DE2704211A1 - Multi-rotor electric motor with cup-shaped stator - has interior and exterior rotors rotating at sync speed and same direction - Google Patents

Multi-rotor electric motor with cup-shaped stator - has interior and exterior rotors rotating at sync speed and same direction

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DE2704211A1 DE19772704211 DE2704211A DE2704211A1 DE 2704211 A1 DE2704211 A1 DE 2704211A1 DE 19772704211 DE19772704211 DE 19772704211 DE 2704211 A DE2704211 A DE 2704211A DE 2704211 A1 DE2704211 A1 DE 2704211A1
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    • H02K7/10—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters
    • H02K7/108—Structural association with clutches, brakes, gears, pulleys or mechanical starters with friction clutches

Abstract

The wound main rotor is mounted on a drive shaft which is rotatable within a cup-shaped stator, which is so wound that when connected to a source of polyphase power, it provides a rotating magnetic field. A second rotor equipped with permanent magnets is mounted for rotation about and outside the stator and tends to rotate at synchronous speeds in the same direction as the main rotor. The two rotors are normally connected for mutual rotation between starting speed and predetermined speed, less than synchronous speed, by a spring-loaded, centrifugally-opened clutch assembly which disengages when the main rotor reaches the predetermined speed so as to enable both rotors to rotate independently, and which re-engages both rotors for mutual rotation when the speed of the main rotor falls below the preset speed.

Description

Mehrfachläufer-Elektromotor Multiple rotor electric motor

Die Erfindung bezieht sich auf Elektromotoren, insbesondere Vielfachläufer-Elektromotoren mit einem gemeinsamen Stator.The invention relates to electric motors, in particular multiple rotor electric motors with a common stator.

Es ist bekannt, in einem einzigen Elektromotorgehäuse mehrere Läufer und einen gemeinsamen Ständer zu verwenden. Bei herkömmlichen Elektromotoren dieser Art sind die Läufer Ublicherweise in einem elektrischen Feld einer innerhalb des anderen an konzentrischen Wellen drehbar gelagert, während der Ständer ausserhalb der beiden Läufer angeordnet ist.It is known to have several rotors in a single electric motor housing and to use a common stand. With conventional electric motors this Typically, the runners are in an electric field within the the other rotatably mounted on concentric shafts, while the stand is outside of the two runners is arranged.

Jeder der Läufer weist üblicherweise einen Kommutator und stationäre Bürsten auf und die Läufer drehen unabhängig voneinander.Each of the rotors usually has a commutator and stationary Brushes on and the runners rotate independently of each other.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Doppelläufer-Elektromotor zu schaffen, bei dem der Ständer zwischen den beiden Läufern nach Sandwichart angeordnet ist, so dass der Vorteil des vollen Kraftflusses ausgenutzt wird und der so ausgelegt ist, dass nur einer der Läufer mit einem Kommutator und Bürsten versehen werden muss.The object of the invention is to create a double-rotor electric motor, in which the stator is sandwiched between the two runners, so that the advantage of the full power flow is used and designed in this way is that only one of the rotors will be provided with a commutator and brushes got to.

Die Läufer des erfindungsgemässen Motors sind ferner unabhängig voneinander drehbar aber automatisch verbindbar, um gemeinsam zu drehen und ein erhöhtes Drehmoment sicherzustellen, wenn einer der Läufer durch Uberlastung langsamer zu werden droht.The rotors of the motor according to the invention are also independent of one another rotatable but automatically connectable to rotate together and increase torque to ensure that one of the runners threatens to slow down due to overload.

Auf diese Weise wird die Gefahr der Motorbeschädigung verringert.This will reduce the risk of engine damage.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine mittige Schnittansicht durch die obere Hälfte des Doppelläufer-Elektromotors; Fig. 2 eine Endansicht des Doppelläufer-Elektromotors, bei der das Motorgehäuse teilweise entfernt ist; und Fig. 3 eine Ansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1.The invention is based on an embodiment shown in the drawings explained in more detail. 1 shows a central sectional view through the upper half of the double-rotor electric motor; Fig. 2 is an end view of the double-rotor electric motor, in which the motor housing is partially removed; and Fig. 3 is a view taken along the line 3-3 in FIG. 1.

In Fig. 1 ist lediglich die obere Hälfte des Motors dargestellt, dessen untere Hälfte aber symmetrisch zu der oberen Hälfte ist.In Fig. 1 only the upper half of the engine is shown, its but the lower half is symmetrical to the upper half.

Der Motor ist in einem Gehäuse 10 aus einem umlaufenden Mantel 11 und daran mit Maschinenschrauben 13 befestigten Endwänden 12 und 13 eingesetzt.The motor is in a housing 10 made of a circumferential jacket 11 and end walls 12 and 13 attached thereto with machine screws 13.

Der Motor selbst besteht allgemein aus einem Schleifringläufer 16, der innerhalb eines becherförmigen Ständers 17 dreht, dessen Wicklung ein drehendes magnetisches Feld erzeugt, wenn sie an eine Mehrphasenstromquelle angeschlossen wird. Läufer und Ständer wirken als Komponenten eines Induktionsmotors. Der Motor weist noch einen zweiten Läufer 19 mit Permanentmagneten auf, die konzentrisch um den Ständer angeordnet sind und der durch eine Kupplung 21 mit dem ersten Läufer 16 verbunden ist. Diese Kupplung 21 ist so ausgelegt, dass sie die Läufer 16 und 19 miteinander verbindet, damit diese von der Anlassdrehzahl an bis zu der Solldrehzahl des ersten Läufers 16 gemeinsam drehen, die Bruchteile geringer ist als die Synchrondrehzahl. Bei Erreichen der Solldrehzahl kuppelt die Kupplung aus, so dass die Läufer voneinander gelöst werden und unabhängig drehen.The motor itself generally consists of a slip ring rotor 16 which rotates within a cup-shaped stator 17, the winding of which creates a rotating magnetic field when connected to a polyphase power source. The rotor and stator act as components of an induction motor. The motor also has a second rotor 19 with permanent magnets which are arranged concentrically around the stator and which is connected to the first rotor 16 by a coupling 21. This clutch 21 is designed so that it connects the rotors 16 and 19 to one another so that they rotate together from the starting speed up to the target speed of the first rotor 16, which is fractions less than the synchronous speed. When the target speed is reached, the clutch disengages so that the rotors are released from each other and rotate independently.

Der Läufer 16, der einen Kern und eine Wicklung, allgemein mit 23 bezeichnet, aufweist, ist an einer Haupttriebwelle 24 versplintet.The rotor 16, a core and a winding, generally at 23 designated, has, is splinted to a main drive shaft 24.

Ein Ende 25 dieser Welle 24 dreht in Lagern 26 in der Endwand 13 des Motorgehäuses 10. Das gegenüberliegende Ende 31 der Triebwelle 24 ist durch eine Hohlantriebswelle 32 gesteckt, die in Lagern 33 dreht. Diese Lager 33 sind durch eine Flacheisenverankerung 34 in der Endwand 12 des Motorgehäuses 10 befestigt.One end 25 of this shaft 24 rotates in bearings 26 in the end wall 13 of the Motor housing 10. The opposite end 31 of the drive shaft 24 is through a Hollow drive shaft 32 inserted, which rotates in bearings 33. These bearings 33 are through a flat iron anchor 34 is fixed in the end wall 12 of the motor housing 10.

Die Triebwelle 24 dreht in Lagern 35 innerhalb und coaxial zu der Hohlantriebswelle 32.The drive shaft 24 rotates in bearings 35 within and coaxial with the Hollow drive shaft 32.

Der Ständer 17 weist einen becherförmigen Spulenträger 36 mit Feldwicklung 37 auf und ist mit einer ringförmigen röhrenförmigen Halterung 38 versehen, deren Endflansch 39 mittels Schrauben 41 an der Endwand 13 des Motorgehäuses 10 befestigt ist. Durch entsprechende Durchgänge (nicht dargestellt) in der röhrenförmigen Halterung 38 sind Starkstromzufllhrungen 43 (gestrichelt gezeichnet) gesteckt und mit Bürsten 44 verbunden, die in der Halterung angeordnet sind und an einem Kommutator 45 des Läufers 16 schleifen.The stator 17 has a cup-shaped coil carrier 36 with field winding 37 and is provided with an annular tubular holder 38, the End flange 39 attached to end wall 13 of motor housing 10 by means of screws 41 is. Through corresponding passages (not shown) in the tubular holder 38 power supply leads 43 (shown in dashed lines) are plugged in and with brushes 44 connected, which are arranged in the holder and attached to a commutator 45 of the Grinding rotor 16.

Der zweite Läufer 19 weist ein Paar ringförmiger Endplatten 51 und 52 auf, zwischen denen ein zylindrischer Träger 53 mittels Kopfschrauben 54 befestigt ist. Der Träger 53 besteht aus einem dielektrischen Material und ist mit zahlreichen Permamentmagneten 55 versehen, die daran durch Schrauben 56 befestigt sind. Die Endplatte 51 ist mit Schrauben 58.an einem Flansch 59 am inneren Ende der Hohlantriebswelle 32 befestigt und die Endplatte 52 ist drehbar in Lagern 61 auf der röhrenförmigen Halterung 38 gelagert. Die Permanentmagnete 55 sind so angeordnet, dass ihre Reaktion mit im drehenden Magnetfeld erzeugten magnetischen Kraftlinien ein Drehmoment hervorrurt, das dazu neigt, den zweiten Läufer 19 in der gleichen Richtung wie den Hauptläufer 16 zu drehen.The second rotor 19 has a pair of annular end plates 51 and 52, between which a cylindrical carrier 53 is fastened by means of cap screws 54 is. The carrier 53 is made of a dielectric material and is provided with numerous Permanent magnets 55 attached thereto by screws 56. the End plate 51 is attached to a flange 59 at the inner end of the hollow drive shaft with screws 58 32 fixed and the end plate 52 is rotatable in bearings 61 on the tubular Bracket 38 stored. The permanent magnets 55 are arranged so that their reaction With magnetic lines of force generated in the rotating magnetic field, a torque is generated, that tends to move the second runner 19 in the same direction as the main runner 16 to turn.

Ein zweiter Ständer 63, dessen Wicklung 64 ähnlich ist der Wicklung 37 des ersten Ständers 17, ist mittels Maschinenschrauben 65 am umlaufenden Mantel 11 des Motorgehäuses 10 befestigt.A second stator 63, the winding 64 of which is similar to the winding 37 of the first stand 17 is attached to the circumferential jacket by means of machine screws 65 11 of the motor housing 10 attached.

Die Wicklung ist über Leiter (nicht dargestellt) an der gleichen Mehrphasenkraftquelle angeschlossen.The winding is connected to the same multiphase power source via conductors (not shown) connected.

Die Endplatte 51 des Ständers 19 ist mit einem inneren kegelstumpfförmigen Ansatz 67 versehen, an dem eine Reibungsplatte 68 befestigt ist. Die Kupplung 21 umfasst einen ringförmigen Träger 72, der durch Schrauben 73 an dem gegen die Endplatte 51 gerichteten Ende des Läufers 16 befestigt ist. Der Träger 72 ist mit einer radial verlaufenden zylindrischen Fassung 76 versehen, über die eine ringförmige Flanheisenverankerung 77 geschraubt ist, die ihrerseits eine Ringhülse 78 aufweist. In der Fassung 76 gleitet das gestauchte Ende 81 einer Welle 82, die nach aussen durch die Ringhülse 78 verschiebbar ist. Das äussere Ende der Welle 82 ist mit einem Kupplungsschuh 84 und einem Gewicht 85 versehen, die gegen eine Verschiebung in Bezug auf die Welle 82 zwischen einem Anschlag 86 und einer auf das äussere Ende der Welle 82 aufgeschraubten Mutter 87 gesichert ist. Der Kupplungsschuh 84 verläuft über der Reibungsplatte 68 und seine Unterseite ist mit einem Kupplungsbelag 88 versehen, der der Form der Reibungsplatte 68 angepasst ist. Eine Kompressionsfeder 91 ist um die Welle 82 zwischen der Flacheisenverankerung 77 und dem gestauchten Ende 81 der Welle angeordnet. Diese Kompressionsfeder 91 spannt normalerweise den Kupplungsschuh 84 gegen die Reibungsplatte 68, so dass beide Läufer 16 und 19 miteinander verbunden werden und dabei gleichzeitig drehen. Die Stärke der Kompressionsfeder 91 ist so gewählt, dass dann, wenn der erste Läufer 16 eine Drehzahl erreicht, die um Bruchteile geringer ist als die Solldrehzahl, die nach aussen gegen das Ende des Kupplungsschuhs 84 wirkende Zentrifugalkraft des Kupplungsschuhs 84 und des Gewichts 85 eine leichte Kompression der Feder 91 bewirkt und dadurch den Kupplungsbelag 88 und die Reibungsplatte 68 auskuppelt und voneinander löst, so dass beide Läufer 16 und 19 frei sind und unabhängig voneinander drehen.The end plate 51 of the stand 19 is frustoconical with an inner one Approach 67 is provided to which a friction plate 68 is attached. The clutch 21 comprises an annular support 72 secured to the end plate by bolts 73 51 directed end of the rotor 16 is attached. The carrier 72 is radial with one extending cylindrical socket 76 is provided, over which an annular flange iron anchorage 77 is screwed, which in turn has an annular sleeve 78. In version 76 the upset end 81 of a shaft 82 slides outward through the annular sleeve 78 is slidable. The outer end of the shaft 82 has a coupling shoe 84 and a weight 85 which prevent displacement with respect to the shaft 82 between a stop 86 and one screwed onto the outer end of the shaft 82 Nut 87 is secured. The clutch shoe 84 extends over the friction plate 68 and its underside is provided with a clutch facing 88 which has the shape of the Friction plate 68 is adapted. A compression spring 91 is around the shaft 82 between the flat iron anchorage 77 and the upset end 81 of the shaft. These Compression spring 91 normally biases clutch shoe 84 against the friction plate 68, so that both runners 16 and 19 are connected to one another and at the same time turn. The strength of the compression spring 91 is chosen so that when the first rotor 16 reaches a speed which is fractions lower than the target speed, the outward against the Centrifugal force acting at the end of the coupling shoe 84 of the coupling shoe 84 and the weight 85 a slight compression of the spring 91 causes and thereby disengages the clutch lining 88 and the friction plate 68 and solves each other so that both runners 16 and 19 are free and independent of each other turn.

Zwischen Anlassdrehzahlen um Bruchteile geringer als die Solldrehzahl des Läufers 16 sind beide Läufer 16 und 19 miteinander verbunden und drehen gleichzeitig. Das Drehmoment des Läufers 16, üblich bei Induktionsmotoren, sinkt ab, wenn die Drehzahl bzw. Geschwindigkeit ansteigt, während das Drehmoment des Läufers 19, üblich bei Synchronmotoren, ansteigt, wenn die Drehzahl bzw. die Geschwindigkeit ansteigt, so dass die Folge ein hochkombiniertes Drehmoment von Drehzahl bis Solldrehzahl ist. Wenn die Drehzahl des Läufers 16 eine Grösse erreicht, die Bruchteile geringer ist als die Solldrehzahl, wird beim Auskuppeln das Ansteigen der Drehzahl des Läufers 19 ermöglicht, bis die Drehzahl erreicht ist, die synchron mit dem Drehfeld ist.Between starting speeds by a fraction lower than the target speed of the rotor 16, both rotors 16 and 19 are connected to one another and rotate at the same time. The torque of the rotor 16, common in induction motors, decreases when the Rotational speed or speed increases, while the torque of the rotor 19 is common in the case of synchronous motors, increases when the speed or the speed increases, so that the result is a highly combined torque from speed to target speed is. When the speed of the rotor 16 reaches a size, the fractions are lower is than the target speed, the speed of the rotor increases when the clutch is disengaged 19 allows until the speed is reached, which is synchronous with the rotating field.

Wenn die Drehzahl des Läufers 16 aufgrund des Anstiegs des Drehmomentbedarfs unter die Auslösegeschwindigkeit der Kupplung abfällt, kuppelt diese wieder ein und verbindet beide Läufer, wodurch die Drehmomentleistung ansteigt und sicherstellt, dass der Läufer 16 die Solldrehzahl wieder erreicht. Auf diese Weise werden die Gefahren der Beschädigung oder Zerstörung weitgehend verringert, die üblicherweise bei Elektromotoren auftreten, wenn unter starker Belastung ein Abbremsen und Verlangsamen auftritt.When the speed of the rotor 16 due to the increase in the torque requirement falls below the release speed of the clutch, it engages again and connects both rotors, which increases the torque output and ensures that the rotor 16 reaches the target speed again. In this way, the The risk of damage or destruction is largely reduced, which is usually the case occur in electric motors when braking and decelerating under heavy load occurs.

Unter normalen Arbeitsbedingungen ist ausgekuppelt, so dass der Läufer 19 in diesen Fällen durch die Hohlantriebswelle 32 mit den Antriebsteilen verbunden werden kann, die nicht vom Läufer 16 getrieben werden.Under normal working conditions the clutch is disengaged so that the runner 19 connected to the drive parts by the hollow drive shaft 32 in these cases that are not driven by the rotor 16.

Obwohl der Läufer 16 als Induktionsläufer dargestellt und be- schrieben wurde, kann er auch ein Synchronmotor sein, wobei in diesem Fall die Solldrehzahl die Synchrondrehzahl ist.Although the rotor 16 is shown as an induction rotor and wrote it can also be a synchronous motor, in which case the target speed is the synchronous speed.

Die Kupplung wird so ausgelegt, dass sie bei Drehzahlen um Bruchteile geringer als die Synchrondrehzahl auskuppelt.The clutch is designed in such a way that it works at speeds by a fraction less than the synchronous speed disengages.

Claims (5)

A n 5 p r ü c h e 1. Mehrfachläufer-Elektromotor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass in einem Motorgehäuse (10) ein Wicklungen (23) und einen Kommutator (45) aufweisender Hauptläufer (16) mit einer Triebwelle (24) drehbar gelagert ist, um den Hauptläufer (16) ein becherförmiger Schleirring-Ständer (17) angeordnet und so ausgelegt ist, dass nach Anschluss an eine mehrphasige Stromquelle ein drehendes Magnetfeld erzeugt und der Hauptläufer (16) in Drehung versetzt wird, ein mit Permanentmagneten (55) versehener sekundärer Läufer (19) drehbar an der Triebwelle (24) des Hauptläufers (16) gelagert und so angeordnet ist, dass er unter Einfluss des drehenden Magnetfeldes in der gleichen Richtung dreht wie der Hauptläufer (16), und ferner Hauptläufer (16) und sekundärer Läufer (19) durch eine federgespannte, durch Zentrifugalkraft auskuppelbare Kupplung (21) miteinander verbindbar sind, wenn die Drehzahl des Hauptrotors (16) eine vorbestimmte Grösse geringer ist als die Synchrondrehzahl des sekundären Rotors (19). A n 5 r e c h e 1. Multiple rotor electric motor, d u r c h g e k e n n n n e i n e t that in a motor housing (10) a winding (23) and a commutator (45) having main rotor (16) with a drive shaft (24) is rotatably mounted, around the main rotor (16) a cup-shaped sling ring stand (17) is arranged and designed so that after connection to a multi-phase power source a rotating magnetic field is generated and the main rotor (16) is set in rotation, a secondary rotor (19) provided with permanent magnets (55) rotatable on the Drive shaft (24) of the main rotor (16) is mounted and arranged so that it is under Influence of the rotating magnetic field rotates in the same direction as the main rotor (16), and also the main rotor (16) and secondary rotor (19) by a spring-loaded, clutch (21) which can be disengaged by centrifugal force can be connected to one another, when the speed of the main rotor (16) is less than a predetermined size the synchronous speed of the secondary rotor (19). 2. Mehrfachläufer-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Motorgehäuse (10) ein sekundärer Ständer (63) um den sekundären Läufer (19) angeordnet ist, dessen Wicklung (64) so ausgelegt ist, dass beim Anschluss an eine mehrphasige Stromquelle ein drehendes Magnetfeld erzeugt wird, das in der gleichen Richtung dreht wie das drehende Magnetfeld des Hauptständers (17). 2. Multiple rotor electric motor according to claim 1, characterized in that that in the motor housing (10) a secondary stator (63) around the secondary rotor (19) is arranged, the winding (64) is designed so that when connected to a polyphase power source creates a rotating magnetic field that is in the same Direction rotates like the rotating magnetic field of the main stand (17). 3. Mehrfachläufer-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplung (21) aus einer am Hauptläufer (16) radial angeordneten Welle (82) und einem Kupplungsschuh (84) besteht, dessen Unterseite mit einem Kupplungsbelag (88) versehen ist, der mit einer Reibungsplatte (68) am sekundären Läufer (19) zusammenwirkt, um die Welle (82) eine Feder (91) angeordnet ist, die gegen den Hauptrotor (16) wirkt und normalerweise die Welle (82) nach innen spannt, derart, dass der Kupplungsbelag (88) gegen die Reibungsplatte (68) gespannt ist, und dass die Welle (82) ein Gewicht (85) aufweist, das so ausgelegt ist, dass dann, wenn der Hauptläufer (16) die vorbestimmte Drehzahl erreicht, die Welle (82) radial nach aussen bewegt und die Kupplung (21) ausgekuppelt wird. 3. Multiple rotor electric motor according to claim 1, characterized in that that the coupling (21) consists of a shaft (82) arranged radially on the main rotor (16) and a clutch shoe (84), the underside of which with a clutch lining (88) is provided with a friction plate (68) on the secondary rotor (19) cooperates around the shaft (82) a spring (91) is arranged, which against the main rotor (16) acts and normally tensions the shaft (82) inward, such that the Clutch lining (88) is tensioned against the friction plate (68), and that the shaft (82) has a weight (85) which is designed so that when the main runner (16) reaches the predetermined speed, the shaft (82) moves radially outward and the clutch (21) is disengaged. 4. Mehrfachläufer-Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem Kupplungsbelag (88) der Kupplung (21) berührte Reibungsplatte (68) konisch ausgebildet ist.4. Multiple rotor electric motor according to claim 3, characterized in that that the friction plate (68) touched by the clutch lining (88) of the clutch (21) is conical. 5. Mehrfachläufer-Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hohlantriebswelle (32) mit dem sekundären Läufer (19) verbunden ist, die im Abstand konzentrisch zur Triebwelle (24) des Hauptrotors (16) angeordnet ist.5. Multiple rotor electric motor according to claim 1, characterized in that that a hollow drive shaft (32) is connected to the secondary rotor (19) which is arranged at a distance concentrically to the drive shaft (24) of the main rotor (16).
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