Drehfeldmotor zum Antreiben eines schnell drehenden Körpers Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehfeld motor zum Antreiben eines schnell drehenden Kör pers, z. B. der Trommel einer Ultrazentrifuge zum Scheiden eines gasförmigen Gemisches; versehen mit einem Stator aus ferromagnetischem Material mit Wicklungen, einer in dem oder um den Stator kon zentrisch angebrachten drehbaren Rotorhülse aus elektrisch gut leitendem Material und einem in der oder um die Rotorhülse konzentrisch angeordneten Kern (im letzteren Fall ist der Kern ein Ring) aus ferromagnetischem Material.
Zum Antreiben der Trommel einer Ultrazentri fuge hat man bereits einen Drehfeldmotor dieser Art vorgeschlagen, wobei man den Kern an der Rotor hülse befestigte und aus magnetischem Material mit starker Hysteresis herstellte. Dieser Motor läuft durch die in der Rotorhiilse erzeugten Wirbelströme wie ein Ferraris-Motor an und rotiert nach dem Anlaufen synchron zum Drehfeld infolge des Hyste- resis-Effektes des Kernes, durch welchen Effekt feste magnetische Pole im Kern geschaffen werden.
Bei sehr schnell drehenden Zentrifugetrommeln, deren Lager hochbelastet werden, kann durch kleine Ursachen der Verschleiss der Lager sehr schnell zu nehmen. Die erhöhte Reibung in den Lagern infolge dieses Verschleisses kann nun leicht eine Kalamität veranlassen, wenn nicht augenblicklich die Drehzahl der Trommel herabgesetzt wird. Ein synchron dre hender Motor hat aber den Nachteil, dass eine er höhte Lagerreibung sich erst manifestiert, wenn der Rotor ausser Tritt fällt. Anfänglich wird der Motor versuchen, den Synchronismus dadurch aufrechtzu erhalten, dass er mehr Leistung aus dem Generator aufnimmt.
Eine Überwachung der aufgenommenen Leistung des Motors zur Bestimmung des Zustan des der Lager ist bei Motoren dieser Art schwer zu verwirklichen, da durch den erforderlichen verhält- nismässig breiten Luftspalt und die niedrige Nutz leistung des Motors die aufgenommene Leistung nur für einen kleinen Teil aus Watt-Leistung besteht.
Gebraucht man zum beabsichtigten Zweck einen Asynchronmotor, so manifestiert sich eine Änderung der Lagerreibung in eine Änderung des Schlupfes, d. h. der Drehzahl der Zentrifugetrommel. Die Er findung hat den Zweck, einen Motor zu schaffen, der sich als Asynchronmotor verhält. Sie besteht darin, dass der Kern durch einen Spalt von der Rotor hülse getrennt und in bezug auf den Stator fest an geordnet ist und dass das magnetische Material des Kernes eine sehr geringe Hysteresis hat.
Dadurch, dass der Kern stillstehen bleibt, wenn der Körper dreht, wird der bei einem mitdrehenden Kern erfah rene Nachteil vermieden, dass durch ungleichmässige Verteilung der auf den Rotor ausgeübten magneti schen Kräfte ein ungünstiger Einfluss auf die Dre hung des Körpers, z. B. der Zentrifugetrommel, aus geübt wird. Ein anderer Vorteil des stillstehenden Kernes ist, dass er keine den sehr grossen Zentri fugalkräften gewachsene mechanische Festigkeit zu besitzen braucht.
Für das Material des Kernes haben Ferrite sich sehr geeignet gezeigt.
Zur Erläuterung dient die Zeichnung. Darin zeigen Fig. 1 teilweise einen Durchschnitt und teilweise eine Ansicht einer beispielsweisen Ultrazentrifuge, und Fig. 2 in grösserem Masstabe einen Durchschnitt des unteren Endes dieser Zentrifuge mit einem er- findungsgemässen Motor zum Antreiben der Zen trifugentrommel.
In der Zeichnung ist 1 ein festes geschlossenes Gehäuse. In diesem ist eine Zentrifugentrommel 2 zentral angeordnet. Im Raum 3 zwischen der Trom- mel 2 und dem Gehäuse 1 wird ein hohes Vakuum aufrechterhalten. Mit 4 sind Schraubenabdichtungen angegeben, die nach dem Prinzip der Holweck-Mo- lekularpumpe arbeiten.
Die Zentrifugentrommel wird durch einen elektrischen Drehfeldmotor 5, 6 angetrieben und steht mit einem Stift 7 auf einer an einem Block 8a angeordneten Stiftlagerpfanne 8 (Fig. 2). Am oberen Ende der Trommel 2 ist ein permanenter Magnet 9 befestigt, der durch einen in einem Block 10 angeordneten magnetischen Körper, z.
B. einem permanenten Magneten (nicht sichtbar), angezogen wird und die Trommel 2 in der senkrech ten Lage hält. Das zu scheidende Gemisch wird durch das feste Rohr 11 hindurch in die Trommel 2 geführt und die voneinander geschiedenen Bestand teile dieses Gemisches werden bei 12 aus dem Raum 13 bzw. bei 14 aus dem Raum 15 abgeführt.
Der Motor ist mit einem Stator 6 aus ferromagne- tischem Material mit Wicklungen versehen, die in nerhalb des Stators ein Drehfeld erzeugen. Der Ro tor dieses Motors besteht aus einer an der Zentri- fugentrommel gebildeten Rotorhülse 5 aus elektrisch gut leitendem Material, z. B. Aluminium, innerhalb welcher Hülse ein Kern 16 aus ferromagnetischem Material mit sehr geringer Hysteresis angeordnet ist.
Der Kern 16 ist fest angebracht und die Rotorhülse 5 kann frei im Spalt zwischen dem Stator 6 und dem Kern 16 drehen. Diese feste Anordnung des Kernes 16 macht es notwendig, dass das Material des Ker nes eine sehr geringe Hysteresis und eine niedrige elektrische Leitfähigkeit hat, so dass die Hysteresis- und Wirbelstromverluste infolge des Drehfeldes ver- nachlässigbar klein sind.
Der Vorteil dieser Ausfüh rung ist, dass keine einseitigen und veränderlichen radialen magnetischen Kräfte infolge des Drehfeldes und gegebenenfalls schwingender Bewegungen der Zentrifugentrommel 2 auf die Rotorhülse 5 ausgeübt werden. Durch diesen Drehfeldmotor wird daher die Stabilität der Zentrifugetrommel nicht gefährdet. Ausserdem wirken auf den Kern keine Zentrifugal kräfte, so dass seine mechanische Festigkeit diesen Kräften nicht angepasst zu sein braucht. Der Kern kann mit Vorteil aus Ferriten hergestellt sein oder diese Eisenverbindungen enthalten. PATENTANSPRUCH
Rotary field motor for driving a rapidly rotating body The invention relates to a rotating field motor for driving a rapidly rotating body pers, z. B. the drum of an ultracentrifuge for separating a gaseous mixture; provided with a stator made of ferromagnetic material with windings, a rotatable rotor sleeve mounted centrally in or around the stator made of electrically conductive material and a core (in the latter case the core is a ring) made of ferromagnetic material and arranged concentrically in or around the rotor sleeve Material.
To drive the drum of an Ultrazentri fuge one has already proposed a rotating field motor of this type, the core being attached to the rotor sleeve and made of magnetic material with strong hysteresis. This motor starts up like a Ferraris motor due to the eddy currents generated in the rotor sleeve and, after starting, rotates synchronously with the rotating field due to the hysteresis effect of the core, which creates fixed magnetic poles in the core.
In the case of very fast rotating centrifuge drums, the bearings of which are highly loaded, the wear of the bearings can increase very quickly due to small causes. The increased friction in the bearings as a result of this wear can now easily cause a calamity if the speed of the drum is not reduced immediately. A synchronously rotating motor has the disadvantage that increased bearing friction only manifests itself when the rotor falls out of step. Initially, the engine will try to maintain synchronism by drawing more power from the generator.
Monitoring the power consumed by the motor to determine the condition of the bearings is difficult to achieve with motors of this type, since the required relatively wide air gap and the low useful power of the motor mean that the power consumed is only a small part of the wattage. Performance exists.
If an asynchronous motor is used for the intended purpose, a change in the bearing friction manifests itself in a change in the slip, i. H. the speed of rotation of the centrifuge drum. The purpose of the invention is to create a motor that behaves as an asynchronous motor. It consists in that the core is separated from the rotor sleeve by a gap and is firmly arranged with respect to the stator and that the magnetic material of the core has very little hysteresis.
The fact that the core remains stationary when the body rotates, the disadvantage experienced with a co-rotating core is avoided that, due to uneven distribution of the magnetic forces exerted on the rotor, an unfavorable influence on the rotation of the body, eg. B. the centrifuge drum is exercised from. Another advantage of the stationary core is that it does not need to have any mechanical strength that has grown due to the very large centrifugal forces.
Ferrites have proven to be very suitable for the material of the core.
The drawing serves as an explanation. 1 shows partly a cross section and partly a view of an exemplary ultracentrifuge, and FIG. 2 shows, on a larger scale, a cross section of the lower end of this centrifuge with a motor according to the invention for driving the centrifuge drum.
In the drawing, 1 is a solid closed case. In this a centrifuge drum 2 is arranged centrally. In the space 3 between the drum 2 and the housing 1, a high vacuum is maintained. Screw seals that work on the principle of the Holweck molecular pump are indicated by 4.
The centrifuge drum is driven by an electric rotating field motor 5, 6 and stands with a pin 7 on a pin bearing socket 8 arranged on a block 8a (FIG. 2). At the upper end of the drum 2, a permanent magnet 9 is attached, which is supported by a magnetic body arranged in a block 10, e.g.
B. a permanent magnet (not visible) is attracted and the drum 2 holds in the vertical th position. The mixture to be separated is passed through the fixed tube 11 into the drum 2 and the constituent parts of this mixture that are separated from one another are discharged at 12 from space 13 and at 14 from space 15.
The motor is provided with a stator 6 made of ferromagnetic material with windings which generate a rotating field within the stator. The Ro tor of this motor consists of a rotor sleeve 5 formed on the centrifuge drum and made of a highly electrically conductive material, e.g. B. aluminum, within which sleeve a core 16 made of ferromagnetic material with very little hysteresis is arranged.
The core 16 is firmly attached and the rotor sleeve 5 can rotate freely in the gap between the stator 6 and the core 16. This fixed arrangement of the core 16 makes it necessary for the material of the core to have a very low hysteresis and a low electrical conductivity, so that the hysteresis and eddy current losses due to the rotating field are negligibly small.
The advantage of this embodiment is that no one-sided and variable radial magnetic forces are exerted on the rotor sleeve 5 as a result of the rotating field and possibly oscillating movements of the centrifuge drum 2. The stability of the centrifuge drum is therefore not endangered by this rotating field motor. In addition, no centrifugal forces act on the core, so that its mechanical strength does not need to be adapted to these forces. The core can advantageously be made of ferrites or contain these iron compounds. PATENT CLAIM