Линейный шаговый электродвигатель
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик (! 1,)1001348 (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву— (22)Заявлено 1 .04.81 (21) 3274705/24-07 с присоединением заявки,тет(23) Приоритет
Опубликовано 28.02.83. Бюллетень Юи8
Дата опубликования описания 28.02.83 (51)М. Кл.
Н 02 К 41/02 (53) УДК 621. 313..13-133 3 (088.8) Гасударственный каинтет
56 денек кзобретеннй н открытий
Б. И. Сапожников, Б. А. Ивоботенко и B. Г.;:Доброслов (72) Авторы изобретения
Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской
Революции энергетический институт
f7l) Заявитель (54 )ЛИНЕЙНЫЙ ШАГО8ЫЙ ЭЛЕКТРОД8ИГАТЕЛЬ
Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к линейным шаговым двигателям, и может быть использовано в устройствах для перемещения исполнительных механизмов в плоскости с последующим позициониро 5 ванием в заданном положении в различных газовых, радиоактивных и вакуумных средах.
Известны шаговые электродвигатели для перемещения и позиционирования исполнительных механизмов, содержащие перемещающиеся относительно друг друга якорь с обмотками управления и безобмоточный зубчатый индуктор. Для перемещения якоря относительно индуктора и создания рабочего зазора используются воздушные опоры t i 3.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является линейный шаговый электродвигатель, содержащий перемещающиеся относительно друг друга якорь с обмотками управ2 ления и индуктор. Здесь также ис" пользуются воздушные опоры (2 1.
К недостаткам известных двигателей следует отнести невозможность их работы в вакууме, а также ограниченные функциональные возможности по реализуемыи траекториям движения.
Цель изобретения - обеспечение работы двигателя в вакууме и повышение точности.
Указанная цель достигается тем, .что якорь снабжен не менее чем одним пьезоэлементом, ось поляризации которого направлена перпендикулярно к
1 плоскости индуктора, жестко прикреп", ленным к якорю одним концом и примыкающим другим концом к рабочей поверхности индуктора, образуя зазор между якорем и индуктором.
Якорь выполнен не менее чем из двух частей, укрепленных с возможностью вращения относительно общего корпуса, причем ось вращения каждой
Fp fN(t) (2) 3 10013 части перпендикулярна плоскости ин" дуктора.
Якорь снабжен не менее чем двумя дополнительными частями, ориентированными под углом к основным и укрепленными в общем корпусе с возможностью вращения каждой части относительно оси, перпендикулярной плоскости индуктора.
На фиг. 1 изображена пара магнит- 1î ных полюсов с пьезоэлементом; на фиг. 2 — трехкоординатный шаговый электродвигатель, скомпонованный из четырех одинаковых частей якоря, общий вид; на фиг. 3 — поворотный эле-г .мент одной части якоря, разрез.
Линейный шаговый электродвигатель (фиг.1) содержит индуктор 1, выполненный в виде плиты из магнитомягкого материала. Вся поверхность плиты (фиг.2 ) разделена на три области
А-., В и С, отличающиеся друг от друга направлением нарезки зубцов. В средней части направление нарезки зубцов совпадает с направлением переме- д щения по координате Х, а по краям в областях А и С зубцы нарезаны под углом к средней части и совпадают с направлением перемещения по координате У. Пазы всех зубцов заполнены эпоксидным компаундом 2.
Над поверхностью безобмоточного зубчатого индуктора 1 расположен якорь, который состоит из немагнитопроводящего корпуса 3 (фиг.2) и четызю рех частей 4-7 якоря, скрепленных с возможностью вращения относительно общего корпуса 3, причем ocb вращения каждой части перпендикулярна плоскости индуктора 1. Каждая часть 4-7 яко4О ря представляет из себя конструкцию однокоординатного линейного шагового электродвигателя, собранного из
m пар магнитных полюсов с пьезоэлементами 8 в немагнитопроводящем кор45 пусе 9, поочередно сдвинутых на рас стояние (z + †)Й относительно равно1 п мерно нарезанных зубцов индуктора (где z — целое число зубцов; m — число магнитных полюсов;Ь вЂ” шаг зубцового деления).На поверхность индукто"
56 ра якорь опирается только опорами 10, прикрепленными к одному концу пьезоэлемента 8, а между поверхностями маг-, нитных полюсов якоря и индуктора образован равномерный зазор по величине, несколько больше величины размаха колебаний пьезоэлемента 8. Пьезоэлементы 8 установлены так, что их ось поляризации направлена перпендикулярно к плоскости индуктора 1. Корпус каждой части 4-7 якоря соединен с общим корпусом 3 цилиндрической осью 11.по ходовой посадке.
Пара магнитных полюсов выполнена в виде прикрепленных к магнитопроводящей планке 12 двух магнитных полюсов l3 и 14 специальной формы и пьезоэлемента 8 с токоизолирующей прокладкой
15(фиг.2 и 3 ). Торцы магнитов 13 и 14 обращены к зубцам индуктора 1. Маг- ниты 13 и 14 охвачены фазными обмотками 16 и 17, концы которых выведены на блок 18 управления. Электроды пьезоэлементов 8 соединены с выходом генератора синусоидальных колебаний, расположенного в корпусе блока 18 управления.
Устройство работает следующим образом.
При коммутации фазных обмоток 16 и 17 создаются электромагнитные силы, направленные перпендикулярно нарезке зубцов индуктора 1, тангенциальная составляющая F которых стремится ь сдвинуть якорь по поверхности индуктора 1, а нормальная F - прижать к нему. Без газовой подушки на поверхностях соприкасающихся частей якоря и индуктора возникают большие силы трения от действия нормальной силы, состоящей из гравитационных сил и сил притяжения магнитов Fz тр +111 1(F>+mg s пЫ ), (1) где E - сила трения, коэффициент трения;
N - сила нормального давления;
Г - сила магнитного притяжеи ния, направленная по нормали к поверхности индуктора;
m - масса движущихся частей;
g — ускорение свободного падения;
oL — угол между плоскостью индуктора и горизонтом.
Для движения якоря по индуктору необходимо, чтобы сдвигающая сила F электромагнита была больше сил трения
Если подключить электроды пьезоэлементов 8 к синусоидальному qepeменному напряжению, то пьезоэлемент начинает соответственно изменять свои
5 1001 размеры по синусоидальному закону, а сила нормального давления будет
М()= пашу ind. - Aø ыпы t q (3)
S где A - амплитуда колебаний якоря по .нормали от действия пьезоэлемента;. ш — частота возбуждения колебаний, - текущее время. 10
Подставив значение нормальной силы (3 ) в зависимость (2 ), получим граничные условия обеспечения движения якоря по индуктору в интервалах, . и 5
ЛЫ sinw4< — — 9в1п(, (4-)
Еm tn
Таким оЬразом, происходит перерас. пределение сил нормального давления и создаются интервалы в каждом периоде колебаний пьезоэлемента.
20 формула изобретения
1. Линейный шаговый электродвигатель, содержащий перемещающиеся относительно друг друга якорь с обмотками управления и индуктор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью обеспечения работы в вакууме и по- З0 вышения точности, якорь снабжен не менее чем одним пьезоэлементом, ось поляризации которого направлена перпендикулярно к плоскости индуктора, 348 жестко прикрепленным к якорю одним концом и примыкающим другим концом к рабочей поверхности индуктора, образуя зазор между якорем и индуктором.
2. Электродвигатель по и.1, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения углового перемещения, якорь выполнен не менее чем из двух частей, укрепленных с возможностью вращения относи" тельно общей корпуса, причем ось вра" щения каждой части перпендикулярна плоскости индуктора.
3. Электродвигатель по п.2, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения непрерывного вращения вокруг оси,перпендикулярной к плоскости индуктора, якорь снабжен не менее чем двумя дополнительными частями, ориентированными под углом к основным и укрепленными в оЬщем корпусе с возможностью вращения каждой части относительно оси,. перпендикулярной плоскости индуктора.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Патент США 11 380.1842, кл.. 310-49, 1971..
2. Патент США If 3851196, кл. 310-12, 1972. о В
soosз48
1001348
Составитель 3. Горник
Редактор 6. Ковач Техред Е. Харитончик Корректор С. 1!екмар
Заказ 1435/68 Тираж 685 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, 1Х-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
