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Elektromotor mit Hohlläufer (Zusatz zu Patentanmeldung P 19 59 280.4-32)
Die Erfindung betrifft einen Elektromotor zum Erzeugen hoher Nenndrehmomente und
hoher Beschleunigungen bei kleinem Schwungmoment mit einem Hohl läufer, dessen Wicklungsträger
rohrförmig ausgebildet und mit der Ankerwelle kraftschlüssig verbunden ist, und
einem ferromagnetischen Ankerkern für den magnetischen Rückschluß, der die Bohrung
des Hohlläufers mindestens teilweise ausfüllt und mit dem Motorgehäuse fest verbunden
ist, insbesondere nach Patentanmeldung P 19 59 280.4-32.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine möglichst hohe Strombelastbarkeit
der Ankerwicklung und der Erregerwicklung zü realisieren, damit eine vorbestimmte
Motorleistung mit einem Minimum an Kupfer und damit kleiner Masse erreicht.wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektromotor,
bestehend aus einem Hohlläufer mit einem Wicklungsträger, der rohrförmig ausgebildet
und mit der Ankerwelle kraftschlüssig verbun den ist, einem ferromagnetischen Ankerkern
für den magnetischen
Rückschluß, der die Bohrung des Hohlläufers
mindestens teilweise ausfüllt und mit dem Motorgehäuse fest verbunden ist und aus
Einrichtungen zum Abführen der Stromwärme aus mindestens einem der den Erreger-
und Ankerwicklungen benachbarten Bauelemente, dem Ankerkern des Hohl läufers und
dem ferromagnetischen Kern der Erregerwicklung (Erregerkern). Solche Einrichtungen
können z.B. aus Kühlkanälen bestehen, die im Ankerkern und im Erregerkern angeordnet
sind und durch die als Kühlmittel Wasser gel-eitet wird.
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Dabei werden vorteilhafterweise an der Peripherie des als Hohlzylinder
ausgebildeten Ankerkerns in Richtung der Längsachse desselben verlaufende Bohrungen
angeordnet, die an der mit dem Lagerschild verbundenen Stirnseite durch einen im
wesentlichen in der Ebene der Stirnfläche verlaufenden Kanal zum Zuführen und einen
in der gleichen Ebene liegenden anderen Kanal zum Abführen eines Kühlmittels in
zwei Gruppen Jeweils innerhalb der Gruppe miteinander verbundener Kanäle aufgeteilt
und an der anderen Stirnseite durch einen dritten Kanal miteinander verbunden sind.
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Es kann vorteilhaft sein, bei einem an seiner Außenseite zylindrisch
ausgebildeten Erregerkern an dessen Peripherie nach Art eines Gewindes Kühlkanäle
mit vorbestimmter Steigung mindestens zweigängig so anzuordnen, daß das Kühlmittel
in einem ersten Gang hinströmt und in einem zweiten Gang zurckströmt. Dabei wird
an einer Stirnseite des Erregerkerns die Zuleitung für ein Kühlmittel an einen ersten
Gang der Kühlkanäle und die Ableitung für das Kühlmittel an der gleichen Stirnseite
an einen zweiten Gang der Kühlkanäle angeschlossen und beide Gänge an der anderen
Stirnseite so miteinander verbunden, daß das Kühlmittel durch die Kühlkanäle von
derZuleitung zur Ableitung fließen kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Entwicklung einer
elektromagnetischen Bremseinrichtung, die ohne Vergrößerung der Masse des Hohlläufers
funktionsfähig ist.
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Die,e Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Elektromotor,
bestehend aus einem Hohl läufer mit rohrförmig ausgebildetem Wicklungsträger, einer
auf der Ankerwelle in deren Achsrichtung verschiebbar angeordneten Hülse (Verschiebehülse),
mit der der Hohlläufer fest verbunden ist'rund einer elektromagnetischen Einrichtung
zum Verschieben des Hohlläufers auf der Ankerwelle aus einer ersten Stellung (Betriebsstellung)
in eine zweite Stellung (Bremsstellung), wobei in der Bremsstellung eine Fläche
des Wicklungsträgers mit kleinem als Bremsfläche wirkenden Teil der Oberfläche des
freistehenden Ankerkerns in Berührung kommt. Dabei besteht die elektromagnetische
Einrichtung zum Verschieben des Hohlläufers im wesentlichen aus einer ferromagnetischen
Scheibe, die mit der Verschiebehülse so verbunden ist, daß auf die Scheibe kein
Drehmoment übertragen wird, die Verschiebehülse Jedoch durch mindestens einen auf
die Scheibe wirkenden Elektromagneten in ihrer Achsrichtung auf der Ankerwelle verschiebbar
ist. Dabei greift mindestens eine Feder an der mit der Verschiebehülse verbundenen
Scheibe an und fixiert den Hohl läufer in einer der zwei möglichen Stellungen, der
Betriebsstellung und dér Bremsstellung, während der Hohlläufer durch den der Federkraft
entgegenwirkenden Elektromagneten in die andere der zwei möglichen Stellungen geführt
und dort gehalten wird. Während des Bremsvorganges wird ein Teil der Innenwand des
Flansches, der den rohrförmigen Wicklungsträger mit der Verschiebehülse verbindet,
gegen die Stirnseite des feststehenden Ankerkerns gedrückt.
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Bei einer anderen Modifikation des Elektromotors ist der Wicklungstrvter
und der feststehende Ankerkern konisch ausgebildet und als HJremsfläche wird mindestens
ein Teil der Kegelmantelfläche des feststehenden Ankerkerns verwendet.
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83n Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 Achsschnitt durch einen Hohlläufermotor mit Bremseinrichtung
und Kühlkanälen, Fig. 2 Schnitt AA mit Kühlkanälen, Fig. 3 Abwicklung des Erregerkerns
mit Kühlkanälen.
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Fig. 1 stellt einen Achsschnitt durch einen Hohlläufermotor mit Bremseinrichtung
und Kühlkanälen dar. Dabei ist in der oberen Hälfte der. Figur ein zylindrischer
und in der unteren Hälfte als eine andere mögliche Form ein konischer WicKlungstrSger
gezeichnet.
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Die zylindrische Ankerwicklung 1 ist in Nuten eines zylindrischen
Wicklungsträgers 2 oder eine konische Ankerwicklung 19 in Nuten eines konischen
Wicklungsträgers 20 eingelegt und mit diesem durch Vergießen mit Kunstharz fest
verbunden. Der Wicklungsträger ist unabhängig von seiner zylindrischen Oder konischen
Form an seiner dem Kollektor 3 zugewandten Seite als Flansch 21 ausgebildet und
über diesen an die Versehiebehülse 22 angeschlossen. Die Verschiebehülse ist mit
Führungselementen versehen, die in entsprechende Führungselemente der Ankerwelle
23 eingreifen und eine Verschiebung der Hülse in Achsrichtung und gleichzeitig eine
Drehmomentübertragung ermöglichen. Mit der Verschiebehüse 22 ist auch der Kollektor
3 fest verbunden. Auf der Vbrschiebehülse ist'ferner an der vom Wicklungsträger
abgewandten Seite des Kollektors über ein axial belastbares Kugellager 24 eine Steuerscheibe
25 angeschlossen, die durch eine Feder 26 in Achsrichtung in der einen und durch
einen Elektromagneten 27 in der anderen Richtung bewegt werden kannO Die Bohrung
des. zylindrischen Wicklungsträgers 2 wird von einem hohlzylinderförmigen feststehsenden
Ankerkern 6a oder bei einem konischen Wicklungsträger 20 von einem im wesentlichen
hohlzylindrischen, an seiner Außenseite Jedoch konischen Pmterkern 28 so ausgefüllt,
daß zwischen dem Wicklungsträger und dem Ankerkern nur ein schmaler.
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Luftspalt verbleibt.
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Die Feder 26 preßt den Wicklungsträger 2 gegen die Stirnseite 29 des
Ankerkerns 6a (Bremsstellung), der Elektromagnet 27 wirkt der Feder entgegengesetzt
und bewegt den Hohl läufer in Betriebsstellung.
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Bei konischer Anordnung wirken die Feder und der Elektromagnet in
der gleichen Weise. In der Bremsstellung werden Jedoch die konischen Mantelflächen
des Wicklungsträgers 30 und des Ankerkerns 31 aufeinander gedrückt.
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Es ist selbstverständlich auch möglich, Feder und Elektromagnet so
anzuordnen, daß die Bremsstellung durch Erregen des Elektromagneten erreicht wird.
Es können auch mehrere Federn und mehrere Elektromagnete am Umfang der Steuerscheibe
verteilt angeordnet werden.
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In dem Ankerkern 6a bzw. 28 sind, wie auch aus dem in Fig. 2 dargestellten
Radialschnitt AA zu entnehmen ist, möglichst nahe an der dem Wicklungsträger zugewandten
Mantelfläche vier axiale Bohrungen 32 angeordnet, die an der dem Kollektor 3 zugewandten
Stirnseite durch einen radial verlaufenden Ringkanal 33 miteinander verbunden sind.
An die andere Stirnseite des Ankerkerns ist durch Schraubverbindungen 34 eine Scheibe
35 angeschlossen, in deren dem Ankerkern zugewandten Oberfläche zwei Kanäle 36 eingearbeitet
sind, welche Je zwei der Bohrungen 32 miteinander verbinden. In die Scheibe 35 sind
außerdem zwei radial verlaufende Bohrungen 37 eingebracht, die in Je einen der Kanäle
36 münden und an die die Kühlmittelzuleitung 38 bzw. die Kühlmittelableitung 39
angeschlossen wird. Zwischen dem Ankerkern und der Scheibe 35 ist zum wasserdichten
Anschließen der Kühlkanäle eine Flachdichtung 40 angeordnet.
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ueber die Scheibe 35 wird rerner durch eine Schraubverbindung 41 der
Ankerkern mit dem Erregerkern 42 verbunden, der die Erregerwicklung 17 aufnimmt
und gleichzeitig das Motorgehäuse bildet.
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An der Peripherie des Erregerkerns sind Kühlkanäle 43, 44 mit rechteckigem
Querschnitt angeordnet, die den Kern.nach Art eines zweigängigen
Gewindes
umschließen. Wie aus Fig. 3 hervorgeht strömt im Kanal 43 das Kühlmittel im Uhrzeigersinn
und im Kanal 44 entgegen dem Uhrzeigersinn. Die Kanäle 43 und 44 sind an der Kollektorseite
durch einen Kanal 45 miteinander verbunden, so daß das Kühlwasser über einen Zuführungskanal
46 in den Kanal 43, von dort in den Verbindungskanal 45 und über den Kanal 44 in
den Ableitungskanal 47 gelangt.
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Kollektorseitig ist der Motor mit dem Lagerdeckel 9 verschlossen.
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Der Lagerdeckel und der als Gehäuse dienende Erregerkern 42 sind indirekt
über einen Federring leine Scheibe 48 aus Isoliermaterial und Schrauben 12 miteinander
verbunden. Die Scheibe 48 trägt die HaIter 13 der Kohlenbürsten 14. Elektrische
Anschlüsse sind durch eine Bohrung 15 geführt. Lagerdeckel 9 und Ankerkern 6a bzw.
28 tragen Kugellager 16 und 16a zum Lagern der Ankerwelle 23.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin daß der Wicklungsträger
aufgrund seiner Festigkeit zum Erzeugen von Bremsmomenten geeignet ist und die Bremseinrichtungen
direkt an dem Wicklungsträger angreifen können. Die dabei entstehende Wärme wird
über den metallischen Wicklungsträger abgeleitet. Auf diese Weise werden besondere
an die Ankerwelle anzuschließende Bremsscheiben, welche das Trägheitsmoment erhöhen
würden, überflüssig.
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Die Anordnung von Kühlkanälen in dem ferromagnetischen Kern der Erregerwicklung
und in dem der Ankerwicklung benachbarte Ankerkern ermöglicht ferner eine wesentlich
höhere Ausnutzung der Wicklungen, die ünter sonst gleichen Bedingungen eine Erhöhung
der Motorleistung auf den zehnfachen Wert erlaubt. Die Erhöhung der Strombelastbarkeit
führt außerdem zu einer weiteren Reduzierung der Masse und damit des Schwungmomentes
des Läufers.