ОРБИТАЛЬНЫЙ ШАГОВЫЙ МОТОР-РЕДУКТОР Российский патент 2003 года по МПК H02K41/06 H02K7/116 

Изобретение относится к орбитальным электромеханическим системам (ОЭС), т. е. многофункциональным, многороторным, многокоординатным электромеханическим преобразователям, имеющим общую магнитную систему, преимущественно цилиндрического типа, и ряд роторов, оси которых разнесены по образующим замкнутой цилиндрической поверхности (орбите), при этом роторы имеют возможность совершать как минимум два движения: вращение вокруг собственной оси и орбитальное перемещение по круговой траектории относительно общего центра. Данные орбитальные электромеханические системы применяются для электроприводов промышленных роботов, поскольку позволяют уменьшить массу и габариты подвижной части (платформы) манипулятора.

Известен орбитальный мотор-редуктор [1], в котором используется статор асинхронного двигателя обычного типа, без какого-то ни было внутреннего статора. Особенностью мотор-редуктора является применение специального тормоза роторов с вращающимся диском, который позволяет фиксировать роторы один относительно другого, при сохранении при этом возможности вращения такого "составного" ротора относительно оси выходного вала. Таким образом реализуется двухскоростной режим работы. Недостатком данного устройства является наличие двух электромагнитных тормозов, что усложняет конструкцию, снижает надежность.

Наиболее близким к заявленному по совокупности существенных признаков является орбитальный мотор-редуктор [2] , особенностью которого является отсутствие специального привода тормоза центрального колеса с возложением его функций на привод тормоза роторов при сообщении водилу осевой подвижности. Он содержит рабочий и тормозной статоры, тормоз, имеющий обмотку с центральными сердечниками, роторы соединены с шестернями, которые взаимодействуют с центральным колесом, имеющим механическую связь с зубцовым слоем. Это упрощает устройство, сообщая ему при этом такое полезное качество, как наличие двух скоростей вращения, что является необходимым для привода большого числа электрифицированных агрегатов.

Однако недостатком данного устройства является усложнение механической части, в частности введение шлицевых соединений. Кроме того, наличие фрикционных тормозов ухудшает параметры быстродействия.

Изобретение направлено на обеспечение бесконтактной фиксации роторов и бесконтактного торможения центрального колеса, упрощение и повышение надежности.

Орбитальный шаговый мотор-редуктор, содержащий рабочие статоры и тормозной статор, роторы-сателлиты, установленные на водиле, выполненном за одно целое с выходным валом, роторы-сателлиты, выполненные за одно целое с шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатым колесом, установленным в подшипнике, тормоз, имеющий центральный сердечник с обмоткой, согласно изобретению роторы-сателлиты выполнены в виде цилиндрических дисков, имеющих два зубчатых слоя, причем первый слой выполнен в виде параллельных зубцов, выполненных по краям цилиндрических дисков по образующим их цилиндров и взаимодействующих с соответствующим рабочим статором, а второй зубчатый слой выполнен в виде радиальных зубцов, находящихся в зоне центрального полюсного наконечника, установленного в центре водила, а тормозной статор находится в магнитной связи с зубцовым слоем, связанным неразъемно с указанным зубчатым колесом.

Достижение технического результата - повышение надежности - обеспечивается за счет бесконтактной фиксации и бесконтактного торможения, которое обеспечивается удерживающими моментами и специальной конструкцией дисков шагового привода.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан разрез диаметральной плоскости орбитального шагового мотор-редуктора; на фиг.2 показано сечение в плоскости одного из дисков.

Орбитальный шаговый мотор-редуктор включает в себя корпус 1, передний фланец 2, тормозной статор 3, рабочие статоры 4 и 5, на фланце закреплен выходной вал 6, который вращается в подшипниках 7 и 8, вал выполнен за одно целое с водилом, в котором в радиальных гнездах установлены подшипники 9 и 10 роторов-сателлитов. С тормозным статором находится в магнитной связи зубцовый слой 11 тормоза. Каждый ротор, например верхний ротор 12, выполнен в виде цилиндрического диска. В подшипнике 13 установлено зубчатое колесо 14, связанное механическим соединением с зубцовым слоем 11. С зубчатым колесом 14 находится в зацеплении вал-шестерня 15 с зубцами 16, вал-шестерня представляет собой деталь, единую в механическом отношении с ротором 12. В центре водила установлен центральный полюсный наконечник 17, в зоне которого находятся радиальный зубцовый слой верхнего ротора 12 и нижнего ротора 18. На задней торцовой крышке 19 установлена выводная коробка 20 и укреплена обмотка 21 тормоза. Каждый ротор снабжен внешним зубцовым слоем 22, который выполнен в виде параллельных зубцов, расположенных по краям дисков по образующим цилиндров. Этот зубцовый слой показан на фиг.2 условно пунктиром. Внутренний зубцовый слой выполнен в виде радиальных зубцов (спиц) 23. Тормоз имеет центральный сердечник 24, колесо 14 и его зубцовый слой 11, связанный между собой неразъемно диском 25. Второй зубцовый слой имеет в своем составе, кроме зубцов 23, окна 26, которые играют роль пазов.

Устройство работает следующим образом.

1. Режим повышенной скорости (грубый подход к точке позиционирования). В этом случае совокупность роторов 12 и 18 представляет собой единое целое с водилом вала 6, при этом фиксация роторов осуществляется за счет реактивного момента, возникающего за счет включения катушки 21 тормоза в магнитной цепи: сердечник 24, зубец ротора 18, зубец ротора 12, полюсный наконечник 17, водило вала 6, крышка 2, корпус 1, крышка 19. Работа данной совокупности роторов осуществляется за счет одновременной параллельной работы статора 3 (в режиме перемещения, который взаимодействует с зубцами 11), при этом колесо 14 вращается в подшипнике 13, а также статоров 4 и 5, которые взаимодействуют с зубцовыми слоями 22 заторможенных относительно водила роторов 12 и 18. При этом передаточное отношение от "составного" ротора в составе дисков 12, 13 и водила к валу 6 равно единице, благодаря чему достигается режим повышенной скорости.

2. Режим пониженной скорости (точный подход к точке позиционирования с механическим уменьшением шага). В данном режиме роторы 12 и 18 растормаживаются один относительно другого, т.е. катушка 21 обесточивается. Статор 3 переводится в режим остановки коммутации с форсированным протеканием стопорного тока, в результате чего диск 25 с зубцами 11 и зубчатым колесом 14 стопорится в подшипнике 13. Работу мотор-редуктора обеспечивают статоры 4 и 5, которые взаимодействуют с зубцовыми зонами 22 роторов 12 и 18. Роторы совершают сложное движение, состоящее из собственного вращения в подшипниках 9 и 10 и орбитального перемещения шестерен с зубцами 16 внутри центрального колеса 14, зафиксированного статором 3 относительно корпуса. В результате обеспечивается передаточное отношение, обусловленное разным числом зубьев и диаметрами колеса 14 и вала-шестерни 15, что приводит к повышенной точности позиционирования.

Введение роторов описанной конфигурации обеспечивает бесконтактный переход от грубого к точному режиму за счет как бесконтактной фиксации роторов, так и бесконтактного привода-тормоза, что упрощает конструкцию, исключает все механические тормозные элементы, кроме вращающихся частей, повышает надежность.

Источники информации
1. Патент РФ 2071631 /Литвиненко А. М. Орбитальный мотор-редуктор. /Опубл. В.И. 1, 1997, Н 02 К 41/06, з-ка 94000636/07 от 06.01.94.

2. Патент РФ 2074490 /Литвиненко А.М. Мотор-редуктор. /Опубл. В.И. 6, 1997, Н 02 К 41/06, з-ка 94000564/07 от 06.01.94.

Изобретение может быть использовано в орбитальных электроприводах промышленных роботов прецизионного типа в радиоэлектронной и электротехнической промышленности для качественной сборки узлов повышенной точности. Устройство содержит рабочие и тормозной статоры, роторы-сателлиты, установленные на водиле. Водило выполнено за одно целое с выходным валом. Роторы выполнены за одно целое с шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатым колесом. Роторы выполнены в виде цилиндрических дисков, имеющих два зубчатых слоя, причем первый слой выполнен в виде параллельных зубцов, расположенных по краям дисков по образующим цилиндров, а второй выполнен в виде радиальных зубцов, расположенных внутри первого слоя и в плоскости дисков. Технический результат заключается в обеспечении бесконтактного перехода от грубого к точному режиму за счет как бесконтактной фиксации роторов, так и бесконтактного привода - тормоза, что упрощает конструкцию, исключает все механические тормозные элементы, кроме вращающихся частей, повышает надежность. 2 ил.

Орбитальный шаговый мотор-редуктор, содержащий рабочие статоры и тормозной статор, роторы-сателлиты, установленные на водиле, выполненном за одно целое с выходным валом, роторы-сателлиты, выполненные за одно целое с шестернями, находящимися в зацеплении с зубчатым колесом, установленным в подшипнике, тормоз, имеющий центральный сердечник с обмоткой, отличающийся тем, что ротор-сателлиты выполнены в виде цилиндрических дисков, имеющих два зубчатых слоя, причем первый слой выполнен в виде параллельных зубцов, выполненных по краям цилиндрических дисков по образующим их цилиндров и взаимодействующих с соответствующим рабочим статором, а второй зубчатый слой выполнен в виде радиальных зубцов, находящиеся в зоне центрального полюсного наконечника, установленного в центре водила, а тормозной статор находится в магнитной связи с зубцовым слоем, связанным неразъемно с указанным зубчатым колесом.