РОБОТОТЕХНИКА

ДВИГАТЕЛИ С БОЛЬШИМ ПУСКОВЫМ МОМЕНТОМ И ПОВОРОТНЫЕ СОЛЕНОИДЫ

В некоторых случаях, когда в роботе с электроприводом тре­буется осуществлять ограниченное угловое перемещение, можно использовать поворотный соленоид. Широкое распространение получили поворотные соленоиды «Ледекс» [10], использовавши­еся, в частности, для приведения в движение поворотных пере­ключателей. В соленоидах этого типа катушка, помещенная в железную оболочку, обеспечивает осевую магнитную тяговую силу, прикладываемую к оконечной пластине. Стальные шарики, расположенные между этой оконечной пластиной и наклонными направляющими, позволяют преобразовать осевую тягу электро­магнита в поворотное движение пластины. Примером использо­вания таких поворотных соленоидов может служить введение их автором в состав оборудования для числового программного управления станков.

В разработанные за последнее время устройства входят по­воротные соленоиды, в которых железные зубцы ротора при вклю­чении катушки электромагнита втягиваются в зазор между вну­тренними и внешними зубцами статора. Преимущество этого Устройства заключается в том, что его якорь имеет небольшую массу и легко балансируется, а это уменьшает воздействие ударов,

ускорений и вибраций. Помимо этого у устройства^малырадиаль­ные и осевые нагрузки в опорах, что повышает прочность и позво­ляет широко разнести опоры. В устройствах такого типа обеспечи­вается постоянство момента, хотя можно проектировать и уст­ройства, у которых характеристика момента изменяется по обратному квадратичному закону.

Преимущество устройств на базе соленоидов при использова­нии их в приводе роботов, где требуется ограниченный угол поворота (например, 35°), состоит в компактности и полной гер­метичности; кроме того, их можно сделать чрезвычайно легко взаимозаменяемыми, если это требуется для целей технического обслуживания. Недостатком устройства для использования в под­вижных роботах является очень большое потребление энергии, например 15 Вт, при моменте, меньшем 0,1 Н-м. Добавлением храпового механизма можно обеспечить непрерывное шаговое вращение. Если установлен такой храповик-ограничитель, непре­рывная подача энергии уже не обязательна, так что в некоторых случаях требования к средней энергии рассеяния могут быть весьма малыми.

При необходимости ограниченного углового движения для использования в следящих приводах были разработаны двигатели с большим пусковым моментом. У этих двигателей момент — ли­нейная функция тока возбуждения. Типичное устройство такого рода имеет ротор с постоянным магнитом и заключенный в обо­лочку из эпоксидной смолы статор с внешним алюминиевым кольцом. Основные характеристики этого устройства следующие:

Масса, кг................................................................ 0,1

Номинальный вращающий момент, Н-м.......................... 0,01

Снижение момента (ja максимальном токе), %:

при угле поворота 60°.......................................... 92

» » » 70°......................................... 80

» » » 80°......................................... 45

Потребляемая мощность при моменте 0,03 Н-м

(t — 25° С), Вт........................................................ 8

Сопротивление (t = 25° С), Ом...................................... 48

Чувствительность, Н-м/А............................................. 0,1

Электрическая постоянная времени (L/R), с.................... 8-Ю-4

Противо-э. д. с.[5], В-рад-1-с-1........................................ 0,07

Максимальная температура обмотки, °С.......................... 155

Приблизительные габаритные размеры (диаметр X

X длина), м....................................................... 0,05x0,02

Отметим, что устройства «Ледекс» и шаговые искатели прин­ципиально способны обеспечить вращательное движение только в одном направлении. Если требуется реверс, то обычно исполь­зуют два соленоида с зубчатой передачей на каждом, которые автоматически вводятся в зацепление во время движения. Можно использовать также дифференциальную схему движения двух соленоидов, которая была реализована в шаговых искателях скорее для увеличения или уменьшения переходного сопроти­вления, чем для обеспечения движения. Другое решение состоит в установке реверсирующей коробки передач, по-видимому, тя­желой, поскольку она должна приводиться в действие электри­ческой энергией.

Вращающиеся шаговые устройства будут обладать преиму­ществами, если в них применяется принцип шаговых искателей, где «шагание» осуществляется при отпускании электромагнита, а не при его возбуждении. Большее усилие возникает тогда как раз в начале рабочего хода и обеспечивается пружиной, которая запасает энергию при запитывании электромагнита. Этот прин­цип в настоящее время принят и в других шаговых двигателях [11].

«Стеромотор» [6] — это, по существу, двигатель переменного тока, в котором ротор не уложен в традиционных опорах. Вместо этого он катится по направляющему пути внутри статора. Бла­годаря такому «качению» скорость на выходе мала, поскольку для преобразования движения ротора во вращательное движение выходного вала используется гибкая связь. Фактически это двигатель переменного тока индукциоиного типа с неподвижными обмотками статора и ротором с постоянными магнитами. Для использования его в качестве шагового двигателя на обмотки следует подавать импульсы постоянного тока, при этом возможно получение до 1200 шагов за один оборот.

По ряду причин «Стеромотор» оказался весьма удобен в схе­мах привода, работающего на переменном токе. Хотя инерцион­ность ротора, как это видно по выходному валу, весьма незна­чительна, все же при отключении питания неизбежно возникает тормозной момент. (При работе на постоянном токе тормозной момент весьма значителен). При работе на переменном токе иногда проявляется полезное свойство этого двигателя, состоящее в том, что его входное сопротивление сохраняется почти постоянным во всем диапазоне скоростей вращения: от максимальной до ну­левой. Некоторая неопределенность функционирования, возни­кающая в стопорном режиме, совершенно безопасна. Ускоре­ние и торможение происходят очень быстро: постоянная времени достигает 0,02 с. Такие двигатели кажутся преспективными для применения в приводах робототехнических устройств.