Линейный шаговый электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретных электроприводах с линейным перемещением исполнительного органа . Цель состоит в снижении трудоемкости изготовления и повышении тЬчности позиционирования. Двигатель содержит основание 1 с зубцами 2, выполненными с шагом б , и индуктор, содержащий ярмо 4, магнитопроводы 5, 6 с обмотками управления 7, 8 и постоянные магниты 9, 10. Постоянные магниты 9, 10 расположены между ярмом 4 и 4 спинками магнитопроводов 5, 6. Магнитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного сердечника, на полюсе 11 которого имеется группа зубцов 12, а на полюсе 13 - группа зубцов 14. Зубцы, образующие любую из групп, выполнены с шагом t . Группа зубцов 12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 полюса 13 на величину Т. (К + 1/2). Осевая линия ОуО, магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии , магнитопровода 6 на величину с (п + 1/р), где К - целое число; р - число пар полюсов индуктора. Группа зубцов 14, выполненная на полюсе 13, охватывает группу зубцов 12, выполненную на полюсе 11, что позволяет увеличить поле допусков всех конструктивных элементов и совместную нарезку зубцов 1.2 и 14. Возможность коррекции положения магнитопроводов 5 и 6 относительно зубцов 2 основания повьш1ает точность позиционирования. 11 ил. Си S (Л ел S 6 Фиг.1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80„„1457105 А 1

yy) g Н 02 К 41/03

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

2 Оу

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4186363/24-07 (22) 29.01.87 (46) 07.02.89. Бюл. К 5 (72) В.Д.Завгородный, И.Ф.Ненека и В.А.Лещинский (53) 621.313.282 (088.8) (56) Патент ФРГ N - 3338864, кл. Н 02 К 41/03, 1984. (54) ЛИНЕЙНЬЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретных электроприводах с линейным перемещением исполнительного органа. Цель состоит в снижении трудоемкос-. ти изготовления и повышении тбчности позиционирования. Двигатель содержит основание 1 с зубцами 2, выполненными с шагом, и индуктор, содержащий ярмо 4, магнитопроводы 5, 6 с обмотками управления 7, 8 и постоянные магниты 9, 10. Постоянные магниты

9, 10 расположены между ярмом 4 и спинками магнитопроводов 5, 6. Магнитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного сердечника, на полюсе 11 которого имеется группа зубцов 12, а на полюсе 13 — группа зубцов 14, Зубцы, образующие любую из групп, выполнены с шагом . Группа зубцов

12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 полюса 13 на величину Г (К + 1/2). Осевая линия 0 0 магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии 0 О, магнитопровода 6 на величину i (n + 1/р), rpe

К вЂ” целое число; р — число пар полюсов индуктора. Группа зубцов 14, выполненная на полюсе 13, охватывает группу зубцов 12, выполненную на полюсе 11, что позволяет увеличить поле допусков всех конструктивных элементов и совместную нарезку зубцов

12 и 14. Возможность коррекции положения магнитопроводов 5 и 6 относительно зубцов 2 основания повышает точность позиционирования, 11 ил.

1457105

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в линейном шаговом электроприводе систем автоматики.

Цель изобретения — снижение трудоемкости изготовления и повышение точности позиционирования.

На фиг. 1 показан электродвигатель, общий вид, разрез вдоль движения; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3-6 — схемы физического состояния, поясняющие принцип работы двигателя; на фиг. 7 — ярмо с направ1 ляющими пазами; на фиг. 8 — взаимное положение охватывающей и охватываемой группы зубцов после совместной разрезки зубцов; на фиг. 9 - 2p взаимное положение зубцов охватываемой и охватывающей групп после по.ворота зубцов охватываемой группы о на 180; на фиг. 10 и 11 — варианты выполнения охватываемой и охватыва- 25 ющей зубцовых групп в виде многогранных фигур.

Линейный шаговый электродвигатель содержит ферромагнитное основание 1 30 с зубцами 2 и индуктор 3. Зубцы 3 выполнены с шагам С в направлении, нормальном к направлению движения.

Индуктор 3 состоит из ярма 4, магнитоправодов 5 и 6 с обмотками 7 и 8 управления и постоянных магнитов 9 и 10. Постоянные магниты 9 и 10 расположены между ярмом 4 и спинками магнитопроводов 5 и 6. Магнитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного 40 сердечника, на полюсе 11 которого выполнена группа зубцов 12, а на полюсе l3 — группа зубцов 14. Магнитопровод 6 выполнен так же, как магнитоправод 5, и состоит из сердечника, на полюсе 15 которого выполнена группа зубцов 16, а на полюсе 17— группа зубцов 18. Зубцы, образующие любую из групп, выполнены с шагом

Группа зубцов 12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 полюса

13 на величину Х = (К + — — ) ° Ана2 логично смещена группа зубцов 16 относительно группы зубцов 18. Осевая линия 0 0 магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии 0 О, магнитопровода 6 на величину Хс =.С (п+

+1/р). Для случая, приведенного на

1 фиг. 1и2 К=О Х = + — - 1п

12; р = 4; Х,, = < (12 «+ +1/4).

Группа зубцов 14, выполненная на полюсе 13, охватывает группу зубцов

12, выполненную на полюсе 14. Аналогично группа зубцов 18, выполненная на полюсе 17, охватывает группу зуб-, цов 16, выполненную на полюсе 15.

Осевая линия 0 0> магнитопровода 5 совпадает с осевой линией поверхностей полюсов 12-й и 14-й групп зубцов.

Соответственно, осевая линия 0601 магнитопровода 6 совпадает с осевой линией расположенных на нем зубцовых поверхностей, Осевые линии 0Ä 0„4

12-й и 14-й зубцовых групп смещены относительно осевой линии 0 О> магнитопровода 5 на величину, кратную

<ь

Аналогично осевые линии 16-й

4 и 18-й зубцовых групп смещены относительно осевой линии 060, магнитопровода 6.

В общем случае (фиг.8 и 9) зубцы расположены несимметрично относитель. но осевой линии магнитопровода. При этом зубцы, расположенные по одну сторону осевой линии, смещены относительно нее на величину ДХ;

1 (4 + ), а зубцы, выполненные по другую сторону осевой линии магнитопровода, смещены относительно

1 нее на величину Ь Х = (j — — -)

Z 4 где i = О, +1, +2, «+3, ... — номера зубцов, расположенных по одну сторону осевой линии магнитопровода 0 0 (0 01 ); 1 = 1,2,3,... — номера зубцов, расположенных по другую сторону осевой линии магнитопровода 0 Oз (0 0„ ) ° При этом i-ми номерами обозначены ближние к осевой линии магнитопровода зубцы.

Геометрические размеры магнитопроводов 5 и 6 удовлетворяют соотношениям

> =m,; В = Ч",,;

П = ш2

Z ) при этом магнитопроводы 5 и -6 установлены в соответствующих направляющих пазах 19 и 20, выполненных в ярме 4. Пазы 19 и 20 выполнены под а, р углом = — - — — к осевым линиям

1 з 145 зубцов 2, где с — эубцовое деление индуктора; D — диаметр окружности, описывающей охватываемую группу зубцов; D, D — внутренний и внешний диаметры окружностей, ограничиваю- ° щих охватывающую группу зубцов - q;

m = 2,3,4, ; q = ш+1,2,3,4 - число зубцов в охватываемой и охватывающей группах соответственно.

На фиг. 1 и 2 m = 8; = 9; 0„ =

12 г.

Фиксация магнитопроводов в пазах

19 и 20 ярма 4. осуществляется с помощью немагнитных болтовых соединений 21 и 22 или другими известными способами.

Функционирование двигателя обеспечивается за счет перераспределения результирующего магнитного потока «Р состоящего иэ потока P, постоянных магнитов и магнитного потока Ф„, создаваемого обмотками управлейия, между соответствующими группами зубцов.

Перераспределение потока «« из одР них групп зубцов в другие создается путем соответствующего алгоритма коммутации напряжения в обмотках управ-. ления двигателя, При обесточенных обмотках управления магнитный поток У, в зависимости от положения ферромагнитного зубчатого основания относительно зубцовых групп индуктора замыкается по одному из контуров, показанных на фиг. 3-6. За исходное положение индуктора примем состояние (фиг.3), когда группа зубцов 14 магнитопровода 5 оппозитно размещена относительно зубцов 2 ферромагнитного основания 1. При подаче на обмотку 8 управления напряжения магнитный поток«Р, создаваемый обмоткой под группой зубцов 16, суммируется с потоком Р, а под группой зубцов 18 — вычитается из потока Р„ . Результирующий магнитный поток под группой зубцов 18 минимума «Р = ««, — «Р . Под действием потока «Р ферромагнитное основание (или индуктор) перемещается до положения, при котором зубцы 2 основания

1 занимают оппозитное положение с группой зубцов 16. В данном случае перемещение составляет 1/4 «

При подаче напряжения на обмотку

7 (фиг.4) и снятии напряжения с обмотки 8 происходит перераспределение . потока в группах зубцов магнитопро7105 вода 6. При этом магнитный поток «Р в воздушном зазоре под группой зубцов 12 увеличивается, а «« под груп5 пой зубцов 14 уменьшается и основание перемещается еще на 1/4с . При подаче напряжения обратной полярнос ти на обмотку 8 управления, а затем на обмотку 7 управления ферромагнитное основание перемещается поочередно на 1/4«, . Далее цикличность переключения обмоток повторяется и за каждый цикл переключений зубчатое основание (или индуктор) перемещает15 ся на одно эубцовое деление.

Снижение трудоемкости изготовления достигается за. счет увеличения поля допусков конструктивных элементов, снижения точности поэиционирова20 ния и ухудшения его тяговых характеристик и совместной нарезкой зубцов охватывающей (14, 18) и охватываемой .(.12, 16) групп зубцов магнитопровода.

При одинаковой точности смещения

25 зубцовых эон 12, 16, 14 и 18 индуктора (одинаковой точности позиционирования) величина полей технологических допусков в предлагаемой конструк. ции в 2,3 раза больше величины поля

30 допусков в известной, чем снижается трудоемкость изготовления двигателя.

Кроме этого, технологические погрешности изготовления зубцов 12, 14, 16 и 18 индуктора снижаются sa счет совместного изготовления охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп зубцов с последующим поворотом одного из полюсов 11, 13 о сердечника на 180 вокруг оси сим4«1 метрии магнитопровода. Так как зубцы охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп выполнены со смещением, кратным z /4, относительно оси симметрии магнитопроводов 5 и 6, то при повороте одного из полюсов

11 и 13 на 180 охватывающая группа зубцов 14 и 18 смещается относитель-. но охватываемой 12 или 16 на о /2.

При этом погрешность смещения зуб" цов охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп определяется только погрешностью величины h Х; и не зависит от других факторов.

Повышение точности позиционирования достигнуто за. счет прецизионного расположения групп зубцов 12, 14, 16 .и 18 индуктора относительно зубцов 2 ферромагнитного основания. Прецизионное расположение групп зубцов 12, 14, 1457105

16 и 18 индуктора обеспечивается путем коррекции взаимного положения групп зубцов 12, 14; 16 и 18 магнитпровода и коррекции положения магни5 топроводов 5 и 6 относительно зубцов

2 основания. Коррекция взаимного положения зубцов охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп обеспечивается поворотом одной из групп 10 относительно их общей оси симметрии, а коррекция положения сердечников относительно зубцов ферромагнитного основания выполняется путем смещения магнитопровода в направляющем пазу ярма.

Так как направляющий паз (фиг.7) выполнен под углом к зубцам ферромагнитного основания 1, то при перемещении магнитопроводов 5 и 6 в пазу группы зубцов 12, 14, 16 и 18 магнитопроводов 5 и 6 смещаются относительно зубцов 2 основания. Величина смещения определяется величиной угла и длиной паза и в общем случае может 25 быть равна величине N С . Практически коррекция может быть выполнена при смещении магнитопроводов 5 и 6 в пределах 1/р части зубцового деления. 30

Перемещением магнитопроводов 5 и

6 в пазу ярма корректируется величина (n + +1/р), определяющая смещение охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп зубцов магнитопроводов 5 и 6 относительно зубцов

2 ферромагнитного основания, а вращением охватываемых групп зубцов вокруг оси симметрии, магнитопроводов 5 и 6 корректируется величина 40 л

1 с (К + ---), определяющая смещение охватываемых 12 и 16 групп относительно охватывающих 14 и 18. Коррекция указанных величин компенсирует 45 влияние технологических погрешностей изготовления двигателя на точность взаимного расположения групп зубцов индуктора, что повышает точность позиционирования двигателя.

Формула изобретения

Линейный шаговый электродвигатель, содержащий ферромагнитное зубчатое основание, зубцы которого выполнены с шагом ñ, и перпендикулярны продольной оси двигателя, и индуктор, состоящий иэ ярма, магнитопроводов с обмотками управления и постоянных магнитов, расположенных между ярмом и магнитопроводами, магнитопроводы выполнены в виде двухполюсных сердечников с группой зубцов на каждом полюсе, зубцы каждой группы выполнены с шагом о, группы зубцов каждого иэ сердечников сдвинуты одна относительно другой на величину

1 g (К + — -), а оси магнитопроводов сдвинуты одна относительно другой (1 на величину (n + +), где К, и—

P целые числа; р — число полюсов индуктора, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления и повышения точности позиционирования, группа зубцов од-ного полюса каждого из сердечников охватывает группу зубцов другого полюса этого сердечника, осевые линии групп зубцов смещены относительно осевой линии магнитопровода на вели/\ z чину кратную — — геометрические

Э 4 размеры магнитопровода удовлетворяют сЬотношениям

B= m7zi Dy = qr*i

О=<, тг + q2

) при этом магнитопроводы установлены в направляющих пазах ярма, выполнен г Z ных под углом †--- к осевым линиям р.1 зубцов ферромагнитного основания, где D — диаметр окружности, описывающей охватываемую группу зубцов m;

D, D . — внутренний и внешний диаметры окружностей, ограничивающих охватывающую группу зубцов q„

1 - длина паза ярма;

m = 2,3,4,... — число зубцов в охватываемой группе;

q = m+1,2,3 4 — целое число.

1457105

1457105

1457! 05

18(Ю)

12(16)

ЦЩ. 11

Составитель А. Курбаков

Техред М.Ходанич Корректор В.Бутяга

Редактор В.Петраш

Заказ 7488/55 - Тираж 645 Подписное

BHIIIIII1" . >.:Ударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб, д. 4/5 водо; енно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4