-
Elektromotor mit einer Magnetpulverkupplung Bei vielen Aufgaben der
Antriebs-, Steuerungs- und Regelungstechnik wirkt es sich nachteilig aus, daß das
Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment bei den Elektromotoren der verschiedensten
Bauarten sehr klein ist. Viel günstiger liegen die Verhältnisse bei Hydraulikmotoren,
besonders bei hohen Drücken, die daher in steigendem Maße für steuerbare Hilfsantriebe,
beispielsweise bei Werkzeugmaschinen, eingesetzt werden. Selbst mit Kurzschlußläufermotoren,
die das kleinste Läufergewicht aller Elektromotoren haben, ist es nicht möglich,
auch nur angenähert die Größenordnung des Verhältnisses von Drehmoment zu Trägheitsmoment
zu erreichen, das die handelsüblichen Hydraulikkolbenmotoren bei Drücken über 20
atü Öldruck besitzen. Hinzu kommt noch die schlechte Steuerbarkeit der Kurzschlußläufermotoren.
Bei den besser steuerbaren Gleichstrommotoren wird das Verhältnis von Drehmoment
zu Trägheitsmoment noch ungünstiger als beiden Drehstrommotoren. Setzt man das Verhältnis
von Drehmoment zu Trägheitsmoment bei den handelsüblichen Hydraulikkolbenmotoren
bei 35 atü Nenndruck gleich 1 an, dann liegt dieses Verhältnis bei den Elektromotoren
bei 1/6 bis 1/12, wenn das Nennmoment angesetzt wird, und bei 1/3 bis 1/6, wenn
das doppelte Nennmoment angesetzt wird. Dabei gelten die kleineren Verhältnisse
für größere Motoren bis etwa 20 kW.
-
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Elektromotor mit
sehr kleinem Trägheitsmoment an der Welle zu schaffen, mit dem das Verhältnis von
Drehmoment zu Trägheitsmoment erheblich günstiger als bei den Elektromotoren der
bisherigen Bauart und sogar günstiger als bei den umlaufenden Hydraulikmotoren der
heute üblichen Bauart, abgesehen von dem einfachen Hydraulikzylinder, gestaltet
werden kann. Dabei wird ausgegangen von der an sich bekannten Verwendung von Kupplungen
zwischen dem elektrischen Antriebsmotor und der Arbeitsmaschine.
-
Es ist z. B. ein Drehstrommotor mit einem auf der Abtriebswelle drehbar
gelagerten Läufer bekanntgeworden, innerhalb dessen Läufer zwischen diesem und der
Abtriebswelle eine Magnetpulverkupplung angeordnet ist, wobei der Motorläufer gleichzeitig
den Primärteil der Magnetpulverkupplung darstellt. Zwischen dem Motorläufer und
dem mit der Abtriebswelle des Motors fest verbundenen Sekundärteil der Magnetpulverkupplung
befindet sich das magnetisierbare Mittel, welches ein in Abhängigkeit von der Änderung
des Magnetflusses des Motors zwischen Stillstand und Nenndrehzahl sich änderndes
Drehmoment überträgt. Die Magnetisierüng des magnetisierbaren Mittels wird dabei
also nur durch den Hauptfluß des Drehstrommotors bewirkt. Es ist auch bekannt, diese
Magnetpulverkupplung mit einer eigenen Erregerwicklung zu versehen, jedoch ist diese
Erregerwicklung nur für die Unterstützung des magnetischen Flusses des Motors vorgesehen.
Die Erregerspannung wird in diesem Falle auf induktivem Wege gewonnen und ist abhängig
von der Drehzahl des Motorläufers. Dieses bedingt, daß der Kupplungsgrad zwischen
Motorläufer und Abtriebswelle immer in einer festen Beziehung zum magnetischen Fluß
bzw. zur Drehzahl des Motors steht. Eine Änderung des Kupplungsgrades unabhängig
vom Motor ist also nicht möglich. Dieser bekannte Motor ist infolgedessen z. B.
für Steuer- und Regelungsaufgaben wenig geeignet.
-
Um einen Elektromotor mit sehr kleinem abtriebsseitigem Trägheitsmoment
und leicht steuerbarem Drehmoment zu erhalten, wird erfindungsgemäß ein Elektromotor
vorgeschlagen, bei welchem der den Primärteil einer Magnetpulverkupplung bildende
Innenteil des Motorläufers gegen den magnetischen Fluß des Motors abgeschirmt ist
und der mit der Abtriebswelle starr verbundene, walzenförmig mit möglichst kleinem
Durchmesser ausgebildete Sekundärteil der Magnetpulverkupplung eine Erregerwicklung
trägt, deren Erregerstrom unabhängig vom Motor steuerbar ist.
-
Der Sekundärteil der Magnetpulverkupplung kann z. B. als Doppel-T-Anker
oder als genuteter Anker mit verteilter Wicklung ausgebildet sein, wobei die Stromzuführungen
in beiden Fällen an auf der Abtriebswelle angeordnete Schleifringe geführt werden.
Begrenzt man dem. Sekundärteil der Magnatpulverkupplung beispielsweise nach außen
durch ein dünnwandiges Rohr und schließt man den Motorläufer nach
innen
ebenfalls durch ein dünnes Rohr ab, so ergibt sich bei konzentrischer Anordnung
von Sekundärteil der Magnetpulverkupplung und Motorläufer zwischen beiden ein Arbeitsspalt,
der mit einem fließfähigen magnetisierbaren Mittel gefüllt wird. Natürlich kann
der Arbeitsspalt auch unmittelbar durch die Bleche des Motorläufers und des Sekundärteiles
der Magnetpulverkupplung begrenzt werden. Zur Abgrenzung der magnetischen Flüsse
von Motor und Magnetpulverkupplung kann das Läufereisen des Elektromotors mit Luftspalten
versehen sein.
-
Da es möglich ist, derartige walzenförmige Magnetpulverkupplungen
mit sehr kleinem abtriebsseitigen Trägheitsmoment zu bauen, ergibt sich bei dem
vorgeschlagenen Motor ein Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment, das um etwa
das 3- bis 4fache größer ist als bei den handelsüblichen Hydraulikmotoren bei 35
atü Öldruck und damit um etwa 20mal größer ist als bei allen übrigen Elektromotoren.
Da die Kupplung außerdem gegen den Magnetfluß des Motors abgeschirmt und unabhängig
vom Motor steuerbar ist, ist der erfindungsgemäße Motor insbesondere für Steuerungen
und Regelungen vorzüglich geeignet.
-
In der Zeichnung ist in Fig. 1 und 2 ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen
Elektromotors dargestellt, wobei Fig. 1 einen Längsschnitt und Fig. 2 einen Querschnitt
nach Linie A-B der Fig. 1 wiedergibt.
-
Mit 1 ist darin das Ständergehäuse eines Drehstrom-Kurzschlußläufer-Motors
bezeichnet, das über die Rippen 2 das Ständerpaket 3 mit der Drehstromwicklung 4
trägt. Der Läufer 5 ist beispielsweise mit Rundstäben 6 ausgerüstet, die über die
Stirnringe 7 kurzgeschlossen sind. Die Stirnringe 7 tragen ihrerseits noch die Lüfterflügel
8. Der Läufer 5 ist über Flansche 10 mit einem dünnwandigen Eisenrohr 9 verbunden,
das an seinen Stirnseiten durch je eine Scheibe 11 abgeschlossen wird, die je ein
Kugellager 12 tragen, über die der Läufer 5 frei auf der Welle 13 läuft. Fest mit
der Welle 13 dagegen ist das Blechpaket 14 verbunden, das im Querschnitt beispielsweise
die Form eines Doppel-T-Stückes hat und in Verbindung mit der Erregerwicklung 15
zur Erregung der Magnetpulverkupplung dient. Statt des Doppel-T-Ankers als einfachste
Form kann auch ein genuteter Anker mit der üblichen zweipoligen verteilten Erregerwicklung
genommen werden.
-
Diese Erregerteile der Magnetpulverkupplung werden konzentrisch von
einem Rohr 16 umgeben, mit dem sie fest verbunden sind. An den Stirnseiten ist dieses:
Rohr 16 über die beiden Stirnstücke 17 fest mit der Welle 13 verbunden. Zwischen
den Rohren 9 und 16 befindet sich ein Spalt, der mit einem geeigneten fließfähigen
magnetisierbaren Mittel, beispielsweise trockenem Magnetpulver aus feinen möglichst
kugeligen Körnern von der Größenordnung 0,1 bis 0,3 mm ausgefüllt wird. Die Menge
des magnetisierbaren Mittels wird dabei so gewählt, daß der Spalt gerade voll ausgefüllt
ist, wenn der Läufer mit seiner Nenndrehzahl rotiert. Die Erregerwicklung 15 der
Magnetpulverkupplung wird zu zwei Schleifringen 18 geführt, auf denen Bürsten 19
schleifen, an die eine Erregerstromquelle angeschlossen wird. Die Welle 13 läuft
in Kugellagern 20, die in den Lagerschildern des Motorgehäuses 21 untergebracht
sind. Abweichend von der gezeigten Ausführung kann der Arbeitsspalt der Magnetpulverkupplung
zur Verbesserung der Wärmeabfuhr auch von den Blechen des Läuferblechpaketes und
des Ankerblechpaketes selbst begrenzt werden. Die Wickelköpfe der Erregerwicklung
können hierbei durch zusätzliche Stirnkappen abgeschlossen werden.
-
Fig. 2 läßt vier kreisförmige Luftschlitze 22 erkennen, die die beiden
Flußhälften 23' der Magnetpulvererregung von den Flüssen 23" des eigentlichen Motors
abschirmen. Die Stege 24 sind dabei nur durch die mechanische Festigkeit bedingt
und sollen so schmal wie möglich gehalten werden.
-
Wird die Magnetpulverkupplung nicht erregt, so dreht sich der Läufer
über seine Kugellager 12 auf der Welle 13, ohne diese Welle mitzunehmen. Die Magnetpulverkupplung
wird also außen angetrieben. Dabei tritt erfahrungsgemäß im Leerlauf keinerlei Abnutzung
des magnetisierbaren Mittels im Spalt zwischen den Rohren 9 und 16 auf. Wird nun
die Magnetpulverkupplung erregt, so versteift sich das magnetisierbare Mittel im
Spalt zwischen den Rohren 9 und 16 entsprechend dem Erregerstrom. Dabei ist bekanntlich
das Drehmoment an der Welle 13 proportional dem Erregerstrom. Drehmomente und axiale
Schubkräfte brauchen von den Lagern 11 nicht aufgenommen zu werden, weil bei der
symmetrischen Anordnung von Läufer und Kupplung alle Kräfte symmetrisch wirken und
sich in bezug auf ihre gemeinsame Achse aufheben. Da der Läufer immer mit seiner
vollen Drehzahl läuft, ergeben sich auch sehr gute Kühlverhältnisse. Bei Arbeitsmaschinen,
die häufig aus-und eingeschaltet werden müssen, läßt sich mit der vorliegenden Anordnung
die sonst bei jedem neuen Anlauf des Motors erforderliche große Anlaufleistung einsparen.