FI79632C - Elmotor med vaexel. - Google Patents

Description

‘ 79632

Vaihdeeähkömoottori

Keksinnön kohteena on sähkömekaaninen toimilaite ja tarkemmin patenttivaatimuksen 1 johdannon mukainen vaihdeeähkömoottori.

Sähkömoottoreita ja vaihteistoja sekä näiden yhdistelmiä käytetään laajasti paitsi jatkuvasti pyörittävinä eliminä myös pyörlmiskierroeten lukumäärää ja akselin pyörähdyskulmaa ohjaavina toimieliminä. Tällöin yhdistelmään kuuluu myös joukko antureita ja ohjauspiirejä.

Tunnetut yhdistelmät kootaan yleisesti saatavilla olevista osista, kuten tasa- tai vaihtovirtamoottoreista, erilaisista vaihteistoista ja anturiyksiköietä sekä ohjauspiirien yksiköistä. Tällöin yhdistelmissä esiintyy runsaasti laakerointeja, akselien liitoksia, erilaisia eovituskiinnityksiä ja joh-dotuksia osien välillä. Tästä johtuen tällaisia yhdistelmiä käytettäessä esiintyy toistuvasti ongelmia niiden suunnittelussa, etenkin rakenneosien vaihtelevien kiinnitystapojen ja -mittojen vuoksi. Tästä on seurauksena myös näitä yhdistelmiä käyttävien laitteiden ja konekokonaisuuksien suunnittelun ja rakentamisen vaikeus. Lisäksi mutkikas rakenne tunnetun tekniikan mukaisissa laiteyhdistelmissä johtaa usein monimutkaisiin toteutuksiin, kun pyritään aikaansaamaan tukeva rakenne. Siitä seuraa, että näiden yhdistelmälaitteiden käyttö ja huolto on hankalaa ja aikaavievää, ja muodostaa prosessituo-tannosea oleellisen kannattavuuden rasituksen.

Suomalaisessa patentissa n:o 26230 kuvataan moottorin ja vaihteen yhdistelmä, jossa vaihdeosa voidaan vaihtaa välitys-suhteen muuttamiseksi. Käytettävä laite kytketään moottorin puolella akseliin.

2 79632

Keksinnön tehtävänä on aikaansaada parempi ja yksinkertaisempi moottorin ja alennusvaihteen rakenteellinen kokonaisuus, joka on tukeva, helposti huollettava ja lukuisiin eri käyttöympäristöihin soveltuva.

Keksinnössä sinänsä tunnetut moottori ja vaihde yhdistetään patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosan mukaisesti.

Vaihteisto voi olla esimerkiksi kaupallisesti saatava pla-neettavaihde tai kitkavaihde, jolloin onton sisäänmenoakselin ansiosta voidaan u]ostuloakseli johtaa sen läpi. Ulostuloak-seli laakeroidaan rakenteen kannalta edullisesti esimerkiksi kotelomaisen rungon päätyihin ja lisäksi niin, että toinen pää on laippamainen vaihteiston kansi. Edullisesti sähkövaihde-moottori rakennetaan akselien kanssa samankeskeiseen sylinte-rimäiseen runkoon, vaikka muutkin rungon muodot ovat mahdollisia.

Keksinnön oleelliset piirteet on täsmällisemmin kuvattu patenttivaatimuksissa. Alla selitetään piirustusten avulla keksinnön edullisia suoritusmuotoja: kuviossa 1 on periaatteellinen leikkauskuva vaihdesähkömoot-torista; kuviossa 2 esitetään keksinnön eräs edullinen toteutusmuoto; ja kuviossa 3 edelleenkehitetty, 3-portaisella vaihteella varustettu keksinnön mukainen vaihdeeähkömoottori.

Kuviossa 1 rungon kiinteä osa 1 on kiinnitetty vaihdesähkö-moottoria kantavaan rakenteeseen kehällä olevista kiinnityksistä 17, jotka voivat olla esim. ruuveja. Rungon kiinteään osaan 1 on liitetty vaihteiston kiinteä osa ja vaihteiston ulostulopuoli on liitetty ulostuloakselin 20 päätylaippaan 2, johon liitetään (21) vaihdeeähkömoottorin käyttämä koneenosa tai -osat. Päätylaippa 2 on edullisesti samaa kappaletta kuin akseli 20.

3 79632

Sieäänmenoakselia 15 käyttää siihen kiinnitetty moottorin roottori 7, jolloin moottorin staattori on kiinnitetty rungon irrotettavaan osaan 13. Sisäänmenoakseli 15 on laakeroitu runkoon 1 ja ulostulon laippamaiseen kanteen 2. Ulostuloakse-li on mahdollisimman suuren tukevuuden aikaans&amieekei laakeroitu päätylaipastaan lähelle ulkokehää laakerilla 3, ja rungon toisessa päädyssä laakerilla 4. Rungon irrotettavaan osaan 13 kiinnitetään moottorin staattori β sekä tarpeen mukaan käyttö- ja ohjaustarkoituksia varten antureita 9 ja piirejä 11. Moottori on mieluimmin tasavirtamoottori, jonka pyörimissuuntaa ja kiertoliikkeen suuruutta ja nopeutta ohjataan piireillä 11, esim. ohjauskaapelin kautta tulevan signaalin perusteella. Osaa 13 kiristää paikoilleen laakeria 4 vasten ulostuloakseliin kierretty mutteri 5, jolloin rungon osat liittyvät toisiinsa esim. kehällä pisteissä 16. Moottorin sähkösyötön, antureiden ja ohjauspiirien liitäntäkaapelit tuodaan runkoon läpivientien 12 kautta.

Rungon irrotettava elekroniikkaosa 13 irrotetaan huolto- tai muita tarkoituksia varten avaamalla mutteri 5, jolloin yksinkertaisesti voidaan nostaa pois koko osa 13 sisältöineen jako-pintaa 14-14 pitkin. Irrotustoimenpidettä helpottamaan kaapelit varustetaan soveltuvin liittimin. Moottorin roottori 7, antureiden roottorit 10, laakeri 3 ja alennusvaihde 6 eivät irtoa osaa 13 irrotettaessa tai mahdollisesti vaihdettaessa.

Sisäänmeno- ja ulostuloakeeleihin voidaan edullisesti kiinnittää antureiden roottorit 10 ja 20', joiden avulla saadaan antureiden 9 välityksellä ohjaukseen käytettävä tieto akselien pyörimisnopeudesta, kierrosten lukumäärästä, kiertosuunnasta, kiertokulmasta tai vastaavista suureista. Anturit ovat kaupallisesti saatavia antureita tai tarkoitukseen erikoisesti sovitettuja antureita. Koska anturit voidaan asentaa sekä sisäänmeno- että uiostuloakseli1le voidaan moottorin ja vaihteiston toimintaa valvoa ja ohjata monipuolisesti.

1 79632

Rungon irrotettava kotelo-oea 13 muodostuu tilavaksi haluttaessa pitkä laakerointiväli, joten siinä on tilaa moottorin ohjaukselle, esim. moottorin syöttövirran ohjaukselle, sekä muille tarpeellisille säätölaitteille, jotka ovat kaupallisesti saatavista osista koottuja ja/tai tehty tarkoitukseen erikseen kehitetyistä osista.

Edellä kuvattu vaihdesahkömoottori voidaan lisäksi varustaa nesteenpitävi1la laakereilla 3, 4 ja rungon osien välisellä nesteenpitävä1lä tiivisteellä 19. Myös läpivienti 12 on varustettu nesteenpitävä1lä tiivisteellä 18. Tällä rakenteella koko rungon sisätila täytetään tarkoitukseen soveltuvalla nesteellä, esim. veei-propyleeniglykoli-liuoksella, jolloin nesteen ja tiivisteiden yhteisvaikutuksen ansiosta vaihdesäh-kömoottori voidaan sijoittaa veteen tai ympäristöön, jossa esim. on syövyttäviä kaasuja. Vaihtoehtoisesti vain osa rungosta täytetään nesteellä.

Kuviossa 2 esitetään keksinnön mukainen vaihdesahkömoottori. Siinä on samoille osille käytetty samoja viitenumerolta kuin kuviossa 1. Olennaisen eron muodostaa se, että alennusvaihde on tehty kuulilla toteutetulla kitkavaihteella 30. Tällainen kitkavaihde on sinänsä tunnettu esim. suomalaisesta patentista n:o 7136. Esillä olevassa keksinnössä kuulat 30 ovat kuula-laakerin tavoin tasaisin etäisyyksin toisistaan pitkin niille järjestettyä pyörimiskehää. Kuulat 30 muodostavat kuvion 1 tapausta vastaavan laakerin 3. Lisäksi niillä aikaansaadaan vaihde 6. Kuulat tukeutuvat roottoriin järjestetyssä urassa kahteen pintaan 31, runkokappaleessa 1 pintaan 32, sekä ulos-tulolaipan pintaan 33. Kuvion 2 leikkauksessa olevat pinnat 31, 32, 33 muodostavat moottorin käydessä kehämäisen radan. Vaihteen välityssuhde määräytyy pintojen 31, 32, 33 etäisyydestä akselin keskiviivaan 34 sekä näiden etäisyyksien keskinäisistä suhteista.

5 79632

Tarvittaessa voidaan vaihdeosa tiivistää tiivisteillä 22, 23 ja 24. On myös mahdollista käyttää vaihdetta kuivana, jolloin tiivisteitä ei välttämättä tarvita.

Tällaisella kitkavaihteella voi olla vaikeata saavuttaa en-naltamäärätty välityasuhde, johtuen osien valmistuksen mit-taepätarkkuuksista ja käytönaikaisesta kulumisesta. Välitys-suhteen muuttuminen ei käytössä kuitenkaan ole ongelma, koska keksinnön mukaista vaihdesähkömoottoria ohjataan anturien 10, 20'; 9 antamien tietojen perusteella. Ohjauselektroniikalla 11 voidaan muodostaa takaisinkytketty järjestelmä, jonka avulla ulostuloakselin 20 pyörimiskulmaa tai -kierrosmäärää voidaan tarkasti säätää riippumatta välityseuhteen muutoksista.

Toisaalta voidaan antureilla 9, 10, 20' havaittua välityssuh-teen muutosta pitkäaikaisessa käytössä käyttää hyväksi vaihde-sähkömoottorin valvontaan ja esim. laakerivälysten säätöön.

Sopivalla kuulien ja kosketuspintojen aineen valinnalla sekä oikealla mitoituksella voidaan edellä kuvatut välityseuhteen muutokset myös oleellisesti kokonaan välttää.

Kuviossa 3 on käytetty hyväksi samaa kitkavaihderakennetta kuin kuviossa 2, mutta esimerkinomaisesti kolmiportaisena. Portaita voisi myös olla 2, 4, 5 jne. kappaletta. Kuviossa 3 on käytetty samoille osille samoja viitenumerolta kuin kuviossa 2 .

Vaihteiston kuulia on eri portaissa merkitty 30, 30' ja 30". Vastaavasti on vaihdeportaan sisäänmenoakselit merkitty 15, 15' ja 15", sekä näiden tiivisteet 24, 24' ja 24".

Kullekin vaihdeportaalle voidaan valita välityssuhde kosketuspintojen säteillä. Tässä euoritusesimerkiseä kunkin portaan välityssuhde olkoon 1:16, jolloin vaihteiston kokonais-vä1ityssuhteeksi tulee 4096:1.

6 79632

Jokaisen portaan sisäänmeno- samoin kuin ulostuloakseiit voidaan varustaa antureiden roottoreilla 10< 10» 10", 20', jolloin voidaan toteuttaa edellä kuvatut ohjaus- ja valvontatoiminnot esim. takaisinkytketyllä piirillä·

Keksinnön mukainen vaihdesähkömoottori voidaan edullisesti varustaa ontolla ulostuloakselilla 20 kuten kuviossa on esitetty. Tällöin koko yksikön läpi johdetaan käyttötapauksesta riippuen aksiaalisia tukirakenteita, pyöriviä akseleita, sähkökaapeleja ja -putkia sekä neste- ja kaasuputkia joko vaih-desähkömoottorin käyttämän koneenosan tai -osien elimellisinä osina tai riippumattomina yksiköinä.

Varustamalla onton ulostuloakselin 20 toinen pää sisäpuolisilla kierteillä varustetulla osalla, on vaihdesähkömoottorin pyörivä ulostulo muunnettavissa esittämättä olevan karan ak-selinsuuntaisekei liikkeeksi.

Antureiden 9, 10, 20' ja ohjauselektroniikan 11 avulla ohjattu kiertoliike voidaan tarkasti rajoittaa jopa kierroksen murto-osaan tai ulottaa jatkuvaksi pyörimisliikkeeksi ohjatulla nopeudella. Alennusvaihteen välityssuhteen ja mainitun kierteen nousun kautta ontossa akselissa 20 liikkuvalle karalle saadaan tarkasti ohjattu liike, jonka asetustarkkuus voi olla parempi kuin 0,01 mm jo yksiportaista vaihdetta käytettäessä.

Vaihdesähkömoottoria voidaan siten käyttää sekä pyörivän että aksiaalisen liikkeen aikaansaavana toimilaitteena, jolloin välityssuhde on valittavissa esim. alueella 5:1...10 000j

Claims (7)

1. 7 79632
2. 1. Vaihdesähkömoottori, jonka suljetun kotelon (1, 13) muodostavan rungon kiinteään osaan (1) on kiinnitetty alen-nusvaihteiston (6) kiinteä osa, ja jonka irrotettavaan pää-tyosaan <13> on kiinnitetty moottorin staattori (8), jolloin moottorin roottori <7> on yhdistetty vaihteistoon sisäänme-noakselilla (15), jonka läpi vaihteiston ulostuloakseli (20) samankeskisesti ulottuu, ja ulostuloakselin yksi pää on laip-pamainen vaihteiston kansi (2), joka on laakeroitu lähelle kotelon ulkokehää, tunnettu siitä, että ulostuloakseli (20) on laakeroitu (30; 4) koteloon (1, 13) oleellisen lähellä sen päätypintoja, ja että alennusvaihteen muodostaa kuulilla (30) toteutettu sinänsä tunnettu kitkavaihde, jonka kuulat samalla muodostavat ulostuloakaelin laippamaisen kannen (2) mainitun laakerin (30).
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaihdesähkömoottori, tunnettu siitä, että alennusvaihteisto muodostuu useista samankeskeisesti sarjassa olevista, kuulilla (30, 30', 30") toteutetuista kitkavaihteista.
4. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen vaihdesähkömoottori, tunnettu siitä, että kokonaisuutena irrotettavaan pääty-osaan (13) sisältyy akselien (15, 20) ympärille järjestettyjä antureita (9) ja elektronisia ohjauspiirejä (11), ja että antureiden roottorit (10) on sijoitettu sekä vaihteiston si-säänmenoakselille (15) että ulostuloakselille (20).
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 ja 3 mukainen vaihdesähkömoot-tori, tunnettu siitä, että jokaisen vaihdeportaan akselille on järjestetty anturien roottorit (10, 10', 10", 20'>. 1 Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen vaihdesähkö-moottori, tunnettu siitä, että ulostuloakaelin (20) laakerit (30; 4), rungon osien väliset tiivisteet (19; 22, 23, 24) ja läpivientitiivisteet (18) ovat nesteenpitäviä, jolloin vaihdesähkömoottori kokonaan tai osaksi täytetään nesteellä. β 79632
6. 6. Jonkin patenttivaatimuksen 1-5 mukainen vaihdesähkö-moottori, tunnettu siitä, että vaihteiston ulostuloakseli (20) on ontto.
7. 7. Patenttivaatimuksen 4 mukainen vaihdesähkömoottori, tunnettu siitä, että onttoon ulostuloakseliin (20) liittyy sisäpuolelta kierteitetty osa, ja että akselin (20) pyörimisliike muunnetaan sen sisälle ulottuvan karan akselin suuntaiseksi ohjatuksi liikkeeksi.