Elektromotor mit bei Stillstand gebremstem Läufer Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektromotor mit bei Stillstand gebremstem Läufer.
Bei vielen Anwendungen ist es notwendig, class ein elektrischer Antriebsmotor beim Aus setzen der Speisespannung automatisch ge bremst wird. Es sind auch bereits zu diesem Zwecke Backenbremsen bekannt, deren Brems backen auf eine auf der Motorwelle verkeilte Trommel einwirken, indem sie sieh bei Aus setzen der Speisespannung über derselben schliessen. Im allgemeinen sind aber Motoren mit Kegelstumpfläufer und -ständer (die im übrigen als Kegelstumpfläufermotoren be zeichnet sind) vorzuziehen, bei denen be kanntlich auf den Läufer gleichzeitig ein Drehmoment und in axialer Richtung eine magnetische Zugkraft einwirkt, wenn der Ständer erregt ist.
Diese Axialkraft dient dazu., den Läufer entgegen der Wirkung einer Feder in axialer Richtung zu verstellen, um zwei Reibungsbremsflächen, z. B. von kegeli- ger Gestalt, deren eine mit dem Ständer und deren andere mit dem Läufer fest verbunden ist, voneinander abzuheben zwecks Lösens der den Läufer im Stillstand sperrenden Rei bungsbremse. Ein solcher Kegelstumpfläu.fer- mot.or weist aber mehrere Nachteile auf, und zwar solche mechanischer Natur und solche elektriseher Natur.
Unter den ersten ist zu erwähnen, dass die Herstellung der kegel- stumpfförmigen Magneteisenblechpakete um ständlich und kostspielig ist, weil alle Blech- lamellen untereinander verschieden gross sind. Es besteht noch der Umstand, dass die Axial verstellung des Läufers eine Veränderung der Grösse des Luftspaltes bewirkt. Bei er regtem Motor ist der' Luftspalt am kleinsten. Um zu vermeiden, dass der dann drehende Läufer den Ständer berührt, muss die ent sprechende axiale Endlage des Läufers sehr genau definiert sein und eingestellt werden. Die andere axiale Endlage des Läufers ist durch Anschlagen der beiden Bremsflächen aneinander gegeben. Unter den.
Nachteilen elektrischer Natur ist die Verminderung des Drehmomentes und der axialen Anziehungs kraft beim Anlaufen zu nennen, weil beim Einschalten des Motors der Luftspalt, grösser ist als im Betrieb. Der Verschleiss der beiden Reibungabremsflächen hat ferner eine all mähliche Vergrösserung des Luftspaltes zur Folge, wodurch das Anlaufdrehmoment und die zur Lüftung der Bremse benötigte axiale Zugkraft nachteilig vermindert werden.
Zu dem ist diese Kraft beim Anlaufen infolge der durch den grossen Luftspalt verursach ten kräftigen Flussdämpfung bedeutend be schränkt, was zur Folge hat, da,ss die ent gegenwirkende Federkraft, welche die Brems kraft hervorruft, begrenzt werden muss..
Die obenerwähnten Nachteile machen eine Vergrösserung der Abmessungen der Kegel stumpfläufermotoren notwendig, weshalb im wesentlichen bei Bleichgrosser Leistung im Vergleiche mit gewöhnlichen Motoren kost- spieligere Motore entstehen, deren Wirtschaft lichkeit und damit Verbreitung behindert wird.
Der erfindungsgemässe Elektromotor ist. nun dadurch gekennzeichnet, da.ss mit dem einen der beiden Teile (Ständer und Läufer) wenigstens ein Elektromagnet und mit dem endein dieser Teile wenigstens ein Anker fest verbunden ist; derart, dass bei Erregung des Elektromagneten dieser auf den Anker eine magnetische Zugkraft in axialer Richtung des Läufers ausübt, die den Zweck hat, die Läu ferbremse bei Inbetriebnahme des Motors ent gegen der Wirkung einer Feder zu lüften.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll nachstehend an Hand der Zeichnung näher beschrieben werden.
Die einzige Abbildung zeigt im Längs schnitt eine bevorzugte Ausführungsform eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer, der beim Stillstand gebremst ist.
In der Abbildung ist mit A und B das Ständer- und das Läufereisenblechpaket an gedeutet. Ersteres ist in bekannter Weise am Motorgehäuse 1 mit Hilfe seitlicher Halte ringe \? befestigt. Das Läuferpaket B ist auf der Antriebswelle 3 verkeilt. und mit einem Käfig 4 bekannter Art ausgerüstet, an dem Stirnkühlrippen :5 vorgesehen sind. Die An triebswelle 3 läuft in zwei Zylinderrollen lagern 6, deren Innenringe keine Schultern aufweisen, so dass sich die Welle 3 gegenüber dem Gehäuse 1 axial. verstellen kann.
Die äussern Ringe der Rollenlager 6 sitzen in zwei Endlagerdeekeln 7 und 8, die ihrerseits am Gehäuse 1 mit Hilfe von Schraubenzug stangen 9 befestigt sind. An Stelle der dar gestellten Rollenlager 6 könnten auch andere Wälzlager vorhanden sein, welche eine AYial- v erschiebung der Welle 3 gestatten.
Das Läuferbleehpaket B hat wie bei ge wöhnlichen Motoren eine zylindrisehe Aussen- fläehe, während das Ständerbleehpaket A eine entsprechende zylindrische Innenfläche aufweist, so dass der Luftspalt zwischen den Paketen A und B konstant und unabhängig ist von der axialen Stellung der Welle 3.
In einem gegebenen Abstand vom Läuferbleeh- paket B ist an der Motorwelle 3 ein zweites, seheibenförmiges Bleehpaket B1 vorgesehen, dessen Lamellen zwar jenen des Läuferpakets gleich, aber in kleinerer Anzahl vorhanden sind und den Anker eines für die Axial verst.ellung des Läufers dienenden Elektro magneten bilden.
Entsprechend dem Hilfs paket B1 ist am Ständer ein ringscheiben förmiges Hilfspaket < <B>11</B> in einer gewissen Ent fernung voni Ständerbleehpaket A und gleich achsig zu diesem angeordnet. Das Bleehpaket -11 weist gleiche Blechlamellen auf wie das Ständerblechpaket .1 und bildet den Kern eines Elektromagneten zur Axialverstellung des Läufers.
Die Ständeiwieklung 10 des Mo tors durchsetzt, ausser dem Blechpaket A auch das Hilfspaket -11, so dass dieses magne tisch erregt wird, sobald die Stä.nderwieklung 10 unter Spannung gelangt, das heisst, sobald der Motor eingeschaltet. wird.
Auf der Antriebswelle 3 ist eine Trommel 11 verkeilt, die eine kegelstumpffäianige Um fangsfläche 12 aufweist, welche mit einem Kegelstumpfsitz 13 des Lagerdeckels 8 zu sammenwirkt. Die Flächen 12 und 13 sind die Reibungsbremsflä.chen für die Läuferbremse. Die zur Zusammenwirkung der genannten Reibungsflächen eidorderliehe Axialkraft wird durch eine gleiehaehsig zur Antriebswelle 3 vorgesehene Schraubenfeder 14 aufgebracht, die einerseits gegen den äussern Ring des be nachbarten Rollenlagers 6 und anderseits ge gen einen Teller 15 abgestützt ist.
Der Teller 15 sitzt auf dem Aussenring eines Kugellagers 16, dessen Innenring auf die Welle 3 auf geschoben und an derselben mittels eines An- schlagringes 17 gegen axiale Verschiebung nach aussen gesichert ist. Die Sehraubenfeder 14 ist bestrebt, die Antriebswelle 3 im Pfeil sinn X zu verstellen, und dabei die Konus reibungsflä.che 12 gegen die Reibungsfläehe 13 zu pressen, zwecks Bremsung des Läufers.
Das Kugellager 16, das den A_xialdruek von der Feder 14 auf die Welle 3 überträgt, hat den einzigen Zweck, die freie Rotation des Läufers zu gestatten, ohne die Schrauben feder 14 zu beanspruchen. An Stelle des dargestellten Kugellagers 16 könnte auch ein anderes AxialdrLtckwälzlager vorhanden sein. Die gegenseitige Anordnung der Blechpakete A1 und Bi ist nun derart, dass bei abgeschalteter Ständerwicklung 10 (las Bleehpaket B1 gegenüber dem Blechpaket :11 in der Zeichnung nach links versetzt ist.
Wird die Wicklung 10 unter Spannung ge setzt, so wird dadurch sowohl das Haupt- nia-netfeld des Motors als auch der Elektro- inagnet mit dem Kern A1 erregt. Durch. das Bleehpaket A1 wird dann eine magnetische Kraft. entge--en dem Pfeilsinn X auf den Selieibena.nker B1 ausgeübt, welche Kraft be strebt ist, das Blechpaket B1 gegenüber dem Bleehpaket A1 in eine symmetrische Lage zu zentrieren, wie in der Zeichnung vera.nsehau- licht ist.
Die genannte magnetische Kraft wirkt entgegen dem Einfluss der Schrauben teder 14, überwindet dieselbe, lüftet die bei den Reibungsbremsflächen 12 und 13 und (Vibt. den. Läufer zur Rotation frei. Setzt die Speisung des Motors aus, und somit auch die des Elektromagneten A1, so verstellt die Sehraubenfeder 14 den Läufer wieder in Pfeilrichtung Y, wodurch der Läufen auto- matiseh gebremst wird.
Mit dem beschriebenen und dargestellten Motor werden gegenüber den bereits bekann ten, mit. Kegelstumpfläufer ausgerüsteten Ma: scliinen folgende Vorteile erzielt: ra) Der Ständerpaketkraftfluss wird nicht vermindert, -da im Anker B1 keine Wicklung bzw. keine Käfigivickliing, wie dies im eigent lichen Läuferblechpal@et B der Fall ist, vor handen ist.
Man erreicht dadurch, da,ss beim Einschalten der Wicklung auch bei stehen dem Läufer eine bedeutende magnetisehe An ziehungskraft zwischen dem Magnetkern Q11 und dein Anker B1 entsteht, welche Kraft die Lüftung der beiden Reibungsbremsflächen 12 und 13 gewährleistet. Bei Drehung des Läu fers vermindert sich diese Kraft entsprechend der Abnahme des durch die Wicklung 10 fliessenden Stromes. Da im Moment. des Ein schaltens der Anlaufstrom des Asynchron motors bekanntlich am grössten ist, wird schon im Einschaltmoment die Reibungsbremse sicher gelüftet.
Die axiale magnetische Zug kraft des Kernes t11 auf den Anker B1 ist dann so gross, dass sie ausreicht, um auch eine verhältnismässig starke Schraubenfeder 14 zu überwinden, die ihrerseits eine schnelle und wirksame Bremsung des Läufers mit Hilfe der Reibungsbremsflächen 12 und 1 gewährleistet, wenn der Strom durch die Wicklung 10 abgestellt wird.
U) Die genaue Einstellung des Motors-be- reitet keinerlei Schwierigkeiten, da die re lative axiale Verschiebung zwischen Ständer und Läufer keine Veränderung des Luft spaltes verursacht. Es genügt., wenn der Anker B1 gegenüber dem Elektromagneten kern A1 um ein weniges nach links in der Zeichnung verschoben ist, wenn die Reibungs- bremsflächen 12 und 13 einander berühren.
c) Beim Lauf des Motors ist die axiale Lage des Läufers nicht durch Anschläge be stimmt, sondern durch das Gleichgewicht der axial auf den Läufer einwirkenden Kräfte der Schraubenfeder 14 und des Elektromagneten A1.
d) Das Anlassen und damit die Axial. verstellung des Läufers erfolgt stossfrei, da, wie erwähnt, keine steifen Anschlagmittel vorhanden sind, indem die Lage des Läufers beim Lauf des Motors durch das weiter oben erwähnte Gleichgewicht der auf den Läufer einwirkenden Kräfte der Feder 14 und des Magneten A1 bestimmt wird.
e) Es lässt sich erreichen, dass die in axialer Richtung wirkende Anziehungskraft des Elektromagneten A1 beim Anlassen am grössten ist, das heisst dann, wenn die axiale Verstellung des Ankers B1 gegenüber dem Elektromagnetkern A1 am grössten ist.
f) Der Verschleiss an den Reibungsbrems- flächen 12 und 13 bewirkt eine Zunahme der axialen Verstellung des Ankers B1 gegenüber dem Kern A1, wenn der Motor stillsteht, aus welchem Grunde die in axialer Richtung wir kende Anziehungskraft durch den Verschleiss innerhalb gewisser Grenzen eine Steigerung erfahren kann, im Gegensatz zu den bisher bekannten Motoren mit Kegelstumpfläufer. g) Die Motorherstellungskosten überstei gen nur um ein Weniges die des üblichen Asynchronmotors gleicher Leistung, da für die Blechpakete B1 und A, dieselben Blech lamellen wie für die Blechpakete B und A verwendet werden können.
h) Der während des Betriebes erzielte Wirkungsgrad kann jenem eines üblichen Asynchronmotors entsprechen.
Selbstverständlich können die Ausfüh rungseinzelheiten der Läuferbremsvorrich tung sowie die Durchbildung des Elektro motors (Käfigwicklung oder dergleichen). -Änderungen erfahren.
Im besonderen können zwei oder mehr ringscheibenförmige Kerne A, und ebenso viele scheibenförmige Anker B1 aus je einem Blechpaket in axialer Richtung des Läufers mit Abstand voneinander angeordnet sein, wo bei eine gesamte axiale Anziehungskraft ent steht, welche der Summe der von jedem Paar (Kern und Anker) erzeugten axialen magnetischen Kraft entspricht.
Electric motor with a rotor braked at a standstill The present invention relates to an electric motor with a rotor braked at a standstill.
In many applications it is necessary that an electric drive motor is automatically braked when the supply voltage is switched off. There are already shoe brakes known for this purpose, the brake jaws act on a drum wedged on the motor shaft by closing the supply voltage across the same when set. In general, however, motors with a truncated cone rotor and stator (which are otherwise characterized as frustoconical motors be) are preferable, in which be known to act on the rotor at the same time a torque and a magnetic tensile force in the axial direction when the stator is energized.
This axial force serves. To adjust the runner against the action of a spring in the axial direction in order to have two friction braking surfaces, e.g. B. of conical shape, one of which is firmly connected to the stator and the other to the runner, to lift off from one another for the purpose of releasing the friction brake that blocks the runner at a standstill. However, such a truncated cone motor has several disadvantages, namely those of a mechanical nature and those of an electrical nature.
Among the first it should be mentioned that the production of the frustoconical magnetic iron sheet stacks is laborious and expensive because all sheet metal lamellas are of different sizes. There is still the fact that the axial adjustment of the rotor causes a change in the size of the air gap. When the motor is excited, the air gap is smallest. In order to avoid that the then rotating rotor touches the stator, the corresponding axial end position of the rotor must be very precisely defined and set. The other axial end position of the rotor is given by striking the two braking surfaces against one another. Under the.
Disadvantages of an electrical nature are the reduction of the torque and the axial attraction force when starting, because when the motor is switched on, the air gap is larger than in operation. The wear of the two friction braking surfaces also results in an all gradual enlargement of the air gap, which disadvantageously reduces the starting torque and the axial tensile force required to release the brake.
In addition, this force is significantly limited when starting up due to the powerful flow damping caused by the large air gap, which means that the counteracting spring force that causes the braking force must be limited ..
The above-mentioned disadvantages make it necessary to enlarge the dimensions of the truncated-cone motors, which is why more costly motors are created in comparison with conventional motors, which are economically viable and thus hampered.
The electric motor according to the invention is. now characterized in that at least one electromagnet is firmly connected to one of the two parts (stator and rotor) and at least one armature is firmly connected to the end of these parts; such that when the electromagnet is excited, it exerts a magnetic tensile force on the armature in the axial direction of the rotor, which has the purpose of releasing the rotor brake when the motor is started up against the action of a spring.
An embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawing.
The only figure shows in longitudinal section a preferred embodiment of an asynchronous motor with squirrel cage rotor, which is braked at standstill.
In the figure, A and B indicate the stator and rotor core lamination. The former is in a known manner on the motor housing 1 with the help of lateral retaining rings \? attached. The rotor core B is wedged on the drive shaft 3. and equipped with a cage 4 of a known type on which end cooling fins: 5 are provided. The drive shaft 3 runs in two cylindrical rollers bearings 6, the inner rings of which have no shoulders, so that the shaft 3 is axially relative to the housing 1. can adjust.
The outer rings of the roller bearings 6 sit in two Endlagerdeekeln 7 and 8, which in turn rods on the housing 1 with the help of 9 screws are attached. Instead of the roller bearings 6 shown, other roller bearings could also be present which allow the shaft 3 to be shifted axially.
The rotor core B has, as in conventional motors, an outer surface close to a cylinder, while the stator core A has a corresponding cylindrical inner surface so that the air gap between the assemblies A and B is constant and independent of the axial position of the shaft 3.
At a given distance from the rotor core B, a second, disk-shaped sheet metal B1 is provided on the motor shaft 3, the lamellae of which are identical to those of the rotor core, but are present in smaller numbers and the armature of an electrical device used for axial adjustment of the rotor make magnets.
Corresponding to the auxiliary package B1, an annular disk-shaped auxiliary package <<B> 11 </B> is arranged on the stand at a certain distance from the stand sheet metal package A and on the same axis. The sheet stack -11 has the same sheet metal lamellas as the stator core .1 and forms the core of an electromagnet for axial adjustment of the rotor.
Ständeiwieklung 10 of the motor penetrates, in addition to laminated core A, also auxiliary package -11, so that this is magnetically excited as soon as Stä.nderwieklung 10 is energized, that is, as soon as the motor is switched on. becomes.
On the drive shaft 3, a drum 11 is wedged, which has a frustoconical To circumferential surface 12 which cooperates with a truncated cone seat 13 of the bearing cover 8 to. The surfaces 12 and 13 are the Reibungsbremsflä.chen for the rotor brake. The eidorderliehe axial force for the interaction of said friction surfaces is applied by a helical spring 14 provided gleiehaehsig to drive shaft 3, which is supported on the one hand against the outer ring of the adjacent roller bearing 6 and on the other hand against a plate 15.
The plate 15 sits on the outer ring of a ball bearing 16, the inner ring of which is pushed onto the shaft 3 and secured on the same by means of a stop ring 17 against axial displacement outwards. The visual cube spring 14 strives to adjust the drive shaft 3 in the direction of the arrow X, while pressing the cone friction surface 12 against the friction surface 13 for the purpose of braking the rotor.
The ball bearing 16, which transmits the A_xialdruek from the spring 14 to the shaft 3, has the sole purpose of allowing the rotor to rotate freely without stressing the coil spring 14. Instead of the illustrated ball bearing 16, there could also be another axial pressure roller bearing. The mutual arrangement of the laminated cores A1 and Bi is now such that when the stator winding 10 is switched off (read the laminated core B1 opposite the laminated core: 11 is offset to the left in the drawing.
If the winding 10 is energized, both the main nano field of the motor and the electromagnet with the core A1 are excited. By. the bleehpackage A1 then becomes a magnetic force. against the direction of the arrow X on the Selieibena.nker B1, which force is aimed at centering the laminated core B1 with respect to the laminated core A1 in a symmetrical position, as shown in the drawing.
The aforementioned magnetic force counteracts the influence of the screw teder 14, overcomes it, releases the friction brake surfaces 12 and 13 and (Vibt. The. Rotor to rotate. Suspends the supply of the motor, and thus also that of the electromagnet A1, Thus, the cage spring 14 adjusts the runner again in the direction of arrow Y, as a result of which the barrels are automatically braked.
With the engine described and shown, compared to the already known, with. The following advantages are achieved with truncated cone rotors: ra) The stator core force flow is not reduced, since there is no winding or cage jointing in the armature B1, as is the case in the actual rotor lamination pallet B.
This achieves that when the winding is switched on, even when the rotor is stationary, a significant magnetic force of attraction is created between the magnetic core Q11 and your armature B1, which force ensures the ventilation of the two friction braking surfaces 12 and 13. When the rotor rotates, this force is reduced in accordance with the decrease in the current flowing through the winding 10. There at the moment. When switching on the starting current of the asynchronous motor is known to be greatest, the friction brake is safely released as soon as it is switched on.
The axial magnetic tensile force of the core t11 on the armature B1 is then so great that it is sufficient to overcome a relatively strong helical spring 14, which in turn ensures rapid and effective braking of the rotor with the aid of the friction braking surfaces 12 and 1, if the current through the winding 10 is turned off.
U) The exact setting of the motor does not present any difficulties, since the relative axial displacement between the stator and rotor does not cause any change in the air gap. It is sufficient. If the armature B1 is shifted a little to the left in the drawing with respect to the electromagnet core A1, when the friction braking surfaces 12 and 13 touch one another.
c) When the engine is running, the axial position of the rotor is not determined by stops, but rather by the balance of the forces acting axially on the rotor of the helical spring 14 and the electromagnet A1.
d) The tempering and thus the axial. Adjustment of the rotor takes place smoothly, since, as mentioned, there are no rigid stop means, in that the position of the rotor when the motor is running is determined by the above-mentioned balance of the forces of the spring 14 and the magnet A1 acting on the rotor.
e) It can be achieved that the attractive force of the electromagnet A1 acting in the axial direction is greatest when starting, that is, when the axial displacement of the armature B1 with respect to the electromagnet core A1 is greatest.
f) The wear on the friction brake surfaces 12 and 13 causes an increase in the axial adjustment of the armature B1 compared to the core A1 when the motor is at a standstill, for which reason the attraction force acting in the axial direction is increased within certain limits due to wear can, in contrast to the previously known motors with truncated cone rotors. g) The motor production costs only slightly exceed those of the usual asynchronous motor of the same power, since the same sheet metal lamellae can be used for the laminated cores B1 and A as for the laminated cores B and A.
h) The efficiency achieved during operation can correspond to that of a conventional asynchronous motor.
Of course, the execution details of the Läuferbremsvorrich device and the formation of the electric motor (cage winding or the like). - Experience changes.
In particular, two or more annular disk-shaped cores A, and just as many disk-shaped armatures B1, each made of a laminated core, can be arranged at a distance from one another in the axial direction of the rotor, where there is a total axial force of attraction that is the sum of each pair (core and Armature) corresponds to the generated axial magnetic force.