Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest tarcza łożyskowa silnika elektrycznego wraz z zintegrowaną skrzynką zaciskową oraz sposób jej wykonania przy produkcji jednostkowej lub w małych seriach.The subject of the invention is a bearing plate of an electric motor with an integrated terminal box and the method of its production in unit production or in small series.
Tarcza łożyskowa silnika elektrycznego w tradycyjnym wykonaniu spełnia dwie funkcje: centruje wirnik w otworze stojana i umożliwia jego obracanie się. Centryczne osadzenie wirnika w otworze stojan zapewnia osadzenie tarczy łożyskowej na zamek w kadłubie silnika. Obracanie się wirnika zapewniają łożyska umieszczone na wale silnika i osadzone w tarczach łożyskowych. Znane rozwiązania tarcz łożyskowych silników elektrycznych, oprócz zamka, zawierają jedną komorę, jest to gniazdo łożyskowe. Tarcze takie pozwalają w sposób właściwy wyosiowanie wirnika względem stojana i utrzymanie tej osiowości w czasie pracy silnika. Tarcza łożyskowa ponadto musi mieć dobrą sztywność, aby nie odkształcała się pod wpływem działających sił statycznych i dynamicznych. W silnikach elektrycznych skrzynki przyłączeniowe przewodów do uzwojenia stanowią zwykle oddzielny element silnika przykręcany do kadłuba. Jest to rozwiązanie standardowe lecz w przypadku grubych przewodów nie zawsze wygodne. W silnikach elektrycznych wzbudzanych magnesami trwałymi zachodzi konieczność instalowania enkodera, który identyfikuje kąt położenia wirnika względem osi faz uzwojenia stojana. W standardowych rozwiązaniach enkodery są osadzane na wale silnika wewnątrz lub sprzęgane z wałem silnika na zewnątrz tarczy łożyskowej. Enkodery zewnętrzne nie mają osłony zabezpieczającej przed przypadkowym ich uszkodzeniem. Znana jest także z opisu zgłoszenia patentowego US 2009/0261693 A1 tarcza łożyskowa zawierająca komorę łożyskową, w której jest umieszczone łożysko toczne (rolling bearing 17), a czujnik położenia kątowego (angular position sensor 20) i enkoder (encoder 19) są zamontowane na bieżni wewnętrznej łożyska (mounted on the inner race). Tarcza ta nie jest przystosowana do zabudowy ekoderów katalogowych zabudowywanych na wale silnika. Tarcza ta nie ma także komory skrzynki przyłączeniowej.The bearing shield of the electric motor in the traditional design fulfills two functions: it centers the rotor in the stator bore and allows it to rotate. The centric location of the rotor in the stator bore ensures that the bearing plate is mounted with a lock in the motor housing. The rotation of the rotor is ensured by bearings located on the motor shaft and embedded in bearing shields. Known solutions of electric motor bearing shields, apart from the lock, contain one chamber, it is a bearing seat. Such discs make it possible to properly align the rotor with the stator and maintain this alignment during motor operation. Moreover, the bearing shield must have good stiffness so that it does not deform under the action of static and dynamic forces. In electric motors, the wiring junction boxes to the winding are usually a separate element of the motor bolted to the hull. This is a standard solution, but not always convenient in the case of thick cables. In electric motors excited by permanent magnets, it is necessary to install an encoder that identifies the angle of the rotor position in relation to the phase axis of the stator winding. In standard solutions, the encoders are mounted on the motor shaft inside or coupled to the motor shaft outside the bearing plate. The external encoders have no cover to prevent them from being accidentally damaged. It is also known from the patent application US 2009/0261693 A1 a bearing shield containing a bearing chamber in which a rolling bearing 17 is placed, and an angular position sensor 20 and an encoder (encoder 19) are mounted on a raceway inner bearing (mounted on the inner race). This shield is not adapted to the installation of catalog ecoders installed on the motor shaft. This shield also does not have a junction box chamber.
Tarcza łożyskowa silnika elektrycznego wykonana jest jako odlew z aluminium, żeliwa lub staliwa i według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera trzy komory usytuowane w osi tarczy: komorę łożyskową wewnętrzną i przylegającą do niej komorę środkową enkodera oraz komorę skrzynki przyłączeniowej usytuowaną na stronie zewnętrznej tarczy łożyskowej.The bearing shield of the electric motor is made of cast aluminum, cast iron or cast steel and according to the invention it is characterized by three chambers situated in the axis of the shield: an inner bearing chamber and an adjacent central encoder chamber and a junction box chamber located on the outer side of the bearing shield .
Przykład rozwiązania tarczy łożyskowej jest przedstawiony na rysunkach fig. 1 i fig. 2. Rysunek fig. 1 przedstawia przekrój odlewu tarczy łożyskowej, a rysunek fig. 2 przekrój tarczy łożyskowej z pokrywką w widoku 3D. Tarcza łożyskowa 1 silnika elektrycznego wykonana jest jako odlew z aluminium, żeliwa lub staliwa i zawiera trzy komory usytuowane w osi tarczy 1: komorę łożyskową wewnętrzną 2 (patrząc od strony wewnętrznej silnika), przylegającą do niej komorę środkową enkodera 3 i komorę skrzynki przyłączeniowej 4 usytuowaną na zewnątrz tarczy 1. Na pierścieniu zewnętrznym tarczy łożyskowej 1 są otwory 1.1 pod śruby montażowe do przykręcenia tarczy łożyskowej 1 do korpusu silnika elektrycznego. Komora łożyskowa 2 jest wymiarowo dopasowana do łożyska i znajduje się w niej rowek 2.1 pod seger zabezpieczający łożysko. Komora enkodera 3 ma otwór osiowy 3.1 pod wałek enkodera, otwory montażowe 3.2 do mocowania enkodera i otwory 3.3 do mocowania pokrywki enkodera. Komora skrzynki przyłączeniowej 4 zawiera otwory 4.1 do przykręcenia dławnic. Ilość i średnice otworów 4.1 są dopasowane do dławnic. Średnica dławnic jest dobierana do przekrojów przewodów przyłączeniowych. Przewody prądowe mają większy przekrój i dławnice są o większej średnicy np. dławnica 7.1 pokazana na rysunku Fig. 2 jest typu M25x1,5, a przewody z czujników pomiarowych mają mniejszy przekrój i dławnica 7.2 do ich wyprowadzenia jest typu. M16x1,5. Tarcza łożyskowa 1 od strony zewnętrznej jest zamykana pokrywką 5. Uszczelnienie zamknięcia pokrywki 5 zabezpiecza rowek o-ring 5.1 na czole tarczy łożyskowej 1. Pokrywka 5 jest przykręcona do tarczy łożyskowej 1 śrubami 6, a ich stały docisk zabezpieczają podkładki sprężyste 6.1.An example of a bearing shield solution is shown in Figures 1 and 2. Figure 1 shows a cross section of a bearing shield casting, and Figure 2 shows a cross section of a bearing shield with a cover in a 3D view. The bearing disk 1 of the electric motor is made of aluminum, cast iron or cast steel and includes three chambers located in the axis of the disk 1: internal bearing chamber 2 (looking from the internal side of the motor), an adjacent central encoder chamber 3 and a junction box chamber 4 located outside the disk 1. On the outer ring of the bearing plate 1 there are holes 1.1 for mounting bolts for screwing the bearing plate 1 to the body of the electric motor. The bearing chamber 2 is dimensionally fitted to the bearing and there is a groove 2.1 in it for a segment securing the bearing. The encoder chamber 3 has an axial hole 3.1 for the encoder shaft, mounting holes 3.2 for mounting the encoder and holes 3.3 for mounting the encoder cover. The junction box chamber 4 has holes 4.1 for screwing glands. The number and diameter of the holes 4.1 are matched to the stuffing boxes. The diameter of the stuffing boxes is matched to the cross-sections of the connecting cables. The current cables have a larger cross-section and the glands have a larger diameter, e.g. the gland 7.1 shown in Fig. 2 is of the M25x1.5 type, and the wires from the measuring sensors have a smaller cross-section and the gland 7.2 for their output is of the type. M16x1.5. The bearing plate 1 is closed from the outside with a cover 5. The seal of the cover 5 is secured by the O-ring 5.1 on the face of the bearing plate 1. The cover 5 is screwed to the bearing plate 1 with bolts 6, and their constant pressure is secured by spring washers 6.1.
Wykonana w ten sposób tarcza łożyskowa 1 ma budowę zintegrowaną i spełnia trzy funkcje: funkcję standardowej tarczy łożyskowej, funkcję skrzynki przyłączeniowej i funkcję puszki, w której jest umieszczony enkoder. Tarcza łożyskowa 1 umożliwia centryczne zamocowanie wirnika w stojanie maszyny elektrycznej, minimalizuje przestrzeń do połączenia przewodów z uzwojeniem i ich hermetyczne wyprowadzenie na zewnątrz maszyny, daje możliwość przyłączenia różnego typu enkoderów bądź tacho - prądnic i wyprowadzenie na zewnątrz silnika sygnałów pomiarowych np. z czujników pomiarowych temperatury i czujników drgań.The bearing plate 1 produced in this way has an integrated structure and fulfills three functions: the function of a standard bearing plate, the function of a junction box and the function of a box in which the encoder is placed. The bearing plate 1 enables the central mounting of the rotor in the stator of the electric machine, minimizes the space for connecting the wires with the winding and leads them hermetically outside the machine, gives the possibility to connect various types of encoders or tacho-generators and to lead measuring signals outside the motor, e.g. from temperature sensors and vibration sensors.