RU2184029C1

RU2184029C1 - Electromechanical orbital end-type system

Info

Publication number: RU2184029C1
Application number: RU2001104309/02A
Authority: RU
Inventors: А.М. Литвиненко; С.А. Литвиненко
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2001-02-15
Publication date: 2002-06-27

Abstract

FIELD: drive mechanisms of industrial robots operating, mainly in angular-coordinate systems. SUBSTANCE: system includes stators and rotors mounted on rotated foundation and provided with magnetic coupling and having air gap relative to stators. System has two types of stators including along their length short and long concentric magnetic circuits with winding having frontal portions. Said portions of windings of short magnetic circuits are arranged in zone adjacent to air gap. Frontal portions of windings of long magnetic circuits are arranged in space under frontal portions of windings of short magnetic circuits. EFFECT: enhanced efficiency of apparatus, increased torque. 2 dwg

Description

Изобретение относится к орбитальным электромеханическим системам, т.е. многороторным, многоэлементным. многофункциональным электромеханическим преобразователям. оси роторов которых разнесены по цилиндрической поверхности, при этом диаметр роторов меньше диаметра расточки основного статора. Данные орбитальные электромеханические системы применяются для электроприводов промышленных роботов. поскольку позволяют уменьшить массу и габариты подвижной части (поворотной платформы) манипулятора. The invention relates to orbital electromechanical systems, i.e. multi-rotor, multi-element. multifunctional electromechanical converters. the axis of the rotors which are spaced along a cylindrical surface, while the diameter of the rotors is less than the diameter of the bore of the main stator. These orbital electromechanical systems are used for electric drives of industrial robots. since they reduce the mass and dimensions of the moving part (turntable) of the manipulator.

Известны орбитальные электромеханические системы промышленных роботов, имеющие модульный торцевой цилиндрический индуктор (статор), внутри статора расположены диски роторов приводных двигателей [1]. Недостатком такой системы является увеличенный размер воздушного зазора. Это обусловлено наличием кривизны у цилиндрическою статора. которая, естественно, не совпадает с плоскостью роторов. Кроме этого, недостатком является наличие только одного статора, что приводит к необходимости установки замыкающих магнитопроводов на вращающейся платформе. Known orbital electromechanical systems of industrial robots having a modular end cylindrical inductor (stator), inside the stator are rotor disks of drive motors [1]. The disadvantage of this system is the increased size of the air gap. This is due to the curvature of the cylindrical stator. which, naturally, does not coincide with the plane of the rotors. In addition, the disadvantage is the presence of only one stator, which leads to the need to install trailing magnetic cores on a rotating platform.

Из всех известных аналогов наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является орбитальная электромеханическая система промышленного робота, которая содержит две магнитные системы - внутреннюю и внешнюю, каждая из которых представляет собой C-образный магнитопровод [2]. Of all the known analogues, the orbital electromechanical system of an industrial robot, which contains two magnetic systems - internal and external, each of which is a C-shaped magnetic circuit [2], is closest to the claimed one in terms of essential features.

Недостатком данной системы является ее приспособленность лишь к электроприводам постоянного тока, к тому же только двухполюсного исполнения (по числу индукторов). В приводах торцевого типа С-образные магнитопроводы не применяются, поскольку замыкание магнитного потока осуществляется в пределах окружности торцевого статора, а ферромагнитные массы имеются на роторе. Применение же нескольких кольцеобразных статоров приводит к тому, что лобовые части их занимают полезное пространство зоны возбуждения роторов, что приводит к уменьшению вращающегося момента. The disadvantage of this system is its adaptability only to DC electric drives, in addition, only bipolar execution (according to the number of inductors). In end-type drives, C-shaped magnetic cores are not used, since magnetic flux closure is carried out within the circumference of the end stator, and ferromagnetic masses are on the rotor. The use of several ring-shaped stators leads to the fact that their frontal parts occupy the useful space of the excitation zone of the rotors, which leads to a decrease in torque.

Изобретение направлено на повышение эффективности устройства, увеличение вращающегося момента, при одновременном применении нескольких кольцеобразных статоров. The invention is aimed at improving the efficiency of the device, increasing the torque, while using several ring-shaped stators.

Это достигается тем, что электромеханическая орбитальная система торцевого типа промышленного робота, содержащая статоры и роторы, установленные на вращаемом основании с обеспечением магнитной связи и воздушною зазора со статорами, отличается тем, что статоры выполнены в виде двух типов по длине с короткими и длинными концентрическими магнитопроводами, имеющими обмотки с лобовыми частями, при этом лобовые части обмоток коротких магнитопроводов вынесены в зону, примыкающую к воздушному зазору, а лобовые части обмоток длинных магнитопроводов расположены в пространстве под лобовыми частями обмоток коротких магнитопроводов. This is achieved by the fact that the electromechanical orbital system of the end-face type of an industrial robot containing stators and rotors mounted on a rotating base with magnetic coupling and an air gap with the stators is characterized in that the stators are made in the form of two types in length with short and long concentric magnetic circuits having windings with frontal parts, while the frontal parts of the windings of short magnetic circuits are placed in the area adjacent to the air gap, and the frontal parts of the windings of long magneto The gadgets are located in the space under the frontal parts of the windings of the short magnetic circuits.

Достижение технического результата - повышение эффективности, увеличение момента вращения - достигается за счет минимизации главных радиальных зазоров между концентрическими магнитопроводами. При этом имеется возможность выполнить верхнюю часть зубцов магнитопроводов в виде Т-образной формы (в плане диаметрального разреза в вертикальной плоскости). Даже выполнение верхней части зубцов магнитопроводов в виде прямоугольной формы позволяет уменьшить радиальные промежутки в два раза, если бы обмотки располагались в одной плоскости, за счет того что лобовые части любой средней (т.e. находящихся между внешней и внутренней) обмотки находятся в промежутке под или над лобовыми частями соседних обмоток. The achievement of the technical result — an increase in efficiency, an increase in the torque — is achieved by minimizing the main radial gaps between the concentric magnetic circuits. In this case, it is possible to perform the upper part of the teeth of the magnetic cores in the form of a T-shape (in terms of a diametrical section in the vertical plane). Even the execution of the upper part of the teeth of the magnetic cores in the form of a rectangular shape can reduce radial gaps by half if the windings are located in the same plane, due to the fact that the frontal parts of any middle (i.e. located between the external and internal) windings are in the gap under or over the frontal parts of adjacent windings.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображен разрез в вертикально-диаметральной плоскости электромеханической орбитальной системы торцевого типа, на фиг.2 показано расположение диска ротора относительно плоских концентричных магнитных систем, вид сверху по разрезу в плоскости воздушного зазора. The invention is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a section in the vertical-diametrical plane of an end-face electromechanical orbital system, Fig. 2 shows the location of the rotor disk relative to flat concentric magnetic systems, a top view of a section in the plane of the air gap.

Электромеханическая орбитальная система торцевого типа содержит внутреннюю магнитную систему 1 с длинным магнитопроводом, вторую магнитную систему 2 с коротким магнитопроводом, расположенную концентрично магнитной системе 1, третью магнитную систему 3 с длинным магнитопроводом, четвертую магнитную систему 4 с коротким магнитопроводом, при этом магнитные системы 3 и 4 также расположены концентрично. Все магнитные системы, например, с коротким магнитопроводом имеют обмотки статора с лобовыми частями 5. Над обмотками и магнитопроводами на высоте воздушного зазора располагаются дисковые роторы 6 торцевых асинхронных двигателей, которые через редуктор 7 вращают звенья кинематической цепи манипулятора промышленного робота. Роторы установлены в подшипниках 8. Подшипники с роторами и приводами закреплены на вращающемся основании 9 промышленного робота, которая в свою очередь вращается в подшипнике, установленном на центральной опоре 10. Опора 10 установлена на общем основании 11, на котором установлены все магнитные системы с обмотками, в частности, обмотки магнитных систем с длинными магнитопроводами и лобовыми частями 12. Статоры с длинными магнитопроводами установлены непосредственно своими спинками 13 на основании 11. Магнитные системы с короткими магнитопроводами 2 и 4 устанавливаются на специальных подставках 14 и 15. При этом, как видно из фиг.1, лобовые части длинных и коротких магнитопроводов, например, 5 и 12 расположены соответственно в верхнем и нижнем ярусах с наложением при виде сверху. Статоры 1 и 4 выполняются традиционного типа, т.е. с цельным магнитопроводом и секционированными катушками обмоток. Статоры же 2 и 3 выполняются секционированными и в магнитном отношении, в виде секций, показанных на фиг.2. The end-face electromechanical orbital system comprises an internal magnetic system 1 with a long magnetic circuit, a second magnetic system 2 with a short magnetic circuit, located concentrically to the magnetic system 1, a third magnetic system 3 with a long magnetic circuit, a fourth magnetic system 4 with a short magnetic circuit, while the magnetic systems 3 and 4 are also arranged concentrically. All magnetic systems, for example, with a short magnetic circuit, have stator windings with frontal parts 5. Above the windings and magnetic circuits there are disk rotors 6 of end induction motors, which rotate the links of the kinematic chain of an industrial robot manipulator through a reducer 7. The rotors are mounted in bearings 8. Bearings with rotors and drives are mounted on a rotating base 9 of an industrial robot, which in turn rotates in a bearing mounted on a central support 10. Support 10 is mounted on a common base 11 on which all magnetic systems with windings are mounted, in particular, windings of magnetic systems with long magnetic circuits and frontal parts 12. Stators with long magnetic circuits are mounted directly by their backs 13 on the base 11. Magnetic systems with short magnetic circuits odes 2 and 4 are mounted on special supports 14 and 15. Thus, as can be seen from Figure 1, the frontal part of the short and long magnetic cores, for example, 5 and 12 are disposed respectively in upper and lower tiers superimposed on the plan view. Stators 1 and 4 are of the traditional type, i.e. with one-piece magnetic circuit and sectioned winding coils. The stators 2 and 3 are partitioned and magnetically in the form of sections shown in figure 2.

Устройство работает следующим образом. Совокупность статоров 1, 2, 3, 4 образует четыре зоны взаимодействия с дисковым ротором 6. Например, при вращении дискового ротора 6 по часовой стрелке направление перемещения магнитного поля статора 4 также по часовой стрелке, а направление перемещения магнитного поля статора 1 против часовой стрелки. Что же касается статоров 2 и 3, то у них задействовано лишь по паре секций, каждая из которых перекрывает угол 45^o. Как показано на фиг.2, каждая из пар секций, расположенных справа и слева от вертикальной оси. образует третью и четвертую зоны взаимодействия с дисковым ротором 6. При этом первой зоной можно считать область перекрытия со статором 4, а второй зоной - область перекрытия со статором 1. В третьей зоне, т.е. в секциях статора 2 и 3, расположенных слева от вертикальной оси, показанной на фиг.2, для обеспечения вращения дискового ротора 6 по часовой стрелке, направление перемещения - вверх, от секций статора 2 - к секциям статора 3. Для четвертой зоны - направление перемещения поля - вниз, от секций статора 3 к секциям статора 2. Данные четыре зоны обозначены на фиг.2 римскими цифрами. Данная структура, наряду с обеспечением вращения дискового ротора 6, имеет возможность реализации и привода поворота основания (платформы) 9. В данном случае, для обеспечения поворота платформы по часовой стрелке - см. фиг.2 - достаточно лишь изменить полярность и обусловленное ей направление перемещения поля у статора 1. Что же касается статоров 2 и 3, то у них коммутируется так же, как и статора 1 и 4, т.е. секции статоров 2 и 3 работают как один статор с направлением перемещения поля таким же, как у статоров 4 и 1, т.e. пo часовой стрелке. При этом как в том, так и в другом случаях будет наблюдаться увеличение вращающегося момента за счет уменьшения радиальных зазоров между концентричными магнитопроводами по сравнению с магнитной системой с лобовыми частями, расположенными в одной плоскости.The device operates as follows. The set of stators 1, 2, 3, 4 forms four zones of interaction with the disk rotor 6. For example, when the disk rotor 6 is rotated clockwise, the direction of movement of the magnetic field of the stator 4 is also clockwise, and the direction of movement of the magnetic field of the stator 1 is counterclockwise. As for stators 2 and 3, then they are involved only in a pair of sections, each of which covers an angle of 45 ^o . As shown in figure 2, each of the pairs of sections located to the right and left of the vertical axis. forms the third and fourth zones of interaction with the disk rotor 6. The first zone can be considered the overlap region with stator 4, and the second zone can be considered the overlap region with stator 1. In the third zone, i.e. in sections of the stator 2 and 3, located to the left of the vertical axis shown in figure 2, to ensure rotation of the disk rotor 6 clockwise, the direction of movement is up, from sections of the stator 2 to sections of the stator 3. For the fourth zone, the direction of movement the field is down, from the sections of the stator 3 to the sections of the stator 2. These four zones are indicated in figure 2 by Roman numerals. This structure, along with ensuring the rotation of the disk rotor 6, has the ability to implement and drive the rotation of the base (platform) 9. In this case, to ensure the rotation of the platform clockwise - see figure 2 - it is enough to change the polarity and the direction of movement due to it fields at stator 1. As for stators 2 and 3, then they are switched in the same way as stator 1 and 4, i.e. sections of stators 2 and 3 operate as one stator with the direction of movement of the field the same as for stators 4 and 1, i.e. clockwise. In this case, in both cases, an increase in torque will be observed due to a decrease in the radial gaps between the concentric magnetic circuits in comparison with a magnetic system with frontal parts located in the same plane.

Введение описанного расположения лобовых частей электромеханической орбитальной системы дает возможность уменьшить массогабаритные показатели за счет более полного использования активной части ротора 6, практически приближая коэффициент использования к коэффициенту использования штатного торцевого электродвигателя. Важно заметить, что это использование практически не зависит от углового положения платформы робота. The introduction of the described arrangement of the frontal parts of the electromechanical orbital system makes it possible to reduce the overall dimensions due to a more complete use of the active part of the rotor 6, practically approximating the utilization factor to the utilization factor of a standard end-face electric motor. It is important to note that this use is practically independent of the angular position of the robot platform.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1459921 / А.М.Литвиненко - Промышленный робот/ опубл. Б.И. 7, 1989, В 25 J 11/00, заявка 4224478/31-08 от 08.04.87.Sources of information
1. USSR copyright certificate 1459921 / A.M. Litvinenko - Industrial robot / publ. B.I. 7, 1989, B 25 J 11/00, application 4224478 / 31-08 from 08.04.87.

2. Авторское свидетельство СССР 1465305 / А.М.Литвиненко - Промышленный робот / опубл. Б. И. 10, 1989, В 25 J 11/00, заявка 4198381/31-08 oт 24.02.87. 2. Copyright certificate of the USSR 1465305 / AM Litvinenko - Industrial robot / publ. B. I. 10, 1989, B 25 J 11/00, application 4198381 / 31-08 from 24.02.87.

Claims

An electromechanical orbital system of the end-face type of an industrial robot, containing stators and rotors mounted on a rotating base with magnetic coupling and an air gap with stators, characterized in that the stators are made of two types in length with short and long concentric magnetic circuits having windings with frontal parts, in this case, the frontal parts of the windings of the short magnetic circuits are placed in the area adjacent to the air gap, and the frontal parts of the windings of the long magnetic cores are located in Under the frontal parts of the windings of short magnetic circuits.