一个受控的停止

2009年2月10日

“用于伺服电机的电力制动器有助于使机器更安全,更可靠,更可控制。” Matrix International的彼得·安德森(Peter Anderson)解释了它们的用途。

快速,强大且高度可控的伺服电机是许多现代机器设计的重要组成部分。但是,当电源关闭时会发生什么?如果没有能够控制电动机轴的位置的能量,它将倾向于响应当时施加的任何外部负载而移动。充其量,这意味着紧急关闭或意外的功率损失可能导致机器失去同步。在最坏的情况下,不受控制的运动可能会带来重大的安全风险。

幸运的是,机器设计人员为他们提供了简单,紧凑且具有成本效益的解决方案。弹簧式电磁制动器可以安全地将电动机停止或保持其静态位置,而无需外部电源。伺服电动机制动器坚固且可靠。但是,它们的集成需要注意,并且必须全面考虑每个电动机安装的特定特征。

在许多工业应用中,例如自动化和材料处理系统,伺服电机是一种高度动态的高速电动机,通常与速度降低变速箱一起使用。重点通常是速约周期,加速和减速的速度快。为了实现这一目标,将伺服器达到最小尺寸;通常,紧凑的正方形截面比整个长度短,可保持电动机惯性低。对于某些应用,使用了简短的总长度“煎饼”伺服电机。

对于大多数伺服电机应用来说,最常见,最具成本效益的制动器是弹簧应用的设计。这些制动器通过将弹簧的力施加到安装在电机轴上的摩擦板上来运行。在运行中,施加到线圈的直流电压脱离制动器。如果卸下电压,则刹车会激活。矩阵1EB范围是该制动类型的一个示例。在过去的三十年中,该公司生产了700多种设计。

设计注意事项
在为伺服电机应用选择合适的制动器时,设计人员必须仔细考虑应用程序的操作条件和需求。选定的制动器必须具有足够的静态(保持)扭矩,以使轴保持在所有操作条件下。应建立电动机的方向,尤其是如果其轴不水准,因为这可能会影响制动器所经历的负载。

在高度动态的应用中,制动轮毂和摩擦板应具有最小的惯性,因为这种惯性增加了必须加速和减速的电动机的惯性,从而增加了其功率要求。对于给定的静态扭矩,制动尺寸必须保持在最低限度,伺服电机通常具有紧凑的总直径,并且制动直径必须较小,同时将制动器的整体长度保持在最低限度。

组装方面的考虑也很重要。必须在设计阶段考虑制动器的静态部分如何安装在电动机上,以保持制动器的同心和对电动机的平方。关于扭矩变速箱和轴向位置,如何将制动轮毂固定在电动机轴上?通常会使用孔和键道;其他方法可能包括收缩拟合,驾驶别针或D连接。如果空间受到限制,可以在电动机轴上加工轮毂样条吗?

除机械设计要求外,安装的电气方面还需要仔细思考。由制动线圈吸收的功率应保持在最低限度,因为在使用电动机时,制动线圈连续供电,在较高的环境温度(最高150°C)的密闭空间中产生热量。必须指定如何将制动线圈连接到电动机中,必须指定任何飞行导线的长度和终止。有必要找出是否适用于此布线和使用的任何连接器。

制动线圈需要一个直流电压,通常通过纠正用于电动机供电的交流电压来提供。电动机设计人员必须注意确保在电动机运行时始终向制动线圈提供DC电压和电流以保持刹车脱离。这很重要,因为可以通过改变电源电压来控制昏迷速度的速度。还必须考虑制动控制电路中的电响应速度,以确保在电动机开始旋转之前脱离制动器。如果电动机控制着下降的负载,例如升降机或起重机,则汽车设计人员将需要考虑此时间安装。

低噪声可能是一个考虑因素,例如在医疗或剧院应用中。这种噪音可以来自互动或脱离接触的“笨拙”,或者如果在驱动火车中存在扭转振动或传动系统纹波,则刹车轮/摩擦板样条的嘎嘎声。矩阵具有最小化这些噪音的方法。

客户期望在紧急停止中发生的事情,即电动机处于动态状态时的功率损失,因为这些制动器吸收能量的能力有限。如果制动器可以处理单个动态停止的能量,则应确定这些动态停止的频率,因为摩擦材料的磨损寿命是一个考虑因素。

反弹
在许多安全至关重要的应用中,制动器可以将电动机带到受控的停止处,或者在电力损失时将其处于近似位置。但是,在一些高精度应用中,许多不同的伺服电机可能以精确的同步运行,需要控制电动机轴的精确位置。在这里,设计师必须考虑制动设计中固有的反弹程度。

弹簧施加的刹车有很小但显着的强烈反弹。在许多情况下,例如电动机耦合到变速箱本身表现出强烈反弹的位置,制动器中的反弹将低于系统的其他部分和弹簧申请的设计将提供足够的精度。

但是,在某些情况下,需要零反弹制动器需要完全不同的设计。永久磁铁制动器(矩阵4pmb范围)提供此功能。在此设计中,永久磁铁会产生制动力。施加到线圈上的直流电压会产生一种磁力,该磁力反对永久磁体,弹簧释放脱离制动器。


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