УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАМОТКИ/РАЗМОТКИ СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ ЛИНИИ Российский патент 2024 года по МПК F16H1/32 

Уровень техники

Изобретения для намотки и/или размотки соединительной линии используются во многих областях промышленного применения. В частности, может потребоваться развернуть соединительную линию между двумя элементами, имеющими некоторое относительное положение по отношению друг к другу, причем это относительное положение может изменяться стечением времени.

Например, первым элементом может быть опора, закрепленная на земле, рама робота и т.д., а вторым элементом может быть тележка или портальный кран, перемещающийся по земле, рука робота и т.д. Второй элемент может перемещаться относительно первого элемента примерно на расстояние от десяти метров до более чем километра.

Соединительная линия выполнена с возможностью передачи жидкости, энергии и/или сигналов между двумя элементами. Таким образом, соединительная линия может представлять собой электрический кабель, трубу для воздуха или текучих сред, оптическое волокно или пучок оптических волокон и т.д. Соединительную линию наматывают на намоточную опору, такую как намоточная катушка.

Устройство для намотки/размотки, установленное на первом или втором элементе, подходит для намотки и/или размотки соединительной линии на катушку и/или с катушки. Таким образом, соединительная линия проходит между катушкой, расположенной на первой стороне устройства для намотки/размотки, и поворотным шарниром, противоположным первой стороне по отношению к устройству.

Устройство для намотки/размотки соединительной линии может быть моторизовано и может наматывать и/или разматывать соединительную линию синхронно со смещением второго элемента. Таким образом, устройство наматывает соединительную линию на катушку, когда второй элемент приближается к первому элементу, чтобы уменьшить его длину на столько же, и разматывает соединительную линию на большую длину, когда второй элемент удаляется от первого элемента.

Патентный документ FR 2335754 раскрывает устройство для намотки/размотки соединительной линии, содержащее спирально-конический редуктор. Указанный редуктор содержит несколько конических шестерен, каждая из которых соединена с комплектом сцепных устройств (муфт) двигателя и входит в зацепление с одним и тем же коническим колесом. Такие устройства позволяют монтировать несколько комплектов сцепных устройств двигателя на общем спирально-коническом редукторе. Таким образом, крутящий момент может быть адаптирован в соответствии с рассматриваемым применением, и комплекты сцепных устройств двигателя могут быть изготовлены в большем количестве, что приводит к снижению себестоимости производства.

Однако спирально-коническим редукторам не хватает компактности, когда требуется существенное уменьшение. Более того, они не могут удовлетворительно выдерживать кратковременные и/или значительные толчки. Действительно, лишь небольшое количество зубьев элементов редуктора находятся в контакте друг с другом.

Другие известные устройства для намотки/размотки соединительной линии включают в себя асинхронный двигатель, непосредственно соединенный с катушкой через редуктор. Однако асинхронный двигатель обеспечивает лишь низкую точность регулирования крутящего момента. Между заданным значением крутящего момента и фактическим значением крутящего момента, передаваемого на выходной вал асинхронным двигателем, может быть разница примерно в 15%. Действительно, в асинхронном двигателе ротор не вращается с той же скоростью, что и магнитное поле. Это приводит к скольжению и намагничиванию ротора током двигателя и, следовательно, к потере скорости вращения на выходе двигателя и неточностям в соотношении ток/крутящий момент. Следовательно, часть тока, подаваемого в асинхронный двигатель, теряется и не используется для создания крутящего момента. Таким образом, разница между заданным значением крутящего момента и значением крутящего момента, фактически подаваемого на выходной вал, является существенной, что усложняет управление устройством для намотки/размотки. Таким образом, асинхронный двигатель не совсем удовлетворителен, когда требуется высокая точность регулирования крутящего момента.

Кроме того, асинхронный двигатель не допускает перегрузки по крутящему моменту в течение коротких периодов времени и при таких высоких значениях, какие допускает синхронный двигатель. Это может привести к возникновению проблем при создании фаз аварийной остановки или фаз, требующих торможения катушки и запуска ее в противоположном направлении за очень короткое время, что имеет место в случае, когда намоточное устройство должно проходить выше точки подачи.

Наконец, эти устройства для намотки/размотки с асинхронным двигателем не обеспечивают удовлетворительной модульности. Действительно, эти устройства требуют электронного регулирования, поскольку они управляются частотным вариатором и управляющей программой, которая модулирует заданное значение крутящего момента в соответствии с фазой работы устройства. Однако управление несколькими асинхронными двигателями с помощью одного частотного вариатора приводит к плохим результатам с точки зрения получаемого значения крутящего момента по отношению к заданному значению. Следовательно, такие устройства для намотки и/или размотки асинхронных двигателей с электронным регулированием не могут включать в себя несколько асинхронных двигателей, когда требуется хорошая точность регулирования крутящего момента.

Поэтому мощность асинхронного двигателя должна изменяться при каждом применении, чтобы быть адаптированной к потребностям клиента. Таким образом, размеры асинхронного двигателя, приводящего в действие устройство, сложно адаптировать к большому разнообразию применений, в частности к различным типам соединительных линий, высотам установки, скоростям и ускорениям устройства намотки/размотки и т.д. Крутящий момент не всегда может быть адаптирован в соответствии с потребностями конкретного применения, и количество общих частей этих устройств для намотки/размотки соединительной линии ограничено, что увеличивает стоимость устройства. Более того, часто бывает необходимо приобрести конкретный двигатель для конкретного применения, что еще больше увеличивает затраты и уменьшает количество доступных применений.

Патентные документы FR 2607333 А1 и FR 2899399 А1 раскрывают устройства для намотки/размотки соединительной линии, содержащей электромагнитную муфту с гистерезисом. Эти устройства не требуют электронной регулировки и могут быть модульными. Действительно, регулировка осуществляется с помощью электромагнитных муфт, которые адаптируют свою скорость к скорости вращения катушки, обеспечивая чистый крутящий момент и, следовательно, в некоторой степени постоянную тягу на соединительной линии.

Однако магнитные сцепляющие устройства для намотки/размотки имеют меньшую полную производительность, что не позволяет управлять переходными явлениями, такими как аварийные остановки или прохождение точки подачи. Более того, эти устройства неэффективны при превышении некоторой мощности, поскольку трудно собрать чрезмерное количество муфт на одном редукторе, и размеры последнего становятся очень большими, а увеличение размеров муфт обходится дорого.

Раскрытие сущности изобретения

Целью изобретения является предложение компактного устройства для намотки/размотки соединительной линии, имеющего большой диапазон передаточных отношений.

Другая цель изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для намотки/размотки соединительной линии с хорошей точностью для регулирования крутящего момента и обеспечения высокой перегрузки по крутящему моменту в течение коротких периодов времени.

Другой целью изобретения является предложение модульного устройства для намотки/размотки соединительной линии таким образом, чтобы адаптировать крутящий момент к желаемому использованию при сохранении низких производственных затрат.

Другой целью изобретения является предложение устройства для намотки/размотки соединительной линии, которое позволяет защитить соединительную линию, подлежащую намотке/размотке.

Согласно первому аспекту, изобретение относится к устройству для намотки/размотки соединительной линии, содержащему:

входной вал, выполненный с возможностью приведения во вращение вокруг продольной оси,

выходной вал, по существу соосный с входным валом, причем выходной вал представляет собой полый сквозной вал, выполненный с возможностью прохождения соединительной линии между катушкой и поворотным шарниром, причем выходной вал выполнен с возможностью приведения катушки во вращение вокруг продольной оси,

по меньшей мере один синхронный двигатель с постоянными магнитами, содержащий ротор, расположенный вокруг первой части выходного вала, причем ротор при вращении является одним целым с входным валом,

циклоидальный редуктор, расположенный вокруг второй части выходного вала, причем циклоидальный редуктор содержит по меньшей мере один внутренний кулачок, наружную венцовую шестерню и по меньшей мере один циклоидальный диск, расположенный между каждым кулачком и венцовой шестерней, причем каждый кулачок установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с входным валом, а указанный по меньшей мере один циклоидальный диск установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с каждым кулачком, и при этом каждый кулачок выполнен эксцентричным таким образом, чтобы вращение каждого кулачка вокруг продольной оси приводило во вращение указанный по меньшей мере один циклоидальный диск в эксцентрическом и циклоидальном движении, и

передаточный элемент, пригодный для передачи углового смещения по меньшей мере одного циклоидального диска на выходной вал таким образом, чтобы эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска приводило к вращению вокруг продольной оси выходного вала.

Некоторыми предпочтительными, но не ограничивающими характеристиками устройства для намотки/размотки, описанного выше, являются следующие, взятые по отдельности или в комбинации:

входной вал расположен вокруг по меньшей мере одной части выходного вала;

устройство для намотки/размотки дополнительно содержит кожух, в котором расположены по меньшей мере один синхронный двигатель и циклоидальный редуктор, причем выходной вал проходит через указанный корпус от одного конца корпуса к другому;

устройство для намотки/размотки содержит от одного до четырех синхронных двигателей, установленных последовательно вдоль первой части выходного вала;

по меньшей мере один синхронный двигатель представляет собой синхронный двигатель с постоянными магнитами с осевым потоком;

указанный по меньшей мере один кулачок и указанный входной вал выполнены из одной детали, причем каждый кулачок содержит наружную поверхность, имеющую радиальный размер, который изменяется в зависимости от углового положения относительно продольной оси, когда каждый кулачок установлен в устройстве для намотки/размотки;

по меньшей мере один циклоидальный диск представляет собой циклоидальное колесо;

передаточный элемент содержит первую часть и вторую, по существу радиальную, часть, выполненную с возможностью соединения первой части с выходным валом, при этом передаточный элемент расположен таким образом, что эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска приводит к вращению вокруг продольной оси первой части передаточного элемента;

по меньшей мере один циклоидальный диск содержит по меньшей мере одно продольное отверстие, причем первая часть передаточного элемента образует по меньшей мере один продольный палец, выполненный с возможностью прохождения по меньшей мере в одном продольном отверстии по меньшей мере одного циклоидального диска таким образом, чтобы передавать угловое смещение по меньшей мере одного циклоидального диска на первую часть передаточного элемента;

циклоидальный редуктор содержит два по существу идентичных циклоидальных диска, установленных последовательно вдоль продольной оси, причем два циклоидальных диска расположены с противоположной эксцентричностью в циклоидальном редукторе, причем каждый циклоидальный диск содержит по меньшей мере одно продольное отверстие, причем продольные отверстия двух циклоидальных дисков расположены обращенными друг к другу таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере одну пару продольных отверстий, когда циклоидальные диски установлены в устройстве для намотки/размотки, при этом по меньшей мере один палец передаточного элемента проходит по меньшей мере в одной паре продольных отверстий двух циклоидальных дисков;

устройство для намотки/размотки содержит первый циклоидальный диск и второй циклоидальный диск, причем первый циклоидальный диск установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое по меньшей мере с одним кулачком, а второй циклоидальный диск установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с первым циклоидальным диском, причем первая часть передаточного элемента содержит внутренний зубчатый венец, расположенный снаружи второго циклоидального диска и выполненный с возможностью взаимодействия с наружным циклоидальным зубчатым венцом второго циклоидального диска таким образом, чтобы эксцентричное вращение второго циклоидального диска приводило к вращению вокруг продольной оси первой части передаточного элемента;

первая часть передаточного элемента содержит жесткую раму и набор по существу цилиндрических валов, причем жесткая рама содержит набор по существу цилиндрических отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси, причем каждый вал набора валов вставлен в соответствующее отверстие набора отверстий рамы первой части передаточного элемента таким образом, чтобы образовать внутренний зубчатый венец первой части передаточного элемента.

Согласно второму аспекту, изобретение относится к намоточному устройству соединительной линии, содержащему катушку, устройство для намотки/размотки согласно первому аспекту, поворотный шарнир и управляющее устройство, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления заданным значением и/или управления синхронным двигателем таким образом, чтобы управляющее устройство и устройство для намотки/размотки обеспечивали подходящий крутящий момент намотки/размотки.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики, цели и преимущества настоящего изобретения должны стать понятными при рассмотрении нижеследующего подробного описания, приведенного в качестве неограничивающего примера, который будет проиллюстрирован следующими фигурами:

на фиг. 1 показан схематичный вид сбоку устройства для намотки/размотки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 2а и 2b показаны схематические перспективные виды в виде частичного поперечного разреза устройства для намотки/размотки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 3 показан схематичный вид сбоку устройства для намотки/размотки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 4 показан схематичный вид сбоку устройства для намотки/размотки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения;

на фиг. 5а и 5b показаны схематические перспективные виды в виде частичного поперечного разреза устройства для намотки/размотки в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

Устройство для намотки/размотки соединительной линии содержит

входной вал 10, выполненный с возможностью приведения во вращение вокруг продольной оси L,

выходной вал 20, по существу соосный с входным валом 10, причем выходной вал 20 представляет собой полый сквозной вал, выполненный с возможностью прохождения соединительной линии между катушкой и поворотным шарниром, причем выходной вал 20 выполнен с возможностью приведения катушки во вращение вокруг продольной оси L.

В остальной части настоящей заявки термин "продольная ось L" означает ось, вокруг которой расположены входной вал 10 и выходной вал 20. Радиальное направление-это направление, перпендикулярное продольной оси L и проходящее через нее. Продольный элемент-это элемент, который проходит главным образом в направлении продольной оси L. Радиальный элемент-это элемент, который проходит главным образом в направлении радиального направления.

Термины внутренний и наружный, соответственно, используются применительно к радиальному направлению таким образом, что внутренняя часть или внутренняя поверхность элемента находится ближе к продольной оси L, чем наружная часть или наружная поверхность того же элемента.

Термины "выше по потоку" и "ниже по потоку", соответственно, используются применительно к положению на продольной оси L. Поворотный шарнир расположен выше по потоку от устройства для намотки/размотки, а катушка расположена ниже по потоку от устройства для намотки/размотки.

Термин "соединительная линия" используется для обозначения различных соединительных линий, таких как электрические кабели, кабели передачи данных, трубы для воздуха или текучих сред и т.д.

Предполагается, что соединительную линию располагают между катушкой и поворотным шарниром и наматывают на катушку и/или разматывают с катушки. Поворотный шарнир позволяет осуществлять соединение между катушкой, которая приводится во вращение выходным валом 20, и окружающей средой устройства для намотки/размотки, которое не вращается вокруг продольной оси L. Поворотный шарнир установлен на выходном валу 20 и при вращении вокруг продольной оси является одним целым с выходным валом 20, так чтобы поворотный шарнир приводился в движение выходным валом 20 с той же скоростью вращения, что и выходной вал 20.

Например, в случае передачи электрической энергии за счет смещения соединительной линии поворотный шарнир может состоять из системы колец, изготовленных из сплава, обладающего хорошей проводимостью, по которым осуществляется перемещение с трением полученных спеканием щеток с высоким содержанием проводящего материала, что позволяет обеспечить непрерывность. Соединительная линия, выходящая из катушки, соединена с кольцами. Соединительная линия, выходящая из неподвижной части, соединена с щетками.

Вращение катушки в первом направлении приводит к намотке соединительной линии на катушку, а вращение катушки во втором направлении, противоположном первому направлению, приводит к размотке соединительной линии. Устройство для намотки/размотки может работать как в первом направлении вращения, так и во втором направлении вращения. Таким образом, длину соединительной линии можно регулировать за счет смещения вращения катушки.

Устройство для намотки/размотки позволяет защитить соединительную линию за счет смещения полого вала. Действительно, соединительная линия, таким образом, может проходить между катушкой, расположенной на первой стороне устройства для намотки/размотки, и поворотным шарниром, расположенным на второй стороне устройства, противоположной первой стороне, в полом валу устройства. Таким образом, соединительная линия защищена от потенциального разрушения, например, из-за климатических условий, ограничивающей внешней среды, эрозии при контакте с внешней средой или ударов и трения с внешними элементами. Устройство для намотки/размотки также позволяет защитить соединительную линию от внутренних элементов устройства для намотки/размотки, поскольку соединительная линия заключена в выходной вал 20, который вращается с той же скоростью, что и указанная соединительная линия.

Устройство для намотки/размотки соединительной линии также содержит

по меньшей мере один синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами, содержащий ротор 31, расположенный вокруг первой части выходного вала 20, причем ротор 31 при вращении является одним целым с входным валом 10,

циклоидальный редуктор 50, расположенный вокруг второй части выходного вала 20, причем циклоидальный редуктор 50 содержит по меньшей мере один внутренний кулачок 51, наружную венцовую шестерню 53 и по меньшей мере один циклоидальный диск 52, расположенный между каждым кулачком 51 и венцовой шестерней 53, причем каждый кулачок 51 установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с входным валом 10, а указанный один циклоидальный диск 52 установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с каждым кулачком 51, и при этом каждый кулачок 51 выполнен эксцентричным таким образом, чтобы вращение каждого кулачка 51 вокруг продольной оси L приводило во вращение указанный по меньшей мере один циклоидальный диск 52 в эксцентрическом и циклоидальном движении, и

передаточный элемент 60, пригодный для передачи углового смещения по меньшей мере одного циклоидального диска 52 на выходной вал 20 таким образом, чтобы эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска 52 приводило к вращению вокруг продольной оси L выходного вала 20.

Термин "редуктор" обозначает механизм, предназначенный для уменьшения скорости и увеличения крутящего момента, при этом выходной вал 20 вращается с меньшей скоростью, чем входной вал 10. В качестве альтернативы, термин "редуктор" может обозначать любой механизм, предназначенный для изменения скорости и крутящего момента выходного вала 20 по отношению к входному валу 10.

Циклоидальный редуктор 50, таким образом, позволяет изменять скорость вращения выходного вала 20 по отношению к скорости вращения приводного вала на определенное соотношение, называемое передаточным отношением. Устройство для намотки и/или размотки соединительной линии, таким образом, передает вращение входного вала 10 на выходной вал 20. Таким образом, устройство для намотки/размотки позволяет приводить катушку во вращение в ответ на вращение ротора 31 синхронного двигателя или двигателей 30 и, таким образом, наматывать/разматывать соединительную линию.

Термин циклоидальный используется для обозначения профиля, который по существу соответствует циклоиде, т.е. траектории точки, закрепленной на окружности, которая катится без скольжения по образующей. Описанные профили могут отходить от чисто теоретического циклоидального профиля. Как правило, циклоидальный диск 52 может иметь наружную циклоидальную поверхность.

Циклоидальный редуктор 50 позволяет достичь существенного передаточного отношения, например, примерно до 1/120, например 20, 40 или 90, компактным способом. Циклоидальный редуктор 50 имеет низкую вероятность отказа, малый рабочий зазор и высокую производительность по сравнению с другими редукторами, такими как обычные спирально-конические редукторы. Циклоидальный редуктор 50 имеет более существенное передаточное отношение и, следовательно, большее количество зубьев при контакте, чем обычный спирально-конический редуктор. Следовательно, циклоидальный редуктор 50 может дополнительно выдерживать кратковременные и/или значительные толчки.

Синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами (или синхронный двигатель 30) обеспечивает повышенную точность регулирования крутящего момента по сравнению с асинхронным двигателем. Действительно, поскольку поле создается постоянными магнитами, синхронный двигатель не приводит к скольжению или намагничиванию ротора 31 током двигателя. Следовательно, практически весь ток, подаваемый в синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами, используется для создания крутящего момента. Таким образом, разница между заданным значением крутящего момента и значением крутящего момента, фактически подаваемого на выходной вал 20, уменьшается. Таким образом, механический крутящий момент является прямым отображением тока, что облегчает управление устройством для намотки/размотки и делает его более точным.

Кроме того, синхронный двигатель 30 допускает перегрузку по крутящему моменту в течение коротких периодов времени и при более высоких значениях, чем допускает асинхронный двигатель. Таким образом, фазы аварийной остановки управляются лучше. То же самое относится к фазам, требующим торможения катушки и повторного запуска ее в обратном направлении за очень короткое время, что имеет место в случае, когда намоточное устройство должно проходить выше точки подачи. Таким образом, использование синхронного двигателя позволяет ограничить мощность двигателя для одного и того же применения.

Наконец, устройство для намотки/разматывания соединительной линии обеспечивает большую модульность. Действительно, несколькими синхронными двигателями 30 можно управлять с помощью одного и того же частотного вариатора таким образом, чтобы осуществлять электронное регулирование устройства для намотки/размотки. Следовательно, количество синхронных двигателей 30 устройства для намотки/размотки может быть адаптировано. Таким образом, размеры двигателя, приводящего в действие устройство, могут быть легко адаптированы к широкому спектру применений, в частности к различным типам соединительных линий, высотам установки, скоростям и ускорениям устройства для намотки/размотки и т.д. Следовательно, количество общих частей устройства для намотки/размотки соединительной линии является значительным, что снижает его стоимость.

Например, несколько идентичных или практически идентичных синхронных двигателей 30 могут быть установлены последовательно вдоль выходного вала 20. Таким образом, крутящий момент может быть максимально адаптирован к потребностям клиента. Более того, таким образом производится большее количество идентичных синхронных двигателей 30 с постоянными магнитами, что позволяет снизить затраты.

Синхронный двигатель 30 расположен выше по потоку от циклоидального редуктора 50. Входной вал 10 и выходной вал 20 проходят по существу вдоль продольной оси L. Устройство для намотки/размотки может иметь радиальную симметрию относительно продольной оси L.

Входной вал 10 является полым валом и может соответствовать приводному валу для устройства для намотки/размотки. Входной вал 10 может быть расположен вокруг по меньшей мере одной части выходного вала 20, причем входной вал 10 находится в более внешнем положении, чем выходной вал 20. Роликовые подшипники могут быть расположены между входным валом 10 и выходным валом 20, чтобы обеспечить вращение входного вала 10 со скоростью, отличной от скорости выходного вала 20.

Входной вал 10 может проходить к синхронному двигателю 30 и к циклоидальному редуктору 50, в частности по меньшей мере к одному кулачку 51 циклоидального редуктора 50. Входной вал 10 может иметь первый конец, выполненный с возможностью прохождения со стороны поворотного шарнира, и второй конец, противоположный первому концу.

Входной вал 10 принимает приводную мощность, подлежащую передаче от синхронного двигателя или двигателей 30, причем синхронный двигатель или двигатели создают механическую мощность, подлежащую передаче через их ротор 31. Второй конец входного вала 10 может быть расширен в радиальном направлении по меньшей мере одним кулачком 51 в циклоидальном редукторе 50. Кулачок 51 может быть расположен вокруг второго конца входного вала 10, при этом кулачок 51 расположен в более внешнем положении, чем входной вал 10. Подшипники могут быть расположены между входным валом 10 и выходным валом 20 на кулачке 51.

Указанный по меньшей мере один кулачок 51 и входной вал 10 могут быть выполнены из одной детали. В качестве альтернативы, на втором конце входного вала 10 может быть добавлен и закреплен кулачок 51.

Входной вал 10 может иметь средство для приведения в действие ротора 31 синхронного двигателя 30, расположенного на синхронном двигателе 30. Например, комплементарные канавки входного вала 10 и ротора 31 могут обеспечивать возможность жесткого крепления входного вала 10 и ротора 31 синхронного двигателя 30 при вращении одного относительно другого.

Во время намотки соединительной линии вращение ротора 31 передается на входной вал 10, при этом ротор 31 приводит входной вал 10 во вращение вокруг продольной оси L. Синхронный двигатель или двигатели 30 в этом случае являются двигателями и приводят катушку во вращение.

И наоборот, во время размотки соединительной линии вращение входного вала 10 вокруг продольной оси L передается на ротор 31 синхронного двигателя или двигателей 30 посредством средства для приведения в действие ротора 31.

Синхронный двигатель или двигатели 30 затем являются генераторами и тормозят разматывание катушки, предотвращая выход из под контроля катушки.

Выходной вал 20 представляет собой полый сквозной вал. Выходной вал 20 может проходить по существу между поворотным шарниром и катушкой по всей длине устройства для намотки/размотки. Первая часть выходного вала 20 расположена выше по потоку от второй части выходного вала 20. Первая часть и вторая часть выходного вала 20 могут быть окружены входным валом 10. В качестве альтернативы, только первая часть выходного вала 20 может быть окружена входным валом 10.

Выходной вал 20 может включать в себя третью часть, расположенную ниже по потоку от второй части, причем третья часть соединяет вторую часть и конец выходного вала 20 на катушке. Передаточный элемент 60 может быть расположен между второй частью и третьей частью выходного вала 20.

Устройство для намотки/размотки может включать в себя кожух 40, в котором расположены по меньшей мере один синхронный двигатель 30 и циклоидальный редуктор 50. Выходной вал 20 проходит через кожух 40 от одного конца кожуха 40 до другого. Таким образом, соединительная линия никогда не соприкасается с наружной поверхностью, когда она проходит между поворотным шарниром и катушкой, причем соединительная линия по прежнему содержится в выходном валу 20. Таким образом, соединительная линия еще лучше защищена от потенциальных повреждений, вызванных воздействием внешней среды. Соединительная линия также защищена от внутренних элементов устройства для намотки/размотки.

В случае текучей среды выходной вал 20 может использоваться в качестве трубопровода для транспортировки текучей среды с одной стороны устройства для намотки/размотки на другую. Таким образом, нет необходимости использовать дополнительный трубопровод для транспортировки текучей среды через устройство для намотки/размотки.

Выходной вал 20 может иметь по существу постоянный радиус по всей длине выходного вала 20. В качестве альтернативы, выходной вал 20 может иметь переменный радиус в соответствии с положением вдоль продольной оси L. Например, первая часть и вторая часть выходного вала 20, на уровне синхронного двигателя 30 и циклоидального редуктора 50, соответственно, могут иметь первый радиус. Третья часть выходного вала 20 может иметь второй радиус. Первый радиус может быть меньше второго радиуса.

Устройство для намотки/размотки может содержать от одного до десяти синхронных двигателей 30 с постоянными магнитами, например от одного до четырех синхронных двигателей 30. Синхронные двигатели 30 могут быть установлены последовательно вдоль первой части выходного вала 20. Таким образом, синхронные двигатели 30 расположены в продольном направлении от стороны выше по потоку к стороне ниже по потоку.

Таким образом, количество синхронных двигателей 30 с постоянными магнитами подбирают в соответствии с потребностями клиента и рассмотренными областями применения устройства для намотки/размотки. В частности, небольшое количество синхронных двигателей 30, например два синхронных двигателя 30 с разной мощностью, позволяет охватить диапазон мощности от 1,5 до 30 кВт с помощью адаптированных шагов, что является обычным диапазоном мощности.

Синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами содержит ротор 31 и статор 32. Ротор 31 содержит набор магнитов, расположенных по существу радиально вокруг продольной оси L. Статор 32 расположен по существу радиально и обращен к указанным магнитам ротора 31.

Постоянные магниты могут быть трапециевидными магнитами, имеющими обратную полярность между двумя последовательными магнитами. Такие трапециевидные магниты, например, показаны на фиг. 2b. Обмотки создают магнитный поток, например осевой поток, который изменяется в соответствии с частотой проходящего через них тока. Затем обращенные друг к другу магниты смещаются в соответствии с вращающимся полем, что позволяет создавать крутящий момент.

В качестве неограничивающего примера на фиг. 3 показано устройство для намотки/разматывания, содержащее один синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами. Постоянные магниты расположены на расположенной выше по потоку поверхности ротора 31, а статор 32 расположен выше по потоку от ротора 31 таким образом, что расположенная ниже по потоку поверхность статора 32 обращена к расположенной выше по потоку поверхности ротора 31.

Устройство для намотки/размотки может содержать два или более синхронных двигателя 30. Каждая пара из двух синхронных двигателей 30 затем может быть сгруппирована вместе в двигательный узел, содержащий ротор 31 и статор 32. Ротор 31 двигательного узла содержит два набора постоянных магнитов, расположенных на другой стороне от ротора 31. Таким образом, один из двух наборов постоянных магнитов расположен на расположенной выше по потоку поверхности ротора 31, а другой из двух наборов постоянных магнитов расположен на расположенной ниже по потоку поверхности ротора 31.

Статор 32 может быть расположен по обе стороны от ротора 31 таким образом, чтобы каждый набор постоянных магнитов ротора 31 был обращен к поверхности статора 32. Предпочтительно, две противоположные стороны одного и того же постоянного магнита могут затем образовывать роторы 31 двух смежных двигателей. В качестве альтернативы, статор 32 может быть расположен между двумя роторами 31, причем роторы 31 расположены по обе стороны от статора 32, причем каждая обмотка используется для создания крутящего момента двух разных роторов.

В качестве неограничивающего примера на фиг. 1 показано устройство для намотки/размотки, содержащее четыре синхронных двигателя 30 с постоянными магнитами. Четыре синхронных двигателя 30 сгруппированы вместе в два двигательных узла, каждый из которых содержит два синхронных двигателя 30.

По меньшей мере один синхронный двигатель 30 с постоянными магнитами может быть синхронным двигателем 30 с постоянными магнитами с осевым потоком. Такой синхронный двигатель 30 с осевым потоком имеет улучшенную компактность в продольном направлении по сравнению с синхронным двигателем с радиальным потоком.

Циклоидальный редуктор 50 может содержать кулачок 51 или несколько кулачков 51, установленных последовательно вдоль продольной оси L. Каждый кулачок 51 устройства может иметь по существу одинаковую геометрию кулачка 51.

Каждый кулачок 51 может содержать внутреннюю поверхность и наружную поверхность. Кулачок 51 является эксцентричным. Таким образом, по меньшей мере один кулачок 51 может содержать наружную поверхность, имеющую радиальный размер, который изменяется в зависимости от углового положения относительно продольной оси L, т.е. в соответствии с радиальным направлением, когда по меньшей мере один кулачок 51 установлен в устройстве для намотки/размотки. Изменение радиального размера наружной поверхности кулачка 51 формирует эксцентричность кулачка 51.

Входной вал 10 может иметь по существу постоянный радиус вдоль продольной оси L. Радиус входного вала 10 может быть меньше радиального размера наружной поверхности кулачка 51 независимо от углового положения относительно продольной оси L, т.е. независимо от радиального направления. Таким образом, соединение между вторым концом входного вала 10 и кулачком 51 образует ступеньку лестницы. Поскольку кулачок 51 является эксцентричным, размер ступеньки лестницы изменяется в зависимости от углового положения относительно продольной оси L.

Внутренняя поверхность кулачка 51 может иметь вращательную симметрию относительно продольной оси L, когда кулачок 51 установлен в устройстве для намотки/размотки. Внутренняя поверхность кулачка 51 может быть по существу круглой и центрированной вокруг продольной оси L, при этом радиус внутренней поверхности кулачка 51 по существу соответствует радиусу входного вала 10.

Наружная поверхность кулачка 51 может иметь вращательную симметрию относительно кулачкового вала 51, когда кулачок 51 установлен в устройстве для намотки/размотки. Кулачковый вал 51 параллелен продольной оси L, но не совмещен с последней, при этом кулачковый вал 51 расположен на некотором расстоянии от продольной оси L.

Наружная поверхность кулачка 51 может быть по существу круглой и центрированной вокруг кулачкового вала 51. Другими словами, центр окружности наружной поверхности кулачка 51 расположен на кулачковом валу 51, когда кулачок 51 установлен в устройстве для намотки/размотки, и, следовательно, не расположен на продольной оси L.

Циклоидальный редуктор 50 может содержать циклоидальный диск 52 или несколько циклоидальных дисков 52, установленных последовательно вдоль продольной оси L. Каждый циклоидальный диск 52 циклоидального редуктора 50 может иметь по существу одинаковую геометрию или, в качестве альтернативы, иметь геометрии, которые отличаются друг от друга.

Циклоидальный диск 52 среди циклоидального диска или дисков 52 циклоидального редуктора 50 может представлять собой циклоидальное колесо. Циклоидальный диск 52 содержит внутреннюю поверхность и наружную поверхность. Наружная поверхность циклоидального диска 52 содержит наружный циклоидальный зубчатый венец. Внутренняя поверхность циклоидального диска 52 имеет форму и размеры, которые по существу соответствуют форме и размерам наружной поверхности кулачка 51. Наружная поверхность кулачка 51 приводит во вращение внутреннюю поверхность циклоидального диска 52 посредством приведения в движение циклоидального диска 52. Средство приведения в движение циклоидального диска 52 может содержать подшипник, такой как игольчатый или роликовый подшипник, расположенный между кулачком 51 и циклоидальным диском 52. В качестве альтернативы, средство для приведения в движение циклоидального диска 52 может содержать гладкий подшипник, расположенный между кулачком 51 и циклоидальным диском 52.

Циклоидальный диск 52 может иметь вращательную симметрию относительно оси циклоидального диска 52. Когда циклоидальный диск 52 установлен в устройстве для намотки/размотки, ось циклоидального диска 52 параллельна продольной оси L, но не совмещена с последней, при этом ось циклоидального диска 52 расположена на некотором расстоянии от продольной оси L. Ось циклоидального диска 52 может соответствовать кулачковому валу 51. В частности, внутренняя поверхность циклоидального диска 52 может быть по существу круглой с радиусом, соответствующим по существу радиусу наружной поверхности кулачка 51.

Наружный циклоидальный зубчатый венец циклоидального диска 52 может включать в себя закругленные зубья, при этом каждый зуб содержит основание, боковую часть и вершину. Основание зуба соответствует самой внутренней части зуба, а вершина зуба соответствует самой наружной части зуба. Боковая часть зуба соединяет основание зуба с вершиной зуба.

Наружный циклоидальный зубчатый венец циклоидального диска 52 может иметь по существу циклоидный профиль. Образующая циклоиды циклоидального зубчатого венца может по существу соответствовать окружности, вписанной в основание циклоидального зубчатого венца, т.е. окружности, касательной к основанию каждого зуба циклоидального зубчатого венца. В качестве альтернативы, наружный зубчатый венец циклоидального диска 52 может содержать смещение зубчатого венца для усиления зубчатого венца, увеличения срока его службы и его эксплуатационных характеристик. Затем, образующая циклоиды смещается относительно образующей без смещения зубчатого венца.

Наружный зубчатый венец циклоидального диска 52, в качестве альтернативы, может иметь профиль, который отклоняется от теоретической циклоиды, таким образом, чтобы минимизировать ограничения, которые действуют на зубья, и облегчить сборку циклоидального зацепления.

Наружная венцовая шестерня 53 циклоидального редуктора 50 неподвижна, т.е. ее нельзя привести во вращение вокруг продольной оси L. Венцовая шестерня 53 может представлять собой колесо, имеющее вращательную симметрию относительно продольной оси L. Венцовая шестерня 53 содержит внутренний зубчатый венец, который входит в зацепление с наружным циклоидным зубчатым венцом циклоидального диска 52.

Внутренний зубчатый венец венцовой шестерни 53 может содержать закругленные зубья, при этом каждый зуб содержит основание, боковую часть и вершину. Основание зуба соответствует самой наружной части зуба, а вершина зуба соответствует самой внутренней части зуба. Боковая часть зуба соединяет основание зуба с вершиной зуба. Зубья венцовой шестерни 53 могут быть распределены по окружности вокруг продольной оси L, т.е. они расположены на равном угловом расстоянии друг от друга.

Каждый зуб внутреннего зубчатого венца шестерни 53 может иметь по существу цилиндрический профиль. Образующая цилиндра вращения проходит вдоль продольной оси L, причем цилиндры по существу распределены радиально вокруг продольной оси L. В качестве альтернативы, каждый зуб внутреннего зубчатого венца венцовой шестерни 53 может иметь любую форму, адаптированную для взаимодействия с зубьями циклоидального зубчатого венца циклоидального диска 52. Например, зубья венцовой шестерни 53 могут иметь по существу тороидальную форму, чтобы улучшить контакт с циклоидальным зубчатым венцом циклоидального диска 52. Тороидальные формы зубьев венцовой шестерни 53 могут быть адаптированы для циклоидальных редукторов 50, которые имеют малые передаточные отношения. В качестве альтернативы, внутренний зубчатый венец венцовой шестерни 53 может иметь циклоидальную форму.

Венцовая шестерня 53 может иметь количество зубьев, которое соответствует количеству зубьев циклоидального диска 52 плюс один зуб. Такое смещение одного зуба позволяет получить большее передаточное отношение. Таким образом, если циклоидальный диск 52 имеет n зубьев, то венцовая шестерня 53 имеет n+1 зуб. В зоне контакта между циклоидальным диском 52 и венцовой шестерней 53 по меньшей мере одна вершина или боковая часть зуба циклоидального диска 52 может находиться в контакте по меньшей мере с одной боковой частью зуба венцовой шестерни 53. Несколько зубьев циклоидального диска 52 и/или венцовой шестерни 53 могут находиться в контакте одновременно.

Радиус окружности, касательной к вершине каждого зуба наружного циклоидального зубчатого венца циклоидального диска 52, может быть меньше радиуса окружности, касательной к основанию каждого зуба внутреннего зубчатого венца венцовой шестерни 53. Таким образом, циклоидальный диск 52 может вращаться внутри неподвижной венцовой шестерни 53, следуя эксцентричному циклоидальному движению.

В первом варианте осуществления неподвижная венцовая шестерня 53 содержит жесткую раму и набор валов. Жесткая рама содержит набор отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси L. Каждый вал набора валов вставлен в соответствующее отверстие набора отверстий рамы венцовой шестерни 53 таким образом, чтобы образовать внутренний зубчатый венец венцовой шестерни 53. Такая конфигурация жесткой рамы и набора независимых валов, жестко смонтированных в раме, позволяет получить высокие передаточные отношения. Каждый вал набора валов может быть по существу цилиндрическим, и каждое отверстие рамы венцовой шестерни 53 может быть по существу цилиндрическим, таким образом, чтобы в результате получались зубья с по существу цилиндрическим профилем. В качестве альтернативы, каждый вал и каждое отверстие могут иметь по существу тороидальную форму или иметь любую форму, адаптированную для обеспечения взаимодействия с зубьями циклоидального диска 52.

Во втором варианте осуществления венцовая шестерня 53 выполнена из одной детали и содержит выступы, адаптированные для формирования зубьев венцовой шестерни 53. Выступы могут иметь по существу цилиндрическую, тороидальную форму или любую другую форму, которая позволяет обеспечить удовлетворительный контакт с циклоидальным зубчатым венцом циклоидального диска 52.

Передаточный элемент 60 выполнен с возможностью приведения во вращение вокруг продольной оси L. Передаточный элемент 60 может включать в себя первую часть 61 и вторую часть 62. Вторая часть 62 передаточного элемента 60 может быть по существу радиальной и может быть выполнена с возможностью соединения первой части 61 с выходным валом 20. Передаточный элемент 60 может быть расположен таким образом, что эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска 52 приводит к вращению вокруг продольной оси L первой части 61 передаточного элемента 60. Таким образом, эксцентричное и циклоидальное вращение циклоидального диска 52 преобразуется во вращение вокруг продольной оси L за счет взаимодействия между циклоидальным диском 52 и первой частью 61 передаточного элемента 60.

Первая часть 61 передаточного элемента 60 может быть выполнена из одной детали вместе со второй частью 62 передаточного элемента 60. Передаточный элемент 60 может быть выполнен из одной детали вместе с выходным валом 20.

Наружная поверхность венцовой шестерни 53 может быть установлена заподлицо с наружной поверхностью кожуха 40, и/или с наружной поверхностью статора 32, и/или с наружной поверхностью первой части 61 передаточного элемента 60. Таким образом, наружная поверхность узла, образованного синхронным двигателем 30, циклоидальным редуктором 50 и кожухом 40, может быть по существу плоской.

В первом варианте осуществления, показанном в качестве неограничивающего примера на фиг. 4, 5а и 5b, циклоидальный редуктор 50 имеет одноступенчатую архитектуру, или архитектуру с одной передачей.

Тогда по меньшей мере один циклоидальный диск 52 содержит по меньшей мере одно продольное отверстие. Первая часть 61 передаточного элемента 60 образует по меньшей мере один продольный палец, выполненный с возможностью прохождения по меньшей мере в одном продольном отверстии по меньшей мере одного циклоидального диска 52 таким образом, чтобы передавать угловое смещение по меньшей мере одного циклоидального диска 52 на первую часть 61 передаточного элемента 60.

Преимущество этого первого варианта осуществления состоит в том, что требуется только один профиль циклоидального диска 52 для преобразования эксцентричного перемещения циклоидального диска 52 в круговое перемещение первой части 61 передаточного элемента 60. Таким образом, размер одного циклоидального колеса должен соответствовать размеру циклоидального редуктора 50.

Продольный палец проходит в продольном направлении, выступая из второй радиальной части 62 передаточного элемента 60. Продольный палец может быть по существу цилиндрическим.

Продольное отверстие может проходить через циклоидальный диск 52 или, в качестве альтернативы, не проходить, при этом продольное отверстие проходит только в расположенной ниже по потоку части циклоидального диска 52.

Продольное отверстие может быть по существу цилиндрическим и иметь размеры большие, чем размеры продольного пальца. Таким образом, во время вращения циклоидального диска 52 продольное отверстие циклоидального диска 52 вращается как вокруг продольного пальца, так и вокруг продольной оси L таким образом, чтобы приводить продольный палец во вращение вокруг продольной оси L. Другими словами, размер продольного отверстия по меньшей мере одного циклоидального диска 52 позволяет поглощать радиальную компоненту перемещения циклоидального диска 52, что приводит к эксцентричному вращению циклоидального диска 52, в то же время передавая компоненту вращения вокруг продольной оси L.

Более конкретно, циклоидальный диск 52 может содержать множество продольных отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси L, причем первая часть 61 передаточного элемента 60 образует множество продольных пальцев, распределенных по окружности вокруг продольной оси L.

Каждый продольный палец выполнен с возможностью прохождения в соответствующее отверстие циклоидального диска 52. Таким образом, повышается механическая стойкость узла, причем циклоидальный редуктор 50 может выдерживать более существенные удары и давления, и передаточное отношение может быть увеличено.

В первом варианте циклоидальный редуктор 50 может включать в себя один или несколько циклоидальных дисков 52, установленных последовательно вдоль второй части выходного вала 20. Например, как показано на фиг. 4, 5а и 5b, циклоидальный редуктор 50 может включать в себя два по существу идентичных циклоидальных диска 523, 524, установленных последовательно вдоль продольной оси L, в частности, вдоль второй части выходного вала 20.

Два циклоидальных диска 523, 524 расположены с противоположной эксцентричностью в циклоидальном редукторе 50. Другими словами, два циклоидальных диска 523, 524 расположены по существу в угловых положениях в противоположных фазах таким образом, что основание циклоидального зуба первого циклоидального диска 523 смещена относительно основания циклоидального зуба второго циклоидального диска 524, и наоборот. Положение эксцентричности второго циклоидального диска 524 может составлять по существу 180° от положения эксцентричности первого циклоидального диска 523.

Такая конфигурация с двумя циклоидальными дисками 523, 524, расположенными с противоположной эксцентричностью, позволяет за счет вращения двух циклоидальных колес, расположенных противоположно друг другу, уравновесить дисбаланс. Более того, эта конфигурация позволяет распределять контактные давления на различные элементы и ограничивать контактное давление на каждом зубе циклоидальных дисков 523, 524, при этом давление распределяется на количество зубьев, пропорциональное количеству циклоидальных дисков. Более того, благодаря предпочтительному выбору передаточных отношений, в частности, с нечетными передаточными отношениями, два циклоидальных диска 523, 524 являются идентичными. Следовательно, одни и те же детали изготавливаются дважды. Таким образом, можно получить выгоду с точки зрения производственных затрат. Более того, это решение вряд ли ограничено малыми передаточными отношениями, например, ниже 20.

С другой стороны, обратимость этой архитектуры ограничена, поскольку возобновление эксцентричного перемещения циклоидальных дисков 523, 524 с противоположной эксцентричностью, чтобы вернуть его к круговому движению, создает трение в пальцах, которые принимают эксцентричное движение за счет прокатки в отверстиях большего диаметра. Следовательно, обратимость в значительной степени зависит от качества контакта этих пальцев.

Два циклоидальных диска 523, 524 могут быть идентичными и входить в зацепление с общей венцовой шестерней 53 и/или устанавливаться таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с общим кулачком 51. Когда колеса циклоидальных дисков 523, 524, каждое, имеют по n зубьев, а венцовая шестерня 53 имеет n+1 зубьев, тогда передаточное отношение непосредственно равно количеству зубьев колес циклоидальных дисков 523, 524.

В качестве альтернативы, каждый из двух циклоидальных дисков 523, 524 может быть установлен на соответствующей неподвижной венцовой шестерне 53, причем две венцовые шестерни 53 расположены последовательно вдоль продольной оси L. В качестве альтернативы или дополнения, каждый из двух циклоидальных дисков 523, 524 может быть установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с соответствующим кулачком 51, причем два кулачка 51 расположены последовательно вдоль продольной оси L.

Каждый циклоидальный диск 523, 524 содержит по меньшей мере одно продольное отверстие. Продольные отверстия двух циклоидальных дисков 523, 524 расположены обращенными друг к другу таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере одну пару продольных отверстий, когда циклоидальные диски 523, 524 установлены в устройстве для намотки/размотки. По меньшей мере один палец передаточного элемента 60 проходит по меньшей мере в одной паре продольных отверстий двух циклоидальных дисков 523, 524.

Если два циклоидальных диска 523, 524 содержат множество продольных отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси L, продольные отверстия образуют множество пар продольных отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси L. Каждый палец из множества продольных пальцев первой части 61 передаточного элемента 60 проходит в соответствующей паре продольных отверстий.

Два циклоидальных диска 523, 524 являются одним целым, так что они имеют одинаковые скорости вращения вокруг продольной оси L.

В первом варианте осуществления циклоидальный редуктор 50 может содержать более двух циклоидальных дисков 52, установленных последовательно вдоль второй части выходного вала 20. Большее количество циклоидальных дисков 52 позволяет ограничить контактное давление на каждом зубе циклоидальных дисков 52, при этом давление распределяется по количеству зубьев, пропорциональному количеству циклоидальных дисков.

Во втором варианте осуществления, показанном в качестве неограничивающего примера на фиг. 1, 2а и 2b, и 3, циклоидальный редуктор 50 содержит двухступенчатую архитектуру, или архитектуру с двумя передачами. Тогда циклоидальный редуктор 50 содержит два циклоидальных диска 521, 522 с различными профилями, установленных последовательно вдоль продольной оси L.

Циклоидальный редуктор 50 содержит первый циклоидальный диск 521 и второй циклоидальный диск 522. Первый циклоидальный диск 521 установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое по меньшей мере с одним кулачком 51. Второй циклоидальный диск 522 установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с первым циклоидальным диском 521.

Первая часть 61 передаточного элемента 60 может включать в себя внутренний зубчатый венец, расположенный снаружи второго циклоидального диска 522 и выполненный с возможностью взаимодействия с наружным циклоидальным зубчатым венцом второго циклоидального диска 522 таким образом, чтобы эксцентричное вращение второго циклоидального диска 522 приводило к вращению вокруг продольной оси L первой части 61 передаточного элемента 60.

Первый циклоидальный диск 521 входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом неподвижной венцовой шестерни 53 способом, аналогичным описанному здесь выше в отношении по меньшей мере одного циклоидального диска 52 циклоидального редуктора 50. Если первый циклоидальный диск 521 имеет n зубьев, венцовая шестерня 53 может предпочтительно иметь n+1 зуб.

Эксцентричное вращение первого циклоидального диска 521 приводит к соответствующему эксцентричному вращению второго циклоидального диска 522. Второй циклоидальный диск 522 входит в зацепление с внутренним зубчатым венцом первой части 61 передаточного элемента 60. Внутренний зубчатый венец первой части 61 передаточного элемента 60 взаимодействует с наружным циклоидальным венцом второго циклоидального диска 522 таким образом, чтобы передавать угловое смещение второго циклоидального диска 522 на первую часть 61 передаточного элемента 60. Движение, таким образом, воспринимается первой частью 61 передаточного элемента 60 на наружной стороне второго циклоидального диска 522 для передачи на выходной вал 20 устройства для намотки/размотки. Первая часть 61 передаточного элемента 60 направляется во вращение за счет смещения выходного вала 20 и, таким образом, она ограничена в угловом смещении при вращении вокруг продольной оси L.

Этот второй вариант осуществления имеет преимущество в том, что не требуется, чтобы пальцы преобразовывали эксцентричное движение циклоиды в круговое движение. Таким образом, улучшается обратимость сборки.

Первая часть 61 передаточного элемента 60 может представлять собой колесо, которое имеет вращательную симметрию относительно продольной оси L. Первая часть 61 передаточного элемента 60 содержит внутренний зубчатый венец, с которым входит в зацепление наружный циклоидальный зубчатый венец второго циклоидального диска 522. Геометрия первой части 61 передаточного элемента 60 может быть аналогична геометрии венцовой шестерни 53.

Внутренний зубчатый венец первой части 61 передаточного элемента 60 может включать в себя закругленные зубья, при этом каждый зуб содержит основание, боковую часть и вершину. Основание зуба соответствует самой наружной части зуба, а вершина зуба соответствует самой внутренней части зуба. Боковая часть зуба соединяет основание зуба с вершиной зуба. Зубья первой части 61 передаточного элемента 60 могут быть распределены по окружности вокруг продольной оси L, т.е. они расположены на равном угловом расстоянии друг от друга.

Каждый зуб внутреннего зубчатого венца первой части 61 передаточного элемента 60 может иметь по существу цилиндрический профиль. Образующая цилиндра вращения проходит по существу вдоль продольной оси L, при этом цилиндры, образующие зубья по существу распределены радиально вокруг продольной оси L. В качестве альтернативы, каждый зуб внутреннего зубчатого венца первой части 61 передаточного элемента 60 может иметь любую форму, адаптированную для взаимодействия с зубьями циклоидального зубчатого венца второго циклоидального диска 522. Например, зубья первой части 61 передаточного элемента 60 могут иметь по существу тороидальную форму, чтобы улучшить контакт с циклоидальным зубчатым венцом второго циклоидального диска 522. Таким образом, контакт устанавливается в центре зуба и продолжается от центра зуба в течение срока службы редуктора.

Первая часть 61 передаточного элемента 60 может иметь количество зубьев, которое соответствует количеству зубьев второго циклоидального диска 522 плюс один зуб. Такое смещение одного углубления обеспечивает большее передаточное отношение. Таким образом, если второй циклоидальный диск 522 имеет N зубьев, то первая часть 61 передаточного элемента 60 имеет N+1 зуб.

В зоне контакта между вторым циклоидальным диском 522 и первой частью 61 передаточного элемента 60 вершина или боковая часть зуба второго циклоидального диска 522 находится в контакте по меньшей мере с одной боковой частью зуба первой части 61 передаточного элемента 60. Несколько углублений второго циклоидального диска 522 и/ил и первой части 61 передаточного элемента 60 могут находиться в контакте одновременно. Вращение второго циклоидального диска 522 в первой части 61 передаточного элемента 60 толкает в ответ, за счет смещения контакта зуба с зубом, первую часть 61 передаточного элемента 60, заставляя ее, таким образом, вращаться вокруг продольной оси L.

В первом варианте осуществления первая часть 61 передаточного элемента 60 содержит жесткую раму и набор валов. Жесткая рама содержит набор отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси L. Каждый вал набора валов вставлен в соответствующее отверстие набора отверстий рамы первой части 61 передаточного элемента 60 таким образом, чтобы образовать зубчатый венец первой части 61 передаточного элемента 60. Такая конфигурация жесткой рамы и набора независимых валов, жестко смонтированных в раме, позволяет получить высокие передаточные отношения. Каждый вал набора валов может быть по существу цилиндрическим, и каждое отверстие рамы первой части 61 передаточного элемента 60 может быть по существу цилиндрическим, таким образом, чтобы приводить к зубьям по существу цилиндрического профиля, по существу тороидальной или любой формы, адаптированной для обеспечения взаимодействия с зубьями второго циклоидального диска 522.

Во втором варианте осуществления первая часть 61 передаточного элемента 60 выполнена из одной детали и содержит выступы, адаптированные для формирования зубьев первой части 61 передаточного элемента 60. Выступы могут иметь по существу цилиндрическую, тороидальную форму или любую другую форму, которая позволяет обеспечить удовлетворительный контакт с циклоидальным зубчатым венцом второго циклоидального диска 522.

Передаточное отношение двухступенчатого циклоидального редуктора 50, в котором первый циклоидальный диск 521 содержит n зубьев, венцовая шестерня 53 содержит n+1 зубьев, второй циклоидальный диск 522 содержит N зубьев, а первая часть 61 передаточного элемента 60 содержит N+1 зубьев, может быть выражено в форме Например, для N=8 и n=10 передаточное отношение циклоидального редуктора равно R=45.

Устройство для намотки/размотки может быть встроено в намоточное устройство соединительной линии. Намоточное устройство соединительной линии содержит катушку, устройство для намотки/размотки, такое как описано выше, поворотный шарнир и устройство управления. Выходной вал 20 выполнен с возможностью прохождения соединительной линии между катушкой и поворотным шарниром, причем выходной вал 20 выполнен с возможностью приведения катушки во вращение вокруг продольной оси L.

Управляющее устройство выполнено с возможностью регулирования заданного значения и/или управления синхронным двигателем или двигателями 30 таким образом, чтобы управляющее устройство и устройство для намотки/размотки обеспечивали подходящий крутящий момент намотки/размотки.

Крутящий момент намотки/размотки может изменяться в зависимости от уровня намотки соединительной линии. Действительно, радиус намотки изменяется в зависимости от величины соединительной линии, намотанной на катушку, например, при перемещении двух элементов, между которыми развернута соединительная линия. Следовательно, управляющее устройство и устройство для намотки/размотки могут быть выполнены с возможностью обеспечения крутящего момента намотки/размотки, адаптированного в соответствии с уровнем намотки соединительной линии.

Кроме того, крутящий момент намотки/размотки может изменяться в зависимости от фазы работы намоточного устройства. Такая фаза может характеризоваться такими параметрами, как скорость, ускорение, установившаяся скорость и т.д., в первом направлении вращения или во втором направлении вращения. Следовательно, управляющее устройство и устройство для намотки/размотки могут быть выполнены с возможностью обеспечения крутящего момента намотки/размотки, адаптированного в соответствии с фазой работы намоточного устройства.

В качестве альтернативы или дополнения, управляющее устройство и устройство для намотки/размотки могут быть выполнены с возможностью обеспечения заданного значения крутящего момента намотки/размотки.

В качестве альтернативы или дополнения, управляющее устройство и устройство для намотки/размотки могут быть выполнены с возможностью обеспечения заданного значения крутящего момента намотки/размотки, регулируемого в соответствии с измерением влияния намотки и/или размотки на соединительную линию. Тогда регулирование крутящего момента обеспечивают и осуществляют в замкнутом контуре.

Изобретение относится к области машиностроения. Устройство для намотки/размотки соединительной линии содержит входной вал (10) и соосный ему полый сквозной выходной вал (20). Валы выполнены с возможностью приведения во вращение вокруг продольной оси (L). Устройство также содержит синхронный двигатель (30) с постоянными магнитами, содержащий ротор (31), являющийся при вращении одни целым с входным валом (10), циклоидальный редуктор (50), содержащий эксцентриковый кулачок (51), установленный таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с входным валом (10), и циклоидальный диск (52), установленный таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с кулачком (51), так чтобы вращение кулачка (51) вокруг продольной ось (L) приводило во вращение циклоидальный диск (52) в эксцентричном и циклоидальном движении, и передаточный элемент (60), для передачи углового смещения циклоидального диска (52) на выходной вал (20). Также заявлено намоточное устройство соединительной линии, которое содержит катушку, устройство для намотки/размотки, поворотный шарнир и управляющее устройство. Управляющее устройство выполнено с возможностью управления синхронным двигателем (30) таким образом, что управляющее устройство и устройство для намотки/размотки обеспечивают подходящий крутящий момент намотки/размотки. Обеспечивается компактность устройства при повышении надежности и точности работы устройства. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для намотки/размотки соединительной линии, содержащее

входной вал (10), выполненный с возможностью приведения во вращение вокруг продольной оси (L),

выходной вал (20), по существу соосный с входным валом (10), причем выходной вал (20) представляет собой полый сквозной вал, выполненный с возможностью прохождения соединительной линии между катушкой и поворотным шарниром, причем выходной вал (20) выполнен с возможностью приведения катушки во вращение вокруг продольной оси (L),

по меньшей мере один синхронный двигатель (30) с постоянными магнитами, содержащий ротор (31), расположенный вокруг первой части выходного вала (20), причем ротор (31) при вращении является одним целым с входным валом (10),

циклоидальный редуктор (50), расположенный вокруг второй части выходного вала (20), причем циклоидальный редуктор (50) содержит по меньшей мере один внутренний кулачок (51), наружную венцовую шестерню (53) и по меньшей мере один циклоидальный диск (52), расположенный между каждым кулачком (51) и венцовой шестерней (53), причем каждый кулачок (51) установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с входным валом (10), а указанный по меньшей мере один циклоидальный диск (52) установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с каждым кулачком (51), и при этом каждый кулачок (51) выполнен эксцентричным таким образом, чтобы вращение каждого кулачка (51) вокруг продольной оси (L) приводило во вращение указанный по меньшей мере один циклоидальный диск (52) в эксцентрическом и циклоидальном движении, и

передаточный элемент (60), пригодный для передачи углового смещения по меньшей мере одного циклоидального диска (52) на выходной вал (20) таким образом, чтобы эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска (52) приводило к вращению вокруг продольной оси (L) выходного вала (20).

2. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по п. 1, в котором входной вал (10) расположен вокруг по меньшей мере одной части выходного вала (20).

3. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по любому из пп. 1 или 2, дополнительно содержащее кожух (40), в котором расположены по меньшей мере один синхронный двигатель (30) и циклоидальный редуктор (50), причем выходной вал (20) проходит через указанный кожух (40) от одного конца кожуха (40) до другого.

4. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по любому из пп. 1-3, содержащее от одного до четырех синхронных двигателей (30), установленных последовательно вдоль первой части выходного вала (20).

5. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по любому из пп. 1-4, в котором по меньшей мере один синхронный двигатель (30) представляет собой синхронный двигатель с постоянными магнитами с осевым потоком.

6. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по любому из пп. 1-5, в котором по меньшей мере один кулачок (51) и входной вал (10) выполнены из одной детали, причем каждый кулачок (51) содержит наружную поверхность, имеющую радиальный размер, который изменяется в зависимости от углового положения относительно продольной оси (L), когда каждый кулачок (51) установлен в устройстве для намотки/размотки.

7. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по любому из пп. 1-6, в котором передаточный элемент (60) содержит первую часть (61) и вторую по существу радиальную часть (62), выполненную с возможностью соединения первой части (61) с выходным валом (20), причем передаточный элемент (60) расположен таким образом, чтобы эксцентричное и циклоидальное вращение по меньшей мере одного циклоидального диска (52) приводило во вращение вокруг продольной оси (L) первую часть (61) передаточного элемента (60).

8. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по п. 7, в котором по меньшей мере один циклоидальный диск (52) содержит по меньшей мере одно продольное отверстие, причем первая часть (61) передаточного элемента (60) образует по меньшей мере один продольный палец, выполненный с возможностью прохождения по меньшей мере в одном продольном отверстии по меньшей мере одного циклоидального диска (52) таким образом, чтобы передавать угловое смещение по меньшей мере одного циклоидального диска (52) на первую часть (61) передаточного элемента (60).

9. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по п. 8, в котором циклоидальный редуктор (50) содержит два по существу идентичных циклоидальных диска (523, 524), установленных последовательно вдоль продольной оси (L), причем два циклоидальных диска (523, 524) расположены с противоположной эксцентричностью в циклоидальном редукторе (50), причем каждый циклоидальный диск (523, 524) содержит по меньшей мере одно продольное отверстие, причем продольные отверстия двух циклоидальных дисков (523, 524) расположены обращенными друг к другу таким образом, чтобы образовывать по меньшей мере одну пару продольных отверстий, когда циклоидальные диски (523, 524) установлены в устройстве для намотки/размотки, причем по меньшей мере один палец (61) передаточного элемента (60) проходит по меньшей мере в одной паре продольных отверстий двух циклоидальных дисков (523, 524).

10. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по п. 7, в котором циклоидальный редуктор (50) содержит первый циклоидальный диск (521) и второй циклоидальный диск (522), причем первый циклоидальный диск (521) установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое по меньшей мере с одним кулачком (51), а второй циклоидальный диск (522) установлен таким образом, чтобы при вращении быть за одно целое с первым циклоидальным диском (521), при этом первая часть (61) передаточного элемента (60) содержит внутренний зубчатый венец, расположенный снаружи второго циклоидального диска (522) и выполненный с возможностью взаимодействия с наружным циклоидальным зубчатым венцом второго циклоидального диска (522) таким образом, чтобы эксцентричное вращение второго циклоидального диска (522) приводило к вращению вокруг продольной оси (L) первой части (61) передаточного элемента (60).

11. Устройство для намотки/размотки соединительной линии по п. 10, в котором первая часть (61) передаточного элемента (60) содержит жесткую раму и набор по существу цилиндрических валов, причем жесткая рама содержит набор по существу цилиндрических отверстий, распределенных по окружности вокруг продольной оси (L), причем каждый вал набора валов вставлен в соответствующее отверстие набора отверстий рамы первой части (61) передаточного элемента (60) таким образом, чтобы образовать внутренний зубчатый венец первой части (61) передаточного элемента (60).

12. Намоточное устройство соединительной линии, содержащее катушку, устройство для намотки/размотки по любому из пп. 1-11, поворотный шарнир и управляющее устройство, причем управляющее устройство выполнено с возможностью управления синхронным двигателем (30) таким образом, что управляющее устройство и устройство для намотки/размотки обеспечивают подходящий крутящий момент намотки/размотки.