ITBO20130151A1 - Attuatore roto-lineare - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

ATTUATORE ROTO-LINEARE

La presente invenzione ha per oggetto un attuatore roto-lineare.

In particolare, la presente invenzione si riferisce ad un attuatore rotolineare di tipo elettrico, in grado di conferire ad un albero un movimento combinato traslatorio e rotativo.

Come noto, gli attuatori roto-lineari di tipo elettrico vengono per lo più utilizzati nel campo dell’automazione, preferibilmente per operazioni di precisione, od in generale in tutti i settori d'impiego dove à ̈ richiesta la movimentazione di un utensile secondo un moto lineare, vale a dire lungo una direzione rettilinea a va e vieni, e contemporaneamente rotativo attorno ad un asse corrispondente alla citata direzione rettilinea.

Come noto, gli attuatori roto-lineari comprendono un motore elettrico lineare, atto a traslare un rispettivo albero lungo una direzione rettilinea. Il motore elettrico lineare comprende un avvolgimento primario statico, sviluppantesi attorno all’albero il quale a sua volta presenta una serie di magneti permanenti. Per effetto dell’interazione tra il campo magnetico generato dall’avvolgimento primario ed i magneti permanenti, l’albero viene movimentato lungo il proprio sviluppo longitudinale (moto lineare) secondo un andamento a va e vieni. E’ inoltre previsto un encoder attivo sull’albero, per misurare e regolare la traslazione dell’albero stesso.

Il motore elettrico lineare à ̈ opportunamente accoppiato ad un motore elettrico rotante per trasferire la movimentazione rettilinea (definita dall’albero a magneti permanenti) ad un rispettivo rotore.

Ne risulta una movimentazione combinata dell’albero rotante accoppiato al rotore determinata dalla rotazione attorno al proprio asse di sviluppo longitudinale e dall’azione traslante dell’albero del motore lineare.

Generalmente, i motori elettrici lineare e rotante sono disposti accostati con i rispettivi assi di traslazione e di rotazione paralleli tra loro. L’albero di traslazione à ̈ accoppiato mediante sistemi di trasferimento del moto al motore elettrico rotante per poter traslare il rispettivo rotore.

Tali attuatori, seppur in grado di movimentare in maniera roto-lineare l’albero del motore rotante, risultano essere tuttavia molto ingombranti e quindi non utilizzabili per particolari strutture in cui gli spazi di applicazione sono particolarmente ridotti.

Sono altresì noti attuatori roto-lineari molto compatti, e quindi di ingombri contenuti, in cui gli alberi di traslazione e di rotazione sono accoppiati coassialmente tra di loro.

In questo caso il motore elettrico rotante à ̈ costituito da uno statore disposto attorno all’albero rotante il quale a sua volta presenta una serie di magneti permanenti radiali, in grado di interagire con il campo magnetico prodotto dagli avvolgimenti dello statore.

L’albero rotante costituisce quindi il rotore del motore elettrico rotante e, per effetto della disposizione dei magneti radiali, viene ruotato attorno al rispettivo asse longitudinale.

Sono inoltre presenti mezzi di connessione costituiti da cuscinetti che giuntano l’albero di traslazione del motore elettrico lineare con l’albero rotante (rotore) in corrispondenza di rispettive estremità di tali alberi.

Di conseguenza, l’albero rotante (rotore) viene movimentato secondo il moto combinato di roto-traslazione per effetto della propria rotazione e dell’azione dell’albero traslante trasferita direttamente dai cuscinetti di giunzione.

Anche questo tipo di attuatori, nonostante siano molto compatti e di ingombri contenuti, presentano tuttavia importanti inconvenienti principalmente legati alla complessità strutturale del motore elettrico rotante. Tale complessità à ̈ derivata dalla presenza dei magneti permanenti radiali, che rendono la realizzazione dell’albero molto complicata e quindi costosa.

In questo contesto, il compito tecnico alla base della presente invenzione à ̈ proporre un attuatore roto-lineare che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati.

In particolare, Ã ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un attuatore roto-lineare che sia compatto, di ingombri contenuti, ed allo stesso tempo strutturalmente semplice ed economico.

Il problema tecnico citato à ̈ risolto da un attuatore roto-lineare comprendente le caratteristiche tecniche dell’allegata rivendicazione 1. In particolare l’albero di rotazione, coassialmente accoppiato all’albero di traslazione, à ̈ dotato di almeno una scanalatura longitudinale accoppiata meccanicamente ad un rotore del gruppo di movimentazione rotante.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno maggiormente chiari dalla descrizione indicativa, e pertanto non limitativa, di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un attuatore roto-lineare, come illustrato negli uniti disegni in cui:

- la figura 1 Ã ̈ una vista laterale di un attuatore roto-lineare secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista laterale ed in sezione lungo la traccia II-II dell’attuatore di figura 1;

- la figura 3 mostra una prospettica ed in esploso dell’attuatore roto-lineare mostrato in figura 1;

- la figura 4 mostra una vista laterale di un dettaglio costruttivo dell’attuatore roto-lineare di figura 1;

- la figura 5 mostra una vista laterale ed in sezione lungo la traccia V-V del dettaglio costruttivo di figura 4; e

- la figura 6 mostra una vista laterale ed in sezione dell’attuatore in accordo con una ulteriore soluzione realizzativa.

Con riferimento alle figure allegate, con 1 Ã ̈ indicato un attuatore rotolineare secondo la presente invenzione.

L’attuatore 1 comprendente un gruppo di movimentazione lineare 2, presentante preferibilmente un motore elettrico lineare 3 che viene meglio illustrato nella vista in sezione di figura 2.

Il motore elettrico lineare 3 à ̈ dotato di un albero di traslazione 4 magneticamente associato all’interno di un rispettivo avvolgimento primario 5 che non viene descritto nel dettaglio in quanto di tipo noto.

L’albero di traslazione 4 comprende un tubo 6 realizzato in magneti permanenti 7 reciprocamente accostati. Di conseguenza, i magneti 7 interagiscono con il campo magnetico generato dall’avvolgimento primario 5 per movimentare l’albero 4 lungo una direzione rettilinea A ed in un moto a va e vieni.

L’attuatore 1 comprende inoltre un gruppo di movimentazione rotante 8, costituito da un motore elettrico 9 atto a ruotare un rispettivo albero 10 attorno al proprio asse “Y†di sviluppo longitudinale.

In particolare, il motore elettrico rotante 9, che non viene descritto nel dettaglio in quanto di tipo noto, presenta uno statore 11 ed un rotore 12 girevolmente associato all’interno dello statore 11 (figura 2).

Il rotore 12 presenta conformazione sostanzialmente anulare ed à ̈ disposto coassialmente attorno all’albero rotante 10. In questa situazione, come visibile nella figura 2 e nella figura 3, l’albero rotante 10 risulta essere inserito nel rotore 12 per scorrere all’interno di esso lungo la direzione rettilinea “A†.

Infatti, l’albero di rotazione 10 presenta almeno una scanalatura longitudinale 13 ricavata sulla rispettiva superficie esterna ed accoppiata in maniera meccanica al rotore 12 circostante l’albero 10.

Vantaggiosamente, tale accoppiamento meccanico permette al rotore 12 di trascinare in rotazione l’albero 10 attorno al proprio asse “Y†.

L’accoppiamento meccanico tra rotore 12 e albero 10 à ̈ dato in particolare da un elemento di guida (non illustrato nel dettaglio nelle unite figure), sporgente da una rispettiva superficie anulare interna del rotore 12 ed alloggiato nella citata scanalatura longitudinale 13 dell’albero di rotazione 10.

In questo modo, l’elemento di guida alloggiato nella scanalatura 13 trascina l’albero 10 nella propria rotazione impartita dal rotore 12.

Inoltre, l’elemento di guida risulta essere scorrevole lungo la scanalatura 13 permettendo all’albero 10 anche un moto di rettilineo lungo la direzione “A†ed imposto dall’albero di traslazione 4 come meglio verrà chiarito in seguito.

In questa situazione, l’elemento di guida costituisce un vincolo meccanico nella rotazione dell’albero di rotazione 10 ed allo stesso tempo permette il movimento rettilineo dell’albero di rotazione 10 scorrendo nella scanalatura 13. Preferibilmente, vengono previsti opportuni sistemi di riduzione dell’attrito per permettere lo scorrimento dell’elemento di guida all’interno della scanalatura 13.

Con riferimento alle figure da 1 a 3, si noti che il gruppo di movimentazione rotante 8 comprende inoltre un cuscinetto 14, disposto attorno all’albero di rotazione 10 ed accostato al motore elettrico rotante 9. Il cuscinetto 14 à ̈ calettato al rotore 12 e ruota con esso. Anche il cuscinetto 14 coopera con l’albero rotante 10 per trascinarlo in rotazione ed allo stesso tempo permettendo il movimento di traslazione. In altre parole, il cuscinetto 14 (preferibilmente del tipo a sfere) favorisce il movimento traslatorio dell’albero mediante sistemi di antifrizione sferici scorrevoli lungo la direzione di traslazione. Allo stesso tempo, il cuscinetto 14 presenta una parte fissa ed una parte rotante, collegata alla parte fissa mediante delle sfere ed atta a trascinare l’albero nella rotazione.

L’attuatore 1 comprende inoltre mezzi di accoppiamento 15 interposti tra i gruppi di movimentazione 2, 8 per impegnare coassialmente l’albero di rotazione 10 con l’albero di traslazione 4.

In maggiore dettaglio, i mezzi di accoppiamento 15, illustrati nel dettaglio nelle figure 4 e 5, comprendono un giunto 16 per associare una prima estremità 4a dell’ albero di traslazione 4 con una prima estremità 10a dell’albero di rotazione 10.

Il giunto 16 trasferisce il moto di traslazione lungo la direzione “A†dall’ albero di traslazione 4 all’albero di rotazione 10.

Vantaggiosamente, il giunto 16 comprende un cuscinetto a doppia sfera 17 preferibilmente un cuscinetto a sfere a contatto obliquo, per dissociare il moto di rotazione dell’albero di rotazione 10 dall’albero di traslazione 4. In altre parole, il cuscinetto 17 connette i due alberi 4, 10 solo per trasferire la movimentazione lineare lungo la direzione “A†. La rotazione dell’albero di rotazione 10 non viene trasferita all’albero di traslazione 4 per garantire il corretto orientamento dei magneti permanenti 7 rispetto al campo magnetico generato dall’avvolgimento primario 5.

Il cuscinetto 17 risulta essere interposto tra la prima estremità 10a dell’albero di rotazione 10 ed un corpo di contenimento 18 sostanzialmente cilindrico ed associato alla prima estremità 4a dell’albero di rotazione 4. In particolare, con riferimento alla figura 5, si noti che il corpo di contenimento 18 comprende al suo interno la prima estremità 10a dell’albero di rotazione 10 ed il citato cuscinetto 17 che rende girevole l’albero 10 stesso rispetto al corpo di contenimento 18.

Preferibilmente, ciascun gruppo di movimentazione 2, 8 e di mezzi di accoppiamento 15 sono alloggiati all’interno di rispettivi telai esterni di contenimento 20, 21, 22.

Ciascun telaio esterno 20, 12, 22 presenta conformazione sostanzialmente scatolare per contenere al suo interno il gruppo di movimentazione 2, 8 o i mezzi di accoppiamento 15. Inoltre, i telai 20, 21, 22 sono accoppiabili tra di loro in maniera modulare per rendere versatile ed agevole la sostituzione di almeno un modulo.

In questo modo, l’attuatore viene montato in base alle caratteristiche funzionali dei singoli moduli che possono essere agganciati e dissociati tra di loro velocemente e mediante opportuni sistemi di connessione di tipo noto.

Vantaggiosamente, va altresì considerato che tutti gli elementi costruttivi sono protetti e contenuti nei tre telai di contenimento 20, 21, 22 che costituiscono un unico blocco compatto. L’albero di rotazione 10 presenta una seconda estremità 10b accoppiabile ad una utenza che deve essere movimentata secondo un moto di roto-traslazione che pertanto sporge al di fuori del rispettivo telaio di contenimento 22.

Ancora, l’attuatore presenta inoltre un sistema di raffreddamento ad aria, associato ai gruppi di movimentazione 2, 8 ed ai mezzi di accoppiamento 15.

Il sistema di raffreddamento à ̈ ricavato in ciascun telaio esterno 20, 21, 22 per raffreddare rispettive camere di contenimento 20a, 21a, 22a dei gruppi di movimentazione 2, 8 e mezzi di accoppiamento 15, ricavate all’interno dei corrispondenti telai esterni 20, 21, 22.

Il sistema di raffreddamento ad aria permette quindi il passaggio di un fluido refrigerante attraverso i telai esterni 20, 21, 22 per raffreddare i motori elettrici 3, 9 ed in generale tutti gli elementi tecnici in movimento e soggetti a surriscaldamento.

In accordo con una ulteriore soluzione realizzativa mostrata in figura 6, l’albero di traslazione 4 e l’albero di rotazione 10 presentano internamente rispettivi canali di passaggio di aria 24, 25 in comunicazione di fluido tra di loro. In particolare, i canali 24, 25 si estendono lungo lo sviluppo longitudinale dei rispettivi alberi e risultano essere in comunicazione mediante il giunto 16 che in questo caso à ̈ internamente cavo e comprende un cuscinetto con tenute a doppio labbro. In questa situazione, l’albero di traslazione 4 presenta una estremità posta esternamente al motore lineare e dotata di un collettore 23 predisposto per essere accoppiato ad una macchina di aspirazione (non illustrata).

Tale soluzione trova particolare impiego in applicazioni come la tappatura di contenitori dove viene richiesto un passaggio di aria che per aspirazione trattiene un rispettivo tappo in depressione.

L’attuatore roto-lineare 1 sopra descritto consegue pertanto importanti vantaggi.

In primo luogo, l’accoppiamento coassiale degli alberi 4, 10 definisce una configurazione molto compatta e di ingombri contenuti.

Tale configurazione à ̈ determinata dal giunto 16 che vincola gli alberi 4, 10 tra di loro lungo l’asse longitudinale ma che dissocia il movimento di rotazione dell’albero rotante 10 dall’albero di traslazione 4.

Inoltre, l’accoppiamento meccanico tra rotore 12 ed albero rotante 10 scanalato risulta essere strutturalmente molto semplice e di costi contenuti. Viene infatti mantenuta una configurazione standard del motore elettrico rotante 9 senza dover sostituire l’albero rotante 10 con eventuali alberi a magneti permanenti.

Un ulteriore vantaggio dell’attuatore 1 secondo la presente invenzione à ̈ derivato dalla modularità dei gruppi di movimentazione 2, 8 e dei mezzi di accoppiamento 15 che possono essere facilmente sostituibili mediante montaggio/smontaggio dei rispettivi telai esterni di contenimento 20, 21, 22.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore roto-lineare comprendente: un gruppo di movimentazione lineare (2), presentante almeno un albero di traslazione (4); un gruppo di movimentazione rotante (8), presentante almeno un albero di rotazione (10); e mezzi di accoppiamento (15) interposti tra detti gruppi di movimentazione (2, 8) per impegnare coassialmente l’albero di rotazione (10) con l’albero di traslazione (4); caratterizzato dal fatto che detto albero di rotazione (10) presenta almeno una scanalatura longitudinale (13) accoppiata meccanicamente ad un rotore (12) di detto gruppo di movimentazione rotante (8).
2. 2. Attuatore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di accoppiamento (15) comprendono un giunto (16) per associare una prima estremità (4a) di detto albero di traslazione (4) con una prima estremità (10a) di detto albero di rotazione (10); detto giunto (16) trasferendo il moto di traslazione da detto albero di traslazione (4) all’albero di rotazione (10).
3. 3. Attuatore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto giunto (16) comprende un cuscinetto (17) per dissociare il moto di rotazione dell’albero di rotazione (10) dall’albero di traslazione (4).
4. 4. Attuatore secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzato dal fatto che detto albero di rotazione (10) comprende una seconda estremità (10b) accoppiabile ad una utenza che deve essere movimentata secondo un moto di roto-traslazione.
5. 5. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di movimentazione lineare (2) comprende un motore elettrico lineare (3) e dal fatto che detto albero di traslazione (4) comprende un tubo (6) di magneti permanenti (7), inserito in un rispettivo avvolgimento primario (5) di detto motore elettrico lineare (3) per essere movimentato lungo una direzione rettilinea (A) ed in un moto a va e vieni.
6. 6. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto gruppo di movimentazione rotante (8) comprende un motore elettrico rotante (9) presentante uno statore (11) attivo su detto rotore (12); detto rotore (12) presentando conformazione anulare ed essendo disposto coassialmente attorno a detto albero rotante (10).
7. 7. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto rotore (12) comprende un elemento di guida, sporgente da una rispettiva superficie anulare interna ed alloggiato in detta scanalatura (13) dell’albero di rotazione (10); detto elemento di guida trascinando l’albero (10) in una rotazione imposta dal rotore (12) ed essendo scorrevole nella scanalatura (13) durante un moto di traslazione impartito da detto albero di traslazione (4).
8. 8. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che ciascun gruppo di movimentazione (2, 8) e detti mezzi di accoppiamento (15) sono alloggiati all’interno di rispettivi telai esterni di contenimento (20, 21, 22).
9. 9. Attuatore secondo la rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che ciascun telaio esterno di contenimento (20, 21, 22) Ã ̈ accoppiabile in maniera modulare ad almeno un telaio adiacente.
10. 10. Attuatore secondo la rivendicazione 8 o 9, caratterizzato dal fatto che detta seconda estremità (10b) dell’albero di rotazione (10) sporge al di fuori del rispettivo telaio di contenimento (22).
11. 11. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende inoltre un sistema di raffreddamento ad aria, associato a detti gruppi di movimentazione (2, 8) ed a detti mezzi di accoppiamento (15).
12. 12. Attuatore secondo la rivendicazione precedente quando dipendente dalla rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detto sistema di raffreddamento à ̈ ricavato in ciascun telaio esterno (20, 21, 22) per raffreddare rispettive camere di contenimento (20a, 21a, 22a) di detti gruppi di movimentazione (2, 8) e di detti mezzi di accoppiamento (15); ciascuna camera (20a, 21a, 22a) essendo definita da un rispettivo telaio (20, 21, 22).
13. 13. Attuatore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detto albero di traslazione (4) e detto albero di rotazione (10) comprendono rispettivi canali di passaggio di aria (24, 25), in comunicazione di fluido tra loro mediante detti mezzi di accoppiamento (15).