RU2544836C1 - Stepping motor - Google Patents
Stepping motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2544836C1 RU2544836C1 RU2013139394/07A RU2013139394A RU2544836C1 RU 2544836 C1 RU2544836 C1 RU 2544836C1 RU 2013139394/07 A RU2013139394/07 A RU 2013139394/07A RU 2013139394 A RU2013139394 A RU 2013139394A RU 2544836 C1 RU2544836 C1 RU 2544836C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stator
- teeth
- rotor
- ferromagnetic
- elements
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрическим машинам, а конкретно к шаговым электродвигателям с дискретным вращением, и может быть использовано в качестве исполнительного двигателя с большим вращающим моментом в механических системах с большим ресурсом работы при ударных нагрузках, например в системах без датчика угла.The invention relates to electric machines, and in particular to stepper motors with discrete rotation, and can be used as an actuator with a large torque in mechanical systems with a long service life under shock loads, for example, systems without an angle sensor.
Известен многофазный шаговый электродвигатель, содержащий корпус, ротор с зубцами на валу и статор со смещенными относительно друг друга на 1/m (m - число фаз) зубцового деления ротора фазными зонами, состоящими из рядом расположенных зубчатых полюсов, охватываемых последовательно-встречно соединенными между собой катушками фазы (патент РФ №2113755, H02K 37/02, опубл. 2003.12.27, бюл. №36) - [1].A multiphase stepper electric motor is known, comprising a housing, a rotor with teeth on the shaft, and a stator with 1 / m (m is the number of phases) of tooth division of the rotor relative to each other by phase zones, consisting of adjacent toothed poles, covered in series and opposite to each other phase coils (RF patent No. 2113755, H02K 37/02, publ. 2003.12.27, bull. No. 36) - [1].
Недостатком данного двигателя являются низкие массогабаритные показатели, поскольку взаимодействие между статором и ротором происходит на одной цилиндрической поверхности в рабочем зазоре.The disadvantage of this engine is the low overall dimensions, since the interaction between the stator and the rotor occurs on one cylindrical surface in the working gap.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является шаговый электродвигатель, содержащий корпус, магнитопровод ротора с зубцами на валу, пакет статора с многофазной обмоткой и с полюсами, имеющими зубцы, причем зубцы на соседних полюсах сдвинуты относительно друг друга на 1/m зубцового деления, где m - число фаз, чередующиеся коаксиальные полые цилиндры ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов, расположенных вдоль оси вращения, причем цилиндры ротора механически связаны с магнитопроводом ротора, а цилиндры статора - с корпусом, при этом зубцы полюсов и ферромагнитные элементы цилиндров статора, а также зубцы магнитопровода и ферромагнитные элементы цилиндров ротора имеют свои одинаковые угловые положения (Афанасьев А.Ю., Давыдов Н.В. Шаговый электродвигатель. Патент РФ №2321144, МПК7 Н02K 37/02, опубл. 2008.03.27, бюл. №9) - [2].Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved effect is a stepper motor comprising a housing, a rotor magnetic circuit with teeth on the shaft, a stator package with a multiphase winding and with poles having teeth, the teeth on adjacent poles being shifted relative to each other by 1 / m tooth division, where m is the number of phases, alternating coaxial hollow cylinders of the rotor and stator, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements located along the axis of rotation, and the rotor cylinders are mechanically and are connected with the rotor magnetic circuit, and the stator cylinders - with the housing, while the pole teeth and ferromagnetic elements of the stator cylinders, as well as the teeth of the magnetic circuit and the ferromagnetic elements of the rotor cylinders have their same angular positions (Afanasyev A.Yu., Davydov N.V. Shagovy electric motor Patent of the Russian Federation No. 2321144, IPC 7 Н02K 37/02, publ. 2008.03.27, bull. No. 9) - [2].
Его недостатком является наличие тонкостенных полых цилиндров с консольным креплением, что усложняет технологию изготовления, ограничивает скорость вращения и снижает надежность при работе на подвижном основании.Its disadvantage is the presence of thin-walled hollow cylinders with cantilever mounting, which complicates the manufacturing technology, limits rotation speed and reduces reliability when working on a moving base.
Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании шагового электродвигателя с более технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и надежную работу на подвижном основании.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to create a stepper motor with a more technological design that allows high speeds of rotation and reliable operation on a moving base.
Технический результат достигается тем, что в шаговый электродвигатель, содержащий корпус, вал с подшипниками, пакет статора с зубцами и с многофазной обмоткой, введены чередующиеся диски ротора и статора, состоящие из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, пакет статора выполнен в виде двух колец из ленты электротехнической стали путем навивки, расположенных по торцам электродвигателя, накладные зубцы с катушками установлены на торцевой поверхности магнитопровода статора, на поверхности зубцов и на другом магнитопроводе имеются клиновидные выступы, на соседних зубцах выступы сдвинуты относительно друг друга на 1/m зубцового деления, где m - число фаз, при этом выступы зубцов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые положения, причем все ферромагнитные элементы и выступы имеют одинаковые угловые размеры.The technical result is achieved by the fact that in the stepper motor, comprising a housing, a shaft with bearings, a stator package with teeth and a multiphase winding, alternating rotor and stator disks are introduced, consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the stator package is made in the form of two rings of electrical steel tape by winding, located at the ends of the electric motor, false teeth with coils are installed on the end surface of the stator magnetic circuit, on the surface of the teeth and on the other magnetic circuit there are wedge-shaped protrusions, on the adjacent teeth, the protrusions are shifted relative to each other by 1 / m of gear division, where m is the number of phases, while the protrusions of the teeth and the ferromagnetic elements of the stator disks, as well as the ferromagnetic elements of the rotor disks, have their identical angular positions, and all ferromagnetic elements and protrusions have the same angular dimensions.
Сущность заявленного изобретения поясняется на Фиг.1, гдеThe essence of the claimed invention is illustrated in figure 1, where
Фиг.1 - продольное сечение шагового электродвигателя с одной обмоткой статора;Figure 1 is a longitudinal section of a stepper motor with one stator winding;
Фиг.2 - продольное сечение шагового электродвигателя с двумя обмотками статора;Figure 2 is a longitudinal section of a stepper motor with two stator windings;
Фиг.3 - зубцы с катушками;Figure 3 - teeth with coils;
Фиг.4 - диск статора;Figure 4 - stator disk;
Фиг.5 - диск ротора;Figure 5 - rotor disk;
Фиг.6 - графики фазных напряжений;6 is a graph of phase voltages;
Фиг.7 - форма листов шихтованного ферромагнитного элемента.Fig.7 is the shape of the sheets of the laden ferromagnetic element.
Здесь 1 - корпус; 2, 3 - подшипниковые щиты; 4, 5 - магнитопроводы статора; 6 - зубец; 7 - катушка; 8 - диски статора; 9 - втулка статора; 10 - диски ротора; 11 - втулка ротора; 12 - вал; 13, 14 - подшипники.Here 1 is the case; 2, 3 - bearing shields; 4, 5 - stator magnetic cores; 6 - tooth; 7 - coil; 8 - stator disks; 9 - stator sleeve; 10 - rotor discs; 11 - rotor sleeve; 12 - shaft; 13, 14 - bearings.
Корпус 1 жестко связан с подшипниковыми щитами 2, 3. На них установлены кольцевые магнитопроводы 4, 5 статора. На магнитопроводе 4 имеются шесть зубцов 6 с катушками 7.The
Диски 8 статора закреплены на втулке 9 статора, установленной на корпусе 1. Диски 10 ротора установлены на втулке 11 ротора. Вал 12 опирается на подшипники 13, 14, установленные в подшипниковых щитах 2, 3.The
Магнитопроводы 4, 5 и зубцы 6 выполнены лентой из электротехнической стали путем навивки. Диски 8 статора и диски 10 ротора имеют чередующиеся элементы из магнитомягкого и немагнитного материалов. Магнитные элементы имеют форму секторов и выполнены шихтованными из электротехнической стали. Количество магнитных элементов дисков статора и ротора, приходящихся на одно полюсное деление, отличаются на единицу. На фиг.4, 5 показан случай, когда p=1, число магнитных элементов диска статора zc=24, диска ротора zp=26.
Диски 8 статора имеют ферромагнитные элементы, образующие шесть групп по числу зубцов статора (на фиг.4 показаны светлым цветом), и немагнитные сектора (на фиг.4 показаны темным цветом). Ферромагнитные элементы соседних групп сдвинуты относительно друг друга на 1/m зубцового деления, где m - число фаз. Здесь m=3.The
Диски 10 ротора имеют ферромагнитные элементы, расположенные равномерно по окружности (на фиг.5 показаны светлым цветом), и немагнитные сектора (на фиг.5 показаны темным цветом).The
Зубцы 6 имеют вид секторов из электротехнической стали и содержат коронки (показаны на фиг.3 слева). Они установлены на магнитопроводе 4 статора. На поверхности зубцов и на другом магнитопроводе имеются клиновидные выступы, на соседних зубцах выступы сдвинуты относительно друг друга на 1/m зубцового деления, где m - число фаз. Катушки, расположенные диаметрально, соединены последовательно согласно и образуют три фазы обмотки статора: А, В и С. На фиг.3 буквами X, Y, Z обозначены зубцы с катушками, создающими магнитные потоки, направленные противоположно потокам зубцов А, В, С. Число пар полюсов здесь р=1. Например, если зубец А создает полюс N, то зубец Х - полюс S.The
Все ферромагнитные элементы и выступы зубцов имеют одинаковые угловые размеры.All ferromagnetic elements and tooth protrusions have the same angular dimensions.
Шаговый электродвигатель работает следующим образом. При подаче на фазу А статора импульса напряжения (см. фиг.6) ротор поворачивается в положение, при котором восемь ферромагнитных элементов ротора располагаются напротив выступов на зубцах фазы А и соответствующих ферромагнитных элементов дисков статора.Stepper motor operates as follows. When a voltage pulse is applied to the stator phase A (see FIG. 6), the rotor rotates to a position in which eight ferromagnetic rotor elements are located opposite the protrusions on the teeth of phase A and the corresponding ferromagnetic elements of the stator disks.
При подаче на фазу В статора импульса напряжения ротор поворачивается на треть зубцового деления в положение, при котором восемь ферромагнитных элементов на каждом диске ротора располагаются напротив выступов на зубцах фазы В и соответствующих ферромагнитных элементов дисков статора, и т.д. В данном случае каждый импульс вызывает поворот ротора на угол 2π/3zp=π/39. Если импульсы имеют частоту f, то ротор вращается с угловой скоростью ωр=2πf/3zp.When a voltage pulse is applied to the phase B of the stator, the rotor rotates one third of the tooth division into a position in which eight ferromagnetic elements on each rotor disk are opposite the protrusions on the teeth of phase B and the corresponding ferromagnetic elements of the stator disks, etc. In this case, each pulse causes the rotor to rotate by an angle of 2π / 3z p = π / 39. If the pulses have a frequency f, then the rotor rotates with an angular velocity ω p = 2πf / 3z p .
У шагового электродвигателя по фиг.2 имеются две обмотки, расположенные на двух кольцах 4, 5 пакета статора, что облегчает охлаждение и делает симметричным магнитное поле в рабочей зоне.The stepper motor of FIG. 2 has two windings located on two
Наличие нескольких дисков статора и ротора вызывает многократную деформацию магнитного поля в зоне дисков, что увеличивает развиваемый момент и позволяет улучшить массогабаритные показатели.The presence of several disks of the stator and rotor causes multiple deformation of the magnetic field in the zone of the disks, which increases the developed moment and allows to improve the overall dimensions.
На торцевой поверхности магнитопровода 5 статора, обращенной к активной зоне, имеются ферромагнитные выступы в виде секторов, повторяющие по форме и количеству ферромагнитные элементы дисков статора, что увеличивает развиваемый момент.On the end surface of the stator
Магнитные секторы статора и ротора выполнены из электротехнической стали шихтованными для уменьшения потерь в стали на вихревые токи и гистерезис, поскольку в процессе работы магнитная индукция в секторах изменяется. На фиг.7 показана форма листов шихтованного ферромагнитного элемента, выполняемого из электротехнической стали.The magnetic sectors of the stator and rotor are made of electrical steel lined to reduce losses in the steel due to eddy currents and hysteresis, since during operation the magnetic induction in the sectors changes. Figure 7 shows the shape of the sheets of a charged ferromagnetic element made of electrical steel.
Передача момента редуктора является упругой. При увеличении момента нагрузки на валу медленного вращения он отстает на некоторый угол от положения, соответствующего холостому ходу.The torque transmission of the gearbox is elastic. With an increase in the load moment on the shaft of slow rotation, it lags by a certain angle from the position corresponding to idling.
Таким образом, в результате введения чередующихся дисков ротора и статора, состоящих из ферромагнитных и немагнитных элементов в виде секторов, выполнения пакета статора в виде двух колец с накладными зубцами с катушками, выполнения на поверхности зубцов и на магнитопроводе клиновидных выступов со сдвигом на соседних зубцах на 1/m зубцового деления, где m - число фаз, при этом клиновидные зубцы полюсов и ферромагнитные элементы дисков статора, а также ферромагнитные элементы дисков ротора имеют свои одинаковые угловые положения, причем все ферромагнитные элементы и зубцы имеют одинаковые угловые размеры, получен шаговый электродвигатель с технологичной конструкцией, допускающей большие скорости вращения и надежную работу на подвижном основании.Thus, as a result of the introduction of alternating rotor and stator disks consisting of ferromagnetic and non-magnetic elements in the form of sectors, the stator package is made in the form of two rings with false teeth with coils, wedge-shaped protrusions are made on the surface of the teeth and on the magnetic circuit with a shift on adjacent teeth on 1 / m of gear division, where m is the number of phases, while the wedge-shaped teeth of the poles and the ferromagnetic elements of the stator disks, as well as the ferromagnetic elements of the rotor disks, have their identical angular positions, and ferromagnetic elements and the tines have the same angular size, obtained by a stepper motor with a technological structure that permits high rotation speed and reliable operation on a movable base.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013139394/07A RU2544836C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Stepping motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013139394/07A RU2544836C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Stepping motor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013139394A RU2013139394A (en) | 2015-02-27 |
RU2544836C1 true RU2544836C1 (en) | 2015-03-20 |
Family
ID=53279429
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013139394/07A RU2544836C1 (en) | 2013-08-23 | 2013-08-23 | Stepping motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2544836C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596145C1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Stepping motor |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU118037A1 (en) * | 1957-05-23 | 1957-11-30 | И.А. Вульфсон | Electric jet stepper motor |
SU458076A1 (en) * | 1973-07-13 | 1975-01-25 | Предприятие П/Я М-5381 | Multiple Stepper Motor |
SU639097A1 (en) * | 1977-08-05 | 1978-12-25 | Предприятие П/Я М-5381 | Multistator stepping motor |
SU1236589A1 (en) * | 1984-10-10 | 1986-06-07 | Киевский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Периферийного Оборудования | Multistator reactive stepping electric motor |
RU2113755C1 (en) * | 1993-06-17 | 1998-06-20 | Михаил Иванович Лузин | M-phase step electric motor |
RU2321144C1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-03-27 | Казанский государственнный технический университет им. А.Н. Туполева | Stepping electric motor |
CN102204071A (en) * | 2008-12-01 | 2011-09-28 | 日本电产三协株式会社 | Stepping motor |
-
2013
- 2013-08-23 RU RU2013139394/07A patent/RU2544836C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU118037A1 (en) * | 1957-05-23 | 1957-11-30 | И.А. Вульфсон | Electric jet stepper motor |
SU458076A1 (en) * | 1973-07-13 | 1975-01-25 | Предприятие П/Я М-5381 | Multiple Stepper Motor |
SU639097A1 (en) * | 1977-08-05 | 1978-12-25 | Предприятие П/Я М-5381 | Multistator stepping motor |
SU1236589A1 (en) * | 1984-10-10 | 1986-06-07 | Киевский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт Периферийного Оборудования | Multistator reactive stepping electric motor |
RU2113755C1 (en) * | 1993-06-17 | 1998-06-20 | Михаил Иванович Лузин | M-phase step electric motor |
RU2321144C1 (en) * | 2006-11-02 | 2008-03-27 | Казанский государственнный технический университет им. А.Н. Туполева | Stepping electric motor |
CN102204071A (en) * | 2008-12-01 | 2011-09-28 | 日本电产三协株式会社 | Stepping motor |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596145C1 (en) * | 2015-05-28 | 2016-08-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Stepping motor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013139394A (en) | 2015-02-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4330727A (en) | Electric step motor | |
RU2604058C1 (en) | Synchronous motor with magnetic reduction | |
RU2544835C1 (en) | Synchronous motor with magnet gear reduction | |
RU2594018C1 (en) | Magnetic reducing gear | |
US20160324611A1 (en) | Actuator with grouped magnets for personal care appliance | |
RU2474032C2 (en) | Magnetoelectric generator | |
RU2544836C1 (en) | Stepping motor | |
RU2545167C1 (en) | Synchronous electric motor | |
RU2588599C1 (en) | Synchronous motor with magnetic reduction | |
RU2668817C1 (en) | Synchronous motor with magnetic reduction | |
RU2596145C1 (en) | Stepping motor | |
RU2545166C1 (en) | Magnetic reducing gear | |
RU105540U1 (en) | MODULAR ELECTRIC MACHINE | |
RU2653725C1 (en) | Motor wheel | |
RU2673587C1 (en) | Motor-wheel | |
RU2704491C1 (en) | Synchronous electric motor with magnetic reduction | |
RU2340068C1 (en) | Electrical machine with disk rotor | |
RU2655098C1 (en) | Motor-wheel | |
RU2588230C1 (en) | Synchronous motor | |
RU2708382C1 (en) | Synchronous electric motor for helicopter screw | |
RU2773047C1 (en) | Generator with double-circuit stator winding and ring additional fixed electromagnetic circuit | |
RU2283527C2 (en) | Low-speed induction motor | |
RU2516270C1 (en) | Permanent magnet machine | |
RU2717820C1 (en) | Electromagnetic gear | |
RU223846U1 (en) | Electric disk machine with permanent magnets of various magnetizations |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150824 |