МАГНИТНЫЙ ТОРМОЗ С УМЕНЬШЕННЫМ СТУПЕНЧАТЫМ ГИСТЕРЕЗИСОМ
MAGNETIC BRAKE WITH REDUCED STEPPED HYSTERESIS

Изобретение относится к магнитному гистерезисному тормозу, который может быть использован, например, в интерфейсе "человек-машина" для создания усилия сопротивления смещению объекта, такого как устройство управления для манипулирования пользователем.
Усилие сопротивления является результатом магнитного трения, воздействующего на деталь, соединенную с объектом, который должен замедляться.
Магнитный гистерезисный тормоз в целом содержит статор, имеющий полюса, обращенные к ротору, установленному с возможностью поворота. Ротор выполнен из материала с сильной магнитной остаточной намагниченностью, а статор снабжен средствами для создания магнитного поля, воздействию которого подвергается ротор для обеспечения сопротивления смещению ротора.
Ротор соединен с приспособлением, перемещаемым пользователем, например, для того чтобы управлять таким устройством как двигатель. Магнитное поле, воздействию которого подвергается ротор, создает сопротивление смещению ротора и, следовательно, сопротивление смещению приспособления, которым манипулирует пользователь.
Существует два типа тормозов в соответствии с постоянным или переменным характером трения, получаемого тормозом.
В тормозах с постоянным трением средствами, создающими магнитное поле, являются магниты, создающие постоянное магнитное поле. Изобретение не относится к этому типу тормоза.
В тормозах с управляемым трением средства создания магнитного поля выполняют посредством катушки, питанием которой управляют таким образом, чтобы изменять создаваемое магнитное поле. В том случае, когда приспособление управляет скоростью двигателя, существует возможность, например, увеличивать сопротивление для перемещения приспособления, которым манипулирует пользователь, поскольку скорость двигателя увеличивает или резко повышает сопротивление смещению приспособления управления, когда скорость двигателя отклоняется от заданного оптимального рабочего диапазона. Эта характеристика переводит тормоза с управляемым трением в особо предпочтительное положение, особенно в области интерфейсов "человек-машина".
Однако в этих тормозах с управляемым трением проявляется крутящий момент от зубцовых гармонических помех поля, который является вредным для ощущения обратной связи пользователем. Такой крутящий момент от зубцовых гармонических помех поля является результатом резкого уменьшения тока возбуждения, циркулирующего в катушке, когда ротор останавливается. Это резкое уменьшение оставляет локальное остаточное поле, остающееся в роторе, которое противодействует смещению ротора только через часть его вращательного перемещения и, следовательно, препятствует чувственному восприятию крутящего момента пользователем. Это явление не проявляется, когда происходит уменьшение тока при перемещении ротора, поскольку это перемещение учитывает прогрессирующее подавление остаточного поля по всей окружности ротора.
Существует два решения для устранения этой проблемы. В первом решении для ротора используют материал со слабым остаточным полем. Чтобы получить заданное значение трения, необходимо увеличить объем ротора и, следовательно, его вес, который является несовместимым с некоторыми вариантами применения, особенно в области авиации. Во втором случае рекомендация по использованию предусматривает постоянное поддержание ротора в состоянии перемещения в фазах уменьшения возбуждения фрикционного тормоза. Это означает навязывание необходимости перемещения пользователю в отдельных обстоятельствах, когда это перемещение может быть неподходящим для управления устройством в этих обстоятельствах.
Когда появляется крутящий момент от зубцовых гармонических помех поля, единственным способом устранить его является увеличение тока возбуждения до его максимального уровня, а затем его уменьшение, в то же время сохраняя перемещение ротора. И в этом случае также эти операции могут быть несовместимы с управлением устройством, подходящим для определенной ситуации.
Одной из задач изобретения является создание средств для устранения, по меньшей мере, некоторых из приведенных выше недостатков.
Для этой цели в соответствии с изобретением магнитный гистерезисный тормоз содержит статор, снабженный по меньшей мере одной катушкой управления, и ротор, установленный с возможностью быть подвижным и обращенным к полюсам статора Тормоз содержит по меньшей мере один магнит, установленный на статоре и обращенный к ротору, имеющий достаточную мощность, чтобы локально создавать по окружности ротора уровень индукции, по существу, равный максимальному уровню индукции, создаваемому катушкой, когда на эту катушку подается питание.
Таким образом, когда возбуждение резко прекращается, магнит будет составлять средства для выравнивания остаточного поля в роторе.
Другие особенности и преимущества изобретения будут понятны из последующего описания изобретения на примере отдельных неограничивающих вариантов осуществления.
Далее приведены ссылки на чертежи.
На фиг. 1 показан тормоз в соответствии с изобретением, схематичный вид в разрезе вдоль плоскости, проходящей через ось вращения ротора;
на фиг. 2 - тормоз, вид в поперечном разрезе;
на фиг. 3 - части ротора и статора, обращенные друг к другу, увеличенный подробный вид.
Тормоз раскрыт согласно изобретению в качестве устройства управления, такого как рукоятка или ручка рулевого управления, предназначенная для манипулирования пользователем. Устройством управления в данном случае является поворотный рычаг.
Как показано на фигурах, изобретение относится к магнитному гистерезисному тормозу, в целом указанному ссылочным обозначением 1, содержащему статор 2, снабженный по меньшей мере одной катушкой 3 управления. Статор 2 содержит якорь, в котором выполнена канавка 4 кольцевой формы с центральной осью 5. Канавка 4 имеет внешнюю боковую поверхность и внутреннюю боковую поверхность, которые соответственно показаны с выступами, образующими полюсы 6.1, 6.2 статора 2. Полюсы 6.1 расположены с угловым смещением относительно полюсов 6.2 таким образом, что каждый полюс 6.1 обращен в пространство, проходящее между двумя расположенными рядом друг с другом полюсами 6.2. Катушка 3 управления имеет диаметр, близкий по размеру к канавке 4, и установлена в статоре 2 соосно с канавкой 4 таким образом, что когда катушка 3 управления подвергается току возбуждения, она создает магнитные потоки, проходящие в нерадиальном направлении через канавку 4 от полюсов 6.1 к полюсам 6.2, или в обратном направлении. Катушка 3 управления связана с модулем управления (который сам по себе известен и поэтому не описан), предназначенным для подачи питания к катушке.
Тормоз 1 также содержит ротор 7 кольцевой формы, который размещен в канавке 4 и выполнен с возможностью поворота вокруг оси 5. Ротор 7 выполнен из ферромагнитного материала. Ротор 7 связан посредством цепи для передачи перемещения с устройством управления. В описываемом примере передаточная цепь содержит зубчатую передачу, имеющую повышающее передаточное число, например такое, что поворот устройства управления на десять (или около этого) градусов вызывает несколько оборотов ротора 7.
Когда катушка 3 управления подвергается току возбуждения, она создает магнитные потоки, проходящие через канавку 4 и, соответственно, через ротор 7 от полюсов 6.1 к полюсам 6.2, или в обратном направлении 4, причем потоки индуцируют локальные магнитные поля. Таким образом, в роторе 7 каждый магнитный поток имеет направление траектории с радиальной составляющей и окружной составляющей. В случае резкого прерывания возбуждения, когда ротор неподвижен, остаточное магнитное поле в роторе создается локально в каждой точке, где магнитный поток циркулировал и имел направление, идентичное направлению потока.
Тормоз 1 содержит по меньшей мере один магнит 8, установленный на статоре 2 и обращенный к ротору 7, и имеет достаточную мощность, чтобы локально создавать в роторе 7 уровень индукции, по существу, равный максимальному уровню индукции, создаваемому катушкой, когда на эту катушку подается питание.
В частности, тормоз содержит магнит 8.1, зафиксированный между двумя полюсами 6.1, расположенными рядом друг с другом, и магнит 8.2, зафиксированный между двумя полюсами 6.2, один из которых обращен к магниту 8.1. Магниты размещают, по существу, обращенными друг к другу, несмотря на угловое смещение, соответствующее угловому смещению между полюсами 6.1, 6.2. Магниты 8 поляризуются таким образом, чтобы создавать радиальный магнитный поток, который проходит через ротор 7 в направлении, имеющем радиальную составляющую и окружную составляющую, аналогично потоку, создаваемому катушкой 3 управления, когда он проходит через ротор 7 в той же самой точке.
На фиг. 3 лучше показано, что магнитный поток, создаваемый магнитами 8, будет создавать локальные магнитные поля, которые были созданы в роторе 7 и которые все ориентированы в том же самом направлении, устраняя эффект момента от зубцовых гармонических помех поля.
Очевидно, что изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления изобретения, но включает в себя любые варианты, попадающие в пределы объема изобретения, как определено формулой изобретения.
В частности, тормоз может содержать единственный магнит или наоборот, несколько магнитов, например, распределенных вокруг канавки 4.
Тормоз может иметь конструкцию, отличающуюся от описанной и представленной. Ротор может, например, иметь форму диска или кольца, помещенного в канавку, выполненную в статоре.
Магнит может быть установлен на месте одного из полюсов статора.