ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2030079 (13) C1

(51) 6 H02K41/03 

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

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

(21) Заявка: 4783102/07 
(22) Дата подачи заявки: 1990.01.16 
(45) Опубликовано: 1995.02.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Авторское свидетельство СССР N 744830, кл. H 02K 41/02, 1980. Итоги науки и техники. т. 6, Электропривод и автоматизация промышленных установок. М.: ВИНИТИ, 1978, с.72-73. 
(71) Заявитель(и): Московский энергетический институт 
(72) Автор(ы): Ивоботенко Б.А.; Луценко В.Е.; Белявский Е.И.; Кобалия М.И. 
(73) Патентообладатель(и): Ивоботенко Борис Алексеевич; Луценко Виктор Евгеньевич; Белявский Евгений Иванович; Кобалия Мамука Игоревич 

(54) ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Использование: в качестве электропривода в автоматизированных технологических и других промышленных установках. Сущность изобретения: в предложенном шаговом электродвигателе вместо системы обмоток возбуждения на полюсах и системы их коммутации введены пьезоэлементы 1, размещенные между группами полюсов 3 с одинаковым сдвигом по нарезке зубцов и крышкой 2. Группы полюсов 3 укреплены в днище 5 корпуса якоря с возможностью вертикального перемещения корпуса якоря. Это упрощает конструкцию и повышает быстродействие. 1 з.п. ф- лы, 6 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в автоматизированных технологических и других промышленных установках.

Целью изобретения является повышение быстродействия при одновременном упрощении конструкции.

На фиг. 1 и 2 изображены варианты выполнения элементарных узлов с закреплением зубчатых полюсов с одинаковым сдвигом с пьезоэлементом в корпусе якоря: на фиг. 1 - при промежуточном положении постоянного магнита, на фиг. 2 - при верхнем положении постоянного магнита; на фиг. 3 и 4 - однокоординатный линейный шаговый электродвигатель; на фиг. 5 и 6 - двухкоординатный линейный шаговый электродвигатель.

В линейном шаговом электродвигателе каждый пьезоэлемент 1 укреплен в крышке 2 корпуса якоря и неподвижно соединен с группой зубчатых полюсов 3, имеющих одинаковый сдвиг (фиг. 1), либо с постоянным магнитом 4 (фиг. 2), который в свою очередь неподвижно соединен с группой зубчатых полюсов 3, т. е. каждый пьезоэлемент 1 размещен между крышкой 2 и группой зубчатых полюсов 3. Группы зубчатых полюсов 3 укреплены в днище 5 корпуса якоря с возможностью вертикального перемещения. Якорь с помощью опор, обычно магнитовоздушных, отделен от магнитомягкого зубчатого индуктора 6 (с величиной зубцового деления , равным зубцовому делению полюсов якоря) с рабочим воздушным зазором . Каждая группа полюсов 3 имеет сдвиг по нарезке X = 0; /2 ; /4 и 3/4 (последняя группа на фиг. 1 и 2 не показана).

Однокоординатный линейный шаговый электродвигатель (см. фиг. 3 и 4) в якоре содержит несколько элементарных узлов 7, число которых равно или кратно числу фаз двигателя. Элементарные узлы с группой полюсов одноименного значения сдвига X = 0 ; /2; /4 и 3/4 (что соответствует сдвигам в электрических радианах X = 0, ; /2; 3 /2) размещены симметрично относительно центра О1 масс якоря.

Двухкоординатный линейный шаговый электродвигатель (см. фиг. 5 и 6) содержит две системы элементарных узлов, ориентированных вдоль оси X (I и III квадранты) и вдоль оси Y (II и IV) квадранты), причем элементарные узлы, имеющие одинаковые направленность и сдвиг зубчатых полюсов и принадлежащие разным квадрантам, размещены симметрично относительно геометрического центра О2 якоря.

Линейный шаговый электродвигатель работает следующим образом.

Исходное фиксированное состояние определяется взаимодействием групп полюсов с одинаковым сдвигом, на пьезоэлементы которых подано максимальное напряжение Umax (на фиг. 1 и 2 - это группа полюсов с X = 0). Полюса этих групп максимально опущены до оптимального зазора min. На остальные пьезоэлементы напряжение либо не подается (Uо = 0), либо подается максимальное напряжение отрицательной полярности (Uo =-Umax). При этом их группы полюсов максимально подняты до максимального зазора o.

Взаимодействие полюсов поднятых групп с индуктором минимально, так как тангенциальное усилие, развиваемое ими, определено таким соотношением /, которое стремится к О. Известно, что при таком соотношении / развиваемое тангенциальное (рабочее) усилие также стремится к нулю.

На практике, когда линейный шаговый двигатель работает на аэростатической опоре с номинальным зазором min = 1, мкм. Подъем полюсов до зазора o = 80 мкм уменьшает рабочее усилие в 5 раз.

Таким образом, при исходном статическом состоянии, определенном взаимодействием опущенных групп полюсов с X = 0, якорь занимает положение в соответствии с продольным (согласным) расположением зубцов этих полюсов и зубцов индуктора.

Для реализации шагового перемещения в простейшем случае коммутации следует поднять группу полюсов с X = 0 и одновременно опустить группу полюсов с X = /4 или X = 3 /4 (в зависимости от выбранного направления движения). Для этого напряжение на пьезоэлементе группы с X = 0 изменяется с Umax на Uо, а напряжение на пьезоэлементе с полюсной группой или 3 /4 изменяется с Uо на Umax.

Вновь опущенная группа полюсов в силу имеющегося сдвига по нарезке X заставит якорь переместиться на величину единичного шага =/4.

Последовательно производя такие операции со всеми группами зубчатых полюсов, получают шаговое движение двигателя.

По способам коммутации двигатель приспособлен к любому, используемому в настоящее время, т. е. к парной, поочередной коммутации, к коммутации с дробнением шага и т.д.

Двигатель может выполняться с любым числом фаз m от m = 3 и выше. При этом взаимные сдвиги полюсных групп подчиняются тем же соотношением, что и в обычном шаговом двигателе (ШД) X = /m.

Двухкоординатный вариант двигателя построен аналогично однокоординатному, но на индукторе осуществлена взаимно пересеченная нарезка зубцов.

Симметрирование полюсных групп с одинаковым сдвигом выполняется для поддержания равномерности рабочего зазора в случае применения аэростатических опор. Действительно, при опускании групп полюсов с определенным значением сдвига увеличивается не только тангенциальная, но и нормальная сила взаимодействия этой группы с магнитомягким индуктором.

Для избежания возможных перекосов, могущих привести к потере работоспособности двигателя (например, если в какой-либо точке MIN достигнет нуля), группы полюсов с одинаковым сдвигом по нарезке зубцов (синхронного опускаемых и поднимаемых) располагаются симметрично относительно центра масс якоря.

Изобретение позволяет существенно упростить конструкцию электродвигателя, исключив систему обмоток возбуждения на полюсах и систему их коммутации и снизив тем самым инерционность двигателя, повысить быстродействие электропривода, что в свою очередь приводит к росту производительности автоматизированных устройств. Кроме того, сокращается число трудоемких намоточных операций при изготовлении двигателя. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. ЛИНЕЙНЫЙ ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий плоский зубчатый магнитомягкий индуктор и якорь с системой установленных в днище его корпуса возбуждаемых постоянными магнитами зубчатых полюсов, сдвинутых относительно друг друга по нарезке зубцов, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при одновременном упрощении конструкции, он снабжен пьезоэлементами, размещенными между группами полюсов с одинаковым сдвигом по нарезке зубцов и крышкой корпуса якоря, а зубчатые полюса установлены на днище корпуса якоря с возможностью их перемещения в направлении, перпендикулярном плоскости индуктора.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что группы полюсов с одинаковым сдвигом по нарезке попарно расположены симметрично относительно геометрического центра якоря.