Шаговый электродвигатель с колеблющимся ротором

СОЮЗ СОВЕТСКИХСО 1 ИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 6281 119) К 41/06 Е ИЗОБРЕТЕ ТОРС КО ВИ(56) Авторское свй. 501236, кл. Р 1Авторское свМ 493869, кл. Н 0 ко авиационн титут А.А.Сафин и Е,И, 8,8) детельство СССб К 31/02, 1974, детельство ССС2 К 41/06, 1973. кур выйдвижние к Й(54) ША КОЛЕБЛ (57) Изоб ке и мож зирован ретения онных в ности, корпуса мотками шесте рн ет быть ном элек является озможно Двигател 1 с многуправле ей (коле ния,как и офазния 3сом) при деж 3 У О ОСУДАРСТВЕ ННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ С СЯ РОТОРОМотносится к электротехнииспользовано в автоматитроприводе. Целью изобрасширение эксплуатацистей и повышение надежь состоит из разьемногоным статором 2 с об, дискового ротора 4 с 5, установленного на рпусе посредством шаровои опоры 6, чага 7, прикрепленного к ротору 4 и снабженного пальцем 8, сферического элемента 9 корпуса, имеющего паз заданной формы, с которым взаимодействует выступ 10 пальц 18, подвижной шестерни (колеса) 11 с выдным полым валом 12, установленным в дшипниках 13, При поочередном подключении обмоток 3 к источнику питания дискоротор 4 совершает колебательное ение, при этом происходит обкатываолес 5 и 11. Из-за разницы зубьев этих колес подвижная шестерня 11, а вместе с ней полый выходной вал будут иметь малую частоту вращения. После отключения питавал 12 сохраняет свое положение, так аз сферического элемента 9 фиксирует выступ 10 пальца 8 в заданном положении и препятствует выходу из зацепления шестерен 5 и 11, Полый вал расширяет эксплуатационные возможности, фиксация валаобесточенном двигателе повышает наность. 3 ил.Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано вавтоматизированном электроприводе.Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей и повышениенадежности,На фиг. 1 представлен электродвигатель, продольный разрез; на фиг. 2 и 3 -геометрические построения, поясняющиевывод математического выражения длясредней линии паза.Двигатель состоит иэ разъемного корпуса 1 с многофазным статором 2 с обмотками 3 управления, дискового ротора 4 сшестерней 5, установленного на корпусепосредством узла шаровой опоры б, рычага7, прикрепленного к ротору 4 и снабженного пальцем 8, сферического элемента корпуса 9, имеющего паз заданной формы, скоторым взаимодействует выступ 10 пальца8, подвижной шестерни 11 с выходным полым валом 12, установленным в подшипниках 13. Узел б крепления ротора к корпусувыполнен таким образом, что позволяет ротору принимать наклонное к статору положение и совершать колебательное движение, исключая поворот ротора относительнокорпуса,Двигатель работает следующим образом,При поочередном подключении обмоток 3 статора 2 к источнику питания дисковый ротор 4 с помощью узла шаровой опорыб совершает колебательное движение, приэтом происходит обкатывание колес 5 и 11.Так как обкатывающий дисковый ротор 4остановлен от собственного вращения узлом б, вращательное движение передаетсяподвижной шестерне 11 и соответственновыходному полому валу 12. Во время работыдвигателя выступ 10 пальца 8 движется впазу заданной формы сферического элемента 9, при этом между стенками паза и выступом 10 сохраняется гарантированныйзазор. После снятия напряжения питания собмоток 3 статора 2 ротор 4 и выходнойполый вал 12 сохраняют конечное положение, так как паз сферического элемента 9фиксирует выступ 10 пальца 8 в заданномположении и препятствует выходу из зацепления шестерен 5 и 11,Для определения формы паза решаласьзадача определения траектории движениякакой-либо. точки жесткого дискового ротора, совершающего колебательное движение вокруг неподвижной центральной точкибез собственного вращения вокруг продольной оси.Для определения положения ротора внеподвижной правой прямоугольной систе 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ме координат центральную точку ротора, относительно которой происходит колебательное движение, необходимо поместить в точку О начала координат. При этом согласно фиг. 2 ось ординат (ось ОУ) совпадает спродольной осью двигателя и направленаслева направо, ось аппликат (ось 07) расположена перпендикулярно к оси ОУ и направлена снизу вверх, ось абсцисс (ось ОХ)расположена перпендикулярно плоскости УО 7,В качестве подвижной оси ОУ 1 выбранапрямая, перпендикулярная плоскости ротора, проходящая через точку О. Таким образом, ось ОУ 1 является продольной осьюротора, Под плоскостью ротора понимаетсясечение тела ротора плоскостью, параллельной торцовой поверхности физическогоротора и проходящей через точку началакоординат.В процессе рабочего колебательногодвижения ротора относительно точки О, осьОУ 1 описывает коническую поверхность и,следовательно, является образующей прямого корпуса с вершиной в точке О. Любоесечение этой конической поверхности плоскостью Е, параллельной плоскости ХОЛпредставляет собой окружность (фиг. 3).Точка М (фиг. 3) является точкой пересечения оси ОУ (фиг. 2 и 3) с плоскостью Е (фиг. 3).В процессе работы двигателя точка описывает в пространстве окружность радиусомг= ОМ зи у, (1)гдеОМ- расстояние от точки О до точкиМ (фиг. 3);у - угол между осями ОУ и ОУьПоложение точки на направляющей окружности конуса закоординировано углом р(фиг. 3) - углом между проекцией оси07 на плоскостьи радиусом - векторомВМ, точка В - центр направляющей окружности конуса (фиг. 3), За положительное направление угла р принято направлениепротив часовой стрелки, если смотреть наплоскость Х 07 со стороны конца оси ОУ 1,Таким образом, угол ропределяет положение продольной оси ротора, совершающего колебательное движение, и, следовательно, определяет положение точек ротора,Рассматривалось положение точки А(фиг. 3) ротора, удаленной вдоль продольнойоси ротора на расстояниеи в радиальномнаправлении на расстояние Я, в зависимости от величины угла р. Траекторию движения точки А (координаты хд,уд,гд) ротора,совершающего колебательное движение,как функцию угла р определяли в виде следующей системы уравнений;х = 1 (1, К, у, р); у = тг (1, Р, у, у); (2) г =- тз (1, й, у, у, Угол между осями Оу и ОУ 1(фиг. 2 и 3) совпадает с углом наклона дискового ротора, в рабочем положении относительно осиЛ 02, а угол у) + - определяет направление на2 середину эоны контакта зубьев с зубчатым венцом статора.В результате математических преобразований система (2) окончательно принимает вид:. г х = зи у зп ивВ зи уви 2 р2 6 - з 1 п усов Рв)п 2) совр2 ъ) - в)п усовв = ) в)п )сов )вв) - в)п )совТаким образом, если потребовать, чтобы при отключении напряжения питания двигателя какая-либо точка ротора имела координаты, удовлетворяющие систему (3), то ротор окажется зафиксированным в рабочем положении,Технически реализовать такой режим можно с помощью паза на сферическом сегменте элемента корпуса и пальца ротора, взаимодействующего с пазом. При этом координаты точек середины паза должны удовлетворять систему (3).Однако для технической реализации фиксдции ротора устройства необходимо выполнение определенных геометрических соотношений для двигателя, связывающих радиусы начальных окружностей зубчатых колес, угол наклона колеблющегося ротора и модуль зацепления.Анализ системы (3) показывает, что при малых Й и у координаты х, у, г, при изменении р принимают разные по порядку величины, относительно большие величины координат у и г и довольно малые величины координаты х, Это подтверждается расчетами по (3). Однако для крупных двигателей (Рг100 мм) с у = 10 величина координаты х при работе двигателя принимает значения, позволяющие технологически выполнять паз по системе (3).Таким образом устройство фиксации вала может быть использовано в конструкциях двигателей с колеблющимся ротором относительно большого диаметра с углом его наклона порядка 10 О, Двигатели, имеюшие пустотелый вал, как правило, обладают 5 крупными размерами, позволяющими использовать фиксатор е виде пальца, взаимодействующего с пазом заданной формы, Поэтому двигатель с расширенными эксплуатационными возможностями за счет поло го вала способен фиксировать выходнойполый вал в заданном положении в обесточенном состоянии, При этом не требуется внешних сигнальных и исполнительных устройств для фиксации ротора, отсутствуетдо полнительное электрооборудование дляфиксации ротора и практически сохраняются габариты двигателя, что ведет к повышению надежности устройства.20 Формула изобретенияШаговый электродвигатель с колеблющимся ротором, содержащий корпус с закрепленным в нем торцовым статором с обмоткой, дисковый ротор с зубчатой повер хностью обкатывания и узлом, удерживающим его от собственного вращения, расположенным на корпусе, выходной вал, с установленным на нем торцовым зубчатым колесом и узел фиксации выходного вала после 30 снятия напряжения питания, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения эксплуатационных возможностей и повышения надежности, выходной вал выполнен полым, а узел фиксации выходного вала вы полнен в виде паза е корпусе и пальца надиске ротора, помещенного в паз, при этом координаты точек средней линии паза выбраны в соответствии с выражениямий зи "Мп 240 х =13 и у 5 п у 22 6 - соя рэ 1 йуЙ зп усозРу =сов у2 в - сов рв)йу 45в - ) в) п у сов )в +в) - своп р в) и у,Где 1 - длина пальца;Й - радиус, на котором установлен палец;у- угол наклона оси ротора относительно продольной оси двигателя;у 2 - угловая координата положения линии минимального зазора.1628159 Составитель С.Пахомоведактор Л,Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор М,Шар оизводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул Гагарина, 1 Юмюс разора каз 346 Тираж 328 ВНИИПИ Государственного комитета по изоб 113035, Москва, Ж, РауПодписноеениям и открытиям при ГКНТ СССР ая наб., 4/5