RO127331A0 - Sistem modular inteligent pentru acţionări electrice liniare - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un sistem modular inteligent, pentru acţionări electrice liniare. Sistemul conform invenţiei este alcătuit dintr-un modul (A) de antrenare, constând, de exemplu, dintr-un motor electric de curent continuu, cuplat cu un modul (B) care transformă mişcarea de rotaţie a rotorului motorului electric, prin rotirea unei piuliţe, în mişcare de translaţie a unei tije filetate, şi în care acţionarea de către motorul electric a piuliţei poate fi realizată fie direct, fie prin intermediul unui modul (E) reductor, sau care transformă mişcarea de rotaţie a rotorului motorului electirc, prin rotirea tijei filetate, în mişcare de translaţie a unei piuliţe cuplate cu o tijă telescopică, fie direct, fie prin intermediul unui modul (I) reductor, dintr-un modul (D) ochet de acţionare, dintr-un modul (F) de fixare şi dintr-un modul (G) de ghidaj cu tijă telescopică, precum şi dintr-un modul (J) de alimentare şi comandă digitală a motorului electric, bazat pe un controler de tip DSP.

Description

SISTEM MODULAR INTELIGENT PENTRU ACȚIONARI ELECTRICE LINIARE

Invenția se referă la un sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare in care sunt integrate in mod unitar atat motorul electric, cu parametrii electromagnetici si termici optimizați, mecanismele de transformare a mișcării de rotatie a axului motorului in mișcare de translație, elementele de susținere si ghidare a componentelor mobile de rotatie si de translație, cat si echipamentul de alimentare si de comanda digitala avansata a motorului electric, sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare complexe cu aplicații la dispozitive asistive medicale, precum și în mecatronica, unde se impun randamente ridicate, gabarite, greutati, zgomot, supraîncălziri si pret de cost cat mai reduse.

Sunt cunoscute unele realizări in domeniul actuatoarelor lineare de mica putere avand la baza motoare de cc. cu perii si fara perii, precum si al sistemelor mecanice de transformare a mișcării de rotatie in mișcare de translație, soluții care nu cuprind integrat, intr-o structura unitara, componentele mai sus menționate si nici sistemul de control digital al mișcării motorului electric.

Sunt cunoscute de asemenea, diverse tipuri de sisteme modulare inteligente pentru acționari electrice liniare de uz general, produse de firme străine, soluții care conțin atat un actuator de translație, format dintr-un motor electric, un mecanism de transformare a mișcării de rotatie a rotorului motorului electric in mișcare liniara, (mecanism de tipul șurub cu piulița), elementele dc ghidare ale componentelor mobile de rotatie si translație, cat si echipamentul de alimentare si comanda al motorului.

Cu toata marea diversitate de soluții constructive realizate de către diverse firme, soluțiile existente sunt dedicate unor anumite tipuri de acționari specifice, fara sa existe o concepție sistemica modulara unitara ce ar permite ca prin combinarea unor module performante din punct dc vedere constructiv si funcțional sa poata fi realizate in mod eficient mai multe variante constructive specifice unor diverse aplicații, cu posibilitatea corelării precise a deplasărilor in cazul unor sisteme dc acționari complexe cu mai multe grade de mișcare din domeniul mecatronicii si roboților industriali.

Problema tehnica pe care o rezolva invenția de fata consta in realizarea unui sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare complexe, eficient atat pentru fabricant, cat si pentru utilizator, sistem in care sunt integrate in mod unitar module mecanice, electrice si dc comanda cu performante constructive si funcționale optimizate, care permit o mare diversitate de variante constructive adaptate unor condiții variate de lucru, atat pentru aplicații fii dispozitive asistive medicale, cat si pentru aplicații industriale, in mecatronica si robotica.

Sistemul modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform invenției, înlătura dezavantajele menționate mai sus prin aceea că, în scopul realizării elicinte, alai pentru fabricant, cat si pentru utilizator, a unor variante constructive specifice pentru diverse aplicații, arc o concepție sistemica modulara unitara, cu module pentru antrenare, de exemplu motorul electric, cu module care transforma mișcarea de rotatie a rotorului motorului electric in mișcare dc translație a unei tije filetate prin intermediul unui mecanism de tipul “șurub - piulița”, fie direct, fie printr-un reduclor, cu module constructive de fixare, de exemplu - ochet de acționare, modul dc fixare a actuatorului, ghidaj cu tija telescopica, cu un modul de alimentare si comanda digitala avansata a motorului electric, module optimizate din punct de vedere constructiv si funcțional, prevăzute cu posibilitatea cuplării mecanice sigure intre ele, componente pentru care se impun dimensiuni dc gabarit, greutati, supraîncălziri, zgomote si vibrații cat mai reduse, randament cat mai ridicai pentru partea mecanica rezultat din reducerea substanțiala a pierderilor prin frecare si pentru partea electrica rezultat atat dintr-o dimensionare eficienta din punct de vedere electromagnetic si termic a pârtii electrice, cat si prin comanda digitala avansata a motoarelor electice bazata pe controler de tip DSP, (procesor de semnal numeric).

cV2 O 1 1 - o O 5 5 1 - O 2 -06- 2011

Prin combinarea selectiva a unor module din cele menționate mai sus se pol realiza, in mod eficient, diverse tipuri de variante constructive de sisteme modulare inteligente pentru acționari electrice liniare cu performante optimizate adaptate unor condiții variate de lucru, atat pentru aplicații la dispozitive asistive medicale, cat si pentru aplicații industriale, in mecatronica si robotica.

Modulul prin care se realizează comanda digitala avansata a motoarelor electicc, adaptata diverselor soluții constructive si aplicații, permite controlul fiecărui motor la nivel local, sau de la un nivel ierarhic superior (PC), cu posibilitatea utilizării unor programe consacrate, cu larga utilizare, pentru realizarea funcțiilor de comanda si cu posibilitatea corelării precise a deplasărilor in cazul unor sisteme de acționari complexe cu mai multe grade de mișcare din domeniul mecalronicii si roboților industriali, pentru realizarea funcției de comanda, actuatorul, din componenta sistemului modular inteligent, fiind prevăzut totodată si cu senzori de deplasare incorporați, amplasați fie la nivelul motorului electric, de tip rezolver, fie la nivelul mecanismului de transformare a mișcării din componenta actuatorului sau la nivelul componentelor acționate de către sistemul modular inteligent.

Se prezintă în continuare un exemplu de realizare a invenției, evidentiindu-se atat modulele componente, cat si diversele variante constructive ale sistemului modular inteligent pentru acționari electrice liniare care pot fi realizate prin combinarea acestora, în legătură cu lîg.l...lîg. 14, care reprezintă: fig. I, secțiune longitudinala prin motorul electric al actuatorului electric liniar modulul A; fig. 2, mecanismul de transformare a unei mișcări de rotatie in mișcare de translație modulul B; fig. 3, secțiune longitudinala prin mecanismul de antrenare directa a piuliței modulele B, C si 13; fig. 4, secțiune longitudinala prin mecanismul de antrenare a piuliței prin intermediul unui reductor

- modulele B, E si D;

fig. 5, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu antrenarea directa a piuliței modulele

A, B, C si 13;

lîg. 6, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu antrenarea piuliței prin intermediul unui reductor modulele A, B, E si D;

fig. 7, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata direct de către motorul electric - module A, B, C si D;

fig. 8, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata dc către motorului electric prin intermediul unui reductor - modulele A, B, E si D;

fig. 9, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenata direct de către motorul electric - modulele A, B, C, D si F;

fig. 10, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenatei de către motorul electric prin intermediul unui reductor - modulele A, B, E, D si F;

lîg.l 1, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata a modulului B antrenata direct de către motorul electric - modulele A, B, H si G;

lîg. 12, secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata a modulului B antrenata de către motorul electric prin intermediul unui reductor modulele A,

B, I si G;

fig. 13, vedere asupra echipamentulului de alimentare si comanda digitala bazat pe controler dc lip I)SP, (procesor de semnal numeric) - modulul J;

fig. 14, schema bloc de alimentare si de comanda digitala a unui actuator electric liniar bazata pe controler de tip DSP.

Motorul electric, conform invenției, din componenta actuatorului electric liniar poate li un motor de curent continuu cu sau fara perii, cu dimensiuni de gabarit si greutati cal mai reduse, cu axul găurit prin care trece tija filetata a actuatorului, cu supraîncălziri reduse, obținute atat dintr-o dimensionare eficienta din punct de vedere electromagnetic si termic a pârtii electrice, cat si prin comanda digitala avansata a acestuia. Motorul electric, prezentat in fig.l, este lormat dintr-o carcasa 1, in alezajul careia este introdus statorul bobinat 2 al motorului electric.

of 2 0 1 1 - 0 0 5 3 1 - 3 0 2 -06- 2011

Prin alezajul rotorului 3 al motorului electric sunt presate semiaxul de antrenare 4, prevăzut cu canale de pana a pentru cuplare cu alte module si semiaxul resolverului 5.

Rotorul, cu cele doua semiaxe presate in alezajul acestuia, este lagaruit cu doi rulmenți 6 amplasați intr-un capac filetat 7, respectiv intr-o bucșa suport 8 care sunt centrate in raport cu carcasa 1 a motorului electric, asigurarea contra desurubarii capacului filetat fiind realizata cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

Arborele de antrenare 9 al motorului electric este presat in semiaxul de antrenare 4 si asigurat contra rotirii cu un stift 10, fiind prevăzut cu o gaura filetata si cu o pana 11 pentru fixarea unui cuplaj al unui mecanism antrenat, in cazul folosirii separate a motorului electric.

Poziția unghiulara a rotorului fata de stator este semnalizata unui echipament de alimentare si comanda a motorului de către un resolver 12 amplasat in bucșa suport 8, poziția unghiulara a acestuia fala de stator fiind reglata mânui la montarea motorului electric si asigurata contra dereglării cu niște știfturi filetate 13.

Partea posterioara a motorului electric este închisa cu un capac 14 fixat cu șuruburi 15 pc un inel de fixare 16 intre care este strâns un inel elastic 17 poziționat intr-un canal circular executat in carcasa 1. De asemenea, deplasările axiale ale reperelor 2 si 8 sunt limitate in carcasa 1 lol cu inele elastice 17.

Terminalele motorului si resolverului trec prin carcasa metalica 1 a motorului electric prin presetupe 18 si printr-un locaș longitudinal executat in bucșa suport 8.

Din punct de vedere al structurii modulare, se considera ca motorul electric conține componente comune pentru oricare din variantele de actuatoare, grupate in modulul A, si componente specifice formate din reperele capac filetat 7 împreuna cu un rulment 6, arborele de antrenare 9, prevăzut cu pana 11, stiftul 10 si capacul 14.

Elementele constructive care asigura realizarea posibilităților de cuplare a modulului A cu diverse module sunt zona filetata si de centrare a capacului filetat 7 si modul de fixare a capacului 14 in carcasa 1, precum si canalele de pana a executate in semiaxul de antrenare 4.

In fig. 2 este prezentat mecanismul de transformare a unei mișcări de rotatie in mișcare de translație - modulul B, format dintr-o tija filetata 19, cu o zona filetata b, o piulița 20, prevăzută la exterior cu doua șanțuri circulare c pentru inele elastice si un număr de pene 21, de exemplu patru, tija filetata fiind prevăzută cu un cap cilindric d, pe care se fixeaza o bucșa de ghidare 22. solidarizată axial cu un stift 23, celalalt capat al tijei filetate fiind prevăzut cu o zona filetata e pentru cuplare cu elementul acționat.

Randamentul ridicat al mecanismului șurub - piulița este asigurat de reducerea substanțiala a pierderilor prin frecare prin utilizarea unor mecanisme precise, cu zgomote si vibrații cat mai reduse, de tipul „șurub cu piulița cu bile”, „șurub cu piulița cu role planetare” sau a unei soluții originale de șurub cu piulița cu bile nerecirculate, soluție descrisa in documentația de brevetare OSIM A/00978/2009.

Se menționează ca detaliile constructive ale diverselor variante ale tijei filetate (dimensiuni si configurația capetelor), care fac parte tot din modulul B, sunt determinate de variantele constructive ale actuatoarelor electrice liniare la care acestea sunt utilizate si sunt prezentate, pentru o mai ușoara clarificare, in desenele de ansamblu ale acestora.

In fig. 3 se prezintă o secțiune longitudinala prin modulul C, de acționare directa de către motorul electric - modulul A, a piuliței mecanismului de transformare a unei mișcări de rotatie in mișcare de translație - modulul B, a cărui tija filetata este cuplata cu ochetul de acționare D.

Conform figurii, modulul C se compune dintr-o carcasa 24, in alezajele careia sunt montati rulmenții 25 de lagaruire a modulului B, piulița acestuia fiind limitata axial in ambele sensuri fata de unul din rulmenți prin inele de siguranța 26, in căpătui e al tijei filetate a modulului B (conlorm fig. 1) fiind montat prin înșurubare ochetul mobil - modul D, format din ochetul 27 in care este presata o bucșa 28, ochetul fiind asigurat contra desurubarii printr-un stift 29, in celalalt capat d al tijei filetate fiind presata o bucșa de ghidare 22, solidarizată axial cu un stift 23.

C\-2 0 1 1 - 0 0 5 5 1 - 0 2 -06- 2011

Preluarea sarcinilor axiale ale modulului B fata de carcasa 24 se realizează, intr-un sens, de către umărul carcasei si, in celalalt sens, de către un inel elastic 30 strâns cu șuruburile 15 intre un inel de fixare 31 si un capac de trecere 32.

Piulița modulului B este cuplata prin intermediul penelor cu o bucșa de acționare 33 prevăzută cu o suprafața frontala crenelata f care realizează cuplarea cu modulul A prin canale de pana a executate in semiaxul de antrenare 4. Șaiba de limitare 34 are rolul de a împiedica ieșirea tijei filetate din piulița modulului B, diametrul interior al șaibei de limitare fiind mai mic decât diametrul exterior al bucșei de ghidare 22.

Cuplarea dintre modulele A si C se realizează prin înșurubare, iar centrarea celor doua carcase este asigurata de suprafața g care intra in alezajul carcasei modulului A, asigurarea contra desurubarii l'acandu-se cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

In fig. 4 se prezintă o secțiune longitudinala prin modulul E, de antrenare de către motorul electric - modulul A, prin intermediul unui reductor a piuliței mecanismului de transformare a unei mișcări de rotatie in mișcare de translație - modulul B, a cărui tija filetata este cuplata cu ochetul de acționare D.

Conform figurii, modulul E se compune dintr-o carcasa 35, in alezajul careia sunt montati rulmentul 36 si bucșa de lagaruire 37 a modulului B, piulița acestuia fiind limitata axial in ambele sensuri fata de un rulment 25 prin inele de siguranța 26, in căpătui e al tijei filetate a modulului B (conform fig. 1) fiind montat prin înșurubare ochetul mobil - modul D, format din ochetul 27 in care este presata o bucșa 28, ochetul fiind asigurat contra desurubarii printr-un stift 29, in celalalt capat d al tijei filetate fiind presata o bucșa de ghidare 22, solidarizată axial cu un stift 23.

Preluarea sarcinilor axiale ale modulului B fata de carcasa 35 se realizează, intr-un sens, dc către umărul bucșei de lagaruire 37, iar in celalalt sens, de către un inel elastic 38, deplasarea axiala a bucșei de lagaruire 37 fiind limitata in ambele sensuri de către un inel elastic 30 strâns cu șuruburile 15 intre gulerul acesteia si un capac de trecere 32.

In carcasa 35 este înșurubata si centrata bucșa de cuplare 39 care limitează axial poziția rulmentului 36 si asigura, totodată, cuplarea prin înșurubare a modulului E cu modulul A, centrarea celor doua carcase fiind asigurata de suprafața g care intra in alezajul carcasei modulului A, asigurarea contra desurubarii lacandu-se eu un adeziv cu grad de topire ridicat.

Piulița modulului B este cuplata prin intermediul penelor din corpul acesteia cu o bucșa dc antrenare 40 cuplata cu un reductor 41 cu randament ridicat asigurat de reducerea substanțiala a pierderilor prin frecare prin utilizarea unor mecanisme precise, cu dimensiuni de gabarit, greutati, zgomote si vibrații cat mai reduse, de tipul reductorului planetar, al reductorului armonic sau al unei soluții originale de reductor planetar cu bile, soluție descrisa in documentația de brevetare OSIM A/00979/2009.

Antrenarea reductorului 41 este realizata de către o bucșa de cuplare 42 prevăzută cu o suprafața frontala crenelata f care realizează cuplarea cu modulul A prin canale de pana a executate in semiaxul de antrenare 4. Șaiba de limitare 34 are rolul de a împiedica ieșirea tijei filetate din piulița modulului B, diametrul interior al șaibei de limitare fiind mai mic decât diametrul exterior al bucșei dc ghidare 22 montata pe tija filetata.

In fig. 5 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu antrenarea directa a piuliței prin cuplarea modulelor A, B, C si D, ale căror descrieri au fost deja prezentate.

La cuplarea cu alte module funcționale, la componenta modulului A, se adauga capacul de fixare 43, prevăzut cu un ochet fix in care este presata o bucșa 28.

La acest tip de actuator electric liniar cursa maxima Lo a tijei filetate 19 este egala cu valoarea deplasării acesteia in alezajul rotorului găurit al motorului electric, intre poziția complet retrasa, la care bucșa de ghidare 22, montata pe tija filetata, este oprita de capacul de fixare 43 si poziția complet avansata, la care bucșa de ghidare 22 este oprita de șaiba de limitare 34.

7\~ 2 Ο 1 1 - 0 0 5 3 1 -0 2 -06- 20Η

De asemenea, in fig. 6 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar eu antrenarea piuliței prin intermediul unui reductor, actuator realizat prin cuplarea modulelor A, B, E si D, ale căror descrieri au fost deja prezentate.

La cuplarea modulului A cu alte module funcționale, la componenta acestuia se adauga capacul de fixare 43, prevăzut cu un ochet fix in care este presata o bucșa 28.

Si la acest tip de actuator electric liniar cursa maxima L_o a tijei fdetate 19 este egala cu valoarea deplasării acesteia in alezajul rotorului găurit al motorului electric, intre poziția complet retrasa, la care bucșa de ghidare 22, montata pe tija filetata, este oprita de capacul de fixare 43 si poziția complet avansata, la care bucșa de ghidare 22 este oprita de șaiba de limitare 34.

In fig. 7 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița modulului B antrenata direct de către motorul electric, actuator realizat prin cuplarea modulelor A, B, C si D, ale căror descrieri au fost deja prezentate.

Particularitatea acestei variante constructive consta in faptul ca tija filetata 44 este mai lunga dccat tija filetata 19 si o înlocuiește pe aceasta in cadrul modulului B si trece prin axul găurit al motorului electric, la ambele capete avand montati, prin înșurubare, cate un ochet mobil modul D. modul format din ochetul 27 in care este presata o bucșa 28, ochetul fiind asigurat contra desurubarii printr-un stift 29.

La acest tip de actuator electric liniar cursa 1 a tijei filetate 44 este egala cu valoarea deplasării acesteia prin alezajul motorului electric, intre poziția complet retrasa, la care ochetul mobil 27, montat pe tija filetata, este oprit de capacul de trecere 32 al modulului C si poziția complet avansata a tijei filetate, când celalalt ochet mobil 27 este oprit de capacul de trecere 45 al modulului A.

De asemenea, in fig. 8 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița modulului B antrenata de către motorul electric prin intermediul unui reductor, actuator realizat prin cuplarea modulelor A, B, E si D, ale căror descrieri au fost deja prezentate.

Particularitatea acestei variante constructive consta in faptul ca tija filetata 44 este mai lunga decât tija filetata 19 st o înlocuiește pe aceasta in cadrul modulului B si trece prin axul găurit al motorului electric, la ambele capete avand montati, prin înșurubare, cate un ochet mobil - modul D, modul format din ochetul 27 in care este presata o bucșa 28, ochetul fiind asigurat contra desurubarii printr-un stift 29.

La acest tip de actuator electric liniar cursa L| a tijei filetate 44 este egala cu valoarea deplasării acesteia prin alezajul motorului electric, intre poziția complet retrasa, la care ochetul mobil 27, montat pe tija filetata, este oprit de capacul de trecere 32 al modulului E si poziția complet avansata a tijei filetate, când celalalt ochet mobil 27 este oprit dc capacul de trecere 45 al modulului A.

Variantele constructive de actuatoare prezentate in fig. 7 si fig. 8 sunt recomandate mai ales la acționarea săniei unor module monomiscare din componenta unor mașini unelte sau roboti industriali, actuatoarul iixandu-se pe sanie, iar tija filetata 44 solidarizandu-se cu structura de rezistenta a ghidajului liniar al modulului, fapt care contribuie la o soluție mai compacta a modulelor monomiscare si la reducerea lungimii exterioare totale a acestora cu valoarea lungimii corpului actuatorului.

In fig. 9 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița modulului B antrenata direct de către motorul electric, actuator compus din modulele A, B, C, D si F.

La aceasta varianta constructiva tija filetata 46 este mai lunga decât tija filetata 19 si o înlocuiește pe aceasta in cadrul modulului A si trece prin axul găurit al motorului electric, la căpătui dinspre modulul C avand înșurubat un ochet mobil - modul D, in celalalt capat al tijei filetate fiind presata o bucșa de ghidare 22, solidarizată axial cu un stift 23.

^-2011-0055'

2 -06- 2011

Pentru partea din cursa care depășește lungimea axului motorului electric s-a prevăzut modulul de fixare F, compus dintr-o țeava de prelungire 47 care este înșurubata la un capat intr-un capac dc fixare 48, iar la celalalt capat are înșurubat in ea un ochet de fixare 49, prin alezajul din interiorul țevii putandu-se deplasa cu joc bucșa de ghidare 22.

Particularitatea acestei variante constructive consta in faptul ca deplasarea bucșei de ghidare 22 se l'ace atat in interiorul alezajului rotorului motorului electric, cat si in afara lui, realizandu-sc o cursa L₂ ale cărei valori pot fi extinse pentru o gama larga de tipodimensiuni dc actuatoarc.

Toate îmbinările filetate sunt asigurate contra desurubarii cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

In fig. 10 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița modulului B antrenata de către motorul electric prin intermediul unui reductor, actuator compus din modulele A, B, D, E si F.

La aceasta varianta constructiva tija filetata 46 este mai lunga decât tija 11 letala 19 si o înlocuiește pe aceasta in cadrul modulului A si trece prin axul găurit al motorului electric, la căpătui dinspre modulul E avand înșurubat un ochet mobil - modul D, in celalalt capat al tijei filetate fiind presata o bucșa de ghidare 22, solidarizată axial cu un stift 23.

Pentru partea din cursa care depășește lungimea axului motorului electric s-a prevăzut modulul de fixare F, compus dintr-o țeava de prelungire 47 care este înșurubata la un capat intr-un capac dc fixare 48, iar la celalalt capat are înșurubat in ea un ochet de fixare 49, prin alezajul din interiorul țevii putandu-se deplasa cu joc bucșa de ghidare 22.

Particularitatea acestei variante constructive consta in faptul ca deplasarea bucșei de ghidare 22 se face atat in interiorul alezajului rotorului motorului electric, cat si in afara lui, realizandu-se o cursa L₂ ale cărei valori pot fi extinse pentru o gama larga de tipodimensiuni de actuatoarc.

Toate îmbinările filetate sunt asigurate contra desurubarii cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

In fig. 1 1 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija telescopica actionata, prin intermediul piuliței modulului B, de către tija filetata a acestuia, antrenata direct dc către motorul electric, actuator alcătuit prin cuplarea modulelor A si B ale căror descrieri au fost deja prezentate, cu modulele H si G.

Particularitatea acestui tip de actuator electric liniar consta in faptul ca motorul electric învârtește tija filetata 50 a modulului B prin intermediul unui cuplaj 51 înșurubat in căpătui tijei si asigurat contra rotirii cu un stift 10, in timp ce piulița modulului B este fixata axial cu un inel elastic 52 in locașul executat intr-o tija telescopica 53 care se deplasează longitudinal prin alezajul unui ghidaj 54 fixat axial pe carcasa 55 a modulului II prin doua semiinele 56 amplasate in canale circulare executate in ghidajul 54 si in carcasa 55.

Tija telescopica 53 este ghidata in alezajul ghidajului 54 de către o bucșa de ghidare 57 si de către o bucșa cu stergator 58, in căpătui tijei telescopice fiind fixat prin înșurubare ochetul 59 in alezajul caruia este presata o bucșa 28.

Căpătui liber al tijei filetate 50 este ghidat in alezajul tijei telescopice 53 de o bucșa dc ghidare 60 asigurata la deplasare axiala de către știftul 61.

Din considerente privind posibilitățile de montaj componenta modulelor este următoarea:

• modulul G este alcătuit din reperele: 28, 52, 53, 54, 57, 58 si 59.

• modulul H este alcătuit din reperele: 10, 25, 26, 30, 37, 50, 51,55, 56, 60, 61 si piulița din componenta modulului B,

La acest tip de actuator electric liniar, cursa L₃ a tijei telescopice 53 este egala cu valoarea deplasării piuliței modulului B fata de tija filetata 50 intre poziția complet retrasa, pentru care bucșa de ghidare 60 se tamponează in ochetul 59 si poziția complet avansata, când bucșa de ghidare 60 se tamponează in suprafața frontala a piuliței modulului B.

De asemenea, si la acest actuator, toate îmbinările filetate sunt asigurate contra desurubarii cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

^'2011-00531-0 2 -06- 20ΐι

In fig. 12 se prezintă o secțiune longitudinala prin actuatorul electric liniar cu tija telescopica actionata, prin intermediul piuliței modulului B, de către tija filetata a acestuia, antrenata dc către motorul electric prin intermediul unui reductor, actuator alcătuit prin cuplarea modulelor A, B si G, ale căror descrieri au fost deja prezentate, cu modulul I.

Particularitatea acestui tip de actuator electric liniar consta in faptul ca motorul electric învârtește reductorul 41 prin intermediul unei bucșe de cuplare 42, care actioneaza un cuplaj 62 înșurubat in căpătui tijei filetate a modulului B asigurat contra rotirii cu un stift 10, in timp ce piulița modulului B este fixata axial cu un inel elastic 52 in locașul executat intr-o tija telescopica 53 care se deplasează longitudinal prin alezajul unui ghidaj 54 fixat axial pe carcasa 63 a modulului I prin doua semiinele 56 amplasate in canale circulare executate in ghidajul 54 si in carcasa 63.

Tija telescopica 53 este ghidata in alezajul ghidajului 54 de către o bucșa dc ghidare 57 si dc către o bucșa cu stergator 58, in căpătui tijei telescopice fiind fixat prin înșurubare ochctul 59 in alezajul caruia este presata o bucșa 28.

In carcasa 63 este înșurubata si centrata bucșa de cuplare 39 care limitează axial poziția rulmentului 36 si asigura, totodată cuplarea prin înșurubare a modulului I cu modulul A, centrarea celor doua carcase fiind asigurata de suprafața g care intra in alezajul carcasei modulului A, asigurarea contra desurubarii facandu-se cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

Căpătui liber al tijei filetate 50 este ghidat in alezajul tijei telescopice 53 dc o bucșa dc ghidare 60 asigurata la deplasare axiala de către stiftul 61.

Din considerente privind posibilitățile de montaj componenta modulelor este următoarea:

• modulul G este alcătuit din reperele: 28, 52, 53, 54, 57, 58 si 59.

• modulul I este alcătuit din reperele: 10, 26, 30, 36, 39, 41, 42, 50, 56, 60, 61, 62, 63 si piulița din componenta modulului B,

La acest tip de actuator electric liniar, cursa L3 a tijei telescopice 53 este egala cu valoarea deplasării piuliței modulului B fata de tija filetata 50 intre poziția complet retrasa, pentru care bucșa de ghidare 60 se tamponează in ochetul 59 si poziția complet avansata, când bucșa dc ghidare 60 sc tamponează in suprafața frontala a piuliței modulului B.

De asemenea, si la acest actuator, toate îmbinările filetate sunt asigurate contra desurubarii cu un adeziv cu grad de topire ridicat.

Cu scopul eliminării unor eventuale suprad eternii nari de natura mecanica, precum si pentru simplificări constructive ale tipurilor de actuatoare descrise, asigurarea ochetului de acționare D contra rotirii se realizează prin cuplarea actuatorului la elementele constructive acționate dc către acesta.

Pentru realizarea funcțiilor de comanda, motorul electric din componenta sistemului modular inteligent este prevăzut cu un resolver 12, care transmite echipamentului dc alimentare si comanda al motorului poziția unghiulara a rotorului fata de stator, sau cu senzori de deplasare incorporați, de tipul unor microintrerupatoare, amplasați fie la nivelul mecanismului de transformare a mișcării de rotatic in mișcare de translație din componenta actuatorului, fie la nivelul componentelor mobile dc translație acționate de către sistemul modular inteligent.

Oprirea deplasării tijei actuatorului la depășirea sarcinii maxime admisibile se realizează dc către echipamentul de alimentare si de comanda in funcție de valoarea curentului absorbit dc către motorul electric.

Echipamentul de alimentare si comanda digitala - modulul J, se poate fixa prin niște cleme de carcasa motorului electric - modulul A, fie de structura mecanica a componentelor mobile acționate de către actuator, fie se poate amplasa, ca bloc dedicat, in echipamentul general dc alimentare si dc comanda al instalației acționate.

In fig. 13 se prezintă o vedere asupra echipamentulului de alimentare si comanda digitala bazat pe controler de tip DSP, (procesor de semnal numeric) -- modulul .1.

Particularitatea acestui tip de echipament de alimentare consta in faptul ca se propune o structura extrem de compacta si flexibila in același timp, permițând implementarea controlului motoarelor electrice de tip curent continuu sau curent alternativ comandate prin tehnici de tip

f;2 O ' 1 - 0 0 5 :' - i) 2 -l)6- 2C11 control vectorial. Echipamentul este realizat pe baza unui controler de tip DSP (64), dedicat controlului motoarelor electrice, si dotat cu interfețele specifice necesare in acest sens - comanda, măsură si calcul. Jnclus in echipament este si convertorul de putere ('⁷0) necesar pentru a alimenta motorul electric, (invertor trifazat si braț de franare), cat si elemente de proiecție la scurtcircuit a componentelor de putere (65). Conectori specifici sunt prevazuti pentru intcrlatarea cu motorul electric (73), sursa de alimentare a modulului (74), eventual tracuctoare Hali (75) sau encoder incremental (76).

Totodată, echipamentul permite, prin posibilitatea programării intr-un limaj specific, a aplicațiilor de automatizare in care se va integra actuatorul electric.

Existenta unor semnale de interfatare de tip intrare-iesire digitale sau analogice (66). va permite implementarea unor funcționalități specifice automatelor programabile, ceea ce extinde in mod sensibil gama de aplicații si performante a echipamentului.

Existenta unor canale de comunicație de tip RS0232 (71), sau CAN (72) va extinde utilizarea echipamentului in structuri multiax, permițând funcționarea sincronizată a acestor echipamente.

Prin utilizarea unui set specific de semnale de interfatare (68), echipamentul poate 11 prevăzut cu module suplimentare de extensie (69), care vor permite interfatarea cu diverse traductoare de măsurare a poziției motorului electric, de tip resolver, encoder absclut, encoder sincos, etc. Astfel, este posibila utilizarea diferitelor tehnologii de măsură a poziției, fara redelinirca întregului modul, si adaptand funcționarea acestuia la cerințele specifice unor aplicații, in ceea cc privesc precizia si dinamica sistemului de măsură.

In fig. 14 se prezintă schema bloc de alimentare si comanda digitala a unu actuator electric liniar bazata pe controler de tip DSP.

Particularitatea acestei scheme de alimentare si comanda digitala a actuatorului electric liniar consta in realizarea pe același modul a trei blocuri funcționale distincte: un modul de control al motorului electric (75), un modul de control al mișcării (76), si un modul de comunicație (77).

Modulul de control al motorului electric poate fi configurat pentru a controla tensiunea, cuplul, viteza sau poziția motorului electric. El se interfateaza cu diferite tipuri de iraductoarc: de poziție, de curent, de viteza, si permite comanda PWM a elementelor dc forța a unui invertor trifazat si a unei franc din circuitul intermediar al invertorului. Tot in modulul dc control al motorului este inclus si un generator de referința, permițând obținerea diferite or traiectorii de mișcare impuse motorului.

Modulul de control al mișcării poate decodifica comenzi specifice de mișcare, si executa un program in limbaj de mișcare TML. Programul poate fi transmis on-line printr-unil din canalele dc comunicație seriala, sau poate fi memorat intr-o memorie locala de tip E2R0M.

Modulul de comunicație permite comanda si interogarea stării modulului, prin comenzi TML. Totodată, in structuri multiax, modulul poate efectua retransmiterea mesajelor receptionate/transmise pe linia seriala RS-232 catre/de la linia de comunicație CAN.

In conformitate cu exemplul de realizare a invenției prezentat mai sus, sistemul modular inteligent pentru acționari electrice liniare conține, integrate in mod unitar, următoarele module mecanice, electrice si de comanda cu performante constructive si funcționale optimizate, prezentate in Tabelul I.

Tabelul 1

MODULUL	DENUMIREA	FIGURA	REPERE COMPONENTE
MODULUL A	moiorul electric al actuatorului electric liniar	Fig- 1	.1...5, 8, 12, 13, 15...18
MODULUL H	mecanismul de transformare a unei mișcări de rotatie in mișcare de translație	Fig. 2	20, 21,(19. 22, 23) sau 20, 21, (44) sau 20, 21,(46. 22,2 sau 20, 21,(1 Έ 50. 60, 6 1)

«,-2 0 1 1 - 0 0 5 3 1 -Ο 2 -06- 2011

MODULULC	modulul de acționare directa a piuliței	Fig. 3	15,2
MODULUL. D	ochetul de acționare	Fig. 3
MODULUL E	modulul de antrenare a piuliței prin intermediul unui reductor	Fig. 4	15, 25, 2
MODULUL F	modulul de fixare a actuatorului	Fig. 9	2
MODULUL G	ghidaj cu tija telescopica	Fig. 1 1	28, 52,
MODULUL H	modul de acționare directa a tijei telescopice	Fig. 11	25, 26, 3
MODULUL I	modul de acționare a tijei telescopice prin intermediul unui reductor	Fig. 12	26, 30, 36,
MODULULJ	echipamentul de alimentare si comanda digitala avansata bazat pe controler de tip DSP	Fig. 13	64, 65, 66, 67

7, 28. 29 , 46...49

3, 54, 57. 58. 59

...26. 30...34 , 30, 32, 34...42

Prin combinarea selectiva a unor module din cele menționate mai sus se pot realiza, in mod eficient, diverse tipuri de sisteme modulare inteligente pentru acționari electrice liniare, cu performante optimizate, adaptate atat pentru aplicații la dispozitive asistive medicale, cat si pentru aplicații industriale, in mecatronica si robotica, variante constructive prezentate in Tabelul 2.

Tabelul 2

Nr. cri

DENUMIREA VARIANTEI CONSTRUCTIVE motor electric actuator electric liniar cu tija filetata unilaterala cu antrenarea directa a ___piuliței actuator electric liniar cu tija filetata unilaterala cu antrenarea piuliței prin ____ intermediul unui reductor actuator electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata direct de către motorul electric__ actuator electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata de către motorului electric prin intermediul unui reductor___ actuator electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenata direct de către motorul electric actuator electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenata de către moloiului electric prin intermediul unui reductor____ actuator electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata antrenata direct de către motorul electric_____________ y actuator electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata antrenata de către motorul electric prin intermediul unui reductor

FIGURA

Fig. I

Fig- 5

Fig. 6

Fig. 7

Fig. 8

Fig. 9

Fig. 10

Fig· I I

Fig. 12

COMPONENTA modulul A I- (6. 7. 9. IO, II si 14) si modulul .1 modulele [A i(28/l3)|, B.

_ C, D si .1 modulele IA +(28,43)], B. E,

D si .1 modulele [Λ+(45)|, B, C, __2(0) si .1 modulele | A+(45)], B. E.

2(0) si .1 modulele Λ, B, C, D, F si .1 modulele A, B, E, D, F si .1 modulele |A i (28,43)]. B.

I I, C> si .1 modulele [A 1(28,43)1. B. I.

G si .1

Prin aplicarea invenției se obțin următoarele avantaje:

• sistem modular unitar cu module cu performante constructive si funcționale optimizate atat din punct de vedere mecanic si electric, cat si al comenzii motorului electic, • randamente ridicate pentru partea mecanica si pentru cea electrica, • dimensiuni de gabarit si greutati reduse, • zgomote si vibrații reduse, • supraîncălziri reduse ale motorului electric, • o mare diversitate de variante constructive, adaptate unor diverse tipuri de aplicații.

• soluții constructive si funcționale eficiente atat pentru fabricant, cat si pentru utilizator.

Claims (10)

1. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, caracterizat prin aceea că, în scopul realizării eficinte, atat pentru fabricant, cat si pentru utilizator, a unor variante constructive specifice pentru diverse aplicații, are o concepție sistemica modulara unitara, optimizata din punct de vedere constructiv si funcțional, prevăzută cu posibilitatea cuplării mecanice sigure a unui modul de antrenare - modul (A) - un motor electric de curent continuu cu sau fara perii, cu un modul care transforma mișcarea de rotatie a rotorului motorului electric, prin rotirea unei piulițe, in mișcare de translație a unei tije filetate, prin intermediul unui mecanism de tipul “șurub - piulița” - modul (B), fie direct - modul (C), fie printr-un reductor modul (E), cu module constructive de fixare, de exemplu: ochet de acționare modul (D), modul de fixare a actuatorului - modul (F), ghidaj cu tija telescopica - modul (G), sau cu un modul care transforma mișcarea de rotatie a rotorului motorului electric prin rotirea tijei filetate a modulului (B) in mișcare de translație a unei piulițe cuplata cu o tija telescopica, fie direct modul (H), fie printr-un reductor - modul (I), sistemul modular inteligent conținând, dc asemenea, un modul de alimentare si comanda digitala avansata a motorului electric, bazat pc controler de tip DSP, (procesor de semnal numeric) - modul (J).

2. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, prin combinarea selectiva a unor module se pot realiza in mod eficient diverse tipuri de variante constructive cu performante optimizate, adaptate atat pentru aplicații la dispozitive asistive medicale, cat si pentru aplicații industriale, ca de exemplu: un actuator electric liniar cu tija filetata unilaterala, cu antrenarea directa a piuliței, (conform fig. 5) prin cuplarea modulelor (A), (B), (C), (D) si (J), un actuator electric liniar cu tija filetata unilaterala, cu antrenarea piuliței prin intermediul unui reductor, (conform fig. 6) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (E), (D) si (J), un actuator electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata direct de către motorul electric, (conform fig. 7) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (C). (D) si (J), un actuator electric liniar cu tija filetata bilaterala, cu piulița antrenata de către motorului electric prin intermediul unui reductor, (conform fig. 8) - prin cuplarea modulelor (A), (B). (E), (D) si (J), un actuator electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenata direct dc către motorul electric, (conform fig. 9) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (C), (D), (F) si (.1). un actuator electric liniar cu tija filetata lunga, cu piulița antrenata de către motorului electric prin intermediul unui reductor, (conform fig. 10) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (E). (D). (F) si (·>) un actuator electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata antrenata direct dc catrc motorul electric, (conform fig. 11) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (II), (G) si (.1), un actuator electric liniar cu tija telescopica, cu tija filetata antrenata de către motorul electric prin intermediul unui reductor, (conform fig. 12) - prin cuplarea modulelor (A), (B), (I), (G) si (J) si un motor electric, (conform fig. 1) - format din modulul (A), la care se adauga, in partea anterioara, un rulment (6), amplasat intr-un capac filetat (7), un arbore de antrenare (9). presat in semiaxul de antrenare (4), asigurat contra rotirii cu un stift (10), arbore prevăzut cu o pana (11), partea postenoara a motorului electric fiind închisa cu un capac (14), motorul fiind alimentat cu energie electrica si comandat de către un modul (J).

3. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea că, în scopul realizării unor dimensiuni de gabarit si greutati cat mai reduse, precum si pentru realizarea unor diverse tipuri de variante constructive cu performante optimizate, axul motorului electric, format din semiaxul de antrenare (4) si semiaxul resolvcrului (5), este găurit, prin orificiul longitudinal al acestuia trecând tija filetata a unui modul (B), forma si lungimea tijei filetate fiind condiționată de varianta constructiva a actuatorului, construcție care permite, pentru unele variante constructive de actuatoarc, ca tija filetata sa treaca prin motorul electric, fapt care reduce gabaritul structurilor acționate, iar pentru alte variante constructive, ca valorile cursei tijei filetate sa fie marile cu lungimea oriliciului longitudinal al axului motorului electric, fapt care reduce gabaritul actuatorului.

2 Ο 1 1 - Ο Ο 5 3 1 - 4^

Ο 2 -06- 2011

4. Sistem modulai’ inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că, în scopul realizării unor dimensiuni de gabarit, greutati si supraîncălziri cat mai reduse, precum si a unui randament cat mai ridicat pentru motorul electric - rezultat atat dintr-o dimensionare eficienta din punct de vedere electromagnetic si termic, cat si prin comanda digitala avansata a acestuia - se alimentează din modulul .1 prin strategii de comanda digitala vectoriala, care reduc pierderile in motorul electric si in invertorul de putere si permit inclusiv recuperarea energiei mecanice a sistemului la franarea sau reversarea acestuia.

5. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicării 1, care poate li echipat si cu senzori de deplasare incorporați, de tipul unor microintreiupatoare, amplasate fie la nivelul mecanismului de transformare a mișcării de rotatie in mișcare de translație din componenta actuatorului, fie la nivelul componentelor mobile de translație acționate de către actuator, caracterizat prin aceea că, în scopul realizării cu precizie a funcțiilor de comanda, motorul electric din componenta sistemului modular inteligent este prevăzut cu un resolver (12), care transmite echipamentului de alimentare si comanda digitala - modulul (J), poziția unghiulara a rotorului fata de stator, oprirea deplasării tijei actuatorului la atingerea capetelor de cursa sau la depășirea sarcinii maxime admisibile realizandu-se de către echipamentul de alimentare si de comanda digitala fie la depășirea valoarii maxime admisibile a curentului absorbit de către motorul electric, fie in funcție de informațiile furnizate de către microintrerupatoare.

6. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1 si 2. caracterizat prin aceea că, în scopul transformării mișcării dc rotatie in mișcare de translație cu un randament cat mai ridicat, folosește un mecanism “șurub - piulița” precis, cu pierderi prin frecare, dimensiuni de gabarit, greutate, zgomote si vibrații cat mai reduse, dc tipul șurub cu piulița cu bile, șurub cu piulița cu role planetare, sau o soluție originala de șurub cu piulița cu bile nerecirculate, soluție descrisa in documentația de brevetare OSIM A/00978/2009.

7. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1 si 2. caracterizat prin aceea că, în scopul reducerii turației rotorului motorului electric pentru acționarea piuliței sau a tijei filetate a modulului (B), folosește ca mecanism de transmisie precis, cu randament ridicat, cu dimensiuni de gabarit, greutate, zgomote si vibrații cat mai reduse, un reductor (41) de tipul reductorului planetar, al reductorului armonic sau al unei soluții originale de reductor planetar cu bile, soluție descrisa in documentația de brevetare OSIM A/00979/2009.

8. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea că, realizarea unei cuplări corecte dintre modulul A si modulele C si II sc face prin înșurubarea carcaselor 1 cu 24 si 55, centrarea acestora fiind asigurata dc o suprafața g care intra in alezajul carcasei modulului A, iar dintre modulul A si modulele E si I se face prin intermediul bucșei de cuplare 39 care este înșurubata in carcasele 35 si 63, centrarea carcaselor fata de carcasa 1 fiind asigurata de o suprafața g care intra in alezajul carcasei modulului A. asigurarea contra desurubarii facandu-se cu un adeziv cu grad de topire ridicat aplicat in zonele filetate.

9. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1 si 2, caracterizat prin aceea că, in scopul realizării unei cuplări sigure a diverselor tipuri dc capace, specifice diverselor tipuri de actuatoare - un capac (14), un capac de fixare (43), un capac de trecere (45), un capac de fixare (48) - cu carcasa (1) a modulului (A), a unui capac de trecere (32) cu carcasa (24) a modulului (C), respectiv cu carcasa (35) a modulului (E), capacele respective sc fixeaza cu șuruburi (15) pe un inel de fixare (16) - pentru modulul (A), sau (31) pentru modulul (C) sau pe gulerul unei bucșe de lagaruire (37) - pentru modulul (E), intre care este strâns un inel elastic (17), respectiv (30), poziționat intr-un canal circular executat in carcasele

ΛΤ 2 Ο 1 1 - Ο Ο 5 5 1 - Ο 2 -06- 20U modulelor respective, inelul elastic fiind împiedicat sa se stranga si sa iasa din canalul respectiv datorita profilului frontal al capacului in zona de strângere a inelului elastic.

10. Sistem modular inteligent pentru acționari electrice liniare, conform revendicărilor 1, 2 si 4. caracterizat prin aceea că, în scopul realizării unei comenzi avansate a motorului electic, adaptata diverselor soluții constructive si aplicații, este prevăzut cu un modul (J) care realizează comanda digitala avansata a motoarelor electice, permițând controlul fiecărui motor la nivel local, sau de la un nivel ierarhic superior (PC), cu posibilitatea utilizării unor programe specifice, pentru realizarea funcțiilor de comanda si cu posibilitatea corelării precise a deplasărilor in cazul unor sisteme de acționari complexe cu mai multe grade de mișcare din domeniul mecatronicii si roboților industriali.