ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ТОРМОЗОМ (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель относится к электрическим машинам, оснащенным фрикционным электромагнитным тормозом.
Известен Электродвигатель с тормозом [А.с. SU 1677793 А1, МПК H02К 7/102] содержащий короткозамкнутый ротор, ферромагнитное кольцо, укрепленное на торце ротора, фрикционные накладки, установленные на тормозном элементе, размещенном на роторе, и неподвижные тормозные колодки, установленные в корпусе, отличающийся тем, что с целью упрощения конструкции, тормозной элемент выполнен в виде гибкой чашеобразной оболочки, которая укреплена своим основанием на торце ротора, охватывает ферромагнитное кольцо и заполнена ферромагнитными элементами, а фрикционные накладки установлены на внешней поверхности оболочки со стороны, противоположной торцу ротора. Недостатком аналога является то, что тормозной момент Электродвигателя с тормозом определяется при разработке гибкой чашеобразной оболочки и выборе заполняющих ее ферромагнитных элементов. Тормозной момент Электродвигателя с тормозом не может регулироваться извне в процессе работы устройства.
Известна принятая за прототип Ветроэнергетическая установка [патент RU 2205292, МПК F03D 1/00], включающая ветроколесо с горизонтальной осью вращения, вал которого кинематически связан с ротором электрогенератора, ротор электрогенератора соединен посредством промежуточного вала с дисковым тормозом, содержащим закрепленный на раме корпус с установленным на промежуточном валу диском, взаимодействующим в процессе торможения с тормозными колодками, соединенными с приводом включения и выключения, содержащим установленную на раме с возможностью осевого перемещения вдоль оси вала муфту включения и выключения ветроколеса, соединенную со вторым концом тяги привода включения и отключения. Недостатком прототипа являются его значительные габаритные размеры и масса, добиться уменьшения которых можно путем встраивания тормоза в электрическую машину.
Целью настоящей полезной модели является создание устройства способного обеспечить торможение с возможностью плавного регулирования тормозного момента извне или поддержания постоянной частоты вращения с длительно развиваемым удельным тормозным моментом не менее 8÷12 Н·м/кг.
Задачей настоящей полезной модели является создание устройства в составе электрическая машина + электромагнитный тормоз - с минимальной массой в минимальных габаритах. В качестве электромагнитного тормоза используются фрикционные (дисковые и порошковые) электромагнитные тормоза. Дисковый электромагнитный тормоз обеспечивает тормозной момент
за счет трения дисков, притягивающихся друг к другу электромагнитным полем обмотки якоря. При отсутствии тока якоря диски раздвигаются пружинами для минимизации момента трения. Порошковый электромагнитный тормоз обеспечивает тормозной момент за счет трения выступов (лопаток) ротора о магнитный порошок, где вязкость трения определяется током якоря. В обоих случаях остаточный момент трения при отсутствии тока якоря обычно не превышает 2.5÷3% номинального момента.
Сущность настоящей полезной модели состоит во встраивании электромагнитного тормоза в электрическую машину, при этом ротор электрической машины жестко связан с ротором электромагнитного тормоза, а статор электрической машины жестко связан со статором электромагнитного тормоза. Предлагаемая конструкция приводит к созданию изделия с высоким удельным тормозным моментом, тормозной момент можно плавно регулировать.
Техническим результатом настоящей полезной модели является состоящий из двух составляющих суммарный тормозной момент:
- обеспечиваемый электромагнитным тормозом (с большей постоянной времени),
- обеспечиваемый электрической машиной (с меньшей постоянной времени).
Устройства, реализующие настоящую полезную модель применяются:
- в мотор-генератор-колесах электроприводных транспортных средств, одним из режимов которых является плавное торможение,
- в ветрогенераторах для обеспечения допустимой частоты вращения ротора генератора при ветрах значительной силы.
Принцип действия устройства иллюстрируют:
- фигура 1, на которой изображена конструкция мотор-генератор-колеса, где в качестве электрической машины рассмотрена низкооборотная магнитоэлектрическая машина,
- фигура 2, на которой показана электрическая схема устройства.
Электромагнитный тормоз встраивается в многофазную синхронную магнитоэлектрическую машину, возбуждаемую от постоянных магнитов и способную работать в двигательном и генераторном режимах. При работе магнитоэлектрической машины в двигательном режиме на фазы обмотки 1 якоря этой машины подается переменное напряжение, а обмотка 2 якоря электромагнитного тормоза - не запитана путем переключения двухполярного ключа 3 в нижнее положение. Коммутируемые системой управления 4 транзисторы управляемого моста 5 преобразуют постоянное напряжение аккумуляторных батарей 6 в переменное. В результате взаимодействия постоянного магнитного поля ротора и переменного электромагнитного поля статора, ротор вращается под действием приложенного к нему вращающего момента.
Основным режимом работы электрической машины с тормозом является режим торможения. Для его обеспечения двухполярный ключ 3 замыкается в верхнее положение. Ротор магнитоэлектрической машины приводится во вращение сторонним источником вращающего момента: шина 7 служит для препятствования проскальзывания ротора о дорожное покрытие при торможении. На ярме 8 ротора, выполненном из материала с высокой магнитной проницаемостью, прикреплены постоянные магниты 9, которые имеют чередующуюся полярность по направлению вращения. Магнитное поле постоянных магнитов 9 пересекает витки обмотки 1 якоря, в результате чего в обмотке 1 наводится ЭДС. Транзисторы управляемого моста 5 - закрыты системой управления 4 и переменный ток обмотки 1 якоря преобразуется в постоянный посредством диодов управляемого моста 5. Ток обмотки 1 якоря, расположенной на ферромагнитных зубцах статора 10 магнитоэлектрической машины замыкается через сопротивление нагрузки 11 и через согласующее сопротивление 12. Напряжение подается на обмотку 2 электромагнитного тормоза через сопротивление 13. По обмотке 2 протекает ток, его электромагнитное поле замыкается по сердечнику 14, притягивая друг к другу фрикционные диски 15, создавая момент электромагнитного тормоза. Величина сопротивлений 11, 12 и 13 подбирается для достижения необходимого соотношения тормозных моментов магнитоэлектрической машины и электромагнитного тормоза.
Обеспечить удельный тормозной момент не менее 8÷12 Н·м/кг при помощи только магнитоэлектрической машины обычно не удается, поскольку для создания упомянутой величины тормозного момента необходим достаточно большой ток в обмотке 1, определяющий значительные «омические» потери и внушительные габаритные размеры магнитоэлектрической машины для рассеивания выделяемого тепла. Для достижения упомянутой величины удельного тормозного момента часть тока якоря магнитоэлектрической машины через сопротивления 11, 12 и 13 подается на обмотку якоря 2 электромагнитного тормоза. Тормозной момент через шпонку 16 статора 17, передается на поверхность 18, присоединяемую к корпусу транспортного средства. Ток обмотки 2 якоря тормоза и его тормозной момент регулируется при помощи сопротивления 13, ток обмотки якоря 1 магнитоэлектрической машины и ее тормозной момент регулируется при помощи сопротивления 11.