ITRM20120562A1 - Attuatore elettromeccanico lineare. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

"Attuatore elettromeccanico lineare"

La presente invenzione ha per oggetto un attuatore elettromeccanico lineare, in particolare del tipo a ricircolo di sfere.

Gli attuatori elettromeccanici lineari presentano generalmente un motore elettrico il cui statore à ̈ connesso ad un dispositivo a vite (per esempio a ricircolo di sfere) preposto a trasformare il moto rotatorio del rotore in un moto di avanzamento lineare dì uno spintore facente parte del dispositivo a vite. Affinché il citato spintore (elemento traslante del dispositivo a vite) possa essere dotato del solo moto di traslazione lineare, 'attuatore elettromeccanico lineare deve essere equipaggiato di un sistema di antirotazione che, per l'equilibrio delle forze, vada a bilanciare la coppia generata dal motore elettrico.

Sistemi di antirotazione di tipo noto sono descritti, per esempio, nelle pubblicazioni brevettuali JP2002-54708 e JP59-19762 e fanno uso di strutture di antirotazione facenti parte dell 'attuatore o ad esso stabilmente collegate.

I tradizionali sistemi di antirotazione presentano i seguenti limiti:

- sono fortemente sensibili al disallineamento tra 'attuatore e la struttura dove viene realizzata 'antirotazione; particolarmente in tutte quelle applicazioni con elevati carichi di esercizio e condizioni di funzionamento continuo, i disallineamenti tra attuatore e struttura di antirotazione generano dei carichi trasversali sull' attuatore che possono portare ad un malfunzionamento del dispositivo, ad un rapido degrado delle sue prestazioni e quindi ad una bassa affidabilità del sistema;

- per tutte quelle applicazioni con elevati carichi di esercizio e condizioni di funzionamento continuo, richiedono elevati ingombri radiali e longitudinali necessari al contenimento di una struttura di antirotazione sufficientemente robusta per soddisfare i requisiti di capacità di carico e di durata richiesti dall' applicazione;

i sistemi di antirotazione a strisciamento sono tradizionalmente impiegati laddove le pressioni tra gli elementi di contatto e i requisiti di durata sono sostanzialmente contenuti; in applicazioni con elevati carichi di esercizio e condizioni di funzionamento continuo, i sistemi di antirotazione a strisciamento possono portare ad un rapido degrado delle prestazioni e quindi ad una bassa affidabilità del sistema.

Pertanto, scopo della presente invenzione à ̈ rendere disponibile un attuatore elettromeccanico lineare che superi gli inconvenienti della tecnica nota sopra citati .

In particolare, Ã ̈ scopo della presente invenzione mettere a disposizione un attuatore elettromeccanico lineare che presenti elevata robustezza ed, al contempo, ingombri contenuti.

Lo scopo à ̈ pienamente raggiunto dall'<'>attuatore elettromeccanico lineare secondo la presente invenzione, che si caratterizza per quanto contenuto nelle rivendicazioni sotto riportate.

Le caratteristiche tecniche dell'invenzione, secondo il suddetto scopo, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate, ed i vantaggi della stessa risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione dettagliata che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

la figura 1 illustra una vista in sezione, secondo un piano longitudinale, di un attuatore elettromeccanico secondo la presente invenzione;

- la figura 2 illustra una vista in esploso del sistema di antirotazione presente all'interno dell'attuatore di figura 1;

- la figure 3-6 rappresentano viste prospettiche di differenti componenti del sistema di antirotazione di figura 2;

- le figure 5A e 6A rappresentano viste prospettiche, parzialmente in sezione, dei componenti delle figure 5 e 6.

Con riferimento alle figure annesse, con 1 Ã ̈ complessivamente rappresentato un attuatore elettromeccanico lineare in accordo con l'invenzione. L'attuatore secondo la presente descrizione e come illustrato nei disegni risulta del tipo a singolo effetto, tuttavia il concetto inventivo potrebbe essere applicato anche ad un attuatore del tipo a doppio effetto.

In accordo con la vista di figura 1, l'attuatore 1 comprende una struttura rigida di contenimento 2 all'interno della quale trova alloggiamento un motore elettrico, in particolare uno statore 3 esterno ed un rotore 4 disposto internamente allo statore 3.

All'interno del rotore 4, ed in rigida connessione ad esso, Ã ̈ disposta una chiocciola 5 avente un asse di rotazione "X" coincidente con l'asse del rotore 4. La chiocciola 5 Ã ̈ quindi messa in rotazione dall'interazione elettromagnetica tra rotore 4 (generalmente del tipo a magneti permanenti) e statore 3.

Nella forma realizzativa illustrata, la chiocciola 5 presenta una direzione prevalente di sviluppo coincidente con il citato asse "X".

La chiocciola 5 à ̈ abilitata al solo moto di rotazione attorno all'asse "X", mentre ad essa à ̈ impedita la traslazione lungo l'asse "X" per esempio mediante appositi spallamenti di bloccaggio od altre soluzioni note.

All'interno della chiocciola 5 Ã ̈ disposto un albero vite 6 il quale si sviluppa attorno ad un asse coincidente con l'asse "X".

L'albero vite 6 Ã ̈ interconnesso alla chiocciola 5 attraverso un accoppiamento elicoidale, preferibilmente a ricircolo di sfere (ma che potrebbe anche essere di diverso tipo, per esempio vite-madrevite, rulli satelliti, ricircolo di rulli) in modo tale che una rotazione reciproca tra chiocciola 5 e albero vite 6 determini una traslazione reciproca degli stessi lungo l'asse "X".

Nella forma realizzativa illustrata nelle figure annesse, e come visibile in figura 1, sia la superficie interna della chiocciola 5 che la superficie esterna dell'albero vite 6 presentano rispettive scanalature elicoidali 5a, 6a destinate a mutuo impegno.

L'albero vite 6 presenta inoltre una cavità interna 7, preferibilmente un foro passante, che si sviluppa lungo il citato asse "X" e che conferisce una conformazione tubolare ad almeno una parte dell'albero vite 6 per ragioni che verranno illustrate nel seguito. Tale cavità 7, o foro passante, interessa pertanto una parte centrale dell'albero vite 6 localizzata in corrispondenza dell'asse "X".

Ad un'estremità assiale, l'albero vite 6 à ̈ stabilmente connesso ad uno spintore 8 definente l'elemento attivo dell'attuatore 1. In particolare, lo spintore 8 attraversa un'apposita apertura della struttura di contenimento 2 per fuoriuscire da quest'ultimo ed à ̈ traslabile insieme all'albero vite 6 per definire una pluralità di posizioni operative lungo l'asse "X".

L'attuatore 1 comprende inoltre un meccanismo di antirotazione 9 attivo sull'albero vite 6 per impedire una rotazione dell'albero vite 6 attorno all'asse "X".

In altre parole, il meccanismo di antirotazione 9 mantiene l'albero vite 6 rotazionalmente fisso durante la rotazione della chiocciola 5 in modo tale che la rotazione della chiocciola 5 determini la traslazione dell'albero vite 6 lungo l'asse "X".

Il meccanismo di antirotazione 9 Ã ̈ comunque conformato in modo tale da guidare, allo stesso tempo, in modo fluido e preciso l'albero vite 6 in traslazione lungo l'asse "X".

In accordo con la presente invenzione, il meccanismo di antirotazione 9 comprende un organo di guida 10 inserito entro la summenzionata cavità 7 (o foro passante) dell'albero vite 6 ed accoppiato in modo non rotazionale all'albero vite 6 stesso.

L'organo di guida 10 Ã ̈ alloggiato nella struttura di contenimento 2 in modo tale da essere disposto sull'asse "X", in particolare secondo una disposizione parallela e coassiale all'asse "X".

L'organo di guida 10 à ̈ fissato a sbalzo alla struttura di contenimento 2, per esempio ad una apposita flangia di supporto 11 ricavata su una testata della struttura di contenimento 2 (come visibile in figura 1). Tale flangia di supporto 11 à ̈ disposta trasversalmente all'asse "X" e può essere demandata ad una funzione di impaccamento dei diversi componenti che costituiscono l'attuatore 1.

Preferibilmente, per ragioni di semplicità di montaggio, la cavità 7 dell'albero vite 6 deve essere accessibile almeno dal lato opposto a quello su cui à ̈ montato lo spintore 8, in modo tale da poter consentire il montaggio a sbalzo dell'organo di guida 10 inserito nella cavità 7 stessa. Tuttavia, à ̈ preferibile che la cavità 7 sia accessibile da entrambi i lati, e quindi che essa sia definita da un unico foro passante.

Preferibilmente, come mostrato nelle figure 1 e 2, l'organo di guida 10 Ã ̈ accoppiato in modo non rotazionale all'albero vite 6 mediante un accoppiamento a ricircolo di sfere "R" atto a consentire una traslazione dell'albero vite 6 rispetto all'organo di guida 10 lungo l'asse "X".

In maggior dettaglio, tale accoppiamento a ricircolo di sfere "R" si sviluppa su un percorso chiuso presentante un primo tratto "R1" parallelo all'asse ed interposto tra l'organo di guida 10 e l'albero vite 6, un secondo tratto "R2" realizzato internamente all'organo di guida 10 per realizzare il ricircolo delle sfere, ed una coppia di terzi tratti "R3" contrapposti, di raccordo tra il primo ed il secondo tratto "R1", "R2".

In particolare, l'organo di guida 10 comprende:

una prima porzione 10a fissata alla struttura di contenimento 2 dell'attuatore 1;

- una seconda porzione 10b removibilmente collegata alla prima porzione 10a e presentante scanalature esterne 12 longitudinali, definenti il citato primo tratto "R" del percorso chiuso, e canali interni 13 di ricircolo delle sfere definenti il citato secondo tratto "R2" del percorso chiuso; e

- una terza porzione 10c removibilmente fissata alla seconda porzione 10b.

Nella specifica forma realizzativa illustrata, come mostrato nelle figure 5 e 5A, la seconda porzione 10b dell'organo di guida 10 presenta una pluralità di canali interni 13 (per esempio in numero di otto come illustrato) angolarmente equidistanziati attorno all'asse "X" ed una pluralità di scanalature esterne 12 (anch'esse per esempio in numero di otto come illustrato), parallele all'asse "X" ed anch'esse angolarmente equidistanziate attorno all'asse "X". Preferibilmente, ciascuna gola superficiale 12 ed il relativo canale interno 13 sono allineate su un medesimo piano radiale passante per l'asse "X".

Inoltre, le citate prima e terza porzione 10a, 10c presentano, su una rispettiva interfaccia con la seconda porzione 10b, appositi elementi deviatori 14 conformati (per esempio ricurvi) in modo tale da convogliare le sfere tra ciascun canale interno 13 ed una rispettiva gola superficiale 12.

Con riferimento all'albero vite 6 (figure 6, 6 ), esso presenta una pluralità di scanalature interne 15, parallele all'asse "X" e rivolte verso le rispettive scanalature esterne 12 per definire, in cooperazione con queste ultime, una pluralità di canali di rotolamento delle sfere atti a mantenere fisso l'orientamento angolare reciproco tra organo di guida 10 ed albero vite 6.

Preferibilmente, le scanalature interne 15 dell'albero vite 6 presentano una lunghezza, lungo l'asse "X", maggiore rispetto alla lunghezza della seconda porzione 10b dell'organo di guida 10.

Con riferimento alla prima porzione dell'organo di guida 10 (figura 3), essa presenta preferibilmente una dimensione prevalente di sviluppo coincidente con l'asse "X", e di forma preferibilmente cilindrica, in modo tale da poter essere inserita all'interno della cavità 7 in almeno una configurazione operativa dell'attuatore 1. In particolare, osservando la figura 1, si evince chiaramente che almeno in una configurazione di spintore 8 completamente retratto l'albero vite 6 avvolge la prima porzione dell'organo di guida 10.

Preferibilmente, la dimensione radiale (vale a dire trasversale all'asse "X") della prima porzione IOa dell'organo di guida 10 à ̈ inferiore rispetto alla corrispondente dimensione della cavità 7, in modo tale da evitare qualsiasi interferenza tra la superficie esterna (non presentante alcun ricircolo di sfere) di detta prima porzione 10a e l'albero vite 6 durante lo scorrimento di quest'ultimo lungo l'asse "X".

Come visibile in figura 4, la terza porzione 10c dell'organo di guida 10 presenta una dimensione ridotta lungo l'asse "X", tale da configurare la terza porzione 10c come "tappo" di chiusura dei canali interni 13 della seconda porzione 10b. La terza porzione 10c à ̈ quindi applicata ad un'estremità della seconda porzione 10b e ad essa collegata a sbalzo.

Preferibilmente, come mostrato in figura 1, l'accoppiamento a ricircolo di sfere "R" à ̈ assialmente disposto lungo l'asse "X" della chiocciola 5 in una posizione compresa entro un ingombro assiale dello statore 3 / rotore 4, preferibilmente centrata rispetto allo statore 3 / rotore 4. In tale configurazione, l'accoppiamento a ricircolo di sfere "R" può esercitare così un'azione di guida e supporto assialmente allineata alla zona in cui si scarica l'azione motrice del motore elettrico.

Secondo una forma realizzativa, come illustrato nelle figure annesse, in almeno una configurazione operativa l'accoppiamento a ricircolo di sfere "R" si estende all'interno dell'albero vite 6 per un tratto longitudinale di quest'ultimo in almeno parziale sovrapposizione (e preferibilmente interamente sovrapposto) con la relativa scanalatura elicoidale 6a esterna. Ciò traduce il fatto che l'accoppiamento a ricircolo di sfere "R" esercita un'azione di guida e supporto dell'albero vite 6 direttamente in un tratto dell'albero vite 6 che scambia un'azione meccanica con la chiocciola 5 (attraverso un ulteriore ricircolo di sfere ingabbiato tra le citate scanalature elicoidali 5a, 6a della chiocciola 5 e dell'albero vite 6), quindi centrato con tale azione meccanica.

In una differente forma realizzativa, tuttavia, l'accoppiamento a ricircolo di sfere "R" potrebbe anche estendersi, in senso longitudinale, esternamente rispetto alla relativa scanalatura elicoidale 6a esterna.

Inoltre, in accordo con una forma realizzativa non illustrata ma comunque rientrante nel concetto inventivo, l'albero vite 6 à ̈ definito da due parti longitudinalmente affiancate lungo l'asse "X", una prima delle quali inserita all'interno della chiocciola 5 e ad essa interconnessa attraverso un accoppiamento elicoidale, la seconda delle quali accoppiata in modo scorrevole e non rotazionale all'organo di guida 10. In particolare la seconda parte dell'albero vite 6 presenta internamente la cavità 7 di alloggiamento dell'organo di guida 10. Le due parti dell'albero vite 6 sono rigidamente collegate tra loro in modo tale che la seconda parte trasmetta l'azione di guida non rotazionale alla prima parte dell'albero vite 6. In tale configurazione, pertanto, il meccanismo di antirotazione 9 à ̈ assialmente distanziato, lungo l'asse "X", rispetto all'accoppiamento tra albero vite 6 e chiocciola 5.

La presente invenzione raggiunge lo scopo proposto, superando gli inconvenienti lamentati nella tecnica nota.

L'attuatore secondo l'invenzione presenta infatti una maggiore capacità di carico a parità di ingombri rispetto alle soluzioni note: nei tradizionali manicotti a ricircolo di sfere à ̈ infatti una bussola con sistema di ricircolo a traslare su di un albero con delle gole longitudinali, e così facendo il diametro sul quale agisce la coppia di bloccaggio à ̈ sensibilmente minore. Nella soluzione sviluppata e sopra descritta, essendo l'elemento fisso (organo di guida) interno all'albero vite, il diametro sul quale agisce la coppia di bloccaggio à ̈ molto maggiore con riduzione quindi della forza tangenziale di sollecitazione sulle sfere e quindi delle pressioni di contatto. Ne risulta una capacità di carico maggiore a parità di ingombri con maggiore vita attesa dell'attuatore e quindi una più alta affidabilità.

Inoltre, l'organo di guida agisce coassialmente all'asse di rotazione dell'attuatore riducendo al minimo eventuali disallineamenti tra albero vite, sistema di antirotazione e chiocciola. Questo permette di annullare eventuali carichi laterali estremamente gravosi che potrebbero modificare sostanzialmente la distribuzione di carico sulle sfere tra albero vite e chiocciola e tra albero vite ed antirotazione, pregiudicando il corretto funzionamento dell attuatore.

Peraltro, 'attuatore secondo l'invenzione ottimizza la distribuzione di carico sulle sfere del meccanismo di antirotazione. Infatti:

- l'organo di guida, agendo coassialmente all'asse di rotazione della chiocciola, riduce al minimo eventuali disallineamenti tra albero vite, meccanismo di antirotazione e chiocciola; questo permette di ottimizzare ed uniformare la distribuzione di carico sulle sfere dell'antirotazione e dell'accoppiamento tra albero vite e chiocciola;

- potendo massimizzare il diametro dell'organo di guida à ̈ possibile ridurne la sua lunghezza ottenendo una soluzione molto più compatta e rigida con conseguente miglioramento sulla distribuzione di carico sulle sfere dell'antirotazione.

Tale architettura del sistema di antirotazione premette di ridurre al minimo gli ingombri radiali ed assiali massimizzando nel contempo le capacità di carico. In particolare, la lunghezza totale dell'attuatore risulta essere particolarmente contenuta e non à ̈ in alcun modo affetta dalla presenza dell'antirotazione.

Inoltre, l'architettura del sistema di antirotazione favorisce la lubrificazione a bagno d'olio. L'elevata affidabilità di tale architettura congiunta ai severi requisiti di durata richiesti agli attuatori lineari fanno sì che l'invenzione qui presentata si presti in particolar modo ad applicazione come pompe alternative.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Attuatore elettromeccanico lineare, comprendente: - una struttura di contenimento (2); - uno spintore (8) preposto a traslare rispetto alla struttura di contenimento (2) per fuoriuscire almeno parzialmente dalla struttura di contenimento (2) durante il funzionamento dell'attuatore (1); una chiocciola (5) disposta nella struttura di contenimento (2) e girevole attorno ad un asse (X) sotto l'azione di una forza motrice; un albero vite (6) inserito all'interno della chiocciola (5) e connesso a detto spintore (8), detto albero vite (6) essendo interconnesso alla chiocciola (5) attraverso un accoppiamento elicoidale a ricircolo di sfere in modo tale che una rotazione della chiocciola (5) determini una traslazione dell'albero vite (6) lungo detto asse (X); - un meccanismo di antirotazione (9) attivo sull'albero vite (6) per impedire una rotazione dell'albero vite (6) attorno a detto asse (X); caratterizzato dal fatto che detto albero vite (6) presenta una cavità (7) disposta attorno a detto asse (X) e che detto meccanismo di antirotazione (9) comprende un organo di guida (10) fissato a detta struttura di contenimento (2) ed inserito entro detta cavità (7) dell'albero vite (6), detto organo di guida (10) essendo accoppiato in modo non rotazionale all'albero vite (6).
2. 2. Attuatore secondo la rivendicazione 1, in cui la struttura di contenimento (2) presenta una flangia di supporto (11) disposta trasversalmente a detto asse (X) ed in cui l'organo di guida (10) Ã ̈ fissato a sbalzo a detta flangia di supporto (11).
3. 3. Attuatore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto organo di guida (10) Ã ̈ accoppiato in modo non rotazionale all'albero vite (6) mediante un accoppiamento (R) a ricircolo di sfere atto a consentire una traslazione dell'albero vite (6) rispetto all'organo di guida (10) lungo detto asse (X).
4. 4. Attuatore secondo la rivendicazione 3, in cui detto accoppiamento (R) a ricircolo di sfere si sviluppa su un percorso chiuso presentante un primo tratto (Ri) parallelo a detto asse (X) ed interposto tra l'organo di guida (9) e l'albero vite (6), per definire un accoppiamento scorrevole tra organo di guida (9) ed albero vite (6), ed un secondo tratto (R2) realizzato internamente all'organo di guida (9) per realizzare il ricircolo delle sfere, ed una coppia di terzi tratti (R3) di raccordo tra il primo ed il secondo tratto (Ri, R2).
5. 5. Attuatore secondo la rivendicazione 4, in cui l'organo di guida (10) comprende: - una prima porzione (10a) fissata alla struttura di contenimento (2); - una seconda porzione (10b) removibilmente collegata alla prima porzione (10a) e presentante scanalature esterne (12) longitudinali, definenti detto primo tratto (Ri) di detto percorso chiuso, e canali interni (13) di ricircolo delle sfere definenti detto secondo tratto (R2) del percorso chiuso; e - una terza porzione (10c) removibilmente fissata alla seconda porzione (10b); ed in cui detta prima e terza porzione (10a, 10c) presentano, su una rispettiva interfaccia con la seconda porzione (10b), elementi deviatori (14) per convogliare le sfere tra ciascun detto canale interno (13) ed una rispettiva scanalatura esterna (12) longitudinale.
6. 6. Attuatore secondo la rivendicazione 5, in cui detta prima porzione (IOa) dell'organo di guida (10) presenta sviluppo sostanzialmente cilindrico ed, in almeno una configurazione operativa dell' attuatore (1), à ̈ inserita entro detta cavità (7) dell'albero vite (6).
7. 7. Attuatore secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui l'organo di guida (10) sì sviluppa lungo un asse coincidente con detto asse (X) di rotazione della chiocciola (5).
8. 8. Attuatore secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre un motore elettrico avente uno statore (3) fissato alla struttura di contenimento (2) ed un rotore (4) fissato alla chiocciola (5); detto accoppiamento (R) a ricircolo di sfere essendo assialmente disposto lungo l'asse (X) della chiocciola (5) in una posizione racchiusa entro un ingombro assiale dello statore (3), preferibilmente centrata rispetto allo statore (3).
9. 9. Attuatore secondo la rivendicazione 3, in cui l'albero vite (6) presenta esternamente una scanalatura elicoidale (6a) per il collegamento con la chiocciola (5) , ed in cui, in almeno una configurazione operativa, detto accoppiamento (R) a ricircolo di sfere presenta un ingombro longitudinale, lungo detto asse (X), parzialmente sovrapposto ad uno sviluppo longitudinale di detta scanalatura elicoidale (6a).
10. 10. Attuatore secondo la rivendicazione 5, in cui l'albero vite (6) presenta internamente una pluralità di scanalature longitudinali (15) aventi lunghezza, lungo l'asse (X) della chiocciola (5), maggiore rispetto ad una corrispondente lunghezza della seconda porzione (10b) dell'organo di guida (10). Roma, 15 novembre 2012