Реактивный шаговый электродвигатель

 

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей выполнения шаговых двигателей. Сущность изобретения состоит в том, что между торцами частей 1 и 2 немагнитного корпуса установлен П-образный магнитопровод 3, несущий обмотку управления 4 и имеющий на концах по паре одинаковых полюсов 5. Ротор 8 выполнен с четырьмя попарно одинаковыми зубцами 9 и 10. Фиксирующие ротор постоянные магниты установлены в корпусе. При этом часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с меньшей угловой протяженностью, а часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с большей угловой протяженностью. Технический результат изобретения состоит в упрощении и удешевлении технологии изготовления при одновременном уменьшении габаритов и обеспечении унификации двигателей. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к миниатюрным электрическим машинам для точного приборостроения, в частности к шаговым электродвигателям реактивного типа для часов.

Известны реактивные шаговые электродвигатели, содержащие немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления магнитопровод, имеющий две пары одинаковых полюсов, ротор с двумя попарно одинаковыми зубцами и одинаковые постоянные магниты, фиксирующие ротор [см., например, патент Российской Федерации 2020700, кл. 5 H 02 K 37/00, 1987].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является реактивный шаговый электродвигатель, содержащий немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления плоский П-образный магнитопровод, имеющий на концах по паре одинаковых полюсов, ротор с четырьмя попарно одинаковыми зубцами, по меньшей мере, два одинаковых постоянных магнита, фиксирующих ротор, которые установлены в корпусе [см. А.с. СССР 1711301, кл. 5 H 02 K 37/00, 1987 г.].

Известные двигатели не позволяют уменьшить размер в плане, упростить и удешевить двигатели разной мощности.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии изготовления с возможностью уменьшения габарита в плане и унификации двигателей.

Указанный результат достигается тем, что в реактивном шаговом электродвигателе, содержащем немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления плоский П-образный магнитопровод, имеющий на концах по паре одинаковых полюсов, ротор с четырьмя попарно одинаковыми зубцами, по меньшей мере, два одинаковых постоянных магнита, фиксирующих ротор, которые установлены в корпусе, часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с меньшей угловой протяженностью, а часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с большей угловой протяженностью.

Магниты могут быть установлены симметрично как относительно оси вращения ротора, так и относительно торцов ротора.

Магниты предпочтительно выполнить в виде цилиндров с соотношением размера вдоль оси к диаметру в пределах 1/5...1 и намагниченных вдоль цилиндра.

Немагнитный промежуток между торцами магнитов и ротора целесообразно выполнить в 5...15 раз больше радиального зазора между ротором и магнитопроводом.

Ротор может быть выполнен с образованием зубцов разной угловой протяженности в аксиальном направлении, части ротора могут быть выполнены одинаковыми и развернуты друг относительно друга на четверть оборота.

По меньшей мере, часть магнитов может быть установлена со стороны внешних по отношению к ротору торцов частей корпуса.

Изобретение поясняется простейшим из примеров его реализации.

На фиг. 1 показан разрез по стрелкам фиг.2, на фиг.2 - вид со стрелками фиг. 1, на фиг.3 поясняется размещение числа магнитов в корпусе при конфигурации двигателя согласно фиг.2 и 4, на фиг.5 и 6 поясняется принцип действия простейшего из исполнений двигателя.

Шаговый двигатель содержит немагнитный корпус из двух частей 1 и 2, между параллельными торцами которых закреплен П-образный магнитопровод 3, несущий обмотку управления из двух включенных согласно одинаковых катушек 4 и имеющий на концах по паре одинаковых зубцов-полюсов 5. На валу 6 в опорах вращения 7 установлен ротор 8 с четырьмя попарно одинаковыми зубцами 9 и 10. Фиксирующие ротор постоянные магниты 11 и 12 установлены напротив торцов зубцов ротора 9 и 10 в отверстиях 13 частей корпуса 1 и 2.

В простейшем случае двигатель может быть выполнен с двумя магнитами. Один из магнитов установлен напротив торца зубца 9 ротора 8 с меньшей угловой протяженностью, а другой магнит установлен напротив торца зубца 10 ротора 8 с большой угловой протяженностью.

Отверстия 13 для установки магнитов в частях корпуса 1 и 2 могут быть выполнены со стороны внешних по отношению к ротору торцов корпуса симметрично относительно оси вращения ротора и/или симметрично относительно торцов ротора.

Магниты, для простоты, предпочтительно выполнить в виде цилиндров с соотношением размера вдоль оси к диаметру в пределах 1/5...1 и намагниченных вдоль оси цилиндра.

При этом немагнитный промежуток, образованный между торцами магнитов 11, 12 и зубцами 9, 10 ротора 8, в 5...15 раз больше, чем радиальный зазор между ротором 8 и зубцами-полюсами 5 магнитопровода 3.

В одной из модификаций двигателя зубцы 9 и 10 могут быть смещены в аксиальном направлении. В этом случае, по меньшей мере, по одному магниту 11 и 12 можно разместить параллельно напротив друг друга в частях 1 и 2 корпуса. При таком исполнении ротор может быть выполнен из двух одинаковых частей, каждая из которых имеет зубцы 9 и 10. При этом части ротора развернуты по отношению друг к другу на 1/4 оборота. Соотношение угловой протяженности зубцов 9 и 10 - 1:2, а впадины между зубцами - 2:1. Магниты 11, 12 и полюса 5 магнитопровода занимают угловую протяженность в половину угловой протяженности впадин между полюсами магнитопровода. Протяженность углового промежутка между краями полюсов и магнитов - половина протяженности полюсов.

Двигатель работает следующим образом.

При отсутствии тока в обмотке из катушек 4 зубцы 9 и 10 зафиксированы в положении, например, согласно фиг.2 относительно зубцов-полюсов 5 магнитопровода 3 благодаря, по меньшей мере, одной паре магнитов 11 и 12.

При появлении тока в катушках 4 зубцы 10 и 9 ротора 8 стремятся занять положение согласно фиг.5, если исходным положением является положение ротора согласно фиг.2. Тогда по окончании импульса тока ротор перемещается в положение согласно фиг.6 под действием момента фиксации магнитов 11, 12.

Из исходного положения ротора согласно фиг.6 следующее шаговое перемещение ротора происходит также, как описано выше.

Размещение всего лишь одной пары магнитов в торцевых отверстиях, по меньшей мере, одной части корпуса позволяет уменьшить размер двигателя в плане. При этом за счет магнитов с высокой энергией (например, из самарий-кобальта) можно ограничить аксиальный размер магнита в пределах 1/5...1 от диаметра. При этом части корпуса с магнитами не будут выступать за толщину намотки катушек 4.

Варьируя количество и взаиморасположение магнитов в отверстиях 13 частей корпуса 1 и 2, можно обеспечить изменение в широких пределах величины фиксирующего момента. За счет этого один и тот же двигатель может быть выполнен для работы с разным уровнем вращающего момента и потребляемого тока. Включение катушек последовательно или параллельно на разное напряжение также позволяет обеспечить унификацию.

Размещение магнитов с внешней по отношению к торцам ротора стороны частей корпуса обеспечивает унификацию и исполнение двигателей с разным уровнем момента и потребления из одних и тех же деталей.

В случае простейшего из вариантов реализации изобретения, который подробно описан в описании заявки, оба одинаковых магнита установлены на одной из частей корпуса со смещением друг относительно друга по окружности оси вращения ротора на четверть оборота, причем ось каждого из магнитов установлена в одной из плоскостей симметрии корпуса, в которой расположена ось вращения ротора.

Формула изобретения

1. Реактивный шаговый электродвигатель, содержащий немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления П-образный магнитопровод, имеющий на концах по паре одинаковых полюсов, ротор с четырьмя попарно одинаковыми зубцами, по меньшей мере, два одинаковых постоянных магнита, фиксирующих ротор, которые установлены в корпусе, отличающийся тем, что часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с меньшей угловой протяженностью, а часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с большей угловой протяженностью.

2. Шаговый электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что магниты установлены симметрично относительно оси вращения ротора.

3. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что магниты установлены симметрично относительно торцов ротора.

4. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что магниты выполнены в виде цилиндров с соотношением размера вдоль оси к диаметру в пределах 1/5-1 и намагничены вдоль оси цилиндра.

5. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что немагнитный промежуток между торцами магнитов и ротора в 5-15 раз больше радиального зазора между ротором и магнитопроводом.

6. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что ротор выполнен с образованием зубцов разной угловой протяженности в аксиальном направлении.

7. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что ротор в аксиальном направлении выполнен из двух частей, развернутых по отношению друг к другу на четверть оборота.

8. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что части ротора одинаковы.

9. Шаговый электродивигатель по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть магнитов установлена со стороны внешних по отношению к ротору торцов частей корпуса.

10. Шаговый электродвигатель по любому из пп.1, 4 и 5, отличающийся тем, что оба магнита установлены на одной из частей корпуса со смещением друг относительно друга по окружности оси вращения ротора на четверть оборота, причем ось каждого из магнитов установлена в одной из плоскостей симметрии корпуса, в которой лежит ось.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6