Блокирующее устройство электропривода
BLOCKING DEVICE FOR ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для блокирования (фиксирования) и разблокирования (освобождения) валов электроприводов.
Из предшествующего уровня техники известны блокирующие (арретирующие) устройства, предназначенные для дистанционной фиксации и освобождения подвижных частей приборов и различного рода машин и механизмов.
Например, известно арретирующее устройство по а.с. СССР №477652 (МПК G01С 19/26 (2000.01), опубл. 20.08.2005, бюлл. №23), содержащее силовой электромагнит с якорем и цепью питания с микропереключателями, подпружиненные шток, защелку, механический переключатель, выполненный в виде коромысла с двумя профильными поверхностями, шарнирно соединенного одним плечом со штоком, снабженным зубом и контактной пластиной, связанной с микропереключателями, а другим плечом - с защелкой, взаимодействующей с зубом штока, и подпружиненную тягу, шарнирно соединенную с якорем электромагнита и снабженную роликом, взаимодействующим с профильными поверхностями коромысла.
Недостатком данного устройства является невысокая функциональная надежность при действиях внешних механических факторов - вибрационных и ударных ускорений.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому блокирующему устройству является принятый в качестве прототипа арретир рулевого электропривода ракеты по патенту RU 2426071 C1 (МПК G01C 19/26 (2006.01), G01B 3/02 (2006.01), G01D 11/20 (2006.01), B64G 1/66 (2006.01), опубл. 10.08.2011, бюлл. №22), предназначенный для фиксации (блокирования) и освобождения (разблокирования) валов электроприводов. Он включает в себя неподвижную часть с катушками, подвижную часть и фиксатор вала электропривода, кинематически связанный с подвижной частью. Неподвижная часть выполнена в виде полого статора с двумя полюсами и расположенными на них двумя катушками, снабженного двумя постоянными магнитами. Подвижная часть выполнена в виде установленного в полости статора на оси неполноповоротного динамически сбалансированного ротора, кинематически связанного с фиксатором для фиксации или освобождения вала рулевого электропривода при прямом или обратном повороте ротора при подаче импульса тока на одну или другую катушку, причем статор снабжен двумя упорами для ограничения поворотов ротора и обеспечения магнитного зазора между ротором и постоянными магнитами, которые ориентированы вдоль оси ротора преимущественно параллельно двум боковым смежным им граням ротора, расположенным со стороны катушек. Ротор снабжен выступом на наружной поверхности ротора на ближней к катушке стороне, а фиксатор вала выполнен в виде поворотного двуплечего рычага, установленного на закрепленной в корпусе оси, параллельной продольной оси вала электропривода с обеспечением взаимодействия одного конца рычага с выступом на роторе, а второго - с валом электропривода.
Одним из недостатков прототипа является его невысокий коэффициент полезного действия. Связано это с тем, что наведенное обмотками магнитное поле в цепи «статор-ротор» распределяется по двум потокам: один направлен на создание полезного момента по изменению положения ротора, т.е. на его поворот, а другой - на создание противодействующего момента, т.е. на сохранение ротора в его первоначальном положении. Кроме этого постоянные магниты, удерживающие ротор в первоначальном положении, также создают момент, противодействующий полезному.
Другим его недостатком является низкая надежность удержания ротора и кинематически связанного с ним фиксирующего рычага в арретированном (заблокированном) или разарретированном (разблокированном) положении вала при действиях вибрационного, линейного и ударного ускорений. Связано это с тем, что существенная часть поля каждого из постоянных магнитов, ориентированных вдоль оси ротора параллельно его граням, замыкается на статоре, чем снижается эффективность магнитного взаимодействия ротора с постоянными магнитами.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание блокирующего устройства с повышенными функциональными возможностями для использования в условиях действия внешних механических факторов.
Технический результат, получаемый при осуществлении заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности фиксации вала электропривода при действии вибрационного, линейного и ударного ускорений.
Достигается это тем, что в блокирующем устройстве электропривода, содержащем статор с двумя полюсами и обмоткой, ротор, фиксатор вала электропривода, кинематически связанный с ротором, корпус, в отличие от прототипа, статор выполнен незамкнутым П-образной формы, обмотка размещена на статоре между его полюсами, размещенными симметрично относительно продольной оси вала электропривода, ротор выполнен в виде поляризованного якоря, установленного между двумя полюсами статора на собственном валу, соосном с валом электропривода, фиксатор выполнен в виде двух колодок, размещенных с диаметрально противоположных сторон вала электропривода с возможностью их поворота на осях, установленных в корпусе параллельно продольной оси вала электропривода, колодки снабжены выступами, выполненными с возможностью их западания во впадины шестерни, установленной на конце вала электропривода соосно его продольной оси, кинематическая связь якоря с колодками осуществлена посредством кулисы, жестко закрепленной на валу якоря, снабженной двумя дугообразными пазами, расположенными эксцентрично относительно оси поворота якоря с возможностью взаимодействия с роликами, размещенными на осях, закрепленных на концах колодок, противоположных их осям поворота, параллельно продольной оси вала электропривода.
Выполнение статора незамкнутым П-образной формы и размещение между его полюсами обмотки позволяет максимально концентрировать наведенное магнитное поле на его полюсах, что увеличивает момент магнитных сил, действующих на ротор.
Выполнение ротора в виде поляризованного якоря, установленного между двумя полюсами статора на собственном валу, позволяет осуществлять его реверсирование (поворот в одну и другую сторону) одной обмоткой путем изменения полярности питающего напряжения. При этом, в отсутствии питания на обмотке ротор в виде поляризованного якоря обеспечивает удержание фиксатора в заблокированном или разблокированном состояниях вала электропривода магнитным полем самого якоря, замыкающегося через полюса статора, т.е., в отличие от прототипа, без дополнительных магнитов. В связи с тем, что основная часть магнитного поля концентрируется в зазоре между соответствующими полюсами якоря и статора, повышается надежность удержания якоря.
Выполнение фиксатора в виде двух колодок, размещенных с диаметрально противоположных сторон вала электропривода с возможностью их поворота на осях, установленных в корпусе параллельно продольной оси вала электропривода, позволяет прижимать колодки к валу электропривода, осуществляя его фиксацию (блокирование), или отвести от вала электропривода, обеспечивая его освобождение (разблокирование).
Выполнение выступов на колодках с возможностью западания их во впадины шестерни, установленной на конце вала электропривода, повышает надежность фиксации (блокирования) вала электропривода.
Осуществление кинематической связи якоря с колодками посредством кулисы, жестко закрепленной на валу якоря и снабженной двумя дугообразными пазами, расположенными эксцентрично относительно оси поворота якоря с возможностью взаимодействия с роликами, размещенными на осях, закрепленных на концах колодок, противоположных их осям поворота, позволяет прижимать колодки к валу электропривода с усилием, существенно превышающим тангенциальное усилие якоря, что также повышает надежность фиксации вала.
На чертеже представлен вариант исполнения заявляемого блокирующего устройства электропривода.
Блокирующее устройство электропривода содержит статор 1 П-образной формы с двумя полюсами - полюсными наконечниками 2, 3 и обмоткой 4, поляризованный якорь 5 в виде усеченного с двух противоположных сторон диска с полюсами S и N на его круглой части, колодки 6 и 7 с двумя выступами 8 и 9 каждая. Якорь 5 установлен между двумя полюсными наконечниками 2 и 3 на собственном валу 10, соосном с валом 11 электропривода, на конце которого соосно его продольной оси закреплена шестерня 12. Колодки 6 и 7 размещены с диаметрально противоположных сторон вала 11 электропривода с возможностью западания их выступов 8 и 9 во впадины шестерни 12 при повороте на осях соответственно 13 и 14, установленных в корпусе 15 параллельно оси электропривода. Кинематическая связь якоря 5 с колодками 6 и 7 осуществлена посредством кулисы 16, жестко закрепленной на валу 10 якоря 5. Для этого в кулисе 16 эксцентрично относительно оси поворота якоря 5 выполнены дугообразные пазы 17 и 18 с возможностью взаимодействия с размещенными в них роликами соответственно 19 и 20. При этом ролики 19 и 20 имеют возможность вращения на осях 21 и 22, закрепленных на концах колодок 6 и 7, противоположных их осям поворота. Поворот кулисы 16 с якорем 5 ограничен с одной стороны упором 23.
Работа блокирующего устройства электропривода заключается в следующем.
В разблокированном состоянии вала 11 электропривода кулиса 16 прижата к упору 23 и удерживается магнитными силами притяжения поляризованного якоря 5 к наконечникам 2 и 3. При этом ролики 19 и 20, размешенные на осях 21 и 22, находятся на концах эксцентричных пазов 17 и 18 и удерживают колодки 6 и 7 в отведенном от шестерни 12 положении, обеспечивая свободу вращения валу 11 электропривода.
При подаче на обмотку 4 напряжения соответствующей полярности в статоре 1 возникает магнитное поле с образованием на наконечниках 2 и 3 полюсов, одноименных с примыкающими к ним полюсами якоря 5. Взаимодействие наведенного магнитного поля статора 1 с магнитным полем поляризованного якоря 5 порождает момент силы, поворачивающий указанный якорь (по стрелке А) к смежным наконечникам 2 и 3 с противоположными полюсами (по отношению к полюсам якоря 5). Вместе с якорем 5 повернется и кулиса 16, которая через ролики 19 и 20, прокатывающиеся вдоль стенок эксцентричных пазов 17 и 18, прижимает при помощи осей 21 и 22 колодки 6 и 7 к шестерне 12. При этом выступы 8 и 9, западая во впадины шестерни 12, осуществляют блокирование (фиксацию) вала 11 электропривода. После снятия с обмотки 4 напряжения вал 11 электропривода останется надежно заблокированным благодаря действию силы магнитного притяжения якоря 5 к полюсным наконечникам 2 и 3.
Для разблокирования (освобождения) вала 11 электропривода необходимо подавать на обмотку 4 напряжение обратной полярности.
Высокая надежность фиксации вала электропривода заявляемым блокирующим устройством в условиях действия внешних механических факторов подтверждена испытаниями опытных образцов.