BRPI0409775B1

BRPI0409775B1 - acionamento compacto

Info

Publication number: BRPI0409775B1
Application number: BRPI0409775-0A
Authority: BR
Inventors: Thomas Leichter; Josef Schmidt; Bernhard Köhler
Original assignee: Sew-Eurodrive Gmbh & Co. Kg
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2004-04-02
Publication date: 2020-12-01
Also published as: WO2004100340A3; BRPI0409775A; AU2004237280B2; US7452298B2; AU2004237280A1; WO2004100340A2; EP1625651B1; US20070142139A1; EP1625651A2

Abstract

ACIONAMENTO COMPACTO". A presente invenção refere-se a um acionamento compacto que compreende pelo menos um motor elétrico, uma transmissão e um conversor de freqüência, sendo que o eixo de saída da transmissão e o eixo do rotor estão dispostos paralelamente um ao outro, e a distância entre os eixos é determinada por pelo menos um estágio de transmissão ou pela execução de uma transmissão de regulação.

Description

[001] A presente invenção refere-se a um acionamento compac to.

[002] Da patente DE 197 14 784 A1 tornou-se conhecido um aci onamento compacto que compreende um motor elétrico, que em um dos seus lados frontais possui uma transmissão, e em cujo outro lado frontal é disposto um conversor de frequência. No caso, a área da eletrônica ou a área do motor precisa ser vedada contra a transmissão. A desvantagem disso é que existe um grande comprimento axial e que somente em um lado frontal do acionamento compacto pode ser colocado à disposição uma saída.

[003] Da patente DE 199 13 833 A1 é conhecido um sistema de acionamento, no qual um motoredutor é revelado, onde os mancais do eixo do rotor são dispostos separados dos mancais do eixo de acionamento do redutor.

[004] Portanto, a presente invenção tem a tarefa de aprimorar um acionamento compacto, evitando as desvantagens acima mencionadas. Principalmente precisa ser economizado comprimento axial, e o maior número possível de variações de acionamento, isto é, uma saída unilateral e bilateral precisam ser realizáveis.

[005] É característica essencial da presente invenção no aciona mento compacto que ele compreenda pelo menos um motor elétrico, uma transmissão e um conversor de frequência, sendo que o eixo de transmissão da transmissão e o eixo do rotor estão dispostos paralelamente um do outro, sendo que o eixo do rotor e pelo menos um eixo de acionamento do redutor estão apoiados na mesma parte da carcaça, sendo que á área da transmissão é vedada em relação ao ambiente e em relação à área do motor, bem como em relação à área da eletrônica, sendo que entre a área da eletrônica e a área do motor é pre- visto um isolamento térmico.

[006] Isso é vantajoso por que o comprimento de construção axial pode ser economizado e uma saída unilateral e uma saída bilateral podem ser realizadas.

[007] Em uma realização vantajosa, o motor elétrico é um motor síncrono. No caso é vantajoso que possam ser executadas tarefas de posicionamento extremamente dinâmicas pelo acionamento compacto e/ou que seja disponível um torque ao longo de toda a faixa de rotações.

[008] Em uma realização vantajosa, o conversor de frequência é disposto lateralmente do eixo do rotor. No caso, é vantajoso que o comprimento de construção possa ser economizado e ambos os lados do eixo de transmissão sejam acessíveis, isto é, que possa ser prevista uma saída em ambos os lados.

[009] Em uma realização vantajosa, a área de transmissão é ve dada contra o ambiente, contra a área do motor e contra a área do espaço da eletrônica. A vantagem disso é que a área da transmissão pode compreender óleo lubrificante e a eletrônica e os componentes de estator e de rotor são protegidos contra o lubrificante.

[0010] Em uma realização vantajosa a área da transmissão, a área do motor e a área do espaço da eletrônica encontram-se em um nível de temperatura aproximadamente igual. No caso é vantajoso por que não são necessários isolamentos térmicos e, portanto, podem ser economizados material, massa e custos.

[0011] Em uma realização vantajosa o motor compreende um emissor disposto em uma das extremidades do eixo do rotor. No caso, é vantajoso por que o acionamento compacto pode ser utilizado para tarefas de posicionamento e o emissor é protegido pela carcaça do acionamento compacto. Na outra extremidade do eixo do rotor pode ser conectado um freio que também pode ser protegido pela carcaça do acionamento compacto.

[0012] Em uma outra realização vantajosa o motor não contém nenhum emissor, e sim, a posição é determinada com a ajuda de um processo de estimativa, o que traz economia de espaço construtivo axial.

[0013] Uma vantagem essencial da presente invenção é também que o eixo do rotor permanece totalmente no interior da carcaça e que, portanto, não é necessária nenhuma vedação do eixo do rotor para o ambiente. Portanto, um único anel de vedação do eixo que fica no eixo do rotor é suficiente. Uma vez que o eixo do rotor pode apresentar uma faixa de rotações alta, a produção de calor é muito menor do que em um motor que possui dois anéis de vedação do eixo, especialmente nas suas duas extremidades axiais do eixo do rotor.

[0014] O eixo de acionamento, por exemplo, possui três anéis de vedação do eixo. Uma vez que a faixa de rotações é muito menor que no eixo do rotor, a produção total de calor é menor que no caso de uma solução de acionamento onde tanto o eixo do rotor como o eixo de acionamento possuem dois anéis de vedação do eixo.

[0015] Em uma realização vantajosa da transmissão, em primeiro lugar é utilizado um estágio de roda dentada direta, o que faz diminuir o comprimento construtivo axial e produz uma solução econômica.

[0016] Em uma realização vantajosa, o estágio de transmissão é executado como transmissão regulável com uma relação de transmissão variável, o que diminui o desgaste do estágio da transmissão na faixa de rotações e a transmissão de torque é adaptada à carga. No caso da transmissão variável é vantajoso que até todas as vedações para a área do compartimento do motor possam ser dispensadas, já que uma transmissão variável, especialmente uma transmissão de correia trapezoidal larga não precisa de nenhum lubrificante ou apenas de quantidades pequenas dele. Portanto, somente são necessárias veda- ções do interior do acionamento compacto contra o ambiente externo.

[0017] Em uma realização vantajosa, o eixo do rotor e pelo menos um eixo da transmissão são apoiados na mesma parte da carcaça. No caso, é vantajoso que possa ser obtido um alinhamento exato dos eixos entre si já na produção e no beneficiamento da parte da carcaça. Pois a parte da carcaça somente pode ser beneficiada em uma posição, e, portanto, a posição relativa dos assentos de mancal, um em relação ao outro, pode ser alinhada muito precisamente.

[0018] A presente invenção será agora explicada detalhadamente com a ajuda de figuras:

[0019] A figura 1 mostra um acionamento compacto de acordo com a presente invenção em vista diagonal.

[0020] A figura 2 mostra um acionamento compacto em corte.

[0021] A figura 3 mostra um acionamento compacto em corte de acordo com a presente invenção onde, diferente daquele mostrado na figura 2, o conversor de frequência é disposto do outro lado do eixo de acionamento do motor.

[0022] A figura 4 mostra um acionamento compacto de acordo com a presente invenção em vista diagonal, sendo que a transmissão 40 somente é indicada simbolicamente.

[0023] A figura 5 mostra um outro exemplo de execução de acordo com a presente invenção onde é realizada uma transmissão de três estágios.

[0024] A figura 6 mostra uma outra vista da figura 5.

[0025] A figura 7 mostra uma vista externa do exemplo de execu ção segundo a figura 5.

[0026] A transmissão 40 indicada simbolicamente na figura 4 tem uma execução diferente em diversas variações de execução de acordo com a presente invenção. Em uma primeira variação ela é executada como uma transmissão de dentes retos, o que é ilustrado nas figuras 2 e 3. Em uma outra variação a transmissão da figura 4 é executada como transmissão variável. Esta transmissão variável pode ser executada ou como tipo de uma transmissão VARIMOT da firma SEW- EURODRIVE, isto é, com dois discos, um friccionando no outro, ou como uma transmissão tipo VARIBLOC da firma DEW-EURODRIVE, isto é, como uma transmissão de correia trapezoidal larga, sendo que a distância entre dois discos variável trapezoidais determina a multiplicação. Em um outro exemplo de execução de acordo com a presente invenção pode ser utilizada com vantagem também uma corrente no lugar da correia trapezoidal.

[0027] No exemplo de execução de acordo com a presente inven ção de acordo com a figura 2, o motor é disposto lateralmente ao eixo de acionamento. O eixo do rotor 13 e o eixo de acionamento 8 são paralelos. A distância entre os eixos é determinada pelas partes com dentadura do estágio da transmissão de dentes retos que consistem em um pinhão 14 unido com fecho devido à forma e / ou com fecho devido à força com o eixo do rotor 13 e em uma roda dentada 10 executada como roda dentada reta que é unida ao eixo de acionamento 8.

[0028] A área do espaço da transmissão, isto é, do estágio da transmissão de dentes retos, é vedada contra o espaço do motor elétrico. O anel de vedação do eixo 15 veda esses espaços no eixo do rotor, uma vez que o eixo do rotor porta na área do motor os ímãs permanentes 12 e na área da transmissão, o pinhão 14. O anel de vedação do eixo 5 veda a área da transmissão contra a área do motor no eixo de acionamento 8 que é executado como eixo oco.

[0029] Em um outro exemplo de execução de acordo com a pre sente invenção pode ser utilizada, no lugar do estágio de transmissão de dentes retos mostrado, uma outra transmissão que compreende vários estágios de transmissão.

[0030] Em um outro exemplo de execução de acordo com a presente invenção, o eixo de acionamento não é um eixo oco, e sim um eixo maciço. Existe também a possibilidade de executar o eixo de acionamento de acordo com a norma para interfaces de robôs que faz surgir uma saída muito compacta com um comprimento construtivo axial pequeno.

[0031] O eixo de acionamento 8 é apoiado através do mancal 1 na mesma parte da carcaça 21 onde também é apoiado o eixo do rotor 13 através do mancal 18.

[0032] Por meio do anel de vedação 2 que se encontra no eixo de acionamento 8 e que é encaixado na tampa da carcaça 3, a área do motor é vedada contra o ambiente.

[0033] As partes da carcaça 21 e 22 possuem dispositivos de re frigeração 4 para dissipar o calor que é gerado no motor, na transmissão e no conversor de frequência.

[0034] O eixo de acionamento 8 por sua vez é apoiado através de outros mancais (6, 9) axialmente opostos na mesma parte da carcaça 22 onde também é apoiado o eixo do rotor 13 através do outro mancal 20.

[0035] Uma vantagem essencial do acionamento compacto é que não há necessidade de nenhuma embreagem entre o motor e a transmissão e que assim componentes adicionais podem ser dispensados. O motor e a transmissão até utilizam em conjunto as mesmas partes da carcaça. Além disso, um alinhamento exato dos eixos entre si já pode ser alcançado na produção e no beneficiamento da parte da carcaça, sendo que os assentos dos mancais para o motor e a transmissão, especialmente os mancais 9 e 20, podem ser fixados muito precisamente na sua posição relativa, um em relação ao outro, já na produção. Pois a parte da carcaça é processada em apenas uma máquina-ferramenta em uma única colocação e, portanto, a posição rela-tiva dos assentos dos mancais pode ser alinhada um em relação ao outro, muito precisamente. Também é vantajoso na utilização em conjunto da parte da carcaça o fato de o acionamento compacto somente precisar de um volume construtivo pequeno, e, também possuir uma estabilidade especialmente alta, uma vez que as forças do motor e da transmissão são conduzidas dentro da mesma parte da carcaça, uma para a outra.

[0036] Por meio do anel de vedação 7 que se encontra no eixo de acionamento 8 e é encaixado na parte da carcaça 22, a área da transmissão é vedada contra o ambiente.

[0037] O estator 11 com os enrolamentos do estator 16 é disposto em torno do eixo do rotor 13.

[0038] Este motor elétrico é executado como motor síncrono poli- fásico. Porém, em outros exemplos de execução de acordo com a presente invenção também podem ser integrados no acionamento compacto quaisquer outros motores no lugar do motor síncrono.

[0039] O anel de vedação do eixo 15 que gira no eixo do rotor e é encaixado na parte da carcaça 22 veda a área da transmissão contra a área do motor.

[0040] A área da eletrônica 17 para o conversor de frequência não é vedada contra a área do motor.

[0041] O motor porta na sua extremidade axial um “resolver” que compreende um estator de “resolver” 19 e um rotor de “resolver” 23.

[0042] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção podem ser previstos no lugar do “resolver” outros sensores angulares ou sensores de velocidade angular. Em outros exemplos de execução de acordo com a presente invenção também pode ser integrado um freio no acionamento compacto no lado oposto ao do sensor angular.

[0043] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção ainda, o conversor de frequência é operado da tal modo que por meio de um processo o valor angular é estimado sob a utilização de um modelo de motor apropriado. Assim sendo pode ser economizado mais comprimento construtivo.

[0044] A figura 3 mostra uma outra variação do exemplo de exe cução de acordo com a presente invenção onde a área da eletrônica 31 não fica diretamente na área do motor, e sim, o eixo de acionamento 8 encontra-se entre os dois. Nesse exemplo, o anel de vedação 5 veda a área da transmissão contra a área da eletrônica 31, sendo que o anel de vedação 5 fica no eixo de acionamento 8 e se encontra na parte da carcaça 21.

[0045] A área da transmissão pode ser preenchida com lubrifican te, tal como óleo lubrificante, graxa lubrificante ou semelhantes.

[0046] Nos exemplos de execução mostrados de acordo com a presente invenção não é previsto nenhum isolamento térmico especialmente efetivo entre as áreas do conversor de frequência, isto é, entre a área da eletrônica, a área da transmissão e a área do motor. Assim sendo, as áreas ficam aproximadamente no mesmo nível de temperatura. Um nível de temperatura aproximadamente igual significa uma diferença de temperatura de no máximo 10 °C em operação permanente com carga nominal. É lógico que em uma operação de pique, durante um curto espaço de tempo, pode ser alcançada uma diferença de temperatura maior. Nessa execução é vantajoso e surpreendente que não é necessário nenhum isolamento térmico especial e material, massa e custos podem ser economizados.

[0047] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção também podem ser previstos isolamentos térmicos entre duas ou mais áreas.

[0048] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção o motor tem muitos pólos, especialmente oito ou dez pólos. Com vantagem o motor é executado seguindo a patente DE 100 49 883 ou a patente DE 103 17 749. Assim sendo, no acionamento compacto um único estágio da transmissão junto com tal motor de várias fases é suficiente para cobrir uma faixa grande de números de multiplicação.

[0049] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção pode ser previsto como eixo de acionamento não um eixo oco e sim um munhão do eixo cilíndrico, sendo que este eixo de acionamento pode ser ligado ao dispositivo ao ser acionado por meio de uma união de mola de ajuste.

[0050] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção, o eixo de acionamento e a parte da carcaça no lado da saída são executados como interfaces de robôs EN-ISO 9402 -1. Assim sendo, o comprimento construtivo axial pode ser economizado e um torque alto pode ser transmitido. Além disto, obtém-se compatibilidade com os respectivos dispositivos a serem acionados e conectados.

[0051] Os dispositivos de conexão elétrica são previstos no lado traseiro da carcaça e, portanto, não visíveis nas figuras 1 a 4. Em outros exemplos de execução de acordo com a presente invenção, porém, também podem ser previstas outras posições para os dispositivos de conexão.

[0052] Em outros exemplos de execução de acordo com a presen te invenção, os dispositivos de conexão somente são executados como alimentação de energia. Apenas cabos de corrente intensa são conduzidos para o acionamento compacto. A transmissão de dados necessária para a comunicação de dados entre o conversor de frequência e uma outra unidade, especialmente uma unidade de hierarquia superior, ocorre no caso, por meio de modulação para as linhas de potência. A modulação pode ser executada de modo conhecido, especialmente de acordo com uma comunicação de powerline ou de acordo com o método FSK ou FH/PSK, isto é, conhecido de acordo com o Frequency Hopping Phase Shift Keying.

[0053] As figuras 5, 6 e 7 mostram um outro exemplo de execução de acordo com a presente invenção em diversas vistas contendo uma transmissão em três estágios.

[0054] No caso é prevista a tampa 51 da carcaça para cobrir a ele trônica e é unida à parte da carcaça de modo estanque e firme, porém, separável. A tampa da carcaça serve também para a dissipação do calor da eletrônica de potência 55 e para tal, é conectada a esta de modo termicamente condutor. Além disso, a tampa da carcaça possui ranhuras lisas 54, isto é, elevações de cavidades onduladas essencialmente paralelas que têm uma função de corpo de refrigeração, sendo que líquidos, tais como, por exemplo, água ou suco podem escoar rápida e facilmente, assim diminuindo o risco de corrosão ou de poluição para a carcaça. A parte da carcaça 52 tem a função de formar uma carcaça para o motor e a transmissão, sendo que nela é prevista uma tampa de carcaça 53 inferior.

[0055] A eletrônica abrange várias placas que são unidas umas com às outras de modo elétrico e / ou mecânico.

[0056] Três placas são indicadas de modo esquematizado, sendo que uma primeira porta a eletrônica de sinais e a eletrônica de potência 55, uma segunda placa 56, unida à primeira, porta um elemento de junção de encaixe 58.

[0057] O eixo do rotor do motor é apoiado na parte da carcaça 52 através dos mancais 57 e 60 e com uma das suas extremidades é unida a um emissor angular 61.

[0058] O pacote de lâminas do estator 59 encontra-se na parte da carcaça 52.

[0059] A placa 62 é executada com dispositivos de conexão para as linhas de alimentação do motor e linhas de rede. Aqui também po- dem ser conectadas outras linhas, tais como linhas de sensores de temperatura para os enrolamentos do estator do motor e linhas do emissor angular 61 previsto em uma unidade do eixo do rotor. Através da peça de junção por encaixe 58 que é unida com a placa 62, especialmente unida por meio de solda fina, e da respectiva peça oposta de junção por encaixe 63 que é unida à placa 56, são conectadas eletricamente a eletrônica de sinais e a eletrônica de potência. A alimentação de rede da eletrônica é levada através de parafusos PG 173 tam-bém para a placa 62.

[0060] O pinhão 64 é firmemente conectado ao eixo do rotor, de modo especialmente vantajoso, é executado inteiriçamente, sendo que o pinhão 64 engrena com a roda dentada 66 que é montada em um primeiro eixo intermediário que por sua vez porta um segmento de eixo do pinhão 74. Este segmento de eixo de pinhão mencionado como último engrena com uma roda dentada 67 que é montada em um segundo eixo intermediário. Os mancais 65 e 69 servem para apoiar o segundo eixo intermediário que porta a roda dentada 67 e compreende um segmento de eixo de pinhão 68. O segmento de eixo de pinhão 68 engrena com uma roda dentada 71 que é montada no eixo de acionamento 73 que é executado como eixo oco.

[0061] O eixo de acionamento 73 é apoiado na parte da carcaça 52 através de mancais 70 e 72.

[0062] A figura 7 mostra a abertura de montagem 171 para o pri meiro eixo intermediário e a abertura de montagem 172 para o segundo eixo intermediário. Estes são fechados de modo estanque com elementos de cobertura apropriados.

[0063] Os parafusos PG 173 são previstos na parte da carcaça 52 e servem para a passagem de cabos para os dispositivos de conexão da placa 62. De lá, linhas elétricas os levam à peça de junção por encaixe 58, e desta, através da peça oposta de junção por encaixe 63 e à placa 56, para a eletrônica. Da eletrônica de potência 55, as linhas de alimentação para o motor, por sua vez, os conduzem através da placa 56, das peças de junção por encaixe 58 e 63 e dos dispositivos de conexão na placa 62, para o estator do motor. Lista de Referências 1 Mancal 2 Anel de vedação do eixo 3 Tampa da carcaça 4 Dispositivos de refrigeração 5 Anel de vedação do eixo 6 Mancal 7 Anel de vedação do eixo 8 Eixo de acionamento 9 Mancal 10 Roda dentada 11 Estator 12 Ímãs permanentes 13 Eixo do rotor 14 Pinhão 15 Anel de vedação do eixo 16 Enrolamento do estator 17 Área da eletrônica 18 Mancal 19 Estator de “resolver” 20 Mancal 21 Parte da carcaça 22 Parte da carcaça 23 Rotor de “resolver” 31 Área da eletrônica 40 Transmissão 51 Tampa da carcaça 52 Parte da carcaça 53 Tampa de carcaça inferior 54 Ranhuras lisas 55 Eletrônica de potência 56 Placa 57 Mancal 58 Peça de junção por encaixe 59 Pacote de lâminas do estator 60 Mancal 61 Emissor angular 62 Placa com dispositivos de conexão para linhas de alimentação do motor 63 Peça de junção por encaixe 64 Pinhão 65 Mancal 66 Roda dentada 67 Roda dentada 68 Eixo do pinhão 69 Mancal 70 Mancal 71 Roda dentada com eixo de acionamento 72 Mancal 73 Eixo de acionamento em execução como eixo oco 74 Eixo do pinhão 171 Abertura de montagem para o primeiro eixo intermediário 172 Abertura de montagem para o segundo eixo intermediário 173 Parafusos PG

Claims

1. Acionamento compacto, compreendendo pelo menos um motor elétrico, uma transmissão (40) e um conversor de frequência que alimenta o motor elétrico, onde o eixo de acionamento (8, 73) da transmissão (40) e o eixo do rotor (13) estão dispostos paralelamente um em relação ao outro, e a distância entre os eixos é determinada por pelo menos um estágio de transmissão, onde o eixo do rotor (13), bem como o eixo de acionamento (8, 73) da transmissão (40), estão apoiados na mesma parte da carcaça (52), onde o conversor de frequência é disposto lateralmente ao eixo do rotor (13) bem como ao eixo de acionamento (8, 73) da transmissão, onde a área da transmissão é vedada contra o ambiente e contra a área do motor, bem como contra a área da eletrônica (17, 31), onde entre a área de eletrônica (17, 31) e a área de motor é previsto um isolamento térmico, onde a carcaça da transmissão é composta por partes de carcaça (52) e tampas de carcaça (51), onde a carcaça compreende pelo menos uma área que possui elevações e cavidades, especialmente ranhuras e/ou ondulações (4, 54), que permitem o escoamento de líquidos e são apropriados para a dissipação do calor, onde as ondulações (54) são configuradas de tal forma que a resistência a transmissão de calor da região com as ondulações (4, 54) para o ar ambiente é menor do que a resistência a transmissão de calor de uma região plana para o ar ambiente, caracterizado pelo fato de que a resistência de transmissão de calor da eletrônica de potência do circuito eletrônico através da área com ondulações (4, 54) para o ar ambiente é menor do que a resistência de transmissão de calor da eletrônica de potência através de uma área plana para o ar ambiente e apenas um único anel de vedação de eixo atua no eixo do rotor do motor.

2. Acionamento compacto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos um estágio de transmissão é executado como estágio de transmissão de dentes retos.

3. Acionamento compacto de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o estágio de transmissão é executado como transmissão ajustável, especialmente como transmissão de correia trapezoidal larga ou acionamento de corrente.

4. Acionamento compacto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que três anéis de vedação de eixo (2, 5, 7) funcionam no eixo de acionamento.

5. Acionamento compacto de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que são previstos dispositivos de conexão elétrica para linhas de potência em uma parte da carcaça (52) do acionamento compacto.