用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁的制作方法

本发明涉及轨道车辆制动技术领域，具体地，涉及一种用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁。

背景技术：

制动技术是高速列车的关键技术之一，由于高速列车制动能量巨大，因此在规定的制动距离内实现安全停车和减速控制具有一定的难度。世界上高速列车普遍采用多种制动方式相配合的复合制动系统，主要制动方式包括再生制动、电阻制动、摩擦制动、涡流制动、磁轨制动和空气动力制动等。我国动车组采用再生制动+摩擦制动(盘形制动)方式，目前这也是世界上应用最多的高速列车制动方式。这两种方式都要通过轮轨之间的黏着力发挥制动作用，但在雨、雪等恶劣天气条件下，轮轨黏着状态变差，影响制动力的发挥，制动距离难以保证；随着列车速度的提高，轮轨黏着系数也会逐渐降低，导致高速区段制动力不足，从而不得不加大制动距离，安全性和运输效率都会降低。

线性涡流制动是一种非接触式电磁制动方式，不依赖于轮轨黏着，在高速区段可发挥较大的制动力，既可用于紧急制动，又可用于常用制动，能有效缩短制动距离，提高行车安全性，并且具有无机械磨损、无噪声、无气味、制动力可控等突出优点，还可减少机械制动的磨耗，运行经济性良好，特别适用于高速列车制动系统。

线性涡流制动的基本原理是将制动用条形磁铁安装在轨道车辆转向架上并位于钢轨正上方，磁铁的n、s极交替配置，磁极底面与钢轨顶面保持一定的工作气隙，将钢轨作为磁感应体。利用磁铁和磁感应体的相对运动，在钢轨中感应出电涡流(简称涡流)，由涡流产生的磁场与磁铁产生的主磁场相互作用并使主磁场产生畸变，磁力线发生偏转，生成切向分力(即制动力)，从而使列车减速，制动能量转化为钢轨的涡流损耗。线性涡流制动装置所产生的制动力直接作用在转向架上，不受轮轨黏着限制，因此在高速区段具有显著的制动效果。

线性涡流制动装置主要由线性涡流制动电磁铁、支撑组件、悬挂单元及制动力传递单元等零部件组成，其中线性涡流制动电磁铁是线性涡流制动装置的核心部件，具有涡流制动电磁场建立及整体结构承载的功能，直接影响涡流制动性能及整体结构安全。

现有的线性涡流制动电磁铁自重较大，增加转向架负担；由于转向架安装空间的限制，电磁铁垂向尺寸较小，导致电磁铁的强度和刚度受限。当线性涡流制动电磁铁处于工作状态时，在自重、电磁吸力及振动冲击的多重作用下会导致电磁铁的磁轭发生较大的垂向挠曲变形，容易造成涡流制动力不稳定、甚至磁极磕碰钢轨而发生损坏等危害。

技术实现要素：

本发明实施例的主要目的在于提供一种用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁，在保证制动力的同时提升线性涡流制动电磁铁的结构强度和刚度、减小电磁铁磁轭的变形，并降低自重，提高安全性和可靠性，适应高速列车线性涡流制动的应用工况条件。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁，包括：磁轭和多个与磁轭连接的磁极；每个磁极均包括铁芯、绕组线圈、两个接线柱和连接电缆；

磁轭的纵截面为对称的阶梯式截面，磁轭的横截面为工字型截面；

绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，绕组线圈的进线位置和出线位置均设有接线柱；

工字型截面的下翼板设有多个第一通孔，连接电缆固定在贯穿第一通孔的接线柱之间，用于连接每个磁极。

在其中一种实施例中，工字型截面的上翼板的内侧和下翼板的内侧均为斜坡。

在其中一种实施例中，上翼板的厚度小于下翼板的厚度。

在其中一种实施例中，还包括：多个螺钉；

磁轭设有多个同时贯穿上翼板和下翼板的第二通孔，每个铁芯的顶面均设有与第二通孔一一对应的螺纹孔；螺钉贯穿第二通孔以及与该第二通孔对应的螺纹孔以连接磁轭与多个磁极。

在其中一种实施例中，还包括：分别与磁轭的两端连接的端板，用于防护磁极。

在其中一种实施例中，绕组线圈与铁芯之间设置有绝缘层。

在其中一种实施例中，还包括：外壳，外壳包括方管和一个底板，绕组线圈与铁芯均位于外壳中；其中，底板设有与铁芯的横截面大小相同的孔以令铁芯通过该孔露出。

在其中一种实施例中，还包括：

树脂，树脂填充于铁芯的顶面与绕组线圈之间，以及填充于外壳与绕组线圈之间。

在其中一种实施例中，还包括：保护套；

保护套设于接线柱的外部。

在其中一种实施例中，铁芯的底面为多边形面或弧面。

本发明实施例的用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁包括：磁轭和多个与磁轭连接的磁极；每个磁极均包括铁芯、绕组线圈、两个接线柱和连接电缆；磁轭的纵截面为对称的阶梯式截面，磁轭的横截面为工字型截面；绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，绕组线圈的进线位置和出线位置均设有接线柱；磁轭的工字型截面的下翼板设有多个第一通孔，连接电缆固定在贯穿第一通孔的接线柱之间，用于连接每个磁极。本发明在保证制动力的同时提升线性涡流制动电磁铁的结构强度和刚度、减小电磁铁的磁轭变形，并降低自重，提高安全性和可靠性，适应高速列车线性涡流制动的应用工况条件。

附图说明

为了更清楚地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是本发明一实施例中用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁的结构示意图；

图2是本发明一实施例中磁轭的正视图；

图3是本发明一实施例中图2所示的磁轭沿剖面线a-a的剖面示意图；

图4是本发明一实施例中磁极的剖面结构示意图；

图5是本发明一实施例中位于钢轨上方的磁极的侧视图。

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。

鉴于目前现有的线性涡流制动电磁铁的自重较大；电磁铁的强度有限，电磁铁的磁轭在工作状态下会发生较大的垂向挠曲变形，容易导致故障发生并影响使用性能，本发明实施例提供一种用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁，在保证制动力的同时提升线性涡流制动电磁铁的结构强度和刚度、减小电磁铁磁轭的变形，并降低自重，提高安全性和可靠性，适应高速列车线性涡流制动的应用工况条件。以下结合附图对本发明进行详细说明。

图1是本发明一实施例中用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁的结构示意图。图2是本发明一实施例中磁轭的正视图。图3是本发明一实施例中图2所示的磁轭沿剖面线a-a的剖面示意图。图4是本发明一实施例中磁极的剖面结构示意图。如图1至图4所示，用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁包括：

磁轭2和多个与磁轭2连接的磁极4；磁极4为n极或s极，n极和s极交替设置且n极的数量与s极的数量相等；相邻的n极和s极为一对磁极，图1中的磁轭2上连接有4对磁极4，但也可以根据设计需要采用其它磁极对数(如3～6对)的不同形式。每个磁极4均包括铁芯12、绕组线圈9、两个接线柱6和连接电缆(图1至图4中未示出)。

磁轭2的纵截面为对称的阶梯式截面，磁轭2的横截面为工字型截面；

其中，磁轭2的主要作用包括导通磁路和承担载荷(主要为垂向载荷)两个方面，因此磁轭2应具有足够的磁导率、导磁截面积、结构强度和刚度。本发明实施例的磁轭2采用工字梁结构和阶梯形结构相结合的结构型式，具有足够的有效横截面积，不会影响或限制磁通量，可以增强结构强度并降低重量，兼顾导磁及结构强度要求。

绕组线圈9缠绕在铁芯12的外侧，绕组线圈9的进线位置和出线位置均设有接线柱6；其中，接线柱6可以与绕组线圈9焊接。

工字型截面的下翼板15设有多个第一通孔，连接电缆固定在贯穿第一通孔的接线柱6之间，用于连接每个磁极4，各个磁极4之间通过接线柱6和连接电缆串联连接或并联连接。

一实施例中，如图3所示，工字型截面的上翼板14的内侧和下翼板15的内侧均为斜坡，上翼板14的厚度小于下翼板15的厚度，可有效提升电磁铁垂向结构刚度，保证涡流制动工作时制动气隙的均匀性，降低磁极磕碰钢轨的风险，利于制动装置的结构安全性及制动性能发挥的稳定性。

一实施例中，如图1至图4所示，线性涡流制动电磁铁还包括：多个螺钉3；

磁轭2设有多个同时贯穿上翼板14和下翼板15的第二通孔，每个铁芯12的顶面均设有与第二通孔一一对应的螺纹孔；螺钉3贯穿第二通孔以及与该第二通孔对应的螺纹孔以连接磁轭2与多个磁极4。每个磁极4与磁轭采用螺钉3单独连接，安装方便，易于替换。

一实施例中，如图1所示，线性涡流制动电磁铁还包括：分别与磁轭2的两端连接的端板1，用于防护磁极4。其中，可以通过多个贯穿端板1与磁轭2的螺钉3将端板1与磁轭2螺接。

一实施例中，如图4所示，绕组线圈9与铁芯12之间设置有绝缘层8。其中，绝缘层8可以为绝缘纸或其它绝缘材料。

一实施例中，如图4所示，线性涡流制动电磁铁还包括：外壳，外壳包括方管10和一个底板11，绕组线圈9与铁芯12均位于外壳中；其中，底板11设有与铁芯12的横截面大小相同的孔以令铁芯12通过该孔露出。底板11上的孔的形状可以为圆角矩形。

外壳可以采用工程塑料或其它轻质、绝缘且隔磁的材料作为磁极4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。其中，工程塑料可以采用玻璃纤维增强尼龙(如pa66-gf25)，具有强度高、绝缘性好以及不导磁等特点，可以保证磁极4抗异物击打能力及绝缘效果，且不会干扰磁路。

一实施例中，绕组线圈9为经过真空浸漆的线圈。如图4所示，线性涡流制动电磁铁还包括：树脂5，树脂填充于铁芯12的顶面与绕组线圈9之间，以及填充于外壳与绕组线圈9之间。通过对线圈绕组9进行真空浸漆和耐高温树脂灌装，提高了线圈绕组9的绝缘耐压水平及防水、防尘等级。

一实施例中，如图4所示，线性涡流制动电磁铁还包括：保护套7；保护套7设于接线柱6的外部，用于防护接线柱6。

图5是本发明一实施例中位于钢轨上方的磁极的侧视图。如图5所示，铁芯12的底面为多边形面或弧面，以便与钢轨13的轨头截面外廓形状相匹配，保证工作气隙16的一致性，可以有效降低漏磁现象，利于提升制动性能。

本发明实施例的工作原理如下：

用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁安装在转向架上并位于车轮之间、钢轨13的正上方，电磁铁的磁极4按n极、s极交替配置。如图5所示，磁极4的底面(即铁芯12的底面)为多边形面或弧形面，并与钢轨13的顶面保持一定的工作气隙16，将钢轨13作为磁感应体。利用磁铁和磁感应体的相对运动，在钢轨13中感应出电涡流，由涡流产生的磁场使磁铁产生的主磁场相互作用并使主磁场产生畸变，磁力线发生偏转，生成切向分力(即制动力)，从而使列车减速，制动能量转化为钢轨的涡流损耗。

综上所述，本发明实施例的用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁包括：磁轭和多个与磁轭连接的磁极；每个磁极均包括铁芯、绕组线圈、两个接线柱和连接电缆；磁轭的纵截面为对称的阶梯式截面，磁轭的横截面为工字型截面；绕组线圈缠绕在铁芯的外侧，绕组线圈的进线位置和出线位置均设有接线柱；工字型截面的下翼板设有多个第一通孔，连接电缆固定在贯穿第一通孔的接线柱之间，用于连接每个磁极；磁极的外壳采用工程塑料进行防护，绕组线圈整体真空浸漆、树脂灌装。本发明在保证制动力的同时可提升线性涡流制动电磁铁的结构强度和刚度、减小电磁铁的磁轭变形，并降低自重，增强绝缘和防护性能。本发明所述的用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁可以作为组件应用到线性涡流制动装置中，提高安全性和可靠性，适应高速列车线性涡流制动的应用工况条件。

本发明实施例提供的用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁具有以下有益效果：

线性涡流制动电磁铁的磁轭具有工字梁结构和阶梯式拱形结构相结合的结构形式，且工字梁横截面的上、下翼板内侧采用斜坡结构，可有效提升电磁铁垂向结构刚度，同时降低自重，保证涡流制动工作时制动气隙的均匀性，降低磁极磕碰钢轨的风险，利于制动装置的结构安全性及制动性能发挥的稳定性。磁轭具有足够的有效横截面积，不会影响或限制磁通量。每个磁极与磁轭采用螺栓单独连接，安装方便，易于替换。磁极的铁芯底部加工成与钢轨轨头外廓形状相匹配的弧形或多边形，可有效降低漏磁现象，利于提升制动性能。磁极的外壳采用改性工程塑料进行防护，注塑成型，既具有足够的抗异物击打能力，又利于减重和加工成型。磁极的线圈绕组采用整体真空浸漆和耐高温树脂灌装的工艺，防护效果可靠，提高了绝缘耐压水平及耐热等级。因此，本发明实施例的用于轨道车辆的线性涡流制动电磁铁具有结构强度高、磁极防护效果可靠、自身重量轻及加工工艺简单等特点，可以作为组件方便地安装到线性涡流制动装置中，提高安全性与可靠性，适应高速列车线性涡流制动工程化运用工况。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。