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电磁制动器

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电磁制动器(也称为机电制动器或EM制动器)利用电磁力施加机械阻力(摩擦力)来减缓或停止运动。它最初的名字是“机电制动器”,但多年来这个名字改成了“电磁制动器”,表征的是它们的驱动方法。自20世纪中期开始,电磁制动器在各个领域变得流行,特别是在火车和电车的应用之中,应用和制动设计的多样性急剧增加,但基本的操作原理保持不变。

电磁制动器和涡流制动器都使用电磁力制动,但电磁制动器最终以摩擦力制动,而涡流制动器则直接使用磁力制动。

1 应用编辑

在机车上,机械连杆将扭矩传递给电磁制动部件。

电车和火车使用电磁轨道制动器,其中制动元件被磁力压向轨道。它们不同于机械履带制动器,在机械履带制动器中,制动元件被机械地压在轨道上。

工业和机器人应用中的电动机也采用了电磁制动器。

最近的设计带来了电磁制动器在飞机上的应用。[1] 在这种应用中,电动发电一体机首先用作电动机,使轮胎在触地前加速旋转,从而减少轮胎磨损,然后用作发电机,提供再生制动。[1]

2 类型编辑

2.1 单面制动器

A-3电磁制动器

在这种应用中,电动发电一体机首先用作电动机,使轮胎在触地前加速旋转,从而减少轮胎磨损,然后用作发电机,提供再生制动。

2.2 断电制动器

电磁断电制动弹簧组

当电力意外或被有意断开时,断电制动器停止或保持住负载。过去,一些公司称之为“故障安全”制动器。这些制动器通常用在电动机上或附近。典型的应用有机器人、Z轴滚珠丝杠制动器和伺服电机制动器。断电制动器可以工作在多种电压下,也可以工作于标准齿隙或零齿隙制动鼓之中。在不增加制动直径的情况下,可以使用多个盘来增加制动扭矩。有两种主要类型的断电制动器。第一种是弹簧制动器。第二种是永磁制动器。

弹簧型制动器——当制动器没有通电时,弹簧推动压板,挤压内压板和外盖板之间的摩擦盘。该摩擦夹紧力被传递到安装在轴上的制动鼓上。

永磁型制动器——永磁制动看起来非常类似于标准的电力电磁制动。它不通过弹簧挤压摩擦盘,而是使用永磁体来吸引单面电枢。当制动器接合时,永磁体产生磁力,进而将电枢吸引到制动器壳体上。当需要脱离制动器时,向线圈供电,线圈产生交变磁场,从而抵消永磁体的磁通量。

当两种断电制动器没有通电时,它们理应是接合的。在停电或机器电路断电时,它们通常需要单独保持或停住。永磁制动器具有非常高的扭矩,以它们的体积而言,但需要恒流控制来抵消永磁磁场。弹簧制动器不需要恒流控制,它们可以使用简单的整流器,但是直径会更大或者需要堆叠摩擦盘来增加扭矩。

2.3 粒子磁粉制动器

磁粉制动器

磁粉制动器在设计上与其他机电制动器不同,因为其工作扭矩范围很宽。像机电制动器一样,扭矩与电压几乎是线性的。然而,在磁粉制动器中,扭矩可以非常精确地控制(在装置的运行转速范围内)。这使得这些装置非常适合张力控制应用,如绕线、箔片、薄膜和胶带张力控制。由于响应速度快,它们还可用于高循环应用之中,如磁卡读卡器、分拣机和标签设备。

磁性粒子(非常类似于铁屑)位于粉末腔中。当线圈通电时,产生的磁通量会将粒子结合在一起,就像泥浆一样。随着电流增加,粒子结合变得更强。外壳的输出端刚性连接到机器的某个部分。当颗粒结合在一起时,制动转子穿过这些结合的颗粒,会在转子上产生一个阻力,减慢并最终停止输出轴。

2.4 磁滞动力制动器

电磁迟滞动力制动器

电磁滞装置具有非常宽的扭矩范围。由于这些装置可以远程控制,因此非常适合需要不同扭矩的试验台应用。由于阻力扭矩很小,这些装置提供了所有磁滞产品中最宽的可用扭矩范围。大多数涉及电动迟滞装置的应用都符合试验台要求。

当电场作用于磁场时,会产生内部磁通量。然后,该磁通量通过磁场转移到磁滞圆盘(可以由铝镍钴合金[2]制成)中。磁滞盘连接在制动轴上。磁滞盘上的磁阻力允许阻力恒定,或让输出轴的最终停止。

当制动器断电时,磁滞盘自由转动,两个构件之间没有相对力传递。因此,在输入和输出之间的唯一扭矩是轴承阻力。

2.5 多盘式制动器

电磁多盘制动器

多盘式制动器用于在小空间内传递极高的扭矩。这些制动器可以湿式或干式地使用,这使得它们非常适合在多速齿轮箱、机床或越野设备中运行。

机电盘式制动器通过电驱动,但机械地传递扭矩。当电磁线圈通电时,磁通量将电枢吸引到制动器表面。此时,它将内外摩擦盘挤压在一起。制动鼓通常安装在旋转的轴上。制动器壳体牢固地安装在机架上。当摩擦盘被挤压时,扭矩从制动鼓传递到机架上,停止并保持住旋转轴。

当制动器断电时,电枢可以随轴自由转动。弹簧让摩擦盘和电枢相互远离,使制动表面脱离接触。

参考文献

  • [1]

    ^US patent 7237748, Steven Sullivan, "Landing gear method and apparatus for braking and maneuvering", issued 3 July 2007, assigned to Delos Aerospace.

  • [2]

    ^https://web.archive.org/web/20221028215922/http://www.thyssenkrupp-magnettechnik.com/index.php/hysteresis-clutches-and-brakes.html.

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