DE19541737A1 - Axialfluß-Induktionsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Axialfluß-Induktionsmotor mit einem Stator zur Aufnahme einer in Nuten geführten Wicklung und mit einem drehbar gelagerten, durch einen Luftspalt vom Stator getrennten geschichteten Rotor, der auf der dem Stator abgewandten Seite eine magnetisch gut leitfähige Schicht und auf der dem Stator zugewandten Seite eine elektrisch gut leitfähige Schicht aufweist.

Ein derartiger Axialfluß-Induktionsmotor ist z. B. durch die EP 0 487 141 A2 bekannt geworden. Dieser bekannte Motor ist Teil eines Gebläseaggregates zum Erzeugen von Gasströmen, insbesondere für Staubsauger, und weist ein Verdichterlaufrad auf, welches gleichzeitig elektromagnetisch wirksam ist und zusammen mit elektromagnetisch aktiven Teilen des Motorständers das Drehmoment des Verdichterlaufrades erzeugt. Der elektromagnetisch wirksame Teil des Verdichterlaufrades ist eine in der Radialebene angeordnete elektrisch gut leitfähige Platte, die den Luftspalt läuferseitig begrenzt. Ständerseitig wird der Luftspalt von flächigen Ständerpolen mit in Nuten gewickelten Spulen auf einer Endfläche einer Eisenhülse begrenzt. Die elektrisch gut leitfähige, z. B. aus Aluminium bestehende Platte des Läufers ist z. B. eine Basisplatte des Verdichterlaufrades, die auf ihrer vom Luftspalt abgelegenen Fläche mit einer Platte aus hochpermeablem, d. h. magnetisch gut leitfähigem Werkstoff, z. B. aus massivem Eisen, hinterlegt ist.

Induktionsmotoren der eingangs genannten Art mit geschichtetem Rotor haben den Vorzug, daß sie besonders einfach aufgebaut sind. Bei diesen Motoren erzeugt die elektrische Wicklung ein magnetisches Wechselfeld im Motor. Speziell bei mehrphasigen Motoren ist dieses Wechselfeld als Drehfeld ausgebildet, d. h., das Maximum der magnetischen Feldstärke rotiert auf der Stirnfläche des Stators in die gewünschte Drehrichtung des Rotors. Dieses Feld erzeugt Wirbelströme im Rotor, die zusammen mit dem magnetischen Feld den Rotor in Drehrichtung des Feldes antreiben. Durch die Nutung des Stators bilden sich im magnetischen Feld deutliche Sprünge aus, die auf einen Gehalt an Oberwellen in diesem Feld hinweisen. Nachteilig ist, daß in einem geschichteten Rotor alle Oberwellen des Statorfeldes ebenfalls zu Wirbelströmen führen, die aber den Rotor abbremsen und somit Verluste erzeugen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den genannten schädlichen Einfluß der Oberwellen zu vermeiden oder mindestens zu verringern.

Diese Aufgabe wird bei einem Induktionsmotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die dem Stator zugewandte Seite der elektrisch gut leitfähigen Schicht mindestens teilweise mit einer magnetisch leitfähigen Zusatzschicht versehen ist, deren magnetische Leitfähigkeit in Laufrichtung gering ist im Vergleich zu der dem Stator abgewandten magnetisch gut leitfähigen Schicht und die dünn ist im Vergleich zur Dicke der dem Stator zugewandten elektrisch gut leitfähigen Schicht. Dabei sind die magnetische Leitfähigkeit der Zusatzschicht in Drehrichtung und deren Dicke in Achsrichtung so aufeinander abgestimmt, daß die durch Oberwellen des Stators im Rotor erzeugten Wirbelströme und dadurch bedingte Drehverluste verringert werden, wobei der Wirkungsgrad des Motors steigt. Die effektive magnetische Leitfähigkeit der Zusatzschicht gibt an, wie groß die mittlere magnetische Feldstärke in dieser Schicht in Abhängigkeit von der magnetischen Erregung ist. Dabei muß die magnetische Leitfähigkeit der Zusatzschicht in Umfangsrichtung so ausgebildet sein, daß diese Schicht im Betrieb nicht in Sättigung geht.

Bei der Erfindung geht es darum, daß die dem Stator benachbarte elektrisch gut leitfähige Schicht in Wechselwirkung mit der auf diese Schicht aufgebrachten magnetisch leitfähigen Zusatzschicht tritt, wodurch die schädliche Wirkung der Feldoberwellen praktisch aufgehoben wird. Deshalb kann die Dicke der magnetisch leitfähigen Zusatzschicht wesentlich geringer sein als die Eindringtiefe der Oberwellen. Ferner erfordert diese Bauweise keine bestimmte elektrische Leitfähigkeit der Zusatzschicht, es kann auch ein elektrisch nicht leitendes Material, z. B. Farbe, verwendet werden. Andererseits ist es möglich, wegen der geringen Dicke auch galvanische Schichten zu verwenden, die normalerweise eine gute elektrische Leitfähigkeit haben.

In Ausgestaltung der Erfindung ist z. B. eine vollflächige Zusatzschicht vorgesehen, deren Material die gewünschte niedrigere magnetische Leitfähigkeit aufweist.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung ist gekennzeichnet durch eine mit radialen Unterbrechungen vorgesehene Zusatzschicht oder durch eine mit radialen und konzentrischen Unterbrechungen vorgesehene Zusatzschicht. Bei diesen Ausführungsbeispielen kann das Ausgangsmaterial für die Zusatzschicht eine größere magnetische Leitfähigkeit aufweisen, die dann durch die genannten Unterbrechungen auf die gewünschte magnetische Leitfähigkeit reduziert wird.

Schließlich kann die geringe magnetische Leitfähigkeit der Zusatzschicht in einem weiteren Ausführungsbeispiel erzeugt werden durch Einbetten kleiner Körper aus magnetisch leitfähigem Material in eine magnetisch nicht leitfähige Matrix.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die magnetisch leitfähige Zusatzschicht durch Galvanisieren oder durch Bedrucken mit einer elektrisch nicht leitfähigen, magnetisch leitfähigen Farbe erzeugt ist. Damit lassen sich sehr dünne Schichten aufbringen.

Welche von den verschiedenen Möglichkeiten gewählt wird, hängt von den Umständen des Einzelfalles ab.

Ein Motor gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in einem Staubsauger verwendet.

In der Zeichnung sind in den Fig. 1 und 2 Ausführungsbeispiele des Standes der Technik und in den Fig. 3 bis 8 Ausführungsbeispiele des Gegenstandes gemäß der Erfindung schematisch dargestellt.

Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Schnitt eines bekannten Axialfluß- Induktionsmotors,

Fig. 2 zeigt schematisch das sich ausbildende Magnetfeld,

Fig. 3 zeigt einen perspektivischen Teilquerschnitt durch einen Axialfluß- Induktionsmotor gemäß der Erfindung,

Fig. 4, 5 und 6 zeigen verschiedene Ausbildungen einer magnetisch leitfähigen Zusatzschicht und

Fig. 7 und 8 zeigen schematisch zwei Anwendungsbeispiele für einen Axialfluß- Induktionsmotor.

Fig. 1 zeigt einen perspektivischen Schnitt durch einen als Axial-Fluß-Motor 30 ausgebildeten Induktionsmotor mit einem feststehenden Stator 10, der einen Eisenkern 11 und eine in Nuten 12 angeordnete ein- oder mehrphasige elektrische Wicklung 13 aufweist. Mit 14 ist ein geschichteter Rotor bezeichnet, der durch einen Luftspalt 15 vom Stator 10 getrennt ist und um eine Achse 16 drehbar gelagert ist. Mit 17 ist eine mögliche Drehrichtung bezeichnet. Der Rotor 14 besitzt eine dem Stator 10 zugewandte elektrisch gut leitfähige Schicht 18, die z. B. aus Aluminium hergestellt ist, und eine vom Stator abgewandte, magnetisch gut leitfähige Schicht 19, die z. B. aus Magneteisen hergestellt ist. Die magnetisch gut leitfähige Schicht 19, auch Rotorjoch genannt, kann entweder massiv ausgeführt oder aus mehreren Teilen geschichtet bzw. zusammengesetzt sein.

Die elektrische Wicklung 13 erzeugt ein magnetisches Wechselfeld im Induktionsmotor. Speziell bei mehrphasigen Motoren ist dieses Wechselfeld als Drehfeld ausgebildet, d. h. das Maximum der magnetischen Feldstärke rotiert auf der Stirnfläche des Stators in die gewünschte Drehrichtung des Rotors 14. Dieses Feld erzeugt Wirbelströme im Rotor 14, d. h. in der elektrisch gut leitfähigen Schicht 18, die zusammen mit dem magnetischen Feld den Rotor 14 z. B. in Drehrichtung 17 des Feldes antreiben. Durch die Nutung 12 des Stators 10 bilden sich im magnetischen Feld deutliche Sprünge 20, 21 aus, wie in Fig. 2 schematisch perspektivisch dargestellt ist. Diese Sprünge weisen auf einen Gehalt an Oberwellen in diesem Feld hin. Nachteilig ist, daß in einem geschichteten Rotor alle Oberwellen des Statorfeldes ebenfalls zu Wirbelströmen führen, die aber den Rotor abbremsen und somit Verluste erzeugen.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, das im wesentlichen dem in Fig. 1 dargestellten Motor entspricht, jedoch auf der dem Stator 10 zugewandten Seite der elektrisch gut leitfähigen Schicht 18 mit einer magnetisch leitfähigen Zusatzschicht 22 versehen ist. Im übrigen sind gleiche Teile in Fig. 1 und 3 mit gleichen Bezugsziffern versehen. Diese Zusatzschicht bewirkt, daß die elektrisch gut leitfähige Schicht 18 mit der Dicke 18a in Wechselwirkung mit der magnetisch leitfähigen Zusatzschicht 22 die schädliche Wirkung der Feldoberwellen aufhebt bzw. vermindert. Die Zusatzschicht 22 ist wesentlich dünner als die elektrisch gut leitfähige Schicht 18 und damit wesentlich kleiner als die Eindringtiefe der Oberwellen.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 wird die geringe magnetische Leitfähigkeit der Zusatzschicht 22 durch radiale Unterbrechungen 22a und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 durch zusätzliche konzentrische Unterbrechungen 22b erzeugt.

Fig. 6 zeigt einen stark vergrößerten radialen Teilquerschnitt des Rotors 14 mit der elektrisch gut leitfähigen Schicht 18, wobei die magnetisch leitfähige Zusatzschicht 23 durch Einbetten kleiner Körner 24 aus magnetisch leitfähigem Material in eine magnetisch nicht leitfähige Matrix 25 gebildet wird.

Fig. 7 zeigt schematisch einen auf Rollen 26 gelagerten Bodenstaubsauger 27 mit einem Gehäuse 28 und einem Saugschlauch 29. In dem Gehäuse 28 ist der oben beschriebene Axialfluß-Induktionsmotor 30 angeordnet.

Fig. 8 zeigt schematisch ein Gebläseaggregat 31 mit einem Axialfluß- Induktionsmotor 30, mit einer Gaszuleitung 32 und mit einer Gasableitung 33 zur Erzeugung von Gasströmen 34.

Claims (9)

1. Axialfluß-Induktionsmotor (30) mit einem Stator (10) zur Aufnahme einer in Nuten (12) geführten Wicklung (13) und mit einem drehbar gelagerten, durch einen Luftspalt (15) vom Stator (10) getrennten geschichteten Rotor (14), der auf der dem Stator (10) abgewandten Seite eine magnetisch gut leitfähige Schicht (19) und auf der dem Stator (10) zugewandten Seite eine elektrisch gut leitfähige Schicht (18) aufweist, dadurch gekennzeichnet daß die dem Stator (10) zugewandte Seite der elektrisch gut leitfähigen Schicht (18) mindestens teilweise mit einer magnetisch leitfähigen Zusatzschicht (22) versehen ist, deren magnetische Leitfähigkeit in Laufrichtung (17) gering ist im Vergleich zu der magnetischen Leitfähigkeit der dem Stator abgewandten magnetisch gut leitfähigen Schicht (19) und die dünn ist im Vergleich zur Dicke (18a) der dem Stator (10) zugewandten elektrisch gut leitfähigen Schicht (18).

2. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine vollflächige Zusatzschicht (22).

3. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit radialen Unterbrechungen (22a) versehene Zusatzschicht (22).

4. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit radialen (22a) und konzentrischen (22b) Unterbrechungen versehene Zusatzschicht (22).

5. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschicht (23) gebildet ist durch Einbetten kleiner Körner (24) aus magnetisch leitfähigem Material in eine magnetisch nicht leitfähige Matrix (25).

6. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusatzschicht (22) durch Galvanisieren gebildet ist.

7. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß die Zusatzschicht (22) durch Bedrucken mit einer magnetisch leitfähigen, elektrisch nicht leitfähigen Farbe gebildet ist.

8. Axialfluß-Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Gebläseaggregat (31) zur Erzeugung von Gasströmen (34).

9. Axialfluß-Induktionsmotor (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Staubsauger (27).