Линейный шаговый электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K41/03 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрическим машинам, и может быть использовано в линейном шаговом электроприводе систем автоматики.

Цель изобретения - снижение трудоемкости изготовления и повьппение точности позиционирования.

На фиг. 1 показан электродвигатель, общий вид, разрез вдоль движения; на фиг. 2 - разрез А-Анафиг.1; на фиг. 3-6 - схемы физического сос- тояния, поясняющие принцип работы двигателя; на фиг. 7 - ярмо с направляющими пазами; на фиг. 8 - взаимное положение охватывающей и охватываемой группы зубцов после совместной разрезки зубцов; на фиг.9- взаимное положение зубцов охватываемой и охватывающей групп после поворота зубцов охватываемой группы на 180 ; на фиг. 10 и 11 - варианты выполнения охватываемой и охватыва- ющей зубцовых групп в виде многогранных фигур.

Линейный шаговый электродвигатель содержит ферромагнитное основание 1 с зубцами 2 и индуктор 3. Зубцы 3 выполнены с шагом Z в направлении, нормальном к направлению движения. Индуктор 3 состоит из ярма 4, магни- топроводов 5 и 6 с обмотками 7 и 8 управления и постоянных магнитов 9 и 10. Постоянные магниты 9 и 10 расположены между ярмом 4 и спинками магнитопроводов 5 и 6. Магнитопро- вод 5 выполнен в виде двухполюсного сердечника, на полюсе 11 которого выполнена группа зубцов 12, а на полюсе 13 - группа зубцов 14. Магни- топровод 6 выполнен так же, как маг- нитопровод 5, и состоит из сердечни- ка, на полюсе 15 которого выполнена группа зубцов 16, а на полюсе 17 - группа зубцов 18. Зубцы, образующие из групп, выполнены с шагом с:Группа зубцов 12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 .полюса

13 на величину Х ( ± -2

логично смещена группа зубцов 16 относительно группы зубцов 18. Осевая линия OjO, магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии ,о магнитопровода 6 на величину Х. С (п t1/p). Для случая, приведенного на

фиг. 1 и 2, К 0; Х

12; р 4; Х. С,(12 + 1/4).

Группа зубцов 14, вьтолненная на: полюсе 13, охватывает группу зубцов 12, выполненную на полюсе 14. Аналогично группа зубцов .18, выполненная на полюсе 17, охватывает группу зубцов 16, вьтолненную на полюсе 15. Осевая линия ОуО магнитопровода 5 совпадает с осевой линией поверхностей полюсов 12-й и 14-й групп зубцов Соответственно, осевая линия магнитопровода 6 совпадает с осевой линией расположенных на нем зубцовых поверхностей. Осевые линии , 12-й и 14-й зубцовых групп смещены относительно осевой линии ОуО маг- ндгтопровода 5 на величину, кратную -у- . Аналогично осевые линии 16-й и 18-й зубцовых групп смещены относительно осевой линии ОйО,о магнитопровода 6.

В общем случае (фиг.8 и 9) зубцы расположены несимметрично относительно осевой линии магнитопровода. При этом зубцы, расположенные по одну сторону осевой линии, смещены относительно нее на величину iXj

о (-J- + i), а зубцы, выполненные

по другую сторону осевой линии магнитопровода, смещены относительно

нее на величину ДХ:

... 1ч

. -z(j - -4-.

где i О, +1, +2, +3, ... - номера зубцов, расположенных по одну сторону осевой линии магнитопровода (OfiOio); J 1,2,3,... - номера зубцов, расположенных по другую сторону осевой линии магнитопровода OjOg (0,0,д ). При этом i-ми номерами обозначены ближние к осевой линии магнитопровода зубцы.

Геометрические размеры магнитопроводов 5 и 6 удовлетворяют соотношениям

Ош °г 1

D 2 - т2 + qi ,

при этом магнитопроводы 5 и 6 установлены в соответствующих направляющих пазах 19 и 20, вьшолненных в ярме 4. Пазы 19 и 20 выполнены под

oL

Г,-р -i-c- к

1

осевым линиям

1457105

зубцов 2, где Г - зубцовое деление индуктора; П,, - диаметр окружности, описывающей охватываемую группу зубцов; , Т) - внутренний и внешний диаметры окружностей, ограничиваю-- щих охватывающую группу зубцов - q; m 2,3,4,., ; q - m+1,2,3,4 - число зубцов в охватываемой и охватывающей группах соответственно.

На фиг. 1 и 2 m 8; q 9; Рщ

; D, gtr.,

g п

10

D

+ 9

12 -гГг .

Фиксация магнитопроводов в пазах 19 и 20 ярма 4 осуществляется с-по- мощью немагнитных болтовых соедине- НИИ 21 и 22 или другими известными способами.

Функционирование двигателя обеспечивается за счет перераспределения результирующего магнитного потока Ф, состоящего из потока Ф постоянных магнитов и магнитного потока Ф , создаваемого обмотками управления, между соответствующими группами зубцов. Перераспределение потока Ф из одних групп зубцов в другие создается путем соответствующего алгоритма коммутации напряжения в обмотках управ-., ления двигателя.

При обесточенных обмотках управления магнитный поток Ф,, в зависимости от положения ферромагнитного зубчатого основания относительно зубцовых групп индуктора замывается по одному из контуров, показанных на фиг. 3-6. За исходное положение индуктора примем состояние (фиг.З), когда группа зубцов 14 магнитопрово- да 5 оппозитно размещена относительно зубцов 2 ферромагнитного основания 1. При подаче на обмотку 8 управения напряжения магнитный поток Рц оздаваемый обмоткой под группой

убцов 16, суммируется с потоком 9

о 45

под группой зубцов 18 - вычитается з потока Рд . Результирующий магнитый поток под группой зубцов 18 миниума (Р 9 -9. Под действием отока 9р ферромагнитное основание или индуктор) перемещается до полоения, при котором зубцы 2 основания занимают оппозитное положение с руппой зубцов 16. В данном случае еремещение составляет 1/4t.

При подаче напряжения на обмотку (фиг.4) и снятии напряжения с оботки 8 происходит перераспределение отока в группах зубцов магнитопроко 15 с

ни по то 20 НИ ри ох

25 зу то ро ки ци 30 до тр гр 14 3g сч ты и во се 40 ме цы ющ ще оси то 11 зуб но При 50 цов ющи ко зав

gg ния рас хИ 1 фер ное

е

вода 6. При этом магнитный поток Фр в воздушном зазоре под группой зубцов 12 увеличивается, а Ф под груп- g пой зубцов 14 уменьшается и основание перемещается еще на 1/4 с.,. При

10

.,

45

подаче напряжения обратной полярное- ти на обмотку 8 управления, а затем на обмотку 7 .управления ферромагнитное основание перемещается поочередно на . Далее цикличность переключения обмоток повторяется и за каждый цикл переключений зубчатое основание (или индуктор) перемещает- 15 ся на одно зубцовое деление.

Снижение трудоемкости изготовления достигается за. счет увеличения поля допусков конструктивных элементов, снижения точности позиционирова- 20 НИН и ухудшения его тяговых характеристик и совместной нарезкой зубцов охватывающей (14, 18) и охватываемой (12, 16) групп зубцов магнитопровода.

При одинаковой точности смещения 25 зубцовых зон 12, 16, 14 и 18 индуктора (одинаковой точности позиционирования) величина полей технологических допусков в предлагаемой конструкции в 2,3 раза больше величины поля 30 допусков в известной, чем снижается трудоемкость изготовления двигателя. Кроме этого, технологические погрешности изготовления зубцов 12, 14, 16 и 18 индуктора снижаются за 3g счет совместного изготовления охватываемых 12 и 16 и охватывающих- 14 и 18 групп зубцов с последзтощим поворотом одного из полюсов 11, 13 сердечника на 180° вокруг оси сим- 40 метрик магнитопровода. Так как зубцы охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп выполнены со смещением, кратным- б г /4, относительно оси симметрии магнитопроводов 5 и 6, то при повороте одного из полюсов 11 и 13 на 180 охватьшающая группа зубцов 14 и 18 смещается относительно охватьгоаемой 12 или 16 на /2. При этом погрешность смещения уб- 50 цов охватываемых 12 и 16 и охватьгеа- ющих 14 и 18 групп определяется только погрещностью величины UX; и не зависит от других факторов.

Повьшгение точности позиционирова- gg ния достигнуто за. счет прецизионного расположения групп зубцов 12, 14, 16 хИ 18 индуктора1 относительно зубцов 2 ферромагнитного основания. Прецизионное расположение групп зубцов 12, 14,

16 и 18 индуктора обеспечивается путем коррекции взаимного положения групп зубцов 12, 14, 16 и 18 магнит- провода и коррекции положения магни- топроводов 5 и 6 относительно зубцов 2 основания. Коррекция взаимного положения зубцов охватываемых 12 и 16 и охватьшающих 14 и 18 групп обеспечивается поворотом одной из групп относительно их общей оси симметрии, а коррекция положения сердечников относительно зубцов ферромагнитного основания выполняется путем смещения магнитопровода в направляющем пазу ярма.

Так как направляющий паз (фиг.7) выполнен под углом к зубцам ферромагнитного основания 1, то при перемещении магнитопроводов 5 и 6 в пазу группы зубцов 12, 14, 16 и 18 магнитопроводов 5 и 6 смещаются относительно зубцов 2 основания. Величина смещения определяется величиной угла

основание, зубцы которого выполнены с шагом Tj и перпендикулярны продольной оси двигателя, и индуктор, состоящий из ярма, магнитопроводов с обмотками управления и постоянных магнитов, расположенных между ярмом и магнитопроводами, магнитопроводы выполнены в виде двухполюсных сердечников с группой зубцов на каждом

10

15

полюсе, зубцы каждой группы выполнены с шагом о , группы зубцов каждого из сердечников сдвинуты одна относительно другой на величину

( ± -о ° магнитопроводов сдвинуты одна относительно другой на величину ((п ±), где К, п 20

целые числа; р - число полюсов индуктора, отличающийся тем, что, с целью снижения трудоемкости изготовления и повьш1ения точности

.. , ...позиционирования, группа зубцов оди длиной паза и в общем случае может 25 ного полюса каждого из сердечников быть равна величине Nj C ПрактИчес- охватывает группу зубцов другого по- ки коррекция может быть выполнена при смещении магнитопроводов 5 и 6 в .пределах 1/р части зубцового деления.

Перемещением магнитопров.одов 5 и

люса этого сер дечника, осевые линии групп зубцов смещены относительно осевой линии магнитопровода на вели30

.

чину, кратную -у-, геометрические

основание, зубцы которого выполнены с шагом Tj и перпендикулярны продольной оси двигателя, и индуктор, состоящий из ярма, магнитопроводов с обмотками управления и постоянных магнитов, расположенных между ярмом и магнитопроводами, магнитопроводы выполнены в виде двухполюсных сердечников с группой зубцов на каждом

полюсе, зубцы каждой группы выполнены с шагом о , группы зубцов каждого из сердечников сдвинуты одна относительно другой на величину

( ± -о ° магнитопроводов сдвинуты одна относительно другой на величину ((п ±), где К, п ного полюса каждого из сердечников охватывает группу зубцов другого по-

люса этого сер дечника, осевые линии групп зубцов смещены относительно осевой линии магнитопровода на вели

.

чину, кратную -у-, геометрические

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в дискретных электроприводах с линейным перемещением исполнительного органа. Цель состоит в снижении трудоемкости изготовления и повышении тЬчности позиционирования. Двигатель содержит основание 1 с зубцами 2, выполненными с шагом б , и индуктор, содержащий ярмо 4, магнитопроводы 5, 6 с обмотками управления 7, 8 и постоянные магниты 9, 10. Постоянные магниты 9, 10 расположены между ярмом 4 и 4 спинками магнитопроводов 5, 6. Маг- нитопровод 5 выполнен в виде двухполюсного сердечника, на полюсе 11 которого имеется группа зубцов 12, а на полюсе 13 - группа зубцов 14. Зубцы, образующие любую из групп, выполнены с шагом t . Группа зубцов 12 полюса 11 смещена относительно группы зубцов 14 полюса 13 на величину Т. (К + 1/2). Осевая линия ОуО, магнитопровода 5 смещена относительно осевой линии , магнитопровода 6 на величину с (п + 1/р), где К - целое число; р - число пар полюсов индуктора. Группа зубцов 14, выполненная на полюсе 13, охватывает группу зубцов 12, выполненную на полюсе 11, что позволяет увеличить поле допусков всех конструктивных элементов и совместную нарезку зубцов 1.2 и 14. Возможность коррекции положения магнитопроводов 5 и 6 относительно зубцов 2 основания повьш1ает точность позиционирования. 11 ил. Си S (Л ел S 6 Фиг.1

6 в пазу ярма корректируется величина с (п ± 1/р), определяющая смещение охватываемых 12 и 16 и охватывающих 14 и 18 групп зубцов магнито- проводов 5 и 6 относительно зубцов 2 ферромагнитного основания, а вращением охватываемых групп зубцов вокруг оси симметрии, магнитопроводов 5 и 6 корректируется величина

(К ± -о) определяющая смещение

охватываемых 12 и 16 групп относительно охватывающих 14 и 18. Коррекция указанных величин компенсирует влияние технологических погрешностей изготовления двигателя на точность взаимного расположения групп зубцов индуктора , что повьш1ает точность позиционирования двигателя ,

Формула изобретения

Линейный шаговый электродвигатель содержащий ферромагнитное зубчатое

размеры магнитопровода удовлетворяют соотношениям

Эт D

qZ.

D c:

:т

|2 +

этом магнитопроводы установлены правляющих пазах ярма, выполнен 2.

од углом;- к осевым линиям

ов ферромагнитного основания, D - диаметр окружности, описывающей охватываемую группу зубцов га;

-внутренний и внешний диаметры окружностей, ограничивающих охватьшающую группу зубцов q;

-длина паза ярма;

2,3,4,... - число зубцов в охватываемой группе;

га+1,2,3,4,... - целое число.

D

1 m

/2.

7 П

ХА™4.11.Ж.5 -VV

/у

S

г.

Фиа.у

7 9 -.Ф Р

Ю 16 6

U...L

8

Физ.6

izds)

ли.,-Гг (

(риг. 8

(iJ/2l

11116}

12(16)

)

Фиг.ю

litds

1Z(1B)

.f

12(16

J/77

фиг. 11