Электрический шаговый двигатель

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9506 А Н 02 К 37/00 ЗОБ РЕТЕ О 2 ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им.Ленинского комсомола(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ(57) Использование; в автоматизированном электроприводе с управлением от ЭВМ. Сущность изобретения; двигатель содержит зубчатые полюсные выступы 1-8 на статоре 9 и две обмотки: щ-фазную обмотку управления 11 и однофазную обмотку возбужде 2ния 12. Каждая фаза управления охватывает все полюсные выступы, катушка фазы - гп выступов. Полюс статора включает 2 а полюсных выступов, Шаги по зубцам смежных полюсных выступов одного полюса выбираются равными ТУ = т(КУ + ), а по зубцам1п 1смежных полюсных выступов полюсов раз 1 1ной полярности ть" Ь(Кь- + ), где е -2 2 П 1число фаз, тг - зубцовый шаг ротора, КУ, Кь - целые числа. Благодаря этому повышается эффективность использования магнитного потока, растет коэффициент взаимоиндукции обмоток, увеличивается момент и улучшается демпфирование колебаний ротора при отработке шагов. 1 ил.Су = 1(1 + 5055 Изобретение относится к электрическим машинам, точнее к электрическим шаговым двигателям, и может бытьиспользовано при создании автоматизированного электропривода с управлением от 5ЭВМ,Цель изобретения - повышение момента и надежности путем улучшения демпфирования колебаний ротора за счетулучшения использования магнитной цепи 10и увеличения электромагнитной связи обмоток,Поставленная цель достигается тем, чтов электрическом шаговом двигателе, содержащем зубчатый ротор и статор с зубчатыми 15полюсными выступами, в пазы между которыми уложены катушки обмоток управленияи возбуждения, образуя полюса чередующейся полярности, согласно изобретению,катушки каждой из фаз обмотки управления 20охватываютвсе полюсные выступы, а однакатушка фазы - а полюсных выступов, приэтом каждый полюс включает 2 а полюсныхвыступов при шаге по зубцам смежных полюсных выступов полюса одной полярности 251ту = т(Куг - ), а полюсов разной полярностигать = 1 т(Кь + - . - ), где т - шаг по зубцам1 12 2 аротора, а - число фаз, Ку, Кь - целые числа. 30Изобретение иллюстрируется фигурой,где представлена развертка зубцовой эоны,размещение катушек обмоток возбужденияи управления, их соединение между собой.Электрический шаговый двигатель содержит зубчатый ротор 1 и статор 2 с эубчатыми полюсными выступами 3 - 10. 8 пазы 11 между полюсными выступами 3 - 10 уложены катушки 12 фаэ 13, 14, обмотки управления и катушки 15 обмотки возбуждения 40 16, При этом катушки каждой из фаз 13, 14 обмотки управления охватывают все 3 - 10 полюсные выступы, а одна катушка фазы -а полюсных выступов. В рассматриваемом примере число фаз управления а = 2. Каждый полюс 17, 18 включает 2 а = 2,2 = 4 полюсных выступа 3-6 и 7-10. Шаг Ь по зубцам 19 ротора 1 постоянный, постоянным и равным Ь является и шаг по зубцам 20 одного полюсного выступа статора 2. Шаг по зубцам смежных полюсных выступов полюса одной полярности ту = =тг(Ку й у - ), а полюсов разной полярности1 1сь = т(Кь 22 а)При указанном выше соотношении шагов число зубцов ротора определяется ра- венством гр = 4 рп(а - 1) + 2 р(2 а - 1)(Ку - ) +1+2 р(КЬ+ - + ),1 12 2 а где р - число пар полюсов,Тогда для привеДенной на фигуре конструкции, если р:1, Ку = Кь = 1, а = 2, число зубцов на одном полюсном выступе а = 2, знак "+" в скобках,гр = 4 1 2(2 - 1) + 2 1(2 2 - 1)(1 + ) + 1 22) ут ть= Я 1+ Х2 2 1+ 1 72 22 4Ссли при определении шагов принятьзнак, - в скобках, то ту = съ, ть = 4 Ъ11 113 5Для этого случая число зубцов статораг = 4 раа = 4.1,2.2 = 16, число зубцов роторагр =15. Шаги по зубцам смежных полюсныхвыступов ту = - т и ть = - тг обеспечивают54 4достаточные по величине щели для укладкиобмоток 3 1 1Ьцу=ту-Ь,= - т,- - 1= - т,.4 2 4и 5 1 3Ь =тЬ- Ьг = - 1 г- - тг = - г4 2 4. Здесь Ь2 Ь-относительная ширина эуб 1ца статора.При Ку и Кь, больших единицы, увеличиваются соответственно шаги по зубцам,принадлежащих разным полюсным выступам, возрастает при этом объем паза. Поэтому выбор Ку и К слишком большиминецелесообразен, так как паз может оказаться недостаточно заполненным проводниками катушек обмоток, использованиеобъема становится низким. Поэтому целесообразными значениями при определениишагов по зубцам смежных полюсных выступов являются Ку Кь = 1, Ьг = (0,250,5)Ь,знак "+",Двигатель работает следующим образом, При подаче постоянного тока в обмоткувозбуждения 16 создаются магнитные потоки возбуждения полюсных выступов 3 - 10,Эти потоки обусловливают потокосцепления с фазами обмотки управления 13 и 14;Чф 13 = Яку(фз+ Ф 4 Ф 5 - Ф 6 - Ф 7 - Фд+Лз= Л 9 = ао+ а 1 соз(яра);Л 4 = Л 1 о = ао + а 1 соз(гр а - 90 ); Л 5 = Л 7 = ао + а 1 соз(лр а); Л 6 =Л 8 = ао+ а 1 сов(р а.),35 где аои а 1 - постоянная и первая гармоникиизменения проводимостей, то потокосцепление фазы 13 обмотки управления запишется в виде 7 13 = УУ Куг в(Л 3 + Л 4 Л 5 - Л 6 - Л 7 - Л 8 + Л 9+Л 1 о) = 5,7 В/куЕва 1 созгр а),45 где Рв - МДС катушки обмотки возбуждения.Максимум потокосцепления будет иметь место при повороте ротора вправо на45 о50 угол а = - . - , что соответствует одной восьЙ.рмой зубцового шага.При подаче положительного импульса тока в фазу 14 обмотки управления (фаза 13 отключена) - потокосцепление этой обмотки определится равенством914= ЮКуРвй 4+ Л 5-Л 6+Л 7- Л 8-Л 9+ +Л 1 о) =5,7 ИкуГвэ 1 соа(гр а). где И/Ку - число витков в катушке фазы в обмотки управления.Таким образом, с каждой из обмоток управления сцеплены потоки возбуждения всех полюсных выступов, тогда как в прото типе - лишь половины полюсных выступов. Эта особенность расположения обмоток повышает использование магнитной цепи и увеличивает электромагнитные связи обмоток. 10При подаче в фазу 13 обмотки управления импульса тока, например, положительной полярности в полюсных выступах 3, 4, 9, 10 направления магнитных потоков возбуждения и управления совпадут, а для по люсных выступов 5, б, 7, 8 эти потоки окажутся направленными встречно, Благодаря этому ротор 1 будет стремиться занять такое положение, при котором его зубцы 19 расположились бы по отношению к зубцам 20 20 полюсных выступов так, чтобы обеспечивалось максимальное потокосцепление с фазой 13 обмотки управления, Этому положению будет соответствовать поворот ротора на одну восьмую зубцового шага вправо 25 по отношению к показанному на фигуре. Действительно, если ввести обозначения проводимостей воздушных промежутков между зубцами пол юсных выступов статора и ротора, как функций угла поворота 30 ротора а Тогда максимум возникнет при поворо 135те ротора на угол а = --- , т.е. ротор долггжен совершить первый шаг вправо. равныйчетверти зубцового деления.Если теперь подать отрицательный импульс тока в фазу 13 обмотки управления,потокосцеплениеИз = 5,7 ЧЧкуГва 1 соз(гр а.225)и ротор совершит очередной шаг на четверть зубцового деления, В дальнейшемдолжен быть подан отрицательный импульсна фазу 14 обмотки, далее положительныйна фазу 13 и т.д.Реверсирование движения ротора может быть достигнуто изменением алгоритмаподачи импульсов управления. После полокительного импульса на фазе 13 обмоткиотрицательный должен быть подан на обмотку 14, Далее отрицательный на фазу 13обмотки управления, затем положительныйна фазу 14 и т,д.При колебаниях ротора в такой конструкции возрастают наводимые в обмоткеуправления ЭДС и токи. Энергия колебанийпри повышенных значениях переменных токов в фазах обмотки управления быстрейрассеивается в виде тепла на активных сопротивлениях,Таким образом, улучшение использования магнитной цепи и увеличение электромагнитных связей обмоток обусловливаютповышение развиваемого момента и надежности путем улучшения демпфирования колебаний ротора, возникающих приотработке шагов,Формула изобретенияЭлектрический шаговый двигатель, содержащий зубчатый ротор и статор с зубчатыми полюсными выступами, в пазы междукоторыми уложены катушки обмоток управления и возбуждения, образуя полюса чередующейся полярности, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с цель 1 о повышения момента и надежности путем улучшения демпфированияколебаний ротора за счет улучшения использования магнитной цепи и увеличенияэлектромагнитной связи обмоток катушкикаждой из фаз обмотки управления охватывают все полюсные выступы, а одна катушкафазы - гп полюсных выступов, при этом каждый полюс включает 2 а полюсных выступов при шаге по зубцам смежныхполюсных выступов полюса одной полярности 1 у = 1(Ку+ 1/2 гп), а полюсов разнойполярности 1 в = 1(Кв + 1/2 + 1/2 в), где 1 вшаг по зУбЦам РотоРа; п 1 - число фаз: Ку, Кв- целые числа,