PL224687B1

PL224687B1 - Encoder installation in electric motor

Info

Publication number: PL224687B1
Application number: PL411500A
Authority: PL
Inventors: Bartłomiej Będkowski; Tadeusz Glinka; Tomasz Wolnik; Andrzej Białas; Leszek Brymora
Original assignee: Inst Napędów I Masz Elektrycznych Komel
Priority date: 2015-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2017-01-31
Also published as: PL411500A1

Description

Przedmiotem wynalazku jest instalacja enkodera w silniku elektrycznym z zewnętrznym wirnikiem.The subject of the invention is the installation of an encoder in an electric motor with an external rotor.

Znane są rozwiązania instalacji enkodera obrotowego w silnikach elektrycznych z wewnętrznym wirnikiem. W rozwiązaniach tych wałek enkodera sprzęgnięty jest osiowo z wałem silnika, natomiast obudowa enkodera zamocowana jest na elemencie nieruchomym silnika, zwykle na tarczy łożyskowej. W przypadku napędów bębnowych, silników z zewnętrznym wirnikiem, itp., w których częścią nieruchomą maszyny jest wał, a wiruje część obudowy razem z tarczami łożyskowymi, niemożliwe jest zastosowanie ogólnodostępnych enkoderów obrotowych. Znane są rozwiązania enkoderów opartych o taśmy impulsowe lub bieżnie współpracujące z głowicami odczytującymi, które można by było zastosować alternatywnie w takich urządzeniach. Wymagają one dużej dokładności pozycjonowania, co wyklucza ich zastosowanie w maszynach o większych gabarytach lub, gdzie tolerancje wykonania maszyny przekraczają wymagania odnośnie pozycjonowania enkodera.There are known solutions for installing a rotary encoder in electric motors with an internal rotor. In these solutions, the encoder shaft is axially coupled to the motor shaft, while the encoder housing is mounted on a fixed element of the motor, usually on a bearing plate. In the case of drum drives, motors with an external rotor, etc., where the shaft is a fixed part of the machine and a part of the housing rotates together with the bearing shields, it is impossible to use commercially available rotary encoders. There are known solutions of encoders based on impulse tapes or tracks cooperating with reading heads, which could be used alternatively in such devices. They require high positioning accuracy, which excludes their use in machines with larger dimensions or where the machine manufacturing tolerances exceed the encoder positioning requirements.

Przedmiotem wynalazku jest instalacja enkodera w silniku elektrycznym z zewnętrznym wirnikiem, która jest zrealizowana przy pomocy adaptera, paska zębatego i kół zębatych. Instalacja ta charakteryzuje się tym, że na wewnętrznej średnicy jarzma wirnika wykonany jest wieniec zębaty, bądź też wieniec zębaty jest wykonany na pierścieniu przykręconym do tarczy łożyskowej. W otworze nieruchomego wału silnika jest zamocowany stojak adaptera. Na końcówkach stojaka adaptera są umieszczone dwa koła zębate połączone paskiem zębatym bądź kołami zębatymi pośredniczącymi. Pierwsze koło zębate jest kołem napędzanym przez wieniec zębaty, a oś drugiego koła zębatego napędzanego jest sprzęgnięta z osią enkodera. Obudowa enkodera jest zamocowana na stojaku adaptera. Są trzy warianty rozwiązania przekazywania prędkości obrotowej z wieńca zębatego na koło zębate napędzane.The subject of the invention is the installation of an encoder in an electric motor with an external rotor, which is realized by means of an adapter, toothed belt and toothed wheels. This installation is characterized in that a toothed rim is made on the inner diameter of the rotor yoke, or the toothed rim is made on a ring screwed to the bearing plate. An adapter stand is fixed in the bore of the fixed motor shaft. At the ends of the adapter stand, there are two gears connected by a toothed belt or idler gears. The first gear is a gear driven by the ring gear and the axis of the second driven gear is coupled to the axis of the encoder. The encoder housing is mounted on the adapter stand. There are three variants of the solution for transmitting the rotational speed from the toothed wheel to the driven gear.

Wariant pierwszy - pierwsze koło zębate napędzane przylega, poprzez pasek obustronnie zębaty, do wieńca zębatego.The first variant - the first driven gear is adjacent to the toothed ring through a belt on both sides.

Wariant drugi - pierwsze koło zębate napędzane ma dwie bieżnie zębate: bieżnię o większej średnicy, która przylega do wieńca zębatego i bieżnię zębatą o mniejszej średnicy, na której leży pasek jednostronnie zębaty.The second variant - the first driven gear has two toothed raceways: a larger diameter raceway that adjoins the toothed ring and a smaller diameter toothed raceway on which a single-sided toothed belt rests.

Wariant trzeci - napęd z pierwszego koła zębatego napędzanego na drugie koło zębate napędzane jest przekazywany przez koła zębate pośredniczące. Stosunek liczby zębów z₁ na wieńcu zębatym do liczby zębów z₂ na drugim kole zębatym napędzanym jest równy n-p, gdzie n jest liczbą naturalną, a p - liczbą par biegunów silnika. Stojak adaptera jest umieszczony w otworze nieruchomego wału swobodnie. Mocowanie stojaka adaptera do wału zabezpieczają płaskie prowadnice umieszczone nad wałem, po obydwóch stronach stojaka adaptera. Prowadnice są zamocowane do stojaka adaptera przy pomocy spawu lub śrub. Na końcach prowadnic są otwory. W nieruchomym wale, po obydwóch stronach stojaka adaptera, są umieszczone na gwint, dwa trzpienie prowadzące o średnicy mniejszej od średnicy otworów w prowadnicach. Na trzpieniach są umieszczone sprężyny, przy czym na wierzchołkach sprężyn leżą prowadnice, a końcówki trzpieni wchodzą w otwory prowadnic. Prowadnice i trzpienie mocują stojak adaptera do wału, a sprężyny zapewniają docisk pierwszego koła zębatego do wieńca zębatego.The third variant - the drive from the first driven gear to the second driven gear is transmitted through idler gears. The ratio of the number of teeth from ₁ on the toothed wheel to the number of teeth from ₂ on the second driven gear is equal, for example, where n is a natural number, and p is the number of motor pole pairs. The adapter stand is placed in the bore of the fixed shaft freely. The adapter stand is secured to the shaft by flat guides located above the shaft, on both sides of the adapter stand. The guides are attached to the adapter stand by means of a weld or bolts. There are holes at the ends of the guides. In the fixed shaft, on both sides of the adapter stand, there are threaded two guide pins with a diameter smaller than the diameter of the holes in the guides. Springs are placed on the pins, with the guides on the tips of the springs, and the ends of the pins entering the holes in the guides. Guide rails and pins secure the adapter stand to the shaft, and the springs press the first gear against the ring gear.

Instalacja enkodera w silniku elektrycznym z zewnętrznym wirnikiem według przedstawionego rozwiązania nie wymaga dużej dokładności wykonania adaptera i jego montażu w silniku, umożliwia ponadto zastosowanie katalogowego enkodera. Luźne osadzenie stojaka adaptera w otworze wału silnika i na trzpieniach oraz umieszczenie sprężyn pod prowadnicami zapewnia stały docisk pierwszego koła zębatego napędzanego do wieńca zębatego, co zapewnia bezpoślizgowe sprzęgnięcie enkodera z zewnętrznym wirnikiem i umożliwia podwyższenie prędkości obrotowej enkodera w st osunku z₁/z₂.Installing the encoder in an electric motor with an external rotor according to the presented solution does not require high precision of the adapter and its assembly in the motor, it also allows the use of the catalog encoder. Loose mounting of the adapter stand in the motor shaft bore and on the pins and placing the springs under the guides ensure a constant pressure of the first driven gear to the toothed ring, which ensures non-slip coupling of the encoder with the outer rotor and allows to increase the encoder rotational speed in relation to ₁ / z ₂ .

Przedmiot wynalazku jest zilustrowany na rysunkach, na których przedstawiono:The subject of the invention is illustrated in the drawings, which show:

fig. 1 - przekrój osiowy fragmentu silnika ukazujący instalację enkodera w silniku z wieńcem zębatym na jarzmie wirnika, fig. 2 - przekrój osiowy fragmentu silnika ukazujący instalację enkodera w silniku z wieńcem zębatym na pierścieniu, fig. 3 - przekrój poprzeczny fragmentu silnika ukazujący instalację enkodera za pomocą prowadnic i trzpieni prowadzących, fig. 4 - stojak adaptera z prowadnicami spawanymi i paskiem obustronnie zębatym,Fig. 1 - axial section of the motor fragment showing the installation of the encoder in the motor with a toothed ring on the rotor yoke, Fig. 2 - axial section of the motor fragment showing the installation of the encoder in the motor with a toothed ring on the ring, Fig. 3 - cross section of the motor fragment showing the installation of the encoder by means of guides and guide pins, fig. 4 - adapter stand with welded guides and a toothed belt on both sides,

PL 224 687 B1 fig. 5 - stojak adaptera z prowadnicami przykręcanymi i paskiem jednostronnie zębatym, fig. 6 - stojak adaptera z kołami pośredniczącymi.Fig. 5 - adapter stand with screwed guides and a one-sided toothed belt, Fig. 6 - adapter stand with idler pulleys.

Instalacja enkodera w silniku elektrycznym z zewnętrznym wirnikiem jest zrealizowana przy pomocy adaptera, paska zębatego i kół zębatych. Na wewnętrznej średnicy jarzma wirnika 12 wykonany jest wieniec zębaty 2, bądź też wieniec zębaty 2 jest wykonany na pierścieniu 11 przykręconym do tarczy łożyskowej 10. W otworze 1.2 nieruchomego wału 1 silnika jest zamocowany stojak adaptera 3. Na końcówkach stojaka adaptera 3 są umieszczone dwa koła zębate 4 i 5 połączone paskiem zębatym 6 bądź kołami zębatymi pośredniczącymi 6.3. Pierwsze koło zębate 4 jest kołem napędzanym przez wieniec zębaty 2, oś drugiego koła zębatego 5 napędzanego jest sprzęgnięta z osią enkodera 8. Obudowa enkodera 7 jest zamocowana na stojaku adaptera 3. Są trzy warianty rozwiązania przekazywania prędkości obrotowej z wieńca zębatego 2 na drugie koło zębate 5 napędzane. Wariant pierwszy - pierwsze koło zębate napędzane 4 przylega, poprzez pasek obustronnie zębaty 6.1, do wieńca zębatego 2. Wariant drugi -- pierwsze koło zębate napędzane 4 ma dwie bieżnie zębate: bieżnię o większej średnicy 4.1, która przylega do wieńca zębatego 2 i bieżnię zębatą o mniejszej średnicy 4.2, na której leży pasek jednostronnie zębaty 6.2. Wariant trzeci - napęd z pierwszego koła zębatego napędzanego 4 na drugie koło zębate napędzane 5 jest przekazywany przez koła zębate pośredniczące 6.3. Stosunek liczby zębów z^ na wieńcu zębatym 2 do liczby zębów z₂ na drugim kole zębatym 5 napędzanym jest równy n-p, gdzie n jest liczbą naturalną, a p - liczbą par biegunów silnika. Stojak adaptera 3 jest umieszczony w otworze 1.2 nieruchomego wałka 1 swobodnie, to znaczy z luzem. Mocowanie stojaka adaptera 3 do wału 1 zabezpieczają płaskie prowadnice 14 umieszczone nad wałem 1, po obydwóch stronach stojaka adaptera 3. Prowadnice 14 są zmocowane do stojaka adaptera 3 przy pomocy spawu 3.1 lub śrub 3.2. Na końcach prowadnic 14 są otwory 14.1. W nieruchomym wale 1, po obydwóch stronach stojaka adaptera 3, są umieszczone na gwinty dwa trzpienie 13 prowadzące o średnicy mniejszej od średnicy otworów 14.1 w prowadnicach 14. Na trzpieniach 13 są umieszczone sprężyny 9, przy czym na wierzchołkach sprężyn 9 leżą prowadnice 14, a końcówki trzpieni 13 wchodzą w otwory 14.1 prowadnic 14. Prowadnice 14 i trzpienie 13 mocują stojak adaptera 3 do wału 1, a sprężyny 9 zapewniają docisk pierwszego koła zębatego 4) - do wieńca zębatego 2.The encoder is installed in an external rotor electric motor by means of an adapter, toothed belt and toothed wheels. On the inner diameter of the rotor yoke 12 there is a toothed ring 2, or the toothed ring 2 is made on a ring 11 bolted to the bearing plate 10. In the hole 1.2 of the stationary motor shaft 1, the adapter stand 3 is mounted. On the ends of the adapter stand 3 there are two wheels gears 4 and 5 connected by a toothed belt 6 or idler gears 6.3. The first gear wheel 4 is a gear driven by the gear ring 2, the axis of the second driven gear 5 is coupled to the axis of the encoder 8. The encoder housing 7 is mounted on the adapter stand 3. There are three variants of the solution for transmitting the rotational speed from the gear ring 2 to the second gear wheel 5 driven. The first variant - the first driven gear 4 adjoins, through a double-sided belt 6.1, to the toothed rim 2. The second variant - the first driven gear 4 has two toothed raceways: a race with a larger diameter 4.1, adjacent to the toothed ring 2 and a toothed race with a smaller diameter of 4.2, on which a single-toothed belt rests 6.2. The third variant - the drive from the first driven gear 4 to the second driven gear 5 is transmitted via idler gears 6.3. The ratio of the number of teeth z 2 on the gear rim 2 to the number of teeth z ₂ on the second driven gear 5 is equal, for example, where n is a natural number, and p is the number of motor pole pairs. The adapter stand 3 is placed in the opening 1.2 of the fixed shaft 1 freely, that is, with play. The mounting of the adapter stand 3 to the shaft 1 is secured by flat guides 14 located above the shaft 1, on both sides of the adapter stand 3. The guides 14 are fixed to the adapter stand 3 by means of a weld 3.1 or screws 3.2. At the ends of the guides 14 there are holes 14.1. In the stationary shaft 1, on both sides of the adapter stand 3, there are two threaded guide pins 13 with a diameter smaller than the diameter of the holes 14.1 in the guides 14. The pins 13 are equipped with springs 9, with the springs 14 on the tips and the ends of the pins 13 go into the holes 14.1 of the guides 14. The guides 14 and the pins 13 fasten the stand of the adapter 3 to the shaft 1, and the springs 9 provide the pressure of the first gear 4) - to the toothed ring 2.

Instalacja enkodera w silniku elektrycznym z zewnętrznym wirnikiem według przedstawionego rozwiązania umożliwia użycie katalogowego enkodera mierzącego kąt obrotowy wirnika. To rozwiązanie eliminuje problemy konstrukcyjne i technologiczne, jakie pojawiają się w przypadku wykorzystania alternatywnych czujników kąta i prędkości obrotowych silnika z zewnętrznym wirnikiem. Problemy te występuią głównie bez przekładni mechaniczne napędzających maszyny robocze pracujące z małą prędkością obrotową. W tego typu napędach podwyższenie prędkości obrotowej enkodera przy p omocy adaptera zwiększa rozdzielczość i dokładność pomiaru kąta obrotu wirnika.The installation of the encoder in an electric motor with an external rotor according to the presented solution allows the use of a catalog encoder measuring the rotational angle of the rotor. This solution eliminates the design and technological problems that arise when using alternative angle and speed sensors for the external rotor motor. These problems occur mainly without mechanical gears driving low-speed working machines. In this type of drive, increasing the encoder rotational speed with the help of an adapter increases the resolution and accuracy of the measurement of the rotor rotation angle.

Claims

Installation of the encoder in an electric motor with an external rotor by means of an adapter, a toothed belt and toothed wheels, characterized in that a toothed ring (2) or a toothed ring (2) is made on the inner diameter of the rotor yoke (12). the screwed (10.2) or welded (10.1) ring (11) to the bearing plate (10), and in the hole (1.2) of the fixed motor shaft (1) the adapter stand (3) is mounted, at the ends of the adapter stand (3) there are two wheels toothed gears (4) and (5) connected by a toothed belt (6) or idler gears (6.3), where the first wheel (4) is a gear driven by the toothed ring (2) and the axis of the second driven gear (5) is coupled with the encoder axis (8), with the encoder housing (7) mounted on the adapter stand (3).

2. Installing an encoder according to claim The gear according to claim 1, characterized in that the first driven gear (4) rests against the toothed rim (2) via a toothed belt (6.1).

3. An encoder installation according to claim A gear according to claim 1, characterized in that the first driven gear (4) has two toothed races: a race with a larger diameter (4.1) adjacent to the toothed ring (2) and a toothed race with a smaller diameter (4.2) on which a one-sided toothed belt rests. (6.2).

4. An encoder installation according to claim The device of claim 1, characterized in that the drive from the first driven gear (4) to the second driven gear (5) is transmitted via idler gears (6.3).

PL 224 687 B1

5. Installing an encoder according to claim 4. A method according to claim 1, characterized in that the ratio of the number of teeth with a driven gear rim (2) to the number of teeth with ₂ on the driven gear wheel (5) is equal, e.g., where n is a natural number, and p is the number of pole pairs of the motor.

6. An encoder installation according to claim 1, 2, 3, 4 and 5, characterized in that on both sides of the adapter stand (3), above the shaft (1), flat guides (14) with holes (14.1), and in the fixed shaft (1), on both sides of the adapter stand (3), two guide pins (13) with a diameter smaller than the diameter of the holes (14.1) in the guides (14), on the pins (13) are placed on the thread. the springs (9) are placed, the guides (14) lie on the springs (9) tips, and the ends of the pins (13) enter the holes (14.1) of the guides (14).