PL249173B1 - Siłownik liniowy o jednym stopniu swobody - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest siłownik liniowy o jednym stopniu swobody, składający się ze stojana będącego korpusem (1) silnika krokowego, którego częścią są uzwojenia cewek (2), w którym to korpusie (1) umieszczony jest wirnik (7) zintegrowany z nakrętką (12), połączoną gwintowo ze śruba pociągowa (5), która zawiera kanał prowadzący (11), wewnątrz którego umieszczony jest trzpień prowadzący (10) osadzony w pokrywie (9) i połączony z nią mechanicznie na stałe. Wirnik (7) jest podparty na łożyskach (6) oraz (8), a przestrzeń w której się znajduje jest zamknięta pokrywami (3) i (9) oraz nakrętką (4) do kasowania luzu łożyska (6).

Description

Przedmiotem wynalazku jest siłownik liniowy o jednym stopniu swobody.

Wynalazek należy do dziedziny techniki inżynieria mechaniczna.

Wynalazek rozwiązuje problem techniczny, umożliwienia ruchu liniowego śruby poprzez zapobieżenie jej ruchu obrotowego.

Ze stanu techniki znany jest wzór użytkowy W.112056 dotyczący elektromechanicznego siłownika liniowego, który zawiera silnik elektryczny, śrubę napędową połączoną z jego wałem oraz suwak w postaci rury współosiowo osadzonej elementem nagwintowanym na śrubie napadowej, charakteryzujący się tym, że suwak jest na końcu zamknięty i wypełniony substancją smarną.

Z amerykańskiego patentu US6603229 znany jest siłownik liniowy z gwintowaną tuleją mocującą, niewypadającą śrubą pociągową i regulacją napięcia wstępnego sprężyny zawierający: przednie i tylne elementy blokujące, stojan wirnika, posiadając odpowiednio łożyska osadzone czopowo we wnękach utworzonych w wewnętrznych powierzchniach elementów blokujących, tuleję chwytającą, której bliższy koniec jest gwintowany włożony we wnękę utworzoną w zewnętrznej powierzchni przedniego elementu blokującego. Wszystkie powyższe elementy są ustawione współosiowo, aby umożliwić wprowadzenie przez nie śruby pociągowej.

Znany jest jeszcze wynalazek US2010308671 będący silnikiem z siłownikiem liniowym obejmującym zespół wirnika, który ma wkładkę uformowaną w niemagnetycznej tulei poprzez wiele otworów, która jest powstrzymywana przed obracaniem się w niemagnetycznej tulei przez co najmniej jeden otwór rozmieszczony wzdłuż długości niemagnetycznej tulei. Tuleja magnetyczna, która odpowiada co najmniej jednemu występowi utworzonemu przez uformowany materiał wkładki i zespół stojana mający wiele symetrycznych i wymiennych magnetycznych płytek biegunowych. Każda z wielu płytek nabiegunowych magnetycznych zawiera zasadniczo płaską część płytową z centralnym otworem i wieloma występami wystającymi z centralnego otworu i prostopadłymi do części płytowej. Występy magnetycznych płytek biegunowych tworzą otwór o wymiarach umożliwiających umieszczenie w nim zespołu wirnika. Na magnetycznych płytkach biegunowych uformowany jest materiał nieprzewodzący.

Siłowniki liniowe są powszechnie stosowane w dziedzinie automatyzacji, jako urządzenia sterujące ruchem elementów maszyn i urządzeń. Istnieje kilka rodzajów siłowników liniowych, wśród których można wyróżnić przede wszystkim siłowniki liniowe hydrauliczne, pneumatyczne, elektromagnetyczne oraz elektryczne. Te ostatnie wykorzystują silniki elektryczne do generowania siły i przemieszczania się wzdłuż osi liniowo. Istnieje kilka rodzajów silników elektrycznych stosowanych w siłownikach liniowych, takie jak silniki krokowe, silniki prądu stałego lub silniki bezszczotkowe. Siłowniki liniowe elektryczne charakteryzują się precyzyjnym pozycjonowaniem i kontrolą ruchu dzięki stosowanym sterownikom.

Poza silnikami szczotkowymi DC i BLDC do napędu siłowników liniowych wykorzystuje się silniki krokowe. Silniki krokowe są elektrycznymi silnikami o charakterystycznej budowie i sposobie działania. Składają się z rotoru magnetycznego, zwanych wirnikiem oraz stojana magnetycznego, który zawiera cewki. Podczas pracy silnika krokowego, zasilanie elektryczne jest podawane na odpowiednie cewki, co powoduje generowanie pól magnetycznych, które przyciągają wirnik. Poprzez sekwencyjne włączanie i wyłączanie cewek, wirnik obraca się o określony krok, dzięki czemu silnik krokowy może precyzyjnie kontrolować ruch obrotowy. Charakterystyczną cechą silnika krokowego jest możliwość utrzymywania wirnika w określonej pozycji z pełnym momentem trzymającym.

W przypadku zastosowania silników krokowych w siłownikach liniowych, ruch obrotowy silnika jest przekształcany na ruch liniowy zazwyczaj za pomocą połączenia śrubowego o różnych rodzajach gwintów.

Istnieją różne rodzaje silników krokowych i można je dzielić ze względu na wykonywany ruch (obrotowe, liniowe), ze względu na liczbę segmentów (jedno- i wielosegmentowe), czy też ze względu na rodzaj uzwojeń (unipolarne i bipolarne). Natomiast na przykładzie rozwiązań już istniejących można dodatkowo podzielić je na sposób prowadzenia śruby pociągowej (non-captive, external, captive). Siłownik liniowy typu non-captive posiada dwa stopnie swobody, a mianowicie ruch wzdłużny oraz obrotowy śruby. Oznacza to, że jeden z jej końców musi zostać unieruchomiony przed obracaniem się, aby siłownik zaczął wykonywać ruch liniowy. Silnik typu external posiada nakrętkę zewnętrzną. Śruba pociągowa jest tylko z jednej strony silnika. Aby był możliwy ruch liniowy, to nakrętka musi zostać przykręcona do nieobracającego się elementu, który będzie przesuwany. Ostatnim typem silnika jest typ captive. Siłownik taki posiada zewnętrzną tuleję prowadzącą śrubę. Wewnątrz niej znajduje się kanał prowadzący, natomiast śruba ma część wykonaną bez gwintu, w której znajduje się trzpień prowadzący, dzięki czemu śruba nie obraca się. Niegwintowana część śruby odpowiada długością całkowitemu możliwemu liniowemu przemieszczeniu. Taki siłownik nie tylko ma większe gabaryty, lecz także długość ruchu liniowego jest uzależniona od długości zewnętrznej tulei prowadzącej. Ponadto śruba jest wykonywana specjalnie do takiego siłownika.

Celem wynalazku jest, umożliwienie ruchu liniowego śruby poprzez zapobieżenie jej ruchu obrotowego.

Istotą wynalazku jest siłownik liniowy o jednym stopniu swobody składający się ze stojana będącego korpusem silnika krokowego, którego częścią są uzwojenia cewek, w którym to korpusie umieszczony jest wirnik zintegrowany z nakrętką, połączoną gwintowo ze śrubą pociągową, charakteryzujący się tym, że śruba pociągowa zawiera kanał prowadzący, wewnątrz którego umieszczony jest trzpień prowadzący osadzony w pokrywie i połączony z nią mechanicznie na stałe. Wirnik jest podparty na łożyskach, a przestrzeń w której się znajduje jest zamknięta pokrywami oraz nakrętką do kasowania luzu łożyska.

W rozwiązaniu według wynalazku prowadnica liniowa jest zintegrowana ze śrubą pociągową, a jedynym ograniczeniem długości liniowego ruchu jest długość samej śruby pociągowej. Dodatkowo śruba taka może być stosowana zamiennie w siłownikach non-captive z blokadą obrotu lub bez niej.

Siłownik liniowy typu non-captive, składa się silnika krokowego, przez który przechodzi śruba pociągowa. Ruch liniowy śruby pociągowej jest możliwy, jeżeli korpus silnika krokowego będzie utwierdzony oraz śruba pociągowa zostanie przymocowana przynajmniej z jednej strony do elementu, który się nie obraca. Proponowany siłownik liniowy non-captive o zmniejszonej liczbie stopni swobody nie wymaga mocowania śruby do elementu nieobracającego się. Składa się on z korpusu silnika krokowego, wirnika zintegrowanego z nakrętką, śruby pociągowej z kanałem prowadzącym trzpienia prowadzącego oraz nakrętki. Zastosowanie kanału prowadzącego w śrubie pociągowej w połączeniu z trzpieniem prowadzącym pozwala na unieruchomienie obrotu śruby bez konieczności jej mocowania w elemencie zewnętrznym, który będzie przemieszczany. Trzpień prowadzący jest zintegrowany z nakrętką.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione na rysunku Fig. 1, który przedstawia rzut izometryczny siłownika liniowego.

Rozwiązanie według wynalazku w korzystnym przykładzie wykonania zostało zrealizowane jako siłownik liniowy o jednym stopniu swobody składający się ze stalowego korpusu (1) silnika krokowego będącego stojanem, którego częścią są uzwojenia cewek (2). Wewnątrz umieszczony jest magnetyczny wirnik (7) zintegrowany z nakrętką (12) wykonaną z mosiądzu. Wirnik (7) osadzony jest na dwóch łożyskach (6) i (8) tocznych. Przestrzeń w której znajduje się wirnik (7) jest szczelnie zamknięta aluminiowymi pokrywami (3) i (9) oraz nakrętką (4). W pokrywie (9) wykonany jest otwór, w którym osadzony jest trzpień prowadzący (10), którego końcówka znajduje się w kanale prowadzącym (11) śruby pociągowej (5) uniemożliwiając jej obrót. Śruba pociągowa (5) połączona jest z nakrętką (12) zintegrowaną z wirnikiem (7) za pomocą połączenia gwintowego. Obrót śruby pociągowej (5) blokowany jest za pomocą trzpienia prowadzącego (10).

Claims (1)

1. Siłownik liniowy o jednym stopniu swobody składający się ze stojana będącego korpusem (1) silnika krokowego, którego częścią są uzwojenia cewek (2), w którym to korpusie (1) umieszczony jest wirnik (7) zintegrowany z nakrętką (12), połączoną gwintowo ze śrubą pociągową (5), znamienny tym, że śruba pociągowa (5) zawiera kanał prowadzący (11), wewnątrz którego umieszczony jest trzpień prowadzący (10) osadzony w pokrywie (9) i połączony z nią mechanicznie na stałe; wirnik (7) jest podparty na łożyskach (6) oraz (8), a przestrzeń w której się znajduje jest zamknięta pokrywami (3) i (9) oraz nakrętką (4) do kasowania luzu łożyska (6).