全文摘要
本实用新型涉及一种超导磁体、磁浮列车超导涡流制动器及制动装置，超导磁体包括：中空结构的支撑体，缠绕在支撑体上由NbTi合金制成的低温超导线圈，周向包覆低温超导线圈的线圈包覆层，包覆线圈包覆层的隔热层，以及包覆隔热层的杜瓦；线圈包覆层与支撑体之间形成的空间充满液氦，隔热层与线圈包覆层之间、杜瓦与隔热层之间形成的空间均为真空。磁浮列车超导涡流制动器包括制动器主体、磨耗板、磁轭以及至少两个超导磁体，超导磁体分别与磨耗板和磁轭连接。磁浮列车超导涡流制动装置包括磁浮列车超导涡流制动器和控制励磁电流通断、大小并与供电电源连接的超导涡流制动控制器，低温超导线圈通过导电连接件与超导涡流制动控制器连接。本实用新型体积小、重量轻。
主设计要求
1.一种超导磁体，其特征在于，包括：支撑体，所述支撑体为中空结构；低温超导线圈，缠绕在所述支撑体上；所述低温超导线圈为由NbTi合金制成的线圈；线圈包覆层，周向包覆所述低温超导线圈；所述线圈包覆层与所述支撑体之间形成的空间充满液氦；隔热层，包覆所述线圈包覆层；所述隔热层与所述线圈包覆层之间形成的空间为真空；杜瓦，包覆所述隔热层；所述杜瓦与所述隔热层之间形成的空间为真空。
设计方案
1.一种超导磁体，其特征在于，包括：
支撑体，所述支撑体为中空结构；
低温超导线圈，缠绕在所述支撑体上；
所述低温超导线圈为由NbTi合金制成的线圈；
线圈包覆层，周向包覆所述低温超导线圈；
所述线圈包覆层与所述支撑体之间形成的空间充满液氦；
隔热层，包覆所述线圈包覆层；
所述隔热层与所述线圈包覆层之间形成的空间为真空；
杜瓦，包覆所述隔热层；
所述杜瓦与所述隔热层之间形成的空间为真空。
2.如权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述支撑体上设有贯穿所述支撑体的液氦出口管路和液氦入口管路，所述线圈包覆层与所述液氦出口管路和所述液氦入口管路连通。
3.如权利要求2所述的超导磁体，其特征在于，所述线圈包覆层下部设有加强筋结构，所述支撑体和所述低温超导线圈放置在所述加强筋结构上，所述液氦出口管路和所述液氦入口管路与所述加强筋间隙空间连通。
4.如权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述隔热层底部设有加强筋结构，所述线圈包覆层放置于所述加强筋结构上。
5.如权利要求1所述的超导磁体，其特征在于，所述杜瓦底部设有加强筋结构，所述隔热层放置于所述加强筋结构上。
6.如权利要求1至5任意一项所述的超导磁体，其特征在于，所述线圈包覆层、隔热层和杜瓦在顶部相对应位置上均设有一对低温超导线圈引线接口。
7.如权利要求6所述的超导磁体，其特征在于，在每一对低温超导线圈引线接口处均设有密封件。
8.一种磁浮列车超导涡流制动器，包括制动器主体、磨耗板、与所述制动器主体连接的磁轭以及下端与磨耗板连接的磁体，所述磁体与所述磁轭连接，其特征在于，所述磁体设有至少两个，采用如权利要求1至7任意一项所述的超导磁体；相邻两个磁体励磁电流方向相反，充磁方向彼此交替。
9.如权利要求8所述的磁浮列车超导涡流制动器，其特征在于，还包括冷却装置，所述冷却装置包括液氦容器、与所述液氦容器连接的液氦管路、液氮容器和与液氮容器连接的液氮冷却管路，所述液氦管路分别与贯穿所述支撑体的液氦出口管路和贯穿所述支撑体的液氦入口管路连通，所述液氮冷却管路缠绕于所述隔热层外侧。
10.一种磁浮列车超导涡流制动装置，包括超导涡流制动器和控制励磁电流通断、大小的超导涡流制动控制器，所述超导涡流制动控制器与供电电源连接，其特征在于，所述超导涡流制动器采用如权利要求8或9所述的磁浮列车超导涡流制动器，所述低温超导线圈通过导电连接件与所述超导涡流制动控制器连接。
设计说明书
技术领域
本实用新型属于制动技术领域，涉及磁浮列车制动技术，具体地说，涉及一种超导磁体、磁浮列车超导涡流制动器及制动装置。
背景技术
随着国内600km\/h磁悬浮列车项目的启动，高速度运行状态下的列车，若仅仅依赖于轮轨关系施加电制动、液压制动、空气制动等传统制动方式，已经无法满足紧急制动的要求。基于电磁感应定律的涡流制动脱离了轮轨黏着的制动方式，利用磁体与钢轨之间无接触的相对运动产生的制动力来使列车减速，其制动力的大小不再受到轮轨摩擦系数的限制，有效防止列车滑行现象的频发，大大提高列车运行安全性。常规涡流制动的磁体采用铝箔线圈缠绕铁芯的电磁铁结构，磁体悬挂在悬浮架下与轨面保持一定气隙并通以直流电流，会在轨道产生涡流，在涡流磁通的作用下，正常分布的磁通畸变为斜线分布的磁通，斜线分布的磁通分解为垂直于轨面和平行于轨面的两个磁通分量，后者即是涡流制动，通过列车和轨道之间的电磁力作用于前进的列车，使列车制动减速。随着轨道列车速度不断提高，载重量不断增加，需要的制动力也越来越大。在制动力需求较大的场合，常规的涡流制动装置难以满足制动力的要求。为了提高电磁制动力，需要加大磁场强度和增加涡流制动装置分布数量成为最主要的方法。然而加大磁场强度会使涡流制动装置的体积越来越大，重量也越来越重，比如：一个5特拉斯的中型磁体，常规磁体重量可达20吨，因此，大体积、大重量的涡流制动装置在列车上难于实现。
公开号为CN 101468609 A的中国专利申请公开了一种轨道动车超导涡流制动装置，包括设有励磁电源的制动控制器和涡流制动装置，涡流制动装置的电磁铁铁芯柱采用超导电磁铁铁芯柱，超导电磁铁线圈与励磁电源相连，超导电磁铁铁芯柱安装在车厢转向架上，超导电磁铁铁芯柱的底部平面与铁路钢轨的上表面之间具有空气隙。该发明专利申请中的涡流制动装置采用超导电磁系统，由于超导磁体的重量轻，同样是一个5特拉斯的中型磁体，超导磁体的重量只有几公斤。因此，与常规涡流制动装置相比，该发明专利申请中的涡流制动装置重量大大减轻。但由于超导磁体采用线圈缠绕芯柱的电磁铁结构，占用空间相对较大，且芯柱的重量占比大，为了获得更大的动力，该发明申请中的涡流制动装置仍然存在体积、重量增加的问题。
此外，由于超导材料是指具有在一定的低温条件下呈现出电阻等于零以及排斥磁力线的性质的材料，若温度改变，会导致超导失效，从而使涡流制动装置制动力减小，难以产生列车制动所需的制动力，造成安全隐患。
实用新型内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型提供了一种体积小、重量轻的超导磁体、磁浮列车超导涡流制动器及制动装置。
为了达到上述目的，本实用新型提供了一种超导磁体，包括：
支撑体，所述支撑体为中空结构；
低温超导线圈，缠绕在所述支撑体上；
所述低温超导线圈为由NbTi合金制成的线圈；
线圈包覆层，周向包覆所述低温超导线圈；
所述线圈包覆层与所述支撑体之间形成的空间充满液氦；
隔热层，包覆所述线圈包覆层；
所述隔热层与所述线圈包覆层之间形成的空间为真空；
杜瓦，包覆所述隔热层；
所述杜瓦与所述隔热层之间形成的空间为真空。
优选的，所述支撑体上设有贯穿所述支撑体的液氦出口管路和液氦入口管路，所述线圈包覆层与所述液氦出口管路和所述液氦入口管路连通。
优选的，所述线圈包覆层下部设有加强筋结构，所述支撑体和所述低温超导线圈放置在所述加强筋结构上，所述液氦出口管路和所述液氦入口管路与所述加强筋间隙空间连通。
优选的，所述隔热层底部设有加强筋结构，所述线圈包覆层放置于所述加强筋结构上。
优选的，所述杜瓦底部设有加强筋结构，所述隔热层放置于所述加强筋结构上。
优选的，所述线圈包覆层、隔热层和杜瓦在顶部相对应位置上均设有一对低温超导线圈引线接口。
优选的，在每一对低温超导线圈引线接口处均设有密封件。
为了达到上述目的，本实用新型还提供了一种磁浮列车超导涡流制动器，包括制动器主体、磨耗板、与所述制动器主体连接的磁轭以及下端与磨耗板连接的磁体，所述磁体与所述磁轭连接，所述磁体设有至少两个，采用上述超导磁体；相邻两个磁体励磁电流方向相反，充磁方向彼此交替。
进一步的，还包括冷却装置，所述冷却装置包括液氦容器、与所述液氦容器连接的液氦管路、液氮容器和与液氮容器连接的液氮冷却管路，所述液氦管路分别与所述液氦出口管路和所述液氦入口管路连通，所述液氮冷却管路缠绕于所述隔热层外侧。
为了达到上述目的，本实用新型又提供了一种磁浮列车超导涡流制动装置，包括超导涡流制动器和控制励磁电流通断、大小的超导涡流制动控制器，所述超导涡流制动控制器与供电电源连接，所述超导涡流制动器采用上述磁浮列车超导涡流制动器，所述低温超导线圈通过导电连接件与所述超导涡流制动控制器连接。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：
(1)本实用新型超导磁体由五层嵌套结构组成，无铁芯结构，体积小、重量轻；线圈采用NbTi合金制作而成的低温超导线圈，由于低温超导线圈可以通过非常大电流，其产生的磁场强度大，与常规电磁铁相同体积重量下可以获得更大的制动力。
(2)本实用新型磁浮列车超导涡流制动器，采用无铁芯结构的超导磁体代替有铁芯结构的电磁铁，NbTi合金制作而成的低温超导线圈，由于低温零电阻态的存在，可以安全地通以大电流励磁产生高强度的磁场，制动力大，在产生相同强度的磁场情况下，体积小，重量轻，且为非接触制动，线圈电阻趋近于零，电能损耗较少。
(3)本实用新型磁浮列车超导涡流制动装置，超导涡流制动器采用无铁芯结构的超导磁体代替有铁芯结构的电磁铁，采用NbTi合金制作而成的低温超导线圈由于低温零电阻态的存在，可以安全地通以大电流励磁产生高强度的磁场，从而在于常规电磁铁相同体积重量下获得更大的制动力。
附图说明
图1为本实用新型具体实施例超导磁体的结构图；
图2为本实用新型具体实施例磁浮列车超导涡流制动器的结构图；
图3为本实用新型实施例超导磁体电流方向示意图。
图中，1、支撑体，2、低温超导线圈，3、线圈包覆层，4、隔热层，5、杜瓦，6、低温超导线圈引线接口，7、密封件，8、液氦出口管路，9、液氦入口管路，10、制动器主体，11、磨耗板，12、磁轭，13、磁体，14、横向悬挂，15、纵向悬挂，16、第一空间，17、第二空间，18、第三空间。
具体实施方式
下面，通过示例性的实施方式对本实用新型进行具体描述。然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参见图1，本实用新型一实施例，提供了一种超导磁体，包括：
支撑体1，所述支撑体为中空结构；
低温超导线圈2，缠绕在所述支撑体1上；
所述低温超导线圈2为由NbTi合金制成的线圈；
线圈包覆层3，周向包覆所述低温超导线圈2；
所述线圈包覆层3与所述支撑体1之间形成的第一空间16充满液氦；
隔热层4，包覆所述线圈包覆层3；
所述隔热层4与所述线圈包覆层3之间形成的第二空间17为真空；
杜瓦5，包覆所述隔热层4；
所述杜瓦5与所述隔热层4之间形成的第三空间18为真空。
继续参见图1，所述线圈包覆层3、隔热层4和杜瓦5在顶部相对应位置上均设有一对低温超导线圈引线接口6。低温超导线圈引线从低温超导引线接口引出与超导涡流制动控制器连接，从而对低温超导线圈通以电流，产生磁场。
继续参见图1，作为上述超导磁体的一优选实施方式，为了保证隔热和密封效果，在每一对低温超导线圈引线接口6处均设有密封件7。具体地，在线圈包覆层、隔热层和杜瓦的低温超导线圈引线接口处均设有密封件，第一密封件设于线圈包覆层的内、外两侧，第二密封件设于隔热层的内、外两侧，第三密封件设于杜瓦的内、外两侧。作为优选设计，所述密封件为密封环或密封圈或密封垫等具有密封结构的密封体。
继续参见图1，由于氦气具有挥发性，超导磁体使用一段时间后，线圈包覆层3与支撑体1之间形成的第一空间内，液氦减少，而低温超导线圈浸泡在液氦中呈现超导状态，为了防止因液氦见到导致低温超导线圈失超。在上述超导磁体中的一实施方式中，所述支撑体1上设有贯穿所述支撑体1的液氦出口管路8和液氦入口管路9，所述线圈包覆层3与所述液氦出口管路8和所述液氦入口管路9连通。通过液氦出口管路排出线圈包覆层与支撑体之间第一空间内因液氦挥发产生的氦气，卸除第一空间内压力，使第一空间内压力减小，通过液氦入口管路向第一空间内补充液氦，保证低温超导线圈一直处于超导状态。
在一优选实施方式中，所述支撑体为一体式结构。在另一优选实施方式中，所述支撑体为分体式结构，包括本体和与本体连接的顶盖，本体为顶部开口的中空结构，顶盖大于本体顶部开口，所述液氦出口管路8和所述液氦入口管路9贯穿顶盖和本体底部与所述线圈包覆层3连通。
作为一优选实施方式，所述线圈包覆层下部设有加强筋结构，所述支撑体和所述低温超导线圈放置在所述加强筋结构上，所述液氦出口管路和所述液氦入口管路与所述加强筋间隙空间连通。液氦出口管路与加强筋间隙空间连通，可以通过加强筋间隙将第一空间内挥发产生的氦气回收。同样地，当需要对第一空间补充氦气时，由于液氦入口管路与加强筋间隙空间连通，可以通过加强筋间隙将氦气充满第一空间。
作为一优选实施方式，为了提高隔热效果，所述隔热层底部设有加强筋结构，所述线圈包覆层放置于所述加强筋结构上。具体地，作为优选设计，线圈包覆层放置于所述加强筋上后，采用定位销或螺栓等连接件实现与隔热层的固定。
作为另一优选实施方式，为了提高杜瓦的保温效果，所述杜瓦底部设有加强筋结构，所述隔热层放置于所述加强筋结构上。将隔热层放置于加强筋结构上，隔热层的底部与杜瓦通过加强筋成形间隙，不直接接触，间隙空间为真空，保温效果好。本实用新型所述隔热层优选采用冷屏。具体地，作为优选设计，隔热层放置于所述加强筋上后，采用定位销或螺栓等连接件实现与杜瓦的固定。
本实用新型上述超导磁体，采用NbTi线圈，可以通以非常大电流，产生的磁场强度大，且线圈采用超导材料制成，体积和重量上均有明显优势，与现有有铁芯结构的电磁铁相比，无铁芯结构，在产生相同强度的磁场情况下，超导磁体的体积小、重量轻。
参见图2，本实用新型另一实施例，提供了一种磁浮列车超导涡流制动器，包括制动器主体10、磨耗板11、与所述制动器主体10连接的磁轭12以及下端与磨耗板11连接的磁体13，所述磁体13与所述磁轭12连接，所述磁体13设有十二个，采用上述任意一种结构的超导磁体；相邻两个磁体励磁电流方向相反，充磁方向彼此交替。参见图3，在低温超导线圈通电时，相邻两个磁体因励磁电流方向相反，充磁方向彼此交替，产生交变磁场，从而产生制动力，实现制动。继续参见图2，在上述磁浮列车超导涡流制动器中，制动器主体还连接由横向悬挂14和纵向悬挂15，涡流制动器通过横向悬挂横向固定与横向传力，涡流制动器通过纵向悬挂传递纵向力。作为优选设计，所述纵向悬挂为Z字型拉杆结构。
作为一优选实施方式，在上述磁浮列车超导涡流制动器中，磁体顶部的吊耳插入磁轭腰型孔中，然后每个磁体使用4个弹性销将吊耳与磁轭连接在一起；磁轭与制动器主体通过焊接方式或采用连接件(例如：螺栓等)连接。
作为另一优选实施方式，在上述磁浮列车超导涡流制动器中，制动器主体由金属板材焊接而成，作为上述磁浮列车超导涡流制动器的主体框架，保证上述磁浮列车超导涡流制动器的强度和刚度。
作为上述磁浮列车超导涡流制动器的一优选实施方式，所述涡流制动器还包括冷却装置，所述冷却装置包括液氦容器、与所述液氦容器连接的液氦管路、液氮容器和与液氮容器连接的液氮冷却管路，所述液氦管路分别与所述液氦出口管路和所述液氦入口管路连通，所述液氮冷却管路缠绕于所述隔热层外侧。具体地，液氦容器通过液氦管路及液氦入口管路实现对第一空间内液氦的补充，并通过液氦管路及液氦出口管路实现对因挥发而产生的氦气的回收。
上述磁浮列车超导涡流制动器安装于车体随车体运行时，所述超导磁体的底部平面与轨道的外侧表面具有空气隙。
本实用新型上述磁浮列车超导涡流制动器，采用上述超导磁体，体积小、重量轻，便于应用。
本实用新型又一实施例，提供了一种磁浮列车超导涡流制动装置，包括超导涡流制动器和控制励磁电流通断、大小的超导涡流制动控制器，所述超导涡流制动控制器与供电电源连接，所述超导涡流制动器采用上述磁浮列车超导涡流制动器，所述低温超导线圈通过导电连接件与所述超导涡流制动控制器连接。制动时，超导涡流制动控制器为低温超导线圈提供励磁电流，控制器还连接单独的供电电源(例如：蓄电池电源)，保证紧急制动工况下可以施加涡流制动。
上述实施例用来解释本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920105538.7
申请日:2019-01-22
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:95(青岛)
授权编号:CN209479438U
授权时间:20191011
主分类号:B60L 13/04
专利分类号:B60L13/04;B60L7/28
范畴分类:32B;37C;
申请人:中车青岛四方车辆研究所有限公司
第一申请人:中车青岛四方车辆研究所有限公司
申请人地址:266031 山东省青岛市市北区瑞昌路231号
发明人:袁文琦;董振威;王明星;杨磊
第一发明人:袁文琦
当前权利人:中车青岛四方车辆研究所有限公司
代理人:徐艳艳
代理机构:37256
代理机构编号:青岛清泰联信知识产权代理有限公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计