ЛИНЕЙНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЗМ В.И.СМИРНОВА Российский патент 1998 года по МПК H02K7/06 H02K41/02 

Изобретение относится к электротехнике, точному машиностроению, робототехнике, в частности к линейным шаговым электромеханизмам, преобразующим импульсы электроэнергии в дискретное линейное перемещение исполнительного механизма, и может быть использовано в силовых и управляемых электроприводах, осуществляющих линейное возвратно-поступательное перемещение рабочих органов без ограничения создаваемых усилий, например в робототизированных системах сварочного, монтажно-сборочного и складского профилей.

Известен электромеханизм линейного перемещения, состоящий из коллекторного двигателя переменного ряда или постоянного тока, как источника вращающего момента, шариковинтовой пары, позволяющей при вращении шпинделя перемещаться ему в продольном направлении, в котором закреплен магнитопровод с многофазной обмоткой и ротором с короткозамкнутой обмоткой, закрепленным на полом валу, установленном в подшипниковых щитах в радиальных подшипниках с возможностью вращения, внутри полого вала размещен шток линейного перемещения с шарикововинтовым устройством, связывающим шток с полым валом, на котором закреплен тормозной диск подпружиненного электромагнитного тормоза.

Недостатком известного устройства является сложность в изготовлении и значительная их стоимость. Кроме того, недостаточная надежность при работе, обусловленная многократностью возвратно-поступательных перемещений при больших нагрузках на линейный выдвижной элемент в осевом и радиальном направлениях, повышенных износ и нагрев при длительном режиме работы, а также несовершенство системы управления и контроля за перемещениями рабочего элемента с повышенной точностью в режимах шагового и длительного равномерного передвижения.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности и долговечности за счет уменьшения осевых и радиальных нагрузок на выдвижной линейный элемент, уменьшения тепловых нагрузок и повышения точности линейного позиционирования как в режиме шагового, так и в режиме длительного равномерного возвратно-поступательного перемещения линейного элемента.

В совокупность существенных признаков, характеризующих изобретение, входят общие с прототипом признаки: корпус со статором, в котором закреплен магнитопровод с многофазной обмоткой с ротором с короткозамкнутой обмоткой, закрепленным на полом валу, установленном в подшипниковых щитах в радиальных подшипниках с возможностью вращения, а внутри полого вала размещен шток линейного перемещения с шарикововинтовым устройством, связывающим шток с полым валом, на котором закреплен тормозной диск подпружиненного электромагнитного тормоза. Отличительные от прототипа признаки следующие: устройство управления тормозом выполнено в виде пазов на тормозном диске и П-образного сердечника с обмотками измерительного трансформатора с обеспечением при набегании прорези на него достижения минимума магнитного потока в нем. Причем вторичная обмотка измерительного трансформатора соединена со счетчиком импульсов, выход которого подключен к первому входу компаратора, а устройство установки данного числа импульсов к второму входу компаратора, выход которого связан с обмоткой электромагнитного тормоза.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемый линейный электромеханизм отличается более совершенным выполнением подвижного линейного элемента, сопрягаемого с винтовой направляющей ротора, наличием устройства управления, позволяющего повысить точность линейного позиционирования, а также более эффективной системой охлаждения тормозного устройства в исполнительном механизме. Таким образом, заявляемое устройство соответствует условию патентоспособности изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной области техники не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".

На фиг. 1 представлен общий вид линейного электромеханизма в продольном разрезе, на фиг. 2 линейный элемент с конфигурацией п канавок, на фиг. 3 - блок-схема системы управления линейного двигателя.

В корпусе 1 закреплен пакет статора 2, в пазах которого размещена двухфазная или трехфазная обмотка 3, на торцах корпуса 1 установлены подшипниковые щиты 4 с радиальными подшипниками 5, короткозамкнутый ротор 6 посажен на полый вал 7, вращающийся на радиальных шарикоподшипниках 5, внутри полого вала 7 расположен выдвижной элемент 8, выполненный в виде винтового штока, в котором канавки 9 с полукруглым профилем имеют вид п- заходного винта, в утолщениях полого вала с внутренней стороны выполнена канавка 10 полукруглого профиля в радиальной плоскости по внутреннему диаметру утолщения ротора, и образуют полости, в которых расположено п шариков 11 под углом друг к другу 360^o/п при многозаходовом винте. Шарики могут находиться в таком положении как с сепаратором, так и без сепаратора. При больших усилиях на валу для уменьшения нагрузки на шарики можно их число увеличить (и соответственно увеличить число канавок выдвижного элемента).

При выполнении на внешней поверхности выдвижного элемента 8 винтовой канавки 9 не предусматривается канал для возврата шариков. Например, при двухзаходовом винте (п= 2) возможно расположение двух шариков, где угол развода шарков п количество канавок выдвижного линейного элемента при трехзаходовом винте (п 3), то и т. д. На полом валу 7 неподвижно закреплен тормозной диск 12 с прорезями для позиционирования выдвижного линейного элемента 8, взаимодействующий с подружинным нажимным диском 13 с электромагнитным сердечником, который магнитно связан электромагнитной обмоткой 14, к корпусу 1 электромеханизма с торца пакета статора 2 прикреплен П-образный сердечник 15 с обмотками измерительного трансформатора 16, на вращающемся диске 12 выполнены прорези в соответствии с сечением П-образного сердечника. Для улучшения температурного режима линейного двигателя на вращающемся валу 7 установлен вентилятор 17, дополнительный вентилятор 12 установлен в месте расположения тормозного устройства, т. к. при длительном режиме может иметь место сильный его нагрев, для компактности он установлен на поверхности подвижного диска 12 с двух сторон в виде ребер лопаток 18 центробежного вентилятора. На входных 19 и выходных 20 отверстиях могут быть установлены направляющие патрубки с защитными стенками. Устройство управления линейным электромеханизмом (фиг. 3) содержит последовательно установленные импульсный датчик углового положения 21, преобразователь импульсов 22, счетчик импульсов 23, а также содержит компаратор 24 с двумя входами и одним выходом, усилитель 25, устройство установки заданного числа импульсов 26, реле включения 27, исполнительный механизм 28, выполненный в виде тормозного устройства, включающего подпружиненный нажимной диск 13 с электромагнитным сердечником, магнитно связанным с электромагнитной обмоткой 14, электрически связанной с системой управления, причем выход счетчика импульсов 23 подключен к 1-му входу компаратора 24, устройство установки заданного числа импульсов 26 по 2-му входу компаратора 24, а его выход связан с исполнительным механизмом через усилитель 25 и реле включения 27.

Для усиления фрикционного сцепления подвижного и неподвижного дисков на подвижный диск нанесен специальный фрикционный материал 29.

Устройство работает следующим образом. При подаче на двухфазную или трехфазную обмотку статора асинхронного двигателя соответствующего напряжения со сдвигом на 90^o или на 120^o образуется вращающееся магнитное поле, по принципу создания асинхронного момента на коротко замкнутый ротор 7 на полом валу действует вращательный момент, под действием этого момента ротор 7 вращается с соответственно необходимой низкой частотой вращения.

При одновременной подаче напряжения на обмотку статора 2 и на обмотку электромагнита 14 под действием пружин нажимной диск 13 будет отжат от подвижного диска 12. Ротор 7 с полым валом и винтовой направляющей 10, сопряженной с выдвижным линейным элементом 8, вращаясь, придает ему линейное перемещение. Достаточно снять напряжение с обмоток электромагнита 14 под действием пружин нажимной диск 13 будет прижат к вращающемуся диску, в результате чего перемещение выдвижного линейного элемента 8 прекратится. Величина линейного перемещения определяется количеством поступивших импульсов на счетчик импульсов 23. Импульсы создаются на вторичной обмотке микротрансформатора 18 на П-образном сердечнике 15, расположенном с небольшим зазором к подвижному диску 12, в котором выполнены пазы. При набегании при вращении на трансформатор 16 прорезей диска 12 магнитный поток в нем достигает минимума, ток в измерительной цепи, выпрямленный диодами, становится минимальным. Инвертированное напряжение подается на счетчик импульсов 23. Код с выхода счетчика импульсов 23 подается на вход компаратора 24. В нем осуществляется сравнение с кодом, заданным с помощью устройства установки заданного числа импульсов 26, при срабатывании компаратора 24 сигнал через усилитель 25 подается на обмотку реле 27, после срабатывания реле 27 напряжение подается на исполнительный элемент 28.

Для работы в стабильном тепловом режиме через входные отверстия 19 посредством осевого вентилятора полается охлаждающий воздух для нагреваемых участков деталей электромеханизма, для более эффективного отвода тепла от тормозного устройства на плоской поверхности подвижного диска 12 со стороны ротора выполнены ребра лопаток в виде центробежного вентилятора 18, посредством которого производится отвод тепла при нагреве при режиме старт-стоп в выходные отверстия, выполненные радиально на корпусе 1, к расположенному коаксиально тормозному диску.

Использование заявляемого технического решения позволит увеличить ресурс работы, повысит надежность, обеспечит точность позиционирования выдвижного линейного элемента.

Использование: в силовых и управляемых электроприводах в роботизированных системах сварочного, монтажного и складского профилей. Сущность изобретения: устройство содержит статор 2 с многофазной обмоткой 3 и ротор 6 с короткозамкнутой обмоткой, закрепленной на полом валу 7. Внутри полого вала 7 размещен шток 8 линейного перемещения с шариковинтовым устройством, связывающим шток 8 с полым валом 7. На полом валу 7 закреплен тормозной диск 12 электромагнитного тормоза с прорезями. При набегании прорези на П-образный сердечник измерительного трансформатора магнитный измерительный поток в нем и соответствующий сигнал на вторичной его обмотке достигают минимума. 3 ил.

Линейный электромеханизм, содержащий корпус со статором, в котором закреплен магнитопровод с многофазной обмоткой и с ротором с короткозамкнутой обмоткой, закрепленным на полом валу, установленном в подшипниковых щитах в радиальных подшипниках с возможностью вращения, а внутри полого вала размещен шток линейного перемещения с шариково-винтовым устройством, связывающим шток с полым валом, на котором закреплен тормозной диск подпружиненного электромагнитного тормоза, отличающийся тем, что устройство управления тормозом выполнено в виде прорезей на тормозном диске и П-образного сердечника с обмотками измерительного трансформатора с обеспечением при набегании прорези на него достижения минимума магнитного потока в нем, причем вторичная обмотка измерительного трансформатора соединена со счетчиком импульсов, выход которого подключен к первому входу компаратора, а устройство установки заданного числа импульсов к второму входу компаратора, выход которого связан с обмоткой электромагнитного тормоза.