ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2001 года по МПК H02K41/03 

Устройство относится к области электромеханических приводов возвратно-поступательного движения и может быть использовано как исполнительный двигатель промышленного робота.

Известен линейный шаговый двигатель, состоящий из ферромагнитной направляющей, закрепленной каретки и свободной каретки, на которых установлено по фиксирующему электромагниту на пружинящих элементах. Кроме того, на каретках закреплены тяговые электромагниты. Якорь установлен с возможностью перемещения вдоль оси направляющей для выставки необходимой величины шага двигателя [авторское свидетельство СССР N 989698, М.Кл. H 02 К 41/03, 1983].

Недостатком устройства являются невысокая средняя скорость движения двигателя и отсутствие плавной регулировки величины шага.

Известен линейный шаговый электродвигатель, содержащий ферромагнитную направляющую, проходящую внутри цилиндрического немагнитного корпуса, заполненного ферромагнитной жидкостью, внутрь которого помещены соединенные между собой два подвижных электромагнита, содержащих магнитопроводы и катушки, жестко связанные замкнутым немагнитным корпусом, внутрь которого помещен первый электромагнитный фиксатор, а второй жестко закреплен к корпусу снаружи [авторское свидетельство СССР N 1188832, М.Кл. H 02 К 41/03, 1985].

Недостатком устройства является невозможность обеспечения непрерывного движения исполнительного органа электродвигателя.

Известен также линейный шаговый двигатель, содержащий безобмоточный индуктор из магнито-мягкого материала с системой зубцов и подвижный якорь, включающий координатные модули, соединенные с упругим шарниром, создающим их жесткую связь в плоскостях, параллельных поверхности индуктора и возможность взаимного поворота модулей в поверхности индуктора [авторское свидетельство СССР N 1669061, М.Кл. H 02 К 41/03, 1991].

Недостатком изобретения является невысокая точность позиционирования.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является устройство, содержащее ферромагнитную направляющую, сердечник цилиндрического тягового электромагнита с обмоткой управления, жестко соединенной с электромагнитным фиксатором, якорь, представляющий собой ряд магнитопроводов в виде концентрично расположенных цилиндров, входящих один в другой, и конусных пружин, обеспечивающих выдвинутое положение якоря [авторское свидетельство N 1192060, М.Кл. H 02 К 41/03, 1985].

Недостатком известного устройства является отсутствие возможности углового перемещения исполнительного органа электродвигателя.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей за счет дополнения линейного шагового двигателя электромагнитной муфтой.

Поставленная задача достигается тем, что линейный шаговый двигатель, содержащий ферромагнитную направляющую, сердечник цилиндрического тягового электромагнита с обмоткой управления, жестко соединенной с электромагнитным фиксатором, якорь, представляющий собой ряд магнитопроводов в виде концентрично расположенных первого, второго и третьего цилиндров, входящих один в другой, первой, второй и третьей конусных пружин, обеспечивающих выдвинутое положение якоря, в отличие от прототипа снабжается электромагнитной муфтой, состоящей из двух подвижных друг относительно друга на первой и второй направляющих первого и второго электромагнитов, содержащих первую и вторую обмотки соответственно и подпружиненных первой и второй пружинами, что обеспечивает разомкнутое положение электромагнитной муфты при отключенных напряжениях первой и второй обмоток. При этом ферромагнитная направляющая и внутренняя поверхность электромагнитной муфты имеют резьбу.

Существо устройства поясняется чертежами. На фиг. 1 представлен линейный шаговый электродвигатель, разрез; на фиг. 2 - электромагнитная муфта, разрез.

Электродвигатель содержит ферромагнитную направляющую 1, сердечник 2 цилиндрического тягового электромагнита с обмоткой управления 3, жестко соединенной с электромагнитным фиксатором 4, якорь, представляющий собой ряд магнитопроводов в виде концентрично расположенных первого цилиндра 5, второго цилиндра 6 и третьего цилиндра 7, входящих один в другой, первой конусной пружины 8, второй конусной пружины 9 и третьей конусной пружины 10, обеспечивающих выдвинутое положение якоря. Первая пружина 8 опирается одним концом на первую шайбу 11, а другим - на вторую шайбу 12, жестко закрепленную к первому цилиндру 5. Вторая пружина 9 опирается одним концом на вторую шайбу 12, а другим - на третью шайбу 13, жестко закрепленную ко второму цилиндру 6. Третья пружина 10 опирается одним концом на третью шайбу 13, а другим - на торец третьего цилиндра 7, жестко соединенного с электромагнитным фиксатором 14, электромагнитную муфту 15, представляющую собой два подвижных друг относительно друга первого электромагнита 16 и второго электромагнита 17, содержащие первую обмотку 18 и вторую обмотку 19 соответственно, на первой направляющей 20 и второй направляющей 21. При этом первый подвижный электромагнит 16 и второй подвижный электромагнит 17 подпружинены первой пружиной 22 и второй пружиной 23, что обеспечивает раздвинутое положение первых друг относительно друга при отключенных напряжениях первой обмотки 18 и второй обмотки 19. Ферромагнитная направляющая 1 и внутренняя поверхность электромагнитной муфты 15 имеют резьбу 24.

Электродвигатель работает следующим образом. При обесточенной обмотке 3 якорь занимает исходное положение, показанное на фиг. 1. Для обеспечения перемещения двигателя по ферромагнитной направляющей 1 включается электромагнитный фиксатор 4, при этом сердечник 2 фиксируется относительно ферромагнитной направляющей 1. Затем подается напряжение на обмотку 3 тягового электромагнита. Первый цилиндр 5 втягивается во внутрь сердечника, преодолевая сопротивление первой конусной пружины 8, упирающейся одним концом в неподвижную первую шайбу 11, а другим - во вторую шайбу 12, перемещающуюся вместе с первым цилиндром 5. Первый цилиндр 5, втягиваясь в сердечник 2, одновременно перемещает второй цилиндр 6, третий цилиндр 7 и электромагнитный фиксатор 14. При полном втягивании первого цилиндра 5 в сердечник 2 второй цилиндр 6 занимает положение, когда его нижний срез совпадает с верхним срезом сердечника 2, и начинается аналогичное втягивание второго цилиндра 6, а затем - третьего цилиндра 7. Последний, втягиваясь в сердечник 2, одновременно перемещает вниз электромагнитный фиксатор 14, при этом третий цилиндр 7 фиксируется относительно ферромагнитной направляющей 1. Затем отключается электромагнитный фиксатор 4 и сердечник 2 под действием первой пружины 8, второй пружины 9 и третьей пружины 10 двигается по ферромагнитной направляющей 1, занимая исходное положение. После этого указанный цикл может многократно повторяться.

При необходимости придать рабочему органу двигателя винтовое движение подают напряжения на первую обмотку 18 и вторую обмотку 19 электромагнитной муфты 15 таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые ими были направлены согласно. При этом первый подвижный электромагнит 16 и второй подвижный электромагнит 17, преодолевая сопротивления первой пружины 22 и второй пружины 23, притянутся друг к другу по первой направляющей 20 и второй направляющей 21, в результате чего рабочий орган двигателя будет совершать винтовое движение по ферромагнитной направляющей 1, соединенной с электромагнитной муфтой 15 посредством резьбы 24. При отключении напряжений с первой обмотки 18 и второй обмотки 19 первый подвижный электромагнит 16 и второй подвижный электромагнит 17 примут раздвинутое положение под действием первой пружины 22 и второй пружины 23, при этом рабочий орган двигателя будет совершать линейное перемещение.

Итак, предлагаемое устройство обладает возможностью углового перемещения исполнительного органа, в результате чего расширяются его функциональные возможности.

Использование: как исполнительный двигатель промышленного робота. Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей. Линейный шаговый двигатель содержит сердечник цилиндрического тягового электромагнита с обмоткой управления, жестко соединенной с электромагнитным фиксатором. Якорь представляет собой ряд магнитопроводов в виде концентрично расположенных первого, второго и третьего цилиндров, входящих один в другой. Первая, вторая и третья конусные пружины обеспечивают выдвинутое положение якоря. Электромагнитная муфта состоит из двух подвижных друг относительно друга на первой и второй направляющих первого и второго электромагнитов. Он содержит первую и вторую обмотки, подпружиненные первой и второй пружинами. Это обеспечивает разомкнутое положение электромагнитной муфты при отключенном питании первой и второй обмоток. 2 ил.

Линейный шаговый двигатель, содержащий ферромагнитную направляющую, сердечник цилиндрического тягового электромагнита с обмоткой управления, жестко соединенной с электромагнитным фиксатором, якорь, представляющий собой ряд магнитопроводов в виде концентрично расположенных первого, второго и третьего цилиндров, входящих один в другой, первой, второй и третьей конусных пружин, обеспечивающих выдвинутое положение якоря, отличающийся тем, что он снабжен электромагнитной муфтой, представляющей собой два подвижных друг относительно друга на первой и второй направляющих первого и второго электромагнита, содержащих первую и вторую обмотки соответственно и подпружиненных первой и второй пружинами, при этом, ферромагнитная направляющая и внутренняя поверхность электромагнитной муфты имеют резьбу.