RU2093947C1

RU2093947C1 - Stepping motor

Info

Publication number: RU2093947C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Павлович Лукогорский
Original assignee: Владимир Павлович Лукогорский
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1997-10-20

Abstract

FIELD: automatic-control systems and digital-control drives. SUBSTANCE: cylindrical surface of rotor permanent magnet is of stepped configuration and cylindrical boss on central part of permanent magnet is placed in axial air gap in a spaced relation to end surfaces of toothed magnetic cores; its outer diameter is larger than inner diameter of toothed annular magnetic cores. EFFECT: improved design. 1 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, преобразующим электрическую энергию в виде импульсов тока в дискретное перемещение вала, и может быть использовано в автоматических системах и в электроприводах с цифровым управлением. The invention relates to electric machines that convert electrical energy in the form of current pulses into discrete shaft movement, and can be used in automatic systems and in digitally controlled electric drives.

Известен шаговый электродвигатель, содержащий статор и ротор. Статор содержит кольцевой постоянный магнит, намагниченный вдоль оси, и установленные с разных сторон от магнита магнитопровод обмотки управления статора и магнитопровод обмотки возбуждения статора. Магнитопровод обмотки управления статора состоит из полюсных венцов, объединенных магнитомягким венцом, а магнитопровод обмотки возбуждения статора состоит из полюсных венцов и ярма [1]
Недостатком шагового электродвигателя являются высокий вес и габариты вследствие того, что его магнитопроводы занимают большой объем и значительно увеличивают размеры электродвигателя в осевом направлении.Known stepper motor containing a stator and a rotor. The stator contains an annular permanent magnet magnetized along the axis, and a stator control winding magnetic circuit and a stator field winding magnetic circuit mounted on different sides of the magnet. The magnetic circuit of the stator control winding consists of pole crowns united by a magnetically soft crown, and the magnetic circuit of the stator field winding consists of pole crowns and yoke [1]
The disadvantage of the stepper motor is its high weight and dimensions due to the fact that its magnetic circuits occupy a large volume and significantly increase the dimensions of the motor in the axial direction.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является принятый прототип, низкоинерционный шаговый электродвигатель, содержащий статор, ротор, включающий аксиально намагниченный цилиндрический постоянный магнит, и два неподвижно закрепленных на валу кольцевых зубчатых магнитопровода. Каждый из магнитопроводов выполнен в виде стакана, цилиндрическая стенка которого охватывает снаружи один из полюсов постоянного магнита и опирается на вал ротора посредством дискообразной стенки, установленной с осевым зазором относительно этого полюса. Между цилиндрическими стенками обоих магнитопроводов имеется осевой воздушный промежуток [2]
Электродвигатель, принятый за прототип, более компактен и имеет меньший вес, поскольку его магнитопроводы охватывают снаружи полюса магнита.The closest to the claimed technical essence and the achieved result is the adopted prototype, a low-inertia stepper motor containing a stator, a rotor including an axially magnetized cylindrical permanent magnet, and two annular gear magnetic circuits fixed to the shaft. Each of the magnetic cores is made in the form of a glass, the cylindrical wall of which covers one of the poles of the permanent magnet from the outside and rests on the rotor shaft by means of a disk-shaped wall mounted with an axial clearance relative to this pole. Between the cylindrical walls of both magnetic circuits there is an axial air gap [2]
The electric motor adopted for the prototype is more compact and has less weight, since its magnetic circuits cover the outside of the magnet pole.

Недостаток электродвигателя состоит в том, что при его работе между зубчатыми магнитопроводами возникает значительный магнитный поток рассеяния, что приводит к неполному использованию постоянного магнита и снижению коэффициента полезного действия электродвигателя. Снижать же магнитный поток рассеяния за счет увеличения воздушного промежутка между магнитопроводами нецелесообразно в связи с тем, что при этом возрастают габариты и вес электродвигателя. The disadvantage of the electric motor is that during its operation between the toothed magnetic circuits a significant magnetic flux of scattering occurs, which leads to the incomplete use of a permanent magnet and a decrease in the efficiency of the electric motor. It is impractical to reduce the scattering magnetic flux due to an increase in the air gap between the magnetic circuits due to the fact that the dimensions and weight of the electric motor increase.

Задача изобретения состоит в том, чтобы уменьшить магнитный поток рассеяния и, таким образом, повысить мощность двигателя. The objective of the invention is to reduce the magnetic flux scattering and, thus, increase engine power.

Поставленная задача решается тем, что в шаговом электродвигателе, содержащем статор, ротор с аксиально намагниченным цилиндрическим постоянным магнитом и закрепленными на валу кольцевыми зубчатыми магнитопроводами, разделенными на валу кольцевыми зубчатыми магнитопроводами, разделенными воздушным промежутком, согласно изобретению, цилиндрическая поверхность постоянного магнита выполнена ступенчатой, при этом цилиндрический выступ в средней части постоянного магнита размещен в аксиальном воздушном промежутке с зазором относительно торцевых поверхностей зубчатых магнитопроводов, а его наружный диаметр выполнен больше внутреннего диаметра кольцевых зубчатых магнитопроводов. The problem is solved in that in a stepper motor containing a stator, a rotor with an axially magnetized cylindrical permanent magnet and annular gear magnetic circuits mounted on the shaft, annular gear magnetic circuits separated on the shaft, separated by an air gap, according to the invention, the cylindrical surface of the permanent magnet is made stepwise, with this cylindrical protrusion in the middle part of the permanent magnet is placed in the axial air gap with a relative gap but the end faces of the toothed cores, and its outer diameter is formed larger than the inner diameter of the annular toothed cores.

Благодаря цилиндрическом выступу на постоянном магните, в аксиальном воздушном зазоре между магнитопроводами может создаваться компенсирующий магнитный поток, направленный встречно по отношению к магнитному потоку рассеяния. Это снижает потоки рассеяния и, как следствие, повышает коэффициент полезного действия электродвигателя. Поскольку цилиндрический выступ, даже малой толщины, существенно снижает потоки рассеяния, то при его наличии обеспечивается возможность дополнительно сблизить зубчатые магнитопроводы за счет уменьшения аксиального воздушного промежутка. При этом вес и габариты электродвигателя могут быть дополнительно уменьшены без снижения мощности. Due to the cylindrical protrusion on a permanent magnet, a compensating magnetic flux can be created in the axial air gap between the magnetic circuits, directed counter-to the magnetic flux of scattering. This reduces the scattering fluxes and, as a result, increases the efficiency of the electric motor. Since the cylindrical protrusion, even of small thickness, significantly reduces the scattering fluxes, when it is available, it is possible to further bring closer the magnetic cores by reducing the axial air gap. In this case, the weight and dimensions of the electric motor can be further reduced without reducing power.

Другие технические решения, содержащие признаки, изложенные в формуле изобретения в качестве отличительных, не известны, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Other technical solutions containing the features set forth in the claims as distinctive are not known, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображен шаговый электродвигатель в разрезе. The invention is illustrated in the drawing, which shows a stepwise electric motor in section.

Электродвигатель имеет корпус 1 с установленным в нем зубчатым статором 2, на явно выраженных полюсах которого расположена обмотка 3, и ротор, включающий в себя вал 4, цилиндрический постоянный магнит 5, намагниченный в аксиальном направлении, и два зубчатых магнитопровода 6 и 7, неподвижно закрепленных на валу 4. На внешней цилиндрической поверхности 8 магнита 5 имеется цилиндрический выступ 9, установленный в аксиальном воздушном промежутке 10 между магнитопроводами 6 и 7 с зазорами 11 и 12 относительно торцевых поверхностей 13 и 14. The electric motor has a housing 1 with a gear stator 2 installed in it, at the clearly defined poles of which a winding 3 is located, and a rotor including a shaft 4, a cylindrical permanent magnet 5, magnetized in the axial direction, and two gear magnetic circuits 6 and 7, fixedly mounted on the shaft 4. On the outer cylindrical surface 8 of the magnet 5 there is a cylindrical protrusion 9 mounted in the axial air gap 10 between the magnetic cores 6 and 7 with gaps 11 and 12 relative to the end surfaces 13 and 14.

Электродвигатель работает следующим образом. The electric motor operates as follows.

При подаче питания к обмотке 3 благодаря зубчатости статора 2 и магнитопроводов 6 и 7 на последние действует вращающий момент, приводящий вал 4 во вращение. Основной магнитный поток, создаваемый постоянным магнитом 5, проходит через магнитопровод 6, статор 2, корпус 1 и далее, аналогичным путем в обратном направлении, замыкается на второй полюс магнита 5 через магнитопровод 7. В аксиальном воздушном промежутке 10 возникают два потока. Один из них является потоком рассеяния от основного магнитного потока, а второй, направленный встречно по отношению к потоку рассеяния, является компенсирующим потоком и создается цилиндрическим выступом 9, торцевые поверхности которого представляют собой дополнительные полюса магнита 5. По своей силе и встречной направленности компенсирующий поток гасит поток рассеяния вследствие чего в зоне, примыкающей к воздушному промежутку 10, снижаются потоки рассеяния. Зазоры 11 и 12 предотвращают размагничивание цилиндрического выступа 9 магнитным полем, создаваемым основной массой магнита 5. Магнитное поле статора 2, взаимодействуя с магнитным полем постоянного магнита 5, приводит во вращение зубчатые магнитопроводы 6 и 7 вместе с валом 4 и магнитом 5. When applying power to the winding 3 due to the gearing of the stator 2 and the magnetic circuits 6 and 7, the latter are affected by the torque that drives the shaft 4 into rotation. The main magnetic flux generated by the permanent magnet 5 passes through the magnetic circuit 6, the stator 2, the housing 1, and then, in a similar way in the opposite direction, closes to the second pole of the magnet 5 through the magnetic circuit 7. Two flows arise in the axial air gap 10. One of them is a scattering flux from the main magnetic flux, and the second, directed counter to the scattering flux, is a compensating flux and is created by a cylindrical protrusion 9, the end surfaces of which are additional poles of magnet 5. In its strength and counter direction, the compensating flux dampens the scattering flux, as a result of which, in the area adjacent to the air gap 10, scattering fluxes are reduced. The gaps 11 and 12 prevent demagnetization of the cylindrical protrusion 9 by the magnetic field created by the bulk of the magnet 5. The magnetic field of the stator 2, interacting with the magnetic field of the permanent magnet 5, rotates the toothed magnetic circuits 6 and 7 together with the shaft 4 and magnet 5.

В электродвигателе снижены магнитные потоки рассеяния, что повышает его коэффициент полезного действия и одновременно по0зволяет уменьшить аксиальный воздушный промежуток 10, а следовательно, уменьшить вес и габариты электродвигателя за счет соответствующего уменьшения долины корпуса 1 и вала 4. In the electric motor, the magnetic fluxes of scattering are reduced, which increases its efficiency and at the same time allows to reduce the axial air gap 10, and therefore, to reduce the weight and dimensions of the electric motor due to a corresponding decrease in the valley of the housing 1 and shaft 4.

Claims

A stepper motor comprising a stator, a rotor with an axially magnetized cylindrical permanent magnet and ring gear magnetic circuits fixed on the shaft, separated by an axial air gap, characterized in that the cylindrical surface of the permanent magnet is stepped, and the cylindrical protrusion in the middle part of the permanent magnet is placed in the axial the air gap with a gap relative to the end surfaces of the gear magnetic cores, and its outer diameter is made n larger than the inner diameter of the ring gear magnetic cores.