Специальные электродвигатели и электромеханизмы. Двигатели с ограниченным перемещением. Линейные двигатели

Специальные электродвигатели и электромеханизмы

Во многих исполнительных механизмах значительная доля приводов используется для  обеспечения поступательного или возвратно-поступательного движения.   Применение для этих целей двигателей с  вращательным  движением  ротора требует использования различных,  иногда весьма сложных,  механических преобразователей.Ими могут быть шатунно- кривошипный  механизм,  передачи типа винт-гайка и рейка-шестерня, гибкие передачи с системой блоков и тросов и т.п.

При вращательном  движении рабочего органа в подавляющем большинстве случаев требуется изменять скорость вращения исполнительного двигателяили ограничивать угол поворота его выходного вала для согласования углов поворота и скоростей вращения двигателя и  механизма.

Указанные причины привели к созданию различных электродвигателей  и электромеханизмов,  позволяющих непосредственно получать линейное движение или движение на плоскости по двум  координатам,  а также вращательное движение с необходимой скоростью.

Применение специальных двигателей дает  возможность  исключить передаточный механизм в виде преобразователя движения, решить задачу согласования  характеристик  источника механической  энергии электродвигателя и исполнительного механизма.

Основное преимущество двигателей  такого  типа  заключается в устранении  механических контактов между первичной и вторичной частями двигателя,  следствием чего является снижение механических потерь,  отсутствие износа кинематических пар, упрощение кинематической схемы, повышение точности и надежности управления.

Далее приведены лишь некоторые примеры,  призванные возбудить  интерес читателей к этой группе электромеханических  преобразователей энергии и показать,  что процесс проектирования исполнительных систем различного  технологического оборудования —  многовариантный, требующий тщательного анализа.

Двигатели с ограниченным перемещением.

Шаговый двигатель с двумя устойчивыми положениями даже при отсутствии тока управления  в обмотке ( рис. 3.45-а с помощью импульса тока )может перейти из одного устойчивого положения в другое. Двигатель такого типа называют двухпозиционным.

Существуют различные варианты  исполнения двигателей с ограниченным перемещением, но в них обязательно имеются постоянные магниты, подвижные или неподвижные.

Статор двигателя может состоять  из  магнитного  тороидального сердечника с двумя обмотками,  создающими противоположные по знаку магнитные потоки (рис.3.45- б). Если на обмотки возбуждения подается напряжение, ротор занимает вертикальное положение, поворачиваясь в направлении, задаваемом магнитными потоками обмоток и постоянного магнита.  При  определенном размещении витков в обмотке можно получить постоянный вращающий момент в большом  диапазоне  перемещений. При  такой  конструкции  невозможно удержание ротора в определенном положении при отсутствии тока.

Один из  вариантов  двигателей с ограниченным углом поворота и обмоткой, расположенной на роторе,  показан на рис.  3.45 - в.  Этот двигатель состоит из постоянных магнитов 3,  магнитопровода 2, подводящего магнитный поток к равномерному воздушному зазору, и обмотки  1, жестко закрепленной на приводимой двигателем нагрузке.  Для устранения скользящих контактов обмотка соединяется  с  источником энергии гибким токопроводом.

Линейные двигатели

Применение линейных двигателей упрощает привод при поступательном движении, при этом совмещается магнитная система двигателя с подвижным элементом и исключаются все кинематические преобразователи движения. Линейный двигатель принципиально любого типа может быть образован из вращательного путем разрезания вдоль оси и развертки его на плоскость движения. По способу преобразования электрической энергии в механическую линейные двигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока (асинхронные и синхронные). Линейные двигатели постоянного тока имеют развернутые коллекторы, что усложняет их конструкцию и ограничивает применение.

Бесконтактные линейные ШД  получили наибольшее применение. Линейные шаговые двигатели могут выполняться как плоскими, так и цилиндрическими. Последние конструктивно повторяют двигатели вращательного движения, но подвижный элемент совершает возвратно-поступательное движение.

Скорость ЛШД  определяется зубцовым делением  и частотой  переключения фаз: