ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ


RU (11) 2031523 (13) C1

(51) 6 H02K37/00 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2008 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4903890/07 
(22) Дата подачи заявки: 1991.01.21 
(45) Опубликовано: 1995.03.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 453855, кл. H 02K 37/00, 1971. 2. Авторское свидетельство СССР N 1141528, кл. H 02K 37/00, 1984. 
(71) Заявитель(и): Институт горного дела СО РАН 
(72) Автор(ы): Теребенин М.А.; Нейман В.Ю.; Малинин В.И. 
(73) Патентообладатель(и): Институт горного дела СО РАН 

(54) ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ 

Использование: в шаговом электроприводе различных производственных механизмов, а также в безредукторных электроприводах роботов и манипуляторах. Сущность изобретения: в шаговом электродвигателе, содержащем полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных вставок, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, обращенными к ротору, между полюсами каждой ферромагнитной секции статора расположены по окружности ферромагнитные зубцы, чередующиеся с немагнитными вставками, число которых на единицу больше числа ферромагнитных зубцов. Угловые протяженности зубцов статора и немагнитных вставок статора соответственно равны угловым протяженностям зубцов и немагнитных вставок ротора, причем угловые протяженности немагнитной вставки, ферромагнитного зубца и полюса секции статора, а также число магнитных зубцов секции статора и число зубцовых делений ротора связаны соотношениями, приведенными в описании. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к шаговым электродвигателям, и может быть использовано в шаговом электроприводе различных производственных механизмов, а также в безредукторных электроприводах роботов и манипуляторов преимущественно для осуществления дискретного вращательного движения.

Известен электрический шаговый двигатель, содержащий полый ферромагнитный ротор и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками. Полый ротор образован аксиально расположенными ферромагнитными зубцами, консольно закрепленными на торцовой поверхности диска. Статор состоит из U-образных магнитопроводов с обмотками и зубчатыми полюсами, примыкающими к наружной и внутренней поверхностям полого ротора [1].

Однако такой двигатель имеет малую величину удельного электромагнитного момента.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является шаговый электродвигатель, содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных участков, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, расположенных снаружи и внутри ротора, причем ширина зубьев ротора, расстояние между ними, ширина полюсов секции статора и расстояние между полюсами равны [2].

Недостатком такого двигателя является малая величина удельного электромагнитного момента.

Цель изобретения - повышение удельного электромагнитного момента двигателя.

Цель достигается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных вставок, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, обращенными к ротору, между полюсами каждой ферромагнитной секции статора расположены ферромагнитные зубцы, чередующиеся вдоль окружности ротора с немагнитными вставками, число которых на единицу больше числа ферромагнитных зубцов, угловая протяженность ферромагнитных зубцов и немагнитных вставок статора равна соответственно угловой протяженности зубцов и немагнитных вставок ротора, причем угловые протяженности немагнитной вставки, ферромагнитного зубца и полюса секции статора, а также число магнитных зубцов секции статора и число зубцовых делений ротора связаны соотношениями:

= ( - )

N = mM(n - + 1+ K) где m - число фаз статора;

n - число магнитных зубцов между полюсами одной секции статора;

М - число секций фазы статора;

N - число зубцовых делений ротора;

К = 0,1,2,... - целое число зубцовых делений между секциями фаз статора;

- угловая протяженность полюса секции статора;

- угловая протяженность ферромагнитного зубца;

- угловая протяженность немагнитной вставки.

На чертеже представлена конструктивная схема трехфазного шагового электродвигателя, фазы которого имеют одну секцию, и схема замыкания магнитного потока.

Шаговый электродвигатель содержит немагнитный корпус 1, в котором расположены секции фаз A,B и С статора, включающие соответственно П-образные магнитопроводы 2-4 с обмотками возбуждения 5,6; 7,8 и 9,10. Между полюсами каждой секции расположены чередующиеся вдоль окружности ротора немагнитные вставки 11 и магнитные зубцы 12 статора.

Ротор состоит из чередующихся немагнитных вставок 13 и магнитных зубцов 14. Угловая протяженность немагнитных вставок и угловая протяженность магнитных зубцов статора соответственно равны угловой протяженности немагнитных вставок и зубцов ротора. Угловая протяженность полюса секции статора составляет

= ( - )

Магнитопровод секции фазы B имеет угловой сдвиг относительно фазы A на 1/3 зубцового деления, и магнитопровод фазы С имеет угловой сдвиг относительно фазы A на 2/3 зубцового деления . Двигатель может иметь m фаз, каждая из которых может состоять из М секций.

Двигатель работает следующим образом.

При подключении катушек 5,6 фазы A к источнику питания возникает магнитный поток Ф, который последовательно замыкается через рабочие воздушные зазоры между зубцами ротора 14 и зубцами 12 и полюсами статора. Под действием электромагнитного момента ротор займет положение, когда его зубцы 14 под фазой A будут соосны немагнитным вставкам 11 статора секции фазы A. При этом угловое перемещение ротора, т.е. шаг двигателя равен



При последовательной коммутации фаз осуществляется вращение ротора в направлении, определяемом очередностью включения фаз.

Предлагаемый двигатель характеризуется повышенным удельным электромагнитным моментом, так как наличие нескольких последовательно расположенных рабочих воздушных зазоров снижает начальную магнитную проводимость эквивалентного рабочего воздушного зазора и уменьшает насыщение стали. При этом снижется постоянная составляющая магнитного потока в магнитной системе, а переменная составляющая увеличивается. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных вставок, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, обращенными к ротору, отличающийся тем, что, с целью повышения удельного электромагнитного момента, между полюсами каждой ферромагнитной секции статора расположены по окружности ферромагнитные зубцы, чередующиеся с немагнитными вставками, число которых на единицу больше числа ферромагнитных зубцов, угловая протяженность ферромагнитных зубцов статора и немагнитных вставок статора равна соответственно угловой протяженности зубцов и немагнитных вставок ротора, причем угловые протяженности немагнитной вставки, ферромагнитного зубца и полюса секции статора, а также число магнитных зубцов секции статора и число зубцовых делений ротора связаны соотношениями





где m - число фаз статора;

n - число магнитных зубцов между полюсами одной секции;

M - число секций фазы статора;

N - число зубцовых делений ротора;

K = 0,1,2... - целое число зубцовых делений между секциями фаз статора;

- угловая протяженность полюса секции статора;

b - угловая протяженность ферромагнитного зубца;

g - угловая протяженность немагнитной вставки.