ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2007 года по МПК H02K37/00 H02P8/42 

Изобретение относится к области электротехники, а более точно - к электродвигателям, предназначенным для использования в дискретных электроприводах.

Известен шаговый электродвигатель, содержащий статор с обмотками, расположенными на его зубцах, ротор, включающий электропроводящую часть, и коммутирующее устройство (см. например, а.с. СССР 907716, МПК Н02К, 1982 г.; пат. Японии №60-279572, МПК Н02К, 1985 г.).

Данные шаговые электродвигатели имеют сложную конструкцию, а их роторы имеют зубчатое строение.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является шаговый электродвигатель, содержащий статор с обмотками, расположенными на его зубцах, ротор, включающий электропроводящую часть и коммутирующее устройство (см. пат. США №3506859, МПК Н02К, 1970 г.). Этот шаговый электродвигатель выбран нами в качестве прототипа. Данный шаговый электродвигатель имеет сложную конструкцию и не обеспечивает дискретного перемещения гладкого ротора. Это - недостатки прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков в разработанной конструкции шагового электродвигателя.

Решение технической задачи достигается тем, что шаговый электродвигатель, содержащий статор с обмотками, расположенными на его зубцах, ротор, включающий электропроводящую часть, и коммутирующее устройство, согласно изобретению катушки обмотки индуктора для повышения точности позиционирования и фиксации ротора соединены с коммутирующим устройством, причем начала катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы каждой катушки соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения соответствующих фаз источника питания. Причем управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора пяти фазных катушек, образующих дугообразный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора - с возможностью отключения последней катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью одновременного отключения первой катушки ряда и подключения последней катушки ряда, и катушки, следующей за последней катушкой первоначального ряда. Причем ротор содержит электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра, который выполнен с диаметральной прорезью, расположенной по всей активной длине ротора и заполненной изолирующим веществом.

Катушки обмотки индуктора выполнены соединенными с коммутирующим устройством, причем начала катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы каждой катушки соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения соответствующих фаз источника питания. Причем управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора пяти фазных катушек, образующих дугообразный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Причем для начала шага ротора - с возможностью отключения последней катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью одновременного отключения первой катушки ряда и подключения последней катушки ряда, и катушки, следующей за последней катушкой первоначального ряда. Причем ротор содержит электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра, который выполнен с диаметральной прорезью, расположенной по всей активной длине ротора и заполненной изолирующим веществом. Эти признаки определяют новизну и существенные отличия данного технического решения.

В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи:

Фиг.1 изображает схематически общий вид шагового электродвигателя без коммутирующего устройства поперечное сечение.

Фиг.2. показывает схематически поперечное сечение шагового электродвигателя с подключенными к источнику трехфазного питания пятью катушками, образующими первоначальный ряд (здесь А, В, С - обозначение фаз источника напряжения).

На фиг.3 показан первоначальный ряд катушек при отключении последней катушки ряда для начала шага ротора.

Фиг.4 показывает фиксацию ротора в новом положении при отключенной первой катушке первоначального ряда и подключенной катушке, следующей за последней катушкой первоначального ряда, при этом получается новый дугообразный ряд катушек, у которого до средины один, а после середины противоположный порядок следования фаз.

Фиг.5 показывает схематически контакты коммутирующего устройства для подключения катушек обмотки шагового электродвигателя к источнику трехфазного напряжения.

Шаговый электродвигатель 1 содержит статор 2, на зубцах которого размещены катушки 3 обмотки. Ротор содержит электропроводящую часть 4, выполненную в виде цилиндра с вертикальной прорезью 5, расположенной по всей активной длине ротора и заполненной изолирующим веществом (на фиг.1 не показано). Цилиндр 4 содержит сердечник 6, выполненный из ферромагнитного материала и закрепленный на валу 7 (фиг.1). На фиг.2 показано подключение к трехфазному источнику питания пяти катушек, образующих первоначальный дугообразный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины противоположный порядок следования фаз. Все обозначения те же, что на фиг.1.

На фиг.3 изображен ШЭД, последняя катушка дугообразного ряда которого для начала первого шага коммутирующим устройством отключена от источника питания. Все обозначения на фиг.3 те же, что и на фиг.1. Фиг.4 представляет ШЭД, у которого после совершения шага коммутирующим устройством образован для точной фиксации ротора новый дугообразный ряд, катушки которого образуют до средины ряда один, а после средины противоположный порядок следования фаз. Все обозначения те же, что и на фиг.1-4. На фиг.5 схематически показано коммутирующее устройство 8, контакты 9-44 предназначены для подключения катушек 3 к источнику трехфазного питания.

Рассмотрим принцип работы данного шагового электродвигателя. При подключении пяти катушек 3 обмотки ШЭД (фиг.1 и фиг.5) образуется дугообразный ряд катушек, у которого до средины ряда один (А, В, С), а после средины противоположный (С, В, А) порядок следования фаз. При этом коммутирующим устройством 8 подключены первые пять катушек слева направо. Замыкаются контакты 9, 10, 11, 12, 13 (фиг.5). Токи, протекающие по катушкам, образующим ряд, создают два бегущих навстречу друг другу магнитных поля, пересекающих электропроводящую часть 4 ротора и индуктирующую в ней электродвижущие силы (ЭДС) и токи. Токи в электропроводящей части 4 будут взаимодействовать с бегущими навстречу друг другу магнитными полями. В результате этого взаимодействия создаются вращающие моменты M₁ и М₂ (фиг.2), которые одинаковы по величине и направлены встречно друг другу. Они будут уравновешивать друг друга и точно фиксировать ротор в положении, указанном на фиг.2. Для совершения первого шага от источника питания отключаются последняя катушка первоначального дугообразного ряда (фиг.3 и фиг.5), для этого коммутирующим устройством размыкается контакт 13 (фиг.5). В этом случае одно из магнитных полей создается токами трех катушек (А, В, С), а второе бегущее поле - токами двух катушек (В и С), это бегущее поле будет эллиптическим. Эти бегущие поля, пересекая электропроводящую часть 4 ротора, индуктирует в ней ЭДС и токи которые будут взаимодействовать с бегущими магнитными полями. В результате создадутся моменты М₁ и М₂. Момент M₁ создается в результате взаимодействия кругового магнитного поля с токами ротора, им индуктированными, и будет больше, чем момент М₂, который создается при взаимодействии эллиптического поля с токами ротора, им индуктированными. Под действием разности моментов M₁ и M₂ ротор начнет поворачиваться против часовой стрелки. Для завершения шага и точной фиксации ротора в новом положении коммутирующим устройством 8 отключают от источника питания первую катушку первоначального ряда, для чего размыкают контакт 9. Затем подключают к источнику питания катушку, следующую за последней катушкой первоначального ряда, для чего замыкают контакт 14. При этом будут замкнуты контакты 14, 15, 16, 17, 18 (фиг.4 и фиг.5). Остальные контакты 19-44 коммутирующего устройства 8 разомкнуты. При этом получаем новый дугообразный ряд катушек 3, имеющий до середины один, а после середины противоположный порядок следования фаз. В этом случае моменты M₁ и М₂, действующие на электропроводящую часть 4 ротора, снова становятся равными и фиксируют его в новом положении и т.д.

По сравнению с прототипом упрощена конструкция ШЭД и обеспечивается возможность дискретного перемещения гладкого беззубцового ротора.

Изобретение относится к электротехнике, к электродвигателям, предназначенным для использования в дискретных электроприводах. Технический результат состоит в упрощении конструкции и в обеспечении дискретного перемещения гладкого ротора. Шаговый двигатель содержит статор, на зубцах которого размещены катушки обмотки. Ротор содержит электропроводящую часть в виде цилиндра с вертикальной прорезью по всей активной длине ротора, заполненной изолирующим веществом. Цилиндр содержит закрепленный на валу сердечник из ферромагнитного материала. Коммутирующее устройство содержит контакты для подключения катушек обмотки статора к источнику трехфазного питания. Управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора пяти фазных катушек, образующих дугообразный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Для начала шага ротора управляющий блок отключает последнюю катушку ряда, а для завершения шага - одновременно отключает первую катушку ряда и подключает последнюю катушку ряда и катушку, следующую за последней катушкой первоначального ряда. 5 ил.

Шаговый электродвигатель, содержащий статор с обмоткой, состоящей из фазных катушек, расположенных на его зубцах, ротор, включающий электропроводящую часть и коммутирующее устройство, отличающийся тем, что фазные катушки обмотки статора соединены с коммутирующим устройством, причем начала фазных катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы каждой фазной катушки соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения соответствующих фаз источника питания, причем управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора пяти фазных катушек, образующих дугообразный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора - с возможностью отключения последней фазной катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью одновременного отключения первой фазной катушки ряда и подключения последней фазной катушки ряда и фазной катушки, следующей за последней фазной катушкой первоначального ряда, причем ротор содержит электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра, который выполнен с диаметральной прорезью, расположенной по всей активной длине ротора и заполненной изолирующим веществом.