BR102012023327A2

BR102012023327A2 - Máquina elétrica giratória

Info

Publication number: BR102012023327A2
Application number: BR102012023327-4A
Authority: BR
Inventors: Yoshikazu Matsumoto
Original assignee: Yaskawa Denki Seisakusho Kk
Priority date: 2011-09-22
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2013-11-12
Also published as: CN103023201A; JP2013070510A; JP5445546B2; CN103023201B

Abstract

MÁQUINA ELÉTRICA GIRATÓRIA. Objeto. Oferecer uma máquina elétrica giratória em que possa ser suprimido, o máximo possível, qualquer aumento na pressão de superfícies em partes onde as anilhas de rolamentos e os elementos esféricos do rolamento entram em contato uns com os outros, evitando que a vida do rolamento seja reduzida. Solução. Uma máquina elétrica giratória inclui um eixo giratório suportado de maneira rotativa por uma estrutura que emprega um rolamento, um rotor instalado no eixo giratório e que gira junto com o eixo giratório, e um estator preso à estrutura para que fique de frente para o rotor. A máquina elétrica giratória também tem um dispositivo de pressurização que aplica uma pressão ao rolamento em uma direção axial do eixo giratório por meio de um membro de suporte que é deslizável na direção axial do eixo giratório.

Description

"MÁQUINA ELÉTRICA GIRATÓRIA"

Campo técnico

A configuração divulgada está relacionada a uma máquina elétrica giratória.

Estado anterior da técnica Em máquinas elétricas giratórias como motores ou geradores, eixos giratórios são

normalmente suportados por mancais de esferas (consulte PTL 1, por exemplo).

Um rolamento de esferas para utilização em tais máquinas elétricas giratórias ge- ralmente tem uma configuração que inclui anilhas de rolamentos com uma anilha interna e outra externa, elementos esféricos com esferas ou roletes e uma carcaça que mantém os elementos esféricos entre a anilha interna e a externa de forma que os elementos esféricos fiquem dispostos em intervalos específicos. Uma folga interna radial ou uma folga interna axial é formada entre a anilha interna e a externa.

Como uma das máquinas elétricas giratórias com tais rolamentos é conhecida uma máquina elétrica giratória com uma mola de pressurização, sendo que a mola de pressuri- zação é usada para reduzir uma folga interna nos rolamentos para a finalidade de melhorar a exatidão do funcionamento de um eixo giratório ou para redução de vibração ou ruído.

Lista de referência

Literatura de patente

PTL 1 Publicação de pedido de patente japonesa não examinada N0 2001-112215 Resumo da invenção

Problema técnico

Como um método para pressurizar um rolamento em uma máquina elétrica girató- ria, normalmente é adotada a pressurização de posição fixa, pela qual um rolamento é preso enquanto uma pressão é aplicada ao rolamento. Assim sendo, se um eixo giratório aumen- ta, mesmo que seja apenas um pouco, por expansão térmica, a pressão aumenta rapida- mente e a vida útil do rolamento provavelmente será reduzida devido a um aumento na pressão de superfícies em partes onde as anilhas de rolamentos e elementos esféricos do rolamento entram em contato umas com as outras, por exemplo.

Um aspecto da configuração é realizado considerando o disposto acima, e um obje- to da configuração é oferecer uma máquina elétrica giratória em que possa ser suprimido, o máximo possível, qualquer aumento na pressão de superfícies em partes onde as anilhas de rolamentos e os elementos esféricos do rolamento entram em contato uns com os outros.

Solução para o problema

Uma máquina elétrica giratória, de acordo com um aspecto da configuração, inclui um eixo giratório suportado de maneira rotativa por uma estrutura que emprega um rolamen- to, um rotor instalado no eixo giratório e gira junto com o eixo giratório e um estator preso à estrutura para que fique de frente para o rotor. A máquina elétrica giratória também tem um dispositivo de pressurização que aplica uma pressão ao rolamento em uma direção axial do eixo giratório por meio de um membro de suporte que é deslizável na direção axial do eixo giratório.

Efeitos vantajosos da invenção De acordo com o aspecto da configuração, uma pressão pode ser mantida a um ní-

vel constante mesmo se um eixo giratório aumentar devido à expansão térmica ou outras causas, para suprimir, o máximo possível, qualquer aumento na pressão de superfícies em partes onde as anilhas de rolamentos e os elementos esféricos do rolamento entram em contato uns com os outros e para evitar que a vida do rolamento seja reduzida. Breve descrição dos desenhos

A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um motor que serve como uma máquina elétrica giratória, de acordo com uma configuração, quando visto em corte transversal.

A Fig. 2 é uma vista em corte transversal do motor tirada ao longo da linha I-I da

Fig. 1.

A Fig. 3 ilustra uma parte principal.

Descrição das configurações

Com referência aos desenhos em anexo, uma configuração de uma máquina elétri- ca rotativa de acordo com a divulgação deste pedido será descrita abaixo com mais deta- lhes. A invenção, entretanto, não está limitada à configuração exemplificada abaixo. A Fig. 1 é um diagrama esquemático de um motor que serve como uma máquina

elétrica giratória, de acordo com uma configuração, quando visto em corte transversal, e a Fig. 2 é uma vista em corte transversal do motor, tirada ao longo da linha I-I da Fig. 1 e a Fig. 3 ilustra uma parte principal. Conforme ilustrado nos desenhos, um motor 1 inclui uma estrutura 10, um eixo giratório 11 dentro da estrutura 10, um rotor 12 e um estator 13. Especificamente, no motor 1, o eixo giratório 11 é suportado de maneira rotativa pe-

la estrutura 10 que tem uma forma quase cilíndrica, por meio do primeiro e segundo rola- mentos 21 e 22 e o rotor 12 com um ímã permanente está instalado no eixo giratório 11. 0 eixo giratório 11 e o rotor 12 são configurados para que possam girar juntos. O estator 13 fica preso à estrutura 10 para ficar de frente para o rotor 12. Uma bobina do estator 14 fica presa ao estator 13 por moldagem de resina.

O primeiro rolamento 21, de acordo com a configuração, é disposto em uma lateral da primeira extremidade da estrutura 10 com relação ao rotor 12, e o segundo rolamento 22 é disposto em uma lateral da segunda extremidade da estrutura 10 com relação ao rotor 12.

O primeiro e o segundo rolamentos 21 e 22 são rolamentos de esferas e, conforme ilustrado na Fig. 3, cada um inclui anilhas de rolamentos compostas por uma anilha interna 23 e uma externa 24, e uma carcaça 26 que abriga as esferas metálicas 25 que servem co- mo elementos esféricos, entre a anilha interna 23 e a externa 24 de forma que as esferas metálicas 25 fiquem dispostas a intervalos específicos.

Com esta configuração, quando eletricidade é alimentada à bobina do estator 14, um torque de aperto é gerado no imã permanente do rotor 12 e o torque de aperto faz com que o eixo giratório 11 gire junto com o rotor 12 a alta velocidade.

Aqui, a lateral da primeira extremidade da estrutura 10, de acordo com a configura-

ção, denota a lateral esquerda na Fig. 1, e a lateral da segunda extremidade da estrutura 10 denota a lateral direita na Fig. 1, que corresponde a um lado de saída do eixo giratório 11.

O motor 1, de acordo com a configuração, inclui um detector 4 disposto em uma primeira extremidade da estrutura 10 e uma engrenagem de redução 6 disposta em uma segunda extremidade da estrutura 10.

O detector 4 é de um tipo magnético e inclui uma placa magnética de detecção de ângulo 41 utilizada como membro de rotação e um sensor magnético 42. Conforme ilustrado na Fig. 1, uma cobertura de detector 7, que protege o detector 4, está presa à primeira ex- tremidade da estrutura 10. Especificamente, a placa magnética de detecção de ângulo 41, com formato de dis-

co e magnetizada em uma direção perpendicular ao eixo giratório 11, está instalada em uma primeira extremidade do eixo giratório 11, e o sensor magnético 42, com um elemento de entrada, está instalado em uma superfície da extremidade lateral de uma cobertura de freio 56, que será descrita abaixo. O sensor magnético 42 é disposto em uma posição perto, mas a uma distância predeterminada, longe de uma circunferência externa da placa magnética de detecção de ângulo 41.

A engrenagem de redução 6 pode ser, por exemplo, um redutor harmônico com uma chaveta circular, uma chaveta flexível e um gerador de onda, ou seja, um dispositivo conhecido como "engrenagem de redução harmônica". A engrenagem de redução 6 possui uma estrutura de acoplamento (não ilustrada) em que é possível absorver uma mudança do eixo giratório 11 em uma direção axial.

O motor 1, de acordo com a configuração, também inclui um mecanismo de frena- gem 5. Conforme ilustrado na Fig. 1, o mecanismo de frenagem 5 inclui um disco do freio 53, uma placa fixa 51 e uma placa flutuante 52 que ficam na cobertura do freio 56 instalada na lateral da primeira extremidade da estrutura 10, sendo que a placa fixa 51 e a placa flutu- ante 52 prendem o disco do freio 53 para interromper a rotação do disco do freio 53 por atri- to.

O disco do freio 53 gira junto com o eixo giratório 11 e é conectado a um cubo 50 encaixado no eixo giratório 11. O mecanismo de frenagem 5 também inclui molas de placa de pressão, que não

estão ilustradas, para pressionar a placa flutuante 52 em direção à placa fixa 51, e bobinas 54 que atraem a placa flutuante 52, dispostas de forma a que possam movimentar na d ire- ção axial, para que a placa flutuante 52 fique separada ou em contato com o disco do freio 53. As bobinas 54 servem como eletroímãs e são incorporadas em uma culatra do freio 55 junto com as molas de placa de pressão descritas acima.

A culatra do freio 55 é composta por um disco com uma espessura predeterminada e um orifício de inserção de eixo giratório 55a no centro. A periferia externa da culatra do freio 55 é conectada à lateral da primeira extremidade da estrutura 10, e uma superfície peri- férica interna do orifício de inserção do eixo giratório 55a suporta o eixo giratório 11 por meio do primeiro rolamento 22 de forma que o eixo giratório 11 pode girar.

Quando não é fornecida eletricidade às bobinas 54, as molas da placa de pressão induzem a placa flutuante 52 em direção ao disco do freio 53 de forma que a placa flutuante 52 prende com segurança o disco do freio 53 junto com a placa fixa 51. Quando, por outro lado, a eletricidade é fornecida às bobinas 54, as bobinas 54 atraem a placa flutuante 52, composta por uma placa magnética e disposta de forma a poder se movimentar na direção axial, para que a placa flutuante 52 fique separada do disco do freio 53, liberando, assim, a força de frenagem.

Na configuração descrita acima, o motor 1, de acordo com a configuração, inclui um dispositivo de pressurização 3 que aplica uma pressão na direção axial do eixo giratório 11.

Especificamente, o dispositivo de pressurização 3 é disposto na lateral da segunda extremidade da estrutura 10, que corresponde a um lado de saída do eixo giratório 11, com a capacidade de aplicar uma pressão ao segundo rolamento 22 por meio de um primeiro membro de suporte 31 deslizável na direção axial do eixo giratório 11.

A anilha interna 23 do segundo rolamento 22 é presa aô eixo giratório 11, e a anilha externa 24 do segundo rolamento 22 é vinculada a um segundo membro de suporte 32, descrito abaixo. Para prender a anilha interna 23 ao eixo giratório 11, é possível usar méto- dos como fixação por contração. Para vincular a anilha externa 24 ao segundo membro de suporte 32, é possível usar um aderente ou outro material.

O dispositivo de pressurização 3 inclui um primeiro membro de suporte 31 preso à estrutura 10, um segundo membro de suporte 32 deslizável com relação ao primeiro mem- bro de suporte 31, e uma arruela de pressão 33 que serve como um membro de indução interposta entre o primeiro membro de suporte 31 e o segundo membro de suporte 32.

Para ser mais específico, o primeiro membro de suporte 31 do dispositivo de pres- surização 3 é formado em um formato quase cilíndrico curto, preso à estrutura 10. Conforme ilustrado na Fig. 1 e Fig. 3, o primeiro membro de suporte 31 inclui uma parte de extensão 311, que se estende em direção ao eixo giratório 11 ou em direção à lateral interna, em uma parte final do primeiro membro de suporte 31 em um lado de saída do eixo giratório 11.

O segundo membro de suporte 32 do dispositivo de pressurização 3 é composto por um membro anular disposto para ficar em contato com uma superfície periférica interna do primeiro membro de suporte 31. O segundo membro de suporte 32 é conectado à anilha externa 24 do segundo rolamento 22 com a respectiva superfície periférica interna sendo vinculada à anilha externa 24, mas é deslizável com relação ao primeiro membro de suporte 31.

Conforme ilustrado nas Figs. 1 e 3, a parte de extensão 311 do primeiro membro de

suporte 31 inclui uma parte escalonada 312 com uma primeira superfície de passo 31a e uma segunda superfície de passo 31b, que estão a distâncias diferentes de uma superfície final da parte de extensão 311.

Uma lacuna L, formada entre a primeira superfície de passo 31a e uma superfície externa 321 do segundo membro de suporte 32, a lacuna L permitindo que o segundo mem- bro de suporte 32 deslize com relação ao primeiro membro de suporte 31. Em outras pala- vras, o segundo membro de suporte 32 pode deslizar em um intervalo da lacuna L.

A arruela de pressão 33, servindo como um membro de indução, é interposta em um espaço formado entre a segunda superfície de passo 31b, que está a uma distância me- nor da superfície final do que a primeira superfície de passo 31a, e a superfície externa 321 do segundo membro de suporte 32.

Especificamente, a arruela de pressão 33 interposta entre a parte de extensão 311 do primeiro membro de suporte 31 e a superfície externa 321 do segundo membro de supor- te 32 pode aplicar uma pressão ao segundo rolamento 22 por meio do segundo membro de suporte 32 na direção axial. Em outras palavras, uma pressão constante pode ser aplicada ao segundo rolamento 22 por meio do segundo membro de suporte 32 na direção axial do eixo giratório 11.

Portanto, é possível prevenir um aumento excessivo na pressão de superfície de um rolamento como no caso da pressurização de posição fixa existente aplicada a um rola- mento incluso em uma máquina elétrica giratória, porque o segundo rolamento 22 pode se- guir o eixo giratório 11 membro quando, por exemplo, o eixo giratório 11 aumentar devido à expansão térmica.

O dispositivo de pressurização 3, de acordo com a configuração, inclui um meca- nismo de retenção 300 que evita que o segundo membro de suporte 32 gire ao redor do eixo giratório 11.

Conforme ilustrado nos desenhos, o mecanismo de retenção 300, de acordo com a configuração, inclui uma parte protuberante 325 formada no segundo membro de suporte 32 de uma maneira saliente, e uma parte de ranhura 315 formada no primeiro membro de su- porte 31 e que permite que a parte protuberante 325 encaixe livremente na mesma. Conforme ilustrado na Fig. 3, uma lacuna L, do mesmo tamanho que a lacuna L

formada entre a primeira superfície de passo 31a e a superfície externa 321 do segundo membro de suporte 32, é formada na parte de ranhura 315. Portanto, o segundo membro de suporte 32 pode deslizar na direção axial, enquanto é impedido de girar ao redor do eixo giratório 11.

Como o mecanismo de retenção 300 é fornecido conforme descrito acima, é evita- do um fenômeno em que o segundo membro de suporte 32 gira gradualmente ao redor do eixo giratório 11 sendo possível, assim, reduzir com eficácia defeitos como corrosão. Aqui, a parte protuberante 325 do mecanismo de retenção 300 pode ser formada para ser inte- grada com o primeiro membro de suporte 31, ou um pino separado ou semelhante pode ser formado no primeiro membro de suporte 31 de uma maneira saliente.

Conforme descrito acima, o motor 1, de acordo com a configuração, inclui o disposi- tivo de pressurização 3, que aplica uma pressão no segundo rolamento 22 na direção axial do eixo giratório 11 por meio do segundo membro de suporte 32 deslizável na direção axial do eixo giratório 11.

Por este motivo, é realizada uma pressurização constante, em que uma pressão é mantida a um nível constante, por meio do segundo membro de suporte 32 mesmo quando o eixo giratório 11 aumenta devido à expansão térmica ou outras causas. Assim, é possível suprimir um aumento na pressão da superfície, o máximo possível, em partes onde as ani- Ihas de rolamentos e as esferas metálicas 25, servindo como elementos esféricos, do se- gundo rolamento 22, entram em contato umas com as outras, evitando, desta forma, que a vida útil seja reduzida, devido à pressão da superfície. O dispositivo de pressurização 3 pode ser disposto para funcionar como o primeiro

rolamento 21 em vez de o segundo rolamento 22, ou pode ser disposto para corresponder ao primeiro rolamento 21 e ao segundo rolamento 22.

Na configuração, entretanto, o detector 4 está disposto na primeira lateral da estru- tura 10. Não é desejável a extensão do eixo giratório 11 devido à expansão na lateral em que o detector 4 está disposto. Por este motivo, o dispositivo de pressurização 3 é disposto de forma a aplicar uma pressão constante ao segundo rolamento 22 disposto na lateral da segunda extremidade da estrutura 10, que é um lado oposto ao qual o detector 4 está dis- posto.

O motor 1, de acordo com a configuração, inclui uma engrenagem de redução 6 na segunda extremidade da estrutura 10. No motor 1 com a engrenagem de redução 6, consi- dera-se que a vibração da engrenagem de redução 6 afeta o segundo rolamento 22 mais do que afeta o primeiro isolamento 21.

Por este motivo, é concebível que o segundo rolamento 22 disposto mais perto da engrenagem de redução 6 suporte uma carga maior em combinação com a vibração da en- grenagem de redução 6 e desgaste mais rápido, por exemplo. Também deste ponto de vis- ta, é desejável que o dispositivo de pressurização 3 seja disposto de forma a aplicar uma pressão constante ao segundo rolamento 22 disposto mais perto da engrenagem de redu- ção 6, como no motor 1, de acordo com a configuração.

Além disso, como o dispositivo de pressurização 3 inclui um mecanismo de reten- ção 300, o dispositivo de pressurização 3 pode suprimir com mais eficácia um aumento na pressão de superfície em partes em que as anilhas de rolamentos e esferas metálicas 25 do segundo rolamento 22 entrem em contato umas com as outras.

Embora o detector 4 seja descrito como sendo de um tipo magnético na configura- ção, o detector 4 não está limitado a ser de um tipo magnético, mas pode ser de um tipo ótico, por exemplo. Neste caso, o detector 4 pode ter uma configuração (não ilustrada) que inclui um disco rotativo, elementos de emissão e recepção de luz, com o disco rotativo colo- cado entre os elementos, e o disco rotativo tem uma fenda, sendo instalado no eixo giratório 11, servindo com uma unidade rotativa.

A extensão do eixo giratório 11 devido à expansão é muito mais indesejável para tal detector ótico 4 do que para o tipo magnético. Portanto, a configuração, de acordo com a mesma, é mais eficaz quando o dispositivo de pressurização 3 é disposto de forma a aplicar uma pressão constante ao segundo rolamento 22 disposto no lado oposto ao qual o detector 4 está disposto.

Além disso, a arruela de pressão 33 é adotada como um membro de indução do dispositivo de pressurização 3 considerando a redução do tamanho. Consequentemente, é possível impedir que o motor 1 aumente o tamanho na direção axial, mas o membro de in- dução não está limitado à arruela de pressão 33.

Além disso, a configuração do mecanismo de retenção 300 do dispositivo de pres- surização 3 não está necessariamente limitada a uma que inclua a parte protuberante 325, formada no segundo membro de suporte 32 de uma maneira saliente, e a parte de ranhura 315 formada no primeiro membro de suporte 31. A rotação do segundo membro de suporte 32 ao redor do eixo giratório 11 pode ser

interrompida, por exemplo, fazendo com que um membro de indução de uma mola espiral, mola plana ou semelhante, prendendo uma extremidade do membro de indução ao primeiro membro de suporte 31, e prendendo a outra extremidade do membro de indução ao segun- do membro de suporte 32. Na configuração descrita acima, a máquina elétrica giratória foi descrita como sen-

do um motor 1 em que existe uma engrenagem de redução integrada, incluindo um freio, mas não precisa necessariamente ser um motor 1 com tal configuração. Além disso, a má- quina elétrica giratória não está limitada a um motor 1 e pode ser um gerador.

Efeitos e modificações adicionais da configuração descrita acima podem ser facil- mente conceitualizados por profissionais versados na técnica. Portanto, os aspectos mais gerais da invenção não estão limitados a um detalhe específico e ao exemplo de configura- ção ilustrado e descrito acima. Assim, diversas modificações podem ser feitas, sem sair do espírito e escopo do conceito geral da invenção definida pelo escopo das reivindicações anexo e respectivos equivalentes.

Lista de sinais de referência

I motor (máquina elétrica giratória)

3 dispositivo de pressurização

4 detector

mecanismo de frenagem

6 engrenagem de redução estrutura

II eixo giratório

12 rotor

13 estator

21 primeiro rolamento

22 segundo rolamento

31 primeiro membro de suporte

32 segundo membro de suporte

33 arruela de pressão (membro de indução) 300 mecanismo de retenção

311 parte de extensão 315 parte de ranhura 325 parte protuberante

Claims

1 .Máquina elétrica giratória, CARACTERIZADA pelo fato de ser composta por: um eixo giratório suportado de maneira rotativa por uma estrutura que emprega um rolamento; um rotor instalado no eixo giratório e que gira junto com o eixo giratório; um estator preso à estrutura para ficar de frente para o rotor; e um dispositivo de pressurização que aplica uma pressão ao rolamento em uma di- reção axial do eixo giratório por meio de um membro de suporte que é deslizável na direção axial do eixo giratório.

2. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de também ser composta por um detector que detecta a rotação do eixo giratório, em que o rolamento que suporta o eixo giratório inclui um primeiro rolamento, dis- posto em uma lateral da primeira extremidade da estrutura com relação ao rotor, e um se- gundo rolamento, disposto em uma lateral da segunda extremidade da estrutura com rela- ção ao rotor, e em que o detector é disposto em uma primeira extremidade da estrutura e o dispo- sitivo de pressurização é disposto na lateral da segunda extremidade da estrutura, que cor- responde a um lado de saída do eixo giratório, para haver a possibilidade de aplicar uma pressão ao segundo rolamento.

3. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispositivo de pressurização inclui um mecanismo de retenção que evita que o membro de suporte gire ao redor do. eixo giratório.

4.Máquina elétrica giratória, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a3, CARACTERIZADA pelo fato de que o dispositivo de pressurização inclui: um primeiro membro de suporte preso à estrutura e que inclui uma parte de exten- são que se prolonga na direção do eixo giratório, um segundo membro de suporte conectado a uma anilha externa do rolamento, disposto de forma a ser deslizável com relação ao primeiro membro de suporte, e um membro de indução interposto entre a parte de extensão do primeiro membro de suporte e uma superfície externa do segundo membro de suporte e que pressuriza o ro- lamento por meio do segundo membro de suporte.

5. Máquina elétrica giratória, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADA pelo fato de que o mecanismo de retenção inclui: uma parte protuberante formada no segundo membro de suporte de maneira salien- te, e uma parte de ranhura formada no primeiro membro de suporte e que permite que a parte protuberante encaixe livremente na mesma.

6. Máquina elétrica giratória, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, CARACTERIZADA pelo fato de que uma engrenagem de redução está disposta em uma lateral de saída do eixo giratório.