ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K37/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к шаговым электродвигателям.

Известны шаговые электродвигатели, содержащие зубчатый пассивный ротор, статор с m-фазной обмоткой и смещенными относительно друг друга на I/m-зубцового деления ротора фазными зонами, каждая из которых состоит из диаметрально расположенных зубчатых полюсов, охватываемых катушками фазных обмоток (Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств. М. Высшая школа, 1988, с. 348-358).

Основными недостатками таких шаговых двигателей являются сравнительные низкие энергетические и массогабаритные показатели, так как в них значительная часть потока фазы замыкается через диаметрально расположенные полюса, что приводит к повышенным потерям в стали и меди двигателей. Кроме того, из-за сравнительно большого числа зубчатых полюсов, а соответственно и катушек статора, равного 2-m, такие двигатели являются нетехнологичными особенно при малогабаритном исполнении.

Частично указанные недостатки устранены в шаговом электродвигателе, у которого ротор выполнен с нечетным числом зубцов Z_p, а статор с числом фазных зон, равным числу фаз m, смещенных относительно друг друга на I/m зубцового деления ротора τ = 360^°/Z_p, каждая из которых состоит из двух рядом расположенных зубчатых полюсов, охватываемых последовательно встречно соединенными между собой катушками фазы, при этом угол между серединами крайних смежных зубцов этих двух зубчатых полюсов α = m•n•τ, а угол между серединами смежных зубцов зубчатых полюсов соседних фазных зон b = (m/2•k+1)•τ, где n и k любые целые числа, не равные 0 (патент РФ N 1820982, кл. Н 02 К 37/00, 1993).

В таком шаговом двигателе, благодаря замыканию потока фазы через смежные зубчатые полюса, значительно уменьшаются потери в стали и меди и соответственно повышаются его энергетические и массогабаритные показатели. Однако число зубчатых полюсов и катушек статора остается равным 2m, поэтому при малогабаритном исполнении такие двигатели являются также нетехнологичными.

Цель изобретения устранение указанного недостатка, т. е. повышение технологичности изготовления шагового электродвигателя, а также частоты его приемистости.

Цель достигается тем, что шаговый электродвигатель, содержащий ротор с нечетным числом зубцов Z_p и статор с m-фазными зонами, смещенными относительно друг друга на I/m-зубцового деления ротора , где m число фаз, равное четному числу, и обмотку статора, каждая катушка которой охватывает зубчатый полюс статора, выполнен с одним зубчатым полюсом в фазной зоне, причем катушки нечетных и четных фаз выполнены с различными направлением намотки для обеспечения чередования полярности зубчатых полюсов статора, а величина угла между серединами зубцов смежных зубчатых полюсов α = τ(n±1/m), где n любое целое число, не равное 0.

На чертеже изображена принципиальная конструктивная схема предлагаемого шагового двигателя с числом фаз m, равным 6.

Шестифазный шаговый электродвигатель содержит пассивный ротор 1, выполненный из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 2, число которых равно 25; статор 3, выполненный также из листовой электротехнической стали со смещенными относительно друг друга на 1/m зубцового деления ротора τ, т. е. на 1/6•360^o/25 2,4^o, фазными зонами, каждая из которых содержит один зубчатый полюс 4, выполненный с тремя зубцами 5, шестифазную обмотку статора, каждая фаза которой состоит из одной катушки 6, причем катушки нечетных фаз А, С и Е (см. графические материалы) имеют одно направление намотки, а катушки четных фаз В, D и F - противоположное для обеспечения чередования полярности зубчатых полюсов 4. Величина угла между серединами смежных зубцов смежных зубчатых полюсов α = τ(n±1/m) = 360^°/25(2+1/6)=31,2^°. Значение коэффициента и принято равным 2 для увеличения ширины пазов между зубчатыми полюсами 4, а соответственно для облегчения укладки катушек 6 в пазы статора.

Шаговый электродвигатель работает следующим образом.

Одна клемма блока управления (на графических материалах не приведен) подключена к общей для всех фаз точек 0, а по фазам А, В, С, D, E и F (поочередно) пропускается пульсирующий ток, создавая в статоре 3 катушками 6 вращающееся магнитное поле, которое замыкается через смежные полюса 4 и приводит во вращение ротор 1.

Благодаря своим отличительным признакам предлагаемый шаговый двигатель может быть выполнен с вдвое меньшим, чем в известных двигателях, числом зубчатых полюсов и катушек, что значительно упрощает технологию его изготовления, так как операция выполнения и укладки катушек в пазы статора является наиболее трудоемкой. При этом с уменьшением вдвое числа зубчатых полюсов статора появляется возможность значительного уменьшения диаметра его расточки, а соответственно уменьшения момента инерции ротора и повышения приемистости шагового двигателя, т. е. достигается такое же увеличение приемистости, как и при двухпакетном исполнении двигателя, которое связано с большими технологическими трудностями.

При этом в таком шаговом двигателе (также, как и в прототипе) обеспечиваются высокие энергетические и массогабаритные показатели, так как магнитный поток замыкается также через смежные зубчатые полюса. Наличие же одностороннего тяжения не влияет не долговечность подшипников ротора, потому что в двигателях малого габарита величина одностороннего тяжения по крайней мере на порядок меньше допустимой радиальной нагрузки на подшипники.

Предлагаемый шаговый двигатель может быть выполнен с активным ротором, состоящим из двух, смещенных относительно друг друга на 0,5 зубцового деления ротора половин, между которыми установлен кольцевой магнит, намагниченный в аксиальном направлении, а статор установлен в магнитопроводном корпусе.

Использование: в m-системах автоматики. Сущность изобретения: устройство содержит ротор 1 с равномерно распределенными по окружности зубцами 2 и статор 3 со смещенными относительно друг друга на 1/m зубцового деления ротора τ m-фазными зонами. Каждая из которых содержит один зубчатый полюс 4 с катушкой фазы обмотки. Катушки четных и нечетных фаз выполнены с противоположным направлением намотки для обеспечения чередования полярности зубчатых полюсов 4. Угол между серединами смежных зубцов смежных зубчатых полюсов a = τ(n±1/m). Импульсы тока поочередно подают по фазам, создавая в статоре 3 вращающееся магнитное поле, которое замыкается через смежные полюса 4 и приводит во вращение ротор 1. 1 ил.

Шаговый электродвигатель, содержащий ротор с нечетным числом зубцов и статор с m-фазными зонами, смещенными относительно друг друга на 1/m зубцового деления ротора τ где m число фаз, равное четному числу, и обмотку статора, каждая катушка которой охватывает зубчатый полюс статора, отличающийся тем, что он выполнен с одним зубчатым полюсом в фазной зоне, причем катушки нечетных и четных фаз выполнены с противоположным направлением намотки, а величина угла между серединами зубцов смежных зубчатых полюсов
a = τ•(n±1/m),
где n любое целое число, не равное 0.