DE19503594A1 - Asynchronmotor mit einem Kurzschlußkäfigläufer und einer elektromagnetisch lüftbaren Federdruckbremse - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Motor ist durch das DE-U-80 16 723 bekannt. Bei diesem bekannten Motor sind an das Ständerblechpaket axial vorstehende Magnetleitkörper angefügt. Durch diese Magnetleitkörper wird ein Teil des Ständermagnetflusses zu dem Bremsanker gelenkt, so daß dieser angezogen und damit die Bremse gelöst wird, sobald der Motor an Spannung gelegt wird. Die Herstellung und Montage der Magnetleitkörper ist relativ aufwendig. Außerdem ergeben sich bei dem bekannten Motor durch die Ableitung eines Teiles des Ständerflusses Verzerrungen hinsichtlich des auf den Kurzschlußläufer wirkenden Ständerflusses.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Asynchron­ motor der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß die für die Abzweigung eines Teiles des Ständerflusses notwendigen Magnetleitkörper wesentlich weniger Herstellungs- und Montageaufwand erfordern und ferner der auf den Kurzschluß­ läufer wirkende Teil des Ständerflusses weniger stark verzerrt wird.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die im Kenn­ zeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale. Durch das axial vom Ständerblechpaket überdeckte, mit dem Läuferblechpaket gekoppelte Zusatzblechpaket wird der für das Lösen der Bremse notwendige Flußanteil des Ständerflusses außerhalb des eigentlichen Kurzschlußläufers abgezweigt, so daß Verzerrungen des für die Momentenbildung wirksamen Flusses klein gehalten werden. Das Zusatzblechpaket ist relativ einfach herzustellen und an der entsprechenden Stirnseite des Läuferblechpaketes anzubringen. Dieses Zusatzblechpaket weist außerdem gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Magnetleitkörpern eine wesentlich größere Fläche auf, so daß sich eine wesentlich höhere Anzugskraft für den Bremsanker erzielen läßt.

In fertigungstechnischer Hinsicht ist es besonders vorteil­ haft, daß die einzelnen Bleche des Zusatzblechpaketes die Segmente bildende Segmentarme aufweisen, die in ihrem an die Welle des Kurzschlußläufers angrenzenden Bereich durch einen nachträglich entfernbaren Ringsteg oder durch einen verbleibenden Sättigungssteg in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind. Infolge einer solchen Ausbildung der einzelnen Bleche des Zusatzblechpaketes stehen für die Herstellung desselben einteilige Blechlamellen zur Verfügung, die leicht zu einem Paket geschichtet werden können, das dann an das eigentliche Läuferblechpaket angefügt werden kann.

Bei einem mehrphasigen Asynchronmotor ist es besonders vorteilhaft, daß die Anzahl der Segmente des Zusatzblech­ paketes der Anzahl der Läufernuten entspricht und die Segmente fluchtend zu den die Läufernuten begrenzenden Nut­ zähnen des Läuferblechpaketes ausgerichtet und in Umfangs­ richtung durch eine amagnetische Schicht voneinander getrennt sind. Hierdurch ergibt sich eine gleichmäßig wirkende Halte­ kraft der durch die einzelnen Phasenspannungen erzeugten magnetischen Flüsse. Damit wird einem Brummgeräusch des Bremsankers entgegengewirkt.

Bei einem Asynchronmotor mit einem gegossenen Kurzschlußkäfig kann in fertigungstechnisch einfacher Weise beim Gießen des Kurzschlußkäfigs der zwischen den Segmentarmen der einzelnen Bleche des Zusatzblechpaketes in Umfangsrichtung bestehende Freiraum mit dem gleichen Material ausgegossen werden. Dabei wird die Herstellung des zwischen dem Läuferblechpaket und dem Zusatzblechpaket liegenden Kurzschlußringes dadurch ermöglicht, daß zwischen der betreffenden Stirnseite des Läuferblechpaketes und dem Zusatzblechpaket ein aus amagneti­ schem, jedoch elektrisch leitfähigem Material bestehendes Abstandselement eingefügt ist. Das Abstandselement kann dabei in den Kurzschlußring mit eingegossen werden.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Abstandselement eine hinsichtlich ihrer Dicke und Form den Blechlamellen des Läuferblechpaketes entsprechende Kupferscheibe ist. Damit ergibt sich für den Kurzschlußring eine minimale axiale Dicke und somit auch für das Ständerpaket eine minimale axiale Länge. Außerdem wird eine sehr gute Ausnutzung des Ständer­ feldes erzielt.

Um das Zusatzblechpaket gegen die beim Gießen des Kurzschluß­ käfigs auftretenden Kräfte ausreichend abzustützen und insbesondere einen gleichmäßigen Abstand zwischen dem Läufer­ blechpaket und dem Zusatzblechpaket über den vollen Umfang zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, daß das Abstandselement aus einem ringförmigen, auf die Läuferwelle auf steckbaren Teil und mehreren sich strahlenförmig von dem ringförmigen Teil weg erstreckenden, jeweils im Bereich zwischen zwei Nuten des Läuferblechpaketes an dessen Stirnseite anliegenden Armen besteht. Eine optimale Abstützung des Zusatzblechpaketes ist dann gegeben, wenn die Anzahl der strahlenförmigen Arme des Abstandselementes der Anzahl der Läufernuten entspricht, wobei die Umfangsabstände zwischen den Armen so bemessen sind, daß keine oder höchstens eine teilweise Überdeckung der Läufernuten erfolgt.

Dadurch, daß die Läufernuten nicht von den strahlenförmigen Armen des Abstandselementes überdeckt werden, können in einem einzigen Gießvorgang der Kurzschlußkäfig und die amagnetischen Schichten zwischen den Segmenten des Zusatz­ blechpaketes hergestellt werden.

Eine axiale Sicherung der das Zusatzpaket bildenden Bleche wird dadurch erreicht, daß an die den Raum zwischen den Segmenten ausfüllende Zwischenschicht sich an der freien Stirnseite der Segmente in Umfangsrichtung des Läufers erstreckende Haltestege mit angegossen sind. Besonders zweck­ mäßig ist es, die Haltestege nach Art eines jeweils zwischen zwei Läufernuten durch einen Schlitz unterteilten Kurzschluß­ ringes auszubilden.

Um ein sattes Anliegen des Bremsankers an der Stirnseite des Zusatzblechpaketes zu ermöglichen, muß diese Stirnseite plan­ gedreht oder -geschliffen werden. Hierbei ist es von Vorteil, wenn auf der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes ein dickeres Endblech angeordnet ist. Ein solches dickeres End­ blech hält den Bearbeitungseingriffen besser stand.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispieles wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 einen Asynchronmotor mit einer angebauten Federdruck­ bremse im Teilschnitt,

Fig. 2 einen Kurzschlußkäfigläufer mit einem Zusatzblech­ paket,

Fig. 3 das am Kurzschlußkäfigläufer angebaute Zusatzblech­ paket in Stirnansicht,

Fig. 4 einen Bremsanker mit eingelegten Kurzschlußbügeln,

Fig. 5 ein zwischen dem Läuferblechpaket und dem Zusatz­ blechpaket einfügbares Abstandselement.

Mit 1 ist das mit einer Ständerwicklung 2 versehene Ständer­ blechpaket eines Asynchronmotors bezeichnet. In der Ständer­ bohrung 3 des Ständerblechpaketes 1 ist ein Kurzschlußkäfig­ läufer 4 drehbar angeordnet, der ein mit einem Kurzschluß­ käfig 5 versehenes Läuferblechpaket 6 aufweist. Axial vor dem einen Kurzschlußring 25 des Käfigläufers 4 ist ein Zusatz­ blechpaket 7 an dem Läuferblechpaket 6 angebaut. Das Ständer­ blechpaket 2 erstreckt sich in axialer Richtung voll über das Zusatzblechpaket 7. Die einzelnen Bleche des Zusatzblech­ paketes 7 sind nach radial innen kürzer als die bis zur Läuferwelle 9 reichenden Bleche des Läuferblechpaketes 6 ausgebildet, so daß hierdurch im Zusatzblechpaket 7 eine Ausnehmung 8 gebildet ist. Vor der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes 7 ist ein aus ferromagnetischem Material bestehender Bremsanker 26 angeordnet. Dieser Bremsanker 26 ist mit einer in die Ausnehmung 8 ragenden, vorzugsweise aus amagnetischem Material bestehenden Buchse 10 verbunden. Diese Buchse 10 ist mittels einer Paßfeder 11, die in einer an der Innenöffnung der Buchse 10 ausgebildete Nut 12 eingreift, axial verschiebbar auf der Läuferwelle 9 angeordnet. Durch die Paßfeder 11 ist die Buchse 10 und damit der Bremsanker 26 verdrehfest mit der Läuferwelle 9 gekoppelt.

In einem durch radiale Vergrößerung der Innenbohrung der Buchse 10 zwischen dieser und der Läuferwelle 9 gebildeten Hohlraum 18 ist eine Andrückfeder 19 eingesetzt. Diese Andrückfeder 19 stützt sich mit ihrem einen Ende an dem Kurzschlußring 25 und mit ihrem anderen Ende an einem Radial­ vorsprung 21 der Buchse 10 ab. Der sich gegenüber der Buchse 10 nach radial außen erstreckende Bremsanker 26 bildet gleichzeitig die Bremsscheibe der Federdruckbremse. Der Bremsanker 26 wirkt mit einem die Gegenbremsfläche bildenden Bremsbelag 17 zusammen, der an einem in den Wickelkopfraum 23 ragenden Axialansatz 24 des einen Lagerschildes 13 angeordnet ist. Die Buchse 10 kann auch entfallen und die Andrückfeder 19 kann direkt in die Ausnehmung 8 eingesetzt sein, so daß sie sich am Kurzschlußring 25 und dem Bremsanker 26 direkt abstützt. In diesem Falle steht ein größerer Einbauraum für die Andrückfeder 19 zur Verfügung, so daß der Einbau einer stärkeren Feder möglich ist.

Das Zusatzblechpaket 7 besteht, wie die Fig. 3 zeigt, aus mehreren Segmenten 14, die durch eine in den in Umfangsrichtung zwischen den einzelnen Segmenten 14 bestehenden Raum eingebrachte amagnetische Zwischenschicht 15 beabstandet gehalten sind. Die amagnetische Zwischenschicht 15 kann bei einem Kurzschlußkäfigläufer 4 mit einem gegossenen Kurzschlußkäfig 5 aus dem gleichen Material, z. B. Aluminium, wie dieser bestehen und somit gleichzeitig beim Gießvorgang des Kurzschlußkäfigs 5 zwischen den Segmenten 14 eingegossen werden. Gleichzeitig mit dem Gießen des Kurzschlußkäfigs 5 und der Zwischenschicht 15 werden an der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes 7 sich in Umfangsrichtung erstreckende, mit der Zwischenschicht 15 verbundene Haltestege 16 angegossen. Die Haltestege 16 sind nach der Art eines Kurzschlußringes gestaltet, wobei die Ringgestalt jeweils durch einen zwischen zwei Läufernuten bzw. zwischen zwei mit den Läufernuten fluchtenden Zwischenschichten 15 liegenden Schlitz 20 unterbrochen ist. Hierdurch wird ein Stromfluß in den Haltestegen 16 verhindert. Durch die sich auf der Stirnseite des Zusatzblechpaketes 7 in Umfangsrichtung erstreckenden Halte­ stege 16 werden die die Segmente 14 bildenden Blechteile in axialer Richtung zusammengehalten.

Für die Herstellung des Zusatzblechpaketes 7 ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Bleche des Zusatzblechpaketes 7 zunächst einteilig ausgebildet sind. Dies wird dadurch erreicht, daß an einem radial innen zur Läuferwelle 9 hin liegenden Bereich ein Ringsteg 22, wie in Fig. 3 durch Strichpunktierung angedeutet, vorgesehen ist, an dem im geschichteten Zustand der Bleche die Segmente 14 bildende Segmentarme angestanzt sind. Nach dem Vergießen des Käfig­ läufers 4 kann dieser Ringsteg 22 entfernt werden, so daß in Umfangsrichtung kein magnetischer Schluß zwischen den Segmenten 14 besteht. Es besteht auch die Möglichkeit, die Segmentarme der einzelnen Bleche durch einen sehr dünnen Sättigungssteg, der dann im geschichteten Zustand des Zusatzblechpaketes erhalten bleiben kann, miteinander zu verbinden. Durch einen solchen Sättigungssteg wird ebenfalls ein magnetischer Schluß zwischen den benachbarten Segmenten 14 weitgehend verhindert.

Um den für das Gießen des zwischen dem Läuferblechpaket 6 und dem Zusatzblechpaket 7 liegenden Kurzschlußringes 25 notwendigen Raum zu erhalten, wird zwischen den beiden Blech­ paketen 6 und 7 ein Abstandselement 29, wie es beispielsweise in Fig. 5 gezeigt ist, eingefügt. Dieses Abstandselement 29 ist vorteilhafterweise eine Kupferscheibe, die hinsichtlich ihrer Dicke und Form wie eine Blechlamelle des Läuferblechpaketes ausgebildet ist, d. h. an einem geschlossenen inneren Ring 30, der mit einer Durchsteck­ öffnung 32 für die Läuferwelle 9 versehen ist, sind sich strahlenförmig erstreckende Arme 31 angestanzt. Das Abstandselement 29 wird so auf die entsprechende Stirnseite des Läuferblechpaketes 6 aufgelegt, daß sich die Arme 31 mit den zwischen den Läufernuten liegenden Nutzähnen decken. Damit fluchten dann die zwischen den Armen 31 bestehenden Lücken 33 mit den Läufernuten und dem für die amagnetische Zwischenschicht 15 zwischen den Segmenten 14 bestehenden Raum, so daß, wie bereits erwähnt, der Kurzschlußkäfig 5, die Zwischenschicht 15 und der zwischen den beiden Blechpaketen 6 und 7 liegende Kurzschlußring 25 in einem Gießvorgang hergestellt werden können.

Bei einer Ausbildung des Asynchronmotors als Einphasen-Motor läßt sich das durch den Einphasenbetrieb bedingte Brummen des Bremsankers 26 dadurch vermeiden, daß am Bremsanker 26 einzelne Segmentbereiche 27, wie dies in Fig. 4 dargestellt ist, von einem Kurzschlußbügel 28 umgeben sind. Hierdurch werden am Bremsanker belastete und unbelastete Pole gebildet, so daß der diese Pole durchsetzende magnetische Fluß phasen­ verschoben und somit die auf den Bremsanker 26 wirkende magnetische Haltekraft vergleichmäßigt wird.

Eine Vergleichmäßigung der magnetischen Haltekraft bei einem einphasigen Asynchronmotor läßt sich auch dadurch erreichen, daß auf der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes 7 etwa radial mittig zu den Segmenten 14 ein zusätzlicher Kurzschlußring vorgesehen ist. Dieser Kurzschlußring kann zur Vereinfachung der Herstellung materialeinheitlich mit der Zwischenschicht 15 ausgeführt sein. Dieser zusätzliche Kurz­ schlußring bewirkt neben seiner mechanischen Funktion als Halteelement für die Segmente 14 eine Phasenverschiebung zwischen den die radial äußere und die radial innere Hälfte der Segmente 14 durchsetzenden magnetischen Flüsse. Damit wird wiederum ein Brummen des Bremsankers 26 bei einem ein­ phasigen Asynchronmotor vermieden.

Der Asynchronmotor arbeitet wie folgt: Im Ruhezustand des Asynchronmotors wird die Buchse 10 durch die Andrückfeder 19 auf der Läuferwelle 9 axial verschoben, so daß der mit der Buchse 10 verbundene Bremsanker 26 mit seiner Außenfläche, die als Bremsfläche dient, an dem am Axialansatz 24 des Lagerschildes 13 vorgesehenen Bremsbelag 17 zur Anlage kommt. Infolge der verdrehfesten Kopplung der Buchse 10 mit der Läuferwelle 9 wird der Kurzschlußkäfigläufer 4 damit festgebremst.

Wird der Asynchronmotor durch Anschalten an ein elektrisches Netz in Betrieb genommen, so wird der vom Ständerblechpaket 1 in das Zusatzblechpaket 7 des Käfigläufers 4 eintretende magnetische Fluß in axialer Richtung umgelenkt und zieht den vor der Stirnseite des Zusatzblechpaketes 7 axial beweglich auf der Läuferwelle 9 angeordneten Bremsanker 26 an. Der Bremsanker 26 nimmt dabei die Buchse 10 in axialer Richtung mit, wodurch die Andrückfeder 19 gespannt wird. Gleichzeitig kommt der Bremsanker 26 auch außer Eingriff mit dem Bremsbelag 17. Diese Betriebsstellung des Asynchronmotors ist in Fig. 1 gezeigt. Solange der Asynchronmotor eingeschaltet ist, bleibt der Bremsanker 26 angezogen, so daß sich der Kurzschlußläufer 4 frei drehen kann. Sobald der Asynchronmotor abgeschaltet wird, verschwindet das den Bremsanker 26 haltende magnetische Feld und der Bremsanker 26 wird durch die Andrückfeder 19 gegen die Bremsfläche 17 bewegt und gegen diese gedrückt, so daß der Kurzschlußläufer 4 in seiner Drehbewegung abgebremst und anschließend in seiner erreichten Stillstandsstellung gehalten wird. Da sich mit Hilfe des Zusatzblechpaketes 7 eine hohe magnetische Anzugskraft für den Bremsanker 26 erreichen läßt, kann die Andrückfeder 19, deren Federkraft beim Anziehen des Bremsankers 26 überwunden werden muß, entsprechend stark ausgelegt werden, wodurch sich dann auch eine entsprechend hohe Bremskraft ergibt.

Claims (14)

1. Asynchronmotor mit einem Kurzschlußkäfigläufer und einer elektromagnetisch lüftbaren Federdruckbremse, die einen aus magnetisch leitfähigem Material bestehenden, verdrehfest jedoch axial verschiebbar angeordneten Bremsanker (26) aufweist, der durch eine Andrückfeder (19) bei abgeschaltetem Motor derart auf der Läuferwelle (9) verschoben ist, daß er an einer Gegenbremsfläche (17) zur Anlage kommt und der bei ange­ schaltetem Motor durch ein vom Ständerfeld des Motors mittels entsprechender Magnetleitkörper (7) abgezweigtes magnetisches Feld gegen die Kraft der Andrückfeder 19 angezogen ist, so daß der Bremsanker (26) außer Eingriff mit der Gegenbremsfläche (17) kommt, dadurch gekennzeichnet, daß als Magnetleitkörper axial vor mindestens einem der Kurzschlußringe (25) des Läuferblechpaketes (6) des Käfigläufers (4) ein vom Ständerblechpaket (1) des Motors axial überdecktes Zusatzblechpaket (7) angeordnet ist, das aus mindestens zwei in Umfangsrichtung magnetisch voneinander entkoppelten Segmenten (14) besteht und daß ferner der Bremsanker (26) verdrehfest mit dem Läufer (4) verbunden und gegenüber diesem axial verschiebbar vor der Stirnseite der Segmente (14) angeordnet ist.

2. Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Bleche des Zusatzblechpaketes (7) die Segmente (14) bildende Segmentarme aufweisen, die in ihrem an die Welle (9) des Kurzschlußläufers (4) angrenzenden Bereich durch einen nachträglich entfernbaren Ringsteg (22) oder durch einen verbleibenden Sättigungssteg in Umfangsrichtung miteinander verbunden sind.

3. Asynchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Segmente (14) des Zusatzblechpaketes (7) entweder der Anzahl der Läufernuten oder der Polzahl des Motors entspricht bzw. die Anzahl der Segmente (14) mit der Läufernutzahl einen gemeinsamen Teiler besitzt, daß ferner die Segmente (14) fluchtend zu den die Läufernuten begrenzenden Nutzähnen des Läuferblechpaketes (6) ausgerichtet und in Umfangsrichtung durch eine amagnetische Zwischenschicht (15) voneinander getrennt sind.

4. Asynchronmotor nach Anspruch 3, dessen Kurzschlußläufer mit einem gegossenen Kurzschlußkäfig (5) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß beim Gießen des Kurzschlußkäfigs (5) der zwischen den Segmentarmen der Bleche des Zusatzblechpaketes (7) in Umfangs­ richtung bestehende Freiraum mit dem gleichen Material ausge­ gossen ist.

5. Asynchronmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der betreffenden Stirnseite des Läuferblechpaketes (6) und dem Zusatzblechpaket (7) ein aus amagnetischem, jedoch elektrisch leitfähigem Material bestehendes Abstandselement (29) eingefügt ist.

6. Asynchronmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (29) eine hinsichtlich ihrer Dicke und Form den Blechlamellen des Läuferblechpakets (6) entsprechende Kupferscheibe ist.

7. Asynchronmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandselement (29) aus einem ringförmigen, auf die Läuferwelle (9) aufsteckbaren Teil (30) und mehreren sich strahlenförmig von dem ringförmigen Teil (30) weg erstreckenden, jeweils im Bereich zwischen zwei Nuten des Läuferblechpaketes (6) an dessen Stirnseite anliegenden Armen (31) besteht.

8. Asynchronmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der strahlenförmigen Arme (31) des Abstands­ elementes (29) der Anzahl der Läufernuten entspricht, wobei die Lücken (33) zwischen den Armen (31) so bemessen sind, daß keine oder höchstens eine teilweise Überdeckung der Läufernuten durch die Arme (31) erfolgt.

9. Asynchronmotor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an die den Raum zwischen den Segmenten (14) ausfüllenden Zwischenschichten (15) sich an der freien Stirnseite der Segmente (14) in Umfangsrichtung des Läufers (4) erstreckende Haltestege (16) mit angegossen sind.

10. Asynchronmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltestege (16) nach Art eines jeweils zwischen zwei Läufernuten durch einen Schlitz (20) unterteilten Kurzschluß­ ringes ausgebildet sind.

11. Asynchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß auf der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes (7) ein dickeres Endblech angeordnet ist.

12. Asynchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Bremsanker (26) durch sich radial erstreckende Nuten Segmentbereiche (27) gebildet sind und in die Nuten die Segmentbereiche (27) umschließende Kurzschlußbügel (28) eingelegt sind.

13. Asynchronmotor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß auf der freien Stirnseite des Zusatzblechpaketes (7) etwa radial mittig zu den Segmenten (14) ein zusätzlicher Kurzschlußring angeordnet ist.

14. Asynchronmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Kurzschlußring materialeinheitlich mit den Zwischenschichten (15) ausgeführt ist.