Двухфазный линейный шаговый двигатель

В заключение нашего краткого обзора конструкций шаговых двигателей с двумя обмотками управления рассмотрим линейный шаговый двигатель.

В ряде случаев на выходе системы автоматического или программного управления необходимо получить линейные перемещения исполнительного органа. Линейный шаговый двигатель позволяет непосредственно преобразовать командные электрические импульсы в систему линейных дискретных перемещений. При этом Кинематическая цепь упрощается, так как отпадает необходимость механического преобразования вращательного движения, в поступательное.

Нереверсивный линейный шаговый двигатель, предложенный 10. Е. Рабкнным и др. [Л. 59], имеет реактивный, подвижный в осевом направлении индуктор с несимметричными кольцевыми полюсными выступами, число которых равно числу симметричных кольцевых полюсных выступов статора, между которыми размещены цилиндрические катушки, соединенные через одну последовательно и встречно в две обмотки управления.

Одна обмотка выполняет функции обмотки возбуждения и постоянно включена на напряжение источника постоянного тока. Другая обмотка выполняет функции обмотки управления, полярность ее включения на напряжение источника реверсируется при поступлении каждого управляющего импульса. Обе обмотки создают совместно , результирующую н. с., возбуждающую полюсные выступы статора через один с чередующейся полярностью. Полюсные выступы индуктора под действием синхронизирующего статического момента ориентируются вдсль осей возбужденных полюсов статора. С поступлением каждого управляющего импульса ось результирующей н. с. смещается «вперед» или «назад» в зависимости от полярности очередного включения обмотки управления, на половину полюсного деления статора (на один полюсный выступ статора или индуктора), а индуктор в силу несимметрии его полюсов смещается в том же направлении на ту же величину. В электромагнитном отношении принцип действия этого линейного шагового двигателя аналогичен описанному ранее принципу работы поворотного нереверсивного двухфазного шагового двигателя [Л. 45].

Реверсивный вариант этой конструкции шагового двигателя предложен в МЭИ [Л. СО]. На рис. 29,а показана схема соединения обмоток управления и магнитная система линейного шагового двигателя. На статоре также размещены две обмотки управления 2 и 3, состоящие из цилиндрических катушек, соединенных через одну последовательно и встречно, но обе обмотки являются обмотками управления.

Рис. 29. Магнитная система и схема двухфазной обмотки управления реверсивного линейного шагового двигателя с постоянными магнитами на индукторе.

В каждый момент времени обе обмотки управления включены на напряжение источника постоянного тока. С поступлением управляющего импульса полярность включения одной из обмоток управления изменяется на обратную. Порядок коммутации обмоток управления соответствует табл. 9.

Кольцевым полюсам индуктора 5, число которых равно половине числа полюсных выступов статора, обеспечено возбуждение с помощью постоянных магнитов цилиндрической формы 6, намагниченных вдоль образующей. Нетрудно заметить, что с точки зрения электромагнитной системы описанный реверсивный линейный шаговый двигатель является аналогом поворотного реверсивного двухфазного шагового двигателя на постоянных магнитах на роторе [Л. 501]

Фирмой Tronics Corporation, США, разработан линейный шаговый двигатель высокой точности, позволяющий преобразовывать электрические импульсы, подаваемые на вход, в дискретные линейные перемещения [Л. 61].

На рис. 29,6 изображен этот линейный шаговый двигатель модели В1002. Наибольший односторонний ход двухфазного шагового двигателя, равный 51 мм, складывается из 27 шагов. Шаг ранен 2 мм и отрабатывается с точностью до 0,08 мм.

Рис. 29,б Внешний вид линейного шагового двигателя фирмы Tronics Corporation США.

В длительном режиме работы линейный шаговый двигатель, питаясь от источника постоянного тока напряжением 115 в и потребляя 24 вт, развивает тяговое усилие 0,9 кГ. В повторно кратковременном режиме с продолжительностью включения (ПВ) 11% линейный шаговый двигатель, включенный на напряжение источника постоянного тока 300 в , развивает тяговое усилие 2,7 кГ, причем время включенного положения не должно превышать 4 мин.

Использование линейных шаговых двигателей значительно хуже, чем у поворотных двухфазных шаговых двигателей, так как для обеспечения неизменного синхронизирующего статического момента в пределах рабочего хода индуктора длина статора должна быть больше длины индуктора на величину рабочего хода в одну сторону или, наоборот, длина индуктора должна превышать длину статора на величину рабочего хода. Но в этом случае динамические свойства двухфазных шаговых двигателей оказываются хуже, поскольку часть полюсов ротора не участвует а создании синхронизирующего статического момента. В первом же случае динамические свойства лучше, но двухфазный шаговый двигатель потребляет большую мощность. Эти недостатки свойственны всем линейным шаговым двигателям независимо от их конструкции, поэтому применение их ограничено сравнительно узким кругом задач.