Устройство для винтового перемещения

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 Н 02 К 41/О ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ЬСТВУ ектрекстро ун к- беспезавифцс ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ К АВТОРСКОМУ СВИ(57) Изобретение относится к эл технике и может применяться в т стильном машиностроении, станко нии, робототе)(нических системах других устройствах, требующих в вого перемещения рабочего орган Цель изобретения - расширение ф циональных возможностей путем о чения винтового перемещения с п менным и регулируемым шагом, не симых вращательного и аксиально ремещений якоря, а также изменение закона перемещения якоря в процессе работы и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиального перемещения при упрощении конструкции, повышение технологичности и повышений КПД. Устройство содержит индуктор 1 в виде цилиндрического корпуса 3, в отверстии которогс эапрессованы магнитопроводы ячеек с катушками возбуждения . Магнитопровод имеет треугольный полюсный наконечник 6 с параллельными его стев ронам с зубцами. На рабочую поверхность ячеек нанесен слой 8 немагнитного антифрикционного материала, обеспечивающий гладкую поверхность рабочего зазора, устойчивый гаэомагнитный подвес ферромагнитного гладкого якоря 2, Катушки возбуждения ячеек со схемой управления обеспечивают вклкт чения ячеек в том порядке, который определяет необходимый закон перемещения якоря. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.8подвижного элемента в аксиальном на 5правлении с его вращением вокруг про 10 путем обеспечения винтового перемеще 20 40 45 50 Изобретение относится к электротехнике, к электрическим машинам, обеспечивающим совмещение перемещения дольной оси двигателя, и может применяться в текстильном машиностроении, станкостроении, робототехнических системах и других устройствах,требующих винтового перемещения рабочего органа.Целью изобретения является расширение функциональных возможностей ния с переменным и регулируемым шагом, независимых вращательного и аксиального перемещений якоря, а также изменения закона перемещения якоряв процессе работы и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиального перемещения при упрощении конструкции, повышении технологичности и повышении КПД.На фиг. 1 представлено устройство для винтового перемещения, общий вид,на фиг.2 " наборный индуктор устройства, вид сверху; на фиг.З - то же,сечение; на фиг,4 - развертка наплоскость внутренней поверхности индуктора," на фиг,5 - структурная схема управления коммутацией магнитныхячеек и регулирования частоты вращения и скорости аксиального перемещения. Устройство для винтового перемещения состоит из индуктора 1 и ферро магнитного якоря 2. Индуктор 1 представляет собой цилиндрический стакан 3, в отверстия которого запрессованы магнитопроводы 4 ячеек, на которыхнаходятся катушки 5 возбуждения, Магнитопровод 4 имеет треугольный полюсный наконечник 6, на рабочей поверхности которого выполнены зубцы 7,расположенные параллельно сторонамнаконечника, На рабочую поверхность ячеек нанесен слой 8 немагнитного антифрнкционного материала, обеспечивающий гладкую поверхность рабочегозазора, а также устойчивый газомагнитный подвес якоря 2. В теле магнитопровода 4 выполнен канал 9, обеспечивающий подвод сжатого газа в рабочий зазор устройства. Индуктор 1 установлен в корпус 10 и закрыт крышкой 11, Между корпусом 10 и цилиндричес" ким стаканом 3 образована камера 12,30 35 предназначенная для распределения сжатого газа между каналами 9. Якорь 2 представляет собой ферромагнитный цилиндр без выступов и зубцов, с гладкой поверхностью.Магнитные ячейки 13 - 186 образуют фрагмент индуктора (фиг.З) . Не- магнитный антифрикционный слой, зубцы на рабочей поверхности полюсных наконечников и каналы для подвода сжатого газа на фиг.З не показаны,Катушка 5 возбуждения каждой иэ образующих индуктор ячеек подключена к одному иэ силовых элементов 187 (фиг,4), управляющими входами подключенных к выходам разрядов первого двоичного регистра 188, или к одному из аналоговых силовьщ элементов 189, управляющими входами подключенных к выходам разрядов второго двоичного регистра 190. Информационные Р-входы первого регистра 188 подключены к соответствующим выходам первого задатчика 19 1 закона перемещения, а ин- формационные 0-входы второго регистра 190 - к соответствующим выходам второго задатчика 192 закона перемещен. ння, причем тактовый С-вход первого регистра 188 соединен с входом первого задатчика 191 закона перемещения и с входом первого преобразователя 193 частота - напряжение, выходом подключенного к питающим входам силовых элементов 187, и подключен к выходу первого генератора 194 импульсов регулируемой частоты, а тактовый С-вход второго регистра 190 соединен с входом второго эадатчика 192 закона перемещения и с входом второго преобразователя 195 частота - напряжение, выходом подключенного к входам питания силовых элементов 189, и подключен к выходу логического элемента ИЛИ 196,. первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И 197, первым входом соединенного с выходом первого генератора 194 импульсов, а вторым входом соединенного с выходом 199 двузпозиционного переключателя 198, а второй вход логического элемента ИЛИ 196 соединен с выходом второго логического элемента И 200, первым входом соединенного с выходом второго генератора 201 импульсов регулируемой частоты, а вторым входом - с выходом 202 двухпоэиционного переключателя 198.Устройство работает следующим образом.Как видно иэ приведенных примеров, изменение закона перемещения якоря 2 (шага винтового перемещения, вращательного или аксиального перемещений) достигается изменением геометрической конфигурации магнитных элементов, складывающихся из параллельно включенных магнитных ячеек (катушек 5 воз 1 буждения), Любая необходимая для осу 1 ществления винтового перемещения с различным шагом или вращательного движения, или аксиального перемещения форма магнитных элементов легко синтезируется из ячеек треугольной формы при максимально возможной плотности заполнения поверхности индуктора, что недостижимо при какой-либо другой форме ячеек, в связи с чем полюсные наконечники 6 магниопроводов 4 электромагнитных ячеек выполнены треугольной формы. 14188При подаче в камеру 12 сжатого газа последний через каналы 9 в магнитопроводах 4 ячеек поступает в рабочий зазор между индуктором 1 и якорем2. При этом якорь 2 всплывает в слоегазовой смазки под действием подъемной силы газового слоя.Движение магнитной волны, определяющее перемещение якоря 2, создает-. 10ся при подключении катушек 5 возбуждения магнитных ячеек к источникамнапряжения (преобразователям 193 и 195частота - напряжение) в определеннойпоследовательности, устанавливаемой 15задатчиками 191 и 192 закона перемещения.Сочетание в газомагнитном подвесеякоря 2 подъемной силы газового слояи электромагнитной силы притяжения 20якоря к индуктору, создаваемой рабочим электромагнитным полем индуктора,обеспечивает наряду с устойчивостьюадаптивность устройства к изменениювнешних нагрузок. 25Поскольку закон перемещения якоря2 задается последовательностью переключения ячеек (или групп ячеек), изменение такой последовательностиобеспечивает изменение (регулирова"ние) шага винтового перемещения илидругие виды перемещения (вращательноеили аксиальное) якоря 2.Характер перемещения якоря 2 и изменение шага винтового перемещенияпоясняется фиг.3.Объединение в группу (при параллельном включении катушек 5) ячеек13, 14,43,44,73 и 74 с последующимпереключением на гру пу ячеек 43,449 4073,74, 103 и 104, далее на группу 73,74, 103, 104, 133, 134 и т.д. вызываетвинтовое движение (с определеннымшагом) магнитной волны, чем обусловливается винтовое перемещение якоря2. Коммутация групп ячеек 158,159,130, 131, 102, 103 - 130, 13 1, 102, 103,74 ю 75 - 102 ф 103 е 74754647 - 7417546,47, 18, 19 и т,д. вызывает винтовоеперемещение якоря с тем же шагом, нос обратным направлением винтового50перемещения,Объединением в группу ячеек 1316, 4348, 7578 с последующимпереключением на группу ячеек 4548,7580, 107 110, далее на группу 55ячеек 7780, 107112, 139,.142,з атем на группу 109 112, 139 144,171174 и т.д, достигается увели 624чение шага винтового перемещения якоря 2Дальнейшее увеличение шага винтового перемещения якоря 2 может бытьдостигнуто, например, коммутациейгрупп ячеек 1320, 4350 - 4754, 7784 - 8 188, 111118115122, 145152 - 149156,179186,Винтовое перемещение якоря 2 может быть также получено обьединениемв группу ячеек 14, 15, 16,4348,7580, 107, 108, 109 с последующимпереключением на группу ячеек 46,47,48,7580, 107 112, 139,140,141 идалее 78, 79, 80, 107112, 139 144,171,172,173 и т.д. Для увеличенияшага винтового перемещения возможнообьединение в группу ячеек 1418,4352, 7786, 111 115 с последующим переключением на группу ячеек4852, 7786, 111.,120, 145149, далее на группу 82 86, 111120, 145154, 179183 и т.д.Коммутация групп ячеек 139942128 - 71157 - 100186 позволяет получить вращательное движение якоря 2.Коммутация групп ячеек 1318,4247, 7176, 100105, 129134158 163 ,15 О 4 497378, 102107, 13 1,,136,160 165 - 1722, 465 1, 7580, 104109, 133138, 162167и т.д, позволяет получи.ь аксиальное (линейной) перемещение якоря , 1418862Частота вращения якоря 2 или скорость его аксиального перемещенияопредяется частотой переключениягрупп ячеек,Разделив ячейки индуктивно на дверавных части и используя первуя частьдля получения вращательного, а вторуючасть для получения аксиального перемещения якоря 2, а также обеспечивнезависимое регулирование частотывращения и скорости аксиального перемещения якоря 2, можно получить одновременно независимые вращательное иаксиальное его движения. Результирующее движение якоря 2 оказывается втаком случае винтовым, причем шагвинтового перемещения определяетсячастотой вращения и скоростью аксиального перемещения якоря 2. Раздельное и независимое регулирование частоты вращения и скорости аксиаьногоперемещения якоря 2 позволяет плавнои в широких пределах регулироватьшаг его винтового перемещения . 25Изменение количества одновременно(параллельно) включаемых ячеек индук. тора позволяет изменять и регулировать электромагнитное усилие, азначит и мощность винтового вращаУ 930тельного или аксиального движенияякоря 2,Укаэанный порядок осуществлениявинтового, вращательного или аксиального движения не требует выполненияна рабочей поверхности якоря зубцов 35или выступов, поэтому якорь 2, выполняемый иэ ферромагнитного материала,имеет гладкую цилиндрическую поверхность,Поскольку в каждой фазе винтового(или вращательного, ипи аксиального)движения якоря 2 каждая катушка возбуждения ячеек индуктора имеет одноиз двух возможных состояний (включена или выключена), состояние всехкатушек определяется двоичным числомс количеством разрядов, равным количеству катушек возбуждения в индукторе, причем каждый разряд двоичногочисла характеризует состояние определенной катушки возбуждения, двоичное число "1" в разряде соответствуетвключенному состоянию катушки, адвоичное число "0" - выключенному состоянию катушки. 55При разделении всех катушек возбу;:дения на две равные части, первая из которых обеспечивает вращательное перемещение якоря 2, а вторая - егоаксиальное перемещение, катушки 5первой части ячеек аодключены к силовым элементам 187 (фиг,4), управляющий вход каждого из которых подключен к выходу определенного разряда(от 1 до И) первого Я-разрядного двоичного регистра 188, а катушка 5 второй части ячеек подключены к аналогичным силовым элементам 189, управляющий вход каждого из которых соединен с выходом определенного разряда (от Я+1 до 2 К), второго М-разрядного двоичного регистра 190. Два И-разрядных двоичных числа, записанных в регистры 188 и 190, однозначно опре" деляют состояние всех ячеек индуктора 1 в определенной фазе перемещенияякоря 2, а изменение указанных двоичных чисел определяет порядок коммутации ячеек. При этом информация на0-входы первого регистра 188 поступает с выходов первого задатчика 191закона перемещения, формирующего последовательность двоичных чисел, записываемых в регистр 183, а информация на Р-входы второго регистра 190поступает с выходов второго задатчика 192 закона перемещения, формирующего последовательность двоичных чисел, записываемых в регистр 190. Вкачестве эадатчиков 191 и 192 законаперемещения может быть использовануправляемый электронный коммутаторили постоянное запоминающее устройство, или считывающее устройство,или процессор управляющей ЭВМ,Запись в регистры 188 и 190 информации, поступающей с выходов эадатчиков 191 и,192 закона перемещениясоответственно, осуществляется импульсами, поступающими на тактовыеС-входы регистров 188 и 190 от генераторов 194 и 201 импульсов регулируемой частоты. При этом на тактовыйС-вход первого регистра 188, соединенный с управлякицим входом задатчика 191 закона перемещения и входомпервого преобразователя 193 частотанапряжение, поступают импульсы первого генератора 194 импульсов, а натактовый С-вход второго регистра 190, соединенный с управляющим входом второго задатчика 192 закона перемещения и управляющим входом второго преобразователя 195 частота - напряжение, могут поступать импульсы или первого генератора 194 импульсов, 1418862е или второго генератора 201 импульсов в зависимости от состояния двухпазиционного переключателя 198.При разделении ячеек индуктара 1 на две части для обеспечения одновременно независимых радиального и аксиального перемещений якоря 2 на выходе 199 переключателя 198 находится уровень логического "0", а на выходе 10 202 - уровень логической "1". При этом запрещается прохождение импульсов первого генератора 194 через первый логический элемент И 197, а на тактовый С-вход второго регистра 190 15 через второй логический элемент И 200 и логический элемент ИЛИ 196 поступают импульсы второго генератора 201 импульсов регулируемой частоты, Поскольку частота смены информации (дво ичных чисел) в регистрах 188 и 190 определяет частоту изменения коммутации ячеек индуктора 1, а значит, частоту вращения и скорость аксиального перемещения якоря 2, оба эти переме щения якоря 2 могут регулироватья одновременно и независимо друг ат друга за счет независимого изменения частот генераторов 194 и 201,При осуществлении всеми ячейками индуктора 1 одного вида перемещения якоря 2 (винтового, вращательного или аксиального) двухпозициаццый переключатель 198 находится в состоянии, при котором на его выходе 199цц 35 присутствует уровень логической 1 а на выходе 202 - уровень логического "0", При этом запрещается прохож" дение импульсов второго генератора 201 через вторую двухвходовую логическую схему И 200, а тактовые С-входы обоих регистров 188 и 190 и саециненные с ними управляющие входы задатчиков 191 и 192 закона перемещения и входы преобразователей 193 и45 195 частота - напряжение соответственно управляются только импульсами первого генератора 194 импульсов регулируемой частоты, что обеспечивает одну частоту коммутации всех ячеек индуктора 1.Преобразователи 193 и 195 частота - напряжение, к выходам которых подключены входы питания силовых элементов 187 и 189 соответственно, обеспечивают регулирование напряжения 55 питания катушек 5 возбуждения ячеек индуктора 1 в зависимости от частоты их коммутации, чта необходимо для поддержания правильна а соотношения частоты и цапряжечия при часто; -ном регулировании параметров устройства (частоты вращения или ахостиаксиальнага перемещения якоря 2)При этом частота вращения и скорость аксиальнага перемешения могутрегулироваться в широких пределах,определяемых пределами изменения частот генераторов 194 и 201 импульсови механической прочностью якоря 2Повышение КПД устройства обусловлено включением в каждой фазе перемещения тех ячеек, которые епасредственно взаимодействуют с ферромагнитным якорем 2,Формула изобретения1Устройство для винтового перемещения, содержащее феррамагнитньп якорь, размещенный вцутрц цдуктсра, выполненного из зарессс,т цых ц цилиндрический феррамаг: в .-.цьп корпус электромагнитных ячеек садаржа 1 х катушку возбуждения, магпровод с палюсным наконечником ", схе.г; уггавления, а т л и чю щ е е с я что, с целью расширения фцпццсц-.льных возможностей путем беспечея винтового перемещения,". переменным и регулируемым шагом, цезацс 1., м вращательного и аксиальцсга перемещений якоря а также измененоя закона1перемещения якоря в процесс;: рабаты и широкого диапазона регулирования его частоты вращения и скорости аксиальнога перемещения пр упрощении конструкции, павьппец технологичности и повышении КПЛ,палюсные наконечники магнитаправадав электромагнитных ячеек выполнены треугольными с зубцами на рабочей поверхности, параллельньпи сторонам треугольника, причем вершина каждого треугольника лежит у оснований соседних треугольников, основания треугольников параллельны друг другу, образуя параллельцые ряды тре. угольников.2, Устройство па п.1, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, чта катушки возбуждения ячеек индуктара разделены на две части, а схема управления выполнена в виде электронной схемы, содержащей силовые элементы, к каждому из которых подключены катушки одной части, управляющий вход сила 1418862вых элементов соединен с выходом соответствующего разряда первого двоичного регистра, а каждая катушка вто-.рой части подключена к силовому элементу, управляющий вход которого соединен с выходом соответствующегоразряда второго двоичного регистра,причем информационные Э-входы первого регистра соединены с соответствукюцими выходами первого задатчика закона перемещения, а информационные0-входы второго регистра соединеныс соответствующими выходами второгозадатчика закона перемещения, тактовый С-вход первого регистра, соединенный с входом первого эадатчика закона перемещения и входом первогопреобразователя частота - напряжение,выходом соединенного с входами питания силовых элементов одной части катушек, подключен к выходу первого генератора импульсов регулируемой частоты, тактовый С-вход второго регистра, соединенный с входом второго эадатчика закона перемещения и входом 5второго преобразователя частота - напряжение, выходом соединенного с входами питания силовых элементов второй части катушек, подключен к выходу логического элемента ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом первого логического элемента И, первым входом соединенного с выходом первого генератора импульсов регулируемой частоты и вторым входом соединенного с первым выходом двухпозиционного пе" реключателя, а второй вход логического элемента ИЛИ соединен с выходом второго логического элемента И, первый вход которого соединен с выходом второго генератора импульсов регулируемой частоты, а второй вход соединен с вторым выходом двухпозиционного переключателя,