ITBO20090764A1 - Dispositivo magnetico di frenatura - Google Patents

Description

DISPOSITIVO MAGNETICO DI FRENATURA

DESCRIZIONE DELL’INVENZIONE

La presente invenzione si inquadra nel settore tecnico concernente i dispositivi di frenatura ad azione magnetica.

Sono attualmente noti freni elettromagnetici comprendenti un disco frenante, calettato all'albero del motore elettrico, un elettromagnete azionato da un circuito elettrico di comando, ed un'ancora mobile assoggettata ad organi elastici che tendono a mantenerla premuta contro il disco frenante.

Durante il normale funzionamento del motore, il circuito elettrico di comando eccita l'elettromagnete che attira l'ancora mobile permettendo al disco frenante calettato al’albero di ruotare liberamente.

In assenza di alimentazione del circuito elettrico di comando, l'elettromagnete viene diseccitato e l'ancora mobile si mantiene premuta contro il disco frenante, esercitando la desiderata funzione di frenatura dell’albero.

Tale soluzione tecnica risulta estremamente complessa e caratterizzata da un costo relativamente elevato.

A ciò si aggiunge il fatto che le potenzialità dei suddetti freni elettromagnetici risultano ampiamente sovradimensionate se si tiene conto di taluni impieghi che non richiedono frenature dinamiche di sicurezza o sostentamento di carichi, ma solo uno stazionamento o frenate dinamiche non di forte intensità.

Una tale tipologia di freno elettromagnetico presenta ingombri in senso assiale non trascurabili e richiede la realizzazione di un albero motore e di una calotta di protezione più lunghi rispetto ad un motore standard.

Il freno elettromagnetico deve essere inoltre fissato allo scudo motore tramite viti di fissaggio e necessita generalmente della regolazione sia della coppia frenante che del valore di traferro tra ancora mobile e corpo magnete.

Da non sottovalutare nemmeno le problematiche riconducibili all’alimentazione elettrica del circuito di comando dell’elettromagnete, che comporta un considerevole consumo di energia, oltre alla necessità di prevedere complessi cablaggi e le necessarie precauzioni contro i rischi di natura elettrica.

Il freno elettromagnetico à ̈ inoltre soggetto a normative e direttive specifiche, quali la Direttiva Bassa Tensione e la Direttiva EMC per la Compatibilità Elettromagnetica.

Scopo della presente invenzione à ̈ quello di proporre un dispositivo magnetico di frenatura in grado di attivarsi e/o disattivarsi senza la necessità di un circuito elettrico di comando e dei corrispondenti cablaggi elettrici.

Uno scopo ulteriore della presente invenzione consiste nel proporre un dispositivo magnetico di frenatura contraddistinto da ingombri e costi relativamente contenuti, pur a fronte di un rendimento superiore alle soluzioni tecniche note.

A ciò si aggiunge la volontà di proporre un dispositivo magnetico di frenatura che consenta elevati standard di affidabilità in ogni condizione di funzionamento, assicurando al tempo stesso agevoli fasi di installazione e manutenzione.

I suindicati scopi vengono ottenuti mediante un dispositivo magnetico di frenatura, del tipo associato all’albero di trasmissione di un motore, che prevede : almeno un primo disco metallico montato scorrevole sull’albero di trasmissione e dotato di almeno una serie di prime sedi periferiche disposte ad anello atte a ricevere corrispondenti primi magneti permanenti di prestabilita polarità; almeno un secondo disco metallico montato fisso rispetto al motore e dotato di almeno una serie di seconde sedi periferiche, disposte su un anello geometricamente similare ed affacciato a quello su cui sono posizionate le prime sedi, atte a ricevere corrispondenti secondi magneti permanenti aventi medesima polarità dei primi magneti; con il regime di frenatura dell'albero consentito dall'attrazione magnetica tra i magneti ed i dischi, con questi ultimi che vanno a contatto mantenendo mutuamente sfalsati gli stessi magneti, ciascuno dei quali si affaccia alla rispettiva porzione di disco interposta tra sedi periferiche successive; con l’albero in grado di entrare in regime rotazionale se sottoposto ad una coppia motrice superiore alla somma della coppia resistente esercitata dal carico applicato e della coppia frenante risultante esercitata dai primi magneti del disco mobile che si affacciano/sfalsano a/rispetto i secondi magneti del disco fisso.

Le caratteristiche dell’invenzione saranno evidenziate nel seguito in cui vengono descritte alcune preferite, ma non esclusive, forme di realizzazione, con riferimento alle allegate tavole di disegno nelle quali :

- le figure 1, 2 illustrano schematicamente altrettanti viste laterali in sezione assiale parziale del proposto dispositivo magnetico di frenatura in rispettive configurazioni operativa ed inoperativa;

- la figura 3 mostra una vista secondo la sezione A-A indicata in figura 1;

- la figura 4 mostra una vista secondo la sezione B-B indicata in figura 2.

Con riferimento alle tavole allegate si conviene di indicare con il riferimento generale 100 il proposto dispositivo magnetico di frenatura, del tipo associato all’albero di trasmissione 50 di un motore 5, comprendente : almeno un primo disco metallico 1 montato scorrevole sull’albero di trasmissione 50 e dotato di almeno una serie di prime sedi periferiche 2a disposte ad anello atte a ricevere corrispondenti primi magneti permanenti 2 di prestabilita polarità; almeno un secondo disco metallico 3 montato fisso rispetto al motore 5 e dotato di almeno una serie di seconde sedi periferiche 4a, disposte su un anello geometricamente similare ed affacciato a quello su cui sono posizionate le prime sedi 2a, atte a ricevere corrispondenti secondi magneti permanenti 4 aventi medesima polarità dei primi magneti 2.

In tal modo il regime di frenatura dell'albero 50 Ã ̈ consentito dall'attrazione magnetica tra

i magneti (2, 4) ed i dischi (1, 3), con questi ultimi che vanno a contatto mantenendo mutuamente sfalsati gli stessi magneti (2, 4), ciascuno dei quali si affaccia alla rispettiva porzione di disco (3, 1) interposta tra sedi periferiche (4a, 2a) successive.

L’albero 50 à ̈ in grado di entrare in regime rotazionale se sottoposto ad una coppia motrice superiore alla somma della coppia resistente esercitata dal carico applicato e della coppia frenante risultante esercitata dai primi magneti 2 del disco mobile 1 che si affacciano/sfalsano a/rispetto i secondi magneti 4 del disco fisso 3.

Il proposto dispositivo di frenatura 100 può essere opzionalmente dotato di una molla elastica 40 riscontrata da una battuta 20 associata all’albero 50 ed agente sul primo disco scorrevole 1 per favorire il contatto con il secondo disco fisso 3, in particolare per disposizioni dell'albero 50 ad asse verticale.

In tal caso, pertanto, il primo disco 1 Ã ̈ in grado di traslare assialmente rispetto all'albero 50, sottoposto alla molla elastica 40, nella regione compresa tra la battuta 20 ed il secondo disco 3.

E' chiaro che nel funzionamento a vuoto del motore 5, ad esempio del tipo elettrico, il carico applicato all'albero 50 Ã ̈ nullo e la coppia motrice deve soltanto vincere la coppia frenante derivante dall'azione magnetica esercitata dai magneti permanenti (2, 4).

Preferibilmente i magneti permanenti (2, 4) sono posizionati in corrispondenza dei lati affacciati dei corrispondenti dischi (1, 3) e le sedi periferiche (2a, 4a) dei rispettivi dischi (1, 3) sono disposte su anelli circolari.

Secondo una preferita forma di realizzazione sul disco mobile 1 sono previste una pluralità di prime sedi periferiche 2a disposte su anelli concentrici (ad esempio due) aventi diametri sostanzialmente simili agli anelli su cui à ̈ posizionata la pluralità delle corrispondenti seconde sedi periferiche 4a previste sul disco fisso 3 (Figure 3, 4).

In tal modo à ̈ possibile modulare l'azione frenante in funzione del numero e della disposizione dei magneti (2, 4) opportunamente previsti nelle rispettive sedi (2a, 4a).

Vantaggiosamente il disco mobile 1 à ̈ accoppiato geometricamente all’albero di trasmissione 50 sul quale scorre.

A seconda delle specifiche il disco mobile 1 può accoppiarsi geometricamente e scorrere su un manicotto calettato all'albero 50 e dotato della battuta 20.

La molla elastica 40 à ̈ prevista scorrevole coassiale sull’albero 50, calzata direttamente sull'albero 50 o sull'eventuale manicotto.

Per aumentare l'azione frenante in regime statico à ̈ possibile prevedere sui lati affacciati dei dischi (1, 3) regioni ad elevato coefficiente di attrito.

Il funzionamento del proposto dispositivo di frenatura 100 verrà brevemente esposto nel seguito.

Quando l’albero di trasmissione 50 à ̈ fermo (condizione inoperativa di blocco o frenatura, Fig.1), il dispositivo 100 si trova nella condizione in cui il disco mobile 1 à ̈ accoppiato per forza magnetica di attrazione al disco fisso 3, essendo i magneti (2, 4) di ciascun disco (1, 3) affacciati e attratti contro la porzione di acciaio del disco (3, 1) contrapposto. In tale condizione l’albero di trasmissione 50 risulta stabilmente frenato in quanto la modifica di tale stato à ̈ ostacolata dalla forza dei magneti (2, 4) contrapposti che, venendo ad affacciarsi con la stessa polarità, tenderebbero a respingersi l’uno dall’altro se si tenta di mettere in rotazione l’albero.

Quando l’albero di trasmissione 50 si mette in movimento (condizione operativa di sblocco, Fig.2), si verifica un’alternanza di attrazione quando i magneti si trovano affacciati all’acciaio, e repulsione quando i magneti si trovano frontalmente contrapposti; in tale condizione dinamica, la dimensione e la reciproca distanza dei magneti sono tali per cui l’attrazione non fa in tempo a completarsi agganciando i dischi dei due mezzi di frenatura perché subito interviene la repulsione successiva. Si determina in tal modo un effetto complessivo fluttuante/pulsante che consente la rotazione all'albero 50 del motore 5, in quanto dinamicamente l'azione di repulsione supera l'azione di attrazione.

Solo quando l’albero rallenta per arrestarsi, ad esempio in caso di assenza di alimentazione del motore elettrico, la forza di attrazione supera la repulsione e i due dischi si agganciano esercitando l’azione frenante.

Risulta evidente che i valori di coppia frenante e le modalità di distacco del primo disco 1 in funzione delle condizioni operative (ad esempio velocità) possono essere modificati, secondo le esigenze, agendo sul dimensionamento e sulla distanza dei magneti.

Vantaggiosamente il proposto dispositivo 100 di frenatura, a differenza dei freni elettromagnetici noti, viene disattivato esclusivamente per effetto della forza magnetica di repulsione generata durante la rotazione dell’albero 50 di una macchina rotante alla quale il dispositivo à ̈ applicato.

E’ altresì evidente che la macchina rotante si avvia con il freno inserito, ma che si disinserisce immediatamente nell’istante successivo all’avvio.

Il proposto dispositivo 100 di frenatura, semplice ed economico in quanto privo di elettromagnete, può trovare impiego in tutte le applicazioni caratterizzate da coppie motrici elevate e nelle quali occorre un dispositivo di frenatura (dinamica o di stazionamento) con valore di coppia frenante inferiore rispetto alla differenza tra la coppia motrice di avviamento e il carico resistente.

In particolare tale freno può essere vantaggiosamente impiegato come freno dinamico nelle traslazioni, dove si esegue una frenatura elettrica tramite inverter e un successivo stazionamento mediante freno, ovvero come freno di stazionamento in tutte quelle applicazioni (ad esempio motorizzazioni realizzate con motore elettrico e riduttore a vite senza fine) in cui à ̈ necessario mantenere fermo un carico che si à ̈ già arrestato.

Un esempio di tale applicazione sono portoni industriali, barriere e serrande in genere, dove essendo il servizio intermittente le coppie motrici dei motori sono molto elevate in relazione al momento frenante da applicare.

Il dispositivo di frenatura proposto, a differenza dei freni elettromagnetici noti, à ̈ puramente meccanico e non necessita quindi di alimentazione e non richiede precauzioni contro rischi di natura elettrica, ciò contribuendo ad un risparmio in termini di cablaggi (non deve essere portato cavo di alimentazione al freno) e anche in termini di consumo energetico (eco-compatibilità).

Va sottolineato che il proposto dispositivo ha ingombri in senso assiale estremamente ridotti ed à ̈ dotato di un sistema di fissaggio sicuro, pratico e veloce, che non richiede regolazioni.

Il dispositivo di frenatura di cui sopra può essere anche applicato direttamente all’organo di trasmissione a valle del motore, ad esempio sulla bisporgenza dell’albero veloce di un riduttore a vite senza fine, mantenendo così il motore completamente inalterato.

Da quanto sopra esposto appare in modo evidente come il proposto dispositivo magnetico di frenatura sia in grado di attivarsi e/o disattivarsi senza la necessità di un circuito elettrico di comando e dei corrispondenti cablaggi elettrici.

Esso risulta senza dubbio contraddistinto da ingombri e costi relativamente contenuti, pur a fronte di un rendimento superiore alle soluzioni tecniche note.

Il medesimo dispositivo magnetico di frenatura oggetto dell'invenzione consente elevati standard di affidabilità in ogni condizione di funzionamento, assicurando al tempo stesso agevoli fasi di installazione e manutenzione.

L'invenzione in questione à ̈ stata ovviamente descritta, con riferimento ai disegni allegati, a puro titolo esemplificativo, e non limitativo, ed à ̈ pertanto evidente che ad essa possono essere apportate tutte quelle modifiche o varianti comunque comprese nell'ambito definito dalle rivendicazioni seguenti.

Claims (8)

1. RIVENDICAZIONI 1) Dispositivo magnetico di frenatura, del tipo associato all’albero di trasmissione di un motore, caratterizzato dal fatto di prevedere : almeno un primo disco metallico 1 montato scorrevole sull’albero di trasmissione 50 e dotato di almeno una serie di prime sedi periferiche 2a disposte ad anello atte a ricevere corrispondenti primi magneti permanenti 2 di prestabilita polarità; almeno un secondo disco metallico 3 montato fisso rispetto al motore 5 e dotato di almeno una serie di seconde sedi periferiche 4a, disposte su un anello geometricamente similare ed affacciato a quello su cui sono posizionate le prime sedi 2a, atte a ricevere corrispondenti secondi magneti permanenti 4 aventi medesima polarità dei primi magneti 2; con il regime di frenatura dell'albero 50 consentito dall'attrazione magnetica tra i magneti (2, 4) ed i dischi (1, 3), con questi ultimi che vanno a contatto mantenendo mutuamente sfalsati gli stessi magneti (2, 4), ciascuno dei quali si affaccia alla rispettiva porzione di disco (3, 1) interposta tra sedi periferiche (4a, 2a) successive; con l’albero 50 in grado di entrare in regime rotazionale se sottoposto ad una coppia motrice superiore alla somma della coppia resistente esercitata dal carico applicato e della coppia frenante risultante esercitata dai primi magneti 2 del disco mobile 1 che si affacciano/sfalsano a/rispetto i secondi magneti 4 del disco fisso 3.
2. 2) Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di prevedere i magneti permanenti (2, 4) posizionati in corrispondenza di lati affacciati dei relativi dischi (1, 3).
3. 3) Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato dal fatto di prevedere le sedi periferiche (2a, 4a) previste dai rispettivi dischi (1, 3) disposte su anelli circolari.
4. 4) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 3, caratterizzato dal fatto di prevedere sul disco mobile 1 una pluralità di prime sedi periferiche 2a disposte su anelli concentrici aventi diametri sostanzialmente simili agli anelli su cui à ̈ disposta la pluralità delle corrispondenti seconde sedi periferiche 4a previste sul disco fisso 3.
5. 5) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 4, caratterizzato dal fatto di prevedere il primo disco 1 accoppiato geometricamente all’albero di trasmissione 50 sul quale scorre.
6. 6) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 5, caratterizzato dal fatto di prevedere i lati affacciati dei dischi (1, 3) dotati di regioni ad elevato coefficiente di attrito.
7. 7) Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 1 a 6, caratterizzato dal fatto di prevedere organi elastici 40 riscontrati da mezzi 20 associati all’albero 50 ed agenti sul primo disco scorrevole 1 per favorire il contatto con il secondo disco fisso 3, in particolare per disposizioni dell'albero 50 ad asse verticale.
8. 8) Dispositivo secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto di prevedere gli organi elastici 40 scorrevoli coassiali sull’albero 50.