DE3209976A1

DE3209976A1 - Induktionsmotor mit geringer traegheit und variabler geschwindigkeit

Info

Publication number: DE3209976A1
Application number: DE19823209976
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nagoya Kumatani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-03-19
Filing date: 1982-03-18
Publication date: 1982-09-30
Also published as: US4491753A; DE3209976C2

Description

1A-3839

ME-584
(F-6401)

MITSUBISHI DENKI KABUSHIKI KAISHA Tokyo, Japan

Induktionsmotor mit geringer Trägheit und variabler

Geschwindigkeit

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit einer geringen Trägheit und einer variablen Geschwindigkeit. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Induktionsmotor mit einer geringen Trägheit und einer variablen Geschwindigkeit, welcher zu einem relativ niedrigen Verhältnis von Drehenergie zu Drehmoment führt.

Gewöhnlich fordert man eine stelle Anstiegscharakteristik oder eine steile Abfallcharakteristik der Drehzahl bei Servomotoren für numerische Steuerung oder bei Motoren

variabler Geschwindigkeit für Industrienähmaschinen. Beispielsweise benötigt man einen steilen Anstieg bis zu einer vorbestimmten Nähgeschwindigkeit bei dem Starten von Industrienähmaschinen. Andererseits benötigt man auch einen steilen Abfall auf eine vorbestimmte Stoppgeschwindigkeit, wenn der Nähvorgang unterbrochen werden soll. Es wurde bisher angenommen, daß ein Gleichstrommotor mit einer Thyristor-Leonard-Steuerung des elektrischen Antriebs für diese Zwecke verwendet werden kann. Der Gleichstrommotor hat nämlich eine ausgezeichnete Steuerbarkeit sowie ein großes Startdrehmoment und ein ausgezeichnetes Geschwindigkeitsansprechverhalten. Für einen Gleichstrommotor benötigt man jedoch einen Permanentmagneten, einen Kommutator und eine Bürstenhalterung. Darüber hinaus ist es schwierig,wegen der Gleichrichtungscharakteristika eine hohe Drehzahl zu erhalten. Ferner sind Möglichkeiten zur Herstellung eines kompakten Motors geringen Gewichts begrenzt. Darüber hinaus erfordern die Bürsten aufgrund des häufigen Abriebs einen hohen Wartungsaufwand.

Andererseits kann man Induktionsmotoren ohne spezielle Wartung verwenden. Wenn es gelingt, eine gesteuerte Stromversorgungseinrichtung mit einem Wechselrichter zu schaffen, welche wirtschaftlich ist, so kann der Gleichstrommotor im wesentlichen durch einen Induktionsmotor ersetzt werden. Bei dem herkömmlichen Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit ist jedoch ein Rotor mit einem joch verbunden, und es wird ein Drehfeld gebildet durch die Wechselwirkung zwischen Stator und Joch. Der Antriebskörper besteht aus dem Joch und dem Rotor, d.h. aus relativ schweren Bauteilen. Darüber hinaus weist ein solcher Motor keine Einrichtungen zum Bremsen des Antriebskörpers auf. Aus diesen Gründen hat der herkömmliche Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit ein hohes Verhältnis von Drehenergie zu Drehmoment des Antriebs-

S -z-

körpers und die Drehzahl des Antriebskörpers kann nicht rasch zwangsmäßig verringert werden. Aus diesem Grunde eignen sich Motoren dieser Art nicht für Anwendungen, bei denen ein rascher Anstieg oder ein rascher Abfall der Drehzahl erförderlich ist. Wenn man herkömmliche Induktionsmotoren für die vorgenannten Zwecke verwenden will, so ist es nachteiligerweise erforderlich, die Last über eine spezielle Einrichtung anzutreiben, z.B. in einer Nähmaschine über eine elektromagnetische Kupplung oder dergl..

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu überwinden und einen Induktionsmotor mit niedriger Trägheit und variabler Geschwindigkeit zu schaffen, welcher ein ausgezeichnetes Ansprechverhalten hinsichtlich eines steilen Anstiegs und eines steilen Abfalls der Drehzahl aufweist, und zwar bei einfachem Aufbau, wobei ein relativ niedriges Verhältnis von Drehenergie zu Drehmoment des Antriebskörpers verwirklicht werden kann.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit und niedriger Drehzahl zu schaffen, welcher in Axialrichtung verringerte Abmessungen aufweist<-

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Induktionsmotor mit variabler Geschwindigkeit und niedriger Trägheit zu schaffen, dessen Antriebskörper zwangsmäßig gebremst werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Induktionsmotor mit variabler. Geschwindigkeit und niedriger Trägheit geschaffen, bei dem ein Stator an einer Innenperipheriewandung eines Rahmens befestigt ist und bei dem ein Joch an einer anderen Innenperlpheriewandung des

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Rahmens befestigt ist, und zwar in Gegenüberlage zum Stator mit einem geringen Spalt dazwischen. Ferner ist ein becherförmiger Rotor vorgesehen, welcher mit einer Welle verbunden ist, derart, daß er in den Zwischenraum zwischen dem Joch und dem Stator drehbar hineinragt. Bei einer Ausführungsform ist der Stator an der Innenseite einer Außenperipheriewandung des Rahmens befestigt, während das Joch an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens befestigt 1st. Bei einer anderen Ausführungsform ist der Stator an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens befestigt, während das Joch an der Innenseite der Außenperipheriewandung des Rahmens befestigt ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Welle mit einer elektromagnetischen Bremse für die Abbremsung der Drehbewegung der Welle ausgerüstet. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der Motor mit einem Gebläse für die zwangsmäßige Kühlung des Inneren des Motors ausgerüstet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 die Hälfte eines Schnitts durch die Mittellinie einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsmotors mit variabler Geschwindigkeit und niedriger Trägheit;

Fig. 2 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig.1 einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig.1 einer dritten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 4 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig.1 einer vierten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 eine Draufsicht eines Stators und eines Jochs der vierten Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4, wobei Teile weggebrochen sind;

Fig. 6 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig.1 einer fünften Ausführungsform der Erfindung; und

Fig. 7 einen Schnitt ähnlich demjenigen der Fig.1 einer sechsten Ausführungsform der Erfindung.

In den Zeichnungen "bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder sich entsprechende Bauteile. Im folgenden wird eine, erste Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig.1 erläutert.

Der Induktionsmotor mit niedriger Trägheit und variabler Geschwindigkeit gemäß Fig. 1 umfaßt einen Stator 14 mit einer Statorwicklung 12, wie bei einem herkömmlichen Induktionsmotor. Dieser Stator 14 ist an der Innenseite der Außenperipheriewandung eines Rahmens 10 des Motors befestigt. Andererseits ist ein Joch 16 in Form eines laminierten Eisenkerns an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 10 befestigt. Zwischen dem Stator 14 und dem Joch 16 besteht ein schmaler Spalt (Ringspalt). Wenn ein Strom der Statorwicklung 12 zugeführt wird, so entsteht aufgrund des Stators 14 und des Jochs 16 in dem Spalt zwischen beiden ein entsprechendes Drehfeld. Eine Welle oder Abtriebswelle 26 ist drehbar mit Lagern 22, 24 gelagert. Eines dieser Lager ist an einer nichtmagnetischen Abdeckung 18 befestigt, welche ihrerseits am Rahmen 10 befestigt ist. Das andere Lager ist an einer Büchse 20 befestigt, welche am Rahmen 10 befestigt ist. Ein becherförmiger Rotor 30 ist mit einer Halterung 28 verschraubt, die ihrerseits an der Welle 26 befestigt ist, derart, daß der Rotor in den Spalt ragt. Der becherförmige Rotor 30 besteht aus einem flächigen, nichtmagnetischen, elektrischen Leiter, wie Aluminium, Kupfer, Silber-Kupfer-Legierung.. In dem becherförmigen Rotor 30 wird durch die Rotation des magnetischen Feldes, welches durch den Stator 14 und das Joch 16 hervorgerufen wird, ein Wirbelstrom erzeugt. Das Antriebsdrehmoment kommt da-

durch zustande, daß sich das Drehfeld und der Wirbelstrom schneiden.

Ein Kühlgebläse 32 ist an der Halterung 28 ausgebildet und dient der Kühlung des Inneren des Motors. Das Kühlgebläse 32 saugt kühle Luft durch eine Ansaugöffnung 34 in der Abdeckung 18 an und heiße Luft wird durch Auslässe 36 im Rahmen 10 abgegeben. An der Halterung 28 sind scheibenförmige Wärmeabstrahlungsrippen 38 befestigt; die im becherförmigen Rotor 30 erzeugte Wärme wird durch die Wärmeabstrahlungsrippen 38 abgeführt.

Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der Stator 14 an der Innenseite der Außenperipheriewandung des Rahmens 10 befestigt und daß das Joch 16 an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 10 befestigt ist, und zwar gegenüber dem Stator 14, so daß ein schmaler Spalt verbleibt. Auf der Welle 26 ist ein Rotor 30 vom Bechertyp befestigt, welcher drehbar in den Spalt ragt.

Die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform soll im folgenden erläutert werden. In dem Spalt wird durch das Zusammenwirken zwischen Stator 14 und Joch 16 ein Drehfeld erzeugt, und zwar durch die Erregung der Statorwicklung 12. Hierdurch kommt es zur Ausbildung von Wirbelströmen in dem becherförmigen Rotor 30, welcher in den Spalt ragt. Das Antriebsdrehmoment wirkt auf den becherförmigen Rotor 30 dadurch ein, daß der Wirbelstrom das Magnetfeld schneidet. Die mechanische Ausgangsleistung kann an der Welle 26 abgenommen werden, da der becherförmige Rotor 30 an dieser Welle befestigt ist. Der Antriebskörper des Motors dieser Ausführungsform ist kompakt und leicht und hat somit ein. geringes Trägheitsmoment. Der Antriebskörper umfaßt nämlich die Halterung 28, welche an der Welle 26 befestigt ist, sowie den becherförmigen

Rotor 30, welcher an der Halterung 28 befestigt ist. Daher zeigt dieser Rotor ein vorzügliches Ansprechverhalten mit einem steilen Anstieg und einem steilen Abfall beim Starten bzw. Stoppen des Motors.

Bei einem herkömmlichen Induktionsmotor sind ein Rotor und ein Joch einstückig miteinander verbunden und bilden einen Antriebskörper. Demgegenüber sind bei dem erfindungsgemäßen Motor der becherförmige Rotor 30 einerseits und das Joch 16 andererseits getrennt und der Antriebskörper wird nur durch kompakte, leichte Bauteile, nämlich durch den becherförmigen Rotor 30 und die Halterung 28 für den Rotor, gebildet. Der becherförmige Rotor 30 erstreckt sich in der axialen Richtung und somit sind die Abmessungen des Motors in radialer Richtung verringert und die Oberfläche für die Ausbildung der Wirbelströme ist dennoch erhöht. Somit eignet sich dieser Motor als Servomotor für numerische Steuerungen und als Motor variabler Geschwindigkeit für Industrienähmaschinen, bei denen es auf eine steile Antriebscharakteristik bzw. eine steile Abfallcharakteristik ankommt. Man kann mit dem erfindungsgemäßen Motor ein steiles Start- bzw. Stoppverhalten auf einfachste Weise verwirklichen.

Der Motor wird durch den Antrieb erhitzt. Aus diesem Grund wird kühle Luft durch das Ansaugloch 34 eingesaugt und heiße Luft wird durch das Auslaßloch 36 ausgestoßen, und zwar aufgrund der Drehung des Kühlgebläses 32, das an der Halterung 28 ausgebildet ist. Auf diese Weise kann ein Temperaturanstieg im Motor wirksam verhindert werden. Wärmeabstrahlungsrippen 38 sind am becherförmigen Rotor 30 befestigt und so kann die Wärme des becherförmigen Rotors 30 unter den Betriebsbedingungen des Motors, die zur Erwärmung führen, leicht im Wege einer Abstrahlung über die Wärmeabstrahlungsrippen 38 abgeführt werden. Die

Wärmeabstrahlungsrippen 38 werden außerdem durch die Kühlluft abgekühlt. Außerdem kommt es hierdurch zu einer direkten Abkühlung des becherförmigen Rotors 30 und der Halterung 28 für den Rotor.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, welche der ersten AusfUhrungsform ähnelt, mit Ausnahme des zusätzlichen Einbaus einer elektromagnetischen Bremse. Daher wird eine Erläuterung des Aufbaus des Motorkörpers weggelassen. Bei dieser AusfUhrungsform ist die Welle 26 mit einer elektromagnetischen Bremse 42 ausgerüstet, die dazu dient, die Drehung des Antriebskörpers 40 mit der Halterung 28 und dem becherförmigen Rotor 30 zu bremsen. Die elektromagnetische Bremse 42 hat den folgenden Aufbau. Eisenkerne 44, 46 der elektromagnetischen Bremse 42 sind an der nichtmagnetischen Abdeckung 18 befestigt. Eine Bremswicklung 48 ist an einer Innenwandung dee Eisenkerns 44 gehaltert. Sie dient der Einspeisung eines magnetischen Flusses in die Eisenkerne 44, 46 der elektromagnetischen Bremse 42. Eine Bremsscheibe 50 ist axial verschiebbar auf der Welle 28 angeordnet. Die Bremsscheibe 50 wird mit Hilfe einer nichtgezeigten Feder stets gemäß Fig. 2 nach links gedrückt, so daß sie vom Eisenkern 46 weggehalten wird. Ein Bremskissen 52 ist an der dem Eisenkern 46 gegenüberliegenden Oberfläche der Bremsscheibe 50 befestigt. Ein rasches Abstoppen der Drehbewegung der Welle 26 wird durch eine Reibung zwischen dem Bremskissen 52 und dem Eisenkern 46 herbeigeführt. Die Bremsscheibe 50 weist Durchgänge 54 auf, durch die Kühlluft treten kann, welche durch die Ansaugöffnung 34 in den Motor gesaugt wird.

Das Abbremsen des Antriebskörpers 40 geschieht dadurch, daß man den Strom steuert, welcher durch die Statorwicklung 12 und die Bremswicklung 46 fließt. Wenn z.B. die mit der Welle 26 verbundene Last eine Nähmaschine oder

dergl. ist, welche rasch gestoppt werden soll, so wird der Strom, der durch die Statorwicklung 12 fließt, unterbrochen. Ferner wird ein Strom durch die Bremswicklung der elektromagnetischen Bremse 42 geschickt, so daß die elektromagnetische Bremse 42 betätigt wird. Der magnetische Fluß, der durch die Eisenkerne 44, 46 und durch die Bremsscheibe 50 verläuft, kommt dadurch zustande, daß der Strom durch die Bremsspule 48 fließt.. Aufgrund dieses magnetischen Flusses wird die Bremsscheibe 50 vom Eisenkern 46 angezogen und die Drehbewegung der Welle 26 wird rasch aufgrund der Reibung zwischen dem Bremskissen 52 und dem Eisenkern 46 gestoppt.

Wenn der Strom durch die Bremsspule 48 fließt, so kommt es zu einem magnetischen Fluß durch die Eisenkerne 44, 46 und die Bremsscheibe 50. Die Abdeckung 18, welche die Eisenkerne 44, 46 trägt, besteht aus einem nichtmagnetischen Material. Es kommt daher nicht zu einer Ableitung des magnetischen Flusses von dem Eisenkern 46 über die Abdeckung 18 und das Lager 22 zur Bremsscheibe 50. Auf diese Weise wird auch verhindert, daß während der Drehung des Motors ein magnetischer Fluß durch das Lager 22 verläuft. Auf diese Weise wird eine Wärmebeschädigung des Lagers aufgrund von Wirbelströmen verhindert, welche anderenfalls durch den magnetischen Fluß herbeigeführt werden könnten.

Fig. 3 zeigt eine dritte AusfUhrungsform des erfindungsgemäßen Induktionsmotors mit variabler Geschwindigkeit und niedriger Trägheit. Dabei bezeichnen wiederum gleiche Bezugszeichen identische oder sich entsprechende Bauteile. Ein wesentliches Merkmal der Ausführungsform der Fig. 3 besteht darin, daß der Stator 14 an der Innenfläche der Außenperipheriewandung des Rahmens 10 befestigt ist, während das Joch 16 an der Innenseite der In-

nenperipheriewandung des Rahmens 10 befestigt ist und dem Stator 14 gegenüberliegt, so daß ein schmaler Spalt verbleibt, wobei ferner wiederum ein Rotor vom Bechertyp 30 auf der Welle 26 befestigt ist und drehbar in den Spalt hineinragt, wobei wiederum eine elektromagnetische Bremse 42 zur Abbremsung der Drehbewegung der Welle verbunden ist und wobei schließlich wiederum ein Gebläse 56 mit dem Motor verbunden ist, welches zwangsmäßig das Innere des Motors kühlt. Zum Zwecke der Kühlung des Inneren des Motors, welcher durch die Drehung des Motors erhitzt wird, befindet sich ein Motor 60 für die Kühlung auf einer Halterung 58 des Rahmens 10 und ein Gebläse 56 für die zwangsmäßige Kühlung ist auf der Welle 62 des Motors 60 für die Kühlung befestigt. Ferner ist eine Einlaßöffnung 64 für die Zwangskühlung im Rahmen 58 vorgesehen sowie eine Ventilationsöffnung 66 im Rahmen 10 für die Zwangsventilation. Die Kühlung mit dem Kühlgebläse 56 erfolgt durch Antrieb des Motors 60. Bei der dritten Ausführungsform ist das Gebläse 56 für die zwangsmäßige Kühlung außerhalb des Rahmens 10 vorgesehen. Es ist jedoch auch möglich, das Gebläse 56 für die Zwangskühlung im Inneren des Rahmens 10 anzuordnen und dieses Gebläse 56 mit der Welle 26 anzutreiben. Bei der dritten Ausführungsform der Erfindung wird das Gebläse 56 für die zwangsmäßige Kühlung durch einen Motor 60 für Kühlzwecke angetrieben, so daß die Kühlluft zwangsmäßig von außen in den Motor geblasen wird. Die erhitzten Teile des Motors, z. B. der becherförmige Rotor 30 und die Wärmeabstrahlungsrippen 38, werden durch diese Kühlluft abgekühlt. Durch das Gebläse 56 für die Zwangskühlung wird die beim Kühlen gebildete heiße Luft durch die Auslaßöffnung 37 ausgestoßen. Auf diese' Weise erzielt man eine wirksame Kühlung.

Fig. 4 2eigt eine vierte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsmotors mit variabler Geschwindigkeit und geringer Trägheit. Ein Stator 112 ist an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 110 eines Motors befestigt. Der Stator 112 umfaßt einen Eisenkern 114 und eine Statorvricklung 116, welche um den Eisenkern 114 gewickelt ist. Der Eisenkern 114 ist mit in Umfangsrichtung angeordneten Magnetpolen 118 versehen, welche alternierend entgegengesetzte Polarität haben, wie dies in Fig. 5 dargestellt ist. Andererseits ist ein Joch aus einem laminierten Eisenkern an der Innenseite der Außenperiepheriewandung des Rahmens 110 angeordnet, und zwar mit einem schmalen Spalt gegenüber dem Stator 112. Wenn ein Strom durch die Statorwicklung 116 fließt, so wird ein entsprechendes Drehfeld im Spalt gebildet, und zwar durch den Stator 112 und das Joch 120. Die Ausgangswelle 130 ist mit Hilfe von Lagern 126, 128 drehbar gelagert. Eines dieser Lager ist an einer nichtmagnetischen Abdeckung 122 befestigt, die ihrerseits am Rahmen 110 befestigt ist. Ein anderes Lager ist an einer Lagerbuchse 124 befestigt, welche ihrerseits am Rahmen 110 befestigt ist. Ein becherförmiger Rotor 134 ist mit Schrauben 136 an einer Halterung 132 befestigt, welche ihrerseits an der Motorwelle 130 befestigt ist, derart, daß der Rotor in den Spalt hineinragt. Der becherförmige Rotor 134 besteht aus einem flächigen, nichtmagnetischen, elektrischen Leiter, wie Aluminium, Kupfer oder Silber-Kupfer-Legierung. Durch die Drehung des magnetischen Feldes, welches durch den Stator 112 und das Joch 120 hervorgerufen wird, kommt es zur Ausbildung eines Wirbelstroms im becherförmigen Rotor 134 und das Antriebsdrehmoment kommt dadurch zustande, daß das Drehfeld den Wirbelstrom schneidet.

Ein Kühlgebläse 138 ist an der Halterung 132 ausgebildet und dient der Kühlung des Inneren des Motors. Kühle Luft

wird durch das Gebläse 138 durch eine Ansaugöffnung in der Abdeckung 122 angesaugt, und heiße Luft wird durch einen Auslaß 142 im Rahmen 110 ausgestoßen. Scheibenförmige Wärmeabstrahlungsrippen 144 sind an der Halterung 132 befestigt. Hierdurch wird die im becherförmigen Rotor 134 erzeugte Wärme wirksam über die Wärmeabstrahlungsrippen 144 abgeführt.

Ein wesentliches Merkmal der vierten Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß der Stator 112 an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 110 befestigt ist. Das Joch ist an der Innenseite der Außenperipheriewandung des Rahmens 110 befestigt, und zwar dem Stator 112 gegenüber, wobei ein kleiner Spalt verbleibt. Der becherförmige Rotor 134 erstreckt sich drehbar in diesen Spalt und ist an der Welle 130 befestigt.

Im folgenden soll die Arbeitsweise dieser vierten Ausführungsform erläutert werden. Durch die Wechselwirkung zwischen dem Stator und dem Joch 120 kommt es aufgrund der Erregung der Statorwicklung 116 zur Ausbildung eines Drehfeldes im Spalt. Hierdurch werden Wirbelströme in dem becherförmigen Rotor 134, welcher in den Spalt hineinragt, ausgebildet. Wirbelstromverluste in dem Stator 112 und in dem Joch 120 können dadurch herabgesetzt werden, daß man sowohl den Stator als auch das Joch aus laminierten Stahlblechen herstellt. Das Antriebsdrehmoment greift am becherförmigen Rotor 134 dadurch .an, daß der Wirbelstrom den magnetischen Fluß schneidet. Die mechanische Ausgangsleistung kann über die Abtriebswelle 130, mit der der becherförmige Rotor 134 verbunden ist, abgenommen werden.

Normalerweise hängt das Antriebsdrehmoment des becherförmigen Rotors 134 ab vom Durchmesser und von der in

Tangentialrichtung wirkenden Kraft. Es kann ein großes Antriebsdrehmoment erhalten werden, wenn man den Durchmesser erhöht. Bei der vierten Ausführungsform ist ein Stator mit einem größeren Durchmesser im Vergleich zur Abmessung des Jochs 120 an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 110 befestigt. Dieser Aufbau erlaubt die Verwendung eines becherförmigen Rotors mit einem größeren Durchmesser, da nun der Spalt zwischen dem Stator 112 und dem Joch 120 ebenfalls einen größeren Durchmesser hat. Hierdurch kommt es zu einem großen Antriebsdrehmoment des Rotors 134.

Der Antriebskörper des Motors gemäß der vierten Ausführungsform ist kompakt. Er hat ferner ein geringes Gewicht, so daß das Trägheitsmoment des Antriebskörpers gering ist. Der Antriebskörper besteht nämlich nur aus der Halterung 132, welche mit der Antriebswelle 130 verbunden ist, und dem becherförmigen Rotor 134, welcher mit der Halterung 132 verbunden ist. Aus diesem Grunde ist das Ansprechverhalten beim Starten und Stoppen des Motors vorzüglich. Der Motor spricht mit einem steilen Anstieg und einem steilen Abfall an. Bei einem herkömmlichen Induktionsmotor sind der Rotor und das Joch einstückig miteinander verbunden und bilden gemeinsam den Antriebskörper. Andererseits ist erfindungsgemäß ein becherförmiger Rotor 134 vom Joch 120 getrennt ausgebildet und der Antriebskörper besteht nur aus kompakten, leichten Bauteilen, nämlich aus dem becherförmigen Rotor 134 und der Halterung 132 für die Halterung des Rotors. Der becherförmige Rotor 134 erstreckt sich in axialer Richtung und demgemäß sind die Abmessungen des Motors in radialer Richtung herabgesetzt. Die Oberfläche für die Ausbildung von Wirbelströmen ist dennoch erhöht. Daher eignet sich dieser Motor sehr gut als Servomotor für numerische Steuereinrichtungen und als

Motor variabler Geschwindigkeit für Industrienähmaschinen, bei denen eine steile Anstiegscharakteristik und eine steile Abfallcharakteristik erforderlich sind. Die steile Anstiegscharakteristik und die stelle Abfallcharakteristik beim Starten und Stoppen können äußerst leicht verwirklicht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor ist der Aufbau äußerst vereinfacht. Die Länge des Motors in axialer Richtung kann verringert werden, da ein Antriebskörper mit geringem Trägheitsmoment aus leichten, miniaturisierten Bauteilen gebildet wird. Der Einbau einer elektromagneti schen Kupplung für die Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit ist nicht erforderlich, und zwar im Gegensatz zu herkömmlichen Motoren mit variabler Geschwindigkeit.

Durch den Motorbetrieb kommt es zu einem Erhitzen des Motors. Aus diesem Grunde wird Kühlluft durch die Ansaug öffnung 140 eingesaugt, und heiße Luft wird durch die Auslaßöffnung 142 entlassen. Dieser Luftstrom kommt durch die Drehung eines Kühlgebläses 138 zustande, das an der Halterung 132 befestigt ist. Auf diese Weise kann ein Temperaturanstieg des Motors wirksam vermieden werden.

Die Wärmeabstrahlungsrippen 144 sind am becherförmigen Rotor 134 befestigt. Die Wärme des becherförmigen Rotors 134, der während des Betriebs erhitzt wird, fließt in die Wärmeabstrahlungsrippen 144 und diese werden durch die Kühlluft abgekühlt. Auf diese Weise wird der becherförmige Rotor 134 sowie die Halterung 132 für den Rotor gekühlt.

Fig. 6 zeigt eine fünfte Ausführungsform der Erfindung ähnlich derjenigen der Fig. 5. Es ist wiederum ein In-

-Induktionsmotor variabler Geschwindigkeit mit geringer Trägheit vorgesehen. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen identische oder sich entsprechende Bauteile. Bei dieser Ausführungsform ist eine elektromagnetische Bremse 150 mit der Welle I30 verbunden, so daß die Drehung des Antriebskörpers 148 gebremst werden kann. Der Antriebskörper 148 umfaßt die Halterung 132 und den becherförmigen Rotor 134. Die elektromagnetische Bremse 150 hat den folgenden Aufbau. Eisenkerne 152, 154 der elektromagnetischen Bremse 150 sind an der nichtmagnetischen Abdeckung 122 befestigt. Eine Bremsspule 156 für die Einspeisung des magnetischen Flusses in die Eisenkerne 152, 154 der elektromagnetischen Bremse 150 ist an der Innenwandung des Eisenkerns 152 ausgebildet. Eine Bremsscheibe 158 ist axial verschiebbar auf der Welle 130 befestigt. Die Bremsscheibe 158 wird mit Hilfe einer nichtgezeigten Feder stets gemäß Fig. 6 nach links gedrückt, so daß sie vom Eisenkern 154 weggehalten wird. Das Bremskissen 160 ist auf der Oberfläche der Bremsscheibe 158 ausgebildet und liegt dem Eisenkern 154 gegenüber. Ein rasches Abstoppen der Drehbewegung der Welle 130 kann dadurch herbeigeführt werden, daß man das Bremskissen 160 in Reibungsverbindung mit dem Eisenkern 154 bringt. Die Bremsscheibe 158 hat Durchlässe 162 für den Durchtritt der Kühlluft, die durch das Ansaugloch 140 in den Motor gesaugt wird. Die Abbremsung des Antriebskörpers 148 geschieht dadurch, daß man den Strom steuert, welcher durch die Statorwicklung 116 fließt, und daß man ferner auch den Strom steuert, welcher durch die Bremswicklung 156 fließt. Wenn eine mit der Welle 130 verbundene Last, z.B. eine Nähmaschine oder dergl., rasch abgestoppt werden soll, so wird der durch die Statorwicklung 116 fließende Strom unterbrochen und andererseits wird durch die Bremswicklung 156 der elektromagnetischen Bremse 150 ein Strom geschickt, der die elektromagnetische Brem-

se 150 betätigt. Der magnetische Fluß, der durch die Eisenkerne 152, 154 und die Bremsscheibe 158 verläuft, wird durch den Strom gebildet, welcher durch die Bremswicklung 156 fließt. Hierdurch wird die Bremsscheibe vom Eisenkern 154 angezogen und die Drehbewegung der Welle 130 wird rasch gestoppt, und zwar durch Reibungsschluß zwischen dem Bremskissen 16O und dem Eisenkern 154.

Wenn der Strom durch die Bremswicklung 156 fließt, so wird ein magnetischer Fluß gebildet, der durch die Eisenkerne 152, 154 und die Bremsscheibe 158 verläuft. Die Abdeckung 122, welche für die Halterung der Eisenkerne 152, 154 herangezogen wird, besteht aus nichtmagnetischem Material. Es kommt daher nicht zu einer Leckage des magnetischen Flusses aus den Eisenkernen 126 durch die Abdeckung 122 in das Lager 126 und von dort zur Bremsscheibe 158. Insbesondere kommt es auch nicht zu einer Ableitung des magnetischen Flusses durch das Lager 126 und den Bedingungen der Drehung des Motors, so daß eine Wärmebeschädigung des Lagers aufgrund.von Wirbelströmen, welche durch einen solchen Magnetfluß hervorgerufen werden könnten, verhindert wird.

Fig. 7 zeigt eine sechste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Induktionsmotors variabler Geschwindigkeit und geringen Trägheitsmoments. Das wesentliche Merkmal der Ausführungsform der Fig. 7 besteht darin, daß der Stator 112 an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens 110 befestigt ist, während das Joch 120 an der Innenseite der Außenperipheriewandung des Rahmens 110 befestigt ist und dem Stator 112 mit einem geringen Spalt gegenüberliegt. Ein becherförmiger Rotor 134 ist an der Welle 130 befestigt und ragt drehbar in den Spalt hinein. Eine elektromagnetische Bremse 150 ist eben-

falls mit der Welle 130 verbunden. Sie dient dem Abbremsen der Drehbewegung der Welle 130. Ferner ist ein Gebläse 164 mit einem Motor verbunden, welcher der zwangsmäßigen Kühlung des Inneren des Motors dient.

Der Motor wird während der Drehung des Motors erhitzt. Zur Kühlung dieses Motors dient ein weiterer Motor 168. Dieser ist an einer Halterung 166 befestigt, welche ihrerseits am Rahmen 110 befestigt ist. Das Gebläse 164 für die Zwangskühlung ist an der Welle 170 des Kühlmotors 163 befestigt. Im Rahmen 110 bzw. in der Halterung 166 sind ein Einlaßdurchgang 172 für die Zwangskühlung und ein Ventilationsdurchgang 174 für die Zwangskühlung vorgesehen. Die Kühlwirkung des Gebläses 164 kommt nur zustande, wenn der Motor 168 betrieben wird.

Bei der vorerwähnten Ausführungsform befindet sich das Gebläse 164 für die Zwangskühlung außerhalb des Rahmens 110. Es ist jedoch auch möglich, das Gebläse 164 für die Zwangskühlung im Inneren des Rahmens 110 auszubilden und das Gebläse 164 mit der Welle 130 anzutreiben.

Erfindungsgemäß wird das Gebläse 164 für die Zwangskühlung durch den Motor 168 (für KUhlzwecke) angetrieben. Hierdurch wird die Kühlluft zwangsmäßig von der Einlaßöffnung 172 und durch die Ventilationsöffnung 174 in das Innere des Motors geblasen. Die erhitzten Teile des Motors, z.B. der becherförmige Rotor 134 und die Wärmeabstrahlungsrippen 146 des Motors, werden durch die Kühlluft gekühlt. Die heiße Luft tritt durch die Auslaßöffnung 144 aus, und zwar aufgrund des Gebläses 164 in Form einer Zwangsströmung. Auf diese Weise kommt es zu einer wirksamen Abkühlung des Motors.

Erfindungsgemäß ist der Antriebskörper des Motors aus kompakten Bauteilen leichten Gewichts aufgebaut. Er umfaßt nämlich nur einen becherförmigen Rotor, der vom Joch getrennt ausgebildet ist, sowie eine Halterung für die Befestigung des Rotors vom Bechertyp. Der Rotor vom Bechertyp erstreckt sich in axialer Richtung, so daß er eine große Oberfläche für die Ausbildung von Wirbelströmen hat. Auf diese Weise kann man ein relativ niedriges Verhältnis von Drehenergie zu Drehmoment des Rotors verwirklichen. Somit wird ein Induktionsmotor variabler Geschwindigkeit geschaffen, welcher ein niedriges Trägheitsmoment aufweist und im Ansprechverhalten einen steilen Anstieg und einen steilen Abfall aufweist.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motor mit einer elektromagnetischen Bremse auegestattet. Diese ist mit der Welle verbunden und bremst die Drehbewegung der Welle. Auf diese Weise kann der Antriebskörper zwangsmäßig gebremst werden, und man erzielt ein vorzügliches Abfallansprechverhalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Motor mit einem Gebläse für die Zwangskühlung des Inneren des Motors ausgestattet. Hierdurch kann ein Temperaturanstieg durch diese Ventilation des Inneren des Motors verhindert werden.

Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung besteht die Abdeckung des Motors, an der der Eisenkern für die Bremswicklung gehaltert ist, aus einem nichtmagnetischen Material. Auf diese Weise wird ein magnetischer Leckfluß zum Lager, das an der Abdeckung befestigt ist, verhindert und eine Beschädigung des Lagers durch Erhitzen aufgrund von Wirbelströmen wird verhindert.

Bei dem Stator kann es sich um einen Stator mit Wicklungen handeln, welche wie bei einem herkömmlichen Induktionsmotor avisgebildet sind. Der Rotor ist ein becherförmiger Rotor mit einfachem Aufbau, welcher sich in axialer Richtung erstreckt. Daher ist der Aufbau des Motors äußerst einfach. Die Abmessungen des Rotors in Radialrichtung können wesentlich herabgesetzt sein.

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Claims

Patentansprüche

1-/ Induktionsmotor variabler Geschwindigkeit mit niedriger Trägheit mit einem Stator und einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator an einer Innenperipheriewandung eines Rahmens befestigt ist und daß ein Joch an einer anderen Innenperipheriewandung des Rahmens befestigt, und zwar dem Stator gegenüber mit einem schmalen Spalt dazwischen, und daß ein becherförmiger Rotor auf der Welle befestigt ist und drehbar in den Spalt hineinragt.
2. Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator an der Innenseite der Außenperlpheriewandung des Rahmens befestigt ist und daß das Joch an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens befestigt ist.
3. Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator an der Innenseite der Innenperipheriewandung des Rahmens befestigt 1st, während das Joch an der Innenseite der Außenperipheriewandung des Rahmens befestigt 1st.
4. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß an der Halterung für den becherförmigen Rotor ein Gebläse für die Motorkühlung befestigt ist.
5. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem becherförmigen Rotor Wärmeabstrahlungsrippen befestigt sind.
6. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator den gleichen Aufbau wie ein herkömmlicher Induktionsmotor hat.
7. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung der Drehbewegung der Welle eine elektromagnetische Bremse mit der Welle verbunden ist.
8. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor mit einem Gebläse für die zwangsmäßige Kühlung des Motors verbunden ist.
9. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator einen Eisenkern aus laminierten Stahlblechen und mit einer Vielzahl von Magnetpolen umfaßt und daß die Statorwicklung um Jeden Magnetpol des Eisenkerns derart gewickelt ist, daß die Magnetpole in Umfangsrichtung abwechselnd entgegengesetzte Polarität haben.
10. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Joch aus ringförmigen, laminierten Stahlblechen besteht.
11. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetische Bremse Eisenkerne umfaßt, welche an einer Abdeckung aus nichtmagnetischem Material befestigt sind, sowie eine Bremsspule zur Einspeisung eines magnetischen Flusses in die Eisenkerne.