ES2311535T3 - Motor electrico y eje de accionamiento con un motor electrico incorporado. - Google Patents

Abstract

Motor eléctrico, especialmente motor eléctrico de corriente trifásica, con una carcasa (5) de material ferromagnético, especialmente acero, y con un árbol (13) que debe accionarse de forma giratoria en la carcasa (5), en el que la carcasa comprende al menos una placa de cojinete (25) con un cojinete (31) para el alojamiento del árbol (13) y en el que el cojinete (31) presenta medios sensores (33) para la detección del estado de giro del árbol (13), caracterizado porque el cojinete (31) está alojado en un casquillo blindado (35), dispuesto fijo en el orificio de alojamiento de cojinete (29) de la placa de cojinete (25), de un material no ferromagnético y porque está previsto un casquillo de cubierta (37) conectado con la placa de cojinete (25) o configurado como parte integral de la placa de cojinete (25) y que rodea al árbol (13), de material ferromagnético, que rodea en el lado interior de la carcasa el cojinete (31) y el casquillo blindado (35).

Description

Motor eléctrico y eje de accionamiento con un motor eléctrico incorporado.

La invención se refiere a un motor eléctrico, especialmente motor eléctrico de corriente trifásica, con una carcasa de material ferromagnético, especialmente acero, y con un árbol que debe accionarse de forma giratoria en la carcasa, en el que la carcasa comprende al menos una placa de cojinete con un cojinete para el alojamiento del árbol y en el que el cojinete presenta medios sensores para la detección del estado de giro del árbol.

La invención se refiere especialmente a un motor eléctrico asíncrono de corriente trifásica sin escobillas del tipo mencionado al principio, que está montado en un eje de accionamiento de un vehículo, especialmente un vehículo de transporte sobre el suelo, para accionar ruedas de accionamiento del eje de accionamiento.

Los ejes de accionamiento del tipo considerado aquí con un motor eléctrico de corriente trifásica incorporado se conocen, por ejemplo, a partir de los documentos DE 198 40 006 A1 y DE 298 19 114 U1. La carcasa axial está configurada al mismo tiempo como carcasa de motor, estando fijado el estator del motor en la carcasa axial y estando atravesado el rotor del motor axialmente por un árbol hueco, que es accionado de forma giratoria por el motor eléctrico. El árbol hueco es el árbol de entrada de un engranaje diferencial alojado en la carcasa axial, cuyos árboles de salida del árbol de accionamiento accionan ruedas asociadas sobre los dos lados.

Para el control y regulación del motor eléctrico de acuerdo con la velocidad del vehículo, la aceleración del vehículo, la dirección de la marcha deseadas, etc., se detecta por medio de un transmisor del ángulo de giro el estado real de revoluciones de un árbol en la sección de accionamiento, por ejemplo del árbol hueco. Se ha propuesto utilizar a tal fin un cojinete sensor, en el que se trata de un rodamiento con al menos un transmisor incremental del número de revoluciones integrado. Tales cojinetes sensores se pueden adquirir en el comercio y se describen, por ejemplo, en los documentos EP 0 838 683, EP 0 992 797 o EP 0 875 683. Los ensayos con un cojinete sensor que soporta el árbol del motor y que está dispuesto directamente en el orificio de alojamiento del cojinete de la placa de cojinete de una carcasa de un motor eléctrico, han dado como resultado que las señales de salida de los transmisores de los ángulos de giro eran interferidas con frecuencia en una medida tal que no se podía garantizar ya una detección fiable del valor real del estado de revoluciones del árbol del motor. En particular, en el caso de un motor de accionamiento integrado de un eje de accionamiento de vehículo, es importante, sin embargo, la detección fiable del estado de revoluciones de un árbol de accionamiento, para que se pueda realizar un control fiable del accionamiento.

El documento DE-C1-4 142 707 publica un motor eléctrico que corresponde al preámbulo de la reivindicación 1, en el que un elemento blindado está dispuesto alrededor del sensor Hall.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de preparar un motor eléctrico del tipo mencionado al principio, y especialmente un eje de accionamiento equipado con un motor eléctrico de este tipo, en el que es posible una detección fiable del estado de rotación del árbol por medio de un cojinete sensor insertado en la placa de cojinete.

Para la solución de este cometido, se propone de acuerdo con la invención que el cojinete esté alojado en un casquillo blindado, dispuesto fijo en el orificio de alojamiento de cojinete de la placa de cojinete, de un material no ferromagnético y que esté previsto un casquillo de cubierta conectado con la placa de cojinete o configurado como parte integral de la placa de cojinete y que rodea al árbol, de material ferromagnético, que rodea en el lado interior de la carcasa el cojinete y el casquillo blindado. Por otro lado, para la solución del cometido se propone que el motor eléctrico esté configurado como agregado de accionamiento integral de un eje de accionamiento de un vehículo, especialmente vehículo de transporte sobre el suelo y que la carcasa forme al menos una parte de la carcasa axial del eje de accionamiento.

La invención parte de la consideración de que las interferencias de las señales mencionadas anteriormente de un cojinete sensor insertado directamente en la placa de cojinete de acero de la carcasa del motor podrían ser atribuibles al flujo disperso del campo magnético generado por el motor eléctrico, donde el flujo disperso influye sobre la electrónica del sensor. Especialmente los transmisores angulares con sensores Hall reaccionan al flujo magnético disperso del motor conducido sobre las paredes de la carcasa y la placa de cojinete de una manera tan sensible que la señal de medición es superpuesta por interferencias hasta tal punto que no se puede evaluar para fines de control.

En el motor eléctrico de la presente invención, el casquillo blindado ofrece una resistencia magnética elevada, en cambio el casquillo de cubierta provoca una "canalización" del flujo magnético conducido sobre la placa de cojinete hacia el eje y, por lo tanto, hacia el interior del motor. El flujo magnético disperso es conducido de esta manera esencialmente eludiendo el cojinete sensor y los componentes electrónicos previstos allí desde la envolvente de la carcasa pasando por la placa de cojinete y el casquillo blindado hacia el árbol.

El casquillo blindado no ferromagnético debería estar constituido por un material mecánicamente estable, con preferencia metal como bronce o latón. También sería concebible un casquillo blindado de acero austenítico, aluminio o cerámica.

Para la conducción eficiente del flujo magnético eludiendo el cojinete sensor, el orificio de paso del árbol del casquillo de cubierta atravesado por el árbol debería presentar una superficie periférica, cuya distancia radial con respecto al árbol es muy pequeña. El intersticio de aire entre el casquillo de cubierta y el árbol, que corresponde a esta distancia radial debería ser no esencialmente mayor que 0,5 mm.

Como otra medida para la conducción eficiente del flujo disperso magnético eludiendo el cojinete sensor está previsto que el casquillo de cubierta presenta un collar que se extiende en la dirección axial del árbol y que delimita con el árbol un intersticio de aire lo más pequeño posible. Este collar ofrece una superficie incrementada para el paso del flujo magnético desde la placa de cubierta hacia el árbol.

Con las medidas mencionadas anteriormente se consigue que se pueda utilizar un cojinete solar que se puede adquirir en el comercio, para alojar el árbol del motor y, además, detectar de una manera fiable y casi sin interferencias el estado de rotación del árbol del motor en el motor eléctrico. Esto tiene especialmente importancia en el caso de un eje de accionamiento con un motor eléctrico de este tipo como agregado de accionamiento integrado, en el que es suficiente una detección fiable del valor real del estado de accionamiento a través de la detección del estado de rotación del árbol accionado por el motor.

A continuación se explica en detalle la invención con referencia a las figuras.

La figura 1 muestra en una vista en planta superior muy esquemática una unidad axial de accionamiento representada en parte en sección y en parte de forma fragmentaria con un cojinete sensor sin las medidas propuestas de acuerdo con la invención.

La figura 2 muestra la zona de la carcasa axial/carcasa del motor representada de forma fragmentaria en la figura 1 en representación ampliada, en la que se representan en la figura 2 un casquillo blindado y un casquillo de cubierta de acuerdo con las medidas propuestas según la invención.

La figura 1 muestra un eje de accionamiento con motor eléctrico de corriente trifásica sin escobillas incorporado para el accionamiento de avance de una carretilla con horquilla elevadora. Un eje de accionamiento de este tipo se describe de forma más detallada, por ejemplo, en el documento DE 198 40 006 A1, al que se hace referencia.

En la figura 1 se representa una sección central 3 de la carcasa axial 5 parcialmente fragmentaria, de manera que se pueden reconocer elementos del motor eléctrico 7 integrado. El estator 9 alojado fijamente en la carcasa 5 está en conexión con la pared periférica exterior (la envolvente) de la parte central de la carcasa 3 aproximadamente cilíndrica. El rotor 11 del motor eléctrico de corriente trifásica, alojado de forma giratoria en el estator 9, está atravesado por un árbol hueco 13, que es accionado por el motor eléctrico 7 y sirve para un engranaje diferencial (no mostrado en las figuras), cuyos árboles de salida accionan a través de un engranaje respectivo de juego de ruedas dentadas rectas las ruedas de accionamiento 15, 17, que se indican en la figura 1 en una representación en sección esquemática. El eje mostrado en la figura 1 en vista en planta superior presenta un llamado desplazamiento de pórtico de la parte central de la carcasa 3 frente a las partes exteriores 19, 21. De esta manera se consiguen relaciones de espacio más favorables, especialmente para el alojamiento del mástil de elevación/bastidor de elevación 23 de la carretilla de horquilla elevadora. La carcasa axial 5 es un componente de soporte del eje de accionamiento y, por este motivo, debe estar dimensionada de forma mecánicamente estable. En el caso del ejemplo, tanto la parte envolvente 3 de la carcasa axial 5 como también la placa de cojinete 25, que forma una pared intermedia de la carcasa axial 5, que se extiende transversalmente el eje 27 del árbol del motor 13 y que está conectada directamente con la parte central de la carcasa 3, están constituidas de acero. En el orificio de alojamiento del cojinete 29 de la placa de cojinete 25 está insertado, según la figura 1, un rodamiento 31, por ejemplo un cojinete de bolas, que recibe de forma giratoria el árbol hueco del motor 13 en su extremo alejado del engranaje diferencial. El rodamiento 31 es un cojinete sensor, que presenta sensores 33 de transmisión axial, uno de los cuales se puede reconocer allí. Por lo tanto, por medio del cojinete sensor 31, 33 se puede detectar el estado de rotación del árbol hueco del motor 13. El cojinete sensor 31, 33 comprende de una manera preferida al menos dos sensores Hall 33, que están dispuestos a distancia angular entre sí en la periferia del cojinete 31, de manera que pueden suministrar señales desfasadas, lo que tiene importancia para la detección del sentido de giro. Las señales suministradas por los sensores 33 son evaluadas como señales de valor real por una unidad de control (no mostrada) para el control del accionamiento de las ruedas 15, 17. La unidad de control puede determinar de esta manera la velocidad de giro, la aceleración de giro, la modificación del ángulo de giro y el sentido de giro del árbol. En un eje de accionamiento según la figura 1 con un cojinete sensor 31, 33, que está en contacto directo con el material de acero de la placa de cojinete 25, las señales suministradas por los sensores 33 de transmisión del ángulo de giro estaban fuertemente sometidas a interferencias, de manera que no siempre se conseguía un control fiable del accionamiento. Se ha comprobado que la causa esencial de estas interferencias es el flujo magnético generado por el motor eléctrico y conducido sobre la pared envolvente de la carcasa así como sobre la placa de cojinete 25 y sobre el cojinete sensor 31, 33 insertado allí hacia el eje 13, cuyo flujo magnético influye sobre los componentes electrónicos del cojinete sensor 31, 33.

La figura 2 muestra la zona interior del eje de accionamiento, que se puede reconocer en la figura 1 a través de la rotura de la parte central de la carcasa axial 3, con componentes de motor respectivos en representación ampliada, estando modificada la figura 2, sin embargo, con respecto a la figura 1 porque se representan las medidas de acuerdo con la invención para la supresión de las interferencias mencionadas anteriormente de las señales de los sensores del ángulo de giro. A estas medidas pertenece el alojamiento del rodamiento 31 en un casquillo blindado 35 de un material no ferromagnético, por ejemplo de latón o de bronce. El casquillo blindado es recibido fijamente en el orificio de alojamiento del cojinete 29 de la placa de cojinete 25, extendiéndose el casquillo blindado 35 de una manera preferida sobre toda la longitud axial de la placa de cojinete 25 y del cojinete 31 y, dado el caso, más allá de la misma. En el caso del ejemplo, la placa de cojinete 25 presenta un collar 32 que contiene el orificio de alojamiento del cojinete 29. Radialmente fuera sobre este collar 32 está colocado un casquillo de cubierta 37, que está constituido de material ferromagnético, con preferencia acero, y que está en conexión directa con la placa de cojinete 25. El casquillo de cubierta 24 cubre en el lado interior de la carcasa, es decir, en el lado de la placa de cojinete 25, que está dirigido hacia el rotor 11, el cojinete sensor 31, 33 y el casquillo blindado 35. La periferia 39, dispuesta radialmente en el interior, del casquillo de cubierta 37 delimita con el árbol 13 un intersticio de aire 41 estrecho, por ejemplo de 0,5 mm de anchura del intersticio. Para que la superficie periférica 39 que se encuentra radialmente en el interior sea lo más grande posible, el casquillo de cubierta 37 presenta un collar 43, que está dispuesto radialmente en el interior, que se extiende en dirección axial hacia el rotor 11.

El casquillo de cubierta 37 sirve para cerrar un círculo magnético, que rodea el cojinete sensor 31, 33, en el que el flujo magnético disperso es conducido desde la pared envolvente de la carcasa 4 pasando por la placa de cojinete 25 y luego sobre el casquillo de cubierta 37 hacia el árbol 13. El casquillo blindado 35 forma una resistencia magnética grande y sirve, por lo tanto, para el blindaje del cojinete sensor 31, 33.

Se ha mostrado que en una disposición según la figura 2, se consigue una supresión eficiente de interferencias de los sensores de transmisión del ángulo de giro 33.

Como se puede reconocer en la figura 2, el casquillo de cubierta 37 puede presentar orificios de paso de cables 45 para los cables de los sensores 47, que están conectados con la unidad de control del motor (no mostrada).

Hay que indicar que el casquillo blindado 35 y/o el casquillo de cubierta 37 pueden ser elementos compuestos de varias partes.

Por otro lado, el casquillo de cubierta 37 puede estar configurado de una manera coherente de una sola pieza con la placa de cojinete 25 y ser de esta manera una parte integral de la placa de cojinete 25.

La placa de cojinete puede presentar, adicionalmente al orificio de alojamiento del cojinete 29, otros orificios por ejemplo para la refrigeración del motor.

Claims (6)

1. Motor eléctrico, especialmente motor eléctrico de corriente trifásica, con una carcasa (5) de material ferromagnético, especialmente acero, y con un árbol (13) que debe accionarse de forma giratoria en la carcasa (5), en el que la carcasa comprende al menos una placa de cojinete (25) con un cojinete (31) para el alojamiento del árbol (13) y en el que el cojinete (31) presenta medios sensores (33) para la detección del estado de giro del árbol (13), caracterizado porque el cojinete (31) está alojado en un casquillo blindado (35), dispuesto fijo en el orificio de alojamiento de cojinete (29) de la placa de cojinete (25), de un material no ferromagnético y porque está previsto un casquillo de cubierta (37) conectado con la placa de cojinete (25) o configurado como parte integral de la placa de cojinete (25) y que rodea al árbol (13), de material ferromagnético, que rodea en el lado interior de la carcasa el cojinete (31) y el casquillo blindado (35).

2. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el casquillo blindado (35) está constituido de bronce y/o de latón.

3. Motor eléctrico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el orificio de paso del árbol, a travesado por el árbol (13), del casquillo de cubierta (37), presenta una superficie periférica, cuya distancia radial con respecto al árbol (13) es menor que 2,5 mm, especialmente menos que 1 mm.

4. Motor eléctrico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el casquillo de cubierta (37) presenta un collar (43) que se extiende en la dirección axial del árbol (13) y que rodea al árbol (13) a poca distancia radial.

5. Motor eléctrico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque está configurado como agregado de accionamiento integral de un eje de accionamiento de un vehículo, especialmente vehículo de transporte sobre el suelo y porque la carcasa (5) forma al menos una parte de la carcasa axial del eje de accionamiento.

6. Eje de accionamiento con motor eléctrico incorporado de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores.