Линейный шаговый электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике, к линейным шаговым электродвигателям и может быть использовано в системах автоматики. Целью изобретения является повышение надежности путем усиления фиксации. Линейный шаговый электродвигатель содержит статор, имеющий зубчатые рейки 1 и 2 и линейный подвижный узел, включающий ферромагнитные зубчатые рейки 3 и 4 и группы обмоток 5 и 11. Линейный передвижной узел содержит также жесткий стержень 6, установленный подвижно относительно крышек 7 и 8. Зубчатые рейки 3 и 4 жестко соединены друг с другом с помощью жестких перемычек 9 и 10. При подаче напряжения на обмотку 5 рейка 3 притягивается к рейке 1 статора и надежно фиксируется. Для совершения шага с обмотки 5 напряжение снимается и подается на группу секций обмотки 11, расположенных со смещением в направлении движения линейного передвижного узла. Рейка 4 притягивается к рейке 2, при этом возникают продольное и поперечное усилия. Продольное усилие перемещает стержень 6 по направлению движения, а поперечное усилие протяжения приводит к сцеплению реек 4 и 2, что обеспечивает надежную фиксацию. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 К 41/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4223820/24-07 (22) 08.04.87 (6) 23,04, 89, Бюл, .??-,15 (75) В.В.Арсеньев (53) 621.313.3(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 501453, кл. Н 02 К 41/02, 1976.

Патент США ¹ 3894275, кл. Н 02 К 41/02, 1975. (54) ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГА-

ТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, к линейным шаговым электродвигателям, и может быть использовано в системах автоматики. Целью изобретения является повьппение надежности путем усиления фиксации. Линейный шаговый электродвигатель содержит статор, имеющий зубчатые рейки 1 и 2 и линейный подвижный узел, включающий ферромагнитные зубчатые

„„SU„„147480 А 1 рейки 3 и 4 и группы обмоток 5 и 11

Линейный передвижной узел содержит также жесткий. стержень б, установленный подвижно относительно крьипек

7 и 8, Зубчатые рейки 3 и 4 жестко соединены друг с другом с помощью жестких перемычек 9 и 10. При подаче напряжения на обмотку 5 рейка 3 притягивается к рейке 1 статора и надежно фиксируется. Для совершения шага с обмотки 5 напряжение снимается и подается на группу секций обмотки

11, .расположенных со смещением в направлении движения линейного передвижного узла. Рейка 4 притягивается к рейке 2, при этом возникают продольное и поперечное усилия. Продольное усилие перемещает стержень б по направлению движения, а поперечное усилие протяжения приводит к сцеплению реек 4 и 2, что обеспечивает надежную фиксацию. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

1474808

Изобретение относится к электротехнике, к линейным шаговым электродвигателям и может быть использовано в системах автоматики.

Цель изобретения — повышение надежности путем усиления фиксации.

На фиг. 1 показан линейный шаговый электродвигатель с двумя группами обмоток,,на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — соединение деталей подвижного узла электродвига-. тел я; на фиг. 4 — электродвигатель с несколькими группами зубцов; на фиг. 5 — электродвигатель с одной 15 группой обмоток и упругими прокладками, на фиг. 6 — сечение Б-Б на r.5; на фиг. 7 — соединение деталей подвижного узла электродвигателя с упругими прокладками; на фиг, 8 — линей- 2р ный шаговый электродвигатель с несколькими группами зубцов и упругим элементом в виде пружин.

Линейный шаговый электродвигатель (фиг. 1-8) содержит ст атор, имеющий 25 зубчатый рейки 1 и 2, а также линейный подвижный уз ел, включающий зубчатые рейки 3 и 4.

Зубчатая рейка 1 может быть соединена или совмещена с магнитопроводом 3р статора, имеющим обмотки 5.

Линейный подвижной уз ел, помимо реек 3 и 4, содержит также и жесткий стержень 6, который устанавливается с возможностью его линейного перемещения вдоль продольных линейных направляющих, которые можно реализо вать, например, с помощью соответствук цих отверстий или проточек у боковых крышек 7 и 8 неподвижного корпуоО са электродвигателя, Стержень 6 и направляющие отверстия или проточки у неподвижных крышек 7 и 8 могут быть, например, граненого или прямоугольного поперечного сечения. 45

Зубчатые рейки 3 и 4 жестко соединяются посредством жестких перемычек

9 и 10 (или штифтов), установленных подвижно относительно стержня 6 с помощью поперечных отверстий или проточек. Таким образом поперечные отверстия или проточки стержня 6 выполняют роль поперечных линейных направляющих для поперечного линейного перемещения перемычек 9. и 10 с рейками 3 и 4 относительно стержня б.

Перемычки 9 и 10 могут быть как круглого (фиг. 2, 6), так и прямоугольного (фиг. 3, 7) сечений.

На статоре электродвигателя (фиг. 1) помимо ферромагнитной рейки

1, ферромагнитной выполняется и рейка 2. Зубчатая рейка 2 может выполнять роль второго магнитопровода, где устайавливается дополнительная группа обмоток 11. Обе рейки 3 и 4 подвижного узла в этом случае (фиг. 1) также выполняются ферромагнитными.

Обмотки 5 и 11 статора можно подкпючать к коммутатору, зубцы реек можно выполнять заостренными, а к стержню 6 можно подсоединять различные рабочие органы. Линейный ход стержня

6 является выходным параметром шагового линейного электродвигателя.

Двигатель работает следующим образ ом.

При подаче питания на группу обмоток 11 (фиг. 1) создается несимметричное (относительно стержня 6) магнитное поле, которое притягивает рейку 4 к рейке 2. От притяжения рейки 4 к рейке 2 зубцы рейки 4 сцепляются с зубцами рейки 2 и подвижньй узел (вместе с рейкой 3 и стержнем 6)

I фик сиру ет с я .

Для совершения нужного линейного шага питание с обмоток 11 снимается.

Запитывается группа обмоток 5, лежащая немного выше рейки 3 в данном положении (фиг. 1) . Указ анное переключение обмоток статора приводит к тому, что группа обмоток 5, создавая несимметричное (относительно стержня 6) магнитное поле, притягивает рейку 3 к рейке 1. Жесткая система реек 3 и 4 перемещается из правого (на фиг. 1) положения в левое, перемещая при этом стержень б в продольном линейном направлении, Поперечная составляющая движения реек 3 и 4 обеспечивается переключением питания с обмоток 11 на обмотки 5, а продольная составляющая движения реек 3 и

4, которая перемещает стержень б в продольном направлении, обеспечивается запиткой обмоток статора впереди подвижных реек по направлению движения стержня б.

После совершения шага зубцы рейки

3, притягиваясь к зубцам рейки 1, обеспечивают надежную фиксацию подвижного узла.

Для совершения следующего линейного шага питание с обмоток 5 следует переключить на обмотки 11. При

1474808 этом запитывается группа обмоток 11, лежащая немного впереди реек 3 и 4 по направлению движения стержня

6. Система реек 3 и 4 перемеща-. ется слева направо. (фиг. 1), пе5 ремещая при этом стержень. Стержень 6 и рабочий орган совершают следующий (очередной) линейный шаг, После совершения линейного шага рабочий орган и стержень 6 надежно фиксируются притяжением зубчатой рейки 4 к зубчатой рейке 2.

Переключая питание с обмоток 11 на обмотки 5 и наоборот, а также за- 15 питывая группы обмоток (с каждым переключением) всегда немного впереди реек 3 и 4 по направлению движения стержня 6, можно и дальше осущест-. влять необходимое шаговое перемеще- 20 ние стержня 6.

Переключая группы обмоток статора в обратной последовательности, можно осуществлять реверс электродвигателя. 25

После каждого линейного шага электромагнитным прит яжением подвижных реек к соответствующей из неподвижных обеспечивается надежная фиксация стержня 6 (и рабочего орга- 30 на) в необходимом положении. Сцепленные зубцы реек не позволяют сдвинуться стержню 6 под действием каких-либо сторонних возмущений.

Электродвигатель (фиг. 4) работает и устроен аналогично варианту (фиг. 1). Разница .состоит лишь в том, что каждая иэ реек 3 и 4 (фиг. 4) составляется из нескольких (например, четырех) элементарных реек или зубча — 40 тых выступов, соединенных вместе. При работе для притяжения четырех. выступов запитывается по четыре группы обмоток (5 или 11) ° Электродвигатель по фиг. 4 способен обеспечить высокое 45 тяговое усилие.

Если в электродвигателе (фиг, 1 и 4) рейки 3 и 4 выполнить из ферромагнетиков, имеющих остаточную намагниченность, то при фиксации стержня 6, т.е. когда система реек 3 и 4 притянута к соответствующей из реек

1 или 2, все обмотки статора можно обесточить. Сохранение сцепления ре55 рек и фиксация стержня 6 обеспечиваются (в этом случае) с помощью магнитного притяжения намагниченной подвижной рейкл к соответствующей ферромагнитной рейке статора, Это повышает надежность фиксации двигателя (особенно при перебоях в питании) и экономит электроэнергию. В данном случае питание на обмотки подается только при совершении шагов, Двигатель (фиг. 1 и фиг. 4) может реализоваться как с полным расцеплением реек 3, 4 с рейками 1 и

2 (при перебросе реек,3 и 4), так и с неполным расцеплением. В послед нем случае при перемещении, например, реек 3 и 4 справа налево (фиг. 1 или 4) зубцы рейки 3 начинают входить во впадины между зубцами рейки 1, когда зубцы рейки 4 еще не . вышли полностью из впадин между зубцами рейки 2. Иными словами, поперечный переброс реек при совершении каждого шага осуществляется с сохранением фиксации подвижного узла. Это не позволяет возможным импульсным возмущениям сдвигать стержень 6 даже при совершении шага и перемещении реек 3 и 4. Такое исполнение двигателя удобно и повышает надежность его работы. Данный электродвигатель можно применять при существенных возмущениях, приложенных к рабочему органу °

Особенностью электродвигателя (фиг, 5 и 6) является то, что зубчатая рейка 2 выполняется без обмоток, а между стержнем 6 и рейкой 4 устанавливается упругий элемент, Рейки

2 и 4 можно выполнять легкими, пластмассовыми, а упругий элемент мэжно выполнить в виде линейной упру гой про кл адки 12 .

Электродвигатель (фи г. 5 ) работ ает следующим образ ом.

В исходном состоянии (при обесточенных обмотка,) стержень 6 и рабочий орган фиксируются в неподвижном положении с помощью прижатия рей-. ки 4 к рейке 2 упругой прокладкой 12.

Для совершения шага на группу обмоток 5, лежащую немного впереди рейки 3 по направлению движения стержня

6, подается соответствующее питание.

Рейка 3 притягивается к рейке 1. Система реек 3 и 4 преодолевая силу упругости прокладки 12, совершает шаговое движение, имеющее поперечную и продольную составляющие. Вследствие наличия продольной составляющей, рейки 3 и 4 посредством перемычек

9 и 10 перемещают стержень 6 и стер1474808

Формул а изобретения жень 6 совершает линейный шаг, а вследствие наличия поперечной составляющей система реек 3 и 4 в конце шага прижимается к рейке 1. Этим обес- печивается надежная фиксация стержня

6. После совершения шага снятием питания с обмоток 5 обеспечивают перемещение реек 3, 4 к рейке 2 под действием силы упругости линейной про- 10 кладки 12. При данном перемещении продольной составляющей и линейного

mara стержня 6 практически не возни-, кает. Прижатием рейки 4 к рейке 2 упругой прокладкой 12 обеспечивается 15 фиксация стержня 6 при обесточенных обмотках 5.

Для совершения второго шага на соответствующую группу обмоток 5, лежащую немного впереди рейки 3, на- 20 правлению движения стержня 6 следует подать соответствующее питание. Линейный стержень 6 совершает шаг, после чего обмотки 5 опять обесточивают. Прижатием рейки 4 к рейке 2 упру- 26 гой прокладкой 12 обеспечивается фиксация стержня 6 после совершения данного .линейного шага.

Для совершения реверса группы обмоток 5 следует переключать в обрат- 30 ной последовательности, т. е. каждый раз запитывая группы обмоток 5, лежащие немного впереди рейки 3 по направлению обратного хода стержня 6. Электродвигатель IIo фиг. 8 работает и уст-gr роен во многом аналогично электродвигателю по фиг. 5. Разница состоит лишь в том, что роль упругой прокладки 12 в электродвигателе по фиг. 8 выполняют пружины 13 и 14, а рейка 3 40 выполнена с четырьмя зубчатыми выступами. Подачей питания на четыре группы обмоток 5 (фиг.. 8) обеспечивается соответствующее шаговое движение стержня 6. 45

Во всех электродвигателях (фиг. 1-8) прижатием реек 3, 4 к соответствующей из неподвижных реек 1 и 2 обеспечивается надежная фиксация стержня 6 в конце каждого линейного шага. Это б0 дает основное преимущество данному электродвигателю и позволяет применять его в составе роботов, манипуля-. торов и станков с ЧПУ.

1. Линейный шаговый электродвигатель, содержщий статор с линейным магнитопроводом с обмоткой и полюсами, линейный подвижный узел и фиксатор, о тл ич ающий с ятем, что, с целью повьппения надежности путем усиления фиксации, он снабжен четырьмя зубчатыми рейками, две из которых закреплены на статоре, причем одна из них закреплена на полюсах статора,вторая — по другую сторону подвижного узла, а две, по крайней мере одна из которых BbKIQJIHeHG ферромагнитной, размещены на линейном подвижном узле, выполненном в виде стержня с направляющими, в которых подвижно установлены соединительные стержни, жестко соединяющие между собой зубчатые рейки, обращенные к зубцам реек статора.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающий с я тем, что статор снабжен вторым магнитопрово-. дом с обмоткой и полюсами, на кото-.. рых установлена вторая зубчатая рейка статора, а функции фиксатора обеспечены выполнением по крайней мере одной из реек подвижного узла из ферромагнитного материала с остаточной намагниченностью.

3. Электродвигатель по п. 1, о тл ич ающий ся тем, чтофиксатор выполнен в виде упругого элемента, установленного на подвижном элементе между стержнем и зубчатой рейкой, обращенной ко второй зубчатой рейке статора

4. Электродвигатель по п. 3, о тл и ч а ю шийся тем, что упругий элемент выполнен в виде линейной упругой прокладки.

5. Электродвигатель по п. 3, о тлич ающий с я тем, что упругий элемент выполнен в виде, по крайней мере, одной пружины.

6. Электродвигатель по пп. 1, 3-5, отличающийся тем, что вторая зубчатая рейка статора и обращенная к ней зубчатая рейка подвижного узла выполнены из пластмассы.

1474808

Фиа 2

12

12

1474808

Составитель А. Курбаков

Редактор С.Патрушева Техред Л.Сердюкова Корректор Л Пилипенко

Заказ 1908/55 Тираж 645 Подписно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101