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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 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 bekannten Motoren dieser Art können Schwierigkeiten manchmal dadurch verursacht werden, dass im Betrieb des Motors infolge der elektromagnetischen Wechselwirkung zwischen dem Läufer und dem Ständer ein Axialschub auf den Läufer ausgeübt wird. Wenn ein Induktionsmotor mit axialem Luftspalt vom Stillstand auf die Betriebsdrehzahl anläuft, stossen der Läufer und der Ständer einander zuerst ab. Diese Abstossungskraft nimmt mit zunehmender Drehzahl ab und wird bei etwa 45% der Synchrondrehzahl gleich Null. Oberhalb dieser Drehzahl und insbesondere bei der Betriebsdrehzahl ist eine Anziehungskraft vorhanden, die sich infolge der elektromagnetischen Wirkung des Ständerstromes mit diesem verändert.
Wenn die Abtriebswelle in einem guten Axiallager gelagert ist, führt der Axialschub nur zu geringen oder gar keinen Schwierigkeiten. Wenn die Abtriebswelle dagegen nicht mit einem Axiallager versehen, oder wenn dieses abgenutzt ist, kann der Axialschub dazu führen, dass der Luftspalt zu schmal wird oder sogar der Läufer und Ständer aneinander reiben.
Es ist daher ein Ziel der Erfindung einen elektrischen Induktionsmotor der eingangs erwähnten Art zu schaffen, bei dem der auf die elektromagnetische Anziehung zwischen dem Läufer und Ständer zurückzuführende Axialschub zumindest teilweise kompensiert wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeder Phase der Ständerwicklung zumindest ein am Ständer ortsfester Elektromagnet zugeordnet ist, der von dem Strom durch die entsprechende Ständerwirkung durchflossen ist, wobei der Läufer mit einem elektrisch leitenden, unmagnetischen Teil versehen ist, der im betriebsfähigen Zustand des Motors den Elektromagneten zugekehrt ist, so dass im Betrieb zwischen dem Läufer und dem Ständer eine elektrodynamische Abstossungskraft erzeugt wird, die der elektromagnetischen Anziehungskraft zwischen dem Läufer und dem Ständer entgegenwirkt.
Die in dem gegenüber dem Ständerdrehfeld im wesentlichen stillstehenden, d. h. bloss mit der Schlupfdrehzahl rotierenden Teil erzeugten elektrodynamischen Abstossungskräfte sind von gleicher Grössenordnung, wie die Anziehungskraft zwischen Läufer und Ständer.
Der Motor kann so dimensioniert werden, dass die beiden Kräfte einander vollständig kompensieren.
Da beide Kräfte von dem durch die Ständerwicklungen fliessenden Strom abhängig sind, heben sie einander im wesentlichen immer auf, weil sich die Stromstärke mit dem Belastungsmoment ändert.
Die Elektromagnete können Magnetjoche besitzen, um welche Polteilungen überbrückende Teile der Ständerwicklungen gewickelt sind. Auf diese Weise wird der Aufwand an unausgenutztem Kupfer herabgesetzt, weil man auch jene Teile der Wicklungen ausnutzt, die sonst keinen Nutzeffekt hätten. Der elektrisch leitende unmagnetische Teil und die Elektromagnete können am Innen-oder Aussenumfang des Läufers angeordnet sein.
Bei einer Ausführungsform, bei welcher zum lösbaren Befestigen des Ständerkernes eine Tragplatte vorgesehen ist, die in einem Tragring sitzt, können sich die Magnetjoche axial von jenem Teil der Tragplatte weg erstrecken, der zwischen dem Aussenumfang des Ständerkernes und dem Tragring angeordnet ist, wobei im betriebsfähigen Zustand des Motors die Joche dem elektrisch leitenden, unmagnetischen Teil zugekehrt sind, der am Aussenumfang des Läufers angeordnet ist.
Da der genannte Raum in jedem Fall zur Aufnahme der Polteilungen überbrückenden Teile der Ständerwicklung erforderlich ist, braucht zur Unterbringung der Joche die Trageinrichtung für den Ständer nicht vergrössert zu werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht der elektrisch leitende, unmagnetische Teil des Läufers aus einem geschlossenen Ring, der den Aussenumfang des Läufers vollständig umgibt und in einer zu der Achse des Läufers rechtwinkeligen Ebene liegt. Ein geschlossener Ring gewährleistet auf einfache Weise, dass sich die Kraft während einer Umdrehung nicht ändert, doch kann eine konstante Kraft auch dann aufrechterhalten werden, wenn der elektrisch leitende unmagnetische Teil unterbrochen ist, sofern man die Elektromagnete entsprechend angeordnet und in einem Mehrphasenmotor auf die Phasen aufteilt.
Wenn der elektrisch leitende, unmagnetische Teil des Läufers an dessen Aussenumfang angeordnet ist, wird dieser Teil zweckmässig einstückig mit dem äusseren Kurzschlussring ausgebildet, damit diese beiden
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Teile (zusammen mit den Läuferstäben und dem inneren Kurzschlussring) in einem Arbeitsgang gemeinsam gegossen werden können.
Die Teile des erfindungsgemässen Rotors sind zwar im Vergleich zu bekannten Motoren gut gekühlt, weil der Motor nicht in einem Gehäuse eingeschlossen ist, doch kann in manchen Fällen eine Fremdkühlung erforderlich sein. In diesem Fall können die Schaufeln des Kühlgebläses einstückig mit dem elektrisch leitenden, unmagnetischen Teil des Läufers und dem äusseren Kurzschlussring ausgebildet sein.
Nachstehend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben. In diesen zeigt Fig. 1 in einer Stirnansicht von der Ständerseite gesehen einen Läufer für einen erfindungsgemässen Motor, Fig. 2 den Läufer in einem Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 in einer Stirnansicht von der Läuferseite gesehen einen zur Verwendung mit dem Läufer gemäss Fig. 1 und 2 bestimmten Ständer und seine 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 und 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.
Gemäss Fig. 1 und 2 besitzt der Läufer --10-- eines erfindungsgemässen Induktionsmotors einen ringförmigen Blechkern --12-- aus magnetisierbarem Material, genauer gesagt aus spiralförmig gewickeltem magnetisierbarem Stahlband. Der Kern --12-- ist von mehreren Bohrungen oder Vertiefungen --14-- von seinem Innenumfang zu seinem Aussenumfang durchsetzt. Diese Bohrungen --14-- dienen zur Aufnahme von Läuferstäben. Man kann die Bohrungen --14-- bohren, nachdem der Kern --12-- hergestellt worden ist. Um einen ruhigen Lauf des Motors zu gewährleisten, erstrecken sich die Bohrungen --14-- nicht genau radial, sondern sie sind um eine Polteilung schräggestellt. In Fig. 1 sind die Bohrungen --14-- nur in einem Teil des Kernes --12-- dargestellt, doch sind sie tatsächlich in gleichen Abständen voneinander um den ganzen Kern --12-- 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-- aus einer Aluminiumlegierung verbunden. Es ist weiters ein mit dem äusseren Kurzschlussring-20-- einstückiger Unwuchtausgleichsring bzw. Läuferteil --22-- aus unmagnetischem, jedoch leitfähigem Material vorgesehen, der aus einem Flansch besteht, dessen Stirnfläche mit der Stirnfläche --24-- des Kernes --12-- in einer Ebene liegt. Der Unwuchtausgleichsring - trägt mehrere Kühlgebläseschaufeln --26--.
Innerhalb des inneren Kurzschlussringes --18- ist eine hohle zylindrische Nabe --28-- aus Stahl fest angeordnet. Die Nabe --28-- ist innen mit einer Keilnut --30-- versehen, mit deren Hilfe der Läufer - auf der nicht gezeigten Welle einer anzutreibenden Maschine befestigt werden kann. Um das Festlegen des Läufers --10-- zu ermöglichen, steht das hintere Ende der Nabe --28-- von der hinteren Stirnfläche --32-- des Kernes --12-- vor und es ist mit mindestens einer radialen Befestigungsschraube - versehen, die in ein die Nabe --28-- durchsetzendes Gewindeloch --36-- eingeschraubt ist.
Zur Befestigung an der Vorderseite anstatt oder zusätzlich zu der Befestigung an der Rückseite kann die Nabe --28-- an ihrem vorderen Ende eine Vertiefung --38-- besitzen, in der mindestens eine Befestigungsschraube-40-- und ein Gewindeloch --42-- angeordnet sind.
Die Fig. 3 und 4 zeigen einen zu dem Läufer gemäss Fig. 1 und 2 gehörigen Ständer sowie eine Trageinrichtung für diesen Ständer. Den Hauptteil des Ständers bildet ein ringförmiger Blechkern --50--, der ebenso wie der Läuferkern --12-- aus magnetisierbarem, zu einer einstückigen Spirale gewickelten Stahlband besteht. In einer Stirnfläche --54-- des Kernes --50-- sind mehrere radiale Nuten --52-ausgebildet, u. zw. durch Stanzen oder durch spanabhebende Bearbeitung, z. B. Fräsen. Gemäss Fig. 4 sind die Nuten in bekannter Weise derart verjüngt, dass sie an ihren Mündungen schmäler sind als am Grund.
Fig. 3 zeigt die Anordnung von vorher auf Rahmen hergestellten Wicklungen --56-- in den Nuten - des Ständerkernes. In dieser Ausführungsform sind vier Wicklungen --56-- vorgesehen, so dass der Motor vier Pole besitzt. Gezeigt sind nur die Wicklungen --56-- für eine Phase. Die Anordnung der Wicklungen wird jedoch nicht näher beschrieben, da der vorliegende Ständer vollkommen analog einem üblichen zylindrischen Ständer gewickelt sein kann und die Wicklungsart und die Schaltung des Kernes für Ein- oder Mehrphasenbetrieb vom Fachmann ohne weiteres gewählt werden können.
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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 Epoxydharz eingekapselt werden.
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--60-- mit- versehen, mit dessen Hilfe der Ständer in der nachstehend beschriebenen Weise lösbar an seiner Trageinrichtung 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 --60-- ist in der gezeigten Weise einstückig mit vier zylindrischen Jochen --66-- aus magnetisierbarem Material ausgebildet. Die Joche --66-- brauchen aber nicht mit der Tragplatte --60-einstückig, sondern sie können auch an ihr befestigt sein. Die äusseren der die Polteilungen überbrückenden Teile --68-- 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 Stützblechen --76-- abgestützt ist, die mit dem Tragring --72-- und der Grundplatte --74-- verschweisst sind. In der Grundplatte --74-- sind mehrere Löcher --78-- ausgebildet. Wenn sich der Ständer und seine Trageinrichtung in der richtigen Stellung befinden, kann man sie fixieren, indem man Befestigungselemente durch die Löcher --78-- führt.
Der Ständerkern und die Tragplatte --60-- werden in dem Tragring --72-- mit Hilfe von vier radialen Schrauben --80-- befestigt, die Bohrungen in dem Tragring --72-- durchsetzen und in Gewindelöcher 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 Bearbeitungseinrichtung gebildet wird, zu der die Last --90-- gehört, oder von dem Fussboden eines Gebäudes, in dem die Anlage untergebracht ist. Der Läufer --10-- ist auf der Welle --92-- aufgekeilt und mittels der Schraube (n)-34 bzw. 40-- fixiert.
Dann wird der Tragring --72-- für den Ständerkern - gegenüber dem Läufer --10-- derart bewegt, dass die vordere Stirnfläche --54-- des Ständerkernes der vorderen Stirnfläche --24-- des Läuferkernes --12-- zugekehrt ist. Der Tragring --72-- für den Ständerkern --50-- wird bewegt, bis die beiden Kerne im wesentlichen zueinander koaxial sind und die Breite des Luftspaltes 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 fixieren, indem Schrauben oder andere Befestigungselemente durch die Löcher --78-- in der Grundplatte --74-- in die Fläche --94-- geführt werden.
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
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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, wird eine elektrodynamische Abstossungskraft erzeugt. Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, sind die an der Tragplatte --60-- des Ständers befestigten Joche --66-- dem Unwuchtaus- gleichsring --22-- des Läufers --10-- zugekehrt. Dieser Ring --22--, der aus unmagnetischem, jedoch
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elektrisch leitendem Material besteht, erscheint im Betrieb für das Drehfeld des Ständers im wesentlichen stillstehend, d. h. er rotiert gegenüber diesem Drehfeld bloss mit der Schlupfdrehzahl.
Die Wirbelströme, die von dem von den Jochen erzeugten Feld in dem Ring --22-- induziert werden, erzeugen nach der Lenz'schen Regel ein Gegenmagnetfeld, das eine Abstossung zwischen den Jochen und dem Ring bewirkt.
Die Abstossungskraft ist von der Stromaufnahme des Ständers unabhängig, 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 die Kräfte einander unabhängig von der Stromaufnahme des Motors.
Es soll noch erwähnt werden, dass auch in tangentialer Richtung Kräfte auftreten, solange der Ring - mit anderer Drehzahl rotiert als das Drehfeld. Diese Kräfte bewirken bei normalem Betrieb des Motors (d. h. mit Schlupf) ein Drehmoment, das mit dem Antriebsmoment gleichsinnig ist.
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 --80-- herauszuschrauben, worauf die Tragplatte --60-- und der Ständerkern --50-- als Ganzes nach hinten aus dem Tragring --72-- herausgenommen werden können. Der gereinigte oder geprüfte Kern oder ein Austauschkern 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, ist für diesen Austausch nur eine Stillstandszeit des Motors von insgesamt 2 bis 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 - heraus-und wieder einschraubt.
Die Magnet joche --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 Unwuchtsausgleichsring nicht in sich geschlossen, sondern beispielsweise von den Kühlgebläseschaufeln selbst gebildet ist.
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, sondern von den Kühlgebläseschaufeln selbst gebildet ist. Die Joche können in der Umfangsrichtung so lang sein, dass sie eine Anzahl der Schaufeln überbrücken, damit eine kontinuierliche Erzeugung der elektrodynamischen Abstossungskraft gewährleistet ist.
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The invention relates to an induction motor with a cantilevered rotor connected to the output shaft, which has an annular core made of magnetizable material, and with a stator which carries windings arranged on an annular core made of magnetizable material, with between the facing end faces there is an axial gap between the rotor and the stator.
In known motors of this type, difficulties can sometimes be caused by the fact that, during operation of the motor, an axial thrust is exerted on the rotor as a result of the electromagnetic interaction between the rotor and the stator. When an induction motor with an axial air gap starts to run from standstill to operating speed, the rotor and the stator repel each other first. This repulsive force decreases with increasing speed and becomes zero at around 45% of the synchronous speed. Above this speed, and especially at the operating speed, there is an attractive force that changes with the stator current due to the electromagnetic effect of the stator current.
If the output shaft is supported by a good thrust bearing, the axial thrust will cause little or no difficulty. If, on the other hand, the output shaft is not provided with an axial bearing, or if this is worn, the axial thrust can lead to the air gap becoming too narrow or even the rotor and stator to rub against each other.
It is therefore an object of the invention to provide an electric induction motor of the type mentioned in the opening paragraph, in which the axial thrust due to the electromagnetic attraction between the rotor and the stator is at least partially compensated.
According to the invention, this object is achieved in that each phase of the stator winding is assigned at least one electromagnet which is stationary on the stator and through which the current flows through the corresponding stator action, the rotor being provided with an electrically conductive, non-magnetic part that is in the operational state of the Motor is facing the electromagnet, so that an electrodynamic repulsive force is generated between the rotor and the stator during operation, which counteracts the electromagnetic force of attraction between the rotor and the stator.
The in the opposite to the stator rotating field essentially stationary, d. H. Electrodynamic repulsive forces generated only with the part rotating at the slip speed are of the same order of magnitude as the force of attraction between the rotor and the stator.
The motor can be dimensioned so that the two forces fully compensate each other.
Since both forces are dependent on the current flowing through the stator windings, they essentially always cancel each other out, because the current strength changes with the load moment.
The electromagnets can have magnet yokes, around which pole pitches bridging parts of the stator windings are wound. In this way, the amount of unused copper is reduced because those parts of the windings are also used that would otherwise be of no use. The electrically conductive, non-magnetic part and the electromagnets can be arranged on the inner or outer circumference of the rotor.
In one embodiment, in which a support plate is provided for releasably securing the stator core, which is seated in a support ring, the magnet yokes can extend axially away from that part of the support plate which is arranged between the outer circumference of the stator core and the support ring, whereby in the operable State of the motor, the yokes face the electrically conductive, non-magnetic part that is arranged on the outer circumference of the rotor.
Since the space mentioned is required in any case to accommodate the parts of the stator winding that bridge the pole pitches, the support device for the stator does not need to be enlarged to accommodate the yokes.
In a preferred embodiment, the electrically conductive, non-magnetic part of the rotor consists of a closed ring which completely surrounds the outer circumference of the rotor and lies in a plane at right angles to the axis of the rotor. A closed ring ensures in a simple way that the force does not change during one revolution, but a constant force can also be maintained if the electrically conductive non-magnetic part is interrupted, provided that the electromagnets are arranged accordingly and on the phases in a multi-phase motor divides.
If the electrically conductive, non-magnetic part of the rotor is arranged on its outer circumference, this part is expediently formed in one piece with the outer short-circuit ring, so that these two
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Parts (together with the rotor bars and the inner short-circuit ring) can be cast together in one operation.
Although the parts of the rotor according to the invention are well cooled compared to known motors because the motor is not enclosed in a housing, external cooling may be necessary in some cases. In this case, the blades of the cooling fan can be designed in one piece with the electrically conductive, non-magnetic part of the rotor and the outer short-circuit ring.
Several exemplary embodiments of the invention are described in detail below with reference to the drawings. In these, FIG. 1 shows a rotor for a motor according to the invention in an end view from the stator side, FIG. 2 shows the rotor in a cross section along the line II-II in FIG. 1, FIG. 3 shows an end view from the rotor side for use with the rotor according to FIGS. 1 and 2 and its support device, FIG. 4 shows the upright and its support device in a cross section along the line IV-IV in FIG. 3, the windings being omitted for the sake of clarity and FIG. 5 in a side view of the engine, which is from the in Fig.
1-4 and is in an operative condition to drive a load, with the fan cooling fan blades omitted for clarity.
According to FIGS. 1 and 2, the rotor --10-- of an induction motor according to the invention has an annular sheet-metal core --12-- made of magnetizable material, more precisely made of spirally wound magnetizable steel strip. The core --12-- is penetrated by several bores or depressions --14-- from its inner circumference to its outer circumference. These holes --14-- are used to accommodate rotor bars. You can drill the holes -14- after the core -12- has been made. In order to ensure that the motor runs smoothly, the bores --14 - do not extend exactly radially, but are inclined by one pole pitch. In Fig. 1 the bores --14-- are shown only in part of the core --12--, but they are actually distributed around the entire core --12-- at equal distances from one another.
A rotor rod --16-- made of an aluminum alloy extends through each bore --14--. At their inner and outer ends, the rotor bars --16-- are integrally connected to an inner and an outer short-circuit ring --18 and 20-- made of an aluminum alloy. There is also an unbalance compensation ring or rotor part --22-- made of non-magnetic, but conductive material, which is one piece with the outer short-circuit ring -20-- and consists of a flange, the end face of which with the end face --24-- of the core - 12-- lies on one level. The unbalance compensation ring - carries several cooling fan blades --26--.
Inside the inner short-circuit ring -18- a hollow cylindrical hub -28- made of steel is firmly arranged. The inside of the hub --28-- is provided with a keyway --30-- with the help of which the rotor - can be attached to the shaft of a machine to be driven, not shown. To enable the rotor to be fixed --10--, the rear end of the hub --28-- protrudes from the rear face --32-- of the core --12-- and it is secured with at least one radial fastening screw - which is screwed into a threaded hole --36-- penetrating the hub --28--.
For attachment to the front instead of or in addition to attachment to the rear, the hub --28-- can have a recess --38-- at its front end, in which at least one fastening screw -40-- and a threaded hole -42 - are arranged.
3 and 4 show a stand belonging to the rotor according to FIGS. 1 and 2, as well as a support device for this stand. The main part of the stator is formed by a ring-shaped sheet metal core --50--, which, like the rotor core --12--, consists of magnetizable steel band wound into a one-piece spiral. Several radial grooves --52 - are formed in an end face --54-- of the core --50--, u. betw. by punching or by machining, z. B. Milling. According to FIG. 4, the grooves are tapered in a known manner in such a way that they are narrower at their mouths than at the bottom.
Fig. 3 shows the arrangement of windings --56 - previously produced on frames - in the slots - of the stator core. In this embodiment, four windings --56-- are provided so that the motor has four poles. Only the windings --56-- for one phase are shown. The arrangement of the windings is not described in detail, however, since the present stator can be wound completely analogously to a conventional cylindrical stator and the type of winding and the connection of the core for single or multi-phase operation can be easily selected by the person skilled in the art.
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After the windings --56-- have been placed on the core --50--, the windings can be impregnated with varnish in the usual way and baked in order to increase their moisture resistance. The core and windings can be encapsulated in epoxy if necessary.
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--60-- with the help of which the stand is detachably attached to its support device in the manner described below. The windings --56-- are connected to a switch box --65-- which is mounted on the support plate --60-- and can therefore be fed via a supply cable that is also connected to the switch box.
The support plate --60-- is formed in one piece with four cylindrical yokes --66-- made of magnetizable material as shown. The yokes --66-- do not need to be in one piece with the support plate --60, but can also be attached to it. The outer parts of the stator windings --68-- bridging the pole pitches or at least some stator windings are designed with loops --70-- each consisting of one turn, so that after the stator windings have been fixed, the loops --70-- the yokes - -66- as shown in Fig. 3.
The support device for the stand has one to the. Cylindrical support ring open at the ends --72--, which is welded to a flat base plate --74-- and additionally supported with support plates --76--, which is connected to the support ring --72-- and the base plate --74-- are welded. Several holes --78-- are formed in the base plate --74--. When the stand and its support are in the correct position, they can be fixed by inserting fasteners through the holes --78--.
The stator core and the support plate --60-- are fastened in the support ring --72-- with the help of four radial screws --80--, through the holes in the support ring --72-- and in the threaded holes of the flange - 64-- are screwed in.
Fig. 5 shows how the parts shown in Figs. 1 to 4 are combined to form an operational electric induction motor which is used to drive a load. A load --90-- provided with a drive shaft --92-- is attached to a support surface --94--, which is formed, for example, by the frame of a processing device to which the load --90-- belongs, or by the Floor of a building in which the system is housed. The rotor --10-- is keyed onto the shaft --92-- and fixed with the screw (s) -34 or 40--.
Then the support ring --72-- for the stator core - is moved in relation to the rotor --10-- in such a way that the front face --54-- of the stator core of the front face --24-- of the rotor core --12-- is facing. The support ring --72-- for the stator core --50-- is moved until the two cores are essentially coaxial with one another and the width of the air gap between the two facing surfaces --24 and 54-- is essentially that for the Motor corresponds to the required nominal value. In a motor with an output power of 1.5 kW, for example, the stator core has an outside diameter of 178 mm and the air gap a width of 2.5 mm.
As indicated in more detail above, the aforesaid operation does not need to be carried out with high precision so that it can be carried out by practically untrained personnel. When the stand and its support ring are in the correct position, the support ring can be fixed by inserting screws or other fastening elements through the holes --78-- in the base plate --74-- into surface --94-- .
To operate the motor, the stator windings are supplied with electrical power, so that the stator windings generate a rotating magnetic field that extends axially from the front face
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and causes the rotor --10-- to rotate at a slightly lower speed than the field, as is the case with conventional induction motors with a cylindrical air gap.
As explained in detail above, a magnetic attraction force is effective between the rotor core and the stator core during operation of the motor at the normal operating speed. In order to at least partially compensate for this force so that no excessive axial thrust is exerted on the shaft --92--, an electrodynamic repulsive force is generated. As can be seen from Fig. 5, the yokes --66-- attached to the support plate --60-- of the stator, face the unbalance compensation ring --22-- of the rotor --10--. This ring --22--, made of non-magnetic, however
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electrically conductive material, appears to be essentially stationary for the rotating field of the stator during operation, i.e. H. compared to this rotating field, it only rotates at the slip speed.
The eddy currents, which are induced in the ring --22 - by the field generated by the yokes, generate an opposing magnetic field according to Lenz's rule, which causes a repulsion between the yokes and the ring.
The repulsive force is independent of the current consumption of the stator, because the field generated by the yokes -66- depends on the current in the stator windings. Since both the electromagnetic and the electrodynamic force are proportional to the current strength, the forces compensate for each other regardless of the current consumption of the motor.
It should also be mentioned that forces also occur in the tangential direction as long as the ring - rotates at a different speed than the rotating field. During normal operation of the motor (i.e. with slip), these forces produce a torque that is in the same direction as the drive torque.
If the motor is in the operational state shown in FIG. 5 and the stator core is to be removed from the motor, for example for replacement, cleaning or repair, this can be carried out in a very simple manner by untrained personnel. You only need to unscrew the screws --80--, whereupon the support plate --60-- and the stator core --50-- can be taken out of the support ring --72-- as a whole. The cleaned or tested core or a replacement core can be used in reverse and is automatically set in the correct position.
If the stator core has burned out and needs to be replaced, or if a new core with a different number of poles is to be installed so that the motor runs at a different speed, this replacement only requires the motor to be idle for a total of 2 to 3 minutes. The replacement core can either be mounted on a new support plate and built in together with it, or the old core can be removed from its support plate and replaced with the new one to reduce the cost of replacement parts by simply screwing the screws out and back in.
The magnet yokes --66-- and the unbalance compensation ring --22--, which interacts with the yokes to generate the electrodynamic force that compensates for the electromagnetic attraction between the rotor and stator, can be designed differently than in the embodiments described. For example, yokes can be used in any convenient number and the yokes can be distributed over the phases with regard to their excitation, which can be particularly useful if the unbalance compensation ring is not self-contained, but is formed by the cooling fan blades themselves, for example.
The yokes --66 - do not need to be circular in cross-section as shown, but can also have a different cross-sectional shape. In some cases, a cross section which is elongated in the circumferential direction, for example a sickle-shaped cross section, can be used, especially if the unbalance compensation ring is not self-contained but is formed by the cooling fan blades themselves. The yokes can be so long in the circumferential direction that they bridge a number of the blades so that continuous generation of the electrodynamic repulsive force is ensured.
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