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Die Erfindung bezieht sich auf einen Induktionsmotor, mit einem mit der Abtriebswelle verbundenen, fliegend gelagerten Läufer, der einen ringförmigen Kern aus magnetisierbarem Material und im wesentlichen radial zwischen zwei konzentrischen Kurzschlussringen verlaufende Läuferstäbe aufweist, und mit einem Ständer, der auf einem ringförmigen Kern aus magnetisierbarem Material angeordnete Wicklungen trägt, wobei zwischen den einander zugekehrten Stirnflächen von Läufer und Ständer ein axialer Spalt vorhanden ist.
Bei Induktionsmotoren mit axialem Luftspalt werden einige Nachteile des üblichen Induktionsmotors mit zylindrischem Luftspalt vermieden. Beispielsweise kann der Läufer des Motors mit axialem Luftspalt vollständig von der Last getragen werden, die von dem Motor angetrieben werden soll, so dass der Motor selbst nicht die
Läuferlager und die ihnen zugeordneten Teile zu enthalten braucht, wie dies in einem üblichen Induktionsmotor mit zylindrischem Luftspalt notwendig ist. Anderseits haben sich Motoren mit zylindrischem Luftspalt bisher kommerziell nicht sehr gut durchgesetzt, wahrscheinlich u. a. deshalb, weil die bisher gebauten Motoren dieser
Art noch eine grosse Anzahl der Nachteile und Einschränkungen der üblichen Motoren mit zylindrischem
Luftspalt besitzen.
Beispielsweise sind derartige Motoren als Spezialmotoren mit einer Pumpe oder einem
Verdichter kombiniert worden (vgl. etwa USA-Patentschrift Nr. 2, 846, 951 oder brit. Patentschrift Nr. 748, 708).
Dabei werden der Ständer einerseits und der Läufer und ein Teil der Pumpe oder des Verdichters anderseits in eigenen, zusammenpassenden Gehäuseteilen montiert, die unter Zwischenlage einer Dichtung zusammengebaut sind. Da ein Teil des Motors ein einstückiger Teil der Last ist und die beiden Gehäuseteile so ausgebildet sind, dass sie zu einem einheitlichen Gehäuse zusammengefügt werden können, kann der Motor nicht wie der übliche
Motor universell verwendet werden. Da ferner der ganze Motor vollkommen von den Gehäuseteilen umschlossen ist, ist die Kühlung des Motors erschwert.
Ein besonderes Problem besteht darin, dass diese Aggregate zur Instandhaltung und Instandsetzung, beispielsweise bei durchgebrannter Ständerwicklung, von geschulten Elektrikern auseinandergenommen werden müssen. Bei einem Grossverbraucher in einem Industrieland mag dies keine unüberwindliche Schwierigkeit darstellen, sofern ihm geschultes Personal zur Verfügung steht. Dagegen steht einem Kleinverbraucher, insbesondere in einem Entwicklungsland, geschultes Personal oft nicht zur Verfügung, so dass die Notwendigkeit einer unvorhergesehenen Instandsetzung oder Instandhaltung sehr unangenehm ist, besonders, wenn der Motor ununterbrochen für einen Verarbeitungsvorgang verwendet wird, oder gar für eine Arbeit, die saisonabhängig in kurzen Zeiträumen und mit grossem Durchsatz durchgeführt werden soll, z.
B. zur Verarbeitung von landwirtschaftlichen Produkten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Induktionsmotoren mit zylindrischem Luftspalt besteht darin, dass ihre Drehzahl entweder überhaupt nicht oder nur bei Verwendung von aufwendigen und komplizierten
Hilfseinrichtungen verändert werden kann. In manchen Anwendungsfällen ist es sehr erwünscht, die Drehzahl eines Motors von Zeit zu Zeit zu ändern, z. B. zur Änderung der Arbeitsgeschwindigkeit eines Teils einer Anlage in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Behandlungsgutes oder zur Veränderung der Arbeitsgeschwindigkeit der ganzen Anlage. In dem erstgenannten Fall ist im allgemeinen ein Wechselgetriebe erforderlich, das jedoch einen zusätzlichen Aufwand und eine Herabsetzung des Wirkungsgrades und der Zuverlässigkeit bedingt. In dem zuletzt angegebenen Fall kann ein vollständiger Austausch des Motors erforderlich sein.
Ein Ziel der Erfindung besteht in der Schaffung eines elektrischen Induktionsmotors, der wartungsfrei ist und der von praktisch ungeschulten Arbeitskräften nachgesehen, gereinigt auf eine andere Drehzahl umgestellt bzw. eingebaut werden kann.
Dieses Ziel lässt sich mit einem Motor der eingangs angegebenen Art erreichen, bei welchem erfindungsgemäss der Ständer an einer mit dem Läufer mechanisch nicht direkt verbundenen, selbständigen Halteeinrichtung auswechselbar befestigt ist.
Es ist bekannt, dass beim Antrieb einer Last durch einen Elektromotor Kupplungshälften an der Antriebswelle der Last und an der Abtriebswelle des Motors befestigt werden, worauf der Motor sehr sorgfältig so angeordnet wird, dass die Achsen der beiden Wellen genau fluchten. Hierauf werden die beiden Kupplungshälften durch Schrauben miteinander verbunden. Der Läufer des erfindungsgemässen Motors kann hingegen ähnlich wie die übliche Kupplungshälfte in einfacher Weise auf der Welle der Last befestigt werden, d. h. er kann praktisch von jedermann auf der Welle angebracht werden, der mit der Benutzung einfachster Werkzeuge vertraut ist.
Der meist scheibenförmige Läufer tritt an die Stelle des zylindrischen Käfigläufers der üblichen Induktionsmotoren und ist elektrisch praktisch unzerstörbar, so dass er nach seinem Einbau keine Wartung benötigt. Der Ständer und seine Halteeinrichtung werden vor oder nach der Montage des Läufers in der nachstehend ausführlich beschriebenen Weise montiert.
Sofern der Läufer auf die Welle passt und die Nennleistung des Motors der Belastung entspricht, kann man ein und denselben Motor für die verschiedenartigsten Zwecke verwenden.
Es wurde schon erwähnt, dass der Läufer elektrisch praktisch unzerstörbar ist und nur die Ständerwicklungen elektrisch ausfallen können. Da der Ständerkern zusammen mit den darauf angeordneten Wicklungen von der Halteeinrichtung ohne Veränderung derselben abgenommen werden kann, kann nach einem Durchbrennen der Ständerwicklungen der Kern von ungeschultem Personal auf einfache Weise ausgebaut und
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durch einen neuen ersetzt werden. Zum Zugang zu dem Ständer braucht kein Gehäuse geöffnet und auseinandergenommen werden. Auf dieselbe Weise kann ein intakter Ständer zur Kontrolle und/oder Reinigung ausgebaut und dann wieder eingebaut werden. Normalerweise wird kein geschulter Elektriker oder Techniker benötigt.
Die Möglichkeit des einfachen Austausches des Ständers führt zu einem andern wichtigen Vorteil. Man kann die Drehzahl des Motors auf einfache Weise verändern, indem man den Ständer entfernt und durch einen andern Ständer ersetzt, der dieselbe Grösse hat, aber so gewickelt ist, dass er eine andere Polzahl und daher eine andere Synchrondrehzahl hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besitzt die Halteeinrichtung einen an den Enden offenen zylindrischen Tragring, der koaxial zu dem Ständer angeordnet ist, wobei zum lösbaren Befestigen des
Ständers mehrere Schrauben vorgesehen sind, die sich durch Öffnungen des Tragringes radial einwärts erstrecken.
Hiebei können die Schrauben in Gewindebohrungen des Ständers eingeschraubt sein.
Der Ständer kann daher sehr einfach ausgebaut werden, indem man einfach die Schrauben herausschraubt und den Kern und die Wicklungen aus dem Tragring herauszieht. Man kann dann in umgekehrter Reihenfolge denselben Ständer oder einen Austauschkern wieder einbauen. Wenn ein Austauschständer zur Verfügung steht, dauert der ganze Ausbau und Einbau nur wenige Minuten.
Die Einrichtung zum lösbaren Befestigen des Ständers kann ferner eine Tragplatte aufweisen, die mit Hilfe von Schrauben, die in Gewindebohrungen der Tragplatte eingeschraubt sind, in dem Tragring befestigt ist, wobei die Stirnfläche des Ständers von der Tragplatte abgekehrt ist. Da die Tragplatte passend in dem Tragring sitzt, kann man beim Einbau des Ständers die Schrauben leicht an den richtigen Stellen einsetzen.
Zum Befestigen des Ständers an der Tragplatte kann man mehrere axiale Schrauben verwenden, welche die öffnungen der Tragplatte durchsetzen und in Gewindebohrungen des Ständers eingeschraubt sind. Nach dem
Herausziehen der Tragplatte kann der Ständer daher einfach und schnell von der Tragplatte abgeschraubt und ein Ersatzständer auf der Tragplatte angebracht werden, die dann wieder in dem Tragring befestigt wird.
Die Halteeinrichtung kann eine flache Grundplatte besitzen, an welcher der zylindrische Tragring befestigt ist und die in einer zu dessen Achse parallelen Eben liegt. Dadurch wird der Einbau des Motors stark vereinfacht : Man bewegt die auf der Grundplatte aufliegende Halteeinrichtung, bis der Läufer und der Ständer koaxial sind und der Luftspalt zwischen ihren einander gegenüberliegenden Stirnflächen die erforderliche Nennbreite hat. Da das Drehmoment zwischen dem Ständer und dem Läufer nicht mechanisch, sondern ausschliesslich elektromagnetisch übertragen wird und der Läufer ausschliesslich von der Welle der Last getragen wird, müssen die beiden Teile durchaus nicht so genau fluchten, wie beim Einbau eines üblichen zylindrischen Induktionsmotors.
Angesichts der Tatsache, dass bei den bekannten Maschinen mit zylindrischem Luftspalt der Läufer und der Ständer sehr genau ausgerichtet werden müssen und diese beiden Teile zur genauen Festlegung des Abstandes zwischen ihnen in passend aneinanderliegenden Gehäuseteilen festgelegt werden, ist es überraschend, dass der erfindungsgemässe Motor auch dann zufriedenstellend und ohne wesentliche Herabsetzung des Wirkungsgrades oder zu starke Schwingungen arbeitet, wenn die Achsen etwas geneigt oder gegeneinander versetzt sind bzw. die Breite des Luftspaltes beträchtlich von dem Nennwert abweicht. Aus diesem Grund kann die Einstellung der Halteeinrichtung für den Ständer von ungeschultem Personal vorgenommen werden.
Man braucht die Halteeinrichtung nur zu bewegen, bis der Läufer und Ständer einigermassen koaxial sind und die am Umfang gemessene durchschnittliche Breite des Luftspaltes um höchstens etwa 10% von dem Nennwert abweicht, der bei einem Motor von 0, 75 kW 2, 5 mm oder mehr beträgt. Die Grundplatte besitzt vorzugsweise Öffnungen zur Aufnahme von Befestigungselementen, z. B. Schrauben, mit deren Hilfe die Halteeinrichtung an einer zur Achse des Tragringes parallelen Fläche befestigbar ist.
Man kann die Halteeinrichtung auch auf andere Weise befestigen. Zu diesem Zweck sind an Stelle der Grundplatte oder zusätzlich zu ihr an dem zylindrischen Tragring mehrere axiale Fassungen zur Aufnahme von Befestigungselementen vorgesehen, mit deren Hilfe die Halteeinrichtung an einer zur Achse des Tragringes senkrechten Fläche befestigbar ist. Auf diese Weise kann der Tragring beispielsweise an dem Gehäuse der Last oder an einem Gestell befestigt werden, das der Last zugeordnet ist oder einen Teil derselben bildet. In diesem Fall kann sich die Welle der Last zweckmässig durch den Mittelpunkt des Ständers erstrecken, so dass der Läufer an der Aussenseite des Ständers angeordnet ist. Man kann jedoch den Läufer auch an der Innenseite des Ständers anordnen, wenn genügend Platz vorhanden ist, z.
B. wenn der Tragring einen vorstehenden Rand passend umgibt der eine Vertiefung begrenzt.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele an Hand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 in einer Stirnansicht von der Ständerseite gesehen einen Läufer für einen erfindungsgemässen Motor, Fig. 2
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Trageinrichtung, Fig. 4 den Ständer und seine Trageinrichtung in einem Querschnitt längs der Linie IV-IV in Fig. 3, wobei die Wicklungen der Klarheit halber weggelassen sind, Fig. 5 in einer Seitenansicht den Motor, der aus den in Fig. 1 bis 4 gezeigten Bestandteilen besteht und sich im betriebsfähigen Zustand zum Antrieb einer Last befindet, wobei die Kühlgebläseschaufeln des Läufers der Klarheit halber weggelassen sind, Fig. 6 in einer
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der Fig.
3 entsprechenden Darstellung eine andere Anordnung mit einem Ständer und seiner Trageinrichtung, wobei sowohl die Befestigung des Ständers in der Trageinrichtung als auch die Befestigung der Trageinrichtung abgeändert sind, Fig. 7 stark schematisiert die Befestigung einer Ständertrageinrichtung gemäss Fig. 6, Fig. 8 stark schematisiert eine Ausführungsform des Motors mit zwei Ständern zum Antrieb eines einzigen Läufers und Fig. 9 ebenfalls stark schematisiert eine weitere Ausführungsform des Motors mit einem einzigen Ständer zum Antrieb von zwei Läufern.
Ein Läufer zur Verwendung in einer ersten Ausführungsform des elektrischen Induktionsmotors gemäss der Erfindung ist in Fig. 1 und 2 mit--10--bezeichnet. Der Läufer besitzt einen ringförmigen Blechkern - aus magnetisierbarem Material. Der Kern --12-- besteht aus einer einstückigen Spirale, die aus magnetisierbarem Stahlband gewickelt ist. Der Kern--12--besitzt mehrere Bohrungen oder Vertiefungen --14--, die den Kern--12--von seinem Innenumfang zu seinem Aussenumfang allgemein durchsetzen und zur Aufnahme von Läuferstäben dienen. Man kann die Bohrungen--14--bohren, nachdem der Kern
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voneinander um den ganzen Kern herum verteilt.
Durch jede Bohrung--14--erstreckt sich ein Läuferstab--16--aus einer Aluminiumlegierung. An ihrem inneren und äusseren Ende sind die Läuferstäbe--16--einstückig mit einem inneren und einem äusseren Kurzschlussring--18 bzw. 20--verbunden. Dieser scheibenförmige Läufer tritt somit an die Stelle des zylindrischen Käfigläufers, der in den üblichen Induktionsmotoren mit zylindrischem Luftspalt verwendet wird.
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Stirnfläche wird nachstehend als die vordere Stirnfläche des Kerns bezeichnet. Der Unwuchtsausgleichsring --22-- trägt mehrere Kühlgebläseschaufeln--26--.
In dem inneren Kurzschlussring--18--ist eine hohle zylindrische Nabe--28--aus Stahl fest angeordnet. Der Ring--18--ist innen mit einer Keilnut--30--versehen, mit deren Hilfe der Läufer --10-- auf der nicht gezeigten Welle einer anzutreibenden Maschine befestigt werden kann. Um das Festlegen des Löufers --10-- zu ermöglichen, steht das hintere Ende der Nabe--28--von der hinteren Stirnfläche --32-- des Kerns--12--vor und ist dieses hintere Ende mit mindestens einer radialen Befestigungsschraube --34-- versehen, die in einem die Nabe --28-- durchsetzenden Gewindeloch --36-- eingeschraubt ist.
Zur Befestigung auf der Vorderseite anstatt oder zusätzlich zu der Befestigung auf der Rückseite kann die Nabe --28-- an ihrem vorderen Ende eine Vertiefung--38--besitzen, in der mindestens eine derartige
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1--16--, der innere und der äussere Kurzschlussring--18 und 20--der Unwuchtausgleichsring--22--und die Gebläseschaufeln--26--an den Kern angegossen. Dazu wird der Kern--10--gedreht und wird die gewünschte Legierung im schmelzflüssigen Zustand in der Mitte in den Läufer eingeleitet, so dass die Schmelze durch die Bohrungen--14--in die Giessform fliesst.
Während des Giessvorganges wird die Nabe--28--mit dem inneren Kurzschlussring--18--verbunden. Dieses Schleudergiessverfahren ist bereits bei der Herstellung von zylindrischen Käfigläufern für übliche Induktionsmotoren mit zylindrischem Luftspalt bekannt und wird daher nicht näher beschrieben.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen Ständer zum Zusammenwirken mit dem Läufer gemäss Fig. 1 und 2 in einem elektrischen Induktionsmotor sowie die Trageinrichtung für diesen Ständer. Der Hauptteil des Ständers ist ein ringförmiger Blechkern --50--. Wie der Läuferkern--12--besteht der Kern--50--aus magnetisierbarem Stahlband, der zu einer einstückigen Spirale gewickelt ist. In einer Stirnfläche--54--des Kerns--50--sind mehrere radiale Nuten--52--ausgebildet. Diese Stirnfläche wird nachstehend als die vordere Stirnfläche bezeichnet. Die Nuten --52-- können durch Stanzen oder durch spannende Bearbeitung, z. B. Fräsen, ausgebildet werden und können jede in der Technik bekannte Form haben. Gemäss Fig. 4 sind sie in bekannter Weise derart verjüngt, dass sie an ihren Mündungen schmaler sind als am Grund.
Fig. 3 zeigt die Anordnung von vorher auf Rahmen hergestellten Wicklungen--56--in den Nuten --52-- des Ständerkerns. In dieser Ausführungsform sind vier Wicklungen--56--vorgesehen, so dass der Motor vier Pole besitzt. In dieser Ausführungsform sind nur die Wicklungen--56--für eine Phase gezeigt. Die Anordnung der Wicklungen wird nicht näher beschrieben, da der vorliegende Ständer vollkommen analog einem üblichen zylindrischen Ständer gewickelt sein kann und die Wahl der Wicklungsmuster und die Schaltung des Kerns für Ein- oder Mehrphasenbetrieb vom Fachmann ohne weiteres gewählt werden können.
Nach dem Anbringen der Wicklungen--56--auf dem Kern --50-- können die Wicklungen in der üblichen Weise mit Lack imprägniert und ausgeheizt werden, um ihre Feuchtigkeitsbeständigkeit zu erhöhen. Der Kern und die Wicklungen können erforderlichenfalls in Epoxyharz eingekapselt werden.
In der hinteren Stirnfläche des Kerns --50-- sind vier Gewindelöcher --58-- ausgebildet. Der Kern ist
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an einer kreisförmigen Tragplatte --60-- mit vier Schrauben --62-- befestigt, die Übermasslöcher in der Platte--60--durchsetzen und in den Gewindelöchern --58-- des Kerns--50--eingeschraubt sind. Die Tragplatte --60-- ist an ihrem Aussenumfang mit einem kreisförmigen Flansch--64--versehen, mit dessen Hilfe der Ständer in der nachstehend beschriebenen Weise lösbar an der Trageinrichtung für den Ständer befestigt ist. Die Wicklungen --56-- sind mit einem Schaltkasten--65--verbunden, der auf der Tragplatte--60-montiert ist, und können daher über ein ebenfalls an den Schaltkasten angeschlossenes Zuleitungskabel gespeist werden.
Die Tragplatte --6--- ist in der gezeigten Weise einstückig mit vier zylindrischen Jochen --66-- aus magnetisierbarem Material ausgebildet. Die Joche --66-- brauchen aber nicht mit der Tragplatte-60einstückig, sondern sie können auch an ihr befestigt sein. Die äusseren der die Polteilungen überbrückenden Teile - der Ständerwicklungen oder mindestens einiger Ständerwicklungen sind mit aus je eine Windung bildenden Schleifen--70--ausgebildet, so dass nach dem Festlegen der Ständerwicklungen die Schleifen --70-- die Joche --66-- umgeben, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Die Trageinrichtung für den Ständer besitzt einen an den Enden offenen zylindrischen Tragring-72-, der mit einer flachen Grundplatte --74-- verschweisst und zusätzlich mit Knotenblechen-76-abgestützt
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führt.
Der Ständerkern und die Tragplatte --60-- werden in dem Tragring--72--mit Hilfe von vier radialen Schrauben befestigt, die Übermasslöcher in dem Tragring --72-- durchsetzen und in Gewindelöchern des Flansches --64-- eingeschraubt sind.
Fig. 5 zeigt, wie die in Fig. 1 bis 4 dargestellten Teile zu einem betriebsfähigen elektrischen Induktionsmotor vereinigt sind, der zum Antrieb einer Last dient. Eine mit einer Antriebswelle--92-versehene Last--90--ist auf einer Auflagerfläche --94-- befestigt, die beispielsweise von dem Gestell einer Verarbeitungseinrichtung gebildet wird, zu der die Last --90-- gehört, oder von dem Fussboden eines Gebäudes, in dem die Anlage untergebracht ist, welche die Verarbeitungseinrichtung umfasst. Der Läufer --10-- ist auf der Welle --92-- aufgekeilt und mittels der Schraube (n)--34bzw. 40--festgelegt, ähnlich wie eine Kupplungshälfte auf der Welle befestigt werden würde, wenn diese von einem üblichen Elektromotor angetrieben wäre, dessen Abtriebswelle mit einer entsprechenden Kupplungshälfte versehen ist.
Dann wird der
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den Ständer-50-gegenüberStirnfläche--54--des Ständerkerns der vorderen Stirnfläche --24-- des Läuferkerns --12-- zugekehrt ist. Der Tragring --72-- für den Ständer --50-- wird bewegt, bis die beiden Kerne im wesentlichen koaxial sind und die Breite des Luftspalts zwischen den beiden einander zugekehrten Flächen--24 und 54-im wesentlichen dem für den Motor erforderlichen Nennwert entspricht. In einem Motor mit einer Ausgangsleistung von 1, 5 kW hat beispielsweise der Ständerkern einen Aussendurchmesser von 178 mm und der Luftspalt eine Breite von 2, 5 mm.
Wie vorstehend ausführlicher angegeben wurde, braucht der genannte Vorgang nicht mit hoher Präzision durchgeführt zu werden, so dass er von praktisch ungeschultem Personal ausgeführt werden kann.
Wenn sich der Ständer und sein Tragring in der richtigen Stellung befinden, kann man den Tragring festlegen, indem Schrauben oder andere Befestigungselemente durch die Löcher --78-- in der Grundplatte --74-- in die Fläche--94--geführt werden. In den Zeichnungen ist gezeigt, dass die Last--90--und der Tragring
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der Fläche, auf der die Trageinrichtung für den Ständer --50-- montiert ist, entsprechend vertieft oder erhöht sein.
Zum Betrieb des Motors wird den Ständerwicklungen elektrische Leistung zugeführt, so dass die Ständerwicklungen ein rotierendes Magnetfeld erzeugen, das sich axial von der vorderen Stirnfläche --54-- des Ständerkerns in den Läuferkern --12-- erstreckt. Das Feld schneidet die Läuferstäbe--16--und bewirkt, dass der Läufer --10-- mit einer etwas geringeren Drehzahl rotiert als das Feld, wie dies auch bei den üblichen Induktionsmotoren mit zylindrischem Luftspalt der Fall ist.
Wie vorstehend ausführlich erläutert wurde, ist während des Betriebes des Motors mit der normalen Betriebsdrehzahl zwischen dem Läuferkern und dem Ständerkern eine magnetische Anziehungskraft wirksam.
Um diese Kraft mindestens zum Teil zu kompensieren, damit auf die Welle --92-- kein zu starker Axialschub ausgeübt wird, veranlasst man die Erzeugung einer elektrodynamischen Abstossungskraft. Wie aus der Fig. 5
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erzeugten Feld in dem Ring --22-- induziert werden, erzeugen ein Gegenmagnetfeld, das eine Abstossung zwischen den Jochen und dem Ring bewirkt. Die Abstossungskraft ist von der Stromaufnahme des Ständers abhängig, weil das von den Jochen --66-- erzeugte Feld von dem Strom in den Ständerwicklungen abhängig ist. Da sowohl die elektromagnetische als auch die elektrodynamische Kraft der Stromstärke proportional sind, kompensieren sich die Kräfte unabhängig von der Stromaufnahme des Motors.
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Wenn sich der Motor in dem in Fig. 5 gezeigten betriebsfähigen Zustand befindet und der Ständerkern beispielsweise zum Austausch, zur Reinigung oder Instandsetzung aus dem Motor ausgebaut werden soll, kann dies auf sehr einfache Weise von ungeschultem Personal ausgeführt werden. Man braucht nur die Schrauben
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kann in umgekehrter Weise eingesetzt werden und wird automatisch in der richtigen Stellung festgelegt. Wenn der Ständerkern durchgebrannt ist und ausgetauscht werden muss oder wenn ein neuer Kern mit einer andern Polzahl eingebaut werden soll, damit der Motor mit einer andern Drehzahl läuft, und der neue Kern verfügbar ist, ist für diesen Austausch nur eine Stillstandszeit des Motors von insgesamt 2 oder 3 min erforderlich.
Der Austauschkern kann entweder auf einer neuen Tragplatte montiert sein und zusammen mit dieser eingebaut werden oder man kann zum Herabsetzen der Ersatzteilkosten den alten Kern von seiner Tragplatte abnehmen und durch den neuen ersetzen, indem man einfach die Schrauben --62-- heraus- und wieder einschraubt.
Der Ständerkern kann somit schnell und leicht ausgetauscht werden, ohne dass ein Gehäuse auseinandergenommen bzw. verändert zu werden braucht. Die Einrichtung zum Lösen des Kerns, d. h., die Schrauben--80--, und ihre Verwendung, sind auch für eine ungeschulte Arbeitskraft ohne weiteres erkennbar.
Der Läufer-10-rotiert in freier Luft, und Luft kann die Ständerwicklungen frei umstreichen. Es ist kein Gehäuse vorhanden, das die Luftumwälzung behindern und dadurch zu einer starken Erwärmung führen würde. Infolgedessen arbeitet der Motor bei einer angemessenen niedrigen Temperatur. In manchen Fällen kommt man ohne die Kühlgebläseschaufeln aus, da der Motor auch ohne Fremdkühlung einwandfrei arbeitet.
Fig. 6 zeigt eine andere Ausführung des Ständers und seiner Trageinrichtung. Die Trageinrichtung besitzt ebenso wie die vorstehend beschriebene einen kreisförmigen Tragring--72'--, der auf einer flachen Grundplatte--74'--montiert ist. Man kann daher auch die abgeänderte Trageinrichtung in der in Fig. 5 gezeigten Weise einbauen. Die abgeänderte Trageinrichtung ist jedoch mit einer abgeänderten Befestigungseinrichtung versehen. Diese umfasst vier Stützen--100--, die aus kurzen Stahlrohrstücken hergestellt sind und sich in der Axialrichtung des Ständerkerns und des Tragrings erstrecken und am Aussenumfang des Tragrings. angeschweisst sind. In dieser Ausführungsform kann der Tragring--72'--an einer Fläche befestigt werden, die zu der Achse des Tragrings rechtwinkelig ist, z.
B. direkt an dem Gehäuse einer Last, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Fall führt man Schrauben--102--durch die Stützen --100-- und schraubt sie in Gewindelöcher --104-- in der Fläche ein. Bei Verwendung dieser Befestigungseinrichtung kann es zweckmässig oder notwendig sein, den Läufer auf der Aussenseite der Trageinrichtung zu montieren, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. In diesem Fall muss natürlich der Innendurchmesser des ringförmigen Ständerkerns so gross sein, dass die inneren der die Polteilungen überbrückenden Teile der Ständerwirkung die Welle der Belastungseinrichtung nicht berühren.
Selbst wenn der Läufer --10-- auf der Aussenseite der Trageinrichtung für den Ständer montiert ist, wie dies gezeigt ist, kann man den Ständerkern auf einfache Weise austauschen. Der
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besitzt, kann dieser ähnlich wie in der Ausführungsform gemäss Fig. 5 auch auf der Innenseite der Trageinrichtung für den Ständer angeordnet werden.
In der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform kann die Grundplatte--74'--entfallen. Gemäss Fig. 7 kann diese Ausführungsform nur mit der die Stutzen --100-- aufweisenden Befestigungseinrichtung versehen sein.
Fig. 6 zeigt ferneer eine andere Art der Befestigung des Ständers an seiner Trageinrichtung. Diese andere Befestigungsart wird nur der Einfachheit halber an Hand der Fig. 6 beschrieben und kann auch in der in Fig. 3 und 4 gezeigten Ständertrageinrichtung anstatt der dort beschriebenen Mittel verwendet werden.
In dieser Ausführungsform entfällt die Tragplatte--60--und ist der Ständerkern mit radialen Gewindelöchern --106-- versehen.
Schrauben--80'--durchsetzen Übermasslöcher in dem kreisförmigen Tragring--72'--und sind in den Gewindelöchern --106-- eingeschraubt, so dass der Ständer in dem Tragring --72'-- sozusagen aufgehängt ist. Natürlich muss zwischen dem Aussenumfang des Kerns und dem Innenumfang des Tragrings-72'-genügend Platz für die äusseren der die Polteilungen überbrückenden Teile der Ständerwicklungen vorhanden sein.
Fig. 8 zeigt schematisch eine abgeänderte Ausführungsform, in der zwei gleiche Ständer--110, 112-- einen einzigen Läufer --14-- antrieben, der auf einer Welle --16-- befestigt ist. Die beiden Ständer können in der vorstehend beschriebenen Weise gegenüber dem Läufer festgelegt werden. Auch in der Ausführungsform gemäss Fig. 8 können die Ständerwicklungen mit seinen Wicklungen in der vorstehend beschriebenen einfachen Weise eingebaut und ausgetauscht werden. Zum Ausbau der Ständerwicklungen wird zunächst in der vorstehend beschriebenen Weise der Ständer --112-- ausgebaut. Dann kann der Läufer gelöst und durch die Trageinrichtung für den Ständer --112-- hindurch herausgezogen werden. Darauf kann der Kern des Ständers --10-- in derselben Weise gelöst und herausgezogen werden.
Die in Fig. 9 gezeigte Ausführungsform stellt eine Umkehrung der Ausführungsform gemäss Fig. 8 dar. Zwei Läufer --120, 122-- sind auf einer Welle --124-- befestigt und werden von einem einzigen doppelseitigen Ständer --126-- angetrieben. Der doppelseitige Ständer ist auf beiden Stirnflächen seines Kerns mit
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Wicklungsnuten und Wicklungen versehen. Diese Ausführungsform hat einen höheren Wirkungsgrad als die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mit einseitigem Ständer, weil der Motor die doppelte
Stromaufnahme hat. Wie vorstehend erwähnt wurde, können in der Ausführungsform gemäss Fig. 9 die
Wicklungen so angeordnet werden, dass viel Kupfer eingespart wird. Dies wird durch die Kombination der beiden
Wicklungen ermöglicht.
Eine Wicklung, die aus einer Nut in der einen Stirnfläche am Aussenumfang herausgeführt ist, wird nicht wie in Fig. 3 um einen grossen Teil des Umfangs des Kerns geführt, sondern axial über den Aussenumfang des Kerns und dann in eine Nut auf der andern Stirnfläche des Kerns geführt. Wie vorstehend erläutert wurde, führt eine derartige Wicklungsanordnung zu einer grossen Kupfereinsparung und damit zu einer beträchtlichen Herabsetzung der Herstellungskosten des Ständerkerns.
In beiden in Fig. 8 und 9 gezeigten Asuführungsformen müssen natürlich die Wicklungen des Ständers oder des Läufers so angeordnet werden, dass die erzeugten Drehmomente in demselben Sinn auf die Welle einwirken.
In der vorstehend an Hand der Fig. 9 beschriebenen, besonders vorteilhaften Wicklungsanordnung, in der jeder radial aus einer Nut in einer Stirnfläche herausgeführte Leiter unmittelbar darauf in einer Nut in der andern
Stirnfläche einwärtsgeführt ist, fliesst der Strom in den in den Nuten befindlichen Wicklungsteilen auf beiden
Seiten des Ständers in jedem Augenblick in einander entgegengesetzten radialen Richtungen, so dass sich die rotierenden Magnetfelder bei Betrachtung von den entsprechenden Seiten des Ständers in einander entgegengesetzten Richtungen und bei Betrachtung von einer Seite des Ständers in ein und derselben Richtung drehen und daher auf den Läufer gleichsinnige Drehmomente ausüben.
Die in den Fig. 8 und 9 gezeigten Ausführungsformen können unbegrenzt sandwichartig vervielfacht werden, wodurch auch die Ausgangsleistung des Motors unbegrenzt erhöht werden kann, ohne dass die
Radialabmessung der Gesamtanordnung oder die auf ihre Teile ausgeübte Fliehkraft vergrössert wird.
Im Rahmen der Erfindung können die verschiedenen vorstehend beschriebenen Teile und Merkmale des
Motors auf verschiedene Weise abgeändert werden. Beispielsweise brauchen die Kurzschlussringe und die
Läuferstäbe des Läufers nicht in einem Schleudergiessvorgang einstückig ausgebildet zu werden. Die
Kurzschlussringe können eigene Teile bilden, die beispielsweise durch Wärmeschrumpfung an dem Kern befestigt sind, und die Läuferstäbe können eigene Teile bilden, die anstatt in Bohrungen in Nuten in der vorderen
Stirnfläche des Kerns eingelegt und an ihren Enden durch Hartlöten mit den Kurzschlussringen verbunden werden.
Die Magnetjoche--66-und der Unwuchtausgleichsring-22--, der mit den Jochen unter Erzeugung der elektrodynamischen Kraft zusammenwirkt, welche die elektromagnetische Anziehungskraft zwischen dem
Läufer und Ständer kompensiert, können anders ausgebildet sein als in den beschriebenen Ausführungsformen.
Beispielsweise kann man Joche in jeder zweckmässigen Anzahl verwenden und die Joche hinsichtlich ihrer
Erregung auf die Phasen verteilen, was besonders zweckmässig sein kann, wenn der Unwuchtausgleichsring nicht in sich geschlossen ist, sondern beispielsweise von den Kühlgebläseschaufeln selbst gebildet wird.
Die Joche -- 66-- brauchen nicht wie dargestellt im Querschnitt kreisförmig zu sein, sondern können auch eine andere Querschnittsform haben. In manchen Fällen kann man einen in der Umfangsrichtung langgestreckten, beispielsweise sichelförmigen Querschnitt verwenden, besonders wenn der Unwuchtausgleichsring nicht in sich geschlossen ist, sondern von den Kühlgebläseschaufeln selbst gebildet wird. Die Joche können in der
Umfangsrichtung so lang sein, dass sie eine Anzahl der Schaufeln überbrücken, damit eine kontinuierliche Erzeugung der elektrodynamischen Abstossungskraft gewährleistet wird.
In manchen Fällen haben die ringförmigen Kerne des Läufers und Ständers nicht die dargestellte, annähernd scheibenförmige Gestalt. Das Verhältnis der radialen Breite der Kerne zu ihrem Aussendurchmesser kann so verkleinert werden, dass die Kerne Ringe von geringer radialer Breite bilden. In diesem Fall kann es zweckmässig sein, wenn die Kerne nicht aus einstückig gewickelten Spiralen bestehen. In einer derart abgeänderten Ausführungsform kann man einen hohen Wirkungsgrad, eine geringe Drehzahl und ein grosses Drehmoment erzielen. Da die Nennleistung des Motors von dem Flächeninhalt der Stirnflächen der Kerne bestimmt wird und der Flächeninhalt einer Kreisringfläche radial auswärts zunimmt, kann man den bei dieser Ausbildung auftretenden Verlust an Flächeninhhalt durch eine sehr geringe Vergrösserung des Aussendurchmessers der Kerne leicht ausgleichen.
In den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist der Läufer ebenso ausgebildet wie die Kupplungshälfte, die üblicherweise zum Kuppeln einer elektrischen Maschine mit einer Welle verwendet wird. Daher kann der Läufer auf einfache Weise auf einer Welle montiert werden. In manchen besonderen Anwendungsfällen kann man jedoch den Läufer einstückig mit der Welle ausbilden oder in geeigneter andern Weise auf ihr befestigen oder es kann der Läufer in die anzutreibende Last eingebaut werden. Wenn diese beispielsweise ein Schwungrad besitzt, kann der Läufer in dieses Schwungrad eingebaut sein. Wenn die Last eine Pumpe oder ein Verdichter ist, kann der Läufer in einem rotierenden Teil der Pumpe oder des Verdichters, beispielsweise in einem Laufrad, eingebaut sein. Der Läufer kann in zahlreiche Flüssigkeiten und Gase eingetaucht werden.
Der Austausch des Ständerkerns und seiner Wicklungen ohne Bewegung der Trageinrichtung kann auch auf andere Weise erfolgen. Beispielsweise kann man den Kern und die Wicklungen nach Art einer flachen Kassette,
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