Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest tarcza łożyskowa silnika elektrycznego wraz z zintegrowaną skrzynką zaciskową oraz sposób jej wykonania przy produkcji jednostkowej lub w małych seriach.
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.
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.
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.
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.