Магнитострикционный шаговый двигатель угловых перемещений

 

МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий основание, закрепленный на основании цилиндрическийзамыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого жестко связан с кожухом, а Изобретение относится к области электротехники, более конкретно к магнитострикционным устройствам малых угловых перемещений, и может быть использовано как исполнительный элемент различных устройств и систем в станкостроении, оптикомеханической промышленности и в других областях техники, где необходимо осуществлять точные угловые шаговые микроперемещеНИЯо Известен магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, полый цилиндрический магнитострикцидругой сопряжен с одним из торцов фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному менту, , установленный на основании с возможностью фиксации углового положения вала, обмотки продольного и циркулярного намагничивания , о т л и ч а ю ли и и с я тем, что, с целью повышения быстродейгствия , точности и нагрузочной способности , замыкающий кожух выполнен из материала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента , и жестко связан с основанием со стороны крепления магнитострикционного элемента, причем свободный торец кожуха сопряжен с другим тор (/}. цом фланца выходного вала, а обмотС ка циркулярного намагничивания охватывает кожух и магнитострикционный элемент. О ю онный элемент, обмотки продольного VI циркулярного намагничивания, замыкаюЮ Ю щий кожух, два электромагнитных зажима , контактный узел. Недостатком известного двигателя является наличие линейных перемещений выходного конца магнитострикционного элемента, что приводит к снижению точности выполнения перемещений устройством, в котором используется данный привоДо Кроме того, применение двух электромагнитных зажимов снижает быстродействие привода, а необходимость ис

СОЮЗ СО8ЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 01 L 41/12 H 02 Н 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Г,"... "--..—.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ :., —.- ;; - ", К ASTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

6 (21) 351.1431/25 (22) 12. 11. 82 (46) 30.06.93. Бюл. t 24 (71) Упимский авиационный институт им. Орджоникидзе (72) П.А,Грехов, С.Т.Кусимов и A.3.Тлявлин (56) Михайлов О.П. "Теория и расчет магнитострикционных устройств автоматизации станков", Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. Москва, 1974 с. 300-346.

Авторское свидетельство СССР по заявке h" 3238157/18-25, кл, Н 01 L 41/12, Н 02 N 11/00, 1981. (54) (57) ИАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЙ

ДВИГАТЕЛЬ УГЛОВЫХ ПЕРЕНЕЦЕНИЙ, содержащий основание, закрепленный на основании цилиндрический. замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого жестко связан с кожухом, а

Изобретение относится к области электротехники, более конкретно к магнитострикционным устройствам малых угловых перемещений, и может быть использовано как исполнительный элемент различных устройств и систем в станкостроении, оптикомеханической промышленности и в других областях техники, где необходимо осуществлять точные угловые шаговые микроперемещения.

Известен магнитострикционный шаговый двигатель, содержащий основание, полый цилиндрический магнитострикци„„Sll „„1091792 А1 другой сопряжен с одним из торцов фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному зле : менту, зажим, установленный на. основании с возможностью фиксации углового положения вала, обмотки продольного и циркулярного намагничивания, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродей-. ствия, точности и нагрузочной способности, замыкающий кожух выполнен из материала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента, и жестко связан с основанием со стороны крепления магнитострикционного элемента, причем свободный торец кожуха сопряжен с другим торцом фланца выходного вала, а обмотка циркулярного намагничивания охватывает кожух и магнитострикционный элемент. онный элемент, обмотки продольного циркулярного намагничивания, замыкающий кожух, два электромагнитных зажима, контактный узел.

Недостатком известного двигателя является наличие линейных перемещений выходного конца магнитострикционного элемента, что приводит к снижению точности выполнения перемещений устройством, в котором используется данный привод.

Кроме того, применение двух электромагнитных зажимов снижает быстродействие привода, а необходимость ис1091792 пользования контактного узла уменьшает надежность работы устройства.

Известен также магнитострикционный шаговый двигатель угловых переме- 5 щений, содержащич основание, закрепленный на основании замыкающий кожух, полый цилиндрический магнитострикционный элемент, один конец которого связан с кожухом, а другой сопряжен с одним из торцов фланца выходного вала, расположенного соосно магнитострикционному элементу, зажим, уста" новленный на основании с возможностью фиксации углового положения вала, обмотки продольного и циркулярного намагничивания.

8 известном двигателе для устранения линейных перемещений имеется упорный подшипник, установленный на торце щ вала, либо на торце фланца вала.

R,данном устройстве отсутствуют линейные перемещения выходного конца, однако его слабым местом является наличие упорного подшипника, Трение и 25 люфты в подшипниковом узле снижают быстродействие и точность работы двигателя. Недостаточна также нагрузоч-ная способность, что отрицательно сказывается на точности осуществления 30 микроперемещений при больших нагрузках и ограничивает область применения двигателя.

Целью изобретения является повышение эффективности работы двигателя за 35 счет повышения точности, быстродействия и нагрузочной способности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что замыкающий кожух выполнен из ма- 4О териала с коэффициентом магнитострикции противоположного знака, чем у материала магнитострикционного элемента и жестко связан с основанием со стороны крепления магнитострикциьнного 45 элемента, причем свободный торец ко" жуха сопряжен с другим торцом фланца выходного вала, а обмотка циркулярного намагничивания при этом охватывает кожух и магнитострикционный элемент.

Это позволяет использовать кожух совместно с магнитострикционным элементом для фиксации вала при подаче напряжения на обмотку продольного намагничивания и для flOBopoTB вала при подаче напряжения на .обмотку циркулярного намагничивания. Таким образом отпадает необходимость в установке упорного подшипника, за счет чего повышаются быстродействие, точность и надежность работы устройства.

Возрастает нагрузочная способность, так как увеличивается сила фиксации вала, а вращающий момент создается, кроме того, и кожухом устройства, На фиг.l схематично изображен предлагаемый двигатель, магнитострикционный элемент которого выполнен из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а кожух - из материала с отрицательным коэффициентлм магнитострикции, разрез; на

Фиг.2 - вариант исполнения двигателя, магнитострикционный элемент которого выполнен из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции, а кожух - иа материала с поло-. жительным коэффициентом магнитострикции.

Магнитострикционный шаговый двигатель содержит основание 1, полый цилиндрический магнитострикционный элемент 2, обмотку продольного намагничивания 3, закрепленную в кожухе 4, который жестко закреплен на основании 1, а также жестко связан с магнитострикционным элементом 2. Обмотка циркулярного намагничивания 5 охватывает кожух 4 и магнитострикционный элемент 2. Выходной вал 6, выполненный с Фланцем, установлен соосно магнитострикционному элементу 2 и кожуху 4 с возможностью фрикционной связи с ними. Зажим 7 установлен на основании с возможностью фиксации углового положения выходного вала 6.

Для усиления Фрикционной связи на свободный конец магнитострикционного элемента 2 и торец кожуха 4, сопряженный с валом 6, а также на вааимо" действующие с ними торцы фланца выходного вала 6 нанесено покрытие 8. с большим коэффициентом трения, Кожух

4 выполнен из материала с отрицательным коэффициентом магнитострикции, а магнитострикционный элемент

2 - из материала с положительным коэффициентом магнитострикции.

В варианте исполнения магнитострикционного шагового двигателя, изображенного на фиг.2, кожух 4 выполнен из материала с положительным коэффициентом магнитострикции, а магнитострикционный элемент 2 - иа материала с отрицательным коэффициентом

5 10 магнитострикции. Несмотря на некото-" рую сложность изготовления и установки выходного вала 6 в этом случае рациональней используются возможности магнитострикционных материалов, так как коэффициент магнитострикции наиболее распространненного и применяемого материала с отрицательной магнитострикцией - никеля - примерНо в 2-3 раза меньше коэффициента магнитострикции пермендюра K65 - материала с положительной магнитострик- цией. Угол закручивания магнитострикционного стержня уменьшается обратно пропорционально увеличению его радиуса, а так как радиус кожуха больше радиуса магнитострикционного элемента, то для более эффективной работы устройства в приведенном варианте кожух изготовлен из пермендюра,, а магнитострикционный элемент - из никеля, Двигатель работает следующим образом.

В первый момент времени обмотки продольного и циркулярного намагничивания 3 и 5 и зажим 7 обесточены.

При этом зажим 7 фиксирует определенное угловое положение выходного вала 6, Затем обмотка продольного намагничивания 3 подключается к источнику питания. При этом вследствие линейного магнитострикционного эффекта происходят удлинение магнитострикционного элемента и укорочение кожуха (в случае двигателя, показанного на

91792 б

Фиг.2, происходят удлинение кожуха и укорочение магнитострикционного элемента), и они фиксируют сланец выходного вала. На зажим 7 подается питание, и он освобождает выходной вал 6. атем питание подается на обмотку циркулярного намагничивания 5, и вследствие эффекта угловой магнитострикции происходит закручивание свободного конца магнитострикционного элемента 2, свободного конца кожуха

4 и @рикционно связанного с ними вала 6, Зажим обесточивается и фиксирует новое угловое положение выходного вала 6. Обмотки пролольного и циркулярного намагничивания 3 и 5 обесточиваются, магнитострикционный weмент 2 и кожух 4 под действием упру2О гих сил принимают исходное состояние, и фрикционная связь разрывается. Двигатель приходит в исходное состояние, а выходной вал 6 и нагрузка при этом повернулись на некоторый угол. Далее

25 цикл повторяется, и за каждый цикл выходной вал 6. будет. поворачиваться на некоторый угол вокруг оси, т,е. будет совершать шаговые угловые перемещения. Реверсирование двигателя

ЗО осуществляется изменением направления тока питания обмотки циркулярного намагничивания.

Исключение упорного подшипника позволяет повысить точность, быстроие, нагрузочную способность примерно в два раза и расширить область применения двигателя.

10917"2

Составитель

Редактор О.Филиппова Техрел M,Ìîðãåíòàë Корректор С.Юско

Заказ 2827 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, )3-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101