ГЕНЕРАТОР, РАБОТАЮЩИЙ ОТ КОНВЕЙЕРНОЙ ЛЕНТЫ Российский патент 2019 года по МПК B65G39/02 H02K7/18 

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

[0001] В данной заявке на патент заявляется приоритет по отношению к заявке на патент США №14/640.810, озаглавленной «Conveyor Belt Driven Generator», поданной 6 марта 2015 года, все содержание которой включено в данный документ посредством ссылки.

ЗАЯВЛЕНИЕ О ФИНАНСИРОВАНИИ ИССЛЕДОВАНИЙ ИЛИ РАЗРАБОТОК ИЗ ФЕДЕРАЛЬНОГО БЮДЖЕТА

[0002] Не применимо.

ПРИЛОЖЕНИЕ

[0003] Не применимо.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0004] Данное изобретение относится к электрогенераторам и способам, относящимся к ним. Более конкретно, данное изобретение относится к генератору, выполненному с возможностью прикрепления к ролику конвейерной ленты узла конвейерной ленты для насыпного материала таким образом, чтобы ролик приводил генератор во вращательное движение.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

[0005] Часто приходится подавать электричество в различные точки вдоль узла конвейерной ленты для насыпного материала для разнообразных целей. Одна из таких целей состоит в осуществлении контроля производительности различных компонентов узла конвейерной ленты. Но длина некоторых узлов конвейерной ленты для насыпного материала составляет много миль. Из-за чрезмерной длины таких узлов конвейерной ленты часто нецелесообразно подавать электричество по всей длине конвейерной ленты посредством проложенных электрических проводов.

[0006] Для решения этой проблемы используют генераторы, приводимые в движение посредством движения конвейерной ленты. В некоторых случаях, опорный ролик узла конвейерной ленты был заменен на специальный ролик, модифицированный внутри генератором. Однако использование таких специальных роликов внутри узла конвейерной ленты имеет несколько недостатков. Это требует изготовления и производства ролика специального типа. Кроме того, в случае, когда генератор внутри специализированного ролика заклинивает, то ролик может прекратить работу в установленном порядке и/или трение может создать риск пожара.

[0007] В других случаях, стандартные генераторы приводили в движение посредством конвейерных лент таким образом, что устанавливали различные приводные валы для передачи механической энергии на генераторы. Однако, такая компоновка также имеет несколько существенных недостатков. Узел конвейерной ленты часто транспортирует пыльный насыпной материал, например, руду. Следовательно, пыль, как правило, накапливается на приводном вале и генераторе. Это часто приводит к множеству операционных проблем, которые в конечном итоге приводят к повреждению генератора.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0008] Данное изобретение направлено на преодоление некоторых проблем, существующих в настоящее время для узлов конвейерной ленты, в которых используют генераторы. Генератор по данному изобретению непосредственно присоединен к обычному опорному ролику конвейерной ленты. Кроме того, ротор генератора предпочтительно выполнен с возможностью вращательно проскальзывать относительно этого опорного ролика в том случае, если момент сопротивления между ротором и статором генератора превышает пороговое значение крутящего момента или генератор полностью заклинило. Данное изобретение обеспечивает эти и другие преимущества.

[0009] В одном аспекте изобретения, генератор для выработки электричества от вращающегося ролика конвейерной ленты узла конвейерной ленты для насыпного материала содержит статор и ротор. Статор имеет центральную ось и выполнен с возможностью и приспособлен быть поддерживаемым участком несущей конструкции конвейерной ленты у первого осевого конца статора. Статор имеет противоположный второй осевой конец, который выполнен с возможностью и приспособлен для поддержки конца ролика конвейерной ленты таким образом, что статор способен конструктивно поддерживать конец ролика конвейерной ленты за счет участка несущей конструкции конвейерной ленты. Статор дополнительно содержит обмотки якоря, распределенные по окружности вокруг центральной оси. Ротор охватывает по окружности статор и выполнен с возможностью и приспособлен для функциональной связи с роликом конвейерной ленты таким образом, что ротор может быть приводимым во вращение вокруг статора посредством ролика конвейерной ленты. Ротор содержит множество постоянных магнитов, распределенных по окружности вокруг центральной оси статора.

[0010] В другом аспекте изобретения, ролик конвейерной ленты имеет основной корпус и генератор. Основной корпус имеет цилиндрическую наружную поверхность, которая выполнена с возможностью и приспособлена для вхождения в зацепление с конвейерной лентой узла конвейерной ленты и которая определяет ось вращения. Генератор присоединен к участку осевого конца основного корпуса и содержит статор и ротор. Ротор выполнен с возможностью и приспособлен для вращения относительно статора вокруг оси вращения. Статор содержит множество обмоток якоря, распределенных по окружности вокруг оси вращения. Ротор содержит цилиндрическую наружную поверхность и множество постоянных магнитов. Цилиндрическая наружная поверхность ротора и цилиндрическая наружная поверхность основного корпуса имеют равные диаметры. Постоянные магниты распределены по окружности вокруг оси вращения. Цилиндрическая наружная поверхность ротора и постоянные магниты охватывают по окружности обмотки якоря статора. Основной корпус присоединен к ротору таким образом, что вращение ролика может приводить во вращение ротор относительно статора.

[0011] Еще другой аспект изобретения направлен на поддержку ролика конвейерной ленты за счет несущей конструкции посредством генератора. Генератор содержит ротор и статор. Ротор выполнен с возможностью вращения вокруг статора. Способ включает поддержку участка осевого конца ролика конвейерной ленты участком осевого конца статора. Способ дополнительно включает поддержку противоположного осевого конца статора за счет несущей конструкции таким образом, чтобы статор косвенно поддерживал ролик конвейерной ленты за счет несущей конструкции.

[0012] Дополнительные особенности и преимущества данного изобретения, а также принцип действия изобретения подробно описаны ниже со ссылками на прилагаемые графические материалы.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0013] На Фиг. 1 изображен перспективный вид участка узла конвейерной ленты, имеющий в своем составе генератор в соответствии с настоящим изобретением.

[0014] На Фиг. 2 изображен вид спереди узла конвейерной ленты, изображенного на Фиг. 1.

[0015] На Фиг. 3 изображен перспективный вид узла конвейерной ленты, изображенного на Фиг. 1 и 2, с условно не показанной конвейерной лентой.

[0016] На Фиг. 4 изображен в разобранном виде узел генератора и ролика, изображенный на Фиг. 1-3.

[0017] На Фиг. 5 изображен вид в поперечном разрезе генератора, изображенного на Фиг. 1-4.

[0018] На Фиг. 6 изображен перспективный вид части статора, охваченного по окружности постоянными магнитами или ротором.

[0019] Ссылочные позиции в письменном описании и на фигурах обозначают соответствующие элементы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0020] Предпочтительный вариант реализации генератора 10 в соответствии с настоящим изобретением изображен на фигурах. Генератор 10 содержит статор 12 и ротор 14. Предпочтительно, генератор 10 дополнительно содержит множество постоянных приводных магнитов 16, поводок 18 и приводную муфту 20.

[0021] Статор 12 содержит центральную ось 22, центральный вал 24 и обмотки якоря 26. Статор 12 выполнен с возможностью и приспособлен быть поддерживаемым посредством жесткого участка несущей конструкции конвейерной ленты 28. Предпочтительно, статор 12 поддерживается участком несущей конструкции конвейерной ленты 28 посредством вала 24 статора. Обмотки якоря 26 намотаны вокруг зубцов якоря 30, которые примыкают к и окружают вал 24 статора 12. Осевой проход 32 пролегает через вал 24 статора 12 и служит каналом для подводящих проводов 34, которые присоединены к обмоткам 26. Подводящие провода 34 примыкают к генератору 12, чтобы передавать электричество от генератора. Противоположный осевой конец вала 24 статора 12 содержит углубление 36, которое отрегулировано относительно центральной оси 22. Углубление 36 выполнено с возможностью и приспособлено для приема и поддержки конца вала ролика 38 конвейерной ленты (как объяснено более подробно ниже) и может быть цилиндрическим, шестигранным или любой другой формы, подходящей для поддержки конца вала. Таким образом, статор 12 приспособлен для поддержки одного ролика конвейерной ленты за счет несущей конструкции конвейерной ленты. Предпочтительно, статор 12 дополнительно содержит первую торцевую заглушку 40 и вторую торцевую заглушку 42, которые жестко прикреплены к валу 24 статора 12 (предпочтительно с использованием установки с тугой посадкой или клея).

[0022] Ротор 14 содержит наружный цилиндрический корпус 44 и множество постоянных магнитов 46. Постоянные магниты 46 прикреплены к внутренней поверхности цилиндрического корпуса 44 и распределены друг от друга по окружности вокруг центральной оси 22 статора 12. Ротор 14 дополнительно содержит первую внутреннюю заглушку 48 и установленную симметрично оси вторую внутреннюю заглушку 50. Первая и вторая внутренние торцевые заглушки 48, 50 пролегают радиально внутрь по направлению к валу 24 статора 12, но прерывают зацепление вала способом создания кольцевого зазора.

[0023] Монтирование ротора 14 вместе со статором 12 включает использование пары подшипников 52, пары кольцевых упругих уплотнений 54 и нескольких стопорных колец/e-зажимов 56. Перед монтированием ротора 14 к статору 12 большинство внутренних стопорных колец 56 может быть зафиксировано в кольцевых канавках, образованных в вале 24 статора. Затем, когда статор 12 полностью смонтирован, кроме его первой и второй торцевых заглушек 40, 42, и когда ротор 14 полностью смонтирован, кроме его первой и второй внутренних заглушек 48, 50, ротор скользит по оси вокруг статора. В случае, когда постоянные магниты 46 ротора 14 находятся в осевом положении, то они охватывают по окружности зубцы якоря 30 и обмотки 26 статора 12. Затем первая и вторая внутренние заглушки 48, 50 ротора 14 могут проскальзывать в цилиндрический корпус 44 ротора до тех пор, пока они не соприкоснутся с ограничителями, образованными на внутренней поверхности корпуса (которые правильно устанавливают внутренние заглушки в осевом положении). Внутренние заглушки 48, 50 затем предпочтительно устанавливают с тугой посадкой в цилиндрический корпус 44 (в альтернативном варианте можно использовать другие способы прикрепления внутренних заглушек к цилиндрическому корпусу). Далее, подшипники 52 проскальзывают в кольцевые зазоры между внутренними заглушками 48, 50 ротора и валом статора 12. Внутренние стопорные кольца 56 предотвращают чрезмерное введение подшипников 52. Наружные стопорные кольца 56 могут быть затем зафиксированы в дополнительных кольцевых канавках, образованных в вале 24 статора 12, для осевого закрепления подшипников 52 на месте (что, таким образом, также по оси закрепляет на месте ротор 14 относительно статора 12). Кроме того, на этом этапе уплотнения 54 могут проскальзывать в цилиндрический корпус 44 ротора 14 до тех пор, пока они не соприкоснутся с дополнительными ограничителями, образованными на внутренней поверхности корпуса. После осуществления вышеизложенного, торцевые заглушки 40, 42 статора могут устанавливаться с тугой посадкой по оси на вал 24 до тех пор, пока они не зацепятся за наружные стопорные кольца 56 (в точке, в которой они буду также зацепляться за и слегка сжимать уплотнения 54). Установкой торцевых заглушек 40, 42 с тугой посадкой на вал 24 процесс монтирования ротора 14 к статору 12 завершается.

[0024] Поводок 18 является кольцевым с радиальными выступами, при этом приводная муфта 20 выполнена с возможностью охвата поводка по окружности. Радиальные выступы поводка и приводная муфта, вместе, выполнены с возможностью сцепления с соответствующими углублениями, образованными в цилиндрическом корпусе 44 ротора 14. Таким образом, ротор 14 выполнен с возможностью вращения вместе с поводком 18 относительно статора 12. Приводная муфта 20 изготовлена из полиуретана или какого-либо другого ощутимо упругого материала. В дополнение к поглощению колебаний крутящего момента (описанному ниже), приводная муфта способна учитывать производственные допуски между поводком 18 и наружным корпусом 48. Приводные магниты 16 закреплены в углублениях, образованных с осевой стороны поводка 18, которая обращена от ротора 14. Приводные магниты 16 предпочтительно распределены по окружности и охватывают по окружности центральную ось 22 статора 12.

[0025] Генератор 10 присоединяют к опорному ролику 38 конвейерной ленты (который предпочтительно симметричен по оси) посредством введения вала 60 ролика 38 в углубление 36, образованное в вале 24 статора 12. Затем приводные магниты 16 посредством магнитного воздействия прикрепляют поводок 18 к основному цилиндрическому корпусу 60 ролика 38 способом создания торсионного сцепления между роликом и приводом. Следовательно, вращение ролика 38 приведет к вращению ротора 14 генератора 10 вместе с ним, если торсионное сцепление не будет преодолено моментом сопротивления. В случае, если трение при вращении между ротором и статором 12 превышает торсионное сцепление, это позволяет ротору 14 вращательно проскальзывать относительно ролика 38.

[0026] Затем узел ролика 38 и генератора 10 может быть прикреплен к несущей конструкции конвейерной ленты 28 посредством вала 58 ролика 38 и вала 24 статора 12. Таким образом, в случае если вал 58 ролика 38 прикреплен к несущей конструкции конвейерной ленты 28, то один его осевой конец поддерживается непосредственно несущей конструкцией 28, а другой осевой конец вала 58 ролика 38 поддерживается конструкцией косвенно через статор 12 генератора 10. Предпочтительно, цилиндрический наружный корпус 44 ротора 14 имеет диаметр, соответствующий диаметру цилиндрического основного корпуса 60 ролика 38 так что в случае, когда конвейерная лента 62, которая проходит по ролику 38, отходит в сторону генератора 10, то лента может частично проходить по ротору 14 генератора 10.

[0027] Принимая во внимание вышесказанное, следует понимать, что по мере того, как конвейерная лента отклоняется от ролика 38, ротор 14 генератора 10 будет вращаться вместе с роликом (если только он не проскальзывает при вращении, как говорилось выше), таким образом порождая переменный электрический ток в обмотках 26 статора 12 (который подводящие провода передают всему, что нуждается в электроэнергии). По мере того, как это происходит, крутящий момент, требуемый для приведения в движение ротора 14 вокруг статора 12, незначительно изменяется в зависимости от вращательного положения магнитов 46 ротора относительно обмотки 26 статора. Этот неравномерный крутящий момент мог бы создать обжатие между поводком 18 и корпусом 44 ротора 14, если бы такие жесткие компоненты зацеплялись непосредственно друг с другом. Такое обжатие могло бы привести к быстрому износу поводка 18. Тем не менее, поскольку приводная муфта 20 изготовлена из полиуретана, она ощутимо упругая и действует так, чтобы поглотить неравномерный крутящий момент между поводком 18 и наружным корпусом 48, тем самым предотвращая такой износ.

[0028] Принимая во внимание вышесказанное, следует понимать, что изобретение имеет несколько преимуществ по сравнению с предшествующим уровнем техники.

[0029] Поскольку в конструкции и способах, описанных в контексте данного изобретения и показанных без отступления от сущности и объема изобретения, могут быть сделаны различные модификации, подразумевается, что весь материал, содержащийся в приведенном выше описании или изображенный на прилагаемых фигурах, следует интерпретировать как иллюстративный, а не ограничивающий. Например, хотя поводок предпочтительного варианта реализации изобретения отличается от внешнего корпуса ротора, поводок может быть сформирован таким образом, чтобы он составлял одно целое с или был постоянно прикреплен к наружному корпусу ротора. В альтернативном варианте, поводок может быть продолжением ролика конвейерной ленты и выполненным с возможностью вращательного проскальзывания относительно ротора. Кроме того, генератор может быть сформирован таким образом, чтобы генератор составлял одно целое с роликом конвейерной ленты. В таком варианте реализации изобретения корпус ротора может составлять продолжение с основным корпусом ролика, как одно целое. Таким образом, объем и границы данного изобретения не следует ограничивать любым из представленных выше иллюстративных вариантов реализации изобретения, они должны определяться только в соответствии с нижеследующей приложенной формулой изобретения и ее эквивалентами.

[0030] Следует также понимать, что при введении элементов по данному изобретению в формулу изобретения или в вышеприведенное описание иллюстративных вариантов реализации изобретения, термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» предназначены для всеохватывающего включения и означают, что могут быть дополнительные элементы помимо перечисленных элементов. Кроме того, термин «участок» должен истолковываться как означающий некоторые или все детали или элементы, которые он характеризует. Более того, использование идентификаторов, например, первый, второй и третий, не должно истолковываться таким образом, чтобы накладывать любое относительное положение или временную последовательность между ограничениями. Кроме того, порядок, в котором представлены этапы любого способа, заявляющие последовательность, не должны истолковываться способом, ограничивающим порядок, в котором такие этапы должны быть выполнены, если такой порядок не является неотъемлемым.

Генератор содержит статор, имеющий центральную ось, и ротор. Статор выполнен с возможностью и приспособлен быть поддерживаемым участком несущей конструкции конвейерной ленты. Статор содержит отверстие, отрегулированное относительно центральной оси, выполненное с возможностью и приспособленное для приема по меньшей мере участка вала ролика конвейерной ленты. Ротор выполнен с возможностью и приспособлен для присоединения к ролику конвейерной ленты таким образом, чтобы ротор и ролик конвейерной ленты могли совместно вращаться вокруг центральной оси. Ротор охватывает по окружности статор и содержит множество постоянных магнитов. Повышается надежность генератора. 4 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Генератор для выработки электричества от вращающегося ролика конвейерной ленты узла конвейерной ленты для насыпного материала, содержащий:

статор, имеющий центральную ось и первый и второй противоположные осевые концы, причем статор выполнен с возможностью и приспособлен быть поддерживаемым неподвижным участком, и прикреплен относительно него, несущей конструкции конвейерной ленты узла конвейерной ленты для насыпного материала у первого осевого конца статора, при этом второй осевой конец выполнен с возможностью и приспособлен для поддержки конца ролика конвейерной ленты таким образом, что статор способен поддерживать конец ролика конвейерной ленты за счет неподвижного участка несущей конструкции конвейерной ленты, при этом статор дополнительно содержит обмотки якоря, распределенные по окружности вокруг центральной оси;

ротор, охватывающий по окружности статор, при этом ротор выполнен с возможностью и приспособлен для функциональной связи с роликом конвейерной ленты таким образом, что ротор может быть приводим во вращение вокруг статора и относительно неподвижного участка несущей конструкции конвейерной ленты посредством ролика конвейерной ленты, при этом ротор содержит множество постоянных магнитов, распределенных по окружности вокруг центральной оси статора; и

по меньшей мере один постоянный приводной магнит, функционально связанный с ротором, который выполнен с возможностью и приспособлен для того, чтобы посредством магнитного воздействия связывать ротор с роликом конвейерной ленты таким образом, чтобы вращение ролика конвейерной ленты было способно вращать ротор вокруг статора, при этом по меньшей мере один приводной магнит выполнен с возможностью и приспособлен для того, чтобы позволять ротору проскальзывать при вращении относительно ролика конвейерной ленты, когда трение кручения между ротором и статором превышает пороговое значение.

2. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что статор содержит электрические подводящие провода и вал, пролегающие по оси от первого осевого конца статора, при этом вал имеет осевой проход, выполнен с возможностью и приспособлен для поддержки статора за счет неподвижного участка несущей конструкции конвейерной ленты и, при этом электрические подводящие провода функционально связаны с обмотками якоря и пролегают через осевой проход вала.

3. Генератор по п. 2, отличающийся тем, что постоянные магниты ротора охватывают по окружности обмотки якоря статора, при этом ротор поддерживается с возможностью вращения статором посредством подшипников, которые охватывают по окружности вал статора.

4. Генератор по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно содержит поводок, при этом поводок и ротор имеют взаимозависимую конфигурацию, которая выполнена с возможностью и приспособлена таким образом, чтобы поводок мог приводить во вращение ротор вокруг статора, причем по меньшей мере один приводной магнит прикреплен к поводку.

5. Узел, содержащий генератор по п. 1 и вращающийся ролик конвейерной ленты, при этом ролик конвейерной ленты имеет вал, второй осевой конец статора имеет углубление, участок вала ролика расположен в углублении статора, ролик функционально связан с ротором таким образом, что вращение ролика относительно статора приводит к вращению ротора вокруг статора, при этом и ротор, и ролик, каждый имеет наружную цилиндрическую поверхность одинакового диаметра.

6. Ролик конвейерной ленты, имеющий основной корпус, по меньшей мере один постоянный приводной магнит и генератор, при этом основной корпус имеет цилиндрическую наружную поверхность, которая выполнена с возможностью и приспособлена для зацепления с конвейерной лентой узла конвейерной ленты и которая определяет ось вращения, причем генератор присоединен к участку осевого конца основного корпуса; генератор содержит статор и ротор, при этом ротор выполнен с возможностью и приспособлен для вращения относительно статора вокруг оси вращения; статор содержит множество обмоток якоря, распределенных по окружности вокруг оси вращения, ротор содержит цилиндрическую наружную поверхность и множество постоянных магнитов, причем цилиндрическая наружная поверхность ротора и цилиндрическая наружная поверхность основного корпуса одинакового диаметра, при этом множество постоянных магнитов распределены по окружности вокруг оси вращения, причем цилиндрическая наружная поверхность ротора и постоянные магниты охватывают по окружности обмотки якоря статора; основной корпус присоединен к ротору таким образом, что вращение ролика может приводить во вращение ротор относительно статора, при этом по меньшей мере один постоянный приводной магнит посредством магнитного воздействия и функционально связывает ротор с основным корпусом способом создания трения кручения между основным корпусом и ротором, что позволяет основному корпусу передавать крутящий момент на ротор, при этом по меньшей мере один постоянный приводной магнит выполнен с возможностью и приспособлен так, чтобы ротор мог проскальзывать при вращении относительно основного корпуса, когда момент сопротивления между ротором и статором превышает трение кручения.

7. Ролик конвейерной ленты по п. 6, отличающийся тем, что статор дополнительно содержит электрические провода и вал, при этом электрические провода функционально связаны с и прилегают к обмоткам якоря, при этом вал содержит осевой проход и электрические провода проходят через этот проход вала.

8. Способ выработки электричества и поддержки ролика конвейерной ленты за счет несущей конструкции конвейерной ленты посредством генератора, при этом генератор содержит ротор и статор, причем ротор выполнен с возможностью вращения вокруг статора, причем статор имеет центральную ось и первый и второй противоположные осевые концы, при этом статор выполнен с возможностью и приспособлен быть поддерживаемым неподвижным участком, и прикреплен относительно него, несущей конструкции конвейерной ленты у первого осевого конца статора, включающий:

поддержку участка осевого конца ролика конвейерной ленты первым осевым концом статора;

поддержку второго осевого конца статора за счет неподвижного участка несущей конструкции конвейерной ленты таким образом, чтобы статор косвенно поддерживал ролик конвейерной ленты за счет неподвижного участка несущей конструкции конвейерной ленты, и

функционально связывают ролик с ротором посредством по меньшей мере одного постоянного приводного магнита способом создания трения кручения между роликом и ротором, что позволяет ролику передавать крутящий момент на ротор, и таким образом, чтобы ротор мог проскальзывать при вращении относительно ролика, когда момент сопротивления между ротором и статором превышает пороговое значение трения кручения.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что статор содержит обмотки якоря, а ротор содержит множество постоянных магнитов, при этом множество постоянных магнитов охватывает по окружности статор и обмотки якоря.