МОДУЛЬ ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК H02K41/03 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к многокоординатным шаговым электродвигателям, и может быть использовано в автоматизированных технологических установках.

Наиболее близким из известных модулей шагового электродвигателя по технической сущности является двигатель, содержащий магнитомягкое ярмо в качестве опорной поверхности, ротор в форме тела вращения и охватывающий его статор с расточкой в форме усеченного тела вращения с размещенными в нем полюсными наконечниками с обмотками на них.

Недостаток этого двигателя - ограниченные функциональные возможности, связанные с перемещением только по плоскости и по одной координате, а также сложностью конструкции ротора, несущего многофазную обмотку и скользящие контакты.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения точных двухкоординатных перемещений и упрощения конструкции.

Цель достигается тем, что в известном модуле шагового электродвигателя, содержащем магнитомягкое ярмо в качестве опорной поверхности, ротор в форме тела вращения и охватывающий его статор с расточкой в форме усеченного тела вращения с размещенными в нем полюсными наконечниками с обмотками управления на них, ротор выполнен в виде сферического двухполюсного магнита, расточка статора выполнена сферической, а полюсные наконечники в нем расположены по трем взаимно перпендикулярным осям, пересекающимся в центре сферического ротора.

Кроме того, статор жестко связан по крайней мере с двумя статорами идентичных модулей, шаровые роторы которых расположены на общем ярме, образующем опорную поверхность, причем одноименные оси обмоток всех модулей параллельны.

На фиг. 1 и 2 изображен модуль шагового электродвигателя; на фиг. 3 - модуль, статор которого жестко связан с двумя статорами идентичных модулей; на фиг. 4 - схема создания и взаимодействия магнитных полей при работе двигателя.

Модуль шагового электродвигателя содержит магнитомягкий корпус статора 1 с расточкой в форме усеченной сферы, систему фазных обмоток 2 (по оси X), систему обмоток 3 (по оси Y) и обмотку 4 (по оси Z). Оси X, Y, и Z взаимно перпендикулярны и их точка пересечения расположена в центре шарового ротора 5, представляющего собой двухполюсный магнит.

Со стороны усеченной части сферической расточки статора к шаровому ротору примыкает магнитомягкое ярмо 6, поверхность которого представляет опорную поверхность модуля. Шаровой ротор отделен от статора аэростатической опорой. Пути замыкания потоков обмоток 2, обмоток 3 и обмотки 4 показаны пунктиром соответственно Φ_X,Φ_Y и Φ_Z .

На фиг. 3 изображен модуль 11, статор которого жестко соединен с рамой 12, к которой жестко прикреплены статоры идентичных модулей 13 и 14. Все модули опираются на единую опорную поверхность магнитомягкого ярма 15, при этом оси X, Y и Z всех модулей параллельны.

Модуль работает следующим образом.

Для создания результирующего дискретно вращающегося магнитного поля статора (см. фиг. 4) на обмотки статора подается система напряжений
U_X = A_X sin ω t;
U_Y = A_Y sin ω t;
U_Z = U_Zm cos ω t, где A_X = U_xm ˙ sin Ω t, A_y = U_ym cosΩ t и обычно
U_xm = U_ym = U_zm.
Результирующий вектор н. с. пульсирующего поля обмоток статора X и Y, перемещающийся в горизонтальной (экваториальной) плоскости с частотой Ω, определяется по величине и положению, как
I_xy = I_xy max ˙ ˙e^jϕxy, где
I_xymax=
ϕ_xy= arctg I_xm и I_ym - амплитуды н.с. фазных обмоток X и Y.

Взаимодействие н. с. I_xy пульсирующего поля обмоток Y и Y с н.с. I_z = I_zm ˙ cosωt пульсирующего поля обмотки Z создает вращающееся поле статора в вертикальной (меридиональной) плоскости, положение (широта) которой определяется углом ϕ_xy, смена положений (широты) частотой Ω, скорость вращения поля частотой ω. Двухполюсный магнит (ротор) синхронно с результирующим полем статора осуществляет вращение, а значит и качение по опорной поверхности по заданной изменениями ϕ_xy траекториям.

Дискретное вращение поля осуществляется дискретным изменением токов I_z и I_xy с возможностью прекращения изменения токов в фазах, как это и осуществляется в современных шаговых электроприводах.

Отсутствие проскальзывания при качении ротора и высокая точность перемещения обеспечиваются магнитным притяжением магнитного ротора к магнитомягкому ярму.

Задавая необходимые траектории движения каждому модулю (фиг. 3), получают движение системы жесткосоединенных модулей по трем координатам: вдоль осей X, Y и вокруг оси Z.

В любом варианте состава модулей движение осуществляется как по плоской, так и по криволинейной поверхности.

Таким образом, функциональные возможности существенно расширяются, обеспечивая точное перемещение при движении по двум и трем координатам по поверхности, а также упрощается конструкция ротора.

Использование: в автоматизированных технологических установках. Сущность изобретения: модуль содержит магнитомягкий корпус статора с расточкой в форме усеченной сферы, систему фазных обмоток, оси X, Y, Z которых взаимно перпендикулярны и их точка пересечения находится в центре шарового ротора, представляющего собой двухполюсный магнит и лежащего на магнитомягком ярме. Ротор синхронно с результирующим полем статора совершает вращение, а значит, и качение по опорной поверхности по заданной траектории. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. МОДУЛЬ ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащий магнитомягкое ярмо в качестве опорной поверхности, ротор в форме тела вращения и охватывающий его статор с расточкой в форме усеченного тела вращения с размещенными в нем полюсными наконечниками с обмотками управления на них, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения точных двухкоординатных перемещений и упрощения конструкции, ротор выполнен в виде сферического двухполюсного магнита, расточка статора выполнена сферической, а полюсные наконечники в нем расположены по трем взаимно перпендикулярным осям, пересекающимся в центре сферического ротора. 2. Модуль шагового электродвигателя по п.1, отличающийся тем, что, с целью обеспечения трехкоординатного перемещения по поверхности ярма, его статор снабжен и жестко связан по крайней мере с двумя статорами идентичных модулей, шаровые роторы которых расположены на общем ярме, образующем опорную поверхность, причем одноименные оси обмоток всех модулей параллельны.