RU2031523C1 - Stepping electric motor - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: stepping electric motor is designed for stepping electric drives. It has hollow rotor composed of alternating ferromagnetic teeth and nonmagnetic inserts and stator incorporating ferromagnetic sections with windings separated by nonmagnetic sections and poles facing rotor. Ferromagnetic teeth alternating with nonmagnetic inserts are located between poles of each ferromagnetic section of stator over circumference. Number of inserts exceeds number of ferromagnetic teeth by one. Angular extents of teeth of stator and nonmagnetic inserts of stator are equal to corresponding angular extents of teeth and nonmagnetic inserts of rotor. Angular extents of nonmagnetic insert, ferromagnetic tooth and pole of section of stator as well as number of magnetic teeth of section of stator and number of tooth divisions of rotor are tied up with relations given in description of invention. EFFECT: enhanced operational precision of electric motor. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к шаговым электродвигателям, и может быть использовано в шаговом электроприводе различных производственных механизмов, а также в безредукторных электроприводах роботов и манипуляторов преимущественно для осуществления дискретного вращательного движения. The invention relates to electrical engineering, namely to stepper motors, and can be used in a stepper electric drive of various production mechanisms, as well as in gearless electric drives of robots and manipulators mainly for discrete rotational motion.

Известен электрический шаговый двигатель, содержащий полый ферромагнитный ротор и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками. Полый ротор образован аксиально расположенными ферромагнитными зубцами, консольно закрепленными на торцовой поверхности диска. Статор состоит из U-образных магнитопроводов с обмотками и зубчатыми полюсами, примыкающими к наружной и внутренней поверхностям полого ротора [1]. Known electric stepper motor containing a hollow ferromagnetic rotor and a stator, consisting of separated by non-magnetic sections of the ferromagnetic sections with windings. The hollow rotor is formed by axially spaced ferromagnetic teeth, cantilevered on the end surface of the disk. The stator consists of U-shaped magnetic cores with windings and toothed poles adjacent to the outer and inner surfaces of the hollow rotor [1].

Однако такой двигатель имеет малую величину удельного электромагнитного момента. However, such an engine has a small specific electromagnetic moment.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является шаговый электродвигатель, содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных участков, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, расположенных снаружи и внутри ротора, причем ширина зубьев ротора, расстояние между ними, ширина полюсов секции статора и расстояние между полюсами равны [2]. The closest in technical essence to the present invention is a stepper motor containing a hollow rotor, consisting of alternating ferromagnetic teeth and non-magnetic sections, and a stator, consisting of separated non-magnetic sections of ferromagnetic sections with windings and poles located outside and inside the rotor, the width of the rotor teeth , the distance between them, the width of the poles of the stator section and the distance between the poles are equal [2].

Недостатком такого двигателя является малая величина удельного электромагнитного момента. The disadvantage of this engine is the small value of the specific electromagnetic moment.

Цель изобретения - повышение удельного электромагнитного момента двигателя. The purpose of the invention is to increase the specific electromagnetic moment of the engine.

Цель достигается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных вставок, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, обращенными к ротору, между полюсами каждой ферромагнитной секции статора расположены ферромагнитные зубцы, чередующиеся вдоль окружности ротора с немагнитными вставками, число которых на единицу больше числа ферромагнитных зубцов, угловая протяженность ферромагнитных зубцов и немагнитных вставок статора равна соответственно угловой протяженности зубцов и немагнитных вставок ротора, причем угловые протяженности немагнитной вставки, ферромагнитного зубца и полюса секции статора, а также число магнитных зубцов секции статора и число зубцовых делений ротора связаны соотношениями:
α =

(β - γ)
N = mM(n -

+ 1+ K) где m - число фаз статора;
n - число магнитных зубцов между полюсами одной секции статора;
М - число секций фазы статора;
N - число зубцовых делений ротора;
К = 0,1,2,... - целое число зубцовых делений между секциями фаз статора;
α - угловая протяженность полюса секции статора;
β - угловая протяженность ферромагнитного зубца;
γ - угловая протяженность немагнитной вставки.The goal is achieved by the fact that in a stepping motor containing a hollow rotor, consisting of alternating ferromagnetic teeth and non-magnetic inserts, and a stator, consisting of ferromagnetic sections separated by non-magnetic sections with windings and poles facing the rotor, ferromagnetic teeth are located between the poles of each ferromagnetic section of the stator alternating along the circumference of the rotor with non-magnetic inserts, the number of which is one more than the number of ferromagnetic teeth, the angular length of the ferromagnetic teeth and non-magnetic itnyh stator inserts respectively equal angular extent of the rotor teeth and non-magnetic inserts, wherein the angular extent of the non-magnetic insert of ferromagnetic teeth and stator pole sections, as well as the number of magnetic teeth of the stator sections and the number of the tooth divisions rotor are related by:
α =

(β - γ)
N = mM (n -

+ 1+ K) where m is the number of phases of the stator;
n is the number of magnetic teeth between the poles of one section of the stator;
M is the number of stator phase sections;
N is the number of tooth divisions of the rotor;
K = 0,1,2, ... - an integer number of tooth divisions between sections of the stator phases;
α is the angular extension of the pole of the stator section;
β is the angular extent of the ferromagnetic tooth;
γ is the angular extent of the non-magnetic insert.

На чертеже представлена конструктивная схема трехфазного шагового электродвигателя, фазы которого имеют одну секцию, и схема замыкания магнитного потока. The drawing shows a structural diagram of a three-phase stepper motor, the phases of which have one section, and the circuit circuit of the magnetic flux.

Шаговый электродвигатель содержит немагнитный корпус 1, в котором расположены секции фаз A,B и С статора, включающие соответственно П-образные магнитопроводы 2-4 с обмотками возбуждения 5,6; 7,8 и 9,10. Между полюсами каждой секции расположены чередующиеся вдоль окружности ротора немагнитные вставки 11 и магнитные зубцы 12 статора. The stepper motor contains a non-magnetic casing 1, in which sections of the stator phases A, B and C are located, respectively comprising U-shaped magnetic circuits 2-4 with excitation windings 5.6; 7.8 and 9.10. Between the poles of each section there are non-magnetic inserts 11 and stator magnetic teeth 12 alternating along the circumference of the rotor.

Ротор состоит из чередующихся немагнитных вставок 13 и магнитных зубцов 14. Угловая протяженность γ немагнитных вставок и угловая протяженность β магнитных зубцов статора соответственно равны угловой протяженности немагнитных вставок и зубцов ротора. Угловая протяженность полюса секции статора составляет
α =

(β - γ)
Магнитопровод секции фазы B имеет угловой сдвиг относительно фазы A на 1/3 зубцового деления, и магнитопровод фазы С имеет угловой сдвиг относительно фазы A на 2/3 зубцового деления τ. Двигатель может иметь m фаз, каждая из которых может состоять из М секций.The rotor consists of alternating non-magnetic inserts 13 and magnetic teeth 14. The angular length γ of the non-magnetic inserts and the angular length β of the magnetic stator teeth are respectively equal to the angular length of the non-magnetic inserts and rotor teeth. The angular extension of the pole of the stator section is
α =

(β - γ)
The magnetic circuit of the phase B section has an angular shift relative to phase A by 1/3 of the tooth division, and the magnetic circuit of phase C has an angular shift from phase A by 2/3 of the tooth division τ. An engine may have m phases, each of which may consist of M sections.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При подключении катушек 5,6 фазы A к источнику питания возникает магнитный поток Ф, который последовательно замыкается через рабочие воздушные зазоры между зубцами ротора 14 и зубцами 12 и полюсами статора. Под действием электромагнитного момента ротор займет положение, когда его зубцы 14 под фазой A будут соосны немагнитным вставкам 11 статора секции фазы A. При этом угловое перемещение ротора, т.е. шаг двигателя равен

=

При последовательной коммутации фаз осуществляется вращение ротора в направлении, определяемом очередностью включения фаз.When connecting the coils of 5.6 phase A to the power source, a magnetic flux Φ occurs, which sequentially closes through the working air gaps between the teeth of the rotor 14 and the teeth 12 and the poles of the stator. Under the influence of the electromagnetic moment, the rotor will occupy the position when its teeth 14 under phase A will be aligned with the non-magnetic inserts 11 of the stator of the phase A section. The angular displacement of the rotor, i.e. motor pitch is

=

With sequential switching of phases, the rotor rotates in the direction determined by the sequence of phases.

Предлагаемый двигатель характеризуется повышенным удельным электромагнитным моментом, так как наличие нескольких последовательно расположенных рабочих воздушных зазоров снижает начальную магнитную проводимость эквивалентного рабочего воздушного зазора и уменьшает насыщение стали. При этом снижется постоянная составляющая магнитного потока в магнитной системе, а переменная составляющая увеличивается. The proposed engine is characterized by a high specific electromagnetic moment, since the presence of several successively arranged working air gaps reduces the initial magnetic conductivity of the equivalent working air gap and reduces the saturation of the steel. In this case, the constant component of the magnetic flux in the magnetic system decreases, and the variable component increases.

Claims (1)

ШАГОВЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных вставок, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, обращенными к ротору, отличающийся тем, что, с целью повышения удельного электромагнитного момента, между полюсами каждой ферромагнитной секции статора расположены по окружности ферромагнитные зубцы, чередующиеся с немагнитными вставками, число которых на единицу больше числа ферромагнитных зубцов, угловая протяженность ферромагнитных зубцов статора и немагнитных вставок статора равна соответственно угловой протяженности зубцов и немагнитных вставок ротора, причем угловые протяженности немагнитной вставки, ферромагнитного зубца и полюса секции статора, а также число магнитных зубцов секции статора и число зубцовых делений ротора связаны соотношениями

где m - число фаз статора;
n - число магнитных зубцов между полюсами одной секции;
M - число секций фазы статора;
N - число зубцовых делений ротора;
K = 0,1,2... - целое число зубцовых делений между секциями фаз статора;
α - угловая протяженность полюса секции статора;
b - угловая протяженность ферромагнитного зубца;
g - угловая протяженность немагнитной вставки.STEP MOTOR, containing a hollow rotor, consisting of alternating ferromagnetic teeth and non-magnetic inserts, and a stator, consisting of ferromagnetic sections separated by non-magnetic sections with windings and poles facing the rotor, characterized in that, in order to increase the specific electromagnetic moment, between the poles of each around the circumference of the ferromagnetic section of the stator are ferromagnetic teeth alternating with non-magnetic inserts, the number of which is one more than the number of ferromagnetic teeth, the angular prot The intensity of the ferromagnetic teeth of the stator and non-magnetic inserts of the stator is respectively the angular extent of the teeth and non-magnetic inserts of the rotor, and the angular lengths of the non-magnetic insert, ferromagnetic tooth and the pole of the stator section, as well as the number of magnetic teeth of the stator section and the number of tooth divisions of the rotor are related by

where m is the number of phases of the stator;
n is the number of magnetic teeth between the poles of one section;
M is the number of stator phase sections;
N is the number of tooth divisions of the rotor;
K = 0,1,2 ... - an integer number of tooth divisions between the stator phase sections;
α is the angular extension of the pole of the stator section;
b is the angular extent of the ferromagnetic tooth;
g is the angular extent of the non-magnetic insert.

Images