Поляризованный электромеханический преобразователь для электрочасов Советский патент 1981 года по МПК G04C13/10 

1. Изобретение относится к приборам времени. Известен поляризованный электромеханический преобразователь для электрочасов, содержащий обмотку на ферромагнитных сердечниках с полюсными наконечниками, и концентричные дисковые зубчатые магнитопроводы, два кольцевых магнита со встречной ориентацией полюсов, установленные между торцами полюсных наконечников и дисковых магнитопроводов, и зубчатый ротор, установленный между торцами магнитов l. При достаточно высоком КПД и технологичности известный преобразователь обладает невысокой приемистость вследствие того, что у него кольцевые магниты размещены в габарите ротора: усилие поляризующего магнитного потока неизбежно влечет за собо увеличение инерционности ротора. Целью изобретения является повыше ние приемистости преобразоват-еля. Для достижения цели поляризованный электромеханический преобразователь для электрачасов снабжен двумя дополнительными кольцевыми магнитами установленными концентрично основным кольцевым -магнитам и с противоположной им ориентацией полюсов, и двумя дисковыми магнитопроводами, замыкающими торцы основных и дополнительных магнитов. Зубцы на полюсных наконечниках выполнены шириной, одинаковой с-шириной зубцов ротора, причем зубцы у одной части полюсных наконечников расположены против зубцов дисковых магнитопроводов, а зубцы у другой части полюсных наконечников - против межэубцовых впадин указанных мапштопроводов. Одна половина зубцов зубчатого ротора в чередующейся последовательности выполнена с угловой протяженностью, по крайней мере в два раза меньшей угловой протяженности у другой половины зубцов и одинаковой с угловой пpoтяжeннocтьюi полюсных наконечников, число которых выбрано в два раза большим числа зубцов ротора. Возможно также зубчатый ротор выполнить по высоте с двумя рядами зубцов при соотношении числа зубцов в рядах 1:2 п, где п - любое целое число. На фиг. 1 представлен преобразователь, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-й на фиг. на фиг. 3 - преобраэователь с реверсируемлм ротором вид в плане; на фиг. 4 - преобразователь с двухскоростным ротором, вид в плане; на фиг. 5 - форма исполнени двухскоростного ротора; на фиг. 6 устойчивое положение ротора относительно полюсных наконечников с чередукицейся полярностью у преобразователя, изображенного на фиг.4/ на фиг. 7 - то же при попарно чередующей ся полярности полюсных наконечников. В преобразователе (фиг. 1) на валу 1 жестко закреплен ротор 2 с распо ложенными равномерно по окружности зубцами 3 Вал 1 сидит в подиипниках установленных в платах 4 и 5 из немагнитного материала. На цилиндричес ких выступах этих плат концентрично налу 1 надеты постоянные магниты 6 и 7,обращенные другк другу одноимен - -ными полюсами. Со стороны торцов, обращенн ых к ротору 2, магниты 6 и 7 зафиксированы посредством зубчатых дисков 8 и 9, служащих магнитопроводаМи. Концентрично магнитам 6 и 7 установлены дополнительные кольцевые магниты 10 и 11, обращенные друг к другу одноименными полюсами противоположной относительно магнитов 6 и 7 полярности. С одного из торцов полюса магнитов 10 и 11 замкнуты на полюса противоположной полярности магнитов 6 и 7 посредством дисковых магнитопроводов 12 и 13. Между други ми торцами ма 7нитов 10 и 11 установлены полюсные наконечники 14 и 15 сердечников 16 и 17, на которых размещены катушки 18 и 19, образующие обмотку управления. Между собой сердечники 16 и 17 замкнуты перемлчкой 20 (фиг. 2). На полюсных наконечниках 14 и 15 выполнены зубцы соответственно 14 , 14 2. и 15 , 152 (фиг. 2), ширина этих зубцов одинакова с шириной зубцов 3 ротора 2. Между последними в теле ротора 2 выполнены фиксирующие пазы 21, ширина которых одинакова с шириной зубцов дисков 8 и 9. В преобразователе (4мг. 3) управляющая обмотка образована двумя пара катушек 18, 19, 18, 19, размещенны соответственно на двух парах сердечНИКОВ 16, 17 и 16 , 17/ которые попарно соединены перемычками 20 и 20 при этом к источнику питания подключена только одна пара катушек, в зависимости от требуемого направления вращения ротора.. На каждом из полюсных наконечнико 14, 15 и 14, 15 выполненО|ПО два зубца 14,, 142, 1, 15-1, f . 15 , 15;,, при этом зубцы 14 , 14 г и 15 , 15 2 расположены против зубцов 8-1 диска 8 и зубцов диска 9 (не показано), а зубцы , 142. г 1 против межзубцовых впадин 8 того же иска 8 и межзубцовых впадин диска 9 (не показано). В преобразователе (фиг. 4) ротор 2 меет два зубца 3 и 3, Угловая прояженность одного из зубцов, например убца 3 , одинакова с угловой протяенностью полюсных наконечников 14, 5 и 14, 15, размещенных равномерно по окружности ротора 2. В то же время угловая протяженность другого ротор.ного зубца - зубца 3, предпочтительно равна сумме угловых протяженностей двух любых полюсных наконечников и промежутка между ними. В общем случае на роторе может . быть размещено в чередующейся последовательности различное число зубцав разной угловой протяженности. У преобразователя (фиг. 5) ротор по высоте имеет два ряда зубцов: в одном ряду - два зубца 3 ,.з, а в другом ряду - один зубец 3. При необходимости число зубцов может быть выбрано другим, но с сохранением соотношения зубцов в рядах 1:2п, где п - любое целое число. Соотношение угловой протяженности зубцов 3 , 3л , и угловой протяженности зубца 32 предпочтительно такое же, как и соотношение угловой протяженности зубцов 3 и 3jj ротора у преобразователя (фиг. 4). При необходимости у зубцов обоих рядов могут быть совмещены оси симметрии. При работе преобразователя, изображенного на фиг. 1 и 2 с поступлением импульса тока в катушки 18, 19 создается магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через сердечники 16, 17, перелычку 20, полюсные наконечники 14, 15 и зубцы 3 ротора 2. Это поле ослабляет магнитный поток возбуждения, создаваемый постоянными магнитами 6, 7 и 10, 11 в воздушном зазоре, например, между зубцами 15, ISg полюсного наконечника 15 и зубца да 3 ротора 2, Это же поле усиливает магнитный поток, возбуждаелый постоянныки магнитами в воздушном зазоре между зубцами 14. и 142 полюсного наконечника 14 и зубцами 3 ротора 2, В результате возникает вращающий момент, поворачивающий ротор 2 в такое положение, чтобы магнитная проводимость для наибольшего потока в воздушном зазоре приняла максимальное значение. По окончании импульса тока ротор 2, вращаясь под действием реактивного момента, обусловленного наличием магнитной фиксации з& счет пазов 21 в теле ротора и зубцов на дисках 8, 9, в том же направлении,переходит в следующее устойчивое состояние. Далее процесс повторяется. Работа преобразователя, изображенного на фиг.З, происходит аналогично описанному вьш2е. При подключении к источнику питания катушек 18, 1) вращение ротора 2 происходит по часо вой стрелке, а при подключении катушек 18, 19- в противоположном направлении. При работе преобразователя, иэображенного на фиг. 4, в случае, когда направление тока в катушках 18, 19, 18 и 19 меняется в чередующейся последовательности (фиг, 6), благодаря поляризующему магнитному потоку постоянных магнитов 6, 7 и ДО, 11 зубцы 3 и З ротора приобретают по отношению к полюсным наконечникам . 14, 15 и 141 is магнитный по.тенциал полярности.N, В момент поступления им:пульса тока (фиг. 6,а) полюсные наконечники 14 и 14 получают потенциал S,a полюсные наконеч ники 15 и 15 - потенциал N, возникает вращающий момент (направление показано стрелкой), и ротор переходи в новое устойчивое положение (фйг.6,в По прохождении импульса ротор переходит в новое положение (фиг. 6,6) под действием реактивного момента, обусловленного наличием пазов 21 на роторе и зубцами дисков 8 и 9, завершая таким образом отработку шага При смене полярности импульса ротор из положения, показанного на фиг, 6,6, переходит в положение б, г и т.д. Ротор преобразователя в данно случае вращается по часовой стрелке с шагом С/р, где р 2, т.е. с шагом 90°, При работе преобразователя (4мг.4 в случае, когда направление тока в катушках 18, 19 и 18,-19. попарно одинаково, в момент поступления импульса тока (фиг. 7,а) полюсные нако нечники 14 и 15 получают потенциаш N , а полюсные наконечники 14 и 15 потенциал S. Под действием вращающего момента (направление показано стрелкой) ротор переходит в новое устойчивое положение (фиг, 7, в), и далее процесс повторяется аналогич но описанному применительно к фиг.6. Однако в данном случае ротор щ еобразователя вращается против часовой стрелки с шагом 2Rypf т,е, с шагом 180, Работа преобразователя согласно (фиг, 4) с ротором (фиг. 5) происходит аналогично вышеописанHONV. Новый эффект заключается в том, что за счет кратности числа зубцов в рядгис достигается кратность изменения шага ротора при сохранении неизменным направления вращения. Такое исполнение магнитной систем позволяет устранить зависимость мощности система возбуждения от размеро ротора и за счет этого повысить приемистость преобразователя, Относдательно высокий КПД прототипа сохраня ется, поскольку в пребразователе пра тически полностью скомпенсиоопакн как аксиальные, так и радиальные магнитные тяжения, воздействующие на ротор, а -электромагнитная система обеспечивает высокую магнитную силу.обмотки управления при минимальных электрических потерях. Помимо повышения приемистости прербраз.ователь обеспечивает также и расширение функциональных возможностей: благодаря разделению полюсных наконечников на две группы и размещению каждой из этих rpynh определенным образом относительно зубцов дисковых магнитопроводов обеспечивается реверсивность заращения ротора. При этом в зависимости от соотношения количества полюсных наконечников в группах достигается либо уравнивание энергетических характеристик при работе преобразователя в режиме с реверсированием, либо обеспечение реверсивности для вспомогательного (кратковременного) режима при сохранении энергетических показателей основного режима на уровне, близком к показателям нереверсивного преобразователя. Выполнение зубчатого ротора,изображенного на фиг. 4, позволяет за счет изменения схемл включения обмотки обеспечивать реверсирование вращения ротора и одновременно в два раза изменять его шаг, что бывает необходимо при установке часовых стрелок. Выполнение зубчатого ротора по высоте с двумя рядами зубцов с соотношением числа зубцов в рядах 1:2п позволяет изменять величину шага, что может оказаться полезным, например, в шахматных часах. В зависимости от взаимного положения зубцов и рядах при этом направлении вращения ротора может или сохраняться, или изь.аняться на обратное . Изменяя соотношение высоты зубцов в рядах, можно варьировать и соотношением энергетических показателей преобразователя в разных режимах работы. Формула изобретения 1, Поляризованный электромеханический преобразователь для электрочасов, содержащий платыj несущие обмотку на ферромагнитных сердечниках с полюсными наконечниками, и концентричные дисковые зубчатые магнитопро-. воды, два кольцевых магнита со встречной ориентацией полюсов, установленных между торцами полюсных наконечников и дисковых магнитопроводов, и зубчатый ротор, установленный межу торцами магнитов, отличаюийся тем, что, с целью повышения приемистости преобразователя, он набжен двумя дополнительными кольцевыми магнитами, установленными концентрично основным магнитам и с противоположной им ориентацией полюсов, и двумя дисковыми магнитопроводами, эамыкгиоици и торцы основных и дополнительных магнитов. 2. Преобразователь по п.1, о т л ающийся тем, что, на полюсн наконечниках выполнены зубцы, ширина которых равна ширине зубцов ротора, причем зубцы у одной части полюсных наконечников расположены против зубцов дисковых магнитопроводов, а зубцы у другой части полюсных наконечников - против межзубцовых впади указанных магнитопроводов. 3. Преобразователь по п.1, отличающийся тем, что у зуб чатого ротора одна половина зубцов чередующейся последовательности выполнейа с угловой протяженностью, по крайней мере в два раза меньшей угловой протяженности у другой половины зубцов и одинаковой с угловой протяженностью полюсных наконечников, число которых выбрано в два раза больше числа зубцов ротора. 4. Преобразователь по п.1, о т личающийся тем,, что, зубчатый ротор выполнен по высоте с двумя рядами зубцов при соотношении числа ЗУ бцов в рядах 1:2 п , где п - любое целое число. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР, № 686008, кл. G 04 С 13/10, 1978 (прототип).

ГО 17 f/

Г8

а

Лг/ fS № t

и

11

Ae

f/

I

//

b