DE2420218A1 - Positionsstellmotor - Google Patents

Description

2. 5. 1973

Posit ionsst ellmot or

Die Erfindung richtet sich auf einen Positionsstellmotor für V/echsel-, Dreh- oder pulsierenden Gleichstrom, der beispielsweise zum Positionieren von Werkstücken, Werkzeugen oder Meßfühlern geeignet ist.

Für diese Zwecke werden an Werkzeugmaschinen, Meßmaschinen oder dergleichen mit IiC-Steuerungen in zunehmendem Maße neben Drehstrommotoren zusätzlich Schrittmotoren eingesetzt. Es liegen auch Bestrebungen vor, die Antriebe derartiger Einrichtungen aus ökonomischen Gründen nur mit einem einzigen Motor auszurüsten· Mit den handelsüblichen Motoren ist jedoch eine genaue Positionierung niclit möglich, da diese nicht genau an einem bestimmten Punkt angehalten werden können.

Andererseits haben Schrittmotoren bei höheren Drehzahlen ein sehr kleines Drehmoment, kleine Leistung und schlechten Wirkungsgrad. Ferner sind sie unsicher in bezug auf schrittgetreuen Lauf bei schwankender Belastung. Infolgedessen werden in den meisten Fällen aus Sicherheitsgründen zusätzlich inkrementale laeßsysteme eingesetzt, so daß der Vorteil des Schrittmotors, daß er genau definierte Schritte fahren kann, nicht genutzt wird.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen zum Betrieb mit Wechsel-, Dreh- oder pulsierenden Gleichstrom geeigneten Motor so auszubilden, daß er die Eigenschaften normaler Wechselstrommotoren mit denen der Schrittmotoren verbindet

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und dabei mit einem guten Wirkungsgrad arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einem Wechselstrommotor der genannten Art mit zwei oder mehreren im Ständer fest angeordneten Magnetspulen dadurch gelöst, daß er einen elektrisch leitenden, fliegend gelagerten Trommelläufer besitzt, daß ein mit dem Ständer fest verbundenes leicht magnetisierbares Blechpaket als magnetischer Rückschluß von der lagerfreien Seite des Trommelläufers aus in diesen hineinragt und daß im Inneren des magnetischen Rückschlusses ein magnetisches Bremssystem für den läufer angeordnet ist, das im Moment der Abschaltung des Motors in Verbindung mit einem im Ständer erzeugten Magnetfeld und dem hierdurch entstehenden Wirbelstrom zur Wirkung kommt, so daß der Läufer schnell abgebremst wird.

Dabei kann das magnetische Bremssystem zweckmäßig aus einem Magnetsystem und einem kugel.-jjelagerten Zuganker bestehen, der nach Abschaltung des Magnetsystems unter der Einwirkung einer Druckfeder eine Konusbremse betätigt. Die Konusbremse kann vorteilhaft innerhalb des Trommellaufers angeordnet werden.

Für Asynchronbetrieb des Liotors besteht der Trommelläufer zweckmäßig aus einem elektrisch leitenden Werkstoff geringer Eichte wie z. B. Aluminium, s.o daß sein Massenträgheitsmoment sehr klein ist. Dadurch erhält der Motor beim Anlaufen ein relativ hohes BeschleunL-ungsmoment und beim Abschalten ein großes Bremsmoment.

Wenn der Motor synchron laufen soll, kann der Trommelläufer aus magnetischem oder magnetisierbarem Werkstoff, z· 3.^

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gehärtetem und aufmagnetisiertem Stahl beatehen.

In der .Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Positionsstellmotors im Schnitt dargestellt. Dabei zeigt die

Fig. 1 einen Längsschnitt und die

Fig. 2 einen Querschnitt des Motors an der mit A-B bezeichneten Stelle der Fig. 1.

In einem Gehäuse 1 mit einem Lagerschild 2 und einem Lagerdeckel 3 ist eine Antriebswelle 4 mit einem daran befestigten Trommelläufer 5 mit Hilfe von Kugellagern 6 und fliegend gelagert. Das Gehäuse 1 enthält ferner eine zwei- oder drei-phasige Ständerwicklung 8, die hintereinander oder im Dreieck geschaltet sein kann. Diese bildet zusammen mit einem Blechpaket 9 den Ständer des Motors. Als magnetischer Rückschluß ist mit dem Ständer ein weiteres Blechpaket 10 fest verbunden, das von der lagerfreien Seite in len Trommelläufer' 5 hineinragt. Der Trommelläufer 5 wirkt als Kurzschlußläufer und besitzt ein sehr kleines M«ssenträgheitsmoment, so daß der Motor beim Anlaufen ein hohes Beschleunigungsmoment und beim Abschalten ein großes Bremsmoment hat. Innerhalb des Blechpaketes 10 ist eine Magnetspule 11 angeordnet, die zur Erregung eines Magnetfeldes dient, das auf einen in Kugellagern 12 und 13 gelagerten Zuganker 14 einwirkt. An dem Zuganker befindet sich ein Bremskonus 15, der durch einen Sicherungsstift 16 gegen Verdrehung gesichert ist. Am gelagerten Ende des Tro'imelläufers 5 ist ein Bremsbelag 17 befestigt, dessen

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Form dem Bremskonus 15 entsprechend ausgebildet ist. Durch Erregung der Magnetspule 11 mittels einer Gleichspannung kann der Zuganker· H _:?egen den Druck einer Rückstellfeder 18 in die Magnetspule 11 hineingezogen werden, so daß die aus dem Bremskonus 15 und dem Trommelläufer mit dem Bremsbelag 17 gebildete Konusbremse gelöst v/ird.

Pur den erfinduigsgemäßen Positionsstellmotor ergibt sich folgende Wirkungsweise: Wird die Ständerwicklung des Motors mit Wechsel- oder Orehstrom gespeist, so dreht sich der Trommelläufer 5 asynchron mit dem Brehfeld der Ständerwicklung. Gleichzeitig mit der Speisung der Ständerv/icklung 8 v/ird die Llagnetspule 11 des innerhalb des Trommelläufers angeordneten Zugankers 14· mit Gleichstrom gespeist, dadurch wird der kugelgelagerte Zuganker 14 in Axialrichtung angezogen und der gegen Drehung gesicherte Bremskonus aus dem Innenkegel dee am Trommelläufer angebrachten Tremsbelages 17 herausgezogen, so daß sich die Läuferwelle leicht drehen kann. !lach dem Abschalten des v/echsel- oder Lrehstroms v/ird die Ständerwicklung 8 sofort mit Gleichstrom gespeist, do daß im Ständer ein stehendes i.Iagnetfeld erzeugt v/ird. Der rotierende Läufer durchschneidet dabei die Kraftlinien des stehenden Magnetfeldes. Infolgedessen v/ird in ihm eine Εκ,ίΚ erzeugt, durch die der Läufer durch den dabei ent stehenden V/irbelstrom sofort abgebremst wird. Außerdem wird mit dem Abschalten des V/echsel- oder "rehstroms in der Magnetspule 11 des Zugankers 14 der GleichBtron abgeschaltet. J.-advrch bricht das Magnetfeld des Zugankers 14 zusammen, der

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durch die Rückstellfeder 18 mit dem gegen Drehung gesicherten Bremskonus 15 in den Innenkegel der Läuferwelle gedrückt wird, so daß er diese zusätzlich abbremst.

Der beschriebene Positionsstellmotor kann mit Hilfe einer besonderen Ansteuerelektronik betrieben werden, die im wesentlichen aus einem statischen Generator besteht, der in der Frequenz und Spannung regelbar oder in verschiedenen Stufen ansteuerbar ist. Mit Hilfe der Ansteuerelektronilc kann der Motor auch durch kürze auf die Ständerwicklung gegebene Impulse für die Ausführung beliebig kleiner Schritte benutzt werden. Damit kann der erfindungsgemäße Positionsstellmotor den Schrittmotor ohne weiteres ersetzen.

Der Vorteil des gemäß der Erfindung ausgebildeten Positions· stellmotoiB liegt darin, daß mit ihm (je nach Größe) ein Y/irkungsgrad von etwa 70 bis 9C$ erreicht werden kann, während Schrittmotoren mit einem Wirkungsgrad von etwa 10$ arbeiten. Die für ihn erforderlichen Ansteuergeräte v/erden wesentlich einfacher, v/eil seine Statorwicklungen im Betrieb mit V/echsel- oder Drehstrom immer fest angeschlossen bleiben, während beim Schrittmotor wechselv/eise eine oder mehrere Spulen wechselseitig hintereinander angeschlossen werden müssen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors liegt darin, daß er bei jeder Frequenz sofort anläuft, während der Schrittmotor bei Überlastung ruckartig stehen bleibt und besonders bei hoher Ansteuerfrequenz erst v/ieder anläuft, wenn die Ansteuerfrequenz zurückgeregelt wurde. Dieses beeinflußt

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die Sicherheit einer Steuerung ganz beträchtlich. Außerdem mächt sich die Erwärmung des Schrittmotors bei IiC-Steuerungen recht nachteilig bemerkbar. So werden u. a. auf Grund des kleinen Wirkungsgrades Temperaturen von etwa 100° C und mehr erreicht.

Das Arbeitsprinzip des Positionsstellmotors läßt es zu, daß dieser Motor für Leistungen bis zu mehreren KW gebaut v/erden kann.

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Claims (3)

- 7 Patentansprüche

1.) rositionsstellmotor für Wechsel-, Dreh- oder pulsierenden Gleichstrom mit zwei oder mehreren im Ständer fest angeordneten Magnetspulen, dadurch gekennzeichnet, daß er einen elektrisch leitenden, fliegend gelagerten Trommelläufer besitzt, daß ein mit dem Ständer fest verbundenes leicht magnetisierbares Blechpaket als magnetischer Rückschluß von der lagerfreien Seite des Trommelläufers aus in diesen hineinragt und daß im Inneren des magnetischen Rückschlusses ein magnetisches Bremssystem für den Läufer angeordnet ist, das im Moment der Abschaltung des Motors in Verbindung mit einem im Ständer erzeugten Magnetfeld und dem hierdurch entstehenden Wirbelstrom zur Wirkung kommt, so daß der Läufer schnell abgebremst wird.

2. Positionsstellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Bremssystem aus einem Magnetsystem und einem kugelgelagerten Zuganker besteht, der nach Abschaltung des Magnetsysteras unter der- Einwirkung einer Druckfeder eine Konusbremse betätigt.·

3. Positionsstellmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Konusbremse innerhalb des Trommeiläufers angeordnet ist.

4· Positionsstellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelläufer aus Aluminium besteht.

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5· Positionsstellmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Trommelläufer aus gehärtetem und aufmagnetisiertem Stahl besteht.

Bth/Pi

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