Линейный шаговый электродвигатель Советский патент 1975 года по МПК H02K33/18 

Известны линейные шаговые электродвигатели, содержанхие статор с равномерно расноложенпыми вдоль окружности пoл:юca :п, cf:a6женными поперечными дуговыми зубцами, и ферромагнитный якорь с винтовыми зубцами на его цилиидрической поверхности.

В предлагаемом электродвигателе с целью повышения точностн перемещения якорь снабжен дополнительными продольными зубцами, расположенными равно.мерно на его поверхности н введен дополнительный статор с обмотками, взаимодействующий с продольными зубцами.

Кроме того, винтовые и продольные зубцы якоря расположены аксиально на общей цилиидрической поверхности, а статоры сдвинуты в аксиальном направлении относительно друг друга на расстояние, равное ходу якоря, указанные зубцы выполнены на общей вннто/вой цилиндрической поверхности якоря, а статоры сдвинуты в аксиальном направлеиии относительно друг друга на расстояние, не меньшее, чем вылет лобовых частей их обмоток, и указанные зубцы выполнены на коаксиальных поверхностях полого якоря, а статоры расположены концентрично.

На фиг. изображен линейный шаговый электродвигатель с аксиально смещенными винтовыми и продольными зубцами в продольном разрезе; на фиг. 2 и 3 соответствеино показаны поперечные сечения .чипойной ; вращак;щейся частей; па фиг. 4 - злектрсдвпгатель с нродольнымн зубцами, сов,еп1енными с винт.-выми зубцами в продольном раззезе; на фи . 5 и 6 изображен злектродБ:;гатель соотве- ственно в продолыюм п поперечном разрезггс с коаксиальным расположением статоров.

Согласно первому варианту линейный шаговый электродвигатель (фиг. 1,2 н 3) содержит цилиндрический якорь / с винтовой 2 и продольной 3 спстемой зубцов, расположенных аксиально отпосительно друг друга га общей поверхностн якоря 1. Винтовые зубц:-1 2 якопя охвачены кольцевой (поперечной к

оси двигателя) системой зубцов 4 статора о, имеющегопродольные полюеы 6 с фазными обмотками 7.

Продольная система зубцов 5 якоря 1 охвачена продольной системой зубцов 8 статора

9, предусмотренной на продольных полюсах 10, снабженных фазными обмотками //. Число заходов винтовой нарезки 2 равно числу одновременно возбуждаемых и равномерно распределенных по окружноети статора 5 полюсов 6.

При ограниченных продольных размерах двигателя целесообразно использовать второй конструктивный вариант описываемого двигателя (фиг. 4), где продольная система зубцов 3 якоря } выполнена на винтовой 2 цилимдрпчсскоп поверхности якоря, а минилгальное расстояние но оси между пакетамн статоров 5 и 9 определяется вылетом лобовых настей нх обмоток.

Третий коиструктивпый. вариант описываемого двигателя (фиг. 5 i 6) характеризуется малым осевым размером и высоки.м иенользова1И ем активной поверхности якоря /. В нем в.нитовая 2 и продольная 3 системы 3)биов якоря выполнены иа коаксиальных поверхностях, а расиоложен1 е статоров 5 н 9 - концеитрнческое.

Оноры 12 и 13 всех рассмотренных вариантов должны обеспечивать движение якоря / с двумя степенями свободы (вращательное и иоступательное движение).

На приведенных чертежах изображены конетрукцин четырех(|) шаговиых двигателей с парной коммутацией обмоток, требующие двухзаходной винтовой па резки 2 якоря /.

Электродвигатель работает следующим образом. В ироцессе его работы возбуждаются и ко:.Л1утнруются обмотки обоих статоров 5 и 9.

Взаимодействие системы зубцов 4 статора 5 с виитовой зубцовой зоной 2 якоря / ири коммутации обмоток 7 вызывает липейные перемещения якоря 1 по оси Z (фиг. 1) с шагом

tz

ozi

где тг- зубцовое делеиие зоны 2 якоря и зоны 4 статора 5;

п - ЧИСЛО та.кто.з ко.ммутации обмотки 7.

Возникающая ири этом составляющая усилия по координате в (фиг. 1) уравновещивается удерживающим момеитом поворотной части двигателя (стато;р 9). Взаимодействие зубцовой зоны 8 статора 9 с зубцовой зоной 3 якоря / ири иеизмениом возбуждеиии или коммутации обмоток // идентично взаимодействию статора и ротора обычного вращающегося щагового двигателя с пассивным ротором и обеспечивает фиксацию определенного углового лоложеиия якоря или его щаговые повороты. Таким образом зубцовая система 3 якоря / и статор 9 задают угловое ноложенце якоря / и одиовремеино обеспечивают точпое поступательное продвижение якоря / с малым шагом. Это объясняется тем, что повороту яко/ря / одиовремеино еоответствует его линейное перемещение (как в обычном винте). Преобразование вращательного движения в поступательное осуществляется силамп электромагнитного взаимодействия между зубцовыми зонами 2 и 4.

поворотному щагу якоря / схл,, равному

f/r

где п - число тактов ко.м.мутации обмотки //;

Z, - число зубцов зоны 3 якоря / соответствует перемещение якоря / по оеи Z, равное

D

Кх9 СС

где D - диаметр расточки статора 5;

(р угол подъема винтовой линии при нарезке зубцов зоиы 2.

Таким образом, требуе.мое иеремещеиие Z отрабатывается в виде двух груии щагов

где AI, Л2 - числа «грубых и «точных шагов соответствеино, причем

Движение обеих координат алгебраически суммируется. Поскольку общее перемещение представлено в виде су.ммы «грубых и «точных щагов, то числа импульсов Л , и Лч в «грубом и «точном канале невелики, что иозволяет работать е :изкими частотами комаид. При относительио иизкой частоте комаид скорость перемещения, определяемая «грубь:м капало.м, и точиоеть иозиционироваиия, определяемая величиною тага ах2, -ioгут Бысоки.ми одиовременно.

Предмет и з о б р е т е и и я

1. Линейный щаговый электродвигатель, содержащий статор с равномерно расположенными вдоль окружности иолюсами, снабженными поперечными дуговыми зубцами, и ферромагнитный якорь с винтовыми зубцами на его цилиндрической поверхности, отличающийся тем, что, с целью иовыщения точности перемещения, якорь снабжен дополнительными продольными зубцами, расположеииыми равномерно на его поверхности, и введен дополнительпьи статор с обмоткалги, взаимодействующий с про.тольиылИ- зубцами.

2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что винтовые и продольные зубцы якоря расположены аксиальио иа общей цилиндрической новерхноет 1, а статоры сдвинуты в аксиальном направлении один относительно другого иа расстояние, равиое ходу якоря.

3. Электродвигатель ио и. 1, отличающийся тем, что указагигье продольные зубцы выполиеиы на винтовой цилиидрнческой

поверхности якоря, а статоры сдвинуты в акспальном направлении один относительно друтого на расстояние не меньшее, чем вылет лобовых частей их обмоток. 4. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что указанные винтовые н продольные зуоцы выполнены па коаксиальных поверхностях полого якоря, а статоры расположены концентрично.

I. . л.

/x:-i:ziiZ ZZ2x: ii-i.sZZ;--- fti.l .1 iJ/jf

// , 7 f - -- - --

ЙЫН|,,./

j iijliilllji:,, „ij

ЙgT:1:J| ii:i;|iHi |

Йteiii

Ш|1 №ffl Я niiiii /

лiiir

/x7

,. . , . , I .i-У: ,

lrh.,i-igg

l;i о

dtt±iJ:|;i . Y о .

il (B±ri V). л

| 1 ; ill I i-V - -

J EEii: Ic t 4t-i- YJ

Ш ШЗиШй l

.: J P

. qx3l 1 ,|;ггг-т /,

mi -I ,li|BE|±i miii,i|;:ig:Ji l

3EtB:ii liipffi isl

зеЩм iJifi r/ : : и

//////// imrniTfrniiTiTrr ШфШ |i lib 1 1 i; u Ытт

Фиг. 5

Фиг. 6 «г,,.