Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель для перемещения носителя информации

 

Изобретение относится к области приборостроения, к механизмам перемещения носителя информации и может быть использовано в приводах автоматики и робототехники. Целью изобретения является уменьшение неравномерности перемещения и повышение скорости углового поворота ротора на шаг в дискретном режиме. В шаговом двигателе каждая часть статора снабжена датчиками положения ротора, выполненными из пьезоэлектрических пластин, жестко сопряженных с широкими гранями клювообразных зубцов вдоль их продольной оси с возможностью восприятия изгибной деформации указанных зубцов от намагничивающей силы взаимодействия с ротором. При этом пьезоэлектрические датчики положения ротора установлены на одном из зубцов секции соответствующей управляющей обмотки катушек статора, а выход усилителей напряжения переключающего устройства подключен к входу детектирующего элемента, выход которого подсоединен к управляющему входу усилителя мощности соответствующей управляющей обмотки статора. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А BTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ,ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ((21) 4411198/24-10

j(22) 15.04.88 ! (46) 07.08.90. Бюл. № 29

j(71) Азербайджанский политехнический институт им. Ч..Ильдрыма ,(72) К. М. Имамвердиев, Э. М. Юсуф-заде

М. Г. Гасанов

j(53) 621.317.7 (088.8)

,(56) Техника средств связи.— Л.: Энергия, 1979, № 10, с. 75 — 80. (54) ПЬЕЗОЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ ШАОВЫИ ДВИ ГАТЕЛ Ь ДЛЯ Г1ЕРЕМЕЩЕИЯ НОСИТЕЛЯ ИНФОРМАЦИИ

;(57) Изобретение относится к области прибо построения, к механизмам перемещения носителя информации, и может быть использо1эано в приводах автоматики и робототехники. Целью изобретения является уменьшение неравномерности перемещения и поИзобретение относится к приборостроению, в частности к механизмам переме1 ения носителя информации, и может быть спользовано в приводах устройств автомаики и робототехники, например в манипулирующих устройствах.

Цель изобретения — уменьшение нерав омерности и повышение скорости углового оложения ротора.

На фиг. 1 и 2 показана одна часть статора с датчиком по.пожения ротора и фазны и управляющими обмотками катушки; на иг.3 — сечение А — А на фиг. 1; на фиг. 4— отруктурная схема переключения и регулирования напряжения питания управляюццих обмоток статора.

Статор 1 шагового двигателя имеет иденп(ичные среднюю и крайнюю части с катуш ой 2, фазными управляющими обмотками 3

И 4, ротор 5, представляющий собой много„„SU,» 1583996 A 1 (51)5 Н 01 1 41 08, G 11 В 15 43 вышение скорости углового поворота ротор, на шаг в дискретном режи. ñ. В шаговом двигателе каждая часть статора снабжена датчиками положения ротора, выполненными из пьезоэлектрических пластин, жестко сопряженных с широкими гранями клювообразных зубцов вдоль их продольной оси с возможностью восприятия изгибной деформации указанных зубцов от намагничивающей силы взаимодействия с ротором. Г!ри этом пьезоэлектрические датчики по.пожения ротора установлены на одном из зубцов секции соответствующей управляющей обмотки катушек статора, а выход усилителей напряжения переключающего устройства подключен к входу детектирующего элемента, выход которого подсоединен к управляющему входу усилителя мощности соответствующей управляющей обмотки статора.

4 ил. полюсную зубчатую конструкцию с постоянными магнитами 6.

Число полюсов зубчатого активного ротора равно количеству повернутых один к другому консольно расположенных клювообразных зубцов.

Часть статора согла«чо фиг, содержит первую секцию из четырех зубцов . расположенных под углом 90 один к другому, и вторую секцию из четырех зубцов 8, расположенных аналогично первой секции, т. е. зубцы обеих секций расположены под углом 45 относительно друг друга. Выл 9 расположен на скользящих втулках, установленных в корпусе 10 (скользящие втулки не показаны), объект 11 регулирования, (носитель информации) имеет механический контакт.с валом шагового двигателя, Полюсы зубчатого ротора ориентируются вдоль продольных осей возбужденных зубцов статора.

1583996

10

Формула изобретения

Датчики положения ротора выполнены из пьезоэлектрических тонких прямоугольных пластин 12 и !3, соответственно сопряженных с широкими гранями с одним из клювообразных зубцов первой и второй секций вдоль их продольной оси с возможностью восприятия изгибной деформации (фиг. 2) указан-. ных зубцов от намагничивающей силы взаимодействия с ротором.

Съем аналогового сигнала с пьезоэлектрических датчиков положения ротора (напряжения, возникающего за счет прямого пьезоэффекта) осуществляется с JloMQLUüþ выводных контактов 14 и 15, припаянных к электродам широких граней.

Переключающее устройство (блок 16) (фиг. 4) содержит электронные ключи 17—

20, триггеры 21 — 24, усилители 25 — 28 напряжения и формирователи 29 — 32 импульсов, число которых определяется числом фазных обмоток (на чертеже переключающее устройство показано для подключения обмоток 4-фазного шагового двигателя).

Выход каждого из триггеров соединен с управляющим входом соответствующего ключа, а сигнальный вход и сигнальный выход каждого из ключей подключены соответственно к выходу усилителя 33 мощности и электрическим выводом соответствующих управляющих обмоток шагового двигателя.

Выходы каждого из формирователей импульсов соединены с соответствующими входами (устаиовочными) соседних триггеров, а входы указанных формирователей подключены к выходам усилителей напряжения, входы которых подключены к электродам пьезоэлектрических датчиков положения ротора соответствующей управляющей обмотки шагового двигателя.

Выходы каждого из усилителей напряжения переключающего устройства подключены к входу детектирующего элемента 34, выход которого подсоединен к управляющему входу усилителя мощности соответстсвующей управляющей обмотки статора.

Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель работает следуюгцим образом.

Запуск шагового двигателя осуществляется кнопкой «Пуск», при этом срабатывают элементы переключающего устройства 16, трипер 21 опрокидывается и открывает электронный ключ 17, в результате напряжение с выхода усилителя 33 мощности (источник постоянного напряжения), поступает на обмотку 4 управления катушки 2 и одновременно на другую обмотку управления второй катушки (на фиг. 1 обмотка второй катушки не показана). Это приводит к возбуждению первой секции, состоящей из четырех клювообразных зубцов 7, расположенных один относительно другого через 90 .

Полюсы ротора 5 ориентируются вдоль осей возбужденных зубцов. При этом ротор 5 поворачивается на некоторый угол в сторону возбужденной секции зу бцов 7, равный меж20

50 дузубцовому расстоянию, занимает фиксированное положение, соответствующее наибольшей магнитной проводимости пути замыкания магнитного потока статора 1 для данной возбужденной фазы обмотки 4 катушки 2.

Указанный поворот ротора (по мере приближения полюсов ротора к возбужденной секции зубцов 7 с пьезопластиной 12) приводит к изгибной деформации указанного зубца данной секции, на котором установлен датчик 12 положения ротора 5 в радиальном направлении (фиг. 2).

Величина допустимой деформации изгиба определяется по формуле где F„=A W, — магнитодвижущая сила управляющей обмотки статора на пару полюсов, Н;

К =К,„„+К„„— суммарная изгибная жесткость клювообразного зубца К и пьезопластины

К„, Н/м.

В результате изгибной деформации на электродах 14 пьезопластины 12 датчика положения ротора, при угловом повороте ротора на шаг, формируется импульс за счет прямого пьезоэффекта, изменяющийся пропорционально (амплитуде деформации пьезодатчика) изменению механической нагрузки

Р„„на валу 9 ротора 5 шагового двигателя. Этот сигнал после усиления в блоке 25 и детектировании в блоке 34 поступает на уп. равляющий вход усилителя ЗЗ мощности, изменяя его коэффициент передачи по закону изменения нагрузки F„„.

После углового поворота ротор 5 занимает новое фиксированное положение, при котором выработанный импульс самокоммутации после формирования в блоке 29, воздействуя на второй вход триггера 21, закрывает электронный ключ 17, отключает напряжение питания управляющей обмотки 4 первой секции зубцов статора и одновременно опрокидывает триггер 22, открывая электронный ключ 18, подавая питающее напряжение на управляющую обмотку 3 второй секции зубцов 8 статора. В описанной последовательности циклы периодически повторяются, осуществляя переключение напряжения питания на обмотках управления.

Совмещение пьезоэлектрического датчика без увеличения габаритных размеров шагового двигателя обеспечивает выдачу информации о положении ротора на каждом шаге угла поворота, исключает необходимость использования самокоммутирующего диска с п рорезя ми.

Пьезоэлектромагнитный шаговый двигатель для перемещения носителя информации, содержащий статор из двух идентичных час1583996 тей с катушками управляющих обмоток и клювообразными зубцами, широкие грани которых обращены к многополюсному зубчатому ротору в продольном направлении, усилитель мощности, к входу которого .подключено переключающее устройство, а к выходу — обмотки катушек статора, датчик

>aros ротора, соединенный с входом переключающего устройства, и детектирующий элемент, отличающийся тем, что, с целью уменьшения неравномерности и повышения скорости углового поворота ротора, каждая часть статора снабжена датчиками положения ротора, выполненными H bli. .e пьезо электрических пластин, жестко сопряженных с широкими гранями клювообразных зубцов вдоль их продольной оси, при этом пьезоэлектрические датчики положения ротора установлены на одном из зубцов секции соответствующей управляющей обмотки катушек статора, а усилительные выходы переключающего устройства подключены и соответствующим входам детектирующего элемента, выход которого соеди нен с упра вляющи м входом усилителя мощности соответствующей управляющей обмотки статора.

1583996

Фиг.2

Составитель С. Ботуз

Редактор А. Шандор Техред А. Кравчук Корректор Т. Палий

Заказ 2258 Тираж 448 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101