RU2211523C2

RU2211523C2 - Linear displacement drive

Info

Publication number: RU2211523C2
Application number: RU2001106420/09A
Authority: RU
Inventors: А.М. Литвиненко
Original assignee: Воронежский государственный технический университет
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2003-08-27

Abstract

FIELD: industrial robotics and all industries where translational movement is required. SUBSTANCE: drive that is primarily used as mobility freedom drive for anthropomorphous robots has active member made in the form of two stranded insulated conductors connected at one end to power supply, opposite ends being interconnected and connected to output rod. Drive is provided in addition with C-shaped magnetic circuits disposed abreast in one plane and with additional spiral-spatial current-conducting member. Turns of spiral-spatial member are disposed in vicinity of butt-ends of C-shaped magnetic circuits. Each turn of main member is connected with aid of taut strut to housing and output rod is joined to extreme turn of main member. EFFECT: reduced size of drive. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электромеханике, а точнее к электродинамическим элементам, предназначенным для преобразования электрической энергии в механическую. Такого рода приводы могут быть использованы в робототехнике, преимущественно в исполнительных системах манипуляторов. The invention relates to electromechanics, and more specifically to electrodynamic elements designed to convert electrical energy into mechanical energy. Such drives can be used in robotics, mainly in the executive systems of manipulators.

Известен привод линейного перемещения, выполненный на основе спирально-пространственного электродинамического элемента, содержащий подвижную часть в виде двух гибких изолированных проводников, одни концы которых закреплены на основании, а другие соединены между собой и размещены на подвижной пластине, при этом гибкие изолированные проводники скручены, а их концы подключены к источникам питания [1]. A known linear displacement drive, made on the basis of a spiral-spatial electrodynamic element, comprising a movable part in the form of two flexible insulated conductors, some ends of which are fixed to the base, and the other connected to each other and placed on a moving plate, while the flexible insulated conductors are twisted, and their ends are connected to power sources [1].

Недостатком элемента является возможность реализации преимущественно вращательного движения. Этот недостаток устранен в электродинамическом приводе [2] , который снабжен дополнительными токопроводящими петлями, образующими вместе с основной петлей две группы спиралей, расположенных друг против друга, а также дополнительной обоймой, двумя штоками, закрепленными на этих обоймах, и стержнями, при этом концы спиралей каждой группы закреплены на соответствующей обойме, а другие их концы, расположенные друг против друга, соединены между собой стержнями. The disadvantage of this element is the ability to implement mainly rotational motion. This disadvantage is eliminated in the electrodynamic drive [2], which is equipped with additional conductive loops, forming together with the main loop two groups of spirals located opposite each other, as well as an additional clip, two rods attached to these clips, and rods, while the ends of the spirals of each group are fixed on the corresponding clip, and their other ends, located opposite each other, are interconnected by rods.

Недостатком данного устройства является сложность конструктивного исполнения, которая обусловлена необходимостью строгого соблюдения линейного размера спирали для обеспечения равномерности нагрузки. The disadvantage of this device is the complexity of the design, which is due to the need for strict adherence to the linear size of the spiral to ensure uniform load.

Наиболее близким к заявляемому по совокупности существенных признаков является привод линейного перемещения, снабженный дополнительной спиральной пружиной, один конец которой закреплен на корпусе, дополнительным активным элементом, расположенным соответственному основному активному элементу, подключенным к нему параллельно и связанным с корпусом и с другим концом дополнительной спиральной пружиной, и двумя кольцевыми камерами с наполнителем из упругого материала, одна из которых расположена в корпусе, а другая - на штоке, при этом наполнители камер имеют возможность контактирования с соответствующими поверхностями дополнительного и основного активных элементов [3]. Closest to the claimed combination of essential features is a linear displacement drive equipped with an additional spiral spring, one end of which is fixed to the housing, an additional active element located corresponding to the main active element connected in parallel with it and connected to the housing and with the other end of the additional spiral spring , and two annular chambers with a filler of elastic material, one of which is located in the housing, and the other on the stem, while fillers cameras have the ability to contact with the corresponding surfaces of the main and additional active elements [3].

Недостатком данного привода являются его низкие массогабаритные показатели, которые обусловлены чисто электромеханическим эффектом, при этом при увеличении расстояния между витками петли эффективная сила уменьшается в квадрат раз, что в сочетании с высокими токовыми нагрузками ухудшает характеристики устройства. The disadvantage of this drive is its low overall dimensions, which are due to a purely electromechanical effect, while increasing the distance between the turns of the loop, the effective force decreases by a factor of square, which, combined with high current loads, worsens the characteristics of the device.

Изобретение направлено на увеличение усилия. The invention seeks to increase effort.

Это достигается тем, тем, что привод дополнительно снабжен С-образными магнитопроводами, расположенными в ряд в одной плоскости, и дополнительным спирально-пространственным токопроводящим элементом, витки которого последовательно охватывают торцы С-образных магнитопроводов, возбуждая магнитное поле в них, обеспечивающее чередование их полярности, а витки основного спирально-пространственного элемента расположены в зоне торцов С-образных магнитопроводов, причем каждый виток основного спирально-пространственного элемента соединен с помощью растяжки с корпусом, а выходной шток присоединен к крайнему витку основного спирально-пространственного элемента. This is achieved by the fact that the drive is additionally equipped with C-shaped magnetic cores located in a row in the same plane, and an additional spiral-spatial conductive element, the turns of which sequentially cover the ends of the C-shaped magnetic cores, exciting a magnetic field in them, providing an alternation of their polarity and the turns of the main spiral-spatial element are located in the zone of the ends of the C-shaped magnetic circuits, and each turn of the main spiral-spatial element is connected to using stretching with the body, and the output rod is attached to the extreme turn of the main spiral-spatial element.

Достижение технического результата - увеличение усилия - обусловлено тем, что, помимо электродинамического усилия на витке основного элемента действует дополнительное растягивающее усилие, обусловленное взаимодействием основного витка с магнитным полем магнитопровода, которое в свою очередь обусловлено действием дополнительного элемента. The achievement of the technical result — an increase in force — is due to the fact that, in addition to the electrodynamic force, an additional tensile force acts on the turn of the main element due to the interaction of the main turn with the magnetic field of the magnetic circuit, which in turn is due to the action of the additional element.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан привод линейного перемещения, вид с торца магнитопроводов, на фиг.2 показан разрез привода в вертикальной плоскости посередине магнитопроводов. The invention is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a linear displacement drive, an end view of the magnetic cores, Fig. 2 shows a section of the drive in a vertical plane in the middle of the cores.

Привод линейного перемещения содержит корпус 1, выходной шток 2, соединенный механически с крайним витком 3 основного спирально-пространственного элемента 4. Имеется также дополнительный спирально-пространственный элемент 5, охватывающий торцы 6 С-образных магнитопроводов 7. Выводы токопроводящих спиралей подсоединены к выводной колодке 8, установленной на корпусе 1. К корпусу присоединена планка 9, на которой посредством планок 10 и болтов 11 установлены С-образныс магнитопроводы в ряд в одной плоскости. Имеются также растяжки 12, соединяющие витки основного элемента и корпус. The linear displacement drive comprises a housing 1, an output rod 2, mechanically connected to the extreme turn 3 of the main spiral-spatial element 4. There is also an additional spiral-spatial element 5, covering the ends 6 of the C-shaped magnetic circuits 7. The leads of the conductive spirals are connected to the terminal block 8 mounted on the housing 1. A strap 9 is attached to the housing, on which C-shaped magnetic cores are mounted in a row in the same plane by means of the straps 10 and the bolts 11. There are also extensions 12 connecting the turns of the main element and the housing.

Устройство работает следующим образом. Дополнительный спирально-пространственный элемент 5 является элементом возбуждения, который обеспечивает направление поля по С-образному магнитопроводу и, возможно, присутствующей замыкающей части (корпусу). При этом наблюдается чередование полярностей у всех торцов 6, расположенных в ряд С-образных магнитопроводов. В поле этих торцов находятся витки спирально-пространственного элемента, на котором возникают боковые усилия, направленные от торцов к периферии. Складывающаяся ромбообразная силовая схема обеспечивает перемещение штока 2 вверх. При этом рабочее положение основного элемента показано на фиг.1 пунктиром. Растяжки 12 служат для гарантированной пространственной ориентации витков основного спирально-пространственного элемента. Дополнительный спирально-пространственный элемент 5 играет роль обмотки возбуждения магнитного поля в С-образных магнигопроводах. Важно отметить, что витки основного спирально-пространственного элемента 4 расположены в зоне торцов 6 С-образных магнитопроводов, поскольку именно такое расположение обеспечивает качественное функционирование устройства. Перемещение крайнего витка, а следовательно, и штока 2, от длины элементов, не может превышать величины полюсного деления. The device operates as follows. An additional spiral-spatial element 5 is an excitation element that ensures the direction of the field along the C-shaped magnetic circuit and, possibly, the closing part (housing) present. In this case, an alternation of polarities is observed at all ends 6 located in a row of C-shaped magnetic cores. In the field of these ends there are turns of a spiral-spatial element, on which lateral forces arise, directed from the ends to the periphery. The folding rhomboid power circuit provides the movement of the rod 2 up. In this case, the working position of the main element is shown in dotted lines in FIG. Stretch marks 12 serve to guarantee the spatial orientation of the turns of the main spiral-spatial element. An additional spiral-spatial element 5 plays the role of a magnetic field excitation winding in C-shaped magnetic circuits. It is important to note that the turns of the main spiral-spatial element 4 are located in the area of the ends 6 of the C-shaped magnetic circuits, since it is this arrangement that ensures the high-quality functioning of the device. The movement of the extreme turn, and therefore the rod 2, from the length of the elements cannot exceed the magnitude of the pole division.

Введение дополнительного спирально-пространственного элемента и магнитопроводов обеспечивает независимость тягового усилия от расстояния между витками в пределах площади торца. Возникающие при этом электромеханические усилия являются большими по абсолютной величине, чем чисто электродинамические усилия, которые возникали бы в витках основного элемента при отсутствии дополнительного, поскольку наблюдается усиление поля, вызванное наличием ферромагнитных масс. The introduction of an additional spiral-spatial element and magnetic circuits ensures the independence of traction from the distance between the turns within the end area. The electromechanical forces arising in this case are larger in absolute value than the purely electrodynamic forces that would occur in the turns of the main element in the absence of an additional element, since a field amplification caused by the presence of ferromagnetic masses is observed.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1092673/ А.М. Литвиненко - Электродинамический элемент/ опубл. БИ 18,1984, Н 02 К 33/00, заявка 3586023/24-07 от 27.04.83.Sources of information
1. USSR copyright certificate 1092673 / A.M. Litvinenko - Electrodynamic element / publ. BI 18.1984, H 02 K 33/00, application 3586023 / 24-07 from 04/27/83.

2. Авторское свидетельство СССР 1301687/ А.М. Литвиненко - Электродинамический привод/ опубл. БИ 13,1987, B 25 J 9/00, заявка 3963786/31-08 от 13.08.85. 2. USSR author's certificate 1301687 / A.M. Litvinenko - Electrodynamic drive / publ. BI 13.1987, B 25 J 9/00, application 3963786 / 31-08 of 08.13.85.

3. Авторское свидетельство СССР 1283082/ A/M. Литвиненко - Привод линейного перемещения/ опубл. БИ 2, 1987, Н 02 К 23/00, заявка 3828320/31-08 от 19.12.84. 3. Copyright certificate of the USSR 1283082 / A / M. Litvinenko - Drive linear displacement / publ. BI 2, 1987, H 02 K 23/00, application 3828320 / 31-08 of 12.19.84.

Claims

A linear displacement drive containing a main spiral-spatial active element located in the housing, made in the form of two insulated wires twisted together, one end of which is connected to an electric energy source, and the other is interconnected and connected to the output rod, characterized in that the drive is additionally equipped with C-shaped magnetic circuits located in a row in the same plane, and an additional spiral-spatial active element, the turns of which are sequentially covered the ends of the C-shaped magnetic cores, exciting a magnetic field in them, providing alternation of their polarity, and the turns of the main spiral-spatial active element are located in the zone of the ends of the C-shaped magnetic cores, with each turn of the main spiral-spatial active element being connected by extension to the body and the output rod is attached to the extreme turn of the main spiral-spatial active element.