ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Линейный шаговый электродвигатель
Изобретение относится к электротехнике, в частности к линейному шаговому электродвигателю, и может быть использовано в качестве привода в прецизионных устройствах с возвратно-поступательным движением подвижного элемента.
Известен линейный шаговый электродвигатель, содержащий статор, включающий т-секций, каждая из которых включает в себя цилиндрическую катушку управления, ярмо, выполненное в виде цилиндрического внешнего магнитопровода, кольцевые полюса, чередующиеся магнитные и немагнитные кольца, и якорь, составленный из чередующихся магнитных и немагнитных колец, причем магнитные кольца соседних секций статора смещены по отношению к соответствующим кольцам якоря на величину t/m, где 1-зубцавое деление (см. авторское свидетельство СССР N1511822, МКИ Н 02 К 41/03, 1987). Известный линейный шаговый двигатель является аналогом эаявляемого устройства.
МКИ: H 02 К 41/03 H 02 К 37/00
теля является невысокое электромагнитное тяговое усилие, создаваемое каждой из его секций. Это связано с тем, что, проходя от одного полюса секции к другому, магнитный поток многократно пересекает радиальный воздушный зазор б между соответствующими магнитными кольцами статора и якоря. При этом эквивалентный воздушный зазор для рабочего магнитного потока становится равным , где Z - количество магнитных колец одной секции статора. Электромагнитное тяговое усилие, как известно, обратно пропорционально эквивалентному воздушному зазору.
Известен также линейный шаговый электродвигатель, содержащий зубчатый магнитопроводящий якорь и статор, включающий ярмо с магнитом и две П-образных секции (сердечника), каждая из которых имеет ярмо, обмотку управления и полюса, снабженные зубчатыми полюсными наконечниками, причем зубцы смежных полюсных наконечников соседних секций смещены относительно зубцов якоря на 1/4 зубцового деления и зубцы полюсных наконечников каждой секции смещены относительно зубцов якоря на 1/2 зубцового деления, а обмотки управления размещены на полюсах (см. авторское свидетельство СССР N1658314, МКИ Н 02 К 41/03, 1988). Это устройство может быть выбрано за прототип.
Недостатком конструкции такого электродвигателя является наличие постоянного магнита или дополнительного электромагнита с обмоткой управления, а также ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что обмотки управления секций размещены на полюсах. Поэтому затруднительно применить этот привод, например, для линейного перемещения цилиндрического якоря. Кроме того двигатель имеет недостаточное тяговое усилие, т.к. оно в процессе работы создается при участии только одного зубчатого полюсного наконечника секции.
Целью изобретения является повышение электромагнитного тягового усилия и расширение функциональных возможностей устройства.
Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве, содержащем зубчатый магнитопроводящий якорь и секционный статор, каждая секция которого имеет ярмо, обмотку управления и полюса, снабженные зубчатыми полюсными наконечниками, у которых зубцы смежных полюсных наконечников соседних секций смещены относительно зубцов якоря на величину, кратную доли зубцового деления, зубцы полюсных наконечников каждой секции выполнены равнорасположенными относительно зубцов якоря, обмотка управления размещена между полюсами, а полюса выполнены в виде кольцевых дисков со ступицами, являющимися полюсными наконечниками.
На фиг. 1 схематично показана верхняя часть продольного разреза электродвигателя с четырехсекционным статором.
На фиг.2 показана в увеличенном масштабе верхняя часть продольного разреза одной из секций электродвигателя.
Линейный шаговый электродвигатель (фиг.1) содержит зубчатый магнитопроводящий якорь 1 и секционный статор, каждая секция которого имеет ярмо 2, обмотку 3 управления и два полюса 4 с полюсными наконечниками 5. Полюса выполнены в виде кольцевых дисков со ступицами, служащими полюсными наконечниками. На полюсных наконечниках выполнены поперечные пазы 6 и зубцы 7. Якорь 1 выполнен в виде цилиндра с аналогичными пазами 8 и зубцами 9. Зубцовые зоны якоря и статора выполнены регулярными, т.е. с неизменной шириной пазов 6 и зубцов 7 полюсных наконечников и шириной пазов 8 и зубцов 9 якоря. При этом пазы 6, 8 и зубцы 7, 9 выполнены одинаковой ширины. Зубцы 7 смежных полюсных наконечников соседних секций смещены относительно зубцов 9 якоря на величину , где
t-3y6L|OBoe деление, a га-число секций статора. Зубцы 7 полюсных наконечников каждой секции выполнены равнорасположенными относительно зубцов 9 якоря 1. Величина ДХ определяет смещение якоря (единичный шаг) за один импульс подачи питания на одну из обмоток управления. Ширина полюсного наконечника 5 определяется количеством выполненых зубцов. Каждая смежная пара полюсных наконечников соседних секций расположена на расстоянии S kt+t/m (этим достигается смещение их зубцов на величину кратную доли зубцового деления), а расстояние между полюсными наконечниками каждой секции равно (l+l/2) (это обеспечивает равное расположение их зубцов относительно зубцов якоря), где k и 1 -целые положительные числа.
При питании обмотки 3 управления одной из секций (см. фиг.2) от источника напряжения или тока в ней наводится магнитодвижущая сила, которая создает магнитный поток (на фиг. 2 он показан пунктирными линиями), проходящий от одного полюса 4 секции к другому через рабочий кольцевой зазор б между зубчатыми полюсными наконечниками 5 и зубчатым якорем 1. Перемещение якоря 1 осуществляется в сторону увеличения Мс1гнитной энергии (увеличения магнитной проводимости) под действием электромагнитного тягового усилия, которое складывается из двух согласно направленных усилий, возникающих при участии двух полюсных наконечников 5 секции, т.к. зубцы этих полюсных наконечников выполнены равнорасположенными относительно зубцов якоря 1. При поочередном импульсном питании обмоток 3 управления разных секций якорь 1 каждый раз отрабатывает единичный шаг. Направление движения якоря 1 определяется циклограммой питания обмоток управления. Для увеличения электромагнитного тягового усилия обмотки управления подключают к источникам питания попарно.
электромагнитное тяговое усилие по сравнению с известными устройствами за счет одновременной согласованной работы двух полюсов в одной секции, а также применить этот привод для перемещения цилиндрического якоря.
Испытания опытного образца заявляемого устройства показали удовлетворительную работу привода при возвратно-поступательном движении цилиндрического якоря в пределах рабочего хода и его стопорении в промежуточных положениях в условиях действия односторонней силовой нагрузки.
Генеральный директор
АОЗТ Газодинамика - М -ерлов А.Н.
7
Левинтан Е.Ю. Цуканов В. И.
Иванов-Смоленский А. В.