BG110515A - Устройство за ротационно електрозадвижване - Google Patents

Abstract

Устройството може да се използва за задвижване на части и машини, които извършват възвратно-постъпателно движение между две крайни позиции с голяма маса или/и с голяма скорост, като крака на ходещи роботи, манипулатори, плетачни машини, врати и др. Устройството се състои от електродвигател (9), акумулатор на механична енергия, изпълнен като магнитна пружина със статор (3), ротор (4) и фиксатор с увиваща се пружина (8). Електродвигателят (9) компенсира загубената по време на движението енергия. В акумулатора (3 и 4) потенциалната енергия се превръща в кинетична при ускоряване и отново в потенциална при достигане на крайната позиция.

Description

Област на техниката

Изобретението се отнася до устройство за ротационно електрозадвижване с акумулатор на механична енергия действащ като основен енергиен източник и двигател, принуждаващ изпълнителното звено да достига крайната си позиция, компенсирайки загубената по време на движението енергия. Задвижването може да се използва за задвижване на елементи и машини, които извършват възвратнопостъпателно движение между две крайни позиции, като крака на ходещи роботи, манипулатори плетачни машини, врати и др. Задвижването е особено ефективно, при използването му за задвижване на подвижни части с голяма маса или/и с

голяма скорост.

Предшестващо състояние на техниката

Известно е устройство за ротационно електро задвижване [1] състоящо се от тяло, в което е лагерувано изпълнително звено, към тялото е свързан единият край на пружина оста на която съвпада с оста на изпълнителното звено, другият край на която е свързан към изпълнителното звено и към тялото са закрепени фиксатори, осигуряващи задържането на изпълнителното звено в крайните позиции и двигатели, принуждаващи изпълнителното звено да достига крайната си позиция, осигуряващо движение на изпълнителното звено около неутрална позиция разположена между две крайни позиции като пружината действа като основен енергиен източник.

Основен проблем на това задвижване е, че в крайна позиция, пружинният елемент осигурява максималната си сила и при освобождаването на фиксатора върху изпълнителното звено се прилага внезапно максимална сила, което предизвиква вибрации и загуба на енергия. Втори проблем на съществуващото устройство за ротационно електро задвижване е, че няма възможност за аварийно спиране. Трети проблем е невъзможността да се коригира характеристиката на пружината, съобразно приложението, което е особено необходимо при задвижване на ходещи роботи.

Техническа същност на изобретението.

Задача на изобретението е да се създаде устройство за ротационно електро задвижване, което да осигурява плавно нарастване на силата на пружината върху изпълнителното звено, възможност за изменение на характеристиката на • <

• 9 пружината и да осигурява възможност за аварийно спиране на изпълнителното звено.

·· · • ·· • · ·· • · ···« · • ··

Задачата се решава с устройство за ротационно електро задвижване състоящо се от тяло, в което е лагерувано изпълнително звено. Към единият край на тялото е свързан статор закрепен съосно с изпълнителното звено и ротор свързан неподвижно към изпълнителното звено . Към срещулежащите повърхности на статора и ротора са закрепени по най-малко два постоянни магнити, разположени срещуположно.

Статора и ротора със срещуположно разположени постоянни магнити образуват магнитна пружина, действаща като основен енергиен източник на задвижването. Подбора на полярността и размерите на магнитите осигурява плавно увеличаване

и намаляване на въртящият момент, както и характеристика която е необходима за специфичните приложения на задвижването.

Тялото е оформено като втулка по вътрешната повърхност на която е разположен пружинен фиксатор . Към другият край на тялото е закрепен двигател съосно с оста на изпълнителното звено . Използването на фиксатор от типа увиваща се пружина позволява задвижването да спира при сигнал за авария, и осигурява плавната му работа.

Съгласно първото вариантно изпълнение на устройството за ротационно електро задвижване, пружинният фиксатор е изпълнен като увиваща се пружина разположена по вътрешната повърхност на втулката. Краищата на пружината са огънати под прав ъгъл спрямо оста й и са разположени в аксиален прорез на

вилка. Вилката е закрепена неподвижно към изпълнителното звено. В прореза на вилката, между свободните краища и на пружината е разположено г-образно рамо. Края на г-образното рамо е закрепено неподвижно към ротора на електродвигателя. При това вариантно изпълнение фиксаторът е неуправляем и конструкцията на устройство за ротационно електро задвижване е опростена.

Съгласно второ вариантно изпълнение на ротационното електро задвижване, двата края на пружината са свързани неподвижно към периферията на дискове, лагерувани спрямо изпълнителното звено. В срещулежащите повърхности и на всеки от дисковете е оформен радиално по един канал. В каналите, успоредно на оста на електродвигателя е разположена ос. В средата на оста е закрепена неподвижно мотовилка, разположена между дисковете. Другият край на мотовилката е свързан шарнирно с коляно, закрепено към оста на

електродвигателя. В дисковете е оформен най-малко един удължен прорез. В удължените прорези е разположено рамото на вилка, закрепена неподвижно към изпълнителното звено.

При второто вариантно изпълнение фиксаторът се управлява чрез завъртане на двигателя в обратна посока, което осигурява минимално триене между пружината и втулката на тялото и по-голяма енергийна ефективност.

Основното предимство на ротационното електро задвижване, се изразява в това, че осигурява плавно увеличаване и намаляване на въртящият момент.

Друго предимство на устройство за ротационно електро задвижване е, че осигурява възможност за аварийно спиране на изпълнителното звено.

Трето предимство на устройство за ротационно електро задвижване е че

осигурява характеристика която е необходима за специфичните приложения на задвижването, например за ходещи роботи.

Пояснения на приложените фигури

Устройство за ротационно електро задвижване може да бъде представено поподробно с помощта на придружаващите описанието фигури, където :

- фиг.1 - представлява сечение по оста на първо вариантно изпълнение на устройството за ротационното електро задвижване.

- Фиг. 2 представлява разрез по А-А на първо вариантно изпълнение на устройство за ротационно електро задвижване от фиг. 1.

- Фиг.З представлява сечение по оста на второ вариантно изпълнение на

устройството за ротационно електро задвижване.

- Фиг.4 представлява разрез по А-А на второ вариантно изпълнение на устройство за ротационно електро задвижване от фиг.З.

Примери за изпълнение на изобретението.

По-нататък в описанието ще бъде представено едно примерно изпълнение на устройството, като посочения пример не ограничава конструктивните решения с използване на елементи и материали, които имат еквивалентно функционално предназначение и позволяват с устройството за ротационно електро задвижване да се постигне аналогичен положителен ефект.

Устройството за ротационно електро задвижване се състои от тяло 1, в което е лагерувано изпълнително звено 2. Към единият край на тялото 1 е свързан статор закрепен съосно с изпълнителното звено 2 и ротор 4 свързан неподвижно към изпълнителното звено 2. Към срещулежащите повърхности на статора 3 и ротора са закрепени по най-малко два постоянни магнити 5 и 6, разположени срещуположно. Тялото 1 е оформено като втулка 7 по вътрешната повърхност на която е разположен пружинен фиксатор 8. Към другият край на тялото 1 е закрепен електродвигател 9 съосно с оста на изпълнителното звено 2.

Съгласно първото вариантно изпълнение на устройството за ротационно електро задвижване, пружинният фиксатор 8 е изпълнен като увиваща се пружина 10 със краища 11 и 12 разположена по вътрешната повърхност на втулката 7. Краищата 11 и 12 на пружината 10 са огънати под прав ъгъл спрямо оста на увиващата се пружина 10 и са разположени в аксиалния прорез 13 на вилка 14. Вилката 14 е

закрепена неподвижно към изпълнителното звено 2. В прореза 13 на вилката 14, между свободните краища 11 и 12 на пружината 10 е разположено г-образното рамо 15. Края на г-образното рамо 15 е закрепено неподвижно към ротора на двигателя 9.

Съгласно второто вариантно изпълнение на устройството за ротационно електро

задвижване, двата края на пружината 10 са свързани неподвижно към периферията на дискове 17 и 18, лагерувани спрямо изпълнителното звено 2. В срещулежащите повърхности 19 и 20 на всеки от дисковете 17 и 18 е оформен радиално по един канал 21 и 22. В каналите 21 и 22, успоредно на оста на двигателя 9 е разположена ос 23. В средата на оста 23 е закрепена неподвижно мотовилка 24, разположена между дисковете 17 и 18. Другият край на мотовилката 24 е свързан шарнирно с коляно 25, закрепено към оста на електродвигателя 9. В дисковете 17 и 18 е оформен най-малко един удължен прорез 26 и 27. В прорезите 26 и 27 е разположено рамото на вилка 28, закрепена неподвижно към изпълнителното звено 2.

Използване на изобретението

Първоначално изпълнителното звено 2 на устройството за ротационно електро задвижване е фиксирано в първа позиция чрез пружинният фиксатор 8. При това положение магнитните сили между групите постоянни магнити 5 и 6 от статора 3 и ротора 4 осигуряват върху изпълнителното звено 2 нулев въртящ момент или редуциран въртящ момент в посока към втора позиция, в зависимост от приложението. Увиващата се пружина 10 на пружинният фиксатор 8 е залепила

по вътрешната повърхност на втулката 7. Когато върху изпълнителното звено 2 се приложи външен въртящ момент, в зависимост от посоката му, вилката 14 чрез аксиалния прорез 13 обира хлабината и притиска съответния край 11 или 12 така, че увиващата се пружина 10 се затяга към вътрешната повърхнина на втулката 7. Изпълнителното звено 2 остава в първа позиция, с хлабина определена от разстоянието между краищата 11 и 12 на пружината и прореза 13.

Когато електродвигателя 9 се завърти в посока към втората позиция, г-образното рамо 15 притиска края 11 на увиващата се пружина 10 и го придвижва докато опре в аксиалния прорез 13 на вилката 14. При това пружината 10 се освобождава и може да се върти свободно спрямо вътрешната повърхност на втулката 7. Това

завъртане увеличава въртящият момент върху рамото 2 получаван от магнитната пружина образувана от статора 3 и ротора 4. Рамото 2 започва да се движи към втора позиция под действие на въртящият момент на магнитната пружина, който до средата на хода на рамото 2 увеличава скоростта му. При достигане на средата на хода на рамото 2, въртящият момент на магнитната пружина образувана от статора 3 и ротора 4 сменя знака си и започва да намалява скоростта му акумулирайки кинетичната енергия на свързаните с рамото 2 подвижни части.

При достигане на втората позиция, скоростта на рамото 2 става нула. Малко преди достигане на втора позиция захранването към електродвигателя 9 се спира и рамото 15 престава да притиска края 11 на увиващата се пружина 10. Под действие на пружинната сила, пружината 10 се зацепва към вътрешната повърхност на втулката 7 застопорявайки рамото 2.

Съгласно второто вариантно изпълнение на ротационното електро задвижване, първоначално изпълнителното звено 2 е фиксирано в първа позиция чрез пружинният фиксатор 8. При това положение магнитните сили между групите постоянни магнити 5 и 6 от статора 3 и ротора 4 осигуряват върху изпълнителното звено 2 нулев въртящ момент или редуциран въртящ момент в посока към втора позиция, в зависимост от приложението. Електродвигателя е завъртян така, че мотовилката 24 е изтласкала оста 23 в горно положение. Поради наклона на каналите 21 и 22, дисковете 17 и 18 са завъртени един спрямо друг. Двата края на пружината 10 свързани неподвижно към дисковете 17 и 18, са завъртени и увиващата се пружина 10 е зацепила по вътрешната повърхност на втулката 7. Когато върху изпълнителното звено 2 се приложи външен въртящ момент, в зависимост от посоката му, вилката 28 контактува едновременно с краищата на прорезите 26 и 27 и притиска свързаните с дисковете 17 и 18 краищата 11 или 12 така, че увиващата се пружина 10 се затяга по-силно към вътрешната повърхнина на втулката 7. Изпълнителното звено 2 остава в първа позиция, без хлабина или с хлабина определена от взаимното разположение на каналите между краищата 21 и 22 на пружината и прорезите 26 и 27 върху дисковете 17 и 18.

Когато електродвигателя 9 се завърти в посока към втората позиция, мотовилката се завърта спрямо оста на електродвигателя 9 и изтегля оста 23 в долно положение. Поради наклона на каналите 21 и 22, дисковете 17 и 18 се завъртат един спрямо друг стягайки пружината при което външният и диаметър намалява.

Увиващата се пружина 10 се движи спрямо вътрешната повърхност на втулката 7

с минимално триене. Когато оста 23 достигне долно положение и дисковете 17 и се завъртят един спрямо друг, удължените прорези 26 и 27 се притискат към рамото на вилката 28. Въртящият момент на електродвигателя се предава едновременно на двата диска 17 и 18 и чрез удължените прорези 26 и 27 и рамото на вилката 28, към изпълнителното звено 2. Този момент увеличава въртящият момент върху рамото 2 получаван от магнитната пружина образувана от статора 3 и ротора 4. Рамото 2 започва да се движи към втора позиция под действие на въртящият момент на магнитната пружина, който до средата на хода на рамото 2 увеличава скоростта му. При достигане на средата на хода на рамото 2, въртящият момент на магнитната пружина образувана от статора 3 и ротора 4 сменя знака си и започва да намалява скоростта му акумулирайки кинетичната енергия на

свързаните с рамото 2 подвижни части. При достигане на втората позиция, скоростта на рамото 2 става нула. Малко преди достигане на втора позиция, се сменя поляритета на напрежението на електродвигателя 9 за определено време необходимо той да се завърти на около ’/₂ оборота в обратна посока. Мотовилката 24 изтласква оста 23 в горно положение, дисковете 17 и 18 се завъртат един спрямо друг и зацепват увиващата се пружина 10 към вътрешната повърхност на втулката 7. При сигнал за аварийно спиране, се сменя поляритета на напрежението на електродвигателя 9 за определено време необходимо той да се завърти на около */₂ оборота в обратна посока. Мотовилката 24 изтласква оста 23 в горно положение, дисковете 17 и 18 се завъртат един спрямо друг и зацепват увиващата се пружина 10 към вътрешната повърхност на втулката 7. Кинетичната • · енергия на свързаните с рамото 2 подвижни части се превръща в триене по време на залепването на пружината 10 и рамото 2 остава неподвижно.

Характеристиката на магнитната пружина образувана между статора 3 и ротора 4, може да се коригира според приложението на устройството за ротационно електро задвижване, чрез подходящ избор на поредицата от постоянни магнити 5 и 6 разположени в статора и ротора. Това е необходимо при задвижване на ходещи роботи.

Claims (3)

1. Устройство за ротационно електро задвижване [1] състоящо се от тяло, в което е лагерувано изпълнително звено, към тялото е свързан единият край на пружина оста на която съвпада с оста на изпълнителното звено, а другият край на пружината е свързан към изпълнителното звено при което към тялото са закрепени фиксатори, характеризиращо се с това, че тялото /1/ е оформено като втулка /2/ по вътрешната повърхност на която е разположен пружинен фиксатор /8/ като пружината е изпълнена като статор /3/ и ротор /4/ като към срещулежащите повърхности на статора /3/ и ротора /4/ са закрепени две групи от по най-малко два постоянни магнити /5/ и /6/ разположени срещуположно една спрямо друга, при което статора е закрепен съосно към тялото /1/ а ротора е закрепен съосно към изпълнителното звено /2/.
2. 2. Устройство за ротационно електро задвижване съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че пружинният фиксатор /8/ е изпълнен като увиваща се пружина /10/ като двата края /11/ и /12/ на пружината са огънати така, че да са разположени в аксиалния прорез /13/ на вилка /14/ закрепена неподвижно към изпълнителното звено /2/, а в прореза /13/ на вилката /14/ между краищата на пружината /11/ и /12/ е разположено г-образно рамо /15/, монтирано неподвижно към ротора на електродвигател /9/, който е закрепен към тялото /1/ съосно с изпълнителното звено.
3. 3. Устройство за ротационно електро задвижване съгласно претенция 1, характеризиращо се с това, че двата края /11/ и /12/ на пружината /10/ са свързани неподвижно към периферията на дискове /17/ и /18/, лагерувани съосно спрямо изпълнителното звено /2/ като в срещулежащите повърхности на всеки от дисковете /17/ и /18/ е оформен по един радиален жлеб /21/ и /22/, в който лежи края на щифт /23/, в средата на който е закрепена неподвижно мотовилка /24/, разположена между дисковете /17/ и /18/ а свободният край на мотовилката /24/ е свързан шарнирно с коляно /25/, закрепено към ротора на електродвигателя /9/ закрепен към тялото /1/ съосно с изпълнителното звено /2/, а в дисковете /17/ и /18/ е оформен най-малко един удължен прорез /26/, /27/, през които преминава рамото на вилка /28/, закрепена неподвижно към изпълнителното звено /2/.