ПРИВОД Российский патент 2023 года по МПК F16H25/20 H02K17/06 F16K31/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к приводам, таким как приводы клапанов, и в частности к приводам клапанов, работающих от электродвигателей. Изобретение также относится к системам, включающим в себя клапаны и приводы, и к электродвигателям для использования в таких приводах или системах.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Приводы электроклапанов представляют собой устройства управления, широко используемые в большом количестве отраслей промышленности, включающих в себя отрасли управления технологическими процессами для управления потоком текучей среды и газа. Такие приводы используют электродвигатели для преобразования электрической энергии в механическое движение для работы клапанов управления текучей средой.

[0003] Когда приводы электроклапанов используют для работы промышленных клапанов, предназначенных для тяжелых условий, может требоваться оказывать большой крутящий момент на клапан. Поскольку электродвигатели, способные непосредственно обеспечивать достаточный крутящий момент для таких работ, могут быть неудобно большими, электродвигатели с более низкими крутящими моментами могут использоваться с трансмиссиями с зубчатой передачей (часто червячной передачей), выполненной с возможностью увеличивать крутящий момент, одновременно снижая выходную скорость. Использование таких зубчатых передач для передачи энергии от электродвигателя к клапану увеличивает механическую сложность, поскольку задействуют большее количество движущихся частей. Таким образом, приводы электроклапанов с зубчатой передачей могут быть подвержены пониженной эффективности из-за фрикционных потерь, пониженной точности из-за люфта зубчатой передачи, проблемам износа/смазывания/обслуживания, и повышенному шуму. Трансмиссия также занимает пространство в корпусе привода, что приводит к большему общему размеру.

[0004] Таким образом, существует необходимость в приводе клапана, включающем в себя электродвигатель, способный компактно собираться внутри корпуса привода клапана, и способный обеспечивать достаточный крутящий момент для работы промышленных клапанов, предназначенных для тяжелых условий, без большой трансмиссии с зубчатой передачей.

[0005] EP 3026373 A1 (TGK CO), EP 0364308 A2 (SNEDDON) и GB 862324 A (ATOMIC ENERGY AUTHORITY UK) раскрывают приводы клапанов, работающие от двигателей. В US 2003/0121714 A1 (OKADA, ET AL.) раскрывается простое в сборке устройство рулевого управления с электроусилителем, в котором приблизительно цилиндрический корпус разделен примерно в центральной части на первую камеру и вторую камеру. Первая камера предназначена для размещения двигателя для усиления рулевого управления. Статор двигателя вставлен на одном конце корпуса и зафиксирован. Вторая камера предназначена для размещения узла реечного вала, который содержит реечный вал, соединенный с валом рулевого управления, и шарико-винтовым механизмом. Узел реечного вала вставлен на другом конце корпуса, чтобы таким образом сформировать шлицевое соединение ротора двигателя для усиления рулевого управления с гайкой шарико-винтового механизма. Подшипник, поддерживающий гайку шарико-винтового механизма, удерживается с возможностью перемещения в осевом направлении во внутренней стенке второй камеры. Реечный вал проходит через первую и вторую камеры корпуса.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] Один аспект изобретения обеспечивает привод, содержащий узел двигателя, узел муфты привода и вал привода. Узел двигателя, содержащий корпус двигателя, имеющий кожух и основание; электродвигатель внутри корпуса двигателя, содержащий внешний статор и внутренний ротор; и полый выходной вал, который соединен коаксиально с внутренним ротором так, что вращение внутреннего ротора вызывает соответствующее вращение полого выходного вала. Узел муфты привода содержит корпус муфты привода, содержащий муфту привода, причем муфта привода сцеплена с полым выходным валом так, что вращение полого выходного вала вызывает соответствующее вращение муфты привода; и в котором узел муфты привода соединен с основанием корпуса двигателя. Вал привода сцеплен с муфтой привода так, что вращение муфты привода полым выходным валом вызывает перемещение вала привода. Соединение между узлом муфты привода и корпусом двигателя является раскрепляемым. Вал привода проходит через полый выходной вал и внутренний ротор, так что вращение муфты привода заставляет приводной вал перемещаться аксиально. Электродвигатель находится на одной стороне основания корпуса двигателя (на внутренней стороне корпуса двигателя), а узел муфты привода - на другой стороне основания корпуса двигателя (внешней относительно корпуса двигателя), причем узел муфты привода и корпус двигателя могут соединяться друг с другом через по меньшей мере один съемный крепежный элемент (например, болт).

[0007] Полый выходной вал может быть непосредственно сцеплен с муфтой привода или сцеплен с муфтой привода посредством устройства с зубчатой передачей. Устройство с зубчатой передачей может содержать редуктор, а узел муфты привода может быть соединен с основанием корпуса двигателя посредством редуктора. Редуктор может включать в себя устройство планетарной передачи, включающее в себя солнечное зубчатое колесо и планетарные шестерни, установленные на водило вращающейся зубчатой передачи, причем солнечное зубчатое колесо является полым и коаксиальным полому выходному валу и валу привода, а вращение полого выходного вала может передаваться валу привода вращением водила вращающейся зубчатой передачи.

Устройство планетарной передачи может быть многоступенчатым устройством планетарной передачи.

[0008] Муфта привода может включать в себя противооткатную муфту привода.

[0009] Вращение внутреннего ротора может передаваться муфте привода через зацепление по меньшей мере одного аксиально проходящего выступа и по меньшей мере одного соответствующего выреза, образованного в соответствующих частях полого выходного вала и муфты привода. Это зацепление может позволять узлу двигателя легко перемещаться от узла муфты привода и вала привода (например, для обслуживания), поскольку выступ(ы) и вырез(ы) могут расцепляться простым перемещением узла двигателя аксиально от узла муфты привода, после того, как соединение между узлом муфты привода и корпусом двигателя было снято. Кроме того, это может быть выполнено без влияния на положение вала привода, поскольку соединение между валом привода и узлом двигателя является только косвенным через узел муфты привода.

[0010] Полый выходной вал может быть установлен внутри внутреннего ротора и проходить через внутренний ротор.

[0011] Кожух и основание корпуса двигателя могут ограничивать внутреннюю трубу, а внутренний ротор может быть установлен на подшипниках на трубе.

[0012] Кожух и основание корпуса двигателя могут быть закреплены в разнесенном положении фиксирующими элементами, проходящими между периферийными областями кожуха и основанием корпуса двигателя. В этом случае, подшипники могут быть обеспечены в кожухе и основании корпуса двигателя для установки внутреннего ротора для вращения. Дополнительно, полый выходной вал может иметь внешний фланец на своей верхней области, а полый выходной вал может быть установлен внутри внутреннего ротора посредством фланца, а верхняя поверхность фланца взаимодействует с подшипником в верхнем участке корпуса.

[0013] Кожух корпуса двигателя может проходить от основания корпуса двигателя вокруг статора и ротора.

[0014] Кожух корпуса двигателя может иметь открытые области, причем корпус двигателя дополнительно содержит съемную крышку, которая может быть закреплена на внешней поверхности кожуха корпуса двигателя для закрытия открытых областей.

[0015] Привод может включать в себя корпус привода, внутри которого закреплены компоненты привода, и ограничивающий корпус двигателя, на который непосредственно установлены внешний статор и внутренний ротор. Альтернативно, корпус привода может ограничивать корпус муфты привода, и, например, корпус привода может заключать в себе узел двигателя.

[0016] Привод может включать в себя корпус клапана, внутри которого закреплены компоненты клапана, который ограничивает корпус муфты привода.

[0017] Муфта привода может быть приводной гайкой с внутренней резьбой, шариковой винтовой гайкой или роликовой винтовой гайкой, которая взаимодействует с резьбой на внешней части вала привода. Муфта привода может включать в себя противооткатную муфту привода.

[0018] Внешний статор, внутренний ротор, полый выходной вал, муфта привода и вал привода, могут быть расположены коаксиально. Например, внутренний ротор, полый выходной вал и муфта привода могут иметь общую ось вращения.

[0019] Внешний статор может включать в себя корпус статора, имеющий ряд выступающих внутрь зубцов, причем вокруг каждого зубца обеспечена обмотка. В этом случае, стороны зубцов статора могут быть по существу прямыми вдоль всей длины зубца. Электрические двигатели, имеющие эти признаки, могут также использоваться в других приложениях.

[0020] Внешний статор может удерживаться в положении зацеплением с кожухом и основанием корпуса двигателя.

[0021] Корпус муфты привода может быть закреплен относительно нижней поверхности нижнего участка. Привод может дополнительно включать в себя узел подшипника между муфтой привода и корпусом муфты привода так, что муфте привода позволяют вращаться относительно корпуса муфты привода.

[0022] Еще один аспект изобретения обеспечивает систему, включающую в себя привод согласно первому аспекту, и клапан, соединенный с приводом.

[0023] Вал привода может непосредственно соединяться с клапаном.

[0024] Дополнительный аспект изобретения обеспечивает систему, включающую в себя привод согласно первому аспекту, в которой вал привода представляет собой стержень клапана с резьбой, содержащий клапан на своем нижнем конце.

[0025] Дополнительный аспект изобретения обеспечивает электродвигатель для использования в приводе или системе, как определено выше, содержащий внешний статор и внутренний ротор, причем внешний статор содержит корпус статора, имеющий ряд выступающих внутрь зубцов, причем вокруг каждого зубца обеспечена обмотка; и в котором стороны зубцов статора являются по существу прямыми вдоль всей длины зубца.

[0026] Дополнительные варианты раскрывают в следующем описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0027] На Фиг. 1 изображен вид в сечении части привода электроклапана.

[0028] На Фиг. 2 изображен разобранный вид системы привода.

[0029] На Фиг. 3 изображен вид в сечении собранной системы привода, показанной на Фиг. 2.

[0030] На Фиг. 4 изображен вид в сечении второй системы привода.

[0031] На Фиг. 5 изображен вид в сечении в перспективе второй системы привода под углом.

[0032] На Фиг. 6 изображена внешняя часть второй системы привода.

[0033] На Фиг. 7 изображен вид в сечении второй системы привода в частично разобранной конфигурации.

[0034] На Фиг. 8 изображена внешняя часть второй системы привода в частично разобранной конфигурации.

[0035] На Фиг. 9 изображена дополнительная система привода клапана, включающая в себя устройство планетарной передачи.

[0036] На Фиг. 10 изображен вид в сечении электродвигателя, предназначенного для использования с системой привода.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0037] На Фиг. 1 изображен вид в сечении части привода 1 электроклапана, включающего в себя электродвигатель 2 (например, бесщеточный электродвигатель постоянного тока или асинхронный двигатель переменного тока) для работы клапана от электроэнергии (не показан); трансмиссию 3, которая соединяет двигатель 2 с клапаном (например, через червячную передачу); секцию 4 клемм для соединения электроэнергии и сигнала данных; блок 5 управления приводом для переработки командных сигналов и сигналов привода для управления работой привода; блок 6 управления положением, соединенный с трансмиссией; и дисплей 7 и элементы 8 локального управления для локального просмотра и настройки работы привода 1. Также может быть обеспечено ручное колесо 8 для ручной работы клапана в аварийных ситуациях (например, когда электродвигатель 2 неисправен или когда недоступно питание от сети).

[0038] На Фиг. 2 изображен разобранный вид системы 10 привода, которая может использоваться вместо электродвигателя 2 и трансмиссии 3, описанных выше в отношении Фиг. 1. Система 10 привода может использоваться для обеспечения компактного привода электроклапана, способного обеспечивать достаточный крутящий момент для работы промышленных клапанов, предназначенных для тяжелых условий, без необходимости в большой трансмиссии/зубчатых передачах. Фиг. 2 представляет собой упрощенную иллюстрацию системы 10 привода с компонентами, такими как электронные устройства, печатные платы и провода, опущенные для ясности.

[0039] Система 10 привода содержит электродвигатель, такой как бесщеточный двигатель постоянного тока или вентильный реактивный двигатель, содержащий внешний статор 11 и внутренний ротор 12; корпус 20 двигателя; полый выходной вал 30; муфту 13 привода, включающуюся в себя внутри корпуса 15 муфты привода; и вал 14 привода. Как показано на Фиг. 3, все эти компоненты расположены на общей центральной оси, которая также является осью вращения для внутреннего ротора 12, полого выходного вала 30 и муфты 13 привода.

[0040] Внутренний ротор 12 является полым, имеющим центральное, аксиально продолжающееся отверстие. Как показано на Фиг. 3, внутренний ротор 12 по существу включается в себя внутри внешнего статора 11 так, что внутренняя поверхность статора 11 окружает внешнюю поверхность внутреннего ротора 12.

[0041] И внешний статор 11 и внутренний ротор 12 установлены внутри в общем кругового корпуса 20 двигателя, которым система 10 может располагаться в корпусе привода. Корпус 20 двигателя содержит основание 23, кожух 22 и крышку 21, каждый из которых имеет центральное отверстие. Корпус 15 муфты привода расположен на нижней поверхности основания 23 (т.е. внешней поверхности основания 23 / поверхности основания 23, внешней к двигателю, заключающей пространство корпуса 20 двигателя). Кожух 22 удерживают в разнесенном положении с основанием 23 посредством фиксирующих элементов 25 между периферийными областями кожуха 22 и основания 23, чтобы закреплять статор 11 и ротор 12 на месте внутри корпуса 20 двигателя. Кожух 22 имеет открытые области 26, а крышка 21 съемно закреплена к верхней поверхности кожуха 22 (т.е. внешней поверхности кожуха 22 / поверхности кожуха 22, внешней к двигателю, заключающему пространство корпуса 20 двигателя), чтобы закрывать открытые области 26.

[0042] Фиксирующие элементы 25 могут включать в себя резьбовые стержни и гайки, причем резьбовые стержни проходят через зазорные зенкованные отверстия в кожухе 22 и основании 23 корпуса двигателя.

[0043] Крышка 21 и/или кожух 22 корпуса 20 двигателя может обеспечивать средство крепления компонентов (таких, как электронные компоненты и кабели) относительно корпуса 20 двигателя.

[0044] Подшипники 27, 28 обеспечены в кожухе 22 и основании 23 корпуса 20 двигателя, чтобы позволять внутреннему ротору 12 вращаться в корпусе 20 двигателя.

[0045] Альтернативно, электродвигатель 11, 12 может быть установлен непосредственно на корпусе привода, вместо того, чтобы быть установленным внутри вышеописанного корпуса 20 двигателя, в этом случае подшипники будут обеспечены в корпусе привода, чтобы позволять внутреннему ротору 12 вращаться в корпусе привода. Кроме того, статор 11 должен быть прикреплен к корпусу привода посредством такого крепления (креплений), как термоусадка, склеивание или механический ключ, чтобы предотвращать вращение статора 11 внутри корпуса привода.

[0046] Полый выходной вал 30 содержит полый цилиндр, имеющий внешний фланец 31, выступающий радиально от внешней поверхности в своей верхней конечной области. Полый выходной вал 30 установлен внутри внутреннего ротора 12 посредством крепежных средств, таких как болты, между фланцем 31 и внутренним ротором 12, чтобы позволять полому выходному валу 30 вращаться с внутренним ротором 12. Верхняя поверхность фланца 31 взаимодействует с подшипником 27 в верхнем участке корпуса (например, верхнем участке 22 или верхнем участке корпуса привода). Нижний конец ротора 12 взаимодействует с подшипником 28 в нижнем участке корпуса (например, основании 23 или нижнем участке корпуса привода). Нижний конец вала 30 выступает через центральное отверстие нижнего участка корпуса (например, основания 23 или нижнего участка корпуса привода).

[0047] Корпус 15 муфты привода прикреплен к нижнему участку корпуса 20 двигателя (т.е. основанию 23) или корпусу привода вокруг центральное отверстие. Муфта 13 привода установлена для вращения на подшипниках 16 в корпусе 15 муфты привода. Полый выходной вал 30 имеет аксиально-проходящие выступы 32a, 32b на одном конце (т.е. своем нижнем конце). Выступы 32a, 32b зацепляются в соответствующих вырезах 33a, 33b, обеспеченных на одном конце муфты 13 привода, чтобы муфта 13 привода могла вращаться на подшипниках 16 с полым выходным валом 30. Альтернативно, аксиально проходящие выступы могут быть обеспечены на одном конце муфты 13 привода, а соответствующие вырезы могут быть обеспечены на одном конце полого выходного вала 30. Таким образом, вращение внутреннего ротора 12 передается муфте 13 привода через зацепление выступа (выступов) и выреза (вырезов), образованное в соответствующих частях полого выходного вала 30 и муфты 13 привода.

[0048] Муфта 13 привода 13 содержит приводную гайку, имеющую отверстие с внутренней резьбой. Вал 14 привода клапана проходит через полый выходной вал 30 и муфту 13 привода и имеет внешнюю резьбу, которая взаимодействует с внутренней резьбой муфты 13 привода. Это взаимодействие позволяет преобразовывать вращение муфты 13 привода относительно вала 14 привода в линейное перемещение вала 14. Таким образом, приведение в действие ротора 12 аксиально перемещает вал 14 привода. Если клапан обеспечен на одном конце (т.е. нижнем конце) вала 14 привода (например, на котором вал привода непосредственно соединен с клапаном, или на котором вал привода представляет собой стержень клапана с резьбой, содержащий клапан на своем нижнем конце), то аксиальное перемещение вала 14 привода, в свою очередь, приводит в действие клапан, позволяя электродвигателю 11, 12 непосредственно действовать на клапан. Шаг резьбы на муфте привода и вале 14 определяет степень аксиального перемещения вала на один оборот ротора 12.

[0049] В качестве альтернативы приводной гайке, описанной выше, муфта 13 привода может быть рециркулирующей шариковой винтовой гайкой или роликовой винтовой гайкой. Также, система 10 привода может включать в себя противооткатную муфту привода.

[0050] Как и с приводом с Фиг. 1, ручное колесо (не показано) может быть обеспечено для ручной работы клапана в аварийных ситуациях (например, когда электродвигатель неисправен или когда недоступно питание от сети).

[0051] На Фиг. 4-8 изображена вторая, альтернативная система 100 привода, которая может также использоваться вместо системы, описанной выше в отношении Фиг. 2-3. Фиг. 4-8 представляют собой упрощенную иллюстрацию второй системы 100 привода с компонентами, такими как электронные устройства, печатные платы и провода, опущенные для ясности.

[0052] Вторая система 100 привода содержит электродвигатель, содержащий внешний статор 111 и внутренний ротор 112; корпус 120 двигателя; полый выходной вал 130; муфту 113 привода, включающуюся в себя внутри корпуса 115 муфты привода; и вал 114 привода, все из которых в общем сконфигурированы таким же образом, что и система, показанная на Фиг. 2-3.

[0053] Во второй системе кожух 122 проходит от основания 123 корпуса двигателя вокруг статора 111 и ротора 112, образуя внутреннюю трубу 122a, чтобы закреплять статор 111 и ротор 112 на месте внутри корпуса 120 двигателя. Внутренний ротор 112 установлен на подшипниках 127, 128 на внутренней трубе 122a, чтобы позволять внутреннему ротору 112 вращаться внутри корпуса 120 двигателя. Внутренний ротор 112 также установлен на уплотнении 124 на внутренней трубе 122a и уплотнении 129 в центральном отверстии нижнего участка корпуса (например, основания 123 или нижнего участка корпуса привода), чтобы позволять компонентам электродвигателя 111, 112 (например, статорам обмотки электродвигателя, электронике привода двигателя и модулям IGBT) уплотняться, например, от потенциально взрывоопасных атмосфер. Кроме того, кожух 122 может иметь открытые области, а корпус 120 двигателя может дополнительно включать в себя крышку, которая может съемно закрепляться к верхней поверхности кожуха 122 (т.е. внешней поверхности кожуха 122 / поверхности кожуха 122, внешней относительно двигателя, заключающей пространство корпуса 120 двигателя), чтобы закрывать открытые области 26. Между крышкой и открытыми областями может быть обеспечено по меньшей мере одно уплотнение.

[0054] Кожух 122 и/или крышка корпуса 120 двигателя может обеспечивать средство крепления компонентов (таких, как электронные компоненты и кабели) к корпусу 120 двигателя.

[0055] Аналогично системе, показанной на Фиг. 2-3, полый выходной вал 130 имеет аксиально проходящие выступы 132a, 132b на одном конце (т.е. своем нижнем конце / конце, который проходит через центральное отверстие нижнего участка корпуса (например, основания 123 или нижнего участка корпуса привода)), которые зацепляются в соответствующих вырезах 133a, 133b (см. Фиг. 8), обеспеченных на одном конце муфты привода.

[0056] В системах, описанных выше, узел муфты привода соединен с основанием корпуса двигателя. Узел муфты привода является также внешним относительно корпуса двигателя, поскольку электродвигатель находится на одной стороне основания корпуса двигателя (т.е. на внутренней стороне корпуса двигателя), а узел муфты привода находится на другой стороне основания корпуса двигателя (т.е. на внешней стороне относительно корпуса двигателя). Соединение между узлом муфты привода и корпусом двигателя является раскрепляемым, поскольку узел муфты привода и корпус двигателя соединены друг с другом через по меньшей мере один съемный крепежный элемент. Например, в компактных системах 10 и 100 привода съемные крепежные элементы включают в себя болты 41, 141, которые проходят через отверстия зазора, обеспеченные во фланце 42, 142 корпуса муфты привода 15, 115, и взаимодействуют с резьбовыми отверстиями в основании 23, 123 корпуса двигателя.

[0057] Зацепление между выступом (выступами) и соответствующим вырезом (вырезами), образованным в соответствующих частях муфты привода (т.е. муфты 13 привода или муфты 113 привода) и полого выходного вала (т.е. вала 30 или вала 130), позволяет узлу двигателя легко перемещаться от узла муфты привода и вала привода (например, для обслуживания), как показано на Фиг. 7 и 8, поскольку выступ(ы) и вырез(ы) могут расцепляться простым перемещением узла двигателя аксиально от узла муфты привода, как только соединение между узлом муфты привода и корпусом двигателя было снято. Кроме того, это может быть выполнено без влияния на положение вала привода (т.е. вала 14 или вала 114), поскольку вал привода косвенно соединен с узлом двигателя через узел муфты привода (т.е. зацепление между выступом (выступами) и вырезом (вырезами)). Если клапан обеспечен на одном конце вала привода (т.е. нижнем конце вала привода), это означает, что узел двигателя может быть безопасно снят для ремонта или замены без вывода клапана из эксплуатации.

[0058] Корпус муфты привода (т.е. корпус 15 муфты привода или корпус 115 муфты привода) может быть соединен с корпусом клапана, внутри которого компоненты клапана закреплены. Альтернативно, корпус клапана может ограничивать корпус муфты привода (т.е. корпус 15 муфты привода или корпус 115 муфты привода).

[0059] Когда электродвигатель, который должен использоваться с компактными системами 10 и 100 привода, представляет собой бесщеточный двигатель постоянного тока, то приводная электроника и модуль IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором) могут использоваться для переключения тока к обмоткам двигателя, используя управление широтно-импульсной модуляцией (PWM). Модули IGBT могут располагаться радиально вокруг концевых обмоток двигателя, и электрически соединены с клеммами концевой обмотки двигателя.

[0060] Epoxylite® (или аналогичный материал, известный в области техники), может использоваться для существенной или полной герметизации компонентов электродвигателя, который должен использоваться с компактной системой 10 и 100 привода, (например, обмоток статора электродвигателя, электроники привода двигателя и модулей IGBT на конце концевых обмоток двигателя). Например, это может быть достигнуто использованием корпуса 120 двигателя в качестве формы и заливанием расплавленного Epoxylite® (или аналогичного материала) в отверстие корпуса 120 двигателя (например, отверстие, обеспеченное между внутренним ротором 112 и основанием корпуса 123 двигателя) и позволяющее Epoxylite®(или аналогичному материалу) затвердевать. Герметизация компонентов электродвигателя Epoxylite® (или аналогичным материалом), может позволять компактной системе привода (т.е. компактной системе 10 или 100 привода) быть взрывозащищенной, поскольку Epoxylite® (или аналогичный материал) действует в качестве барьера между потенциально взрывоопасными атмосферами и герметизированными компонентами, которые могут быть источниками искрового зажигания (такими как обмотки двигателя и электроника привода).

[0061] В вариантах выполнения, показанных на Фиг. 2-8, полый выходной вал 30, 130 непосредственно зацепляет муфту 13, 113 привода. В таких случаях максимальный крутящий момент, который может быть применен к валу привода, будет зависеть от размера двигателя. Для применений с высоким крутящим моментом, размер двигателя, необходимого для непосредственного приведения в действие, может быть слишком большим, чтобы быть практичным. В этом случае, устройство с зубчатой передачей может быть расположено между двигателем и муфтой привода. На Фиг. 9 изображен вариант выполнения этого устройства, которое содержит редуктор 350, вмещающий устройство планетарной передачи, включающее в себя солнечное зубчатое колесо 352 и ряд планетарных шестерен 354. Солнечное зубчатое колесо 352 является полым и установлено концентрично с полым выходным валом 330 и муфтой 313 привода в корпусе 315 муфты привода (и, следовательно, с валом привода, не показан). Солнечное зубчатое колесо 352 установлено на водиле 356 зубчатой передачи, которое установлено на подшипнике в верхней части редуктора 350, и имеет вырезы 333 для приема выступов 332 на конце полого выходного вала 330. Планетарные шестерни 354 установлены на водило 358 зубчатой передачи, которое вращается планетарными шестернями 354 и передает вращение муфте 313 привода посредством приводных выступов 360. Двигатель и редуктор могут быть отдельными блоками, чтобы двигатель мог быть снят с редуктора. Аналогично, редуктор может быть снят с муфты привода и таким образом оставлять клапан в положении, как обсуждалось выше.

[0062] Хотя Фиг. 9 показывает одноступенчатую систему с планетарной передачей, также можно использовать систему с многоступенчатой планетарной передачей. Например, водило планетарной передачи может соединяться с полым солнечным зубчатым колесом последующей ступени планетарной передачи. Могут быть использованы я две или более последующих ступеней.

[0063] В качестве альтернативы планетарному редуктору, раскрытому выше, редуктор может быть типа прямозубной передачи или типа конической зубчатой передачи с полым выходным валом, чтобы позволять валу привода подниматься через выходное зубчатое колесо редуктора. Если используют такой редуктор с прямозубной передачей или конической зубчатой передачей, то вал привода может не подниматься через полый выходной вал двигателя, поскольку ось вращения двигателя больше не может быть концентричной с выходной осью редуктора.

[0064] Описанное выше устройство с двигателем прямого действия или двигатель прямого действия, соединенный с редуктором, может использоваться в сочетании с противооткатной муфтой привода для управления ¼оборотным клапаном, таким как шаровой клапан или клапан-бабочка. Этот тип ¼ оборотного клапана не имеет поднимающегося стержня клапана или вала привода. Противооткатная муфта привода может потенциально быть оставлена прикрепленной к клапану, чтобы поддерживать положение клапана, во время того, как двигатель был снят для обслуживания или замены аналогичным образом, как описано выше.

[0065] На Фиг. 10 изображен вид в сечении электродвигателя 211, 212, который может быть использован с компактной системой 10 или 100 приводов, описанной выше. Статор 211 состоит из внешнего корпуса 213 статора с рядом выступающих внутрь зубцов 214 статора. Стороны зубцов 214 статора являются по существу прямыми вдоль всей длины каждого зубца. Ранее было предложено обеспечивать боковые расширения или наконечники на конце каждого зубца (т.е. стороны проходят по бокам к смежному зубцу на конце). Это было выполнено для снижения высоких уровней плотности потока в статоре, приводящих к избыточному нагреванию, созданному при использовании. А именно, внешний статор 211 не имеет наконечников зубцов статора. В применениях, таких как привод клапана, описанный выше, двигатель может иметь низкую выходную скорость вращения, так что потери железа и создание тепла являются меньшей проблемой. Также, двигатель должен работать, например, с 25% рабочими циклами, а не быть рассчитанным работать непрерывно, а внешний статор 211 может быть относительно большого размера, относительно выходной мощности двигателя, и, таким образом, имеет большую тепловую массу, которая помогает распределять любое созданное тепло.

[0066] Отсутствие наконечников зубцов статора на внешнем статоре 211, может по существу упрощать процесс сборки катушки, поскольку предварительно намотанные концентрированные «пакеты катушек» могут быть собраны на статоре 211 простым скольжением его на зубцах статора, в отличие от необходимости наматывать катушки на статор 211 на месте. Процесс выполнения обслуживания на таком статор 211 также упрощают, поскольку указанные «пакеты катушек» могут легко сниматься с зубцов статора простым скольжением их с зубцов статора. Кроме того, это упрощает конструкцию внешнего статора 211, делая его более легким в изготовлении. Двигатель, имеющий эти признаки, такой как бесщеточный двигатель постоянного тока или вентильный реактивный двигатель, может найти применение в приложениях, в дополнение к приводу клапана, раскрытому выше. Это изобретение распространяется на такие виды использования.

[0067] Дополнительные изменения могут быть выполнены в пределах объема этого изобретения.

Привод (1) содержит узел (2) двигателя, узел муфты (113, 13, 313) привода и вал (114, 14) привода. Узел (2) двигателя содержит корпус (120, 20) двигателя, имеющий кожух (122, 22) и основание (123, 23), электродвигатель (111, 11, 211, 2), содержащий внешний статор (111, 11, 211) и внутренний ротор (112, 12), и полый выходной вал (130, 30, 330), который соединен коаксиально с внутренним ротором (112, 12) так, что вращение внутреннего ротора (112, 12) вызывает соответствующее вращение полого выходного вала (130, 30, 330). Узел муфты (113, 13, 313) привода содержит корпус (115, 15, 315) муфты привода, содержащий муфту (113, 13, 313) привода, причем муфта (113, 13, 313) привода сцеплена с полым выходным валом (130, 30, 330) так, что вращение полого выходного вала (130, 30, 330) вызывает соответствующее вращение муфты (113, 13, 313) привода. Вал (114, 14) привода проходит через полый выходной вал (130, 30, 330) и внутренний ротор (112, 12) и сцеплен с муфтой (113, 13, 313) привода так, что вращение муфты (113, 13, 313) привода полым выходным валом (130, 30, 330) вызывает перемещение вала (114, 14) привода аксиально. Достигается упрощение конструкции. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Привод, содержащий:

узел двигателя, содержащий:

корпус (20) двигателя, содержащий:

кожух (22) и

основание (23);

электродвигатель, внутри корпуса (20) двигателя, содержащий:

внешний статор (11) и внутренний ротор (12); и

полый выходной вал (30), который соединен коаксиально с внутренним ротором (12) так, что вращение внутреннего ротора (12) вызывает соответствующее вращение полого выходного вала (30);

узел муфты привода, соединенный с основанием (23) корпуса (20) двигателя, причем узел муфты привода содержит корпус (15) муфты привода, содержащий муфту (13) привода, при этом муфта (13) привода сцеплена с полым выходным валом (30) так, что вращение полого выходного вала (30) вызывает соответствующее вращение муфты (13) привода; и

вал (14) привода, который сцеплен с муфтой (13) привода так, что вращение муфты (13) привода полым выходным валом (30) вызывает перемещение вала (13) привода;

отличающийся тем, что электродвигатель расположен на одной стороне основания (23)

внутри корпуса (20) двигателя, а узел муфты привода расположен на другой стороне основания (23) снаружи корпуса (20) двигателя;

соединение между узлом муфты привода и корпусом (20) двигателя является раскрепляемым, так что корпус (20) двигателя может быть снят и повторно прикреплен к узлу муфты привода; и

вал (14, 114) привода проходит через полый выходной вал (30, 130) и внутренний ротор (12, 112), при этом вращение муфты (13, 113) привода вызывает аксиальное перемещение вала (14, 114) привода.

2. Привод по п. 1, в котором полый выходной вал (30) непосредственно сцеплен с муфтой (13) привода.

3. Привод по п. 1 или 2, в котором полый выходной вал (330) сцеплен с муфтой (313) привода посредством устройства (352, 354) с зубчатыми колесами.

4. Привод по п. 3, в котором устройство (352, 354) с зубчатыми колесами содержит редуктор (350), а узел муфты привода соединен с основанием корпуса двигателя посредством редуктора (350).

5. Привод по п. 4, в котором редуктор (350) содержит устройство планетарной передачи, включающее в себя солнечное зубчатое колесо (352) и планетарные шестерни (354), установленные на водило (356) вращающейся зубчатой передачи, причем солнечное зубчатое колесо (352) является полым и коаксиальным полому выходному валу (330) и валу привода, и обеспечена возможность передачи вращения полого выходного вала (330) на вал привода вращением водила вращающейся зубчатой передачи.

6. Привод по п. 5, в котором устройство планетарной передачи является многоступенчатым устройством (352, 354, 356) планетарной передачи.

7. Привод по п. 5 или 6, в котором муфта (313) привода содержит противооткатную муфту привода.

8. Привод по любому предыдущему пункту, в котором обеспечена возможность передачи вращения внутреннего ротора (12, 112) муфте (13, 113) привода через зацепление по меньшей мере одного аксиально проходящего выступа (32a, 32b, 132a, 132b) и по меньшей мере одного соответствующего выреза (33a, 33b, 133a, 133b), образованного в соответствующих частях полого выходного вала (30, 130) и муфты (13, 113) привода.

9. Привод по любому предыдущему пункту, в котором кожух (122) корпуса (120) двигателя проходит от основания (123) корпуса (120) двигателя вокруг статора (111) и ротора.

10. Привод по п. 9, в котором кожух (122) корпуса двигателя образует внутреннюю трубу (122а), а внутренний ротор (112) установлен на подшипниках (127, 128) на трубе (122а).

11. Привод по любому из пп. 1-10, в котором кожух (22) и основание (23) корпуса (20) двигателя закреплены в разнесенном положении фиксирующими элементами (25), проходящими между периферийными областями кожуха (22) и основанием (23) корпуса (20) двигателя, при этом при необходимости в кожухе (22) и основании (23) корпуса двигателя (20) обеспечены подшипники (27, 28) для установки внутреннего ротора (12) для вращения; и также при необходимости полый выходной вал (30) установлен внутри внутреннего ротора (12) и проходит через внутренний ротор (12).

12. Привод по любому предыдущему пункту, в котором кожух (22) корпуса (20) двигателя имеет открытые области (26), причем корпус (20) двигателя дополнительно содержит съемную крышку (21), которая может быть закреплена на внешней поверхности кожуха (22) корпуса (20) двигателя, чтобы закрывать открытые области (26).

13. Привод по любому из пп. 1-12, в котором внешний статор (211) содержит корпус (213) статора, имеющий ряд выступающих внутрь зубцов (214), причем вокруг каждого зубца обеспечена обмотка.

14. Привод по п. 13, в котором стороны зубцов (214) статора являются по существу прямыми вдоль всей длины зубца (214).

15. Система привода для преобразования электрической энергии в механическое движение, содержащая:

привод по любому предыдущему пункту и

клапан, соединенный с валом (14, 114) привода;

в которой при необходимости вал (14, 114) привода непосредственно соединен с клапаном.