Электромагнитные тормоза или тормоза EM используются для замедления или остановки транспортных средств с использованием электромагнитной силы для создания механического сопротивления (трения). Первоначально они назывались электромеханическими тормозами, но с годами название изменилось на «электромагнитные тормоза», ссылаясь на их метод приведения в действие, который, как правило, не связан с современными электромеханическими тормозами . С тех пор как они стали популярными в середине 20-го века, особенно в поездах и трамваях , разнообразие применений и конструкций тормозов значительно возросло, но основная работа осталась прежней.
Как электромагнитные, так и вихретоковые тормоза используют электромагнитную силу, но электромагнитные тормоза в конечном итоге зависят от трения, тогда как вихретоковые тормоза используют магнитную силу напрямую.
В локомотивах механическая связь передает крутящий момент на электромагнитный тормозной компонент.
Трамваи и поезда используют электромагнитные рельсовые тормоза, в которых тормозной элемент прижимается магнитной силой к рельсу . Они отличаются от механических рельсовых тормозов, в которых тормозной элемент механически прижимается к рельсу.
Электродвигатели в промышленных и робототехнических приложениях также используют электромагнитные тормоза.
Недавние инновационные разработки привели к применению электромагнитных тормозов в самолетах. [1] В этом приложении комбинированный двигатель/генератор используется сначала как двигатель для вращения шин до скорости перед приземлением, тем самым уменьшая износ шин, а затем как генератор для обеспечения рекуперативного торможения . [1]
Фрикционный пластинчатый тормоз использует одну пластинчатую фрикционную поверхность для зацепления входных и выходных элементов сцепления. Односторонние электромагнитные тормоза составляют примерно 80% всех применений силового торможения.
Тормоза с отключением питания останавливают или удерживают груз, когда электропитание либо случайно пропадает, либо намеренно отключается. В прошлом некоторые компании называли их «отказоустойчивыми» тормозами. Эти тормоза обычно используются на электродвигателе или рядом с ним. Типичные области применения включают робототехнику, удерживающие тормоза для шариковых винтов оси Z и тормоза серводвигателей. Тормоза доступны в нескольких напряжениях и могут иметь либо стандартные люфты, либо ступицы с нулевым люфтом. Несколько дисков также могут использоваться для увеличения тормозного момента без увеличения диаметра тормоза. Существует 2 основных типа удерживающих тормозов. Первый — пружинные тормоза. Второй — тормоза с постоянными магнитами.
Пружинный тип - Когда на тормоз не подается электричество, пружина давит на нажимную пластину, сжимая фрикционный диск между внутренней нажимной пластиной и внешней накладкой. Эта сила фрикционного зажима передается на ступицу, которая установлена на валу.
Тип постоянного магнита – Удерживающий тормоз с постоянным магнитом очень похож на стандартный электромагнитный тормоз с силовым приводом. Вместо сжатия фрикционного диска с помощью пружин он использует постоянные магниты для притяжения одностороннего якоря. Когда тормоз включен, постоянные магниты создают магнитные линии потока, которые, в свою очередь, могут притягивать якорь к корпусу тормоза. Чтобы отключить тормоз, питание подается на катушку, которая создает переменное магнитное поле, которое нейтрализует магнитный поток постоянных магнитов.
Оба тормоза выключения питания считаются задействованными, когда на них не подается питание. Обычно они должны удерживать или останавливаться в случае потери питания или когда питание недоступно в цепи машины. Тормоза с постоянными магнитами имеют очень высокий крутящий момент для своего размера, но также требуют постоянного контроля тока для компенсации постоянного магнитного поля. Тормоза с пружинным включением не требуют постоянного контроля тока, они могут использовать простой выпрямитель, но имеют больший диаметр или для увеличения крутящего момента потребуют сложенных фрикционных дисков.
Магнитно-порошковые тормоза уникальны по своей конструкции среди других электромеханических тормозов из-за широкого диапазона рабочего крутящего момента. Как и в электромеханическом тормозе, крутящий момент к напряжению почти линейный; однако в магнитно-порошковом тормозе крутящий момент можно контролировать очень точно (в пределах рабочего диапазона оборотов устройства). Это делает эти устройства идеально подходящими для приложений контроля натяжения, таких как намотка проволоки, фольга, пленка и контроль натяжения ленты. Благодаря быстрому отклику их также можно использовать в приложениях с высоким циклом, таких как считыватели магнитных карт, сортировочные машины и этикетировочное оборудование.
Магнитные частицы (очень похожие на железные опилки) находятся в полости порошка. Когда электричество подается на катушку, результирующий магнитный поток пытается связать частицы вместе, почти как магнитная каша из частиц. По мере увеличения электрического тока связывание частиц становится сильнее. Тормозной ротор проходит через эти связанные частицы. Выход корпуса жестко прикреплен к некоторой части машины. Когда частицы начинают связываться вместе, на роторе создается сила сопротивления, замедляющая и в конечном итоге останавливающая выходной вал.
Электрические гистерезисные блоки имеют чрезвычайно широкий диапазон крутящего момента. Поскольку эти блоки могут управляться дистанционно, они идеально подходят для испытательных стендов, где требуется переменный крутящий момент. Поскольку крутящий момент сопротивления минимален, эти блоки предлагают самый широкий доступный диапазон крутящего момента среди всех гистерезисных продуктов. Большинство приложений, включающих в себя силовые гистерезисные блоки, находятся в требованиях испытательных стендов.
Когда электричество подается на поле, оно создает внутренний магнитный поток. Затем этот поток передается в гистерезисный диск (который может быть изготовлен из сплава AlNiCo [2] ), проходящий через поле. Гистерезисный диск прикреплен к тормозному валу. Магнитное сопротивление на гистерезисном диске обеспечивает постоянное сопротивление или возможную остановку выходного вала.
Когда электричество отключается от тормоза, гистерезисный диск может свободно вращаться, и между любыми элементами не передается никакой относительной силы. Таким образом, единственный крутящий момент, наблюдаемый между входом и выходом, — это сопротивление подшипника.
Многодисковые тормоза используются для обеспечения чрезвычайно высокого крутящего момента в небольшом пространстве. Эти тормоза могут использоваться как мокрыми, так и сухими, что делает их идеальными для работы в многоскоростных коробках передач, станках или внедорожном оборудовании.
Электромеханические дисковые тормоза работают посредством электрического приведения в действие, но передают крутящий момент механически. Когда электричество подается на катушку электромагнита, магнитный поток притягивает якорь к поверхности тормоза. При этом он сжимает внутренние и внешние фрикционные диски вместе. Ступица обычно устанавливается на вращающемся валу. Корпус тормоза жестко закреплен на раме машины. Когда диски сжимаются, крутящий момент передается от ступицы на раму машины, останавливая и удерживая вал.
При отключении электричества от тормоза якорь может свободно вращаться вместе с валом. Пружины удерживают фрикционный диск и якорь на расстоянии друг от друга. Между тормозными поверхностями нет контакта, а сопротивление минимально.