DE2018333A1 - Elektromotor mit eingeschlossener Bremse - Google Patents

Description

!Einer der beiden Teile des Rotors ist feststehend, während der andere Teil eine kleine axiale Verschiebung gegenüber dem ersten Teil erhalten kann, aber gleichzeitig starr mit dem beweg liehen Teil der Bremse verbunden ist.

Venn der Motor nicht an das elektrische Netz angeschlossen ist, ist er gebremst, so dass zwischen den beiden Teilen des Rotors ein kleiner innerer Luftspalt ό entsteht.

Venn der Motor an das elektrische Netz angeschlossen ist, dann kleben sich die beiden Teile des Rotors untereinander an, die Bremse wird geöffnet und der Motor funktioniert wie ein gewöhnlicher Motor.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Elektromotor, welcher eine Bremse enthält, so dass der Motor, wenn er nicht an das elektrische Netz angeschlossen ist, gebremst wird und selbst dann nicht gedreht werden kann, wenn er einen äusserlichen Drehmoment unterworfen wird.

Ist der Motor hingegen an das Kraftnetz angeschlossen, so öffnet sich die Bremse und der Motor funktioniert wie ein normaler Motor. Diese Art von Motoren sind unentbehrlich für den Kranbetrieb, für Aufzüge und allgemein für den Antrieb jeden Hebezeuges und jeder Beförderimgsmaschine. Ebenso werden diese Motoren vielfach verwendet für dem Antrieb von Verkseugnaeehinen und noch für viele andere Zwecke.

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Einige Ausführungen dieser Motoren werden bekanntlich vor allem mit Asynchronmotoren angewendet.

Die am meisten bekannte Ausführung ist die eines völlig normalen Asynchronmotors, welcher mit einer elektromagnetischen Bremse in Monoblixskausführung gekuppelt ist· Diese Bauweise ist kompliziert, da die elektrische Bremse ein eigenes elektromagnetisches System besitzt. Aus diesem Grunde ist diese Ausführung teuer und bietet auch eine geringe Sicherheit im Betrieb.

Eine andere bekannte Ausführung ist der Asynchronmotor mit kegelförmigem Rotor. Bei diesen Motoren ist der Luftspalt zwischen Stator und Rotor von Oberflächen mit gleicher Kegelform begrenzt bzw. von der äusseren Oberfläche des Rotors und der inneren Oberfläche des Stators.

Der Rotor ist für eine kleine axiale Verschiebung eingerichtet und ist solidarisch mit dem beweglichen !Teil der Bremse. Venn der Motor abgeschaltet ist, wird der kegelförmige Rotor verschoben, vergrössert den Luftpsalt und die Bremse ist blokkiert. Venn der Motor eingeschaltet ist, wird der Rotor in das Innere des Stators gezogen, die Bremse wird geöffnet und der Motor kann wie ein gewöhnlicher Motor arbeiten.

Diese Motoren haben den Nachteil einer komplizierten Bauweise, welche technologisch schwer erzeugt werden kann. Die Abmes-

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eungen sind vergroesert, da der magnetische Kreis unvorteilhaft ausgenützt ist und da der lutenraum, in welchem sich die Wicklungen befinden, verkleinert ist.

Ba der Rotor eine Seitenbewegung zusammen mit seiner Achse ausführt, ist seine Lagerung auf Kugellagern kompliziert und teuer, abgesehen davon, dass das Antriebsritzel am Aehsenende ausschliesslich mit geraden Zähnen versehen sein muss, welche eine axiale Verschiebung des Rotors mit seiner Achse erlauben und welche nicht immer vorteilhaft ist.

Ausserdem iet das Anlassen dieser Motoren unvorteilhaft beeinflusst, da beim Anlassen zwischen den untereinander wirksamen Wicklungen ein vergrösserter Luftspalt besteht.

Ebenso sind die Asynchrommotoren mit Feldverschiebung bekannt, bei welchen der Stator langer als der Rotor ist und der Rotor an einem seiner Endpunkte einen magnetischen Feldverschieber besitzt, welcher einen Teil des Magnetflusses axial zum Bremsanker lenkt. Diese Lösung hat den Nachteil einer unvollständigen Ausnützung des elektromagnetischen Stromkreises, da der Rotor kürzer ist. Ebenso erzielt man mit diesem Motor *ur klei-Bremskräfte.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Motor mit eingeschlossener Bremse zu erzielen, welcher die Nachteile der

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bisher bekannten Ausführungen beseitigt.

Der dieser Erfindung zugrunde liegende Gedanke besteht darin, einen der beiden Teile der elektrischen Maschine, also den Stator oder den Rotor, magnetisch zu unterteilen.

Da die Lösung,den Rotor magnetisch zu teilen,vorteilhafter ist, wird im !Folgenden ausschliesslich diese Lösung beschrieben.

Zusammenfassend kann man sagen, dass der Elektromotor gemäss vorliegender Erfindung einen Rotor aus zwei konzentrischen Teilen besitzt, und zwar einen zentralen kegelförmigen Kern ohne Wicklung und einen äusseren Kranz, welcher die Wicklung trägt und einen dem Kern angepassten Hohlraum besitzt, derart, dass beim Betrieb der Zentralkern dem Kranz vollkommen eingefügt ist, so dass der Motor mit einem normalen Motor identisch wird.

Die vorliegende Erfindung kann selbstverständlich bei jedem elektrischen Motorentyp angewendet werden, sowohl für Einphasenoder Mehrphasenwechselstrom als auch für Gleichstrom, wie aus der nachfolgenden Beschreibung hervorgeht.

Im Nachfolgenden wird ein Ausführungsbeispiel eines Asynchronmotors mit Kurzschlussläufer und eingebauter Bremse gemäss der Erfindung an Hand der Zeichnungen beschrieben, welches der häufigst in der Praxis angetroffene Fall ist.

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Pig. 1 stellt einen Längsschnitt durch den elektrischen Asynchronmotor mit Kurzschlussläufer dar, in der meist gebrauchten Ausführung mit einem Zentralkern,der die ganze Länge des Rotors einnimmt,

Fig. 2 stellt eine Einzelheit über die Stützung der Feder dar, welche die Bremsung gewährleistet, in einer anderen Ausführung der Erfindung,

Fig. 3 stellt einen Querschnitt durch den gleichen Motor dar, wobei man klar die Form der Bleche für Stator und Rotor des Motors sehen kann,

Fig. 4 stellt einen Querschnitt durch eine andere Ausführung gemäss der Erfindung dar, wobei die Bleche des fiotors ein wenig anders geformt sind als in der Fig. 3,

In den Fig. 3 und 4 sind die Wicklungen auf Stator und Rotor nur in einem Teil der Nuten dargestellt.

Fig. 5 stellt einen Längsschnitt durch einen der Erfindung entsprechenden Motor dar in einer Ausführung mit kegelförmigen Zentralkern, welcher kürzer ist als die Länge des Rotorpaketes.

Der Elektromotor gemäss Fig. 1 und 2 besteht aus einem Statorkern 1 aus magnetischen Blechen, welcher in einem Gehäuse 2 mit festen Schilden 3 und 4 befestigt ist, derart, dass der Stator unbeweglich im Raum ist.

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Der Stator ist mit Katen 5 versehen, welche die Statorwicklung 6 tragen und welche vom Kraftnetz (Spannungsnetz) mit Strom versorgt wird.

Für ein· bessere Übersicht sind in der Zeichnung das Spannangsnetz und die Verbindungsleitungen zwischen diesen und dem Rotor nicht dargestellt.

Im Inneren des Stators kann sich ein zylindrischer Rotor drehen, wobei zwischen Stator and Rotor ein kleiner Luftspalt </ verbleibt.

Der Rotor besteht aas zwei konzentrischen Teilen, welche durch eine kegelförmige Fläche bzw. einem zusätzlichen Luftspalt,/' getrennt sind and zwar:

ein aus magnetischen Blechen gebildeter Kern 7» welcher solidarisch und fest auf der Achse 8 sitzt und welcher eine aussere Kegelform aufweist, und

ein ebenfalls aus Magnetischen Blechen geformter äusserer Kranz 9, welcher innen die gleiche Kegelform wie der Zentralkern 7 hat.

Der Kranz 9 ist an der Aussenseite mit gleichmässig angeordneten Hüten 10 versehen, in welchen sich die Rotorwicklung be-, findet und hat auf dem ganzen inneren Umfang leere *"ftuten 11, welche die Aufgabe haben, den Magnetfluss zum Zentralkern 7

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zu leiten. Damit diese Nuten 11 wirksam sind, muss ihre Bodenfläche möglichst nahe bei der Bodenfläche der Nuten 10 liegen, soweit dies mechanisch möglich ist.

Die Eisendicke 12 zwischen den Bodenflächen der Nuten 10 und 11 ist klein und sättigt sich schnell, so dass Magnetfluss gezwungen ist, durch die Zähne 13 zwischen den Nuten 11 zum Kern 7 zu fliessen. Die Breite dieser Nuten muss genügend gross sein, damit sie es verhindert, dass der Magnetfluss durch diese Nuten zurückfliessen kann.

Weiterhin sind unter 14 die Längsstangen der Käfigläuferwicklung dargestellt, welche an Jedem Ende an einen Kurzschlussring 15 angeschweisst sind. Es ist selbstverständlich, dass der Käfigläufer auch in einem Stück zusammen mit den Kurzschlussringen gegossen werden kann.

Der Kranz 9 ist auf der Achse 8 mit Hilfe der Befestigungsteile 16 und 17 derart befestigt, dass er sich nur gleichzeitig mit der Achse 7 drehen kann, auf welcher er Jedoch axial gleiten kann, soweit dies notwendig ist, entsprechend dem Nachfolgenden,

Der Befestigungsteil 16 ist solidarisch mit dem beweglichen Teil 18 einer Bremse. Der unbeweglich· Teil 19 der Bremse ist starr verbunden mit einem der unbeweglichen Halter 3 oder 4 bzw. mit dem Gehäuse 2, in Hg. 1 mit dem Halter 3.

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Zwischen dem anbeweglichen Seil 19 der Bremse rad dem beweg» liehen Teil 18 ist ein Bremsbelag 20 eingefügt, welcher den Reibungskoeffizienten erhöht.

Der Bot or kann sich zusammen mit seiner Achse in den Haltern 3 and 4 mit Hilfe der Kugellager 21 bzw. 22 drehen, wobei das Kugellager 21 eine Tollig normale Ausführung ist und durch den äusseren Dichtungedeckel 23 gegen Ausfliessen des Schmierfettes abgedichtet ist. Der innere Dichtungsdeckel 24 verhindert das Ausfliessen des Schmierfettes aas dem Kugellager mit Hilfe der Filzringe 25.

Sine ähnliche Ausführung hat auch der äusere Dichtungedeckel des Kugellagers 22. Der innere Dichtungsdeckel 27 des Kugellagers 22 ist ein wenig verschieden gegenüber den Deckeln 23, 24, 26. Er ist starr mit der Achse verbunden und die Dichtung erfolgt an seiner Auesenseite durch den Filxring 28. In dieser Weise dreht sich der Dichtongsdeckel 27 gleichseitig mit der Achse, im Gegensatz zu den Dichtungsdeckeln 23, 24, 26, welche unbeweglich sind.

Eine zwischen dem Deckel 27 und dem Befestigungsteil 17 gelegene Peder 29 drückt ständig den Kranz 9 einschliesslich des beweglichen Teils 18 der Bremse gegen ihren unbeweglichen Teil und blockiert so den Botor,solange der Motor nicht an das Spannungsnetz angeschlossen ist.

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Sobald der Motor ans lets abgeschlossen wird, erscheint der Hagnetflass, welcher, wie bereit» gezeigt wurde, eich durch den Zentralkern 7 sehliesst, wobei er auf diesen eine Anziehungskraft ausübt« Die Kraft der Feder 29 wird liberwunden, der luftspalt J> ' verkleinert sich gegen lull zu, die Bremse ist geöffnet and der Moter kann normal anlaufen und arbeiten.

Ss ist leicht ersichtlich, dass bei diesem normalen Arbeiten der Motor gemäsa der Erfindung sieh überhaupt nicht von einem normalen Asynchronmotor mit zylindrischem Eotor und normalem Luftspalt«/ unterscheidet, da er alle Eigenschaften und Vorteile eines solchen Ifetor· b<tsltBt.

Ss rersteht .sich Ton selbst, dass Si® Μ®führung der Lagerung und Dichtung hinsichtlich der Federstützung 29 nicht auf die beschriebene Ausführung beschränkt ist. Die Aufgabe kann auch auf andere Welsen gelöst werden. Die Flg. 2 zeigt eine einfachere Ausführung der Federstütsimg» Bei dieser Ausführung stützt sich die Feder 29 auf einen mit der Welle solidarischen Teil 3JO derart, dass beide Lagerungen des Hotors vollkommen normal werden, ebenso wie alle Dichtungsdeckel, die normal und unbeweglich werden, einschliesslichdefi Deckels 31, welcher den Deckel 27 ersetzt. Die Ausführung der Fsderstützung gemäßs Fig. 2 benötigt einen etwas grösseren Platz als die in Fig. gezeigte Ausführung.

Ia gewissen Fällen JsSaaes die Hotorbleche aa Irans 9 verein- BAD ORiGtHAL

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facht bzv. ohne die Leernuten 11 aasgeführt werden. Deshalb schließet sich ein !Teil des Magnetflusses durch das Joch 32 des Kranzes 9, welcher keine inneren Nuten 11 (Fig. 4) mehr bes%itzt, während in den Kern 7 nur ein Teil des Magnetflusses gelangt.

Sie auf den Kern 7 ausgeübte Anziehungskraft ist kleiner. Durch entsprechende Dimensionierung des Jochöhe 32, welche die Sättigung erreichen muss, und durch entsprechende Wahl der Kegelform des Kerns kann dieser Nachteil minimalisiert werden und die in Pig. 4- gezeigte Ausführung kann vorteilhaft werden, da sie manchmal billiger ist.

Ebenso kann bei anderen Ausführungen der Kern 7 nicht mehr 9MB magnetischen filechen, sondern aus massivem Eisen und deshalb sehr billig ausgeführt werden.

Es ist bekannt, dass im Botorjoch eines Asynchronmotors der Magnetfluss beim Betrieb eine sehr kleine Frequenz hat, so dass in vielen Fällen die Ausführung des Kerns 7 aus kompakten Eieen vorteilhaft wird.

In der Tig. 5 wurde eime Ausführung dee Motors gemäss der Erfindung gezeigt, wobei der Zentralkern 33, welcher vorher als Kern 7 ausgeführt war, kürzer ist als die Rotorlänge 1. Zur Vereinfachung wurde in dieser Figur nur der Botor gezeigt. Der Übrige Teil des Metors ist mit dem in der Fig. 1 gegeigten

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identisch.

Die Hagnetblechpakete des Hotors können in der in Fig. "5 gezeigten Ausführung mit inneren Nuten 11 (Wie in Fig. 3) oder ohne diese Nuten (wie in Fig. 4·) gemacht werden. Ebenso ist es bei der Ausführung gemäss Fig. 5 möglich, dass ein Teil des magnetischen Bleches des Kranzes 9 mit Nuten 11 und ein anderer Teil ohne diesen Nuten ausgeführt wird.

In der Fig. 5 ist 34 der Eotorkranz, welcher bei der Ausführung gemäss Fig. 1 unter 9 dargestellt war.

Übrigens ist es möglich, dass bei der meistverwendeten Ausführung gemäss Fig. 1 ein Teil der Kranzbleche mit Leernuten 11 versehen ist, ein anderer Teil jedoch ohne diese.

Der Motor mit eingeschlossener Bremse gemäss der Erfindung bietet folgende Vorteile:

- Einfacher Bau und leicht ausführbare Technologie, fast wie bei dem normalen Motor.

- Der Luftspalt zwischen Stator und Eotor ist gleichbleibe! sowohl bei gebremstem Motor wie auch im Betrieb und tra« vom Abnutzungsgrad der Bremsen.

- Β·γ magnetische Kreis lit am besten aneganütrt ale feig®

009847/1078 . bad orkhn«.

der Tatsache, du« dlt Zähne die gleich· GrSeee haben wie das Joch, auf der ganzen Länge des Blechpaketes.

- Das Ittgellagereystem iet einfach und gleich dem beim lormalmotor verwendete«

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Claims (1)

1. Elektromotor mit eingeschlossener Bremse« normal gewickeltem Stator and innerer Zylinderfläche, mit gewickeltem Botor, welcher ebenfalls zylindrische Aassenflache hat, gekennzeichnet dadurch, dass der Hotor in seiner ganzen Lange in zwei koaxiale Teile geteilt ist, und zwar in einen Zentralkern (7) mit kegelförmiger Außenfläche ohne Wicklung and einem Aussenkranz (9), gleichmässig mit luten versehen, welche die Botorwicklong enthalten und diesem Kern umfassen, wobei der Kranz eine kegelförmige Innenfläche hat, welche die gleiche Kegelform aufweist wie die Aussenflache des Zentralkerns und welche auf der ganzen inneren Peripherie mit Huten versehen ist, um den Hagnetfluss zu zwingen, sich durch den Zentralkern (7) zu schliessen, wobei zwischen den Kegelflächen der beiden Eotorteile ein innerer Luftspalt (J ') besteht, einer der Rotorteile (7oder 9) unbeweglich auf der Motorachse befestigt ist, während der andere Teil, auf welchem sich auch der bewegliche Teil (18) der Bremse befindet, ebenfalls fest auf der Motorachse befestigt, jedoch nur gegen Drehung abgesichert ist, während eine axiale Bewegung möglich igt, S derart, dass solange der M©t©r nickt &i$» ©!©kteisehem Stceea.-^ versorgt ist, cüs Bremse gesclülossesi O.aä-des- Motas? gebremst j ist, wobei der iaaes»© Luftspalt (<£ ^D) awisolien den bsid@m i

   I Hotorteilaa @ia©n Eoclistweiil samiMat, wlteread "bei

   BAD

   Schluss des Motors an das Netz sich der nicht gegen Längs-"bewegung fixierte Teil des Rotors (7 oder 9) auf der Achse (8) in Richtung zu dem auf der Achse unbeweglichen Seil bewegt, wodurch die Bremse öffnet und sich der Luftspalt ( J ·) bis auf Null oder einen minimalen Wert verkleinert, so dass die beiden Botorteile eine Einheit bilden, entsprechend einem Normalmotor und mit gleicher normaler Arbeitsweise.

   2. Elektromotor mit eingeschlossener Bremse, mit normal gewickeltem Stator und zylindrischer Innenfläche, gewickeltem Eotor, ebenfalls mit zylindrischer Aussenflache, sowie eine Bremse, gekennzeichnet dadurch, dass der Hotor in seiner ganzen Länge in zwei koaxiale Teile geteilt ist, nämlich den Zentralkern (7), mit kegelförmiger Aussenflache ohne Wicklung und den an der Aussenseite gleichmassig mit Nuten versehenen Aus senkranz (9), welcher die Rohrwicklung enthält und diesen Kern umschließt, wobei dieser Kranz eine kegelförmige Innenfläche hat, deren Kegelform der Form der Auesenf lache des Zentralkerns entspricht und die Teilung derart gewählt ist, dass das Joch des Aussenkranzes während des Betriebs magnetisch möglichet gesättigt ist, um den Magnetfluss su zwingen, sich durchden Zentralkerm' (7) zn schliesaen, wobei zwischen den Kegelflächen der beiden Rotorteile ein innerlicher Luftspalt (J" ·) bwttht, wobei einer d«r beiden Hetorteile (7 oder 9) auf der Wotorache· etarr befestigt

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   ist, während der andere Teil, welcher den "beweglichen Teil (18) der Bremse trägt, starr auf der Motorachse befestigt ist, jedoch nur hinsichtlich der Drehbewegung, da er sich in Achsenrichtung verschieben kann, derart, dass bei stromlosem Motor die Bremse geschlossen und deshalb der Motor gebremst ist, mit einem grössten Wert für den durch die beiden Rotorteile gebildeten inneren Luftspalt (<f·) und wobei sich bei eingeschaltetem Motor der längsbewegliche Rotorteil (7 oder 9) auf der Achse (8) zum unbeweglichen Teil verschiebt, wodurch die Bremse gelöst wird und der Motor nicht mehr gebremst ist, so dass eine Verkleinerung des Luftpslats (<f') auf' BTuIl oder einem Mindestwert entsteht, so dass die beiden Rotorteile (7 und 9) ein Ganzes bilden, welches dem Rotor eines normal arbeitenden Motors entspricht.

   .3- Elektromotor mit eingeschlossener Bremse, gemäss Ansprüchen 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Teilung des Rotors in zwei Teile derart erfolgt, dass die Länge des ZentralkernB (33) kleiner ist, als die Länge des Aussenkranzes (l) (34) (Fig, 5).

   4. Elektromotor mit eingeschlossener Bremse gemäss Ansprüchen 1 oder 2 oder 3» gekennzeichnet dadurch, dass der Zentralkern (7 oder 33) aas massivem Eisen besteht.

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