ТОРМОЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H02K7/102 F16D55/02 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к тормозным устройствам, предназначенным для быстрой остановки электрических машин.

Известно приспособление для торможения электродвигателя с короткозамкнутым ротором с тормозным якорем, которое является наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению по своей технической сущности.

Известное техническое решение обладает следующими недостатками:
контакт якоря и короткозамкнутого кольца ротора происходит по двум винтовым поверхностям-линиям. Полное контактирование по этим поверхностям технологически не обеспечено, что увеличивает время торможения ротора электродвигателя;
значительная площадь контакта якоря и короткозамкнутого кольца ротора;
малое расстояние между точкой приложения силы, действующей со стороны зубца на роторе на якорь и силой, действующей на якорь со стороны тормозной накладки;
якорь соприкасается с короткозамкнутым ротором, выполненным из первичного алюминия, имеющего низкую твердость.

Цель изобретения: устранение вышеуказанных недостатков, сокращение времени торможения (остановки) электрической машины, упрощение конструкции, повышение жесткости и увеличение ресурса часов работы электрической машины.

Цель достигается следующим образом: на короткозамкнутом кольце обмотки ротора, с внутренней стороны, расположены два противоположных выступающих штифта с пазами. На внутреннем кольце якоря также диаметрально противоположно выполнены две фасонные выемки с соответствующими углами α между их контактными поверхностями-гранями разной длины. Эти фасонные выемки предназначены для штифтов. Выполненные в штифтах пазы контактируют с торцевыми поверхностями фасонных выемок. Это используется с целью повышения износостойкости штифтов от ударов якоря. В предлагаемой конструкции якорь имеет винтовую поверхность контактирования меньшей площади, чем в прототипе. На короткозамкнутом кольце ротора установлены цилиндрические штифты. Контакт винтовых поверхностей происходит по образующей цилиндрической поверхности штифта. Площадь контакта меньше, чем у известного технического решения. Это позволило лучше прирабатываться поверхности якоря и штифтов, а соответственно сократить время торможения вращающегося ротора электрической машины.

На фиг. 1-3 изображен тормоз электрической машины (якорь); на фиг. 4 якорь в ракурсе; на фиг. 5 ротор электрической машины с встроенными в его короткозамкнутой обмотке штифтами с пазами; на фиг. 6 тормоз электрической машины в статическом состоянии; на фиг. 7 то же, в рабочем состоянии.

Тормоз электрической машины (якорь) содержит следующие конструкционные элементы: внешнее кольцо якоря 1; внутреннее кольцо 2; фасонную выемку 3 на внутреннем кольце 2; основание 4 якоря; отверстие 5; фасонную выемку 6 на внутреннем кольце 2.

Тормоз электрической машины (якорь) конструктивно связан с электрической машиной следующим образом (фиг. 6): в корпус 18 электрической машины впрессован статор 15 с электрической обмоткой (не показана). В статор 15 помещен ротор 7 с короткозамкнутой обмоткой 8, с выходным валом 13. На выходной вал 13 надета пружина сжатия 14. Якорь воздушным промежутком внутреннего кольца 2 входит в эту пружину 14, скользя отверстием 5 по выходному валу 13 ротора 7. Другим воздушным промежутком входит в выступающую часть короткозамкнутой обмотки 8 ротора 7. Внешнее кольцо якоря 1 сплошное, охватывающее эту короткозамкнутую обмотку 8, оставляет малый зазор между торцем короткозамкнутой обмотки ротора и своим торцем 6. Выходные концы штифтов 9, 10 с пазами 11, 12 помещаются в фасонные выемки 3, 6 внутреннего кольца 2, оставляя малый воздушный зазор между этими штифтами с пазами и гранями фасонных выемок в пределах 0,1-0,4 мм. Пружина сжатия 14 прижимает основание якоря к тормозной накладке 17, установленной на переднем подшипниковом щите 16.

На фиг. 6 изображен тормоз электрической машины в статическом состоянии и готовый к работе.

Он работает следующим образом: при включении электрической машины в сеть в электрических обмотках статора 15 возникает пусковой ток, который в несколько раз превышает номинальный ток. Этот пусковой ток возбуждает большой магнитный поток, который ответвляясь в якорь (поз. 1-6), притягивает его к ротору 7. В этом положении пружина 14 сжимается якорем, отходит от тормозной накладки 17, образуя воздушный зазор между основанием якоря и тормозной накладкой, равный 0,5-0,8 мм. Ротор 7 электрической машины растормаживается и начинает вращаться. Пусковой ток и магнитный поток спадают до номинальных величин. Величина работающего магнитного потока становится такой, что удерживает якорь в притянутом к ротору положении. При снятии с электрической обмотки статора 15 питающего рабочего напряжения, магнитный поток уменьшается. Уменьшается и сила притяжения якоря к ротору 7. В определенный момент времени сила притяжения якоря к ротору 7 становится меньше усилия пружины 14. Якорь отрывается от ротора 7 и перемещается по валу 13 к тормозной накладке 17, расположенной на переднем подшипниковом щите 16, установленном на корпусе 18 электрической машины. В это время ротор 7 еще продолжает вращаться и якорь совершает небольшой угловой поворот относительно ротора 7 в сторону, противоположную вращению ротора 7. При вращении ротора 7 штифты 9, 10, расположенные на короткозамкнутом кольце 8, упираются в наклонные грани торцы фасонных выемок 3, 6 и начинают оказывать усилие на ротор 7. Поскольку фасонные выемки 3, 6 якоря имеют наклонные к оси вращения ротора 7 грани, возникающие силы имеют осевые составляющие, которые совместно с усилием пружины 14 перемещают якорь к тормозной накладке 17. При контакте якоря с тормозной накладкой 17 возникает сила трения, вызывающая тормозной момент, который полностью и затормаживает вращающийся еще по инерции ротор 7 за кратчайшее время.

Многократные испытания заявляемого технического решения, а также испытания известных аналогов и прототипа показали явные преимущества предлагаемого объекта. Увеличение расстояний между точкой приложения силы, действующей со стороны штифтов на якорь и силой, действующей на якорь со стороны тормозной накладки, создало быстрое и эффективное торможение. Кроме того, в известном техническом решении якорь соприкасается с короткозамкнутым кольцом ротора, которое выполнено из первичного алюминия, обладающего его очень низкой твердостью. В заявляемом техническом решении якорь соприкасается с штифтами, выполненными из твердого сплава. Это значительно повысило ресурс часов работы тормоза и в целом электрической машины. Воздушные зазоры, подобранные опытным путем между якорем и пазами 11, 12 на штифтах 9, 10, равны 0,1-0,4 мм, а также между основанием якоря и тормозной накладкой 17 равны 0,5-0,8 мм и углы α и β между гранями фасонных выемок 3, 6, между большими гранями фасонных выемок и торцем внутреннего кольца, подобраны практическим путем и являются наиболее оптимальными. Они равны 90 и 30^о.

С целью повышения надежности и добротности электрической машины ее тормозной якорь выполнен из высоко- качественной металлокерамики, что позволило:
обеспечить высокую твердость контактных поверхностей якоря с штифтами и тормозной накладкой и повысить ресурс часов работы электрической машины;
обеспечить более стабильные магнитные свойства якоря;
обеспечить более высокую точность изготовления якоря;
значительно сократить время торможения ротора электрической машины.

Использование: в электромашиностроении, в частности в тормозных устройствах, предназначенных для быстрой остановки электрических машин. Сущность изобретения: тормоз электрической машины содержит тормозную накладку 17, якорь, пружину сжатия (14), два штифта, выходные концы которых (9, 10) закреплены на короткозамыкающем кольце обмотки ротора. Якорь тормоза состоит из основания (6), внешнего кольца (1) и внутреннего кольца (2). На внутреннем кольце (2) якоря выполнены две фасонные выемки (3, 6). Штифты имеют пазы (11, 12) с цилиндрической поверхностью для взаимодействия с фасонными выемками (3,6). Якорь выполнен из высококачественной металлокерамики. Такая конструкция тормоза обеспечивает быстрое торможение электрической машины. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. ТОРМОЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий тормозную накладку, закрепленную на подшипниковом щите, и якорь, выполненный в виде кольца, охватывающего короткозамыкающее кольцо ротора, с основанием и установленный с возможностью перемещения на валу между ротором и тормозной накладкой, якорь подпружинен к тормозной накладке пружиной, размещенной на выходном валу между основанием якоря и ротором, причем торцевая поверхность ротора и основание якоря имеют элементы взаимодействия друг с другом, отличающийся тем, что элементы взаимодействия торцевой поверхности ротора и основания якоря выполнены в виде внутреннего кольца якоря с двумя диаметрально расположенными фасонными выемками, образованными расположенными под углом одна к другой двумя контактирующими гранями разной длины, и штифтов, установленных на внутренней стороне короткозамыкающего кольца обмотки ротора диаметрально противоположно друг к другу и имеющих пазы с цилиндрической поверхностью для взаимодействия с фасонными выемками на внутреннем кольце якоря. 2. Тормоз по п. 1, отличающийся тем, что якорь выполнен из металлокерамики. 3. Тормоз по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что угол между контактирующими гранями, образующими фасонные выемки, равен 90^o. 4. Тормоз по пп. 1 3, отличающийся тем, что угол между контактирующей гранью фасонной выемки большей длины и торцом внутреннего кольца якоря равен 30^o. 5. Тормоз по пп. 1 4, отличающийся тем, что воздушный зазор между фасонными выемками и штифтами равен 0,1 0,4 мм. 6. Тормоз по пп. 1 5, отличающийся тем, что пружина, расположенная во внутреннем кольце якоря, выбрана с таким коэффициентом упругости, чтобы обеспечить воздушный зазор между основанием якоря и тормозной накладкой при работе электрической машины равным 0,5 0,8 мм.