RU2632370C2

RU2632370C2 - Electromagnetic brake with universal self-centering system

Info

Publication number: RU2632370C2
Application number: RU2016127645A
Authority: RU
Inventors: Александр Васильевич Дегтярев
Original assignee: Александр Васильевич Дегтярев
Priority date: 2016-07-10
Filing date: 2016-07-10
Publication date: 2017-10-04
Also published as: DE102016008802A1; RU2016127645A

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: in electromagnetic brake, dynamic properties of the universal self-centring system are used, which makes it possible to create one-way feedback with input and output shaft of the universal self-centring system. The action of the output shaft results in braking the object, and reverse action on the universal self-centring system through the output shaft is not present. The electromagnetic brake with universal self-centring system does not contain friction and switching parts.

EFFECT: complete braking of the braked axis when the electromagnetic energy is less than the energy on the braked axis.

6 dwg

Description

Изобретение относится к электромагнитным муфтам сцепления, электромагнитным тормозам.The invention relates to electromagnetic clutches, electromagnetic brakes.

Известен электромагнитный тормоз, состоящий из металлического диска, закрепленного на затормаживаемой оси, и электромагнита, расположенного с одной стороны диска и возбуждающего в нем вихревые токи, а для повышения тормозного момента диск выполнен биметаллическим. (Авт. св. СССР № 134327, кл. 21d3).Known electromagnetic brake, consisting of a metal disk mounted on a braked axis, and an electromagnet located on one side of the disk and exciting eddy currents in it, and to increase the braking torque, the disk is made bimetallic. (Aut. St. USSR No. 134327, class 21d3).

Недостатком этого тормоза является необходимость потребления электромагнитом энергии, большей, чем энергия на затормаживаемой оси при осуществлении полного торможения.The disadvantage of this brake is the need for the electromagnet to consume more energy than the energy on the braked axle during complete braking.

Целью изобретения является осуществление полного торможения затормаживаемой оси при потреблении электромагнитом энергии, меньшей, чем энергия на затормаживаемой оси.The aim of the invention is the implementation of complete braking of the braked axis when the electromagnet consumes energy less than the energy on the braked axis.

Поставленная цель достигается тем, что в электромагнитном тормозе с универсальной самоцентрирующейся системой образована односторонняя обратная связь между входным и выходным валом универсальной самоцентрирующейся системы при использовании динамических свойств универсальной самоцентрирующейся системы. В электромагнитном тормозе с универсальной самоцентрирующейся системой, содержащем электромагнит или электродвигатель, электромагнит или электродвигатель создает вращающий момент между основаниями универсальной самоцентрирующейся системы, содержащей шестерни, закрепленные на общей оси со звездочками одного из оснований, шестерни имеют зубчатое зацепление с шестерней на выходном вале, вал затормаживаемого объекта соединен с внешним основанием и с выходным валом универсальной самоцентрирующейся системы.This goal is achieved by the fact that in an electromagnetic brake with a universal self-centering system, one-way feedback is formed between the input and output shaft of a universal self-centering system using the dynamic properties of a universal self-centering system. In an electromagnetic brake with a universal self-centering system containing an electromagnet or electric motor, an electromagnet or electric motor creates a torque between the bases of a universal self-centering system containing gears fixed on a common axis with sprockets of one of the bases, gears have gear engagement with the gear on the output shaft, the shaft of the braked The object is connected to an external base and to the output shaft of a universal self-centering system.

Известна универсальная самоцентрирующаяся система, у которой используются только статические свойства. Универсальная самоцентрирующаяся система известна из изобретений: ( RU 2014106630 A , RU 2014106628 A, RU 2014106627 A, RU 2014106146 A, RU 2013157051 A, RU 2013154311 A, RU 2013153163A, RU 2013152649 A, RU 2013148896 A, RU 2013145988 A, RU 2013145987 A, RU 2013145253 A, RU 2013144445 A, RU 2013144444 A, RU 2013142690 A, RU 2013142204 A, RU 2013142203 A), DE 102013019629 A1, DE 102013019628 A1, DE 102013019627 A1, DE 102013019593 A1, DE 102013019592 A1, DE 102013019404 A1, DE 102013019402 A1, DE 102012018132 A1, DE 102012018131 A1, DE 102012017180 A1, DE 102012016380 A1, DE 102012016314 A1, DE 102012013308 A1, DE 102012012586 A1, DE 102012002076 A1, DE 102012001232 A1, DE 102012000316 A1). Known universal self-centering system, which uses only static properties. A universal self-centering system is known from the inventions: (RU 2014106630 A, RU 2014106628 A, RU 2014106627 A, RU 2014106146 A, RU 2013157051 A, RU 2013154311 A, RU 2013153163A, RU 2013152649 A, RU 2013148896 A, RU 2013145988 A, RU 2013145987 A , RU 2013145253 A, RU 2013144445 A, RU 2013144444 A, RU 2013142690 A, RU 2013142204 A, RU 2013142203 A), DE 102013019629 A1, DE 102013019628 A1, DE 102013019627 A1, DE 102013019593 A1, DE 102013019592 A1, DE 102013019 DE 102013019402 A1, DE 102012018132 A1, DE 102012018131 A1, DE 102012017180 A1, DE 102012016380 A1, DE 102012016314 A1, DE 102012013308 A1, DE 102012012586 A1, DE 102012002076 A1, DE 102012001232 A1, DE 102012000316 A1).

Универсальная самоцентрирующаяся система имеет внешнее и внутреннее основания, расположенные в одной плоскости. Внешнее основание охватывает внутреннее основание. На каждом основании закреплены три или более роликов, звездочек или шестерней вращения. Число роликов на каждом основании одинаково. Каждый ролик может быть заменен на два ролика замены для того, чтобы использовать участок троса, ремня или цепи между роликами для натяжения. Воздействие силы натяжения на участок троса, цепи или ремня между роликами замены не влияет на свойства универсальной самоцентрирующейся системы. Способ натяжения ремня, троса или цепи известен из изобретения: (RU 2013147711 A). В приведенных изобретениях использовались статические свойства универсальной самоцентрирующейся системы. The universal self-centering system has external and internal bases located in the same plane. The outer base covers the inner base. Three or more rollers, sprockets or gears are fixed on each base. The number of rollers on each base is the same. Each roller can be replaced with two replacement rollers in order to use the portion of the cable, belt or chain between the rollers for tension. The influence of the tension force on the portion of the cable, chain or belt between the replacement rollers does not affect the properties of the universal self-centering system. A method of tensioning a belt, cable or chain is known from the invention: (RU 2013147711 A). In the above inventions, the static properties of a universal self-centering system were used.

Изобретение предназначено для возможности использования одного из динамических свойств универсальной самоцентрирующейся системы: совместное вращение внутреннего и внешнего оснований возможно даже при несовпадении осей вращения оснований. Это означает, что внутреннее и внешнее основания могут вращаться каждое относительно своих не совпадающих осей вращения при воздействии вращающего момента на одно из оснований.The invention is intended for the possibility of using one of the dynamic properties of a universal self-centering system: joint rotation of the internal and external bases is possible even if the axes of rotation of the bases do not coincide. This means that the inner and outer bases can rotate each relative to their mismatching axes of rotation when a torque acts on one of the bases.

Для использования динамических свойств универсальной самоцентрирующейся системы необходимо смещать относительно друг друга оси внутреннего и внешнего оснований. Способ смещения осей оснований универсальной самоцентрирующейся системы с угловым смещением оснований заключается в смещении одного или нескольких подвижных роликов, шестерней или звездочек оснований с помощью пружины и возвращении их в исходное состояние при нагрузке на выходной вал, при этом компенсацию длины цепи, ремня или троса осуществляют угловым сдвигом внутреннего основания относительно внешнего основания. Способ позволяет реализовывать, например, передачи с плавно изменяющимся передаточным отношением с начальной угловой скоростью выходного вала, равной нулю. Такие передачи не содержат трущихся вращающихся и переключающихся частей. Способ позволяет обходиться без дополнительных шестерней, роликов, звездочек натяжения.To use the dynamic properties of a universal self-centering system, it is necessary to shift the axes of the internal and external bases relative to each other. The method of displacing the axes of the bases of a universal self-centering system with an angular displacement of the bases consists in displacing one or more movable rollers, gears or sprockets of the bases using a spring and returning them to their original state when the output shaft is loaded, while the length of the chain, belt or cable is angled a shift of the inner base relative to the outer base. The method allows, for example, to realize gears with a smoothly varying gear ratio with an initial angular velocity of the output shaft equal to zero. Such gears do not contain rubbing rotating and shifting parts. The method allows to do without additional gears, rollers, tension stars.

В примере конкретного исполнения в электромагнитном тормозе с универсальной самоцентрирующейся системой электромагнит создает вращающий момент между основаниями 1 и 2 универсальной самоцентрирующейся системы, вал затормаживаемого объекта 12 соединен с внешним основанием и с выходным валом 3 универсальной самоцентрирующейся системы. Вал затормаживаемого объекта 12 совпадает с выходным валом 3. Электромагнитный тормоз с универсальной самоцентрирующейся системой содержит электромагнит или электродвигатель с ротором 6, закрепленный на втулке 4, и статор 5, закрепленный на корпусе 11. Универсальная самоцентрирующаяся система содержит внутреннее основание 1 и внешнее основание 2. Втулка 4 закреплена на внутреннем основании 1. На внешнем основании 2 закреплены звездочки 14, 15, 16 с возможностью вращения. На внутреннем основании 1 закреплены оси звездочек 17, 18, 19 в подшипниках 9, при этом оси звездочек 17, 18, 19 имеют возможность вращения. На одной оси со звездочками 17, 18, 19 закреплены шестерни 20, 21, 22, имеющие зубчатое зацепление с шестерней 23, закрепленной на выходном вале 3. Выходной вал 3 закреплен с помощью подшипника 24 на внутреннем основании 1. Оси звездочек 15 и 16 подпружинены пружиной 10. Двигатель 12 обозначает источник вращающего момента, который подвергается торможению. Кольцо 8 закреплено на внешнем основании 2. Втулка 7 закреплена на кольце 8. Вал 3 и втулка 7 соединены между собой и одновременно получают вращающий момент от двигателя 12. Замкнутая цепь 13 последовательно соединяет звездочки внешнего и внутреннего основания.In a specific embodiment, in an electromagnetic brake with a universal self-centering system, the electromagnet creates a torque between the bases 1 and 2 of the universal self-centering system, the shaft of the braked object 12 is connected to the external base and to the output shaft 3 of the universal self-centering system. The shaft of the braked object 12 coincides with the output shaft 3. The electromagnetic brake with a universal self-centering system contains an electromagnet or an electric motor with a rotor 6 mounted on the sleeve 4, and a stator 5 mounted on the housing 11. The universal self-centering system contains an inner base 1 and an outer base 2. The sleeve 4 is fixed on the inner base 1. On the outer base 2 are fixed sprockets 14, 15, 16 with the possibility of rotation. On the inner base 1, the axles of the sprockets 17, 18, 19 are fixed in the bearings 9, while the axis of the sprockets 17, 18, 19 are rotatable. On the same axis with sprockets 17, 18, 19, gears 20, 21, 22 are fixed, having gearing with a gear 23 mounted on the output shaft 3. The output shaft 3 is mounted using a bearing 24 on the inner base 1. The axles of the sprockets 15 and 16 are spring loaded spring 10. The engine 12 indicates a source of torque, which is subjected to braking. The ring 8 is fixed on the external base 2. The sleeve 7 is mounted on the ring 8. The shaft 3 and the sleeve 7 are interconnected and simultaneously receive torque from the engine 12. A closed circuit 13 sequentially connects the sprockets of the external and internal base.

Вращающий момент от двигателя 12 передается на внешнее основание 2 и вал 3. Если электромагнит выключен, то между внутренним и внешним основанием нет сил противодействия, и основания вращаются с одинаковой скоростью. При этом звездочки 15 и 16 находятся в положении, показанном на фиг. 2 и 3. Угловая скорость вала 3 совпадает со скоростями оснований 1 и 2. Шестерня 23 вместе с валом 3 остаются неподвижными относительно основания 1. Цепь 13 не перемещается вдоль своего периметра и линейные скорости 25 и 26 цепи 13 равны нулю. При этом геометрические центры оснований 1 и 2 совпадают. The torque from the engine 12 is transmitted to the external base 2 and the shaft 3. If the electromagnet is turned off, there are no counter forces between the internal and external base, and the bases rotate at the same speed. In this case, sprockets 15 and 16 are in the position shown in FIG. 2 and 3. The angular velocity of the shaft 3 coincides with the speeds of the bases 1 and 2. The gear 23 together with the shaft 3 remain stationary relative to the base 1. The chain 13 does not move along its perimeter and the linear speeds 25 and 26 of the chain 13 are equal to zero. In this case, the geometric centers of the bases 1 and 2 coincide.

Если электромагнит включен, то на внутреннее основание действует вращающий момент, создаваемый электромагнитом, относительно внешнего основания. Звездочки 15 и 16 переместятся в положение, показанное на фиг. 4-6, если электромагнит или двигатель создают достаточное усилие для преодоления сопротивления пружины 10. Геометрический центр основания 2 смещается относительно геометрического центра основания 1. Избыточная длина цепи 13 вследствие уменьшения расстояния между звездочками компенсируется за счет углового сдвига между основаниями 1 и 2. При этом цепь 13 стремится к перемещению вдоль своего периметра. Шестерня 23 стремится к угловому вращению относительно внутреннего основания 1. Составляющая линейной скорости 26 будет препятствовать вращающему моменту двигателя 12, линейная составляющая скорости 25 которого представлена на фиг. 4. При этом обратное воздействие от вращающего момента двигателя 12 на перемещение звездочек 15 и 16 вместе с пружиной 10 отсутствует. Это явление означает включение обратной связи на затормаживаемый вал по аналогии с отрицательной обратной связью, широко применяемой в радиотехнических схемах. В результате получаем, что для торможения вала с кинетической энергией "P" требуется только энергия "p" электромагнита, необходимая для преодоления силы пружины 10. При этом "p" < "P", остальная энергия торможения рассеивается на деталях электромагнитного тормоза.If the electromagnet is turned on, then the torque generated by the electromagnet acts on the inner base relative to the outer base. Sprockets 15 and 16 will move to the position shown in FIG. 4-6, if the electromagnet or motor creates sufficient force to overcome the resistance of the spring 10. The geometric center of the base 2 is shifted relative to the geometric center of the base 1. The excess length of the chain 13 due to the reduction in the distance between the sprockets is compensated by the angular shift between the bases 1 and 2. In this case chain 13 tends to move along its perimeter. The gear 23 tends to rotate angularly with respect to the inner base 1. The linear velocity component 26 will impede the torque of the engine 12, the linear velocity component 25 of which is shown in FIG. 4. In this case, the reverse effect of the torque of the engine 12 on the movement of the sprockets 15 and 16 together with the spring 10 is absent. This phenomenon means the inclusion of feedback on the braked shaft by analogy with negative feedback, which is widely used in radio circuits. As a result, we obtain that in order to brake the shaft with kinetic energy “P”, only the energy “p” of the electromagnet is required to overcome the force of the spring 10. In this case, “p” <“P”, the rest of the braking energy is dissipated on the parts of the electromagnetic brake.

Величину перемещения цепи 13 можно оценить из данных, представленных на фиг. 4. При повороте оснований 1 и 2 на угол 120 градусов, звездочка 16 займет положение звездочки 14. Отрезок цепи 369,25 удлинится до величины 493,42. За полный оборот оснований 1 и 2 цепь 13 переместится на величину (493,42 - 369,25)*3 = 124,17*3 =372,51. При радиусе шестерни 23, равном 100, звездочки 17, равном 100, а шестерни 20, равном 85, шестерня 23 вместе с валом 3 за один оборот оснований 1 и 2 должны повернуться на 372,51/(85*2*3,14) = 4,38 оборота. Это означает, что принуждающий к остановке двигателя 12 вращающий момент имел бы угловую скорость в 4,38 раза большую, чем угловая скорость самого двигателя 12, но это было бы при мгновенном перемещении звездочек 15 и 16 в положение, указанное на фиг. 4-6. На самом деле происходит постепенное снижение скорости двигателя 12. Любой малейший сдвиг звездочек 15 и 16 в момент времени ∆t1 приводит к снижению скорости двигателя 12 на величину ∆υ1. И так для каждого следующего момента времени до полной остановки двигателя 12. При этом затрачиваемая энергия для торможения значительно меньше энергии затормаживаемого вала. Это стало возможным благодаря включению обратной связи в универсальной самоцентрирующейся системе.The amount of movement of the chain 13 can be estimated from the data presented in FIG. 4. When turning the bases 1 and 2 by an angle of 120 degrees, the sprocket 16 will take the position of the sprocket 14. The length of the chain 369.25 will be extended to a value of 493.42. For a complete revolution of the bases 1 and 2, chain 13 will move by the amount of (493.42 - 369.25) * 3 = 124.17 * 3 = 372.51. When the radius of the gear 23 is 100, the sprocket 17 is 100, and the gear 20 is 85, gear 23 together with the shaft 3 must rotate 372.51 / (85 * 2 * 3.14) in one revolution of the bases 1 and 2) = 4.38 turns. This means that the torque forcing the engine 12 to stop would have an angular velocity of 4.38 times greater than the angular velocity of the engine 12 itself, but this would be when the sprockets 15 and 16 were instantly moved to the position indicated in FIG. 4-6. In fact, there is a gradual decrease in the speed of engine 12. Any slightest shift of the sprockets 15 and 16 at the time Δt1 leads to a decrease in the speed of the engine 12 by Δυ1. And so for each subsequent moment of time until the engine is completely stopped 12. The energy used for braking is much less than the energy of the braked shaft. This was made possible by the inclusion of feedback in a universal, self-centering system.

На фиг. 1 представлен электромагнитный тормоз с универсальной самоцентрирующейся системой.In FIG. 1 shows an electromagnetic brake with a universal self-centering system.

На фиг. 2 представлена универсальная самоцентрирующаяся система электромагнитного тормоза при совпадении осей оснований.In FIG. Figure 2 shows a universal self-centering electromagnetic brake system when the axes of the bases coincide.

На фиг. 3 представлено сечение электромагнитного тормоза со стороны пружин при совпадении осей оснований универсальной самоцентрирующейся системы.In FIG. 3 shows the cross section of the electromagnetic brake from the side of the springs when the axes of the bases of the universal self-centering system coincide.

На фиг. 4 представлены данные для ориентировочной оценки величины смещения цепи за один оборот универсальной самоцентрирующейся системы.In FIG. Figure 4 presents data for an approximate estimate of the chain displacement per revolution of a universal self-centering system.

На фиг. 5 представлена универсальная самоцентрирующаяся система электромагнитного тормоза при несовпадении осей оснований.In FIG. Figure 5 shows a universal self-centering electromagnetic brake system in case of mismatch of the axes of the bases.

На фиг 6. представлено сечение вдоль оси универсальной самоцентрирующейся системы.Figure 6 shows a section along the axis of a universal self-centering system.

Claims

An electromagnetic brake with a universal self-centering system, containing an electromagnet or electric motor, characterized in that the electromagnet or electric motor creates a torque between the bases of the universal self-centering system, containing gears fixed on a common axis with sprockets of one of the bases, gears are gearing with a gear on the output shaft , the shaft of the braked object is connected to the external base and to the output shaft of the universal self-centering system.