ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к линейным шаговым электродвигателям и может быть использована для создания машин с дискретным поступательным неограниченным движением рабочего органа.
Известен электромагнитный линейный двигатель для дискретного перемещения, содержащий корпус внутри которого размещен электромагнит, расположенный внутри него якорь с основным стержнем, стопорные элементы на корпусе, входящие в зацепление с упорами направляющей, дополнительный стержень, ограничитель перемещения и фланец (А.с.1483563 СССР, МКИ Н 02 К 41/03. Электромагнитный линейный двигатель / Л.А.Казаков (СССР) - Опубл. 30.05.89. Бюл. №20).
Однако в таком электродвигателе рабочим органом, совершающим дискретное перемещение, является корпус самого электромагнита, что ограничивает область его применения.
Известны также линейные шаговые электродвигатели, в которых дискретное перемещение рабочего органа осуществляется под действием электромагнитных сил, создаваемых поочередно несколькими обмотками (А.с.985893 СССР, МКИ Н 02 К 41/03. Линейный шаговый электродвигатель / С.В.Савин, Н.М.Фролов, А.О.Дегтярь, И.И.Иванов (СССР) - Опубл. 30.12.82. Бюл. №48; а.с.1363395 СССР, МКИ Н 02 К 41/03. Линейный шаговый электродвигатель / И.Г.Ефимов, А.В.Соловьев, В.А.Сычев, А.К.Комарчев (СССР) - Опубл. 30.12.87. Бюл. №48).
Данные устройства имеют сложное конструктивное исполнение, требуют наличия специальных электрических преобразователей, обеспечивающих управление несколькими обмотками, и не могут быть использованы в качестве силовых элементов привода.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является линейный электромагнитный двигатель, содержащий статор, обмотку, цилиндрический комбинированный якорь с дисковой частью, направляющими стержнями и возвратной пружиной на одном из них, а также направляющий корпус (Львицын А.В. Разработка и исследование электромагнитных двигателей для прессового оборудования: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Саратов, 1982. - 179 с.).
Однако такой двигатель при подаче напряжения на обмотку реализует лишь ограниченное, определяемое длиной его рабочего зазора, поступательное перемещение рабочего органа (направляющего стержня) и возврат его в исходное положение пружиной при отключении питания. Для фиксации отработанного перемещения обмотка двигателя должна быть постоянно подключена к источнику, что сопровождается потерями, ухудшает показатели и ограничивает области использования машины.
Для повышения экономичности, расширения эксплуатационных возможностей и областей применения устройства в двигателе, содержащем статор, обмотку, комбинированный якорь, выполненный в форме цилиндра с дисковой частью, возвратную пружину и направляющий корпус, один торец якоря имеет цилиндрическую проточку для размещения возвратной пружины, другой торец оснащен стопорными элементами - собачками - в виде плоских, подпружиненных, радиально подвижных секторов, роль направляющих стержней и рабочего органа двигателя выполняет помещенная в сквозной осевой канал якоря и дискретно перемещаемая им на каждом его рабочем ходе с помощью собачек однонаправленная зубчатая штанга, фиксируемая от обратного движения при возврате якоря пружиной собачками на статоре двигателя, а шаг L зубьев штанги равен рабочему ходу δ якоря.
На фиг.1 показана конструкция предлагаемого линейного шагового электромагнитного двигателя.
Линейный шаговый электромагнитный двигатель содержит статор 9, в расточке которого помещена обмотка 7, комбинированный якорь 6 с дисковой
частью 5, возвратную пружину 8 и направляющий корпус 2. Комбинированный якорь 6 имеет сквозной осевой канал, в который помещена зубчатая штанга 1. Для осуществления дискретного однонаправленного перемещения штанги служат подающие 3 и удерживающие 10 стопорные элементы (собачки), смонтированные, соответственно на дисковой части 5 якоря 6 и статоре 9 двигателя и выполненные в виде плоских, радиально подвижных секторов, которые в рабочем состоянии поджаты пружинами 4, 11 к зубчатой штанге 1. Механизмы размыкания стопорных элементов 3, 10, обеспечивающие свободное (нерабочее) перемещение штанги 1 относительно и якоря 6, и статора 9 двигателя в любом направлении, на чертеже не показаны.
Линейный шаговый электромагнитный двигатель работает следующим образом. В исходном состоянии комбинированный якорь 6 с дисковой частью 5 под действием усилия возвратной пружины 8 находится в крайнем верхнем положении. Подающие 3 и удерживающие 10 собачки находятся в зацеплении с зубчатой штангой 1, так как поджаты к ней пружинами 4 и 11.
При подключении обмотки 7 к источнику питания комбинированный якорь 6 с дисковой частью 5 под действием электромагнитной силы втягивается в обмотку, сжимая возвратную пружину 8 и перемещая с помощью собачек 3 зубчатую штангу 1 в осевом направлении. Возникающие при этом между контактирующими конусными поверхностями зубьев штанги 1 и собачек 10 тангенциальные, направленные радиально, усилия преодолевают действие пружин 11 и раздвигают собачки 10, которые, таким образом, не препятствуют перемещению штанги 1. После полного втягивания якоря 6 в обмотку 7 на величину 5 и осевого перемещения штанги 1 на один шаг L=δ собачки 10 под действием пружин 11 вновь входят в зацепление с очередным зубом штанги 1.
При отключении обмотки 7 штанга 1, удерживаемая элементами 10, остается неподвижной, а якорь 6 с дисковой частью 5 под действием возвратной пружины 8 перемещается в исходное положение. Теперь радиальные усилия возникают между конусными поверхностями зуба штанги 1 и собачек
3, которые раздвигаются, сжимая пружины 4, и не препятствуют возврату якоря 6 с дисковой частью 5. Как только якорь, переместившись на величину δ=L, займет исходное положение, пружины 4 обеспечат зацепление собачек 3 с очередным зубом штанги 1. Далее циклы повторяются и, таким образом, происходит дискретное, поступательное, ограниченное лишь длиной штанги 1, движение рабочего органа.
В предлагаемом двигателе фиксация отработанного штангой 1 перемещения осуществляется удерживающими собачками 10, что позволяет питать обмотку кратковременными импульсами тока лишь во время движения штанги, а по окончании движения отключить от источника. Это снижает потери и нагрев обмотки 7 и повышает экономичность устройства. Изменением значения питающих импульсов тока легко регулировать величину усилия на штанге 1, оставляя неизменным среднее значение этого усилия или меняя его по произвольному закону на всем перемещении штанги 1. Вместо жесткой зубчатой штанги можно применить гибкий рабочий орган, например, трос, оснащенный последовательным набором конусных упорных шайб и, таким образом, расширить область использования машины.