Линейный шаговый электродвигатель

Оп ИСАНИЕИ ЗОЗРЕТЕ Н ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспубликГасударственный квинтет вв девам нзобретеннй н открытий(72) Авторы изобретения Московский ордена Ленина и ордена ОктябрьскойРеволюции энергетический институт(5 )ЛИНЕЙНЫЙ ШАГО 8 ЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕ.ЛЬ 1Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к линейным шаговым двигателям, и может быть использовано в устройствах для перемещения исполнительных механизмов в плоскости с последующим позициониро 5 ванием в заданном положении в различных газовых, радиоактивных и вакуумных средах.Известны шаговые электродвигатели для перемещения и позиционирования исполнительных механизмов, содержащие перемещающиеся относитель-но друг друга якорь с обмотками управления и безобмотоцный зубчатый индуктор. Для перемещения якоря относительно индуктора и создания рабочего зазора используются воздушные опоры.Наиболее близким к предлагаемому 20 по технической сущности является линейный шаговый электродвигатель, содержащий перемещающиеся относительно друг друга якорь с обмотками управ 2ления и индуктор. Здесь также ис" пользуются воздушные опоры 1 2 1.К недостаткам известных двигателей следует отнести невозможность их работы в вакууме, а также ограниченные функциональные возможности по реализуемым траекториям движения.Цель изобретения - обеспечение работы двигателя в вакууме и повышение точности. Указанная цель достигается тем,.что якорь снабжен не менее цем однимпьезоэлементом, ось поляризации которого направлена перпендикулярно к1плоскости индуктора, жестко прикреп",ленным к якорю одним концом и примыкающим другим концом к рабочей поверх"ности индуктора, образуя зазор междуякорем и индуктором,Якорь выполнен не менее цем издвух частей, укрепленных с возможностью вращения относительно общегокорпуса, причем ось вращения каждой(2) 3 10013 части перпендикулярна плоскости ин" дуктора.Якорь снабжен не менее чем двумя дополнительными частями, ориентированными под углом к основным и укрепленными в общем корпусе с возможностью вращения каждой части относительно оси, перпендикулярной плоскости индуктора.На фиг. 1 изображена пара магнит ных полюсов с пьезоэлементом; на фиг. 2 - трехкоординатный шаговый электродвигатель, скомпонованный из четырех одинаковых частей якоря, общий вид; на фиг. 3 - поворотный эле мент одной части якоря, разрез.Линейный шаговый электродвигатель (фиг.1) содержит индуктор 1, выполненный в виде плиты из магнитомягкого материала, Вся поверхность плиты (фиг.2 ) разделена на три области А, В и С, отличающиеся друг от друга направлением нарезки зубцов. В средней части направление нарезки зубцов совпадает с направлением переме- д 5 щения по координате М, а по краям в областях А и С зубцы нарезаны под углом к средней части и совпадают с направлением перемещения по координате У. Пазы всех зубцов заполнены эпоксидным компаундом 2.Над поверхностью безобмоточного зубчатого индуктора 1 расположен якорь, который состоит из немагнито" проводящего корпуса 3 (фиг.2) и четы 35 рех частей 4-7 якоря, скрепленных с возможностью вращения относительно общего корпуса 3, причем ось вращения каждой части перпендикулярна плоскости индуктора 1. Каждая часть 4-7 яко 40 ря представляет из себя конструкцию однокоординатного линейного шагового электродвигателя, собранного из1 щ пар магнитных полюсов с пьезоэлементами 8 в немагнитопроводящем кор 45 пусе 9, поочередно сдвинутых на расстояние (г + в )и относительно равно 1п 1мерно нарезанных зубцов индуктора (где г - целое число зубцов; в - число магнитных полюсов;Ь - шаг зубцового деления).На поверхность индукто"50 ра якорь опирается только опорами 10, прикрепленными к одному концу пьезоэлемента 8, а между поверхностями маг-, нитных полюсов якоря и индуктора образован равномерный зазор по величине, несколько больше величины размаха колебаний пьезоэлемента 8, Пьезоэлементы 8 установлены так, что их ось поляризации направлена перпендикулярно к плоскости индуктора 1. Корпус каждой части 4-7 якоря соединен с общим корпусом 3 цилиндрической осью 11.по ходовой посадке.Пара магнитных полюсов выполнена в виде прикрепленных к магнитопроводящей планке 12 двух магнитных полюсов 13 и 14 специальной формы и пьезоэлемента 8 с токоизолирующей прокладкой 15(фиг,2 и 3 ). Торцы магнитов 13 и 14 обращены к зубцам индуктора 1. Маг- ниты 13 и 14 охвачены фазными обмотками 16 и 17, концы которых выведены на блок 18 управления. Электроды пьезоэлементов 8 соединены с выходом генератора синусоидальных колебаний, расположенного в корпусе блока 18 управления.Устройство работает следующим образом.При коммутации фазных обмоток 16 и 17 создаются электромагнитные силы, направленные перпендикулярно нарезке зубцов индуктора 1, тангенциальная составляющая Г которых стремится сдвинуть якорь по поверхности индуктора 1, а нормальная Гп - прижать к нему. Без газовой подушки на поверхностях соприкасающихся частей якоря и индуктора возникают большие силы трения от действия нормальной силы, состоящей из гравитационных сил щ и сил притяжения магнитов Гп лГтР =+ФИ= ТГ (Гп+пЧи Ы )(1) где Г- - сила тренияфГ - коэффициент трения;М - сила нормального давления;Г - сила магнитного притяжеиния, направленная по нормали к поверхности индуктора;а - масса движущихся частей;д - ускорение свободного падения;Ы, - угол между плоскостью индуктора и горизонтом.Для движения якоря по индуктору необходимо, цтобы сдвигающая сила Г электромагнита была больше сил тре- ния Если подключить электроды пьезоэлементов 8 к синусоидальному переменному напряжению, то пьезоэлемент начинает соответственно изменять своиформула изобретения д В 5 1001 размеры по синусоидальному закону, а сила нормального давления будет 1)=Гпфпя 5 псфОАШ в 1 пю 1(3) 5 где А - амплитуда колебаний якоря по- текущее время. 0Подставив значение нормальной силы 3 ) в зависимость2 ), получим граничные условия обеспечения движения якоря по индуктору в интервалахР гп.5Ды 51 по 1,с -- 951 пЫ, (Ф)Ет п 1Таким оЬразом, происходит перерас. пределение сил нормального давления и создаются интервалы в каждом периоде колебаний пьезоэлемента.20 1. Линейный шаговый электродвигатель, содержащий перемещающиеся относительно друг доуга якорь с обмотками управления и индуктор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения работы в вакууме и по- ЗО вышения точности, якорь снабжен не менее чем одним пьезоэлементом, ось поляризации которого направлена перпендикулярно к плоскости индуктора,жестко прикрепленным к якорю одним концом и примыкающим другим концом к рабочей поверхности индуктора, образуя зазор между якорем и индуктором.2. Электродвигатель по и.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения углового перемещения, якорь выполнен не менее чем из двух частей, укрепленных с возможностью вращения относи" тельно общей корпуса, причем ось вра" щения каждой части перпендикулярна плоскости индуктора.3, Электродвигатель по п.2, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения непрерывного вращения вокруг оси,перпендикулярной к плоскости индуктора, якорь снабжен не менее чем двумя дополнительными частями, ориентированными под углом к основным и укрепленными в оЬщем корпусе с возможностью вращения каждой части относительно оси,. перпендикулярной плоскости индуктора. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Мф 380.1842,кл,. 310-49, 1971,.2, Патент США Ю 3851196,кл, 310-12, 1972.1 ОО 138 едактор Ю, Кова по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Х, Раушская набЗаказ 135/60 Тираж 685 П ВНИИПИ Государственного комитета СС писно ППП "Патент", г род, ул. Проектная и Составит хред Е. Хар