Реверсивный линейный шаговый электромагнитный двигатель

Устройство относится к электротехнике, в частности к линейным шаговым электродвигателям, и может быть использовано для создания машин с дискретным поступательным неограниченным движением рабочего органа.
Известен шаговый линейный электромагнитный двигатель (Патент РФ на полезную модель № 59343, МПК H02K 41/03, опубл. 10.12.2006, бюл. № 34), содержащий корпус-статор и комбинированный якорь, оснащенные стопорными элементами, рабочий орган в виде помещенной в осевой канал якоря однонаправленной зубчатой штанги с жестко выдержанным продольным профилем.
Недостатком решения является необходимость изготовления рабочего органа с жестко выдержанным продольным профилем, что удорожает его изготовление и ограничивает области использования двигателя.
Известен линейный шаговый электромагнитный двигатель (Патент РФ на изобретение №2366065, МПК H02K 41/03, опубл. 27.08.2009, бюл №24), содержащий направляющий корпус, в котором размещены статор, обмотка и комбинированный якорь, включающий цилиндрическую и дисковую части, рабочий орган, расположенный в осевом канале якоря и снабженный стопорными элементами с механизмом размыкания и возвратной пружиной.
Недостатком решения является сложное конструктивное исполнение, невозможность перемещения рабочего органа, выполненного в виде гладкого цилиндрического штока и отрицательное силовое воздействие стопорных конусных элементов на рабочий орган.
°
Известен линейный шаговый электромагнитный двигатель (Патент РФ на изобретение №161875, МПК H02K 41/03, опубл. 10.05.2016, бюл №13), содержащий направляющий корпус, в котором размещены статор, обмотка и комбинированный якорь, включающий цилиндрическую и дисковую части, снабженный возвратной пружиной, рабочий орган, расположенный в осевом канале якоря. Рабочий орган выполнен в виде гладкого, твердого цилиндрического штока, стопорные элементы выполнены в виде трех металлических шаров, помещенных в конусные проточки, выполненные в якоре и смещенные относительно друг друга на угол 120.
Недостатком решения является обеспечение исключительно однонаправленного перемещения рабочего органа.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является реверсивный линейный электромагнитный двигатель с осевым каналом (Патент РФ на изобретение №2440661, МПК H02K 41/03, опубл. 20.01.2012, бюл. №2), в который помещен рабочий орган в виде гладкой штанги или троса, содержащий цилиндрические статор, возвратную пружину, первую крышку, первую обмотку, первый втягивающе-притягивающийся якорь с плоской дисковой частью, оснащенной механизмом заклинивания рабочего органа при втягивании якоря и двуплечим рычагом для расклинивания при возврате якоря пружиной. Статор разделен внутри поперечно полюсом-шайбой на две одинаковые части и содержит одинаковые с первыми вторую крышку, вторую обмотку и второй якорь, срабатывающий попеременно с первым якорем, перемещение δ каждого якоря ограничено при втягивании в обмотку - полюсом-шайбой, при возврате пружиной - крышками, концы проходящей через полюс-шайбу возвратной пружины заходят в цилиндрические проточки на торцах якорей, а на внешней поверхности статора предусмотрен кольцевой прямоугольный паз, выполненный коаксиально и симметрично относительно внутреннего полюса-шайбы.
Недостатком прототипа является сложное конструктивное исполнение и отрицательное силовое воздействие стопорных конусных элементов на рабочий орган.
Задачей полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей и областей применения устройства.
Технический результат заключается в обеспечении реверсирования рабочего органа, выполненного в виде гладкого, твердого цилиндрического штока.
Заявленный технический результат достигается тем, что линейный шаговый электромагнитный двигатель с осевым каналом, в который помещен рабочий орган, содержащий цилиндрические статор, возвратную пружину, две крышки, две обмотки, два втягивающе-притягивающихся якоря с плоской дисковой частью, статор разделен внутри поперечно полюсом-шайбой на две одинаковые части, в котором фиксация положения стопорных элементов, выполненных в виде трех металлических шаров, помещенных в конусные проточки первого и второго якоря производится штоками, имеющими на концах сферическую поверхность и создающих усилия на стопорные элементы  радиально от рабочего органа, исключая его заклинивание.
На чертеже показана конструкция предлагаемого реверсивного линейного шагового электромагнитного двигателя.
°
Устройство содержит осевой канал, в который помещен рабочий орган 10 в виде гладкого цилиндрического штока, цилиндрический статор 1, возвратную пружину 9, первую крышку 2, первую обмотку 4, первый втягивающе-притягивающийся якорь 6 с плоской дисковой частью 8. Рабочий орган 10 пропущен в осевой канал первого 6 и второго 7 якоря через отверстия в крышках 2, 3. Силовое сочленение рабочего органа 10 с каждым якорем 6 или 7 на рабочем ходе обеспечивается подпружиненными с помощью пружины 11 стопорными элементами 12, 13, фиксация положения которых производится штоками 14, 15, имеющих на концах сферическую поверхность с регулировочными болтами 16, 17 для якоря 6 или 7 соответственно. Стопорные элементы выполнены в виде трех металлических шаров, которые помещены в конусные проточки первого 6 и второго якоря 7 со стороны дисковой части и смещены друг относительно друга на угол 120. Статор разделен внутри поперечно полюсом-шайбой 19 на две одинаковые части и содержит одинаковые с первыми вторую крышку 3, вторую обмотку 5 и второй якорь 7, срабатывающий попеременно с первым якорем. Перемещение каждого якоря ограничено при втягивании в обмотку - полюсом-шайбой 19, а при возврате пружиной 9 – крышками 2, 3. Концы проходящей через полюс-шайбу 19 возвратной пружины 9 заходят в цилиндрические проточки на торцах якорей 6, 7. На внешней поверхности статора предусмотрен кольцевой прямоугольный паз 20, выполненный коаксиально и симметрично относительно внутреннего полюса-шайбы 19. Соосность якорей и статора задается направляющими 18.
Устройство работает следующим образом.
При обесточенных обмотках 4, 5 оба якоря 6 и 7 поджаты к штокам 14 и 15 с регулировочными болтами 16, и 17 пружиной 9. При необходимости перемещения рабочего органа 10, например, в направлении А, на обмотку 4 подают напряжение от источника питания. Якорь 6 втягивается в обмотку 4 под действием электромагнитной силы, перемещаясь на величину δ (рабочий ход) и сжимая пружину 9. Незначительные взаимные осевые перемещения шариковых зажимов 12, контактирующих по конусной поверхности проточек в якоре, создают значительные радиальные усилия, надежно зажимающие рабочий орган 10, который перемещается на величину δ хода комбинированного якоря 6. При этом штоки 15 создают усилия на стопорные элементы 13 радиально от рабочего органа 10, исключая его заклинивание.
По окончании питающего импульса якорь 6 возвращается возвратной пружиной 9 в исходное положение. При возвращении подпружиненные пружиной 11 стопорные элементы 12 отпускают рабочий орган. Далее цикл повторяется.
Для реверсирования рабочего органа 10 на обмотку 5 подают напряжение от источника питания. Якорь 7 втягивается в обмотку 5 под действием электромагнитной силы, перемещаясь в направлении Б на величину δ (рабочий ход) и сжимая пружину 9. Незначительные взаимные осевые перемещения шариковых зажимов 13, контактирующих по конусной поверхности проточек в якоре, создают значительные радиальные усилия, надежно зажимающие рабочий орган 10, который перемещается на величину δ хода комбинированного якоря 7. При этом штоки 14 создают усилия на стопорные элементы 12 радиально от рабочего органа 10, исключая его заклинивание.
По окончании питающего импульса якорь 7 возвращается возвратной пружиной 9 в исходное положение. При возвращении подпружиненные пружиной 11 стопорные элементы 13 отпускают рабочий орган. Далее цикл повторяется.