close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2957

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2957
(13)
C1
6
(51) H 02K 41/03
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
ОДНОФАЗНЫЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОДУЛЬ ДВУХФАЗНОГО
ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
(21) Номер заявки: 960493
(22) 1996.10.07
(46) 1999.09.30
(71) Заявитель: ООО "Рухсистем" (BY)
(72) Авторы: Жарский В.В., Власов В.А., Трусов
Н.К., Трусов А.Н. (BY)
(73) Патентообладатель: ООО "Рухсистем" (BY)
(57)
1. Однофазный электромагнитный модуль двухфазного шагового двигателя, содержащий магнитопровод
с зубчатыми полюсами, первый постоянный магнит и обмотку управления, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен Ш-образным и дополнительно снабжен двумя магнитомягкими ярмами и вторым постоянным магнитом, причем постоянные магниты расположены одноименными полюсами навстречу друг
другу в зазорах между соответствующими ярмами и боковыми стержнями магнитопровода, а обмотка
управления расположена на центральном стержне магнитопровода.
2. Модуль по п. 1, отличающийся тем, что зубцы полюсов боковых и центрального стержня магнитопровода сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на расстояние L, определяемое по формуле:
L = (2n + 1) ⋅
K
,
2
где n - целое число;
K - период расположения зубцов магнитопровода.
3. Модуль по одному из пп. 1, 2, отличающийся тем, что ширина зубцов полюсов каждого ярма выбрана
кратной периоду расположения зубцов магнитопровода.
4. Модуль по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что зубцы обоих ярем сдвинуты в направлении к ШK
образному магнитопроводу по отношению к зубцам его боковых стержней на расстояние z = .
8
BY 2957 C1
(56)
1. А.с. СССР № 746830, МПК H 02K 41/02, 1980 (прототип).
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в магнитоэлектрических индукторных шаговых двигателях (линейных, планарных, вращающихся).
BY 2957 C1
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является однофазный электромагнитный модуль индукторного шагового двигателя с возбуждением от постоянных магнитов [1].
Прототип состоит из двух П-образных зубчатых магнитопроводов, между которыми расположен постоянный магнит, и обмотки управления. Обмотка управления охватывает внутренние стержни П-образных
магнитопроводов и постоянный магнит. Полюса стержней магнитопроводов снабжены зубцами которые
смещены соответственно в стержнях каждого П-образного магнитопровода на расстояние, кратное половине
периода зубцового деления.
Недостаток известного однофазного модуля состоит в том, что двухфазный шаговый двигатель, изготовленный на его основе, имеет значительное собственное (при обесточенных обмотках управления) магнитное
фиксирующее усилие. У правильно спроектированного двигателя амплитуда этого усилия достигает 5-12
процентов от максимальной тяги, а частота равна 4-й гармонике частоты расположения зубцов. Это приводит к потере точности позиционирования в разомкнутом электроприводе или к ухудшению качества отработки траекторных задач в замкнутом электроприводе в динамике.
Изобретение решает задачу уменьшения собственного магнитного фиксирующего усилия двухфазного
магнитоэлектрического индукторного шагового двигателя посредством новой конструкции однофазного модуля.
Поставленная задача решается тем, что однофазный электромагнитный модуль двухфазного шагового
двигателя, содержащий магнитопровод с зубчатыми полюсами, первый постоянный магнит и обмотку
управления, дополнительно снабжен двумя магнитомягкими ярмами и вторым постоянным магнитом, причем постоянные магниты расположены одноименными полюсами навстречу друг другу в зазорах между соответствующими ярмами и боковыми стержнями магнитопровода. Магнитопровод в нем выполнен Шобразным, а обмотка управления расположена на центральном стержне магнитопровода.
Зубцы полюсов боковых и центрального стержня магнитопровода сдвинуты в пространстве по отношению друг к другу на расстояние L, определяемое по формуле:
K
L = (2n + 1) ⋅ ,
2
где n - целое число;
К - период расположения зубцов магнитопровода.
Ширина зубцов полюсов каждого ярма выбрана кратной периоду расположения зубцов магнитопровода,
причем зубцы обоих ярем сдвинуты в направлении к Ш-образному магнитопроводу по отношению к зубцам
его боковых стержней на расстояние:
K
z= .
8
На фигуре показан общий вид предлагаемого устройства.
Однофазный электромагнитный модуль шагового индукторного двигателя содержит Ш-образный магнитопровод 1, постоянные магниты 2, два ярма 3, обмотку 4 управления. Двухфазный магнитоэлектрический
шаговый двигатель индукторного типа представляет собой два однофазных модуля, сдвинутых вдоль оси Х
движения на расстояние К/4 и закрепленных конструктивно в корпусе, расположенном с определенным зазором над зубчатым статором 5.
Для описания работы 2-фазного магнитоэлектрического шагового двигателя индукторного типа на основе предлагаемого модуля допустим, что:
IV
λ1 = λ0 + λIm Cos x0 + λIIm Cos 2x0+ λIII
m Cos 3x0 + λ m Cos 4x0
(1)
Здесь λl - магнитная проводимость в случае, когда зубец модуля находится напротив зубца статора;
λnm - амплитуда n-й составляющей гармоники магнитной проводимости;
λ0 - постоянная составляющая магнитной проводимости воздушного зазора;
X0 = 2πХ/К.
Тогда:
lV
λ 2 = λ 0 − λ lm Cos x 0 + λ llm Cos 2x 0 − λ lll
m Cos 3x 0 + λ m Cos 4x 0 .
(2)
λ2 - магнитная проводимость воздушного зазора между модулем и статором в случае, когда зубец модуля
находится напротив впадины статора.
2
BY 2957 C1
Магнитная проводимость под полюсом ярма, сдвинутого на +К/8, равна:
(
)
λ(K / 8) = λ 1(K / 8) + λ 2 (K / 8) = 2 λ 0 + λ llm Cos(2 x 0 + π / 2) − λ lV
m Cos 4 x 0 .
В свою очередь:
(
)
λ(− K / 8) = 2 λ 0 + λ llm (Cos(2x 0 − π / 2 )) − λ lV
m Cos 4 x 0 .
Тогда, в первом приближении, магнитные сопротивления:
(3)
(4)
R 1 = 1 /(λ 1+ λ 2 ) = 1 / 2λ 0 (1 − λ llm / λ 0 Cos2 x 0 − λ lV
m / λ 0 Cos 4 x 0 ) ,
(5)
R 2 = 1 / λ(K / 8) = 1 / 2λ 0 (1 + λ llm / λ 0 Sin 2X 0 + λ lV
m / λ 0 Cos 4 x 0 ) ,
(6)
R 3 = 1 / λ(−K / 8) = 1 / 2λ 0 (1 − λ llm / λ 0 Sin 2X 0 + λ lV
m / λ 0 Cos 4 x 0 ) .
(7)
Здесь R1 - магнитное сопротивление параллельно включенных магнитных проводимостей λ1 и λ2;
R2 - магнитное сопротивление воздушного зазора под полюсом ярма, сдвинутого на +К/8;
R3 - магнитное сопротивление воздушного зазора под полюсом ярма, сдвинутого на -К/8;
Энергия магнитного поля постоянных магнитов W для однофазного модуля равна:
W=0,5Fm(Ф1+Ф2)
(8)
Здесь Fm - м.д.с., развиваемая постоянным магнитом;
Ф1,Ф2 - магнитные потоки, развиваемые соответственно постоянными магнитами 1, 2.
Так как
Ф1=Fm/(Rm+R1+R2), Ф2=Fm/(Rm+R1+R3), то
W=0,5F2m(1/(Rm+R1+R2)+1/(Rm+R1+R3)).
(9)
Rm - магнитное сопротивление постоянного магнита.
Принимая во внимание, что Rm>>1/λ0 и усилие, развиваемое модулем в направлении перемещения, равно
Р = -dW/dx, получим:
P1 = (λ0F2m/(l+λ0Rm)2)⋅2π/K⋅λllm/λ0⋅Sin2X0.
(10)
Тогда усилие от другого модуля, сдвинутого вдоль направления движения на расстояние К/4 в двухфазном шаговом двигателе, равно:
Р2 = -(λ0F2m/(l+λ0Rm)2)⋅2π/K⋅λllm/λ0⋅Sin2X0.
(11)
Поскольку собственное магнитное фиксирующее усилие Р 2-фазного шагового двигателя равно
Р = P1+P2, то с учетом формул (10) и (11) получим:
Р=0.
Таким образом, 2-фазный магнитоэлектрический двигатель индукторного типа, изготовленный на базе предлагаемого модуля, имеет нулевое собственное магнитное фиксирующее усилие на четвертой гармонике основной частоты расположения зубцов.
Во всем остальном работа описанного выше двигателя не отличается от известных и заключается в запитывании обмоток управления одного модуля синусоидальным, а другого - косинусоидальным током. Изменение скорости перемещения обеспечивается соответствующим выбором частоты управляющих токов, а
направления перемещения - соответствующим выбором фазы токов.
К достоинствам предлагаемого модуля следует также отнести повышенную жесткость из-за Ш-образного
магнитопровода (в прототипе используются два склеенных между собой П-образных магнитопровода), отсутствие скручивающего момента (объясняется симметрией нарезки зубцов на полюсах магнитопровода),
увеличенной жесткостью магнитовоздушной подвески при ее применении в двигателе (объясняется использованием в модуле 2-х магнитов, вместо одного в прототипе).
Все это вместе взятое обеспечивает повышение статистических и динамических характеристик 2-фазного
магнитоэлектрического двигателя в целом.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
133 Кб
Теги
by2957, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа