RZECZPO SPO LITA PO LSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY ( 2 1) Numer zgłoszenia: 318085 (22) Data zgłoszenia: 22.01.1997 (19) PL (11) 182481 (13) B1 (5 1) IntCl7 H02K 7/116 H02K 11/00 (54) Zespół motoreduktora elektrycznego (30) Pierwszeństwo: 23.01.1996,FR,9600909 (73) Uprawniony z patentu: SAIT MINING Société Anonyme, Saverne, FR (43) Zgłoszenie ogłoszono: 04.08.1997 BUP 16/97 (72) Twórcy wynalazku: Léon Ohlmann, Mertzwiller, FR (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.01.2002 WUP 01/02 (45) Pełnomocnik: Łuczak Jerzy, Biuro Usług Prawno-Technicznych, Dr. A. Au & Co. PL 182481 B1 (57) 1. Zespół motoreduktora elektrycznego, zawierający kilka silników elektrycznych i jedno wyjście z redukcją w linii z wyjściami silników, znamienny tym, że w korpusie (34), na przegrodzie (40), usytuowane są rozłożone obwodowo względem mającego wał wyjściowy (33) koła zębatego (27) silniki (23 i 24) tak, że każde z kół atakujących (3) silników (23, 24) zazębia się z wieńcem (31) koła zębatego (27), przy czym w przestrzeni ograniczonej silnikami (23, 24) usytuowany jest moduł sterujący (38). FIG. 5
Zespół motoreduktora elektrycznego Zastrzeżenia patentowe 1. Zespół motoreduktora elektrycznego, zawierający kilka silników elektrycznych i jedno wyjście z redukcją w linii z wyjściami silników, znamienny tym, że w korpusie (34), na przegrodzie (40), usytuowane są rozłożone obwodowo względem mającego wał wyjściowy (33) koła zębatego (27) silniki (23 i 24) tak, że każde z kół atakujących (3) silników (23, 24) zazębia się z wieńcem (31) koła zębatego (27), przy czym w przestrzeni ograniczonej silnikami (23,24) usytuowany jest moduł sterujący (38). 2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że koło zębate (27) ma wieniec zębaty (31) wewnętrzny. 3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że koło zębate (27) ma wieniec zębaty (31) zewnętrzny. 4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że przegroda (40) dzieli przestrzeń wewnętrzną korpusu (34) na przedział (41) zawierający koło zębate (27) i koła atakujące (30) silników (23, 24) oraz środek smarujący (43), a także na przedział silnikowy (42), zawierający silniki (23, 24), moduł sterujący (38) i układ chłodzenia (45). 5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że moduł sterujący (38) jest zamknięty w obudowie przeciwwybuchowej, której ściana czołowa jest płytą bazową (39). 6. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że układ chłodzenia (45) utworzony jest przez rowki (46) wykonane w płycie przegrody (4) i zamknięte płytą (48), na której zamontowana jest płyta bazowa (39) modułu sterującego (38). 7. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że układ chłodzenia (45) ma postać wężownicy rurowej. 8. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że układ chłodzenia (45) ma postać rurowego obwodu przechodzącego przez silniki elektryczne (23,24). 9. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że silniki (23, 24) są zasilane z gniazd elektrycznych (55, 56), usytuowanych na jednej ze ścian korpusu (34). 10. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że króćce doprowadzające/odprowadzające (57, 58) ciecz chłodzącą usytuowane są na jednej ze ścian korpusu (34). * * * Przedmiotem wynalazku jest zespół motoreduktora elektrycznego, przeznaczonego do napędu taśmociągów w kopalniach oraz innych maszyn, gdzie występuje ograniczenie przestrzeni do osadzania silnika elektrycznego. Silniki elektryczne dużej mocy są używane w różnych gałęziach przemysłu. Ma to miejsce w szczególności w przypadku napędu ciężkich przenośników w przemysłach surowcowych: rudy, węgiel, minerały. Na przykład w kopalniach surowiec jest transportowany wielkimi przenośnikami, których wydajność przekracza 100 ton na godzinę. Taśma tych przenośników jest napędzana silnikami dużej mocy od 100 do 400 kw dla zainstalowanej jednostki, a nawet 1000 kw za pośrednictwem końcowej rolki napędzającej poprzez reduktor mechaniczny. Dla przenośników długich przewiduje się kilka silników funkcjonujących synchronicznie jeden na każdym końcu i ewentualnie wzdłuż taśmy napędzających taśmy za pośrednictwem reduktora. Z reguły, dla tak ważnych instalacji przewiduje się na końcu przenośnika stację rozruchową, która ma na celu ułatwienie rozruchu i zmiany prędkości biegu. Z powodu przyłożenie dużej siły, ryzykuje się przy rozruchu zerwanie taśmy. Istnieje wiele rozwiązań umożliwiających płynny rozruch lub zmianę prędkości biegu. Stosuje się sprzęgła, na przykład hydrauliczne, umieszczone między każdym silnikiem i reduktorem. Oprócz znacznego kosztu, rozwiązania te przedstawiają wiele niedogodności.
182 481 3 Zajmują one dużo miejsca i grzeją się. Trzeba im dużo przestrzeni w miejscu, gdzie jej brak i które jest przegrzane tak jak na przykład chodnik kopalni. Urządzenia wentylujące i chłodzące, które trzeba przewidzieć, są znaczne, kosztowne i generują hałas, oraz niewygodę. Ponadto ich sprawność mechaniczna jest przeciętna, powoduje niepożądaną stratę mocy w miejscach niedostępnych, gdzie można dostarczać jedynie energię elektryczną a i to nie jest łatwe. Stosuje się również silniki asynchroniczne, których sprawność jest wyższa, przedstawiają jednak pewne trudności w regulacji prędkości obrotowej, ponieważ są one ustawione na częstotliwość sieci elektrycznej. Te typy silników nie posiadają wystarczająco dużego momentu rozruchowego, stąd potrzeba dołączenia sprzęgła hydraulicznego dla rozruchu pod obciążeniem. Ponadto podczas rozruchu potrzeba pięć do ośmiu razy więcej mocy. Sieć elektryczna musi wytrzymać ten duży prąd rozruchowy Aby rozwiązać problem regulacji prędkości trzeba używać przetwornicy częstotliwości, która sprawia, że silnik zachowuje się jak silnik prądu stałego przy częstotliwościach bliskich zera, to znaczy przy rozruchu. Spełniają się wszystkie zalety napędu, ale dochodzą problemy kosztów i niebezpieczeństwo w przypadku zwarcia. Przetwornica stanowi moduł, którego wielkość jest nie bez znaczenia, jeśli trzeba go umieścić dodatkowo przy reduktorze. Aby zmniejszyć gabaryty, silnik jest umieszczony w osi z reduktorem, który posiada przekładnię kątową do napędu rolki końcowej. Zespół motoreduktora jest więc umieszczony wzdłuż przenośnika, a nie poprzecznie do niego, ponieważ ustawienie takie jest niepożądane ze względu na ograniczoną szerokość na przykład chodnika kopalni zajętego już w większości przez przenośnik. Silniki elektryczne dużej mocy są produktami specyficznymi wykonywanymi przez niewielką ilość specjalistów. Ponadto z powodu małego popytu, serie nie przekraczają kilku egzemplarzy. Tak więc koszty produkcji okazują się dość wysokie. Tak samo jest ma się rozumieć jeśli chodzi o cenę sprzedaży. Z drugiej strony, silniki dużej mocy są duże i ciężkie. Wymagają użycia znacznych środków do ich transportu i montażu. Do silników należy dołączyć zespół reduktora i moduł sterujący stosownie do mocy pobieranej i przenoszonej. Ta akumulacja sprzętu, duże gabaryty, wysokie koszty zakupu, oraz trudności montażowe i instalacyjne sprawiają utrudnienia konstrukcyjno-montażowe. W tej chwili nie istnieje inne rozwiązanie zastępcze i konstruktorzy instalacji wymagających silników dużej mocy z reduktorem muszą znosić wszystkie te niedogodności. Istota wynalazku, którym jest zespół motoreduktora elektrycznego, zawierający kilka silników elektrycznych i jedno wyjście z redukcją w linii z wyjściami silników, polega na tym, że w korpusie na przegrodzie usytuowane są rozłożone obwodowo względem mającego wał wyjściowy koła zębatego silniki, tak, że każde z kół atakujących silników zazębia się z wieńcem koła zębatego, przy czym w przestrzeni ograniczonej tymi silnikami usytuowany jest moduł sterujący. Korzystnym jest, gdy koło zębate ma wieniec zębaty wewnętrzny. Korzystnym jest też, gdy koło zębate ma wieniec zębaty zewnętrzny. Korzystnym jest także, gdy przegroda dzieli przestrzeń wewnętrzną korpusu na przedział zawierający koło zębate, koła atakujące silników oraz środek smarujący, a także na przedział silnikowy, zawierający silniki, moduł sterujący i układ chłodzenia. Korzystnym jest również, gdy moduł sterujący jest zamknięty w obudowie przeciwwybuchowej, której ściana czołowa jest płytąbazową. Korzystnym jest ponadto, gdy układ chłodzenia utworzony jest przez rowki wykonane w płycie przegrody i zamknięte płytą, na której zamocowana jest płyta bazowa modułu sterującego. Poza tym korzystnym jest, gdy układ chłodzenia ma postać wężownicy rurowej. Zwłaszcza korzystnym jest, gdy układ chłodzenia ma postać rurowego obwodu przechodzącego przez silniki elektryczne. Szczególnie korzystnym jest, gdy silniki zasilane są z gniazd elektrycznych usytuowanych na jednej ze ścian korpusu.
4 182 481 Dodatkowo korzystnym jest, gdy króćce doprowadzające/odprowadzające ciecz chłodzącą usytuowane są na jednej ze ścian korpusu. Przedmiot wynalazku w przykładowym wykonaniu uwidoczniono w schematach na rysunku, gdzie: fig. 1 przedstawia widok z boku przenośnika napędzanego przez dwa zespoły motoreduktorów klasycznych, fig. 2 przedstawia widok z góry przenośnika przez dwa zespoły motoreduktorów klasycznych, fig. 3 i 4 przedstawiają odpowiednio widok z boku i z góry przenośnika napędzanego przez dwa zespoły motoreduktorów, fig. 5 przedstawia przekrój poprzeczny ukazujący wariant motoreduktora z chłodzeniem według wynalazku, fig. 6 przedstawia powiększenie przekroju poprzecznego z fig. 5 na poziomie wału wyjściowego dla wariantu z wałem drążonym, fig. 7 przedstawia widok z tyłu zespołu motoreduktora bez modułu sterującego, ukazującym przykład układu chłodzenia, fig. 8 i 9 przedstawiają odpowiednio widoki w perspektywie z tyłu i z przodu zespołu motoreduktora według wynalazku. Tytułem wprowadzenia, rozpatrzona zostanie poniżej w odniesieniu do figur 1 i 2, instalacja klasyczna przenośnika składająca się Z transportera 1 wyposażonego w taśmę 2 rozciągniętą między końcowym bębnem swobodnym 3 i bębnem końcowym napędowym 4 oraz zespołu bębnów napinających 5,6, 7,8 rozmieszczonych w dwóch grupach. Bęben napędowy 4 jest sprzęgnięty z dwoma zespołami motoreduktorów dużej mocy 9 i 10 ustawionych wzdłuż końca napędowego transportera. Każdy zespół jest rozmieszczony w linii wzdłuż taśmy i składa się z silnika 11, 12 sprzęgła hydraulicznego 13, 14, reduktora wielostopniowego 15, 16 zaopatrzonego w przekładnię kątową 90 stopni. Każdy silnik jest sterowany z szafy sterowniczej 17, 18 i zasilany z jedynego transformatora 19. Chłodzenie silników zapewnia układ chłodzenia 20, na przykład wodny. Instalacja ta posiada wszystkie wady wskazane już w części wprowadzającej. Chodzi o koszt silników, reduktorów i sprzęgieł ze względu na moc pobieraną i przenoszoną. Chodzi również o gabaryty i rozpraszane ciepło, które trzeba odprowadzić. Wynalazek ma na celu zlikwidowanie lub przynajmniej zmniejszenie niedogodności i wady rozwiązań poprzednich. Na fig. 3 i 4 przedstawiono nowy motoreduktor elektryczny 21 lub 22 przeznaczony do zastąpienia zespołu składającego się z silnika elektrycznego dużej mocy 11 lub 12, jego układu sterującego 17 lub 18, sprzęgła hydraulicznego 13 lub 14 i wielostopniowego reduktora 15 lub 16 z przekładnią kątową na wyjściu. Można nim również zastąpić zespół motoreduktora nazywany liniowym, to znaczy taki, którego wał wyjściowy silnika i reduktora mają taki sam kierunek. W tym celu całkowita moc jedynego silnika elektrycznego 11 lub 12 jest podzielona na moce cząstkowe silników elektrycznych 23 i 24 o mniejszej mocy, których ilość jest większa od jedności, na przykład cztery, sześć lub osiem, rozmieszczonych symetrycznie wieńcowo lub gwiaździście 25 i zazębiających się z tym samym kołem lub wieńcem zębatym 27. Silniki 23 lub 24 powinny być rozmieszczone w przybliżeniu równomiernie na okręgu i równolegle do siebie i do osi centralnej 26. Każdy silnik składa się z bloku 28, wału wyjściowego 29 i koła atakującego 30 stanowiącego zakończenie wału wyjściowego lub zamontowanego na nim. Koło atakujące 30 wału wyjściowego każdego z tych silników 23, 24 zazębia się z jednym wieńcem lub kołem zębatym 27, którego płaszczyzna jest prostopadła do osi centralnej 26. Obwód 31 uzębiony wewnętrznie lub zewnętrznie tego jedynego koła lub wieńca zębatego 27 styka się z okręgiem 32 utworzonym przez koła zębate wałów wyjściowych w taki sposób, aby otrzymać połączenie redukcyjne na poziomie każdego silnika o takim samym jedynym przełożeniu globalnym odpowiadającym wymaganemu przełożeniu przekładni. W tym celu silniki mają identyczne charakterystyki elektryczne i mechaniczne, a więc i jednakowe średnice wyjściowych kół zębatych. Koło lub wieniec zębaty jest montowany lub sztywno połączony z wałem
182 481 5 centralnym 33, który jest wałem wyjściowym zespołu motoreduktora 21 lub 22. Jego oś pokrywa się z centralną osią geometryczną 26. Zespół jest umieszczony w szczelnym korpusie 34 o odpowiednim kształcie, którego ściana zewnętrzna przednia 35 lub tylna 36 jest zdejmowalna, na przykład ściana przednia 35. Silniki rozmieszczone wieńcowo ograniczają wewnętrzną przestrzeń centralną 37 zajmowaną przez moduł sterujący 38 grupujący na płycie bazowej 39 sterujące silnikami obwody elektryczne i elektroniczne, dzięki czemu uzyskuje się nieoczekiwanie wyjątkowy współczynnik zwartości. Przekładnie zębate przekazujące moc silników są proste, stożkowe, helikoidalne lub inne. Podzielona moc przekazywana na poziomie każdego koła zębatego znajduje się w przedziale nie wymagającym szczególnych zabezpieczeń mechanicznych. Straty przekładni na tym poziomie są do zaakceptowania, mimo ogólnie dużej liczby na przykład sześciu lub ośmiu zazębień. Suma strat jest niższa niż w reduktorze wielostopniowym takim jak używano poprzednio. Rzeczywiste przełożenie redukujące jest jedno i bezpośrednio przez co unika się mnożenia stopni, zaś sprawność indywidualna silników jest dobra oraz właściwe jest odprowadzanie ciepła. Korpus 34 jest wewnątrz podzielony na dwa przedziały przez przegrodę 40: na przedzie przedział przekładni redukcyjnej 41, z tyłu przedział silników 42. Aby zagwarantować dobre funkcjonowanie mechaniczne należy smarować obracające się części w przedziale przekładni. W tym celu dostarcza się przekładniom zębatym niezbędną ilość środka smarującego, na przykład przez rozbryzg pewnej ilości oleju 43 na dnie miski olejowej przedziału przekładni 41. Szczelność olejowa tego przedziału jest gwarantowana przez niezbędne środki. Z powodu dostępu do koła lub wieńca zębatego, mając na uwadze obsługę zespołów mechanicznych lub ich ewentualną wymianę wykonuje się jako zdejmowalną przednią ścianę zamykającą 35 korpusu, przewidując niezbędne środki szczelności. Przegroda 40 jest płytą metalową łączoną sztywno z boczną wewnętrzną powierzchnią korpusu 34 lub odlaną wraz z nią. Przegroda 40 spełnia duże funkcje: po pierwsze zapewnia fizyczną separację z zapewnieniem szczelności dwóch przedziałów wewnątrz korpusu 34, po drugie jest miejscem mocowania silników elektrycznych 23, 24. Jeśli chodzi o szczelność, przedział przekładni 41 jest szczelny w stosunku do środka smarującego, natomiast przedział silników 42 może nie spełniać żadnych szczególnych wymagań lub być szczelny przeciwwybuchowo. Można przytwierdzić w sposób zadowalający bloki 28 silników elektrycznych 23, 24 mocując ich stronę czołową do przegrody 40 za pomocą na przykład śrub. Na płytę przegrody 40 nakładana jest również strona przednia otwarta lub zamknięta obudowy modułu sterującego 38, a więc jego płyta bazowa 39. Płyta 40 spełnia również trzecią funkcję, funkcję chłodzącą. Rzeczywiście, jak to pokazano na figurach, może być ona używana jako wymiennik ciepła 44, przez który przechodzi obwód chłodzący 45, w którym krąży płyn chłodniczy lub po prostu ciecz grzewcza, mająca za zadanie odprowadzenie kalorii pochodzących z ciepła wydzielanego w obwodach i silnikach. Według jednego z wariantów, płyta posiada rowki 46, na przykład w formie wężownicy 47 przykryte płytą zamykającą 48, w których krąży płyn chłodzący, na przykład woda. Obwód chłodzący może być również wykonany z rur miedzianych lub rur elastycznych. Płyta czołowa 36 modułu może stanowić wymiennik ciepła lub może być na niego nałożona. W pierwszym wypadku, płyta zamykająca jest płytą czołową modułu. Jak to przedstawiono na rysunkach, obwód chłodzenia 45 mogą stanowić kanały w blokach silników, lub obwód dodatkowy 49, za pośrednictwem którego ciepło będzie odprowadzane z miejsca ich wytwarzania. Obwód dodatkowy 49 przebiega trasą wielokąta według wieńca 25, wałów wyjściowych silników 23 lub 24. Wał centralny 33 i wał wyjściowy jedynego koła lub wieńca zębatego 27 jest ułoży skowany w łożysku przednim 50 z uszczelką umieszczoną w otworze 51 płyty czołowej 35 korpusu 34 i w łożysku tylnym końcowym 52 zamontowany w gnieździe odsądzonym ściany przegrody 40. Wał wyjściowy 33 może być wydrążony jak to pokazano na figurze 6. Korpus 34 posiada na swojej bocznej zewnętrznej ścianie 53 dwie grupy przyłączy wejściowych i wyjściowych. Są to przede wszystkim złącza elektryczne 54 pod postacią gniazd 55 i 56, przelotek przewodów, złącz szczelnych tub typu przeciwwybuchowych, a także złącza hydrauliczne 57 i 58 pod postacią złącz szczelnych i/lub przeciwwybuchowych. Połączenia elektryczne są realizowane najlepiej w linii przechodzącej między dwoma zespo-
6 182 481 łami motoreduktorów, to znaczy pierwszy moduł sterujący jest połączony z drugim modułem odcinkiem 59 będącym kontynuacją linii zasilającej 60. Zespół motoreduktora według wynalazku grupuje wszystkie podzespoły w ograniczonej i chronionej przestrzeni. Stanowi on model integracji dający tej jednostce optymalnie zmniejszone gabaryty biorąc pod uwagę stosowaną moc. FIG.3 FIG. 4
182 481 FIG. 5 FIG. 7 FIG. 6
FIG. 8 182 481
FIG. 9 182 481
182 481 FIG.1 FIG. 2 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.