SE468190B - Foerbaettringar avseende bromsar av virvelstroemstyp - Google Patents

Description

Q\ OC) ...x x n.- CI) 2 - "periferiskt snitt" av en polsko, det snitt av denna polsko genom den cylindriska rotationsyta som såsom symmetriaxel antager anordingens symmetriaxel, löper genom centrum av polskons ändyta, och är normal till denna yta, - "ingående polsko" och "utgående polsko" den "bakre" eller "främre" kanten av polskon, betraktat periferiskt i förhållande till det avseende att när denna rör sig förbi framför varje utskott, varje punkt på denna skiva förflyttar sig från ingående till utgående polsko på utskottet. av en polsko, "uppströms" eller kanten resp. den "nedströms" induktionsskivans relativa defileringsriktning, i I kända utföringsformer av bromsar av ovannämnda slag uppvisar varje_ polskos periferiska snitt eni symmetrisk profil i förhållande till det plan som går genom bromsens axellinje och genom motsvarande kärnas axellinje.

Ett alldeles speciellt syfte hos uppfinningen är att öka de moment som beror av bildningen av virvelströmmar i vederbörande bromsar för given vikt och utsträckning hos dessa anordningar.

I detta syfte är bromsarna ifråga enligt uppfinningen känneteck- nade av att ett snitt genom varje polsko i periferiell riktning runt bromsens symmetriaxel är asymmetriskt i förhållande till det plan som går genom bromsens symmetriaxel och genom symmetriaxeln för motsvarande kärna i det avseendet att polskons ingående kant sträcker sig längre från detta plan än dess utgående kant.

I föredragna utföringsformer anlitar man dessutom det ena och/eller det andra av följande arrangemang: att varje polsko i ändvy betraktat uppvisar parallellt med bromsens symmetriaxel den.al1männa formen av ett likbent trapets, med företrädesvis avrundade hörn, i vilket trapets, centrum är förskjutet i förhållande till motsvarande kärnas symmetriaxel periferiskt i en riktning motsatt den för skivans rotation.

UA Q\ CO CJ - i en broms enligt föregående paragraf uppvisar tvärsnittet av varje kärna den allmänna formen av' ett likbent trapets med företrädesvis avrundade hörn, - tjockleken hos varje polsko, räknat vinkelrätt mot dess ändyta, är konstant över hela polskons utsträckning. - tjockleken av varje polsko, räknat vinkelrätt mot dess ändyta, är relativt liten i det avseende att förhållandet mellan denna tjocklek och skivans ytterdiameter ligger mellan l/50 och 1/30, - den yta som definierar den utgående kanten hos varje polsko är vinkelrät mot ändytan av denna polsko och är i tangentplan med sidoytan av motsvarande kärna, - polskons ingående kant sträcker sig periferiskt åtminstone fram till sidoytan av den lindning som omger kärnan av intilliggande polsko.

Bortsett från dessa huvudarrangemang innefattar uppfinningen vissa andra arrangemang, vilka företrädesvis utnyttjas samtidigt och vilka skall beskrivas mer ingående nedan.

I det följande beskrivs uppfinningens utföringsformer under hänvisning till bifogade ritningar och naturligtvis på ett icke-begränsande sätt.

Fig. l i dessa ritningar visar en partiell ändvy av en induktionsstator i en fordonsbroms av virvelströmstyp och enligt uppfinningen.

Fig.2 visarí.ett partiellt,"periferiskt"tvärsnittenligt II - II i fig. l, i förstoring och i utvecklat skick enheten av denna stator och av ett parti av induktionsrotorn i 4 bromsen, varvid spridningen av magnetfältet i de magnetiska delarna framgår.

Fig. 3 visar såsom jämförelse ett tvärsnitt av en känd stator- och rotorenhet, vari snittet tagits på liknande sätt som i fig. 2, d.v.s. där magnetfältets spridning i de magnetiska delarna får framträda, en spridning som inte var känd före denna uppfinning.

Fig. 4 är en grafisk framställning vari uppfinningens fördelar framträder.

Fig. 5 visar schematiskt i ändvy två poler av en broms av virvelströmstyp i enlighet med en variant av uppfinningen.

På ett i och för sig känt sätt innefattar bromsstatorn i varje enskilt fall en krans av ett jämnt antal (i föreliggande fall åtta stycken) identiska elektromagneter 1, vilka är regelbundet fördelade kring bromsens axellinje X och som var och en utgörs av en cylindrisk eller prismatisk kärna 2 med en symmetriaxel Y parallell med X och av en lindning 3 av elektrisk tråd vilken omger denna kärna.

Varje kärna 2 är monterad på en gemensam lagersköld som uppvisar exempelvis formen av åtminstone en skålformad platta och som i sin tur är monterad i fordonets chassi eller på axelställets eller växellådans hus i detta fordon.

Varje lindning 3 hålls kvar på sin kärna 2 genom fastskruvning, med en enda skruv 6, av en liten platta 5 som sträcker sig ut över kärnans ytterände, varvid vinkelfästandet av denna lilla platta kring skruven säkerställs genom samverkan mellan en excentriskt i plattan fastsatt pimeson 7 och ett komplementärt luftgap i kärnan.

Plattornas 5 ytterytor utbreder sig i ett och samma med symmetriaxeln X vinkelrätt plan och utgör således en diskontinuerlig, plan krans. *f- 468 WU Lindningarna är elektriskt anslutna med hjälp av lämpliga kopplings- och styrorgan till en likströmskälla, och deras anslutningar till denna källa säkerställs på sådant sätt att de på varandra följande plattorna 5 vid den krans som nyss beskrivits definierar elektriska poler med alternerande positiv och negativ polaritet: plattorna utgör "utskott" för dessa poler och kallas ofta för "polskor".

På ett likaledes i sig känt sätt innefattar bromsrotorn åtminstone en kontinuerlig skiva 8 (fig. 2 och 3) vilken i vinkel är fastsatt'i ett parti 9 (fig. l) av fordonets transmissionsaxel på sådant sätt att skivan kan röra sig förbi, mitt för statorkransen, varvid denna skiva och denna krans är åtskilda från varandra genom ett ringformigt intervall 3 (fig. 2 och 3L Tjockleken av detta intervall E eller "luftgap“ är liten och är exempelvis av storleksordningen l - 2 mm.

Pilen F' i figurerna anger riktningen av rotorskivans 8 förflyttning i förhållande till statorkransen mitt emot.

Kärnorna 2, plattorna 5 och skivan 8 utgörs samtliga av ett ferromagnetiskt material så att de, hos det magnetiska flöde som alstras genom den elektriska magnetiseringen av lindningarnaiä bildar magnetiska kretsar som sluts när var och en av dem två gånger genomlöper luftgapet E.

Det är detta flöde som i skivan 8, vid denna skivas rotationer, inducerar virvelströmmar som motverkar dessa rotationer, vilket får den effekten att fordonsaxeln bromsas.

I de kända utföringsformerna av elbromsar av ovan beskrivet slag är det "periferiska snittet", som ovan definierats, av varje platta eller polärt utskott 5 symmetriskt i förhållande till det plan som löper genom bromsens axellinje X och genom axellinjen Y för motsvarande magnetkärna 2. $> OD 1% 6 Med andra ord uppvisar de ingående E och utgående S polskorna i varje utskott sins emellan identiska, periferiska snitt, vilket tydligt framgår.av fig. 3.

Vid en magnetisering av bromsen är i detta fall fördelningarna av magnetfältet i dessa båda polskor E och S identiska när bromsen befinner sig i vila.

Hittills har det varit okänt vad som hände med dessa magnetflödesfördelningar när induktorn 8 börjar rotera, ;»g.a. störningar som uppkommer vid induktorreaktionen.

Det är här lämpligt att erinra att fenomenet med induktor- reaktionen har länge studerats i dynamo-elektriska maskiner med kollektor och med spollindad induktor.

I ett sådant fall är induktorns varvlindningar perfekt definierade till antal, dimension och orientering, och det samma gäller beträffande riktningen och intensiteten av strömmen i var och en av dessa: det är således lätt att beräkna det induktorreaktionsflöde som svarar mot var och en av dessa lindningar och att fastställa den totala influensen från dessa flöden på lokala mättnader i magnetkretsen.

För att åtgärda dylika mättnader har det redan föreslagits modifieringar av de periferiska längderna av polskorna i vissa av dessa maskiner, i riktningar som är olika beroende på om dessa maskiner är motorer eller generatorer (se patentet US 2 240 652).

Situationen är en helt annan beträffande maskiner av virvelströmstyp.

I själva verket är dessa strömmar, vars virvelbanor kortsluts inbördes, svåra att identifiera, lokalisera och mäta, och man hade före denna uppfinning inte lyckats med att definiera dem tillräckligt för att därmed kunna dra användbara slutsatser beträffande mättnaderna i polskorna med bromsen i funktion. 'a -IÄ O'\ CO ...x \- O 7 Genom att använda sig av moderna metoder för beräkning med hjälp av dator, har det lyckats patentsökanden att besvara dessa frågor och även att visualisera linjerna för magnetfältet i massan av de magnetiska delarna när bromsen är i funktion.

Sökanden har också upptäckt att, när induktorn 8 roterar i pilens F riktning, om man betraktar en symmetrisk konstruktion av varje spole såsom i kända bromsar (fig. 3), magnetflödet är mer koncentrerat i den utgående S än i den ingående E polskon: detta framgår i fig. 3, där de linjer för fältet L som representerar magnetflödet är så mycket närmare varandra som den lokala, magnetiska induktionen är högre.

Denna koncentration förklaras genom en mättnad som är snabbare i den utgående S än i den ingående E polskon, när man progressivt ökar den elektriska tillförseln till den lindning 3 som svarar mot det aktuella utskottet 5.

För att fördröja det ögonblick då mättnaden når den utgående S polskon, vid en ökning av nämnda elektriska tillförsel, förskjuter man enligt uppfinningen periferiskt det polära utskottet 5 "bakåf-fl, riktningen F för skivans 8 d.v.s. i den riktning som är motsatt rotation.

Sökanden har konstaterat att i"déffa fall är magnetfältet fördelat på ett mer homogent sätt över hela den volym som varje polärt utskott omspänner, varvid den utgående polskon på sätt och vis avlastas sin överinduktion till förmån för den ingående polskon, vilken tidigare var "undernärd" i detta avseende.

Det är detta som symboliseras genom den spridning av linjerna för fältet L i fig. 2 som upprättats genom att just samma funktionshypoteser antagits som för fig 3, varvid den enda skillnad som tillförts konstruktionen i fig. l består i den periferiska förskjutningen bakåt av de polära utskotten.

'Ck CO »_A- \O CI) 8 Speciellt gäller att samtliga dimensioner av dessa polskor bevarats i sin helhet.

Vinkelvärdet C><- på den ovan angivna, periferiska förskjut- ningen uppgår företrädesvis till mellan A/25 och A/7 om man med A betecknar vinkelsteget mellan polerna, den vinkel d.v.s. beräknad kring anordníngens symmetriaxel X som åtskiljer de plan som löper genom denna axel X och genom resp. axel Y för de två på varandra följande polerna: i det visade fallet, där antalet poler är lika med 8, är denna vinkel CX: före- trädesvis mellan 2 och 7°.

Om.man dessutom kallar vinkeln beräknad kring symmetriaxeln X för polbåge, i vilken en polsko är inskriven, ligger förhållandet mellan denna polbåge och det ovan definierade vinkelsteget mellan polerna företrädesvis mellan 0,65 och 0,90: detta förhållande är i den visade utföringsformen av storleksordningen 0,80.

I denna utföringsform gäller dessutom: - tjockleken av varje polsko 5, beräknat axiellt, konstant över hela polskons utsträckning, förblir - varje liten platta som utgörs av en polsko 5 uppvisar den allmänna formen av ett likbent trapets med avrundade hörn, - ytan som definierar den kant TS på den utgående polskon S hos varje polsko vilken är belägen periferiskt gentemot kanten I; på den ingående polskon hos angränsande utskott, tangerar sidoytan N av den kärna 2 som avslutas med vederbörande polsko, i varje fall i nivå med den cylindriska rotationsytan som till axel har bromsens axellinje X och som inrymmer kärnornas 2 symmetriaxlar Y, - ytan som definierar kanten'fl;på den ingående polskon hos varje polsko tangerar sidoytan B av den lindning eller spole 3 som omger angränsande polsko, '1 l) I» - de mittemot varandra befintliga, plana kanterna Tscxflxïg av de på varandra följande, polskorna bildar sinsemellan två och tvà en liten vinkel, varvid var och en av kanterna avgränsas av ett plan som gàr genom bromsens axellinje X; dessa kanter kan dock även vara parallella två och två.

Erfarenheten.har på ett överraskande sätt visat att i de bromsar, vars polskor är "förskjutna" periferiskt bakát på ovan angivet sätt, är de alstrade uppbromsningsmomenten betydligt större än de som alstras av identiska bromsar'men vars polskor är centrera- de på motsvarande kärnor.

Denna förbättring framgår tydligt i den grafiska framställning som visas i fig. 4, i vilken visas: - med X-koordinater, rotationshastigheten V för bromsens rotor i varv/minut, - och med Y~koordinater, de moment C som alstras av denna motor på axeln i newtonmeter.

Kurvan 10 i denna figur 4 motsvarar en broms med polskor av normal typ. dans. monterade med centrering på motsvarande kärnor och i överensstämmelse med fig. 3.

Kurvan ll motsvarar samma broms, vars polskor är förskjutna periferiskt bakåt i förhållande till motsvarande kärnor, dvs. i motsatt riktning till den för skivans rotation F och i över- ensstämmelse med fig. l och 2.

Man. konstaterar att ökningen av' det erhållna uppbromsnings- momentet, under för'övrigt lika betingelser, genom förskjutningen "bakåt" av polskorna är betydande, eftersom den kan uppgå till mer än 15% i kallt tillstånd för' vissa rotorhastighetery i _synnerhet för relativt lâga.hastigheter, och vara av storleksord- ningen 500 - 1000 varv/minut: för högre hastigheter mättas k» CO ....>.

Q? (_ vanligtvis inte magnetkretsarna, varför utbytet enligt upp- finningen blir mindre uppenbart.

I vart och ett av ovan anförda fall och under hänvisning till fig. 1 - 3 avgränsades varje magnetkärna 2 av en cylindrisk rotationsyta med axeln Y.

Under dessa betingelser berör en modifiering av fördelningen av det magnetfält som symboliseras av linjer L i fig. 2 och 3 i teorin endast det synnerligen tunna parti av volymen av varje 2 polsko som utbreder sig enligt den cylindriska yta som svarar mot tvärsnitten i figurerna.

För att öka volymen av varje polsko, för vilket fördelningen av magnetfältet förbättras på ovan beskrivet sätt genom en enkel förskjutning "bakåt" av polskorna, kan man ge varje magnetkärna formen av ett prisma eller en cylinder, vars tvärsnitt liknar tvärsnittet för den polsko som avslutar eller åtminstone närmar sig detta sistnämnda.

I fallet med fig. 5 avgränsas detta tvärsnitt hos varje kärna av ett trapets med avrundade hörn 21 och liknar den allmänna formen av' ovan. anförda utskott 5. I ett dylikt fall uppvisar den elektriska lindningen den allmänna formen av en prismatisk muff 31 med ett trapetsformigt tvärsnitt med en i huvudsak konstant tjocklek.

Erfarenheten har visat att med en sålunda utförd broms förbättras uppbromsningsmomentet ytterligare, vilket tydligt framgår av kurvan 12 i fig. 4: i detta fall gäller att i förhållande till kända, uppgår till och för vissa värden på ökningen av momentet, 0Vafl berörda (kurvan 10) bromsar, hastigheten tkmm. överskrider 20 %.

Som framgår av fig. 2 förklaras förskjutningen bakåt enligt uppfinningen med en undertryckning av ett synnerligen betydande parti av den utgående polskon S, vilket särskilt snabbt mättas i tidigare kända konstruktioner: eftersom den (ä du: $> Cm OO ._å xD LD ll ingående polskon E utvecklas nästan enbart för sin funktion som polsko och eftersom denna ingående polsko är mindre känslig för magnetisk mättnad, är det möjligt att göra denna tunnare liksom hela polskon, i förhållande till kända konstruktioner och given prestanda, vilket reducerar tyngd och utsträckning.

Det är därför som förhållandet mellan tjockleken av polskon och ytterdiametern av bromsens ringformiga induktor, ett förhållande som är allmänt större än 1/30, kan sjunka under 1/35 och till och med endast utgöra 1/50.

Till följd härav, och vilken utföringsform som än väljs, förfogar man över ett synnerligen enkelt effektivt organ för ökningen av massamomentet i en elbroms, eftersom det räcker med att lätt förskjuta dess polskor "bakåt".

Det framgår givetvis av det ovan sagda att uppfinningen ingalunda begränsar sig till de tillämpnings- och utförandeformer som ovan studerats närmare i detalj; uppfinningen innefattar tvärtom samtliga varianter, nämligen: - sådana där bromsens induktionsstator inkluderar två kransar av poler med alternerad polaritet och definierar två platta kransar av polskor, varvid var och en av dessa två platta kransar är ansluten till en induktionsrotorskiva och de två skivorna, som är inbördes fastgjorda, inramar induktorn axiellt. - sådana där polskorna bildar ett enda block med kärnor av magnetiskt material vilka de förlänger, och framtagna exempelvis genom gjutning med dessa kärnor i stället för att utgöras av små självständiga, på nämnda kärnor anbringade plattor, - sådana där polskorna uppvisar en annan allmän form än formen av ett likbent trapets med avrundade hörn, varvid hörnen i detta =trapets kan vara annat än avrundade och trapetset i sin tur kan C)\ CO "å9-'Û 12 vara annat än likbent, exempelvis rätvinkligt, eller t.o.m. vara krökt något inåt kring bromsens axellinje, - sådana där den aktuella bromsen av virvelströmstyp ej ingår i i ett fordon, utan i en annan maskin som inkluderar en rotations- axel för bromsning, såsom en lyftanordning eller anordning för sonderingsborrning.

'I 1 fi.

Claims (8)

/3 PATENTKRAV

1. Elektrisk broms för bromsning av en roterande axel (9), som sitter i ett stöd och innefattande, á ena sidan, en elektromagne- tisk induktionsstator som är anordnad så att den kan fästas på stödet för axeln, varvid statorn inkluderar åtminstone en diskontinuerlig krans av elektriska, utskjutande poler med alternerad polaritet, varjämte varje pol utgörs av en prismatisk eller cylindrisk kärna (2) av magnetiskt material vilken omges av en lindning av elektrisk tråd (3), varvid kärnan sträcker sig parallellt med axelns symmetriaxel och avslutas med en polsko (5), och å andra sidan, en induktionsrotorskiva (8) av magnetiskt material som är anordnad så att den kan fästas i axeln och monterad koaxiellt vid kransen av poler så att den kan röra sig förbi, axiellt mitt för polskorna, från vilka den är åtskild endast genom ett ringformigt luftgap av liten tjocklek (e) k ä n n e t e c k n a d av att, ett snitt genom varje polsko i periferiell riktning runt bromsens symmetriaxel (X) är asymmet- riskt i förhållande till det plan som går genom bromsens symmetriaxel (X) och genom symmetriaxeln (Y) för motsvarande kärna (2) i det avseende att polskons ingående kant (E) sträcker sig längre från detta plan än dess utgående kant (S).

2. Elektrisk broms enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att varje polsko (5) i ändvy betraktat uppvisar parallellt med bromsens symmetriaxel den allmänna formen av ett likbent trapets, med företrädesvis avrundade hörn, i vilket trapets, centrum är förskjutet i förhållande till motsvarande kärnas (2) symmetriaxel periferiskt i en riktning motsatt den för skivans (8) rotation.

3. Elektrisk broms enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att tvärsnittet av varje kärna (2) uppvisar den allmänna formen av ett likbent trapets med företrädesvis avrundade hörn. O'\ CX) 'WU p,

4. Elektrisk broms enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att tjockleken hos varje polsko (5), räknat vinkelrätt mot dess ändyta, är konstant över hela polskons utsträckning.

5. Elektrisk broms enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att tjockleken hos varje polsko (5), räknat vinkelrätt mot dess ändyta, är relativt liten i det avseende att förhållandet mellan denna tjocklek och skivans (8) ytterdiameter ligger mellan 1/50 och 1/30.

6. Elektrisk broms enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den yta som definierar den utgående kanten (S) hos varje polsko (5) är vinkelrät mot ändytan av denna polsko och är i tangentplan med sidoytan (N) av motsvarande kärna (2).

7. Elektrisk broms enligt något eller~nàgra av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att polskons (5) ingående kant (E) sträcker sig periferiskt åtminstone fram till sidoytan av den lindning (3) som omger kärnan av intilliggande polsko.

8. Elektrisk broms enligt något eller några av föregående krav, k ä n n e t e c k n a d av att den periferiska vinkelförskjut- ningen (a) mot det bakre av varje polsko (5) uppgår till mellan 1/25 och 1/7 av vinkelsteget mellan polerna. lr'