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Einsatzgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung
von Bewegung zwischen dem Läufer
eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie.
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Es
ist bekannt, dass die Konstruktion eines elektrischen Motors mit
einem permanentmagnetischen Läufer
einen Ständer,
Ständerbleche,
Ständerwicklungen
und einen Läufer
beinhaltet, der zwischen wenigstens zwei Ständerpolen platziert ist.
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Eine
Welle erstreckt sich der Länge
nach durch den Läufer
und ist drehbeweglich an einer Lagerstruktur befestigt.
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Es
ist zudem bekannt, dass die Anlaufphase eines Synchronmotors umso
schwieriger ist, je größer die
Trägheit
der Arbeitspartie ist.
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Es
ist eine Tatsache, dass die Anlaufphase ein vorübergehender Modus ist, bei
dem sich die Drehrichtung, die Geschwindigkeit und der Strom zwangsweise ändern, bevor
ein synchronisierter Modus erreicht wird.
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Während dieses Übergangsmodus
wird dem Läufer
durch den Ständer
eine Schwingungsbewegung erteilt, die ein wechselndes magnetisches
Feld erzeugt. Diese Schwingungsbewegung veranlasst den Läufer, durch
Herbeiführen
eines Drehmoments am permanentmagnetischen Läufer, sich in eine Position
zu bewegen, wo das magnetische Feld des Läufers mit dem Ständerfeld
ausgerichtet ist.
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Wenn
der Läufer
einen ausreichenden Betrag an kinetischer Energie aufnimmt, um sich
nur eine Kleinigkeit aus seiner ausgerichteten Position zu bewegen,
erhält
er unter diesem "Schwingungs"-Zustand eine zusätzliche
Beschleunigung, die ihn dazu veranlasst, sich noch ein bisschen
weiter zu drehen. Diese Effekte summieren sich, bis der synchronisierte
Modus erreicht wird.
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Stand der
Technik
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Tatsächlich wird
vielfach von mechanischen Kupplungen zum Verbinden des Läufers mit
der Arbeitspartie Gebrauch gemacht; in der Anlaufphase ermöglichen
es diese Kupplungen dem Läufer,
sich frei um einen bestimmten Winkel zu schwenken.
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Das
ist der Fall bei den so genannten Klauenkupplungen, wobei ein erster,
eingreifender Zinken, der in Bezug auf die Drehachse exzentrisch
ist, starr an den Läufer
gekoppelt ist und ein zweiter, angegriffener Zinken, der auch in
Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist, starr an die Arbeitspartie
gekoppelt ist.
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Auf
diese Weise wird der Läufer
während
der vorübergehenden
Anlaufphase von der Trägheit
der Arbeitspartie gelöst
und das macht es leichter, die Synchronisation zu erreichen.
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Mit
anderen Worten wird eine freie Winkelbewegung (typischerweise von
180 Grad) der Leerlaufdrehung erlaubt, an deren Ende die Last mit
einem Stoß erfasst
wird, der den Läufer
und die Arbeitspartie in Eingriff bringt, so dass sich zusammen
drehen. Beim tatsächlichen
Betrieb wird auf diese Weise eine positive Bewegungsübertragung
aufgebaut.
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Auf
diese Weise ermöglicht
es der Leerlaufdrehungsausgleichvorgang dem Motor, den synchronisierten
Betriebsmodus zu erreichen und einen ausreichenden Drehmomentbetrag
zu entwickeln, um die Trägheit
der Arbeitspartie beim Anlaufen zu überwinden.
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Eine
Vorrichtung zur Übertragung
von Bewegung zwischen dem Läufer
eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie
wird in
WO-A-9948189 im Namen dieses Anmelders
offenbart. Diese Vorrichtung umfasst wenigstens zwei Bewegung übertragende
Kupplungen, die gegenseitig in einer kinematischen Serie zusammenwirken.
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Eine
erste Kupplung der Vorrichtung umfasst wenigstens ein antreibendes
Element, das in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und das
starr an den Läufer
gekoppelt ist, und wenigstens ein angetriebenes Element, das ebenfalls
in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und das sich in Bezug
auf den Läufer
frei drehen kann.
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Eine
zweite Kupplung dieser Vorrichtung umfasst wenigstens ein antreibendes
Element, das in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist und ein
angetriebenes Element, das ebenfalls in Bezug auf die Drehachse
exzentrisch ist und das starr an die Arbeitspartie gekoppelt ist.
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Der
Winkel, der durch die Elemente einer jeden Kupplung abgedeckt wird,
beträgt
im Ganzen weniger als einen Vollwinkel, aber das antreibende Element
der zweiten Kupplung entspricht dem angetriebenen Element der ersten
Kupplung, so dass der Winkel der Freiheit zwischen dem Läufer und
der Arbeitspartie vergrößert wird.
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Mit
anderen Worten, das antreibende Element der ersten Kupplung und
das angetriebene Element der zweiten Kupplung werden an diskreten
axialen Positionen ungehindert voneinander platziert und die mittlere
Komponente, die als angetriebenes Element der ersten Kupplung und
als das antreibende Element der zweiten Kupplung arbeitet, greift
mit ihrer axialen Kontur in den Bewegungspfad der beiden Elemente
ein.
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Die
mittlere Komponente, die zwischen das antreibende und das angetriebene
Element der ersten und der zweiten Kupplung platziert wurde, ist
ein einzelnes elastisches Element, das aus Gummi gefertigt ist.
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Ein
Problem, dem durch diese Art von Antriebskupplungen begegnet wird
ist, dass die sehr großen
Beschleunigungsbeträge
(in der Größenordnung
von 16000 rad/sec2) des Läufers einen
Stoß zwischen
dem antreibenden und dem angetriebenen Element verursachen, der
sich durch das mittlere Element fortpflanzt.
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Die
sich ergebende Stoßwelle
wird innerhalb des mittleren elastischen Elements eingefangen, was dazu
führt,
dass letzteres vorzeitig versagt.
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Es
ist eine vorrangige Aufgabe dieser Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung
zur Übertragung von
Bewegung zwischen dem Läufer
eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie
bereitzustellen, das die baulichen und funktionalen Merkmale aufweist,
die die oben erwähnten
Nachteile des Stands der Technik beseitigt.
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Eine
andere Aufgabe der Erfindung ist es, den akustischen Umsetzungsgrad
(Merkmal des geräuschlosen
Laufs) der Vorrichtung von der Motoranlaufphase bis zum Dauerbetrieb
für die
gesamte Lebensdauer des Motors zu verbessern.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Bewegung übertragende
Vorrichtung von einfacher Konstruktion und kompakter Größe bereitzustellen.
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Noch
eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bewegung übertragende
Vorrichtung mit vergleichsweise geringen Kosten bereitzustellen.
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Nicht
zuletzt ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Ermüdungsbeständigkeit
der Komponenten und ihre Anwendung zu verstärken.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese
und andere Aufgaben werden durch eine Vorrichtung zur Übertragung
von Bewegung zwischen dem Läufer
eines Synchronmotors mit Permanentmagneten und einer Arbeitspartie
von dem Typ gelöst,
der vorhin erwähnt
wurde und der durch den beschreibenden Teil des beigefügten Anspruchs 1
definiert wird.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung sollten klarer aus einer detaillierten
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
davon, das als nicht einschränkendes
Beispiel gegeben wird, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung
verstanden werden, wobei:
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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1 eine Explosionsansicht
eines Läufers eines
elektrischen Motors mit Permanentmagneten ist, in der die Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung eingebaut ist;
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2 eine perspektivische Ansicht
einer mittleren Komponente der Vrrichtung der vorliegenden Erfindung
ist;
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3 eine diametrale Querschnittansicht (genommen
entlang der Linie III-III in 4)
der in 1 gezeigten Vorrichtung
ist; und
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4 eine Querschnittansicht
ist, genommen entlang der Linie IV-IV in 3.
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Detaillierte
Beschreibung
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Unter
Bezugnahme auf die Zeichnungsansichten wird bei 10 der
Läufer
eines elektrischen Synchronmotors mit Permanentmagneten im Allgemeinen
gezeigt. Der Motor, der nicht gezeigt wird, ist einer vom herkömmlichen
Typ.
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Der
Synchronmotor ist geeignet zur Drehung einer Arbeitspartie; beispielsweise
könnte
der Motor in einer Kreiselpumpe eingebaut sein, die als Arbeitspartie
ein Pumpenrad 17 aufweist. Die folgende Beschreibung wird
lediglich zum Zweck unter Bezugnahme auf dieses spezielle Anwendungsgebiet
gegeben, die gesamte Erklärung
zu vereinfachen.
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Der
Läufer 10 enthält einen
Permanentmagneten 11, der eine zylindrische und ringförmige Form aufweist
und als eine Hülse
auf einer inneren Nabe 13 des Kunststoffelements 12 befestigt
ist, das einen axialen Durchgang 15 aufweist.
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Das
Kunststoffelement 12 weist sich gegenüberliegende geflanschte Enden 14 auf
und ist einstöckig
mit einer Welle 16 gestaltet, die durch den axialen Durchgang 15 hindurchläuft.
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Die
Welle 16 ist an das Flügelrad 17 über eine
Vorrichtung 1 zur Übertragung
von Bewegung gekoppelt, das erfindungsgemäß verwirklicht wurde.
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Die
Vorrichtung 1 umfasst wenigstens eine erste 2 und
ein zweite Kupplung 3, die gegenseitig in einer kinematischen
Serie zusammenwirken.
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Die
erste Kupplung 2 umfasst ein antreibendes Element 23,
das einen Abschnitt 22 umfasst, der in Bezug auf die Drehachse
des Läufers 10 exzentrisch
ist und mit einem Ende der Welle 16 verbunden ist. Solch
ein antreibendes Element 23 beinhaltet einen Zinken 22.
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Die
erste Kupplung 2 umfasst zudem ein angetriebenes Element 5,
das wiederum in Bezug auf die Drehachse exzentrisch ist.
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Das
angetriebene Element 5 umfasst wenigstens ein Paar elastischer
Elemente 25 und 26, die in Winkelabfolge zueinander
platziert sind, so dass sie eine festgelegte Winkelbreite von ungefähr der Hälfte einer
vollen Umdrehung besetzen.
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Die
zweite Kupplung 3 umfasst ein antreibendes Element, das
in Bezug auf die Drehachse des Läufers 10 exzentrisch
ist und das drehbeweglich in einem hohlen Körper 18 untergebracht
ist, der in Folgenden beschrieben wird.
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Vorteilhafterweise
korrespondiert das angetriebene Element der zweiten Kupplung 3 mit
dem angetriebenen Element 5 der ersten Kupplung 2 und ist
mit diesem koinzident.
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Die
zweite Kupplung 3 umfasst zudem ein angetriebenes Element 24,
das starr mit der Arbeitspartie ist, d. h. dem Pumpenrad 17.
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Dieses
Element 24 besteht in Wesentlichen aus einem Zinken, der
in Bezug auf die Drehachse des Läufers 10 exzentrisch
ist. Darüber
hinaus befinden sich die Zinken 23, 24 in axialen
Positionen, die eigenständig
sind und sich nicht gegenseitig stören.
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Die
erste und die zweite Kupplung sind in einem hohlen Körper 18 untergebracht,
der im Pumpenrad 17 zum Ende der Welle 16 hin
vorgesehen ist.
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Solch
ein hohler Körper 18 ist
durch einen Deckel 19 verschlossen, der ein zentrales Loch 8 aufweist,
das von dem Ende der Welle 16 durchquert wird und das mit
einer Ringdichtung 20 versehen ist, die in einer Einpassung
nahe dem zentralen Loch 8 angeordnet ist.
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Das
angetriebene Element 24 der zweiten Kupplung 3,
das im Wesentlichen aus einem Zinken besteht, der einstöckig mit
dem Pumpenrad geformt worden ist, steht innerhalb des hohlen Körpers 18 ab.
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Das
Element 5, das sowohl als angetriebenes Element der ersten
Kupplung 2 als auch als antreibendes Element der zweiten
Kupplung 3 wirkt, ist innerhalb des hohlen Körpers 18 zwischen
den aneinanderstoßenden
Zinken 22, 24 drehbeweglich befestigt.
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In
der Praxis befinden sich die Zinken 22 und 24 auf
eigenständigen
und nicht störenden
Ebenen quer zur Läuferachse
und sie sind kinematisch nur über
das Element 5 verbunden, das sich mit beiden in Wechselwirkung
befindet. Das Winkelprofil der Zinken 22 und 24 würde offensichtlich
klein genug sein für
die elastischen Elemente 25 und 26, um Bewegungsfreiheit
zu genießen.
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Jedes
elastische Element 25 oder 26 des Elements 5 ist
ein Ringsegment, das vorzugsweise (obwohl nicht notwendigerweise)
ein viertel einer vollen Umdrehung überspannt. Die Elemente 25, 26 weisen
abgerundete Kanten auf, wie es in 2 gezeigt
ist.
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Die
Elemente 25, 26 können auch Winkelbreiten aufweisen,
die sich voneinander unterscheiden.
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Vorteilhafterweise
können
die Elemente 25 und 26 mittels eines Diaphragmas
oder einer Brücke 27,
die sich in einer mittleren Position befindet, einstöckig gefertigt
sein. Das führt
den Vorteil herbei, dass das Element 5, das die Elemente 25, 26 umfasst,
einzeln durch beispielsweise Maschinen oder Geräte vom "Bestückungs"-Typ gehandhabt werden können, die
für einen
automatischen Zusammenbau geeignet sind.
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Die
Elemente 25 und 26 können aus dem gleichen Material
(beispielsweise Gummi) oder aus unterschiedlichen Materialien gefertigt
sein.
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Die
zwei Elemente 25 und 26 repräsentieren ein elastisches System,
das in der Lage ist, fortlaufend den Stoß zwischen dem Zinken 22 und 24 zu dämpfen, von
denen der zweite, der starr mit dem Pumpenrad 17 ist, ursprünglich ruhig
ist.
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Vorteilhafterweise
verteilen die Elemente 25 und 26 die Stoßenergie über ein
größeres Materialvolumen
als bisher, wobei sie gleichzeitig durch die Lücke, die dazwischen vorgesehen
ist, die reflektierte Stoßwelle
abschwächen.
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Es
ist eine Tatsache, dass die wahlweise Anwesenheit des Diaphragmas
oder der Brücke 27 keinen
Effekt aufweist; es ist nur sehr wahrscheinlich, dass das Diaphragma
bei längerem
Lauf bricht, aber das beeinträchtigt
in keiner Weise den ordnungsgemäßen Betrieb
der Bewegung übertragenden
Vorrichtung 1.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
löst wirksam
das technische Problem und erzielt verschiedene Vorteile, von denen
der erste darin liegt, dass der Synchronmotor, der mit der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, ein Geräusch wiedergibt,
das definitiv geringer ist in Bezug auf die Lösungen, die derzeitig durch
den Stand der Technik geboten werden.
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Darüber hinaus
ist eine bemerkenswerte Zunahme der Betriebsdauer solch eines Motors
bemerkt worden, im Wesentlichen infolge der längeren Lebensdauer und des
verminderten Verschleiß der auf
diese Weise ersonnenen Vorrichtung zur Übertragung von Bewegung.
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Schließlich lohnt
es sich, darauf hinzuweisen, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung
einen einfachen und zuverlässigen
Aufbau und stark verminderte Kosten aufweist. Sie ist auch für eine Produktion
in einem sehr großen
Maßstab
geeignet, auf diese Weise werden die Gesamtherstellungskosten und
-zeiten über
automatisierte Montagebänder
vermindert.