JP2019508342A - 電動プーリー及びベルト駆動システム - Google Patents

Abstract

固定軸に取り付けられてコンベヤベルトを駆動する電動プーリーが開示されている。電動プーリーは、モータのロータに接続されたハウジング内にある軸方向磁束モータで構成されている。駆動リングを有する駆動部が、ハウジングの周囲に取り付けられた駆動面を有して、ロータ及びハウジングとともに回転してコンベヤベルトを駆動する。モータのステータは、軸に、ロータから軸方向にずれて固定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、一般に動力駆動コンベヤに関し、より詳細には、電動プーリー及びコンベヤベルト駆動システムに関する。

幅の広いベルトコンベヤは、コンベヤベルトを駆動する駆動プーリー又はスプロケットが取り付けられた長い駆動軸を使用する。駆動軸は、従来から、軸の一端で歯車モータによって回転される。図１４Ａに示すように、ベルトに軽い荷重がかかるとき、軸２０は、本来の状態にあり、ねじれていない。しかしながら、図１４Ｂに示すように、ベルトに重い荷重がかかることにより、軸２０にねじり荷重２２が生じ、ねじり荷重２２は、軸の駆動端２７で駆動トルク２４に反対の角度方向に作用する。ねじり荷重により、駆動軸２０は、その軸線の周りにねじれ、軸の駆動端２７と反対端部２６との間に、軸２０の最大角度ゆがみδが生じる。軸２０の角度ゆがみにより、スプロケット歯の位相が、軸の長さに沿って、駆動端２７に最も近いスプロケットの位相から変化する。軸がねじれると、スプロケット歯とコンベヤベルトとの係合が不適切になることがある。

本発明の特徴を具体化する電動プーリーの１つの型は、軸方向磁束モータを備え、軸方向磁束モータは、回転軸線の周りに回転可能なロータと、ロータから軸方向にずれたステータであって、ステータとロータの側面との間の隙間をこえてずれているステータとを有する。ロータに、ベルトに係合するための駆動部が連結されて、ロータとともに回転軸線の周りに回転する。

別の態様において、本発明の特徴を具現化する駆動システムは、長さに沿って軸線を定める固定軸と、電動プーリーとを備える。プーリーは、固定軸に取り付けられた軸方向磁束モータを含む。モータは、軸線の周りに回転可能なロータと、固定軸に固定されたステータとを有し、ステータは、ステータとロータの側面との間の隙間をこえてロータから軸方向にずれている。ロータと同軸でありローラに連結された駆動部が、ロータとともに軸線の周りに回転して、係合されたベルトを駆動する。

電動スプロケットを含む本発明の特徴を具体化する駆動システムの等角図である。 図１の駆動システムの一部を部分的に分解した等角図である。 図１の駆動システムにおける軸方向磁束モータのステータの等角図である。 図１の駆動システムにおける軸方向磁束モータの永久磁石式ロータの等角図である。 永久磁石式ロータを示し、磁石は、図１の駆動システムにおける軸方向磁束モータに使用するためにハルバッハアレイで配置されている等角図である。 図１の駆動システムの軸方向磁束誘導モータに使用する導電性ロータの等角図である。 図１の駆動システムにおける軸方向磁束スイッチドリラクタンスモータに使用する、スイッチドリラクタンスロータの等角図である。 ベルト張力上に加わる弦作用効果と、永久磁石式軸方向磁束モータのコギング効果とを示すグラフである。 ロータに対する駆動歯の位相整合を示す図４のロータの等角図である。 駆動軸の幅を横切って軸方向に離間した複数の電動スプロケットを有する、コンベヤベルト駆動システムの等角図である。 ベルトコンベヤの駆動端を示し、駆動端は、各々が図１の別個の電動スプロケットによって駆動される２つのコンベヤベルトを備えている等角図である。 半径ベルトコンベヤの駆動端を示し、２つのコンベヤベルトは、別個の電動スプロケットによって異なる速度で駆動される等角図である。 固定した駆動軸を示し、重い荷重を受けた状態で、軸はその中央部において電動スプロケットによって駆動される等角図である。 従来の駆動システム用の長い回転可能な駆動軸の等角図である。 図１４Ａの駆動軸を示し、重い荷重を受けた状態で、軸はその一端部で駆動され、長さに沿ってねじれている等角図である。

図１は、本発明の特徴を具体化したコンベヤベルト駆動システムを示す。駆動システム３０は固定した、すなわち非回転の軸３２を含み、軸３２は、長さが軸線３４に沿って第１の端部３６から向かい側の第２の端部３７まで延びている。軸３２の中央部近くに、電動スプロケット３８が取り付けられている。電動スプロケット３８の側面に、軸３２に取り付けられたアイドラスプロケット４０又はプーリーが軸方向に離間して置かれ、軸の軸線３４の周りに回転する。電動スプロケット３８及びアイドラスプロケット４０は、一緒になって、コンベヤベルトに係合してそれを支持する。従来の端部駆動スプロケットとは異なり、ギアボックスは不要である。

図２に示すように、電動スプロケット３８は軸方向磁束モータによって駆動され、駆動リング４２の形態の駆動部を備え、駆動リング４２は、軸方向磁束モータは、この例ではステータ４６が向かい合う側面に置かれた永久磁石式ロータ４４を有する。ロータ４４及びステータ４６は、管状のハウジング４８内に包み込まれている。ハウジング４８を端部蓋４９が密封している。ステータ４６は、固定軸３２に固定され回転しない。このコンパクトな構成では、電動スプロケットの端部蓋から端部蓋までの軸方向の長さは、駆動部で測定した直径よりも小さい。ステータ４６は、軸３２の通路を通ってステータに延びる電気配線５２を介してモータ制御装置５０（図１）によって励磁される。円形、多角形、Ｉ形ビーム、Ｌ形ビーム、又はＶ形ビームのような他の形状を有する軸が代替的に使用できる。配線５２は、代わりに軸の外側に沿って延びることができる。例えば、Ｌ形ビーム、Ｉ形ビーム、及び形Ｖビームの軸の場合、配線はビームの内部コーナに沿って進む。ステータ４６は、ロータ４４の各側面から小さな空隙で軸方向に離間し、ステータ極５４の円形アレイから軸方向に差し向けた磁束波を発生する。磁束波は、軸３２の軸線３４を周回し、永久磁石式ロータ４４を、ロータの回転軸線である軸の軸線の周りに回転させる。駆動リング４２は管状ハウジング４８の周囲５６に取り付けられ、次に、管状ハウジング４８は、ロータ４４に固定されたロータとともに軸の軸線３４の周りに回転する。しかしながら、駆動部は、ロータの一部とすることができ、又はロータの周縁に直接取り付けることができる。ステータ４６の外径は、管状ハウジング４８の内径よりも小さい。このようにして、ハウジング４８は、固定ステータ４６の周りに、これに接触することなく回転することができる。

ステータ４６及びロータ４４は、図３及び図４にさらに詳細に示されている。ステータ４６は、巻付けコイル６０のアレイを備える。各コイル６０は、くさび形のプラスチック製ボビン５８に巻かれた銅線から構成され、ボビン５８は、積層体の積み重ねで構成され外側に向いたくさび形の極面６２を形成する、ステータ極５４を取り囲む。積層体の積み重ねは、鉄裏当て６３からボビン５８を通って延びて、磁気回路を完成させる。円筒状ハウジング４８の内側に取り付けられたロータ４４は、交互に配置された永久磁石極Ｎ、Ｓの円形アレイを有する。極面６４は、各側面から軸方向外側に向いて、近接して離間したステータ４６によって生成される磁束波につながる。ロータ４４は中心穴６５を有する。穴６５内にころ軸受６７が収容されている。軸受の外輪６９は、ロータ４４に固定されている。軸に軸受の内輪７１が取り付けられている。図２のような四角形の軸の場合、内輪は、円形−四角形アダプタ（図示しない）によって軸３２に取り付けられている。他の形状の軸には他のアダプタが使用される。駆動リング４２は、ハウジング４８の外側面６６に取り付けられている。駆動リングは、コンベヤベルトに接触する外側駆動面６８を有する。この例では、駆動リング４２は、駆動歯７０が外側駆動面６８に沿って円周方向に離間したスプロケットリングである。しかしながら、駆動リングは歯がなくても良く、その外側駆動面は、Ｖ字形にして、Ｖベルトを駆動するためのプーリーシーブを形成することができる。さもなければ、駆動リングは、歯をなくして、平らなベルトを駆動するために、ほぼ滑らかな円筒形の外側駆動面を備えることができる。その結果、明細書及び特許請求の範囲で用いる「電動プーリー」という用語は、電動スプロケット、電動シーブ、及び電動円筒ローラを含むことを意味する。

図４の永久磁石式ロータ４４は、図５のロータ７４のハルバッハ（Halbach）アレイ７２に配置された永久磁石によって置換されている。交互に現れる磁石の極Ｓ、Ｎは、極がＮ極及びＳ極に直交する磁石７６、７７と交互になっている。その結果、ロータ７４の対向側面７８の軸方向外側の磁場が強くなり、表面側面の軸方向外側に延びる磁場が対応して弱くなる。図５の外側に対面する側面７８から接近して離間した単一のステータがハルバッハアレイロータ７４とともに使用されて、より細長い永久磁石式軸方向磁束モータを形成する。

図６において、ロータ８０は、導電性材料から作った円板である。１つ又は複数のステータによって生成される回転磁束波は、導電ロータ８０に電流を誘導する。誘導電流は磁場を生成し、磁場は、磁束波と相互作用してロータ８０を回転させる。１つ又は複数のステータと導電性ロータとは、軸方向磁束誘導モータを形成する。

図７にスイッチドリラクタンスロータ７３が示されている。この例に示すロータ７３は、積層鋼などの軟磁性材料で作った１０個の極７５を有する。極７５は、ロータ７３の周りに配列され、１つ又は複数のステータに向かって極面７９が軸方向外側に対面している。軸方向磁束ステータが励磁されると、ロータの磁気リラクタンスは力を生成し、力は、ロータ極７５を付勢して、最も近い励磁されたステータ極と整列させる。制御装置は、切換え波形でステータ極を順次励磁して進行する磁束波を生成し、ロータ７３の回転を保つ。

モジュールコンベヤベルトは、剛性のモジュールで作られているため、スプロケットと係合したとき、ヒンジ結合部でのみ曲がることができる。その結果、ベルトの搬送面が上昇及び下降し、ベルトの速度及び張力が規則的に変動する。図８に示すように、一定速度で回転するスプロケットによって駆動されるモジュールベルトの非平衡張力８２は、弦作用の結果として規則的な変化を示す。弦作用によるベルトの張力及び速度の変動を平衡させるために、図９の電動プーリー又はスプロケット３８内に永久磁石式軸方向磁束モータが使用できる。永久磁石式モータは、比較的低速で動作させるとコギングが生じる）。コギングは、ロータ４４内の永久磁石が、ステータ極に対して磁気回路の磁気抵抗を最小にする位置を求める傾向である。その結果、スプロケットのトルク及び回転速度が変化する。トルクの変化は、スプロケットがベルトに与え得る張力を変化させるために使用することができる。コギング張力８４は、駆動リング４８上の駆動歯７０の位相θを磁石極Ｓ、Ｎに対して配列することによって、弦作用８２を平衡させるように調整することができる。そのため、ステータ極と同じ数のスプロケット歯７０を有することによって、及び極に対して歯を適切に位相調整することによって、通常は望ましくないコギングの影響を通常は望ましくない弦作用の影響を平衡させるために使用することができ、これによりベルト速度の変化が小さい平衡したベルト張力特性８６が生成される。特に、歯、ロータ極、及びステータ極の数が同じであり、又は整数倍に関連しているとき、弦作用を平衡させるために、コギングを使用することができる。例えば、電動スプロケットは、１２個のスプロケット歯と、１２個のステータ極と、１２個、６個、４個、３個又は２個のロータ極とを有することができる。

図１０は、電動プーリー３８が固定軸３２の長さに沿って軸方向に離間した位置に取り付けられた駆動システムを示す。このシステムは、幅の広いベルト又は重い荷物を駆動するのに便利である。

軸３２は固定しているので、図１１に示すように、複数のベルトを異なる速度で又は反対方向に並列に駆動するために、複数の電動プーリー３８を使用することができる。この例に示された固定軸３２は２つの電動プーリー３８を有し、各電動プーリー３８は、個々のコンベヤベルト８８、８９をベルトコンベヤ９０の進行方向に駆動する。ベルトはまた、それらの下面が、軸３２の軸線の周りに自由に回転可能な複数対のアイドラスプロケット４０によって支持されて示されている。電動プーリー３８は、関連する制御ラインを介して制御されて、異なる速度で又は反対方向にさえ動作することができる。隣接するベルト８８、８９が接近して離間しているので、駆動システムは、単一化する用途及び場合に応じて調整可能な用途に有用であることができる。

図１２に、複数の電動プーリー式駆動システムが半径用途で示されている。２つの並置された半径コンベヤベルト９２、９３が方向転換部（turn）に示されている。各ベルトは、同一直線上にある２つの軸又は同じ固定軸３２に支持され、切り離して駆動され(driven off)、軸の端部は、コンベヤフレーム９４の両側で支持されている。この例では、各ベルト９２、９３は、軸３２に取り付けられた一対の電動プーリー３８によって駆動される。外側ベルト９３は、内側ベルト９２よりも長い経路を進むので、電動プーリーによって内側ベルトよりも大きな速度で駆動される。このようにして、製品９５、９５’は、内側ベルト９２又は外側ベルト９３上の何れにあっても、移動時間は同じである。

図１３のように、電動プーリーが固定軸３２の中央部９６に取り付けられて、多量積載のベルトを駆動するために使用される場合、最大軸ねじれδ／２は、同じ荷重及び駆動条件のもとで、図１４Ｂの端部駆動軸２０の同じ長さの最大軸ねじれδの半分である。ねじり荷重９８が駆動トルク９９に対抗するため、軸の中央部９６に対して、軸の端部２６、２７は、ベルト進行１００の方向と反対方向にねじれる。

Claims (26)

1. 電動プーリーであって、
   回転軸線の周りに回転可能なロータと、前記ロータから軸方向にずれたステータであって、前記ステータと前記ロータの側面との間の隙間をこえてずれているステータとを有する軸方向磁束モータと、
   前記ロータに連結されて前記ロータとともに回転軸線の周りに回転する、ベルトに係合するための駆動部とを備える、ことを特徴とする電動プーリー。
2. 前記駆動部は、外側駆動面を有する駆動リングを含む、請求項１に記載の電動プーリー。
3. 前記駆動リングは、前記外側駆動面に沿って円周方向に離間した駆動歯を有する、請求項２に記載の電動プーリー。
4. 前記駆動リングの前記外側駆動面は、前記ロータの半径方向外側にある、請求項２に記載の電動プーリー。
5. 前記軸方向磁束モータは、前記ロータの反対側の第２の側面から第２の隙間をこえて軸方向に離間した第２のステータを有する、請求項１に記載の電動プーリー。
6. 前記ロータは、導電性材料で作られて前記ステータとともに軸方向磁束誘導モータを形成するディスクである、請求項１に記載の電動プーリー。
7. 前記ロータは、前記ロータの前記側面に沿って円周方向に配置されて、前記ステータとともに軸方向磁束永久磁石式モータを形成する複数の永久磁石を含む、請求項１に記載の電動プーリー。
8. 前記永久磁石は、ハルバッハアレイで配置されている、請求項７に記載の電動プーリー。
9. 前記ロータは、軸方向外側に極面を有する複数のロータ極を有して、前記ステータとともに軸方向磁束スイッチドリラクタンスモータを形成する、請求項１に記載の電動プーリー。
10. 前記軸方向磁束モータ用の管状ハウジングをさらに備える、請求項１に記載の電動プーリー。
11. 前記駆動部は、前記管状ハウジングの前記外側に駆動リングを含む、請求項１０に記載の電動プーリー。
12. 前記電動プーリーはころ軸受をさらに備え、前記ロータは、前記ころ軸受を収容する中心穴を有する、請求項１に記載の電動プーリー。
13. 前記ステータはステータ極を有し、前記ロータは永久磁石極を有し、前記駆動部は、外側駆動面を有する駆動リングと、前記外側駆動面上の駆動歯とを含み、前記ステータ極の数と前記駆動歯の数とは同じである、請求項１に記載の電動プーリー。
14. 軸方向長さ及び直径を有し、前記電動プーリーの前記軸方向長さは、その直径よりも小さい、請求項１に記載の電動プーリー。
15. ベルト駆動システムであって、
    長さに沿って軸線を定めている固定軸と、
    電導プーリーと、を備え、前記電動プーリーは、
    前記軸線の周りに回転可能なロータと、前記固定軸に固定され前記ロータから軸方向にずれているステータであって、前記ステータと前記ロータの側面との間の隙間をこえてずれているステータとを有し、前記固定軸に取り付けられた軸方向磁束モータと、
    前記ロータと同軸であり前記ロータに連結されて、前記ロータとともに前記軸線の周りに回転する、ベルトに係合するための駆動部とを含む、ことを特徴とする駆動システム。
16. 前記固定軸に、軸方向に離間した位置で取り付けられた複数の電動プーリーをさらに備える、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
17. 前記固定軸に、前記軸線の周りに回転するように回転可能に取り付けられた１つ又は複数のアイドラプーリーをさらに備える、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
18. 前記駆動部は、外側駆動面と、前記外側駆動面に沿って円周方向に離間した駆動歯とを有する駆動リングを含む、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
19. 前記軸方向磁束モータ用の管状ハウジングをさらに備え、前記管状ハウジングは外周を有する、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
20. 前記駆動部は、前記管状ハウジングの前記外周に取り付けられた駆動リングを含む、請求項１９に記載のベルト駆動システム。
21. 前記固定軸に、前記管状ハウジングの対向する第１の端部及び第２の端部で取り付けられて前記管状ハウジングを密封する、第１の端部蓋及び第２の端部蓋をさらに備える、請求項１９に記載のベルト駆動システム。
22. 前記固定軸に取り付けられたころ軸受をさらに備え、前記ロータは、前記ころ軸受を収容する中心穴を有する、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
23. 前記固定軸は、電気配線が前記ステータへ入ることを許す通路を有する、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
24. 前記固定軸上に、軸方向にずれた位置に取り付けられた第１の電動プーリー及び第２の電動プーリーと、前記第１の電動プーリーの速度及び方向を制御する第１のモータ制御装置と、前記第２の電動プーリーの速度及び方向を制御する第２のモータ制御装置とを備え、前記第１の電動プーリーは第１のベルトを駆動し、前記第２の電動プーリーは第２のベルトを駆動する、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
25. 前記第１のベルトは、方向転換部の内側の半径ベルトであり、前記第２のベルトは、前記方向転換部の外側の半径ベルトであり、前記第２のモータ制御装置は、前記第１のモータ制御装置が前記第１の電動プーリーを駆動するよりも高速で前記第２のモータ駆動プーリーを進行させる、請求項２４に記載のベルト駆動システム。
26. 前記電動プーリーは、前記固定軸の中央部に取り付けられている、請求項１５に記載のベルト駆動システム。
    

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