Результат интеллектуальной деятельности: БЕСКОНТАКТНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ДЛЯ СОЗДАНИЯ ТОРМОЗНОГО МОМЕНТА

Изобретение относится к электротехнике, а именно к области бесконтактных электрических машин (БЭМ), и может быть использовано в приводах грузоподъемных механизмов для создания тормозного момента при опускании груза, в частности, в сервоприводе, опускающем стержни в канал атомного реактора при аварийной защите, когда по тем или иным причинам необходимо его заглушить или быстро снизить мощность.

Тормозное устройство должно регламентировать скорость при опускании стержня, когда отсутствует напряжение питания и когда барабан опускающей лебедки отсоединен от силового редуктора и электродвигателя, осуществляющего подъем стержня. Чтобы исключить разрушение стержня при его опускании под действием сил гравитации, тормозное устройство должно ограничивать скорость его ввода в канал. При этом устройство торможения не должно нагружать сколько-нибудь значительно электродвигатель при подъеме стержня. Тормозной момент при подъеме стержня должен быть меньше тормозного момента при опускании стержня примерно на порядок.

Известные фрикционные и гистерезисные тормозные устройства не обладают требуемой характеристикой. Гидродинамический тормоз (Кожевников С.Н., Есипенко Я.И., Раскин А.М. Механизмы. Справочник. Изд.4, перераб. и доп. Под ред. С.Н.Кожевникова, М., Машиностроение, 1976, рис. 5.106) имеет подобную характеристику, но сложен в изготовлении, эксплуатации и недостаточно надежен.

Требуемыми свойствами может обладать электрическая машина, используемая для создания тормозного момента, в частности бесконтактная электрическая машина.

Описание БЭМ различных исполнений приведено в книге: БУД Т.А. Бесконтактные электрические машины: Учебное пособие для электротехнических и электроэнергетических специальностей втузов. - М.: Высшая школа, 1985, - 225 с., ил.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в создании БЭМ, имеющей большую величину тормозного момента при одном направлении вращения и малую величину тормозного момента - при противоположном направлении вращения независимо от наличия напряжения питания.

Для решения поставленной задачи применена бесконтактная электрическая машина, содержащая индуктор с постоянными магнитами и безпазовый якорь, в которой обмотка якоря выполнена в виде втулки, связанной с якорем через пазы и выступы, обеспечивающие ее осевое перемещение в рабочем зазоре.

На фиг.1 представлена БЭМ в состоянии, когда она создает большой тормозной момент.

На фиг.2 представлена БЭМ в состоянии, когда она создает малый тормозной момент.

На фиг.3 показана условная развертка БЭМ при большом тормозном моменте.

На фиг.4 представлена условная развертка БЭМ при малом тормозном моменте.

На фиг.5 представлена зависимость тормозного момента макета БЭМ от скорости и направления вращения.

На валу 1 лебедки (фиг.1) расположен индуктор 2, содержащий постоянные магниты 3. В рабочем зазоре δ между неподвижным якорем безпазовой конструкции 7 и вращающимся индуктором 2 расположена обмотка, выполненная, например, в виде втулки 4 с винтовыми пазами 5. При этом на якоре 7 расположены выступы 6, удерживающие втулку 4 от вращения. Пазы 5 и выступы 6 образуют винтовое соединение якоря 7 с втулкой 4.

БЭМ для создания тормозного момента работает следующим образом.

При вращении индуктора 2 со скоростью n_инд по часовой стрелке (фиг.3) в короткозамкнутых проводниках втулки 4 наводится ЭДС вращения и протекает ток, создавая магнитное поле якоря 7. Магнитное поле якоря, взаимодействуя с магнитным полем индуктора 2, создает вращающий момент, действующий на индуктор 2 и направленный в сторону, противоположную вращению, т.е. тормозной момент. Под действием электромагнитного момента втулка 4 поворачивается в сторону вращения индуктора 2 и за счет винтового соединения перемещается в осевом направлении до упора в выступ 6. При этом втулка 4 располагается полностью в рабочем зазоре, как показано на фиг.1 и 3, и БЭМ создает максимальный тормозной момент.

При вращении индуктора 2 со скоростью n_инд против часовой стрелки (фиг.4) в короткозамкнутых проводниках втулки 4 наводится ЭДС вращения, при протекании тока от которой наводится взаимодействующее с полем индуктора 2 магнитное поле, образуя тем самым вращающий момент, действующий на индуктор 2 и направленный в сторону, противоположную вращению, т.е. тормозной момент. Под действием электромагнитного момента втулка 4 поворачивается в сторону вращения индуктора 2 и за счет винтового соединения выходит из рабочего зазора в осевом направлении до упора в выступ 6. При этом втулка 4 располагается в рабочем зазоре частично, как показано на фиг.2 и 4, и БЭМ создает минимальный тормозной момент.

Таким образом, БЭМ обеспечивает большой тормозной момент в одном направлении вращения и малый тормозной момент - при противоположном направлении и осуществляется это без использования источника питания. Следовательно, достигается требуемый технический результат.

При реализации БЭМ тормозного устройства обмотка безпазового якоря может быть выполнена обмоточным проводом на изоляционной втулке или в виде сплошной втулки из алюминия или меди, а также комбинированная, например - многослойная. Пазы могут быть выполнены на втулке или ярме якоря, равно как и выступы. Количество пазов может быть различным, и они могут быть сквозными.

Изготовлен макетный образец БЭМ, подтвердивший приемлемые результаты для теории и практики. Зависимость тормозного момента макета БЭМ от скорости и направления вращения приведена на фиг.5.