ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
STEP MOTOR

Изобретение относится к области электротехники, а более точно - к шаговым двигателям, и предназначено для использования в дискретных электроприводах.
Известны шаговые двигатели, содержащие статоры с обмотками, состоящими из отдельных катушек, расположенных на их зубцах, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством (см., например, а.с. СССР №907716, МПК Н02К 37/00; Н02Р 8/42, 1982 г., а.с. СССР №917295, МПК Н02К 37/00; Н02Р 8/42, 1982 г., пат. США №3506859, МПК Н02К 37/00; Н02Р 8/42, 1970 г.). Данные шаговые двигатели имеют сложную конструкцию.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является шаговый двигатель, содержащий статор с обмоткой, состоящей из отдельных катушек, расположенных на их зубцах, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством, подключающим их к источнику напряжения, и ротор, включающий электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра, имеющего диаметральную прорезь по всей активной длине ротора и заполненную изолирующим веществом (см. пат. Российской Федерации №2301488, МПК Н02К 37/00; Н02Р 8/42, 2007 г.).
Данный шаговый двигатель имеет сложную конструкцию и работает от трехфазного источника напряжения. Это - недостаток прототипа.
Технической задачей настоящего изобретения является устранение отмеченного недостатка в разработанной конструкции шагового двигателя.
Решение технической задачи достигается тем, что в шаговом двигателе, содержащем статор с обмоткой, состоящей из отдельных катушек, расположенных на его зубцах, выводы катушек соединены с коммутирующим устройством, и ротор, включающий электропроводящую часть, выполненную в виде цилиндра, имеющего диаметральную прорезь по всей активной длине ротора и заполненную изолирующим веществом, согласно изобретению на зубцах статора в верхних их частях расположены по два витка, выводы которых соединены, например, с контактами герконовых реле, катушки которых соединены с коммутирующим устройством, обеспечивающим возможность одновременного замыкания, по меньшей мере, четырех витков, размещенных на четырех соседних зубцах статора и образующих дугообразный ряд, причем у первых двух зубцов замкнутые витки экранируют правые части в направлении против часовой стрелки, а у последующих двух зубцов замкнутые витки экранируют их левые части, причем для начала шага ротора коммутирующее устройство размыкает виток, размещенный на левой части последнего зубца первоначального ряда, а для завершения шага размыкает виток на первом зубце ряда, размыкает виток на левой части на третьем зубце первоначального ряда и замыкает виток, размещенный на правой его части, при этом замыкается виток на левой части зубца, следующего за последним зубцом первоначального ряда.
Выполнение зубцов статора шагового двигателя с возможностью их частичного экранирования на правой и левой части определяет новизну и существенное отличие данного технического решения.
В дальнейшем изобретение поясняется примером его конкретного выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг.1 изображает схематично общий вид шагового двигателя (поперечное сечение); фиг.2 - то же, но с разомкнутым витком, экранировавшим левую часть последнего зубца первоначального рода; фиг.3 - шаговый двигатель, четыре зубца которого образуют новый ряд после совершения шага ротора; фиг.4 - представляет верхнюю часть зубца статора с двумя витками, выводы которых соединены с герконовыми реле; фиг.5 - упрощенную схему подключения катушек герконовых реле к источнику напряжения (причем показаны только контакты герконовых реле, а катушки на фиг.5 не изображены).
1
2
Шаговый двигатель 1 (фиг.1) содержит статор 2 с обмоткой, состоящей из отдельных катушек 3, расположенных на его зубцах 4. Ротор 5 включает электропроводящую часть 6, выполненную в виде цилиндра, имеющего диаметральную прорезь 7 по всей активной длине ротора, и заполненную изолирующим веществом (на фиг.1 не показано). В верхних частях зубцов 4 статора 2 расположены по два витка 8, выводы которых соединены, например, с герконовыми реле (на фиг.1 не показаны), катушки которых соединены с коммутирующим устройством (на фиг.1 не показано). Вращающие моменты, действующие на ротор, обозначены символами М и М.
На фиг.2 показан тот же шаговый двигатель, что и на фиг.1, но при размыкании витка 8, экранирующего левую часть последнего зубца 4 первоначального ряда из четырех зубцов. Остальные обозначения те же, что и на фиг.1.
На фиг.3 представлен тот же шаговый двигатель после совершения ротором 5 одного шага, равного зубцовому делению статора 2. Остальные обозначения здесь те же, что и ни фиг.1.
Один зубец 4 статора шагового двигателя изображен схематически со стороны ротора на фиг.4. Правая и левая стороны верхней части зубца 4 содержат витки 8, выводы которых соединены с герконовыми реле 9, выводы 10 катушек которых связаны с коммутирующим устройством (на фиг.4 не показано).
Фиг.5 изображает упрощенно схему подключения катушек 3 обмотки шагового двигателя к коммутирующему устройству 11 при помощи контакта 12. Коммутирующее устройство подключено к источнику однофазного напряжения 13. Витки 8, размещенные на зубцах статора шагового двигателя соединены с герконовыми реле (на фиг.5 не показаны), выводы катушек которых соединены с коммутирующим устройством. На фиг.5 контакты герконовых реле показаны схематично и обозначены позициями 14-29.
1
2
1
2
Рассмотрим работу данного шагового двигателя. При замыкании контакта 12 коммутирующего устройства 11 подается переменное напряжение на катушки 3 обмотки статора 2 (фиг.1 и фиг.5). По катушкам 3 потечет однофазный ток, который создает пульсирующее магнитное поле. Далее коммутирующее устройство 11 замыкает контакты герконов 14, 17 и 18, 20. Витки 8, экранирующие правые части двух первых зубцов и следующих за ними (против часовой стрелки) третьего и четвертого зубцов, становятся короткозамкнутыми. В результате магнитные поля четырех зубцов, образующих первоначальный ряд, становятся эллиптическими. При пересечении эллиптическим магнитными полями электропроводящей части 6 ротора 5 в ней индуктируются электродвижущие силы, под действием которых в роторе потекут вихревые токи. В результате взаимодействия эллиптических магнитных полей с токами ротора, ими индуктированными, создаются вращающие моменты, направленные от неэкранированных частей зубцов статора к экранированным. Суммарный вращающий момент М, созданный при взаимодействии эллиптических магнитных полей первых двух зубцов с токами, ими индуктированными в роторе, будет действовать против часовой стрелки и будет равен суммарному вращающему моменту М, созданному при взаимодействии эллиптических магнитных полей третьего и четвертого зубцов статора с токами, ими индуктированными в роторе, и направленному по часовой стрелке. Моменты M и М взаимно уравновешиваются и ротор будет неподвижен. Короткозамкнутые витки 8 на фиг.1 обозначены полужирно.
1
2
2
1
Для начала шага ротора коммутирующее устройство 11 размыкает контакт 20 герконового реле (фиг.2 и фиг.5). В этом случае вращающий момент M станет больше вращающего момента М, т.к. момент M будет создаваться при взаимодействии эллиптического магнитного поля только одного третьего зубца с токами ротора, ими индуктированными. Момент Mбудет иметь ту же самую величину, что и ранее. Под действием разности моментов ротор 5 начнет поворачиваться против часовой стрелки (фиг.2).
1
2
Для завершения шага ротора на одно зубцовое деление и фиксации ротора в новом положении коммутирующее устройство 11 размыкает контакт 15 и виток 8, экранирующий правую часть первого зубца, перестает быть короткозамкнутым, одновременно коммутирующее устройство размыкает контакт 18 и замыкает контакт 19, при этом на третьем зубце становится короткозамкнутым виток 8, экранирующий правую сторону третьего зубца. Одновременно коммутирующее устройство замыкает контакт 22 и образуется новый ряд из четырех зубцов (фиг.3 и фиг.5). Ротор 5 поворачивается на одно зубцовое деление и фиксируется в новом положении. Вращающие моменты M и М снова становятся равными. И так далее. На фиг.3 короткозамкнутые витки обозначены полужирно.
По сравнению с прототипом упрощена конструкция, заявляемый двигатель имеет более простую конструкцию обмотки статора и работает от однофазной сети.