DE602004006058T2

DE602004006058T2 - Elektromotorischer Antrieb für einen Spindelmäher

Info

Publication number: DE602004006058T2
Application number: DE602004006058T
Authority: DE
Inventors: Brent Gordon 27526 Rinholm; Randall John 29339 Griffin
Original assignee: Deere and Co
Current assignee: Deere and Co
Priority date: 2003-08-26
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: US6946762B2; EP1510121A1; EP1510121B1; US20050044838A1; DE602004006058D1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromotorischen Antrieb für einen Spindelmäher, umfassend einen Motor, vorzugsweise einen bürstenlosen Permanentmagnet-Elektromotor, der einen Rotor, einen Stator und ein Motorgehäuse aufweist, das den Rotor und den Stator trägt, wobei der Rotor eine sich von dem Gehäuse erstreckende Rotorausgangswelle aufweist, eine an das Motorgehäuse montierte Verkleidung; ein Endloszugglied, das vorzugsweise einen Riemen umfasst, der zur Zirkulation durch Drehung der Rotorausgangswelle mit dieser letzteren in Eingriff steht; und eine Sekundärausgangswelle umfasst, die durch das Endloszugglied erfasst wird, um durch Zirkulation des Endloszugglieds in Rotation versetzt zu werden, wobei sich die Sekundärausgangswelle von innerhalb der Verkleidung nach außerhalb der Verkleidung erstreckt, um mit einer externen Vorrichtung, beispielsweise einer Spindel wirkverbunden zu werden, um die externe Vorrichtung zu drehen, und einen eine solche Vorrichtung umfassenden Spindelmäher.
Es sind herkömmliche Spindelmäher bekannt, die hydraulisch angetriebene Motoren, bürstenlose Magnetmotoren oder gleichgerichtete Elektromotoren zum Antreiben der Spindel verwenden. Es sind hydraulisch angetriebene Motoren und bürstenlose Permanentmagnet-Motoren bekannt, in denen die Motoren die Spindel direkt antreiben. Es sind gleichgerichtete Elektromotoren bekannt, welche zentral über der Spindel angeordnet sind und die Spindel mit einem Riemen antreiben.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass es wünschenswert wäre, einen bürstenlosen Permanentmagnet-Motor-Antrieb für einen Spindelmäher bereitzustellen, der den Spindelmäher über einen Riemen antreibt. Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass es wünschenswert wäre, einen bürstenlosen Permanentmagnet-Antrieb für einen Spindelmäher bereitzustellen, in dem der bürstenlose Permanentmagnet-Antrieb gegenüber der Mittellinie der Spindel angehoben wäre, um zum Schutz des Motors weiter von dem Boden entfernt angeordnet zu sein.
In herkömmlichen Permanentmagnet-Motoren wird eine Vielzahl von Permanentmagneten eingeführt und in einem Rotor so angeordnet, dass sich Magnetpole bilden. Der Rotor wird von elektrifizierten statorseitigen Spulen angetrieben, die im Wesentlichen um den Rotor angeordnet sind und daher sich drehende Magnetfelder bilden. Aufgrund der Permanentmagneten werden die Magnetfelder einzeln für die vorbestimmten Pole gebildet, so dass die Motorgröße reduziert und die Motorleistung erhöht werden kann.
Aus US-A-4,995,227 ist ein Rasenmäher vom Spindeltyp zum Mähen von Rasen bekannt, welcher eine Schneidspindel enthält, die durch einen Elektromotor angetrieben wird, der über eine Getriebestruktur mit der Schneidspindel verbunden ist, und durch mit der Schneidspindel verbundene Antriebsräder über eine Kupplungsstruktur zur Unterstützung des Elektromotors beim Antrieb der Schneidspindel, wenn eine größere Schneidgeschwindigkeit der Schneidspindel erforderlich ist, als durch den Elektromotor geliefert wird, angetrieben wird.
Das Problem von Verlust und Erzeugung von Wärme aufgrund von Wirbelströmen in den Magneten ist beträchtlich. Die Wärmeerzeugung in einem Motor führt zu einer Entmagnetisierung des Magneten und kann zu einem Versagen des Motors führen.
Wärme abgebende bürstenlose Elektromotoren sind auch im Stand der Technik bekannt (siehe beispielsweise US-A-2003/0067228).
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass es wünschenswert wäre, einen bürstenlosen Permanentmagnet- Antrieb für einen Spindelmotor bereitzustellen, in dem der bürstenlose Permanentmagnet-Elektromotor-Antrieb ausreichend Wärmeableitung aufrechterhält, um die erforderliche Antriebskraft zu erzielen.
Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass es wünschenswert wäre, einen Elektromotorantrieb für einen Spindelmäher bereitzustellen, in dem der Antrieb während der Montage des Spindelmähers schnell und einfach installiert wird und zur Wartung und bei Reparaturen schnell und einfach entfernbar und austauschbar ist.
Daher wird ein Elektromotorantrieb für einen Spindelmäher mit den Merkmalen von Anspruch 1 bereitgestellt.
Gemäß der Erfindung umfasst die Verkleidung eine vordere Abdeckung und eine hintere Abdeckung, wobei die vordere Abdeckung Kühllamellen umfasst, und die hintere Abdeckung ein Lager für die Sekundärausgangswelle tragen kann, wobei die vordere und hintere Abdeckung aneinander und an dem Motorgehäuse befestigt sind. Die vordere Abdeckung kann ein vorderes Lager für die Sekundärausgangswelle tragen.
Das Endloszugglied wird von der Rotorausgangswelle in Eingriff genommen, um durch Drehung der Rotorausgangswelle zirkuliert zu werden. Die Sekundärausgangswelle wird von dem Endloszugglied in Eingriff genommen, um durch Zirkulierung des Endloszugglieds gedreht zu werden. Die Sekundärausgangswelle erstreckt sich von innerhalb der Verkleidung nach außerhalb der Verkleidung, um zur Drehung der Spindel mit der Spindel wirkverbunden zu werden.
Der Motor ist vorzugsweise an einem Ende der Spindel angebracht, wobei eine Mittellinie des Rotors gegenüber eine Drehachse der Spindel angehoben ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung enthalten sowohl das Motorgehäuse als auch die Verkleidung Wärmeableitlamellen. Das Motorgehäuse umfasst sich radial und axial erstreckende Wärmeableitlamellen und die Verkleidung umfasst horizontale, sich axial erstreckende Wärmeableitlamellen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Verkleidung sich seitlich erstreckende Flansche, wobei die Flansche so bemessen und angeordnet sind, dass sie auf jeder Seite der Sekundärausgabewelle ein Befestigungselement aufnehmen, um die Verkleidung an einem externen Rahmen zu befestigen.
Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist die Verkleidung durch mindestens ein in einem Schlitz in Eingriff genommenes Gewindeelement an dem Rahmen befestigt, wobei das Lösen des Gewindeelements das Herausziehen des Gewindeelements aus dem Schlitz in einer Richtung ermöglicht, die im Wesentlichen senkrecht zu der Axialrichtung des Gewindeelements ist.
Insbesondere kann die Verkleidung durch zwei Gewindestifte befestigt werden. Jeder Stift wird durch Eindrehen oder durch einen Kopf oder eine Mutter an einem Ende von der Verkleidung und an einem gegenüberliegenden Ende durch einen Kopf oder eine Mutter von dem Rahmen in Eingriff genommen. Der Rahmen enthält zwei offene Schlitze, die der Position den Stiften entsprechen, indem die Stifte angrenzend an die entsprechenden Schlitze positioniert werden und die Verkleidung dann um eine Achse der Spindel gedreht wird, damit die Stifte in die Schlitze gleiten. Danach können die Köpfe oder Muttern an jedem Ende der Stifte gegen den Rahmen auf einer Seite des Rahmens, das der Verkleidung gegenüberliegt, festgezogen werden, um die Verkleidung an dem Rahmen zu befestigen.
Die Erfindung stellt einen elektromotorischen Antrieb bereit, welcher ausreichend Wärmeableitung und Leistungsausgabe führt, um einen typischen Spindelmäher anzutreiben. Die Erfindung stellt eine endmontierte Elektromotoranordnung bereit, welche dadurch, dass sie vom Boden angehoben ist, Schaden verhindert. Die vorliegende Erfindung stellt eine Motoranordnung bereit, welche zur Wartung und Reparatur schnell und einfach entfernbar ist.
Die vorliegende Erfindung stellt eine endmontierte Motoranordnung bereit, welche die Spindelachse über ein Paar Räder oder Scheiben antreibt, wobei der relative Durchmesser der Räder oder Scheiben so ausgewählt sein kann, dass die Drehzahl der Spindel für einen gegebenen Motor geändert werden kann.
Zahlreiche weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung und ihrer Ausführungsformen, den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Eine unten ausführlicher beschriebene Ausführungsform der Erfindung wird in den Zeichnungen gezeigt, in denen:
1 eine teilweise fragmentarische, auseinandergezogene Perspektivansicht der Spindeleinheit der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine Perspektivansicht von hinten auf die Motoranordnung aus 1 ist;
3 eine Perspektivansicht von vorne auf die Motoranordnung aus 1 ist;
4 eine Perspektivansicht von vorne auf einen Motor aus der Motoranordnung aus 3 ist,
5 eine senkrechte Schnittansicht der Anordnung aus 2 ist und
6 eine Draufsicht einer Innenoberfläche einer vorderen Abdeckung einer Verkleidung aus der Anordnung aus 2 ist.
Während diese Erfindung sich für Ausführungsformen in unterschiedlichsten Formen eignet, werden in den Figuren spezifische Ausführungsformen in den Figuren gezeigt und hierin ausführlich beschrieben, und zwar in dem Verständnis, dass die vorliegende Beschreibung als eine beispielhafte Ausführung der Grundsätze der Erfindung aufgefasst werden soll und die Erfindung nicht auf die spezifischen dargestellten Ausführungsformen beschränken soll.
1 veranschaulicht eine Spindeleinheit 20 der vorliegenden Erfindung, die sich dafür eignet, von einem Traktor oder ähnlichen Fahrzeug gezogen zu werden. Typische bekannte Fahrzeuge und Schneidspindeleinheiten werden beispielsweise in den US-Patentschriften 5,343,680; 5,412,931 und 5,459,984 offenbart.
Die dargestellte Spindeleinheit 20 umfasst einen Stützrahmen 24, der eine Seitenplatte 26, 28 enthält. Die Seitenplatte 26, 28 wird von einer vorderen bzw. hintern Walze 32, 34 unterstützt. Die Seitenplatten 26, 28 tragen jeweils ein Spindelgehäuse 38 (es wird eines gezeigt). Eine (schematisch dargestellte) Spindel 42 mit Messern 44 wird drehbar von den beiden Gehäusen 38 getragen. Die Spindel 42 kann, wie bekannt, beim Drehen Gras zwischen den Messern 44 und einem festen Messer (nicht gezeigt) schneiden. Das Gehäuse 38 enthält (nicht gezeigte) Lager, die Enden einer Mittelwelle 48 der Spindel 42 lagern. Eine Motoranordnung 50 wird an einem der Gehäuse 38 angebracht. Die Anordnung 50 enthält einen Montageflansch 52, der zwei Stifte 54 trägt. Die Stifte 54 weisen jeweils eine Gewindewelle 54a, einen Kopf 54b und eine Mutter 54c auf. Die welle 54a passt locker durch ein Loch in dem Flansch 52.
Das Gehäuse 38 enthält eine ringförmige Fläche 62 und zwei beabstandete Schlitze 64, 66. Einer der Schlitze 64 ist in einer Richtung nach unten geöffnet und der andere Schlitz 66 ist in einer Richtung nach oben geöffnet.
Zur Installation der Motoranordnung 50 in das Gehäuse 38 wird die Anordnung 50 auf die ringförmige Fläche 62 platziert, wobei eine Stiftwelle 54a in der Nähe angeordnet ist, so dass sie oberhalb des Schlitzes 66 anstößt. Die Anordnung 50 wird dann um eine Horizontalachse gedreht, um die Stiftwellen 54a in die entsprechenden Schlitze 64, 66 aufzunehmen, und die Muttern 54c werden festgezogen, um das Gehäuse 38 und den Flansch 52 aneinander zu befestigen.
Gemäß dieser Ausgestaltung der Erfindung kann die Anordnung 50 entfernt und wieder installiert werden, ohne die Muttern 54c jemals von ihren jeweiligen Wellen 54a trennen zu müssen. Die Demontage und Neumontage kann schneller erfolgen, ohne dass die Muttern 54c vollständig losgeschraubt und die Stifte 54 herausgezogen werden müssen. Obwohl die vorliegende Ausführungsform Stifte 54 mit Köpfen 54b und Muttern 54c veranschaulicht, wird von der Erfindung mit eingeschlossen, dass die Köpfe 54b durch Muttern ersetzt werden können oder dass die Muttern 54c durch Löcher in dem Flansch 52 ersetzt werden können.
2-5 zeigen die Motoranordnung 50 in größeren Einzelheiten. Die Anordnung enthält einen bürstenlosen Permanentmagnetmotor 70, der durch eine durch Leitungen 74 geführte Zufuhr elektrischen Stroms angetrieben wird. Die Leitungen 74 gehen durch ein Motorgehäuse 76. Das Motorgehäuse enthält in Umfangsrichtung angeordnete, sich in Längsrichtung erstreckende Wärmeableitlamellen 82 an einer Rückseite davon, und sich in Längsrichtung und radial erstreckende Wärmeableitlamellen 82 auf dem Umfang.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird für einen Spindel von 22'' Länge und 5'' Durchmesser ein Motor mit einer Leistungsabgabe von 1 KW verwendet. Der Motor wird auf durchgängig 860 Watt und 1200 Watt bei einem Arbeitszyklus von 50% bei einer Eingabe von 30 Amps eingestuft. Der Motor gehört vorzugsweise der in US Seriennr. 10/651,015, die am selben Tag wie die vorliegende Erfindung eingereicht wurde, und durch das Anwaltszeichen 6270P0350US bezeichnet wird, beschriebenen Art an. Der Motor wird durch einen Generator angetrieben, welcher durch den Motor des Mähfahrzeugs zur Drehung gebracht wird, wie in US-Patent Nr. 6,531,850 beschrieben. Diese Motor- und Spindelanordnung ist zum Schneiden von Flächen mit kurzem Rasen vorteilhaft, wie beispielsweise Golfplätzen.
Andere Permanentmagnet-Motoren werden beispielsweise in den US-Patentschriften Nr. 4,242,610; 5,758,709; 6,555,941; 6,353,275 und 6,087,752 beschrieben.
Der Motor 70 wird an eine Verkleidung 80 durch Befestigungselemente 84 befestigt, welche Hutschrauben und -muttern sein können. Die Verkleidung umfasst eine vordere Abdeckung 86 und eine hintere Abdeckung 88. Der Flansch 52 kann ein einstückiger Teil der vorderen Abdeckung 86 sein. Die vordere Abdeckung 86 wird durch Befestigungselemente 84 an der hinteren Abdeckung 88 befestigt, wobei die Befestigungselemente 84 das Motorgehäuse 76, die hintere Abdeckung 88 und die vordere Abdeckung 86 zusammenklemmen, sowie durch Schrauben 90, die in Gewindelöcher 92 der vorderen Abdeckung 86 eingedreht werden.
Wie in 5 gezeigt, enthält der Motor einen Rotor 102, der eine Motorausgabewelle 104 antreibt. Die Ausgabewelle 104 wird durch eine durch das Motorgehäuse 76 in Position gehaltene Lageranordnung 108 geleitet. Die Welle 104 wird ein eine erste Zahnradscheibe 110 in der Abdeckung 80 eingeführt. Eine Sekundärausgangswelle 116 befindet sich unter der Zahnradscheibe 110. Die Welle 116 wird durch ein in einem konkaven Abschnitt 118 der hinteren Abdeckung 88 getragenes hinteres Lager 120 und in einem durch die vordere Abdeckung 86 getragenen vorderen Lager 122 gelagert. Die Welle 116 wird in eine zweite Zahnradscheibe 128 eingeführt. Ein gezahnter Riemen 132 wickelt sich um die Scheiben 110, 128.
Die Welle 116 erstreckt sich nach vorne durch ein Loch in der vorderen Abdeckung 86 zu einem freien Ende davon, wo es von einer Wellenkupplung 138 in Eingriff genommen wird. Die Wellenkupplung 138 enthält ein Keilloch 140, welches ein Keilende der Spindelwelle 48 aufnimmt, wenn die Anordnung 50 auf dem Gehäuse 38 installiert wird. Die vordere Abdeckung 86 enthält auch eine ringförmige Fläche 142, welche gegen die ringförmige Fläche 62 des Gehäuses 38 drückt, wenn die Anordnung 50 vollständig installiert ist.
Die Scheiben 110, 128 sind relativ so bemessen, dass sie die Spindel 42 bei der gegebenen Leistung des Motors 70 mit der gewünschten Drehzahl drehen. Gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, beträgt ein Umdrehungsverhältnis zwischen der Motorausgangswelle und der Sekundärausgangswelle 1,28 zu 1.
4 zeigt den von der Verkleidung 80 getrennten Motor 70. Das Motorgehäuse 76 enthält eine vordere Oberfläche 152 mit einem erhobenen Lager 154 zum Halten der Lageranordnung 108. Die hintere Abdeckung 88 weist eine entsprechend geformte, koextensive hintere Oberfläche 162 (5) auf, die bündig zu der vorderen Oberfläche 152 passt, so dass die Oberfläche zum Wärmetransfer und das Verhältnis vom Motorgehäuse 76 zu der hinteren Abdeckung 88 maximiert wird. Die vordere Abdeckung 86 weist eine große hintere Oberfläche 166 (6) auf, die bündig zu einer großen vorderen Oberfläche 168 der hinteren Abdeckung passt, wobei die vordere Oberfläche 168 im Wesentlichen entsprechend geformt und mit der hinteren Oberfläche 162 der hinteren Abdeckung 88 koextensiv ist, um die Oberfläche zum Wärmetransfer und das Verhältnis zwischen der hinteren Abdeckung 88 und der vorderen Abdeckung 86 zu maximieren.
Die vordere Abdeckung enthält sich seitlich und in Längsrichtung erstreckende Wärmeableitlamellen 172 zur Verstärkung des Wärmetransfers von dem Motorgehäuse 76 über die hintere Abdeckung 88 und die vordere Abdeckung 86.
6 zeigt die Innenoberfläche der vorderen Abdeckung 86. In einem Bereich zur Anbringung des Motors wird die große, hufeisenförmige flache Oberfläche 166 gegen die entsprechende Oberfläche 168 der hinteren Abdeckung 88 gepresst. Die vordere Abdeckung 86 enthält einen konkaven Abschnitt 188, der ein Volumen in der Verkleidung 80 zum Betrieb der Scheiben 110, 128 und des Riemens 132 bereitstellt.

Claims

Elektromotorischer Antrieb für einen Spindelmäher, der einen Motor (70), vorzugsweise einen bürstenlosen Permanentmagnet-Elektromotor, der einen Rotor (102), einen Stator und ein Motorgehäuse (76) aufweist, das den Rotor (102) und den Stator trägt, wobei der Rotor (102) eine sich vom Gehäuse (76) erstreckende Rotorausgangswelle (104) aufweist; eine an dem Motorgehäuse (76) montierte Verkleidung (80); ein Endloszugglied, das vorzugsweise einen Riemen (132) umfasst und zur Zirkulation durch Drehung der Rotorausgangswelle (104) mit dieser letzteren in Eingriff steht; und eine Sekundärausgangswelle (116) umfasst, die durch das Endloszugglied erfasst wird, um durch Zirkulation des Endloszugglieds in Rotation versetzt zu werden, wobei sich die Sekundärausgangswelle (116) von innerhalb der Verkleidung (80) nach außerhalb der Verkleidung (80) erstreckt, um mit einer externen Vorrichtung, vorzugsweise einer Spindel (42), wirkverbunden zu werden, um die externe Vorrichtung zu drehen, dadurch gekennzeichnet, dass die Verkleidung (80) eine vordere Abdeckung (86) und eine hintere Abdeckung (88) umfasst, die vordere Abdeckung (86) Kühllamellen (82) und die hintere Abdeckung (88) ein Lager (120) für die Sekundärausgangswelle (116) umfasst, wobei die vordere und die hintere Abdeckungen (86, 88) aneinander und an dem Motorgehäuse (76) befestigt sind.
Antrieb nach Anspruch 1, bei dem das Motorgehäuse (76) und die Verkleidung (80) beide Wärmeableitlamellen (82, 172) enthalten.
Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Motorgehäuse (76) sich radial und axial erstreckende Wärmeableitlamellen (82) und die Verkleidung (80) horizontale, sich axial erstreckende Wärmeableitlamellen (172) umfasst.
Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Verkleidung (80) sich lateral erstreckende Flansche (52) umfasst, wobei die Flansche (52) zur Aufnahme eines Befestigungselements (84) an jeder Seite der Sekundärausgangswelle (116) zwecks Befestigung der Verkleidung (80) an einem Außenrahmen bemessen und angeordnet sind.
Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vordere Abdeckung (86) ein vorderes Lager (122) für die Sekundärausgangswelle (116) umfasst.
Spindelmäher mit einer Spindel (42), die mehrere um eine laterale Achse angeordnete Messer (44) aufweist, und einem Rahmen mit Seitengliedern (26, 28), die die Spindel (42) stützen und eine Drehung der Spindel (42) um die laterale Achse gestatten, mit einem Antrieb nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verkleidung (80) am Rahmen (24) angebracht und die Welle (104) mit einem Ende der Spindel (42) verbunden ist.
Spindelmäher nach Anspruch 6, bei dem die Verkleidung (80) durch mindestens ein in einem Schlitz (64, 66) in Eingriff stehendes Gewindeglied (54) an dem Rahmen (24) angebracht ist, wobei das Lösen des Gewindeglieds (54) ein Herausziehen des Gewindeglieds (54) aus dem Schlitz (64, 66) in einer im Wesentlichen senkrecht zu einer Axialrichtung des Gewindeglieds (54) verlaufenden Richtung gestattet.
Spindelmäher nach Anspruch 6 oder 7, bei dem die Verkleidung (80) zur Abstützung der Rotorausgangswelle (104) vertikal über der Sekundärausgangswelle (116) angeordnet ist, wobei sich eine Achse des Rotors (102) über der lateralen Achse der Spindel (42) befindet.
Spindelmäher nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 8, bei dem die Verkleidung (80) durch zwei Gewindestifte (54) am Rahmen (24) angebracht ist, wobei jeder Stift (54) an einem Ende mit der Verkleidung (80) und an einem gegenüberliegenden Ende durch einen Kopf oder eine Mutter (54c) in Eingriff steht, wobei der Rahmen (24) offene Schlitze aufweist, deren Position der der Stifte (54) entspricht, wobei die Stifte (54) durch Positionieren der Stifte (54) angrenzend an die entsprechende Schlitze (64, 66) und dann Drehen der Verkleidung (80) um eine Achse der Spindel (42), damit die Stifte (54) in die Schlitze (64, 66) gleiten, in die Schlitze (64, 66) positioniert werden können, wonach die Köpfe oder die Muttern (54c) an einer Seite des Rahmens (24) gegenüber der Verkleidung (80) am Rahmen (24) festgezogen werden können, um die Verkleidung (80) am Rahmen (24) zu befestigen.