Induktionsmotor mit einem mit dem Rotor des Motors rotierenden, axial verschiebbaren Magnetanker, z. B. zur Betätigung einer Bremse Die vorliegende Erfindung betrifft einen Induk tionsmotor, der mit einem mit dem Rotor des Motors rotierenden, axial verschiebbaren Magnetanker, z. B.
zur Betätigung einer Bremse, versehen ist, welcher Magnetanker so angeordnet ist, dass er durch den von dem Stator des Motors erzeugten magnetischen hluss gegen die eine Stirnseite des Rotors angezogen werden kann.
Es ist bei Induktionsmotoren der oben angegebe nen Art bekannt, den Rotorkern etwas kürzer als den Statorkern auszuführen und das eine Ende des Rotor kernes mit einem Polkörper zu versehen, der sowohl von dem Rotorkern als von der Rotorachse magne tisch getrennt und weiter in magnetisch getrennte Segmente unterteilt ist, so d'ass er den radial gerichte ten Statorfluss in axialer Richtung zu einem Magnet anker ablenkt, der auf der Rotorachse axial beweglich angeordnet und mit einer ringförmigen,
der Stirn seite des Polkörpers zugewandten Polfläche versehen ist. Bekannte Motoren dieser Ausführung haben in dessen den Nachteil, d'ass sie beträchtlich geringeres Anlaufmoment und geringere Maximalleistung als normale Induktidnsmotoren entsprechender Grösse liefern. Auch der Wirkungsgrad ist schlechter als bei einem normalen Motor, besonders bei Nennbelastung und darüber.
Dies hängt damit zusammen, d'ass der Magnetanker so ausgeführt ist, dass die bei Belastung zunehmende magnetomotorische Kraft des Stators einen immer grösseren Fluss durch den Magnetanker treibt, einen Fluss, der also keinen Zuschuss zu der abgegebenen Leistung des Motors, sondern nur einen unnötigen Zuschuss zur Anziehungskraft des Ankers gibt.
In derselben Weise treibt die sehr grosse magnetomotorische Kraft des Stators, die beim An lauf des Motors entsteht, einen stark erhöhten Fluss durch den Magnetanker, sobald der Magnetanker gegen den Polkörper angezogen und damit der Luftspalt zwischen der Polfläche des Ankers und der Stirnseite des Polkörpers kleiner wird, was eine entsprechende Abnahme des nützlichen Flusses durch den Rotorkern und folglich eine Verminderung des Anlaufmomentes zur Folge hat.
Um diese Nachteile zu vermeiden, ist vorge schlagen worden, einen Teil des Rotorkernes selbst als Polkörper dadurch wirken zu lassen, dass der Ro- torkern ebensolang wie der Stator ausgeführt wird, aber einen Teil des einen Endes des Rotorkernes sowohl von dem übrigen Rotorkern als auch von der Rotorachse magnetisch zu trennen und ausserdem in magnetisch getrennte Segmente zu unterteilen,
so dass der Statorfluss in axialer Richtung zu einem Magnetanker abgelenkt wird, der vor der Stirnseite des Rotors angeordnet ist. Der Anker ist dabei mit zwei der Stirnseite des Rotors zugewandten Pol flächen versehen, von denen die eine ausserhalb und die andere innerhalb der Rotorstäbe angeordnet ist. Beim Anlauf des Motors dient dabei der äussere Teil des Magnetankers als magnetischer Kurzschluss für die magnetomotorische Kraft des Stators, so dass ein Fluss durch die äussere Polfläche des Ankers getrieben wird und eine genügende Anziehungskraft erhalten wird.
Für den Betrieb ist es jedoch wichtig, dass die magnetomotorische Kraft des Stators einen Fluss durch den als Polkörper dienenden Teil des Rotorkemes trei ben kann, da der Rotorstrom und damit die entgegen gerichtete magnetomotorische Kraft des Rotors klein sind. Ferner soll dieser Fluss sich durch die innere Pol fläche des Ankers schliessen und dabei eine genügende Haltekraft sowie gleichzeitig auch ein: nützliches Dreh moment erzeugen können.
Bei den bisher vorgeschla genen Konstruktionen dieser Art ist indessen der Magnetanker so ausgeführt, dass bei zunehmender Be- lastung des Motors auch die magnetomotorische Kraft des S'tators und die dieser entgegengerichtete magneto- motorische Kraft des Rotors grösser werden, während die maanetomotorische Kraft des Stators nach wie vor einen zunehmenden Fluss durch die äussere Polfläche des Ankers treibt, was die nicht erwünschte Vermin derung des nützlichen Flusses zur Folge hat,
weshalb keine nennenswerte Verbesserung der Maximal leistung und des Wirkungsgrades des Motors erreicht wird. Auch beim Anlauf des Motors wird die grosse magnetomotorische Kraft des Stators, wie bei den früheren Konstruktionen, einen kräftig erhöhten Fluss durch die äussere Polfläche treiben, sobald der Ma gnetanker gegen die Stirnfläche des Rotors angezogen wird, was eine entsprechende Verminderung des An laufmomentes des Motors bewirkt.
Die vorliegende Erfindung betrifft nun einen Induktionsmotor mit einem mit dem Rotor des Mo tors rotierenden, axial verschiebbaren Magnetanker, z. B. zur Betätigung einer Bremse, welcher Magnet anker so angeordnet ist, d'ass er durch den von dem Stator des Motors erzeugten magnetischen Fluss gegen die eine Stirnseite des Rotorkerns angezogen werden kann, zu welchem.
Zweck dieses Ende des Rotorkerns mit einem Polkörper versehen ist, der sowohl von dem Rotorkern als auch von der Rotorachse magnetisch getrennt und ausserdem in magnetisch mindestens nahezu getrennte Segmente unterteilt ist, wogegen der Magnetanker mit mindestens einer ringförmigen, der Stirnseite des Polkörpers zugewandten Polfläche ver sehen ist.
Gemäss der Erfindung ist der Magnetanker so ausgeführt, dass innerhalb desselben der Weg des Flusses durch die Polfläche wenigstens auf einem Teilstück .eine solche Querschnittsfläche aufweist, dass das magnetische Material wenigstens dann gesättigt ist, wenn der Motor anläuft und wenn er belastet ist.
Die erfindungsgemässe Ausbildung des Magnet ankers hat zur Folge, d'ass bei Belastung des Motors der für die Leistungserzeugung des Motors wertlose Fluss durch den Magnetanker wegen der schnellen Sätti gung des Flussweges auf einen Betrag begrenzt wird, der für die Anziehungskraft des Ankers erforderlich ist und bei zunehmender Belastung nur in geringem Aus mass zunimmt, weshalb der Motor eine höhere Maxi malleistung als bisher bekannte Konstruktionen abge ben kann, wobei auch der Wirkungsgrad verbessert wird, besonders bei Nennbelastung und darüber.
In derselben Weise wird beim Anlauf der für die Mo menterzeugung des Motors wertlose Fluss durch den Magnetanker auf den Wert beschränkt, der für d'ie Anziehung des Magnetankers gegen die Stirnseite des Polkörpers erforderlich ist, so dass nur eine geringe Erhöhung dieses Flusses erhalten wird, wenn der Luftspalt zwischen der Polfläche des Ankers und der Stirnseite des Polkörpers vermindert wird, weshalb der Motor ein höheres Anlaufmoment als bisher bekannte Konstruktionen entwickeln kann.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der bei gefügten Zeichnung, die zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigt, erläutert. Fig. 1 zeigt schema- tisch im Längsmittelschnitt das erste Ausführungs beispiel mit einem Magnetanker mit zwei konzen trischen Polflächen. Fig. 2 ist ein Schnitt durch den Rotor längs der Linie<B><I>A -A</I></B> in Fig. 1.
Fig. 3 zeigt im Längsmittelschnitt das zweite Ausführungsbeispiel, das grösstenteils identisch mit dem in Fig. 1 dar gestellten Motor ist, dessen Anker jedoch nur eine Polfläche aufweist.
In Fig. 1 bezeichnet 1 das Statorgehäuse des Mo tors, das einen normal ausgeführten Stator 2 mit Sta- torwicklung 3 trägt. 4 bezeichnet den Rotor des Mo tors, der auf der Rotorachse 5 befestigt ist. Der Rotor ist mit Kurzschlusswicklung versehen; die Kurzschluss ringe sind mit 6 und 7 bezeichnet.
Der Rotor 4 ist in magnetischer Hinsicht in zwei Teile 8 und 9 unter- teilt, zwischen denen ein Blech 10 aus unmagne- tischem Material eingelegt ist. Der grössere Rotorteil 8 ist in normaler Weise ausgeführt, während der kleinere Teil 9 von der Achse 5 dadurch magnetisch getrennt ist, dass er eine grössere Innenweite als der Durch messer der Achse 5 aufweist, so dass ein Luftspalt zwischen den Rotorblechen und der Achse 5 entsteht.
Weiter sind in diesem Teil 9 die Nuten 11 für die Rotorstäbe in radialer Richtung verlängert, wie in Fig. 2 ersichtlich ist, so dass sie bis zu oder beinahe bis zu dem inneren Umkreis der Rotorbleche reichen, wodurch dieser Rotorteil 9 in magnetisch getrennte Segmente unterteilt wird. 12 bezeichnet einen ring förmigen Magnetanker, der auf der Achse 5 axial beweglich angeordnet ist. Der Magnetanker 12 besteht aus zwei konzentrischen Ringen 26 und 27 aus magnetischem Material und einem zwischenliegenden Ring 28 aus unmagnetischem Material, die z. B. mittels Schrumpfung zusammengefügt sind.
Der Ma gnetanker 12 hat folglich zwei ringförmige, der Stirn seite des kleineren Roturteil 9 zugewandte Polflächen 13 und 14, von denen die eine 13 ausserhalb und die andere 14 innerhalb des Kurzschlussringes 6 liegt. Der Magnetanker 12 ist so angeordnet, dass er, wenn der Statorstromkreis geschlossen wird, gegen die Stirnseite des Rotors angezogen wird, wobei die axiale Bewe gung durch ein Stäbchen 15 und einen axial beweg lichen Bolzen 16, der in einer Bohrung in der Achse 5 angeordnet ist, zu einer Bremsscheibe 17 übertragen wird, wodurch diese von einem Bremsschild 18 ge lüftet werden kann.
Wenn der Statorstrom abgeschal tet wird und die Anziehungskraft auf den Magnet anker 12 aufhört, wird die Bremsscheibe 17 von der Feder 19 wieder gegen den Bremsschild 18 gedrückt, wobei das Bremsmoment auf die Rotorachse 5 durch Stäbchen 20 übertragen wird, die die Bremsscheibe 17 mit einer Nabe 21 vereinigt, die mitttels einer Feder oder eines Keils 22 auf der Achse 5 befestigt ist. Der Abstand zwischen dem Bremsschild 18 und der Bremsscheibe 17 bei gelüfteter Bremse kann mittels einer Mutter 23 geändert werden. Mit 24 ist ein La gerschild und mit 25 ein Kugellager für die Achse 5 bezeichnet.
Die Anziehungskraft des Magnetankers 12 wird in folgender Weise erzeugt: Nach Anschalten der Sta- torwicklung an die Spannungsquelle des Motors ent steht eine dem Anlaufstrom in der Statorwicklung ent sprechende magnetomotorische Kraft.
Da indessen der Rotor stillsteht, wird gleichzeitig ein Strom in den Rotorstäben induziert, der eine magnetomotorisohe Kraft erzeugt, die beinahe ebenso gross wie die ma- gnetomotorische Kraft des Stators, dieser aber ent- gegengerichtet ist. Normalerweise würde deshalb -der resultierende Fluss durch den Stator und den Rotor ganz klein sein.
Bei der vorliegenden Konstruktion dient indessen der Magnetanker 12 als magnetischer Kurzschluss, so dass die magnetomotorische Kraft des Stators einen Fluss treibt, der sich hauptsächlich durch den äusseren Teil des Rotorteiles 9 sowie durch die äussere Polfläche 13 und den äusseren Ring 26 des Magnetankers 12 schliesst.
Dadurch, dass der Quer schnitt des Ringes 26 so bemessen ist, dass der Ring hierbei wenigstens zum Teil gesättigt ist, wird der Fluss durch die äussere Polfläche 13 auf den Betrag begrenzt, der für die gewünschte axiale Anzugs kraft erforderlich ist, weshalb das Anlaufmoment des Motors beträchtlich höher ist als bei bisher bekann ten Konstruktionen, in denen der Magnetanker voll- ständig aus magnetischem Material besteht und keine Begrenzung des Flusses durch die äussere Polfläche möglich ist.
Wenn der Motor seine Nenndrehzahl erreicht hat, werden die Verhältnisse anders, da der Rotorstrom auf einen niedrigeren Wert absinkt, so d'ass die ma- gnetomotorische Kraft des Rotors kleiner wird. Die magnetomotorische Kraft des Stators kann deshalb auch einen Fluss durch den ganzen Motorteil 9 trei ben. Wegen der radial verlängerten Rotomuten in diesem Teil wird dieser Fluss gezwungen, sich durch den Magnetanker 12 über die innere Polfläche 14 und den inneren Ring 27 zu schliessen.
Die Haltekraft wird deshalb zum grossen Teil von dieser inneren Pol fläche erzeugt. Der Teil des Statorflusses, der durch den Rotorteil 9 und den inneren Ring 27 fliesst, erzeugt dabei auch ein nützliches Drehmoment, weil er durch die Rotorwicklung fliesst.
Es ist indessen klar, dass ein Teil des verfügbaren Statorflusses sich ständig über die äussere Polfläche 13 und den äusseren Ring 26 schliesst.
Bei bisher bekannten Konstruktionen, bei denen der Magnetanker ganz aus magnetischem Material besteht, ist dies besonders dann der Fall, wenn der Motor belastet ist, da dabei genau wie beim Anlauf, ein Rotorstrom und eine der magnetomotorischen Kraft des Stators entgegengerichtete magnetomoto- rische Kraft des Rotors entstehen, so dass ein immer grösserer Teil des verfügbaren Statorflusses über die äussere Polfläche 13 fliesst, je grösser die Belastung ist, was eine Verringerung der Maximalleistung des Motors und auch des Wirkungsgrades,
besonders bei höherer Belastung, bewirkt.
Bei dem Induktionsmotor nach der vorliegenden Erfindung wird eine Vergrösserung des Flusses durch die äussere Polfläche 13 bei zunehmender Belastung dadurch vermieden, dass die Querschnittfläche des äusseren Ringes 26 so bemessen ist, dass das magne tische Material schnell gesättigt wird, wenn der Motor belastet wird.
Durch diese Sättigung wird der nutzlose Fluss durch die äussere Polfläche 13 auf einen gerin gen und von der Belastung verhältnismässig unabhän gigen Betrag begrenzt, weshalb die Maximalleistung des Motors beträchtlich höher als bei bisher bekann ten Konstruktionen werden kann. Auch der Wirkungs grad kann verbessert werden, besonders bei NIenn- belastung und darüber.
Natürlich ist es beim Betrieb ein Vorteil, wenn der Querschnitt des äusseren Rin ges 26 so klein wie möglich ist, so dass nur ein sehr geringer Fluss für die Sättigung des Ringes .erforder- lich ist. Die untere Grenze des Querschnittes des äusseren Ringes 26 wird indessen dadurch bestimmt, däss der Ring beim Anlauf des Motors einen für die erforderliche Kraft genügend grossen Fluss führen muss.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist es indessen schwierig, für den Magnetanker eine kurze Abfallzeit zu erhalten. Wenn der Statorstrom abgeschaltet wird und die magnetomotorische Kraft des Stators damit verschwindet, entstehen nämlich aus bekannten Gründen in der geschlossenen Rotor wicklung ein Strom und eine magnetomotorische Kraft,
die den von der magnetomotorischen Kraft des Stators früher erzeugten Fluss aufrechtzuerhalten be strebt ist. Diese magnetomo'torische Kraft des Ro tors treibt dabei einen Fluss, der sich durch die äusse ren und inneren Polflächen schliesst Lind folglich eine nicht gewünschte Anziehungskraft des Magnetankers erzeugt.
Dieser Nachteil kann dadurch vermieden werden, dass der Magnetanker so ausgeführt wird, d'ass die innere Polfläche verhältnismässig klein wird und ein Restluftspalt zwischen der inneren Polfläche und der Stirnseite des Rotors bleibt, wenn der Magnet anker angezogen ist.
Hierdurch wird die Reluktanz des Weges des Flusses durch die innere Polfläche er höht, weshalb der Fluss durch den Magnetanker, her rührend von der magnetomotorischen Kraft des Ro tors, kleiner und die Abfallzeit des Ankers kürzer wird. Eine sehr kurze Abfallzeit kann auch dadurch erzielt werden, dass der Magnetanker nur mit einer Polfläche ausgeführt wird, wie bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes.
Der Motor nach Fig. 3 ist mit dem in Fig.l dar gestellten Motor identisch, mit Ausnahme des Magnet ankers, der nur aus -einem Ring 26 aus magnetischem Material besteht, der an einer Nabe 29 aus unmagne- tischem Material befestigt ist. Der Magnetanker 12 hat folglich nur eine ringförmige, der äusseren Stirn seite des als Polkörper dienenden Teils 9 des Rotor kernes zugewandte Polfläche 1.3, die ausserhalb des Kurzschlussringes 6 angeordnet ist.
Der Ring 26 ist auch bei dieser Ausführungsform wenigstens auf einem Teilstück mit einem solchen Querschnitt aus geführt, dass er wenigstens dann gesättigt wird, wenn der Motor anläuft und wenn er belastet wird.
Da der Magnetanker 12 bei dieser Ausführungs form der Erfindung nicht mit einer inneren Polfläche innerhalb der Rotorstäbe versehen ist, kann die ma- gnetomotorische Kraft des Rotors, die, wenn der Sta- torstrom abgeschaltet ist, entsteht, keinen Fluss durch den Magnetanker treiben, weshalb die Anziehungs kraft des Magnetankers sofort verschwindet.
Da der Ring 26 so bemessen ist, dass er wenigstens auf einem Teilstück dann gesättigt ist, wenn der Motor anläuft oder belastet ist, wird, genau wie bei der An ordnung nach Fig. 1, der Fluss durch die Polfläche 13, die ja keinen Zuschuss zu dem Drehmoment des Motors gibt, auf den Wert begrenzt, der für genügende Anziehungskraft des Magnetankers 12 erforderlich ist. Die Abwesenheit einer Polfläche innerhalb der Rotor stäbe bewirkt deshalb keine Verschlechterung der Maximalleistung, des Anlaufmomentes oder des Wir kungsgrades des Motors.
Zwar kann kein nützlicher Fluss durch den als Polkörper dienenden Teil 9 des Rotorkernes fliessen, aber dies bedeutet nur, dass ein entsprechend grösserer Fluss sich durch den übrigen Teil 8 des Rotorkernes schliesst. Da im inneren Rotor teil 9 kein Fluss vorhanden ist, hat der darin an geordnete Teil der Rotorwicklung keinen anderen Zweck, als den Rotorteil 9 mit dem übrigen Teil des Rotors mechanisch zu verbinden.
In elektrischer Hin sicht kann die Rotorwicklung ebensogut mit einem Kurzschlussring zwischen den beiden Rotorteilen 8 und 9 versehen sein.
Da der Magnetanker 12 keine Polfläche innerhalb der Rotorstäbe aufweist, wird beim Betrieb die An ziehungskraft auf den Magnetanker etwas kleiner als bei einer Anordnung nach Fig. 1.
Dies wirkt sich aber nur beim Leerlauf oder beim Betrieb mit geringer Be lastung nachteilig aus, da dabei die magnetomotorische Kraft des Stators so klein werden kann, dass sie den für die erforderliche Haltekraft genügenden Fluss durch die Polfläche 13 nicht erzeugen kann, wenn der Ring 26 mit einem so kleinen Querschnitt ausgeführt wird!, wie es beim Anlauf und bei höherer Belastung des Motors wünschenswert ist.
Dieser Nachteil kann indessen dadurch vermieden werden, d'ass der Ring 26 aus einem magnetischen Material mit einer ausgeprägt rechteckigen Magnetisierungsschleife hergestellt wird. Hierdurch werden Sättigung und damit maximaler Fluss durch den Ring 26 schon bei einer sehr geringen magnetomotorischen Kraft des Stators, d. h.
schon beim Leerlauf, erhalten, und die Zunahme der ma- gnetomotorischen Kraft des Stators bei zunehmender Belastung des Motors bewirkt nur eine sehr geringe Zunahme des für die Leistungsabgabe des Motors wertlosen Flusses durch die Polfläche 13. Der Ring 26 kann zu diesem Zweck z. B. aus einem kreisförmigen Bandkern aus Material mit magnetischer Vor7ugsrich- tung bestehen.