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Induktionsmotor mit asynchronlauiendem Scheibenläufer
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Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit einem als dünnwandigen
Kurzschlußläufer mit elektrisch leitender Oberflächenbeschichtung ausgebildeten,
asynchronlaufenden Scheibenläufer für umlaufende Wechselfelder, mit zwei in einem
Gehäuse mit Lüftungsschlitzen vorhgesehenen und jeweils den Hauptflächen des Scheibenläufers
zugeordneten Statoren und mit Lagern für die Welle des Scheibenläufers.
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Bekannt sind Gleichstrommotoren und Asynchronmotoren mit Scheibenläufern,
wobei sich Gleichstrommotoren mit Scheibenläufern aufgrund der bisher besseren Motorkenndaten,
wie gute Regelbarkeit, gutes Start-Stop-Verhalten wegen geringer Rotormasse und
steifer Drehmomentkennlinie durchgesetzt
haben. Als nachteilig bei
solchen Gleichstrommotoren zeigen sich jedoch die höheren Wartungskosten infolge
des notwendigen Austausches von Kollektorbürsten, leichtere Störanfälligkeit sowie
fehlender Überlastschutz beim Blockieren des Scheibenläufers.
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zur Asynchronmotoren mit Scheibenläufer sprechen hingegen u. a. Wartungsfreiheit,
Robustheit, t)berlastungsfähigkeit im Anfahrbetrieb, gute Regelbarkeit im oberen
Arbeitspunkt, kostengunstige Produktion. Als nachteilig sind hingegen schlechte
Regelbarkeit in den unteren Drehzahlbereichen, abfallende Drehmomentenkurve bei
zunehmender Drehzahl und verhältnismäßig schlechter Wirkungsgrad anzusehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Induktionsmotor gemäß
der eingangs erwähnten Art zu schaffen, der die Vorteile eines Gleichstrom- wie
Asynchronmotors mit Scheibenläufer unter dem Gesichtspunkt verbesserter elektromagnetischer
Ausnutzung des Scheibenläufers in sich vereinigt.
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Diese Aufgabe wird eri'indungsgemäß dadurch gelöst, daß der Scheibenläufer
ein gewickeltes, nutendurchzogenes schmales Elektroblechcoil geringer Masse mit
wurfelkantenartigen Strompfaden aufweist, dessen Nuten mit Werkstoffen wie E-Ou
oder
B-Al ausgefüllt und mit der elektrisch leitenden Oberflächenbeschichtung
um- bzw. ausgegossen sind, daß die Kerne der beiden Statoren ebenfalls aus gewickelten
Elektroblechcoils gebildet sind, und daß die Lage zur Justierung des Luftspaltes
zwischen den beiden Statoren und dem Scheibenläufer im Gehäuse gewindemäßig verschiebbar
geführt sind.
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Vorteilhafterweise bestehen die Polwicklungen der Statoren aus Ou-
oder Al-Folienband. Der Scheibenläufer kann nach Verguß am Innenkern derart geometrisch
gestaltete Tangentiallüfterlamellen aufweisen, daß diese richtungsunabhängig vom
Lauf des Scheibenläufers Kühlluft axial durch die Lüftungsschlitze des Gehäuses
ansaugen und tangential an den Hauptflächen des Scheibenläufers und den Polschuhen
entlang durch den Luftspalt durch Auslässe nach außen drücken.
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Der erfindungsgemäße Induktionsmotor wird bevorzugt in Werkzeugmaschinen,
als degelmotor im 1, 2, 3, 4 Quadrantenbetrieb und für typische Gleichstrom-, Permanent-
und/oder Drehstromantriebe eingesetzt, wenn elektrische Energie in Drehmomente umgesetzt
werden soll.
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Die elektrisch leitende Oberflächenbeschichtung des Scheibenläufers
sorgt für eine Antriebsunterstützung aufgrund induzierter
Wirbelströme
in den Kurzschlußstromflächen, wodurch ein axial wirksames, tragendes Magnetfeld
aufgebaut werden kann. Die Verwendung gewickelter Elektroblechcoils gewahrleistet
einen optimalen Magnetflußverlauf bei geringsten Verlusten und somit einen verbesserten
Wirkungsgrad. Die Verwendung von Gu- oder Al-folienband für die Polwicklung erhöht
deren Packungsdichte. Durch das im Gehäuse der Statoren gewindemäßig verschiebbar
geführte Lager ist eine exakte Justierung des Luftspaltes zwischen Statoren und
Scheibenläufer und damit eine verbesserte elektromagnetische Ausnutzung erreichbar.
Im gleichen Sinn wirkt sich die geometrische Gestalt der Tangentiallüfterlamellen
des Scheibenläufers aus.
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Der erfindungsgemäße Induktionsmotor wird nun im einzelnen anhand
der Zeichnungen erläutert. In letzteren sind: Fig. 1 eine Ansicht eines Querschnitts
durch eine Hälfte des erfindungsgemäßen Induktionsmotors,in einer Ebene, die sich
durch die Mittellinie der Welle des Scheibenläufers erstreckt, Fig. 2 eine Ansicht
eines Querschnitts eines in einer Gehäuse schale angeordneten Stators in der gleichen
Ebene wie in Fig. 1,
Fig. 3 eine Ansicht eines Teilschnitts des
erfindungsgemaßen Induktionsmotors in einer Ebene senkrecht zur Welle des Scheibenläufers
und Fig. 4a und b schematische Darstellungen des Verlaufs der Strompfade in Querschnittsebene
des Scheibenläufers bei Gleichstrommotorverhalten bzw. bei Asynchronmotorverhalten.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, ist ein mit Ou- oder Al-Werkstoff umgossener
Rotorgrundkörper 1 eines Scheibenläufers 2 von einer Welle 3 getragen und weist
Lüftungsflügek auf.
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Der Rotorgrundkörper 1 des Scheibenläufers 2, der z.B. aus Aluminium
hergestellt sein kann, umschließt gleichzeitig einen von einem Elektroblechcoil
4 gebildeten gewickelten Kern. Das Elektroblechcoil 4 ist nutendurchzogen. Die Nuten
sind mit Werkstoffen wie E-Cu oder E-Al ausgefüllt und mit einer elektrisch leitenden
Oberflächenbeschichtung um- bzw.
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ausgegossen.
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Der Scheibenläufer 2 ist auf der Welle 3 mittels Kegelrollenlager
5 getragen, die jeweils in einer von zwei symmetrisch außgebildeten Gehäuseschalen
6 getragen und geführt sind, die aus hochtemperaturfestem Kunststoff im Spritzgußverfahren
hergestellt sind. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist,
ist
in den Gehäuseschalen 6 jeweils eine ein Gewinde auf weisende Aufnahme 7 miteingspritzt.
Line Lagerbuchse 8 des Kegelrollenlagers 5 ist in der Aufnahme 7 gewindemäßig verschiebbar
zur Justierung des Luftspaltes 23 zwischen den Hauptflächen 9 des Scheibenläufers
2 und diesen zugeordneten Statoren 10 geführt, die in den Gehäuseschalen 6 eingebettet
sind. Die Lagerbuchse 8 kann mittels Zylinder-Stifte 11 (Fig. 1), die in Schlitzen
12 (Fig. 2) geführt sind, bei der Montage des Induktionsmotors verstellt werden.
Ist die exakte Justierung des Luftspaltes 23 erfolgt, so werden die Schlitze 12
mittels Vergußmasse ausgefüllt und die Stifte 11 fixiert.
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Der Kern jedes Stators 10 ist aus einem gewickelten Elektroblech,
einem Elektroblechcoil 13 gebildet, das genutet ist, wie aus den Fig. 1 und 2 hervorgeht.
Der Polwickelkern aus dem Elektroblechcoil 13 ist von einer Statorspule 14 (Fig.
2) aus gewickeltem Al- oder Cu-Band umgeben. Eine einen Pol schuh bildende Statorplatte
15 schließt den Pol des Stators 10 ab, wie aus den Fig. 1 und 3 ersichtlich ist.
Die Statorspulen14 sind über Stromringe 16a - d mit Strombügeln 19 verschaltet,
die mit einem Klemmkasten 20, der in den gespritzten Gehäuseschalen 6 aus Kunststoff
integriert ist, verbunden sind. Wie weiterhin aus den Fig. 1 und 3 hervorgeht, sind
am Außenrand der Gehäuseschale 6 um die Aufnahme 7 herum Lüftungsschlitze 21
angeordnet,
die als Luftansaugschlitze dienen. Am Innenkern des Scheibenläufers 2 sind Tangentiallüfterlamellen
22 ausgebildet, die unter den Lüftungsschlitzen 21 angeordnet sind.
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Die geometrische Gestalt der Tangentiallüfterlamellen 22 des Scheibenläufers
2 bewirkt richtungsunabhängig von der Drehung des Scheibenläufers 2 in Uhrzeigerrichtung
oder in Gegenuhrzeigerrichtung ein Ansaugen von Kühlluft durch die DüStungsschlitze
21 in den Gehäuse schalen 6 und ein Drücken der Kühlluft tangential an den Hauptflächen
9 des Scheibenläufers 2 und den Polschuhen der Statoren 10 entlang durch den Luftspalt
23 zwischen Statoren 10 und Scheibenläufer 2 hindurch durch Auslässe 17 nach außen.
Durch diese direkte Kühlung des Induktionsmotors wird in Zusammenwirkung mit der
direkten Führung des magnetischen Flusses in dem Elektroblechcoil 4 die elektromagnetische
Ausnutzung des Scheibenläufers 2 verbessert.
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In den Fig. 4a und 4b ist schematisch der Verlauf der Strompfade des
erfindungsgemaßen Induktionsmotors auf der Grundlage des sogenannten Würfelkantenstromprinzips
dargestellt, wobei die in Fig. 4a in Querschnittsebene schraffiert dargestellten
Strompfade Gleichstrommotorverhalten und die in Fig. 4b schraffiert dargestellten
Strompfade Asynchronmotorverhalten kennzeichnen. Der als dünnwandige KurzschluXläuSer
mit
einer elektrisch leitenden Oberflächenbeschichtung ausgebildete Scheibenläufer 2
erhält durch die Oberflächenbeschichtung 18 aus Cu- oder Al-Werkstoffen eine Antriebsunterstützung.
Das Magnetfeld der Statorspulen 14 induziert in dei Oberflächenbeschichtung 18 des
Scheibenläufers 2 Wirbelströme, die aufgrund ihrer Gegensinnigkeit in dem umlaufenden
Wanderfeld tragend wirksam werden. Gleichzeitig erfolgt, ähnlich einem permanent
erregten Motor, -eine Antriebsunterstützung.
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Im Klemmkasten 20 ist vorzugsweise ein nicht dargestellter Sensor
zur Geschwindigkeitsfeststellung des Scheibenläufers 2 und damit zur verbesserten
Hegelbarkeit des Induktionsmotors angeordnet. Der Sensor kann von einem Hallgenerator
oder einem optisch-elektrischen Sensor gebildet sein.
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L e e r s e i t e