Линейный дискретный электропривод
LINEAR DISCRETE ELECTRIC DRIVE

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для линейного перемещения в дискретном электроприводе в качестве исполнительного механизма.
n
Известен линейный дискретный шаговый электродвигатель [а.с. 276225 СССР, МКл. H 02 K 41/02. Линейный шаговый двигатель // Г.Е. Ануприенко, Ю.А. Высочин. - № 1246791/24-7; заявл. 07.06.68; опубл. 14.07.70, бюлл. № 23. - 2 с.], состоящий из -электромагнитов с катушками, установленных в общем корпусе, якоря которых выполнены из двух составных частей, одна из которых связана с общим выходным штоком.
К недостаткам известного технического решения линейного шагового двигателя следует отнести низкую надежность конструкции, обусловленную необходимостью одновременого включения одного и отключения другого электромагнитов. Кроме того, выполнение якоря из двух составных частей усложняет конструкцию двигателя, при этом жесткое крепление подвижных частей якоря на штоке приводит к непостоянству воздушного зазора в магнитной цепи, следовательно, к непостоянству сил, действующих на шток при переключениях электромагнитов.
Известен линейный дискретный электропривод [а.с. 1605297 СССР, МКл. H 02 K 41/03, F 15 В 9/09. Линейный дискретный электропривод // В.И. Дорощенко, Б.Н. Зехцер, Е.Г. Молчановский, Б.А. Тростановский, Я.Л. Хесин, А.Н. Явор. - № 40696851/24-07; заявл. 09.04.86; опубл. 07.11.90, бюлл. № 41. - 3 с.], содержащий размещенные вдоль одной оси сочленные парами электромагниты, крайний из которых выполнен с плоским якорем,  жестко связанным с подпружиненным подвижным штоком, а якорем каждого другого является близко расположенный к нему электромагнит, взаимное перемещение которых ограничено чередующимися вдоль оси ограничителями хода и упругими радиальными упорами.
К недостаткам известного технического решения линейного дискретного электропривода следует отнести наличие большого числа ограничителей хода специальной конструкции и упругих радиальных упоров, применение которых снижает надежность электропривода и усложняет его конструкцию.
Наиболее близким по технической сущности предлагаемому изобретению является линейный шаговый двигатель дискретного электропривода [а.с. 985893 СССР, МКл. H 02 K 41/03. Линейный шаговый электродвигатель // С.В. Савин, Н.М. Фролов, А.О. Дегтярь, И.И. Иванов. - № 33096664/24-07; заявл. 29.06.81; опубл. 30.12.82, бюлл. № 48. - 3 с.], содержащий подвижный корпус с размещенными внутри электромагнитами, соединенными друг с другом жесткими стяжками специальной формы и установленным с ними на одной оси подпружиненным штоком, один крайний электромагнит закреплен неподвижно на штоке, остальные с возможностью осевого перемещения по штоку, второй крайний электромагнит выполнен с плоским якорем, установленном на корпусе, а якорем каждого другого является близко расположенный к нему электромагнит.
Данное техническое решение принимается в качестве прототипа.
К недостаткам известного технического решения также следует отнести низкую надежность и сложность конструкции линейного шагового двигателя, которые обусловлены сложной системой соединения электромагнитов друг с другом при помощи жестких стяжек в виде скоб специальной формы.
Задачей изобретения (технического решения) является повышение надежности и упрощение конструкции линейного дискретного электропривода.
Решение задачи достигается тем, что линейный дискретный электропривод, содержащий неподвижный корпус, размещенные в корпусе вдоль одной оси электромагниты с катушками и подпружиненный шток, один крайний электромагнит закреплен неподвижно на штоке, остальные - с возможностью осевого перемещения, второй крайний электромагнит выполнен с плоским якорем, закрепленным на неподвижном корпусе, а якорем каждого другого является близко расположенный к нему электромагнит, причем плоский якорь и все электромагниты зафиксированы относительно друг друга на одинаковом расстоянии, ограничивающем их ход, при этом внутренняя полость неподвижного корпуса выполнена в виде одинаковых по длине цилиндрических расточек разного диаметра, образующих на границах расточек диаметров опорные поверхности, а внутренние диаметры цилиндрических расточек сопряжены по свободной посадке с внешними диаметрами установленных в них электромагнитов, упирающихся в образованные опорные поверхности с помощью пружин растяжения-сжатия, установленных между электромагнитами и плоским якорем, причем длина каждой расточки превышает высоту установленного в нее электромагнита на величину его хода, а число расточек соответствует числу установленных в них электромагнитов.
Применение предложенной совокупности существенных признаков позволяет получить новые технические результаты: повысить надежность линейного дискретного электропривода при одновременном упрощении его конструкции за счет выполнения внутренней полости неподвижного корпуса в виде одинаковых по длине расточек разного диаметра, образующих на границах раздела их диаметров опорные поверхности, обеспечивающих необходимую фиксацию установленных в расточки электромагнитов относительно друг друга и плоским якорем на одинаковом расстоянии, ограничивающем их ход.
Благодаря такому техническому решению сокращается количество подвижных элементов конструкции, испытывающих динамические воздействия в процессе работы устройства и устраняются недостатки прототипа, обусловленные сложной системой соединений электромагнитов друг с другом и с плоским якорем при помощи жестких стяжек в виде скоб специальной формы.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлен продольный разрез линейного дискретного электропривода.
Линейный дискретный электропривод содержит неподвижный корпус 1, размещенные в корпусе электромагниты 2 с катушками 3, установленными на общем штоке 4, плоский якорь 5, закрепленный на неподвижном корпусе 1, и пружины растяжения-сжатия 6 для фиксации электромагнитов в исходном положении.  Катушки 3 подключены к блоку управления 7.
Внутренняя полость неподвижного корпуса 1 выполнена в виде одинаковых по длине  цилиндрических расточек разного диаметра, образующих на границах их диаметров опорные поверхности для фиксации электромагнитов 2 относительно друг друга и плоским якорем 5 на одинаковом расстоянии , ограничивающим их ход.
Крайний верхний электромагнит 2 закреплен на штоке 4 неподвижно, остальные электромагниты могут свободно по нему перемещаться.
Диаметры цилиндрических расточек неподвижного корпуса 1 сопряжены по свободной посадке с внешними диаметрами установленных в расточки электромагнитов 2.
Якорем крайнего нижнего электромагнита является плоский якорь 5, закрепленный на неподвижном корпусе 1.
Якорем каждого другого электромагнита, начиная с крайнего верхнего электромагнита 2, закрепленного на штоке 4, расположенный рядом с ним электромагнит в расточке большего диаметра.
Линейный дискретный электропривод работает следующим образом.
В исходном состоянии все катушки 3 обесточены. Под действием упругих сил пружин растяжения-сжатия 6 все электромагниты 2 зафиксированы относительно опорных поверхностей в цилиндрических расточках неподвижного корпуса 1 и находятся в раскрытом состоянии, показанном на чертеже (фиг.).
Работа электропривода начинается с подачи сигнала с блока управления 7 и подключения к цепи питания катушки 3 крайнего верхнего электромагнита 2. Электромагнит 2 под действием сил магнитного поля, сжимая пружину растяжения-сжатия 6, перемещается в направлении расположенного ниже электромагнита в расточке большего диаметра, являющегося для него якорем, и притягивается к нему.
Вместе с крайним верхним электромагнитом 2 перемещается закрепленный с ним шток 4 на величину выбранного зазора .
Дальнейшее последовательное включение катушек электромагнитов сопровождается аналогичными процессами, при этом перемещаются все вышестоящие электромагниты, подключенные к цепи питания на величину выбранного зазора , что приводит к дискретному перемещению штока сверху вниз на величину
,
где  - количество последовательно включенных электромагнитов.
Перемещение штока 4 в обратном направлении - снизу вверх выполняется последовательным отключением катушек 3, включенных в работу нижестоящих электромагнитов 2.
Движение штока 4 снизу вверх на величину выбранного зазора  выполняется под действием упругих сил предварительно поджатых пружин растяжения-сжатия 6.
Таким образом, последовательное включение катушки электромагнита, вступающего в работу, приводит к перемещению штока сверху вниз, а отключение катушки последнего вступившего в работу электромагнита - к перемещению штока снизу вверх на величину выбранного зазора .
Величина выбранного зазора  и длина цилиндрической расточки  связаны соотношением
,
где  - высота электромагнита.
В предложенном варианте конструкции электропривода максимальный ход штока будет зависеть от размера выбранного зазора  и количества последовательно включенных электромагнитов. Для получения больших усилий в процессе дискретных перемещений штока величина выбранного зазора  должна быть минимальной, при этом количество используемых электромагнитов для сохранения хода штока должно быть увеличено.
Таким образом, предложенное техническое решение позволяет повысить надежность и упростить конструкцию линейного дискретного электропривода.