рельсовое электромагнитное тормозное устройство с асимметричной катушкой возбуждения и/или с составной катушкой

Формула изобретения

1. Рельсовое электромагнитное тормозное устройство рельсового транспортного средства, содержащее, по меньшей мере, один тормозной магнит (2) с несущим, по меньшей мере, одну магнитную катушку (9) каркасом (8) и с подковообразным магнитным сердечником (6) с ярмом (28) и отстоящими от него щеками (42а, 42b), на обращенных к рельсу (1) концах которых выполнены полюсные башмаки (16а, 16b), причем, по меньшей мере, одна магнитная катушка (9) вертикально охватывает ярмо (28) верхней частью (30) и расположенной между щеками (42а, 42b) нижней частью (32), отличающееся тем, что поперечное сечение, по меньшей мере, одной магнитной катушки (9) в верхней части (30) имеет меньшую высоту (h) и большую ширину (b), чем поперечное сечение в нижней части (32), причем высота (h) поперечного сечения магнитной катушки (9) измеряется параллельно, а ширина (b) поперечного сечения магнитной катушки (9) - перпендикулярно вертикальной средней оси (38) тормозного магнита (2).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поперечное сечение магнитной катушки (9) в верхней части (30) выполнено, в основном, прямоугольным с длинной стороной перпендикулярно вертикальной средней оси (38) тормозного магнита (2), а в нижней части (32) - в основном, квадратным.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что количество лежащих друг на друге слоев витков обмоточного провода магнитной катушки (9) в зоне верхней части (30) меньше, чем в зоне нижней части (32).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что ярмо (28) имеет в направлении от рельса (1) выпуклую, закругленную или изогнутую вверх форму.

5. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ярмо (28) имеет в направлении от рельса (1) выпуклую, закругленную или изогнутую вверх форму.

6. Рельсовое электромагнитное тормозное устройство рельсового транспортного средства, содержащее, по меньшей мере, один тормозной магнит (2) с несущим, по меньшей мере, одну магнитную катушку (9а, 9b) каркасом (8а, 8b) и, по меньшей мере, с одним магнитным сердечником (6а, 6b), на обращенных к рельсу (1) концах которого выполнены полюсные башмаки (16а, 16b), отличающееся тем, что предусмотрены, по меньшей мере, два каркаса (8а, 8b) с отдельными магнитными катушками (9а, 9b), расположенные параллельно друг другу в продольном направлении тормозного магнита (2) и рядом друг с другом в плоскости перпендикулярно продольному направлению.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что соответствующие каркасам (8а, 8b) магнитные катушки (9а, 9b) запитаны отдельно или включены последовательно или параллельно друг другу.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что в плоскости перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита (2) средние оси (34, 36), по меньшей мере, двух каркасов (8а, 8b) магнитных катушек (9а, 9b) расположены по отношению к вертикальной средней оси (38) тормозного магнита (2) под острым или тупым углом (а) или параллельно друг другу.

9. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в плоскости перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита (2) средние оси (34, 36), по меньшей мере, двух каркасов (8а, 8b) магнитных катушек (9а, 9b) сходятся в направлении рельса (1) или расходятся.

10. Устройство по п.8, отличающееся тем, что в плоскости перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита (2), по меньшей мере, два каркаса (8а, 8b) магнитных катушек (9а, 9b) расположены симметрично по отношению к вертикальной средней оси (38) тормозного магнита (2).

11. Устройство по п.9, отличающееся тем, что в плоскости перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита (2), по меньшей мере, два каркаса (8а, 8b) магнитных катушек (9а, 9b) расположены симметрично по отношению к вертикальной средней оси (38) тормозного магнита (2).

12. Устройство по любому из пп.6, 7, 9-11, отличающееся тем, что поперечное сечение, по меньшей мере, одной из магнитных катушек (9а, 9b) имеет в верхней части (30) меньшую высоту (h) и большую ширину (b), чем поперечное сечение в нижней части (32), причем высота (h) поперечного сечения магнитной катушки (9а, 9b) измеряется параллельно, а ширина (b) поперечного сечения магнитной катушки (9а, 9b) - перпендикулярно средней оси (34, 36) соответствующего каркаса (8а, 8b).

13. Устройство по п.8, отличающееся тем, что поперечное сечение, по меньшей мере, одной из магнитных катушек (9а, 9b) имеет в верхней части (30) меньшую высоту (h) и большую ширину (b), чем поперечное сечение в нижней части (32), причем высота (h) поперечного сечения магнитной катушки (9а, 9b) измеряется параллельно, а ширина (b) поперечного сечения магнитной катушки (9а, 9b) - перпендикулярно средней оси (34, 36) соответствующего каркаса (8а, 8b).

14. Устройство по любому из пп.6, 7, 9-11, 13, отличающееся тем, что тормозной магнит (2) является многозвенным магнитом, по меньшей мере, с одним каркасом (8а, 8b) магнитной катушки (9а, 9b), на котором подвижно закреплены несколько магнитных звеньев (6а, 6b).

15. Устройство по п.8, отличающееся тем, что тормозной магнит (2) является многозвенным магнитом, по меньшей мере, с одним каркасом (8а, 8b) магнитной катушки (9а, 9b), на котором подвижно закреплены несколько магнитных звеньев (6а, 6b).

16. Устройство по п.12, отличающееся тем, что тормозной магнит (2) является многозвенным магнитом, по меньшей мере, с одним каркасом (8а, 8b) магнитной катушки (9а, 9b), на котором подвижно закреплены несколько магнитных звеньев (6а, 6b).

17. Устройство по п.1 или 6, отличающееся тем, что тормозной магнит (2) является жестким магнитом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к рельсовому электромагнитному тормозному устройству рельсового транспортного средства, содержащему, по меньшей мере, один тормозной магнит с несущим, по меньшей мере, одну магнитную катушку каркасом и с подковообразным магнитным сердечником с ярмом и отстоящими от него щеками, на обращенных к рельсу концах которых выполнены полюсные башмаки, причем, по меньшей мере, одна магнитная катушка вертикально охватывает ярмо верхней частью и расположенной между щеками нижней частью, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

Кроме того, изобретение относится к рельсовому электромагнитному тормозному устройству рельсового транспортного средства, содержащему, по меньшей мере, один тормозной магнит, по меньшей мере, с одним несущим магнитную катушку каркасом и, по меньшей мере, одним магнитным сердечником, на направленных к рельсу концах которого выполнены полюсные башмаки, согласно ограничительной части пункта 5 формулы изобретения.

Такое рельсовое электромагнитное тормозное устройство известно, например, из DE 10111685 A1. Создающим силу основным компонентом рельсового электромагнитного тормоза является тормозной магнит. Он представляет собой, в принципе, электромагнит, состоящий из проходящей в направлении рельса, расположенной на каркасе магнитной катушки и подковообразного магнитного сердечника, образующего основание или несущее тело. Подковообразный магнитный сердечник образует на своей обращенной к рельсу стороне полюсные башмаки. Протекающий в магнитной катушке постоянный ток вызывает магнитное напряжение, создающее в магнитном сердечнике магнитный поток, который замыкается накоротко через головку рельса, как только тормозной магнит будет прилегать к нему своими полюсными башмаками. За счет этого между тормозным магнитом и рельсом возникает сила магнитного притяжения. Благодаря кинетической энергии движущегося рельсового транспортного средства рельсовый электромагнитный тормоз притягивается посредством поводков вдоль рельса. При этом в результате трения скольжения между тормозным магнитом и рельсом в сочетании с силой магнитного притяжения возникает тормозная сила. За счет фрикционного контакта с рельсом на полюсных башмаках тормозного магнита возникает фрикционный износ, который не должен превышать максимальную величину износа, поскольку иначе будет поврежден каркас магнитной катушки.

В известных тормозных магнитах предусмотрена единственная магнитная катушка, которая вертикально охватывает ярмо магнитного сердечника верхней и расположенной между щеками нижней частями. При этом сечение магнитной катушки в зоне верхней и нижней частей геометрически одинаковое.

В принципе, по конструктивному выполнению различают два вида магнитов.

В первом варианте тормозной магнит является жестким магнитом, с которым свинчиваются два магнитных полюсных башмака, отделенных в продольном направлении немагнитной планкой. Это позволяет избежать магнитного короткого замыкания внутри тормозного магнита. Полюсные башмаки выполнены на обращенных к рельсу торцевых поверхностях боковых щек. Жесткие магниты используются большей частью в местном сообщении в трамваях и на городской железной дороге.

Кроме того, известны многозвенные магниты, в которых каркас магнитной катушки не содержит стального сердечника, а содержит только перегородки. В камерах между перегородками с возможностью ограниченного перемещения установлены магнитные звенья, которые в процессе торможения выравниваются, чтобы лучше следовать неровностям на головке рельса. В этом случае полюсные башмаки выполнены на обращенных к рельсу торцевых поверхностях магнитных звеньев. Многозвенные магниты используются по стандарту на магистральных железных дорогах.

В отношении вариантов выполнения рельсовых электромагнитных тормозов следует сослаться на публикацию «Grundlagen der Bremstechnik», стр.92-97 фирмы Кнорр-Бремзе АГ, Мюнхен, 2002 г.

Величина тормозной силы рельсового электромагнитного тормоза зависит, в том числе, от магнитного сопротивления магнитной цепи, т.е. от геометрии и магнитной проницаемости, намагничивающей силы, коэффициента трения между тормозным магнитом и рельсом, а также от сопротивления рельса. Существенным фактором при этом являются также магнитные потери, которые в решающей степени зависят от геометрической формы сечения магнита. На фоне все более ограничиваемого места в ходовой части рельсовых транспортных средств, в частности в вертикальном направлении, требуется также небольшая конструктивная высота.

Задача изобретения состоит в создании рельсового электромагнитного тормозного устройства описанного выше рода таким образом, чтобы оно при одновременно большой магнитной силе имело меньшую конструктивную высоту.

Под магнитной катушкой ниже следует понимать катушечную обмотку, состоящую

из витков обмоточного провода, намотанного на каркас магнитной катушки. Эта намотанная на каркас катушечная обмотка или магнитная катушка имеет в плоскости перпендикулярно продольной протяженности тормозного магнита (параллельно рельсу) определенное сечение, которое помимо числа витков, плотности намотки и диаметра провода зависит также от геометрии каркаса магнитной катушки, т.е. от имеющегося в распоряжении для катушечной обмотки пространства. При этом изобретение в соответствии с первым аспектом различают между верхней частью магнитной катушки, которая по отношению к рельсу находится над ярмом, и нижней частью, расположенной под ярмом.

Под продольной протяженностью тормозного магнита следует понимать протяженность жесткого магнита или многозвенных магнитов параллельно рельсу.

Согласно первому аспекту изобретения, сечение, по меньшей мере, одной магнитной катушки в верхней части имеет меньшую высоту и бóльшую ширину, чем сечение в нижней части, причем высота сечения магнитной катушки измеряется параллельно, а ширина ее сечения - перпендикулярно вертикальной средней оси тормозного магнита. В зоне верхней части магнитной катушки более широкое по сравнению с уровнем техники сечение не мешает. Напротив, при данном числе витков катушечной обмотки высота сечения в зоне верхней части уменьшается, что по сравнению с уровнем техники предпочтительным образом приводит к уменьшению конструктивной высоты тормозного магнита при такой же магнитной силе. В зоне нижней части можно, напротив, допустить бóльшую высоту магнитной катушки без негативных последствий для конструктивной высоты тормозного магнита, поскольку там щеки или полюсные башмаки магнитного сердечника вследствие требуемой величины минимального износа нельзя укорачивать произвольно. Вместо относительно высокого тормозного магнита для достижения заданной тормозной силы он может быть выполнен, согласно изобретению, ниже.

Согласно другому аспекту изобретения, предусмотрены, по меньшей мере, два каркаса с отдельными магнитными катушками, расположенные параллельно друг другу в продольном направлении тормозного магнита и рядом друг с другом в плоскости перпендикулярно продольному направлению. За счет расположения магнитных катушек рядом друг с другом магнитная мощность распределяется по ширине, так что при одинаковой с уровнем техники магнитной силе также можно достичь уменьшения конструктивной высоты.

В целом, благодаря меньшей конструктивной высоте тормозного магнита возникают меньшие потери в магнитной цепи, меньшая потребляемая мощность и меньшая масса.

За счет приведенных в зависимых пунктах формулы признаков возможны предпочтительные варианты и модификации охарактеризованного в пункте 1 формулы изобретения.

Для реализации первого аспекта изобретения, например, количество располагаемых друг на друге слоев витков обмоточного провода магнитной катушки в зоне верхней части меньше, чем в зоне нижней части.

Согласно одному варианту первого аспекта, поперечное сечение магнитной катушки в верхней части выполнено, в основном, прямоугольным, с длинной стороной перпендикулярно вертикальной средней оси тормозного магнита, а в нижней части - в основном, квадратным. Площади поперечных сечений магнитной катушки в верхней и нижней частях преимущественно, в основном, равны.

Один вариант второго аспекта изобретения предусматривает, что в плоскости перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита средние оси, по меньшей мере, двух каркасов магнитных катушек расположены по отношению к вертикальной средней оси тормозного магнита под острым или тупым углом или параллельно друг другу, например симметрично, причем средние оси, по меньшей мере, двух каркасов магнитных катушек сходятся в направлении рельса или расходятся. В этом случае наклонное по отношению к вертикальной средней оси тормозного магнита положение каркасов магнитных катушек обуславливает особенно компактную конструкцию.

Кроме того, в обоих аспектах изобретения тормозной магнит может быть выполнен в виде многозвенного магнита, по меньшей мере, с одним каркасом магнитной катушки, на котором подвижно закреплены несколько магнитных звеньев, или же жестким магнитом.

Не в последнюю очередь первый аспект изобретения может быть скомбинирован со вторым аспектом, если сечение, по меньшей мере, одной из нескольких магнитных катушек, согласно второму аспекту изобретения, имеет в верхней части меньшую высоту и б льшую ширину, чем сечение в нижней части, причем тогда высота сечения соответствующей магнитной катушки измеряется параллельно, а ширина ее сечения -перпендикулярно средней оси соответствующего каркаса.

Ниже изобретение поясняется на примере его осуществления с помощью чертежей, на которых изображают:

фиг.1 - в перспективе рельсовый электромагнитный тормоз из уровня техники;

фиг.2 - вид сбоку тормозного магнита из фиг.1, выполненного в виде жесткого

магнита;

фиг.3 - поперечное сечение звена многозвенного магнита в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения;

фиг.4 - поперечное сечение жесткого магнита в одном предпочтительном варианте осуществления изобретения;

фиг.5 - поперечное сечение жесткого магнита в другом предпочтительном варианте осуществления изобретения;

фиг.6 - поперечное сечение звена многозвенного магнита в другом предпочтительном варианте осуществления изобретения.

В нижеследующем описании примеров осуществления одинаковые или одинаково действующие детали и узлы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

Чтобы лучше приспосабливаться к неровностям рельса 1, в изображенном на фиг.1 и 2 тормозном магните 2 рельсового электромагнитного тормоза 4 из уровня техники вместо одного жесткого магнита предусмотрено множество магнитных звеньев 6, установленных с возможностью ограниченного перемещения на проходящем в продольном направлении рельса 1 каркасе 8 магнитной катушки. Это решается преимущественно за счет того, что магнитные звенья 6 симметрично вертикальной средней плоскости подвешены с возможностью ограниченного опрокидывания или поворота на направленных друг от друга боковых поверхностях каркаса 8 в образованных между перегородками 10 камерах. Передача тормозных сил на каркас 8 происходит тогда через перегородки 10 и концевые элементы 14, 15, жестко соединенные с каркасом 8 и обеспечивающие тормозному магниту 2 хорошее прохождение стрелок и рельсовых стыков. Каркас 8, включающий в себя невидимую снаружи магнитную катушку 9, несет, следовательно, магнитные звенья 6, образующие магнитный сердечник тормозного магнита 2.

Для питания магнитной катушки 9 электрическим напряжением предусмотрено содержащее, по меньшей мере, два электрических вывода 22, 24 для плюсового и минусового полюсов источника напряжения устройство 26 подключения, расположенное, например, в верхней части боковой поверхности каркаса 8 приблизительно посередине по отношению к его продольной протяженности. Электрические выводы 22, 24 предпочтительно направлены друг от друга и проходят в продольном направлении каркаса 8.

Предшествующее описание уровня техники дано для пояснения принципиальной конструкции рельсового электромагнитного тормоза 4. В противоположность фиг.1 и 2, на которых изображен рельсовый электромагнитный тормоз 4 только с одним каркасом 8 и только с одной магнитной катушкой 9, на фиг.3 изображено сечение тормозного магнита 2 в виде многозвенного магнита, содержащего, по меньшей мере, два каркаса 8а, 8b с отдельными магнитными катушками 9а, 9b, расположенных параллельно друг другу в продольном направлении тормозного магнита 2 и рядом друг с другом в плоскости перпендикулярно продольному направлению. Намотанные на каркасы 8а, 8b магнитные катушки 9а, 9b могут быть включены отдельно последовательно или параллельно друг другу, т.е. намотанная на каркас 8а магнитная катушка 9а по отношению к намотанной на каркас 8b магнитной катушке 9b может быть включена отдельно последовательно или параллельно.

В изображенной на фиг.3 плоскости сечения перпендикулярно продольному направлению тормозного магнита 2 или продольному направлению рельса средние оси 34, 36 обоих каркасов 8а, 8b расположены по отношению к вертикальной средней оси 38 тормозного магнита 2 под острым углом и сходятся к рельсу 1, т.е. направлены вниз. Кроме того, оба каркаса 8а, 8b расположены симметрично по отношению к вертикальной средней оси 38 тормозного магнита 2.

В качестве альтернативы средние оси 34, 36 обоих каркасов 8а, 8b могут быть расположены также под тупым углом по отношению к вертикальной средней оси 38 или расходиться в направлении рельса 1. Катушечные обмотки 9а, 9b, изображенные на фиг.3 не явным образом, однако представленные своими ссылочными позициями и состоящие из витков обмоточных проводов, обвивают каркасы 8а, 8b в направлении параллельно средним осям 34, 36.

Магнитный сердечник 6 выполнен в данном случае также симметричным относительно вертикальной средней оси 38 тормозного магнита 2 и составным, здесь предпочтительно из двух частей, причем каждая половина 6а, 6b имеет проходящее через отверстие соответствующего каркаса 8а, 8b колено 40а, 40b, и оба колена 40а, 40b стыкуются между собой в содержащей вертикальную среднюю ось 38 плоскости. К коленам 40а, 40b половин 6а, 6b магнитного сердечника в направлении рельса 1 примыкают параллельные друг другу щеки 42а, 42b, на направленных к рельсу 1 концах которых выполнены полюсные башмаки 16а, 16b (соответственно северный и южный полюса) тормозного магнита 2. Между полюсными башмаками 16а, 16b и головкой 18 рельса 1, как и в уровне техники, имеется воздушный зазор 20 (фиг.1). Полюсные башмаки 16а, 16b состоят предпочтительно из фрикционного материала, например стали, чугуна с шаровидным графитом, или из спеченных материалов и предпочтительно в виде отдельных деталей разъемно соединены со щеками 42а, 42b. В промежутке между левым 16а и правым 16b полюсными башмаками может располагаться заполняющая его немагнитная, износо- и температуростойкая, ударопрочная промежуточная планка 21.

По отношению к продольной протяженности тормозного магнита 2 половины 6а, 6b каждого многозвенного магнита 6 подвижно установлены тогда в образованной преимущественно соединенными между собой каркасами 8а, 8b раме, чтобы они могли приспосабливаться к неровностям рельса 1.

На фиг.4 изображено сечение жесткого магнита 2 в качестве тормозного магнита, магнитный сердечник 6 которого выполнен предпочтительно также составным из двух жестко соединенных между собой половин 6а, 6b. Каркас 8 не является здесь отдельной деталью, а образован поверхностями 8а, 8b магнитного сердечника 6, на которые преимущественно непосредственно наматываются витки обмоток обеих магнитных катушек 9а, 9b. В остальном к положению и геометрии магнитных катушек 9а, 9b относится описание предыдущего примера выполнения.

На фиг.5 изображено сечение жесткого магнита 2, преимущественно цельный магнитный сердечник 6 которого выполнен подковообразным и содержит ярмо 28 и отстоящие от него, параллельные друг другу щеки 42а, 42b, на направленных к рельсу 1 концах которых выполнены полюсные башмаки 16а, 16b (соответственно северный и южный полюса) тормозного магнита 2. Между полюсными башмаками 16а, 16b и головкой 18 рельса 1 имеется воздушный зазор 20 (фиг.1). Полюсные башмаки 16а, 16b состоят, как и в предыдущем примере, предпочтительно из фрикционного материала, например стали, чугуна с шаровидным графитом, или из спеченных материалов. Как и в предыдущих примерах, в промежутке между левым 16а и правым 16b полюсными башмаками может быть расположена заполняющая его немагнитная, износо- и температуростойкая, ударопрочная промежуточная планка 21.

Магнитная катушка 9 охватывает ярмо 28 верхней частью 30 и расположенной между щеками 42а, 42b нижней частью 32. При этом сечение магнитной катушки 9 в верхней части 30 имеет меньшую высоту h и бóльшую ширину b, чем сечение магнитной катушки в нижней части 32, причем высота h сечения магнитной катушки 9 измеряется параллельно, а ширина b - перпендикулярно вертикальной средней оси 38 тормозного магнита 2.

Для реализации изобретения, например, число лежащих друг на друге слоев витков магнитной катушки 9 в зоне верхней части 30 меньше, чем в зоне нижней части 32. В частности, сечение магнитной катушки 9 в верхней части 30, в основном, прямоугольное с длинной стороной перпендикулярно вертикальной средней оси 38 тормозного магнита 2, а в нижней части 32 - в основном, квадратное. Площади сечений магнитной катушки 9 в верхней 30 и нижней 32 частях преимущественно, в основном, равны.

Согласно другому, изображенному на фиг.6 варианту, также в многозвенном магните 2 может быть реализован принцип асимметричной катушки 9 на фиг.5. В этом случае каркас 8 выполнен соответственно.

Асимметричное выполнение катушки 9, т.е. разные ширина b и высота h в верхней 30 и нижней 32 частях, возникает также, если ярмо 28 имеет, если смотреть в направлении от рельса 1, выпуклую, т.е. закругленную или изогнутую вверх форму. В этом случае ширина b в верхней части 30 автоматически больше ширины b в нижней части 32.

Согласно другому варианту (не показан), варианты на фиг.3 и 4 могут быть скомбинированы с вариантами на фиг.5 и 6 соответственно, если сечение, по меньшей мере, одной из нескольких магнитных катушек 9а, 9b фиг.3 и 4 имеет в верхней части 30 меньшую высоту h и бóльшую ширину b, чем сечение в нижней части 32, причем в этом случае высота h сечения соответствующей магнитной катушки 9а, 9b измеряется параллельно, а ширина b сечения - перпендикулярно средней оси 34, 36 соответствующего каркаса 8а, 8b.

Перечень ссылочных позиций

1 - рельс

2 - тормозной магнит

4 - рельсовый электромагнитный тормоз

6 - звенья магнита

8 - каркас магнитной катушки/магнитная цепь

9 - магнитная катушка

10 - перегородки

12 - резьбовое соединение

14 - концевой элемент

15 - концевой элемент

16 - полюсные башмаки

18 - головка рельса

20 - воздушный зазор

21 - промежуточная планка

22 - электрический вывод

24 - электрический вывод

26 - устройство подключения

28 - ярмо

30 - верхняя часть

32 - нижняя часть

34 - средняя ось

36 - средняя ось

38 - средняя ось

40 - колена

42 - щеки