磁系統中的電樞線圈3 的輔助勵磁電流進行反向激勵，形成與永磁體2磁極反向磁場力，使制動系統與列車的軌道1之間的磁引力大大減小，從而是整個制動系統能夠在較小的恢復力下進行復位。當列車發生極其惡劣的工況出現斷電，電樞線圈3出現故障斷電勵磁效果失效， 可以通過永磁體2磁極的勵磁效果進行制動，確保在惡劣工況下也能進行列車的制動，制 動過程具有安全導向，提高了制動系統的可靠性和安全性。因此，該混合式勵磁系統設計可以實現故障導向安全的工作模式，并可以用于停 放制動。同時，由于制動過程中多處節能設計，使該系統的勵磁電流僅為原系統的30%左 右，大大降低了勵磁損耗和發熱。如圖2、圖3所示，顯示了該混合式勵磁結構圖。該混合式勵磁結構包含具有多個 磁極的電磁體，在縱向方向上前后排列。磁極內部具有極靴5，極靴5外面上纏繞電樞線圈 4，這些線圈在內部和外部與縱向方向上緊隨其后的線圈交替連接，電樞線圈4中的勵磁電 流可以分別進行正向和反向，電流的大小可調，實現制動過程的動態調節。在各個極靴5上 面分別安裝永磁體2，永磁體2的磁極方向與電樞線圈4正向電流激勵使磁場方向一致。在 永磁鐵上端安裝磁軛6用于磁力線的疏導，在極靴5下端安裝磨耗板4，磨耗板4的材料采 用銅等軟金屬，保證在磨耗板與列車鋼軌接觸摩擦制動階段，能夠保護列車鋼軌最低限度 的摩擦損壞。利用在極靴上纏繞電樞線圈產生電磁場，在極靴的上端位置并置永磁極，形成混 合激勵結構，在永磁極上側設置磁軛調節磁場分布，在勵磁結構的低端安裝磨耗板，用于列 車在低速運行時的粘性制動，多個混合磁極結構并列排置，構成整個制動裝置的勵磁系統。勵磁結構采用電樞線圈和永磁磁極混合激勵的結構形式，這種結構具有五方面的 優勢。第一，當列車發生極其惡劣的工況出現斷電，電樞線圈斷電勵磁效果失效時，可以通 過永磁磁極的勵磁效果進行制動，確保在惡劣工況下列車的順利制動，大大提高了制動的 可靠性和安全性，制動效果的安全導向大大提高；第二，在列車正常制動過程中，可以利用 電樞線圈和永磁磁極結構的混合激勵作用進行制動過程控制，利用電樞線圈激勵電流大小 的控制進行制動力的調節，從而控制列車制動加速度的大小，實現列車制動過程的動態控 制，達到列車制動效果的最優控制；第三，當列車進入粘著制動過程后，可以關閉電樞線圈 的勵磁電流，利用永磁體的磁引力進行粘著制動控制，從而可以極大的節約能源，減少動力 損耗，進而控制勵磁電流產生的發熱問題；第四，該磁極結構可以用于列車的停放制動，當 列車在列車停放過程中，可以關閉電樞線圈的勵磁電流，利用永磁體的磁引力進行制動，可 以大大降低系統的能量損耗，具有節能效果。第五，當制動完成進行制動系統復位恢復時， 可以利用電樞線圈反向勵磁電流的激勵作用產生與永磁磁極反向的磁場，利用勵磁磁場引 力抵消永磁磁場的磁引力，從而是整個制動系統能夠在較小的恢復力下進行復位。磁極結構中的磨耗板采用銅等軟金屬材料。在制動過程中渦流制動使列車速度降 低，當列車速度到達臨界值滿足粘著制動的要求時，制動器在磁引力的作用下與軌道接觸， 轉為依靠磨耗板與鋼軌之間摩擦的磁軌制動方式。此時采用軟金屬材料的磨耗板與列車鋼 軌摩擦，能夠保護列車鋼軌最低限度的被摩擦損壞。考慮制動系統磨耗板和列車軌道的置 換成本，顯然磨耗板置換更具有經濟優勢，因此該設計能夠最大程度的降低系統的工作和 維修成本。每節列車裝有兩個渦流制動系統，分布在車輛中部的左右兩側，沿車體前進方向 分布，與導向軌道平行，與磁懸浮牽引磁鐵的位置垂直。
權利要求
一種混合型勵磁結構，其特征在于包含具有多個電樞線圈(3)，在每個電樞線圈(3)沿鋼軌(1)方向上前后排列，在每個電樞線圈(3)內部設有極靴(5)，每個電樞線圈(3)在內部和外部沿鋼軌(1)方向上緊隨其后的線圈交替連接，在每個極靴(5)上面分別安裝永磁磁極(2)，在全部永磁磁極上端安裝磁軛(6)，在每個極靴(5)的下端均安裝磨耗板(4)。
全文摘要
本發明公開了一種混合型勵磁結構。本發明包含具有多個電樞線圈，在每個電樞線圈沿鋼軌方向上前后排列，在每個電樞線圈內部設有極靴，每個電樞線圈在內部和外部沿鋼軌方向上緊隨其后的線圈交替連接，在每個極靴上面分別安裝永磁磁極，在全部永磁磁極上端安裝磁軛，在每個極靴的下端均安裝磨耗板。該混合性勵磁結構能夠通過勵磁線圈激勵電流大小的調節，實現動態制動過程，通過反向勵磁，實現制動系統的簡易復位；利用永磁體的磁引力進行粘著制動控制，實現系統的節能效果和發熱控制，并具有故障導向安全的制動工作模式。
文檔編號H02K49/04GK101814821SQ20101015398
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月23日 優先權日2010年4月23日
發明者盧琴芬, 夏長亮, 姚纓英, 孟亮, 方攸同, 王立天, 馬吉恩 申請人:浙江大學