RU2077108C1

RU2077108C1 - Stepping motor

Info

Publication number: RU2077108C1
Application number: RU94007676A
Authority: RU
Inventors: И.Х. Хайруллин; С.П. Скуратов; Т.И. Хайруллин
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1994-03-01
Filing date: 1994-03-01
Publication date: 1997-04-10

Abstract

FIELD: electromechanical automatic-control devices and systems with stepping rotation of output shaft. SUBSTANCE: armature 4 and electromagnet yoke 1 are multipole coaxial members of similar geometry forming magnetic circuit divided by working air gaps and embracing coil of electromagnet 3. Working air gaps are uniformly distributed over circumference with center aligned with common axis of yoke 1 and winding 3. Electromagnet yoke 1 is placed in motor frame. Armature 4 is mounted on shaft 5 whose extension carries dogs of ratchet 9 mounted on spider 8. Respective ratchet gear 10 is fixed on extension of other shaft 11 which carries other ratchet gear 12. Its dog is secured to frame. Butt ends of shafts are coupled through roller 14 and mounted in bearings 15, 16 and 17 and are free to run relative to each other. Electromagnet yoke 1 and armature 4 are mechanically joined by means of springs. EFFECT: improved design. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электромеханических устройствах с дискретным вращением выходного вала, которые находят широкое применение в автоматических устройствах и системах. The invention relates to electrical engineering and can be used in electromechanical devices with discrete rotation of the output shaft, which are widely used in automatic devices and systems.

Известен шаговый электродвигатель [1] содержащий основание с установленным на нем электромагнитом, подвижный якорь которого соединен с основанием с помощью упругой системы, храповое колесо, установленное на выходном валу, и собачки прямого и обратного хода, расположенные по отношению к храповому колесу диаметрально противоположно, однако такой двигатель не может развивать высокую мощность и имеет низкий КПД (из-за больших потоков рассеяния). Known stepper motor [1] containing a base with an electromagnet mounted on it, a movable armature of which is connected to the base using an elastic system, a ratchet wheel mounted on the output shaft, and dogs forward and reverse, located in relation to the ratchet wheel is diametrically opposite, however such an engine cannot develop high power and has low efficiency (due to large scattering fluxes).

Известен также шаговый электродвигатель [2] содержащий полый ротор, состоящий из чередующихся ферромагнитных зубьев и немагнитных участков, и статор, состоящий из разделенных немагнитными участками ферромагнитных секций с обмотками и полюсами, расположенными снаружи ротора. Недостатками этой конструкции являются громоздкость и сложность сигнала управления. Кроме того, известен шаговый электродвигатель [3] содержащий два фиксирующих электромагнита, снабженных якорями, один из которых жестко соединен с двумя промежуточными дисками с установленными на них рабочими электромагнитами, а другой жестко соединен с перемещаемым элементом в виде вала и двумя дополнительными дисками, на которых закреплены якоря рабочих электромагнитов, расположенные на радиусах дисков и которые размещены между промежуточными дисками, при этом якоря фиксирующих электромагнитов установлены подвижно в осевом направлении и вокруг оси двигателя. Недостатком конструкции является невысокая мощность. Also known is a stepper motor [2] containing a hollow rotor consisting of alternating ferromagnetic teeth and non-magnetic sections, and a stator consisting of ferromagnetic sections separated by non-magnetic sections with windings and poles located outside the rotor. The disadvantages of this design are the bulkiness and complexity of the control signal. In addition, a step-by-step electric motor [3] is known containing two fixing electromagnets equipped with anchors, one of which is rigidly connected to two intermediate disks with working electromagnets mounted on them, and the other is rigidly connected to a movable element in the form of a shaft and two additional disks, on which anchors of working electromagnets are fixed, located on the radii of the disks and which are located between the intermediate disks, while the anchors of the fixing electromagnets are mounted movably in the axial direction tion and around the axis of the engine. The disadvantage of the design is its low power.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является шаговый электродвигатель [4] содержащий электромагнит с якорем, якорь и ярмо электромагнита выполнены в виде многополюсных соосных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита, при этом рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей для ярма, якоря и обмоткой осью, а ярмо электромагнита установлено в корпусе, якорь связан с ярмом упругой связью и закреплены на валу с собачкой храпового механизма на конце, колесо храпового механизма закреплено на конце второго вала, оба вала установлены в подшипниках с возможностью поворота относительно друг друга. The closest in technical essence to the claimed is a stepper motor [4] containing an electromagnet with an anchor, the armature and the yoke of the electromagnet are made in the form of multi-pole coaxial elements forming a magnetic circuit separated by working air gaps and covering the winding of the electromagnet, while the working air gaps are evenly distributed over a circle with a center coinciding with the axis common to the yoke, anchor and winding, and the electromagnet yoke is installed in the body, the anchor is connected to the yoke by an elastic connection and fixed They are mounted on a shaft with a ratchet gear at the end, the ratchet wheel is fixed on the end of the second shaft, both shafts are mounted in bearings with the possibility of rotation relative to each other.

Однако есть обстоятельства, препятствующие достижению желаемого результата, а именно: невысокая мощность электродвигателя, громоздкость конструкции. Задачей, на решение которой напралено изобретение, является увеличение мощности, упрощение конструкции, упрощение сигнала управления за счет изменения геометрической формы ярма электромагнита и якоря и тем самым увеличение суммарной площади сечения полюсов, соосного расположения обработки, ярма и якоря таким образом, что обмотка оказывается охваченной магнитной цепью, образованной ярмом и якорем, и применения двух храповиков. Задача решается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем электромагнит с якорем, якорь и ярмо электромагнита выполнены в виде многополюсных соосных элементов, образующих магнитную цепь, разделенную рабочими воздушными зазорами и охватывающую обмотку электромагнита, при этом рабочие воздушные зазоры равномерно распределены по окружности с центром, совпадающим с общей для ярма, якоря и обмотки осью, а ярмо электромагнита установлено в корпусе, якорь связан с ярмом упругой связью и закреплен на валу с собачкой храпового механизма на конце, колесо храпового механизма закреплено на конце второго вала, оба вала установлены в подшипниках с возможностью поворота относительно друг друга, в отличие от ближайшего аналога первый вал выполнен на конце с крестовиной, на которой закреплена его собачка, второй вал закреплен вторым, закрепленным на нем храповым колесом, собачки которого закреплены на корпусе, валы состыкованы торцами посредством ролика, а якорь и ярмо электромагнита выполнены с прокладками из немагнитного материала. However, there are circumstances that impede the achievement of the desired result, namely: low power of the electric motor, cumbersome design. The objective of the invention is to increase power, simplify the design, simplify the control signal by changing the geometric shape of the yoke of the electromagnet and the armature, and thereby increase the total cross-sectional area of the poles, the coaxial arrangement of the processing, the yoke and the armature so that the winding is covered a magnetic chain formed by a yoke and an anchor, and the use of two ratchets. The problem is solved in that in a stepping motor containing an electromagnet with an anchor, the armature and the yoke of the electromagnet are made in the form of multi-pole coaxial elements forming a magnetic circuit separated by working air gaps and covering the winding of the electromagnet, while the working air gaps are evenly distributed around the center, coinciding with the common axis for the yoke, anchor and winding, and the yoke of the electromagnet is installed in the housing, the anchor is connected to the yoke by an elastic connection and is mounted on the shaft with a ratchet dog and at the end, the ratchet wheel is fixed on the end of the second shaft, both shafts are mounted in bearings with the possibility of rotation relative to each other, in contrast to the closest analogue, the first shaft is made at the end with a cross on which its dog is fixed, the second shaft is fixed by the second, fixed on it with a ratchet wheel, the dogs of which are fixed on the body, the shafts are joined by the ends by means of a roller, and the armature and the yoke of the electromagnet are made with gaskets of non-magnetic material.

На фиг.1 изображен описываемый двигатель, продольный разрез; на фиг.2 - вид сбоку с сечением. Шаговый электродвигатель содержит ярмо электромагнита 1, установленное в корпусе, на внутренних полюсах ярма, на втулке 2 установлена обмотка 3, якорь 4, закрепленный на валу 5, одним концом упирающемся в стержень 6 из немагнитного материала, между валом и стержнем в углублении в центре их торцов установлен шарик 7, а на конце вала закреплена крестовина 8, на которой установлены собачки храповика 9, а соответствующее им храповое колесо 10 закреплено на конце другого вала 11, снабженного вторым жестко закрепленным храповым колесом 12, собачки 13 которого крепятся к корпусу, а валы состыкованы торцами, удерживаются от относительного радиального смещения роликом 14 и закреплены в подшипниках 15, 16 и 17, при этом ярмо и якорь механически связаны пружинами 18 и снабжены прокладками 19 из немагнитного материала, толщина которых значительно больше величины рабочего воздушного зазора. Figure 1 shows the described engine, a longitudinal section; figure 2 is a side view with a cross section. The stepper motor contains the yoke of the electromagnet 1 installed in the housing, on the inner poles of the yoke, on the sleeve 2 there is a winding 3, an armature 4 mounted on the shaft 5, one end resting against the shaft 6 of non-magnetic material, between the shaft and the shaft in a recess in the center of them a ball 7 is installed at the ends, and a cross 8 is fixed on the end of the shaft, on which ratchet dogs 9 are mounted, and the corresponding ratchet wheel 10 is fixed at the end of another shaft 11 provided with a second rigidly fixed ratchet wheel 12, dogs 13 They are attached to the housing, and the shafts are joined by the ends, kept from relative radial displacement by the roller 14 and fixed in bearings 15, 16 and 17, while the yoke and the armature are mechanically connected by springs 18 and equipped with gaskets 19 of non-magnetic material, the thickness of which is much greater than the working air gap.

Шаговый электродвигатель работает следующим образом. При подаче напряжения на обмотку электромагнита 3 между полюсами ярма электромагнита 1 и якоря 4 возникают электромагнитные силы. Под действием этих сил якорь 4, вал 5 и соединенный с ним храповым механизмом, состоящим из крестовины 8, собачек храповика 9 и храпового колеса 10, вал 11 поворачивается на угол, соответствующий одному шагу. При этом собачки храповика 13 перескакивают на один зубец храпового колеса 12 и фиксируют в таком положении вал 11, рабочий воздушный зазор сокращается, пружины 17 растягиваются. Stepper motor operates as follows. When voltage is applied to the winding of the electromagnet 3, electromagnetic forces arise between the poles of the yoke of the electromagnet 1 and the armature 4. Under the influence of these forces, the anchor 4, the shaft 5 and the ratchet mechanism connected to it, consisting of a spider 8, ratchet dogs 9 and a ratchet wheel 10, the shaft 11 is rotated by an angle corresponding to one step. At the same time, the ratchet dogs 13 jump onto one tooth of the ratchet wheel 12 and fix the shaft 11 in this position, the working air gap is reduced, the springs 17 are stretched.

При снятии напряжения с обмотки электромагнита 3 электромагнитные силы между полюсами ярма электромагнита 1 и якоря 4 исчезают, пружины 17 сокращаются, якорь 4, вал 5 и крестовина 8 с собачками храповика 9 проворачиваются до упора, обеспечивающего прокладками 18. При этом собачки храповика 9 перескакивают на один зубец храпового колеса 10 и фиксируют вал 5 относительно вала 11 в таком угловом положении, восстанавливается рабочий воздушный зазор, величина которого значительно меньше толщины прокладок 19 из немагнитного материала. When you remove the voltage from the winding of the electromagnet 3, the electromagnetic forces between the poles of the yoke of the electromagnet 1 and the armature 4 disappear, the springs 17 are reduced, the armature 4, the shaft 5 and the cross 8 with the ratchet dogs 9 are rotated to the stop, providing gaskets 18. At the same time, the ratchet dogs 9 jump to one tooth of the ratchet wheel 10 and fix the shaft 5 relative to the shaft 11 in such an angular position, the working air gap is restored, the value of which is much less than the thickness of the gaskets 19 of non-magnetic material.

Таким образом, шаговый двигатель устанавливается в исходное состояние, после чего цикл повторяется. Thus, the stepper motor is set to its original state, after which the cycle repeats.

Итак, заявляемый шаговый двигатель позволяет: увеличить мощность; упростить конструкцию; упростить сигнал управления. So, the inventive stepper motor allows you to: increase power; simplify the design; simplify the control signal.

Claims

A stepper motor containing an electromagnet with an anchor, an anchor and the yoke of an electromagnet are made in the form of multi-pole coaxial elements forming a magnetic circuit separated by working air gaps and covering the winding of the electromagnet, while the working air gaps are evenly distributed around a circle that coincides with the center common to the yoke, anchors and axle windings, and the yoke of the electromagnet is installed in the housing, the anchor is connected to the yoke by an elastic connection and is fixed on the shaft with a ratchet dog on the end, the ratchet wheel The mechanism is fixed at the end of the second shaft, both shafts are mounted in bearings with the possibility of rotation relative to each other, characterized in that the first shaft is made at the end with a cross on which its dog is fixed, the second shaft is equipped with a second ratchet wheel fixed to it, the dogs of which are fixed on the housing, the shafts are joined by the ends by means of a roller, and the armature and the yoke of the electromagnet are made with gaskets of non-magnetic material.