Устройство для винтового перемещения

 

Изобретение относится к электротехнике и может применяться в текстильном машиностроении, станкостроении , робототехнических системах и других устройствах, требующих винтового перемещения рабочего органа. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения винтового перемещения с переч менным и регулируемым шагом, независимых вращательного и аксиального перемещений якоря, а также изменение закона перемещения якоря в процессе работы и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиального перемещения при упрощении конструкции, повьшение технологичности и повьшений КПД. Устройство содержит индуктор 1 в виде цилиндрического корпуса 3, в отверстии которого запрессованы магнитопроводы ячеек с катушками возбуждения. Магнитопровод имеет треугольный полюсный наконечник 6 с параллельными его сторонам с зубцами. На рабочую поверхность ячеек нанесен слой 8 немагнитного антифрикционного материала, обеспечивающий гладкую поверхность рабочего зазора, устойчивый газомагнитный подвес ферромагнитного гладкого якоря 2. Катушки возбуждения ячеек со схемой управления обеспечивают включения ячеек в том порядке, который определяет необходимый закон перемещения якоря. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. г S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

1 62 А1 (19) (Ц) (51) 4 Н 02 К 41/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4121136/24-07 (22) 30.06.86 (46) 23.08,88. Бюп. 1) 31 (71) Винницкий электротехнический завод (72) А.Г.Шнайдер, В.Ç,Шнайдер

В.M ° Сокол и В.И.Степанчук (53) 621.313. 33 (088.8) (56) Патент Великобритании

1585363, кл. Н 02 К 41/02, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДПЯ ВИНТОВОГО ПЕРЕМЕП! Е НИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может применяться в текстильном машиностроении, станкостроении, робототе)(нических системах и других устройствах, требующих винтового перемещения рабочего органа.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения винтового перемещения с переч менным и регулируемым шагом, независимых вращательного и аксиального перемещений якоря, а также изменение закона перемещения якоря в процессе работы и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиального перемещения при упрощении конструкции, повышение технологичности и повышений КПД. Устройство содержит индуктор 1 в виде цилиндрического корпуса 3, в отверстии котороге эапрессованы магнитопроводы ячеек с катушками возбуждения . Магнитопровод имеет треугольный полюсный наконечник 6 с параллельными его стсронам с зубцами. На рабочую поверхность ячеек нанесен слой 8 немагнитного антифрикционного материала, обеспечивающий гладкую поверхность рабо- Я чего зазора, устойчивый гаэомагнитный подвес ферромагнитного гладкого якоря 2. Катушки возбуждения ячеек со схемой управления обеспечивают вклк чения ячеек в том порядке, который определяет необходимый закон перемещения якоря. 1 з.п.ф-лы, 5 ил. Р

1418862 подвижного элемента в аксиальном на5 правлении с его вращением вокруг пропутем обеспечения винтового перемеще- 15

25

45

55

Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам, обеспечивающим совмещение перемещения дольной оси двигателя, и может применяться в текстильном машиностроении, станкостроении, робототехнических системах и других устройствах, требующих винтового перемещения рабочего органа.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ния с переменным и регулируемым шагом, независимых вращательного и аксиального перемещений якоря, а также изменения закона перемещения якоря в процессе работы и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиального перемещения при упрощении конструкции, повышении технологичности и повышении

КПД.

На фиг. 1 представлено устройство для винтового перемещения, общий вид; на фиг.2 — наборный индуктор устройства, вид сверху; на фиг.3 — то же, сечение; на фиг.4 — развертка на плоскость внутренней поверхности индуктора," на фиг.5 — структурная схема управления коммутацией магнитных ячеек и регулирования частоты вращения и скорости аксиального перемещения .

Устройство для винтового перемещения состоит из индуктора 1 и ферромагнитного якоря 2. Индуктор 1 представляет собой цилиндрический стакан

3, в отверстия которого запрессованы магнитопроводы 4 ячеек, на которых находятся катушки 5 возбуждения. Магнитопровод 4 имеет треугольный полюсный наконечник 6, на рабочей поверхности которого выполнены зубцы 7, расположенные параллельно сторонам наконечника. На рабочую поверхность ячеек нанесен слой 8 немагнитного антифрнкционного материала, обеспечивающий гладкую поверхность рабочего зазора, а также устойчивый газомаг нитный подвес якоря 2. В теле магнитопровода 4 выполнен канал 9, обеспечивающий подвод сжатого газа в рабочий зазор устройства. Индуктор 1 установлен в корпус 10 и закрыт крышкой

11. Между корпусом 10 и цилиндричес« ким стаканом 3 образована камера 12, 30

35 предназначенная для распределения сжатого газа между каналами 9. Якорь

2 представляет собой ферромагнитный цилиндр без выступов и зубцов, с гладкой поверхностью.

Магнитные ячейки 13 — 186 образуют фрагмент индуктора (фиг.3) . Немагнитный антифрикционный слой, зубцы на рабочей поверхности полюсных наконечников и каналы для подвода сжатого газа на фиг.3 не показаны, Катушка 5 возбуждения каждой иэ образующих индуктор ячеек подключена к одному иэ силовых элементов 187 (фиг,4), управляющими входами подключенных к выходам разрядов первого двоичного регистра 188, или к одному из аналоговых силовьщ элементов 189, управляющими входами подключенных к выходам разрядов второго двоичного регистра 190. Информационные D-входы первого регистра 188 подключены к соответствующим выходам первого задатчика 19 1 закона перемещения, а ин- формационные D-входы второго регистра

190 — к соответствующим выходам второго задатчика 192 закона перемеще " ння, причем тактовый С-вход первого регистра 188 соединен с входом первого задатчика 191 закона перемещения и с входом первого преобразователя

193 частота — напряжение, выходом подключенного к питающим входам силовых элементов 187, и подключен к выходу первого генератора 194 импульсов регулируемой частоты, а тактовый

С-вход второго регистра 190 соединен с входом второго эадатчика 192 закона перемещения и с входом второго преобразователя 195 частота — напряжение, выходом подключенного к входам питания силовых элементов 189, и подключен к выходу логического элемента

ИЛИ 196,- первый вход которого соедиI нен с выходом первого логического элемента И 197, первым входом соединенного с выходом первого генератора

194 импульсов, а вторым входом соединенного с выходом 199 двузпозиционного переключателя 198, а второй вход логического элемента ИЛИ 196 соединен с выходом второго логического элемента И 200, первым входом соединенного с выходом второго генератора 201 импульсов регулируемой частоты, а вторым входом — с выходом 202 двухпоэиционного переключателя 198.

Устройство работает следующим образом.

Как видно иэ приведенных примеров, изменение закона перемещения якоря 2 (шага винтового перемещения, вращательного или аксиального перемещений) достигается изменением геометрической конфигурации магнитных элементов, складывающихся из параллельно вклю ченных магнитных ячеек (катушек 5 воз1буждения). Любая необходимая для осу ществления винтового перемещения с различным шагом или вращательного движения, или аксиального перемещения форма магнитных элементов легко синтезируется из ячеек треугольной формы при максимально возможной плотности заполнения поверхности индуктора, что недостижимо при какой-либо другой форме ячеек, в связи с чем полюсные наконечники 6 магниопроводов 4 электромагнитных ячеек выполнены треугольной формы.

14188

При подаче в камеру 12 сжатого газа последний через каналы 9 в магнитопроводах 4 ячеек поступает в рабочий зазор между индуктором 1 и якорем

2. При этом якорь 2 всплывает в слое газовой смазки под действием подъемной силы газового слоя.

Движение магнитной волны, определяющее перемещение якоря 2, создает-ся при подключении катушек 5 возбуждения магнитных ячеек к источникам напряжения (преобразователям 193 и 195 частота — напряжение) в определенной последовательности, устанавливаемой задатчиками 191 и 192 закона перемещения.

Сочетание в газомагнитном подвесе якоря 2 подъемной силы газового слоя и электромагнитной силы притяжения 20 якоря к индуктору, создаваемой рабочим электромагнитным полем индуктора, обеспечивает наряду с устойчивостью адаптивность устройства к изменению внешних нагрузок. 25

Поскольку закон перемещения якоря

2 задается последовательностью переключения ячеек (или групп ячеек), изменение такой последовательности обеспечивает изменение (регулирование) шага винтового перемещения или другие виды перемещения (вращательное или аксиальное) якоря 2.

Характер перемещения якоря 2 и изменение шага винтового перемещения поясняется фиг.3.

Объединение в группу (при параллельном включении катушек 5) ячеек

13, 14,43,44,73 и 74 с последующим переключением на группу ячеек 43,44, 40

73,74, 103 и 104, далее на группу 73, 74, 103, 104, 133, 134 и т.д. вызывает винтовое движение (с определенным шагом) магнитной волны, чем обусловливается винтовое перемещение якоря

2. Коммутация групп ячеек 158,159, 130, 131, 102, 103 — 130, 131, 102, 103, 74ю 75 102 э 103 в 74 75 46 ° 47 — 74175 °

46,47,18,19 и т.д. вызывает винтовое перемещение якоря с тем же шагом, но с обратным направлением винтового

50 перемещения.

Объединением в группу ячеек 13...

16, 43...48, 75...78 с последующим переключением на группу ячеек 45...48, 75...80, 107... 110, далее на группу ячеек 77...80, 107...112, 139.. ° 142, s атем на группу 109... 112, 139... 144, 171...174 и т.д, достигается увели62

4 чение шага винтового перемещения якоря 2 °

Дальнейшее увеличение шага винтового перемещения якоря 2 может быть достигнуто, например, коммутацией групп ячеек 13...20, 43...50 — 47...

54, 77...84 — 8 1...88, 111...118

115... 122, 145... 152 — 1 9 ° .. 156, 179...186.

Винтовое перемешение якоря ? может быть также получено обьединением в группу ячеек 14, 15, 16,43...48, 75...80, 107, 108, 109 с последующим переключением на группу ячеек 46,47, 48, 75...80, 107 °,, 112, 139, 140, 141 и далее 78, 79,80, 107 .. ° 112, 139... 144, 171,172,173 и т.д. Для увеличения шага винтового перемещения возможно объединение в группу ячеек 14... 18, 43...52, 77...86, 111...115 с последующим переключением на группу ячеек

48...52, 77...86, 111. °, 120, 145...

149, далее на группу 8?,, 86, 111...

120, 145...154, 179...183 и т.д.

Коммутация групп ячеек 13...99

42...128 — 71...157 — 100...186 псэволяет получить вращательное движение якоря 2.

Коммутация групп ячеек 13...18, 42...47, 71...76, 100...105, 129...

134, 158...163 — 15..." 0, 44...49, 73...78, 102,. ° 107, 13 1. °,136, 160... 165 — 17...22, 46...5 1, 75...

80, 104...109, 133...138, 162.. ° 167 и т.д. позволяет полу и ь аксиальное (линейной) перемеще1п е якоря ?.

1418862

Частота вращения якоря 2 или скорость его аксиального перемещения опредяется частотой переключения групп ячеек.

Разделив ячейки индуктивно на две равных части и используя первуя часть для получения вращательного, а вторую часть для получения аксиального перемещения якоря 2, а также обеспечив независимое регулирование частоты вращения и скорости аксиального перемещения якоря 2, можно получить одновременно независимые вращательное и аксиальное его движения. Результирую- 15 щее движение якоря 2 оказывается в таком случае винтовым, причем шаг винтового перемещения определяется частотой вращения и скоростью аксиального перемещения якоря 2. Раздель- 20 ное и независимое регулирование частоты вращения и скорости аксиа..ьного геремещения якоря 2 позволяет плавно и в широких пределах регулировать шаг его винтового перемещения . 25

Изменение количества одновременно (параллельно) включаемых ячеек индук. тора поэволяет изменять и регулировать электромагнитное усилие, а значит и мощность винтового вращаt В

30 тельного или аксиального движения якоря 2.

Укаэанный порядок осуществления

1 винтового, вращательного или аксиального движения не требует выполнения на рабочей поверхности якоря зубцов З5 или выступов, поэтому якорь 2, выполняемый иэ ферромагнитного материала, имеет гладкую цилиндрическую поверхность, Поскольку в каждой фазе винтового (или вращательного, ипи аксиального) движения якоря 2 каждая катушка возбуждения ячеек индуктора имеет одно из двух возможных состояний (включена или выключена), состояние всех 45

1 катушек определяется двоичным числом с количеством разрядов, равным количеству катушек возбуждения в индукторе, причем каждый разряд двоичного числа характеризует состояние опре- 50 деленной катушки возбуждения, двоичное число "1" в разряде соответствует включенному состоянию катушки, а двоичное число "0" — выключенному состоянию катушки. 55

При разделении всех катушек возбу;.:дения на две равные части, первая из которых обеспечивает вращательное перемещение якоря 2, а вторая — его аксиальное перемещение, катушки 5 первой части ячеек аодключены к силовым элементам 187 (фиг,4), управляющий вход каждого из которых подключен к выходу определенного разряда (от 1 до N) первого N-разрядного двоичного регистра 188, а катушка 5 второй части ячеек подключены к аналогичным силовым элементам 189, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом определенного разряда (от N+1 до 2N). второго N-разрядного двоичного регистра 190. Два N-pasрядных двоичных числа, записанных в регистры 188 и 190, однозначно определяют состояние всех ячеек индуктора 1 в определенной фазе перемещения якоря 2, а изменение указанных двоичных чисел определяет порядок коммутации ячеек. При этом информация на

П-входы первого регистра 188 поступает с выходов первого задатчика 191 закона перемещения, формирующего последовательность двоичных чисел, записываемых в регистр 188 ° а информация на D-входы второго регистра 190 поступает с выходов второго задатчика 192 закона перемещения, формирующего последовательность двоичных чисел, записываемых в регистр 190. В качестве эадатчиков 191 и 192 закона перемещения может быть использован управляемый электронный коммутатор или постоянное запоминающее устройство, или считывающее устройство, или процессор управляющей ЭВМ.

Запись в регистры 188 и 190 информации, поступающей с выходов эадатчиков 191 и,192 закона перемещения соответственно, осуществляется импульсами, поступающими на тактовые

С-входы регистров 188 и 190 от генераторов 194 и 201 импульсов регулируемой частоты. При этом на тактовый

С-вход первого регистра 188, соединенный с управлякицим входом задатчика 191 закона перемещения и входом первого преобразователя 193 частотанапряжение, поступают импульсы первого генератора 194 импульсов, а на тактовый С-вход второго регистра 190, соединенный с управляющим входом второго задатчика 192 закона перемещения и управляющим входом второго преобразователя 195 частота - наl пряжение, могут поступать импульсы или первого генератора 194 импульсов, 1418862 или второго генератора 201 импульсов в зависимости от состояния двухпозиционного переключателя 198.

При разделении я»еек индуктора 1 на две части для обеспечения одновре-менно независимых радиального и аксиального перемещений якоря 2 на выходе 199 переключателя 198 находится уровень логического "0", а на выходе 10

202 — уровень логической "1". При этом запрещается прохождение импульсов первого генератора 194 через первый логический элемент И 197, а на тактовый С-вход второго регистра 190 через второй логический элемент И 200 и логический элемент ИЛИ 196 поступают импульсы второго генератора 201 импульсов регулируемой частоты, Поскольку частота смены информации (дво- 20 ичных чисел) в регистрах 188 и 190 определяет частоту изменения коммутации ячеек индуктора 1, а значит, частоту вращения и скорость аксиального перемещения якоря 2, оба эти переме- 25 щения якоря 2 могут регулироватья одновременно и независимо друг ст друга за счет независимого изменения частот генераторов 194 и 201.

При осуществлении всеми ячейками индуктора 1 одного вида перемещения якоря 2 (винтового, вращательного или аксиального) двухпозиционный переключатель 198 находится в состоянии, при котором на его выходе 199 н и 35 присутствует уровень логической 1 а на выходе 202 — уровень логического "0". При этом запрещается прохождение импульсов второго генератора

201 через вторую двухвходовую логическую схему И 200, а тактовые С-входы обоих регистров 188 и 190 и соединенные с ними управляющие входы задатчиков 191 и 192 закона перемещения и входы преобразователей 193 и

195 частота — напряжение соответственно управляются только импульсами первого генератора 194 импульсов регулируемой частоты, что обеспечивает одну частоту коммутации всех ячеек индуктора 1.

Преобразователи 193 и 195 частота — напряжение, к выходам которых подключены входы питания силовых элементов 187 и 189 соответственно, обеспечивают регулирование напряжения 55 питания катушек 5 возбуждения ячеек индуктора 1 в зависимости от частоты их коммутации, что необходимо для поддержания правильно» с соотношения частоты и напряжения при часто;.— ном регулировании параметров устройства (частоты вращения или скс ости аксиального перемещения якоря 2)

При этом частота вращ ння и скорость аксиального перемешения могут регулироваться в широких пределах, определяемых предела»»г» изменения ча-.тот генераторов 194 и 201 импульсов и механической прочностью якоря 2 °

Повышение КПД устройства обусловлено включением в каждой фазе перемещения тех ячеек, которые г»епссредственно взаимодействуют с ферромагнитным якорем 2.

Формула изобретения

1 ° Устройство для винтового перемещения, содержащее феррсмагнитньп» якорь, размещенный в:утр:» »»ндуктсра, выполненного из запрессс";-гнг»»гх в цилиндрический феррсмаг: †.. -.нь»» ксрпус электромагнитных ячеек„ содержа»»»»х катушку возбуждения, магг»»» опрсвсд с полюсным наконечником ",» схе. г; у»ггавления,отличющееся что, с целью расширения фvv, »пис. -.льных возможностей путем «бесггече»»пя винтового перемещения,". переменным и регулируемым шагом, незав ». »г,.»х вращательного и аксиальнсгс перемещений якоря а также измене»пгя закона

1 перемещения якоря в процесс;: рабаты и широкого диапазона регулирования

его частоты вращения и скорости аксиальногс перемещения прг» упрощении конструкции, повышен»»;» технологичности и повышении КПД,полюсные наконечники магнитспрсвсдсв электромагнитных ячеек выполнены треугольными с зубцами на рабочей поверхности, параллельными сторонам треугольника, причем вершина каждого треугольника лежит у оснований соседних треугольников, основания треугольников параллельны друг другу, образуя параллельные ряды треугольников.

2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что катушки возбуждения ячеек индуктсра разделены на две части, а схема управления выполнена в виде электронной схемы, содержащей силовые элементы, к каждому из которых подключены катушки одной части, управляющий вход сило1418862 вых элементов соединен с выходом соответствующего разряда первого двоичного регистра, а каждая катушка вто-рой части подключена к силовому элементу, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующего разряда второго двоичного регистра, причем информационные D-входы первого регистра соединены с соответствукюцими выходами первого задатчика закона перемещения, а информационные

D-входы второго регистра соединены с соответствующими выходами второго задатчика закона перемещения, тактовый С-вход первого регистра, соединенный с входом первого эадатчика закона перемещения и входом первого преобразователя частота — напряжение, выходом соединенного с входами питания силовых элементов одной части катушек, подключен к выходу первого генератора импульсов регулируемой частоты, тактовый С-вход второго регистра, соединенный с входом второго эадатчика закона перемещения и входом

5 второго преобразователя частота — напряжение, выходом соединенного с входами питания силовых элементов второй части катушек, подключен к выходу логического элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, первым входом соединенного с выходом первого генератора импульсов регулируемой частоты и вторым входом соединенного с первым выходом двухпозиционного пе" реключателя, а второй вход логического элемента ИЛИ соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов регулируемой частоты, а второй вход соединен с вторым выходом двухпозиционного переключателя.

Е 1

Е < у

141886?

ЕС-, В у

%-». Г

%

Е ь

>> - 1

:«/ ,,1 >«

-у

) у

1418862