RU146623U1

RU146623U1 - ELECTROMECHATRONIC MOVEMENT MODULE

Info

Publication number: RU146623U1
Application number: RU2013158776/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Юрьевич Осипов; Юрий Мирзоевич Осипов; Станислав Валерьевич Пакалка; Михаил Григорьевич Шепеленко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Электромехатронные системы"
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2014-10-20

Abstract

Электромехатронный модуль движения, содержащий индуктор с 2n сегментными магнитопроводами из электротехнической стали и катушечными обмотками в сегменте, соединенными в звезду, приемник сигналов оптического датчика обратной связи и магнитопровод-ротор из магнитомягкой стали с установленными на нем постоянными магнитами с чередующейся полярностью активных поверхностей и индикаторной лентой датчика обратной связи, устройство электропитания и управления, отличающийся тем, что для движения по дуговым координатам подвижных элементов позиционеров (манипуляторов) магнитопровод-ротор выполнен дуговым, индуктор и магнитопровод-ротор соединены между собой подвижно при помощи дуговых направляющих скольжения с низким коэффициентом трения, с возможностью взаимного механического торможения при помощи подпружиненной тормозной колодки, прижимаемой к магнитопровод-ротору в момент отсутствия электропитания и сигналов, управляющих рабочим движением в индукторе.An electromechatronic motion module comprising an inductor with 2n segmented magnetic cores made of electrical steel and coil windings in a segment connected to a star, an optical feedback sensor signal receiver and a magnetic softener steel rotor with permanent magnets mounted on it with alternating polarity of the active surfaces and an indicator tape feedback sensor, power supply and control device, characterized in that for movement along the arc coordinates of the movable elements p of the positioners (manipulators) the magnetic rotor is made of an arc, the inductor and the magnetic rotor are interconnected movably using arc sliding guides with a low coefficient of friction, with the possibility of mutual mechanical braking using a spring-loaded brake pad pressed to the magnetic rotor at the moment of lack of power and signals controlling the working movement in the inductor.

Description

Заявленное техническое решение относится к области безредукторных приводных устройств, а именно к электроприводу прямого действия на основе синхронного электрического двигателя (СЭД) с постоянными магнитами и предназначено для систем автоматики, робототехники, прецизионных систем слежения.The claimed technical solution relates to the field of gearless drive devices, namely, direct-acting electric drives based on a synchronous electric motor (EDMS) with permanent magnets and is intended for automation systems, robotics, precision tracking systems.

Из предшествующего уровня техники известен СЭД с постоянными магнитами, содержащий индуктор, снабженный зубцами, связанных с ярмом и разделенных пазами, в которых располагаются обмотки, пластину с закрепленными постоянными магнитами и отделенную от индуктора воздушным зазором. Известный СЭД может представлять собой линейный или вращающийся электрический двигатель (патент РФ №2141156, МПК: H02K 1/00; H02K 3/00; H02K 21/00. 10.11.1999). СЭД с постоянными магнитами, смонтированными на дуговом (линейном или круговом) роторе в виде полосы из магнитомягкой стали имеют высокие динамические характеристики. Диапазон номинальных усилий для электродвигателей данного типа 10-5000 Н, скоростей до 5 м/с.Конструктивные исполнения магнитопровода: одно и двухстороннее; конструкция опор: линейные механические и аэростатические; конструкция обмотки: трех и двухфазная, в основном катушечного типа, под стандартные системы управления СЭД.In the prior art, an EDS with permanent magnets is known, comprising an inductor equipped with teeth connected to the yoke and separated by grooves in which the windings are located, a plate with fixed permanent magnets and separated from the inductor by an air gap. The known EDMS can be a linear or rotating electric motor (RF patent No. 2141156, IPC: H02K 1/00; H02K 3/00; H02K 21/00. 11/10/1999). EDS with permanent magnets mounted on an arc (linear or circular) rotor in the form of a strip of soft magnetic steel have high dynamic characteristics. The range of nominal forces for electric motors of this type is 10-5000 N, speeds up to 5 m / s. Designs of the magnetic circuit: one and two-sided; support structure: linear mechanical and aerostatic; winding design: three and two-phase, mainly coil type, for standard EDMS control systems.

Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в том, что конструкция электродвигателя интегрируется и органично вписывается в конструкцию приводных устройств оборудования, например, высокоточных сферических манипуляторов нетрадиционной компоновки для лазерных технологических комплексов, за счет чего получаем меньшие габаритные размеры и более простую конструкцию устройств (фиг. 1, патент РФ №№2365488). Электромехатронный модуль движения по дуговым координатам движения манипуляторов, содержащий индуктор с 2n сегментными магнитопроводами из электротехнической стали и катушечными обмотками в сегменте, соединенными в звезду, приемник сигналов оптического датчика обратной связи и магнитопровод-ротор из магнитомягкой стали с установленными на нем постоянными магнитами с чередующейся полярностью активных поверхностей и индикаторной лентой датчика обратной связи, устройство электропитания и управления, отличается тем, что магнитопровод-ротор выполнен дуговым, индуктор и магнитопровод-ротор соединены между собой подвижно при помощи дуговых направляющих скольжения с низким коэффициентом трения (фторопласт, текстолит и т.п.) и выполнены с возможностью взаимного механического торможения при помощи тормозной колодки, прижимаемой пружиной к магнитопровод-ротору в момент отсутствия электропитания в индукторе, управляющего рабочим движением.The problem to which the claimed technical solution is directed is that the design of the electric motor is integrated and organically fits into the design of the drive devices of the equipment, for example, high-precision spherical manipulators of an unconventional layout for laser technological complexes, due to which we obtain smaller overall dimensions and a simpler device design (Fig. 1, RF patent No. 2365488). An electro-mechatronic module for moving along the arc coordinates of the movement of manipulators, containing an inductor with 2n segment magnetic circuits made of electrical steel and coil windings in the segment connected to a star, an optical feedback sensor signal receiver and a magnetic rotor made of soft magnetic steel with alternating polarity permanent magnets mounted on it active surfaces and indicator tape of the feedback sensor, power supply and control device, characterized in that the magnetic circuit -the rotor is made of an arc, the inductor and the magnetic rotor are interconnected movably using arc sliding guides with a low coefficient of friction (fluoroplastic, textolite, etc.) and are made with the possibility of mutual mechanical braking using a brake pad pressed by a spring to the magnetic circuit the rotor at the time of lack of power in the inductor that controls the working movement.

Устройство поясняется фиг. 2 и 3. На фиг. 2 представлен дуговой электромехатронный модуль движения, включающий: дуговой магнитопровод-ротор из магнитомягкого материала 1 с постоянными магнитами 2, оси намагниченности которых ориентированы перпендикулярно дуговым поверхностям ротора, а направления намагниченности чередуются, сегментный индуктор 3 с катушками трехфазной обмотки 6, с дуговой рабочей поверхностью магнитопровода из электротехнической стали, с опорами скольжения 4 и инкрементальным датчиком обратной связи 5.The device is illustrated in FIG. 2 and 3. In FIG. 2 shows an arc electromechatronic motion module, including: an arc magnetic core-rotor made of soft magnetic material 1 with permanent magnets 2, whose magnetization axes are oriented perpendicular to the arc surfaces of the rotor, and the magnetization directions alternate, a segment inductor 3 with three-phase coil coils 6, with an arc working surface made of electrical steel, with sliding bearings 4 and incremental feedback sensor 5.

На фиг. 3 представлена устройство торможения, включающая: дуговой магнитопровод-ротор из магнитомягкого материала 1, индуктор 3 с тормозной колодкой 7, пружиной 8.In FIG. 3 presents a braking device, including: an arc magnetic core-rotor of soft magnetic material 1, an inductor 3 with a brake shoe 7, a spring 8.

Работа ЭМД основана на электромагнитном взаимодействии индуктора 3 с трехфазной системой обмоток 6, залитых теплопроводящим компаундом, и дугового (линейного или кругового) магнитопровод-ротора из магнитомягкого материала 1 с наклеенными редкоземельными постоянными магнитами 2, смонтированного на направляющей скольжения 4 с низким коэффициентом трения. Блок управления (фиг. 1) при помощи сигналов управления трехфазной системы, обеспечивающей синусоидальную коммутацию токов в фазах ЭМД и сигналов инкрементального датчика положения 5, обеспечивающего обратную связь (фиг. 2), осуществляет оперативное управление движением ЭМД. Равномерность и точность рабочего движения достигается благодаря синусоидальной коммутации блоком управления токов в фазах обмотки 6 ЭМД. В момент отсутствия электропитания в трехфазной системе обмоток 6 индуктора 3 и сигнала, управляющего рабочим движением, происходит механическое торможение индуктора 3 относительно магнитопровод-ротора 1 при помощи тормозной колодки 7 и пружины 8, смонтированных на индукторе 3, прижимаемой к магнитопровод-ротору 1.EMD operation is based on the electromagnetic interaction of inductor 3 with a three-phase winding system 6, filled with a heat-conducting compound, and an arc (linear or circular) magnetic rotor of magnetic material 1 with glued rare-earth permanent magnets 2 mounted on a sliding guide 4 with a low coefficient of friction. The control unit (Fig. 1) using the control signals of a three-phase system that provides sinusoidal switching of currents in the phases of the EMD and the signals of the incremental position sensor 5, providing feedback (Fig. 2), provides operational control of the movement of the EMD. The uniformity and accuracy of the working movement is achieved due to the sinusoidal switching by the current control unit in the phases of the winding 6 of the EMD. When there is no power supply in the three-phase winding system 6 of the inductor 3 and the signal controlling the working movement, the inductor 3 is mechanically braked relative to the magnetic rotor 1 with the help of a brake pad 7 and a spring 8 mounted on the inductor 3 pressed to the magnetic rotor 1.

Техническим результатом решения, обеспечиваемого приведенной совокупностью признаков, является простота встраивания в конструкцию оборудования и малые массогабаритные характеристики, а также высокая точность и повторяемость позиционирования ±(0,005÷0,05 мм), бесшумность и плавность перемещения. На основе ЭМД созданы мультикоординатные электромехатронные системы движения, предназначенные для использования в различных областях: в машиностроении, в медицинской технике (тренажеры), в автономных электростанциях с ориентацией солнечных батарей, в высокоточных принтерах для печатной электроники.The technical result of the solution provided by the above set of features is the ease of incorporation into the equipment design and small weight and size characteristics, as well as high accuracy and repeatability of positioning ± (0.005 ÷ 0.05 mm), noiselessness and smooth movement. Based on EMD, multi-coordinate electromechatronic motion systems have been created for use in various fields: in mechanical engineering, in medical equipment (simulators), in autonomous power plants with the orientation of solar batteries, in high-precision printers for printed electronics.

Claims

An electromechatronic motion module comprising an inductor with 2n segmented magnetic cores made of electrical steel and coil windings in a segment connected to a star, an optical feedback sensor signal receiver and a magnetic softener steel rotor with permanent magnets mounted on it with alternating polarity of the active surfaces and an indicator tape feedback sensor, power supply and control device, characterized in that for movement along the arc coordinates of the movable elements p of the positioners (manipulators) the magnetic rotor is made of an arc, the inductor and the magnetic rotor are interconnected movably using arc sliding guides with a low coefficient of friction, with the possibility of mutual mechanical braking using a spring-loaded brake pad pressed to the magnetic rotor at the moment of lack of power and signals controlling the working movement in the inductor.