DE1015119B - Elektromotor mit einer Magnetpulverkupplung - Google Patents

Elektromotor mit einer Magnetpulverkupplung

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DE1015119B
DE1015119B DEE9369A DEE0009369A DE1015119B DE 1015119 B DE1015119 B DE 1015119B DE E9369 A DEE9369 A DE E9369A DE E0009369 A DEE0009369 A DE E0009369A DE 1015119 B DE1015119 B DE 1015119B
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DE
Germany
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magnetic particle
electric motor
particle clutch
rotor
motor
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Pending
Application number
DEE9369A
Other languages
English (en)
Inventor
Dr-Ing Otto Grebe
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
Original Assignee
ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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Publication date
Application filed by ELMEG Elektro Mechanik GmbH filed Critical ELMEG Elektro Mechanik GmbH
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Publication of DE1015119B publication Critical patent/DE1015119B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K7/00Arrangements for handling mechanical energy structurally associated with dynamo-electric machines, e.g. structural association with mechanical driving motors or auxiliary dynamo-electric machines
    • H02K7/10Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/108Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction clutches
    • H02K7/1085Magnetically influenced friction clutches

Description

  • 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.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektromotor mit einem auf der Abtriebswelle drehbar gelagerten Läufer und einer innerhalb des Läufers zwischen diesem und der Abtriebswelle angeordneten Magnetpulverkupplung, deren Primärteil vom Motorläufer gebildet wird, vorzugsweise für Steuer- und Regelzwecke, dadurch:; gekennzeichnet, daß der den Primärteil der Magnetpulverkupplung bildende Innenteil des Motorläufers gegen den magnetischen Fluß des Elektromotors 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.
  2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil der Magnetpulverkupplung als Doppel-T-Anker ausgebildet ist, dessen Stromzuführungen an auf der Abtriebswelle angeordnete Schleifringe geführt sind.
  3. 3. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil der Magnetpulverkupplung als genuteter Anker mit verteilter Erregerwicklung ausgeführt ist, dessen Stromzuführungen an auf der Abtriebswelle angeordnete Schleifringe geführt sind.
  4. 4. Elektromotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil der Magnetpulverkupplung nach außen durch ein Rohr abgeschlossen ist, dem unter Bildung eines Ringspaltes, der mit einem fließfähigen, magnetisierbaren Mittel ausgefüllt ist, ein den Motorläufer nach innen abschließendes Rohr konzentrisch gegenübersteht.
  5. 5. Elektromotor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsspalt der Magnetpulverkupplung unmittelbar durch die Bleche des Motorläufers und des Sekundärteiles der Magnetpulverkupplung begrenzt ist, wobei die Wickelköpfe der Erregerwicklung durch Kappen abgeschlossen sind.
  6. 6. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Läufereisen des Elektromotors zur Abgrenzung der magnetischen Flüsse von Motor und Magnetpulverkupplung mit Luftspalten versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 846 876; USA.-Patentschrift Nr. 2 663 809.
DEE9369A 1954-08-02 1954-08-02 Elektromotor mit einer Magnetpulverkupplung Pending DE1015119B (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4808869A (en) * 1987-11-18 1989-02-28 Sundstrand Corp. Integral magnetic torque limiting coupling/motor
EP1480321A1 (de) * 2003-05-19 2004-11-24 Robert Bosch Gmbh Elektrisches Antriebsaggregat

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE846876C (de) * 1950-08-31 1952-08-18 Adolf Zeller Wechselstrommotor
US2663809A (en) * 1949-01-07 1953-12-22 Wefco Inc Electric motor with a field responsive fluid clutch

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