DE3321444A1

DE3321444A1 - Induktionsmotor mit geringer traegheit

Info

Publication number: DE3321444A1
Application number: DE19833321444
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Nagoya Aichi Kumatani
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1982-06-14
Filing date: 1983-06-14
Publication date: 1983-12-15
Also published as: US4554472A; JPS58193768U; DE3321444C2

Description

Induktionsmotor mit geringer Trägheit

Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor mit geringer Trägheit, der so konstruiert .ist, daß sein Regelverhalten bei Start und Stop verbessert ist.

Allgemein wird bei einem Servomotor für numerische Steuerung oder einem Antriebsmotor für industrielle Nähmaschinen oder dgl. ein steiler Anstieg oder Abfall der Drehzahl verlangt, um sein Start- und Stop-Verhalten zu verbessern.

Bei derartigen Anwendungen in der Industrie wurde bisher ein mit Gleichstrom betriebener E]ektro-Motor mit Thyristor- bzw. Leonard-Steuerung verwendet. Ein Gleichstrommotor hat jedoch verschiedene Nachteile, wie die Erfordernisse eines Permanentmagneten, eines Kommutators bzw. Kollektors, einer Kollektorbürste und dgl., so daß er aufgrund seiner Kommutierungseigenschaften seine Drehzahl nicht sehr wesentlich verändern kann, daß er eine untere Grenze für die Größen- und Gewichtsverringerung hat und daß er sorgfältige, regelmäßige Überwachung und Wartung hinsichtlich des Verschleisses der Kollektorbürste erfordert, wozu noch andere Nachteile kommen.

Im Gegensatz dazu kann ein Induktionsmotor wartungsfrei betrieben werden und den oben erwähnten Gleichstrommotor

vollständig ersetzen, wenn eine billige,umsteuerbare elektrische Energiequelle verfügbar ist.

Da jedoch der konventionelle Induktionsmotor oder Asynchronmotor in seinem Rotor einen Jochabschnitt aufweist, der einen Teil des magnetischen Pfades für das rotierende magnetische Feld bildet, ist das Gewicht des Rotors groß und sein Geschwindigkeitsverhalten bzw. Regelverhalten nachteilig aufgrund des hohen Trägheitsmomentes verschlechtert.Zum Beseitigen dieses Nachteiles wurden zahlreiche Möglichkeiten geprüft, z. B. die Verwendung eines Schwungrades, das von dem Motor konstant angetrieben ist und mittels einer Kupplung nach Bedarf gekuppelt oder entkuppelt wird, um die Drehenergie des Schwungrades auszunützen. Aber selbst dann bestehen die Nachteile, daß der Energieverbrauch groß und die Konstruktion des Motors kompliziert sind, so daß die Herstellkosten hoch sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Induktionsmotor zu schaffen, der die genannten Nachteile des konventionellen Induktionsmotors nicht aufweist und bei geringer Trägheit ein exzellentes Regelverhalten aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind ein gegenüber einem Statorkern angeordnetes, durch einen Spalt getrenntes Joch, wobei um den Statorkern eine Statorwicklung -angeordnet ist; ein Rahmen, der in seinem mittleren Abschnitt ein Durchgangsloch sowie einen Stützabschnitt zum Unterstützen des Jochs oder des Statorkerns aufweist; ein drehbar in dem Spalt angeordneter Rotor; eine in das Durchgangsloch des Rahmens ragende Welle, die frei drehbar gelagert ist; eine rotierende Platte, die fest auf der Welle angeordnet ist und den Rotor

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trägt, und ein Kühlventilator, der fest auf der Welle sitzt und Kühlluft in das Innere des Rahmens aufgrund der Drehung der Welle fördert,vorgesehen.

Im wesentlichen wird die gewünschte Wirkung durch Trennen des einen Teil des magnetischen Pfades für das rotierende magnetische Feld bildenden Joches von dem Rotor erreicht.

Die Erfindung ist im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den oberen Halbschnitt durch eine Ausführung eines Induktionsmotors gemäß der Erfindung und

Fig. 2 ebenfalls den oberen Halbschnitt durch eine andere Ausführung eines Induktionsmotors gemäß der Erfindung.

In den Zeichnungen bezeichnet die Bezugszahl 1 einen Statorkern, um welchen eine Statorwicklung 2 gewunden ist. Bezugszahl 3 bezeichnet ein dem Innenabschnitt des Statorkerns·1 radial gegenüberliegendes· Joch, das von der inneren Umfangsflache des 'Statorkerns durch einen Spalt 4 getrennt ist und von einem Durchgangsloch 3a durchsetzt ist. Bezugszahl 5 bezeichnet einen zylindrischen Rotor, der mit einem Hauptteil in den Spalt 4 zwischen dem Joch 3 und dem Statorkern T hineinragt. Der Rotor 5 kann als leitender Körper wie aus Aluminium, Kupfer, einer Silber-Kupfer-Legierung u. dgl. ausgebildet sein. Bezugszahl 6 bezeichnet eine rotierende Platte, welche das Seitenteil des Rotors 5 hält und aus einem Werkstoff mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit wie Aluminium o. dgl. besteht. Der Basisabschnitt der drehbaren Platte 5 ist an einer im folgenden noch beschriebenen rotierenden

Welle 9 befestigt. Bezugszahl 6a bezeichnet einen Luftdurchlaß in der rotierenden Platte 6. 7 ist ein Rahmen, der an der Innenfläche seines äußeren Umfangsabschnittes mehrere konvexe Abschnitte 7a aufweist, die mit dem Rahmen einstückig und mit einem Abstand voneinander ausgebildet sind und sich in axialer Richtung des Rahmens erstrecken. An den konvexen Abschnitten ist der äußere Umfangsabschnitt des Statorkerns befestigt und somit am Rahmen 7 gesichert. Der Rahmen hat ein Durchgangsloch 7b, das sich in seinem mittleren Bereich axial erstreckt, und ferner einen Ringvorsprung 7c, welcher die Wand des Durchgangslochs 7b bildet und auf seiner Außenseite das Joch 3 trägt. Bezugszahl 7f bezeichnet ein Entlüftungsloch im Vorsprung 7c und Bezugszahl 8 einen Flansch, der die öffnung auf der Lastseite des Rahmens 7 abdeckt. Die Welle 9 unterstützt den inneren Umfang des Ringvorsprungs 7c des Rahmens sowie den Flansch 8 über Lager 10,11 und trägt außerdem die rotierende Platte 6 axial innerhalb vom Flansch Bezugszahl 12 bezeichnet einen Kühlventilator, der auf dem gegenüber der Lastseite angeordneten Endabschnitt 9a der Welle 9 sitzt und Kühlluft in das Innere des Rahmens " über einen Luftkanal 7d fördert. Bezugszahl 13 bezeichnet eine Kühlventilator-Abdeckung, welche am Rahmen 7 befestigt ist, um den Kühlventilator 12 einzuschließen.

Bezugszahl 13a bezeichnet einen Lufteinlaß in der Kühlventilator-Abdeckung 13. Bezugszahl 14 bezichnet eine Strahlungsplatte, welche auf der Außenseite der drehbaren Platte 6 befestigt ist, und Bezugszahl 15 bezeichnet einen Entlüftungsventilator, der einstückig mit der Strahlungsplatte 14 ist.

Wenn der Induktionsmotor des oben beschriebenen Aufbaus durch Speisen von Wechselstrom in die Statorwicklung 2 angetrieben wird, wird ein rotierendes

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magnetisches Feld erzeugt, und das Joch 3 bildet einen Teil des magnetischen Pfades des rotierenden magnetischen Feldes. Als Ergebnis wird der in den Spalt 4 eingesetzte Rotor 5 in den magnetischen Fluß eingeschaltet, um einen Wirbelstrom zu erzeugen. Durch die elektromagnetische Wirkung zwischen diesem Wirbelstrom und dem magnetischen Feld wird ein Drehmoment zum Antreiben des Rotors 5 erzeugt. Dieses Drehmoment wird über die Welle 9 und die drehbare Platte 6 zum Antrieb der Last übertragen.

Durch dieses Antreiben der Last wird eine große Wärmemenge in der Statorwicklung 2, dem Statorkern 1 und dem Joch 3 beim Start und im Betrieb des Motors erzeugt, wodurch die Temperatur in diesen Bauteilen sehr hoch ansteigt. Jedoch wird von dem Kühlventilator 12 längs des Strömungsweges A Kühlluft in einem Luftkanal 7e längs den vorspringenden Abschnitten 7a zum Unterstützen des Statorkerns 1 herangeführt, um den äußeren Umfangsabschnitt des Statorkerns zu kühlen, worauf diese Luft über das Xuftauslassloch.8a im Flansch 8 wieder abgeführt wird. Der andere Teil der Kühlluft passiert das Durchgangsloch 3a im Joch 3 und das Entlüftungsloch 7f im Ringabschnitt 7c des Rahmens 7 und passiert als Luftstrom das Durchgangsloch 7b, wie durch die Pfeile B und C angedeutet ist. Dann strömt die Luft durch den Luftdurchlaß 6a in der rotierenden Platte 6 und wird in Richtung des äußeren Umfangs der Platte 6 durch den Entlüftungsventilator 15 beschleunigt, worauf die Luft aus der Luftauslaßloch 8a austritt. Zusätzlich saugt der Entlüftungsventilator 15 Kühlluft über ein Lufteinlaßloch 8b im Flansch 8. Die Kühlluft aus dem Lufteinlaßloch 8b wird mit der aus dem Luftdurchlaß 6a ankommenden Kühlluft vereinigt, um die rotierende Platte und die Strahlungsplatte 14 zu kühlen, welche durch im Rotor 5 erzeugte Wärme durch Leitung aufgeheizt wurden,

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worauf die Luft über das Luftauslass loch 8a abgeführt, wird.

Fig. 2 zeigt eine andere Ausführung der Erfindung, be|i welcher eine elektromagnetische Bremse zum abrupten ^! Anhalten der Last vorgesehen ist. Gleiche Bezugszahlen wie in Fig. 1 bezeichnen identische oder gleichwirkenjde

Teile. Bezugszahl 21 bezeichnet eine elektromagnetische Bremse. Die Bezugszahlen 22 bis 26 bezeichnen Teile der elektromagnetischen Bremse 21, wobei 22 und 23 Eisenkernteile zum Unterstützen einer Bremswicklung 24 innerhalb des Eisenkernes bezeichnen. Die Bezugszahl 25 bezeichnet eine Bremsscheibe, welche von einer Feder (nicht . gezeigt) in Richtung weg von dem Eisenkern 23 gedrückt wird und axial verschieblich auf der rotierenden Welle 9 sitzt, 25a ist ein Luftloch der Bremsscheibe, 26 ein fest auf der der Bremsscheibe 25 gegenüberliegenden Seite des Eisenkerns 23 aufgebrachter Reibbelag und 27 ein Flansch aus unmagnetischem Material, der an der Lastseite des Rahmens 7 zur Unterstützung der Eisenkernteile 22,23 der elektromagnetischen Bremse 21 befestigt ist. 27a und 27b bezeichnen eine Luftauslaßöffnung und eine Lufteinlaßöffnung im Flansch 27.

Wenn der so aufgebaute Induktionsmotor abrupt angehalten wird, wird die Statorwicklung 2 von der Stromquelle getrennt, und ein Erregerstrom wird dazu veranlaßt, die Bremswicklung 24 der elektromagnetischen Bremse 21 zu passieren, wodurch ein magnetischer Fluß die-Eisenkernteile 22, 2 3 und die Bremsscheibe 25 durchflutet. Aufgrund dessen wird die Bremsscheibe 25 an den Eisenkern 23 unter axialer Gleitbewegung auf der Welle 9 angezogen, und die Last wird mittels der Bremsscheibe 25 und der Welle 9 aufgrund der Reibung zwischen dem Bremsbelag 26 und der Bremsscheibe 25 und dem Eisen-

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kern 23 sogleich gestoppt. Da der Flansch 27 wie erwähnt aus unmagnetischem Material besteht, besteht keine Möglichkeit, daß der durch Erregen der Bremswicklung 24 erzeugte magnetische Fluß aus der Bremsscheibe 25 über das Lager 11 austritt, so daß kein Teil der Lagers 11 beschädigt werden kann. Wenn der beschriebene Induktionsmotor zum Antreiben einer industriellen Nähmaschine verwendet wird, steigt die Temperatur der Elektromagnetbremse 21 aufgrund häufiger Starts und Stops an.

Dieser Temperaturanstieg kann jedoch verhindert und ein geeignetes Temperaturniveau kann gehalten werden, indem die Innenseite der Elektromagnetbremse 21 mit Kühlluft gekühlt wird, welche über die Lufteinlaßöffnung 27b des Flansches 27 und das Luftloch 25a der Bremsscheibe mittels des Entlüftungsventilators 15 gefördert wird, und ferner mit Kühlluft, welche über das Luftloch 6a der rotierenden Platte 6 durch Zusammenwirken des Kühlventilators 12 und des Entlüftungsventilators 15 gefördert wird, worauf die Luft über die Luftauslaßöffnung 27a des Flansches" 27 abgeführt wird.

Bei den beschriebenen Ausführungen ist der Statorkern 1 außerhalb des äußeren Umfangs des Rotors 5 angeordnet, während das Joch 3 auf der inneren Umfangsseite des Rotors 5 angeordnet ist. Der Statorkern 1 kann jedoch auch an der inneren Umfangsseite des Rotors 5 und das Joch auf der äußeren Umfangsseite des Rotors 5 angeordnet sein. In diesem letzteren Falle wird der Luftkanal im Stator 1 ausgebildet.

Ferner ist bei den beschriebenen Ausführungen der Luftkanal im Joch 3 selbst ausgebildet, wenngleich auch der äußere Umfangsabschnitt des Ringvorsprunges 7c zur Ausbildung des Luftkanals in gleicher Weise wie bei den axialen konvexen Abschnitten 7a verwendet werden kann.

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Da wie beschrieben bei dem Induktionsmotor nach der Erfindung die Kühlung bzw. Wärmeabfuhr der darin erzeugten Wärme verbessert und der einen Teil des magnetischen Pfades des rotierenden magnetischen Feldes bildende Jochabschnitt vom Rotor getrennt ist, kann ein Induktionsmotor mit geringer Trägheit geschaffen werden, der einen geringen Temperaturanstieg im Motorinneren aufweist und exzellente Eigenschaften hinsichtlich Drehzahlanstieg und -abfall aufweist.

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Claims

Patentansprüche

Induktionsmotor mit geringer Trägheit, gekennzeichnet durch

(a) ein gegenüber einem Statorkern (1) angeordnetes, durch einen Spalt (4) davon getrenntes Joch (3), wobei um den Statorkern (1) eine Statorwicklung (2) angeordnet ist;

(b) einen Rahmen (7), der in seinem mittleren Abschnitt ein Durchgangsloch (7b) sowie einen Stützabschnitt (7c) zum Unterstützen des Jochs oder des Statorkerns aufweist; ;

(c) einen drehbar in dem Spalt (4) angeordneten Rotor (5); ί

(d) eine in das Durchgangsloch (7b) des Rahmens (7) ragende Welle (9), die frei drehbar gelagert ist;

(e) eine rotierende Platte (6), die fest auf der ι Welle (9) angeordnet ist und den Rotor (5) trägt, und

(f) einen Kühlventilator (12), der fest auf der Welle (9) sitzt und Kühlluft in das Innere des Rahmens (7) aufgrund der Drehung der Welle fördert.

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2. Induktionsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Platte (6) aus einem Werkstoff mit exzellenter Wärmeleitfähigkeit besteht.
3. Induktionsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e -

kennze ichnet, daß zwischen dem Rahmen (7) und dem Statorkern (1) eine Passage (3a,7b) vorgesehen ist, durch welche Kühlluft mittels des Kühl-Ventilators (12) von der Außenseite des Rahmens her gefördert wird.
4. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Platte (6) mit einem Entlüftungsventilator (15) zur Zwangsabfuhr von Luft versehen ist, welche in das Innere des Rahmens (7) mittels des Kühlventilators (12) gefördert worden ist.
5. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierende Platte (6) eine Strahlungsplatte (14) zur Abfuhr von im Rotor erzeugter Wärme in die Umgebungsluft aufweist.
6. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Joch (3) ein Durchgangsloch (3a) zum Durchlassen von Kühluft ausgebildet ist, welche in das Innere des Rahmens (7) mittels des Kühlventilators (12) gefördert worden ist.
7. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchgangsloch (7b) des Rahmens (7) zum Durchlassen von in das Innere des Rahmens mittels des Kühlventilators (12) geförderter Luft ausgebildet ist.

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8. Induktionsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektromagnetische Bremsvorrichtung (21) an der Welle (9) angebracht ist, um die Drehung der Welle bei Betätigung abzubremsen.
9. Induktionsmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Bremsvorrichtung (21) mit einem Luftkanal (27a,27b) zum Durchlassen von Kühlluft versehen ist.