Линейный шаговый электродвигатель

(56) Патент ФРГ Мкл. Н 02 К 41/03,У 5 М.Ф.Ненека 88.8) 338864,984. РОДВИГАк эл пользован ах с линеильного оргатрудоемкостЬчностиь содержит ными сщий тоянны магниты мом 4 и ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) ЛИНЕЙНЬЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТТЕЛЬ(57) Изобретение относитсятротехнике и может быть исв дискретных электроприводным перемещением исполнитена. Цель состоит в снижениити изготовления и повышениипозиционирования. Двигателоснование 1 с зубцами 2, выпшагом с , и индуктор, содярмо 4, магнитопроводы 5,ками управления 7, 8 и посмагниты 9, 10. Постоянные9, 10 расположены между яр спинками магнитопроводов 5, 6. Иагнитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного сердечника, на полюсе 11которого имеется группа зубцов 12,а на полюсе 13 - группа зубцов 14.Зубцы, образующие любую из групп,выполнены с шагом ь . Группа зубцов12 полюса 11 смещена относительногруппы зубцов 14 полюса 13 на величину Г (К + 1/2), Осевая линия О Омагнитопровода 5 смещена относительно осевой линии О О, магнитопровода 6 на величину(и + 1/р), гдеК - целое число; р - число пар полюсов индуктора. Группа зубцов 14, выполненная на полюсе 13, охватываетгруппу зубцов 12, выполненную на полюсе 11, что позволяет увеличить поле допусков всех конструктивных элементов и совместную нарезку зубцов12 и 14, Возможность коррекции положения магнитопроводов 5 и 6 относительно зубцов 2 основания повышаетточность позиционирования, 11 ил.Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в линейном шаговом электроприводе систем автоматики.Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления и повышение точности позиционирования,На фиг, 1 показан электродвигатель, общий вид, разрез вдоль движения; на фиг, 2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг. 3-6 - схемы физического состояния, поясняющие принцип работы двигателя; на фиг. 7 - ярмо с направляющими пазами; на фиг. 8 - взаимное положение охватывающей и охватываемой группы зубцов после совместной разрезки зубцов; на фиг, 9- взаимное положение зубцов охватываемой и охватывающей групп после по,ворота зубцов охватываемой группы на 180 ; на фиг. 10 и 11 - варианты выполнения охватываемой и охватыва ющей зубцовых групп в виде многогранных фигур.Линейный шаговый электродвигатель содержит ферромагнитное основание 1 30 с зубцами 2 и индуктор 3. Зубцы 3 выполнены с шагам С в направлении, нормальном к направлению движения.Индуктор 3 состоит из ярма 4, магнитоправодов 5 и 6 с обмотками 7 и 8 управления и постоянных магнитов 9 и 10, Постоянные магниты 9 и 10 расположены между ярмом 4 и спинками магнитопроводов 5 и 6, Магнитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного 40 сердечника, на полюсе 11 которого выполнена группа зубцов 12, а на полюсе 13 - группа зубцов 14. Магнитопровод 6 выполнен так же, как магнитоправод 5, и состоит из сердечника, на полюсе 15 которого выполнена группа зубцов 16, а на полюсе 17 - группа зубцов 18. Зубцы, образующие любую из групп, выполнены с шагомГруппа зубцов 12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 полюса113 на величину Х =(К + -- ). Ана 2 - 2логично смещена группа зубцов 16 относительно группы зубцов 18, Осевая линия 0 Оэ магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии ОО магнитопровода 6 на величину Хс =.С (и+ +1/р), Для случая, приведенного на 1фиг. 1 и 2 К=О Х = + - -о 1 па12; р = 4; Х = с,(12 + 1/4).Группа зубцов 14, выполненная наполюсе 13, охватывает группу зубцов12, выполненную на полюсе 14, Аналогично группа зубцов 18, выполненнаяна полюсе 17, охватывает группу зуб-,цов 16, выполненную на полюсе 15.Осевая линия 0 0 магнитопровода 5совпадает с осевой линией поверхностей полюсов 12-й и 14-й групп зубцов.Соответственно, осевая линия 060,магнитопровода 6 совпадает с осевойлинией расположенных на нем зубцовыхповерхностей, Осевые линии 0 0412-й и 14-й зубцовых групп смещеныотносительно осевой линии 0 Оз магнитопровода 5 на величину, кратнуюАналогично осевые линии 16-й4и 18-й зубцовых групп смещены относительно осевой линии 060, магнитопровода 6,В общем случае (фиг.8 и 9) зубцырасположены несимметрично относительно осевой линии магнитопровода. Приэтом зубцы, расположенные по однусторону осевой линии, смещены относительно нее на величину ДХ;1=( 4 + ), а зубцы, выполненныепо другую сторону осевой линии магнитопровода, смещены относительно1нее на величину Ь Х =( -- -)4где= О, +1, +2, +3,- номеразубцов, расположенных по одну сторону осевой линии магнитопровода 0 Оз(001 ); 1 = 1,2,3, , - номера зубцов, расположенных по другую сторонуосевой линии магнитопровода ООз(00 )При этом 1-ми номерами обозначены ближние к осевой линии магнитопровода зубцы.Геометрические размеры магнитопроводов 5 и б удовлетворяют соотношениямР = тс , Р = ЧГ 3Пш 2 + ц 2) при этом магнитопроводы 5 и 6 установлены в соответствующих направляющих пазах 19 и 20, выполненных в ярме 4. Пазы 19 и 20 выполнены подРуглом М, = - - -- к осевым линиям1з 145зубцов 2, где- эубцовое делениеиндуктора; 0,О - диаметр окружности,описывающей охватываемую группу зубцов; П, П - внутренний и внешнийдиаметры окружностей, ограничивающих охватывающую группу зубцов - 1;ш = 2,3,4, ; с .в . тп+1,2,3,4 - число зубцов в охватываемой и охватывающей группах соответственно.На Фиг, 1 и 2 ш = 8; = 9; 0 =12 гФиксация магнитопроводов в пазах19 и 20 ярма 4 осуществляется с помощью немагнитных болтовых соединений 21 и 22 или другими известнымиспособами.функционирование двигателя обеспечивается за счет перераспределения результирующего магнитного потока Рсостоящего иэ потока Р, постоянных маг.нитов и магнитного потока Ф , создаваемого обмотками управлейия, между соответствующими группами зубцов.Перераспределение потокаиз одРних групп зубцов в другие создаетсяпутем соответствующего алгоритма ком.мутации напряжения в обмотках управ-,ления двигателя,При обесточенных обмотках управления магнитный поток У, в зависимости от положения ферромагнитногозубчатого основания относительнозубцовых групп индуктора замыкаетсяпо одному из контуров, показанныхна фиг. 3-6. За исходное положениеиндуктора примем состояние (фиг,З),когда группа зубцов 14 магнитопровода 5 оппозитно размещена относительно зубцов 2 ферромагнитного основания 1. При подаче на обмотку 8 управления напряжения магнитный потокР,создаваемый обмоткой под группойзубцов 16, суммируется с потоком Ра под группой зубцов 18 - вычитаетсяиз потока У . Результирующий магнитный поток под группой зубцов 18 минимума Р = 9, - Р. Под действиемпотока Р ферромагнитное основание(или индуктор) перемещается до положения, при котором зубцы 2 основания1 занимают оппозитное положение сгруппой зубцов 16. В данном случаеперемещение составляет 1/4При подаче напряжения на обмотку7 (фиг.4) и снятии напряжения с обмотки 8 происходит перераспределениепотока в группах зубцов магнитопро 7105вода 6. При этом магнитный поток Рв воздушном зазоре под группой зубцов 12 увеличивается, апод группой зубцов 14 уменьшается и основание перемещается еще на 1/4 . Приподаче напряжения обратной полярности на обмотку 8 управления, а затемна обмотку 7 .управления ферромагнит ное основание перемещается поочередно на 1/4, , Далее цикличность пере.ключения обмоток повторяется и закаждый цикл переключений зубчатоеоснование (или индуктор) перемещает ся на одно эубцовое деление.Снижение трудоемкости изготовления достигается за, счет увеличенияполя допусков конструктивных элементов, снижения точности поэиционирова ния и ухудшения его тяговых характеристик и совместной нарезкой зубцовохватывающей (14, 18) и охватываемой.(.12, 16) групп зубцов магнитопровода.При одинаковой точности смещения 25 зубцовых эон 12, 16, 14 и 18 индуктора (одинаковой точности позиционирования) величина полей технологических допусков в предлагаемой конструкции в 2,3 раза больше величины поля 30 допусков в известной, чем снижаетсятрудоемкость изготовления двигателя.Кроме этого, технологические погрешности изготовления зубцов 12,14, 16 и 18 индуктора снижаются эасчет совместного изготовления охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14и 18 групп зубцов с последующим поворотом одного из полюсов 11, 13осердечника на 180 вокруг оси сим О метрии магнитопровода, Так как зубцы охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп выполнены со смещением, кратнымг /4, относительнооси симметрии магнитопроводов 5 и б,то при повороте одного из полюсов11 и 13 на 180 охватывающая группазубцов 14 и 18 смещается относительно охватываемой 12 или 16 на ог /2.При этом погрешность смещения зуб"цов охватываемых 12 и 16 и охватьвающих 14 и 18 групп определяется толь.ко погрешностью величины Ь Х; и независит от других факторов.Повышение точности позиционирования достигнуто за. счет прецизионногорасположения групп зубцов 12, 14, 16,и 18 индуктора относительно зубцов 2ферромагнитного основания. Прецизионное расположение групп зубцов 12, 14, 1457105основание, зубцы которого выполненыс шагом Г и перпендикулярны продольной оси двигателя, и индуктор,состоящий иэ ярма, магнитопроводовс обмотками управления и постоянныхмагнитов, расположенных между ярмоми магнитопроводами, магнитопроводывыполнены в виде двухполюсных сердечников с группой зубцов на каждомполюсе, зубцы каждой группы выполнены с шагом о, , группы зубцов каждого иэ сердечников сдвинуты одна отЪносительно другой на величину1с(К + в -), а оси магнитопроводовсдвинуты одна относительно другой( М1на величину(п + ), где К, и -Рцелые числа; р - число полюсов индуктора, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью снижения трудоемкостиизготовления и повышения точностипозиционирования, группа зубцов од ного полюса каждого из сердечниковохватывает группу зубцов другого полюса этого сердечника, осевые линиигрупп зубцов смещены относительноосевой линии магнитопровода на вели/,чину кратную -- геометрическиеЭ 4размеры магнитопровода удовлетворяютсЬотношениям50Формула изобретенияЛинейный шаговый электродвигатель,содержащий ферромагнитное зубчатое при этом магнитопроводы установлены в направляющих пазах ярма, выполненных под углом в -"- к осевым линиямр,1зубцов ферромагнитного основания, где 0, - диаметр окружности, описывающей охватываемую группузубцов ш;1), Р . - внутренний и внешний диаметры окружностей, ограничивающих охватывающую группу зубцов ц;1 - длина паза ярма;ш = 2,3,4, . - число зубцовв охватываемой группе;с 1 = т+1,2,3,4, - целое число.1457105 оставитель А,Курбаковехред М.Ходанич Корректор В.Бутяг В,Петра а од, ул. Проектная, 4 дс енно-полиграфическое предприятие, г. Заказ 7488/55 Тираж 645 ПодписноеВН 1 П 1 Ш", .о.:ударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб , д. 4/5