УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ


RU (11) 2015609 (13) C1

(51) 5 H02K33/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4902415/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.01.14 
(45) Опубликовано: 1994.06.30 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 1480028, кл. H 02K 7/06, 1987. 
(71) Заявитель(и): Санкт-Петербургская государственная академия аэрокосмического приборостроения 
(72) Автор(ы): Корешков К.В.; Сашина И.Ю.; Скалон А.И.; Соколов В.Ю. 
(73) Патентообладатель(и): Санкт-Петербургская государственная академия аэрокосмического приборостроения 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ 

Использование: в станкостроении. Сущность: в устройстве для преобразования колебательного движения во вращательное введены задатчик 12 механического момента, датчик 20 положения рамки 13 задатчика механического момента. Ротор 1 устройства выполнен в виде кольца 2, индуктор - в виде магнитопроводного диска с постоянными магнитами, а магнитопровод - в виде П-образных постоянных магнитов, замыкающих магнитный поток ротора. Имеется система управления для регулирования скорости по сигналам с датчика положения. 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к преобразователям одного вида движения в другой.

Наиболее близким по технической сущности является электромеханическое устройство преобразователя возвратно-поступательного движения во вращательное [1]. Содержащее магнитопровод, состоящий из двух частей с дополнительным и с экранированными полюсами и короткозамкнутыми кольцами со стороны якоря, выполненного в виде ротора с короткозамкнутой обмоткой, индуктор в виде многополюсного магнита с шагом между полюсами, равным шагу дополнительных полюсов магнитопровода, маховик, насаженный на вал якоря, и фиксатор.

Недостатком данного устройства является низкая стабильность скорости вращения ротора, так как неравномерность возвратно-поступательного движения сглаживается механическим способом-введением в структуру устройства маховика, что приводит к увеличению инерционности системы и, следовательно, к падению динамических характеристик преобразователя.

Целью изобретения является повышение стабильности скорости вращения ротора и улучшение динамических характеристик устройства.

Это достигается тем, что устройство, содержащее закрепленный в корпусе магнитопровод с полюсами, ротор с выходным валом, индуктор и обмотку, снабжено задатчиком механического момента, включающим рамку с двумя обмотками, насаженную на подвижную ось, соосную с выходным валом, и внутрирамочный постоянный магнит, закрепленный на корпусе, датчиком положения рамки, выполненным в виде двух пар, закрепленных на корпусе излучателей и приемников, разделенных заслонкой, жестко установленной на подвижной оси, при этом ротор выполнен в виде кольца из магнитомягкого материала, закрепленного на выходном валу через прокладку из неэлектропроводного и немагнитопроводного материала, индуктор выполнен в виде насаженного на подвижную ось магнитопроводящего диска, на торцовой поверхности которого, обращенной к ротору, установлены n, например два, идентично ориентированных постоянных магнита, а магнитопровод выполнен в виде n, например, двух П-образных магнитопроводов, замыкающих через ротор магнитный поток, образованный постоянными магнитами индуктора, устройство также снабжено двухуровневым компаратором, ключевым устройством, формирователем импульсов управления и источником постоянного тока, при этом выходы фотоприемников подключены к входам двухуровневого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключевого устройства, силовым входом подключенного к источнику постоянного тока, а выходами - к обмоткам задатчика механического момента, параллельно которым подключены входы формирователя импульсов управления, к выходу которого подключена n-секционная, например, двухсекционная обмотка, секции которой соединены последовательно и каждая размещена на П-образном магнитопроводе.

На фиг. 1 представлена блок-схема предполагаемого устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема формирователя импульсов управления; на фиг. 3а,б,в - статическая характеристика нелинейной части, эпюры напряжений на входах ключевого устройства и формирователя импульсов управления соответственно; на фиг. 4а, б - схема перераспределения магнитных потоков при перемещении индуктора и диаграмма сил, действующих на кольцо при наличии импульса U26 при перемещении индуктора; на фиг. 5 - эпюры напряжений на выходах и входах формирователя импульсов управления; а - на первом входе формирователя; б - на выходе инвертора; в - на выходе генератора одиночного импульса первого канала; г - на втором входе формирователя; д - на выходе генератора одиночного импульса второго канала; е - на выходе формирователя.

Устройство (фиг. 1) содержит ротор 1, выполненный в виде кольца 2 из магнитомягкого материала, закрепленного на выходном валу 3 через прокладку 4 из неэлектропроводного и немагнитопроводного материала, магнитопровод 5, состоящий из двух П-образных магнитопроводов 6 и 6 , на которых размещены последовательно соединенные секции 7 и 7 обмотки, и индуктор 8, включающий магнитопроводящий диск 9, на торцовой поверхности которого, обращенной к ротору 1, установлены два идентично ориентированных постоянных магнита 10 и 10 , при этом индуктор 8 закреплен на подвижной оси 11. Постоянные магниты 10 и 11 одноименными полюсами обращены к ротору 1 и образуют однородное магнитное поле, силовые линии которого замыкаются кольцом 2.

Задатчик 12 механического момента выполнен в виде рамки 13 с двумя обмотками 14 и 15, насаженной на подвижную ось 11, и внутрирамочного постоянного магнита 16, закрепленного на корпусе. Причем выходной вал 3 и ось 11 соосны и установлены с возможностью поворота в опорах 17 и 18 соответственно. На оси 11 также жестко установлена заслонка 19 датчика 20 положения рамки, образованного двумя парами излучателей 21 и 21 и фотоприемников 22 и 22 , закрепленных на корпусе и разделенных заслонкой 19. Выходы фотоприемников 22 и 22 подключены к входам двухуровневого компаратора 23, выход которого соединен с управляющим входом ключевого устройства 24. К силовому входу ключевого устройства 24 подключен источник 25 постоянного тока, а к выходам - обмотки 14 и 15 задатчика 12 механического момента. Параллельно обмоткам 14 и 15 подключены входы формирователя 26 импульсов управления, к выходу которого подключены последовательно соединенные секции 7 и 7 обмотки. Два П-образных магнитопровода 6 и 6 закреплены на корпусе таким образом, что они замыкают явновыраженными полюсами магнитный поток, проходящий через постоянные магниты 10 и 10 , индуктор 8 и ротор 1.

Количество постоянных магнитов 10 и 10 определяется величиной момента вращения, развиваемого ротором 1.

Формирователь 26 импульсов управления (фиг. 2) состоит из генератора 27 одиночного импульса первого канала, включающего последовательно соединенные инвертор 28, триггер 29, RC-цепочку 30 и инвертор 31, причем выход инвертора 28 подключен к входу С триггера 29, выход которого через RC-цепочку 30 и инвертор 31 подключен к входу триггера 29, генератора 32 одиночного импульса второго канала, включающего последовательно соединенные триггер 33, RO-цепочку 34 и инвертор 34, причем выход триггера 33 через RC-цепочку 34 и инвертор 35 соединен с входом триггера 33, и триггера 36, вход которого соединен с выходом Q триггера 29, а вход - с выходом Q триггера 33. Причем входы триггеров 29 и 33 подключены через сопротивления 37 и 38 к источнику питания +5 В (на фиг. 2 не показан) соответственно, а вход инвертора 28 и вход С триггера 33 соединены с первым и вторым выходами ключевого устройства 24 соответственно.

В качестве излучателей 21 и 21 могут быть использованы светодиоды АЛ107А, а в качестве фотоприемников 22 и 22 - фототиристор, входящий в состав оптрона АОУ103А. Ключевое устройство 24 и источник 25 постоянного тока могут быть реализованы по одной из известных схем, а компаратор 23 и элементная база формирователя 26 импульсов управления - на микросхемах К10УД8А и К176ТМ2, К555ЛН2 соответственно.

Устройство работает следующим образом. При подаче питания на датчик 20 положения рамки излучатели 21 и 21 образуют два соответствующих световых потока, причем в исходном положении заслонка 19 устанавливается так, что перекрывает световой поток одного из излучателей, например 21. При этом второй излучатель 21 открыт, в результате чего на выходе фотоприемника 22 формируется выходной сигнал +Uо, который подается на вход компаратора 23, устанавливающий его в первое устойчивое состояние с уровнем выходного напряжения, равным +Uк, который поступает на управляющий вход ключевого устройства 24, подключающего источник 25 постоянного тока к одной из обмоток, например, 14 задатчика 12 механического момента.

В результате взаимодействия магнитного поля, создаваемого потоком, протекающим по обмотке 14, с полем постоянного магнита 16 возникает момент, поворачивающий рамку 13 так, что излучатель 21 начинает закрываться, а излучатель 21 открываться. Так как датчик 20 положения рамки, компаратор 23 и ключевое устройство 24 образуют нелинейную часть системы со статической характеристикой, представленной на фиг. 3а, где - угол поворота рамки, Uo - уровень напряжения источника тока, то по мере уменьшения сигнала на выходе фотоприемника 22 происходит выключение компаратора 23, а затем при достижении сигнала на выходе компаратора 23 во второе устойчивое состояние с уровнем выходного напряжения равным -Uк. При этом происходит переключение ключевого устройства 24 и подключение источника 25 постоянного тока к второй обмотке 15 задатчика 12 механического момента. В результате этого в задатчике 12 механического момента создается момент, направление которого противоположно, и рамка 13 начинает двигаться в противоположную сторону. При этом излучатель 21 начинает закрываться, а излучатель 21 открываться. По мере уменьшения сигнала на выходе фотоприемника 22 происходит выключение компаратора 23, а затем при достижении сигнала на выходе фотоприемнике 22 порогового значения +Uо происходит переключение компаратора 23 в первое устойчивое состояние. Это вызывает новое переключение ключевого устройства 24 и подключение к источнику 25 постоянного тока обмотки 14 задатчика 12 механического момента. В результате этого переключения рамка 13 начинает двигаться в первоначальном направлении. Далее процесс переключения повторяется и рамка 13 задатчика 12 механического момента совершает гармонические колебания с некоторыми постоянными амплитудой и частотой. Такое же колебательное движение совершает и индуктор 8.

Применение ключевого устройства 24 и источника 25 постоянного тока позволяет формировать в обмотках 14, 15 прямоугольные импульсы тока, при наличии которых обеспечивается постоянство мощности, выделяемой в обмотках 14, 15. Последовательность импульсов с первого и второго выходов ключевого устройства 24 (фиг. 3б) поступают на первый и второй входы формирователя 26 импульсов управления, в котором по срезу задающего импульса на его первом входе и по фронту задающего импульса на его втором входе формируется управляющий импульс длительностью (см. фиг. 3в). Причем период следования импульсов управления совпадает с периодом следования задающих импульсов и равен Т.

Управляющий импульс U26 с выхода формирователя 26 импульсов управления подается на секции 7 и 7 обмотки магнитопровода 5, в которых протекающий ток создает магнитный поток эм, замыкающийся через кольцо 2 и индуктор 8. В процессе колебаний индуктора 8 между направлением потоков эм и пм, где пм - магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами 10 и 10 , возникает некоторый угол (фиг. 4а). Благодаря магнитным силам ротор 1 начинает поворачиваться так, чтобы поток эм совпал с потоком пм. При этом сила Fвр (фиг. 4б), направленная по касательной к кольцу 2, создает вращающий момент Мвр, а сила Fпр создает некоторое осевое усилие, в целом ряде случаев компенсирующие силы, действующие в осевом направлении.

Таким образом, из диаграммы фиг. 4а,б видно, что при поступлении в секции 7 и 7 обмотки импульса управления U26 происходит существенное увеличение магнитного потока эм + пм и вследствие одновременного перемещения индуктора 8 создается сила Fвр, приводящая во вращение ротор 1.

При возвратном движении индуктора 8 управляющий импульс U26 в обмотках магнитопровода 5 отсутствует, вследствие чего силовое взаимодействие между индуктором 8 и ротором 1 уменьшается, так как кольцо 2 выполнено из магнитомягкого материала, характеризующегося быстрым размагничивающим при отсутствии внешнего магнитного поля, и ротор 2 продолжает по инерции вращение в первоначальном направлении.

Автоколебания задатчика 12 механического момента формируют частоту следования импульсов управления, которая определяет частоту взаимодействия ротора 1 и индуктора 8, а следовательно, и скорость вращения ротора. Естественно, что с увеличением частоты автоколебаний ротор подталкивается чаще и его вращение будет более непрерывным (стабильным). При этом под стабильностью скорость вращения ротора поднимается неравномерность за время оборота. Регулируя длительность и амплитуду импульсов управления, можно соответствующим образом регулировать скорость вращения ротора и величину создаваемого крутящего момента на выходном валу 3 устройства.

Для предотвращения энергетических потерь, связанных с возникновением вихревых токов, кольцо 2 крепится с помощью неэлектропроводной и немагнитопроводящей прокладки 4.

Формирователь 26 импульсов управления работает следующим образом. Генератор 27 одиночного импульса первого канала, работающий в ждущем режиме, по фронту инвертированного импульса первого канала (фиг. 5б) формирует отрицательный импульс малой длительности (0,5-3 мкс) (фиг. 5в), который поступает на вход триггера 36. Генератор 32 одиночного импульса второго канала вырабатывает отрицательный импульс малой длительности (0,5-3 мкс) по фронту задающего импульса второго канала (фиг. 5г). Сформированный таким образом импульс (фиг. 5д) поступает на вход триггера 36. В результате на инверсном выходе триггера 36 формируется положительный импульс (фиг. 5е), по которому осуществляется магнитное взаимодействие между ротором 1 и индуктором 8. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ ВО ВРАЩАТЕЛЬНОЕ, содержащее закрепленный в корпусе магнитопровод с полюсами, ротор с выходным валом, индуктор и обмотку, отличающееся тем, что, с целью повышения стабильности частоты вращения ротора и улучшения его динамических характеристик, оно снабжено задатчиком механического момента, включающим рамку с двумя обмотками, насаженную на подвижную ось, соосную с выходным валом, и внутрирамочный постоянный магнит, закрепленный на корпусе, датчиком положения рамки, выполненным в виде двух пар закрепленных на корпусе излучателей и приемников, разделенных заслонкой, жестко установленной на подвижной оси, при этом ротор выполнен в виде кольца из магнитомягкого материала, закрепленного на выходном валу через прокладку из неэлектропроводного и немагнитопроводного материала, индуктор выполнен в виде насаженного на подвижную ось магнитопроводящего диска, на торцевой поверхности которого, обращенной к ротору, установлены n идентично ориентированных постоянных магнитов, а магнитопровод выполнен в виде n П-образных магнитопроводов, замыкающих через ротор магнитный поток, образованный постоянными магнитами индуктора, устройство также снабжено двухуровневым компаратором, ключевым устройством, формирователем импульсов управления и источником постоянного тока, при этом выходы фотоприемников подключены к входам двухуровневого компаратора, выход которого подключен к управляющему входу ключевого устройства, силовым входом подключенного к источнику постоянного тока, а выходами к обмоткам задатчика механического момента, параллельно которым подключены входы формирователя импульсов управления, к выходу которого подключена n-секционная обмотка, секции которой соединены последовательно и каждая размещена на П-образном магнитопроводе.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru