RU2214030C2

RU2214030C2 - Reaction stepping electric motor

Info

Publication number: RU2214030C2
Application number: RU2001114760A
Authority: RU
Inventors: А.И. Краснопевцев; Н.Н. Шатилов; В.А. Шватов
Original assignee: Краснопевцев Александр Иванович; Шатилов Николай Николаевич; Шватов Виктор Александрович
Priority date: 2001-06-01
Filing date: 2001-06-01
Publication date: 2003-10-10

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: specified feature of invention lies in placement of U-shaped magnetic core 3 carrying control winding 4 and pairs of identical poles 5 on ends between butts of parts 1 and 2 of nonmagnetic frame of electric motor. Rotor 8 has four identical teeth 9 and 10 arranged in pairs. Permanent magnets fixing rotor are installed in frame. Some magnets are placed in opposition to butts of teeth of rotor with lesser angular extent and some magnets are located opposite to butts of teeth with greater angular extent. EFFECT: simplification and reduced cost of manufacture of electric motor with simultaneous decrease of dimensions and unification of motors. 9 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к миниатюрным электрическим машинам для точного приборостроения, в частности к шаговым электродвигателям реактивного типа для часов. The invention relates to miniature electric machines for precision instrumentation, in particular to reactive-type stepping motors for watches.

Известны реактивные шаговые электродвигатели, содержащие немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления магнитопровод, имеющий две пары одинаковых полюсов, ротор с двумя попарно одинаковыми зубцами и одинаковые постоянные магниты, фиксирующие ротор [см., например, патент Российской Федерации 2020700, кл. 5 H 02 K 37/00, 1987]. Known reactive stepper motors containing a non-magnetic casing of two parts, between the parallel ends of which is fixed a control winding magnetic core having two pairs of identical poles, a rotor with two identical teeth in pairs and the same permanent magnets fixing the rotor [see, for example, the patent of the Russian Federation 2020700, class 5 H 02 K 37/00, 1987].

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является реактивный шаговый электродвигатель, содержащий немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления плоский П-образный магнитопровод, имеющий на концах по паре одинаковых полюсов, ротор с четырьмя попарно одинаковыми зубцами, по меньшей мере, два одинаковых постоянных магнита, фиксирующих ротор, которые установлены в корпусе [см. А.с. СССР 1711301, кл. 5 H 02 K 37/00, 1987 г.]. Closest to the proposed technical solution is a jet stepping motor, comprising a non-magnetic casing of two parts, between the parallel ends of which is fixed a flat U-shaped magnetic circuit carrying a control winding, having at its ends a pair of identical poles, a rotor with four pairs of identical teeth, at least , two identical permanent magnets fixing the rotor, which are installed in the housing [see A.S. USSR 1711301, class 5 H 02 K 37/00, 1987].

Известные двигатели не позволяют уменьшить размер в плане, упростить и удешевить двигатели разной мощности. Known engines do not allow to reduce the size in the plan, to simplify and reduce the cost of engines of different power.

Техническим результатом изобретения является упрощение и удешевление технологии изготовления с возможностью уменьшения габарита в плане и унификации двигателей. The technical result of the invention is the simplification and cheapening of manufacturing technology with the possibility of reducing the size in terms of and unifying engines.

Указанный результат достигается тем, что в реактивном шаговом электродвигателе, содержащем немагнитный корпус из двух частей, между параллельными торцами которых закреплен несущий обмотку управления плоский П-образный магнитопровод, имеющий на концах по паре одинаковых полюсов, ротор с четырьмя попарно одинаковыми зубцами, по меньшей мере, два одинаковых постоянных магнита, фиксирующих ротор, которые установлены в корпусе, часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с меньшей угловой протяженностью, а часть магнитов установлена напротив торцов зубцов ротора с большей угловой протяженностью. This result is achieved by the fact that in a jet stepping motor containing a non-magnetic casing of two parts, between the parallel ends of which is fixed a flat U-shaped magnetic circuit carrying a control winding, having at the ends a pair of identical poles, a rotor with four identical teeth in pairs, at least , two identical permanent magnets that fix the rotor, which are installed in the housing, some of the magnets are installed opposite the ends of the teeth of the rotor with a smaller angular extension, and some of the magnets are mounted updated opposite the ends of the teeth of the rotor with a greater angular extension.

Магниты могут быть установлены симметрично как относительно оси вращения ротора, так и относительно торцов ротора. Magnets can be mounted symmetrically both with respect to the axis of rotation of the rotor, and with respect to the ends of the rotor.

Магниты предпочтительно выполнить в виде цилиндров с соотношением размера вдоль оси к диаметру в пределах 1/5...1 и намагниченных вдоль цилиндра. The magnets are preferably made in the form of cylinders with a ratio of the size along the axis to the diameter within 1/5 ... 1 and magnetized along the cylinder.

Немагнитный промежуток между торцами магнитов и ротора целесообразно выполнить в 5...15 раз больше радиального зазора между ротором и магнитопроводом. It is advisable to perform a non-magnetic gap between the ends of the magnets and the rotor 5 ... 15 times the radial clearance between the rotor and the magnetic circuit.

Ротор может быть выполнен с образованием зубцов разной угловой протяженности в аксиальном направлении, части ротора могут быть выполнены одинаковыми и развернуты друг относительно друга на четверть оборота. The rotor can be made with the formation of teeth of different angular lengths in the axial direction, parts of the rotor can be made the same and deployed relative to each other by a quarter of a revolution.

По меньшей мере, часть магнитов может быть установлена со стороны внешних по отношению к ротору торцов частей корпуса. At least part of the magnets can be installed on the side of the ends of the housing parts external to the rotor.

Изобретение поясняется простейшим из примеров его реализации. The invention is illustrated by the simplest of examples of its implementation.

На фиг. 1 показан разрез по стрелкам фиг.2, на фиг.2 - вид со стрелками фиг. 1, на фиг.3 поясняется размещение числа магнитов в корпусе при конфигурации двигателя согласно фиг.2 и 4, на фиг.5 и 6 поясняется принцип действия простейшего из исполнений двигателя. In FIG. 1 shows a section along the arrows of FIG. 2; FIG. 2 is a view with arrows of FIG. 1, figure 3 explains the placement of the number of magnets in the housing when the engine configuration according to figure 2 and 4, figure 5 and 6 explains the principle of operation of the simplest of the engine designs.

Шаговый двигатель содержит немагнитный корпус из двух частей 1 и 2, между параллельными торцами которых закреплен П-образный магнитопровод 3, несущий обмотку управления из двух включенных согласно одинаковых катушек 4 и имеющий на концах по паре одинаковых зубцов-полюсов 5. На валу 6 в опорах вращения 7 установлен ротор 8 с четырьмя попарно одинаковыми зубцами 9 и 10. Фиксирующие ротор постоянные магниты 11 и 12 установлены напротив торцов зубцов ротора 9 и 10 в отверстиях 13 частей корпуса 1 и 2. The stepper motor contains a non-magnetic casing of two parts 1 and 2, between the parallel ends of which a U-shaped magnetic circuit 3 is fixed, carrying a control winding of two connected according to the same coils 4 and having at the ends a pair of identical teeth-poles 5. On the shaft 6 in the bearings of rotation 7, a rotor 8 is installed with four identical teeth 9 and 10 in pairs. The permanent magnets 11 and 12 fixing the rotor are installed opposite the ends of the teeth of the rotor 9 and 10 in the openings 13 of the housing parts 1 and 2.

В простейшем случае двигатель может быть выполнен с двумя магнитами. Один из магнитов установлен напротив торца зубца 9 ротора 8 с меньшей угловой протяженностью, а другой магнит установлен напротив торца зубца 10 ротора 8 с большой угловой протяженностью. In the simplest case, the engine can be made with two magnets. One of the magnets is installed opposite the end of the tooth 9 of the rotor 8 with a smaller angular extent, and the other magnet is installed opposite the end of the tooth 10 of the rotor 8 with a large angular extent.

Отверстия 13 для установки магнитов в частях корпуса 1 и 2 могут быть выполнены со стороны внешних по отношению к ротору торцов корпуса симметрично относительно оси вращения ротора и/или симметрично относительно торцов ротора. The holes 13 for installing magnets in the parts of the housing 1 and 2 can be made from the side external to the rotor of the ends of the housing symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor and / or symmetrically with respect to the ends of the rotor.

Магниты, для простоты, предпочтительно выполнить в виде цилиндров с соотношением размера вдоль оси к диаметру в пределах 1/5...1 и намагниченных вдоль оси цилиндра. Magnets, for simplicity, it is preferable to perform in the form of cylinders with a ratio of size along the axis to diameter in the range of 1/5 ... 1 and magnetized along the axis of the cylinder.

При этом немагнитный промежуток, образованный между торцами магнитов 11, 12 и зубцами 9, 10 ротора 8, в 5...15 раз больше, чем радиальный зазор между ротором 8 и зубцами-полюсами 5 магнитопровода 3. At the same time, the non-magnetic gap formed between the ends of the magnets 11, 12 and the teeth 9, 10 of the rotor 8 is 5 ... 15 times larger than the radial clearance between the rotor 8 and the pole teeth 5 of the magnetic circuit 3.

В одной из модификаций двигателя зубцы 9 и 10 могут быть смещены в аксиальном направлении. В этом случае, по меньшей мере, по одному магниту 11 и 12 можно разместить параллельно напротив друг друга в частях 1 и 2 корпуса. При таком исполнении ротор может быть выполнен из двух одинаковых частей, каждая из которых имеет зубцы 9 и 10. При этом части ротора развернуты по отношению друг к другу на 1/4 оборота. Соотношение угловой протяженности зубцов 9 и 10 - 1:2, а впадины между зубцами - 2:1. Магниты 11, 12 и полюса 5 магнитопровода занимают угловую протяженность в половину угловой протяженности впадин между полюсами магнитопровода. Протяженность углового промежутка между краями полюсов и магнитов - половина протяженности полюсов. In one of the engine modifications, the teeth 9 and 10 can be offset in the axial direction. In this case, at least one magnet 11 and 12 can be placed parallel opposite to each other in parts 1 and 2 of the housing. With this design, the rotor can be made of two identical parts, each of which has teeth 9 and 10. At the same time, the parts of the rotor are rotated 1/4 turn relative to each other. The ratio of the angular length of the teeth 9 and 10 is 1: 2, and the hollows between the teeth is 2: 1. The magnets 11, 12 and the pole 5 of the magnetic circuit occupy an angular extent of half the angular extent of the depressions between the poles of the magnetic circuit. The length of the angular gap between the edges of the poles and magnets is half the length of the poles.

Двигатель работает следующим образом. The engine operates as follows.

При отсутствии тока в обмотке из катушек 4 зубцы 9 и 10 зафиксированы в положении, например, согласно фиг.2 относительно зубцов-полюсов 5 магнитопровода 3 благодаря, по меньшей мере, одной паре магнитов 11 и 12. In the absence of current in the winding of the coils 4, the teeth 9 and 10 are fixed in position, for example, according to figure 2 relative to the teeth-poles 5 of the magnetic circuit 3 due to at least one pair of magnets 11 and 12.

При появлении тока в катушках 4 зубцы 10 и 9 ротора 8 стремятся занять положение согласно фиг.5, если исходным положением является положение ротора согласно фиг.2. Тогда по окончании импульса тока ротор перемещается в положение согласно фиг.6 под действием момента фиксации магнитов 11, 12. When a current appears in the coils 4, the teeth 10 and 9 of the rotor 8 tend to occupy the position according to Fig. 5, if the initial position is the position of the rotor according to Fig. 2. Then, at the end of the current pulse, the rotor moves to the position according to Fig.6 under the action of the moment of fixation of the magnets 11, 12.

Из исходного положения ротора согласно фиг.6 следующее шаговое перемещение ротора происходит также, как описано выше. From the starting position of the rotor according to FIG. 6, the next stepwise movement of the rotor occurs also as described above.

Размещение всего лишь одной пары магнитов в торцевых отверстиях, по меньшей мере, одной части корпуса позволяет уменьшить размер двигателя в плане. При этом за счет магнитов с высокой энергией (например, из самарий-кобальта) можно ограничить аксиальный размер магнита в пределах 1/5...1 от диаметра. При этом части корпуса с магнитами не будут выступать за толщину намотки катушек 4. Placing only one pair of magnets in the end openings of at least one part of the housing makes it possible to reduce the size of the engine in plan. In this case, due to high-energy magnets (for example, from samarium-cobalt), it is possible to limit the axial size of the magnet within 1/5 ... 1 of the diameter. In this case, parts of the housing with magnets will not protrude beyond the thickness of the winding coils 4.

Варьируя количество и взаиморасположение магнитов в отверстиях 13 частей корпуса 1 и 2, можно обеспечить изменение в широких пределах величины фиксирующего момента. За счет этого один и тот же двигатель может быть выполнен для работы с разным уровнем вращающего момента и потребляемого тока. Включение катушек последовательно или параллельно на разное напряжение также позволяет обеспечить унификацию. By varying the number and relative position of the magnets in the holes 13 of the housing parts 1 and 2, it is possible to provide a wide variation in the value of the fixing moment. Due to this, the same motor can be made to work with different levels of torque and current consumption. The inclusion of coils in series or parallel to different voltages also allows for unification.

Размещение магнитов с внешней по отношению к торцам ротора стороны частей корпуса обеспечивает унификацию и исполнение двигателей с разным уровнем момента и потребления из одних и тех же деталей. The placement of magnets on the outside of the rotor ends of the housing parts provides the unification and execution of motors with different levels of torque and consumption from the same parts.

В случае простейшего из вариантов реализации изобретения, который подробно описан в описании заявки, оба одинаковых магнита установлены на одной из частей корпуса со смещением друг относительно друга по окружности оси вращения ротора на четверть оборота, причем ось каждого из магнитов установлена в одной из плоскостей симметрии корпуса, в которой расположена ось вращения ротора. In the case of the simplest embodiment of the invention, which is described in detail in the description of the application, both identical magnets are mounted on one of the parts of the housing offset from each other around the circumference of the axis of rotation of the rotor by a quarter of a revolution, the axis of each of the magnets being installed in one of the planes of symmetry of the housing in which the axis of rotation of the rotor is located.

Claims

1. A jet stepping motor containing a non-magnetic body of two parts, between the parallel ends of which is fixed a U-shaped magnetic core carrying a control winding, having at its ends a pair of identical poles, a rotor with four pairwise identical teeth, at least two identical permanent magnets, fixing the rotor, which are installed in the housing, characterized in that some of the magnets are installed opposite the ends of the teeth of the rotor with a smaller angular extension, and some of the magnets are installed opposite the ends of the tooth rotor guide with a larger angular extension.

2. The stepper motor according to claim 1, characterized in that the magnets are mounted symmetrically with respect to the axis of rotation of the rotor.

3. A stepper motor according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the magnets are mounted symmetrically relative to the ends of the rotor.

4. A stepper motor according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the magnets are made in the form of cylinders with a ratio of size along the axis to diameter within 1 / 5-1 and magnetized along the axis of the cylinder.

5. A stepper motor according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the non-magnetic gap between the ends of the magnets and the rotor is 5-15 times greater than the radial clearance between the rotor and the magnetic circuit.

6. A stepper motor according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the rotor is made with the formation of teeth of different angular lengths in the axial direction.

7. A stepper motor according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the rotor in the axial direction is made of two parts, deployed relative to each other by a quarter of a revolution.

8. A stepper motor according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the parts of the rotor are the same.

9. A step electric motor according to any one of claims 1 to 8, characterized in that at least a part of the magnets is mounted on the side of the ends of the housing external to the rotor.

10. A stepper motor according to any one of claims 1, 4 and 5, characterized in that both magnets are mounted on one of the parts of the housing offset from each other around the circumference of the axis of rotation of the rotor by a quarter of a revolution, the axis of each of the magnets being installed in one of planes of symmetry of the body in which the axis lies.