ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 1997 года по МПК H02K37/00 

Изобретение относится к электрическим машинам, преобразующим электрическую энергию в виде импульсов тока в дискретное перемещение вала, и может быть использовано в автоматических системах и в электроприводах с цифровым управлением.

Известен шаговый электродвигатель, содержащий статор и ротор. Статор содержит кольцевой постоянный магнит, намагниченный вдоль оси, и установленные с разных сторон от магнита магнитопровод обмотки управления статора и магнитопровод обмотки возбуждения статора. Магнитопровод обмотки управления статора состоит из полюсных венцов, объединенных магнитомягким венцом, а магнитопровод обмотки возбуждения статора состоит из полюсных венцов и ярма [1]
Недостатком шагового электродвигателя являются высокий вес и габариты вследствие того, что его магнитопроводы занимают большой объем и значительно увеличивают размеры электродвигателя в осевом направлении.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является принятый прототип, низкоинерционный шаговый электродвигатель, содержащий статор, ротор, включающий аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит, и два неподвижно закрепленных на валу кольцевых зубчатых магнитопровода. Каждый из магнитопроводов выполнен в виде стакана, цилиндрическая стенка которого охватывает снаружи один из полюсов постоянного магнита и опирается на вал ротора посредством дискообразной стенки, установленной с осевым зазором относительно этого полюса. Между цилиндрическими стенками обоих магнитопроводов имеется осевой воздушный промежуток [2]
Электродвигатель, принятый за прототип, более компактен и имеет меньший вес, поскольку его магнитопроводы охватывают снаружи полюса магнита.

Недостаток электродвигателя состоит в том, что при его работе между зубчатыми магнитопроводами возникает значительный магнитный поток рассеяния, что приводит к неполному использованию постоянного магнита и снижению коэффициента полезного действия электродвигателя. Снижать же магнитный поток рассеяния за счет увеличения воздушного промежутка между магнитопроводами нецелесообразно в связи с тем, что при этом возрастают габариты и вес электродвигателя.

Задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить магнитный поток рассеяния и, таким образом, повысить мощность двигателя.

Поставленная задача решается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем статор, ротор с аксиально намагниченным цилиндрическим постоянным магнитом и закрепленными на валу кольцевыми зубчатыми магнитопроводами, разделенными на валу кольцевыми зубчатыми магнитопроводами, разделенными воздушным промежутком, согласно изобретению, цилиндрическая поверхность постоянного магнита выполнена ступенчатой, при этом цилиндрический выступ в средней части постоянного магнита размещен в аксиальном воздушном промежутке с зазором относительно торцевых поверхностей зубчатых магнитопроводов, а его наружный диаметр выполнен больше внутреннего диаметра кольцевых зубчатых магнитопроводов.

Благодаря цилиндрическом выступу на постоянном магните, в аксиальном воздушном зазоре между магнитопроводами может создаваться компенсирующий магнитный поток, направленный встречно по отношению к магнитному потоку рассеяния. Это снижает потоки рассеяния и, как следствие, повышает коэффициент полезного действия электродвигателя. Поскольку цилиндрический выступ, даже малой толщины, существенно снижает потоки рассеяния, то при его наличии обеспечивается возможность дополнительно сблизить зубчатые магнитопроводы за счет уменьшения аксиального воздушного промежутка. При этом вес и габариты электродвигателя могут быть дополнительно уменьшены без снижения мощности.

Другие технические решения, содержащие признаки, изложенные в формуле изобретения в качестве отличительных, не известны, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен шаговый электродвигатель в разрезе.

Электродвигатель имеет корпус 1 с установленным в нем зубчатым статором 2, на явно выраженных полюсах которого расположена обмотка 3, и ротор, включающий в себя вал 4, цилиндрический постоянный магнит 5, намагниченный в аксиальном направлении, и два зубчатых магнитопровода 6 и 7, неподвижно закрепленных на валу 4. На внешней цилиндрической поверхности 8 магнита 5 имеется цилиндрический выступ 9, установленный в аксиальном воздушном промежутке 10 между магнитопроводами 6 и 7 с зазорами 11 и 12 относительно торцевых поверхностей 13 и 14.

Электродвигатель работает следующим образом.

При подаче питания к обмотке 3 благодаря зубчатости статора 2 и магнитопроводов 6 и 7 на последние действует вращающий момент, приводящий вал 4 во вращение. Основной магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 5, проходит через магнитопровод 6, статор 2, корпус 1 и далее, аналогичным путем в обратном направлении, замыкается на второй полюс магнита 5 через магнитопровод 7. В аксиальном воздушном промежутке 10 возникают два потока. Один из них является потоком рассеяния от основного магнитного потока, а второй, направленный встречно по отношению к потоку рассеяния, является компенсирующим потоком и создается цилиндрическим выступом 9, торцевые поверхности которого представляют собой дополнительные полюса магнита 5. По своей силе и встречной направленности компенсирующий поток гасит поток рассеяния вследствие чего в зоне, примыкающей к воздушному промежутку 10, снижаются потоки рассеяния. Зазоры 11 и 12 предотвращают размагничивание цилиндрического выступа 9 магнитным полем, создаваемым основной массой магнита 5. Магнитное поле статора 2, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита 5, приводит во вращение зубчатые магнитопроводы 6 и 7 вместе с валом 4 и магнитом 5.

В электродвигателе снижены магнитные потоки рассеяния, что повышает его коэффициент полезного действия и одновременно по0зволяет уменьшить аксиальный воздушный промежуток 10, а следовательно, уменьшить вес и габариты электродвигателя за счет соответствующего уменьшения долины корпуса 1 и вала 4.

Использование: в автоматических системах и в электроприводах с цифровым управлением. Сущность изобретения: цилиндрическая поверхность постоянного магнита ротора выполнена ступенчатой, при этом цилиндрический выступ в средней части постоянного магнита размещен в аксиальном воздушном промежутке с зазором относительно торцевых поверхностей зубчатых магнитопроводов, а его наружный диаметр выполнен больше внутреннего диаметра кольцевых зубчатых магнитопроводов. 1 ил.

Шаговый электродвигатель, содержащий статор, ротор с аксиально намагниченным цилиндрическим постоянным магнитом и неподвижно закрепленными на валу кольцевыми зубчатыми магнитопроводами, разделенными осевым воздушным промежутком, отличающийся тем, что цилиндрическая поверхность постоянного магнита выполнена ступенчатой, при этом цилиндрический выступ в средней части постоянного магнита размещен в аксиальном воздушном промежутке с зазором относительно торцевых поверхностей зубчатых магнитопроводов, а его наружный диаметр выполнен больше внутреннего диаметра кольцевых зубчатых магнитопроводов.