Elektromanyetik fren

Elektromanyetik frenler mekanik direnç (sürtünme) uygulamak için elektromanyetik kuvveti kullanarak hareketi yavaşlatır veya durdurur. 20. yüzyılın ortalarında, özellikle trenler ve tramvaylarda kullanılmasından bu yana uygulamaların ve fren tasarımlarının çeşitliliği arttı ama temel çalışma şekli aynı kaldı.

Hem elektromanyetik frenler hem de eddy akımı freni elektromanyetik kuvvet kullanır ama elektromanyetik frenler nihayetinde sürtünmeye bağlıdır, Eddy akımı frenleri ise doğrudan manyetik kuvvet kullanır.

Lokomotiflerde mekanik bir bağlantı, bir elektromanyetik frenleme bileşenine tork iletir.

Tramvaylar ve trenler, frenleme elemanının manyetik kuvvetle ray'a bastırıldığı elektromanyetik ray frenini kullanır. Frenleme elemanının ray üzerine mekanik olarak bastırıldığı “mekanik” palet frenlerinden ayrılırlar.

Endüstriyel ve robotik uygulamalardaki elektrik motorları da elektromanyetik frenler kullanır.

Tasarımda son yenilikleri, uçaklara elektromanyetik frenlerin uygulanmasına yol açmıştır.^[1] Bu uygulamada, bir motor/jeneratör kombinasyonu, önce lastikleri temastan önce hıza döndürmek için motor olarak çalışırak lastiklerdeki aşınmayı azaltır ve sonra rejeneratif frenleme sağlamak için jeneratör olarak çalışır.^[1]

Bir sürtünme plakası freni, kavramanın giriş ve çıkış elemanlarını birbirine geçirmek için tek plaka sürtünme yüzeyini kullanır. Tek yüzlü elektromanyetik frenler tüm güç uygulamalı fren uygulamalarının yaklaşık %80'inde kullanılır.

Güç kapatma frenleri, elektrik kazara gittiğinde veya kasıtlı olarak kesildiğinde yükü durdurur veya tutar. Geçmişte, bazı şirketler bunlara "arıza emniyetli" frenler derlerdi. Bu frenler genelde elektrik motorunun üzerinde veya yakınında kullanılır. Tipik uygulamalar arasında robotik, Z ekseni vidalı milleri için tutma frenleri ve servo motor frenleri bulunur. Frenler birden fazla gerilimde olabilir ve standart boşluklu veya sıfır boşluklu göbekli olabilir. Fren çapını artırmadan fren torkunu artırmak için birden fazla disk de kullanılabilir. 2 ana tip tutma freni vardır. Birincisi yay uygulamalı frenlerdir. İkincisi, kalıcı mıknatıslı frenlerdir.

Yay tipi - Frene elektrik verilmediğinde bir yay baskı plakasına doğru iter ve sürtünme diskini iç baskı plakası ile dış kapak plakası arasında sıkıştırır. Bu sürtünmeli sıkıştırma kuvveti bir mile takılı göbeğe aktarılır.

Sürekli mıknatıs tipi – Sabit mıknatıslı tutma freni, standart güç uygulamalı elektromanyetik frene çok benzer. Yaylar aracılığıyla bir sürtünme diskini sıkıştırmak yerine, tek bir yüz armatürünü çekmek için kalıcı mıknatıslar kullanır. Fren devreye girdiğinde kalıcı mıknatıslar, armatürü fren muhafazasına çekebilen manyetik akı çizgileri oluşturur. Freni devreden çıkarmak için kalıcı mıknatısların manyetik akısını iptal eden alternatif bir manyetik alan oluşturan bobine güç uygulanır.

Her iki güç kapatma freni, kendilerine güç uygulanmadığında devreye girmiş olarak kabul edilir. Genelde, elektrik güç kaybında veya bir makine devresinde güç bulunmadığında tek başlarına tutmaları veya durmaları gerekir.

Kalıcı mıknatıslı frenler boyutlarına göre çok yüksek torkludur ama aynı zamanda kalıcı manyetik alanı dengelemek için sabit akım kontrolü gerektirir. Yay uygulamalı frenler sabit bir akım kontrolü gerektirmezler, basit bir doğrultucu kullanabilirler ancak çapları daha büyüktür veya torku artırmak için yığılı sürtünme disklerine gerek duyarlar.

Manyetik parçacık frenleri, mevcut geniş çalışma torku aralığı nedeniyle tasarımlarında diğer elektro-mekanik frenlerden benzersizdir. Elektromekanik bir fren gibi, gerilime tork neredeyse doğrusaldır; Ancak manyetik parçacık freninde tork çok hassas şekilde kontrol edilebilir (ünitenin çalışma devir/dakika aralığında). Bu, bu üniteleri tel sarma, folyo, film ve bant gerilim kontrolü gibi gerilim kontrol uygulamaları için ideal yapar. Hızlı tepki vermeleri nedeniyle manyetik kart okuyucular, ayırma makineleri ve etiketleme ekipmanları gibi yüksek döngülü uygulamalarda da kullanılabilirler.

Manyetik parçacıklar (demir talaşlarına çok benzer) toz boşluğunda bulunur. Bobine elektrik uygulandığında, ortaya çıkan manyetik akı, neredeyse bir manyetik parçacık çamuru gibi parçacıkları birbirine bağlamaya çalışır. Elektrik akımı arttıkça, parçacıkların bağlanması daha güçlü hale gelir. Fren rotoru bu bağlı parçacıklardan geçer. Muhafazanın çıkışı, makinenin bir kısmına sağlam bir şekilde bağlanmıştır. Parçacıklar birbirine bağlanmaya başladığında, rotor üzerinde dirençli bir kuvvet yaratılır, bu da çıkış milini yavaşlatır ve sonunda durdurur.

Elektrikli histerezis üniteleri son derece geniş bir tork aralığına sahiptir. Bu üniteler uzaktan kontrol edilebildiğinden, değişen torkun gerekli olduğu test standı uygulamaları için idealdir. Sürükleme torku minimum olduğundan, bu üniteler histerezis ürünlerinden herhangi birinin mevcut en geniş tork aralığını sunar. Güçlendirilmiş histerezis ünitelerini içeren çoğu uygulama, test standı gereklilikleri kapsamındadır.

Alana elektrik verildiğinde, bir iç manyetik akı oluşturur. Bu akı daha sonra alandan geçen bir histerezis diskine (AlNiCo alaşımından^[2] yapılmış olabilir) aktarılır. Histerezis diski, fren miline bağlıdır. Histerezis diski üzerindeki manyetik sürükleme, çıkış milinin sabit bir sürüklenmesine veya nihai olarak durmasına izin verir.

Frenden elektrik kesildiğinde, histerezis diski serbestçe döner ve her iki eleman arasında herhangi bir nispi kuvvet iletilmez. Bu nedenle, giriş ve çıkış arasında görülen tek tork, yatak sürüklemesidir.

Küçük bir alanda çok yüksek tork oluşturmak için çoklu disk fren kullanılır. Bu frenler ıslak veya kuru olarak kullanılabilir, bu nedenle çok hızlı dişli kutusu uygulamalarında, takım tezgahı uygulamalarında veya arazi ekipmanında çalışmak için idealdirler.

Elektro-mekanik disk frenler, elektrik tahriğiyle çalışır, ancak torku mekanik olarak iletirler. Bir elektromıknatısın bobinine elektrik uygulandığında, manyetik akı armatürü frenin yüzüne çeker. Bunu yaparken iç ve dış sürtünme disklerini birbirine sıkıştırır. Göbek normalde dönen mile takılır. Fren muhafazası, makine çerçevesine sağlam bir şekilde takılmıştır. Diskler sıkıştıkça, tork göbekten makine çerçevesine iletilir, bu da mili durdurur ve tutar.

Frenden elektrik kesildiğinde armatür mil ile birlikte serbestçe dönebilir. Yaylar, sürtünme diskini ve armatürü birbirinden uzak tutar. Frenleme yüzeyleri ve minimum sürtünme arasında temas yoktur.