Двухкоординатный шаговый электродвигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K41/03 

СХ) 00 00 Изобретение относится к двухкоор динатному шаговому-электродвигателю в частности для быстрого и точного позиционирования пространственных и плоских объектов в приборной технике для распознавания или изменения местной структуры. Такие приводы особенно подходят для подключения к электронным системам, создающим циф ровые сигналы. Известны двухкоординатные устрой ства движения, при которых координатные столики приводятся вращатель но работающими шаговыми электродвигателями через систему ходовых винтов при помощи карданных валов, под вижных в продольном направлении, че рез канатные тяги особенно в коорди натных самописцах или прямо через беззазорное управляющее устройство, связанное пружиной, и передвижное в поперечном направлении. В качестве привода применяют и непрерывно рабо тающие ротационные двигатели с муфтами и тормозящими устройствами, связанными с импульсными датчиками и регулирующими устройствами. Для привода координатных столиков приме няют и электродвигатели с прямолинейным полем. Однако координатные столики имеют большую массу для устройства дви жения во второй координате, если не обхс.„;има высокая точность позициони рования, и поэтому они имеют невыгодную динамическую характеристику. Кроме того, существуют двухкоординатные шаговые электродвигатели, построенные по принципу релюктации, и поляризованные двухкоординатные шаговые электродвигатели, например, в SU-t 483741 с разрешающей способностью, ограниченной возможностями изготовления структур зубьев и полюсов . В DD-PS 129 948 описано устройство, при котором между первой и вт рой частями, между которыми замыкается магнитный поток, находится тре тья часть, расположенная так, чтобы между третьей частью и по меньшей мере одной из первый обеих частей было возможно относительное движение. Для шагового перемещения в некоторых координатных направлениях установлены тсзковедущие дорожки и зубцы для перемещения вдоль отдельных координат таким образом, чтобы досточная длина провода токоведущих дорожек, расположенных в шахматном порядке без скрещивания, всегда находилась в соответствующем магнитном поле. Известным Устройствам присущи три существенных недостатка, заключающихся в рченб малой созданной силе в случае малых величин шага вследствие незначительной допустимой токовой нагрузки серий тонких проводов, только относительно большой величине шага вследствие технологически ограниченных возможностей изготовления наименьших ширин зубца и в низкой точности шага в случае тонких шагов зубцов и токоведущих дорожек. В US-W 3745433 линейное и вращательное движение опертого валка осуществляется специальными расположениями катушек и магнитов. Цель изобретения - создание двухкоординатного шагового электродвигателя, при помощи которого можно реализовать квазисвободные от момента вращения силы и у которого арретирование стола обеспечивается давлением сжатого воздуха. В основу изобретения положена задача создать двухкоординатный шаговый электродвигатель, который имеет выгодную динамическую характеристику и осуществляет наименьшие шаговые перемещения ниже 1 мкм, а также арретирование ротора в каждом положении. Во избежание эксцентрически действующих на стол сил катушки прикрепляются на ферромагнитной опорной плите пригнанной восьмиугольной формы. Крышка магнитопровода соединяется с опорной плитой так, чтобы остался воздушный зазор над катушками. В этом воздушном зазоре расположена немагнитная подвижная плита стола, в которой располагаются преимущественно несколько пар постоянных магнитов с. противоположно намагниченными магнитами над неподвижными катушками для каждого из направления X, V . Крышка имеет подводы сжатого воздуха над плитой стола в целях устранения слипания ее со столом. В случае преимущественно крестообразной формы плиты стола минимальная ширина bg.- перекрестных перемычек стола определяется шириной Ь«р по- . верхности подвода сжатого воздуха по отношению чтобы стол не выходил из области действия воздушной струи. Длина магнитного полюса определяется величиной хода ЗУ и шириной ветви обмотки Ъд . . Длина катушки для исключения сил, перпендикулярных направлению движения, вызываемых потоками рассеяния, действующими на лобовой части катушки, выбирается больше суммы ширины магнитного полюса, хода стола 5 yj, в направлении, перпендикулярном направлению действия сил соответствующей координаты, ДВОЙНОЙ ширины 2Ъс ветви катушки и двойной высоты 2Ь магнита согласно отношению S«vHH V 4 2b . Направленная к магнитам сторона крышки магнитопровода имеет пластмассовое покрытие, предпочтительно РТРЕ, для уменьшения сил .притяжения и износа при отключении джатого воздуха. Отключение сжатого воздуха позволяет обеспечить одновременно магнитный зажим плиты стола как арретирование против действующих снаружи на плиту стола сил во время сос тояний простоя. Крышка обратного замыкания имеет кроме своих четырех крепежных перемычек на сторонах еще два участка направления потока для лежащих близко к середине стола магнитов, чтобы не возникали направленные друг против друга магнитные пото ки из-за противоположно пЬлярйзованных магнитов в одинаковых путях пото ка. Растровые пластинки для получения оптоэлектрических сигналов (элементы импульсного датчика ) расположе ны симметрично к этим дополнительнь1М участкам направления потока. В середине крышки магнитопровода стола и опорной плиты находятся лучепропускающие отверстия, причем в середине стола находится объектодержатель, на пример, из стекла. С помощью растровых пластин, осве щенных источниками света и сканированных оптоэлектронными приемниками, при движении получаются местные сигНсшы приращения для включенного регу лятора положения, сравнивающе.го мест ные сигналы с подведенными управляющими сигналами в соответствии с необ ходимыми движениями для достижения заданной позиции, включающего соответствующие катушки к имеющим источникам постоянного напряжения соответ ствующей полярности эквивалентно воз никающего отклонения регулирования со времени действия импульсов различной длины. Информацию о положении можно получать и через вообще извест ную систему измерения перемещения лазерным лучом или другими датчиками приращения, причем тогда на плите стола располагается только зеркало азерного интерферометра или другие плиты датчика приращения, а обработка измеряемых величин происходит вне стола и нагрузка массой не получается. На фиг. 1 изображен двухкоординатный шаговый электродвигатель ( разрез А-А на фиг. 2 с четырьмя постоянными магнитами в каждом координат-, ном направлении х , : на плите стола J; на фиг. 2 - разрез Б-Б на фиг.1. Двухкоординатный шаговый электродвигатель содержит две прямоугольные катушки 5, укрепленные на ферромагнитной опорной плите 1 пригнанной восьмиугольной формы. С опорной плитой 1 соединена крышка магнитопровода 7, оставляющая над катушками 5 воздушный зазор, в котором установлена крестообразная плита стола 3, имеющая в каждой перекрестной перемычке над прямоугольными катушками 5 пару противоположно поляризованных постоянных магнитов бив середине стола находится объектодержатель 9. Катушка магнитопровода 7, кроме четырех крепежных перемычек относйтельно опорной плиты 1, еще две специальные перемычки 10 для направления потоков постоянных магнитов- разных координат, располо-женных вблизи от середины стола. На нижнюю сторону крышки магнитопровода 7 нанесено пластмассовое покрытие 4, например FTFE, и на верхней стороне имеются подводы сжатого воздуха 8, направляющие сжатый воздух к распределительным каналам 15 в крышке магнитопровода 7. Между катушками 5 на ферромагнитной опорной плите 1 находятся диамагнитные детали 2. Э двух углах плиты стола 3 укреплены растровые пластины 11 и 12, освещаемые источниками света 13 и сканируемые фотоприемниками 14. Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.

ДВУХКООРДИНАТНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий располбженную над неподвижными катушками и несущую постоянные магниты подвижную плиту, на которой закреплены элементы импульсного датчика положения, отличающийся тем, что на подвижной крестообразной плите 3 для каждой координаты движения X, V установлено минимально два противоположно намагниченных постоянных магнита 6, а прямоугольные катушки 5 с минимальной длиной ( I неподвижно закреплены на ферромагнитной опорной плите 1, соединенной с имеющей специальные ферромагнитные перемычки 10 ферромагнитной крышкой 7, в котооой выполнены распределительные каналы 15 для подвода сжатого воздуха и на внутренней поверхности которой имеется пластмассовое покрытие 4, причем минимальная ширина, перемычки крестообразной плиты ( 7,2 равна или больше ширины полости для подвода сжатого воздуха. а