DE2727920C3 - Einlageriger Induktionskleinstmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen einlagerigen Induktionskleinstmotor mit aus nach innen vorstehenden Polen aufgebautem Statorblechkranz, koaxial in der Statorbohrung drehbar gelagertem Rotor und durch die Rotoraußenfläche und Polinnenfläche festgelegten radialen Luftspalten.

Derartige Induktionsmotoren sind als einphasige oder mehrphasige Induktionsmotoren, beispielsweise Spaltpolmotoren oder Kondensatormotoren bekannt Einlagerige, einphasige, afc Spaltpolmotoren ausgebildete Wechselstrommotoren werden häufig in der Luftfahrt verwendet Ein typisches, uisführungsbeispiel hierfür ist aus der US-PS 32 93 729 (Wayne Jones Morrill) bekannt Diese Kleinstmotoren mit nur einem Lager haben gewöhnlich Luftspaltbreiten von 0,228 mm, gegebenenfalls 0,2541 mm oder mehr; Kleinstmotoren mit Luftspaltbreiten kleiner als 0,203 mm sind bisher nicht bekanntgeworden. *o

Es ist seit langem bekannt, daß eine Verkleinerung, der Luftspaltbreite und eine damit einhergehende Verringerung des magnetischen Widerstandes zu einer Verbesserung der Motorleistung führt, solange eine Verkleinerung der Luftspaltbreite nicht gleichzeitig zu einer Erhöhung der Verluste führt In erster Linie begrenzt der Widerstand die Ausgangsleistung von Induktionskleinstmotoren. Da der aberwiegende Anteil des Stromes in derartigen Kleinstmotoren der Magnetisierungsstrom ist führt eine Verkleinerung des Luftspal- so tes zu einer damit einhergehenden Verringerung des Eingangsstromes. Proportional zu dieser Verringerung des Eingangsstromes werden auch die Kupferverluste (I²R) kleiner. Will man dagegen die Verluste bei ihrem ursprünglichen Wert belassen, dann werden weniger Kupfer (oder gegebenenfalls Aluminium) und Eisen benötigt, so daß eine Kostenersparnis und Motorverkleinerung möglich ist.

Statt dessen kann aber auch bei gleicher Kupfer- und Eisenmenge bzw. -Anordnung der sich bei verriegeltem Motor ergebende Strom und das Drehmoment erhöht und damit ein »steiferer« oder »strammerer« Motor erhalten werden. Aus vorstehendem folgt, daß eine Verkleinerung der Luftspaltbreite zunächst den Wirkungsgrad eines Kleinstmotors erhöhen würde. In der Fachwelt bestand aber Einstimmigkeit darüber, daß eine über die bisher verwendeten und oben angegebenen Luftspaltbreiten hinausgehende Verkleinerung zu einer starken Erhöhung der Polflächen- und Nutenpulsationsverluste führt Diese Verluste würden die durch Einsparung der PR-Verluste gewonnenen Vorteile überwiegen. Wenn nämlich der Luftspalt über die oben angegebenen Maße hinaus verkleinert wird, steigen die Statorpolflächen- und Rotorzahnflächenverluste deswegen an, weil in den Statorpolflächen und Rctorzahnflächen ein magnetischer Fluß großer örtlicher und zeitlicher Frequenz aufgebaut wird. Dieser hochfrequente magnetische Wechselfluß führt zu Wirbelströmen und Hystereseverlusten geringer Eindringtiefe. Der vom Rotor ausgehende magnetische Fluß hat nämlich eine Welligkeit welche 30- bis lOOmal so viele Pole wie Statorpole aufbaut Außerdem ruft der Statorfluß seinerseits Wellen und Oberwellen in den Statorzähnen hervor.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den gattungsgemäßen Induktionskleinstmotor derart weiterzuentwickeln, daß er bessere Kennwerte bezüglich des Verhältnisses von Eingangs- zu Ausgangsleistung aufweist

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Luftspalte in radialer Richtung etwa 0,025 mm bis 0,152 mm breit sind und das Verhältnis von Luftspaltbreite zu Rotordurchmesser etwa 0,0009 bis 0,005 ist

Wie oben dargelegt, widerspricht diese Lösung der einhelligen Meinung der Fachwelt, da der Fachmann aufgrund seiner bisherigen Erfahrungen bei üblichen Induktionsmotoren erwarten mußte, daß die Verluste mit kleiner werdendem Luftspalt wegen des größeren Streuflusses erheblich ansteigen. Anmelderseitig durchgeführte Untersuchungen an Kleinst-Induktionsmotoren, insbesondere Spaltpol- und Kondensatorkleinstmotoren haben jedoch ergelben, daß die erwarteten Verluste bei derartigen Kleinstmotoren nicht auftreten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung liegt die Luftspaltbreite rt radialer Richtung zwischen etwa 0,051 mm und 0,102 mm und das Verhältnis von Luftspaltbreite zu Rotordurchmesser zwischen 0,0018 und 0,0035. Durch diese Maßnahme wird ein besonders hoher Wirkungsgrad erzielt

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der schematischen Darstellungen näher erläutert, in den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine Seitenansicht im Schnitt eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und

F i g. 2 einen Teil des in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels in vergrößertem Maßstab.

In F i g. 1 ist ein üblicher einlageriger Einphasenwechselstrom-Spaltpolkleinstmotor 10 dargestellt. Der Motor !0 umfaßt ein Motorgehäuse 12, eine Seitenwandung 14 und eine Stirnwand 16. Der Statorblechkranz 18, bestehend aus mehreren übereinandergestapelten, relativ dünnen Lamellen eines magnetischen Materials, ist in einer in der Innenfläche der Seitenwandung 14 des Gehäuses 12 angeordneten Fuge 20 eingesetzt

Von der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 aus erstreckt sich koaxial eine Lagerhülse 22 in den von der Seitenwandung 14 gebildeten Hohlraum. In der Lagerhülse 22 ist eine Welle 24 drehbar gelagert. Ein aus einem Stapel von mehreren dünnen Lamellen aus magnetischem Material gebildeter Rotor 26 ist, beispielsweise mit Schrumpfsitz, auf einer Buchse 28 eines mit der Welle 24 verbundenen Halterungsaufsatzes 30 angeordnet. Zwischen der Lagerhülse 22 und dem Halterungsaufsatz 30 ist eine Stoßpufferscheibe 34 vorgesehen. Ein Spiel zwischen der Welle 24 und dem

Rotor 26 wird durch eine Sicherungsscheibe 36, die auf der Welle 24 sitzt und gegen die Außenfläche der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 drückt, verhindert.

An der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 ist eine Abschlußkappe 38 befestigt Die Abschlußkappe 38 und s die Stirnwand 16 legen einen dazwischenliegenden Hohlraum 42 fest Im Hohlraum 42 ist ein ein Schmiermittel aufnehmender Stoff 44, welcher die Lagerhülse 22 mit Schmiermittel versorgt, vorgesehen. An der Innenfläche der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 ist ein becherförmiges, das innere Ende der Buchse 28 umgebendes Teil 46 befestigt Schmiermittel, das von der Lauffläche der Welle 24 in den zwischen der Lagerhülse 22 und der Buchse 28 liegenden Raum eintritt, wird in das becherförmige Teil 46 abgezogen und gelangt durch die in der Stirnwand 16 des Gehäuses 12 vorgesehenen Zugänge 48 wieder zu dem das Schmiermittel aufnehmenden Stoff 44.

Nahe der Außenfläche 54 des Rotors 26 sind Läuferkäfigstangen 50 in Nuten 52 vorgesehen. Die Läuferkäfigstangen 50 werden durch Bundringe 53, 55 miteinander verbunden. Die Läuferkäfigstangen 50 sowie die Bundringe 53,55 bestehen üblicherweise aus Spritzgußaluminium.

Der Statorblechkranz 18 weist ein ringförmiges Joch 57 mit mehreren sich vom Joch 57 radial nach innen erstreckenden Spaltpolen 58 auf. Üblicherweise hat der Motor 10 zwei, vier oder sechs in gleichem Winkelabstand angeordnete Spaltpole 58. Er ist demgemäß als Zwei-, Vier- oder Sechspolmotor ausgestaltet Auf den v> Polen 58 sind Feldwicklungen 60 vorgesehen. An der Seitenwand 14 des Gehäuses 12 ist ein Deckel 56 vorgesehen, durch dessen mittige Öffnung der Bundring 55 und die Welle 24 herausragen.

Gemäß Fig.2 weist jeder Spaltpol 58 einen bogenförmigen Polflächenabschnitt 62 auf. Dieser Polflächenabschnitt 62 legt zusammen mit der zylindrischen Außenfläche 54 des Rotors 26 einen in radialer Richtung gleichförmigen Luftspalt 64 fest Ein durch den Polflächenabschnitt 62 durchgehender, und somit mit dem Luftspalt in Verbindung stehender Schlitz 66 ist zur Aufnahme einer Kurzschlußspule 68 vorgesehen.

Weiterhin weist jeder Spaltpol 58 einen abgeschrägten Polflächünabschnitt 70 auf. Letzteres Merkmal ist ausführlich in der US-PS 27 73 999 des Anmelders beschrieben. Dieser abgeschrägte Polflächenabschnitt 70 stellt jedoch nicht das Wesen der Erfindung dar.

Bei der bisher beschriebenen Konstruktion für einen Spaltpolinduktionsmotor handelt es sich um einen üblichen derartigen Elektromotor.

Die bisher bekannten einlagerigen Kleinstmotoren verwenden Luftspaltbreiten, die nicht kleiner als 0,203 mm, gewöhnlich 0,229 mm oder 2£41 mm oder größer sind. Warum bisher kleinere Luftspaltbreiten nicht verwendet wurden, wurde bereits dargelegt Demgegenüber sieht die Erfindung einen Luftspalt 64 vor, dessen Breite zwischen 0,025 mm und 0,152 mm, vorzugsweise zwischen 0,051 mm und 0,102 mm liegt

Im Falle eines bekannten Spaltpolinduktionsmotors mit einer Ausgangsleistung von 2 Watt wurde bisher beispielsweise ein Stator mit einem Durchmesser von 81,31 mm und einer Breite von 12,7 mm, ein Rotor mit einem Durchmesser von 4436 mm ur,£ ein Luftspalt von ungefähr 0,229 mm vorgesehen. Verwendet man dagegen gemäß der Erfindung einen Luftspalt zwischen 0,051 mm und 0,102 mm, so erhält man einen erheblich besseren Motor mit der gleichen Ausgangsleistung, wobei cter Stator einen Durchmesser von 60,22 mm und eine Breite von 10,67 mm sowie einen Rotor mit einem Durchmesser von 28342 mm hat Daraus ergibt sich, daß der erfindungsgemäße Motor mit einer zwischen 0,025 mm und 0,152 mm liegenden Lukspaitbreite ein zwischen ca. 0,0009 bis 0,005 liegendes Verhältnis von Luftspaltbreite zu Rotordurchmesser aufweist Demgegenüber liegen bei den bekannten Motoren, die dieses Verhältnis erfüllen, die Luftspaltbreiten weit über 0,152 mm; sie liegen nämlich bei 0,25 mm und darüber. Das Verhältnis der Materialkosten zwischen den bekannten, größeren Motoren und den neuen, von der Erfindung, das heißt vom äußerst extrem kleinen Luftspalt Gebrauch machenden Motor liegt In der Größenordnung von 3 :1.

Die Anwendung der erfinderischen Lehre ermöglicht es ober auch, bei gleichem Induktionskleinstmotor wie früher, jedoch nun mit äußerst kleinem Luftspalt eine beachtliche Leistungserhöhung zu ei zielen und damit einhergehend die Eingangsleistung verringern bzw. Energie sparen zu können. - ■

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Einlageriger Induktionskleinstmotor mit aus nach innen vorstehenden Polen aufgebautem Statorblechkranz, koaxial in der Statorbohning drehbar gelagertem Rotor und durch die Rotoraußenfläche und Polinnenfläche festgelegten radialen Luftspalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspalte (64) in radialer Richtung etwa 0,025 mm bis 0,152 mm breit sind und das Verhältnis von Luftspaltbreite zu Rotordurchmesser etwa 0,0009 bis 0,005 ist

2. Kleinstmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftspaltbreite in radialer is Richtung zwischen etwa 0,051 mm und 0,102 mm liegt und das Verhältnis von Luftspaltbreite zu Rotordurchmesser zwischen 0,0018 und 0,0035 liegt