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.
Induction motor with an axially displaceable magnet armature rotating with the rotor of the motor, e.g. B. for actuating a brake The present invention relates to an induction motor that rotates with the rotor of the motor, axially displaceable armature, z. B.
for actuating a brake, is provided, which magnet armature is arranged so that it can be attracted against one end face of the rotor by the magnetic flux generated by the stator of the motor.
It is known in induction motors of the type indicated above to run the rotor core slightly shorter than the stator core and to provide one end of the rotor core with a pole body that is magnetically separated from both the rotor core and the rotor axis and continues into magnetically separated segments is subdivided so that it deflects the radially directed stator flux in the axial direction to a magnetic armature, which is axially movable on the rotor axis and has an annular,
the end face of the pole body facing the pole face is provided. Known motors of this design have the disadvantage that they deliver considerably lower starting torque and lower maximum power than normal inductive motors of the corresponding size. The efficiency is also worse than with a normal motor, especially at rated load and above.
This is due to the fact that the magnet armature is designed in such a way that the magnetomotive force of the stator, which increases under load, drives an ever greater flux through the magnet armature, a flux that does not add to the output of the motor, but only an unnecessary one Grants to the attraction of the anchor.
In the same way, the very large magnetomotive force of the stator, which arises when the motor is running, drives a greatly increased flux through the magnet armature as soon as the magnet armature is attracted to the pole body and thus the air gap between the pole face of the armature and the face of the pole body becomes smaller which results in a corresponding decrease in the useful flow through the rotor core and consequently a reduction in the starting torque.
In order to avoid these disadvantages, it has been proposed to let part of the rotor core itself act as a pole body by making the rotor core as long as the stator, but part of one end of the rotor core from the rest of the rotor core as well magnetically separated from the rotor axis and also divided into magnetically separated segments,
so that the stator flux is deflected in the axial direction to a magnet armature which is arranged in front of the end face of the rotor. The armature is provided with two pole faces facing the end face of the rotor, one of which is arranged outside and the other is arranged inside the rotor bars. When the motor starts up, the outer part of the armature serves as a magnetic short circuit for the magnetomotive force of the stator, so that a flux is driven through the outer pole face of the armature and a sufficient force of attraction is obtained.
For operation, however, it is important that the magnetomotive force of the stator can drive a flux through the part of the rotor core serving as the pole body, since the rotor current and thus the opposing magnetomotive force of the rotor are small. Furthermore, this flow should close through the inner pole surface of the armature and at the same time be able to generate a sufficient holding force and, at the same time, a useful torque.
In the designs of this type proposed so far, however, the magnet armature is designed in such a way that with increasing load on the motor, the magnetomotive force of the stator and the magnetomotive force of the rotor in the opposite direction also increase, while the magnetomotive force of the stator continues to drive an increasing flux through the outer pole face of the armature, which results in the undesirable reduction in the useful flux,
which is why no significant improvement in the maximum power and the efficiency of the engine is achieved. When the motor starts up, the large magnetomotive force of the stator will, as in previous designs, drive a strongly increased flux through the outer pole face as soon as the magnet armature is attracted against the face of the rotor, which results in a corresponding reduction in the motor's starting torque causes.
The present invention relates to an induction motor with an axially displaceable armature rotating with the rotor of the Mo sector, for. B. to operate a brake, which magnet armature is arranged so d'ass it can be attracted by the magnetic flux generated by the stator of the motor against one end face of the rotor core, to which.
Purpose of this end of the rotor core is provided with a pole body, which is magnetically separated from the rotor core as well as from the rotor axis and also divided into magnetically at least almost separate segments, whereas the magnet armature see ver with at least one ring-shaped pole face facing the end face of the pole body is.
According to the invention, the magnet armature is designed so that within it the path of the flux through the pole face at least in part has such a cross-sectional area that the magnetic material is saturated at least when the motor starts and when it is loaded.
The inventive design of the magnetic armature has the consequence, d'ass when the motor is loaded, the flux worthless for the power generation of the motor through the armature due to the rapid saturation of the flux path is limited to an amount that is necessary for the attraction of the armature and increases only to a small extent with increasing load, which is why the motor can deliver a higher maximum output than previously known designs, and the efficiency is also improved, especially at nominal load and above.
In the same way, during start-up, the flux through the armature, which is worthless for generating the moment in the motor, is limited to the value required for the magnet armature to be attracted to the end face of the pole body, so that only a slight increase in this flux is obtained. if the air gap between the pole face of the armature and the end face of the pole body is reduced, which is why the motor can develop a higher starting torque than previously known designs.
The invention is explained below with reference to the attached drawing, which shows two embodiments of the invention. Fig. 1 shows schematically in longitudinal center section the first embodiment example with a magnet armature with two concentric pole faces. FIG. 2 is a section through the rotor along the line <B> <I> A </I> </B> in FIG. 1.
Fig. 3 shows in longitudinal center section the second embodiment, which is largely identical to the motor shown in Fig. 1 is, but the armature has only one pole face.
In FIG. 1, 1 designates the stator housing of the motor, which carries a normally designed stator 2 with stator winding 3. 4 denotes the rotor of the Mo sector, which is mounted on the rotor axis 5. The rotor is provided with a short-circuit winding; the short-circuit rings are labeled 6 and 7.
From a magnetic point of view, the rotor 4 is divided into two parts 8 and 9, between which a sheet 10 made of non-magnetic material is inserted. The larger rotor part 8 is designed in the normal way, while the smaller part 9 is magnetically separated from the axis 5 in that it has a larger inner width than the diameter of the axis 5, so that an air gap is created between the rotor laminations and the axis 5 .
Furthermore, in this part 9, the grooves 11 for the rotor bars are lengthened in the radial direction, as can be seen in FIG. 2, so that they extend up to or almost to the inner circumference of the rotor laminations, whereby this rotor part 9 is divided into magnetically separated segments becomes. 12 denotes a ring-shaped magnet armature which is arranged axially movable on the axis 5. The armature 12 consists of two concentric rings 26 and 27 made of magnetic material and an intermediate ring 28 made of non-magnetic material, which z. B. are joined by means of shrinkage.
The Ma gnetanker 12 consequently has two ring-shaped pole faces 13 and 14 facing the end face of the smaller rotor part 9, of which one 13 is outside and the other 14 is inside the short-circuit ring 6. The armature 12 is arranged so that it is attracted to the end face of the rotor when the stator circuit is closed, the axial movement being provided by a rod 15 and an axially movable bolt 16 which is arranged in a bore in the axis 5 is, is transmitted to a brake disc 17, whereby this can be ventilated by a brake shield 18 ge.
When the stator current is switched off and the force of attraction on the magnetic armature 12 ceases, the brake disc 17 is pressed again by the spring 19 against the brake shield 18, the braking torque being transmitted to the rotor axis 5 by rods 20, which the brake disc 17 with a Combined hub 21, which is fastened by means of a spring or a wedge 22 on the axis 5. The distance between the brake shield 18 and the brake disc 17 when the brake is released can be changed by means of a nut 23. With 24 a La gerschild and with 25 a ball bearing for the axis 5 is designated.
The attractive force of the magnet armature 12 is generated in the following way: After the stator winding is connected to the voltage source of the motor, a magnetomotive force corresponding to the starting current in the stator winding is generated.
Since, however, the rotor is stationary, a current is induced in the rotor bars at the same time, which generates a magnetomotive force which is almost as great as the magnetomotive force of the stator, but which is opposite. Normally, the resulting flux through the stator and the rotor would therefore be very small.
In the present construction, however, the magnet armature 12 serves as a magnetic short circuit, so that the magnetomotive force of the stator drives a flux that mainly closes through the outer part of the rotor part 9 as well as through the outer pole face 13 and the outer ring 26 of the magnet armature 12.
Because the cross-section of the ring 26 is dimensioned so that the ring is at least partially saturated, the flux through the outer pole face 13 is limited to the amount that is required for the desired axial tightening force, which is why the starting torque of the Motor is considerably higher than in previously known constructions in which the magnet armature is made entirely of magnetic material and the flux cannot be limited by the outer pole face.
When the motor has reached its nominal speed, the situation is different, since the rotor current drops to a lower value, so that the magnetomotive force of the rotor becomes smaller. The magnetomotive force of the stator can therefore also drive a flux through the entire motor part 9. Because of the radially elongated rotomut in this part, this flux is forced to close by the magnet armature 12 via the inner pole face 14 and the inner ring 27.
The holding force is therefore largely generated by this inner pole surface. The part of the stator flux that flows through the rotor part 9 and the inner ring 27 also generates a useful torque because it flows through the rotor winding.
It is clear, however, that part of the available stator flux closes continuously via the outer pole face 13 and the outer ring 26.
In previously known constructions in which the magnet armature consists entirely of magnetic material, this is particularly the case when the motor is loaded, since, just like during start-up, a rotor current and a magnetomotive force of the counteracting the magnetomotive force of the stator The rotor arises so that an ever larger part of the available stator flux flows over the outer pole face 13, the greater the load, which results in a reduction in the maximum power of the motor and also in the efficiency,
especially at higher loads.
In the induction motor according to the present invention, an increase in the flux through the outer pole face 13 with increasing load is avoided in that the cross-sectional area of the outer ring 26 is dimensioned so that the magnetic material is quickly saturated when the motor is loaded.
Due to this saturation, the useless flux through the outer pole face 13 is limited to a low amount and relatively inde pendent of the load, which is why the maximum power of the motor can be considerably higher than in previously known constructions. The degree of efficiency can also be improved, especially at low loads and above.
It is of course an advantage during operation if the cross section of the outer ring 26 is as small as possible, so that only a very low flow is required for the ring to be saturated. The lower limit of the cross section of the outer ring 26 is, however, determined by the fact that when the motor starts up, the ring must carry a flux that is sufficiently large for the required force.
In the embodiment shown in Fig. 1, however, it is difficult to obtain a short fall time for the armature. If the stator current is switched off and the magnetomotive force of the stator thus disappears, a current and a magnetomotive force arise in the closed rotor winding for known reasons,
which seeks to maintain the flux previously generated by the magnetomotive force of the stator. This magneto-motoric force of the rotor drives a flux that closes through the outer and inner pole faces and consequently generates an undesired force of attraction for the armature.
This disadvantage can be avoided by designing the armature so that the inner pole face is relatively small and a residual air gap remains between the inner pole face and the end face of the rotor when the armature is attracted.
This increases the reluctance of the path of the flux through the inner pole face, which is why the flux through the armature, due to the magnetomotive force of the rotor, is smaller and the armature's fall time is shorter. A very short fall time can also be achieved in that the magnet armature is designed with only one pole face, as in the exemplary embodiment of the subject matter of the invention shown in FIG. 3.
The motor according to FIG. 3 is identical to the motor shown in FIG. 1, with the exception of the magnetic armature, which consists only of a ring 26 made of magnetic material which is attached to a hub 29 made of non-magnetic material. The magnet armature 12 consequently has only one ring-shaped pole face 1.3, which faces the outer end face of the part 9 of the rotor core serving as the pole body and which is arranged outside the short-circuit ring 6.
In this embodiment, too, the ring 26 is made at least on a section with a cross section such that it is at least saturated when the engine starts up and when it is loaded.
Since the magnet armature 12 in this embodiment of the invention is not provided with an inner pole face within the rotor bars, the magnetomotive force of the rotor, which arises when the stator current is switched off, cannot drive any flux through the magnet armature, which is why the attraction of the armature disappears immediately.
Since the ring 26 is dimensioned so that it is at least partially saturated when the engine starts up or is loaded, the flow through the pole face 13, which is not an allowance, is exactly the same as in the arrangement according to FIG. 1 to the torque of the motor, limited to the value that is required for sufficient attraction of the armature 12. The absence of a pole face within the rotor rods therefore does not cause any deterioration in the maximum power, the starting torque or the efficiency of the motor.
It is true that no useful flux can flow through the part 9 of the rotor core serving as a pole body, but this only means that a correspondingly larger flux closes through the remaining part 8 of the rotor core. Since there is no flux in the inner rotor part 9, the part of the rotor winding arranged therein has no other purpose than to mechanically connect the rotor part 9 to the rest of the rotor.
From an electrical point of view, the rotor winding can just as well be provided with a short-circuit ring between the two rotor parts 8 and 9.
Since the magnet armature 12 has no pole face within the rotor bars, the force of attraction on the magnet armature during operation is somewhat smaller than in the case of an arrangement according to FIG. 1.
However, this only has a disadvantageous effect when idling or when operating with low loading, since the magnetomotive force of the stator can become so small that it cannot generate the flux through the pole face 13 sufficient for the required holding force when the ring 26 is designed with such a small cross-section! as it is desirable during start-up and with higher loads on the motor.
This disadvantage can, however, be avoided in that the ring 26 is made of a magnetic material with a pronounced rectangular magnetization loop. As a result, saturation and thus maximum flux through the ring 26 are achieved even with a very low magnetomotive force of the stator, i.e. H.
even when idling, and the increase in the magnetomotive force of the stator with increasing load on the motor causes only a very small increase in the flux through the pole face 13, which is worthless for the power output of the motor. The ring 26 can for this purpose z. B. consist of a circular tape core made of material with a magnetic Vor7ugsrich- device.