Линейный шаговый электродвигатель

(57) И КТРОДВИГА-ротех родвиг з овано из обре ежнос ейный ки 1 вклю ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР обретение относится к электке, к линейным шаговым электтелям, и может быть испольв системах автоматики. Целью ения является повьппение наи путем усиления фиксации. Лишаговый электродвигатель состатор, имеющий зубчатые рей 2 и линейный подвижный узел, ающий ферромагнитные зубчатые рейки 3 и 4 и группы обмоток 5 и 11,Линейный передвижной узел содержиттакже жесткий. стержень б, установленный подвижно относительно крьипек7 и 8, Зубчатые рейки 3 и 4 жесткосоединены друг с другом с помощью жестких перемычек 9 и 1 О. При подаченапряжения на обмотку 5 рейка 3 притягивается к рейке 1 статора и надежно фиксируется. Для совершения шагас обмотки 5 напряжение снимается иподается на группу секций обмотки11, .расположенных со смещением в направлении движения линейного передвижного узла. Рейка 4 притягивается крейке 2, при этом возникают продольное и поперечное усилия. Продольноеусилие перемещает стержень б по направлению движения, а поперечное усилие протяжения приводит к сцеплениюреек 4 и 2, что обеспечивает надежную фиксацию, 5 з.п. ф-лы, 8 ил,Изобретение относится к электротехнике, к линейным шаговым электродвигателям и может быть использовано в системах автоматики,Цель изобретения - повышение надежности путем усиления фиксации.На фиг, 1 показан линейный шаговый электродвигатель с двумя группами обмоток;,на фиг, 2 - сечение А-А 1 О на фиг. 1; на фиг, 3 - соединение деталей подвижного узла электродвигателя; на фиг, 4 - электродвигатель с несколькими группами зубцов; на фиг, 5 - электродвигатель с одной 15 группой обмоток и упругими прокладками; на фиг, б - сечение Б-Б на фиг.5; на фиг. 7 - соединение деталей подвижного узла электродвигателя с упругими прокладками; на фиг, 8 - линей О ный шаговый электродвигатель с несколькими группами зубцов и упругим элементом в виде пружин.Линейный шаговый электродвигатель (фиг, 1-8) содержит ст атор, имеющий 25 зубчатый рейки 1 и 2, а также линейный подвижный узел, включающий зубчатые рейки 3 и 4.Зубчатая рейка 1 может быть соединена или совмещена с магнитопроводом 3 О статора, имеющим обмотки 5.Линейный подвижной узел, помимо реек 3 и 4, содержит также и жесткий стержень 6, который устанавливается с возможностью его линейного перемещения вдоль продольных линейных направляющих, которые можно реализо вать, например, с помощью соответствукцих отверстий или проточек у боковых крышек 7 и 8 неподвижного корпуоО са электродвигателя, Стержень 6 и направляющие отверстия или проточки у неподвижных крышек 7 и 8 могут быть, например, граненого или прямоугольного поперечного сечения. 45Зубчатые рейки 3 и 4 жестко соединяются посредством жестких перемычек 9 и 10 (или штифтов), установленных подвижно относительно стержня 6 с помощью поперечных отверстий или проточек. Таким образом поперечные отверстия или проточки стержня 6 выполняют роль поперечных линейных направляющих для поперечного линейного перемещения перемычек 9, и 10 с рейками 3 и 4 относительно стержня б.Перемычки 9 и 1 О могут быть как круглого (Фиг, 2, 6), так и прямоугольного (фиг, 3, 7) сечений. На статоре электродвигателя1 фиг, 1) помимо ферромагнитной рейки1, ферромагнитной выполняется и рейка 2. Зубчатая рейка 2 может выполнять роль второго магнитопровода, гдеустайавливается дополнительная группаобмоток 11. Обе рейки 3 и 4 подвижного узла в этом случае (фиг. 1) также выполняются ферромагнитными.Обмотки 5 и 11 статора можно подкпючать к коммутатору, зубцы реек можно выполнять заостренными, а к стержню 6 можно подсоединять различныерабочие органы, Линейный ход стержня6 является выходным параметром шагового линейного электродвигателя,Двигатель работает следующим образ ом.При подаче питания на группу обмоток 11 (Фиг, 1) создается несимметричное (относительно стержня 6)магнитное поле, которое притягиваетрейку 4 к рейке 2, От притяжения рейки 4 к рейке 2 зубцы рейки 4 сцепляются с зубцами рейки 2 и подвижньйузел (вместе с рейкой 3 и стержнем 6)Фиксируется,Для совершения нужного линейногошага питание с обмоток 11 снимается.Запитывается группа обмоток 5, лежащая немного выше рейки 3 в данномположении (фиг. 1). Указанное переключение обмоток статора приводит ктому, что группа обмоток 5, создаваянесимметричное (относительно стержня 6) магнитное поле, притягиваетрейку 3 к рейке 1. Жесткая системареек 3 и 4 перемещается из правого(на фиг. 1) положения в левое, перемещая при этом стержень б в продольном линейном направлении, Поперечнаясоставляющая движения реек 3 и 4обеспечивается переключением питанияс обмоток 11 на обмотки 5, а продольная составляющая движения реек 3 и4, которая перемещает стержень б впродольном направлении, обеспечивает"ся запиткой обмоток статора впередиподвижных реек по направлению движения стержня б. После совершения шага зубцы рейки 3, притягиваясь к зубцам рейки 1, обеспечивают надежную Фиксацию подвижного узла.Для совершения следующего линейного шага питание с обмоток 5 следует переключить на обмотки 11. Приэтом запитывается группа обмоток 11,лежащая немного впереди реек 3 и 4по направлению движения стержня6. Система реек 3 и 4 перемеща-.ется слева направо. (фиг. 1), пе 5ремещая при этом стержень. Стержень 6 и рабочий орган совершают следующий (очередной) линейный шаг,После совершения линейного шагарабочий орган и стержень 6 надежнофиксируются притяжением зубчатой рейки 4 к зубчатой рейке 2,Перекпючая питание с обмоток 11на обмотки 5 и наоборот, а также запитывая группы обмоток (с каждым переключением) всегда немного впередиреек 3 и 4 по направлению движениястержня 6, можно и дальше осущест-.влять необходимое шаговое перемещение стержня 6,Переключая группы обмоток статорав обратной последовательности, можноосуществлять реверс электродвигателя, 25После каждого линейного шагаэлектромагнитным прит яжением подвижных реек к соответствующей из неподвижных обеспечивается надежнаяФиксация стержня 6 (и рабочего органа) в необходимом положении, Сцепленные зубцы реек не позволяют сдвинуться стержню 6 под действием каких-либо сторонних возмущений.Электродвигатель (фиг. 4) работает и устроен аналогично варианту(фиг, 1). Разница .состоит лишь в том,что каждая иэ реек 3 и 4 (фиг. 4)составляется из нескольких (например,четырех) элементарных реек или зубча - 4 Отых выступов, соединенных вместе. Приработе для притяжения четырех. выступов запитывается по четыре группы обмоток (5 или 11)Электродвигательпо фиг, 4 способен обеспечить высокое 45тяговое усилие,Если в электродвигателе (Фиг, 1 и 4) рейки 3 и 4 выполнить из ферромагнетиков, имеющих остаточную намагниченность, то при фиксации стержня 6, т.е. когда система реек 3 и 4 притянута к соответствующей из реек 1 или 2, все обмотки статора можно обесточить, Сохранение сцепления ре 55 рек и фиксация стержня 6 обеспечиваются (в этом случае) с помощью магнитного притяжения намагниченной подвижной рейки к соответствующей фер 9ромагнитной рейке статора, Это повышает надежность фиксации двигателя (особенно при перебоях в питании) и экономит электроэнергию. В данном случае питание на обмотки подается только при совершении шагов,Двигатель (фиг. 1 и фиг, 4) может реализоваться как с полным расцеплением реек 3, 4 с рейками 1 и 2 (при перебросе реек,3 и 4), так и с неполным расцеплением, В последнем случае при перемещении, например, реек 3 и 4 справа налево (фиг, 1 ипи 4) зубцы рейки 3 начинают входить во впадины между зубцами рейки 1, когда зубцы рейки 4 еще не . вышли полностью из впадин между зубцами рейки 2. Иными .словами, поперечный переброс реек при совершении каждого шага осуществляется с сохранением фиксации подвижного узла. Это не позволяет возможным импульсным возмущениям сдвигать стержень 6 даже при совершении шага и перемещении реек 3 и 4. Такое исполнение двигателя удобно и повышает надежность егоработы. Данный электродвигатель можно применять при существенных возмущениях, приложенных к рабочему органуОсобенностью электродвигателя(фиг, 5 и 6) является то, что зубчатая рейка 2 выполняется без обмоток,а между стержнем 6 и рейкой 4 устанавливается упругий элемент, Рейки2 и 4 можно выполнять легкими,пластмассовыми, а упругий элементюжно выполнить в виде линейной упру гой про кл адки 12 .Электродвигатель (фиг. 5) работает следующим образом,В исходном состоянии (при обесточенных обмотка ,) стержень 6 ирабочий орган фиксируются в неподвикном положении с помощью прижатия рей-.ки 4 к рейке 2 упругой прокладкой 12. Для совершения шага на группу обмоток 5, лежащую немного впереди рейки 3 по направлению движения стержня 6, подается соответствующее питание. Рейка 3 притягивается к рейке 1. Система реек 3 и 4 преодолевая силу упругости прокладки 12, совершает шаговое движение, имеющее поперечную и продольную составляющие. Вследствие наличия продольной составляющей, рейки 3 и 4 посредством перемычек 9 и 1 О перемещают стержень 6 и стержень 6 совершает линейный шаг, авследствие наличия поперечной составляющей система реек 3 и 4 в концешага прижимается к рейке 1. Этим обес. бпечивается надежная фиксация стержня6. После совершения шага снятием питания с обмоток 5 обеспечивают перемещение реек 3, 4 к рейке 2 под дей"ствием силы упругости линейной прокладки 12, При данном перемещениипродольной составляющей и линейногошага стержня 6 практически не возни-,кает, Прижатием рейки 4 к рейке 2 упругой прокладкой 12 обеспечивается 15фиксация стержня 6 при обесточенныхобмотках 5.Для совершения второго шага на соответствующую группу обмоток 5, лежащую немного впереди рейки 3, направлению движения стержня 6 следуетподать соответствующее питание. Линейный стержень 6 совершает шаг, после чего обмотки 5 опять обесточивают. Прижатием рейки 4 к рейке 2 упругой прокладкой 12 обеспечивается фиксация стержня 6 после совершения данно го .линейно го шага,Для совершения реверса группы обмоток 5 следует переключать в обратной последовательности, т. е. каждыйраз запитывая группы обмоток 5, лежащие немного впереди рейки 3 по направлению обратного хода стержня 6. Электродвигатель по фиг. 8 работает и уст-Зроен во многом аналогично электродвигателю по фиг. 5. Разница состоитлишь в том, что роль упругой прокладки 12 в электродвигателе по фиг, 8выполняют пружины 13 и 14, а рейка 3 40выполнена с четырьмя зубчатыми выступами. Подачей питания на четырегруппы обмоток 5 (фиг 8) обеспечивается соответствующее шаговое движение стержня 6. 4 БВо всех электродвигателях фиг, 1-8)прижатием реек 3, 4 к соответствующей из неподвижных реек 1 и 2 обеспечивается надежная фиксация стержня 6в конце каждого линейного шага. Это 50дает основное преимущество данномуэлектродвигателю и позволяет применять его в составе роботов, манипуля-.торов и станков с ЧПУ. 1, Линейный шаговый электродвигатель, содержщий статор с линейным магнитопроводом с обмоткой и полюсами, линейный подвижный узел и фиксатор, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повьппения надежности путем усиления фиксации, он снабжен четырьмя зубчатыми рейками, две из которых закреплены на статоре, причем одна из них закреплена на полюсах статора,вторая - по другую сторону подвижного узла, а две, по край" ней мере одна из которых выполнена ферромагнитной, размещены на линейном подвижном узле, выполненном в виде стержня с направляющими, в которых подвижно установлены соединительные стержни, жестко соединяющие между собой зубчатые рейки, обращенные к зубцам реек статора.2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что статор снабжен вторым магнитопрово-, дом с обмоткой и полюсами, на кото- рых установлена вторая зубчатая рейка статора, а функции фиксатора обеспечены выполнением по крайней мере одной из реек подвижного узла из ферромагнитного материала с остаточной намагниченностью.3. Электродвигатель по п, 1, о тл ич ающий ся тем, чтофиксатор выполнен в виде упругого элемента, установленного на подвижном элементе между стержнем и зубчатой рейкой, обращенной ко второй зубчатой рейке статора4, Электродвигатель по п, 3, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что упругий элемент выполнен в виде линейной упругой прокладки.5. Электродвигатель по п, 3, о тличающийся тем, чтоупругий элемент выполнен в виде, по крайней мере, одной пружины.6. Электродвигатель по пп, 1, 3-5, отличающийся тем, что вторая зубчатая рейка статора и обращенная к ней зубчатая рейка подвижного узла выполнены из пластмассы, 14748081474808 Составитель А. КурбакоРедактор С,Патрушева Техред Л.Сердюкова Корректор Л Пилипенк Тираж 645 Подписно е ого комитета по изобретениям и открытиям 35, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1908/55ВНИИПИ Государствен11 ГКНТ ССС Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 10