PL199586B1 - Silnik elektryczny - Google Patents

Abstract

Silnik elektryczny, posiadaj acy stojan, wirnik z wa lem i wyst ep oporowy o zewn etrznej sred- nicy A, oraz impregnowane olejem spiekane lo zy- sko przytwierdzone do stojana i podpieraj ace wirnik, przy czym to lo zysko ma cylindryczn a powierzchni e zewn etrzn a, centralny otwór wyzna- czaj acy wewn etrzn a powierzchni e o srednicy B, oraz powierzchni e ko ncow a, maj ac a powierzch- ni e oporow a wspó lpracuj ac a z powierzchni a wy- st epu oporowego dla utworzenia po sredniej po- wierzchni oporowej pomi edzy wirnikiem a stoja- nem, wed lug wynalazku charakteryzuje si e tym, ze powierzchnia oporowa powierzchni ko nco- wej (12) jest nachylona osiowo i ma wewn etrzn a kraw ed z o srednicy (C), zewn etrzn a kraw ed z o srednicy (D) i osiowy odst ep (H) pomi edzy we- wn etrzn a i zewn etrzn a kraw edzi a, ze spe lnionym warunkiem C < A < D i B = C = B 1,5 B. PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest silnik elektryczny, a w szczególności miniaturowy silnik elektryczny.

Miniaturowe silniki elektryczne mają zwykle zastosowane impregnowane olejem, spiekane tuleje łożysk, ponieważ są one bardzo ekonomiczne. Główną funkcją łożysk jest podparcie wałka wirnika. Mogą one również funkcjonować jako łożysko oporowe poprzez stawianie oporu występowi oporowemu na wirniku. Ten występ oporowy jest często utworzony przez włóknistą podkładkę lub podobny materiał o małym tarciu, podparty osiowo poprzez uskok w postaci dystansownika lub kołnierza, przytwierdzonego do wałka lub w postaci zmiany średnicy wałka, tym samym ograniczając ruch osiowy wirnika. W niektórych zastosowaniach podkładka nie jest stosowana, a dystansownik bezpośrednio kontaktuje się z powierzchnią końcową łożyska. Łożysko i występ oporowy są zaprojektowane tak, aby miały ze sobą kontakt powierzchniowy.

Jednakże w przypadku gdy łożysko i występ oporowy nie są ustawione w jednej linii tak, że powierzchnie ich nie są równoległe, stwierdzono, że krawędź występu oporowego kontaktuje się z powierzchnią łożyska i żłobi w niej otwór lub rowek. Powoduje to występowanie znacznego tarcia pomiędzy tymi dwiema częściami, zmniejszającego użyteczne wyjście mocy silnika. Ponieważ silniki takie są bardzo małe, zatem strata mocy może być znacząca i szkodzi dalszemu działaniu silnika. To przekoszenie ustawienia może wynosić tylko 1 lub 2 stopnie dla spowodowania takich problemów. Przekoszenie to może być wynikiem niewłaściwego osadzenia łożyska lub występu oporowego lub wynikiem tolerancji montażowych i produkcyjnych. Przyczyny te mogą prowadzić do przekoszeń wynoszących 5 stopni lub więcej, jeżeli nie są dokładnie kontrolowane.

Z japoń skiego opisu patentowego JP 9-264326 jest znane ł o ż ysko z powierzchnią oporową , która posiada pojedynczy trójkątny grzbiet tworzący początkową linię kontaktu z występem oporowym na wałku. Ten początkowy kontakt liniowy jest zaprojektowany do szybszego zużycia dla utworzenia pierścieniowej powierzchni kontaktowej. Ma to polepszyć osadzenie w powierzchni oporowej jednakże nie kompensuje przekoszenia pomiędzy łożyskiem i wałkiem i/lub występem oporowym.

Tak więc istnieje potrzeba opracowania powierzchni pośredniej łożyska oporowego, która dostosowywuje się do normalnego przekoszenia zespołów.

Silnik elektryczny, posiadający stojan, wirnik z wałem i występ oporowy o zewnętrznej średnicy A, oraz impregnowane olejem spiekane łożysko przytwierdzone do stojana i podpierające wirnik, przy czym to łożysko ma cylindryczną powierzchnię zewnętrzną, centralny otwór wyznaczający wewnętrzną powierzchnię o średnicy B, oraz powierzchnię końcową, mającą powierzchnię oporową współpracującą z powierzchnią występu oporowego dla utworzenia pośredniej powierzchni oporowej pomiędzy wirnikiem a stojanem, według wynalazku charakteryzuje się tym, że powierzchnia oporowa powierzchni końcowej jest nachylona osiowo i ma wewnętrzną krawędź o średnicy, zewnętrzną krawędź o średnicy i osiowy odstęp pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną krawędzią, ze spełnionym warunkiem C <A< D i B < C < 1,5B.

W silniku według wynalazku korzystnie jest spełniony warunek, że 1,1B < C < 1,3B.

Powierzchnia końcowa zawiera zewnętrzną pierścieniową płaską część rozciągającą się od powierzchni oporowej do zewnętrznego promieniowego obrzeża powierzchni końcowej łożyska.

Powierzchnia końcowa łożyska zawiera wewnętrzną pierścieniową płaską część, rozciągającą się od wewnętrznej krawędzi powierzchni oporowej w kierunku centralnego otworu.

Osiowe zakończenie otworu poprzez łożysko jest zukosowane, tworząc wlot a powierzchnia oporowa rozciąga się od tego wlotu.

Osiowy odstęp wynosi od 0,1 mm do 0,5 mm.

Powierzchnia występu oporowego wirnika stanowi osiową powierzchnię końcową dystansownika osadzonego na wałku.

Występ oporowy stanowi podkładkę o małym tarciu, osadzoną na wałku i osiowo podpartą przez uskok wirnika.

Powierzchnia oporowa ma kształt stożka, ściętego równolegle do podstawy.

Powierzchnia końcowa ma zarys gładki.

Powierzchnia oporowa jest nachylona do osi pod kątem X spełniającym zależność 85°< X < 89,5°.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia widok z boku łożyska silnika według zalecanego rozwiązania wynalazku, fig. 2 - widok z góry łożyska z fig. 1, fig. 3 - szczegółowy widok schematyczny wyjaśniający działanie łożyska, a fig. 4 - częściowy widok przekrojowy miniaturowego silnika elektrycznego, zawierającego łożysko z fig. 1.

PL 199 586 B1

Łożysko 10 według rozwiązania zalecanego jest pokazane na fig. 1 i 2. Łożysko 10 stanowi impregnowaną olejem, spieczoną tuleję z brązu zastosowaną w miniaturowym silniku elektrycznym. Jakkolwiek wymiar nie jest krytyczny, ponieważ wymiar łożyska zmienia się w zależności od zastosowania i wielkości silnika, w którym ma ono być użyte, to jednak pomocne jest określenie, że typowe łożysko może mieć zewnętrzną średnicę E wynoszącą 5,5 mm i wewnętrzną średnicę B wynoszącą 2,0 mm oraz szerokość lub grubość T wynoszącą 1,7 mm.

Łożysko 10 ma cylindryczną promieniowo zewnętrzną powierzchnię 11, dwie osiowe powierzchnie końcowe 12 i centralny otwór 13, biegnący współosiowo z osią łożyska, przy czym otwór 13 jest wyznaczony przez promieniowo wewnętrzną powierzchnię, znaną jako powierzchnia nośna 14. Powierzchnie końcowe 12 są identyczne dla umożliwienia stosowania łożyska w dowolnym kierunku. Jak pokazano w powiększeniu na fig. 3, każda powierzchnia końcowa 12 ma dwie współśrodkowe, ale rozstawione osiowo pierścieniowe płaskie części 15, 17 połączone powierzchnią pośrednią określaną jako powierzchnia oporowa 16, która jest pochylona osiowo. Powierzchnia oporowa 16 jest nachylona do poprzecznej płaszczyzny o kąt 2,5°, to jest nachylona do osi pod kątem 87,5°. Osiowy odstęp H pomiędzy zewnętrzną częścią i wewnętrzną częścią wynosi 0,1 mm, przez co łożysko 10 jest grubsze pomiędzy wewnętrznymi częściami 15 niż pomiędzy zewnętrznymi pierścieniowymi płaskimi częściami 17 powierzchni końcowych 12. Promieniowy zasięg wewnętrznej części 15 wynosi 0,25 mm, dając średnicę 2,5 mm dla średnicy otworu 2,0 mm.

Na fig. 3 pokazano schematycznie powierzchnię pośrednią pomiędzy powierzchnią oporową lub powierzchnią końcową łożyska a występem oporowym wirnika. W tym przypadku, przekoszenie zostało powiększone dla jaśniejszego wytłumaczenia pomysłu według wynalazku. Ze względu na niedoskonały montaż, łożysko 10 i powierzchnia 19 występu oporowego wirnika są przekoszone, zwykle w wyniku przekoszenia ł o ż yska lub przekoszenia wał ka o kilka stopni. Wystę p oporowy 18 wyznacza płaską powierzchnię występu 19 w stosunku do łożyska 10, jednakże w wyniku przekoszenia, powierzchnia 19 występu oporowego stwarza kontakt punktowy z krawędzią prowadzącą lub promieniowo krawędzią powierzchni oporowej 16 powierzchni końcowej 12. Tym samym tarcie pomiędzy łożyskiem a występem oporowym 18 jest utrzymywane na poziomie minimalnym poprzez zredukowany kontakt powierzchniowy. Jeżeli łożysko jest przekoszone w stosunku do wału, wówczas występ oporowy 18 będzie ocierał o powierzchnię oporową jedynie w jednym miejscu, ustalając stacjonarny film olejowy. Jeżeli występ oporowy 18 jest przekoszony na wałku, wówczas powierzchnia 19 występu oporowego 18 będzie ocierała o łożysko w pierścieniu podczas obrotów wirnika, zmniejszając zużycie w dowolnym miejscu na łożysku.

Dla uniknięcia żłobienia przez występ oporowy 18 rowka w płaskich częściach powierzchni końcowej 12 łożyska, występ oporowy 18 musi mieć zewnętrzną średnicę A, która jest dużo większa niż średnica C wewnętrznej krawędzi powierzchni oporowej 16 i mniejszą niż średnica D zewnętrznej krawędzi powierzchni oporowej 16, to jest C < A < D.

Aczkolwiek pożądane jest, aby kąt powierzchni oporowej 16 był większy niż kąt przekoszenia pomiędzy łożyskiem 10 a powierzchnią 19 występu oporowego 18 tak, aby kontaktować się przy promieniowo wewnętrznej krawędzi powierzchni oporowej 16, to można uzyskać jeszcze zadowalające rezultaty, gdy przekoszenia jest większe, powodując kontakt zewnętrznej krawędzi występu oporowego 18 z powierzchnią oporową 16. Spowoduje to duże tarcie stykowe, jednakże będzie ono mniejsze niż to, które występowałoby, jeżeli powierzchnia końcowa łożyska byłaby płaska. Tak więc, kąt X, a mianowicie ką t nachylenia powierzchni oporowej 16 wzglę dem promieniowej pł aszczyzny ł o ż yska, jest w warunkach idealnych trochę większy niż przeciętne spodziewane lub maksymalne spodziewane przekoszenie pomiędzy łożyskiem 10 a powierzchnią 19 występu oporowego 18 wirnika. Zmienia się on w zależności od wydajności zespołu, tolerancji wytwarzania i wielkości silnika, itd. Dla typowego małego silnika, może on być nawet rzędu 10°, ale częstokroć jest mniejszy, przykładowo około 2° do 3°. Z tego względu, kąt X prawdopodobnie powinien być pomiędzy 1° i 10°, to jest 1° < X < 10°, jednakże korzystnie około 2,5°.

Jakkolwiek zalecane rozwiązanie posiada dwie płaskie części połączone przez pośrednią powierzchnię oporową, to jednak dobre rezultaty można stale otrzymać przez wyeliminowanie albo jednej albo obydwu płaskich powierzchni. Potrzeba stosowania każdej płaskiej powierzchni będzie zależała od zastosowania, wielkości łożyska i stosowanego sposobu montażu. Tak samo, zastosowanie łożyska o identycznych lub odmiennych powierzchniach końcowych będzie uzależnione od preferencji projektanta. Tak więc wewnętrzna krawędź pośredniej powierzchni oporowej 16 może mieć średnicę C,

PL 199 586 B1 która jest równa lub większa niż średnica B otworu powierzchni oporowej (to jest wewnętrznej powierzchni płaskiej zerowej) ale mniejsza lub równa około 1,5 krotności średnicy B.

W ogólnoś ci, im mniejsza ś rednica C, tym lepsze i bardzo korzystne rezultaty otrzymuje się przy średnicy C w zakresie 1,1 do 1,3B. W praktyce, w wyniku pożądanego warunku niewielkiego prowadzenia w zukosowaniu, C nie będzie równe B, aczkolwiek jest to teoretycznie sytuacja idealna.

Ponieważ zewnętrzna średnica E łożyska zależy od zastosowania, zatem promieniowy zasięg zewnętrznej części płaskiej może ulegać zmianie. Zwykle pożądany jest niewielki obszar płaski do dociskania łożyska do ustalacza łożyska silnika, jednakże nie ma to znaczenia podstawowego.

Występ oporowy 18 wirnika może stanowić osiową powierzchnię końcową dystansownika lub kołnierza przymocowanego do wałka dla ograniczania osiowego ruchu wałka. Alternatywnie, może stanowić on podkładkę oporową osadzoną na wałku i osiowo podpartą poprzez uskok utworzony przez dystansownik lub kołnierz osadzony na wałku lub poprzez zmianę średnicy wałka wirnika. Podkładka oporowa dopomaga w zmniejszeniu tarcia i zużycia pomiędzy łożyskiem a uskokiem.

Tak więc według wynalazku opracowano silnik 20 jak pokazano na fig. 4 z łożyskiem typu impregnowanej olejem spiekanej tulei, która ma zredukowane tarcie na pośredniej powierzchni oporowej z wirnikiem, gdy ta poś rednia powierzchnia oporowa jest przekoszona.

Aczkolwiek powyżej opisano przykładowo jedno zalecane rozwiązanie wynalazku w praktyce to należy uwzględnić, że dla fachowców z tej dziedziny, oczywiste są rozmaite modyfikacje niewykraczające poza zakres wynalazku zdefiniowane w poniższych zastrzeżeniach. Przykładowo, powierzchnia oporowa została pokazana jako częściowo stożkowa jednakże może ona być również zakrzywiona, zaokrąglona lub gładko łącząca wewnętrzne i zewnętrzne krawędzie powierzchni oporowej z pozostałą częścią powierzchni osiowej łożyska, a ponadto wewnętrzne i/lub zewnętrzne krawędzie powierzchni oporowej nie muszą być jednoznacznie zdefiniowane.

Claims (11)

1. Silnik elektryczny, posiadający stojan, wirnik z wałem i wystę p oporowy o zewnętrznej średnicy A, oraz impregnowane olejem spiekane łożysko przytwierdzone do stojana i podpierające wirnik, przy czym to łożysko ma cylindryczną powierzchnię zewnętrzną, centralny otwór wyznaczający wewnętrzną powierzchnię o średnicy B, oraz powierzchnię końcową, mającą powierzchnię oporową współpracującą z powierzchnią występu oporowego dla utworzenia pośredniej powierzchni oporowej pomiędzy wirnikiem a stojanem, znamienny tym, że powierzchnia oporowa (16) powierzchni końcowej (12) jest nachylona osiowo i ma wewnętrzną krawędź o średnicy (C), zewnętrzną krawędź o średnicy (D) i osiowy odstęp (H) pomiędzy wewnętrzną i zewnętrzną krawędzią, ze spełnionym warunkiem C < A < D i B < C < 1,5B.

2. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że 1,1B < C < 1,3B.

3. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia końcowa (12) zawiera zewnętrzną pierścieniową płaską część (17) rozciągającą się od powierzchni oporowej (16) do zewnętrznego promieniowego obrzeża (11) powierzchni końcowej (12) łożyska (10).

4. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia końcowa (12) łożyska (10) zawiera wewnętrzną pierścieniową płaską część (15), rozciągającą się od wewnętrznej krawędzi powierzchni oporowej (16) w kierunku centralnego otworu (13).

5. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że osiowe zakończenie otworu (13) poprzez łożysko (10) jest zukosowane, tworząc wlot a powierzchnia oporowa (16) rozciąga się od tego wlotu.

6. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że osiowy odstęp (H) wynosi od 0,1 mm do 0,5 mm.

7. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia (19) występu oporowego (18) wirnika stanowi osiową powierzchnię końcową dystansownika osadzonego na wałku.

8. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że występ oporowy (18) stanowi podkładkę o małym tarciu, osadzoną na wałku i osiowo podpartą przez uskok wirnika.

9. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia oporowa (16) ma kształt stożka, ściętego równolegle do podstawy.

10. Silnik według zastrz. 1, znamienny tym, że powierzchnia końcowa (12) ma zarys gładki.

11. Silnik według zastrz. 1 albo 3, albo 4, albo 5, albo 9, znamienny tym, że powierzchnia oporowa (16) jest nachylona do osi pod kątem X spełniającym zależność 85°< X < 89,5°.