PT2192019E - Dispositivo de freio magnético com bobinas multiparte - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "DISPOSITIVO DE FREIO MAGNÉTICO COM BOBINAS MULTIPARTE" A invenção diz respeito a um dispositivo de freio magnético de um veiculo ferroviário compreendendo pelo menos um corpo de bobina magnética com um eletroiman de travão, bem como pelo menos um núcleo magnético no qual são incorporadas expansões polares que se projetam para as extremidades de um carril de veiculo ferroviário, em que são previstos pelo menos dois corpos de bobina magnética na longitudinal do eletroiman de travão, juntos e paralelos um ao outro, perpendiculares num plano à direção longitudinal, sempre com bobinas magnéticas separadas, de acordo com o conceito genérico da reivindicação de patente 1.

Um tal dispositivo de freio magnético é por exemplo conhecido numa disposição de eletroiman permanente a partir da DE 11 23 359 B e numa disposição elétrica pela FR 1 003 173 A. Na FR 1 003 173 A o principal gerador de potência é o freio magnético. Este é em principio um eletroiman, composto por uma bobina magnética suportada por um corpo de bobina magnética que se prolonga no sentido dos carris e por um núcleo magnético em forma de ferradura, que forma o corpo principal ou corpo de suporte. O núcleo magnético em forma de ferradura forma expansões polares dos lados opostos dos carris ferroviários. A corrente continua que passa na bobina magnética origina uma tensão magnética, que produz um fluxo magnético no núcleo magnético, que provoca um curto-circuito na cabeça dos carris assim que o eletroiman de travão assenta com as suas expansões polares nos carris. Dá-se assim uma força de atração magnética entre o eletroiman e os carris. Através da energia cinética 2 do veiculo ferroviário em movimento o freio magnético é puxado através de arrastadores ao longo dos carris. Aqui é produzida uma força de travagem através da fricção de deslizamento entre o eletroiman e os carris em ligação com a força de atração magnética. Através do contacto de fricção com os carris é produzido nas expansões polares dos eletroimanes um desgaste de fricção, que não pode ultrapassar uma medida máxima de desgaste, sob o risco de danificar os corpos da bobina magnética.

Nos eletroimanes de travão conhecidos encontram-se disponíveis duas bobinas magnéticas que engatam verticalmente na forquilha do núcleo magnético com uma cobertura superior e com uma cobertura inferior.

Neste contexto, conhecem-se ainda a partir da EP 1 477 382 expansões polares em forma de componentes separadas que se localizam do lado oposto do núcleo magnético e a partir da FR 359 101 expansões polares incorporadas integralmente com o núcleo magnético.

Em princípio pode-se distinguir entre duas diferentes formas de construção de eletroimanes.

Numa primeira forma de realização o eletroiman de travão é um eletroiman fixo, no qual são aparafusadas duas expansões polares magnéticas, que são separadas através de uma orla não magnética na direção longitudinal. Isto serve para evitar um curto-circuito magnético dentro do eletroiman de travão. As expansões polares são formadas nas superfícies exteriores opostas das paredes laterais dos carris do veículo. Os eletroimanes fixos são usados normalmente no trânsito local em elétricos ou comboios 3 suburbanos . São ainda conhecidos eletroimanes de união, nos quais os corpos de bobina magnética não apresentam núcleo de aço, mas apenas paredes divisórias. Nas câmaras entre as paredes divisórias encontram-se contidas secções de união magnéticas que se movem num certo limite, que se ajustam durante o processo de travagem para melhor acompanhar as irregularidades da cabeça dos carris. Neste caso, as expansões polares são incorporadas nas superfícies exteriores opostas das secções magnéticas dos carris. Os eletroimanes de união são usados de forma padronizada na zona da linha principal ferroviária.

No que diz respeito às formas de realização de freios magnéticos é feita referência à edição "Grundlagen der Bremstechnik", página 92 a 97 da Knorrbremse AG, Munique, 2002 . A maior parte da força de travagem de um freio magnético depende da resistência magnética do circuito magnético, isto é da geometria e da permeabilidade, da força magnetomotiva, do valor de atrito entre o eletroíman de travão e o carril, bem como do estado dos carris. Um fator essencial é constituído aqui também pelas perdas magnéticas, que dependem significativamente da estrutura geométrica da secção transversal do eletroíman. Perante o cenário de uma oferta de lugares no chassis de composições ferroviárias especialmente no sentido vertical, cada vez mais limitada, é, de futuro, exigida uma altura de construção mais reduzida. É objetivo da invenção desenvolver um dispositivo de 4 freio magnético do tipo acima mencionado de forma a que apresente uma altura de construção reduzida em forças magnéticas simultaneamente mais elevadas.

Este objetivo é atingido através das caracteristicas distintivas da reivindicação de patente 1. As reivindicações em anexo apresentam aperfeiçoamentos vantajosos da invenção.

Por bobina magnética deve-se entender de seguida a bobina de enrolamento composta pelas camadas dos cabos da bobina, como eles se enrolam no corpo da bobina magnética. Esta bobina de enrolamento ou bobina magnética enrolada no corpo de bobina magnética possui num plano perpendicular ao prolongamento longitudinal do eletroiman de travão (paralelo aos carris) uma determinada secção transversal, que depende do número de voltas, da espessura de enrolamento e do diâmetro de cabo e também da geometria do corpo de bobina magnética, isto é, do espaço disponivel para a bobina de enrolamento. Aqui a invenção distingue num primeiro aspeto entre uma cobertura superior da bobina magnética, que se encontra em relação aos carris por cima de uma forquilha, e uma cobertura inferior, que se encontra ordenada por baixo da forquilha.

Pelo sentido longitudinal do eletroiman de travão deve ser entendida a extensão do eletroiman fixo ou do eletroiman de união paralelo aos carris.

De acordo com a invenção, os eixos centrais dos pelo menos dois corpos de bobina magnética encontram-se dispostos num plano perpendicular à direção longitudinal do eletroiman de travão em relação a um eixo central vertical 5 do eletroíman de travão num ângulo agudo ou obtuso e por exemplo simetricamente. São ainda previstos pelo menos dois corpos de bobina magnética dispostos paralelos um ao outro no sentido longitudinal do eletroiman de travão e num plano perpendicular à direção longitudinal juntos um ao outro, sempre com as respetivas bobinas magnéticas separadas. Através da disposição uma junta à outra das bobinas magnéticas a força magnética é distribuída pela largura, de forma a que com a mesma força magnética possa ser obtida uma altura de construção inferior.

Para além disso, os eixos centrais dos pelo menos dois corpos de bobina magnética convergem ou divergem para os carris num plano perpendicular ao sentido longitudinal do eletroíman de travão. A posição inclinada que os corpos de bobina magnética então assumem em relação ao eixo central vertical do eletroíman de travão implica então uma forma de construção especialmente compacta. No total, resultam por causa da menor altura de construção do eletroíman de travão menos perdas no circuito magnético e uma menor exigência de potência, bem como uma menor massa.

Para além disso, a secção transversal de pelo menos uma das várias bobinas magnéticas pode apresentar na cobertura superior uma altura inferior e uma largura maior do que o corte transversal da cobertura inferior, em que então a altura da secção transversal da respetiva bobina magnética é medida em paralelo e a largura da secção transversal da bobina magnética é medida transversalmente ao respetivo eixo central vertical do corpo de bobina magnética em causa. Na zona da cobertura superior da bobina magnética uma execução mais larga da secção transversal não é perturbadora, segundo o estado da técnica. Contudo, a 6 determinado número de espiras por bobina magnética enrolada, a altura da secção transversal na zona da cobertura superior é reduzida, o que no que diz respeito ao estado da técnica conduz a uma redução da altura de construção do eletroiman de travão em contraste com igual força magnética. No âmbito da cobertura inferior pode por outro lado ser admitida uma altura mais elevada da secção transversal da bobina magnética sem que tal traga desvantagens em relação à altura de construção do eletroiman de travão, porque ai as paredes e/ou expansões polares do núcleo magnético não podem ser reduzidas conforme desejado por causa de uma altura minima de desgaste exigida. Em vez de construir um eletroiman relativamente alto para alcançar uma determinada força de travagem esta pode ser com a invenção construída por baixo.

De seguida, a invenção é representada de forma exemplar mediante figuras. Estas mostram

Fig. 1 Fig. 2 Fig. 3 Fig. 4 Fig. 5 uma representação em perspetiva de um freio magnético de acordo com o estado da técnica; uma vista lateral do eletroiman de travão construído como eletroiman de união da Fig.l; uma representação em corte transversal de uma secção de união magnética de um eletroiman de união de acordo com uma forma de realização preferencial da invenção; uma representação em corte transversal de um eletroiman fixo de acordo com uma forma de realização preferencial da invenção; uma representação em corte transversal de um eletroiman fixo não abrangido pelo âmbito de proteção das reivindicações da patente; e 7

Fig. 6 uma representação em corte transversal de uma secção de união magnética de um eletroíman de união não abrangida pelo âmbito de proteção das reivindicações da patente.

Na descrição que se segue dos exemplos de realização as componentes e montagens iguais ou que tenham o mesmo efeito são assinaladas com as mesmas referências.

Para se poder adaptar melhor às irregularidades de um carril 1, encontra-se disponível uma variedade de secções de união magnéticas 6 num eletroiman de travão 2 de um freio magnético 4 apresentado na Fig. 1 e Fig. 2 de acordo com o estado da técnica em vez de um único eletroiman fixo, secções que são mantidas delimitadas de forma móvel em corpos de bobina magnética 8 que se estendem ao longo do sentido longitudinal do carril 1. Isto é preferencialmente conseguido por a secção de união magnética 6 se encontrar suspensa delimitada de forma móvel e basculável simetricamente a um plano central vertical nas superfícies laterais afastadas umas das outras do corpo de bobina magnético 8 em câmaras construídas entre paredes divisórias 10. A transmissão das forças de travagem aos corpos da bobina magnética 8 resulta então através das paredes divisórias 10 e peças de extremidade 14, 15, que estão ligadas de forma segura com o corpo de bobina magnética 8 e asseguram ao eletroíman de travão 2 uma boa condução sobre as agulhas e juntas de carril. O corpo de bobina magnética 8, que contém uma bobina magnética 9 não visível a partir do exterior, comporta como tal as secções de união magnéticas 6, que formam o núcleo magnético do eletroíman de travão 2. 8

Para abastecer a bobina magnética 9 com tensão elétrica, encontra-se disponível pelo menos um dispositivo de ligação 2 6 que apresenta uma fonte de tensão com duas ligações elétricas 22, 24 para o pólo positivo e/ou negativo, que por exemplo se encontra localizado na zona superior de uma superfície lateral do corpo de bobina magnética 8, aproximadamente a meio da sua extensão longitudinal. As ligações elétricas 22, 24 apresentam-se preferencialmente afastadas uma da outra e prolongam-se no sentido longitudinal do corpo de bobina magnética 8. A descrição precedente do estado da técnica resulta no objetivo de esclarecer a estrutura de princípio de um freio magnético 4. Ao contrário das Fig. 1 e 2, que mostram um freio magnético 4 com apenas um corpo de bobina magnética 8 e apenas uma bobina magnética 9, a Fig. 3 apresenta um corte transversal de um eletroíman de travão 2 como eletroíman de união, no qual são previstos pelo menos dois corpos de bobina magnética 8a, 8b localizados um junto ao outro com bobinas magnéticas separadas 9a, 9b, previstos no sentido longitudinal do eletroíman de travão 2 paralelamente um ao outro e num plano perpendicular ao sentido longitudinal. As bobinas magnéticas 9a, 9b enroladas nos corpos de bobina magnética 8a, 8b podem ser ligadas em separado, em linha ou paralelamente umas às outras, isto é a bobina magnética 9a associada ao corpo de bobina magnética 8a pode ser ligada em separado, em linha ou paralelamente à bobina magnética 9b associada ao outro corpo de bobina magnética 8b.

Na Fig. 3 no plano de secção transversal representado na perpendicular ao sentido longitudinal do eletroíman de travão 2 ou ao sentido longitudinal dos carris, encontram- 9 se ordenados num ângulo agudo α os eixos centrais 34, 36 de ambos os corpos de bobina magnética 8a, 8b em relação a um eixo central vertical 38 do eletroiman de travão 2 e convergem para o carril 1, portanto para baixo. Para além disso, ambos os corpos de bobina magnética 8a, 8b estão dispostos simetricamente em relação ao eixo central vertical 38 do eletroiman de travão 2.

Em alternativa os eixos centrais 34, 36 de ambos os corpos de bobina magnética 8a, 8b podem ser também dispostos num ângulo obtuso em relação ao eixo central vertical 38 ou divergir para o carril 1. Os enrolamentos de bobina 9a, 9b, que não se encontram explicitos na Fig. 3 mas são representados através dos seus indicadores, compostos pelas voltas dos cabos enrolados, envolvem os corpos de bobinas magnéticas 8a, 8b num sentido paralelo aos eixos centrais 34, 36. 0 núcleo magnético 6 é no caso presente igualmente simétrico ao eixo central vertical 38 do eletroiman de travão 2 e formado por várias partes, aqui preferencialmente em duas partes, em que uma metade do núcleo magnético 6a, 6b apresenta sempre um lado protuberante 40a, 40b numa abertura do corpo de bobina magnética 8a, 8b, em que os lados 40a, 40b se encontram num plano do eixo central vertical 38. Nos lados 40a, 40b das metades do núcleo magnético 6a, 6b juntam-se no carril 1 as paredes 42a, 42b que correm paralelamente uma à outra, nas quais são formadas as expansões polares 16a, 16b (pólo Norte e/ou Sul) do eletroiman de travão 2 nas extremidades do carril 1. Entre as expansões polares 16a, 16b e uma cabeça de carril 18 do carril 1 existe então, como no estado da técnica, um entreferro 20 (Fig. 1). As expansões 10 polares 16a, 16b são compostas preferencialmente por um material de fricção, por exemplo aço, grafite esferoidal ou material sinterizado e são preferencialmente ligadas às paredes 42a, 42b de forma destacável como componentes separados. Num espaço intermédio entre a expansão polar esquerda e direita 16a, 16b (pólo Norte magnético e/ou Sul) pode ser ordenada uma borda intermédia 21 antimagnética, antidesgaste, resistente ao choque e à temperatura e que preenche o espaço intermédio.

Em relação à extensão longitudinal do eletroiman de travão são então contidas as metades do núcleo magnético 6a, 6b de cada eletroiman de união 6 num quadro móvel formado pelos corpos de bobina magnética 8a, 8b preferencialmente ligados um ao outro, para se poderem adaptar às irregularidades do carril 1. A Fig. 4 mostra em contraste pela secção transversal um eletroiman fixo 2 como eletroiman de travão, no qual o núcleo magnético 6 é formado preferencialmente também por duas partes e composto por duas metades de núcleo magnético 6a, 6b fixas de forma segura uma à outra. O corpo de bobina magnética 8 não é aqui um componente separado, mas sim é formado por áreas 8a, 8b do núcleo magnético 6, mais precisamente por áreas das metades do núcleo magnético 6a, 6b, nas quais as voltas dos enrolamentos de cabos de ambas as bobinas magnéticas 9a, 9b se enrolam preferencialmente de forma direta. Para além disso, a descrição do exemplo de realização precedente serve para o local e geometria das bobinas magnéticas 9a, 9b e dos corpos de bobina magnética 8a, 8b. A Fig. 5 mostra a secção transversal de um eletroiman 11 fixo 2 não de acordo com a invenção, no qual o núcleo magnético 6 preferencialmente de uma só peça é formado em forma de ferradura e uma forquilha 28 e contém paredes 42a, 42b que se projetam a partir desta paralelamente uma à outra, nas quais são formadas as expansões polares 16a, 16b (pólo Norte e/ou Sul) do eletroiman de travão 2 das extremidades do carril 1. Entre as expansões polares 16a, 16b e a cabeça de carril 18 do carril 1 existe então um entreferro 20 (ver Fig. 1) . As expansões polares 16a, 16b são compostas como no exemplo de realização anterior preferencialmente por material de fricção, por exemplo aço, grafite esferoidal ou material sinterizado. Tal como nos exemplos de realização anteriores num espaço intermédio entre a expansão polar esquerda e direita 16a, 16b (pólo

Norte magnético e/ou Sul) pode ser também ordenada uma borda intermédia 21 antimagnética, antidesgaste, resistente ao choque e à temperatura e que preenche o espaço intermédio. A bobina magnética 9 envolve a forquilha 28 com uma cobertura superior 30 e com uma cobertura inferior 32 disposta na vertical entre as paredes 42a, 42b. Aqui a secção transversal da bobina magnética 9 apresenta na cobertura superior uma altura inferior h e uma largura b maior do que a secção transversal da cobertura inferior 32, em que a altura h da secção transversal da bobina magnética 9 é medida paralelamente e a largura b da secção transversal da bobina magnética 9 é medida transversalmente a um eixo central vertical 38 do eletroiman de travão 2.

Na realização, por exemplo, o número de camadas sobrepostas de enrolamentos de cabos da bobina da bobina magnética 9 na zona da cobertura superior 30 é menor do que 12 na zona da cobertura inferior 32. Em especial, a secção transversal da bobina magnética 9 na cobertura superior 30 é essencialmente retangular com o lado mais comprido perpendicular ao eixo central vertical 38 do eletroiman de travão 2 e na cobertura inferior 32 é essencialmente quadrado. As superfícies de secção transversal da bobina magnética 9 na cobertura superior 30 e na cobertura inferior 32 são preferencialmente do mesmo tamanho.

De acordo com uma outra forma de realização apresentada na Fig. 6 não de acordo com a invenção, o princípio da bobina 9 assimétrica de acordo com a Fig. 5 pode ser também realizado num eletroiman de união 2. Neste caso, o corpo de bobina magnética 8 é realizado correspondentemente.

Uma estrutura assimétrica da bobina 9, isto é, uma largura b e altura h diferente da bobina 9 na cobertura superior 30 e na cobertura inferior 32 ocorre também quando a forquilha 28 apresenta uma forma convexa que sai para fora em relação ao carril, portanto para cima arredondada ou curva. Então a largura b na cobertura superior 30 é automaticamente maior do que a largura b na cobertura inferior 32 .

De acordo com uma outra forma de realização aqui não representada as formas de realização conforme a Fig. 3 e/ou Fig. 4 podem ser combinadas com a forma de realização conforme a Fig. 5 e/ou Fig. 6, em que a secção transversal apresenta uma altura h inferior e uma largura b maior na cobertura superior 30 em pelo menos uma das bobinas magnéticas 9a, 9b da Fig. 3 e/ou Fig. 4 do que na secção transversal na cobertura inferior 32, em que neste caso a 13 altura h da secção transversal da correspondente bobina magnética 9a, 9b é medida em paralelo e a largura b da secção transversal da bobina magnética 9a, 9b transversalmente ao correspondente eixo central 34,36 do respetivo corpo de bobina magnética 8a, 8b.

Lista de referências 1 Carris 2 Eletroiman de travão 4 Freio magnético 6 Secções de união magnética; núcleo magnético 8 Corpo de bobina magnética/Circuito magnético 9 Bobina magnética 10 Parede divisória 12 Ligação aparafusada 14 Extremidade da peça 15 Extremidade da peça 16 Expansão polar 18 Cabeça de carril 20 Entreferro 21 Borda intermédia 22 Ligação elétrica 24 Ligação elétrica 26 Dispositivo de ligação 28 Forquilha 30 Cobertura superior 32 Cobertura inferior 36 Eixo central 38 Eixo central 40 Lado protuberante 42 Paredes

Lisboa, 6 de Junho de 2012

Claims (5)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Dispositivo de freio magnético de um veiculo ferroviário contendo pelo menos um eletroiman de travão (2) com um corpo de bobina magnética (8a, 8b) contendo pelo menos uma bobina magnética (9a, 9b), bem como pelo menos um núcleo magnético (6) no qual são previstos pelo menos dois corpos de bobina magnética (8a, 8b) na longitudinal do eletroiman de travão (2), juntos e paralelos um ao outro, e perpendiculares num plano à direção longitudinal, sempre com bobinas magnéticas (9a, 9b) separadas, e em que visto num plano perpendicular ao sentido longitudinal do eletroiman de travão (2), os eixos centrais (34, 36) dos pelo menos dois corpos de bobina magnética (8a, 8b) são dispostos num ângulo agudo ou obtuso (a) em relação a um eixo central vertical (38) do eletroiman de travão (2) e convergem ou divergem para o carril de veiculo ferroviário (1) caracterizado por ser construida uma expansão polar (16a, 16b) nas extremidades de um carril de veiculo ferroviário (1) do pelo menos um núcleo magnético (6).

2. Dispositivo de freio magnético de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizado por num plano perpendicular ao sentido longitudinal do eletroiman de travão (2), os pelos menos dois corpos de bobina magnética (8a, 8b) serem ordenados de forma simétrica em relação ao eixo central vertical (38) do eletroiman de travão (2).

3. Dispositivo de freio magnético de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as bobinas magnéticas (9a, 9b) associadas aos corpos de bobina magnética (8a, 8b) serem ligadas separadamente em corrente ou em linha ou paralelamente uma à outra. 2

4. Dispositivo de freio magnético de acordo com pelo menos uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o eletroiman de travão (2) ser um eletroiman de união, com pelo menos um corpo de bobina magnética (8a, 8b), no qual se encontram contidas de forma móvel várias secções de união magnéticas (6a, 6b).

5. Dispositivo de freio magnético de acordo com pelo menos uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado por o eletroiman de travão (2) ser um eletroiman fixo. Lisboa, 6 de Junho de 2012