Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель для перемещения носителя информации

ОЮЗ СОВЕТСКИХ ОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО 1583996 5 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ЕН,ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТОРСКОМУ СВИДЕУЕЛЬСТ 21) 4411198/24-10(46) 07.08.90. Бюл,291(71) Азербайджанский политехнический институт им. Ч.,Ильдрыма(54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ШАОВЫИ ДВИ ГАТЕЛ Ь ДЛЯ Г 1 ЕРЕМЕЩЕИЯ НОСИТЕЛЯ ИНФОРМАЦИИ (57) Изобретение относится к области прибо построения, к механизмам перемещения носителя информации, и может быть использо 1 эано в приводах автоматики и робототехники. Целью изобретения является уменьшение неравномерности перемещения и поИзобретение относится к приборострое(нию, в частности к механизмам перемеения носителя информации, и может быть спользовано в приводах устройств автомаики и робототехники, например в манипулирующих устройствах.Цель изобретения - уменьшение неравомерности и повышение скорости углового оложения ротора.На фиг. 1 и 2 показана одна часть статора с датчиком положения ротора и фазныи управляюшими обмотками катушки; на иг.3 - сечение А - А на фиг. 1; на фиг. 4 - отруктурная схема переключения и регулирования напряжения питания управляюццих обмоток статора,Статор 1 шагового двигателя имеет идентичные среднюю и крайнюю части с катушой 2, фазными управляющими обмотками 3 И 4, ротор 5, представляющий собой много 5 Н 01 1. 41 08, б 11 В 15 43 вышение скорости углового поворота ротор, на шаг в дискретном режиме. В шаговом двигателе каждая часть статора снабжена датчиками положения ротора, выполненными из пьезоэлектрических пластин, жестко сопряженных с широкими гранями клювообразных зубцов вдоль их продольной оси с возможностью восприятия изгибной деформации указанных зубцов от намагничивающей силы взаимодействия с ротором. При этом пьезоэлектрические датчики положения ротора установлены на одном из зубцов секции соответствуюшей управляюшей обмотки катушек статора, а выход усилителей напряжения переключающего устройства подключен к входу детектирующего элемента, выход которого подсоединен к управляющему входу усилителя мощности соответствующей управляющей обмотки статора.4 ил. полюсную зубчатую конструкцию с постоянными магнитами 6.Число полюсов зубчатого активного ротора равно количеству повернутых один к другому консольно расположенных клювообразных зубцов.Часть статора соглас и) фиг. 1 содержит первую секцию из четырех зубцов . расположенных под углом 90 один к другому, и вторую секцию из четырех зубцов 8, расположеннь 1 х аналогично первой секции, т. е. зубцы обеих секций расположены под углом 45 относительно друг друга. Вал 9 расположен на скользящих втулках, установленных в корпусе 10 (скользящие втулки не показаны), объект 11 регулирования, (носитель информации) имеет механический контакт.с валом шагового двигателя. Полюсы зубчатого ротора ориентируются вдоль продольных осей возбужденных зубцов статора.510 да кс/Кме Формула изобретения 55 Датчики положения ротора выполнены изпьезоэлектрических тонких прямоугольныхпластин 12 и3, соответственно сопряженных с широкими гранями с одним из клювообразных зубцов первой и второй секций вдольих продольной оси с возможностью восприятия изгибной деформации (фиг. 2) указанных зубцов от намагничивающей силы взаимодействия с ротором,Сьем аналогового сигнала с пьезоэлектрических датчиков положения ротора (напряжения, возникающего за счет прямогопьезоэффекта) осуществляется с помощьювыводных контактов 14 и 15, припаянных кэлектродам широких граней.Пеоеключающее устройство (блок 16)(фиг. 4) содержит электронные ключи 17 -20, триггеры 21 - 24, усилители 25 - 28 напряжения и формирователи 29 - 32 импульсов, число которых определяется числом фазных обмоток (на чертеже переключающееустройство показано для подключения обмоток 4-фазного шагового двигателя),Выход каждого из триггеров соединен суправляющим входом соответствующего ключа, а сигнальный вход и сигнальный выходкаждого из ключей подключены соответственно к выходу усилителя 33 мощности иэлектрическим выводом соответствующих управляющих обмоток шагового двигателя.Выходы каждого из формирователей импульсов соединены с соответствующими входами(устаиовочными) соседних триггеров, а входы указанных формирователей подключены квыходам усилителей напряжения, входыкоторых подключены к электродам пьезоэлектрических датчиков положения роторасоответствующей управляющей обмотки шагового двигателя.Выходы каждого из усилителей напряжения переключающего устройства подключены к входу детектирующего элемента 34,выход которого подсоединен к управляющему входу усилителя мощности соответстсвующей управляющей обмотки статора,Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель работает следуюгцим образом.Запуск шагового двигателя осуществляется кнопкой Пуск, при этом срабатываютэлементы переключающего устройства 16,триггер 21 опрокидывается и открываетэлектронный ключ 17, в результате напряжение с выхода усилителя 33 мощности (источник постоянного напряжения), поступаетна обмотку 4 управления катушки 2 иодновременно на другую обмотку управлениявторой катушки (на фиг. 1 обмотка второйкатушки не показана), Это приводит к возбуждению первой секции, состоящей из четырех клювообразных зубцов 7, расположенныходин относительно другого через 90.Полюсы ротора 5 ориентируются вдольосей возбужденных зубцов. При этом ротор 5поворачивается на некоторый угол в сторонувозбужденной секции зубцов 7, равный меж 20 25 30 35 40 45 50 дузубцовому расстоянию, занимает фиксированное положение, соответствующее наиболее. шей магнитной проводимости пути замыкания магнитного потока статора 1 для данной возбужденной фазы обмотки 4 катушки 2. Указанный поворот ротора (по мере приближения полюсов ротора к возбужденной секции зубцов 7 с пьезопластиной 12) приводит к изгибной деформации указанного зубца данной секции, на котором установлен датчик 12 положения ротора 5 в радиальном направлении (фиг. 2),Величина допустимой деформации изгиба определяется по формуле где Р,=А Ф, - магнитодвижущая сила управляющей обмотки статора на пару полюсов, Н; Кз=Кж+Кж - суммарная изгибная жесткость клювообразного зубца К, и пьезопластины К, Н/м.В результате изгибной деформации на электродах 14 пьезопластины 12 датчика положения ротора, при угловом повороте ротора на шаг, формируется импульс за счет прямого пьезоэффекта, изменяющийся пропорционально (амплитуде деформации пьезодатчика) изменению механической нагрузки Рна валу 9 ротора 5 шагового двигателя. Этот сигнал после усиления в блоке 25 и детектировании в блоке 34 поступает на уп равляющий вход усилителя ЗЗ мощности, изменяя его коэффициент передачи по закону изменения нагрузки Р.После углового поворота ротор 5 занимает новое фиксированное положение, при котором выработанный импульс самокоммутации после формирования в блоке 29, воздействуя на второй вход триггера 21, закрывает электронный ключ 17, отключает напряжение питания управляющей обмотки 4 первой секции зубцов статора и одновременно опрокидывает триггер 22, открывая электронный ключ 18, подавая питающее напряжение на управляющую обмотку 3 второй секции зубцов 8 статора. В описанной последовательности циклы периодически повторяются, осуществляя переключение напряжения питания на обмотках управления.Совмещение пьезоэлектрического датчика без увеличения габаритных размеров шагового двигателя обеспечивает выдачу информации о положении ротора на каждом шаге угла поворота, исключает необходимость использования самокоммутирующего диска с прорезями. Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель для перемещения носителя информации, содержащий статор из двух идентичных час 1583996тей с катушками управляющих обмоток и клювообразными зубцами, широкие грани которых обращены к многополюсному зубчатому ротору в продольном направлении, усилитель мощности, к входу которого .подключено переключающее устройство, а к выходу - обмотки катушек статора, датчик шагов ротора, соединенный с входом переключающего устройства, и детектирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения неравномерности и повышения скорости углового поворота ротора, каждая часть статора снабжена датчиками положения ротора, выполненными и вце Гьезоэлектрических пластин, жестко сопряженных с широкими гранями клювообразных зубцов вдоль их продольной оси, при этом пьезоэлектрические датчики положения ротора установлены на одном из зубцов секции соответству ющей уп ра вл яю щей обмотки кату ше;. статора, а усилительные выходы переключающего устройства подключены и соответствующим входам детектирующего элемента, выход которого соединен с управляющим входом усилителя мощности соответствующей управляющей обмотки статора..г Редактор А. ШандорЗаказ 2258НИИПИ Государствен113035Производственно-изда Составитель С. БТехред А. КравчукТираж 448го комитета по изобретенияМосква, Ж - 35, Раушскальский комбинат Патент отузКорректор Т. ПалийПодписноем и открытиям при ГКНТ ССя на 6., д. 4/5г. Ужгород, ул. Гагарина, 10