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Aus einem Elektromotor und mit diesem zusammengebauten Wirbelstromkupplungen
bestehende Maschine Die Erfindung bezieht sich auf eine aus einem Elektromotor und
mit diesem zusammengebauten Wirbelstromkupplungen bestehende Maschine der unten
näher bezeichneten Art, und sie bezweckt eine solche Ausbildung einer derartigen
Maschine, daß diese sowohl zur elektromagnetischen Geschwindigkeitseinstellung als
auch zum Verzögern durch dynamische Bremsung oder, mit geringfügigen Abänderungen,
zur Geschwindigkeitseinstellung durch Bremsen mittels Wirbelströmen verwendbar ist.
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Die Erfindung geht aus von einer bekannten Bauart einer aus einem
Elektromotor und mit diesem zusammengebauten Wirbelstromkupplungen bestehenden Maschine,
bei der auf der in Lagerschilden eines auch den Stator mit der Mehrphasenwicklung
des Motors tragenden Gehäuses gelagerten Ausgangswelle frei drehbar eine den Käfiganker
des Motors tragende hohle Rotorhülse gelagert ist, mit der zwei symmetrisch zu den
beiden Seiten des Käfigankers angeordnete, rotierende Wirbelstromkupplungsteile
drehfest verbunden sind, wobei mit jedem dieser rotierenden Kupplungsteile über
je einen Luftspalt je ein ebenfalls symmetrisch zu dem Käfiganker
angeordneter und mit der Ausgangswelle fest verbundener, Flußschwankungen im Luftspalt
verursachender weiterer aktiver Kupplungsteil zusammenwirkt und zwei elektromagnetisch
steuerbare Erregerteile für die beiden Wirbelstromkupplungen im Inneren des Gehäuses
angeordnet sind.
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Bei dieser bekannten Maschine sind die Erregerspulen der beiden Wirbelstromkupplungen
in den mit der Welle fest verbundenen aktiven Kupplungsteilen angeordnet und müssen
daher über Schleifringe gespeist werden. Außerdem ist bei dieser bekannten Maschine
nur eine Geschwindigkeitseinstellung durch verschieden große Erregung der Erregerspulen
möglich.
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Die Erfindung sieht eine derartige Abänderung und Verbesserung dieser
bekannten Maschine vor, daß die eingangs erwähnte Gesamtaufgabe ohne Verwendung
von Schleifringen, Bürsten oder Kollektoren gelöst wird. Erfindungsgemäß ist bei
einer Maschine der vorerwähnten Art der aktive Kupplungsteil jeder der beiden Kupplungen
unter Bildung eines weiteren magnetfeld durchsetzten Luftspalts zwischen dem Gehäuse
und dem mit der Rotorhülse verbundenen Kupplungsteil angeordnet und jeder der beiden
Kupplungs-Erregerteile ist fest in dem den Stator des Motors tragenden, aus magnetisch
leitfähigem Material bestehenden Gehäuse derart angeordnet, daß sich der magnetische
Kraftfluß der zugehörigen Wirbelstromkupplung bei eingeschaltetem Motor teilweise,
bei abgeschaltetem Motor jedoch voll über den Stator und den Rotor des Motors schließt.
Durch diesen Aufbau wird erreicht, daß nach Abschaltung des Motors dieser durch
den Kraftfluß der Kupplungen kräftig abgebremst wird, ohne im Betrieb zu stark beeinträchtigt
zu werden.
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Es ist zwar bereits bei einer mit einer festen Erregerspule arbeitenden
Wirbelstromkupplung bekannt, zwischen dem aus magnetisch leitfähigein. Material
bestehenden Kupplungsgehäuse und einem mit der Eingangswelle verbundenen rotierenden
Kupplungsteil den aktiven Teil eines mit der Ausgangswelle verbundenen zweiten Kupplungsteils
anzuordnen und den Magnetkreis über das Gehäuse und einen weiteren Luftspalt zu
schließen. Es handelt sich hierbei jedoch lediglich um eine Wirbelstromkupplung
als Maschinenelement und nicht um den Zusammenbau eines Motors mit einer oder mehreren
Wirbelstromkupplungen; die erst durch die Gesamtheit der Erfindungsmerkmale erzielbaren
oben angegebenen vorteilhaften Wirkungen treten hierbei nicht auf.
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Bei mit Antriebsmotoren zusammengebauten Wirbelstromkupplungen ist
es außerdem bekannt, die Erregerwicklung feststehen zu lassen und hierdurch Schleifringe,
Bürsten usw. zu vermeiden.
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Es ist ferner bekannt, bei einem mit einer elektroagnetisch betätigten
Reibungskupplung und einer elektromagnetisch betätigten Reibungsbremse zusammengebauten
Motor den magnetischen Kraftfluß
des Erregerteiles der Reibungskupplung
sich über das Stator- und Rotorblechpaket des Elektromotors schließen zu lassen,
jedoch ist mit dieser bekannten Maschine weder eine Geschwindigkeitseinstellung
durch verschieden große Erregung der Erregerteile möglich, noch wird eine dynamische
Bremsung des Motors nach Abschaltung desselben angestrebt.
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Die Erfindung ist ausschließlich in der Gesamtheit der Merkmale des
Hauptanspruchs zu sehen.
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Zur Erläuterung der Erfindung und ihrer verschiedenen Varianten sei
auf die Ausführungsbeispiele der Erfindung angebenden Zeichnungen hingewiesen, in
denen F i g. 1 einen Teillängssehnitt durch eine Maschine olemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine die Lüftungseinrichtung der Maschine zeigenden Teilschnitt,
F i g. 3 einen Teillängsschnitt einer abgeänderten Maschine und die insbesondere
auf diese Abänderung angepaßte Belüftungseinrichtung und F i g. 4 einen teilweisen
Län ' -sschnitt einer anderen Abänderung zeigt, bei der die linke Hälfte
mit der in F i g. 1 übereinstimmt, während die rechte Hälfte hiervon abweicht
und in der Weise ausgeführt ist, daß der rechte Kupplungsteil zum Bremsen mit Wirbelströmen
dient.
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Bei dem Ausf ührungsbeispiel nach F i g. 1 ist mit
1
das Statorgehäuse des Asynchronmotors bezeichnet, das aus Magnetstahl mit
hoher Permeabilität ausgeführt ist. Dieses Gehäuse ist seitlich durch die Flansche
2 und 3 abgeschlossen, deren zentrale Teile die Lager 4 und 5 tragen,
in denen sich die Achse 6
dreht. Mit 7 is'. der S' ator dzs aus Blechen
aus Silizium-Stahl aufgebauten Asynchronmotors bezeichnet, in der-sen Nuten die
mehrphasigen Wicklungen 8 angeordnet sind. Mit 9 und 10 sind
die symmetrisch in bezug auf den Stator des Motors an-eordneten Erregerspulen der
Kupplungen bezeichnet. Diese Erregerspulen sind mittels Schutzhülsen 11 und
12 befestigt. Mit 13 ist der als Käfigläufer ausgebildete Rotor des Asynchronmotors
bezeichnet, der auf der hohlen Rotorbülse 14 befestigt ist, die an ihren Enden die
rotierenden Kupplungsteile 15 bzw. 16 der Wirbclstromkupplungen trägt.
Die Rotorhülse 14 ist in Lagern 17 und 18, die auf Tragringen auf
der Welle 6 zentriert sind, gelagert. Auf diese Weise dreht sich die Hülse
14 frei auf der Welle 6. Die angetriebenen Kupplungsteile 19 und 20
sind mit der Welie 6 verkeilt und drehen sich infolgedessen mit der gleichen
Geschwindigkeit wie diese. In F i g. 1 ist die äußere zylindrische Oberfläche
der Kupplungsteile 19 und 20 glatt, ebenso wie die äußere zylindrische Oberfläche
der Kupplungsteile 15 und 1.6, während die innere Oberfläche des zylindrischen
Teiles der Kupplungsteile 19 und 20 mit Zähnen 21 und 22 versehen ist, wodurch
in der Masse der Kupplungsteile 15 und 16 Wirbelströme hervorgerufen
werden.
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Bei der Abänderung nach F i g. 3 dagegen sind die Zähne
23 auf der äußeren Oberfläche der rotierenden Kupplungsteile 15 und
16 angebracht, während die Wirbelströme in dem zylindrischen glatten Teil
24 der Kupplungsteile 19 und 20 hervorgerufen werden.
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Bei den Ausführungsbeispielen nach F i g. 1 und 3
werden
die Spulen 9 und 10 mit Gleichstrom gespeist. Die Wicklungen sind
in der Weise verbunden, daß der in F i g. 1 durch die strichpunktierte Linie
25
angedeutete magnetische Kraftfluß das Statorgehäuse 1 längs durchdringt
und sich radial über den Umfangsteil der inneren und äußeren Kupplungsteile, über
die Masse der rotierenden Kupplungsteile und in Längsrichtung über die hohle Rotorhülse
14 schließt. Es ist offensichtlich, daß Teile des Flusses auch über den Stator und
den Rotor des Motors verlaufen können, aber da ihre Richtung entgegengesetzt ist,
heben sie sich auf.
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Im nachfolgenden sei die Wirkungsweise der Maschine gemäß der Erfindung
beschrieben.
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Sobald die Statorwicklungen 8 an das Mehrphasennetz gelegt
werden, beginnt der als Käfigläufer ausgebildete Rotor 13 sich zu drehen,
wobei er die Kupplungsteile 1.4, 15, 16 der Wirbelstromkupplung mitnimmt.
Die Welle 6 bleibt in Ruhe, solange die Wicklungen 9 und
10 nicht erregt sind.
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Um die Ausgangswelle in Gang zu setzen, genügt es, einen Gleichstrom
über die Erregerwicklungen 9
und 10 der Kupplung zu schicken. Es entsteht
nun infolge der durch das magnetische Feld in den leitenten Massen der am Umfang
glatten Kupplungsteile 15 und 16 erzeugten Wirbelströme ein Antriebsmoment.
Die Drehgeschwindigkeit der Ausgangswelle hängt von der Höhe des Erregerstromes
in den Erregerspulen ab. Die an dem Ausgang der Maschine zur Verfügung stehende
Leistung wird von dem den Stator des Asynchronmotors speisenden Netz geliefert.
Das von der Maschine aufgebrachte Drehmoment ist jederzeit gleich dem von dem Rotor
des Asynchronmotors gelieferten Drehmoment, wobei eine Änderung der Geschwindigkeit
infolge des Schlupfes immer von einem Energieverlust begleitet ist, der sich in
Wärme umsetzt und abgeführt werden muß.
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Das bei der Maschine nach F i g. 1 verwendete Kühlsystem besteht
aus den Lüfterflügeln 26, die, wie bei derartigen Wirbelstromkupplungen an
sich bekannt, fest mit den am Umfang glatten Kupplungsteilen 15 und
16 verbunden sind. Da diese Kupplungsteile mit der Geschwindigkeit des Motors
sich drehen und sich also immer sehr schnell drehen, werden die warmen Oberflächen
auf besonders wirksame Weise C liekühlt. Gleichzeitig vergrößern die Lüfterflügel
26 die Kühlflächen sehr wesentlich. Gemäß den Ausführungsbeispielen nach F i
g. 1 und 2 tritt die kalte Luft in die öffnungen 27 des Motorgebäuses
ein, durchstreicht dann den Raum zwischen dem Stator 7
des Motors und den
Erregerspulen 9 und 10 der Kupplungen, umspült diese Wicklungen und
wird dann durch die Lüfterflügel 26 durch die Gehäuseöffnung 28 nach
außen befördert. Durch diese Art der Kühluno, erzielt man leichzeitig eine wirksame
C 9
Kühlung der Statorwicklungen des Motors, der Erregerspulen der Wirbelstromkupplungen
und der warmen Teile dieser Kupplungen. Bei der in F i g. 3
dargestellten
Abänderung ist die Art der Kühlung der Spulen 9 und 10 die gleiche
wie die nach F i g. 1,
jedoch sind hierbei, wie an sich bekannt, Kupplungsteile
19724 mit Lüfterflügeln 29 versehen. In diesem Fall wird die Außenluft infolge
einer besonderen Ausbildung der Seitenflansche 2 und 3 durch die Lüfterflügel
angesogen und auf dem durch den Pfeil 30 angedeuteten Weg nach außen befördert.
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Die Maschine gemäß der Erfindung enthält in bekannter Weise einen
Tachometergenerator 31, 32, 33,
der in dem rechten Teil der F i
g. 1 dargestellt ist. Sein Rotor 33 ist ein aus einem Permanentmagneten
bestehender Induktor, der mit der Welle 6 der Maschine verkeilt ist. Sein
Stator 31 trägt eine Wicklung
32, die eine der Drehgeschwindigkeit
der Maschine proportionale elektrische Spannung liefert. Diese in der Amplitude
und in der Frequenz veränderbare Spannung kann, wie bekannt, zur Geschwindigkeitsregelung
in zugehörigen Systemen verwendet werden. Der in dieser bekannten Weise ausgebildete
Tachometergenerator ist besonders einfach, da er weder Schleifringe, Bürsten, Lager,
Getriebeteile noch einen Kollektor besitzt.
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Die beschriebene Maschine ermöglicht eine Verzögerung der Ausgangswelle
durch dynamische Bremsung, die man bei Unterbrechung der Speisung der Statorwicklung
8 durch Umkehr der Richtung des Stromes in einer der Erregerwicklungen
9 oder 10
erzielen kann. Die von den Ampere-Windungen der beiden Erregerwicklungen
hervorgerufenen magnetischen Kraftlinien durchqueren nun den Stator des Motors in
gleichem Sinn, anstatt sich, wie im normalen, in F i g. 1 dargestellten Fall,
aufzuheben. Die unter dem Einfluß dieses magnetischen Feldes in dem Rotor
13 induzierten Ströme rufen eine Bremsung des Rotorblocks 13, 14,
15, 16 hervor, und die Kupplungsteile 19 und 20 werden gleichzeitig
mit der Ausgangswelle 6, mit der sie fest verbunden sind, verzögert.
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Die abgeänderte Ausführungsform nach F i g. 4 stellt einen elektromagnetischen
Geschwindigkeitseinsteller mit einer Wirbelstrombremsung dar. In F i g. 4
ist der rechte Teil der Kupplung abgeändert worden und die in den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen vorgesehene Kupplung durch eine Wirbelstrombremse ersetzt
worden.
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Diese Bremse wird durch den rotierenden Kupplungsteil 16a, den auf
seiner äußeren zylindrischen Oberfläche mit Zähnen 22 a versehenen Kupplungsteil
20a, das Statoraehäusel und die Erregerspule10 gebildet.
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Um eine Bremsung zu erzielen, genügt es, den Erre-erstrom in der Erreaerwickluno,
9 der Kupplung herabzusetzen und die Spule 10 der Wirbelstrombremse
zu erregen.
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Die Wirbelströme werden in diesem Fall in der inneren zylindrischen
Oberfläche des Gehäuses 1 erzeugt, die sich gegenüber den Zähnen 22a des
Kupplun-steiles 20a befindet.
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Es sei noch auf die besondere Ausführung des Aufbaus des aesamten
Rotorblockes hingewiesen, der, soweit es die Teile 14 bis 16 betrifft, aus
einem einzigen Stück besteht, ferner auf die Befestigungsart des Rotors
13 durch Axialverschieben auf der Rotorhülse 14 und die Blockierung des Rotors
13 durch die Buchse 34, welche dadurch in Stellung gehalten wird, daß der
rotierende Kupplungsteil 15"durch die Schrauben 35 gegen das Ende der Hülse
14 gedrückt wird.
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An den Enden der Rotorhülse sind zu beiden Seiten der Lager
17 und 18 rincyförmige Dichtungen 36 und 27 angeordnet,
die auf besonderen zylindrischen Nabenteilen der Kupplungsteile 19 und 20
ruhen.
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Besonders günstig ist die Verkabelung der verschiedenen Motorwicklungen,
der Erregerspulen, der Kupplungen und des Tachometergenerators durchgeführt, wobei
die Kabel durch besondere Ausnehmungen des Statorgehäuses verlaufen und in einem
Anschlußkasten 38 enden.
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Es versteht sich von selbst, daß man im Rahmen der Erfindung die beschriebenen
Ausführungsbeispiele abändern kann, Es ist möglich, statt die beschriebene Maschine
mit einem Motor und zwei Kupplungen zu versehen, beispielsweise mehr als zwei Kupplungen
vorzusehen, die in geeigneter Weise auf das Statorgehäuse des Motors verteilt sein
können; ferner können mehrere Statorwicklungen von Asynchronmotoren vorgesehen sein,
die mit mehreren Kupplungen oder Wirbelstrombremsen kombiniert sein können.