Электрострикционный шаговый двигатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 051073 (21) 1964290/26-25 с присоединением заявки РЙ (23) Приоритет (43) Опубликовано 050378,Бюллетень Ж 9 (45) Лата опубликования описания 14,0278 (51) М, Кл.7

Н 02 И 11/00

H 01 H 41/08

Гвврдвратввввыв кантат

Ввввтв Мввватрав CCCP вв.двлва ввввратвввл в атврмтвВ (53) УДт:-:537,228.1 (088. I1) (72) Автор изобретения

Г.Н.Бобров

Специальное конструкторское бюро биологического приборостроения AH СССР (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОСТРИКЦИОННЫЙ ШАГОВЫЯ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя в различных областях техники.

Известны электрострикционные шаговые двигатели, содержащие пьезоэлемент и электромагнитные стопоры, фиксируклаие положение двигателя относительно направляющих.

Недостаток этих. двигателей состоит в том, что для их питания невозможно применить постоянный ток.

Цель изобретения — обеспечить возможность подключения электрострикцнонного шагового двигателя к источнику. постоянного тока без промежуточного преобразования.

Поставленная. цель достигается тем, что электромагнитные стопоры снабжены обмотками постоянного и переменного тока, последние из которых включены в цепь вторичной обмотки согласующего трансформатора и образуют с элентрической емкостью пьезоэлемента последовательный резонансный контур. В рабочие зазоры магнитопровода электромагнитных стопоров введены магнитоуправляемые элементы, например магниторезисторы, образующие с первичной обмоткой согласующего трансформатора четырехплечий мост. В днагональ этого моста последовательно с источником постоянного напряжения включены упомянутые обмотки постоянного тока, причем относительно наводимой н них переменной ЭДС обмотки постоянного тока включены эстречно.

На фиг. 1 показана электрическая схема предложенного двигателя; на

10 фиг. 2 — диаграммы напряжения на пьезоэлементе и магнитных потоков на стопорах.

Электрострикционный преобразователь (пьезоэлемент) 1, снабженный

=лектромагнитными стопорами 2, 3, перемещается по направляющей поверхности 4. Обмотки 5 н 6 стопоров включены последовательно с источником 7 постоянного напряжения в диагональ четырехпЛечего моста, образованного магниторезисторами 8, 9 и обмоткой АБ трансформатора 10. Обмотки 11 и 1.2 стопоров включены последовательно с электрострикционным преобразователем 1 в цепь обмотки В трансформатора 10. Двигатель содержит также переключатель 13 и набор конденсаторов 14, каждый нз которых:может быть подключен параллельно пьезоэлементу с помощью выключателя 15.

597057

Работает шаговый двигатель следующим образом.

При протекании тока по обмоткам 5 и 6 в магнитопроводах стопоров 2 и 3 возникает магнитный поток Фц, который определяет среднее значение сопротивления магниторезисторов 8 и 9 и создает исходное тормозное усилие, прижимающее оба стопора к направляющей поверхности 4. В силу естественного раэбаланса схемы (при наличии конструктивной симметрии между всеми элементами стопоров) равенство токов в обмотках A и Б трансформатора 10 нарушается, разностный,ток трансформируется в обмотку В и пополняет энергией последотельный резонансный кон.тур, образованный обмотками 11 и 12 стопоров и суммарной электрической емкостью пьезоэлемента 1 и конденсаторов 14 . Распределение токов в обмот- 3) ках А и Б определяется величиной сопротйвлений магниторезисторов 8 и 9, ° которые зависят, в свою очередь, от магнитной индукции в зазорах магнитопроводов стопоров. 26

При правильно сфазированных обмот= ках 11 и 12 (критерием правильности в данном случае являет я отсутствие переменной составляющей в цепи источника постоянного тока) в салеме З0 возникает устойчивая генерация, в результате которой магнитные, потоки в магнитопроводах стопоров испытывают противофазную модуляцию, а на пьезоэлементе устанавливается синусоидальное напряжение, фаза которого сдвинута на 90 относительно переменных составляиицих магнитных потоков и первых гармоник тормозных усилий электромагнитных стопоров.

Временные диаграммы на фиг. 2 наглядно показывают, что в те моменты рремени; когда напряжение У„ на пьезоэлементе изменяется медленно (вершины синусоиды), магнитные потокиФ1 и

Ф (а следовательно, и тормозные усилия) стопоров одинаковы и не равны нулю, т.е. для предотвращения самохода двигателя в интервалах между шагами не требуется специальных мер.

Разность тормозных усилий стопоров в 60 те моменты времени, когда напряжение

Un на пьезоэлементе изменяется интенсивно, т.е. когда пьезоэлемент изменяет свои размеры, обеспечивает рабочее перемещение двигателя. Очевидно, что чем больше разность тормозных усилий, тем выше КПД двигателя.

Для правильной работы двигателя необходимо, чтобы амплитуда переменной составляющей магнитных потоков в магнитопроводах стопоров не превышала значения Ф„ поскольку тяговое усилие электромагйита является квадратичной функцией магнитного потока.

Изменение частоты шагания производится подключением параллельно пьезоэлементу конденсатора переменной емкости.

1 Реверс двигателя осуществляется изменением на 180 фазы напряжения на пьезоэлементе с помощью переключателя 13.

Формула изобретения

1. Электрострикционный шаговый двигатель, содержащий поляризованный пьезоэлемент н электромагнитные сто- поры, о т л н ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения питания его от источника постоянного напряжения без промежуточного преобразования, электромагнитные стопоры снабжены обмотками постоянного н переменного тока, последние из которых включены в цепь вторичной обмотки согласующего трансформатора, где образуют с электрической емкостью пьезоэлемента последовательный резонансный контур а в рабочие зазоры магнитопроводов электромагнитных стопоров введены магнитоуправляемые элементы, например магниторезисторы, образующие с первичной обмоткой согласующего трансформатора четырехплечий мост, в диагональ которого последовательно с источником постоянного напряжения включены упомянутые обмотки постоянного тока, причем относительно наводимой в них переменной ЭДС обмотки постоянного тока включены встречно.

2. Шаговый двигатЕль по п. l,о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью регулирования частоты отработки шагов,. параллельно пьезоэлементу подключен конденсатор переменной емкости.

597057

Фиг. г

4Ьг. 2

Составитель Р.Волченкова

ТехредЭ.Чужик Корректор С.ймалова

Редактор Т.Орловская

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Эакаэ 21б7/53 Тираж 892 - Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР йо делам нэобретений и открытий

l?3035 Москва, X-.35, Раушская нас., д. 4/5