DE3645262C2 - Induktionsmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Induktionsmotor nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1.

Ein derartiger Motor ist aus der EP-A-0 043 498 bekannt. Der bekannte Motor weist üblicherweise eine Statorhaupt- und -hilfswicklung auf, deren Aufbau jedoch nicht näher beschrieben ist.

Aus der DE-PS 11 44 390 ist ein Elektromotor mit Anlaufhilfe bekannt, bei dem es sich um einen Einphasen-Induktionsmotor handelt, bei dem die Anlauf­ hilfe von einer Kurzschlußhilfsphase gebildet wird, die aus vier bügelförmigen Ringen gebildet ist. Der bekannte Elektromotor weist 18 Nuten für die Aufnahme von Teilspulen der Wicklungen I und II auf. Die Kurzschlußbügel greifen bei diesem bekannten Motor einerseits über die neutrale Zone hinweg in einen Teil des jeweils anderen Poles ein, andererseits greifen diese Bügel über die Polmitte der Hauptpole hinweg. Hierdurch ergibt sich ein aufwendiger Aufbau, bei dem gemäß der verwirklich­ ten Konstruktionsprinzipien jeder Teilspule eine Bügelhälfte zugeordnet ist.

Ähnliche Verhältnisse liegen bei dem Einphasen-Wechselstrom­ motor vor, der aus dem DE-GM 17 12 924 bekannt ist. Auch die bei diesem Motor vorgesehene Anlaufhilfe in Form zweier Kurzschlußringe greift in die jeweils andere Wicklung ein. Es hat sich jedoch gezeigt, daß hierdurch eine Verschlechte­ rung der Leistungsausbeute in Kauf genommen werden muß.

Eine weitere bekannte Motorvariante mit Anlaufhilfe stellt der Spaltpolmotor dar. Derartige Motoren sind beispielsweise aus der DE-PS 9 20 739 und der DE-AS 10 05 175 bekannt. Übli­ cherweise weisen Spaltpolmotoren ausgeprägte Pole auf, so daß im Luftspaltfeld räumliche Feldoberwellen ungerader Ord­ nungszahl entstehen. Dadurch kommt es bei etwa 1/3 der synchronen Drehzahl zu einer tiefen, speziell von einer im Drehsinn umlaufenden dritten Feldoberwelle herrührenden Einsattelung. Bei dem aus der DE-PS 9 20 793 bekannten Spalt­ polmotor ist zwar eine verteilte Wicklung vorhanden, jedoch ist diesem Motor, wie auch dem insbesondere als Spaltpol­ motor ausgebildeten Einphasen-Induktionsmotor der DE-PS 16 13 141 als spaltpoltypisches Merkmal eigen, daß ein abge­ spaltener, abgeschirmter, magnetisch geschwächter Polteil gebildet wird. Werden derartig aufgebaute Spaltpolmotoren bei elektrisch antreibbaren Arbeitsgeräten verwendet, kann es zu einem "Hängenbleiben" der Drehzahl im kritischen Dreh­ zahlbereich aufgrund der zuvor erläuterten Drehmomenteinsat­ telung kommen. Jegliche konstruktive Maßnahmen zur Unter­ drückung der die Einsattelung hervorrufenden dritten Feld­ oberwelle gehen jedoch immer zu Lasten einer optimalen Lei­ stungsabgabe.

Aus dem DE-GM 18 09 973 ist schließlich ein Induktionsmotor axialer Bauart ohne Bremse bekannt, der axiale im Stator an­ geordnete Nuten aufweist, in die die Hauptwicklungen einge­ legt sind. Bei diesem Motor sind kurzgeschlossene Hilfsphasen in Form von Kupferringen vorgesehen. Die Hilfsphasen sind dabei zwar im Bereich je einer Hauptrichtung angeordnet, und zwar so, daß sie die Polmitte nicht übergreifen. Durch diese Anordnung der Hilfsphasen werden auch bei diesem Motor trotz verteilter Wicklung ausgeprägte Pole gebildet, wie sie bei Spaltpolmotoren vorgesehen sind. Ferner wird durch die Anordnung der kurzgeschlossenen Kupferringe pro Pol jeweils ebenfalls in spaltpoltypischer Art ein abgeschirmter, abgespaltener und magnetisch ge­ schwächter Polteil gebildet. Insofern ist auch diesem Motor der zuvor erläuterte Nachteil klassischer Spaltpolmotoren eigen. Außerdem werden die Pole durch das Vorsehen von Streublechen zu kompakten Polen in spaltpoltypischer Weise abgedeckt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Elektro­ motor der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Art zu schaffen, der konstruktiv vereinfacht und kosten­ günstig herzustellen ist, wobei insbesondere die spaltpolmo­ toreneigenen Nachteile vermieden und auf Anlaufhilfen, wie Kondensatoren, verzichtet werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruches 1.

Zunächst zeichnet sich der erfindungsgemäße Elektromotor durch eine einfache Konstruktion aus, die ohne Anlaufhilfen, wie Kondensatoren, auskommt, und die einen einfachen robusten Aufbau hat, der kostengünstig hergestellt werden kann.

Ferner kann beim erfindungsgemäßen Elektromotor der Fluß­ verlauf ohne Schwierigkeiten und ohne Verluste, wie sie bei Spaltpolmotoren auftreten, annähernd sinusförmig gestaltet werden.

Durch das Vorsehen einer zweiten Magnetflußkomponente beim erfindungsgemäßen Elektromotor, die räumlich und zeitlich zum Hauptfluß verschoben ist, wird eine Phasenverschiebung erzwungen, die für den Anlauf des im Arbeitsgerät ein­ gebauten Motors ein ausreichend hohes Anzugsmoment erzeugt, ohne den sinusförmigen Flußverlauf für eine optimale Lei­ stungsabgabe und einen guten Wirkungsgrad wesentlich zu be­ einträchtigen.

Die Phasenverschiebung wird beim erfindungsgemäßen Elektro­ motor somit mittels der kurzgeschlossenen Hilfswindung (Kurzschlußwicklung) erzeugt, die von der Hauptwicklung transformatorisch erregt wird.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispiels anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch einen er­ findungsgemäßen Elektromotor;

Fig. 2 einen Axialschnitt durch den erfindungsgemäßen Motor;

Fig. 3 eine stirnseitige Ansicht (Draufsicht) des Motors gemäß Fig. 2;

Fig. 4 einen als Kurzschlußwindung verwendeten bügelför­ migen Ring.

Der erfindungsgemäße Motor weist Nuten 1 bis 12 und 13 bis 24 in einem Stator 25 auf, die von der zentralen Stator­ bohrung aus zugänglich und in Umfangsrichtung in gleich­ mäßigen Abständen hintereinander angeordnet sind. In der Gruppe der Nuten 11 bis 12 in der oberen Hälfte gemäß Fig. 1 der Zeichnung verlaufen die Teilspulen 26 bis 30 einer Wick­ lung I, während in der unteren Hälfte des Stators 25 gemäß Fig. 1 in den Nuten 13 bis 24 ebensolche Teilspulen einer Wicklung II angeordnet sind, die jedoch nicht dargestellt sind. Die Wicklungen I und II bilden zusammen die Hauptwick­ lung des Motors.

Der Wicklung I ist als Kurzschlußwicklung ein bügelförmiger Ring 31 zugeordnet, der gegenüber der Wicklung I räumlich versetzt ist. Dieser Ring verläuft durch die Nuten 6 und 11. In entsprechender Weise weist auch die Wicklung II einen räumlich versetzten bügelförmigen Ring 31 in den Nuten 18 und 23 auf, der als Kurzschlußwicklung wirkt, so daß der jeweilige Ring (31) im Bereich der zugeordneten Wicklung (I bzw. II) liegt.

Die ruhestrombetätigte Sicherheitsbremse des erfindungsge­ mäßen Motors besteht aus einer Federdruckbremse, deren Lüftung indirekt mittels nur eines einzigen Magnetleitkör­ pers 32 durch das Statormagnetfeld erfolgt. Das von der Statorwicklung 33 erregte Magnetsystem erhält den auf dem Statorblechpaket 25 stirnseitig angeordneten Magnetleitkör­ per 32. Vorzugsweise wird eine unmittelbare Verbindung zwischen dem Statorblechpaket 25 und dem Magnetleitkörper 32 durch eine steckbare Ausbildung des Magnetleitkörpers 32 hergestellt. Der Magnetleitkörper 32 kann in einer oder mehreren Statornuten aufgenommen werden. In bekannter Weise ist der Magnetleitkörper 32 von einem als Kurzschlußwindung wirkenden Metallring 35 umgeben.

Als Bremskörper ist eine kipp- und drehbar gelagerte Anker­ platte 36 mit einem Bremsbelag 37 verwendet. Die Ankerplatte umgibt mit einer Bohrung die Rotorwelle 38, die an ihrem oberen Ende in einem Gewindezapfen 39 ausläuft. Sie er­ streckt sich von dort radial zur Außenseite des Motors hin und endet in einem rechtwinkelig abgebogenen Einsteckzapfen 40, der in einer Öffnung 41 eines Lagerschildes 42 des Motors eingesteckt ist. Die Öffnung ist groß genug, damit die Ankerplatte 36 hier kipp- und drehbar gelagert ist.

Der Bremsbelag 37 stützt sich an seiner von der Ankerplatte 36 abgewandten Seite an einer Bremsscheibe ab, die mit einer Gewindebohrung auf dem Gewindezapfen 39 der Rotorwelle 38 aufgeschraubt ist. Die Ankerplatte 36 wird von einer Druck­ feder 44 zur Bremsscheibe 43 axial gedrückt, wobei die Druckfeder 44 die Rotorwelle 38 umgibt. Bei Einleitung des Bremsvorganges, das heißt nach Abschaltung der Betriebs­ spannung, wird mittels der Federkraft die Ankerplatte 36 gegen die Reibfläche der drehfest mit der Rotorwelle 38 verbundenen Bremsscheibe 43 gepreßt und anschließend durch eine vom Reibschluß des Bremsbelages 37 bewirkte Tangential­ bewegung, bezogen auf die Rotationsachse des Motors, mit Hilfe der im formschlüssigen Eingriff stehenden, an einem gehäusefesten Teil befestigten Anlaufkurve eines Nockens 45 in seiner Bremskraft verstärkt. Durch die Verschraubung der Bremsscheibe 43 mit der Rotorwelle 38 ergibt sich ein robu­ ster und einfacher Aufbau. Hier ist ein Linksgewinde vorge­ sehen, das entgegen dem Drehsinn der Bremsscheibe einer Selbstsicherung dient. Da die magnetische Zugkraft propor­ tional dem Quadrat der Induktion ist, hat der Richtungswech­ sel des Wechselstroms keinen Einfluß auf das momentane An­ zugsverhalten der Bremse. Da jedoch die Anzugskraft bei Wechselstrom mit doppelter Netzfrequenz pulsiert, kann die unter Einwirkung der mechanischen Gegenkraft stehende Anker­ platte 36 im Rhythmus der doppelten Erregerfrequenz klappern. Um die Ankerplatte 36 durch das von den Magnettei­ len gebildete Magnetsystem ohne Bremsgeräusche festhalten zu können, ist es erforderlich, eine zweite, zu dem Hauptmag­ netfeld zeitlich phasenverschobene Flußkomponente zu erzeu­ gen, die in Verbindung mit dem Hauptmagnetfeld die Zugkraft nicht auf den Nullwert sinken läßt. Deshalb wird zur Errei­ chung einer Ruhiglage die Verwendung eines Metallringes 35, eines Kupferringes als Kurzschlußwindung vorgesehen. Diese Kurzschlußwindung erzeugt eine induktive Gegenspannung und somit eine Abfallverzögerung der Ankerplatte für die Dauer einer Halbwelle. Diese Abfallverzögerung ist beim Bremsvor­ gang vernachlässigbar, da es sich bei diesem Bremssystem lediglich um eine Auslaufbremse handelt.

Die Bauteile der Bremse sind so ausgebildet, daß während des Bremsvorganges mit Hilfe der Auflauffläche des Nockens 45 und der daran anliegenden Ankerplatte 36 eine Servowirkung entsteht, so daß die Druckfeder 44 entsprechend schwach ausgeführt sein kann und somit zum Lüften der Bremse nur geringe Kräfte erforderlich sind.

Claims (2)

1. Induktionsmotor zum Antrieb von Geräten mit Arbeitswerkzeugen geringer Trägheitsmo­ mente, wie Rasenmähern, Garten- und Heimwerkergeräten oder dergleichen, mit eingebauter, vom Magnetfeld des Motors betätigter Federdruckbremse, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor eine verteilte Statorhauptwicklung aufweist, die aus einer Wicklung I und einer dazu spiegelbildlich angeordneten Wicklung II besteht, wobei die Symmetrieebene durch die Motorachse verläuft, daß eine kurzgeschlossene gegenüber der Statorhauptwick­ lung versetzte Hilfs­ phase vorgesehen ist, die von zwei bügelförmigen Ringen (31) gebildet ist, wobei der Stator (25) in Umfangsrichtung vierund­ zwanzig hintereinander angeordnete Nuten (1 bis 12), bzw. (13 bis 24) für die Aufnahme von Teilspulen (26 bis 30) der Wicklungen I und II und der bügelförmigen Ringe (31) aufweist und daß einer der bügelförmigen Ringe (31) den Sta­ tornuten (6 und 11) und die andere den Statornuten (18 und 23) zugeord­ net ist.

2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Federdruckbremse einen in axialer Richtung der Rotorwelle (38) verschiebbaren Bremskörper enthält, der im ausgeschalteten, stromlosen Zustand des Motors von einer Druckfeder (44) an einer Bremsscheibe (43) an­ drückbar ist und der im eingeschalteten Zustand vom Magnetfeld des Motors angezogen ist, wobei der Brems­ körper im eingeschalteten Zustand über einen Magnet­ leitkörper (32), der parallel zur Achse der Stator­ bohrung angeordnet ist, der mit einem Ende am Stator (25) befestigt ist, und der von einem als Kurzschluß­ windung wirkenden Metallring (35) umgeben ist, an den Stator angezogen ist.