КОЛЕСО ШАРОВОГО ТИПА "ШАРОХОД"

Полезная модель относится колесам транспортных средств, а именно, к колесам шарового типа и может быть использована в наземных транспортных средствах для осуществления всенаправленного перемещения. Целью заявленного технического решения является расширение функциональных возможностей колесных узлов.
Из уровня техники известен колесный узел (А.с. SU 1664594A1, МПК 60 B19/04, опубл. 23.07.1991, Бюл. №27), содержащий П-образную раму с вертикальной осью вращения и охватываемый ей ролик в виде симметрично усеченной сферы с полуосями [1].
Недостатком известного устройства является его конструктивная сложность, что снижет его надежность. Кроме этого колесный узел может использоваться только как опора транспортного средства и требует для осуществления движения использовать какой-либо из известных приводов.
Наиболее близким по конструкции к заявленному техническому решению является сферический шаговый двигатель (Chirikjian, Gregory S. Kinematic Design and Commutation of a Spherical Stepper Motor), состоящий из сферического ротора с вмонтированными в его оболочку цилиндрическими постоянными магнитами и статора, выполненного в виде полусферы с расположенными на ее поверхности катушками индуктивности [2].
В качестве основных недостатков устройства следует отметить его малую мощность и низкую скорость вращения ротора.
Основными техническими задачами, на решение которых направлено заявленное техническое решение, являются повышение технологичности колеса шарового типа, увеличение его мощности и быстродействия, а также расширение функциональных возможностей устройства.
Указанные задачи решены за счет того, что колесо шарового типа, содержит сферический ротор и статор полусферической формы, при этом на поверхности статора взаимно перпендикулярно установлены первая и вторая гибкие печатные платы, каждая из которых содержит не менее трех токопроводящих дорожек, а в поверхность ротора вмонтированы короткозамкнутые одновитковые катушки. Ротор и статор устройства выполнены из магнитно-мягкого материала.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью признаков, является повышение технологичности устройства за счет упрощения конструкции статора и увеличение мощности за счет использования в конструкции ротора вмонтированных короткозамкнутых одновитковых катушек.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показано устройство сбоку в разрезе; на фиг. 2 - схема расположения токопроводящих дорожек гибких печатных плат; на фиг. 3 - временная диаграмма токовых импульсов.
Колесо шарового типа состоит из сферического ротора 1 и статора 2 полусферической формы, при этом на поверхности статора 2 взаимно перпендикулярно установлены первая 3 и вторая 4 гибкие печатные платы, каждая из которых содержит не менее трех токопроводящих дорожек 5, а в поверхность ротора вмонтированы короткозамкнутые одновитковые катушки (на фигурах не показаны). Ротор удерживается внутри статора с помощью специальной обоймы 6, закрепленной на корпусе устройства через изолятор 7 с помощью винтов 8. Ротор и статор устройства, как было указано выше, выполнены из магнитно-мягкого материала.
Устройство работает следующим образом. Первая 3 и вторая 4 гибкие печатные платы за счет своего взаимно перпендикулярного расположения на поверхности статора (первая плата отвечает за направление X, вторая - за направление Y) при подаче токовых импульсов на их токопроводящие дорожки обеспечивают создание вращающегося магнитного поля, при этом его угол зависит от амплитуды токов, подающихся, соответственно, на первую и вторую платы. Примеры конкретного значения угла вращения магнитного поля для углов φ=0°, 45°, 90°, 135° и 180°, в зависимости от амплитуд токов, приведены в таблице. Для обеспечения формирования более однородного магнитного поля токовые импульсы подаются на токопроводящие дорожки гибких печатных плат с некоторым перекрытием Δt по времени так, как это показано на фиг. 3. Возбуждаемое в статоре магнитное поле, таким образом, обеспечивает вращение ротора и тем самым осуществление движения транспортного средства в произвольном направлении.
Список использованных источников
1. А.С. 1664594 СССР, МПК 60 B19/04. Колесный узел / Г.К. Жилин. Опубл. 23.07.1991, Бюл. №27.
2. Chirikjian, Gregory S. Kinematic Design and Commutation of a Spherical Stepper Motor / D. Stein, Gregory S. Chirikjian // IEEE/ASME Transactions on mechatronics. 1999. Vol 4, P. 342-353.
Таблица -
Соотношение величин амплитуд тактовых токов подающихся на первую (направление X) и вторую (направление Y) гибкие печатные платы
<img file="00000002.tif" he="231" wi="114" img-content="undefined" img-format="tif" />