Электродвигатель со встроенным редуктором

 

Использование: в электроприводах, содержащих электродвигатель со встроенным редуктором. Сущность изобретения: бесконтактный вентильный электродвигатель выполнен совмещенным с многоступенчатым редуктором с планетарной или фрикционной передачей. С помощью блока электроники и датчиков положения, размещенных на валах каждой ступени передачи и на валу ротора электродвигателя, частота вращения привода контролируется с высокой степенью точности. Возможен контроль вращения выходного вала вплоть до долей оборота. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение касается электрических двигателей, содержащих блок передачи или встроенные редукторы.

Электрические двигатели с блоками передачи, а также со встроенными редукторами часто используются как приводы с управляющим числом оборотов и углом вращения. Такие устройства включают в себя также ряд датчиков и управляющие электрические схемы.

Известные электроредукторы собираются из выпускаемых промышленностью серийных узлов, например электродвигателей постоянного или переменного тока, различных блоков передач и датчиков, а также блоков, управляющих электрическими схемами. В результате электроредукторы содержат много подшипников, соединений валов, различные монтажные соединения и проводники между ними. Поэтому использование такого рода электроредукторов создает хронические проблемы для конструкторов, особенно по причине изменения крепежных средств и выдерживания проектных параметров. Это также ведет к трудностям проектирования и изготовления устройств и технических средств, которые включают в себя эти электроредукторы. Кроме того, сложная конструкция известных устройств часто ведет к сложностям реализации в случаях, когда требуется прочная жесткая конструкция.

В финском патенте N 26230 описана комбинация электродвигателя и зубчатой передачи, где блок передачи может заменяться с целью изменения передаточного числа. Приводимое устройство соединено с валом на стороне двигателя. Данное устройство принято за прототип.

Цель изобретения состоит в создании усовершенствованной и более простой конструкции блока, содержащего электродвигатель и редуктор, комбинации, имеющей прочную структуру с возможностью легкого обслуживания и приемлемую для разнообразных условий эксплуатации.

Согласно изобретению двигатель и блок передачи, которые как таковые известны, объединяются. Блок передачи выполнен планетарной передачей или фрикционной передачей, и благодаря полому входному валу возможно направлять выходной вал блока передачи через входной вал. Выходной вал монтируется на подшипниках на концах коробкообразного кожуха, и, кроме того, конец этого вала образует фланцеобразную крышку блока передачи. Электрический двигатель с блоком передачи встроен в цилиндрический кожух, концентрический с валами.

На фиг. 1 схематически изображен электродвигатель с блоком передачи, поперечное сечение; на фиг. 2 - электродвигатель, вариант; на фиг. 3 показана модификация электродвигателя, включающего в себя трехступенчатый редуктор.

На фиг. 1 неподвижная часть 1 кожуха крепится к конструкции, которая несет электрический двигатель с блоком передачи, с помощью креплений 17 по периферии, которые могут быть, например, винтами. Неподвижная часть блока передачи крепится к неподвижной части 1 кожуха, выходная сторона блока передачи соединена с фланцем 2 выходного вала 20, причем части, приводимые в движение электрическим двигателем (блоком передачи), крепятся (21) к фланцу 2. Фланец предпочтительно выполнен как монодеталь с валом 20. Входной вал 15 вращается ротором 7 двигателя, при этом ротор соединен с валом, а статор 8 двигателя соединен со съемной частью 13 кожуха. Входной вал 15 установлен в подшипниках корпуса и фланцеобразной крышки 2 блока передачи. Для обеспечения хорошей стабильности выходного вала он смонтирован в подшипнике 3 торцового фланца вблизи периферии и, с другой стороны, в подшипнике 4. К съемной части 13 корпуса крепятся статор 8 двигателя, датчики 9 и электросхемы 11 для управления работой. Электродвигатель является бесконтактным двигателем постоянного тока, направление вращения которого, а также скорость вращательного движения и количество оборотов управляются электрическими схемами 11 в соответствии с сигналом, поступающим, например, по управляющему кабелю. Часть 13 закрепляется подшипником 4 с помощью гайки 5, навинчиваемой на выходной вал, частей корпуса, опирающихся, например, на периферию в точках 16. Соединительные кабели для электрического питания двигателя, а также датчиков и электрических схем вводятся в корпус через входные отверстия 12. Съемная электронная часть 13 корпуса снимается для обслуживания и других целей путем отвинчивания гайки 5, после чего можно просто поднять часть 13 с ее внутренними частями по разделительной поверхности 14. Для облегчения процесса демонтажа кабели снабжены соответствующими разъемами. Ротор 7 двигателя, роторы 10 датчиков, подшипник 3 и редуктор 6 не снимаются, когда часть 13 снята или, возможно, заменена. Выгодно соединить роторы 10 и 20¹ датчиков с входным и выходным валами, тем самым обеспечивая через датчики 9 информацию для управления скоростью вращения, числом оборотов, направлением вращения, углом вращения или относительными количествами. Использованы датчики, известные из промышленности или специально сконструированные. Так как датчики могут монтироваться на входном и выходном валах, можно контролировать и управлять работой двигателя и блока передачи разными способами.

Когда требуется большое расстояние между подшипниками, съемная часть 13 корпуса выполняется обширной, тем самым создавая отсек для размещения устройства управления двигателем, например источника питания двигателя, и других регулирующих устройств, которые монтируются из выпускаемых промышленностью частей, специально предназначенных для этой цели.

Описанная выше комбинация электрического двигателя с блоком передачи может быть оборудована влагонепроницаемыми подшипниками 3, 4 и влагонепроницаемой прокладкой 19 между частями кожуха (корпуса). Входное отверстие 12 выполнено влагонепроницаемым уплотнением 18. В этой конструкции вся внутренняя часть корпуса заполняется соответствующей жидкостью, например раствором воды-пропилена-гликоля, благодаря чему можно через комбинированный эффект жидкости и прокладок помещать электрический двигатель с блоком передачи в воду или окружающую среду, содержащую, например, коррозионные газы. Альтернативно только часть корпуса заполняется жидкостью.

Существенное отличие электрического двигателя с зубчатой передачей, представленного на фиг. 2, в том, что редуктор образован фрикционной передачей, выполненной с помощью шариков 25. Шарики расположены на равном расстоянии друг от друга вдоль поверхности качения, образованной для них. Шарики 25 составляют подшипники, соответствующие подшипникам 3 на фиг. 1. Они составляют блок 6 передачи. Шарики прилегают к двум сторонам 26 в канавке, образованной в роторе, стороне 27 в корпусе 1 и стороне 28 в наружном фланце. Когда двигатель вращается, стороны 26, 27, 28 в поперечном сечении на фиг. 2 образуют круглую траекторию. Отношение передачи определяется расстояниями сторон 26, 27, 28 по оси 29 вала и взаимосвязями между этими расстояниями.

При необходимости часть, составляющая блок передачи, может быть герметизирована прокладками 22, 23, 24. Блок передачи может работать также в сухих условиях, тогда герметизация не требуется.

Достигнуть заданное передаточное число с помощью фрикционной передачи со временем может стать затруднительно частично по причине допусков при изготовлении частей (деталей) и частично по причине износа частей (деталей) во время эксплуатации. Однако изменение передаточного числа во время работы не представляет проблемы, потому что электрический двигатель с блоком передачи управляется согласно изобретению с помощью сигналов от датчиков. Управляющая электроника 11 обладает системой обратной связи, с помощью которой угол вращения или число оборотов выходного вала 20 может точно управляться независимо от изменений в передаточном числе фрикционной передачи. С другой стороны, возможность изменения передаточного числа, фиксируемого датчиками, может использоваться при постоянной работе для контроля электрического двигателя с блоком передами и, например, для регулирования возникающего зазора подшипников.

В устройстве на фиг. 3 использована та же структура фрикционных подшипников, что и на фиг. 2, но из трех ступеней. Однако здесь могут использоваться две, четыре, пять и т.д. ступеней. Каждая ступень передачи имеет передаточное число, определяемое радиусом его прилегающих поверхностей. В этом варианте реализации отношения передаточных чисел могут быть 16:1 каждое, тем самым давая передачу с общим передаточным числом 4096:1.

Шарики разных ступеней передачи имеют позиции 25, 25' и 25'', входные валы ступеней передачи - 15, 15' и 15'', их прокладки - 24, 24' и 24''.

Входной и выходной валы каждой ступени могут быть снабжены роторами 10, 10' и 10'', 20' датчиков, в результате чего вышеупомянутые управляющие и контролирующие функции могут быть реализованы с помощью, например, схемы обратной связи.

Комбинация электрического двигателя с блоком передачи согласно изобретению может быть соответственно снабжена полым выходным валом 20 (фиг. 1). В зависимости от применения осевые опорные структуры, вращающиеся валы, электрические кабели и каналы, трубопроводы для жидкостей и газов могут тогда управляться через корпус блока либо как функциональные части устройств, приводимых в действие электрическим двигателем с блоком передачи, либо как независимые узлы.

В случае размещения детали (шпинделя) с резьбой в полом выходном валу 20 вращательное движение электрического двигателя с блоком передачи может быть преобразовано в осевое движение шпинделя (не показан).

Вращательное движение, управляемое датчиками и электроникой, может точно выдерживаться даже в количестве частей оборота или продолжаться с управляемой скоростью. Благодаря управляемому передаточному числу редуктора и шагу резьбы винта шпиндель, движущийся в полом валу, имеет управляемое перемещение с точностью лучше, чем 0,01 мм даже при одноступенчатой передаче.

Электрический двигатель с зубчатой передачей может таким образом использоваться как привод для вращательного и осевого движения, при этом передаточное число может быть выбрано в пределах от 5:1 до 10000:1.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ СО ВСТРОЕННЫМ РЕДУКТОРОМ, содержащий статор, размещенный в корпусе, выполненном в виде полого стакана с центральным отверстием на дне, прикрепленную к корпусу неподвижную часть редуктора, ротор, размещенный на полом входном валу редуктора, расположенного коаксиально выходному валу, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, выходной вал редуктора с одного конца выполнен с фланцем, закрывающим торец редуктора, другой конец выходного вала с помощью подшипника установлен в отверстии корпуса и закреплен гайкой, навинченной на конец вала, на входном и выходном валах редуктора установлены роторы датчиков, а вокруг них датчики положения.

2. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что редуктор выполнен фрикционным шариковым.

3. Электродвигатель по п.2, отличающийся тем, что редуктор выполнен многоступенчатым из нескольких соосных фрикционных передач.

4. Электродвигатель по п.1, отличающийся тем, что внутри корпуса размещены блоки управления электродвигателем.

5. Электродвигатель по п.3, отличающийся тем, что на валу каждой ступени редуктора расположены роторы датчиков положения.

6. Электродвигатель по п.1, 2 или 3, отличающийся тем, что подшипники выходного вала выполнены водонепроницаемыми, между корпусом электродвигателя и неподвижной частью редуктора, между валами ступеней редуктора, а также вокруг соединительного кабеля в отверстии корпуса размещены прокладки, причем редуктор заполнен жидкостью.

7. Электродвигатель по п.1, 2, 3, 4, 5 или 6, отличающийся тем, что выходной вал выполнен полым.

8. Электродвигатель по п.7, отличающийся тем, что с внутренней стороны выходного вала выполнена резьба.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3