SU871147A1 - Пол ризованный электромеханический преобразователь дл электрочасов - Google Patents

Description

Изобретение относится к приборам времени.

Известен поляризованный электромеханический преобразователь для » электрочасов, содержащий обмотку на ферромагнитных сердечниках с полюсными наконечниками, и концентричные дисковые зубчатые магнитопроводы, два кольцевых магнита со встречной ориентацией полюсов, установленные между торцами полюсных наконечников и дисковых магнитопроводов, и зубчатый ротор, установленный между торцами магнитов £1].

При достаточно высоком КПД и тех- *5 нолотечности известный преобразователь обладает невысокой приемистостью вследствие того, что у него кольцевые магниты размещены в габарите „ ротора: усилие поляризующего магнит- ²⁰ ного потока неизбежно влечет за собой увеличение инерционности ротора.

Целью изобретения является повышение приемистости преобразователя.

Для достижения цели поляризованный электромеханический преобразователь для электрочасов снабжен двумя дополнительными кольцевыми магнитами, установленными концентрично основным кольцевым магнитам и с противополож2 ной им ориентацией полюсов, и двумя дисковыми магнитопроводамн, заьыкающими торцы основных и дополнительных магнитов.

Зубцы на полюсных наконечниках выполнены шириной, одинаковой с.шириной зубцов ротора, причем зубцы у одной части полюсных наконечников расположены против зубцов дисковых магнитопроводов, а зубцы у другой части полюсных накснечников - против межэубцовых впадин указанных магнитопроводов.

Одна половина зубцов зубчатого ротора в чередующейся последовательности выполнена с угловой протяженностью, по крайней мере в два раза меньшей угловой протяженности у другой половины зубцов и одинаковой с угловой протяженностью полюсных наконечников, число которых выбрано в два раза большим числа зубцов ротора.

Возможно также зубчатый ротор выполнить по высоте с двумя рядами зубцов при соотношении числа зубцов в рядах 1:2 η, где η - любое целое число.

На фиг. 1 представлен преобразователь, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг.1/ на фиг. 3 - пре3 образователь с реверсируемым ротором, вид в плане; на фиг. 4 - преобразователь с двухскоростным ротором, вид в плане; на фиг. 5 - форма исполнения двухскоростного ротора; на фиг. 6 устойчивое положение ротора относительно полюсных наконечников с чередующейся полярностью у преобразователя. изображенного на фиг. 4,' на фиг. 7 - то же при попарно чередующейся полярности полюсных наконечников.

В преобразователе (фиг. 1) на валу 1 жестко закреплен ротор 2 с расположенными равномерно по окружности зубцами Зч Вал 1 сидит в подаипниках, установленных в платах 4 и 5 из немагнитного материала» На цилиндрических выступах этих плат концентрично валу 1 надеты постоянные магниты 6 и 7 , обращенные друг ·κ другу одноимен — 'ными полюсами. Со стороны торцов, обращенных к ротору 2, магниты 6 и 7 зафиксированы посредством зубчатых дисков 8 и 9, служащих магнитопроводаМи. Концентрично магнитам 6 и 7 установлены дополнительные кольцевые магниты 10 и 11, обращенные друг к другу одноименными полюсами противоположной относительно магнитов 6 и 7 полярности. С одного из торцов полюса магнитов 10 и 11 замкнуты на полюса противоположной полярности магнитов 6 и 7 посредством дисковых магнитопроводов 12 и 13. Между другими торцами магнитов 10 и 11 установлены полюсные наконечники 14 и 15 сердечников 16 и 17, на которых размещены катушки 18 и 19, образующие обмотку управления. Между собой сердечники 16 и 17 замкнуты перекачкой 20 (фиг. 2).

На полюсных наконечниках 14 и 15 выполнены зубцы соответственно 14^ , 14 и 15^ , 15₂ (фиг. 2), ширина этих зубцов одинакова с шириной зубцов 3 ротора 2. Между последними в теле ротора 2 выполнены фиксирующие пазы 21, ширина которых одинакова с шириной зубцов дисков 8 и 9.

В преобразователе (4мг. 3) управляющая обмотка образована двумя парами катушек 18, 19, 18', 19*, размещенных соответственно на двух парах сердечников 16 , 17 и 16', 17', которые попарно соединены перемычками 20 и 20 ', при этом к источнику питания подключена только одна пара катушек, в зависимости от требуемого направления вращения ротора.

На каждом из полюсных наконечников

14, 15 и 14', 15' выполнено₍по два зубца 14_f, 14₂, 15₄, 15₂, 14^, 14₂,

15. , 15_а, при этом зубцы 14^ , 14 г и 15] , 15 расположены против зубцов 8-» диска 8 и зубцов диска 9 (не, , показано) , а зубцы 14^', 14^ и 15,, 1¾ против межзубцовых впадин 8 ' того же 65 диска 8 и межзубцовых впадин диска 9 (не показано).

В преобразователе (фиг. 4) ротор 2 имеет два зубца 3^ и 3₂. Угловая протяженность одного из зубцов, например зубца 3, , одинакова с угловой протяженностью полюсных наконечников 14, 15 и 14 ', 15', размещенных равномерно по окружности ротора 2. В то же время угловая протяженность другого ротор.ного зубца - зубца 3% предпочтительно равна сумме угловых протяженностей двух любых полюсных наконечников и промежутка между ними.

В общем случае на роторе может . быть размещено в чередующейся довательности различное число разной угловой протяженности.

У преобразователя (фиг. 5) послезубцсв ротор по высоте имеет два ряда зубцов: в одном ряду - два зубца 3^ ,. з]' , а в другом ряду - один зубец 3₂. При необходимости число зубцов может быть выбрано другим, но с сохранением соотношения зубцов в рядах 1:2п, гДе п - любое целое число. Соотношение угловой протяженности зубцов 3^' , 3^’, и угловой протяженности зубца 3% предпочтительно такое же, как и соотношение угловой протяженности зубцов 3^ и 3jj ротора у преобразователя (фиг. 4). При необходимости у зубцов обоих рядов могут быть совмещены оси симметрии.

При работе преобразователя, изображенного на фиг. 1 и 2 с поступлением импульса тока в катушки 18, 19 создается магнитное поле, силовые линии которого замыкаются через сердечники 16, 17, переьычку 20, полюсные наконечники 14, 15 и зубцы 3 ротора 2. Это поле ослабляет магнитный поток возбуждения, создаваемый постоянными магнитами 6, 7 и 10, 11 в воздушном зазоре, например, между зубцами 15,, 15₂ полюсного наконечника 15 и зубцами 3 ротора 2. Это же поле усиливает магнитный поток, возбуждаеьый постоянные магнитами в воздушном зазоре между зубцами 14, и 142 полюсного наконечника 14 и зубцами 3 ротора 2.

В результате возникает вращающий момент, поворачивающий ротор 2 в такое положение, чтобы магнитная проводимость для наибольшего потока в воздушном зазоре приняла максимальное значение.

По окончании импульса тока ротор 2, вращаясь под действием реактивного момента, обусловленного наличием магнитной фиксации з& счет пазов 21 в теле ротора и зубцов на дисках 8, 60, 9, в том же направлении,переходит в следующее устойчивое состояние. Далее процесс повторяется.

Работа преобразователя, изображенного на фиг.З, происходит аналогично описанному выше. При подключении к источнику питания катушек 18, 17 вращение ротора 2 происходит по часовой стрелке, а при подключении катушек 18*, 19*- в противоположном направлении.

При работе преобразователя, иэоб- ' j раженного на фиг. 4, в случае, когда направление тока в катушках 18, 19, 18 ' и 19* меняется в чередующейся последовательности (фиг. 6), благодаря поляризующему магнитному потоку ;д постоянных магнитов 6, 7 и ДО, 11 зубцы 3^ и 3^ ротора приобретают по отношению к полюсным наконечникам 14, 15 и 14 ί 15' магнитный потенциал полярности.Ν. В момент поступления импульса тока (фиг. 6,а) полюсные наконечники 14 и 14' получают потенциал S,a полюсные наконечники 15 и 15' - потенциал N, возникает вращающий момент (направление „ показано стрелкой), и ротор переходит⁴ в новое устойчивое положение (фйг.б^). По прохождении импульса ротор переходит в новое положение (фиг. 6,б) под действием реактивного момента, обусловленного наличием пазов 21 на 25 роторе и зубцами дисков 8 и 9, завершая таким образом отработку шага.

При смене полярности импульса ротор из положения, показанного на фиг. 6,6, переходит в положение 6, г 30 и т.д. Ротор преобразователя в данном случае вращается по часовой стрелке с шагом 7С/р, где р = 2, т.е. с шагом 90° .

При работе преобразователя (4мг.4)35 в случае, когда₍направление тока в катушках 18, 19 и 18^ζ,·19. попарно одинаково, в момент поступления импульса тока (фиг. 7,а) полюсные наконечники 14 и 15* получают потенциал N , а полюсные наконечники 14 * и 15 потенциал S. Под действием вращающего момента (направление показано стрелкой) ротор переходит в новое устойчивое положение (фиг. 7, в), и далее процесс повторяется аналогично описанному применительно к фиг.6. Однако в данном случае ротор гфеобраэователя вращается против часовой стрелки с шагом 2^/р, т.е. с шагом 180°.

Работа преобразователя согласно (фиг. 4) с ротором (фиг. 5) происходит аналогично вышеописанному. Новый эффект заключается в том, что за счет кратности числа зубцов в рядах достигается кратность изменения шага ротора при сохранении неизменным направления вращения.

Такое исполнение магнитной системы позволяет устранить зависимость мощ- 60 ности системы возбуждения от размеров ротора и за счет этого повысить приемистость преобразователя. Относительно высокий КПД прототипа сохраняется, поскольку в пребразователе прак-£5 тически полностью скомпенсисованы как аксиальные, так и радиальные магнитные тяжения, воздействующие на ротор, а электромагнитная система обеспечивает высокую магнитную силу.обмотки управления при минимальных электрических потерях.

Помимо повышения приемистости преобразователь обеспечивает также и расширение функциональных возможностей: благодаря разделению полюсных наконечников на две группы и размещению каждой из этих rpynh определенным образом относительно зубцов дисковых магнитопроводов обеспечивается реверсивность вращения ротора. При этом в зависимости от соотношения количества полюсных наконечников в группах достигается либо уравнивание энергетических характеристик при работе преобразователя в режиме с реверсированием, либо обеспечение реверсивности для вспомогательного (кратковременного) режима при сохранении энергетических показателей основного режима на уровне, близком к показателям нереверсивного преобразователя.

Выполнение зубчатого ротора,изображенного на фиг. 4, позволяет за счет изменения схема включения обмотки обеспечивать реверсирование вращения ротора и одновременно в два раза изменять его шаг, что бывает необходимо при установке часовых стрелок.

Выполнение зубчатого ротора по высоте с двумя рядами зубцов с соотношением числа зубцов в рядах 1:2п позволяет изменять величину шага, что может оказаться полезным, например, в шахматных часах. В зависимости от взаимного положения зубцов & рядах при этом направлении вращения ротора может или сохраняться, или изменяться на обратное'. Изменяя соотношение высоты зубцов в рядах, можно варьировать и соотношением энергетических показателей преобразователя в разных режимах работы.

Claims (4)

1. Изобретение относитс  к приборам времени. Известен пол ризованный электромеханический преобразователь дл  электрочасов, содержащий обмотку на ферромагнитных сердечниках с полюсными наконечниками, и концентричные дисковые зубчатые магнитопроводы, два кольцевых магнита со встречной ориентацией полюсов, установленные между торцами полюсных наконечников и дисковых магнитопроводов, и зубчатый ротор, установленный между торцами магнитов l. При достаточно высоком КПД и технологичности известный преобразователь обладает невысокой приемистость вследствие того, что у него кольцевые магниты размещены в габарите ротора: усилие пол ризующего магнитного потока неизбежно влечет за собо увеличение инерционности ротора. Целью изобретени   вл етс  повыше ние приемистости преобразоват-ел . Дл  достижени  цели пол ризованный электромеханический преобразователь дл  электрачасов снабжен двум  дополнительными кольцевыми магнитами установленными концентрично основным кольцевым -магнитам и с противоположной им ориентацией полюсов, и двум  дисковыми магнитопроводами, замыкающими торцы основных и дополнительных магнитов. Зубцы на полюсных наконечниках выполнены шириной, одинаковой с-шириной зубцов ротора, причем зубцы у одной части полюсных наконечников расположены против зубцов дисковых магнитопроводов, а зубцы у другой части полюсных наконечников - против межэубцовых впадин указанных мапштопроводов . Одна половина зубцов зубчатого ротора в чередующейс  последовательности выполнена с угловой прот женностью , по крайней мере в два раза меньшей угловой прот женности у другой половины зубцов и одинаковой с угловой пpoт жeннocтьюi полюсных наконечников , число которых выбрано в два раза большим числа зубцов ротора. Возможно также зубчатый ротор выполнить по высоте с двум  р дами зубцов при соотношении числа зубцов в р дах 1:2 п, где п - любое целое число. На фиг. 1 представлен преобразователь , продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-й на фиг. на фиг. 3 - преобраэователь с реверсируемлм ротором вид в плане; на фиг. 4 - преобразователь с двухскоростным ротором, вид в плане; на фиг. 5 - форма исполнени двухскоростного ротора; на фиг. 6 устойчивое положение ротора относительно полюсных наконечников с чередукицейс  пол рностью у преобразовател , изображенного на фиг.4/ на фиг. 7 - то же при попарно чередующей с  пол рности полюсных наконечников. В преобразователе (фиг. 1) на валу 1 жестко закреплен ротор 2 с распо ложенными равномерно по окружности зубцами 3 Вал 1 сидит в подиипниках установленных в платах 4 и 5 из немагнитного материала. На цилиндричес ких выступах этих плат концентрично налу 1 надеты посто нные магниты 6 и 7,обращенные другк другу одноимен - -ными полюсами. Со стороны торцов, обращенн ых к ротору 2, магниты 6 и 7 зафиксированы посредством зубчатых дисков 8 и 9, служащих магнитопроводаМи . Концентрично магнитам 6 и 7 установлены дополнительные кольцевые магниты 10 и 11, обращенные друг к другу одноименными полюсами противоположной относительно магнитов 6 и 7 пол рности. С одного из торцов полюса магнитов 10 и 11 замкнуты на полюса противоположной пол рности магнитов 6 и 7 посредством дисковых магнитопроводов 12 и 13. Между други ми торцами ма 7нитов 10 и 11 установлены полюсные наконечники 14 и 15 сердечников 16 и 17, на которых размещены катушки 18 и 19, образующие обмотку управлени . Между собой сердечники 16 и 17 замкнуты перемлчкой 20 (фиг. 2). На полюсных наконечниках 14 и 15 выполнены зубцы соответственно 14 , 14 2. и 15 , 152 (фиг. 2), ширина этих зубцов одинакова с шириной зубцов 3 ротора 2. Между последними в теле ротора 2 выполнены фиксирующие пазы 21, ширина которых одинакова с шириной зубцов дисков 8 и 9. В преобразователе (4мг. 3) управл юща  обмотка образована двум  пара катушек 18, 19, 18, 19, размещенны соответственно на двух парах сердечНИКОВ 16, 17 и 16 , 17/ которые попарно соединены перемычками 20 и 20 при этом к источнику питани  подключена только одна пара катушек, в зависимости от требуемого направлени  вращени  ротора.. На каждом из полюсных наконечнико 14, 15 и 14, 15 выполненО|ПО два зубца 14,, 142, 1, 15-1, f . 15 , 15;,, при этом зубцы 14 , 14 г и 15 , 15 2 расположены против зубцов 8-1 диска 8 и зубцов диска 9 (не показано), а зубцы , 142. г 1 против межзубцовых впадин 8 того же иска 8 и межзубцовых впадин диска 9 (не показано). В преобразователе (фиг. 4) ротор 2 меет два зубца 3 и 3, Углова  про женность одного из зубцов, например убца 3 , одинакова с угловой прот енностью полюсных наконечников 14, 5 и 14, 15, размещенных равномерно по окружности ротора 2. В то же врем  углова  прот женность другого ротор .ного зубца - зубца 3, предпочтительно равна сумме угловых прот женностей двух любых полюсных наконечников и промежутка между ними. В общем случае на роторе может . быть размещено в чередующейс  последовательности различное число зубцав разной угловой прот женности. У преобразовател  (фиг. 5) ротор по высоте имеет два р да зубцов: в одном р ду - два зубца 3 ,.з, а в другом р ду - один зубец 3. При необходимости число зубцов может быть выбрано другим, но с сохранением соотношени  зубцов в р дах 1:2п, где п - любое целое число. Соотношение угловой прот женности зубцов 3 , 3л , и угловой прот женности зубца 32 предпочтительно такое же, как и соотношение угловой прот женности зубцов 3 и 3jj ротора у преобразовател  (фиг. 4). При необходимости у зубцов обоих р дов могут быть совмещены оси симметрии. При работе преобразовател , изображенного на фиг. 1 и 2 с поступлением импульса тока в катушки 18, 19 создаетс  магнитное поле, силовые линии которого замыкаютс  через сердечники 16, 17, перелычку 20, полюсные наконечники 14, 15 и зубцы 3 ротора 2. Это поле ослабл ет магнитный поток возбуждени , создаваемый посто нными магнитами 6, 7 и 10, 11 в воздушном зазоре, например, между зубцами 15, ISg полюсного наконечника 15 и зубца да 3 ротора 2, Это же поле усиливает магнитный поток, возбуждаелый посто нныки магнитами в воздушном зазоре между зубцами 14. и 142 полюсного наконечника 14 и зубцами 3 ротора 2, В результате возникает вращающий момент, поворачивающий ротор 2 в такое положение, чтобы магнитна  проводимость дл  наибольшего потока в воздушном зазоре прин ла максимальное значение. По окончании импульса тока ротор 2, враща сь под действием реактивного момента, обусловленного наличием магнитной фиксации з& счет пазов 21 в теле ротора и зубцов на дисках 8, 9, в том же направлении,переходит в следующее устойчивое состо ние. Далее процесс повтор етс . Работа преобразовател , изображенного на фиг.З, происходит аналогично описанному вьш2е. При подключении к источнику питани  катушек 18, 1) вращение ротора 2 происходит по часо вой стрелке, а при подключении катушек 18, 19- в противоположном направлении . При работе преобразовател , иэображенного на фиг. 4, в случае, когда направление тока в катушках 18, 19, 18 и 19 мен етс  в чередующейс  последовательности (фиг, 6), благодар  пол ризующему магнитному потоку посто нных магнитов 6, 7 и ДО, 11 зубцы 3 и З ротора приобретают по отношению к полюсным наконечникам . 14, 15 и 141 is магнитный по.тенциал пол рности.N, В момент поступлени  им:пульса тока (фиг. 6,а) полюсные наконечники 14 и 14 получают потенциал S,a полюсные наконеч ники 15 и 15 - потенциал N, возникает вращающий момент (направление показано стрелкой), и ротор переходи в новое устойчивое положение (фйг.6,в По прохождении импульса ротор переходит в новое положение (фиг. 6,6) под действием реактивного момента, обусловленного наличием пазов 21 на роторе и зубцами дисков 8 и 9, заверша  таким образом отработку шага При смене пол рности импульса ротор из положени , показанного на фиг, 6,6, переходит в положение б, г и т.д. Ротор преобразовател  в данно случае вращаетс  по часовой стрелке с шагом С/р, где р 2, т.е. с шагом 90°, При работе преобразовател  (4мг.4 в случае, когда направление тока в катушках 18, 19 и 18,-19. попарно одинаково, в момент поступлени  импульса тока (фиг. 7,а) полюсные нако нечники 14 и 15 получают потенциаш N , а полюсные наконечники 14 и 15 потенциал S. Под действием вращающего момента (направление показано стрелкой) ротор переходит в новое устойчивое положение (фиг, 7, в), и далее процесс повтор етс  аналогич но описанному применительно к фиг.6. Однако в данном случае ротор щ еобразовател  вращаетс  против часовой стрелки с шагом 2Rypf т,е, с шагом 180, Работа преобразовател  согласно (фиг, 4) с ротором (фиг. 5) происходит аналогично вышеописанHONV. Новый эффект заключаетс  в том, что за счет кратности числа зубцов в р дгис достигаетс  кратность изменени  шага ротора при сохранении неизменным направлени  вращени . Такое исполнение магнитной систем позвол ет устранить зависимость мощности система возбуждени  от размеро ротора и за счет этого повысить приемистость преобразовател , Относдательно высокий КПД прототипа сохран  етс , поскольку в пребразователе пра тически полностью скомпенсиоопакн как аксиальные, так и радиальные магнитные т жени , воздействующие на ротор, а -электромагнитна  система обеспечивает высокую магнитную силу.обмотки управлени  при минимальных электрических потер х. Помимо повышени  приемистости прербраз .ователь обеспечивает также и расширение функциональных возможностей: благодар  разделению полюсных наконечников на две группы и размещению каждой из этих rpynh определенным образом относительно зубцов дисковых магнитопроводов обеспечиваетс  реверсивность заращени  ротора. При этом в зависимости от соотношени  количества полюсных наконечников в группах достигаетс  либо уравнивание энергетических характеристик при работе преобразовател  в режиме с реверсированием , либо обеспечение реверсивности дл  вспомогательного (кратковременного) режима при сохранении энергетических показателей основного режима на уровне, близком к показател м нереверсивного преобразовател . Выполнение зубчатого ротора,изображенного на фиг. 4, позвол ет за счет изменени  схемл включени  обмотки обеспечивать реверсирование вращени  ротора и одновременно в два раза измен ть его шаг, что бывает необходимо при установке часовых стрелок. Выполнение зубчатого ротора по высоте с двум  р дами зубцов с соотношением числа зубцов в р дах 1:2п позвол ет измен ть величину шага, что может оказатьс  полезным, например, в шахматных часах. В зависимости от взаимного положени  зубцов и р дах при этом направлении вращени  ротора может или сохран тьс , или изь.ан тьс  на обратное . Измен   соотношение высоты зубцов в р дах, можно варьировать и соотношением энергетических показателей преобразовател  в разных режимах работы. Формула изобретени  1, Пол ризованный электромеханический преобразователь дл  электрочасов , содержащий платыj несущие обмотку на ферромагнитных сердечниках с полюсными наконечниками, и концентричные дисковые зубчатые магнитопро-. воды, два кольцевых магнита со встречной ориентацией полюсов, установленных между торцами полюсных наконечников и дисковых магнитопроводов, и зубчатый ротор, установленный межу торцами магнитов, отличаюийс  тем, что, с целью повышени  приемистости преобразовател , он набжен двум  дополнительными кольцевыми магнитами, установленными концентрично основным магнитам и с противоположной им ориентацией полюсов, и двум  дисковыми магнитопроводами, эамыкгиоици и торцы основных и дополнительных магнитов.

2. Преобразователь по п.1, о т л ающийс  тем, что, на полюсн наконечниках выполнены зубцы, ширина которых равна ширине зубцов ротора, причем зубцы у одной части полюсных наконечников расположены против зубцов дисковых магнитопроводов, а зубцы у другой части полюсных наконечников - против межзубцовых впади указанных магнитопроводов.

3. Преобразователь по п.1, отличающийс  тем, что у зуб чатого ротора одна половина зубцов чередующейс  последовательности выполнейа с угловой прот женностью, по крайней мере в два раза меньшей угловой прот женности у другой половины зубцов и одинаковой с угловой прот женностью полюсных наконечников, число которых выбрано в два раза больше числа зубцов ротора.

4. Преобразователь по п.1, о т личающийс  тем,, что, зубчатый ротор выполнен по высоте с двум  р дами зубцов при соотношении числа ЗУ бцов в р дах 1:2 п , где п - любое целое число. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР, № 686008, кл. G 04 С 13/10, 1978 (прототип).

ГО 17 f/

Г8

а

Лг/ fS № t

и

11

Ae

f/

I

//

b