Двухкоординатный линейный шаговый электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах, осуществляющих перемещения и позиционирование рабочего органа по двум пространственным координатам. Целью является увеличение точности позиционирования путем повышения устойчивости вторичного элемента. Двигатель содержит статор 1 и вторичный элемент 2 с двумя системами взаимноперпендикулярных зубцов. На поверхности статора 1 выполнены зубцы 3, в пазах между которыми уложены катушки 4, залитые эпоксидным компаундом 5. В каждом из зубцов 3 статора 1 выполнены отверстия 6 для подачи газа в зазор между статором и вторичным элементом. Отверстия 6 сообщаются с ресивером 7, который заполняется через штуцер 8. Вторичный элемент перемещается при подаче в определенной последовательности питания на катушки статора. Положительный эффект достигается за счет выполнения каждой из систем взаимноперпендикулярных зубцов вторичного элемента в виде двух зон, смещенных определенным образом относительно друг друга и относительно зон другой системы, а также за счет выполнения зон вторичного элемента в виде совокупности магнитонесвязанных ферромагнитных гребенок. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

, ЖÄÄ 1577004 А1

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 К 41/03

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

t б C

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K. АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4419585/24-07 (22) 04.05.88 (46) 07.07,90. Бюл, N. 25 (71) Пермский политехнический институт (72) Е.M.Îãàðêîâ, Л.Г,Сидельников, П.Н.Цылев,- А.Д,Коротаев, В.А.Русов и В,Б.Мошев (53) 621.313.13(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1201971, кл, Н 02 К 41/03, 1985, б7 бб7

С7 Ю CD Ю б7 C7 CD CD ".7 CD C7 а Ю

Ы б7 б7 . C7 CD CC7 CD C7 CD б CD б7 О б7 а7 Л7

С7 Ы б7 б7 бб7 б7 б7 CD б7 CD 7 С7 С7 d7 С7 1б7 Ю

Cl7 А7 77 б7 бб7 б!7 CD CI7 О7 4 б7 CD7 Cl И7 4б7 б7 CD

CP б7 бб7 б7 437 б7 б. 7 Л7 CI7 б7 Д7 б7 7 й7 б7 CD CD7

С7 б7 б 7 бб7 б7 77 бб7 й7 С7 Ю бб7 Ю

Л7 бб7 б 7 CD б7

Ю7 б .7 7 б7

Ю б7 Ы б7

СС7 47 С7 б7

Ог х 77 С7 с!7 cl7 C7 CD

С7 С7 б 7 CD C7 47 CD C7 CD C7 Л7 С7 7 CD CD бб7 cD7 CD

77 77 б 7 б7 б7 С7 Ю б!7 б. 7 47 С7 б7 CD C7 CD C7 б. 7 Ю б ° бб7 бб7 б!7 7 бР б7 CD CZ б7 бб7 б37 Clб Л7 б7 (54) ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ЛИНЕЙНЫЙ

ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах, осуществляющих перемещения и позиционирование рабочего органа по двум пространственным координатам. Целью является. увеличение точности позиционирования путем повышения устойчивости вторичного элемента, Двигатель содержит статор 1 и вторичный элемент 2 с двумя системами взаимно перпендикулярных зубцов. На поверхности статора 1 выполнены зубцы 3, в пазах между которыми уложены катушки 4, залитые эпоксидным компаундом 5. В каждом из зубцов 3 статора 1 выполнены отверстия 6 для подачи газа в зазор между статором и вторичным элементом. Отверстия 6 сообщаются с ресивером

7, который заполняется через штуцер 8. Вторичный элемент перемещается при подаче в определенной последовательности питания на катушки статора. Положительный эффект достигается эа счет выполнения каждой иэ систем взаимно перпендикулярных зубцов вторичного элемента в виде двух зон, смещенных определенным образом относительно друг друга и относительно зон другой системы, а также эа счет выполнения зон вторичного элемента в виде совокупно-. сти магнитонесвязанных ферромагнитных . гребенок. 1 з,п, ф-лы, 6 ил.

1577004

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, осуществляющих перемещение и позиционирование рабочего органа по двум пространственным координатам.

Целью изобретения является увеличение точности позиционирования путем повышения устойчивости вторичного элемента.

На фиг. 1 показан двухкоординатный шаговый электродвигатель, общий вид; на фиг, 2 — вариант вторичного элемента с магнитосвязанными зубцовыми зонами; на фиг. 3 — схема расположения зубцов статора и вторичного элемента, на фиг. 4 — вторичный элемент, зоны которого образованы гребенками; на фиг, 5 — конструкция гребенки; на фиг. 6 — схема расположения зубцов статора и зубцов гребенок вторичного элемента.

Электродвигатель (фиг. 1) содержит статор 1 и вторичный элемент 2,.Статор 1 представляет собой плиту из магнитомягкой стали, на поверхности которой, обращенной к вторичному элементу 2, выполнены зубцы 3, в пазах между которыми уложены катушки 4, залитые эпоксидным компаундом 5, В каждом из зубцов 3 статора 1 вы полнены отверстия 6 для подачи в зазор между статором 1 и вторичным элементом 2 газа, например воздуха. В нижней части отверстия 6 сообщаются с ресивером 7, обеспечивающим равномерное давление газа под каждым зубцом 3. Газ в ресивер 7 подается через штуцер 8.

Вторичный элемент 2 является безобмоточным и выполняется из магнитомягкой стали, Его зубцовый слой (фиг. 2 и 3) образован двумя системами взаимно перпендикулярных зубцов, каждая из которых состоит из двух зон. Первая система образована зонами 9 и 10, а вторая — зонами 11 и 12. Все зоны имеют одинаковую ширину и длину, равные соответственно dg и! (фиг, 3), Зоны 9 и 10 создают тяговое усилие при перемещении вторичного элемента 2 по координате х, а зоны 11 и 12 — при перемещении по координате у (фиг, 3), Зоны 9 и 10 вторичного элемента 2 смещены друг относительно друга вдоль зубцов своей системы, т.е, по координате у, на расстояние d i, равное сумме полюсного деления и ширины паза Ь статора 1, а поперек зубцов своей системы, т.е. по координате х, на расстояние dz, равное полюсному делению. Аналогично зоны 11 и 12 смещены друг относительно друга вдоль зубцов своей системы, т.е. по координате х, на расстояние

d<, равное сумме полюсного деления и ширины паза bn1 статора 1, а поперек зубцов своей системы, т.е. по координате у, на расстояние dz, равное полюсному делению, Зона 9 смещена относительно зон 11 и 12 на расстояние бз, равное ширине паза b < ста5 тора 1, а зона 10 смещена относительно зон

11 и 12 на расстояние d4, равное ширине паза bn2 вторичного элемента 2. Количество зубцов в каждой из зон 9 — 12 выбирается на два больше произведения удвоенного ко10 личества фаз на число пар полюсов двигателя. Так, согласно фиг. 3 каждая из эон 9-12 содержит по восемь зубцов, обозначенных соответственно n> — пв, e> — ев, ft — fg. g1- цв.

Ширина зубцов вторичного элемента 2 рав15 на ширине Ьз зубцов 3 статора 1, а их длина равна ширине dq зон 9 — 12.

Во второй конструкции вторичного элемента 2 (фиг, 4) зоны 9 — 12 образованы гре. бенками 13, общий вид одной из которых

20 показан на фиг. 5. Гребенки 13 выполнены из стали и имеют длину (, равную длине зон

9-12. Ширина d8 гребенки 13 (фиг. 5 и 6) равна ширине зубца статора 1. Гребенки 13 одной зоны отстоят друг от друга на рассто25 янии dz, равном ширине паза статора 1.

Отдел ьн ые гребенки 13 разделен ы в магнит ном отношении, Пространство между ними заполнено немагнитным материалом, например эпоксидной смолой 14 (фиг. 4).

30 Работу электродвигателя рассмотрим на примере вторичного элемента 2, выполненного из отдельных гребенок 13, Пусть в исходном состоянии вторичный элемент 2 занимает по отношению к статору

35 положение, показанное на фиг, 6. При этом зубцы ряда f< зоны 11 вторичного элемента 2 совпадают с зубцами ряда b> статора 1, зубцы ряда и< зоны 9 совпадают с. зубцами ряда уз статора 1, зубцы ряда g1

40 зоны 12 совпадают с зубцами ряда у> статора 1 и зубцы ряда е> зоньь 10 вторичного элемента 2 совпадают с зубцами ряда Ьз статора 1. Если ток протекает в катушках статора 1, размещенных на зубцах Ьз, уз, Ь4, 45 у и т.д., то силы магнитного тяжения, действующие на зубцы вторичного элемента 2 в направлении оси х, уравновешены и вторичный элемент 2 находится в состоянии покоя, 50 При перемещении вдоль оси х рабочими являются зубцы зон 9 и 10. Если обесточить вышеупомянутые катушки, а ток подать в катушки статора 1, размещенные на зубцах сз, za, с4, и и т.д., то силы магнитного

55 тяжения будут стремиться совместить зубцы ряда п зоны 9 с зубцами ряда гз статора

1, зубцы ряда п6 зоны 9 с зубцами ряда с4 статора 1, а также зубцы ряда ег зоны 10 с зубцами ряда сз статора 1 и зубцы ряда ев эоны 10 с зубцами ряда za статора 1. После

1577004

20

30

40

50

55 того, как вторичный элемент 2 под действием данных сил переместится на один шаг, зубцы п2, по зоны 9 вторичного элемента 2 совпадут с зубцами Z3, с4 статора 1, соответственно совпадут зубцы ez, es зоны 10 с зубцами сз,яз статора 1.

После отработки шага катушки, размещенные на зубцах сз, гз, с4. z4 и т,д. статора

1; отключаются, а ток подается в катушки, охватывающие зубцы хз, а4,.х4 и т,д. и вторичный элемент 2 совершит еще один шаг в направлении оси х. Шаг будет выполнен под действием сил магнитного тяжения между зубцами хз, а4, х статора 1 и зубцами ез, ет и пз, п7 зон 10 и 9 вторичного элемента 2.

Переключая в указанном порядке катушки статора 1, получим перемещение вторичного элемента 2 в направлении оси х. В направлении оси у перемещение вторичного элемента 2 выполняется аналогичным образом, только в этом случае ток поочередно подается в катушки, размещенные на рядах зубцов а, х>. az, х2, с, z>, сг. zz, b>, у .

b2, ур статора 1, При перемещении вдоль оси у рабочими являются зубцы зон 11 и 12.

Траектория перемещения вторичного элемента 2 по поверхности статора 1 пред- ставляет собой ломаную линию, Изменение направления движения вторичного элемента 2 возможно только после перемещения на величину, кратную зубцовому делению статора 1.

Допустимые перемещения вторичного элемента 2 определяются геометрическими размерами статора 1, т.е. его длиной и шинирой, Выполнение зубцового слоя вторичного элемента 2 в виде двух систем взаимно перпендикулярных зубцов позволяет получить перемещение вторичного элемента 2 по двум пространственным координатам.

Смещение зон 9 и 10 относительно друг друга по координате х на расстояние 02, равное полюсному делению, обусловлено необходимостью установки одноименных зубцов зон 9 и 10 над одноименными зубцами (фазами) статора 1 при перемещении по координате х (фиг. 3 и 6). Например, зубец и> зоны 9 и зубец е> зоны 10 находится соответственно над рядами зубцов Ьз и уз статора 1, При этом создаются две равные по величине силы, способствующие повышению устойчивости движения вторичного элемента 2 по координате х. Одновременно обеспечиваются минимальные геометрические размеры вторичного элемента 2, что способствует снижению массо-габаритных показателей двигателя. При отклонении величины dz от полюсного деления одноименные зубцы зон 9 и 10 будут находиться в различном положении относительно зубцов (фаз) статора 1. что приведет к различию сил, действующих на зоны 9 и 10, снижению устойчивости движения вторичного элемента 2 и ухудшению его позиционирования.

Смещение зон 9 и 10 относительно друг друга по координате у на расстояние б1, равное сумме полюсного деления и ширины паза статора 1, позволяет совместить нижний край зоны 9 с нижним краем ряда зубцов х статора 1, а верхний край зоны 10с верхним краем ряда зубцов bz статора 1.

Это приводит к созданию сил, обеспечивающих поперечную устойчивость зон 9 и 10 по направлению оси у. Отклонение величины di от упомянутого выше значения обуславливает смещение краев зон 9 и 10 вторичного элемента 2 относительно рядов зубцов х и Ь статора 1 в направлении оси у, что повлечет за собой ухудшение устойчивости и позиционирования зон 9 и 10 вторичного элемента 2 в направлении оси у, Смещение зон 9 и 10 одной системы относительно зон 11 и 12 другой системы на расстояния, равные соответственно ширине паза статора 1 и ширине паза вторичного элемента.2, обеспечивает выполнение условий, при которых края упомянутых эон совпадают с краями соответствующих рядов зубцов статора 1. Например, верхний край зоны 9 совпадает с верхним краем ряда зубцов b>, а нижний край этой зоны — с нижним краем ряда зубцов х> статора 1. При этом достигается наибольшая устойчивость движения и улучшается позиционирование вторичного элемента 2. Отклонение расстояния между зоной 9 и зонами 11 и 12 от величины, равной ширине паза статора 1, и отклонение расстояния между зоной 10 и зонами 11 и 12 от величины, равной ширине паза вторичного элемента 2, приводит к смещению зубцов этих зон вторичного элемента 2 относительно зубцов статора 1, и, как следствие, обуславливает снижение устойчивости и ухудшение позиционирования, Выполнение зон 9-12 вторичного элемента 2 в виде совокупности ферромагнитных гребенок 13 приводит к увеличению модуляции магнитного поля в случае смещения вторичного элемента 2 в направлении, перпендикулярном движению. Это позволяет увеличить усилие стабилизации вторичного элемента 2 и приводит к повышению его устойчивости к внешним поперечным возмущающим воздействиям. В предлагаемом двигателе ширина гребенок 13 выбрана равной ширине зубцов 3 статора 1, а расстояние между гребенками 13 — равным ширине паза статора 1. Этим достигается совпадение осей зубцов 3 статора 1 и осей

1577004 гребенок 13 и способствует достижению устойчивого движения вторичного элемента 2.

Разделение зон 9-12 вторичного элемента 2 на гребенки 13 устраняет магнитную связь между зонами. При этом в процессе движения в направлении одной из пространственных координат достигается значительное уменьшение электромагнитных сил, действующих на зоны вторичного элемента 2, реализующие движение вдоль другой пространственной координаты. За счет этого существенно уменьшаются пульсация электромагнитного усилия двигателя и повышается устойчивость его движения.

Одновременно, за счет исключения ярма, общего для всех зон вторично о элемента 2, достигается заметное уменьшение его массы, что обеспечивает увеличение удельных электромагнитных усилий и способствует увеличению быстродействия линейного шагового двигателя и электропривода на его основе.

Формула изобретения

1. Двухкоординатный линейный шаговый электродвигатель, содержащий статор в виде плиты с зубцами, на которых размещены катушки управления, и безобмоточный вторичный элемент с двумя системами взаимно перпендикулярных зубцов, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью увеличения

5 точности позиционирования путем повышения устойчивости вторичного элемента, каждая из двух систем взаимно перпендикулярных зубцов вторичного элемента Bblflollнена в виде двух зон, взаимно смещенных

10 вдоль зубцов своей системы на расстояние, равное сумме полюсного деления и ширины паза статора, а вдоль зубцов другой системы — на расстояние, равное полюсному делению статора, причем зоны, принадле15 жащие одной системе, смещены относительно зон другой системы соответственно на ширину паза статора и ширину паза вторичного элемента.

2. Электродвигатель по и, 1, о т л и ч а20 ю шийся тем, что каждая зона вторичного элемента выполнена в виде совокупности ферромагнитных гребенок. отстоящих одна от другой на расстоянии, равном ширине паза статора, и имеющих ширину, равную

25 ширине зубца статора, а пространство между гребенками заполнено немагнитным материалом, 1577004

Фиг.3

13 15 юг.5

1577004

Составитель В.Пискунов

Редактор В.Бугренкова Техред М.Моргентал Корректор С.Шекмар

Заказ 1852 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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