Электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области шагового маломощного электропривода . Цель состоит в упрощении конструкции. Электродвигатель содержит статор 1 с катушками однофазной обмотки 2 и полюсами 4 и 5 и гибкий ферромагнитный ротор 6. На полюсе 4 статора 1 установлены ролик 7 и винт 8, выступающие в рабочий зазор между статорами 1 и ротором 6. При обесточенной обмотке 2 ротор находится в недеформированном состоянии. При подаче импульса в обмотку 3 у полюсов 4 и 5 статора создается магнитное поле , которое, действуя на гибкий ферромагнитный ротор 6, деформирует его по оси 9. Вследствие этого он вступает в механическое взаимодействие с роликом 7. Из-за смещения ролика 7 относительно оси 9 в воздействии ролика 7 на ротор 6 появляется составляющая , заставляющая ротор 6 поворачиваться . Ротор при деформации и повороте входит в контакт с винтом 8, Q отчего его поворот прекращается« -Этим ® обеспечивается фиксация ротора 6 к концу совершения шага. Винтом 8 можно регулировать величину шага. 6 з.п. ф-лы. 15 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСК б Х

РЕСПУБЛИК (51) 4 Н 02 К 41/06 б б

p(б арпб б б .

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ б,бб

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4075703/24-07, 4075702/24-07, 4075705/24-07 (22) 16.06.86 (46) 07.05.88. Бюл. 11(17 (75) В.В.Арсеньев (53) 621.313.33(088.8) (56) Дискретный электропривод с шаговыми двигателями./Под ред. Б.А.Ивоботенко, В,П.Рубцова и др. — И.: Энер- гия, 19?1, с. 8, рис. )-2. ! (54) ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в области шагового маломощного электропривода. Цель состоит в упрощении конструкции. Электродвигатель содержит статор 1 с катушками однофазной обмотки 2 и полюсами 4 и 5 и гибкий ферромагнитный ротор 6. На полюсе 4 статора 1 установлены ролик 7 и винт

„„ЯО„„1394351 А 1

8, выступающие в рабочий зазор между статорами 1 и ротором 6. При обесточенной обмотке 2 ротор находится в недеформированном состоянии. При подаче импульса в обмотку 3 у полюсов

4 и 5 статора создается магнитное поле, которое, действуя на гибкий ферромагнитный ротор 6, деформирует его по оси 9. Вследствие этого он вступает в механическое взаимодействие с роликом 7. Из-за смещения ролика 7 относительно оси 9 в воздействии ролика 7 на ротор 6 появляется составляющая, заставляющая ротор 6 поворачиваться. Ротор при деформации и повороте входит в контакт с винтом 8, О отчего его поворот прекращается, Этим обеспечивается фиксация ротора 6 к концу совершения шага. Винтом 8 можно регулировать величину шага. 6 з,п. С, ф-лы. 15 ил.

1394351

Изобретение относится к электротехнике, к электромашиностроению и может быть использовано в области шагового маломощного электропривода.

Цель изобретения — упрощение конструкции и обеспечение реверса.

На фиг.1 показан первый вариант шагового электродвигателя поперечный разрез; на фиг.2 — сечение А-А на фиг.1; на фиг..3 — график зависимости питающего напряжения от времени; на фиг.4 — часть шагового электродвигателя; на фиг,5 — то же, с винтом; на фиг.б — второй вариант электродвигателя, поперечный разрез; на фиг. 7 третий вариант электродвигателя, поперечный разрез; на фиг.8 — сечение

Б-Б на фиг.7; на фиг.9 — сечение В-В на фиг.7; на фиг.10 — четвертый вариант электродвигателя; на фиг.11 схема для питания электродвигателя; на фиг.l2 — пятый вариант электродвигателя, поперечный разрез, на фиг. 13— разрез Г-Г на фиг.12; на фиг.14— разрез Д-Д на фиг.12; на фиг.15 — сечение Е-Е на фиг.12.

Электродвигатель (фиг . 1 — I 5) соде ржит статор 1 с катушками однофазной обмотки 2, вал 3, полюса 4 и 5 статора, а такие гибкий ферромагнитный ротор 6, установленный на валу 3 между полюсами 4 и 5 статора., 35

На полюсе 4 статора установлен ролик 7 ипи,тело качения с неподвижной относительно статора осью вращения, а также винт 8 или фиксатор.

Ролик 7 и винт 8 расположены по 4О разные стороны от оси 9 полюсов 4 и

5 статора, ролик и винт выступают в рабочий зазор между статором и ротором. Выход ролика 7 в рабочий зазор значительнее, чем выход винта 8. Выход винта 8 в рабочий зазор легко регулируется, ролик 7 и винт 8 можно выполнять из неферромагнитных материалов, ролик 7 может устанавливаться на статоре с помощью соответствующей оси или гнезда, а из множества конструкций главного ферромагнитного гибкого ротора 6 наиболее удобна конструкция из гибкой оболочки, надетой на жесткий вал или втулку, с заполнением полости под оболочкой рото«55 ра жидким ферромагнитным веществом.

Шаговый электродвигатель работает следующим образом.

При обесточенной обмотке 2 гибкий ротор б находится в недеформированном состоянии (фиг,l).

Для совершения шага на обмотку 2 статора, например, в момент времени подается импульс напряжения (фиг.3).

От протекания тока по обмотке 2 у полюсов 4 и 5 статора создается магнитное поле, которое, действуя на гибкий ферромагнитный ротор 6, деформирует его по оси 9.

Деформируясь магнитным полем полюсов статора, гибкий ротор 6 механически взаимодействует с роликом 7.

Иными словами, гибкий ротор 6 при его деформации нажимает на ролик 7, а ролик 7 соответственно — на ротор

6. При этом, в силу того, что ролик

7 расположен не на оси 9, а смещен относительно нее, в воздействии ролика 7 на ротор 6 появляется составляю- щая, заставляющая ротор 6 поворачиваться.

Продолжая деформироваться и поворачиваться прн этом на небольшой угол или шаг, гибкий ротор далее входит в контакт с выступом-винтом

8. Положение деформированного ротора 6, сцепившегося с винтом 8, показано на фиг.4 прерывистой кривой. От сцепления гибкого ротора 6 с выступом-винтом 8 статора дальнейший поворот ротора прекращается. Таким образом, получается, что к концу совершения шага гибкий ротор 6, находясь в максимально деформированном состоянии, защемляется между роликом 7 и выступом-винтом 8. Этим и обеспечивается фиксация ротора 6 к концу совершения шага.

Сохраняя питание обмотки 2 (фиг ° 3) можно обеспечивать указанную фиксацию ротора на любое длительное время.

Если требуется совершить следующий шаг ротора 6, то с обмотки 2 следует снять импульс питающего напряжения, например, на время t q - С (где — время начала паузы, t > — время окончания паузы, фиг.3).

При начале паузы (т.е. при обесточивании обмотки 2) ротор 6, возвращаясь в исходное (недеформированное) состояние, выходит из сцепления с выступом-винтом 8. После возвращения ротора 6 в недеформированное (или круговое) состояние на обмотку 2, например в момент времени и з (фиг.3), l 394351 опять подают напряжение питаниг.

Этим обеспечивается вторичная деформация ротора 6 магнитным полем полюсов 4 и 5 статора и совершение следующего шага. Толкание ротора при со5 вершении шага обеспечивается давлением ролика 7 на ротор 6. После совершения шага зажимом ротора 6 между роликом 7 и винтом 8 обеспечивается фиксация ротора 6 в неподвижном положении. Сохранением питания обмотки 2 обеспечивается сохранение надежной фиксации ротора 6 на любое требуемое время. 15

Изменяя частоту импульсов питающего напряжения, можно изменять и частоту вращения двигателя.

Если наконечник у фиксатора-винта

8 (фиг.5) выполнять жестким, то окон- 20 чание каждого шага можно делать быстрыми (резким), а если наконечник винта 8 выполнить из эластичного материала, то окончание шага будет мягче и плавнее. 25

Обмотку 2 статора можно питать как импульсами постоянного тока (фиг.3), так и переменным током.

Регулированием винта 8 можно регулировать и величину шага электродвигателя. Указанное шаговое движение реализуется в электродвигателе (фиг.l) весьма простой конструкции, для его питания и управления не требуется сложный коммутатор, Коммутиро35 вать цепь обмотки электродвигателя можно, например, и с помощью простейmего бесконтактного реле или ключа.

Указав на работу и особенности данного шагового электродвигателя, можно также отметить, что ролик и фиксатор-винт может иметь не только полюс 4 статора (фиг.l), но и полюс

5. Вариант двигателя с роликами и винтами на обоих полюсах статора по-а5 казан на фиг.6. В этом варианте на полюсе 4 имеются ролик 7 и винт 8, а на полюсе 5 — ролик 10 и фиксаторвинт ll, это дает толкание ролика 6 (в ходе совершения шага) с обеих сторон, и фиксацию его также с обеих сторон.

Кроме нереверсивных вариантов шагового электродвигателя (фиг.l и 6) возможны также и реверсивные варианты двигателя.

По одному из реверсивных вариантов шагового электродвигателя (фиг.79) в составе его конструкции, помимо ранее указанных элементов, содержат ся также полюса 12 и 13 с катушками дополнительной однофазной обмотки 14 °

На полюсе 12 установлены ролик 15 (тело качения) и фиксатор-винт 16, аналогичные ролику 7 и фиксатору-винту 8. Такая конструкция электродвигателя (фиг.7) позволяет реализовывать шаговое и непрерывное вращение ротора 6 как в одну, так и в другую стороны.

При подаче импульсов тока на обмотку 6 полюсов 4 и 5 статора электродвигатель (фиг.7) совершает шаговое движение в одну сторону врщения.

При этом ротор 6 деформируется полем полюсов 4 и 5 по оси 9 и толкается в ходе шага с помощью ролика 7. После каждого шага сохранением питания обмотки 2 (фиг.3) обеспечивается за- . жим деформированного ротора 6 между .роликом 7 и выступом-винтом 8. Этим обеспечивается фиксация ротора 6 в неподвижном положении. А если команды на совершение шагов (в виде импульсов и пауз) подавать на обмотку

14 (при обесточенной обмотке 2), то данный шаговый электродвигатель (фиг.7) будет совершать шаговое движение в другую сторону. При таком режиме (или реверсе) ротор 6 деформируется полем полюсов 12 и 13 по оси !

7 и толкается в ходе каждого шага с помощью ролика 15. После каждого шага (в обратном направлении) сохранением питания обмотки 14 соответствующим током обеспечивается фиксация ротора 6 в неподвижном положении с помощью защемления ротора 6 между роликом 15 и винтом 16.

Вариант шагового электродвигателя по фиг.10 отличается от варианта по фиг.7 тем, что ролики и фиксаторывинты статсра установлены на немагнитных частях (или лапах ) полюсов.

Ролик 7, винты 8 и 16 и ролик 15 размещены соответственно на немагнитных частях 18-21 полюсов статора. Кроме того, ролики и выступы помещены на немагнитных частях всех полюсов. У полюсов 5 и 13 установлены соответственно ролик 22 и винт 23, а также ролик 24 и винт 25. Конструкция по фиг.10 способна обеспечить реверсивность. При подаче команд шагов (в виде импульсов и пауз) на обмотку 2 обеспечивается прямое шаговое движение ротора (взаимодействием его с ро

1394351 ликами 7 и 22 и винтами 8 и 23), а при подаче импульсов и пауз на обмотку 14 обеспечивается обратное шаговое движение ротора (путем взаимодействия его с роликами 15 и 24 и винтами 16

5 и 25).

В вариантах по фиг.7 и 10 путем регулирования винтов (например, винтов

8 и 16) можно регулировать и величины прямого и обратного, Питание обмоток 2 и 14 можно осуществлять как по раздельным приводным линиям, так и по одной двухпроводной линии питания.

В последнем случае обмотки 2 и 14 электродвигателя подключаются к клеммам 26 и 27 (фиг.ll) двухпроводной линии питания через диоды 28 и 29. В этом случае (фиг.ll) подачей питания положительной полярности обеспечивается ход ротора в одну сторону, а подачей питания отрицательной полярности — ход ротора 6 в другую сторону, Реверсивный вариант шагового электродвигателя показан на фиг.12-15, в соответствии с которым статор электродвигателя выполняется на двух Е-образных электромагнитах, уходящих в разные торцы электродвигателя. Первая

E-образная система статора выполняет30 ся на полюсах 4 и и обмотке 2, расположенной у первого торца электродвигателя, а вторая Е-образная система статора выполняется на полюсах 12 и 13 и обмотке 14, расположенной у второго торца статора электродвигате- 3" ля. Е-образные электромагниты статора повернуты друг относительно друга и расположены в одном корпусе.

При работе данного варианта электродвигателя подачей импульсов и пауз на обмотку 14 обеспечивается обратный ход ротора. После каждого шага сохранением питания обмотки 2 и

14 можно обеспечить длительную фиксацию ротора 6 в неподвижном угловом поф5 ложении. Регулировкой винтов 8 или 16 можно регулировать величины шагов как при прямом, так и при обратном. Часто совершением мелких шажков можно реализовывать и непрерывное вращение ротора.

Во всех вариантах предлагаемого электродвигателя достигается существенное упрощение конструкции по сравнению с известными. формула изобретения

1. Электродвигатель, содержащий статор, электромагнитная система которого содержит полюса с катушками возбуждения и гибкий ротор, установленный на выходном валу, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения конструкции, он снабжен телами качения и фиксаторами, магнитная система выполнена в виде пары противолежащих полюсов, расположенных на одной оси, проходящей через середину ротора, а по крайней мере на одном из полюсов по разные стороны от его оси установлены выступающие в рабочий зазор тело качения и фиксатор.

2. Электродвигатель по п.l, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью обеспечения реверса, ок снабжен второй парой противолежащих полюсов, перпендикулярной первой, 3. Электродвигатель по пп.l и 2, отличающийся тем, что полюса статора выполнены с немагнитными частями, на которых размещены тела качения и фиксаторы.

4 ° Электродвигатель по п.l, о тл и ч а ю шийся тем, что тела качения выполнены в виде ролика, ось которого параллельна валу и закреплена в полюсе.

5. Электродвигатель по п,l, о т— л и ч а ю шийся тем, что фиксатор выполнен в виде винта, установленного в сквозном резьбовом отверстии, выполненном в полюсе.

6. Электродвигатель по п.5, о т л и ч а ю шийся тем, что винт снабжен наконечником из эластичного материала.

7. Электродвигатель по пп.1-6, отличающийся тем, что магнитная система каждой пары полюсов выполнена в виде Е-образных магнитов, на среднем стержне которых размещена обмотка возбуждения, концентричная валу ротора, а полюса— на средних стержнях.

l 39435 !! 394351

QU8 .5

1394351

139435!

1394351

r-/

Фиг. 7У

А-,4

139435t

Составитель С.Пахомов

Техред М.Дидык

Корректор А. Обруч ар °

Редактор В.Бугренкова

Заказ 2232/52 Тираж 665 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4