Phanh DC là thiết bị sử dụng dòng điện một chiều (DC) để điều khiển phanh. Nguyên lý cốt lõi của nó là chuyển đổi năng lượng điện thành lực phanh cơ học thông qua sự tương tác giữa lực điện từ và cấu trúc cơ học, nhờ đó đạt được khả năng phanh nhanh và chính xác.
1. Giai đoạn cấp điện: Hình thành trường điện từ
Khi dòng điện một chiều được cấp vào cuộn dây điện từ của phanh, một từ trường sẽ được tạo ra bên trong cuộn dây. Theo định luật cảm ứng điện từ, dòng điện chạy qua dây dẫn tạo ra một từ trường xung quanh nó và cường độ từ trường tỷ lệ thuận với cường độ dòng điện. Trong phanh DC, cuộn dây điện từ thường sử dụng vật liệu có độ thấm-cao (chẳng hạn như tấm thép silicon) làm lõi để tăng cường hiệu ứng tập trung từ trường.
2. Giai đoạn tác dụng của lực điện từ: Phản ứng của kết cấu cơ khí
Sau khi từ trường được thiết lập, lõi sắt (hoặc phần ứng) chuyển động bên trong phanh sẽ bị lực điện từ hút. Lõi sắt chuyển động thường được nối với đĩa phanh hoặc má phanh. Khi lực điện từ vượt qua tải trước của lò xo, lõi sắt chuyển động sẽ di chuyển về phía lõi sắt đứng yên làm cho đĩa phanh hoặc má phanh ma sát ép xuống đất.
3. Giai đoạn phanh: Truyền ma sát và mô men xoắn
Khi đĩa phanh hoặc má ma sát được ép vào nhau, ma sát sẽ được tạo ra giữa bề mặt của chúng và các bộ phận cố định (chẳng hạn như bánh phanh hoặc trục động cơ). Độ lớn của ma sát phụ thuộc vào tính chất vật liệu (chẳng hạn như hệ số ma sát), diện tích tiếp xúc và lực pháp tuyến (do lực điện từ cung cấp). Theo nguyên lý ma sát, lực ma sát tỉ lệ với lực pháp tuyến; do đó, mômen phanh có thể được điều khiển chính xác bằng cách điều chỉnh lực điện từ. Trong phanh DC, đĩa phanh thường được làm bằng vật liệu-có khả năng chống mài mòn cao (chẳng hạn như thép hợp kim hoặc vật liệu tổng hợp bằng gốm) để kéo dài tuổi thọ sử dụng và giảm tổn thất năng lượng.
4. Giai đoạn tắt nguồn-: Đặt lại lò xo và nhả phanh
Khi ngắt nguồn DC, từ trường của cuộn dây điện từ biến mất và lõi sắt chuyển động nhanh chóng đặt lại dưới tải trước lò xo, khiến đĩa phanh hoặc má ma sát bung ra. Tại thời điểm này, trạng thái phanh được giải phóng và thiết bị có thể hoạt động trở lại. Thiết kế lò xo là khía cạnh quan trọng của phanh DC; tải trước của nó phải phù hợp với lực điện từ để đảm bảo độ tin cậy khi phanh và độ nhạy nhả.
5. Chức năng phụ trợ: Tản nhiệt và bảo vệ
Để cải thiện độ ổn định và tuổi thọ của phanh, phanh DC thường được trang bị cấu trúc tản nhiệt và các biện pháp bảo vệ. Cấu trúc tản nhiệt (chẳng hạn như tản nhiệt hoặc quạt) có thể đẩy nhanh quá trình tản nhiệt sinh ra trong quá trình phanh, ngăn chặn hiệu suất của vật liệu ma sát bị suy giảm do quá nóng. Các biện pháp bảo vệ (chẳng hạn như vòng đệm hoặc vỏ bảo vệ) có thể ngăn bụi, hơi ẩm, v.v. xâm nhập vào bên trong phanh, tránh đoản mạch trong cuộn dây điện từ hoặc ăn mòn các bộ phận cơ khí.