ТОРМОЗНОЙ УЗЕЛ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение в электроприводах, требующих частого торможения после отключения привода от электросети, в частности, в крановых электродвигателях, где приходится часто реверсировать вращение ротора с частыми торможениями, а также на транспорте.
Известны тормозные устройства, встраиваемые в электродвигатели, и включающиеся в режим торможения при отключении электропитания обмотки статора электродвигателя. Тормозной узел обычно крепится на один из щитов электродвигателя в отдельном кожухе либо совместно с вентилятором. Примером такого тормозного узла является электромагнитный тормоз по патенту DE 3040980, электромагнит которого закреплен на заднем щите электродвигателя, якорь выполнен в виде диска, установленного соосно с валом, и отжимается от электромагнита системой пружин. На валу электродвигателя установлен тормозной диск с закрепленными на нем с обеих сторон элементами из материала с высоким коэффициентом трения. Недостатком такого тормозного узла является установка электромагнита на подшипниковом щите электродвигателя, что сильно усложняет конструкцию. Известен электродвигатель с колодочным тормозом, см. SU №154929. Колодочный тормоз указанного электродвигателя содержит две тормозные колодки, взаимодействующие с наружной поверхностью тормозного шкива посредством пружины растяжения и разжимаемые при подключении электродвигателя к сети посредством рычажного механизма, связанного с подвижным статором. Недостатком данного тормозного устройства является сложность конструкции, заключающаяся в подвижном исполнении статора и многозвенности конструкции связанного со статором рычажного механизма, кроме того, замыкание тормозных колодок происходит по наружной поверхности тормозного шкива на сравнительно малом диаметре, что требует создания значительных усилий в элементах рычажного механизма.
Известен также электромагнитный фрикционный многодисковый тормоз, описанный в SU 368430, содержащий общую бронзовую ступенчатую втулку, на которой установлены магнитопровод, подпружиненный якорь, связанный с нажимным диском, и комплект фрикционных дисков. Недостатком такого тормозного узла является большая нагрузка на бронзовую втулку, приводящая к быстрому изнашиванию ее шлицов и пазов, и соответственно, малый срок службы.
Известен также тормозной узел, расположенный между задним подшипниковым щитом и вентилятором, состоящий из электромагнита, закрепленного винтами на
образованной на заднем щите опорной площадке, и подпружиненного кольцевого якоря, в котором тормозной диск может быть совмещен со ступицей вентилятора (см., например, RU 2171542, SU 974504). Известен также тормозной узел по полезной модели RU 27760, магнитопровод которого закреплен на заднем подшипниковом щите. Указанные устройства имеют недостатки, связанные с креплением электромагнита на заднем подшипниковом щите.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является тормозной узел, встраиваемый в электродвигатель, выпускаемый ЗАО «Белробот», представленный в каталоге компании, размещенном на сайте www.belrobot.by/catalog.asp в разделе «электродвигатели с тормозом». Указанный тормозной узел содержит установочный диск, закрепляемый на заднем щите электродвигателя, тормозной диск, соединенный с валом электродвигателя через втулку, входящую в квадратное отверстие в центре диска, втулку - удлинитель вала двигателя для установки вентилятора, так как тормозной узел располагается между задним щитом и вентилятором. При отсутствии напряжения на тормозе, пружины перемещают промежуточный диск и прижимают тормозной диск с двухсторонними фрикционными накладками к установочному диску, связывая через поверхности трения ротор двигателя и его корпус. При подаче напряжения на тормоз катушка притягивает промежуточный диск, сжимает пружины и освобождает тормозной диск, а с ним и вал двигателя.
Недостатками указанного тормозного узла являются: низкая надежность и недостаточный срок службы всего изделия, обусловленный тем, что крутящий момент на тормозной диск, выполненный из алюминиевого сплава, передается с помощью квадратного профиля на валу и на диске. Из-за реверсивного режима работы и частых остановок, квадратный паз на алюминиевом диске быстро разбивается, и изделие выходит из строя. Кроме того, выполнение квадратной втулки-удлинителя вала электродвигателя требует высокой точности изготовления для обеспечения соответствующего центрирования тормозного диска. Еще одним недостатком является наличие установочного диска, приводящее к увеличению количества деталей и сложности изготовления.
Задача полезной модели - повышение надежности и срока службы электродвигателя с тормозным узлом, с одновременным повышением технологичности его изготовления за счет упрощения и снижения количества деталей.
Поставленная цель достигается тем, что в тормозном узле, встроенном в электродвигатель, и содержащем электромагнит с подпружиненным промежуточным диском, тормозной диск с двухсторонними фрикционными накладками, установленный
на вал двигателя через втулку, установочную фрикционную поверхность, связанную с одним из щитов электродвигателя, втулка установки тормозного диска выполнена со шпоночным соединением и с наружным профилем, выполненным со шлицами, посредством которых осуществляется связь со стальной ступицей тормозного диска, в свою очередь, соединенной с этим диском посредством винтового соединения, а установочная поверхность трения выполнена непосредственно на переднем щите электродвигателя со стороны, обращенной к тормозному диску. Тормозной узел установлен между коллекторным щитом и узлом контактных колец в электродвигателе фазного исполнения, или на конце вала ротора со стороны переднего щита в электродвигателе с короткозамкнутым ротором.
При такой установке тормозного диска, передача крутящего момента от вала ротора на стальную втулку происходит через шпоночное соединение, при этом, наружный профиль втулки выполнен со шлицами. Посредством шлицевого соединения эта втулка связана со стальной ступицей промежуточного диска, которая, в свою очередь, соединена непосредственно с самим диском из алюминиевого сплава при помощи винтового соединения. Такая компоновка установочного узла существенно повышает прочность посадочного узла и его надежность и увеличивает срок службы по сравнению с двигателями с тормозом, выпускаемыми ЗАО «Белробот». К тому же, выполнение втулки установки тормозного диска с обычным шпоночным пазом, в отличие от втулки с квадратной шейкой в устройстве прототипа, является более технологичной и простой в изготовлении. Щит двигателя является одновременно элементом тормозного узла, также упрощая изготовление, снижая количество собираемых деталей.
Далее сущность полезной модели поясняется с помощью рисунков, на которых представлено:
Фиг.1 - тормозной узел электродвигателя с фазным ротором, фиг.2 - тормозной узел электродвигателя с короткозамкнутым ротором.
Тормозной узел электродвигателя с фазным ротором на фиг.1 состоит из электромагнита 1, закрепленного в отдельном кожухе 2 между узлом контактных колец и коллекторным щитом 3 соосно с валом 4 ротора, промежуточного диска 5, подпружиненного посредством пружины 6, тормозного диска 7, расположенного напротив промежуточного диска 5, и имеющего с двух сторон фрикционные накладки 8, и установочной поверхности трения, выполненной на переднем щита 3, на его стороне, обращенной к тормозному диску 7. Фрикционные накладки 8 выполнены из материала с большим коэффициентом трения. Тормозной диск 7 установлен на валу 4 посредством установочного узла, включающего стальную переходную втулку 9, установленную на
валу 4 посредством шпонки 10, и связанную через шлицы 11 со стальной ступицей 12 тормозного диска 7. Стальная ступица 12, в свою очередь, связана с диском 7, выполненным из алюминиевого сплава, при помощи винтового соединения 13. Тормозной узел на фиг.2 ничем не отличается от узла на фиг.1, только он установлен на конце вала ротора в отдельном кожухе 2 со стороны переднего щита.
Тормозной узел работает следующим образом: В исходном положении промежуточный диск 5 прижимает под действием пружины 6 тормозной диск 7 к поверхности трения на переднем щите 3 накладками 8. При подаче тока на электродвигатель и электромагнит 1 промежуточный диск 5 притягивается к магнитопроводу электромагнита 1, преодолевая усилие пружины 6. Между вращающимся тормозным диском 7 и поверхностью трения на щите 3 образуется зазор, и тормозной момент исчезает. При отключении электродвигателя и электромагнита 1 сила притяжения промежуточного диска 5 исчезает, и он под действием пружины 6 прижимает тормозной диск 7 к установочной поверхности трения на щите 3, создавая тормозной момент. Электродвигатель быстро остановится.
Выполнение посадочного узла тормозного диска в виде стальной втулки, связанной со стальной ступицей диска, а также шпоночного соединения этой втулки с валом, позволяет увеличить срок службы всего электродвигателя с тормозом, так как применение более прочного материала в узле, находящимся под воздействием знакопеременных нагрузок, не дает ему разбиваться настолько быстро, как это происходит в прототипе, где этот узел имеет квадратный профиль, выполненный в алюминиевом диске. Кроме того, шпоночное соединение более технологично при изготовлении, так как не требует высокой точности обработки для центрирования диска. Такая конструкция тормозного узла не требует совместного с электродвигателем общего корпуса, и разработана таким образом, что при необходимости кожух коллекторного узла в электродвигателе с фазным ротором, или кожух тормозного узла в электродвигателе с короткозамкнутым ротором, легко демонтируется, и доступ к рабочим частям тормоза весьма удобен для проведения регламентных и ремонтных работ.