ITRM20120425A1 - Attuatore lineare elettromagnetico e relativo giunto prismatico rotoidale per azionamenti diretti - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

dell'Invenzione Industriale avente per TITOLO:

"ATTUATORE LINEARE ELETTROMAGNETICO E RELATIVO GIUNTO PRISMATICO-ROTOIDALE PER AZIONAMENTI DIRETTI"

La presente invenzione riguarda un azionamento diretto basato su attuatore lineare elettromagnetico con giunto prismaticorotoidale, privo di organi di riduzione. Detto azionamento può essere utilizzato, preferibilmente, per azionamento diretto di superfici di controllo navali (timoni, pinne stabilizzatrici anti-rollio).

In particolare, viene proposto secondo la presente invenzione un attuatore elettromagnetico a magneti permanenti con statore modulare alimentato da uno o più inverter, e meccanicamente accoppiato al carico rotativo da movimentare tramite un giunto prismatico-rotoidale e leva di spinta. Il giunto prismatico-rotoidale secondo l'invenzione consente di evitare l'uso di ingranaggi di riduzione a ruote dentate (ad esempio, riduttori epicicloidali). In campo navale, sono classicamente utilizzati attuatori idraulici per la movimentazione di timoni, pinne stabilizzatrici, argani di tonneggio e salpa-ancora, etc. Tali attuatori sono alimentati da trasmissioni idrostatiche tramite olio in pressione. Un netto miglioramento in prestazioni, efficienza, controllo, e manutenzione è atteso da un radicale rinnovamento della tecnica azionament istica usando attuatori elettrici alimentati da inverter. Le principali difficoltà tecniche consistono però nelle sviluppo di forze/coppie estremamente elevate, e nel requisito di alta affidabilità e robustezza (si veda C. Bruzzese, "A high absolute thrust permanent magnet linear actuator for direct drive of shìp's steering gears: concept and FEM analysis," International Conf. on Electrical Machines, Marsiglia, Francia, 2012) . Motori lineari a magneti vengono sempre più usati per movimentazione carichi nell'automazione industriale. La conversione diretta di energia elettrica in moto lineare è molto attraente per via della grande semplificazione delle parti meccaniche e assenza di frizione e perdite dovute ai riduttori meccanici. L'attuatore secondo l'invenzione è un attuatore sincrono lineare a magneti permanenti (ASLMP). Caratteristiche peculiari dell'attuatore secondo l'invenzione sono la forza di spinta estremamente elevata (molte decine di tonnellate) con bassa velocità di attuazione (pochi cm/s) e frequenza di alimentazione elettrica ridotta (frazioni di Hz). L'assenza di riduttori aumenta l'affidabilità e la robustezza. La geometria lunga e sottile dell 'attuatore ne facilita l'installazione a bordo nave. La taglia del motore può essere ridimensionata in base alle esigenza di forza e potenza del carico da movimentare. Lo statore è composto di moduli intercambiabili in caso di guasto. L'avvolgimento è suddiviso in sezioni alimentate da più inverter indipendenti. I magneti sono fissati ad una parte mobile (asse di spinta) realizzata in acciaio massiccio per trasmettere la spinta, essendo le perdite elettriche per isteresi e correnti parassite basse a priori per via della ridotta frequenza elettrica. La struttura meccanica è mantenuta semplice e robusta. L'efficienza dell'azionamento comprensivo di inverter è superiore a quella delle analoghe trasmissioni idrostatiche in un ampio range di funzionamento (si veda T. Mazzuca, C. ruzzese ‘Project ISO: Innovative Solutions for Italian Navy's onboard full-electric actuators" , International Conference on Electrical Systems for Aircraft, Railway, and Ship Propulsion, ESARS2012, 16-18 Ottobre, Bologna, Italy). La presente invenzione verrà descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo nel seguito in maggiore dettaglio, con riferimento a sue forme di realizzazione preferite illustrate nelle figure dei disegni allegati. La Fig.l mostra lo schema complessivo dell'azionamento diretto secondo l'invenzione, comprendente: coperchio protettivo (1), braccio (2), albero azionato (3), testa dell 'attuatore (4), giunto prismaticorotoidale (5), freno (6), cuscinetti scorrevoli (7), asse di spinta con magneti (8). La Fig. 1 è riferita ad una implementazione preferita dell'azionamento diretto secondo l'invenzione .

La Fig. 2 mostra la sezione dell'attuatore lineare, composto di: asse di spinta in acciaio massiccio (1), coperchio portapacco (2), pacco dei lamierini statorici (3), testate dell'avvolgimento (4), magneti permanenti (5), traferro (6), piedi di supporto (7), cuscinetti cilindrici (8), assi laterali di supporto del motore (9). L'asse di spinta (1) è mantenuto in posizione da quattro schiere di cuscinetti cilindrici, adeguatamente inclinati per sopportare sia spinte verticali che orizzontali. I cilindri (8) corrono in guide scavate direttamente nell'asse di spinta, inoltre delle guide sono ricavate in supporti rimovibili. Lo statore (3) si compone di parecchi moduli, ciascuno recante un avvolgimento trifase indipendente, ovvero una singola coppia polare trifase. I moduli sono fissati ai rispettivi coperchi (2), che sono bloccati con viti agli assi laterali (9). Gli assi (9) scaricano la spinta a terra tramite i supporti (7). I moduli statorici sono facilmente rimovibili e tutti uguali, il che riduce il numero di pezzi di ricambio necessari. In Fig. 1, la testa del mover (4) trattiene un elemento scorrevole (5) imperniato sul braccio, così realizzando un giunto a coppia prismatico-rotoidale . Questa soluzione è migliore di classiche soluzioni prive di elemento prismatico, dato che la retta di spinta può essere mantenuta parallela all'asse dell'attuatore lineare. Dei giunti a lunga durata possono essere usati, proteggendo le superfìci scorrevoli con del PTFE, o in alternativa dei giunti con metalli a contatto diretto e periodico ingrassaggio. Un sistema frenante (6) può essere previsto per ragioni di sicurezza o di servizio.

La presente invenzione è stata descritta a titolo illustrativo, ma non limitativo, con particolare riferimento a sue forme preferite di realizzazione, ma è da intendersi che variazioni e/o modifiche potranno essere apportare dagli esperti nel ramo senza per questo uscire dal relativo ambito di protezione.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Azionamento diretto composto di attuatore lineare elettromagnetico con giunto prismatico-rotoidale, detto attuatore essendo composto di un asse di spinta recante magneti permanenti, cuscinetti di supporto, assi laterali di spinta, moduli statorici laminati, e avvolgimenti trifasi statorici indipendenti.
2. 2. Azionamento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti moduli sono alimentati da inverter.
3. 3. Azionamento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che il giunto prismatico-rotoidale è accoppiato direttamente ad un albero rotativo realizzante il carico da movimentare, tramite braccio di spinta.
4. 4. Azionamento secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che i cuscinetti di supporto sono cuscinetti lineari cilindrici.