Электрический шаговый двигатель
Использование: в автоматизированном электроприводе с управлением от ЭВМ. Сущность изобретения: двигатель содержит зубчатые полюсные выступы 1-8 на статоре 9 и две обмотки: m-фазную обмотку управления 11 и однофазную обмотку возбуждения 12. Каждая фаза управления охватывает все полюсные выступы, катушка фазы - m выступов. Полюс статора включает 2т полюсных выступов. Шаги по зубцам смежных полюсных выступов одного полюса выбираются равными ty tz(Ky ± TJ-), а по зубцам смежных полюсных выступов полюсов раз1 1 ной полярности ть tz(Kb -Ы- ), где m число фаз, tz - 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.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51>5 Н 02 К 37/00
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ
ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ г
75 7 2
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778966/07 (22) 08.01.90 (46) 15.04.93. Бюл. М 14 (71) Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им.Ленинского комсомола (72) Н,Н,Левин и А.Д,Серебряков (56) Патент Японии N- 45-72546, 1970.
Авторское свидетельство СССР
hL l55558, кл. Н 02 К 39/00, 1962. (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: m-фазную обмотку управления 11 и однофазную обмотку возбужде Ю 1809506 А1 ния 12. Каждая фаза управления охватывает все полюсные выступы, катушка фазы — m выступов. Полюс статора включает 2m полюсных выступов, Шаги по зубцам смежных полюсных выступов одного полюса выбира1 ются равными ty = tz(Ky -), а по зубцам п1 смежных полюсных выступов полюсов разной полярности tb - b(Kb — +. ), где m—
2 2а число фаз, tz — 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. (Л
С: ! ! а
iC)
; () !
Щ
С) (1809506
Ф дый полюс 17, 18 включает 2m = 2.2 = 4 полюсных выступа 3-6 и 7-10. Шаг tz no зубцам 19 ротора 1 постоянный, постоянным и равным tz является и шаг по зубцам
20 одного полюсного выступа статора
2. Шаг по зубцам смежных полюсных выступов полюса одной полярности ty =
=tz(Ky + 7 — ), а полюсов разной полярности
1 1
" = т (Кь 2 — 2щ).
При указанном выше соотношении шагов число зубцов ротора определяется равенством
Изобретение относится к электрическим машинам, точнее к электрическим шаговым двигателям, и может быть использовано при создании автоматизированного электропривода с управлением от 5
ЭВМ.
Цель изобретения — повышение момента и надежности путем улучшения демпфирования колебаний ротора за счет улучшения использования магнитной цепи 10 и увеличения электромагнитной связи обмоток, Поставленная цель достигается тем, что в электрическом шаговом двигателе, содержащем зубчатый ротор и статор с зубчатыми 15 полюсными выступами, в пазы между которыми уложены катушки обмоток управления и возбуждения, образуя полюса чередующейся полярности, согласно изобретению, катушки каждой из фаз обмотки управления 20 охватываютвсе полюсные выступы, а одна катушка фазы — m полюсных выступов, при этом каждый полюс включает 2m полюсных выступов при шаге по зубцам смежных полюсных выступов полюса одной полярности 25
ty = т (Кф=), а полюсов разной полярности
- m
tb = tz(Kb + — - — ), Гдв tz — ШаГ ПО ЗубцаМ
1 1
2 2т
РотоРа, m — число фаз, Ky, Kb — Целые числа. 30
Изобретение иллюстрируется фигурой, где представлена развертка зубцовой эоны, размещение катушек обмоток возбуждения и управления, их соединение между собой.
Электрический шаговый двигатель со- 35 держит зубчатый ротор 1 и статор 2 с эубчатыми полюсными выступами 3 — 10. В 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—
m полюсных выступов. В рассматриваемом примере число фаз управления m = 2. Кажzp = 4pm(a - 1) + 2p(2m - 1)(Ky - — ) +
+2р(КЬ + — + ), 1 1
2 2m где р — число пар полюсов.
Тогда для привеДенной на фигуре конструкции, если р =1, Ку = Кь = 1, m = 2, число зубцов на одном полюсном выступе а = 2, знак "+" в скобках, zp = 4-1 2(2 — 1)+ 2 1(2 2 — 1)(1+ ) +
2 2
+2 1(1 + 2 + 2 2 ) = 19.
Шаги — ) - т.. сь = с(1+
1 jÕ
2 2
ty = tz(1 +
1+ 1 7
2 22 4
Ссли при определении шагов принять знак,- в скобках, To ty= tz, tb= — 4tz.
11 11
3 5
Для этого случая число зубцов статора
z< = 4pma = 4.1.2.2 = 16, число зубцов ротора
zp = 15. Шаги по зубцам смежных полюсных
ВЫСТУПОВ ty = — tz u tb = — iz ОбЕСПЕЧИВаЮт
4 4 достаточные по величине щели для укладки обмоток
3 1 1
Ь цу = ty - Ь, = — tz - — tz = — т,.
4 2 4 и
5 1 3
Ьщ = ТЬ - bz = — tz - — tz = — tz.
4 2 4 . Здесь bz < g tz-относительная ширина эуб1 ца статора.
При Ку и Kb, больших единицы, увеличиваются соответственно шаги по зубцам, принадлежащих разным полюсным выступам, возрастает при этом объем паза. Поэтому выбор Ку и К слишком большими нецелесообразен, так как паз может оказаться недостаточно заполненным проводниками катушек обмоток, использование объема становится низким. Поэтому целесообразными значениями при определении шагов по зубцам смежных полюсных выступов ЯвлЯютсЯ Ky Kb = 1, bz = (0,25...0,5)tz, знак "+".
Двигатель работает следующим образом. При подаче постоянного тока в обмотку возбуждения 16 создаются магнитные потоки возбуждения полюсных выступов 3 — 10, Эти потоки обусловливают потокосцепления с фазами обмотки управления 13 и 14; 13 = Ц<у(©3+ Ф4 - Ф5 — Ф6- ©7 - Фд+
+Фо+ Фю): ф14 = Wgy(©4+ Ô5 - Ф6 97 - ФВ - Ô9 +
+Фа- Ф ), 1809506
Лз = Ло = ао+ a1cos(zpa);
Л 4 = Л 1о = ао+ a1cos(zp Q-- 90 );
Л 5 = Л 7 = ао + a1cos(zp а- 180 );
Л6 =Л в = ао+ a1cos(zp а- 270 .), 35 где аои а1 — постоянная и первая гармоники изменения проводимостей, то потокосцепление фазы 13 обмотки управления запи- 40 шется в виде
/13=ЩуРв(Лз+Л4 Л5-Л6 Л7 Лз+Л9
+Л10) = 5,7WKyFea1cos(zp а- 45О), 45 где FB — МДС катушки обмотки возбуждения.
Максимум потокосцепления будет иметь место при повороте ротора вправо на
45о
50 угол а = —.—, что соответствует одной вось%p мой зубцового шага.
При подаче положительного импульса тока в фазу 14 обмотки управления (фаза 13 отключена) — потокосцепление этой обмотки определится равенством
914 = WkyFp(Л4+ il5 Л6+Л 7 Л8 Л9+
+Л1о - з) = 5,7WKyF>a1cos(zp а- 135 ). где WKó — 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- 5 типе — лишь половины полюсных выступов.
Эта особенность расположения обмоток повышает использование магнитной цепи и увеличивает электромагнитные связи обмоток. 10
При 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- 15 люсных выступов 5, 6, 7. 8 эти потоки окажутся направленными встречно, Благодаря этому ротор1будет 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 положенин) 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 поаорр135 те ротора на угол a = — — —, т.е. ротор долzp жен совершить первый шаг вправо. равный четверти зубцового деления.
Если теперь подать отрицательный импульс тока в фазу 13 обмотки управления, потокосцепление
Из = 5,7WkyFea1cos(zp (z-225 ) и ротор совершит очередной шаг на четверть зубцового деления. 8 дальнейшем должен быть подан отрицательный импульс на фазу 14 обмотки, далее положительный на фазу 13 и т.д.
Реверсирование движения ротора может быть достигнуто изменением алгоритма подачи импульсов управления. После поло>кительного импульса на фазе 13 обмотки отрицательный должен быть подан на обмотку 14, Далее отрицательный на фазу 13 обмотки управления, затем положительный на фазу 14 и т,д.
При колебаниях ротора в такой конструкции возрастают наводимые в обмотке управления ЭДС и токи. Энергия колебаний при повышенных значениях переменных токов в фазах обмотки управления быстрей рассеивается в виде тепла на активных сопротивлениях, Таким образом, улучшение использования магнитной цепи и увеличение электромагнитных связей обмоток обусловливают повышение развиваемого момента и надежности путем улучшения демпфирования колебаний ротора, возникающих при отработке шагов.
Формула изобретения
Электрический шаговый двигатель, содержащий зубчатый ротор и статор с зубчатыми полюсными выступами, в пазы между которыми уложены катушки обмоток управления и возбуждения, образуя полюса чередующейся полярности, отличающийся тем, что, с цель1о повышения момента и надежности путем улучшения демпфирования колебаний ротора за счет улучшения использования магнитной цепи и увеличения электромагнитной связи обмоток катушки каждой из фаз обмотки управления охватывают все полюсные выступы, а одна катушка фазы — m полюсных выступов, при этом каждый полюс включает 2m полюсных выступов при шаге по зубцам смежных полюсных выступов полюса одной полярности ty = tz(Ky+ 1/2m), а полюсов разной полярности ta = tz(Ks + 1/2 + 1/2m), где tz— шаг по зубцам ротора; m — число фаз: Ку, Кв — целые числа,
