ТОРМОЗНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОННОЙ ПИПЕТКИ
BRAKE DEVICE FOR ELECTRONIC PIPETTE

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Решения на основе шаговых двигателей без тормозного устройства традиционно использовались как существенная часть рабочих механизмов электронных пипеток. Комбинация, представленная в финском патенте номер 87740, включающая в себя электронный тормоз, электрический двигатель постоянного тока и конструкцию привода с обратной связью с кодирующим устройством, зарекомендовала себя хорошо. В упомянутой конструкции достигается лучший общий результат в отношении работы, размера и веса пипетки по сравнению с решениями с использованием шагового двигателя. Полезные свойства, достигаемые при данной конструкции, среди прочего, заключаются в возможности быстро останавливать движение и в эффективном соотношении размера/веса к скорости/мощности. Тормозной аппарат, упомянутый в документе FI87740, реализуется посредством конструкции соленоида с пружинным возвратом. Проблема данной тормозной конструкции состоит в высоком энергопотреблении, что является недостатком для пипетки с питанием от батареи. Для удерживания тормозного устройства в открытом состоянии на соленоид необходимо подавать электрический ток, а для ускорения тормоза и для увеличения скорости его перемещения должна быть увеличена мощность его пружины, что повышает рабочее энергопотребление.
Тормозное устройство согласно настоящему изобретению решает вышеупомянутые проблемы. Тормозной привод согласно настоящему изобретению используется для мгновенной остановки перемещения привода, который перемещает поршень. Указанный тормозной привод согласно настоящему изобретению содержит электродвижущий функциональный элемент, который поворачивает тормозную деталь, останавливающую вращательное перемещение посредством промежуточного устройства.
Данное изобретение относится к тормозному устройству для использования в электронной пипетке, которое применяется для мгновенной остановки перемещения привода, перемещающего поршень. Упомянутое устройство содержит вращающийся, по существу, круглый ротор, который по его периферии снабжен тормозными пазами, расположенными через равные интервалы, а также тормозной привод, содержащий исполнительный элемент, тормозной элемент, к которому присоединяется тормозной кулачок, совместимый с упомянутыми тормозными пазами, промежуточный механизм для передачи перемещения элемента движения на тормозной элемент, причем указанный тормозной элемент содержит поворотный элемент, соединенный с элементом движения, который выполнен с возможностью действовать вместе с тормозным элементом так, чтобы перемещение указанного поворотного элемента могло быть ускорено, прежде чем он окажет существенное влияние на перемещение тормозного элемента.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, тормозной элемент содержит отверстие, в котором размещается поворотный элемент, в данном случае рычаг (2), размещенный с возможностью вращения на стержне (2а). Форма указанного отверстия предусматривается такой, чтобы поворотный элемент мог поворачиваться между двумя блокированными конечными положениями. Предпочтительно, поворотный элемент поворачивается примерно на 180º от одного конечного положения до другого. Размер указанного отверстия в отношении поворачивающегося рычага необходим такой, чтобы он давал возможность упомянутому поворачивающемуся рычагу поворачиваться между двумя указанными положениями и чтобы, в зависимости от положения поворачивающегося рычага в отверстии, указанный поворачивающийся рычаг заставлял тормозной элемент поворачиваться вокруг его оси из блокированного положения в свободное положение и из свободного положения в блокированное положение.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, тормозные пазы ротора содержат выступы для остановки ротора и прорези для блокирования ротора относительно тормозного кулачка. Указанные выступы ротора останавливают ротор, когда тормозной кулачок блокируется в прорези между двумя выступами. В зависимости от направления вращения, тормозной кулачок попадает в верхний или нижний тормозной паз, изображенные на Фиг. 3а. При вращении ротора против часовой стрелки тормозной кулачок блокируется в нижнем пазе, а при вращении ротора по часовой стрелке, в свою очередь, - в верхнем пазе.
В конфигурации тормоза согласно настоящему изобретению, приводное средство может представлять собой электрический двигатель постоянного тока, линейный соленоид или поворотный соленоид.
В конфигурации согласно настоящему изобретению тормозное приводное средство связано с тормозным элементом посредством промежуточного механизма. Конфигурация, в соответствии с настоящим изобретением, содержащая промежуточный механизм, имеет первое преимущество, заключающееся в том, что тормозная деталь блокируется в обоих конечных положениях. Вторым преимуществом решения согласно настоящему изобретению является высокая мгновенная скорость тормозной детали, физически останавливающей перемещение, то есть поворотный элемент. Промежуточный элемент между тормозным приводным средством, то есть возбуждающим перемещение средством (двигателем), и тормозным элементом дает возможность тормозному двигателю увеличивать скорость до того, как начнется перемещение, для остановки ротора тормозного элемента. Таким образом, поворотное перемещение поворотного элемента достигает своей максимальной скорости почти немедленно, как только начинается перемещение, в результате чего тормозной элемент устанавливается в свое целевое положение во вращающемся роторе более управляемым способом. С другой стороны, высокая скорость тормозного элемента позволяет, с точки зрения функциональных возможностей, достигать предпочтительной, более высокой скорости тормозной детали в момент торможения. Третье преимущество состоит в том, что благодаря кинетической энергии, накопленной во время ускорения приводного средства, усилие развивается в перемещении тормозного элемента в самом начале перемещения, что в результате дает более надежное открывание и закрывание тормоза.
Функциональные возможности промежуточного механизма согласно настоящему изобретению могут быть осуществлены посредством кривошипного механизма или механизма кулачкового сцепления. В случае обоих механизмов тормозной актуатор поворачивается приблизительно на 180º в целом, а тормозной элемент, останавливающий перемещение, поворачивается на некоторую долю от данного диапазона. В случае механизма кулачкового сцепления тормозной элемент и тормозной актуатор соединены друг с другом с помощью соединительного стержня. В случае упомянутого механизма тормозная деталь достигает своей максимальной угловой скорости между двумя конечными точками перемещения тормозного актуатора, причем в конечных положениях указанная скорость равна нулю или близка к нулю. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, фактический тормозной элемент, останавливающий вращательное перемещение, перемещается посредством механизма кулачкового сцепления, которое является более простым, чем кривошипный механизм.
Преимущество данного изобретения перед известным уровнем техники также заключается в том, что в конструкции согласно настоящему изобретению тормоз блокирует ротор на месте без какого-либо зазора, вызывающего ошибку перемещения.
Значительным преимуществом конструкции согласно настоящему изобретению является возможность тормоза фиксироваться в крайних положениях, предотвращая нежелательное закрывание тормоза во время хода в случае потери электропитания. Это весьма важный признак, поскольку торможение во время хода при высокой скорости может привести к поломке рабочего устройства.
В соответствии с настоящим изобретением, тормозной двигатель поворачивает тормозной элемент вперед-назад посредством промежуточного механизма. В предпочтительном варианте осуществления тормозной элемент поворачивается примерно на 20º. На одном крае зубец тормозного элемента блокирует вращательное перемещение ротора, а с другого края вращение осуществляется свободно.
На Фиг. 1-4 представлено одно техническое решение для осуществления функционирования, в соответствии с настоящим изобретением. На Фиг. 1 изображен тормозной элемент (1), прикрепленный к корпусу тормоза на его поворотной оси (1b) так, чтобы он мог поворачиваться. Задачей тормозного кулачка (1а) тормозного элемента является остановка вращения ротора (3) путем стабилизации ротора в тормозном пазу (3а). Поворачивающийся рычаг (2) блокируется на стержне (2а) электрического двигателя (не показан) и поэтому расположен так, что в крайних точках его перемещения тормозной элемент является либо открытым, либо закрытым. В ситуации, изображенной на Фиг. 1, тормоз закрыт, и относительное расположение и геометрия тормозного элемента и поворачивающегося рычага блокируют тормозное устройство в упомянутом положении, даже если на двигатель не подается питание.
На Фиг. 2 двигатель включен, и поворачивающийся рычаг свободно ускорился приблизительно до 90º и почти установился в тормозном элементе.
В ситуации, изображенной на Фиг. 3, поворачивающийся рычаг повернулся до своего другого конечного положения и одновременно повернул тормозной элемент в его открытое положение. Также в упомянутом положении тормозное устройство заблокировано в таком положении, которое изображено на Фиг. 1.
Фиг. 4 иллюстрирует ситуацию применения тормоза, идентичную изображенной на Фиг. 2.
На Фиг. 5 изображены генерирование энергии и преимущество в скорости, достигаемые упомянутым устройством. На оси Х отмечено время, а на оси Y - угловая скорость. Когда электрический двигатель включается в момент времени t1, он ускоряется согласно графику А. График В иллюстрирует угловую скорость тормозной детали. В момент времени t2 поворачивающийся рычаг устанавливается на тормозном элементе с высокой скоростью, быстро поворачивая его в другое конечное положение. В момент времени t3 перемещение деталей останавливается, и тормозное устройство блокируется в его другом конечном положении.