Инженеры, которым нужен самый маленький, легкий и маломощный тормоз, должны проконсультироваться со своим поставщиком тормозов на самых ранних стадиях разработки проекта. Ожидание более позднего этапа процесса приведет к компромиссу по одному или всем трем из этих важных конструктивных соображений.

Около Брайан Мэзер | Менеджер по промышленным продуктам • Ogura Industrial Corp.

Как однажды сказал Платон, мерилом человека является то, что он делает с властью. Конечно, древнегреческий философ не ссылался на управление движением в этом утверждении, но это справедливо и здесь: электрификация и аккумуляторы в нашем современном мире требуют максимальной эффективности от всех компонентов, включая сцепления и тормоза, потому что нет никакого решения для того факта, что электрическая мощность P = V × I и электрическая мощность рассеянный Р_d = Я²R.

Фактически, при использовании электромагнитных тормозов можно экономить электроэнергию. Более холодная работа лучше влияет на эффективность и долговечность конструкции машины, и часто оптимизировать работу тормоза можно с помощью индивидуальной настройки.

Рассмотрим, как работают электромагнитные пружинные тормоза: эти тормоза механически удерживают грузы, но электрически приводятся в действие для их освобождения. Таким образом, без подачи питания тормоза останавливаются и удерживают вал на месте, предотвращая вращение. Фактически, некоторые современные стояночные тормоза в легковых автомобилях используют такую конструкцию: тормоз отпускается при приложении мощности, чтобы обеспечить вращение колеса.

Где больше мощности является целью проектирования? Быстрое внедрение мобильной робототехники и оборудования, работающего на батарейках, сделало плотность энергопотребления более важной, чем когда-либо. Электромагнитные тормоза для этих применений должны потреблять как можно меньше энергии. Это обеспечивает большую мощность для работы основного оборудования, более длительный срок службы батареи, более низкую стоимость эксплуатации и более здоровую окружающую среду. Инженеры—конструкторы могут ограничить потребление энергии электромагнитными тормозами тремя способами — путем настройки для оптимизации торможения и принятия мер по поддержанию охлаждения тормоза, а также выбора легкого тормоза и использования регулятора мощности на тормозе.

Как настроить тормоз: Ведущие производители тормозов предлагают разработчикам механизмов поддержку в области проектирования и применения. У многих есть онлайн-формы подачи заявок чтобы сделать первые обзоры более удобными. Конечно, настройка не меняет способа функционирования электромагнитных тормозов, но конструктивные изменения в воздушных заслонках тормоза, усилии пружины, материалах, катушках и путях прохождения потока могут значительно повысить производительность.

Широтно-импульсная модуляция: Магнитный поток идет по пути наименьшего сопротивления. Таким образом, в течение миллисекунд после первоначального подачи тока на тормозные катушки тормоз отключается и индуктивность изменяется. Точное время срабатывания зависит от размера и конструкции тормоза. В этом отключенном состоянии тормоза механическая нажимная пластина контактирует с корпусом катушки. Кроме того, магнитному потоку больше не нужно преодолевать расстояние между воздушными зазорами, чтобы замкнуть электромагнитную цепь.

Как только тормоз отключен, мощность можно уменьшить, чтобы удерживать тормоз в отключенном состоянии. Это наиболее полезный подход к проектированию для повышения эффективности, потому что, в конце концов, на выполнение работы должно уходить максимальное количество электрического тока, а потери энергии должны быть сведены к минимуму.

Здесь широтно-импульсная модуляция (ШИМ) необходим для подачи мощности на тормоз, чтобы он оставался отключенным. Фактически, тормоза с ШИМ-входом могут потреблять на 50% меньше энергии во время удержания, а некоторые тормоза с напряжением 24 В могут в среднем снизить напряжение примерно до 7 В, что ближе к 70% экономии энергии.

Чрезмерное возбуждение это еще один метод, позволяющий сделать дизайн более эффективным. Это позволяет конструкторам получить больший крутящий момент для заданного размера. Например, при отключении пружинного тормоза с 12-вольтовой катушкой в режиме чрезмерного возбуждения может на короткое время подаваться напряжение 24 В, в то время как тормозная катушка магнитно притягивает нажимную пластину и сжимает пружины. Требуемая мощность падает, как только прижимная пластина соприкасается с корпусом катушки. Примечание: Чрезмерное возбуждение следует использовать только в тех случаях, когда тормоз оснащен катушкой, специально предназначенной для такого типа работы. В конце концов, цель состоит в том, чтобы иметь долговечные продукты, отвечающие жизненным ожиданиям.

Сохранять хладнокровие: Сочетание чрезмерного возбуждения и ШИМ снижает общее среднее напряжение на тормозе, тем самым устраняя накопление избыточного тепла (из-за потраченной впустую энергии) в катушке. Преимущество усугубляется тем фактом, что с повышением температуры катушки растет и ее сопротивление. И наоборот, ситуация с постоянным током и растущим сопротивлением также приведет к увеличению потребляемой мощности. Таким образом, чтобы предотвратить потерю мощности впустую, необходимо поддерживать тормоз в прохладном состоянии.

Конкурирующая цель дизайна — снижение веса: Если рассматриваемый дизайн не представляет собой паровой каток, нет смысла добавлять дополнительный вес в новую сборку. Хотя было бы легко использовать тормоз с большой поверхностью для отвода тепла, в большинстве мобильных приложений это просто непрактично. Вместо этого инженеры-конструкторы должны сосредоточиться на устранении лишнего веса в проектах мобильной робототехники и электрификации. Меньший вес требует меньшей мощности от трансмиссии и обычно может увеличить время отклика для повышения общей производительности. Вес, связанный с тормозом, может быть уменьшен несколькими способами:

Кроме того, тормоза должны быть сконструированы для конкретного применения с учетом крутящего момента, температуры, скорости, инерции, рабочего цикла и монтажа. Настройка приводит к оптимизации производительности при минимизации веса.

Двухстабильные тормоза — еще один эффективный вариант

Существует еще одно тормозное решение, называемое двухстабильными тормозами, для применений, требующих экономии электроэнергии. Просто подумайте, насколько важен рабочий цикл для эффективности — ведь, в конце концов, меньшее количество срабатываний приводит к большей экономии энергии. Двухстабильные тормоза выполняют эту функцию, приводя в действие только тогда, когда на тормоз подается импульс мощности — для изменения его состояния с включенного на выключенное или наоборот.

Технология биостабильных тормозов уже много лет используется в аэрокосмической промышленности, включая солнечные крылья на спутниках. Традиционно для этих применений требовались ограниченные циклы в течение всего срока службы без технического обслуживания. В настоящее время в некоторых новых приложениях используются биостабильные технологии, включая муфты водяных насосов на транспортных средствах. Здесь насос обычно включен, но иногда отключается, чтобы уменьшить выбросы при холодном двигателе. Двухстабильные тормоза обеспечивают такую же экономию электроэнергии, как у AGV, электромобилей и мобильных роботов.

Однако есть одно предостережение: за мощность приходится платить. Двухстабильные конструкции тормозов обычно используют постоянные магниты для обеспечения функциональности. Эти подкомпоненты могут быть дорогостоящими по сравнению со стандартными пружинными тормозами. Вот почему преимущества и недостатки различных тормозных технологий должны быть оценены на ранней стадии процесса проектирования, чтобы прийти к наилучшему решению для движения. Крутящий момент, размер, вес, температура, производительность и стоимость должны быть частью этой оценки.