ES2935379T3 - Dispositivo de accionamiento para un taqué desplazable - Google Patents

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Oleksandr Tyshakin
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Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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Otto Von Guericke Univ Magdeburg Patentwesen
Otto Von Guericke Universitaet Magdeburg
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Abstract

La invención se refiere a un dispositivo de accionamiento (V) para producir un movimiento de traslación de un empujador móvil (8) por medio de una máquina rotativa electromagnética, que comprende al menos un rotor (4) y un estator (5), que está dispuesto coaxialmente a el rotor (4), que tiene al menos un par de roscas de movimiento integrado coaxialmente en el estator, comprendiendo dicho par de roscas de movimiento un tornillo de avance (6), que está acoplado al rotor (4) para rotación conjunta, y una tuerca roscada (7), que está guiado linealmente en un manguito de estator (2) de manera fija rotacional y está acoplado rígidamente al empujador (8), siendo guiado el rotor (4) para girar alrededor del estator (5), siendo un par transferido desde el rotor (4) al tornillo de avance (8) por medio de una brida de pared delgada (10),proporcionándose una fijación rotacional (11) de la tuerca roscada (7) en la cavidad del manguito del estator (2) como resultado de la unión por enclavamiento de los dos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de accionamiento para un taqué desplazable
La invención se refiere a un dispositivo de accionamiento para convertir un movimiento rotatorio de un rotor de una máquina rotativa electromagnética en un movimiento de traslación de un taqué desplazable.
Por los documentos DE 102013 005 732 A1 y US 9548 637 B2 se conocen motores paso a paso BLDC y DC con conexión por fricción de un rotor a un husillo a través de un ajuste prensado cónico, en los que los elementos de conexión correspondientes con conos interiores y exteriores ocupan mucho espacio en dirección axial, aumentando así la longitud total del conjunto para un recorrido previamente determinado.
Además, el conjunto propuesto en los documentos DE 102013005732 A1 y US 9548637 B2 prevé un distanciador (5) (en inglés: spacer (5)), que también aumenta la longitud total del conjunto sin contribuir al recorrido ni a la fuerza de accionamiento.
Por el documento DE 102015219502 A1 se conoce un accionamiento de regulación lineal cuyo movimiento lineal se realiza mediante un par de roscas que consiste en una tuerca roscada larga (disposición de husillo roscado (6)) que se extiende a través del rotor y una pieza de husillo más corta (sección roscada (35)).
Sin embargo, el esfuerzo de fabricación de este tipo de par de roscas es significativamente mayor que el de un diseño convencional con una tuerca roscada corta y un husillo roscado largo, por lo que desde el punto de vista constructivo conviene pretender que la longitud de los componentes dotados de una rosca interior sea lo más reducida posible.
Según el documento DE 102015219502 A1, la conducción lineal rotacionalmente fija se lleva a cabo mediante una varilla de guía de sección transversal poligonal (sección de guía (34; 54; 74)), cuya impermeabilización con respecto al entorno requiere una medida compleja.
En el documento DE 100 03 129 A1 se describe un conjunto similar al del documento DE 10 2015 219 502 A1 del motor y el par de roscas formado por una tuerca roscada larga (8) y un husillo (6), por lo que los problemas mencionados en el documento DE 102015219502 A1 afectan en la misma medida al conjunto aquí revelado. Además, el conjunto del documento DE 10 2015 219 502 A1 prevé una pared intermedia (31) que perjudica significativamente el acoplamiento magnético entre el estator y el rotor y, por lo tanto, reduce la densidad de potencia del accionamiento.
Por el documento DE 102016 105098 A1 se conoce una forma de realización en la que el motor (aquí un motor de reluctancia conmutada) convierte su movimiento de rotación en movimiento lineal por medio de un par de roscas (husillo roscado (70) y perforación roscada (78)). Sin embargo, en este caso la transmisión mecánica tiene lugar fuera del motor, por lo que ocupa un espacio de instalación adicional.
Ante esta situación, el objetivo de la presente invención consiste en superar los inconvenientes señalados.
Esta tarea se resuelve ahora con un dispositivo según la reivindicación 1. Otras formas de realización ventajosas se desprenden de las reivindicaciones dependientes.
Se propone un dispositivo de accionamiento (1') para la generación de un movimiento de traslación de un taqué desplazable (8) mediante una máquina rotativa electromagnética, que comprende al menos:
- un rotor (4),
- un estator (5) dispuesto coaxialmente con respecto al rotor (4) y con al menos un par de roscas de movimiento integradas coaxialmente en el mismo, que comprende un husillo roscado (6) acoplado de forma rotacionalmente fija al rotor (4) y una tuerca roscada (7) que se guía linealmente de forma rotacionalmente fija en un manguito de estator (2) y que está se acopla de manera rígida al taqué (8),
- guiándose el rotor (4) giratoriamente alrededor del estator (5),
- produciéndose la transmisión de un par de giro del rotor (4) al husillo roscado (6) mediante una brida de pared fina (10), y
- previéndose un seguro contra el giro (11) de la tuerca roscada (7) en la escotadura del manguito de estator (2) por medio de un ensamblaje de los dos en arrastre de forma.
El seguro contra el giro comprende, como mínimo, los siguientes componentes:
Según la invención, el rotor (4) se conduce alrededor del estator (5) por fuera de forma rotacionalmente móvil, por lo que el rotor (4) ofrece, por un lado, una gran superficie de interacción orientada hacia el estator (5) y ejerce, por consiguiente, una gran fuerza de accionamiento, y ofrece, por otro lado, una escotadura (14) para el mecanismo de transmisión interno (6, 7).
Con preferencia, el husillo roscado (6) se extiende a lo largo de toda la longitud del dispositivo de accionamiento (1'), comenzando por la superficie interior (If) de la brida (10), con el fin de aprovechar por completo la longitud del dispositivo de accionamiento (1 ') para un recorrido utilizable (Vw) del taqué (8), aunque también pueden considerarse versiones más cortas o más largas del husillo roscado (6). Por ejemplo, el husillo roscado (6) se puede extender desde la superficie interior (If) de la brida (10) hasta una superficie exterior (Ag) de la brida de la carcasa (1).
Una forma de realización de la invención prevé que el dispositivo de accionamiento (1') pueda pertenecer a los siguientes tipos de motores:
- motores sincrónicos, incluidos motores de flujo transversal, motores de reluctancia y motores paso a paso, - motores asincrónicos,
- motores de corriente continua conmutados electrónicamente o
- motores de corriente continua conmutados por escobillas.
La brida de pared fina (10) ocupa una longitud de instalación mínima en dirección axial, es decir, en dirección del eje X, y maximiza un recorrido de utilizable (Vw) del taqué (8).
Por el término de "pared fina" se entiende en el caso del dispositivo de accionamiento (1') según la invención que la relación entre un diámetro (D) y un espesor de pared (T) es superior a 10, es decir, D/T > 10.
En otra forma de realización de la invención, se prevé que en una brida de carcasa (1) se disponga una conexión eléctrica (9) para una fuente de alimentación de energía y/o para la transmisión de señales para la detección magnética y/o óptica sin contacto o sin contacto del movimiento lineal del taqué (8) y/o del movimiento rotativo del rotor (4). La conexión eléctrica (9) se puede configurar a modo de conector de enchufe, como cable o similar.
Se prevé además que en el dispositivo de accionamiento (1') se disponga de un sistema de sensores (13) para el registro del movimiento de rotación del rotor (4).
Además, el movimiento lineal del taqué (8) se puede detectar a través del sistema de sensores (13) o un sistema similar.
En otra variante de realización de la invención, se prevé que la activación de la máquina rotativa electromagnética del dispositivo de accionamiento (1 ') se produzca sin sensores.
La activación sin sensores se puede llevar a cabo, por ejemplo, mediante una evaluación de las señales de potencia de la máquina rotativa electromagnética.
El funcionamiento del dispositivo de accionamiento (1') se diseña generalmente de acuerdo con el principio de una máquina rotativa electromagnética acoplada a un par de roscas de movimiento. En este caso, una de las roscas se acopla al rotor de forma rotacionalmente fija y la otra se guía de forma lineal, transmitiendo así un movimiento de traslación al taqué.
Las ventajas especiales del dispositivo de accionamiento (1') son, por ejemplo:
Compacidad:
La disposición telescópica de los componentes mecánicos y eléctricos, coaxiales entre sí, permite un entrelazamiento del taqué (8) con su mecanismo de transmisión (par de roscas 6, 7) y su guía lineal con seguro contra el giro (11) dentro del dispositivo de accionamiento (1 ') sin tener que renunciar a la reducción de potencia y fuerza de la máquina rotativa electromagnética. De este modo se consigue una relación muy favorable entre el recorrido (Vw) del taqué (8) y la longitud total del dispositivo de accionamiento (1 ').
Costes de fabricación bajos:
Por ejemplo, una máquina rotativa electromagnética del dispositivo de accionamiento (1') se puede diseñar como un motor BLDC con excitación PM. Así se consigue una alta densidad de potencia con una activación relativamente sencilla y, por tanto, un sistema electrónico de control y de potencia económico.
Potencia de regulación relativamente alta con bajos costes de fabricación:
Un conjunto de motor y rotor externo permite una mayor superficie de interacción entre el rotor (4) y el estator (5). Esto da lugar a un elevado par de giro y conduce a un mayor paso del par de roscas con una fuerza constante en el taqué (8). Con un tiempo de recorrido igual, el paso de rosca mayor permite un par de giro menor. La consecuencia de un par de giro menor consiste en una cantidad de energía inyectada necesaria menor y permite, por consiguiente, corrientes más pequeñas tanto en el valor de pico como en el valor medio. De este modo, el sistema electrónico de potencia puede diseñarse de forma más ventajosa.
Un conjunto de motor y rotor externo simplifica el montaje de los bobinados (12), que se pueden fijar, por ejemplo, desde el exterior como bobinas de alimentación en el paquete de chapas del estator (5). Además, los imanes del rotor (4) no necesitan ninguna protección adicional contra la fuerza centrífuga. De este modo, los costes de fabricación se reducen considerablemente.
Por otra parte, existe una topología de motor especial en forma de devanados concentrados de ranura fraccional (FSCW), que presenta una relación no convencional de polos de estator y rotor y se caracteriza por un par de giro especialmente elevado. Esto conduce a un mayor paso del par de roscas con una fuerza constante en el taqué (8). Con un tiempo de recorrido igual, el paso de rosca mayor permite un par de giro menor. La consecuencia de un par de giro menor consiste en una cantidad de energía inyectada necesaria menor y permite, por consiguiente, corrientes más pequeñas tanto en el valor de pico como en el valor medio. De este modo, el sistema electrónico de potencia puede diseñarse de forma más ventajosa.
Un conjunto de motor y rotor externo permite una conexión en arrastre de forma del rotor (4) al husillo (6) a través de una brida fina (10), con lo que la longitud axial total se puede aprovechar mejor para el recorrido útil.
Un conjunto de motor y rotor externo permite un alojamiento más sencillo de la guía lineal junto con un seguro contra el giro (11) dentro del tubo estator (2) en comparación con un rotor interno. Una escotadura poligonal, que representa una especie de conexión en cuña para el seguro contra el giro (11 ), se puede fabricar de forma relativamente económica, por ejemplo, mediante un procedimiento de extrusión.
Un taqué liso (8), por ejemplo, permite un buen sellado del dispositivo de accionamiento (1'), lo que es esencial para una larga vida útil. El seguro contra el giro (11) integrado en el tubo del estator (5) o en el manguito del estator (5) reduce la solicitación de la junta a un único componente de traslación del movimiento relativo.
La sección transversal del taqué (8) se puede configurar de forma redonda, lo que garantiza un sellado óptimo del dispositivo de accionamiento (1 ') frente a influencias externas.
La guía lineal propuesta con seguro contra el giro (11) y el emparejamiento de roscas (6, 7) se pueden diseñar como cuerpos deslizantes. Esto permite una construcción más compacta y, por ejemplo, más económica en comparación con un husillo de circulación de bolas. Una aplicación sin lubricante es posible utilizando, por ejemplo, plásticos de alto rendimiento, como "IGLIDUR", con lo que se garantiza una vida útil más larga o la ausencia de mantenimiento. El dispositivo de accionamiento (1') según la invención prevé la posibilidad de sustituir las piezas susceptibles de desgaste con poco esfuerzo. También se puede adaptar la relación de transmisión a las necesidades del cliente consiguiendo, entre otras cosas, un comportamiento de autobloqueo del par de roscas (6, 7) mediante un paso de rosca menor, sin modificar la máquina rotativa electromagnética.
Gracias a la cadena mecánica de transmisión de potencia en la que se basa la invención, se puede lograr un emparejamiento de roscas (6, 7) muy favorable.
Se puede realizar una combinación de una tuerca roscada corta (7) con un husillo largo (6). El esfuerzo de fabricación de una rosca interior comparable es considerablemente mayor que el de la rosca exterior.
El dispositivo de accionamiento (1') según la invención puede funcionar, por ejemplo, como sustituto directo de cilindros neumáticos de carrera corta y, por lo tanto, se dirige a las características de uso típicas de los cilindros neumáticos, tales como:
- dimensiones compactas (relación favorable entre el recorrido y la longitud total);
- alta dinámica;
- elevada fuerza de regulación;
- larga vida útil;
- bajo precio de adquisición.
Como posibles ámbitos de aplicación para la unidad de accionamiento (1') se consideran diversas líneas de producción con un alto grado de automatización como:
- máquinas de embalaje y clasificación,
- tratamiento de maderas,
- máquinas herramienta.
Además, el dispositivo de accionamiento (1') según la invención se puede utilizar para las siguientes aplicaciones: - ingeniería de automoción,
- líneas de automatización,
- logística, etc.
La invención se explica a continuación a la vista de las figuras, no limitándose la invención a las mismas:
Se muestra en la:
Figura 1: esquemáticamente, un dispositivo de accionamiento (1') para la generación de un movimiento de traslación de un taqué desplazable (8) mediante una máquina rotativa electromagnética;
Figura 2: esquemáticamente, una escotadura (14) dentro del dispositivo de accionamiento (1') de la figura 1 y
Figura 3: esquemáticamente, una sección de un corte A-A del dispositivo de accionamiento (1') de la figura 1 en la zona de la tuerca roscada (7).
En la figura 1 se muestra esquemáticamente un dispositivo de accionamiento (1') para la generación de un movimiento de traslación de un taqué desplazable (8) mediante una máquina rotativa electromagnética.
El dispositivo de accionamiento (1') puede comprender, por ejemplo, los siguientes componentes: una brida de carcasa (1) con un tubo de estator o un manguito de estator (2), una caperuza de cubrición (3), un rotor (4), un estator (5) o un paquete de chapas de estator (5), en el que se disponen devanados (12) que están en contacto con un sistema de sensores (13), un husillo roscado (6) con una tuerca roscada (7) y un taqué (8), así como una conexión (9) para el sistema electrónico de control y de potencia.
El estator (5) está dispuesto coaxialmente con respecto al rotor (4) y comprende al menos un par de roscas de movimiento (6, 7) integradas coaxialmente en el mismo, que está provisto de un husillo roscado (6) acoplado de forma rotacionalmente fija al rotor (4) y una tuerca roscada (7) guiada linealmente de forma no giratoria en el manguito del estator (2), que está rígidamente acoplado al taqué preferiblemente tubular (8), conduciéndose el rotor (4) de manera giratoria alrededor del estator (5), por ejemplo fuera del estator (5), con lo que ofrece, por un lado, una gran superficie de interacción orientada hacia el estator (5) y se puede generar una gran fuerza de accionamiento relacionada con la misma.
Por otro lado, esta disposición permite una escotadura (14) para el mecanismo de transmisión interno (6, 7, 8), produciéndose la transmisión de un par de giro desde el rotor (4) al husillo roscado (6) por medio de una brida de pared fina (10) que sólo ocupa una longitud de montaje mínima en dirección axial.
De este modo se maximiza el recorrido útil (Vw) de la tuerca roscada (7) con el taqué (8) de manera que éste se extienda a lo largo de al menos toda la longitud del dispositivo de accionamiento (1 ') con excepción de la brida (10), aunque también se pueden considerar versiones más cortas y aprovecharlas por completo para un recorrido útil del taqué (8).
Además, se prevé un seguro contra el giro (11) de la tuerca roscada (7) en la ranura de guía (2') del tubo de estator (2) o del manguito de estator (2) mediante un ensamblaje en arrastre de forma del tubo de estator (2) con la tuerca roscada (7). Como resultado, la sección transversal del taqué (8) puede ser redonda, lo que garantiza un sellado óptimo del dispositivo de accionamiento (1 ') frente a influencias externas.
En esta forma de realización del dispositivo de accionamiento (1'), el rotor y el estator se ensamblan creando una máquina eléctrica de manera que está tenga la forma de un rotor externo, pudiéndose montar el dispositivo de accionamiento (1 ') en uno de los siguientes tipos de motor:
- motores sincrónicos, incluidos motores de flujo transversal, motores de reluctancia y motores paso a paso, - motores asincrónicos,
- motores de corriente continua conmutados electrónicamente o
- motores de corriente continua conmutados por escobillas.
En la brida de la carcasa (1) se encuentra una conexión eléctrica (9) para un sistema de medición y/o una fuente de energía y/o una transmisión de señales para la detección magnética y/o óptica sin contacto del movimiento lineal del taqué (8) y/o del movimiento de rotación del rotor (4).
Con el dispositivo de accionamiento (1') según la invención, la activación de la máquina rotativa electromagnética se puede realizar sin sensores.
En la figura 2 se muestra esquemáticamente una escotadura (14) dentro del dispositivo de accionamiento (1') de la figura 1.
En la figura 3 se aprecia una sección esquemática de un corte A-A del dispositivo de accionamiento (1') de la figura 1 en la zona de la tuerca roscada (7). Se pueden ver el husillo roscado (6) con la tuerca roscada (7) con salientes de guía (7'), que encajan en las ranuras de guía (2') del tubo del estator (2).
Leyenda:
(1') Dispositivo de accionamiento
(1) Brida de la carcasa
(2) Tubo de estator, (2') Ranura de guía del tubo de estator (2)
(3) Caperuza de cubrición
(4) Rotor
(5) Estator
(6) Husillo roscado
(7) Tuerca roscada; (7') saliente de guía de la tuerca roscada (7)
(8) Taqué
(9) Conexión para el sistema electrónico
(10) Brida
(11) Seguro contra el giro
(12) Devanado
(13) Sistema de sensores
(14) Escotadura
(Vw) Recorrido
(X) Eje X
If Superficie interior de la brida (10)
(Ag) Superficie exterior de la brida de carcasa (1)

Claims (5)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo de accionamiento (1') para la generación de un movimiento de traslación de un taqué desplazable (8) mediante una máquina rotativa electromagnética, configurándose la máquina rotativa electromagnética como rotor externo, que comprende al menos:
- un rotor (4),
- un estator (5) dispuesto coaxialmente con respecto al rotor (4) con al menos un par de roscas de movimiento integradas coaxialmente en el mismo, que comprende un husillo roscado (6) acoplado de manera rotacionalmente fija al rotor (4) y una tuerca roscada (7) que se guía linealmente en un manguito de estator (2) de manera rotacionalmente fija acoplada rígidamente al taqué (8),
- conduciéndose el rotor (4) de forma giratoria alrededor del estator (5),
- produciéndose la transmisión de un par del rotor (4) al husillo roscado (6) mediante una brida (10) que presenta un espesor de pared T < 0,1 D con D = diámetro de la brida (10),
- previéndose un seguro contra el giro (11) de la tuerca roscada (7) en la escotadura del manguito de estator (2) mediante un ensamblaje de los dos en arrastre de forma.
2. Dispositivo de accionamiento (1') según la reivindicación 1,
caracterizado por que
el dispositivo de accionamiento (1 ') se selecciona de entre los siguientes tipos de motor:
- motores sincrónicos, incluidos motores de flujo transversal, motores de reluctancia y motores paso a paso, - motores asincrónicos,
- motores de corriente continua conmutados electrónicamente o
- motores de corriente continua conmutados por escobillas.
3. Dispositivo de accionamiento (1') según la reivindicación 1 o 2,
caracterizado por que
en una brida de carcasa (1) se dispone una conexión eléctrica (9) para una fuente de energía y/o una transmisión de señales para la detección magnética y/o óptica sin contacto del movimiento lineal del taqué (8) y/o del movimiento de rotación del rotor (4).
4. Dispositivo de accionamiento (1') según la reivindicación 3,
caracterizado por que
se prevé un sistema de sensores (13) para el registro del movimiento de rotación del rotor (4).
5. Dispositivo de accionamiento (1') según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado por que
la activación de la máquina rotativa electromagnética del dispositivo de accionamiento (1 ') se produce sin sensores.
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