Pour un profil de mouvement donné, quand les autres options d’arrêt sont-elles insuffisantes – et un embrayage ou un frein est-il nécessaire ?

Jul 23, 2023

Par Lisa Eitel | 19 août 2018

Les moteurs électriques sont au cœur de la plupart des axes de mouvement. L'arrêt des charges sur leurs axes peut être effectué avec le moteur électrique lui-même – appelé freinage interne dans certains contextes – ou avec un embrayage ou un frein externe. Pour le premier, une approche simple consiste simplement à couper l’entrée de tension du moteur et à permettre à l’axe de s’arrêter en roue libre. C'est acceptable lorsque les arrêts sont peu fréquents – de quelques fois par minute (pour les conceptions fonctionnant avec de petits moteurs) à quelques fois par heure (pour les installations de moteurs plus importants). Une autre option consiste à utiliser des commandes pour générer un couple d'arrêt dans le moteur via un freinage par récupération pour convertir l'énergie cinétique en énergie électrique ; freinage dynamique - l'injection de courant continu dans le stator ; ou inversion électrique comme branchement.

Mais lorsque ces approches sont trop lentes – y compris toutes les conceptions de mouvement modernes pour un débit élevé – des freins et des embrayages externes sont nécessaires pour obtenir des arrêts ou un désengagement suffisamment rapides. Cela s'applique aux convoyeurs, aux bagagistes des aéroports, aux escaliers mécaniques et aux ascenseurs… ainsi qu'à d'autres axes qui effectuent des arrêts et des démarrages fréquents, voire aussi peu que 10 cycles par minute dans certains cas. Lorsque les arrêts et les démarrages se produisent à des cadences beaucoup plus élevées, l'inertie du moteur peut dégrader la rapidité avec laquelle les démarrages et les arrêts sont possibles. Ici, les freins à embrayage sont souvent plus adaptés, car ils désengagent la charge entraînée du moteur pour permettre au premier de fonctionner même lorsque le frein s'enclenche et arrête la charge. Bien sûr, même si nous nous concentrons ici sur la réactivité, les caractéristiques de conception à sécurité intégrée sont un autre facteur principal de l'inclusion des freins et de l'embrayage.

Les embrayages et freins mécaniques, électriques, fluidiques et auto-actionnés conviennent à différentes applications. Par exemple, les freins à ressort bénéficient de conceptions de mouvement qui ralentissent les charges du moteur avant que le frein ne s'enclenche… et ils conviennent comme mécanismes de maintien. Le contrôle des freins électriques est facile et ils peuvent suivre un rythme allant jusqu'à mille cycles par minute. La plupart des freins et embrayages pneumatiques fonctionnent à froid et tiennent avec un minimum d'effort. Les freins à friction avec géométries de tambour, de disque et de cône offrent une fonctionnalité de frein électronique avec un maintien en toute sécurité.

La taille et le type du frein ou de l'embrayage dépendent du fait que l'axe concerné effectue des arrêts d'urgence ou des arrêts plus doux qui sacrifient l'embrayage ou le frein pour protéger les systèmes et les charges des chocs. Ou parfois, il est plus essentiel que les freins s'arrêtent en douceur pour éviter le déplacement des charges et le désalignement. Après cela, d'autres critères (cadences de cycle, capacité thermique, enveloppe de la machine et calendriers MRO) dictent la sélection finale.

Les freins électriques à ressort BXR-LE de Miki Pulley conviennent aux conceptions de servomoteurs petites et précises. Une conception légère optimise les performances et l'efficacité du servodriver. Son contrôleur de tension signifie que la consommation électrique du frein est réduite à 7 Vdc après une fraction de seconde de 24 Vdc pour l'actionnement. Comparé à la plupart des autres freins électriques, le frein BXR-LE ne consomme qu'un tiers de l'énergie (et génère seulement un tiers de la chaleur) – bien qu'il soit deux fois moins épais. La vitesse est de 6 000 tr/min ; Le couple de friction statique est de 0,044 pi.lb. à 2,36 pi.lb. et la température ambiante de fonctionnement est de 14° à 104°F. Les applications de freinage BXR-LE incluent celles sur les effecteurs finaux, les actionneurs à vis à billes, les tables de positionnement XYZ et les imprimantes 3D.

Quelques conseils : Dimensionnez les embrayages et les freins en fonction du couple moteur de l'axe machine. Lorsqu'un frein doit arrêter les charges verticales, tenez compte de la façon dont les moteurs peuvent brièvement consommer du courant pour produire un courant supérieur à leur couple nominal. Consultez les courbes de performances dans les PDF du fabricant pour connaître les couples dynamiques à des vitesses définies pour faire correspondre le frein ou l'embrayage au couple de sortie maximal du moteur. Exemple concret : considérons un convoyeur incliné avec des cycles marche-arrêt régulièrement espacés. Ici, un frein à ressort de mise hors tension peut suffire à empêcher les chutes de charge lors de pannes de courant. Mais les installations de convoyeurs plus complexes pour positionner des produits discrets de tailles variées - sans à-coups - peuvent nécessiter plusieurs taux de décélération, peuvent nécessiter un frein à ressort plus sophistiqué et un entraînement du moteur pour l'arrêt… ou même un frein à aimant permanent pour des démarrages rapides mais en douceur et s'arrête.