Электромеханический тормоз электродвигателя Советский патент 1993 года по МПК H02K7/102 F16D13/64 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в различных электроприводах, в частности для комплектации электродвигателей, используемых для привода механизма, нор- мальное функционирование которых предусматривает остановку рабочих органов в регламентируемое время и удержание их в заторможенном состоянии.

Известны электромеханические тормоза электродвигателей, содержащие электромагнитный привод, состоящий из постоянного магнита и растормаживающего электромагнита и с магнитопроврдом и обмоткой, и .фрикционный тормозной узел, состоящий из тормозного диска, жестко закрепленного на валу электродвигателя, и дискового якоря, закрепленного на тормозном диске посредством упругих элементов.

Дисковый якорь под действием магнитного поля постоянного магнита притягивается к магнитопроводу. Создается тормозной момент, передаваемый через тормозной диск на4вал электродвигателя, .

Недостатком данных тормозов является низкая надежность работы их фрикционного узла, а также низкий тормозной момент. Это обусловлено следующим: вследствие технологического разброса при изготовлении деталей фрикционного узла и магнитопровода растормаживающего электромагнита, а также определенных неточностей сборки тормоза якорь прижимается при замкнутом тормозе к магнитопроводу не всей своей фрикционной поверхностью. За счет этого площадь фрикционной пары уменьшается, что приводит к неравномерному износу и нагреву элементов фрикционного узла. Последнее приводит к короблению этих элементов, вызывающее увеличение неравномерности распределения давления от поверхности трения,появления еще большей неравномерности распределения температур и увеличению износа. Кроме того, неравномерный контакт фрикционных поверхностей приводит к изменению среднего радиуса действия силы трения, а также к увеличению потоков рассеяния постоянного магнита. Последнее обуславливает уменьшение величины магнитного потока, замыкающегося по якорю, за счет чего уменьшается осевое усилие притяжения якоря к магнитопроводу. Наряду с этим, увеличение нагрева может вызвать изменения коэффициента трения. Все это приводит к уменьшению величины тормозного момента Мт на валу, который равен

Мт Ктр Rep Р,

где Ктр - коэффициент трения;

Rep- средний радиус действия силы трения;

Р - осевое усилие прижатия якоря к 5 магнитопроводу.

Известен также электромеханический торм оз электродвигателя, содержащий электромагнитный привод, состоящий из постоянного магнита и растормаживающе0 го электромагнита, и фрикционный тормозной узел, состоящий из тормозного диска, жёстко закрепленного на валу электродвигателя, и аксиально подвижного дискового якоря, закрепленного на тормозном диске.

5 Недостатком данного тормоза, как и у описанных выше аналогов является низкая надежность работы фрикционного узла, обусловленная неравномерностью распределения давления по поверхности трения, а

0 также тормозной момент, обусловленный неравномерным контактом в фрикционной паре, и, соответственно, уменьшением осевого усилия торможения.

Целью изобретения является повыше5 . нйе надежности электромеханического тормоза и увеличение тормозного момента.

Поставленная цель достигается тем, что в электромеханическом тормозе электродвигателя, содержащем электромагнитный

0 привод, состоящий из постоянного магнита и растормаживающего электромагнита, и фрикционный тормозной узел, состоящий из тормозного диска, жестко закрепленного на валу электродвигателя, и аксиально по5 движного якоря, закрепленного на тормозном диске, якорь выполнен составным из отдельных сегментов, установленных с возможностью независимых перемещений относительно друг друга. Боковые по0 верхности сегментов могут быть покрыты антифрикционным материалом, а тормозной диск выполнен в виде упругой многолучевой звезды, основание которой закреплено на валу, а ее концы - к сегмен5 там якоря. По меньшей мере два симметричных относительно оси вала сегмента снабжены выступами, а на тормозной поверхности магнитопровода растормаживающего электромагнита выполнены углубления с

0 возможностью взаимодействия с выступами, причем при разомкнутом положении тормоза величина воздушного зазора di между магни- топроводом и сегментами, имеющими выступы, удовлетворяет соотношению

5

5i $2.

где (52 - величина воздушного зазора между магнитолроводом и сегментами без выступов.

В предлагаемом тормозе под действием магнитного поля постоянного магнита сегменты якоря прижимаются к торцу магнитол ровода независимо друг от друга, что позволяет каждому сегменту принять такое положение, при котором площадь контактирования будет максимальной. Это обеспечивает как равномерное распределение давления по поверхности трения, так и максимально возможную силу из сжатия. Последнее объясняется тем. что в этом случае величина магнитного потока постоянного магнита, замыкающегося по якорю, будет максимальной. Все это значительно повысит надежность работы фрикционного узла и увеличит тормозной момент, причем наличие антифрикционного покрытия на боковых поверхностях сегментов исключает возможность их заедания относительно друг друга, а выполнение тормозного диска в виде упругой многолучевой звезды упрощает конструкцию фрикционного узла.

В случае выполнения на нескольких сегментах выступов последние заходят в углубление магнитопровода, за счет чего резко увеличивается тормозной момент. Поскольку линейное перемещение сегментов, снабженных выступами, больше, чем у остальных сегментов, то при отключении растормаживающего электромагнита от сети сначала к магнитопроводу прижимаются сегменты без выступов, обеспечивая начальное торможение вала , и лишь затем, после уменьшения частоты вращения вала, в торможении примут участие выступы на сегментах, которые будут заходить в углубления. Это также повышает как величину тормозного момента, так и надежность работы фрикционного узла.

На фиг. 1 изображен предлагаемый электромеханический тормоз, продольный разрез; на фиг. 2 - то же в рабочем режиме при расторможенном роторе; на фиг. 3 - якорь с тормозным диском, вид со стороны его фрикционной поверхности; на фиг. 4 - вид фиг. 3 с противоположной стороны.

Тормоз содержит электромагнитный привод, состоящий из постоянного магнита 1 и растормаживающего электромагнита, содержащего магнитопровод 2 и обмотку 3. Магнитопровод 2 установлен на фланце 4 электродвигателя. Фрикционный тормозной узел состоит из тормозного диска 5, жестко закрепленного на валу 6 электродвигателя, и якоря 7, закрепленного на тормозном диске 5.

Якорь 7 выполнен составным из отдельных сегментов 8, установленных с возможностью независимых аксиальных перемещений относительно друг друга. На

двух сегментах 9, 10 выполнены выступы 11 сферической формы, а в магнитопрово- де 2 - углубления 12. Тормозной диск 5 выполнен в виде упругой мембраны, имеющей форму многолучевой звезды, основание 13 которой закреплено на валу 6, а концы лучей 14 - к сегментам 8. Лучи 14, на которых закреплены сегменты 9, 10 с выступами 11 отогнуты относительно остальных

лучей таким образом, что при разомкнутом тормозе воздушный зазор бтмежду магнито- проводом 2 и сегментами 9, 10 больше, чем воздушный зазор дг между магнито- проводом 2 и сегментами 8 без выступов,

т. е. (5i 62. Боковые поверхности 15 сегментов 8 покрыты антифрикционным покрытием.

Тормоз работает следующим образом. При отключенном электродвигателе и

отсутствии тока в обмотке 3 магнитный поток постоянного магнита 1 притягивает якорь 7 к магнитопроводу 2 и за счет сил трения к валу б прикладывается тормозной момент. При этом выступы 11 расположены в углублениях 12 и обеспечивают дополнительное стопорение вала 2. Поскольку сегменты 8 якоря 7 прижимаются к магнитопроводу 2 независимо друг от друга, то это позволяет занять каждому сегменту

такое положение, при кото.ром площадь контактирования будет максимальной. Это обеспечивает как равномерное распределение давления по поверхностям трения, так и максимальную силу притяжения

якоря 7 к магнитопроводу 2, т. к. в этом случае величина замыкающегося по якорю 7 магнитного потока постоянного магнита

I будет максимальной. При этом наличие антифрикционного покрытия на боковых поверхностях сегментов исключает возможность их заедания относительно друг друга. При включении электродвигателя одновременно подается напряжение на обмотку 3 и растормаживающий электромагнит г.оздает магнитный поток, равный по величине и направленный встречно магнитному потоку постоянного магнита 1. За счет этого сила притяжения якоря 7 к магнитопроводу 2 уменьшается. Одновременно с этим на вал

6 начинает действовать пусковой момент электродвигателя и сферические выступы.

II начинают выдавливаться из углублений 12. За счет этого, а также под действием упругой мембраны 5 якорь 7 отходит от маг- нитопровода 2, причем сегменты 9 и 10 якоря 7 отходят на расстояние di, а остальные сегменты - на расстояние fa di. Последнее обеспечивается тем, что лучи 14 мембраны 5, соединенные с сегментами 9 и 10, в исходном состоянии отогнуты по сравнению с плоскостью остальных лучей на величину, равную (5i - 62). Вал 6 растормаживается и может свободно вращаться до тех пор, пока обмотка 3 остается под напряжением. При 5 отключении электродвигателя и снятия напряжения с обмотки 3 магнитный поток постоянного магнита 1, преодолевая усилие мембраны 5, начинает притягивать якорь 7 к магнитопроводу 2. Величина начального 10 тягового усилия, действующего-на сегменты якоря 7, определяется величиной магнитного потока постоянного магнита 1, которая в значител ьной степени зависит от величины воздушного зазора д на его пути. Т. к. 15 д% д-, то усилие, действующее на сегменты, не имеющие выступов, обеспечивается большим, чем на сегменты с выступами 11. За счет этого сегменты без выступов первыми притягиваются до упора к магнито- 20 проводу 2 и начинают затормаживать вал 6. Затем через определенный промежуток времени, определяемый соотношением величин д- и дг, а также соотношением сил жесткости различных лучей 14 мемб- 25 раны 5, к магнитопроводу 2 начинают притягиваться сегменты 9 и 10 с выступами 11. Последние будут заходить в углубления .12, обеспечивая ускорение торможения вала 6 и повышая надежность его фиксации в за- 30 торможенном положении.

Предлагаемый электромеханический тормоз имеет повышенную надежность работы фрикционного узла и больший тормозной момент по сравнению с известной 35 конструкцией тормоза. Это обеспечивается равномерным контактом фрикционных поверхностей якоря и магнитопровода и увеличением осевого тормозного усилия, действующего на якорь, а также наличием 40 стопорящих выступов на якоре. Одновре- мен но улучшаются параметры быстродействия -тормоза, а именно, снижается время

растормаживания вала за счет действия на якорь дополнительного усилия при выдавливании стопорящих выступов якоря из углублений магнитопровода и быстрого появления тем самым воздушного зазора в магнитной цепи постоянного магнита, а также снижается время торможения вала за счет участия в торможении стопорящих выступов.

формула изобретения 4.Электромеханический тормоз электродвигателя, содержащий электромагнитный привод и фрикционный тормозной узел, состоящий из тормозного диска, жестко закрепленного на валу электродвигателя, и якоря, установленного на тормозном диске с возможностью аксиального упругого перемещения, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и увеличения тормозного момента, якорь выполнен из отдельных сегментов, по меньшей мере два из которых симметричных относительно оси-вала, выполнены с выступами, а на том же расстоянии от оси вала на тормозной .поверхности магнитопровода электромагнитного привода выполнено не менее двух углублений, причем сегменты установлены на тормозном диске с возможностью независимых аксиальных перемещений.

2. Тормоз по п. 1,отличающийся тем, что сегменты с выступами при разомкнутом состоянии тормоза расположены дальше от тормозной поверхности магнитопровода электромагнитного привода, чем сегменты без выступов.

3. Тормоз поп, 1,отличающий с я тем, что элементы, подпружинивающие сегменты с выступами выполнены более упругими, чем элементы, подпружинивающие сегменты без выступов.

4. Тормоз по пп. 1-3, отличающий- с я тем, что боковые поверхности сегментов покрыты антифрикционным материалом.

Использование: в электроприводах для торможения рабочих органов и удержания их и заторможенном состоянии. Электромеханический тормоз содержит электромагнитный привод, состоящий из постоянного магнита, обмотки и магнито- провода тормозного узла, состоящего из закрепленного на валу 6 тормозного диска д 8 15 с якорем. Якорь выполнен из отдельных сегментов 8. На сегментах 9 и 10 выполнены выступы 11, а на тормозной поверхности магнитопровода - углубления. Сегменты с выступами выполнены более жесткими, чем сегменты без выступов, либо при разомкнутом состоянии тормоза они расположены дальше от тормозной поверхности магнито- провода, чем сегменты без. выступов. Боковые поверхности сегментов 15 покрыты антифрикционным материалом. Изобретение позволяет повысить надежность работы фрикционного узла и увеличить тормозной момент за счет равномерного контакта фрикционных поверхностей якоря и магни- топровода, а также за счет последовательного притяжения сегментов к тормозной поверхности магнитопровода: сначала сегменты без выступов, а потом с выступами. 3 з. п. ф-лы, 4 ил. (Л С