автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.01, диссертация на тему:Влияние неравномерности гребенчатой зубцовой зоны статора на электромагнитный момент гибридного шагового электродвигателя

CAiiKT- ПЕТЕРБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ЛЭШИЮШЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

РГ6 од

? 3 ' : •• Л

Яз правах руюписи

МЕЛЬНИКОВ Сергей Юрьевич

УДК 621.313.13

ШЛЯНИЕ НЕРАВНОМЕРНОСТИ ГРЕБЕНЧАТОЙ ЭУБЦОВОЯ ЗОНЫ СТАТОРА НА ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОЮТ ГИБРИДНОГО ШАГОЮГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Специальность 05.09.01 - электрические машины

Автореферат диссертации на сошканиэ уяекой степени кандидата технических tiayit

Сашст-Петербург - 1934

- г -

Работа выполнена на кафедре теоретических основ ?дакт|ч}-техники Санкт-Петербургской государственной академии еэ рок-омического приборостроение.

Научный руководитель - чл.~корр. АЗтН РФ, доктор технических наук, профессор к. К. Явлинский

Официальные оппоненты - доктор технически наук, прсф

Г. Е Тазов,

кандидат технических наук, директор ГОД АО "Ряд" Е Д. Крсулин

Ведущее предприятие - Всероссийский научно-исследовательский институт малых электрических машин ВШЯШЭМ, г. Сшот-Петербург

Защита состоится " Ц" 1694 г. па заседай««

специализированного совета К 063.21. Ш Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения.

, С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке ГАЛИ

Автореферат разослан " " 1994 г.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверен.4.« гербовой печатью, просим направлять по адресу: 190000, Санкт-Петербург, ул. Большая Морская, 67, ГААП.

Учений секретарь специализированного сонета, кандидат гехккчрекш (гаук, доугнт

л -

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЕ

Актуальность темы. В последние годы в нашей стране всё более шйрокое распространение находят гибкие производственные системы и автоматизированные рабочие места. Большинство периферийных устройств для них, а также роботов и станков с ЧПУ оснащено шаговыми двигателями, управляемыыи микропроцессором или ЭВМ. Высокие темпы роста производства этих машин и большие объемы их выпуска делает актуальной задачу улучшения энергетических характеристик и повышения точности.

Заметно расширились область применения и объем производства гибридных шаговых двигателей (ГЩЦ), работающих на принципах как реактивных двигателей, так и двигателей с постоянными магнитами.

Основные преимущества ГЩЦ по сравнению с другими типами шаговых двигателей заключаются в высоких динамических и энергетических характеристиках, в наибольшей статической добротности, в высокой разрешающей способности и малой статической погрешности отработки шага.

Отечественные и зарубежные ученые, в частности, И. Г. Чиликни, Б. А. Ивобогенко, КШПэршнов. й К Олиференко, Т. Кеп]о, Р. Лсагп1еу, В. Кио, Р.Кгетеп, Б. Маня-аШ и др. внесли значительный вклад в разработку теории ГЩЦ. В их работах рассмотрен ГПЩ с равномерным зубцовым шагом на роторе и гребенчатых полюсах статора, причем сами полюса образованы из равномерно распределенной зубцовой зоны путем изъятия некоторых зубцов. Разработана математическая модель идеализированного ГОД в статике и динамике, в которой при определении величины электромагнитного момента учитывается только первая гармоника магнитной проводимости воздушного зазора (ЫПВЗ) гребенчатого полюса

Однако математическая модель, учитывающая только первую гармонику ЫПВЗ обладает сравнительно невысокой точностью и малопригодна для описания работы некоторых перспективных модификаций ГПД, имеющих неравномерный эубцовый шаг на гребенчатых полюсах. Кроме того, в ГПЩ высшие гармоники магнитной проводимости играют важную роль в создании фиксирующего момента и оказывают большое влияние на точностные характеристики двигателя, особенно в режиме искуственно,го дробления шага.

Учёт высших гармоник МПВЗ в математической модели ГЕЩ даёт ьозмолмость рассчитать параметры геометриии зубцовой зоны двигателя, обеспечивающие требуемый вид угловой характеристики, учесть влияние реактивных моментов, возникающих как вследствие пульсаций МПВЗ из-за зубчатости ротора и гребенчатых полюсов статора, так и различных технологических погрешностей, а также рассмотреть их влияние на величину максимального статического момента- и точность позиционировании двигателя. Синтез требуемой формы угловой характеристики путем применения в конструкции ГВД гребенчатых полюсов с неравномерным аубцовьм шагом мало исследован.

В ряде публикаций даны рекомендации по выбору оптимальных величия раскрытий пазов статора и ротора, размеров постоянного магнита по критерию максимума статического момента. Но при этом не учитывается, что увеличение статического момента монет быть сопряжено с искажением формы угловой характеристики и, как следствие, приводит к снитеиии точности позиционирования.

В работах В. Е Хрущева, Г. Е Тазова, О. А. Павлова, И. М. Палия и др. авторов проанализировано влияние различных технологических погрешностей на точностные характеристики электрических микромашин, в частности, шаговых двигателей с постоянными магнитами и реактивных, предложены пути совершенствования технологического процесса с целью улучшения их характеристик. В то ле время, применительно к особенностям конструкции ГВД эти вопросы, а также вопросы, связанные с диагностикой технологических погрешностей рассмотрены недостаточно полно.

Достигнутые пргжтические результаты в создании ГЩД до настоящего времени не получили адекватного теоретического отражения, что одерживает их дальнейшее развитие. Совершенствование математической модели ГВД будет способствовать повышению точности расчета, сокращению объёма макетных испытаний, уменьшению сроков проектирования при одновременном улучшении технико-экономических показателей этого типа двигателей.

Цель работы - анализ влияния неравномерности гребенчатой эуСцовой яоны статора и технологических погрешностей на электромагнитный момент гщ и разработка рекомендаций по оптимизации параметров и совершенствованию технологического

процесса его изготовления.

Основный задачи, поставленные в работе, следующие:

1. Разработка математической модели, методики и программы расч&та на ЭШ статических характеристик ГВД с неравномерной гребенчатой эубцовой боной и при наличии технологических погрешностей.

2. Определение ЫПВЗ гребенчатого полюса с неравномерным вубцовым шагоы и разработка рекомендаций по оптимизации геометрии аубцовой зоны с целью получения максимальной величины статического момента при заданной точности позиционирования.

3. Разработка рекомендаций по изменению технологического процесса изготовления и испытаний ГВД с целью повышения его точностных характеристик.

4. Экспериментальное подтверждение выводов теоретического исследования на опытных и серийных образцах ГВД.

Методы исследований. Основные результаты работы получены с помощь« численных расчетов на основе методов конформного преобразования, удельных гармонических проводишстей и аубцо-вых потидаз для описания ШВЗ ГЩД. метода 2/ка-Дживса для оа~ тю.шзащш параметров эубцовой зоны, методов планирования эксперимента, а так.г.а экспериментальных исследований на опыт них и серийных образцах двигателей.

Научная новизна

1. Нз основе предложенной математической модели ГЩЦ теоретически обоснована и экспериментально подтверждена инженерная методика расчета статического с и нхро низ ирунщз г о и фякси-рующэго момзнта ГЗЩ с неравномерной гребенчатой эубцовой зоной и с учетом технологических погрешностей.

2. Установлены аналитические взаимосвязи меэду неравномерным вубцовым шагом гребенчатых ползосов и гармоническим составом ШВЗ.

3. Разработаны рекомендации для оптимизации геометрии эубцовой зоны ГЩЦ по величине мшссиыалыгого статического момента при заданной точности позиционирования.

4. Установлена зависимость утловой характеристики ГВД от технологической погрешности углового смещения пакетов ротора.

5. Разработаны рекомендации по диагностик технологических погрешностей при испытаниях ГЩД.

1Ьвизна предложенных инженерных методик расчета ГВД

- б -

подтверждается регистрацией программ, разработанных на их основе, в Государственном фонде алгоритмов и программ.

Практическая ценность.

1. Разработаны методика и программа расчета на ЭВМ статических характеристик ГШД, позволяющие сократить сроки проектирования и объем экспериментальных исследований новых образцов двигателей.

2. Определены и экспериментально подтверждены соотношения для аубцовых делений гребенчатых полюсов с различным числом зубцов, обеспечивающие требуемый гармонический состав МПВЗ.

а Определены оптимальные соотношения для геометрии зуб-цовой аопы ГЩД. обеспеЧйвакэдие высокие значения максимального статического момента при вадаяной точности позиционирования.

4 Обоснован алгоритм и составлена программа для моделирования на ЭВМ технологического процесса веерной сборки пакетов магнитопроводов с цель» повышения точностных характеристик

гад

6. Предложено на уровне изобретения устройство для измерения ошибок позиционирования патовых двигателей, позволяющее значительно ускорить процесс испытаний ГШД.

Реализация в промышленности. Методика и программы расчета статических характеристик ГЩД внедрены во ШИШЭЯ (г.Санкт-Пвтербург) и используются при моделировании новых образцов двигателей.

, Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях и семинарах: конференции профессорско-преподавательского состава Алма-Атинского института инженеров транспорта, Алма-Ата, 1985; XXXVII НТК ЖАЛ, г. Ленинград, 1987; конференции "Молодые учёные и специалисты - народному хозяйству", Оренбург, 1989; научно-техническом семинаре "Контроль, техническая диагностика и прогнозирование в приборо- и аппаратостроедик", Ленинград, 1990; 111-м Всесоюзном совещании молодых учанюс к специалистов с участием зарубежных ученых "Датчиют и преобра-вователи информации систем измерения;, контроля и управления", Гурзуф, 1991; научных семинарах ка<£«дры ТОЭ Сашст-Петербургской государственной ш?адемий аэрокосмического приборостроения.

Основное содерианчэ работы отражено в пяти публикациях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы иа 112 наименований и содержит 133 страницы основного машинописного текста и БО рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении показала актуальность работа, проведен анализ литературных источников по тематике диссертации, рассмотрены особенности конструктивного исполнения и функционирования объекта исследования, сформулирована цель, основные задачи, научная новизна и практическая ценность работы.

В первой главе проведен анализ известных методов расчета МПВЗ электрических машин и обосновано использование комбинации методов конформных преобразований, гармонических проводимостей и зубцоБЫХ магнитных проводимостей для расчета ШВЗ ГЩЦ.

ГВД представляет собой индукторный двигатель, на гребенчат!« полюсах статора которого размесрни катушки фаз обмотки, намотанной по бифилярной схеме, а на роторе размещен цилиндрический аксиально намагниченный постоянный магнит, к торцевыми поверхностями которого примыкают шгнитопроводы с числом зубцов Zr, причем оси зубцов магнитопроводов сдвинуты друг относительно друга на ai эл. радиан.

Математическая модель ГИЩ рассматривалась при еледущих основных допущениях:

1. Индуктивная связь мезду обмотками фаз обусловлена только магнитным полем в воздушном зазоре.

2. Магнитная цепь двигателя не насыщена

3. Магнитное поде в воздушном зазоре плоскопараллельное.

4. Штоки пазового, лобового рассеяния обмоток и рассеяния постоянного магнита пренебрелшш малы.

Распределение МПВЗ на полюсном делении ГЩЦ представляет собой периодическую Функцию и может быть разложено в ряд Сурье.

Для определения постоянной составляющей Aro и п-й гармошки Лги МПВЗ гребенчатого полюса при двухсторонней зубчатости на основе метода зубцовых магнитных проводимостей получены следующие выражения:

Лго =/о- () + дшд;

^-¿0/2

(1)

где - амплитудные значения постоянной составляющей

коэффициента проводимости зубцового деления статора и шлица соответственно;

- амплитудные значения л-й гармоники коэффициента проводимости зубцового деления статора и шлица соответственно;

- число зубцов на гребенчатом полюсе статора;

£ - разностный угол зубцовнх делений статора и ротора, рад.;

й> - диаметр расточки статора, и,).;

1Г - длина пакета ротора, и.;

- эубцовое деление шлица, мм.;

Кч - коэффициент четности числа зубцов на гребенчатом полюсе, принимающий значения 0 при четном и 1 при нечетном числе зубцов;

б* - угол поворота ротора, рад.;

,Ус - 4л-10 7- магнитная постоянная, Гн/м.;

Гармоники ШВЗ всех гребенчатых полюсов ГЩД рассчитываются по выражению (1) с учетом смешения осей зубцов полюса относительно осей зубцов пакетов ротора.

Как правило, зубцовые деления на гребенчатом полюсе статора и па роторе ГИД равны между собой. В то т ьрама известно, что на гармонический состав ШВЗ ГШД сугрстсекисе влияние оказывает не только величина воздушного зазора, зубцового деления и раскрытия казоа, но и соотноиемхо ыедду зубцоглш делениями статора и ротора. Поэтому за счст варьирования вели-

2 при ) < ( 2$ - Еч)/2.

чины отдельных зубцовых делений гребенчатого полюса ГВЩ можно oeycecrr.tvb изменение гармонического состава ЫПВЗ.

В некоторых случаях изменение величины зубцовых делений гребенчатого полюса ГЩД является вынужденной мерой, служдай, например, для увеличения расстояния мекду близлежащими зубцами двух соседних гребенчатых полюсов (раскрытия шлица) с целью улучшения возможности автоматизированной намотки статора двигателя. Уменьшение величины всех или нескольких зуСцо-вых делений на гребенчатом полюсе статора сопрятено, в свою очередь, с изменением гармонического состава МПВЗ.

Результируючэя ось магнитного потока гребенчатого полюса с неравномерной эубцовой зоной совпадает с его геометрической осью в том случае, если вубцовые деления, величина которых отличается от номинальной, располагаются на полюсе симметрично относительно его геометрической оси. Поэтому при формировании неравномерной гребенчатой эубцовой зоны необходимо учитывать это требование.

Расчет гармоник ЫПВЗ гребенчатого полюса с неравномерным вубцовым шагом производился в два этапа. На первом этапе, с использованием выражения (1), рассчитываются гармоники Arn МПВЗ гребенчатого полила с равномерным вубцовьм шагом. На втором этапе вычисляются коэффициенты Ron ослабления п~х гармоник, обусловленные неравномерностью зубцовых делений гребенчатого полюса, умножаемые затем на амплитудные значения гармоник Arn.

Расчет коэффициентов Hon ослабления гармоник MIES основан на учете фазового сдвига амплитудных значений гармоник на участках вубцовой зоны, где оси зубцов ротора не совпадают с осями зубцов гребенчатого полюса статора.

Коэффициент ослабления л-й гармоника при _произвольном сочетании величия зубцовых делений гребенчатого полюса определяется по формуле

Zs-i J

Коп - (cos n-Zr So*Ccos(n-

J'* ¿'i

где < - номео аубца гребенчатого полюса, отсчитываемый, начинал с крайнего левого зубца, ось которого долина совпадать с осью зубца ротора;

Ei - разность величин зубцового деления ротора и i-ro

- 10 -

зубцового деления гребенчатого полюса, рад. ;

Описан алгоритм расчета на ЗШ гармоник ШВЗ гребенчатого полюса с произвольны« сочетанием величин зубцовых делений.

Рассмотрено влияние на величину коэффициентов ослабления гармоник МПВЗ числа зубцов, гребенчатого полюса и различных сочетаний величин зубцовых делений. Установлено, что при варьировании величины крайних зубцовых делений полоса в пределах (1.00 .. 0.75) от номинального значения может быть ослаблено, инвертировано ита сведено к пул» (в зависимости от числа зубцов на полюсе) влияние любой из высших гармоник МПВЗ.

lia рис. 1 представлены расчетные зависимости коэффициента ослабления гармоник МПВЗ (по 4-ю включительно) от коэффициента уменьшения Яу крайних (а) и пары крайних (б) зубцовых делений гребенчатого полюса с шестью яубцауд (под коэффициентом уменьшения зубцового деления понимается отношение к номинальному аубцовому делению величины зубцового деления, отличающегося от него).

Для различных вариантов эубцовых зон получены выражения, позволяющие рассчитать Ку, при котором ton - 0. Если число вубцов на гребенчатом полюсе Zs - четное, то для подавления п-ой гармоники МПВЗ Ку следует рассчитывать по формуле

(3)

(4)

В том случае, когда число пазов на гребенчатом полюсе можно представить в виде произведения простых сомножителей, для подавления n-ой гармоники МПВЗ гребенчатого полюса с числом зубцов Zs при расчете Ку можно использовать выражения (3) и (4), где вместо Zs подставляется один из еомнолштелей.

Во второй главе рассмотрена математическая модель идеализированного ГИД. На основе анализа схемы ззнеаенкя магнитной цепи восьмшгалюсного двухфазного двигателя, с учетом принятых допувгзний, получено аи?ачсекие. для расчета злеет-

Ку - 1 -Я/(п Zr), а при нечетной Zs: Z<*-{

Ку - \ - (arccos 2 2 Жп-Zr).

а)

Рис.1. Зависимости коэффициента Коп ослабления гармоник

МПВЗ от коэффициента Ку уменьшения крайних (а) и пары крайних (6) зубцовых делений гребенчатого полка с шестью зубцами.

рошгкнтшго момента ГВД в функции от амплитуд гармоник КПВЗ гребенчатого полюса:

м - -Л сол2г&) 1

' * Ло-А^^гв *

+Агг4р2г(Д-Г/№п22гв - ^^

-Лл«--——--——-+-

Лсг-А«ео$4гг(9

где Фу - поток постоянного магнита; р - число пар полюсов;

Г* , ?г - и. д. с, фаз 1 и 2.

Коэффициент при четвертой гармонике проводимости в выражении (Б) состоит ив двух слагаемых, первое из которых определяется потоком возбуждения фаз, а второе - потоком постоянного магнита и не зависит от величины м. д. с. фаз. Второе слагаемое представляет собой фиксирующий момент ГШД.

Установление явной зависимости между параметрами геометрии вубирвай зоны ГЩ и его выходными характеристиками на основе математической модели весьма проблематично. Более рациональным для достижения этой цели является путь, заключающийся в использовании методов планирования эксперимента, применительно к математической модели ГЩ, реализованной на ЭВМ. Таной подход позволяет найти полиномиальные зависимости между выходными характеристиками и параметрами геометрии вубцовой зоны двигателя.

При исследовании математической модели ГЩ ставилась задача поиска оптимальных параметров геометрии зубцовой зоны ГПЩ (величины воздушного зазора 6 , раскрытия пазов статора а5, ротора аг и коэффициента уменьшения крайних зубцовых делений гребенчатого полюса статора Ку) по критерию максимума статического момента при ваданной точности позиционирования, величина которой в режима дробления тага опредэлядась на основе расчета коэффициента гармони? Кг угловой характеристики,

- 13 -

На основе анализа матрицы планирования полного факторного расчета тина 2е*, составленной для двухфазного восьмиполюс-ного ГШД, поело исключения малозначащих коффициентов были определены полиномы:

М - 0.265 - 0.046* ( + 0.029Л3 + 0. 022.^ (6)

Иг - б. 159 + Б. 781*3 + 2. 491X1, + 2.339ХуХ,, (?)

где Х(, Х$, Хг, - кодированные величины 6 , ар я Кч соответственно, принимавшие аначенш +1 и охватывающие весь интервал варьирования.

Проверка гипотезы об адекватности представления результатов моделирования полученными полиномами дала положительный результат.

Анализ полиномов (5) и-(7) показал, что наибольшее влияние на величину максимального статического момента оказывает изменение воздушного зазора и раскрытия паза ротора.

На гармонический состав угловой характеристики определяющее влияние оказывает величина раскрытия паза ротора и коэффициента уменьшения крайних зубцовых делений гребенчатых полюсов статора. Поэтому и парное влияние этих двух факторов весьма значительно, однако уменьшение величины крайних зубцовых делений гребенчатых полюсов статора вызывает падение амплитуды максимального статического момента

Для определения оптимальной геометрии эубцовой зоны ГЩЦ выбран многоэтапный метод прямого поиска Хука-Дживса. На основе этого метода составлена программа для расчета на ЭВМ геометрии эубцовой зоны по заданному критерию оптимизации при наличии ограничений. Выполненные расчеты позволили найти оптимальные соотношения для геометрии эубцовой зоны ГЩЦ.

На рис. 2 изображены расчетные угловые характеристики ДШР57-0. Об для однофазного включения при изменении Ку крайних зубцовых делений гребенчатых полюсов от 1.0 до 0.0. Из рисунка видно, что при {Су »0.9 форма угловой характеристики наиболее близка к синусоидальной.

В третьей глазе рассмотрено влияние различных технологически погрешностей на электромагнитный момент и точностные харагаеристики ПШ- Влияние технологических погрешностей на

- и

Рис.2. Расчетные угловые статические характеристики ГШД ДШР57-0. Об при варьировании величины крайних эубцовых делений гребенчатого полюса (25 - б).

Рис.3. Экспериментальные (—) и расчетные (—) угловые характеристики ДШР57-0.06 при одно- и двухфазном включении.

статические характеристики ГПЩ мояег быть оценено на основе анализа полной схемы замещения двигателя, учитывающей асимметрию магнитопровода и и.о. обмоток. Аналитического решения данная задача не имеет из-за сложного характера взаимодействия разного рода погрешностей иа выходные характеристики двигателя и наличия случайных отклонений размеров. Численное решение её сопряжено с большими затратами машинного времени, поэтому целесообразно для выявления закономерностей влияния технологических погрешностей на характеристики двигателя рассматривать их отдельно, учитывая соответствуй»© иэнепение МПВЗ гребенчатых полгсов.

Предложено неравномерность гребенчатой вубцовой зоны, обусловленную технологическими погрешностями, учитывать при расчете ГИД путем суммирования появляющихся фазовых сдвигов осей зубцов каждого гребенчатого полюса статора и соответствующих зубцов ротора о последующей коррекцией при расчете пространственного положения осей гребенчатых полюсов.

Получены аираяения для расчета М1ШЗ гребенчатого полюса при наличии статического и динамического эксцентриситета ротора ГЩЯ, анализ которых позволил сделать вывод о конструктивной нечувствительности двигателя с ненасыщенной магнитной системой к технологическим погрешностям такого типа Это объясняется конструктивными особенностями и схемой включения обмоток ГВД, обусловливающими внутреннюю компенсацию влияния эксцентриситета ротора

Для обеспечения максимальной величины электромагнитного момента, развиваемого ГВД, оси зубцов пакетов его ротора должны быть смещены друг относительно друга на Л эл. радиан. В действительности, это смещение всегда выполнено с некоторой погрешостыо Л . Влияние погрешности углового смещения пакетов ротора на статические характеристики ГВД,. вследствие ей специфичности, практически пе нагало доляного отражения з литературе. В то га время, погрешность углового смещения пшютов ротора, при необоснованном выборе поля допуска на кео, ногат быть значительной и вызывать увеличат» коэффициента гармоник угловой характеристики двигателя. Ограничившись рассмотрением газ^ацкента при первой гармони» ).ГЛЩ гребенчатого полиса, можно записать выражение для расчета статического момента ГШД с учетом погрешности углового смещгшя паке-

тов ротора в виде:

М = -Щг^-'(ПSÍnZt{0tA/2)'COSZrú/2 -Jiro

- FiCO$Zr(e+&/¿)-COSZr Af2)Ari. (8)

При варьировании погрешности углового смещения в пределах поля допуска {¿8 угл. минут) для двигателя типа ДШР60-0.06 точность позиционирования уменьшилась на 2%.

Экспериментально полученная угловая характеристика ГЩЦ содержит информацию о технологических погрешностях изготовления двигателя. В работе обоснована возыошость диагност i...и некоторых технологических погрешностей, в частности, погрешности углового смещения пакетов ротора, на основе анализа гармонического состава угловой характеристики двигателя.

Точностные характеристики ГВЩ во многом определяются погрешностью изготовления пакетов магнитопроводоа При штамповке листов ыагнитопровода неизбелдао получаются пластины с отклонениями осей вубцов от номинального положения. Изготовление точного штампа является весьма трудоемкой задачей, решаемой, как правило, при использовании станкаь с ЧПУ и другого прецизионного дорогостоящего оборудования.

Одним из способов, обеспечивавших повышение точностных характеристик шаговых двигателей, является веерная сборка, выполняемая, как правило, со сшщеншм соседних листов в пакете на 90 градусов относительно направления проката. При атом не принимается во внимание распределение погрешности вырубки листа по отдельным зубцам. Вследствие зтого дисперсия отклонений от номинальных положений осей зубцов в пакете не является минимально возможной. Особенно сильно это проявляется в пакетах магнитопроводов с относительно короткой осевой длиной.

Дисперсия отклонений осей зубцов вырубленного листа определяется погрешностью изготовления штампа и его износом. При этом в партии листов, вырубленных штампом в течение некоторого промежутка времени, достаточного для изготовления мелкой серии магнитопроводов, погрешности отклонений соответствующих осей зубцов отдельных листов практически идентична Это обстоятельство дает основание, измерив погрешность откло-

нений осей 8убнов одного листа из партии, промоделировать на ЭВМ процесс веерной сборки и и выбрать из всех возможных вариантов такой угол смещения одного листа относительно другого, при котором результирующая дисперсия отклонений осей вуО-цов от номинального углового положения в пакете магнитопрово-да будет минимальной.

В работе приведен пример расчета оптимального угла поворота листов стали для веерной сборки пакета магнитопровода ротора ГИД и показано, что предложенный способ минимизации дисперсии отклонений осей зубцов при веерной сборке пакетов магнитопроводов позволяет, при относительно невысокой точности изготовления штампа, добиться увеличения точностных характеристик магнитопроводов на 5-16%, что особенно актуально для пакетов с относительно небольшой осевой длиной, характерной для ГОД.

В четвертой главе отражены результаты экспериментальных исследований статических характеристик ГВД.

Представлены в сравнении о расчетными угловые характеристики и зависимости момента от тока для нескольких типов ГВД. Экспериментальные и расчетные угловые характеристики двухфазного вооьмиполюсного ГЩЦ типа ДШР57-0. об с коэффициентом уменьшения крайних эубцовых делений гребенчатых полюсов Ку - о. 9 при одно- и двухфазном включении изображены на рис.3. Расхождение экспериментальных и расчетных характеристик не превышает 10%, что говорит об удовлетворительной точности предложенной математической модели двигателя.

Определение погрешности отработют шага является весьма трудоемкой операцией при испытаниях патовых двигателей. В работе описано предложенное на уровне изобретения устройство для измерения ошибок позиционирования шагового электродвигателя, обладающее высокой производительностью и точностью. Приведены результаты измерения погрешности отработки шага различных типов ГШД. Отмечено повкшкие точностных характеристик у двигателей, имеющих гребенчатые полюса с укороченными на 1/4 крайними зубцовши делениями, по сравнению.с аналогичной; образцами, имеющими равномерный зубцовый шаг. Повыте-икч точности обусловлено уменьшением амплитуд высших гармоник !ШЗ.

г 18 -

ОСШВНЫВ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель и программа для расчета на ЭВМ статических характеристик ГЩЦ с неравномерным зуб-цоьым иагом на гребенчатых полюсах статора, учитывающая высшие гармоники кШЗ и технологические погрешности. Использование разработанного программного обеспечения позволяет сократить сроки премирования и объем экспериментальных исследований новых образцов ГШД,

2. Установлена и экспериментально подтверждена аналитическая взаимосвязь мемду неравномерным вубцовым шагом гребенчатых полюсов ГШД и гармоническим составом ШВЗ. Показано, чги при опиюнении величины зубцовых делений гребенчатого полюса, не превышающем 0.25 от номинального значения, можно уменьшить до нуля амплитуды высших гармоник МПВЗ. Таким образом, можно обеспечит^ требуемый гармонический состав МПВЗ.

3. Рассчитаны на основе рааработанной математической модели ТОЩ оптимальные соотношения для раскрытия паза ротора -0.60-0.66 и статора - 0.65-0.60 по критерии максимума величины статического момента при точности позиционирования, не превышающей б угловых минут.

4. Установлена взаимосвязь между технологичесшй погрешностью углового смещения пакетов ротора и гармоническим составом угловой характеристики ГОД. При варьировании погрешности углового смещения в пределах ноля допуска (±8 угл. минут) для двигателя типа ДШРбО-0.06 точность позиционирования уменьшилась на 2%.

Б. Предложен и реализован в виде программы на ЭВМ снособ повышения точностных характеристик ГПЩ, ааключакздийся в предварительном моделировании процесса веерной сборки пакетов маг-нитопроводой и сборки их затем но оптимальному алгоритму.

6. Разработаны рекомендации по диагностике технологических погрешностей ГШД.

7. Предложено на уровне изобретения устройство для измерения ошибок позиционирования шаговых двигателей, .. позволяющее значительно ускорить процесс испытаний ГВД за счет. реализации модели эталонного ЩД средствами интегральной электроники.

8. Экспериментальное исследование оя'ыткых и серийных образцов ГИД подтвердило адекватность предложенной математичес-

rj>!i гадали: расхождение результатов опыта я расчета не преви-

. :Т 10?,.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

I. Д. с. 1697261 ССОР, ШШ II 02 Р 8/00. Устройство для у»;-ни« ошибок позкл.иоиированга - сагового электродвигателя/ Е. о. Возная, В. R Колесников, С. <0. Ельников, Л. И. Наумова, Степанов II. ILБм. Н 45, 1991.

Е. Мельников 0. £1 Влияние геометрии эубцовой зоны на зжлгэзмзгшетный мошпт гибридного шагового двигателя// Молодо учёные и специалисты - народному хоеяйству: Тез. докл. научи.-техн. гсонференц. /ОрПИ. , Оренбург, 1989.

3. Мельников С. Е Электромеханический датчик как элемент устро?с'1'ьа для измерения огшбок позиционирования шаговых электродвигателей// Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления: III Всесоюзн. совещ. молодых ученых и спец-ов. Тез.докл., Гурзуф, 1991.

4. Расчет максимального статического момента гибридного ьигсвого двигателя. Возная Е. С., Колесников В. В., Мельников 0. й., Степанов П. П. "Алгоритмы и программы", N 9, 1990 г.

5. Создание математических моделей и расчёт основных параметров специальных электрических маотн: Отчёт о НИР/ Всесо-от. научн. -нее лед. ин-т малых эл. маетн; Руководитель F. А. Артемов. n ГР 018S0195551, 51 е.: ил. Отв. иоиоот.: r в. Колес и ига в, А. Г. Зедоретсо, С. Ю. Мельников, Е. С. Возная. - 1909 г.

Лицензия Н 020341 от 27.02.91 г. Подписано к печати гк.с/J.ну •л'оуят б0хГ4 1/16. Офсетная печать. Усл.-пе«.л. 1.0. Уч.-изя . О. 7г.рак too экз. Зап. Н е<Г

hi Г"." '.9000Q Сэякг-Петербург, ул. S. Роэская, 67