20.07.2015
216.013.646c

Шаговый электродвигатель

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к электротехнике, точнее к шаговым электродвигателям, предназначенным для дискретных электроприводов. Технический результат состоит в обеспечении шагового и продольного перемещения гладкого ротора. Шаговый электродвигатель содержит статор, на внутренней расточке которого выполнены зубцы и пазы, чередующиеся по окружности и осевом направлении. На зубцах размещены фазные катушки, начала которых соединены с нулевым проводом источника питания, а концы фазных катушек подключены к коммутирующему устройству для подключения соответствующих фаз источника питания. Управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора пяти фазных катушек, образующих или дугообразный ряд, или продольный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз. Ротор шагового электродвигателя содержит электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра с прорезью по всей длине. 10 ил.
Основные результаты: Шаговый электродвигатель, содержащий статор, на внутренней расточке которого выполнены чередующиеся по окружности зубцы и пазы, обмотка статора состоит из фазных катушек, размещенных на зубцах сердечника статора, ротор, включающий электропроводящую часть и выполненную в виде цилиндра с продольной прорезью, и коммутирующее устройство, причем фазные катушки обмотки статора соединены с коммутирующим устройством, 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, отличающийся тем, что статор имеет дополнительные зубцы и пазы, чередующиеся в осевом направлении, на дополнительных зубцах размещены дополнительные фазные катушки, причем начала фазных катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы их соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения фаз источника питания, при этом управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора в осевом (продольном) направлении пяти фазных катушек, образующих продольный ряд, у которого до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора в продольном направлении - с возможностью отключения последней фазной катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью отключения первой фазной катушки продольного ряда и подключения последней фазной катушки ряда и фазной катушки, следующей за последней фазной катушкой первоначального продольного ряда.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области электротехники, а более точно - к шаговым электродвигателям (ШЭД), предназначенным для применения в дискретных электроприводах.

Известен шаговый электродвигатель, содержащий статор, на внутренней расточке которого выполнены чередующиеся зубцы и пазы, обмотка статора состоит из фазных катушек, размещенных на зубцах сердечника статора, и ротор, включающий электропроводящую часть и коммутирующее устройство (см. пат. США №3506839, МПК HO2K, 1970 г.).

Данный шаговый электродвигатель имеет ограниченные возможности.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является ШЭД, содержащий статор, на внутренней расточке которого выполнены чередующиеся по окружности зубцы и пазы, обмотка статора состоит из фазных катушек, ротор, включающий электропроводящую часть в виде цилиндра с продольной прорезью, и коммутирующее устройство, причем фазные катушки обмотки статора соединены с коммутирующим устройством, 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, образующий 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 (см. пат. РФ №2301488, МПК HO2K, HO2P, 2005 г.). Этот ШЭД выбран в качестве прототипа.

Данный ШЭД не способен реализовать дискретное перемещение ротора в продольном (осевом) направлении и имеет ограниченные функциональные возможности. Это - недостаток прототипа.

Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции шагового электродвигателя.

Решение данной технической задачи достигается тем, что шаговый двигатель, содержащий статор, на внутренней расточке которого выполнены чередующиеся по окружности зубцы и пазы, обмотка статора состоит из фазных катушек, размещенных на зубцах сердечника статора, ротор, включающий электропроводящую часть в виде цилиндра с продольной прорезью, и коммутирующее устройство, причем фазные катушки обмотки статора соединены с коммутирующим устройством, 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 пятифазных катушек, образующих дугообразный ряд, у которого до середины 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, согласно изобретению статор имеет дополнительные зубцы и пазы, чередующиеся в осевом направлении, на дополнительных зубцах расположены дополнительные фазные катушки, причем начала фазных катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы их соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения фаз источника питания, при этом управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора в осевом (продольном) направлении пяти фазных катушек, образующих продольный ряд, у которого до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора в продольном направлении - с возможностью отключения последней фазной катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью отключения первой фазной катушки продольного ряда и подключения последней фазной катушки ряда и фазной катушки, следующей за последней фазной катушкой первоначального продольного ряда.

Выполнение в статоре в продольном направлении чередующихся зубцов и пазов и размещение на зубцах дополнительных фазных катушек, причем начала фазных катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы их соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения фаз источника питания, при этом управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора в осевом (продольном) направлении пяти фазных катушек, образующих продольный ряд, у которого до середины ряда один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора в продольном направлении - с возможностью отключения последней фазной катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью отключения первой фазной катушки продольного ряда и подключения последней фазной катушки ряда и фазной катушки, следующей за последней фазной катушкой первоначального ряда - эти признаки составляют новизну и существенные отличия заявляемого шагового электродвигателя.

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

фиг.1 изображает поперечный разрез ШЭД (схематично);

фиг.2 - продольный разрез ШЭД (схематично);

фиг.3 показывает схематично сердечник статора ШЭД в аксонометрии (схематично);

фиг.4 - поперечный разрез ШЭД, где коммутирующим устройством (на фиг.4 не показано) подключены пять фазных катушек, образующих дугообразный первоначальный ряд;

фиг.5 изображает ШЭД при отключении последней фазной катушки ряда;

фиг.6 - ШЭД после завершения шага ротора;

фиг.7 представляет продольный разрез ШЭД, где коммутирующим устройством (на фиг.7 не показано) подключены к источнику питания пять фазных катушек, образующих продольный первоначальный ряд;

фиг.8 показывает ШЭД, при отключении последней фазной катушки продольного ряда;

фиг.9 - ШЭД после завершения шага ротора в продольном направлении;

фиг.10 изображает фрагмент коммутирующего устройства, замыкающие контакты которого подключают концы фазных катушек к фазам A, B и C источника питания.

Шаговый электродвигатель (фиг.1) содержит статор 1, на внутренней расточке сердечника 2 которого выполнены чередующиеся зубцы 3 и пазы. Обмотка статора состоит из фазных катушек 4, размещенных на зубцах 3. Ротор 5 включает электропроводящую часть 6, выполненную в виде цилиндра с прорезью 7.

На продольном разрезе ШЭД (фиг.2) видно, что зубцы и пазы сердечника 2 статора 1 чередуются в осевом (продольном) направлении. Обозначения здесь те же, что и на фиг.1.

На фиг.3 сердечника 2 статора ШЭД схематично показан в аксонометрии. Обозначения те же, что и на фиг.1.

Схематично на фиг.4 показан поперечный разрез ШЭД. Коммутирующим устройством (на фиг.4 не показано) пять фазных катушек 4 подключены к фазам А, В и С источника питания и образуют первоначальный дугообразный ряд. M1 и M2 - вращающие моменты, действующие на ротор шагового электродвигателя. Обозначения здесь те же, что и на фиг.1-фиг.3.

Фиг.5 изображает схематично ШЭД после отключения последней фазной катушки первоначального ряда для начала шага ротора по дуге окружности. Все обозначения здесь те же, что и на фиг.1-фиг.4.

Шаговый электродвигатель (схематично поперечное сечение) представлен после завершения шага (фиг.6) ротора. Видно, что образован новый дугообразный ряд из пяти фазных катушек 4 после завершения шага. Все обозначения те же, что и на фиг.1-фиг.5.

Продольный схематичный разрез ШЭД (фиг.7) показывает, что в осевом (продольном) направлении коммутирующим устройством (на фиг.1, 7 не показано) фазные катушки подключены к фазам (А, В и С) источника напряжения и образуют первоначальный продольный ряд.

F1 и F2 - силы, действующие на ротор.

Обозначения на фиг.7 те же, что и на фиг.1-фиг.6.

На продольном разрезе ШЭД (фиг.8) показано подключение фазных катушек к фазам источника напряжения после отключения последней катушки первоначального продольного ряда для начала шага ротора в продольном направлении. Здесь все обозначения те же, что и на фиг.1-фиг.7.

После завершения шага ротора и фиксации его в новом положении продольный разрез ШЭД изображен на фиг.9. На фиг.9 обозначения позиций те же, что и на фиг.1-фиг.8.

Фрагмент коммутирующего устройства с замыкающими контактами 8, которые подключают начала фазных катушек 4 к нулевому проводу источника напряжения, а их концы - к фазам A, B и C, представлен на фиг.10. Здесь O обозначает нулевой провод источника питания.

Рассмотрим принцип действия разработанного шагового электродвигателя.

Коммутирующее устройство подключает пять фазных катушек 4 к источнику трехфазного напряжения. При этом образуется дугообразный первоначальный ряд (фиг.1 и фиг.4), у которого до середины ряда один (А, В, С), а после середины - противоположный порядок (С, В, А) следования фаз. По фазным катушкам (фиг.4) протекают токи, которые создают бегущие навстречу друг другу магнитные поля, пересекающие электропроводящую часть ротора и наводящие в ней электродвижущие силы (ЭДС) и токи. При взаимодействии бегущих навстречу друг другу магнитных полей с токами, ими индуктированными в электропроводящей части ротора, создаются вращающие моменты M1 и M2, направления действия которых на фиг.4 обозначены стрелками. Эти моменты равны по величине и направлены навстречу друг другу. Они взаимно уравновешиваются и фиксируют ротор ШЭД в положении, изображенном на фиг.1.

Для начала шага ротора по окружности коммутирующее устройство одновременно отключает последнюю фазную катушку первоначального ряда от источника напряжения (фиг.5). В этом случае симметрия встречно бегущих магнитных полей нарушается: магнитное поле, бегущее против часовой стрелки, создается токами трех фазных катушек (А, В, С) и является круговым, а магнитное поле, бегущее по часовой стрелке, создается токами двух фазных катушек (В и С) и является эллиптическим. Вращающий момент M1 создается, как и в предыдущем случае, при взаимодействии кругового бегущего магнитного поля с токами, им индуктированными в электропроводящей части ротора, а момент M2 создается в результате взаимодействия эллиптического магнитного поля с токами, им индуктированными в электропроводящей части ротора, и будет меньше момента M1. Под действием разности моментов M1 и M2, ротор начнет поворачиваться против часовой стрелки.

Для завершения шага ротора против часовой стрелки и фиксации его в новом положении коммутирующее устройство отключает от источника питания первую фазную катушку первоначального дугообразного ряда от источника питания и подключает к источнику питания последнюю фазную катушку и фазную катушку, следующую за последней фазной катушкой первоначального ряда (фиг.6). Образуется новый ряд из пяти фазных катушек (фиг.6), аналогичный первоначальному. Вращающие моменты M1 и M2 снова становятся равными и фиксируют ротор ШЭД в новом положении (фиг.6) после завершения шага.

Для фиксации ротора в продольном направлении коммутирующее устройство подключает пять фазных катушек 4 в каждом продольном ряду к источнику напряжения (фиг.7) и образуются продольные ряды, имеющие до середины ряда один, а после середины ряда - противоположный порядок следования фаз. Токи в фазных катушках создают бегущие навстречу друг другу магнитные поля. Магнитное поле, бегущее слева направо, создается токами трех фазных катушек A, B и C, и магнитное поле, бегущее справа налево, создается также токами трех фазных катушек A, B и C. Эти магнитные поля пересекают электропроводящую часть 6 ротора и индуктируют в ней ЭДС и токи. В результате взаимодействия встречно бегущих магнитных полей с токами ротора, ими индуктированными, создаются одинаковые по величине силы F1 и F2, направленные навстречу друг другу. Силы F1 и F2 фиксируют ротор ШЭД в положении, показанном на фиг.7.

Для начала шага ротора ШЭД в продольном направлении коммутирующее устройство отключает от источника питания последнюю фазную катушку продольного ряда (фиг.8). В этом случае магнитные поля, бегущие слева направо, создаются токами трех фазных катушек 4 и остаются, как и в предыдущем случае (фиг.7), круговыми. Магнитные поля, бегущие справа налево, создаются токами двух фазных катушек (B и C) и становятся эллиптическими. Силы F1 и F2 создаются при взаимодействии бегущих магнитных полей с токами, ими индуктированными в электропроводящей части ротора. При этом сила F1 будет больше силы F2, так как F1 создается в результате взаимодействия кругового магнитного поля с токами ротора, а сила F2 - в результате взаимодействия эллиптического бегущего магнитного поля с токами ротора. Под действием разности сил F1-F2 ротор начнет совершать шаг в продольном направлении, перемещаясь слева направо (фиг.8). Для завершения шага ротора и фиксации его в новом положении (фиг.9) коммутирующее устройство отключает от источника напряжения первую фазную катушку 4 и подключает к источнику напряжения последнюю фазную катушку ряда и фазную катушку, следующую за последней фазной катушкой первоначального продольного ряда. В этом случае токами фазных катушек снова будут созданы одинаковые бегущие навстречу друг другу круговые магнитные поля, пересекающие электропроводящую часть ротора и наводящие в ней ЭДС и токи. Силы F1 и F2, создаваемые при взаимодействии бегущих магнитных полей с токами, ими индуктированными в электропроводящей части ротора, снова становятся равными и фиксируют ротор в новом положении после совершения им шага в продольном направлении (фиг.9).

Управляющий блок коммутирующего устройства, фрагмент которого показан на фиг.10, управляет работой замыкающих контактов 8, которые подключают и отключают от трехфазного источника питания фазные катушки 4 для совершения ротором ШЭД шагов и фиксации его в новых положениях.

По сравнению с прототипом расширены функциональные возможности ШЭД за счет возможности реализации дополнительно шагов в продольном направлении.

Шаговый электродвигатель, содержащий статор, на внутренней расточке которого выполнены чередующиеся по окружности зубцы и пазы, обмотка статора состоит из фазных катушек, размещенных на зубцах сердечника статора, ротор, включающий электропроводящую часть и выполненную в виде цилиндра с продольной прорезью, и коммутирующее устройство, причем фазные катушки обмотки статора соединены с коммутирующим устройством, 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, отличающийся тем, что статор имеет дополнительные зубцы и пазы, чередующиеся в осевом направлении, на дополнительных зубцах размещены дополнительные фазные катушки, причем начала фазных катушек соединены с клеммами для подключения нулевого провода источника питания, а концы их соединены через замыкающие контакты коммутирующего устройства с клеммами для подключения фаз источника питания, при этом управляющий блок коммутирующего устройства выполнен с возможностью одновременного подключения для фиксации ротора в осевом (продольном) направлении пяти фазных катушек, образующих продольный ряд, у которого до середины один, а после середины - противоположный порядок следования фаз, причем для начала шага ротора в продольном направлении - с возможностью отключения последней фазной катушки ряда, а для завершения шага - с возможностью отключения первой фазной катушки продольного ряда и подключения последней фазной катушки ряда и фазной катушки, следующей за последней фазной катушкой первоначального продольного ряда.
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Шаговый электродвигатель
Источник поступления информации: Роспатент

Всего документов: 14
Всего документов: 14