Способ изготовления индуктора планарного шагового двигателя Советский патент 1993 года по МПК H02K15/02 

Изобретение относится к технологии электродвигателей, в частности к способу изготовления планарных шаговых даигате- ;лей с аэростатическими опорами.

Цель изобретения - повышение точности изготовления и снижение трудоемкости технологического процесса путем формирования из тонколистового ферромагнитного . материала рабочего элемента, представляющего собой лист со сквозными щелевыми отверстиями, расположенными на его плоскости по специфической геометрической структуре, обеспечивающей оптимальную картину электромагнитного поля, причем существенно здесь то, что формирование рабочего элемента из его заготовки осуществляется до его приклейки к основанию плиты (в отличие от традиционных способов формирования рабочего элемента в виде листа с зубчатой структурой поверхности, нарезаемой после приклейки заготовки рабочего элемента к основанию пяигы). Уже это отличие создает предпосылки для снижения трудоемкости и расширения возможностей выбора необходимых технологических средств формирования рабочего элемента необходимой конфигурации, так как рабочий элемент можно формировать отдельно от основания плиты индуктора.

Поставленная цель достигается тем. что в известном способе формируют структуру поверхности рабочего элемента, представляющую традиционно две перпендикулярных между собой системы непрерывных параллельных канавок, Это относится ко всем известным способам формирования поверхности рабочего элемента индуктора. В то же время в теории работы таких двигателей нет однозначного указания на то, что эти канавки должны быть обязательно непрерывными. Учет данного обстоятельства и заложен в основу предлагаемого технического решения, так как то, что данные двигатели являются шаговыми, можно утверждать, что канавки могут быть прерывными, причем подобная прерывность должсл С

00 CJ

о

VJ

к

СА

на быть соизмерима именно с величиной шага. Учет граничных условий движущих электромагнитных полей индуктора и ротора двигателя позволяет определить, что выступы ферромагнитного материала вдоль траектории каждой канавки должны быть в несколько раз длиннее длины элементарного шага двигателя. С помощью ЭВМ по специально разработанной программе было определено, что рабочий элемент может представлять собой тонколистовую сетку с щелевыми сквозными отверстиями, например, следующей геометрии: размер сетки - 0,3x290 290 мм с размером рабочего поля 280 280 мм; шаг отверстий - 0,64 мм с допуском ± 10 мкм; на технологическом поле сетки допускаются весьма значительные дефекты; на рабочем поле сетки допустимы отдельные дефекты размерами не более чем в 1/5 меньшей стороны отверстия, причем не более 5 шт. на сторону; выступы в отверстиях должны быть не более 100x100 мкм и не более 5 шт.; в пределах допуска на каждое отверстие могут быть любые дефекты.

Таким образом, доказана возможность использования в качестве рабочего элемента индуктора плоскостной материальной структуры щелевых отверстий, обозначенных здесь структурой типа паркетной доски.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается от известного тем, что он характеризуется промышленным применением существенно новой технологии изготовления рабочего элемента, а также новой формой самого рабочего элемента, представляющего собой лист со сквозными щелевыми отверстиями, расположенными на плоскости листа по структуре типа паркетной доски с соотношениями, по- зволяющими исполнить оптимальные условия работы индуктора и двигателя в целом. Следовательно, предложение характеризуется переориентацией производства на принципиально новую технологию изготов- ления индуктора, причем оно затрагивает не одну или две операции, а весь технологический процесс технического объекта в целом.

Кроме того, заявляемый способ отлича- ется.от известного тем, что он характеризуется применением рабочего элемента в существенно новом исполнении, а имений в виде листа со сквозными щелевыми отверстиями, совокупность которых образует на поверхности рабочего элемента геометрическую структуру типа паркетной доски с соотношениями сторон щелей и расстояниями между щелями, позволяющими, с одной стороны, обеспечить оптимальные условия

работы индуктора, обусловленные картиной электромагнитных полей, и, с другой, обеспечить необходимую жесткость рабочего элемента и его механическую прочность, Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна.

В известных технических решениях в рабочем элементе формируется зубчатая структура поверхности, требования к выполнению которой технологически сложны и трудоемки. Эти недостатки не присущи заявляемому техническому решению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию существенные отличия и значительном положительном эффекте.

В качестве технологии изготовления рабочего элемента предлагается избрать химическое фрезерование, которое основано на удалении слоя материалов с участков поверхности заготовки рабочего элемента, не покрытых защитным слоем-составом, за счет химического взаимодействия материала с травильным раствором. Преимуществами этого способа является: практически полное отсутствие механических и тепловых эффектов в зоне съема материала, высокая точность и качество обрабатываемой поверхности, возможность обработки материалов вне зависимости от параметров технологического процесса, от твердости заготовок, достаточно высокая производительность, которая обеспечивается принципиально присущей данному способу возможностью одновременной обработки больших поверхностей.

Для создания способа изготовления индуктора пленарного шагового двигателя рассматривались два варианта технологии: одностороннее травление структуры типа паркетной доски на поверхности плиты; двухстороннее сквозное травление листа, толщина которого равна толщине зуба, с последующей приклейкой полученной детали к основанию.

При одностороннем травлении исследовались технологические возможности получения сетчатой структуры с шагом сетки 0,64 мм. шириной впадины 0,32 мм, глубиной 0,32 мм на плоской поверхности. Материал плиты - сталь 10. Производилось травление в растворе хлорного железа. Образцы были габаритов 60X40 х 10 мм; для создания рисунка использовались стеклянные фотошаблоны, шаг сетки - 0,64 мм, ширина линий была выбрана 0,32 и 0,2 мм. При химическом фрезеровании процесс травления идет по всем направлениям с одинаковой скоростью. Поэтому защитные покрытия должны перекрывать по контуру границу выемов ма величину, равную глубине травления. В этом случае травлению подвергается металл под защитным экраном по радиусу. В противном случае в закрытом пространстве скапливается газ, препятствующий травлению. Данное явление в основном и определяет степень неравномерности травления получаемой структуры.

Экспериментальная проверка показала, что при данном способе не удается получить необходимую форму зуба из-за большого подтрава стенок пазов. Даже при ширине линии 0,2 мм сохранить размер выступов 0,32 мм удается только при травлении на глубину до 0,15 мм, причем зуб имеет неправильную форму и радиусы. Следовательно, вариант одностороннего травления не обеспечивает требуемого качества рабочего элемента из-за протрава боковых стенок паза и неравномерности травления образцов по всей площади.

При двухстороннем травлении листового материала, толщина которого равна толщине зуба, изучались технологические возможности данного варианта способа с целью определения технологических ограничений к сетчатой структуре, В ходе экспериментов было выявлено, что рассмотренная технология массового получения сетчатой структуры на металлическом листе обеспечивает высокое качество изготовления и может быть непосредственно использована для создания мелкосетчатых структур шаговых двигателей с глубиной зуба 0,15 мм.

В результате были определены следующие требования к конструкции сетчатой структуры: в связи с тем, что при травлении на углах образуется радиус, то для обеспечения линейности структуры вместо отверстий должны вытравливаться щели, ширина которых меньше длины, а противоположные края параллельны. Сетчатая структура должна обладать жесткостью в напра влени- ях X и Y (т.е. во взаимно перпендикулярных направлениях) с тем, чтобы не происходила деформация ее в процессе травления. Для полумения более правильной трапециевидной внутренней поверхности зуба необходимо использовать разные шаблоны для нанесения разных, несовмещенных по центрам соответствующих друг другу щелевых отверстий рисунков на две стороны металлической поверхности. Данное требование сопрягает граничные условия технологий и условия создания оптимальной картины

электромагнитных полей двигателя. Всем этим требованиям удовлетворяет структура типа паркетной доски, представляющая собой регулярную периодическую структуру. 5 Как показали исследования, подобная структура незначительно изменяет параметры планарного шагового двигателя по сравнению с классической структурой.

Проведенные эксперименты и приве- 0 денные источники информации дают исчерпывающее представление о предлагаемом техническом решении, а также свидетельствуют о полной возможности его практической реализации современными 5 техническими средствами.

Использование предлагаемого способа изготовления индуктора планарного шагового двигателя обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие 0 преимущества:

Повышение точности изготовления индуктора, определяемой возможностями химического фрезерования, используемого при формировании рабочего элемента ин- 5 дуктора. В базовом способе (с использованием электроэрозионной прошивки предельная точность составляет ±0,15-0,2 мм, в предлагаемом способе - до 0.001 мм.

Существенное снижение трудоемкости. 0 В базовом способе значительная трудоемкость приводит к тому, что трудно реализовать изготовление только рабочего элемента индуктора за время, меньшее 4 ч, в предлагаемом способе этот процесс уско- 5 ряется на порядок.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1,Способ изготовления индуктора планарного шагового двигателя, согласно которому изготавливают основание плиты из

0 ферромагнитного материала и формируют структуру поверхности рабочего элемента со сквозными отверстиями, расположенными по типу паркетной доски, отличающийся тем, что, с целью повышения

5 точности изготовления рабочего элемента и снижения трудоемкости, формирование структуры рабочего элемента ведут на листе ферромагнитного материала, после чего рабочий элемент закрепляют на основании

0 плиты.

2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что формирование структуры рабочего элемента осуществляют химическим фрезерованием одноаре емно с обеих сторон ли5 ста ферромагнитного материала.

Использование: относится к технологии производства пленарных шаговых двигателей. Сущность изобретения: формирование структуры поверхности рабочего элемента со сквозными отверстиями, расположенными по типу паркетной доски, осуществляют на листе ферромагнитного материала, после чего рабочий элемент закрепляют на основании плиты.