Способ управления линейным шаговым двигателем Советский патент 1993 года по МПК H02N2/02 

Изобретение относится к линейным шаговым двигателям со стрикционными движущими элементами и может быть использовано в станках и оптических приборах.

Цель изобретения - повышение плавности отработки шага перемещения упругой нагрузки.

На фиг.1 схематически изображен линейный шаговый двигатель с магнитострик- ционным движущим элементом, двумя зажимами и упругой нагрузкой; на фиг.2 изображены две совмещенные, диаграммы отработки двух шагов при сжатии (растяжении) упругой нагрузки магнитострикцион- ным движущим элементом с положительным (отрицательным) магнитострикционным эффектом: диаграмма магнитострикционных напряжений от напряженности магнитного поля и временная диаграмма напряжений от упругой нагрузки; на фиг.З - две совмещенные такой же зависимостью диаграммы

двух шагов при возвращении в исходное положение

Линейный шаговый двигатель содержит два зажима 1 и 2, магнитострикционный элемент 3 с обмоткой 4 намагничивания, перемещающий упругую нагрузку 5.

Так как деформации растяжения и сжатия направлены вдоль одной оси (продольной оси движущего элемента), перепишем уравнение прямого и обратного магнитострикционных эффектов, опустим тензорные индексы при магнитной восприимчивости Ј, модуле Юнга Е, константах, определяющих прямой у и обратный 7 4jry магнитострикцион- ные эффекты,

Д| уВ а fЕ Е

В ц Н //4л:уЈ (Ј + 1 )х

(Л 4 N W

9

х ( Н - -

+ 1

Из них для преобразования магнитной энергии в механическую ( -у- 0) при зажатом зажимами 1 и 2 движущем элементе имеем 7м.с. уВ, а для преобразования механической энергии в магнитную (dH 0) при зажатом ближнем зажиме и действии упругой нагрузки

--цу4л:у

4л:о

При этом нагрузка перемещается на

шаг

AI Asl Р +cAl Е S/I

10

или

А1

Asl-

Изобретение относится к линейным шаговым двигателям и может быть использовано в станках и оптических приборах. Цель изобретения - повышение плавности отработки шага перемещения. Для перемещения нагрузки производят последовательную коммутацию управляющих воздействий на двух зажимах и размещенном между ними стрикционном элементе Освобождение и фиксацию ближнего к нагрузке зажима производят в моменты равенства сил, действующих на этот зажим со стороны упругой нагрузки и стрикционного элемента. Этим исключаются рывки при перемещении нагрузки и повышается срок службы ближнего зажима 3 ил

В

4лгу(Ј + 1 )сгн Е

где 7Н - мгновенное значение напряжения, вызванное усилиями нагружеиия упругой нагрузки и внутренними усилиями трения;

OM.C. - мгновенное значение магнито- глрикционных напряжений.

Предлагаемый способ управления линейным шаговым двигателем реализуется следующим образом. Пусть нужно отработать заданное перемещение за два шага при сжатии (растяжении) нагрузки движущим элементом с положительной (отрицательной) магнитострикцией,

В исходном состоянии оба зажима и движущий элемент обесточены, при этом оба зажима фиксируют движущий элемент.

Пусть в исходном положении нагрузка имеет сжимающий (растягивающий) запас магнитоупругой энергии, выраженной в виде упругих напряжений на выходном конце движущего элемента, и предположим, чго характер влияния нагрузки на движуа(ий элемент линейный.

При сжатии (растяжении) упругой нагрузки (см.фиг.2) от исходного положения подают управляющее воздействие на обмотку 4 намагничивания, и в момент равенства магнитострикционной деформации сжатия (растяжения) и деформации упругой нагрузки освобождают ближний к нагрузке зажим 2. При этом должно выполняться условие

Он.с. + 7Н -О

СГм.с.

4rc/(g + 1 )OH Е

что соответствует на фиг.2 точке А (Не).

После освобождения ближнего зажима и до момента Hi. нагрузку перемещают (для отработки шага) по закону

где As - магнитострикция насыщения;

I - длина движущего элемента;

Р - постоянная масса нагрузки;

с - жесткость нагрузки; RS/I - жесткость движущегося элемента;

S - поверхность контакта движущего элемента с нагрузкой.

При достижении равенства установившегося значения стрикционной деформации и деформации упругой нагрузки (точка B(Hi)) фиксируют к нагрузке зажим; при зтом также должно выполняться условие

Оме + О 0

Ом.С.

(11+ШЕчН

4гг# П1

0

0

5

-Е.

Затем освобождают дальний зажим 1, снимают управляющее воздействие с обмотка намагничивания и по восстановлении первоначальных размеров магнитострикци- онного элемента фиксируют дальний зажим (точка D), Второй шаг отрабатывают аналогично, за исключением того, что напряженность поля Нз Hi.

При возвращении упругой нагрузки, согласно фиг.З, в исходное положение за два шага одновременно освобождают дальний от нагрузки зажим 1 и подключают обмотку 4 намагничивания, При достижении установившегося значения стрикционной деформации фиксируют дальний оажим, затем одновременно освобождают ближний зажим, и, сняв управляющее воздействие с движущего элемента (точки С(Н0), В(Н0)), перемещают нагрузку

Р Ґs7T

Al

Asl

Упругие и магнитострикционные деформации совпадают.

При достижении равенства 0М с + Он 0 фиксируют ближний зажим (точки B(Hi), А(Нз).

Таким образом, по сравнению с прототипом использование предложенного способа управления линейным шаговым двигателем позволяет повысить плавность при пошаговом сжатии (растяжении) и по- шаговом возвращении упругой нагрузки. Плавного перемещения нагрузки достигают благодаря тому, что коммутацию ближнего к нагрузке зажима осуществляют в моменты равенства энергии упругой деформации от действия нагрузки и энергии стрикционной деформации сжатия (растяжения). Кроме этого, устранение рывков нагрузки при коммутациях ближнего к нагрузке зажима в моменты равенства энергий повышает срок службы ближнего зажима.

Формула изобретения Способ управления линейным шаговым двигателем, заключающийся в последова- тельной коммутации управляющих воздействий на стрикционном движущем элементе

и двух зажимах, причем при одинаковых знаках стрикционной деформации и требуемой деформации нагрузки фиксируют ближний к нагрузке зажим и освобождают дальний, подают управляющее воздействие на движущий элемент, после перемещения дальнего зажима фиксируют его, снимают управляющее воздействие с движущего элемента, освобождают ближний зажим и после перемещения нагрузки фиксируют его, а при разных знаках стрикционной деформации и требуемой деформации нагрузки управляющее воздействие на движущий элемент подают при зафиксированных обоих зажимах, далее освобождают ближний к нагрузке зажим, фиксируют его вновь, снимают управляющее воздействие с движущего элемента и одновременно освобождают дальний зажим, фиксируют дальний зажим после восстановления первоначальных размеров движущего элемента, отличающийся тем, что, с целью повышения плавности перемещения, освобождают и фиксируют ближний к нагрузке зажим в момент достижения равенства друг другу сил деформации стрикционного элемента и упругой нагрузки

««а:--а

Фи,1

л; а ц

Фи&.2

ГЧ.

HQH, Д

лч

ra,/(/J

ц

Фи&.2

3

Ј Htt

H9KE Htt

Фиг.З