Шаговый электродвигатель

1711301 А СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК 9) .ЫХ 02 К 37/00 ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙПО ИЗОБРЕТЕНИЯМПРИ ГКНТ СССР МИТЕТОТКРЫТИЯМ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСА К АВТОРСКОМ(56) Авторское свидетельство СССР М 1538208, кл. Н 02 К 37/00, 1984, (54) ЙАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ .(57) Изобретение относится к электротехни ке, преимущественно к миниатюрным электрическим машинам для точного приборо-.строения, в частности для часов. Цель состоит в повЫшении технологичности изготовления, сборки и повышении ремонтопригодности. Устройство содержит немагнитный корпус 1, в котором установлен статор, выполненный в виде П-образного магнитопровода с обмоткой управления и полюсными наконечниками 3, каждый из которых выполнен с двумя полюсами, между которыми установлены постоянные магниты 6 и 7, закрепленные с помощью устройства фиксации, выполненного, например, в виде немагнитных вставок 8, выполняемых по форме промежутка между полюсами полюсного наконечника 3 магнитопровода, закрепленных между торцовыми частями корпуса 1 и выполненных с отверстием 9, в которых закреплены постоянные магниты 6 и 7, Напротив магнитов 6 и 7 в торцовых частях корпуса 1 выполнены отверстия 11, которые вместе с вставками 8 служат для того, чтобы можно было установить магниты 6 и 7 после окончательной сборки и регулировки ротора 10 в корпусе и удобно и просто при необходимости извлечь их без извлечения ротора. 15 з,п.ф-лы, 49 ил.Изобретение относится к миниатюрным электрическим машинам для точного приборостроения, в частности к шаговым электродвигателям реактивного типа для часов.Цель изобретения - повышение технологичности изготовления, сборки и повыше. ние ремонтопригодности с повышением стабильности прямоугольных шагов,На фиг. 1 показан двигатель, часть разреза вдоль плоскости симметрии полюсов магнитоправода; на Фиг, 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - второй вариант конструктивного исполнения, разрез Б-Б на Фиг. 4; на фиг. 4 - разрез В-В на Фиг. 3; на Фиг, 5 - разрез Г-Г на фиг. 3; на фиг, 6 - разрез Д-Д на фиг. 4; на фиг. 7 - разрез Е-Е на фиг. 4; на фиг. 8 - третий вариант исполнения двигателя; на фиг, 9 - четвертый вариант исполнения двигателя; на фиг. 10 - разрез Ж-Ж на фиг, 9; на фиг, 11 - пятый вариант исполнения двигателя; на фиг, 12 - разрез 3-3 на фиг. 11; на фиг. 13 - шестой вариант исполнения двигателя, разрез И-И на фиг, 14; на фиг. 14 - разрез Л-Л на Фиг. 13; на фиг, 15 - седьмой вариант исполнения двигателя, разрез М-М на фиг, 16; на фиг.16 - то же, вид в плоскости нейтрального сечения магнитов; на фиг. 17 - то же, вид сверху; на Фиг. 18 - то же, вид снизу; на фиг. 19 - разрез Н-Н на фиг. 18; на Фиг, 20 - модификация варианта на Фиг, 15; на Фиг. 21 - то же, при снятой части корпуса и вынутом роторе, вид сверху; на фиг. 22 - разрез П-П на фиг, 21; на фиг. 23. - разрез Р-Р на фиг. 22; на фиг. 24 - геометрические соотношения для седьмого варианта исполнения; на фиг. 25 - восьмой вариант исполнения двигателя; на фиг, 26-35 - пояснение принципа действия варианта шагового электродвигатегя с клювообраэными полюсами ротора; на фиг, 36-43- пояснение принципа действия варианта шагового электродвигателя с симметричными полюсамии ротора при разных магнитах и наконечниках статора; на Фиг, 44-49 - пояснение принципа действия варианта шагового электродвигателя с уравновешенной электромагнитной Системой.Двигатель (фиг, 1 и 2) содержит немагнитный корпус из двух частей 1 и 2. Цилиндрические постоянные магниты 3 и 4 фиксируют зубчатый ротор,5 и пропущены сквозь отверстия 6, 7 и 8, 9 в частях корпуса, Напротив отверстий 6 и 8 укреплена немагнитная вставка 10, а напротив отверстий 7 и 9-такая; же немагнитная вставка 11 (вставки 10 и 11 изготовлены иэ латуни, алюминия и т.п. для демпфирования колебаний). Между торцами частей корпуса30 магнитопровода равна угловой протяжен 5 10 15 20 25 40 45 50 55 укреплены полюсные наконечники 12 и 13 П-образного магнитопровода 14, несущего обмотку 15 управления.Отверстия 6-9 вместе с вставками 10 и 11 служат для того, чтобы можно было установить магниты 3 и 4 между одноименными полюсами 16, 17 и 18, 19 магнитопровода после окончательной сборки и регулировки ротора 5 в корпусе,- удобно и просто при необходимости извлечь магниты без извлечения ротора из корпуса,Ротор 5 в первом варианте (фиг. 1 и 2) выполнен из двух идентичных дисковых частей 20 и 21, имеющих по две пары зубцов 22, 23 и 24, 25. Одинаковые зубцы в каждой паре, соответственно 22, 23 и 24, 25 установлены диаметрально по отношению друг к другу. Зубцы разной угловой протяженности; 22 и 24, 23 и 25, чередуются между собой с соотношением угловых протяженностей зубцов 1:2, а пазов 26 и 28, 27 и 29 между зубцами 2:1, также чередующихся между собой, Дисковые части 20 и 21 установлены с разворотом на зубцовое деление относительно друг друга, образуя практически одинаковые клювообразные полюса ротора при простой технологии изготовления. Угловая протяженность полюсов 16 - 19 полюсных наконечников 12 и 13 ности меньших зубцов 22 и 23 дисковых частей ротора, Угловая протяженность впадин 30 и 31 между полюсами магнитопровода статора равна угловой протяженности больших зубцов 24 и 25 дисковых частей ротора,Во втором варианте исполнения двигателя (фиг. 3 - 7) между торцами частей 1 и 2 корпуса и полюсов 16 - 19 магнитопровода установлены немагнитные пластины 32 и 33 со сквозными отверстиями 34 - 37. в которых размещены концы постоянных магнитов 3 и 4. Ротор 5 здесь выполнен с двумя аксиально смещенными зубцовыми зонами 38 и 39, первая из которых выполнена с зубцами 24 вдвое большей угловой протяженности, чем угловая протяженность зубцов 22 зоны 39. протяженность зубцов 22 зоны 39 - треть эубцового деленияа зубцов 24 зоны 38 - две трети зубцового деления, Контуры зубцов 24 нанесены на Фиг, 4 пунктиром на эубцовую зону 39 аяя наглядности. В отверстиях 40 и 41 пластин 32 и 33 размещен вал 42 ротора 5., установленный в опорах 43 и 44, Элементы конструкции двигателя зафик- . сированы винтами 45 и 46. (Винты 45 и 46 могут заворачиваться как в части 1 и 2 корпуса, так и в наконечники 12 и 13 П-обраэного магнитопровода 14. На фиг, 3 поясняется1711301 И 2. 9 У Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий едактор Н. Я здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 зводственн Заказ 347 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035. Москва, Ж, Раушская наб., 4/5размещение одного из винтов). Для точнойориентации части 2 корпуса и пластины 33на наконечники 12 и 13 могут служить, например, штифты 47 (один из них попал вразрез на фиг. 7), а для ориентации части 1 5корпуса относительно наконечников 12 и.13служат штифты 48 (в рассматриваемом час тном случае достаточно, в принципе, иметьпо одному. штифту 28 в каждом наконечнике, например правому на фиг. 7), . 10Для фиксации положения магнитов 3 и4 в аксиальном направлении могут быть использованы, например, винты-пробки 49(пунктирное изображение на фиг, 6),Особенности варианта исполнения по 15фиг. 3 - 7 позволяют устанавливать магниты3 и 4 через отверстия в корпусе и отверстия 34 - 37 в пластинах 32 и 33 после сборки ротора 5 в корпусе и его окончательнойрегулировки, после чего фиксировать магкиты винтами-пробками 49. Положениевинтов можно зафиксировать, например,шпаклевкой.Последовательность сборки характеризуется тем, что до установки ротора 5 с опорами 43 и 44 в частях. 1 и 2 корпусапроизводят операцию установки пластины32 на часть 1 корпуса, после чего устанавливают в ту же часть корпуса ротор 5 с опорой43, устанавливают на наконечники 12 и 13 30пластину ЗЗ, затем устанавливают часть 2корпуса с размещением в ней опоры 44 вала42 ротора 5.Особенностью переборки является то,что для ограничения момента фиксации или 35его увеличения) путем замены магнитов 3 и4. здесь не требуется извлечение ротора 5,Достаточно отвернуть пробку-винт 49 и извлечь магнит из отверстий 36 и 37 пластин32 и ЗЗ с использованием отверстий 6 и 7 в 40частях 1 и 2 корпуса (Фиг. 6).Как это показано на фиг. 8 применитель- .но к третьему варианту исполнения двига теля, магниты 3 и 4 могут быть в сечении.прямоугольными и намагничены перпендикулярно оси вала 42 ротора 5.В четвертом варианте исполнения двигателя фиг. 9 и 10) немагнитные вставки 10и 11 выполнены с открытыми в сторону.ротора 5 пазами 50 и 51 соответственно. При 50этом вставки 10 и 11 закреплены. междуторцаки немагнитных пластин 52 и 53; вы, полненных с открытыми в противополож- .ные от ротора стороны пазами 54-:57,.Магниты 3 и 4 установлены в пазах 50 и 51 55вставок, концы магнитов - в пазах 54-57 пластин 52 и 53, которые прилегают к торцовым чаатям.1 и 2 корпуса и установлены своими выступами 58-61 в немагнитных промежутках между одноименными йоласами 16, 17 и 18, 19 на наконечниках 13 и 14 магнитопровода.В пятом варианте исполнения двигателя (фиг. 11 и 12) устройство крепления постоянных магнитов 3 и 4 выполнено в виде немагнитных цилиндрических вставок 10 и 11 с вырезами 62 и 63 в пределах от четверти до трети дуги окружности по боковой поверхности, обращенной к ротору и с прямоугольными пазами 50 и 51. Вставки 10 и 11 здесь закреплены между торцами круглых немагнитных пластин 64 - 67 с отверстиями 34 - 37, прилегающих к торцовым частям 1 и 2 корпуса. При этом, одна пара пластин 64 и 65 установлена между полюсами 16 и 17, а другая пара пластин, соответственно, 66 и 67 - между полюсами 18 и 19.В шестом варианте исполнения двигателя (фиг, 13 и 14) все четыре полюса ротора 5 имеют одинаковую угловую протяженность в треть зубцового деления и такую же угловую протяженность имеют полюса 16, 17 и 19 магнитопровода 14 обмотки 15 управления. Полюс 18 имеет.угловую протяженность в две трети зубцового деления ротора, Промежутки между полюсами 17 и 18 и между полюсами 16 и 19 - треть. а между полюсами 16 и 17 - целое зубцовое деление ротора. Промежуток между полюсами 18 и 19 - две трети зубцового деления ротора. Четырехзубцовый ротор 5 здесь установлен между разными прямоугольными магнитами 3 и 4, Часть корпуса 2 зафиксирована винтами 45 и 46, завернутыми в колонки 68 и 69.В седьмом варианте исполнения двигателя (фиг, 15-24) один из одноименных полюсов 16 и 18 на каждом из наконечников 12 и 13 магнитопровода 14 выполнен с угловой протяженностью вдвое большей, чем угловая протяженность другого полюса (17 и 19). Угловая протяженность промежутков между одноименными полюсами магнитопровода вдвое превышает протяженность промежутков 70 и 71 между разноименными полюсами. Ротор 5 и здесь тоже выполнен с одинаковым профилем по всей длине при одинаковых. зубцах .22, вдвое меньших по угловой протяженности, чем промежутки 26 между зубцами, Постоянные магниты 3 и 4 выполнены в виде параллелепипедов с ориентацией продольной оси. симметрии поперечного сечения каждого магнита под углом к/4 - л/12 к оси симметрии промежутков между Одноименными полюсами магн гопровода, проходящей через ось вращениь ротора.В конструкции согласно ф :; 15-19 для крепления постоянных магкитс, 3 и 4 использовакы отверстия 6 и 7 в части 1 корпуса, в которой установлена опора 43 вала 42 ротора 5, Каждый иэ магнитовзакреплен в одном из отверстий, например, с натягом, на колею и т.д.В конструкции согласно фиг. 20-23 устройство крепления постоянных магнитов выполнено в виде немагнитных цилиндрических вставок 72 и 73, закрепленных в кольцевых проточках 74 и 75, выполненных в торцовой части 1 корпуса, Во вставках 72 и 73 со стороны, противоположной креплению а части 1 корпуса, выполнены прямоугольные вырезы 76 и 77 с образованием ребер 78, Магниты 3 и 4 установлены между ребрами 78 и штифтами 79.В восьмом варианте исполнения двигателя (фиг. 25) при намагничивании используют выступающие за пределы полюсов 16-19 концы цилиндрических магнитов 3 и 4. Концы магнитов выступают за пределы корпуса таким образом, что можно без повреждения обмотки обеспечить создание поля для иэ диаметрального намагничивания. Особенностью данного технического решения является то, что немагнитные цилиндрические вставки 10 и 11 здесь выполнены иэ антифрикционного, материала (латунь, пластмасса, бронзо-графит и т,д,).Магниты 3 и 4 устанавливают во вставки 10 и 11 в ненамагниченном состоянии с возможностью вращения вокруг оси, При намагничивании магниты поворачиваются под действием собственного поля и фиксируются в положении согласно чертежа. После этого положение магнитов Фиксируют любым известным способом с возможностью последующего освобождения,Двигатель работает следующим образом.При невоэбужденных полюсах 16-19 зубцы полюса 22-25 дисковых частей 20 и 21 ротора 5 фиксируются магнитами 3 и 4 в положении согласно фиг, 1 и 2 При возбуждении полюсов 16-19 полюсных наконечников 12 и 13 мзгкитопровода с появлением тока в обмотке ротор поворачивается по часовой стрелке. если смотреть на фиг, 2. и занимает положения согласно фиг, 26 и 27 (пройдена половина шага). Эз счет действия Фиксирующих магнитов 3 и 4 из положекмя по фиг, 26 и 27 ротор Б переходи при снятии электрического сигналз с обмотки в воложение по фиг. 28 и 29, затем по фиг. 30 и 31 и в этом новом Фиксированном положении завершает шзг. С поступлением следующего импульса тока процесс повторяется (фиг. 32 и 33 - пройдена половина следующего вага; фиг, 34 и 35 - дово 5 10 15 20 рот под действием момента Фиксации к исходному положению).Двигатель с крестообразным ротором и разными магнитами (фиг. 13 и 14) через каждый шаг имеет совпадающие положения симметричного ротора. С поступлением тока в обмотку 15 ротор 5 последовательно поворачивается из исходного положения (фиг, 36) под действием реактивного момента Мо в положение по фиг. 37 - 39. Доаорот из положения по фиг. 39 до нового исходного происходит под действием реактивного момента Фиксации (фиг. 40-43).Существенным преимуществом варианта конструкции согласно фиг, 15 - 24 являет- ся принципиалькая симметрия системы, обеспечивающая уравновешенность всех усилий. Действительно., как при движении под действием момента от обмотки упрзале-. ния Му (фиг, 44-.46), так и под действием момента фиксации магнитов(фиг, 47 - 49) неуравновешенные магнитные тяжения полностью отсутствуют. 25 .Формула изобретения1. Шаговый электродвигатель, содержащий немагнитный корпус из двух частей;между параллельными торцами которыхзакреплен несущий обмотку управления30 П-образный, магнитопровод, имеющий наконцах полюса, между которыми в немагнитных промежутках закреплены Фиксирующие зубчатый ротор постоянные магниты,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью35 повышения технологичности изготовления,сборки и повышения ремонтопригодности сповышением стабильности шагов в 1/4 оборота, каждый наконечник магкитоароводавыполнен с двумя полюсами, ротор выпол 40 нен с двумя парами зубцов, магниты установлены между одкоименными полюсамимагнитопровода и закреплены с помощьюустройства иа крепления,2. Электродвигатель по и, 1, о тл ич а 45 ю щ и й с я тем, что устройство крепленияпостоянных магнитов выполнено в виде немагнитных вставок, выполненных по Формепромежутка между одноименными полюсами магкитопровода, закрепленных между50 торцовыми частями немзгйитного корпуса ивыполненных с отверстиями, в которых закреплены постоянные магниты, а концымагнитов размещены в отверстиях, выпол. ненных в торцовых частях корпуса,55 3. Электродвигатель по и. 1, о т л и ч е.- ю щ и й с я тем, что.одии из одноименныхполюсов на каждом конце магнитопроводавыполнен с угловой протяженностьювдвое большей, чем угловая протяженность другого полюса, угловая протяжен25 30 40 ленные в отверстиях, выполненных в 45 торцовой части немагнитного корпуса напротив магнитов.8; Электродвигатель по и. 1, о тл ич аю щ и й с я тем, что устройство крепления выполнено в виде немагнитных,вставок с 50 открытыми в сторону ротора пазами, вставки закреплены между торцами немагнитных пластин с открытыми в противоположные от роторастороны пазами, магниты установле 55 ность промежутков между одноименными полюсами магнитопровода вдвое превышает протяженность промежутков между разноименными полюсами, ротор выполнен с одинаковым профилем по всей длине при одинаковых зубцах по угловой протяженности вдвое меньших промежутков между зубцами, постоянные магниты выполнены в аиде параллелепипедов с ориентацией продольной оси симметрии поперечного сечения каждого магнита.под углом ж/4л/12 к оси симметрии промежутков между одноименными полюсами . магнитопровода, прохрдящей через ось вращения ротора.4, Электродвигатель по и. 3, о т л и ч а; ю щ и й с я тем, что устройством крепления постоянных магнитов служат отверстия В той же части корпуса, в которой установлена одна из опор вращения вара ротора, каждый иэ магнитов одним из концов закреплен в одном из указанных отверстий,5. Электродвигательпо и, 3, о т л и ч аю щ и й с я тем, что устройство крепления постоянных магнитов выполнено в виде не- магнитных цилиндрических вставок, закрепленных в кольцевых проточках в одной из торцовых частей корпуса, причем в указанных вставках со стороны, противоположной креплению в корпусе, выполнены прямоугольные вырезы для размещения магнитов.6, Электродвигатель по и, 1, о т л и ч аю щ и й с я тем, что устройство крепления постоянных магнитов выполнено в виде не- магнитных пластин, установаенных между торцами полюсов магнитопровода и торцовых частей корпуса и выполненных со сквозными отверстиями, в которых размещены концы постоянных магнитов,7. Электродвигатель.по пп, 5 и 6, о т л ич а ю щ и й с ятем, что для фиксации постоянных магнитов в аксиальном направлении использованы винты-пробки, закрепны в пазах вставок,. концы магнитов - в пазах пластин, пластины прилегают к торцовым частям корпуса и установлены своими выступами в немагнитных промежутках между одноименными полюсами на концах магнитопровода.1 51015 9. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч аю щ и й с я тем, что устройство крепления постоянных магнитов выполнено в виде немагнитных цилиндрических вставок с вырезами в пределах от четверти до трети дуги окружности по боковой поверхности, обращенной к ротору, и с прямоугольными пазами, вставки закреплены между торцами немагнитных пластин с отверстиями, прилегающих к торцовым частям корпуса, причем магниты установлены в вырезах вставок, их концы - в отверстиях пластин, а пластины - между одноименными полюсами на концах магнитопровода,10, Электродвигатель по пп, 2, 4 и 9, отл ича ю щийсятем,что элементы устройства крепления постоянных магнитов выполнены электропроводными,11. Электродвигатель по пп. 1, 2, 4 и 9, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что ротор выполнен из двух идентичных дисковых частей, каждая из частей имеет по паре одинаковых зубцов разной угловой протяженности, одинаковые зубцы установлены диаметрально по отношению друг к другу, зубцы разной угловой протяженности чередуются между собой с соотношением угловой протяженности зубцов 1.2, а пазов между ними 2:1, дисковые части ротора установлены с разворотом на зубцовое деление одна относительно другой, угловая протяженность полюсов на концах магнитопровода равна угловой протяженности меньших зубцов дисковых частей ротора.12, Электродвигатель по пп. 6-8, о т л ич а ю щ и й с я тем, что ротор выполнен с двумя аксиально смещенными зубцовыми зонами, одна из которых выполнена с зубцами вдвое большей угловой протяженно- сти, чем угловая протяженность зубцов другой эоны, зубцы обеих зубцовых зон совмещены с одной стороны, немагнитные промежутки между. полюсами магнитопровода равны по угловой протяженности большим зубцам ротора, а полюса магнитопровода равны по угловой протяженности меньшим зубцам ротора.13. Электродвигатель по и, 6, о т л и ч аю щ и й с я тем, что угловая протяженность одного из полюсов с одного из концов магнитопровода равна угловой протяженно; сти промежутка между обоими его полюсами, равного 2/3 зубцового деления ротора, а угловая протяженность промежутка между полюсами с другого конца магнитопровода равна зубцовому делению ротора при угловой протяженности остальных полюсов статора и зубцов ротора равной 1/3 зубцового деления ротора, причем ширина магнита. установленного в1711301 22 л 1промежутке в зубцовое деление, больше ширины другого магнита, установленного в промежутке в 2/3 зубцового деления ротора,14, Электродвигатель по пп, 6, 8 и 9, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что постоянные ,магниты намагничены перпендикулярно валу ротора.12 17 15. Электродвигатель по пп. 1,2,6,7, 10,11, 12 и 14, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что магниты выполнены цилиндрическими.,16, Электродвигатель по и. 15, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что немагнитныевставки устройства крепления постоянных магнитов выполнены из антифрикционного материала.