DE1039614B - Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung - Google Patents

Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung

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DE1039614B
DE1039614B DEL21917A DEL0021917A DE1039614B DE 1039614 B DE1039614 B DE 1039614B DE L21917 A DEL21917 A DE L21917A DE L0021917 A DEL0021917 A DE L0021917A DE 1039614 B DE1039614 B DE 1039614B
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Germany
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winding
induction machine
electric induction
slip clutch
laminated
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DEL21917A
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English (en)
Inventor
Gerhard Hagedorn
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dynamo-Electric Clutches, Dynamo-Electric Brakes (AREA)

Description

  • Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung Elektrische Induktionsmaschinen, zu denen im weiteren Sinne alle Maschinen gehören, die aus einem mit Gleichstrom oder Wechselstrom bzw. Mehrphasenstrom gespeisten Primärteil, dem Induktor, und aus einem mit einer Wicklung versehenen Sekundärteil, dem induzierten Teil, bestehen, werden bekanntlich im Hinblick auf einen gewünschten Drehmomentschlupf bzw. Drehmomentstromverlauf sekundärseitig mit den verschiedensten Wicklungen versehen. So hat z. B. durch besondere Formgebung der den Kurzschlußkäfig bildenden Stäbe (z. B. Keilstäbe oder mit Ausnehmungen versehene Stäbe) oder aber auch durch Mehrfachkäfige, bei denen der bekannte Stromverdrängungseffekt ausgenutzt wird, dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßte Drehmomentcharakteristiken der Induktionsmaschine erzielt. Derartige Spezialwicklungen sind jedoch teuer, und ihre Herstellung ist besonders bei großen Querschnitten sehr schwierig. Dieser Nachteil fällt besonders bei Schlupfkupplungen ins Gewicht, die ebenfalls eine ganz spezielle Drehmomentcharakteristik, nämlich möglichst kleinen Schlupf beim Nenndrehmoment und ein besonders großen Drehmoment bei großem Schlupf (beim Anfahren), aufweisen sollen. Es läßt sich zwar, wie bereits gesagt, diese Drehmomentcharakteristik durch Stromverdrängungskäfigwicklungen weitgehend erreichen, die erfindungsgemäße Anordnung benötigt jedoch hierfür einen weit geringeren Aufwand.
  • Es ist darüber hinaus ein asynchroner Wechselstrominduktionsmotor bekanntgeworden, dessen Sekundärteil einen lamellierten, wicklungtragenden Abschnitt und einen aus massivem Eisen bestehenden Abschnitt aufweist. Diese Aufteilung des Läufers erfolgt jedoch nicht etwa zur Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik, sondern man benutzte dort jeden Läuferteil nacheinander, und zwar den lamellierten, wicklungtragenden Teil als normalen Asynchronläufer und den massiven Teil als Sekundärteil einer Wirbelstrombremse. Entsprechend wurden auch zwei Induktoren benutzt, die nacheinander Strom führten, wobei der eine Induktor nur für den Motorbetrieb und der andere nur für den Bremsbetrieb erregt wurde. Diese bekannte Bauform ist deshalb lediglich als bauliche Vereinigung eines Asynchronmotors mit einer Wirbelstrombremse anzusehen. Eine vorteilhafte Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik einer elektrischen Maschine gelingt damit nicht. Das gleiche gilt für die ebenfalls bekanntgewordene Bauform eines Gleichstrommotors, dessen Anker mit einem sogenannten Wirbelstromzylinder verbunden wurde. Dieser aus massivem Eisen bestehende Wirbelstromzylinder konnte mittels eines Fliehkraftreglers axial verschoben werden, wodurch er in den Bereich des Motorfeldes oder eines besonderen Bremsfeldes gelangte und ein Drehmoment erzeugt wurde, das demjenigen des Gleichstrommotors entgegenwirkte. Auch damit wurde also nur eine Bremse baulich mit einem Elektromotor vereinigt.
  • Bekannt ist ferner eine elektromagnetische Schlupfkupplung, deren ringförmiger Sekundärteil zwischen den einander gegenüberliegenden Polen des Primärteiles umläuft und der insgesamt entweder aus massivem oder lamelliertem Eisen besteht. Eine bestimmte Drehmomentcharakteristik wird bei dieser bekannten elektromagnetischen Schlupfkupplung dadurch erzielt, daß entweder nur eine der beiden den Polen des Primärteiles zugewendeten Ringflächen des Sekundärteiles eine Kurzschlußwicklung trägt und die andere unbewickelt bleibt, oder aber dadurch, daß beide Ringflächen des Sekundärteiles Kurzschlußwicklungen tragen, die jedoch für verschiedene Drehmomentcharakteristiken ausgelegt worden sind. In beiden Fällen addieren sich die verschiedenen Drehmomente zu einem resultierenden Drehmoment. Nachteilig an dieser bekannten Anordnung ist die schlechte Ausnutzung des Eisens; denn es ergibt beispielsweise der geblechte Sekundärteil ohne Wicklung im Bereich höheren Schlupfes ein geringeres Drehmoment als etwa ein massiver, wicklungsloser Sekundärteil, und umgekehrt ist das erzeugte Drehmoment bei Verwendung eines massiven, wicklungtragenden Sekundärteiles entschieden geringer als etwa dasjenige, das mit einem lamellierten., wicklungtragenden Sekundärteil erzeugt werden kann. Eine dieser ungünstigen Konstruktionen muß bei dieser bekanntgewordenen elektromagnetischen Schlupfkupplung in Kauf genommen werden. Bei dieser bekannten Anordnung ist außerdem die Anzahl der Pole in beiden Polsystemen gleich, während die beiden ungleichen Sekundärteile, wenn die günstige Drehmomenterzeugung gewährleistet werden soll, verschiedene Polzahlen bedingen.
  • Gegenstand der Erfindung ist eine elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, deren Primärteil aus einem oder mehreren miteinander fest verbundenen und mit Gleich- oder Wechselstrom gespeisten Induktoren besteht. Erfindungsgemäß weist der Sekundärteil innerhalb der wirksamen Induktoroberfläche sowohl lamellierte Eisenteile mit Wicklung als auch massive Eisenteile frei von jeder Wicklung auf, und bei zwei oder mehr Induktoren ist die Schaltung so getroffen, daß diese gleichzeitig Strom führen. Der mit dieser Anordnung erreichte Effekt sei an Hand der Fig. 1 erläutert. Dort ist über dem Schlupf das Drehmoment aufgetragen, und zwar zeigt die Kurve a die Abhängigkeit des Drehmomentes vom Schlupf bei einer Kupplung mit normaler Käfigwicklung, deren Länge lk für die weitere Betrachtung gleich 1 gesetzt werde (s. Fig. 1 und Fig. 2 bis 7) und die keinen durch besondere Formgebung erzielten Stromverdrängungseffekt aufweist, während die Kurve b für eine Kupplung gilt, die nur einen massiven, nicht lamellierten, wicklungslosen Sekundärteil besitzt, dessen Länge lm die Hälfte der Länge des Sekundärteiles der Kupplung beträgt, für die die Kurve a gilt, d. h. lm=0,5 lk. Verbindet man nun beide Kupplungen primärseitig und sekundärseitig mechanisch miteinander, so addieren sich die Drehmomente, und die neue Kupplung zeigt eine Charakteristik, wie sie mittels der Kurve c dargestellt wurde. Eine solche Charakteristik entspricht bereits weitgehend den eingangs gestellten Forderungen eines großen Anzugsmomentes und eines kleinen Betriebsschlupfes. Man kann selbstverständlich den Einfluß des massiven Sekundärteiles noch verstärken, indem man dem massiven, wicklungslosen Teil die gleiche aktive Länge gibt wie dem wicklungtragenden Teil. Eine Kupplung, die nur einen massiven, wicklungslosen Teil der aktiven Länge lm=lk besitzt, liefert eine Drehmomentcharakteristik entsprechend der Kurve d. Beide Sekundärteile in einer Kupplung vereinigt liefern eine Drehmomentcharakteristik nach Kurve (1k=1; 1m=lk). Hier erreicht das Anfahrmoment bereits fast das Kippmoment. Zum Vergleich wurde in das Diagramm gemäß Fig. 1 noch die Kennlinie f eingetragen, die für eine Kupplung mit normaler Käfigwicklung gilt, deren Sekundärteil eine aktive Länge besitzt, die das Eineinhalbfache der Länge des Sekundärteiles der Kupplung mit der Kennlinie a beträgt (1k=1,5). Ein Vergleich der Kennlinien c und f, die also beide für Kupplungen gelten, deren Sekundärteile die gleiche aktive Länge besitzen, zeigt deutlich den außerordentlichen Vorteil der neuen Kupplung. Während gemäß der Kennlinie f ein übermäßig hohes Kippmoment und ein nicht ausreichendes Stillstandsmoment vorhanden sind, zeigt die Kennlinie c, die für die erfindungsgemäße Anordnung gilt, ein normales Kippmoment und ein hohes Stillstandsmoment.
  • Bei getrennten Primärteilen kann man durch verschiedene Polzahlen und verschiedene aktive Längen jede gewünschte Drehmomentcharakteristik erreichen, und zwar bei kleinstem Material- und Arbeitsaufwand.
  • Bei asynchronanlaufenden Synchronmotoren oder bei Asynchronmotoren bedeutet eine Drehmoment-Schlupf-Kennlinie c oder e hohes Anzugsmoment bei hohem Intrittfallmoment bzw. kleinem Betriebsschlupf. Auch die Anlaufströme werden günstig beeinflußt.
  • Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei erfindungsgemäß ausgebildeten Schlupfkupplungen dadurch, daß bei gleichem Drehmomenteffekt die Polzahlen herabgesetzt werden können, was sich günstig auf Erregerleistung und Gewicht auswirkt.
  • Die Fig. 2 bis 6 zeigen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Induktionsmaschine an Hand einer Schlupfkupplung, während Fig. 7 die Anwendung des Erfindungsgedankens auf einen Bremsgenerator zeigt. Fig. 2 zeigt eine Schlupfkupplung, deren Primärteil aus dem Joch 1 und den mit einer Gleichstromwicklung 2 versehenen Polen 3 besteht. Die Länge der Polschuhe dieser Pole wurde so groß bemessen, daß jeweils ein Polschuh die gesamte Länge sowohl des mit der Kurzschlußwicklung 4 versehenen lamellierten Sekundärteiles 5 als auch die Länge des massiven Sekundärteiles 6 überdeckt.
  • Man kann jedoch auch, wie aus Fig. 3 hervorgeht, den Sekundärteil der Schlupfkupplung so ausbilden, daß zwei massive Eisenteile 7 und 8, die keine Wicklung tragen, symmetrisch zu einem mit einer Wicklung 9 versehenen Teil 10 angeordnet sind. In diesem Falle dienen die massiven, wicklungslosen Sekundärteile gleichzeitig als Fliehkrafthalteringe.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Schlupfkupplung. Dort besteht der Primärteil aus einem Polrad 11 mit besonders starken Polschuhen 12, die von den symmetrisch zu einem wicklungtragenden Teil 13 angeordneten massiven. wicklungslosen Sekundärteilen 14 und 15 umfaßt werden.
  • Es kann weiterhin vorteilhaft sein, wie in Fig. 5 dargestellt, wenn am Umfang des Sekundärteiles 16 lamellierte, mit Wicklung versehene Zonen 17 und massive, wicklungslose Zonen 18 abwechseln.
  • Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem zwei magnetisch getrennte, axial nebeneinanderliegende Primärteile 19 und 20 vorhanden sind, von denen der Primärteil 19 den wicklungtragenden Sekundärteil 21 und der Primärteil 20 den massiven, wicklungslosen Sekundärteil 22 induziert. Diese Anordnung mit axial nebeneinanderliegenden Primärteilen erlaubt eine weitere wirksame Beeinflussung der Drehmomentcharakteristik insofern, als die Polzahlen der beiden Primärteile voneinander verschieden gewählt werden können.
  • Fig. 7 zeigt die erfindungsgemäße Ausführungsform eines Bremsgenerators. Der Primärteil besteht dort aus einem Polrad 23, das von einem weiteren, mechanisch mit dem Polrad 23 verbundenen zylindrischen, einseitig offenen Hohlkörper 24 umschlossen wird, der seinerseits radial nach innen weisende Pole besitzt. In den ringförmigen Raum zwischen diesen beiden Polkränzen ragt der feststehende Sekundärteil 26 hinein, der seinerseits als einseitig offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist. Der zylindrische Abschnitt dieses Sekundärteiles übernimmt hier die Funktion des massiven wicklungslosen Teiles 27, an dem der lamellierte wicklungtragende Teil 28 befestigt ist. Selbstverständlich kann man auch umgekehrt den Primärteil feststehend und den Sekundärteil rotierend anordnen.
  • Wie bereits erwähnt, sind mit den dargestellten Ausführungsbeispielen die Anwendungsmöglichkeiten einer erfindungsgemäßen Induktionsmaschine nicht erschöpft. Die gleichen Vorteile werden erreicht, wenn man in der erfindungsgemäßen Weise Synchronmotoren, Asynchronmotoren oder Drehmomentgeber gestaltet.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, deren Primärteil aus einem oder mehreren miteinander fest verbundenen und mit Gleich- oder Wechselstrom gespeisten Induktoren besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil innerhalb der wirksamen Induktoroberfläche sowohl lamellierte Eisenteile mit Wicklung als auch massive Eisenteile frei von jeder Wicklung aufweist und daß bei zwei oder mehr Induktoren die Schaltung so getroffen ist, daß diese gleichzeitig Strom führen.
  2. 2. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sekundärteil außer dem lamellierten Teil mit Wicklung zwei massive Eisenteile ohne Wicklung besitzt, die symmetrisch zu dem lamellierten Teil angeordnet sind.
  3. 3. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil als Polrad mit besonders starken Polschuhen ausgebildet ist, die von den symmetrisch zu einem wicklungtragenden, lamellierten Teil angeordneten massiven, wicklungslosen Sekundärteilen umfaßt werden.
  4. 4. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die massiven, wicklungslosen Sekundärteile gleichzeitig als Fliehkrafthalteringe für die Wicklung des Mittelteiles ausgebildet sind.
  5. 5. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Sekundärteiles lamellierte Zonen mit Wicklung und massive Zonen ohne Wicklung abwechseln.
  6. 6. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei magnetisch getrennte, axial nebeneinanderliegende Primärteile vorhanden sind, von denen der eine den wicklungtragenden, lamellierten Sekundärteil und der andere den massiven, wicklungslosen Sekundärteil induziert.
  7. 7. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Schlupfkupplung, nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, da.ß die beiden axial nebeneinanderliegenden Primärteile verschiedene Polzahlen haben. B. Elektrische Induktionsmaschine, insbesondere Bremsgenerator, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Primärteil aus einem Polrad besteht, das von einem weiteren, mechanisch mit dem Polrad verbundenen zylindrischen, einseitig offenen Hohlkörper umschlossen wird, der seinerseits radial nach innen weisende Pole besitzt, wobei die Polzahlen beider Systeme verschieden sind, und daß in den ringförmigen Raum zwischen diesen beiden Polkränzen der feststehende Sekundärteil hineinragt, der seinerseits als einseitig offener zylindrischer Hohlkörper ausgebildet ist, dessen zylindrischer Abschnitt den massiven, wicklungslosen Teil darstellt, an dem der lamellierte, wicklungtragende Teil befestigt ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 894 272, 535 378, 144 493, 648 943; britische Patentschrift Nr. 682 124.
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