ES2938487T3 - Accionador - Google Patents

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ES2938487T3 ES19823975T ES19823975T ES2938487T3 ES 2938487 T3 ES2938487 T3 ES 2938487T3 ES 19823975 T ES19823975 T ES 19823975T ES 19823975 T ES19823975 T ES 19823975T ES 2938487 T3 ES2938487 T3 ES 2938487T3
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David Adams
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Rotork Controls Ltd
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Abstract

Un actuador (1) que comprende un conjunto de motor (2), un conjunto de acoplamiento de transmisión (113, 13, 313) y un eje del actuador (114, 14). El conjunto de motor (2) que comprende una carcasa de motor (120, 20), que tiene una cubierta (122, 22) y una base (123, 23); un motor eléctrico (111, 11, 211, 2), que comprende un estator externo (111, 11, 211) y un rotor interno (112, 12); y un eje de salida hueco (130, 30, 330) que está conectado coaxialmente con el rotor interno (112, 12) de manera que la rotación del rotor interno (112, 12) provoca una rotación correspondiente del eje de salida hueco (130 , 30, 330). El conjunto de acoplamiento de accionamiento (113, 13, 313) comprende una carcasa de acoplamiento de accionamiento (115, 15, 315) que contiene un acoplamiento de accionamiento (113, 13, 313), en el que el acoplamiento de accionamiento (113, 13, 313) se acopla con la salida hueca eje (130, 30, 330) de tal manera que la rotación del eje de salida hueco (130, 30, 330) provoca una rotación correspondiente del acoplamiento de accionamiento (113, 13, 313). El eje del actuador (114, 14) se extiende a través del eje de salida hueco (130, 30, 330) y el rotor interno (112, 12), y se acopla al acoplamiento de transmisión (113, 13, 313) de tal manera que la rotación del acoplamiento de transmisión (113, 13, 313), por el eje de salida hueco (130, 30, 330), hace que el eje del actuador (114, 14) se mueva axialmente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Accionador
Campo de la invención
La presente invención se refiere a accionadores tales como accionadores de válvula, y particularmente a accionadores de válvula accionados por motor eléctrico. La invención también se refiere a sistemas que comprenden válvulas y accionadores, y a motores eléctricos para su uso en tales accionadores o sistemas.
Antecedentes de la invención
Los accionadores de válvula eléctricos son dispositivos de control ampliamente utilizados en gran cantidad de industrias, incluyendo la industria de control de procedimientos para gestionar el flujo de fluidos y gases. Dichos accionadores usan motores eléctricos para transformar energía eléctrica en movimiento mecánico para operar válvulas de control de fluidos.
Cuando se usan accionadores de válvula eléctricos para operar válvulas industriales de alta potencia, puede ser necesario ejercer un par grande sobre la válvula. Como motores eléctricos capaces de proporcionar directamente suficiente par de fuerzas para tales operaciones pueden ser inconvenientemente grandes, pueden usarse motores eléctricos con pares inferiores con trenes de accionamiento engranados (con frecuencia engranajes de tornillo sin fin) configurados para aumentar el par mientras se reduce la velocidad de salida. El uso de tales engranajes para transmitir energía desde el motor eléctrico a la válvula aumenta la complejidad mecánica, ya que están implicadas más partes móviles. Por lo tanto, los accionadores de válvula eléctricos engranados pueden sufrir una eficiencia reducida a partir de pérdidas por fricción, una precisión reducida de la holgura de los engranajes, problemas de desgaste/ lubricación/ mantenimiento y un mayor ruido. El tren de accionamiento también ocupa espacio en el alojamiento del accionador, lo que conduce a un tamaño global más grande.
Por lo tanto, existe la necesidad de un accionador de válvula que comprenda un motor eléctrico capaz de un montaje compacto dentro del alojamiento del accionador de válvula y capaz de proporcionar suficiente par para operar válvulas industriales de alta potencia sin una gran tren motriz de engranajes.
Los documentos EP 3026373 A1 (TGK CO), EP 0364308 A2 (SNEDDON) y GB 862324 A (Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido) describen accionadores de válvula operados por motor. El documento US 2003/0121714 A1 (OKADA, Y COL) describe un dispositivo de dirección de energía eléctrica fácil de ensamblar, en el que un alojamiento aproximadamente cilíndrico está dividido alrededor de la parte central en una primera cámara y una segunda cámara. La primera cámara es para alojar un motor para ayudar a la fuerza de dirección. Un estator del motor se inserta en un extremo del alojamiento y se fija. La segunda cámara es para alojar un conjunto de árbol de cremallera que comprende un árbol de cremallera conectado con el árbol de dirección y un mecanismo de husillo de bolas. El conjunto de árbol de cremallera se inserta en el otro extremo del alojamiento, para inclinar de este modo un rotor del motor para ayudar a la fuerza de dirección con una tuerca del mecanismo de husillo de bolas. Un cojinete que soporta la tuerca del mecanismo de husillo de bolas se mantiene axialmente móvil en la pared interior de la segunda cámara. El árbol de cremallera está dispuesto a través de las cámaras primera y segunda del alojamiento.
Resumen de la invención
Un aspecto de la invención proporciona un accionador que comprende un conjunto del motor, un conjunto de acoplamiento de accionamiento y un árbol accionador. El conjunto del motor que comprende un alojamiento del motor, que tiene una cubierta y una base; un motor eléctrico, dentro del alojamiento del motor, que comprende un estator externo y un rotor interno y un árbol de salida hueco que está conectado coaxialmente con el rotor interno de manera que la rotación del rotor interno provoca una rotación correspondiente del árbol de salida hueco. El conjunto de acoplamiento de accionamiento comprende un alojamiento del acoplamiento de accionamiento que contiene un acoplamiento de accionamiento, en donde el acoplamiento de accionamiento se acopla al árbol de salida hueco de manera que la rotación del árbol de salida hueco provoca una rotación correspondiente del acoplamiento de accionamiento; y en donde el conjunto de acoplamiento de accionamiento está conectado a la base del alojamiento del motor. El árbol del accionador se acopla al acoplamiento de accionamiento de manera que la rotación del acoplamiento de accionamiento, por el árbol de salida hueco, hace que el árbol del accionador se mueva. La conexión entre el conjunto de acoplamiento de accionamiento y el alojamiento del motor es liberable. El árbol del accionador se extiende a través del árbol de salida hueco y el rotor interno de manera que la rotación del acoplamiento de accionamiento hace que el árbol del accionador se mueva axialmente. El motor eléctrico está en un lado de la base del alojamiento del motor (en el lado interno del alojamiento del motor) y el conjunto de acoplamiento de accionamiento está en el otro lado de la base del alojamiento del motor (externo al alojamiento del motor)
El conjunto de acoplamiento de accionamiento y el alojamiento del motor pueden estar conectados entre sí a través de al menos un elemento de fijación extraíble (por ejemplo, un perno).
El árbol de salida hueco puede acoplarse directamente al acoplamiento de accionamiento o puede acoplarse al acoplamiento de accionamiento a través de una disposición de engranajes. La disposición de engranajes puede comprender una caja de engranajes, y el conjunto de acoplamiento de accionamiento puede estar conectado a la base del alojamiento del motor por medio de la caja de engranajes. La caja de engranajes puede contener una disposición de engranajes planetarios que incluye un piñón central y engranajes planetarios montados en un soporte de engranajes giratorio, en donde el piñón central es hueco y coaxial con el árbol de salida hueco y el árbol del accionador, y la rotación del árbol de salida hueco puede transmitirse al árbol del accionador mediante la rotación del soporte de engranajes giratorio. La disposición de engranajes planetarios puede ser una disposición de engranajes planetarios de múltiples etapas.
El acoplamiento de accionamiento puede comprender un acoplamiento de accionamiento antirretorno.
La rotación del rotor interno puede transmitirse al acoplamiento de accionamiento mediante el acoplamiento de una al menos una orejeta que se extiende axialmente y una al menos un corte correspondiente formado en las partes respectivas del árbol de salida hueco y el acoplamiento de accionamiento. Este engranaje puede permitir que el conjunto del motor se mueva fácilmente lejos del conjunto de acoplamiento de accionamiento y el árbol del accionador (p. ej., para mantenimiento), ya que la(s) orejeta(s) y el (los) corte(s) pueden desacoplarse simplemente moviendo el conjunto del motor axialmente alejándose del conjunto de acoplamiento de accionamiento una vez que se ha liberado la conexión entre el conjunto de acoplamiento de accionamiento y el alojamiento del motor. Además, esto puede hacerse sin afectar la posición del árbol del accionador a medida que la conexión entre el árbol del accionador y el conjunto del motor solo se realiza indirectamente a través del conjunto de acoplamiento de accionamiento.
El árbol de salida hueco puede montarse dentro del rotor interno y extenderse a través del rotor interno.
La cubierta y la base del alojamiento del motor pueden definir un tubo interno y el rotor interno puede montarse en cojinetes sobre el tubo.
La cubierta y la base del alojamiento del motor pueden fijarse en una disposición separada mediante miembros de localización que se extienden entre regiones periféricas de la cubierta y base del alojamiento del motor. En este caso, se pueden proporcionar cojinetes en la cubierta y la base del alojamiento del motor para montar el rotor interno para la rotación. Adicionalmente, el árbol de salida hueco puede tener una brida externa en su región superior, y el árbol de salida hueco puede montarse dentro del rotor interno por medio de la brida, y una superficie superior de la brida se acopla al cojinete en la parte superior del alojamiento.
La cubierta del alojamiento del motor puede extenderse desde la base del alojamiento del motor alrededor del estator y del rotor.
La cubierta del alojamiento del motor puede tener regiones abiertas, comprendiendo además el alojamiento del motor una tapa extraíble que puede fijarse a la superficie externa de la cubierta del alojamiento del motor para cerrar las regiones abiertas.
El accionador puede comprender un alojamiento del accionador dentro del cual se fijan los componentes del accionador y definiendo el alojamiento del motor sobre el que el estator externo y el rotor interno están montados directamente. Alternativamente, el alojamiento del accionador puede definir el alojamiento del acoplamiento de accionamiento y, por ejemplo, el alojamiento del accionador puede encerrar el conjunto del motor.
El accionador puede comprender un alojamiento de válvula, dentro del cual se aseguran los componentes de válvula, que define el alojamiento del acoplamiento de accionamiento.
El acoplamiento de accionamiento puede ser una tuerca de accionamiento roscada internamente, una tuerca de husillo de bolas o una tuerca de tornillo de rodillo que se acopla a una rosca en el exterior del árbol del accionador. El acoplamiento de accionamiento puede comprender un acoplamiento de accionamiento antirretorno
El estator externo, el rotor interno, el árbol de salida hueco, el acoplamiento de accionamiento y el árbol del accionador pueden disponerse coaxialmente. Por ejemplo, el rotor interno, el árbol de salida hueco y el acoplamiento de accionamiento pueden tener un eje de rotación común.
El estator externo puede comprender un cuerpo de estator que tiene una serie de dientes que se proyectan hacia dentro, un devanado que se proporciona alrededor de cada diente. En este caso, los lados de los dientes del estator pueden ser sustancialmente rectos a lo largo de toda la longitud del diente. Los motores eléctricos que tienen esta característica también se pueden usar en otras aplicaciones.
El estator externo puede mantenerse en posición acoplándose con la cubierta y la base del alojamiento del motor.
El alojamiento del acoplamiento de accionamiento puede fijarse en relación con una superficie inferior de la porción inferior. El accionador puede comprender además un conjunto de soporte entre el acoplamiento de accionamiento y el alojamiento del acoplamiento de accionamiento de manera que se permite que el acoplamiento de accionamiento gire con respecto al alojamiento del acoplamiento de accionamiento.
Otro aspecto de la invención proporciona un sistema que comprende un accionador según el primer aspecto, y una válvula conectada al accionador.
El árbol del accionador puede conectarse directamente a la válvula.
Un aspecto adicional de la invención proporciona un sistema que comprende un accionador según el primer aspecto, en donde el árbol del accionador es un vástago de válvula roscado que comprende una válvula en su extremo inferior. Un aspecto adicional de la invención proporciona un motor eléctrico para usar en un accionador o un sistema como se definió anteriormente, que comprende un estator externo y un rotor interno, en donde el estator externo comprende un cuerpo de estator que tiene una serie de dientes que se proyectan hacia dentro, un devanado que se proporciona alrededor de cada diente; y en donde los lados de los dientes del estator son sustancialmente rectos a lo largo de toda la longitud del diente.
Otras variantes se describen en la siguiente descripción.
Breve descripción de los dibujos
Figura 1 ilustra una vista en sección de una parte de un accionador de válvula eléctrico.
Figura 2 ilustra una vista en despiece de un sistema de accionamiento.
Figura 3 ilustra una vista en sección transversal del sistema de accionamiento montado que se muestra en la Figura 2. Figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un segundo sistema de accionamiento.
Figura 5 ilustra una vista en perspectiva en sección transversal del segundo sistema de accionamiento en un ángulo.
Figura 6 ilustra el exterior del segundo sistema de accionamiento.
Figura 7 ilustra una vista en sección transversal del segundo sistema de accionamiento en una configuración parcialmente desmontada.
Figura 8 ilustra el exterior del segundo sistema de accionamiento en la configuración parcialmente desmontada. Figura 9 ilustra un sistema de accionamiento de válvula adicional que incluye una disposición de engranaje planetario.
Figura 10 ilustra una vista en sección transversal de un motor eléctrico diseñado para su uso con un sistema de accionamiento.
Descripción detallada
La Figura 1 muestra una vista en sección de la parte de un accionador de válvula eléctrico 1, que comprende un motor eléctrico 2 (por ejemplo, un motor eléctrico de CC sin escobillas o un motor de inducción de CA) para la operación eléctrica de una válvula (no mostrada); un tren de accionamiento 3 que conecta el motor 2 a la válvula (por ejemplo, mediante un engranaje de tornillo sin fin); un compartimento terminal 4 para conexión eléctrica y conexión de señal de datos; una unidad de control de accionador 5 para procesar señales de comando y señales del accionador para controlar las operaciones de accionamiento; una unidad 6 de control de posición conectada al tren de accionamiento; y una pantalla 7 y controles locales 8 para ver y configurar localmente el funcionamiento del accionador 1. Una rueda manual 8 para el funcionamiento manual de la válvula en situaciones de emergencia (por ejemplo, cuando el motor eléctrico 2 está funcionando mal o cuando no hay energía de red disponible).
La Figura 2 muestra una vista en despiece de un sistema de accionamiento 10 que puede usarse en lugar del motor eléctrico 2 y el tren de accionamiento 3 descrito anteriormente en relación con la Figura 1. El sistema de accionamiento 10 puede usarse para proporcionar un accionador de válvula eléctrico compacto capaz de proporcionar suficiente par para operar válvulas industriales de alta potencia sin la necesidad de un gran tren de accionamiento/engranajes. La Figura 2 es una ilustración simplificada del sistema de accionamiento 10 con componentes tales como dispositivos electrónicos, PCB y cables omitidos para mayor claridad.
El sistema de accionamiento 10 comprende un motor eléctrico, tal como un motor de CC sin escobillas o un motor de reluctancia conmutada, que comprende un estator externo 11 y un rotor interno 12; un alojamiento del motor 20; un árbol de salida hueco 30; un acoplamiento de accionamiento 13 contenido dentro de un alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15; y un árbol del accionador 14. Como se muestra en la Figura 3 , todos estos componentes están dispuestos en un eje central común que también es el eje de rotación para el rotor interno 12, el árbol de salida hueco 30 y el acoplamiento de accionamiento 13.
El rotor interno 12 es hueco, que tiene un orificio central que se extiende axialmente. Como se muestra en la Figura 3 , el rotor interno 12 está contenido sustancialmente dentro del estator externo 11 de manera que la superficie interna del estator 11 rodea la superficie externa del rotor interno 12.
Tanto el estator externo 11 como el rotor interno 12 están montados dentro de un alojamiento del motor generalmente circular 20 mediante el cual el sistema 10 puede estar situado en un alojamiento del accionador. El alojamiento del motor 20 comprende una base 23, una cubierta 22 y una tapa 21, teniendo cada una abertura central. El alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15 está ubicado en una superficie inferior de la base 23 (es decir, la superficie externa de la base 23/la superficie de la base 23 externa al espacio que encierra el motor del alojamiento del motor 20). La cubierta 22 se mantiene en una disposición separada con la base 23 por medio de miembros de localización 25 entre regiones periféricas de la cubierta 22 y base 23 para asegurar el estator 11 y el rotor 12 en su lugar dentro del alojamiento del motor 20. La cubierta 22 tiene regiones abiertas 26, y la tapa 21 se fija de manera desmontable a la superficie superior de la cubierta 22 (es decir, la superficie externa de la cubierta 22/la superficie de la cubierta 22 externa al espacio que encierra el motor del alojamiento del motor 20) para cerrar las regiones abiertas 26.
Los miembros de localización 25 pueden comprender varillas y tuercas roscadas, extendiéndose las varillas roscadas a través de orificios contra la perforación de holgura en la cubierta 22 y la base 23 del alojamiento del motor.
La tapa 21 y/o la cubierta 22 del alojamiento del motor 20 pueden proporcionar medios de fijación de componentes (tales como componentes electrónicos y cables) al alojamiento del motor 20.
Los cojinetes 27, 28 se proporcionan en la cubierta 22 y la base 23 del alojamiento del motor 20 para permitir que el rotor interno 12 sea giratorio en el alojamiento del motor 20.
Alternativamente, el motor eléctrico 11, 12 puede montarse directamente sobre el alojamiento del accionador, en lugar de montarse dentro del alojamiento del motor 20 descrito anteriormente, en cuyo caso se proporcionan cojinetes en el alojamiento del accionador para permitir que el rotor interno 12 sea giratorio en el alojamiento del accionador. Además, el estator 11 se fijaría al alojamiento del accionador mediante medios tales como contracción por calor, unión o accesorio(s) mecánico(s) para evitar la rotación del estator 11 dentro del alojamiento del accionador.
El árbol de salida hueco 30 comprende un cilindro hueco que tiene una brida externa 31 que sobresale radialmente de la superficie exterior en su región de extremo superior. El árbol de salida hueco 30 está montado dentro del rotor interno 12 por medio de medios de fijación, tales como pernos, entre la brida 31 y el rotor interno 12 para permitir que el árbol de salida hueco 30 gire con el rotor interno 12. La superficie superior de la brida 31 se acopla al cojinete 27 en la porción superior del alojamiento (por ejemplo, la porción superior 22 o una porción superior del alojamiento del accionador). El extremo inferior del rotor 12 se acopla al cojinete 28 en la porción inferior del alojamiento (por ejemplo, base 23 o una porción inferior del alojamiento del accionador). El extremo inferior del árbol 30 sobresale a través de la abertura central de la porción inferior del alojamiento (por ejemplo, base 23 o una porción inferior del alojamiento del accionador).
El alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15 se fija a la porción inferior del alojamiento del motor 20 (es decir, la base 23) o el alojamiento de accionador alrededor de la abertura central. El acoplamiento de accionamiento 13 está montado para rotación en los cojinetes 16 en el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15. El árbol de salida hueco 30 tiene orejetas 32a, 32b que se extienden axialmente en un extremo (es decir, su extremo inferior). Las orejetas 32a, 32b se acoplan en los cortes correspondientes 33a, 33b proporcionados en un extremo del acoplamiento de accionamiento 13 de manera que el acoplamiento de accionamiento 13 puede girar en los cojinetes 16 con el árbol de salida hueco 30. Alternativamente, pueden proporcionarse orejetas que se extienden axialmente en un extremo del acoplamiento de accionamiento 13 y los cortes correspondientes pueden proporcionarse en un extremo del árbol de salida hueco 30. Como tal, la rotación del rotor interno 12 se transmite al acoplamiento de accionamiento 13 mediante el acoplamiento de la(s) orejeta(s) y el(los) cortes(s) formado(s) en las partes respectivas del árbol de salida hueco 30 y el acoplamiento de accionamiento 13.
El acoplamiento de accionamiento 13 comprende una tuerca de accionamiento que tiene un orificio roscado internamente. El árbol del accionador de válvula 14 se extiende a través del árbol de salida hueco 30 y el acoplamiento de accionamiento 13 y tiene una rosca externa que se acopla a la rosca interna del acoplamiento de accionamiento 13. Esta unión permite la rotación del acoplamiento de accionamiento 13 con respecto al árbol del accionador 14 para convertirse en un movimiento lineal del árbol 14. Por lo tanto, el accionamiento del rotor 12 mueve axialmente el árbol del accionador 14. Si se proporciona una válvula en un extremo (es decir, el extremo inferior) del árbol del accionador 14 (por ejemplo, en donde el árbol del accionador está conectado directamente a la válvula, o en donde el árbol del accionador es un vástago de válvula roscado que comprende una válvula en su extremo inferior), el movimiento axial del árbol del accionador 14 a su vez opera la válvula permitiendo que el motor eléctrico 11, 12 actúe directamente sobre la válvula. El paso de las roscas en el acoplamiento de accionamiento y el árbol 14 determinan el grado de movimiento axial del árbol por vuelta del rotor 12.
Como alternativa a la tuerca de accionamiento descrita anteriormente, el acoplamiento de accionamiento 13 puede ser una tuerca de husillo de bolas recirculante o una tuerca de tornillo de rodillo. Además, el sistema de accionamiento 10 puede comprender un acoplamiento de accionamiento antirretorno.
Al igual que con el accionador de la Figura 1, se puede proporcionar una rueda manual (no mostrada) para el funcionamiento manual de la válvula en situaciones de emergencia (por ejemplo, cuando el motor eléctrico está funcionando mal o cuando no hay energía de red disponible).
Las Figuras 4-8 ilustran un segundo sistema de accionamiento alternativo 100 que también se puede usar en lugar del sistema descrito anteriormente en relación con las Figuras 2-3. Las Figuras 4-8 son una ilustración simplificada del segundo sistema de accionamiento 100 con componentes tales como dispositivos electrónicos, PCB y cables omitidos para mayor claridad.
El segundo sistema de accionamiento 100 comprende un motor eléctrico que comprende un estator externo 111 y un rotor interno 112; un alojamiento del motor 120; un árbol de salida hueco 130; un acoplamiento de accionamiento 113 contenido dentro de un alojamiento 115; y un árbol del accionador 114, todos los cuales están configurados generalmente de la misma manera que el sistema mostrado en las Figuras 2-3.
En el segundo sistema, la cubierta 122 se extiende desde la base del alojamiento del motor 123 alrededor del estator 111 y el rotor 112, definiendo un tubo interno 122a, para sujetar el estator 111 y el rotor 112 en su lugar dentro del alojamiento del motor 120. El rotor interno 112 está montado en los cojinetes 127, 128 en el tubo interno 122a para permitir que el rotor interno 112 sea giratorio dentro del alojamiento del motor 120. El rotor interno 112 también está montado en un sello 124 en el tubo interno 122a y un sello 129 en la abertura central de la porción inferior del alojamiento (por ejemplo, base 123 o una porción inferior del alojamiento del accionador) para permitir que los componentes del motor eléctrico 111, 112 (por ejemplo, devanados del estator del motor eléctrico, los componentes electrónicos del accionamiento del motor y los módulos IGBT) se sellen, por ejemplo, contra atmósferas potencialmente explosivas. Además, la cubierta 122 puede tener regiones abiertas, y el alojamiento del motor 120 puede comprender además una tapa que puede fijarse de manera desmontable a la superficie superior de la cubierta 122 (es decir, la superficie externa de la cubierta 122/la superficie de la cubierta 122 externa al espacio que encierra el motor del alojamiento del motor 120) para cerrar las regiones abiertas 26. Se puede proporcionar al menos un sello entre la tapa y las regiones abiertas.
La cubierta 122 y/o la tapa del alojamiento del motor 120 pueden proporcionar medios de fijación de componentes (tales como componentes electrónicos y cables) al alojamiento del motor 120.
Similar al sistema mostrado en las Figuras 2-3, el árbol de salida hueco 130 tiene orejetas 132a, 132b que se extienden axialmente en un extremo (es decir, su extremo inferior/el extremo que se extiende a través de la abertura central de la parte inferior del alojamiento (por ejemplo, base 123 o una parte inferior del alojamiento del accionador) que se acoplan en los cortes correspondientes 133a, 133b (véase la Figura 8) proporcionados en un extremo del acoplamiento de accionamiento
En los sistemas descritos anteriormente, el conjunto de acoplamiento del accionamiento está conectado a la base del alojamiento del motor. El conjunto de acoplamiento del accionamiento también es externo al alojamiento del motor cuando el motor eléctrico está en un lado de la base del alojamiento del motor (es decir, en el lado interno del alojamiento del motor) y el conjunto de acoplamiento del accionamiento está en el otro lado de la base del alojamiento del motor (es decir, en el lado externo al alojamiento del motor). La conexión entre el conjunto de acoplamiento del accionamiento y el alojamiento del motor se puede liberar como el conjunto de acoplamiento del accionamiento y el alojamiento del motor se conectan entre sí a través de al menos un elemento de fijación extraíble. Por ejemplo, en sistemas de accionamiento compactos 10 y 100, los elementos de fijación desmontables comprenden pernos 41, 141 que se extienden a través de orificios de holgura proporcionados en una brida 42, 142 del alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15, 115 y unen orificios roscados en la base 23, 123 del alojamiento del motor.
El acoplamiento entre la(s) orejeta(s) y el(los) cortes(s) correspondiente(s) formado(s) en las partes respectivas del acoplamiento de accionamiento (es decir, el acoplamiento de accionamiento 13 o el acoplamiento de accionamiento 113) y el árbol de salida hueco (es decir, el árbol 30 o el árbol 130) permite que el conjunto del motor se mueva fácilmente lejos del conjunto de acoplamiento de accionamiento y del árbol del accionador (p. ej., para mantenimiento), como se muestra en las Figuras 7 y 8, ya que la(s) orejeta(s) y el(los) corte(s) pueden desacoplarse simplemente moviendo el conjunto del motor axialmente alejándose del conjunto de acoplamiento de accionamiento una vez que se ha liberado la conexión entre el conjunto de acoplamiento de accionamiento y el alojamiento del motor. Además, esto puede hacerse sin afectar a la posición del árbol del accionador (es decir, el árbol 14 o el árbol 114) a medida que el árbol del accionador está conectado indirectamente al conjunto del motor a través del conjunto de acoplamiento del accionamiento (es decir, el acoplamiento entre la(s) orejeta(s)y el(los) corte(s)). Si se proporciona una válvula en un extremo del árbol del accionador (es decir, el extremo inferior del árbol del accionador), esto significa que el conjunto del motor puede retirarse de manera segura para su reparación o sustitución sin poner la válvula fuera de servicio.
El alojamiento del acoplamiento del accionamiento (es decir, el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15 o el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 115) se puede conectar a un alojamiento de válvula, dentro del cual se fijan los componentes de válvula. Alternativamente, el alojamiento de la válvula puede definir el alojamiento del acoplamiento de accionamiento (es decir, el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 15 o el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 115).
Cuando el motor eléctrico que se va a usar con los sistemas de accionamiento compactos 10 y 100 es un motor de CC sin escobillas, los módulos de electrónica de accionamiento y IGBT (Transistor Bipolar de puerta aislada) pueden usarse para conmutar la corriente a los devanados del motor usando control de modulación por ancho de pulso (PWM). Los módulos IGBT pueden disponerse radialmente alrededor de los devanados del extremo del motor y conectados eléctricamente a las terminaciones de devanado del extremo del motor.
Epoxylite® (o un material similar conocido en la técnica) puede usarse para encapsular sustancialmente o completamente componentes del motor eléctrico para usarse con el sistema de accionamiento compacto 10 y 100 (por ejemplo, los devanados del estator del motor eléctrico, los componentes electrónicos de accionamiento del motor y los módulos IGBT en el extremo de los devanados del extremo del motor). Por ejemplo, esto puede lograrse usando el alojamiento del motor 120 como un molde y verter Epoxylite® fundido (o un material similar) en una abertura del alojamiento del motor 120 (por ejemplo, una abertura proporcionada entre el rotor interno 112 y la base del alojamiento 123 del motor) y permitir que el Epoxylite® (o un material similar) se solidifique. La encapsulación de los componentes del motor eléctrico en Epoxylite® (o un material similar), puede permitir que el sistema de accionamiento compacto (es decir, el sistema de accionamiento compacto 10 o 100) sea a prueba de explosión, ya que el Epoxylite® (o un material similar) actúa como una barrera entre atmósferas potencialmente explosivas y los componentes encapsulados que pueden ser fuentes de ignición por chispa (tales como los devanados del motor y la electrónica de accionamiento).
En las modalidades que se muestran en las Figuras 2-8, el árbol de salida hueco 30, 130 se acopla directamente al acoplamiento de accionamiento 13, 113. En tales casos, el par máximo que puede aplicarse al árbol del accionador dependerá del tamaño del motor. Para aplicaciones de par alto, el tamaño del motor necesario para el accionamiento directo puede ser demasiado grande para ser práctico. En este caso, una disposición de engranajes puede interponerse entre el motor y el acoplamiento de accionamiento. La Figura 9 ilustra una realización de esta disposición, que incluye una caja 350 de engranajes que aloja una disposición de engranaje planetario que incluye un piñón central 352 y una serie de engranajes planetarios 354. El piñón central 352 es hueco y está montado concéntricamente con el árbol de salida hueco 330 y el acoplamiento de accionamiento 313 en el alojamiento del acoplamiento de accionamiento 315 (y, por lo tanto, con el árbol del accionador, no mostrado). El piñón central 352 está montado en un soporte del piñón central 356 que está montado en el cojinete en la parte superior de la caja de engranajes 350 y tiene cortes 333 para recibir orejetas 332 en el extremo del árbol de salida hueco 330. Los engranajes planetarios 354 están montados en un soporte de engranajes planetarios 358 que gira con los engranajes planetarios 354 y transmite la rotación al acoplamiento de accionamiento 313 a través de las orejetas de accionamiento 360. El motor y la caja de engranajes pueden ser unidades separadas para que el motor pueda retirarse de la caja de engranajes. De manera similar, la caja de engranajes puede retirarse del acoplamiento de accionamiento y, por lo tanto, dejar la válvula en posición, tal como se comentó anteriormente.
Aunque la Figura 9 muestra un sistema de engranajes planetarios de una sola etapa, también es posible utilizar un sistema de engranajes planetarios multietapa. Por ejemplo, el soporte de engranajes planetarios puede estar conectado a un piñón central hueco de una etapa de engranaje planetario posterior. Pueden utilizarse dos o más etapas posteriores.
Como alternativa a la caja de engranajes planetaria descrita anteriormente, la caja de engranajes podría ser un tipo de engranaje recto o un tipo de engranaje cónico con un árbol de salida hueco para permitir que el árbol del accionador se eleve a través del engranaje de salida de la caja de engranajes. Cuando se usa tal engranaje recto o caja de engranajes de engranajes cónicos, entonces el árbol del accionador puede no ascender a través del árbol de salida hueco del motor a medida que el eje de rotación del motor ya no puede ser concéntrico con el eje de salida de la caja de engranajes.
La disposición del motor de acción directa descrita anteriormente, o el motor de acción directa acoplado a una caja de engranajes podría usarse junto con un acoplamiento de accionamiento antirretorno para operar una válvula de 1/4 de vuelta tal como una válvula de bola o válvula de mariposa. Este tipo de válvula de 1/4 de vuelta no tiene un vástago de válvula ascendente o árbol del accionador. El acoplamiento de accionamiento antirretorno podría dejarse potencialmente unido a la válvula para mantener la posición de la válvula mientras el motor estuvo retirado para mantenimiento o reemplazo de manera similar a lo que se ha descrito anteriormente.
La Figura 10 muestra una vista en sección transversal de un motor eléctrico 211, 212 que puede usarse con los sistemas de accionamiento compactos 10 y 100 descritos anteriormente. El estator 211 consiste en un cuerpo de estator externo 213 con una serie de dientes de estator que se proyectan hacia adentro 214. Los lados de los dientes de estator 214 son sustancialmente rectos a lo largo de toda la longitud de cada diente. Ya se ha propuesto proporcionar extensiones o puntas laterales al final de cada diente (es decir, los lados se extienden lateralmente hacia el diente adyacente al final). Esto se ha hecho para reducir altos niveles de densidad de flujo en el estator que conduce a que se genere calor en exceso. En efecto, el estator externo 211 no tiene puntas de diente del estator. En aplicaciones tales como el accionador de válvula descrito anteriormente, el motor puede tener velocidades de salida de rotación bajas de manera que las pérdidas en el hierro y la generación de calor son un problema menor. Además, el motor se debe operar, por ejemplo, con un 25 % de ciclos de trabajo en lugar de ser analizados de manera continua y el estator externo 211 puede ser de tamaño relativamente grande, con respecto a la potencia de salida del motor, y por lo tanto tiene una gran masa térmica que ayuda a distribuir cualquier calor generado.
La falta de puntas de dientes del estator en el estator externo 211 puede simplificar sustancialmente el procedimiento de ensamblaje de la bobina a medida que se pueden ensamblar “ paquetes de bobinas” concentrados previamente enrollados en el estator 211 simplemente deslizándolos sobre los dientes del estator, en lugar que tener que enrollar bobinas en el estator 211 in situ. El procedimiento de llevar a cabo mantenimiento en dicho estator 211 también se simplifica ya que dichos “ paquetes de bobinas” pueden retirarse fácilmente de los dientes del estator simplemente deslizándolos, alejándolos de los dientes del estator. Además, se simplifica el diseño del estator externo 211, lo que facilita la fabricación. Un motor que tiene estas características, tal como un motor de CC sin escobillas o un motor de reluctancia conmutada, puede encontrar uso en aplicaciones además del accionador de válvula descrito anteriormente. Esta invención se extiende a tales usos.
Pueden realizarse cambios adicionales dentro del alcance de esta invención.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un dispositivo de accionamiento, que comprende:
    un conjunto de motor, que comprende:
    un alojamiento del motor (20), que comprende:
    una cubierta (22), y
    una base (23);
    un motor eléctrico, dentro del alojamiento del motor (20), que comprende:
    un estator externo (11), y
    un rotor interno (12); y
    un árbol de salida hueco (30) que está conectado coaxialmente con el rotor interno (12) de manera que la rotación del rotor interno (12) provoca una rotación correspondiente del árbol de salida hueco (30);
    un conjunto de acoplamiento de accionamiento conectado a la base (23) del alojamiento del motor (20), comprendiendo el conjunto de acoplamiento de accionamiento un alojamiento de acoplamiento de accionamiento (15) que contiene un acoplamiento de accionamiento (13), en donde el acoplamiento de accionamiento (13) se acopla al árbol de salida hueco (30) de manera que la rotación del árbol de salida hueco (30) provoca una rotación correspondiente del acoplamiento de accionamiento (13); y
    un árbol del accionador (14) que se acopla al acoplamiento de accionamiento (13) de manera que la rotación del acoplamiento de accionamiento (13) por el árbol de salida hueco (30) hace que el eje del accionador (13) se mueva;
    caracterizado por que
    el motor eléctrico está situado en un lado de la base (23) dentro del alojamiento del motor (20) y el conjunto de acoplamiento de accionamiento está ubicado en el otro lado de la base (23) externo al alojamiento del motor(20);
    la conexión entre el conjunto de acoplamiento de accionamiento y la carcasa de motor (20) es liberable de modo que la carcasa de motor (20) se pueda retirar y volver a unir al conjunto de acoplamiento de accionamiento; y
    el árbol del accionador (14, 114) se extiende a través del árbol de salida hueco (30, 130) y el rotor interno (12, 112), en donde la rotación del acoplamiento de accionamiento (13, 113) hace que el árbol del accionador (14, 114) se mueva axialmente.
  2. 2. Un accionador según la reivindicación 1, en donde el árbol de salida hueco (30) se acopla directamente al acoplamiento de accionamiento (13).
  3. 3. Un accionador según la reivindicación 1 o 2, en donde el árbol de salida hueco (330) se acopla al acoplamiento de accionamiento (313) a través de una disposición de engranajes (352, 354).
  4. 4. Un accionador según la reivindicación 3, en donde la disposición de engranajes (352, 354) comprende una caja de engranajes (350), y el conjunto de acoplamiento de accionamiento está conectado a la base del alojamiento del motor por medio de la caja de engranajes (350).
  5. 5. Un accionador según la reivindicación 4, en donde la caja de engranajes (350) contiene una disposición de engranaje planetario que incluye un piñón central (352) y engranajes planetarios (354) montados en un soporte de engranajes giratorio (356), en donde el piñón central (352) es hueco y coaxial con el árbol de salida hueco (330) y el eje del accionador, y la rotación del árbol de salida hueco (330) se transmite al eje del accionador mediante la rotación del soporte de engranajes giratorio.
  6. 6. Un accionador según la reivindicación 5, en donde la disposición de engranaje planetario (352, 354, 356) es una disposición de engranaje planetario de múltiples etapas.
  7. 7. Un accionador según la reivindicación 5 o 6, en donde el acoplamiento de accionamiento (313) comprende un acoplamiento de accionamiento antirretorno.
  8. 8. Un accionador según cualquier reivindicación anterior, en donde la rotación del rotor interno (12, 112) se transmite al acoplamiento de accionamiento (13, 113) mediante el acoplamiento de al menos una lengüeta (32a, 32b, 132a, 132b) que se extiende axialmente y al menos un recorte correspondiente (33a, 33b, 133a, 133b) formado en las partes respectivas del árbol de salida hueco (30, 130) y el acoplamiento de accionamiento (13, 113).
  9. 9. Un accionador según cualquier reivindicación anterior, en donde la cubierta (122) del alojamiento del motor (120) se extiende desde la base (123) del alojamiento del motor (120) alrededor del estator (111) y el rotor.
  10. 10. Un accionador según la reivindicación 9, en donde la cubierta (122) del alojamiento del motor define un tubo interno (122a) y el rotor interno (112) está montado en cojinetes (127, 128) en el tubo (122a).
  11. 11. Un accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, en donde la cubierta (22) y la base (23) del alojamiento del motor (20) están sujetas en una disposición separada colocando miembros (25) que se extienden entre regiones periféricas de la cubierta (22) y la base (23) del alojamiento del motor (20); opcionalmente en donde se proporcionan cojinetes (27, 28) en la cubierta (22) y la base (23) del alojamiento del motor (20) para montar el rotor interno (12) para rotación; y opcionalmente en donde el árbol de salida hueco (30) está montado dentro del rotor interno (12) y se extiende a través del rotor interno (12).
  12. 12. Un accionador según cualquier reivindicación anterior, en donde la cubierta (22) del alojamiento del motor (20) tiene regiones abiertas (26), comprendiendo el alojamiento del motor (20) además una tapa desmontable (21) que puede fijarse a la superficie externa de la cubierta (22) del alojamiento del motor (20) para cerrar las regiones abiertas (26).
  13. 13. Un sistema que comprende:
    un accionador según cualquier reivindicación anterior, y
    una válvula conectada al eje del accionador (14, 114);
    opcionalmente en donde el eje del accionador (14, 114) está conectado directamente a la válvula.
  14. 14. Un accionador según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el estator externo (211) comprende un cuerpo de estator (213) que tiene una serie de dientes que se proyectan hacia dentro (214), un devanado que se proporciona alrededor de cada diente.
  15. 15. Un accionador según la reivindicación 14, en donde los lados de los dientes del estator (214) son sustancialmente rectos a lo largo de toda la longitud del diente (214).
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