Двухкоординатный шаговый электродвигатель

 

Изобретение относится к двyk:координатным шаговым электродвигателям , используемым в системах автоматики для программного перемещения объектов в плоскости-. Подвижный индуктор с двумя системами взаимно пересекающихся зубцов иплощадью, меньшей чем площадь, якоря с двумя соответствующими системами -электромагнитов ., не имеет подводящих кабелей и шлангов, т.е. механически свободен. Парамет ры движения индуктора опр1еделяются законом ка ммутации фаз электромагнитов якоря, поэтому он может совершать перемещения вдоль поверхности якоря по любой замкнутой циклически повторяющейся траектории. Сторона рабочей . поверхности индуктора по каждой (Л , координате кратна сумме двух сторон рабочей позерхности электромагнита и двух промежутков между электромагнитами , что уменьшает колебания .тягового усилия, кроме основного индук-. тора имеется по крайней мере еще один аналогичный емуиндуктор-. 1 з.п. ф-лы, 4 .ил;. . ф ч

,SU „„1201971

СОЮЗ COBETCHHX NU М ,PECflVSËÈН (д) Н 02 К 41/03

У АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ГОС Д

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКЩТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСИОМЪ ОВИДГГЕЛЬСТВУ (21) 3673251/24-07 (22) 09.12.83 (46) 30. 12.85. Бюл, В 48 (71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революцииэнергетический институт (72) Б.А.Ивоботенко, В.Е.Луценко, В.Б. Баль, О..И.Велиев,. Н.P.Ëàøõàóðè и IO.È.Ïðóäíèêoâà (53) 621.313. 13(088.8} (56) Луценко В,Е., Рубцов В.П.

Злектролривод с шаговыми двигателя-. ми. Итоги. науки и техники. Сер. .Электропривод .и.автоматизация промышленных установок ВИНИТИ."

1978, т.6, с. 30-32.

Авторское свидетельство СССР

У 577616,:.кл. Н 02 К. 37/00, 1977. з (54) ДВУХКООРДИНАТНЬЙ ШАГОВЬЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ. (57) Изобретение отнрсится к. двухкоординатным шаговым электродвигателям, используемым"в системах автоматики для программного перемещения объектов в плоскости. Подвижный ин дуктор с двумя системами взаимно . пересекающихся зубцов и площадью, меньшей чем площадь якоря с двумя соответствующими системами .электромагйитов., не имеет подводящих кабелей и шлангов, т.е. механически свободен. Параметры движенйя индук»", тора определяются законом коммутации фаз электромагнитов якоря, по. этому он может совершать перемеще-.

: ния вдоль поверхности якоря no moбой замкнутой циклически повторяющейся траекторин. Сторона рабочей, поверхности индуктора по каждой .,координате. кратна сумме двух сторон рабочей поверхности электромагнита и двух промежутков между электромагнитами,:что уменьшает колебания .тягового усилия. кроме основного:индук-, Q тора имеется по крайней мере еще " один аналогичный ему индуктор;

1 з.п. ф-лы, 4.ил.-

Эиий

1201971

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухкоординатным шаговым электродвигателям, используемым в системах автоматики для программного перемещения объектов в плоскости без использования кинематнческих преобразователей движения".

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем реализации сложных цикличеса: х и взаимно, пересекающихся траекторий движения.

>> 1>,1 >соказан двухкоординат о.,ый электродвигатель, об>ц:,>и / >1д на i> i 2 — Вариант электрод" .гателя с несколькими индукторами и якорем кольцеобразной формы, на ,>и> .3 — ряд взаимных положений ипдуктора и якоря, на фиг.4 — индуктор с беззубцовыми вылетами на каждой стороне, Электродвигатель (фиг.1) содер;:.ит безобмоточный магнитомягкий плоский индуктор 1 с двумя системами взаимно пересекающихся зубцов

2 на рабочей поверхности и активный ,:1корь 3 с равномерно распределен.>ч.-и по рабочей поверхности и чере-. ду> >щимися в направлениях нарезки зубц<>в координатными зубчатыми электром3гнитами 4, Индуктор 1 выполнен площадью меньшей, чем площадь якоря, н перекрывает лишь часть координатных электромагнитов 4.

Координатные электромагниты 4 могут быть любого типа из применяемых в известных двухкоординатных щаговых электродвигателях. На фиг. 1 и 4 для примера показан двухфазный координатный электромагнит 4, содержащий два П-образных зубчатых магнитопровода 5 с фазными обмотками 6, разделенных постоянным магнитом 7 возбужду *ия. На рабочей поверхности якоря :меются отверстия 8 аэростатических опор, воздух к которым вместе с элекгропитанием электромагнитов подводится через жгут 9.

Рабочие зубчатые поверхности индуктора 1 и якоря 3 залиты компаундом и отшлифованы для нормальной работы аэростатических опор, которые обеспечивают рабочий зазор в электродвигателе 10-20 мкм.

Двухкоординатный шаговый электродвигатель работает следующим об-. р а:> ог.(.

Коммутация фаз 6 электромагнитов 4 одновременная или выборочная (что определяется программой работы системы управления) приводит.к

5 . созданию дискретно перемещающегося вдоль поверхности якоря 3 двухкоординатного магнитного поля, которое при взаимодействии.с рабочей поверхностью индуктора 1 заставляет последний перемещаться в плоскости по требуемой программой коммутации траектории.

С энергетической точки зрения целесообразнее коммутировать (возбуждать) фазы 6 лишь у части координатных электромагнитов 4, расположенных в данный момент под индукто-. ром i, и смежных с ними электромагнитов, расположенных по ходу требуемой программой траектории движения (с последующим подключением более дальних электромагнитов на пути этой траектории). Однако реализация этого способа требует более сложной схемы управления.

Подвижный индуктор 1 с площадью ,;еньшей, чем якорь 3, не имеет подводящих кабелей и шлангов, т.е. механически свободен, параметры его

З0 движения определяются законом коммутации фаз координатных электромагнитов неподвижного якоря, поэтому он может совершать перемещения вдоль поверхности последнего по любой замкнутой циклически повторяющейся траектории.(с частыми циклами и повторами) независимо от конфигурации рабочей поверхности якоря.

Число индукторов 1 может быть

40 произвольным так же,как и форма поверхности якоря 2, например кольцевая (фиг.2). Такие двигатели необходимы для создания роботизированных комплексов и участков в гибких

45 автоматизированных. производствах (например, по изготовлению и сборке радиодеталей). Одновременные взаимные перемещения деталей с учетом необходимости операций загрузки, выгрузки, отбраковки и т.д. в ходе производственного процесса, достаточно сложны. При их движении по замкнутому кольцеобразному контуру траектории могут пересекаться, .

55 содержать частные циклические кольцевые участки с взаимной сменой мест (стрелки на фиг.2). Следовательно, наличие механических связей

1201971

40 индукторов 1 с неподвижными частями двигателя (в виде жгутов кабелей и шлангов) делают эту задачу неразрешимой вследствие постепенного закручивания и переплетения жгутов.

Для улучшения механических характеристик электродвигателя за счет минимизации колебаний тягового усилия в процессе движения форма индуктора 1 повторяет форму активной поверхности координатного электро;магнита 4. Последняя может быть прямоугольной (фиг.3) Ромбовидной и др.

При этом обеспечивается независимо от положения индуктора перекрытие 15 им неизменной суммарной площади координатных электромагнитов, создающих тяговое усилие F вдоль координаты х, и координатных электромагнитов, создающих тяговые усилия F вдоль координаты у (фиг.3). Кроме того, индуктор 1 выполнен со стороной, равной четному числу сторон а координатного электромагнита 4 плюс то же число промежутков а между ними, т.е. каждая сторона индуктора принимается равной 2 п (м+й), где и =1,2,3,... (фиг. 1) .

Для пояснения этого условия на фиг.3 сплошной линией очерчена 30 активная площадь индуктора, подчиненного указанному условию с n -=1.

Если считать (в. первом приближении), что тяговое усилие каждого электромагнита Р„или F> пРопоРционально 35 площади его активной поверхности, перекрытой индуктором, то независи-мо от положения центра указанного индуктора тяговое усилие вдоль оси X всегда равно 2 Fy, а вдоль оси у всегда равно 2 F . На фиг.3 для примера штриховой линией очерчен индуктор с центром 01, со стороной, включающей нечетное число сторон а и промежутков Д, а именно 3(a+2 ) ° 45

Для его положения с центром в точке 0 тяговое усилие вдоль х равно

1 . 5 F>, а вдоль координаты g — 4Fу, При переходе индуктора в положение с центром в точке 0 .он развивает 5 тяговые усилия 4 Fq и 5 F . Этот индуктор при перемещении испытывает значительные колебания тягового усилия, что ухудшает его рабочие характеристики. 55

Пропорциональность тягового уси лия индуктора площади координатных электромагнитов, перекрытой его активной поверхностью, справедливо лишь в первом приближении, так как если перекрыта лишь часть поверхности электромагнита, то условия для нормального замыкания его потоков еще не создаются. Для ликвидации этого нежелательного явления, приводящего к колебаниям тягового усилия при движении индуктора и ухудшению характеристик двигателя, индуктор снабжен беэзубцовыми вылетами с каждой стороны на величину а, равную стороне координатного электромагнита. На фиг.4 изображен индуктор 1 с беззубцовыми вылетами 10, рабочий зазор К под которыми принимают равным „ = d/K, где д"зазор под активной поверхностью индуктора, К < 1 — коэффициент зуб чатости (коэффициент Картера). В этом случае при наезде активной зубчатой поверхности индуктора на часть координатного электромагнита

4 якоря 3 (фиг.4) электромагнит уже подготовлен к нормальному замыканию рабочих потоков тем, что над ним расположены беззубцовые вылеты.

При этом пропорциональность тягового усилия поверхности координатных электромагнитов, перекрытой активной поверхностью индуктора, строго соблюдается и колебания тягового усилия сводятся к минимуму.

Технико-экономический эффект в предлагаемом электродвигателе обеспечивается за счет повышения производительности1 достигаемого благодаря одновременному движению нескольких объектов по сложным траекториям, а также исключению или значительному уменьшению холостых ходов и простоев. Выбор указанного соотношения в размерах сторон индуктора и выполнение беззубцовых вылетов уменьшают колебания тягового усилия, повышая тем самым удельные тяговые характеристики двигателя.

Формула изобретения

1. Двухкоординатный шаговый электродвигатель, содержащий безобмоточный магнитомягкий индуктор с двумя системами взаимно пересекающихся зубцов на рабочей поверхности и якорь с двумя соответствующими системами электромагнитов, зубчатые

1201971 рабочие поверхности которых чередуются в направлении нарезки зубцов, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем реализации сложных циклических и взаимно пересекающихся траекторий движения, индуктор выполнен с площадью рабочей поверхности меньшей, чем площадь рабочей поверхности якоря, сторона рабочей поверхности индуктора по каждой координате кратна сумме двух сторон рабочей поверхности электромагнита и двух промежутков между электромагнитами, и введен по мень" шей мере один аналогичный основному и механически не связанный с ним дополнительный индуктора

2. Электродвигатель по п.1, о тл и ч а ю шийся тем, что на каждой стороне рабочей поверхности индуктора дополнительно выполнены беззубцовые зоны длиной, равной длине стороны рабочей поверхности электромагнита.

1201971 иг

Ф .2

ЕПЕЛE

ПЕПЕ П

EB>5 t

Фиг. 3

ВНИИПИ Заказ 8101/56 Тираж 645 Подписное

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4