ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК H02K37/00 

Изобретение относится к приборам автоматики и к электромеханическим исполнительным устройствам, преобразующим электрическую анергию, поданную в виде импульса, в дискретное перемещение вала.

Известны электромагнитные шаговые двигатели, содержащие электромагнит с катушкой, сердечником, качающимся якорем и храповой механизм, включающий храповые колеса, собачки на якоре, возвратные пружины и упоры для собачек /см. а. с. СССР 371650, кл. Н 02 К 33/02, 37/00, 1973 г. [1]; а.с. СССР 548924, кл. Н 02 К 33/02, 1977 г. [2]; а.с. СССР 535677, кл. Y 02 К 33/02, 1976 г. [3]/.

Недостатками данных известных устройств являются сложность конструкции и низкая надежность, обусловленная значительным числом находящихся в упругокинематическом контакте электромеханических элементов.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является электромагнитный шаговый двигатель, содержащий установленный в корпусе электромагнит с катушкой, якорь, совершающий колебательное движение, и механизм преобразования колебательного движения якоря во вращательное движение выходного вала, выполненный в виде двух пружин с разными направлениями навивки, одна из которых фрикционно связывает якорь с выходным валом, а вторая - последний с корпусом /см. а.с. СССР 408427, кл. Н 02 K 33/02, 1973 г./, принятый за прототип.

Недостатками устройства-прототипа являются сложность конструкции, а также низкая надежность взаимодействия ее элементов и повторяемость угла поворота выходного вала при каждом импульсном электрическом воздействии вследствие сложности обеспечения требуемых величин сил сцепления для полного исключения проскальзывания и, наоборот, обеспечения заданного проскальзывания между выходным валом и якорем или корпусом.

Сущность изобретения заключается в создании электромагнитного шагового двигателя вращения, обеспечивающего релейное вращение выходного вала при импульсном действии электрического сигнала за счет преобразования импульсной энергии электромагнитного поля в однонаправленный вращающий момент на выходном валу.

Технический результат - упрощение конструкции и повышение надежности взаимодействия ее элементов.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном электромагнитном шаговом двигателе, содержащем электромагнит с катушкой в виде части тороида, два якоря и упругие фрикционные элементы для взаимодействия якорей с входным валом, особенность заключается в том, что выходной вал выполнен в виде немагнитного диска, установленного на оси вращения концентрично внутри окружности, образованной продолжением внутреннего контура тороидальной катушки, а упругие фрикционные элементы и якори выполнены в виде заполненных ферромагнитной жидкостью и герметично закрытых трубок Бурдона, установленных по разные стороны от немагнитного диска в параллельных плоскости немагнитного диска плоскостях, при этом одни концы трубок Бурдона прикреплены к неподвижному основанию в зоне оси вращения немагнитного диска, а их свободные концы размещены в области периферии немагнитного диска вблизи одного из торцов катушки в виде части тороида таким образом, что при намагничивании ферромагнитной жидкости трубок Бурдона они плотно зажимают немагнитный диск.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 схематично изображен предлагаемый электромагнитный шаговый двигатель, общий вид; на фиг.2 - вид А на фиг.1.

Электромагнитный шаговый двигатель содержит электромагнит с катушкой 1 в виде части тороида, выходной вал, выполненный в виде немагнитного диска 2, установленного на оси 3 в опорах вращения 4 концентрично внутри окружности, образованной продолжением внутреннего контура тороидальной катушки 1, два якоря, являющихся одновременно и упругими фрикционными элементами для взаимодействия якорей с выходным валом 2, выполненных в виде заполненных ферромагнитной жидкостью 5, 6 и герметично закрытых трубок Бурдона 7, 8, установленных по разные стороны от диска 2 в параллельных плоскости диска 2 плоскостях, при этом концы трубок Бурдона 7, 8 прикреплены к неподвижному основанию 9 в зоне оси вращения 3 диска 2, а их свободные концы размещены в области периферии диска 2 вблизи одного из торцов катушки 1.

Работа двигателя осуществляется следующим образом.

При выключенной катушке 1 якори (трубки Бурдона) 7, 8 имеют полукруглую С-образную форму, принятую при заполнении их ферромагнитной жидкостью 5, 6 /сплошными линиями на фиг.1 и 2/, и расположены параллельно плоскости диска 2, не прижимаясь к диску 2. При подаче в катушку 1 импульса тока ферромагнитная жидкость 5, 6 стремится втянуться в осевой зазор катушки 1. При этом С-образные части трубок Бурдона 7, 8 изгибаются в своей плоскости /см. пунктирные линии на фиг.1 и 2/ в сторону торца катушки 1, вблизи которого они расположены.

Одновременно с этим за счет намагничивания ферромагнитной жидкости 5, 6 трубки 7, 8 прижимаются боковыми поверхностями друг к другу, плотно зажимая диск 2. В результате диск 2 за период действия электрического импульса получает импульс вращающего момента в направлении по часовой стрелке на фиг.1, что вызывает поворот диска 2 в данном направлении на фиксированный угол. При выключении тока трубки 7, 8 за счет сил упругости освобождают диск 2 и возвращаются в исходное состояние. Таким образом, процесс подачи последовательности электрических импульсов в катушку 1 обуславливает процесс непрерывных угловых смещений диска 2 на строго определенный угол в одну и ту же сторону.

Очевидно, что предложенный двигатель отличается предельной простотой конструкции, а также регулировки и эксплуатации. Здесь, при соответствующем подборе электромеханических параметров: электрических параметров катушки, жесткости трубок Бурдона, характеристик и объема ферромагнитной жидкости, зазоров между трубками, катушкой и выходным валом и т.п. обеспечивается надежный контакт трубок с диском, а следовательно, отсутствие возможности проскальзывания, высокая надежность взаимодействия узлов.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в приборах автоматики и в электромеханических исполнительных устройствах, преобразующих электрическую энергию, поданную в виде импульса, в дискретное перемещение вала. Технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении надежности взаимодействия ее элементов. Шаговый двигатель содержит электромагнит с катушкой в виде части тороида, два якоря и упругие фрикционные элементы для взаимодействия якорей с выходным валом, выполненным в виде немагнитного диска и установленным на оси вращения концентрично внутри окружности, образованной продолжением внутреннего контура катушки. Упругие фрикционные элементы и якори выполнены в виде заполненных ферромагнитной жидкостью трубок Бурдона, герметично закрытых и установленных по разные стороны от диска в параллельных плоскости диска плоскостях. Одни концы для подачи давления трубок Бурдона прикреплены к неподвижному основанию в зоне оси вращения немагнитного диска, а их свободные концы - в области периферии диска вблизи одного из торцов катушки так, что при намагничивании они плотно зажимают немагнитный диск. 2 ил.

Электромагнитный шаговый двигатель, содержащий электромагнит с катушкой в виде части тороида, два якоря и упругие фрикционные элементы для взаимодействия якорей с выходным валом, отличающийся тем, что выходной вал выполнен в виде немагнитного диска, установленного на оси вращения концентрично внутри окружности, образованной продолжением внутреннего контура катушки в виде части тороида, а упругие фрикционные элементы для взаимодействия якорей с выходным валом и якори выполнены в виде заполненных ферромагнитной жидкостью и герметично закрытых трубок Бурдона, установленных по разные стороны от немагнитного диска в параллельных плоскости немагнитного диска плоскостях, при этом одни концы трубок Бурдона прикреплены к неподвижному основанию в зоне оси вращения немагнитного диска, а их свободные концы размещены в области периферии немагнитного диска вблизи одного из торцов катушки в виде части тороида так, что при намагничивании ферромагнитной жидкости трубок Бурдона они плотно зажимают немагнитный диск.