RU2074489C1

RU2074489C1 - Stepping electric motor

Info

Publication number: RU2074489C1
Application number: RU94004255A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Лузин
Original assignee: Михаил Иванович Лузин
Priority date: 1994-02-10
Filing date: 1994-02-10
Publication date: 1997-02-27

Abstract

FIELD: automatic systems. SUBSTANCE: stepping electric motor includes rotor 1 with teeth 2 uniformly distributed over circumference and stator 3 with m-phase zones displaced through 1/m of teeth division τ of rotor relative to each other. Each zone includes one tooth pole 4 with phase coil of winding. Coils of even and odd phases gave opposite directions of winding to ensure alternation of polarity of tooth poles 4. Angle between centers of adjacent teeth of tooth poles is calculated by formula a = τ(n±1/m). Pulses of current are fed by phases creating rotary magnetic field in stator 3 which closes through adjacent poles 4 and sets rotor 1 in motion. EFFECT: increased functional capabilities. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, в частности к шаговым электродвигателям. The invention relates to electrical engineering, in particular to stepper motors.

Известны шаговые электродвигатели, содержащие зубчатый пассивный ротор, статор с m-фазной обмоткой и смещенными относительно друг друга на I/m-зубцового деления ротора фазными зонами, каждая из которых состоит из диаметрально расположенных зубчатых полюсов, охватываемых катушками фазных обмоток (Юферов Ф. М. Электрические машины автоматических устройств. М. Высшая школа, 1988, с. 348-358). Known stepper motors containing a gear passive rotor, a stator with an m-phase winding and phase zones displaced relative to each other by I / m-tooth division of the rotor, each of which consists of diametrically spaced gear poles covered by coils of phase windings (Yufer F. M Electrical Machines of Automatic Devices. M. Higher School, 1988, pp. 348-358).

Основными недостатками таких шаговых двигателей являются сравнительные низкие энергетические и массогабаритные показатели, так как в них значительная часть потока фазы замыкается через диаметрально расположенные полюса, что приводит к повышенным потерям в стали и меди двигателей. Кроме того, из-за сравнительно большого числа зубчатых полюсов, а соответственно и катушек статора, равного 2-m, такие двигатели являются нетехнологичными особенно при малогабаритном исполнении. The main disadvantages of such stepper motors are the comparatively low energy and weight and size indicators, since in them a significant part of the phase flow is closed through diametrically located poles, which leads to increased losses in the steel and copper of the motors. In addition, due to the relatively large number of toothed poles, and, accordingly, stator coils of 2 m, such motors are low-tech, especially with a small design.

Частично указанные недостатки устранены в шаговом электродвигателе, у которого ротор выполнен с нечетным числом зубцов Z_p, а статор с числом фазных зон, равным числу фаз m, смещенных относительно друг друга на I/m зубцового деления ротора τ = 360^°/Z_p, каждая из которых состоит из двух рядом расположенных зубчатых полюсов, охватываемых последовательно встречно соединенными между собой катушками фазы, при этом угол между серединами крайних смежных зубцов этих двух зубчатых полюсов α = m•n•τ, а угол между серединами смежных зубцов зубчатых полюсов соседних фазных зон b = (m/2•k+1)•τ, где n и k любые целые числа, не равные 0 (патент РФ N 1820982, кл. Н 02 К 37/00, 1993).Partially indicated disadvantages are eliminated in a stepper motor, in which the rotor is made with an odd number of teeth Z _p and the stator with the number of phase zones equal to the number of phases m displaced relative to each other by I / m of gear division of the rotor τ = 360 ^° / Z _p , each of which consists of two adjacent toothed poles, covered by phase coils in series opposite to each other, with the angle between the midpoints of the extreme adjacent teeth of these two toothed poles α = m • n • τ, and the angle between the middle of the adjacent toothed teeth of the field of neighboring phase zones b = (m / 2 • k + 1) • τ, where n and k are any integers not equal to 0 (RF patent N 1820982, CL N 02 K 37/00, 1993).

В таком шаговом двигателе, благодаря замыканию потока фазы через смежные зубчатые полюса, значительно уменьшаются потери в стали и меди и соответственно повышаются его энергетические и массогабаритные показатели. Однако число зубчатых полюсов и катушек статора остается равным 2m, поэтому при малогабаритном исполнении такие двигатели являются также нетехнологичными. In such a stepper motor, due to the closure of the phase flow through adjacent toothed poles, losses in steel and copper are significantly reduced and, accordingly, its energy and weight and size indicators are increased. However, the number of toothed poles and stator coils remains equal to 2m, therefore, with a small design, such motors are also low-tech.

Цель изобретения устранение указанного недостатка, т. е. повышение технологичности изготовления шагового электродвигателя, а также частоты его приемистости. The purpose of the invention is the elimination of this drawback, that is, increasing the manufacturability of the manufacture of a stepper motor, as well as the frequency of its throttle response.

Цель достигается тем, что шаговый электродвигатель, содержащий ротор с нечетным числом зубцов Z_p и статор с m-фазными зонами, смещенными относительно друг друга на I/m-зубцового деления ротора

, где m число фаз, равное четному числу, и обмотку статора, каждая катушка которой охватывает зубчатый полюс статора, выполнен с одним зубчатым полюсом в фазной зоне, причем катушки нечетных и четных фаз выполнены с различными направлением намотки для обеспечения чередования полярности зубчатых полюсов статора, а величина угла между серединами зубцов смежных зубчатых полюсов α = τ(n±1/m), где n любое целое число, не равное 0.The goal is achieved in that a stepper motor containing a rotor with an odd number of teeth Z _p and a stator with m-phase zones offset from each other by I / m-tooth division of the rotor

where m is the number of phases equal to an even number and the stator winding, each coil of which covers the stator tooth pole, is made with one gear pole in the phase zone, the odd and even phase coils being made with different winding directions to ensure alternating polarity of the stator tooth poles, and the angle between the midpoints of the teeth of adjacent toothed poles is α = τ (n ± 1 / m), where n is any integer other than 0.

На чертеже изображена принципиальная конструктивная схема предлагаемого шагового двигателя с числом фаз m, равным 6. The drawing shows a schematic structural diagram of the proposed stepper motor with the number of phases m equal to 6.

Шестифазный шаговый электродвигатель содержит пассивный ротор 1, выполненный из листовой электротехнической стали с равномерно распределенными по окружности зубцами 2, число которых равно 25; статор 3, выполненный также из листовой электротехнической стали со смещенными относительно друг друга на 1/m зубцового деления ротора τ, т. е. на 1/6•360^o/25 2,4^o, фазными зонами, каждая из которых содержит один зубчатый полюс 4, выполненный с тремя зубцами 5, шестифазную обмотку статора, каждая фаза которой состоит из одной катушки 6, причем катушки нечетных фаз А, С и Е (см. графические материалы) имеют одно направление намотки, а катушки четных фаз В, D и F - противоположное для обеспечения чередования полярности зубчатых полюсов 4. Величина угла между серединами смежных зубцов смежных зубчатых полюсов α = τ(n±1/m) = 360^°/25(2+1/6)=31,2^°. Значение коэффициента и принято равным 2 для увеличения ширины пазов между зубчатыми полюсами 4, а соответственно для облегчения укладки катушек 6 в пазы статора.The six-phase stepping motor contains a passive rotor 1 made of sheet electrical steel with teeth 2 evenly distributed around the circumference, the number of which is 25; stator 3, also made of sheet steel with offset relative to each other by 1 / m tooth division of the rotor τ, that is, by 1/6 • 360 ^o / 25 2,4 ^o , phase zones, each of which contains one gear pole 4, made with three teeth 5, a six-phase stator winding, each phase of which consists of one coil 6, and the coils of odd phases A, C and E (see graphic materials) have one winding direction, and the coils of even phases B, D and F - the opposite to ensure alternating polarity of the toothed poles 4. The value of the angle between at the midpoints of the adjacent pole teeth of adjacent toothed α = τ (n ± 1 / m) = 360 ^° / 25 (2 + 1/6) = 31,2 ^°. The value of the coefficient and is taken equal to 2 to increase the width of the grooves between the toothed poles 4, and, accordingly, to facilitate the laying of coils 6 in the grooves of the stator.

Шаговый электродвигатель работает следующим образом. Stepper motor operates as follows.

Одна клемма блока управления (на графических материалах не приведен) подключена к общей для всех фаз точек 0, а по фазам А, В, С, D, E и F (поочередно) пропускается пульсирующий ток, создавая в статоре 3 катушками 6 вращающееся магнитное поле, которое замыкается через смежные полюса 4 и приводит во вращение ротор 1. One terminal of the control unit (not shown on graphic materials) is connected to a common point 0 for all phases, and a pulsating current is passed through phases A, B, C, D, E, and F (alternately), creating a rotating magnetic field in stator 3 by coils 6 , which closes through adjacent poles 4 and drives the rotor 1.

Благодаря своим отличительным признакам предлагаемый шаговый двигатель может быть выполнен с вдвое меньшим, чем в известных двигателях, числом зубчатых полюсов и катушек, что значительно упрощает технологию его изготовления, так как операция выполнения и укладки катушек в пазы статора является наиболее трудоемкой. При этом с уменьшением вдвое числа зубчатых полюсов статора появляется возможность значительного уменьшения диаметра его расточки, а соответственно уменьшения момента инерции ротора и повышения приемистости шагового двигателя, т. е. достигается такое же увеличение приемистости, как и при двухпакетном исполнении двигателя, которое связано с большими технологическими трудностями. Due to its distinguishing features, the proposed stepper motor can be made with half the number of toothed poles and coils, which is twice as low as in known engines, which greatly simplifies its manufacturing technology, since the operation of making and stacking coils in the stator grooves is the most time-consuming. Moreover, with a halving of the number of stator tooth poles, it becomes possible to significantly reduce the diameter of its bore, and accordingly, reduce the moment of inertia of the rotor and increase the throttle response of the stepper motor, i.e., the same increase in throttle response is achieved as with a two-pack engine design, which is associated with large technological difficulties.

При этом в таком шаговом двигателе (также, как и в прототипе) обеспечиваются высокие энергетические и массогабаритные показатели, так как магнитный поток замыкается также через смежные зубчатые полюса. Наличие же одностороннего тяжения не влияет не долговечность подшипников ротора, потому что в двигателях малого габарита величина одностороннего тяжения по крайней мере на порядок меньше допустимой радиальной нагрузки на подшипники. Moreover, in such a stepper motor (as well as in the prototype), high energy and weight and dimensional indicators are provided, since the magnetic flux is also closed through adjacent toothed poles. The presence of one-sided traction does not affect the durability of the rotor bearings, because in small-sized engines, the value of one-sided traction is at least an order of magnitude less than the permissible radial load on the bearings.

Предлагаемый шаговый двигатель может быть выполнен с активным ротором, состоящим из двух, смещенных относительно друг друга на 0,5 зубцового деления ротора половин, между которыми установлен кольцевой магнит, намагниченный в аксиальном направлении, а статор установлен в магнитопроводном корпусе. The proposed stepper motor can be made with an active rotor, consisting of two halves offset from each other by 0.5 teeth divisions of the rotor, between which there is an annular magnet magnetized in the axial direction, and the stator is installed in the magnetically conductive housing.

Claims

A step motor containing a rotor with an odd number of teeth and a stator with m-phase zones shifted relative to each other by 1 / m of the tooth division of the rotor τ where m is the number of phases equal to an even number and a stator winding, each coil of which covers the stator gear pole, characterized in that it is made with one gear pole in the phase zone, the coils of odd and even phases are made with the opposite direction of winding, and the angle between the midpoints of the teeth of adjacent gear poles
a = τ • (n ± 1 / m),
where n is any integer not equal to 0.