ITMI990063A1

ITMI990063A1 - Freno ad isteresi elettromagnetico in particolare come freno del filoper macchine tessili

Info

Publication number: ITMI990063A1
Application number: IT1999MI000063A
Authority: IT
Inventors: Walter Schlagenhaft
Original assignee: Saurer Allma Gmbh
Priority date: 1998-01-16
Filing date: 1999-01-15
Publication date: 2000-07-15
Also published as: FR2773923B1; DE19801334A1; FR2773923A1; US6244395B1; DE19801334C2; IT1306953B1

Description

Descrizione dell'invenzione industriale avente per titolo:

“FRENO AD ISTERESI ELETTROMAGNETICO, IN PARTICOLARE COME FRENO DEL FILO PER MACCHINE TESSILI”

DESCRIZIONE DELL'INVENZIONE

L'invenzione ha per oggetto un freno ad isteresi, in particolare come freno del filo per macchine tessili, con un magnete frenante stazionario, che presenta una parte anulare polare interna ed una esterna ed una bobina di campo, e con un'armatura rotante, collegata con un anello di isteresi in materiale magnetico permanente, laddove l'anello di isteresi s'inserisce in un traferro anulare del magnete frenante formato tra la parte anulare polare interna e quella esterna.

Tali freni ad isteresi noti (DE 44 24 457 Al) sono ad esempio impiegati in macchine tessili come freni del filo. La caratteristica tipica di tali macchine è una pluralità di unità di produzione, che sono in fila l'una accanto all'altra e hanno in parallelo lo stesso svolgimento di processo. Si comandano centralmente i singoli freni del filo elettricamente applicando alle bobine di campo dei freni ad isteresi la corrente proveniente da una fonte di tensione continua. Il momento frenante è realizzato in questo caso esclusivamente dal flusso magnetico generato dalla bobina elettromagnetica nel traferro, il quale flusso magnetico dipende dall'entità della corrente di volta in volta applicata alla bobina. Se non è presente corrente, non è presente neppure un flusso magnetico ed il momento frenante prodotto dal freno ad isteresi finora noto sarebbe allora in questo caso uguale a zero. Ciò significa che, utilizzando il freno ad isteresi come freno del filo, nel caso di mancanza di alimentazione elettrica, il filo resta senza tensione.

Nelle macchine tessili ciò può avere conseguenze fatali. I fili di tutti i fusi perdono la tensione. Se, ad esempio, nella ritorcitura, il freno del filo del filo esterno è senza momento frenante, viene estratto filo dalla cantra fino a quando il filo sarà totalmente privo di tensione. A causa della rotazione applicata dal processo di ritorcitura, i fili hanno un momento di torsione interno. Se non è più presente una tensione del filo, ciò comporta che si formano dei cappi. Quando si fa ripartire la macchina, questi non potranno più essere tesi. Ne deriva un difetto intollerabile nel prodotto finito. Per evitare tali difetti, al momento dell'interruzione di corrente ai freni del filo, la macchina tessile deve essere completamente svuotata e ricaricata. Normalmente non è possibile completare le bobine semifinite. Anche i resti delle bobine di partenza non ancora lavorate creano dei problemi. Oltre ai costi elevati derivanti dalle bobine mal riuscite e quindi inutilizzabili di materiale ritorto e di partenza, risultano anche dei considerevoli tempi di fermo delle macchine tessili. Per far fronte a questi problemi causati dalla mancanza di corrente, le macchine tessili vengono equipaggiate con un’alimentazione d’emergenza per mezzo di batterie. L’impegno in termini di spazio, costi e manutenzione per questa alimentazione d’emergenza è tuttavia enorme. Inoltre l’alimentazione d’emergenza, e quindi il momento frenante dei freni del filo, restano in essere soltanto fino a quando non si esaurisce la capacità delle batterie, cosa che normalmente si verifica dopo circa 20 minuti.

Alla base dell’invenzione è perciò posto il compito di realizzare un freno ad isteresi elettromagnetico, in particolare come freno del filo per macchine tessili del tipo citato inizialmente, con il quale sia presente un momento frenante sufficiente in caso di mancanza di corrente, anche senza alimentazione d’emergenza.

Secondo l’invenzione, ciò si ottiene per il fatto che, in derivazione rispetto al circuito magnetico della bobina di campo, almeno un magnete permanente è disposto in modo tale che il campo magnetico nel traferro si forma per l’interazione dei flussi magnetici di elettromagneti (bobina di campo) e magneti permanenti, e che il flusso magnetico dell’elettromagnete è regolabile secondo l’entità e, con apposita polarizzazione, secondo la direzione, in modo tale da supportare il flusso magnetico del magnete permanente oppure da contrapporvisi.

L’invenzione si basa dunque sull’idea di generare il flusso magnetico nel traferro iri parte attraverso la bobina di campo dell’elettromagnete ed in parte per mezzo del magnete permanente e di sovrapporre l'uno all'altro i campi magnetici generati dall’elettromagnete e dal magnete permanente. Con un’apposita regolazione della corrente applicata all’elettromagnete, la sovrapposizione nella zona dell’anello d’isteresi può avvenire in modo tale che il flusso magnetico totale nel traferro tende a zero o viene utilizzato soltanto in parte oppure viene concentrato completamente nel traferro.

Con un’alimentazione adatta di corrente dell’elettromagnete, nel freno ad isteresi si può dunque regolare qualsiasi coppia desiderata tra 0 e 100%. E’ comunque determinante che, in caso di mancanza di corrente, nonostante si disattivi l’elettromagnete, grazie al magnete permanente resta però mantenuto per tutto il tempo che si vuole un campo magnetico del tutto sufficiente alla produzione del momento frenante di entità sufficiente nel momento dell’ arresto graduale della macchina o del fermo della stessa. Per mantenere tesi i fili nel caso di una mancanza di corrente, la forza frenante è irrilevante, è già sufficiente un momento frenante di modesta entità, in quanto non si deve lavorare contro le tensioni del filo durante il processo di produzione. Ciò significa che, nel caso di mancanza di corrente, occorre che sia presente soltanto un momento frenante di almeno 20%, cosa che è senz’altro possibile ottenere per mezzo del magnete permanente. Si può quindi assolutamente fare a meno di un’alimentazione d’emergenza e di conseguenza non è più necessaria neppure una manutenzione dell’alimentazione d’emergenza. Come effetto collaterale, il magnete permanente, durante la produzione normale, scarica l’elettromagnete. Perciò quest’ultimo non deve essere alimentato con una quantità di corrente particolarmente elevata. La potenza di partenza dell’alimentazione di corrente normale dell’elettromagnete può essere configurata in modo da essere piuttosto contenuta. Ciò riguarda la fonte di tensione continua, le uscite di potenza del comando e le sezioni trasversali di cavo attraverso la macchina.

Il magnete permanente è vantaggiosamente progettato in modo tale che . il momento frenante che esso può produrre già da solo è pressoché pari al 50% del momento frenante massimo. E’ sufficiente allora che l’elettromagnete produca soltanto la differenza di flusso magnetico che è necessaria per raggiungere il rispettivo momento frenante. Se è necessario un momento frenante compreso tra 50% e 100%, allora l’elettromagnete, con una corrispondente polarizzazione, potenzierà il flusso magnetico del magnete permanente. Nell’esercizio normale della macchina tessile si produce dunque il momento frenante per mezzo del flusso magnetico di entrambi i magneti. La regolazione del momento frenante necessario viene realizzata deviando o concentrando i flussi magnetici del magnete permanente e dell’elettromagnete. Soltanto in caso di mancanza di corrente e conseguente fermo della macchina tessile, si determina il momento frenante esclusivamente attraverso il magnete permanente.

Ulteriori realizzazioni vantaggiose delFinvenzione sono caratterizzate nelle rivendicazioni dipendenti.

Qui di seguito si spiega l’invenzione più in dettaglio con riferimento agli esempi d’esecuzione rappresentati nel disegno. Si indicano:

Figura 1 una sezione assiale di un primo esempio d’esecuzione del freno ad isteresi secondo la linea I-I della figura 3,

Figura 2 una sezione assiale parziale di questo esempio d’esecuzione.

Figura 3 una sezione radiale secondo la linea III-III della figura 1, Figura 4 una sezione assiale di un secondo esempio d’esecuzione, Figura 5 una sezione assiale parziale di questo esempio d’esecuzione.

Esistono sistemi planari di freni ad isteresi, in cui il flusso magnetico viene guidato prevalentemente in modo parallelo all’asse da parte di un disco di isteresi, e sistemi radiali, dove il flusso magnetico passa attraverso l’anello d’isteresi in direzione radiale. L’invenzione è illustrata con riferimento a due esempi d’esecuzione, funzionanti secondo il sistema radiale.

Il freno ad isteresi si compone prima di tutto di un magnete frenante 1 stazionario o fisso, che presenta una parte anulare polare interna 2 ed una parte anulare polare esterna 3. La parte anulare polare interna 2 supporta una bobina di campo 4, circondata da un magnete permanente 5 anulare. La parte anulare polare interna 2 presenta poli 2a, che sono sfalsati rispetto ai poli 3a della parte anulare polare esterna 3 in direzione perimetrale, come è visibile dalla figura 3. Tra i poli 2a della parte anulare polare interna 2 ed i poli 3a della parte anulare polare esterna 3 è previsto un traferro 6 anulare. In questo traferro 6 s’inserisce l’anello d’isteresi 7 in materiale magnetico permanente. L’anello d’isteresi 7 è supportato da un’armatura 8 che, mediante i cuscinetti a sfere 9, disposti su una spina 10 della parte anulare polare interna 2, è girevole rispetto al magnete permanente 1. L’armatura 8 viene collegata con la parte da frenare, in particolare un rullo o affini, che sono avvolti dal filo da frenare. Il rullo non è rappresentato nel disegno.

Attraverso una linea 11, la bobina di campo 4 è collegata ad una fonte di tensione continua. Attraverso un comando non rappresentato, si può regolare l’intensità della corrente e, con una corrispondente polarizzazione, si può regolare la direzione della corrente.

Il magnete permanente 5 è vantaggiosamente progettato in modo tale per cui il momento frenante che esso può generare già da solo è pressoché pari al 50% del momento frenante massimo.

Nelle figure 1 e 2 nonché nelle figure 4 e 5 del disegno le linee di flusso magnetico sono indicate in diverse situazioni di esercizio con spesse linee nere.

Se è necessario un momento frenante medio di circa il 50% del momento frenante massimo, la bobina di campo 4 è senza corrente. Dal magnete permanente 5 viene generato un flusso magnetico che, secondo la figura 1 a destra, si estende in parte attraverso il traferro 6 ed in parte attraverso la parte anulare polare interna 2 e la parte anulare polare esterna 3. Se si raggiunge un momento frenante minore del 50%, si collega la bobina di campo 4 e ciò avviene con una polarità tale per cui il flusso magnetico della bobina di campo 4 contrasta il flusso magnetico del magnete permanente 5. Quanto più si aumenta l'intensità della corrente nella regolazione, tanto diminuisce il flusso magnetico totale passante attraverso il traferro 6. Secondo la figura 1 a sinistra, il magnete permanente 5 agisce da ritorno in direzione dell'elettromagnete 4 e praticamente non si ha più alcun flusso magnetico attraverso il traferro 6. In questo modo il momento frenante esercitato attraverso l'anello d'isteresi 7 sull'armatura 8 è uguale a zero. Se invece occorre più del 50% come momento frenante, ciò può essere ottenuto invertendo la polarità della bobina di campo 4 e regolando l'intensità di corrente. Il flusso magnetico dell'elettromagnete 4 attraverso il traferro 6 avviene a questo punto nella stessa direzione del flusso magnetico del magnete permanente 5, cosicché gli effetti dei due flussi magnetici si sommano. Quanto più si aumenta, con la regolazione, l'intensità di corrente nell'elettromagnete 4, tanto più aumenta il momento frenante esercitato sull'armatura 8. L'elettromagnete 4 viene supportato dal magnete permanente 5 ed ha bisogno di generare praticamente soltanto il 50% della coppia massima.

L'esempio di esecuzione rappresentato nelle figure 4 e 5 si distingue dall'esempio d'esecuzione descritto in precedenza soltanto per la disposizione reciproca di magneti permanenti 5 e bobina elettromagnetica 4. Nell'esempio di esecuzione rappresentato nelle figure 4 e 5, la bobina di campo 4 dell'elettromagnete ed il magnete permanente 5 sono disposti assialmente l'uno dopo l'altro, essendo il magnete permanente 5 previsto in prossimità dell'anello di isteresi 4. Per il resto la struttura del fréno ad isteresi e la sua modalità di funzionamento corrispondono all'esempio di esecuzione descritto in precedenza, cosicché per le parti di uguale funzione sono stati usati gli stessi riferimenti e la precedente descrizione concettualmente riguarda anche l'esempio d'esecuzione rappresentato nelle figure 4 e 5.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Freno ad isteresi elettromagnetico, in particolare come freno del filo per macchine tessili, con un magnete frenante stazionario, che presenta una parte anulare polare interna ed una esterna ed una bobina di campo, e con un'armatura rotante, che è collegata con un anello d'isteresi in materiale magnetico permanente, laddove l'anello d'isteresi s'inserisce in un traferro anulare del magnete frenante, formato tra la parte anulare polare interna e quella esterna, caratterizzato dal fatto che, in derivazione rispetto al circuito magnetico della bobina di campo (4), almeno un magnete permanente (5) è disposto in modo tale che nel traferro (6) il campo magnetico è formato per l'interazione dei flussi magnetici di elettromagneti (4) (bobina di campo) e magneti permanenti (5) e che il flusso magnetico dell'elettromagnete può essere regolato nel traferro secondo l'entità e, con un'apposita polarizzazione, secondo la direzione, in modo tale da supportare il flusso magnetico del magnete permanente o da contrapporvisi.
2. Freno ad isteresi secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il magnete permanente (5) è progettato in modo tale per cui il momento frenante che esso genera già da solo è pari a circa il 50% del momento frenante massimo.
3. Freno ad isteresi secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che la bobina di campo (4) dell'elettromagnete è disposta concentricamente all'intemo del magnete permanente (5).
4. Freno ad isteresi secondo la rivendicazione 1 oppure 2, caratterizzato dal fatto che la bobina di campo (4) dell'elettromagnete ed il magnete permanente (5) sono disposti assialmente l'uno dopo l'altro ed il magnete permanente (5) è disposto in prossimità dell'anello di isteresi (7).