DE2256857A1 - Regulierbare induktionsbremse - Google Patents

Regulierbare induktionsbremse

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DE2256857A1
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Max Baermann
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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
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/64Electric machine technologies in electromobility

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

Description

  • Regulierbare Induktionsbremse Die Erfindung bezieht sich auf eine regulierbare Induktionsbremse mit einem die Magnetfelder erzeugenden Rotor und einem durch einen Luftspalt von diesem getrennten, die Induktionswicklungen tragenden Stator.
  • Derartige Induktionsbremsen finden als Verzögerungsbremsen vorzugsweise in Fahrzeugen Anwendung, indem die Induktionswicklung mit einem äußeren Belastungswiderstand verbunden ist, in welchem die erzeugte Energie in Wärme umgewandelt wird.
  • Es ist bereits bekannt, die in Schienenfahrzeugen vorhandenen Elektromagnete zur Abbremsung des Fahrzeugs heranzuziehen, indem man den Motor vom Netz trennt und ihn als Generator auf Bremswiderstände arbeiten läßt. Bei diesen Bremsgeneratoren wird die Regelung des BremsmomenteB durch Regler vorgenommen, mit denen mehr oder weniger Widerstände zu- oder abgeschaltet werden. Durch die hohen Ströme, die hierbei geschaltet werden müssen, entstehen Lichtbögen, die einen hohen Kontaktabbrand verursachen, Aufgrund des häufigen Schaltens während der Bremsungen ist nach einer gewissen Betriqbsdauer die Betriebssicherheit der Bremse nicht mehr gewährleistet bzw. eine erhöhte Wartung erforderlich.
  • Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bei Motoren oder Generatoren bekannt geworden, die Regulierung der Drehzahl bzw.
  • des Drehmomentes des Motors oder der Spannung eines Generators derart vorzunehmen, daß der Stator aus zwei axial unterteilten Polringen besteht, die relativ zueinander bis um eine Polteilung verdrehbar sind.
  • Bei Anwendung einer derartigen Regulierung für Induktionsbremsen müssen die Verstellorgane die gesamte Bremskraft aufnehmen, so daß ein großer Aufwand für die Ausbildung der Verstellorgane erforderlich ist.
  • Unter Vermeidung dieser Nachteile ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine regulierbare Induktionsbremse zu schaffen, bei welcher die Verdrehung der axial unterteilten Magnetpolringe kraftlos erfolgt und auf die Verstelimittel, die mit den verdrehbaren Magnetpolringen in Eingriff stehen, nur noch etwa die Hälfte der Bremskraft einwirkt.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einer regulierbaren Induktionsbremse der Rotor in wenigstens drei, die Dauermagnete tragende Magnetpolringe unterteilt ist, wobei ein Teil der Magnetpolringe feststehend und die übrigen gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und die Gesamtpolfläche der in entgegengesetzter Richtung bis um eine Polteilung zueinander verdrehbaren Magnetpolringe gleich oder etwas größer ist als die Gesamtpolfläche der fest mit dem Rotor verbundenen Magnetpolringe, wobei die verdrehbaren Magnetpolringe während der Rotation durch Verstellmittel von außen gegeneinander kraftlos verstellbar sind.
  • Durch die Erfindung gelingt es, die Verstellmitel kleiner auszubilden, die Betriebssicherheit während der Verdrehung der Magnetpolringe zu erhöhen und die Regulierung des Bremsmomentes verschleißfrei vorzunehmen.
  • Die Reduzierung der auf die Verstellmittel einwirkenden Kräfte ist deshalb von besonderer Bedeutung, weil die Verdrehung der unterteilten Magnetpolringe von außen, d.h. von feststehenden Teilen, auf die verdrehbaren Magnetpolringe, während sie sich in Rotation befinden, übertragen werden muß.
  • Auch bei hohem Bremsmoment können die Abmessungen der Bremse klein gehalten werden, wobei eine große Betriebssicherheit gewährleistet ist.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der regulierbaren Induktionsbremse mit zwei Ausführungsbeispielen der Verstellmittel anhand der Zeichnungen erläutert.
  • Es zeigen: Fig.l eine axial geschnittene Halbansicht der regulierbaren Induktionsbremse mit permanentmagnetisch erregtem Rotor, Fig.2 einen Längsschnitt durch die Bremse nach der Linie I-I der Fig.1, Fig.3 eine als Verstellmittel dienende Schubstange, die mit Schrägnuten versehen ist, Fig.4 eine andere Ausführungsform, bei welcher als Verstellmittel um einen zentralen Drehpunkt schwenkbare Hebel vorgesehen sind.
  • Die regulierbare Induktionsbremse gemäß Fig.1 besteht aus einem Stator 1, der am Fahrzeuggestell befestigt ist. Er besteht aus einem Statorring 2, an dessen beiden gegenüberliegenden Stirnseiten Lagerschilder 3,4 angebracht und mit dem Statorring verschraubt sind. Am inneren Umfang des Statorringes ist ein ringförmig ausgebildeter Polkörper 5 befestigt, der aus lamellierten Blechen zusammengesetzt ist und Nuten 12 aufweist, in welche die Spulenwicklung 6, vorzugsweise eine Mehrphasenwicklung, eingelegt ist. Innerhalb des Stators 1 ist der Rotor 7 mittels Kugellager 8 und Rollenlager 9 drehbar gelagert.
  • Der Rotor ist fest mit der hier nicht dargestellten abzubremsenden Welle verbunden. Auf der Rotornabe 13 sind die die Dauermagnete 10 tragenden Magnetpolringe 11 angebracht.
  • In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind drei Magnetpolringe vorgesehen, wovon der mittlere Magnetpolring auf der Rotornabe 13 fest und die beiden äußeren, einander gleichen Magnetpolringe in entgegengesetzter Richtung verdrehbar angeordnet sind. Die Breite jedes verdrehbaren, äußeren Magnetpolringes beträgt in axialer Richtung etwas mehr als die Hälfte der Polbreite des feststehenden, mittleren Magnetpolringes. Jeder Magnetpolring ist an seinen Stirnflächen mit unmagnetischen Haltescheiben 14 versehen.
  • Der Aufbau eines jeden Magnetpolringes ist besser aus Fig.2 ersichtlich. Jeder Magnetpolring ist aus plattenförmigen Dauermagneten 10 mit dazwischen liegenden Polschuhen 15 aus ferromagnetischem Werkstoff zusammengesetzt. Die Polschuhe sind an ihren Enden an einem zentralen Befestigungsring 17 aus nicht magnetischem Material verschraubt.
  • Die Dauermagnete sind in Richtung ihrer geringsten Dicke magnetisiert und liegen jeweils mit gleichnamigen Polen an den Seitenflächen der Polschuhe an. Die Pole der Dauermagnete sind in der Zeichnung durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet. Durch diese Anordnung entstehen in den Polschuhen ebenfalls Pole wechselnder Polarität, die an den'Polköpfen 18 der Polschuhe durch die Buchstaben N und S gekennzeichnet sind.
  • Das gesamte Dauermagnetsystem der Magnetpolringe, bestehend aus Dauermagneten und Polschuhen, wird durch die stirnseitig angebrachten Haltescheiben 14 zusammengehalten.
  • Zwischen den Polköpfen 18 der Magnetpolringe 11 des Rotors und dem Polkörper 5 des Statorsbefindet sich der Arbeitsluftspalt 19.
  • Damit die verdrehbaren Nagnetpolringe des Rotors während der Rotation von außen bis um eine Polteilung gegeneinander verdreht werden können, sind Verstellmittel vorgesehen. Diese Verstellmittel bestehen aus einem Verstellhebel 20, der im Lagerschild 4 drehbar gelagert ist und über einen Bolzen 21 mit einem Zahnsegment 22 in Verbindung steht. Dieses Zahnsegment greift mit seinen Zähnen in ein Zwischenzahnrad 23 ein, das ebenfalls mittels eines Lagerbolzens 24 im Lagerschild 4 drehbar gelagert ist. Dieses Zwischenzahnrad 23 greift wiederum in die Verzahnung 47 eines Gewinderinges 25 ein.
  • Dieser Gewindering 25 ist mit einem mehrgängigen Innengewinde 26 versehen, welches in das Gegengewinde 27 eines Gegengewinderinges 28 eingreift. Der Gegengewindering 28 ist am Lagerschild 4 befestigt.
  • Durch Verdrehung des Verstellhebels 20 wird über das Zahnsegment 22 und das Zwischenzahnrad 23 der Gewindering 25 verdreht, so daß eine axiale Verschiebung des Gewinderinges in der eingzeichneten Pfeilrichtung erfolgt.
  • Die axiale Verschiebung des Gewinderinges wird über ein Kugellager 29 auf die in der Rotornabe 13 geführten Schubstangen 30 übertragen. Zu diesem Zweck sind die Schubstangen mit mehreren Bolzen 31 versehen, die in den Verstellring 16, welcher am Außenring 45 des Kugellagers 29 befestigt ist, eingreifen.
  • Wie aus Fig.3 hervorgeht, sind in der Schubstange 30 Schrägnuten 46 vorhanden, in welche Drehkörper 32 eingreifen.
  • Diese Drehkörper oder Rollen sind auf Zapfen 33 (siehe Fig.1) gelagert und mit dem Befestigungsring 17 der verdrehbaren Magnetpolringe 11 fest verschraubt.
  • Durch die vorbeschriebene axiale Verschiebung der Schubstangen in der in Fig.3 eingezeichneten Verschieberichtung (siehe Pfeil) erfolgt die Verdrehung der Magnetpolringe 11 gegeneinander über die Drehkörper in der eingezeichneten Pfeilrichtung.
  • Anstelle der Verdrehung der Magnetpolringe mittels der Schrägnuten aufweisenden Schubstangen 30 kann die Verdrehung auch durch mehrere Hebel vorgenommen werden, wie dies in Fig.4 dargestellt ist.
  • Diese Hebel 34 sind auf Lagerzapfen 35 befestigt, die an der Rotornabe 13 drehbar gelagert sind. An den gegenüberliegenden Hebelenden 36,37 befinden sich Kreuzkugelgelenke 38,39+ die mit den gegeneinander verdrehbaren Magnetpolringen 11 durch Bolzen 40 verbunden sind. In Höhe des Drehpunktes sind die Hebel mit einem Flansch 41 versehen, an dessen Ende sich ein Kugelgelenk 42 befindet, in welches der axial verschiebbare Bolzen 31 eingreift.
  • Durch axiale Verschiebung der Bolzen 31 in der vorbeschriebenen Weise werden die Hebel, wie in der Zeichnung durch Pfeile angedeutet ist, um den Lagerzapfen 35 verdreht und bewirken dadurch eine Verdrehung der Magnetpolringe gegeneinander.
  • Anstelle des Flansches 41 kann an den Lagerzapfen 35 der Hebel auch ein Zahnsegment 43 angebracht sein, in dessen Zähne eine Zahnstange 44 eingreift, die am Verstellring 16 (siehe Fig,1) befestigt ist. In Fig.4 ist diese Anordnung gestrichelt dargestellt. Durch die axiale Verschiebung der Zahnstange in der dargestellten Pfeilrichtung wird der Hebel 34 über das Zahnsegment um den Lagerzapfen 35 verdreht, wobei über die Kreuskugelgelenke eine Verdrehung der Magnetpolringe erfolgt.
  • Der axiale Verschiebeweg und der Verdrehungawinkel der Hebel sind so bemessen, daß die Verdrehung der Magnetpolringe bis um eine Pol teilung vorgenommen werden kann.
  • Geht man davon aus, daß sich sämtliche Magnetpolringe in einer solchen Stellung befinden, daß stets gleiche Pole in axialer Richtung nebeneinander liegen, z.B. nur Nordpole oder nur Südpole, so befindet sich die Bremse im eingeschalteten Zustand, da der maximale magnetische Fluß über den Luftspalt auf die Wicklung einwirkt und damit die maximale Spannung induziert wird. Die Enden der Wicklung sind mit Bela4tung4widerstknden verbunden, eo daß das maximale Bremsmoment erzielt wird.
  • Werden durch die Verstellmittel die beiden verdrehbaren äußeren Magnetpolringe gegenüber dem mittleren, feststehenden Magnetpolring um eine Polteilung verstellt, eo liegen dann auf den Magnetpolringen nicht mehr die gleichen Pole nebeneinander, sondern neben dem Pol des mittleren, feststehenden Magnetpolringea liegen nun in axialer Richtung entgegengesetzte Pole der beiden verdrehten äußeren Magnetpolringe, Da die Polflächen der beiden äußeren Pole gleicher Polarität zusammen gleich oder etwas größer als die Polfläche des mittleren Poles entgegengesetzter Polarität sind, heben sich die in den gegenüberstehenden Wicklungen induzierten Spannungen gegenseitig auf, so daß sich die Bremse im ausgeschalteten Zustand befindet.
  • Je nach dem Grad der Verstellung der beiden äußeren Magnetpolringe gegenüber dem mittleren, feststehenden Magnetpolring kann das Bremsmoment stufenlos auf die gewünschte Größe einreguliert werden.
  • Abgesehen von den geringen Reibungskräften kann die Verdrehung praktisch kraftlos vorgenommen werden, wobei die Verstellmittel, die mit den verdrehbaren Magnetpolringen verbunden sind, nur die halbe Bremskraft aufnehmen messen.
  • Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel eingeschränkt, denn es können auch mehr als drei Magnetpolringe vorgesehen werden.

Claims (5)

  1. P a t e n t a n s p r ü c h e
    1 ))Regulierbare Induktionsbremse mit einem die Magnetfelder erzeugenden Rotor und einem durch einen Luftspalt von diesem getrennten, die Induktionswicklungen tragenden Stator, in welchem die Induktionsströme induziert werden, wobei die Regulierung des Bremsmomentes durch Verstellung von axial unterteilten, dauermagnetischen Polringen erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor in wenigstens drei, die Dauermagnete tragende Magnetpolringe unterteilt ist, wobei ein Teil der Magnetpolringe feststehend und die übrigen gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und die Gesamtpolfläche der in entgegengesetzter Richtung bis um eine Polteilung zueinander verdrehbaren Magnetpolringe gleich oder etwas größer ist als die Gesamtpolfläche der fest mit dem Rotor verbundenen Magnetpolringe, wobei die verdrehbaren Magnetpolringe während der Rotation durch Verstellmittel von auDen gegeneinander kraftlos verstellbar sind.
  2. 2) Regulierbare Induktionsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstellmittel Hebel vorgesehen sind, die in einem zentralen Drehpunkt am Rotor gelagert sind und deren gegenüberliegende Hebelenden mit den gegeneinander verdrehbaren Magnetpolringen verbunden sind, wobei die Schwenkung der Hebel und damit die Verdrehung der Magnetpolringe über in axialer Richtung verschiebbare Glieder erfolgt.
  3. 3) Regulierbare Induktionsbremse nach den Ansprüchen lund 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Aerstellmittel Hebel vorgesehen sind, die auf an der Rotornabe drehbaren Lagerzapfen befestigt sind und deren gegenüberliegende Hebel enden über Kugelgelenke mit den gegeneinander verdreht baren Magnetpolringen verbunden sind, und an den Lagerzapfen ein-Zahnsegment angebracht ist, welches mit einer Zahnstange in- Eingriff steht, die mit einem kugelgelagerten Verstellring verbunden ist und über mehrgängige.Gq.winderinge.in axialer Richtung durch Verdrehung des Verstellhebels von außen in axialer Richtung verschiebbar ist.
  4. 4) Regulierbare Induktionsbremse nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel im Bereich des Drehpunktes mit einem Flansch versehen sind, an dessen Ende sich ein Kugelgelenk befindet, in welches der axial verschiebbare Bolzen eingreift.
  5. 5) Regulierbare Induktionsbremse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in axialer Richtung bewegliche Schubstangen in der Rotornabe vorgesehen sind, die Schrägnuten aufweisen, in welchen Drehkörper geführt sind, di4nit den gegeneinander verdrehbaren Magnetpolringen fest verbunden sind, wobei zur axialen Verschiebung in die Schubstange ein Bolzen eingreift, der in einem Verstellring eines Kugellagers befestigt ist, welches in einem mit den Verstellhebeln über Zahnräder verbundenen mehrgängigen Gewindering sitzt.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202013105365U1 (de) * 2013-11-25 2015-02-26 Eaat Gmbh Chemnitz Permanentmagnetisch erregte Asynchronmaschine
DE102010019318B4 (de) 2010-05-03 2024-05-29 Voith Patent Gmbh Permanentmagnetretarder

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010019318B4 (de) 2010-05-03 2024-05-29 Voith Patent Gmbh Permanentmagnetretarder
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