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 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 K 41/03, 1985].

Недостатком устройства является невозможность удержания фиксаторов при отключенном питании, невозможность работы на плоской поверхности.

Известен линейный шаговый электродвигатель, содержащий ферромагнитную направляющую, проходящую внутри немагнитного корпуса, заполненного ферромагнитной жидкостью, внутри которого по направляющей независимо перемещаются два электромагнита с жестко закрепленными фиксаторами. [Авторское свидетельство СССР N 1363395, М.кл. H 02 К 41/03,1986].

Недостатком изобретения является невозможность удержания фиксаторов при отключенном питании, невозможность работы на плоской поверхности.

Известен линейный шаговый электродвигатель, состоящий из трех фиксаторов - постоянных магнитов, двух тяговых элементов, например пьезокерамических, размещенных между магнитами, опорного элемента - ферромагнитной пластины. [Авторское свидетельство СССР N 1617556, М.кл. H 02 К 41/03,1987].

Недостатком устройства является низкий КПД, трехтактный режим работы.

Известен линейный шаговый электродвигатель, содержащий 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].

Недостатками известного устройства является отсутствие фиксации при отключенном питании, невысокая плавность хода, возможность возникновения резонансных явлений, невозможность работы на плоской поверхности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявленному является устройство, у которого электромагнитный механизм перемещения выполнен из двух тяговых электромагнитов, состоящих из сердечников, размещенных один против другого, и якорей в виде пластин, установленных на немагнитном основании, помещенном в воздушный зазор между сердечниками и жестко соединенном с одним из фиксаторов, при этом другой фиксатор жестко соединен с сердечниками. [Авторское свидетельство N 703883, М.кл. H 02 К 41/02, 1979].

Недостатками данного устройства является отсутствие фиксации при отключенном питании, невысокая плавность хода, возможность возникновения вибраций.

Задача изобретения - увеличение плавности хода, регулировка ее и предупреждение вибраций за счет введения регулируемой гидравлической обратной связи по скорости, повышение надежности устройства за счет применения простого механизма перемещения, обеспечения возможности удержания фиксаторов при отключенном питании.

Поставленная задача достигается тем, что линейный шаговый двигатель, содержащий два фиксатора, обращенных рабочими поверхностями к ферромагнитной направляющей и установленных с возможностью перемещения вдоль одной оси, электромагнитный механизм перемещения, с возможностью регулировки шага перемещения, в отличие от прототипа снабжен гидроцилиндром с вязкой жидкостью, полости которого соединены посредством трубки, с переменным сечением, регулируемым с помощью винта, первым и вторым фиксаторами, состоящими соответственно из первого и второго постоянных магнитов и первой и второй катушек, намотанных вокруг них, электромагнитным механизмом перемещения, содержащим третий постоянный магнит и электромагнит, размещенные один против другого на немагнитном основании, третий постоянный магнит жестко соединен с первым фиксатором и корпусом гидроцилиндра, электромагнит соединен со вторым фиксатором и поршнем гидроцилиндра.

На чертеже схематично изображен предлагаемый двигатель, общий вид.

Двигатель состоит из фиксаторов первого, включающего в себя первый постоянный магнит 1 и первую катушку 2, намотанную вокруг него, и второго, включающего в себя второй постоянный магнит 3 и вторую катушку 4, намотанную вокруг него, обращенных рабочими поверхностями к ферромагнитной направляющей 5, электромагнитного механизма перемещения, состоящего из третьего постоянного магнита 6 и электромагнита 7, размещенных один против другого на немагнитном основании, расстояние между которыми можно регулировать, гидроцилиндра 8 с вязкой жидкостью, внутри которого расположен с возможностью перемещения поршень 9, корпус гидроцилиндра 8 жестко соединен с первым фиксатором и третьим постоянным магнитом 6, а поршень 9 - соединен со вторым фиксатором и электромагнитом 7. Полости гидроцилиндра 8 соединены между собой посредством трубки 10, сечение которой можно регулировать с помощью винта 11. Для регулирования величины шага третий постоянный магнит 6 установлен с возможностью перемещения, что может осуществляться путем закрепления его на специальных направляющих или с помощью кинематических передач, например гайки-винта, эксцентрика и т.п.

Электродвигатель работает следующим образом. При необходимости движения устройства справа налево на первую катушку 2 первого фиксатора подается напряжение таким образом, чтобы магнитный поток, создаваемый ей, был направлен встречно магнитному потоку первого постоянного магнита 1. При этом сила, с которой первый постоянный магнит 1 притягивался к ферромагнитной направляющей 5, уменьшится до значений, при которых первый фиксатор можно будет свободно сместить. Затем напряжение подается на обмотку электромагнита 7 таким образом, чтобы магнитный поток, создаваемый им, был направлен встречно магнитному потоку третьего постоянного магнита 6, при этом третий постоянный магнит 6 будет отталкиваться, перемещая первый фиксатор и корпус гидроцилиндра 8. Гидроцилиндр 8, перемещаясь, вытесняет вязкую жидкость из одной своей полости в другую, жидкость, проходя через трубку 10, препятствует резкому перемещению механизма. По окончании этого перемещения снимается напряжение с первой катушки 2 первого фиксатора, при этом он закрепляется на ферромагнитной направляющей 5, и подается на вторую катушку 4 второго фиксатора, таким образом, чтобы магнитный поток, создаваемый ей, был направлен встречно магнитному потоку второго постоянного магнита 3, ослабляя его взаимодействие с ферромагнитной направляющей 5. Затем подается напряжение на электромагнит 7 таким образом, чтобы магнитные потоки, создаваемые им и третьим постоянным магнитом 6, были направлены согласно, при этом электромагнит 7 будет притягиваться к третьему постоянному магниту 6, увлекая за собой второй фиксатор и перемещая поршень 9 гидроцилиндра 8. Поршень 9, перемещаясь, вытесняет вязкую жидкость из одной полости гидроцилиндра 8 в другую через трубку 10, что препятствует резкому перемещению механизма. Указанный цикл может повторяться многократно.

Реверсирование направления движения осуществляется изменением очередности подачи напряжений на обмотки фиксаторов и тягового электромагнита 7.

Регулировка плавности хода осуществляется посредством винта 11, который меняет сечение трубки 10, что влияет на скорость перетекания вязкой жидкости из одной полости гидроцилиндра 8 в другую.

Итак, предлагаемое устройство обладает возможностью регулировки плавности хода, надежной фиксацией при отключенном питании, высокой надежностью и КПД, лишено возможности возникновения вибраций.

Использование: в электромеханических приводах возвратно-поступательного движения и как исполнительный двигатель промышленного робота. Технический результат заключается в увеличении плавности хода, регулировке и предупреждении вибраций, обеспечении возможности удержания фиксаторов при отключенном питании, повышение надежности устройства. Линейный шаговый двигатель содержит гидроцилиндр с вязкой жидкостью, полости которого соединены посредством трубки с переменным сечением, регулируемым с помощью винта. Первый и второй фиксаторы состоят соответственно из первого и второго постоянных магнитов и первой и второй катушек, намотанных вокруг них. Электромагнитный механизм перемещения содержит третий постоянный магнит и электромагнит, размещенные один против другого на немагнитном основании. Третий постоянный магнит жестко соединен с первым фиксатором и корпусом гидроцилиндра. Электромагнит соединен с вторым фиксатором и поршнем гидроцилиндра. 1 ил.

Линейный шаговый двигатель, содержащий два фиксатора, обращенных рабочими поверхностями к ферромагнитной направляющей и установленных с возможностью перемещения вдоль одной оси, электромагнитный механизм перемещения с возможностью регулировки шага перемещения, отличающийся тем, что он снабжен гидроцилиндром с вязкой жидкостью, полости которого соединены посредством трубки с переменным сечением, регулируемым с помощью винта, при этом первый и второй фиксаторы выполнены соответственно из первого и второго постоянных магнитов и первой и второй катушек, намотанных вокруг них, а электромагнитный механизм перемещения состоит из третьего постоянного магнита и электромагнита, размещенных один против другого на немагнитном основании, причем третий постоянный магнит жестко соединен с первым фиксатором и корпусом гидроцилиндра, электромагнит же соединен со вторым фиксатором и поршнем гидроцилиндра.