3.5. Шаговые электродвигатели

Дискретный привод с шаговыми двигателями получает все большее распространение у ПР.

Принцип действия ШД основан на дискретном изменении магнитного поля в зазоре маши-ны. При периодическом переключении обмоток статора ШД магнитодвижущая сила (МДС) статора поворачивается на определенный угол (шаг), вызывая поворот ротора на тот же угол.

Применение ШД дает преобразовывать управляющие импульсные сигналы в угол поворота вала без датчика обратной связи.

Существует много различных ШД, отличающихся и по способу управления, и по принципу действия, и по конструкции. Однако лучше всего выглядят ????? шаговые двигатели с активным или реактивным ротором.

На рисунке 10 показан принцип действия ШД с многофазной обмоткой на статоре и роторе в виде постоянного магнита.

а) б) в)

Рис. 3.10.

Если однополярные импульсы напряжения последовательно в фазы 1, 2, …,m, то ротор будет поворачиваться на угол, при котором его ось совпадет с осями фаз 1, 2, …, m. При этом ротор имеет m устойчивых состояний, определяемые направлением вектора МДС . Шаг при этом равен 2/m.

Если подавать импульсы напряжения на две соседние фазы, то направление вектора МДС совпадет со средней линей между этими фазами. Если подать импульсы напряжения на три фазы, результат займет положение, совпадающее с осью средней фазы.

Т.о., если включать поочередно четное и нечетное число фаз, то ротор двигателя будет иметь 2m устойчивых положений, а шаг будет равен /m.

Серийно выпускаемые ШД имеют шаг 1, 5, 9, 15, 22,5. Масса двигателя от 80 гр до 1,5 кг. Потребляемая мощность от 2,2 Вт до 300 Вт. Они рассчитаны на номинальное напряжение в импульсе от 13,5 до 28 в. Максимальная частота следования импульсов от 100 Гц до 2,5 кГц.

3.6. Вибродвигатели

В последние годы в промышленной робототехнике стали применять виброприводы. Они отличаются простотой конструкции, малыми массо-габаритными размерами и простотой в управлении. К тому же они обеспечивают достаточно хорошую точность позиционирования.

Простота в управлении вибропривордами дает возможность управлять ими непосредственно от ЭВМ.

Основным элементом вибропривода является вибродвигатель. Вибродвигатели бывают линейными и ротационными, низкочастотными и высокочастотными.

В качестве примера, рассмотрим устройство и принцип действия высокочастотного ротационного вибродвигателя.

Такой вибродвигатель имеет:

а) статор в виде кольцевого ибезокерамического возбудителя.

б) упругие пластины между статором и ротором. Они играют роль силовых передающих элементов.

в) ротор в виде металлического стакана или цельнометаллической болванки.

Устройство вибродвигателя показано на рисунке 3.11.



1

2

Рис.3.11

Принцип действия:

При подаче на статор переменного напряжения (гармонического или импульсного) он начинает вибрировать, т.е. периодически сжиматься или разжиматься. Под действием вибрации статора упругие пластины начинают периодически сгибаться и разгибаться. При разгибании каждая из пластин своим концом упирается в ротор и за счет трения несколько проворачивает его в сторону разгибания. Ротор вращается. Скорость вращения зависит от амплитуды и частоты деформации гибких пластин (в конечном итоге от амплитуды и частоты питающего напряжения).

Для того, чтобы вибродвигатель мог менять направление вращения ротора, статор делают составным из двух частей. Угол наклона пластин в этих частях противоположный. Запитывая ту или другую часть статора можно обеспечить реверсивное движение ротора вибродвирателя.

Вибродвигатели применяются:

- в приводах колес у подвижных транспортных средств (робокарах)

- в приводах рулевого управления робокар

- в приводах суставов, ПР.

Вибродвигатели позволяют получить довольно значительные вращающие моменты (до 10 Н*м) и достаточную для практических целей скорость вращения (40 об/мин и выше).