Реверсивный однофазный шаговый двигатель. Реверс шагового двигателя


Реверсивные шаговые двигатели

Количество просмотров публикации Реверсивные шаговые двигатели - 330

Для осуществления реверса зубцы статора и ротора ШД должны быть симметричными (без клювообразных выступов). Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного ШД с активным ротором в виде постоянного магнита.

При включении фазы под постоянное напряжение (условно положительной полярности) вектор НС статора совпадет с осью фазы А. В результате взаимодействия НС статора с полем постоянного магнита ротора возникнет синхронизирующий момент Мс = Mmaxsinq, где q - угол между осью ротора и вектором НС.

При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 3.2, первый такт). В случае если теперь отключить фазу А и включить фазу В, вектор НС и ротор повернется на 90о (второй такт на рис. 3.2). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 3.2) НС и ротор повернутся еще на 90о и т.д.

В случае если к ротору ШД приложен момент нагрузки, то при переключении фаз ротор будет отставать от вектора НС на некоторый угол qн= arcsin(Mн/Mmax).

Рис. 3.2. Устойчивые положения ротора при включении фаз

Рассмотренный способ переключения обмоток можно представить в виде табл.1

Таблица 1

Полярность импульсов Такты коммутации
+UA        
+UB        
-UA        
-UB        

Такой же шаг двигателя, но в раз большое значение намагничивающей силы (и соответственно синхронизирующего момента) можно получить при одновременном переключении двух обмоток по алгоритму, показанному в табл.2

Таблица 2

Полярность импульсов Такты коммутации
+UA X     X
+UB X X    
-UA   X X  
-UB     X X

Шаг двигателя можно уменьшить в 2 раза, в случае если обмотки переключать в соответствии с табл.3

Таблица 3

Полярность импульсов Такты коммутации
+UA X X           X
+UB   X X X        
-UA       X X X    
-UB           X X X

Учитывая зависимость оттипа электронного коммутатора управление ШД должна быть:

·однополярным или разнополярным;

·симметричным или несимметричным;

·потенциальным или импульсным.

При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U.

Управление принято называть симметричным, в случае если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное. Способы переключения обмоток, соответствующие тал. 1 и 2 будут симметричными, а по табл.3 – несимметричным.

При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством.

В двухполюсной машинœе число устойчивых положений в пределах одного оборота ротора n следующее (m - число фаз):

1.при однополярной коммутации и симметричном управлении n = m;

2.при разнополярной коммутации с симметричным управлением n = 2m;

3.при несимметричной разнополярной коммутации n = 4m.

Очевидно, что несимметричная коммутация возможно только при m ³ 2.

В многополюсных ШД число устойчивых положений возрастает пропорционально числу пар полюсов р. Размещено на реф.рф

Одним из определяющих параметров ШД является шаг ротора, ᴛ.ᴇ. угол поворота ротора, соответствующий одному управляющему импульсу (угол между двумя сосœедними устойчивыми состояниями)

Для рассмотренных двигателœей р = 1, m = 2 (в первом двигателœе одному такту соответствует действие возбужденных полюсов, а другому, при отключении обмотки, – действие полюсов с постоянными магнитами). Следовательно, при разнополярной симметричной коммутации шаг двигателœей a = 90o. При несимметричной разнополярной коммутации a = 45o.

В случае если в двухфазном двигателœе выполнить выводы средних точек, он фактически превращается в четырехфазный ШД (рис.3.3). В отличие от двигателœей с обычной двухфазной обмоткой, питаемой разнополярными импульсами, данный двигатель можно питать однополярными импульсами, что значительно упрощает коммутатор, хотя и приводит к несколько худшему использованию материалов.

Рис.3.3. Схема обмоток и порядок коммутации 4-х фазного ШД

Магнитоэлектрические ШД удается выполнить с шагом до 15о. Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести. По этой причине иногда используют многостаторные двигатели с 2-3 статорами, повернутыми относительно друг друга на некоторый угол. Подавая импульсы поочередно на обмотки различных статоров можно увеличить число устойчивых состояний и уменьшить шаг в 2-3 раза.

Большое достоинство ЩД с активным ротором – наличие момента͵ удерживающего ротор в занимаемом им положении при отключенном двигателœе. Этот момент по своей природе является реактивным, т. е. возникает при перемещении намагниченного ротора относительно статора. Удерживающий реактивный момент составляет около 10% максимального момента двигателя.

referatwork.ru

Реверсивный однофазный шаговый двигатель

 

Изобретение относится к электротехнике , к реверсивным однофазным шаговым двигателям и может быть использовано в электронно-механических часах. Цель состоит в упрощении конструкции . Электродвигатель содержит обмотку управления и магнитопровод , 4 с отверстием, в котором установлен ротор 5, один или два подвижных стержня 6 и 10 с магнитными наконечниками 7 и 9, каждый из которых при контакте с магнитопроводом 4 двигателя определяет то или иное направление вращения ротора 5. При использовании в конструкции одного подвижного стержня с магнитным наконечником 7 одно из направлений вращения ротора 5 определяется конфигурацией пластины магнитпопровода 4, другое направление - вводимым в контакт с пластиной магнитопровода 4 магнитным наконечником 7 подвижного стержня 6. Двигатель содержит электрическую контактную пару, один из контактов которой закреплен на основании, другойна подвижном стержне 6 или 10. С помощью электрического контакта одновременно с переключением направления вращения ротора двигателя происходит переключение режима его питания . 2 з.п, ф-лы, 5 ил. 6-5 п г с Ф (Л со со сх со оо

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

» BU „„ I99ßß (51) 4 Н 02 К 37/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

I :ю

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3975319/24-07 (22) 10.11.85 (46) 07.03.88. Вюл. М 9 (71) Специальное конструкторское бюро часов Производственного объединения "Янтарь и Московский энергетический институт (72) З.Д.Новаковская, В.М,Панфилов и Т,П.Киселева (53) 621.313 ° 289(088.8) (56) Патент Великобритании М 1520968, кл. Н 02 К 37/00, 1975, Авторское свидетельство СССР

11- 1050059, кл, Н 02 К 37/00, 1983. (54) PEBEPCHHHIIA OgHO4A3HIIA UIAI OBI1I3

ДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, к реверсивным однофазным шаговым двигателям и может быть использовано в электронно-механических часах. Цель состоит в упрощении конструкции. Электродвигатель содержит обмотку управления и магнитопровод

4 с отверстием, в котором установлен ротор S, один или два подвижных стержня 6 и 10 с магнитными наконечниками 7 и 9, каждый из которых при контакте с магнитолроводом 4 двигателя определяет то или иное направление вращения ротора 5. При использовании в конструкции одного подвижного стержня с магнитным наконечником

7 одно из направлений вращения рото" ра 5 определяется конфигурацией пластины магнитпопровода 4, другое направление — вводимым в контакт с пластиной магнитопровода 4 магнитным наконечником 7 подвижного стержня 6, Двигатель содержит электрическую конЮ тактную пару, один из контактов которой закреплен на основании, другойна подвижном стержне 6 или 10 ° С помощью электрического контакта одновременно с переключением направления вращения ротора двигателя проис ходит переключение режима его питания. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1379898

Изобретение относится к электротехнике, к щаговым электродвигателям для электронно-механических часов.

Цель изобретения — упрощение конструкции двигателя, Па фиг. 1 показан предлагаемый двигатель, на фиг. 2 — сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — двигатель, второе исполнение; на фиг. 4 — сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 — контактное устройство, переключающее режим питания.

Электродвигатель содержит основа- 15 ние 1, н котором укреплены обмотка

2 управления, размещенная на сердечнике 3, пластина магнитопровода 4 с отверстием, в котором установлен ротор 5, основной стержень 6 подвижно- 20 го элемента фиксации ротора 5 с магнитным наконечником 7, параллельный валу ротора 5, пружиной 8 подпружиненный относительно основания 1 и установленный в зазоре между пласти- 25 ной магнитопровода 4 и ротором 5.

При обесточенной обмотке 2 управления положение фиксации ротора 5 определяется конструкцией зазора между его нилиндрической поверхностью и кромкой отверстия магнитопровода

4. 11агнитный наконечник 7 пружиной

8 удерживается нне пластины магнитопровоца 4> не влияя на работу двигателя.

При поступлении на обмотку 2 управления последовательности разнополярных импульсов ротор 5 вращается н направлении против часовой стрелки, При опускании стержня 6 до контакта 4 магнитного наконечника 7 с пластиной магнитопровода 4 положение фиксации ротора 5 при обесточенной обмотке 2 управления определяется положением магнитного наконечни а 7

При поступлении на обмотку управления последовательности разнополярных импульсов, ротор 5 вращается по часовой стрелке.

Во втором исполнении двигателя (фиг. 3 и 4) положение фиксации ро-. тора 5 при обесточенной обмотке 2 определяется тем иэ магнитных наконечников 7 и 9, который находится н контакте с магнитопроводом 4. При введении н контакт с пластиной магнитопронода 4 магнитного наконечника

7 подвижного стержня 6 ротор 5 при поступлении в обмотку 2 управления последовательности разнополярных импульсон вращается против часовой стрелки, а магнитного наконечника 9 подвижного стержня 10 — против часовой стрелки.

Узел блокировки не допускает одновременного введения в контакт с пластиной магнитпоровода 4 обоих магнитных наконечников 7 и 9 или одновременно их поднятия, чтобы исключить неопределенное вращение ротора 5. Узел блокировки содержит блокировочную планку ll, подпружиненную относительно основания 1 пружиной 12, выемки 13 и 14 на стержнях

6 и 10, подпружиненных пружинами

8 и 15.

Блокировка производится следующим образом.

При нажатии на стержень 6 блокироночная планка 11 под действием скоса нижней выемки 13 стержня 6 отклоняется вправо и выходит иэ верхней выемки 14 стержня 10, который под действием пружины 15 выходит из зоны магнитопровода 4. Одновременно с введением магнитного наконечника

7 стержня 6 в зону магнитопровода 4 блокировочная планка 11 фиксирует положение стержня 6 по верхней его выемке 13, а стержня 10 — по нижней выемке. При этом магнитный наконечник 7 стержня 6 находится н контакте с магнитопроводом 4, магнитный наконечник 9 стержня 10 — вне контакта с магнитопроводом 4.

Подвижный элемент фиксации ротора

5 снабжен электрическим контактом

16, который при опускании подвижного стержня 6 замыкается на контакт 17, размещенный на корпусе 1 двигателя.

Размыкание контактной пары 16 и 17 производится одновременно с выведением магнитного наконечника 7 из эоны магнитопровода 4 под действием пружины 8. При этом производится включение ускоренной подачи импульсон на обмотку 2 управления двигателем одновременно с включением реверсивного режима вращения ротора 5. формула изобретения

1. Реверсивный однофаэный щаговый двигатель, содержащий основание, в котором размещен сердечник с обмоткой управления, соединенный с магнитопроводом, в котором выполнено отверстие, в котором размещен ротор, 1379898 подвижный элемент фиксации ротора с ферромагнитным наконечником, размещенный в зазоре между магнитопроводом и ротором, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью упрощения конструкции, подвижный элемент фиксации ротора выполнен в виде стержня, параллельного валу ротора, установленного с возможностью продольного перемещения в отверстии, выполненном в основании, и подпружиненного относительно основания.

2, Двигатель по и, 1, о т л ич а ю шийся тем, что подвижный элемент фиксации ротора снабжен дополнительным подпружиненным относительно основания стержнем с ферромагнитным наконечником на конце и блокировочной планкой с двумя отверстиями, а оба стержня размещены в этих отверстиях и выполнены в верхней и нижней частях с пазами, скошенными в верхней части под блокировочную планку.

3. Двигатель по пп. 1 и 2, о тл и ч а ю шийся тем, что он снабжен контактной парой, один иэ контактов которой размещен на основании, а другой - закреплен в верхней части подвижного стержня, предназначенной для переключения цепей управления.

1 379898

Составитель Л,Иакина

Техред М.Ходанич

Корректор А.Ильин

Редактор А,1Пандор

Тираж 665 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 990/56

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

    

www.findpatent.ru

Однофазный реверсивный шаговый двигатель

 

ОП ИСАНИЕ изовеитиния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (») 527806 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено30.11.73 (21) K 1972650/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 05.09.76,Бюллетень ¹ 33 (45) Дата опубликования описания24.05.77 (я) м. к,:

Н 02 К 37/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений н открытий (53) УДК 621.313.13 (088,8) (72) Авторы изобретения

Е. Ф. Кулевская, В. А, Денисов, А. И. Захаров, 3. Д, Новаковская и Б. А. Ивоботенко (71) Заявитель (54.) ОДНОФАЗНЫЙ РЕВЕРСИВНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электромашиностроения, в частности к шаговым однофазным электродвигателям, которые применяются в системах автоматики и в различных приборах, например в приборах времени, Известны шаговые однофазные двигатели с зубчатым пассивным ротором и статором, содержащим кольцевую катушку управления, постоянный магнит и зубчатые венцы (1J . Однако такие двигатели имеют однаправленное вращение и в процессе эксплуатации не способны ревэрсироваться.

Известен также однофазный реверсивный двигатель, содержащий зубчатый пассивный ротор и статор с аксиально размещенными в нем катушкой управления,расположенной между двумя зубчатыми венцами, имеющими шаг, совпадающий с шагом зубцов на роторе, катушкой возбуждения, расположенной между двумя зубчатыми венцами, имеющими шаг по зубцам вдвое меньше основного, и постоянным магнитом E2j. Для осуществления реверса ротора такого двигателя необходимо изменять полярность включения обмотки возбуждения, которая все время должна быть подключена к сети постоянного тока. Конструкция такого двигателя не позволяет отключать от источника питания катушку возбуждения, так как в противном случае пусковой момент двигателя становится равным нулю, и двигатель теряет работоспособность.

Постоянное протекание тока по обмотке возбуждения приводит к снижению энергетических показателей.

11ель изобретения — повысить к. и. д. двигателя.

Это достигается тем, что в двигателе

15 дополнительно установлены два зубчатых венца с шагом, равным основному, и два зубчатых венца с шагом, вдвое меньшим основного, расположенные симметрично в аксиальном направлении по обе стороны

20 постоянного магнита, причем зубцы дополнительных венцов с меньшим шагом сдвинуты по часовой стрелке на — основного

8 шага относительно зубцов дополнительных венцов с основным шагом, которые, в свою

25 очередь, сдвинуты относительно зубцов на

5» »»».1»,» веттца три ткаюшт... . """ ., у. p ч ния, на половину Основ. =-. o зубцового шага и относительно зубпс-;:т -.:От:т .-"::., примы;аА ющих к катути"". =: "Оз .,» ??деr.ия,:-: а я Ос ИОВ ного шага про-ив часо Ой стрелки.

На чертеже показан однофазный реверсив ный шаговый двигатель.

Двигатель содержит зубчатый пассивный роТор 1 и статор 2 с аксиально pGGMeilleHными в нем ка.-,тттткой УНРавлениЯ 3, PBODoложенной межд.; дву;".ч зубчатымп венцами

4. имеютцтимт О .НО ной итаг iio зубцам равный шагУ зУбттов:= РО-.ОРе, Зт:Оцы на венцах 4 не имеют уг.-от ого сдвига один от1О носитепьно другого. 15 т»а другом конце с-атора 2 —.азлтентена .этуш;а Озбуждения 5 распс,—,оженнач между дву»лтя зубчаты:,ттт Ве (щами 6, имеющими та а i О 3 т ОИНМ В Е ОЕ . ЕНЬШЕ ОС» ОР НОГО Ша га...; ц;-.— -"нцо 6 =О же не имеют Углово- то

О СДВИт О,".,ИН От».. ИГЕЛЬНО ДРУГОГО, Между электрол агнитными системами

7 и 8, включающими соответственно катушкти управления 3 и возбуждения 5 с их венцами 4 и 6 установлена электромагнитная систе:та 9, вкжочающая кольцевой постоянный магнит 10, намагниченный в осевом направлении, симметрично прилегающие к нему с двух сторон два зубчатых верша 11 с шагом по зубцам, равным ос- zp новному шагу, и два зубчатых венца 12 с шагом по зубцам, вдвое меньшим основноГО, Зубцы венцов 11 сдвинуты по часовой стрелке относительно зубцов на венцах 12 3s на 8 зубцового деления основного шага.

В свою очередь, зубцы венцов 12 сдвинуты относительно зубцов на венцах 4 на угол, равный половине основного зубцового шага. Кроме того, зубцы венцов 6 сдвину- 4о ты относительно зубцов на венцах 12 на

1 зубцового деления основного шага против часовой стрелки.

В связи с тем, что описываемый двигатель по принципу образования результирующего мо- 4> мента относится к гармоническим двигателям, результирующая угловая характеристика момента является суммой гармоник, амплитуды и фазовые сдвиги которых зависят от кратности и взаимного расположения зубцов электромагнитных систем 7, 8, 9.

Двигатель работает следующим образом.

При отсутствии напряжения на катушках 3, 5 электромагнитная. система 9 создает на роторе постоянно действующий момент, урав- 55 нс:вешивающий момент нагрузки и фиксирующий ротор в определенном положении. При подаче импульса тока в катушку управления в электромагнитной системе 7 за счет момента, возникающего из-за сдвига зубцов gp рс-.:.=.- --- сс .-..: .:о тбцов на венцах 4 и

ВОЗНИКатоштЕГО .".РИ ЭТОМ МаГНИтНОГО ПотОКа, происходит поворот ротора вперед на угол, соответствующий половине основного шага, После отключения катушки 3 на ротор, находящийся в смещенном от исходного положения, будет действовать момент в направлении вперед, обусловленный моментом электромагнитной системы 9, под действием которого ротор переместится в том же направлении еще на полшага.

Таким образом, за время протекания така в катушке 3 и время паузы ротор отработает шаг, равный одному основному зубцовому делению.

Для осуществления реверса и обеспечения движения ротора в обратном направлении (назад ) необходимо подключить катушку возбуждения 5 к источнику постоянного тока. Это приводит к возникновению дополнительного момента от электромагнитной системы 8, за счет которого исходное состояние ротора сместится, и при подаче импульса тока в катушку 3 на ротор будет действовать момент в обратном направлении, под дейст— вием которого ротор повернется на угол, соответствующий половине основного шага, в направлении назад, а во время паузы Он отработает еще полшага за счет момента системы 9, деиствующего в этом же направлении.

Таким образом, B описываемом двигателе при вращении его в одном из направлений (в рассмотренном случае вперед) обмотка воздуждения не по=ребляет энергии„

НТо повышает к. и. д. двигателя.

Формула изобретения

Однофазный реверсивный шаговый двигатель, содержащий зубчатый пассивный ротор и статор с аксиально размещенными в нем катушкой управления, расположенной между двумя зубчатыми венцами, имеющими шаг, совпадающий с шагом зубцов на роторе, катушкой возбуждения, расположенной между двумя зубчатыми венцами, имеющими шаг по зубцамвдвое меньше основного, и постоянным магнитом, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения к. и. д. двиГателя, дополнительно установлены два зубчатых венца с шагом, равным основному, и два зубчатых венца с шагом, вдвое меньшим основного, расположенные симметрично в аксиальном направлении по обе стороны постоянного магнита, причем зубцы дополнительных венцов с меньшим шагом сдвинуты.по часовой стрелке на1/8 основного шага относительно зубцов дополнительных венцов с основным шагом. которые, в свою очередь, сдвинуты относительно зубцов на венцах, примыкающих к катушкам управления, на половину основного =зубцового шага и относительно зубцов на венцах, примыкающих к катушке возбуждения, — на1/8 основного шага против часовой стрелки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями, под ред. M. Г. Чиликина, Энергия, Москва 1971 r.

2. Авт. св. СССР Л 413583 М.Кл.

Н 02 К 37/00 (прототип) .

Составитель 3. Гарник

Редактор В. Фельдман Техред М. Левицкая Корректор А. Власенко

Заказ 715/46 Тираж 882 Подпис ное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

   

www.findpatent.ru

электромеханический реверсивный шаговый двигатель - патент РФ 2267857

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в качестве исполнительного устройства дискретного привода в автоматических системах с цифровым управлением. Шаговый двигатель содержит кривошипный вал и два установленных в корпусе аналогичных электромагнита, на осях якорей каждого из которых жестко закреплена кулиса, охватывающая своей вилкой цапфу кривошипного вала. Оси кулис смещены относительно друг друга. Кулисы образуют угол больше 0° и меньше 180° и соединены соответствующими упругими связями с корпусом. Кривошипный вал установлен с возможностью взаимодействия с обеими кулисами в процессе его поворота как в прямом, так и в обратном направлении. Технический результат заключается в повышении быстродействия, обеспечении реверсирования без усложнения конструкции двигателя, а также исключении необходимости соблюдения сложных зависимостей между размерами деталей двигателя. 3 ил.

Рисунки к патенту РФ 2267857

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве исполнительного устройства дискретного привода в автоматических системах с цифровым управлением.

Известны шаговые двигатели, представляющие собой синхронные электродвигатели, в которых электрические импульсы в обмотках преобразуются при взаимодействии магнитных полей якоря и статора в дискретные угловые перемещения якоря, такие, например, как шаговые двигатели, описанные в книге Д.Э.Брускина, А.Е.Зороховича, В.С.Хвостова "Электрические машины и микромашины" (М., "Высшая школа", 1990 г. стр.389÷398) или, например, шаговый двигатель по патенту РФ №2101840, м. кл. Н 02 К 37/00, Н 02 Р 8/00, опубликованному 10.01.98 г.

Общим недостатком этих двигателей является низкий КПД (порядка 0,01 и менее) и низкий стопорный момент в обесточенном положении прибора, который не превышает величину 0,1...0,2 номинального момента.

Известны электромеханические шаговые двигатели, в которых электрические импульсы в обмотках электромагнитов преобразуются в дискретные условия перемещения выходного вала в результате механических связей между якорем и выходным валом, например храповым механизмом, такие как шаговый электродвигатель по авторскому свидетельству СССР №1023567, м. кл. Н 02 К 37/00, опубликованному 15.06.83 г., или шаговый электродвигатель по патенту РФ №2077108, м. кл. Н 02 К 37/00, 7/06, опубликованному 10.04.97 г.

Эти шаговые электродвигатели имеют достаточно высокий стопорный момент, но их недостатком является малый КПД (порядка 0,01) и малый ресурс работы вследствие ударного режима работы деталей (наличия соударяющихся элементов).

Низкий КПД указанных двигателей обусловлен принципом работы - необходимостью быстрого разгона якоря и последующего торможения, которое в первой указанной группе двигателей осуществляется тормозными электромагнитными обмотками, а во второй - механическим торможением деталей. Таким образом, энергия, затраченная на разгон якоря и приводимого им механизма, в первом случае должна быть погашена энергией, затрачиваемой на торможение, а во втором случае расходуется на удар о стопорное устройство.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемому техническому решению является электромеханический шаговый двигатель по а.с. СССР №288109, м. кл. Н 02 К 37/00, опубликованный 03.12.70.

Известный шаговый двигатель, как и заявляемый, содержит выходной кривошипный вал и неподвижно установленный в корпусе электромагнит, на оси якоря которого жестко закреплена кулиса, охватывающая своей вилкой цапфу кривошипного вала.

В отличие от предлагаемого двигателя известный двигатель содержит также рычаг и коромысло, причем рычаг связан возвратной пружиной с корпусом и второй пружиной - с нижним концом коромысла, верхний конец которого третьей пружиной связан с корпусом.

Известный шаговый двигатель обладает высоким КПД и ресурсом работы. Высокий КПД обусловлен тем, что энергия притяжения якоря преобразуется механизмом шагового двигателя на первом участке, когда якорь притягивается, при совершении полезной работы, в энергию разгона кривошипа и энергию натяжения пружин, которые на втором участке, при отпускании якоря, преобразуются в полезную работу на привод механизма. Высокий ресурс определяется отсутствием в конструкции соударяющихся и трущихся деталей и минимальным износом взаимодействующих между собой поверхностей.

Однако известный двигатель обладает следующими недостатками:

1. Быстродействие двигателя ограничено, что обусловлено следующими причинами:

- коромысло, смонтированное на цапфе выходного кривошипного вала, и подвижные элементы опоры обладают значительными массами и соответственно моментами инерции;

- максимальная величина момента, создаваемая пружинным механизмом, который должен преодолеть электромагнит, почти в три раза превосходит средний момент, создаваемый пружинами на рабочем участке. Соответственно в механизме создаются большие усилия, требующие для обеспечения прочности увеличения размеров деталей, что приводит к увеличению моментов инерции и, в конечном итоге, не позволяют при увеличении мощности электромагнита в соответствующей степени увеличить быстродействие механизма.

2. Номенклатура шаговых двигателей по а.с. №288109 ограничена, что обусловлено тем, что геометрические параметры деталей механизма двигателя, такие как радиус кривошипа, длины плеч коромысла, длины рычагов и т.п., для обеспечения рабочего момента на выходном валу связаны между собой сложными зависимостями и не могут быть заданы произвольно. Поэтому, например, уменьшение радиуса кривошипа уменьшает ход коромысла, соответственно уменьшает момент для преодоления мертвой точки, требует увеличения длины рычага и т.д., что препятствует созданию двигателя с меньшей мощностью и большей частотой срабатывания.

3. Область применения известного двигателя ограничена, поскольку для его реверсирования необходимо переключающее электромеханическое устройство, изменяющее положение зацепа пружины, который связывает верхний конец коромысла с корпусом, что существенно усложняет конструкцию и схему управления, и, кроме того, сдвигает исходное положение кривошипного вала при реверсе на некоторый угол от исходного положения при прямом ходе (примерно 10% полного углового шага) и, следовательно, не позволяет проводить реверсирование с достаточной точностью.

В основу изобретения поставлена задача создать такой электромеханический реверсивный шаговый двигатель, в котором введение второго электромагнита с кулисой, смещение осей кулис относительно друг друга с образованием угла между кулисами больше 0° и меньше 180°, установка кривошипного вала с возможностью взаимодействия с обеими кулисами как в прямом, так и в обратном направлениях, позволило бы уменьшить моменты инерции выходного вала двигателя и, следовательно, повысить его быстродействие; исключить необходимость соблюдения сложных зависимостей между размерами деталей двигателя и, следовательно, расширить номенклатуру двигателей; обеспечить реверсирование двигателя без усложнения его конструкции с обеспечением достаточной точности и, таким образом, расширить область его применения.

Кроме того, предлагаемое изобретение обеспечивает получение дополнительного результата - упрощения двигателя, поскольку за счет введения новых признаков в предложенном двигателе отсутствуют рычаг и коромысло, а также обеспечивающие их упругую связь между собой и с корпусом пружины.

Поставленная задача решается тем, что в электромеханический шаговый двигатель, содержащий выходной кривошипный вал и неподвижно установленный в корпусе электромагнит, на оси якоря которого жестко закреплена кулиса, охватывающая своей вилкой цапфу кривошипного вала, согласно изобретению, введены следующие существенные признаки, отличные от прототипа.

В заявляемый электродвигатель введен аналогичный электромагнит с кулисой, оси кулис смещены относительно друг друга, причем кулисы образуют угол больше 0° и меньше 180° и соединены соответствующими упругими связями с корпусом, а кривошипный вал установлен с возможностью взаимодействия с обеими кулисами как в прямом, так и в обратном направлениях.

Введение второй подпружиненной кулисы, расположенной под некоторым углом к первой и установленной на оси якоря аналогичного электромагнита, позволяет не только увеличить быстродействие за счет уменьшения моментов инерции движущихся масс и снижения максимальных нагрузок на механизм, но и расширить диапазон номенклатуры создаваемых двигателей как в сторону увеличения, так и уменьшения мощности за счет устранения геометрических зависимостей между деталями механизма. Выполнение кривошипного вала взаимодействующим с обеими кулисами позволяет производить реверсирование простым изменением порядка поступление импульсов в обмотки электромагнитов.

На фиг.1 приведена кинематическая схема заявляемого двигателя, на фиг.2 - циклограмма крутящих моментов, создаваемых пружинами на выходном кривошипном валу шагового двигателя, на фиг.3 - диаграмма управляющих импульсов.

Электромеханический реверсивный шаговый двигатель содержит две кулисы 1, 2, выходной вал 3 с кривошипом 4. Кулисы 1, 2 установлены соответственно на вращающихся осях 5, 6 якорей 7, 8 электромагнитов 9, 10. Кулисы 1, 2 соответственно пружинами 11, 12 связаны с корпусом 13.

Кулисы 1, 2 охватывают своими вилками цапфу кривошипа 4 выходного вала 3. Оси 5, 6 смещены относительно друг друга таким образом, что кулисы 1, 2 образуют угол, величина которого больше 0° и меньше 180°.

Предлагаемый двигатель работает следующим образом. В исходном положении механизм находится в устойчивом уравновешенном состоянии под действием пружин 11, 12.

На циклограмме (фиг.2) указаны положения верхних мертвых точек (ВМТ) и нижних мертвых точек (НМТ) деталей механизма. Выше оси абсцисс (фиг.2) показаны положительные моменты, создаваемые пружинами 11, 12 при вращении выходного кривошипного вала 3 по часовой стрелке. Ниже от абсцисс - отрицательные моменты. Соответственно при вращении выходного кривошипного вала 3 против часовой стрелки положительные моменты, направленные в сторону вращения, располагаются под осью абсцисс. При подаче импульса тока в обмотку одного из электромагнитов (ЭМ), например 9 (фиг.3а), якорь 7, притягиваясь под действием электромагнитного поля к сердечнику, увлекает за собой кулису 1, которая, поворачиваясь вокруг оси 5 по часовой стрелке, вилкой давит на цапфу кривошипа 4 выходного вала 3 и растягивает пружину 11. Под действием кулисы 1 и кулисы 2, притягиваемой пружиной 12, кривошип 4 выходного вала 3 начинает поворачиваться по часовой стрелке до верхней мертвой точки пары кулиса 2 - кривошип 4. Вблизи мертвой точки в обмотку электромагнита 10 подается импульс тока (фиг.3б) и якорь 8, притягиваясь к сердечнику, разворачивает кулису 2 вокруг оси 6 против часовой стрелки, растягивая пружину 12. Кулиса 2 вилкой давит на кривошип 4 в направлении вращения выходного вала 3 по часовой стрелке. Вблизи нижней мертвой точки пары кулиса 1 - кривошип 4 с обмотки электромагнита 9 снимается напряжение, и кулиса 1, разворачиваясь под действием пружины 11 против часовой стрелки, помогает электромагниту 10 двигать выходной кривошипный вал 3 по часовой стрелке до нижней мертвой точки пары кулиса 2 - кривошип 3, вблизи которой с электромагнита 10 снимается напряжение. Движение выходного кривошипного вала 3 до исходного положения продолжается под суммарным воздействием пружины 11 и 12. Вращение в обратном направлении происходит при подаче импульса тока сначала в обмотку электромагнита 10 (фиг.3в), а затем в обмотку электромагнита 9 (фиг.3г).

Таким образом, введение новых признаков позволило создать электромеханический шаговый двигатель с возможностью реверсирования, с высоким КПД, ресурсом работы, быстродействием и более широким диапазоном мощностей.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Электромеханический реверсивный шаговый двигатель, содержащий выходной кривошипный вал и неподвижно установленный в корпусе электромагнит, на оси якоря которого жестко закреплена кулиса, охватывающая своей вилкой цапфу кривошипного вала, отличающийся тем, что в него введен аналогичный электромагнит с кулисой, оси кулис смещены относительно друг друга, причем кулисы образуют угол больше 0° и меньше 180° и соединены соответствующими упругими связями с корпусом, а кривошипный вал установлен с возможностью взаимодействия с обеими кулисами в процессе его поворота как в прямом, так и в обратном направлениях.

www.freepatent.ru

28. Шаговые двигатели

28.1. Общие сведения о шаговых двигателях

В современных системах управления широко используются устройства, оперирующие с цифровой формой сигнала. Цифровая форма представления сигнала привела к созданию нового типа двигателей – шаговых двигателей (ШД).

Шаговые двигатели – это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи.

Современные ШД являются по сути синхронными двигателями без пусковой обмотки на роторе, что объясняется не асинхронным а частотным пуском ШД. Роторы могут быть возбужденными (активными) и невозбужденными (пассивными).

Рассмотрим принцип действия простейшего однофазного шагового двигателя.

Двухполюсный ротор из магнитомягкой стали с клювообразными выступами помещен в четырехполюсный статор (рис.3.1). Одна пара полюсов выполнена из постоянных магнитов, на другой – находится обмотка управления.

Пока тока в обмотках управления нет, ротор ориентируется вдоль постоянных магнитов и удерживается около них с определенным усилием, которое определяется магнитным потоком полюсов Фпм.

При подаче постоянного напряжения на обмотку управления возникает магнитный поток Фу примерно вдвое больший, чем поток постоянных магнитов. Под действием электромагнитного усилия, создаваемого этим потоком, ротор поворачивается, преодолевая нагрузочный момент и момент, развиваемый постоянными магнитами, стремясь занять положение соосное с полюсами управляющей обмотки. Поворот происходит в сторону клювообразных выступов, т.к. магнитное сопротивление между статором и ротором в этом направлении меньше, чем в обратном.

Рис. 3.1. Схема простейшего однофазного ШД

Следующий управляющий импульс отключает напряжение с обмотки управления и ротор поворачивается под действием потока постоянных магнитов в сторону клювообразных выступов.

Достоинством однофазных ШД с постоянными магнитами является простота конструкции и схемы управления. Для фиксации ротора при обесточенной обмотке управления не требуется потребление энергии, угол поворота сохраняет свое значение и при перерывах в питании. Двигатели этого типа отрабатывают импульсы с частотой до 200–300 Гц. Их недостатки – низкий КПД и невозможность реверса.

28.2. Реверсивные шаговые двигатели

Для осуществления реверса зубцы статора и ротора ШД должны быть симметричными (без клювообразных выступов). Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного ШД с активным ротором в виде постоянного магнита. Будем считать, что намагничивающие силы фаз (НС) распределены по синусоидальному закону.

При включении фазы под постоянное напряжение (условно положительной полярности) вектор НС статора совпадет с осью фазы А. В результате взаимодействия НС статора с полем постоянного магнита ротора возникнет синхронизирующий момент Мс=Mmaxsinq, где q – угол между осью ротора и вектором НС.

При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 3.2, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, вектор НС и ротор повернуться на 90о(второй такт на рис. 3.2). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 3.2) НС и ротор повернутся еще на и т.д.

Если к ротору ШД приложен момент нагрузки, то при переключении фаз ротор будет отставать от вектора НС на некоторый угол qн=arcsin(Mн/Mmax).

Рис. 3.2. Устойчивые положения ротора при включении фаз

Рассмотренный способ переключения обмоток можно представить в виде таблице 1

Таблица 1

Полярность импульсов

Такты коммутации

1

2

3

4

</TD<

tr>

+UA

+UВ

–UA

–UВ

Такой же шаг двигателя, но в раз большое значение намагничивающей силы (и соответственно синхронизирующего момента) можно получить при одновременном переключении двух обмоток по алгоритму, показанному в табл.2

Таблица 2

Полярность импульсов

Такты коммутации

1

2

3

4

+UA

X

X

+UВ

X

X

–UA

X

X

–UВ

X

X

Шаг двигателя можно уменьшить в 2 раза, если обмотки переключать в соответствии с табл.3

Таблица 3

Полярность импульсов

Такты коммутации

1

2

3

4

5

6

7

8

+UA

X

X

X

+UВ

X

X

X

–UA

X

X

X

–UВ

X

X

X

В зависимости от типа электронного коммутатора управление ШД может быть:

  • однополярным или разнополярным;

  • симметричным или несимметричным;

  • потенциальным или импульсным.

При однополярном управлении напряжение каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от –U до +U.

Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное. Способы переключения обмоток, соответствующие тал. 1 и 2 будут симметричными, а по табл.3 – несимметричным.

При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством.

В двухполюсной машине число устойчивых положений в пределах одного оборота ротора n следующее (m – число фаз):

  1. при однополярной коммутации и симметричном управлении n=m;

  2. при разнополярной коммутации с симметричным управлением n=2m;

  3. при несимметричной разнополярной коммутации n = 4m.

Очевидно, что несимметричная коммутация возможно только при m³ 2.

В многополюсных ШД число устойчивых положений возрастает пропорционально числу пар полюсов р.

Одним из определяющих параметров ШД является шаг ротора, т.е. угол поворота ротора, соответствующий одному управляющему импульсу (угол между двумя соседними устойчивыми состояниями)

Для рассмотренных двигателей р=1, m=2 (в первом двигателе одному такту

соответствует действие возбужденных полюсов, а другому, при отключении обмотки, – действие полюсов с постоянными магнитами). Следовательно, при разнополярной симметричной коммутации шаг двигателей . При несимметричной разнополярной коммутации.

Если в двухфазном двигателе выполнить выводы средних точек, он фактически превращается в четырехфазный ШД (рис. 3.3). В отличие от двигателей с обычной двухфазной обмоткой, питаемой разнополярными импульсами, данный двигатель можно питать однополярными импульсами, что значительно упрощает коммутатор, хотя и приводит к несколько худшему использованию материалов.

Магнитоэлектрические ШД удается выполнить с шагом до . Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести.

Гораздо более мелкий шаг (до долей градуса) можно получить в редукторных (индукторных) ШД. Индукторные ШД выполняются с числом фаз m=2¸4. Они имеют зубчатый ротор с равномерно расположенными zp зубцами и гребенчатые зоны статора, смещенные относительно друг друга на угол 2p/(mzp) (например, рис. 3.4). Число пазов статора и ротора, их геометрические размеры выбираются такими, чтобы обеспечить необходимую величину шага и синхронизирующего момента при заданном виде коммутации токов.

Рис.3.3. Схема обмоток и порядок коммутации 4–х фазного ШД

Рис. 3.4. Геометрия магнитной системы индукторного ШД

Основной особенностью индукторных двигателей является то, что магнитное поле в зазоре содержит постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая поля возбуждается либо постоянной составляющей тока обмоток управления – у двигателей с самовозбуждением, либо специальной обмоткой возбуждения – у двигателей с независимым возбуждением, либо постоянными магнитами – у магнитоэлектрических двигателей. Переменная составляющая магнитного поля создается импульсами тока обмоток управления, поступающими от электронного коммутатора.

studfiles.net

Реверсивные шаговые двигатели.

Для осуществления реверса зубцы статора и ротора шагового двигателя должны быть симметричными (без клювообразных выступов). Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного шагового двигателя с активным ротором в виде постоянного магнита (рис. 52).

 
Рис. 52. Реверсивный шаговый двигатель

 

При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 52, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, то ротор повернется на 900 (второй такт рис. 52). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 52) ротор повернутся еще на 90о и т.д.

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: одноплярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение в каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное. При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством. Магнитоэлектрические шаговые двигатели удается выполнить с шагом до 15°.Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести.

Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 34 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Механическая характеристика асинхронного двигателя | Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором | Пуск двигателя с фазным ротором | Однофазные асинхронные двигатели | Асинхронный тахогенератор | Решение | Назначение и устройство синхронных машин | Принцип работы синхронного генератора | Принцип работы синхронного двигателя | Пуск синхронного двигателя |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.007 сек.)

mybiblioteka.su

Реверсивные шаговые двигатели.

Для осуществления реверса зубцы статора и ротора шагового двигателя должны быть симметричными (без клювообразных выступов). Рассмотрим работу двухфазного двухполюсного шагового двигателя с активным ротором в виде постоянного магнита (рис. 52).

 
Рис. 52. Реверсивный шаговый двигатель

 

При отсутствии тормозного момента ротор займет положение, при котором его ось совпадет с осью фазы А (рис. 52, первый такт). Если теперь отключить фазу А и включить фазу В, то ротор повернется на 900 (второй такт рис. 52). При включении фазы А на напряжение обратной полярности (третий такт на рис. 52) ротор повернутся еще на 90о и т.д.

В зависимости от типа электронного коммутатора управление шаговым двигателем может быть: одноплярным или разнополярным; симметричным или несимметричным; потенциальным или импульсным. При однополярном управлении напряжение в каждой фазе изменяется от 0 до +U, а при разнополярном – от -U до +U. Управление называется симметричным, если в каждом такте коммутации задействуется одинаковое число обмоток, и несимметричным – если разное. При потенциальном управлении напряжение на обмотках изменяется только в моменты поступления управляющих импульсов. При отсутствии управляющего сигнала обмотка или группа обмоток находятся под напряжением, а положение ротора фиксируется полем обмоток. При импульсном управлении напряжение на обмотки подается только на время отработки шаг, после чего оно снимается и ротор удерживается в заданном положении либо реактивным моментом, либо внешним фиксирующим устройством. Магнитоэлектрические шаговые двигатели удается выполнить с шагом до 15°.Дальнейшее уменьшение шага ограничено технологическими трудностями создания ротора в виде постоянного магнита с числом пар полюсов больше шести.

Дата добавления: 2015-07-15; просмотров: 35 | Нарушение авторских прав

Читайте в этой же книге: Механическая характеристика асинхронного двигателя | Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором | Пуск двигателя с фазным ротором | Однофазные асинхронные двигатели | Асинхронный тахогенератор | Решение | Назначение и устройство синхронных машин | Принцип работы синхронного генератора | Принцип работы синхронного двигателя | Пуск синхронного двигателя |mybiblioteka.su - 2015-2018 год. (0.004 сек.)

mybiblioteka.su