RU158691U1

RU158691U1 - LINEAR ELECTRIC DRIVE

Info

Publication number: RU158691U1
Application number: RU2015133542/02U
Authority: RU
Inventors: Евгений Владимирович Аверьянов; Алексей Евгеньевич Ковалев
Priority date: 2015-08-11
Filing date: 2015-08-11
Publication date: 2016-01-20

Abstract

1. Линейный электропривод, содержащий направляющую, выполненную в профиле с охватом направляющей каретку с опорными элементами, предназначенными для восприятия веса каретки, и линейный электрический двигатель, якорь которого установлен с возможностью подключения к системе управления и закреплен на нижней внутренней поверхности каретки с образованием с нижней поверхностью направляющей воздушного зазора, отличающийся тем, что он содержит основной синхронный линейный электрический двигатель, выполненный с постоянными магнитами, закрепленными на нижней поверхности направляющей по всей ее длине оппозитно якорю основного линейного электрического двигателя с образованием с ним рабочего зазора, и снабжен дополнительным, аналогичным основному, линейным электрическим двигателем, якорь которого закреплен на верхней внутренней поверхности каретки, а постоянные магниты закреплены на верхней поверхности направляющей по всей ее длине оппозитно якорю дополнительного линейного электрического двигателя с образованием с ним рабочего зазора.2. Линейный электропривод по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен вспомогательными, аналогичными основному, линейными электрическими двигателями, якоря которых закреплены на боковых внутренних поверхностях каретки, а постоянные магниты закреплены на боковых поверхностях направляющей по всей ее длине оппозитно якорям вспомогательных линейных электрических двигателей с образованием с ними рабочего зазора.1. A linear electric drive containing a guide made in a profile with a guide carriage covering with support elements designed to absorb the weight of the carriage, and a linear electric motor, the anchor of which is mounted with the ability to connect to the control system and mounted on the lower inner surface of the carriage with the formation of the bottom the surface of the air gap guide, characterized in that it contains a main synchronous linear electric motor made with permanent magnets, closing captured on the bottom surface of the guide along its entire length opposite the anchor of the main linear electric motor with the formation of a working gap with it, and is equipped with an additional, similar to the main, linear electric motor, the anchor of which is fixed on the upper inner surface of the carriage, and the permanent magnets are fixed on the upper surface of the guide along its entire length opposite to the anchor of an additional linear electric motor with the formation of a working gap with it. 2. The linear electric drive according to claim 1, characterized in that it is equipped with auxiliary, similar to the main, linear electric motors, the anchors of which are fixed on the side internal surfaces of the carriage, and the permanent magnets are fixed on the side surfaces of the guide along its entire length opposite to the anchors of the auxiliary linear electric motors with the formation of a working gap with them.

Description

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности к линейным приводам исполнительных механизмов, и может быть использована для электроприводов станков, робототехники и мехатронных узлов с компенсацией веса подвижной части для уменьшения энергопотребления и массогабаритных размеров.The utility model relates to the field of mechanical engineering, in particular to linear actuator actuators, and can be used for electric drives of machines, robotics and mechatronic assemblies with weight compensation for the moving part to reduce power consumption and overall dimensions.

Известен линейный электропривод с компенсацией веса подвижной части, содержащий линейный шаговый двигатель с подвижной и неподвижной частями. На подвижной части установлены компенсирующие электромагниты. Возможность продольного перемещения обеспечивается использованием колес, контактирующих с направляющими. Функциональный блок реализует экспериментально полученную зависимость компенсирующего усилия электромагнитов от скорости перемещения подвижной части в пределах одного шага. (SU №1246325 А1, 23.07.1986).Known linear electric drive with weight compensation of the movable part, containing a linear stepper motor with movable and fixed parts. Compensating electromagnets are installed on the moving part. The possibility of longitudinal movement is provided by the use of wheels in contact with the rails. The functional block implements the experimentally obtained dependence of the compensating force of the electromagnets on the speed of movement of the moving part within one step. (SU No. 1246325 A1, 07/23/1986).

Недостатками известного электропривода, являются потери электроэнергии на создание компенсирующего усилия дополнительными электромагнитами, увеличенные массо-габаритные размеры электродвигателя из-за дополнительных электромагнитов.The disadvantages of the known electric drive are the loss of electricity to create a compensating force by additional electromagnets, the increased mass and dimensions of the electric motor due to additional electromagnets.

Наиболее близким к предлагаемому является линейный электропривод, включающий однопролетную направляющую, каретку с основными опорными, предназначенными для восприятия веса каретки, элементами, выполненную в профиле с охватом направляющей, и линейный электрический двигатель, якорь которого установлен с возможностью подключения к системе управления и закреплен на нижней внутренней поверхности каретки с образованием с нижней поверхностью направляющей воздушного зазора (SU №965734 А1, 15.10.1982). В прототипе линейный электропривод оснащен двигателем постоянного тока, содержащим модули с обмоткой возбуждения и обмоткой якоря, установленные в каретке.Closest to the proposed one is a linear electric drive, including a single-span guide, a carriage with basic support elements designed to absorb the weight of the carriage, made in a profile with a guide coverage, and a linear electric motor, the anchor of which is mounted with the possibility of connection to the control system and fixed to the bottom the inner surface of the carriage with the formation with the lower surface of the guide air gap (SU No. 965734 A1, 10/15/1982). In the prototype, the linear electric drive is equipped with a DC motor containing modules with an excitation winding and armature winding installed in the carriage.

Недостатками прототипа являются потери электроэнергии на обмотках возбуждения и увеличенные габаритные размеры линейного электропривода, обусловленные наличием обмоток возбуждения.The disadvantages of the prototype are the loss of electricity on the field windings and the increased overall dimensions of the linear electric drive due to the presence of field windings.

Техническим результатом заявленного линейного электропривода является снижение энергопотребления и уменьшение габаритных размеров.The technical result of the claimed linear electric drive is to reduce power consumption and reduce overall dimensions.

Сущность технического решения заключается в том, что предлагаемый линейный электропривод, включающий направляющую, выполненную в профиле с охватом направляющей каретку с опорными элементами, предназначенными для восприятия веса каретки, и линейный электрический двигатель, якорь которого установлен с возможностью подключения к системе управления и закреплен на нижней внутренней поверхности каретки с образованием с нижней поверхностью направляющей воздушного зазора, снабжен дополнительным, аналогичным основному, линейным электрическим двигателем, основной линейный электрический двигатель выполнен синхронным с постоянными магнитами, закрепленными на нижней поверхности направляющей по всей ее длине оппозитно якорю основного линейного электрического двигателя с образованием с ним рабочего зазора, якорь дополнительного линейного электрического двигателя закреплен на верхней внутренней поверхности каретки, а постоянные магниты дополнительного линейного электрического двигателя закреплены на верхней поверхности направляющей по всей ее длине оппозитно якорю дополнительного линейного электрического двигателя с образованием с ним рабочего зазора, кроме того, линейный электропривод оснащен вспомогательными, аналогичными основному, линейными электрическими двигателями, якоря которых закреплены на боковых внутренних поверхностях каретки, а постоянные магниты закреплены на боковых поверхностях направляющей по всей ее длине оппозитно якорям вспомогательных линейных электрических двигателей с образованием с ними рабочего зазора.The essence of the technical solution lies in the fact that the proposed linear electric drive, including a guide made in profile with a guide carriage covering with support elements designed to absorb the weight of the carriage, and a linear electric motor, the anchor of which is mounted with the ability to connect to the control system and is mounted on the bottom the inner surface of the carriage with the formation with the lower surface of the guide air gap, is equipped with an additional, similar to the main, linear electric by the motor, the main linear electric motor is synchronous with permanent magnets fixed on the lower surface of the guide along its entire length opposite the anchor of the main linear electric motor with the formation of a working gap with it, the anchor of the additional linear electric motor is fixed on the upper inner surface of the carriage, and permanent magnets an additional linear electric motor is mounted on the upper surface of the guide along its entire length opposite to the anchor to additional linear electric motor with the formation of a working gap with it, in addition, the linear electric drive is equipped with auxiliary, similar to the main, linear electric motors, the anchors of which are fixed on the side internal surfaces of the carriage, and the permanent magnets are fixed on the side surfaces of the guide along its entire length opposite to the auxiliary anchors linear electric motors with the formation of a working gap with them.

- на Фиг. 1 - изображен линейный электропривод в изометрии;- in FIG. 1 - shows a linear electric drive in isometry;

- на Фиг. 2 - изображен линейный электропривод, вид сверху;- in FIG. 2 - shows a linear electric drive, top view;

- на Фиг. 3 - изображен линейный электропривод, вид сбоку;- in FIG. 3 - shows a linear electric drive, side view;

- на Фиг. 4 - сечение А-А на Фиг. 2;- in FIG. 4 is a section AA in FIG. 2;

- на Фиг. 5 - вид В на Фиг. 3.- in FIG. 5 is a view B in FIG. 3.

Линейный электропривод содержит следующие основные элементы:The linear electric drive contains the following main elements:

1 - однопролетная направляющая;1 - single span guide;

2 - каретка;2 - carriage;

3, 4 - роликовые опорные элементы каретки 2;3, 4 - roller supporting elements of the carriage 2;

5, 6 - якоря вспомогательных синхронных линейных электродвигателей с постоянными магнитами;5, 6 - anchors of auxiliary synchronous linear electric motors with permanent magnets;

7, 8 - якоря соответственно основного и дополнительного синхронных линейных электродвигателей с постоянными магнитами;7, 8 - anchors, respectively, of the main and additional synchronous linear electric motors with permanent magnets;

9, 10 - магнитные пути вспомогательных синхронных линейных электродвигателей с постоянными магнитами (статоры из постоянных магнитов);9, 10 - magnetic paths of auxiliary synchronous linear motors with permanent magnets (stators of permanent magnets);

11, 12 - магнитные пути соответственно основного и дополнительного синхронных линейных электродвигателей с постоянными магнитами (статоры из постоянных магнитов);11, 12 - magnetic paths, respectively, of the main and additional synchronous linear electric motors with permanent magnets (stators of permanent magnets);

13, 14 - ответные роликовым опорным элементам 3, 4 каретки 2 опорные элементы направляющей 1.13, 14 - response to the roller support elements 3, 4 of the carriage 2 support elements of the guide 1.

Каретка 2 выполнена в профиле с охватом однопролетной направляющей 1 (Фиг. 4) и снабжена, например, роликовыми опорными элементами 3 и 4 (Фиг. 4), опирающимися, предпочтительно - на ответные опорные элементы 13 и 14 направляющей 1 (Фиг. 1, Фиг. 2). Исполнение опор может быть выполнено и иным образом, например, как это представлено в прототипе.The carriage 2 is made in a profile with a span of a single span guide 1 (Fig. 4) and is equipped, for example, with roller support elements 3 and 4 (Fig. 4), preferably resting on the counter support elements 13 and 14 of the guide 1 (Fig. 1, Fig. 2). The execution of the supports can be performed in another way, for example, as shown in the prototype.

На нижней внутренней поверхности каретки 2 вдоль ее продольной оси установлен якорь 7 основного линейного электродвигателя, оппозитно и с рабочим зазором к которому на нижней поверхности направляющей 1 вдоль ее продольной оси на всю длину перемещения каретки 2 установлен магнитный путь 11 основного линейного электродвигателя (иначе - постоянные магниты, образующие статор) - постоянные магниты.An anchor 7 of the main linear electric motor is installed on the lower inner surface of the carriage 2 along its longitudinal axis, opposite and with a working clearance to which, on the lower surface of the guide 1 along its longitudinal axis, the magnetic path 11 of the main linear motor is installed along the entire length of the carriage 2 (otherwise, the constant magnets forming a stator) - permanent magnets.

На верхней внутренней поверхности каретки 2 вдоль ее продольной оси установлен якорь 8 дополнительного линейного электродвигателя, оппозитно и с рабочим зазором к которому на верхней поверхности направляющей 1 вдоль ее продольной оси на всю длину перемещения каретки 2 установлен магнитный путь 12 дополнительного линейного электродвигателя, причем, исходя из условия «разгрузки» каретки, ширина якоря 8 и магнитного пути 12 дополнительного линейного электродвигателя меньше ширины якоря 7 и магнитного пути 11 основного линейного электродвигателя.An anchor 8 of an additional linear electric motor is installed on the upper inner surface of the carriage 2 along its longitudinal axis, opposite and with a working clearance to which, on the upper surface of the guide 1 along its longitudinal axis, the magnetic path 12 of the additional linear electric motor is installed along the entire length of the carriage 2, moreover, based on from the condition of "unloading" of the carriage, the width of the armature 8 and the magnetic path 12 of the additional linear motor is less than the width of the armature 7 and the magnetic path 11 of the main linear motor ator.

На боковых внутренних поверхностях каретки 2 вдоль ее продольной оси установлены идентичные якоря 5 и 6 вспомогательных линейных электродвигателей, оппозитно и с рабочими зазорами к которым на боковых поверхностях направляющей 1 вдоль ее продольной оси на всю длину перемещения каретки 2 установлены идентичные магнитные пути 9 и 10 вспомогательных линейных электродвигателей (идентичность якорей и магнитных путей вспомогательных линейных электродвигателей обеспечивает поперечную стабильность каретки два).Identical anchors 5 and 6 of auxiliary linear electric motors are installed on the lateral internal surfaces of the carriage 2 along its longitudinal axis, opposite and with working clearances to which identical magnetic paths 9 and 10 of the auxiliary are installed on the lateral surfaces of the guide 1 along its longitudinal axis for the entire length of movement of the carriage 2 linear electric motors (the identity of the anchors and magnetic paths of auxiliary linear electric motors provides lateral stability of the carriage two).

Как отмечено выше, якоря 7, 8, 5 и 6 синхронного привода с постоянными магнитами представляют собой запитанные и управляемые от системы управления (не показана) фазовые обмотки, размещенные на сердечнике из отдельных, изолированных между собой, листов электротехнической стали. Обмотка возбуждения (как это присуще прототипу) отсутствует.As noted above, the anchors 7, 8, 5 and 6 of a permanent magnet synchronous drive are phase windings energized and controlled from a control system (not shown) located on the core of separate, insulated from each other, sheets of electrical steel. The field winding (as is characteristic of the prototype) is missing.

Линейный электропривод работает следующим образом.Linear electric drive operates as follows.

Якоря 7, 8, 5 и 6 с кареткой 2 свободно за счет опор 3 и 4 перемещаются по ответным опорам 13 и 14 относительно магнитных путей 11, 12, 9 и 10, размещенных на направляющей 1. Подача напряжения с помощью системы управления (как правило, коммутатора и бесконтактного линейного датчика положения - на изображениях не показаны) на расположенные в якорях 7, 8, 5 и 6 фазовые обмотки обеспечивает бегущую волну электромагнитных полей, взаимодействие которых с полями постоянных магнитов магнитных путей 11, 12, 9 и 10 создает тяговое усилие, обеспечивающее перемещение каретки 2 относительно направляющей 1. Частичная компенсация веса каретки 2 с установленными на ней рабочими органами (на изображениях не показаны) происходит вследствие разницы магнитного притяжения сердечников якорей 7 и 8 к магнитным путям 11 и 12 за счет разности их размеров, а дополнительный и вспомогательные - одинаковой мощности для стабилизации положения каретки в горизонтальном направлении - линейные электродвигатели обеспечивают повышенные динамические и мощностные характеристики при уменьшении массы и габаритов линейного электропривода.The anchors 7, 8, 5 and 6 with the carriage 2 freely move due to the supports 3 and 4 along the counter supports 13 and 14 relative to the magnetic paths 11, 12, 9 and 10 located on the guide 1. Supply voltage using a control system (usually , a switch and a non-contact linear position sensor (not shown in the images) to the phase windings located in the armature 7, 8, 5 and 6 provides a traveling wave of electromagnetic fields, the interaction of which with the fields of permanent magnets of the magnetic paths 11, 12, 9 and 10 creates traction providing caret movement 2 relative to the guide 1. Partial compensation of the weight of the carriage 2 with working bodies installed on it (not shown in the images) occurs due to the difference in the magnetic attraction of the cores of the anchors 7 and 8 to the magnetic paths 11 and 12 due to the difference in their sizes, and the additional and auxiliary the same power to stabilize the carriage in the horizontal direction - linear electric motors provide increased dynamic and power characteristics while reducing the weight and dimensions of the linear electric ivoda.

Преимуществом заявленного линейного электропривода с компенсацией веса подвижной части (каретки) является уменьшение энергопотребления и габаритных размеров за счет отсутствия обмоток возбуждения, которые больше постоянных магнитов по высоте и требуют дополнительного электропитания.An advantage of the claimed linear electric drive with compensation for the weight of the movable part (carriage) is the reduction of power consumption and overall dimensions due to the absence of field windings, which are larger than the permanent magnets in height and require additional power supply.

Анализ заявленной полезной модели на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата - снижения энергопотребления и уменьшения габаритных размеров.The analysis of the claimed utility model for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the formula are essential and interconnected with the formation of a stable combination of the necessary features unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required technical result - reducing energy consumption and reducing overall dimensions.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к области машиностроения, в частности к линейным приводам исполнительных механизмов, и может быть использована для электроприводов станков, робототехники и мехатронных узлов с компенсацией веса подвижной части для уменьшения энергопотребления и массогабаритных размеров;- the object embodying the claimed technical solution, when it is implemented, relates to the field of mechanical engineering, in particular to linear actuator actuators, and can be used for electric drives of machines, robotics and mechatronic units with weight compensation for the moving part to reduce energy consumption and overall dimensions;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form as described in the independent clause of the utility model formula, the possibility of its implementation using the above-described applications and known from the prior art on the priority date of the means and methods is confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.

Следовательно, заявленный объект соответствуют требованиям условиям патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of patentability “novelty” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

1. A linear electric drive containing a guide made in a profile with a guide carriage covering with support elements designed to absorb the weight of the carriage, and a linear electric motor, the anchor of which is mounted with the ability to connect to the control system and mounted on the lower inner surface of the carriage with the formation of the bottom the surface of the air gap guide, characterized in that it contains a main synchronous linear electric motor made with permanent magnets, closing captured on the bottom surface of the guide along its entire length opposite the anchor of the main linear electric motor with the formation of a working gap with it, and is equipped with an additional, similar to the main, linear electric motor, the anchor of which is fixed on the upper inner surface of the carriage, and the permanent magnets are fixed on the upper surface of the guide along its entire length, it is opposite the anchor of an additional linear electric motor with the formation of a working gap with it.

2. The linear actuator according to claim 1, characterized in that it is equipped with auxiliary, similar to the main, linear electric motors, the anchors of which are fixed on the side inner surfaces of the carriage, and the permanent magnets are fixed on the side surfaces of the guide along its entire length opposite to the anchors of the auxiliary linear electric engines with the formation of a working gap with them.