Kurzschlussläufer für Wechselstrommaschinen oder Bremsen In Induktionsmotoren entstehen Oberfelder, die zur Bildung von Geräuschen und parasitären Dreh momenten führen. Bekannte Mittel zur Unterdrük- kung oder Wirkungslosmachung der Oberwellen sind Schrittverkürzung in der Ständerwicklung, Wahl eines geeigneten Verhältnisses der Nutzahlen von Ständer und Läufer, axiale Unterteilung des Läuferpaketes, wobei die Teile in Umfangsrichtung- gegeneinander versetzt sind, und Schrägung der Ständer- oder Läu fernuten.
Bei genügen-d grosser Schrägung werden zwar alle Oberwellen von einer bestimmten Ordnungs zahl an praktisch gleich Null, die Streuung wird aber sehr gross und damit werden das Kippmoment und der Leistungsfaktor sehr klein, so dass diese Mass nahme stark begrenzt ist. Man beschränkt sich des halb im allgemeinen darauf, durch die Wahl der Schrägung eine ganz bestimmte Oberwelle unwirksam zu machen und wählt meisitens eine Schrägung von einer Ständernutteilung, um die gefährlichste Nutungs- oberwelle zu unterdrücken.
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer für Wechselstrommaschinen oder Bremsen, bei dem das Leitersystern in einer koaxial zur Läuferachse liegen den Zylinderschicht angeordnet ist. Gemäss der Er findung besteht das Leitersystem aus wenigstens zwei einander leitend durchdringenden Leiterkränzen, wo bei mindestens die Leiter des einen Leiterkranzes schräg zur Achse verlaufen. Durch die Erfindung ist es möglich, die Wirkung der Oberwellen in grösserem Ausmass als bisher herabzusetzen.
Bei einer bevorzug ten Ausführu#ngsform der Erfindung ist der Kurz- schlussläufer aus Blechen zusammengesetzt, die unter einander vollkommen gleich sind und bei denen zwei auf demselben Kreisring liegende Nutkränze, von denen jeder für sich die gleiche Nutteilung hat, unter einander verschiedene Nutteflungen aufweisen.
Die Herstellung solcher Bleche ist z. B. nach dem sogenannten Tippschnitt-Verfahren, bei dem ein suk zessives Ausstanzen der Nuten stattfindet, mit zwei maligem Durchlauf sehr einfach, schnell und billig. Das Verfahren eignet sich also auch für Kleinserien und ist besonders vorteilhaft bei der Einzelfertigung, z. B. zur Herstellung von Versuchsmustern. Bei grö sseren Serien ist die Herstellung der Bleche nach dem sogenannten Komplettschnitt- oder Folgeschnitt-Ver- fahren zweckmässig.
In Fig. <B>1</B> ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Bleches gezeigt. Zuerst wurde ein Nutkranz von Ni = 18 gleichmässig am Umfang verteilten Nuten mit dem EinzeJnutschnitt nach Fig. la im Tippschnitt- Verfahren gestanzt. Dann wurde mit dem gleichen Schnitt in dem gleichen Kreisring, wieder bei Nut<B>1</B> beginnend, ein zweiter Nutkranz von<B><I>N, =</I></B> 20 gleich mässig am Umfang verteilten Nuten gestanzt.
Schichtet man solche Bleche jeweils um die angegebene 19er Teilung versetzt aufeinander, so entsteht ein Läufer paket, bei dem sich nach Ausspritzen oder Ausgiessen der Nuten mit dein Leitermaterial ein rechtsverdreh ter und ein linksverdrehter, in derselben Zylinder schicht liegender Leiterkranz so durchdringen, dass ein rhombenförmiges Netzwerk entsteht. Fig. 2 zeigt als Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes einen Läufer in der Abwicklung, wobei mit<B>1</B> die äusseren Kurzschlussringe, mit 2 die daran angebrach ten Kühlrippen und mit<B>3</B> die sich durchdringenden Leiterkränze bezeichnet sind.
Dadurch, dass man beim Schichten der Bleche eine Versetzung um eine Teilung erst nach jedem zweiten, dritten oder x-ten Blech vornimmt, kann man die Schrägung der beiden Leiterkränze gegeneinander variieren. Ferner kann man schon dem Leiterkranz mit der Nutzahl N, eine solche Schrägungg geben, dass die beiden Leiterkränze gegenüber der Ständernut vorbestimmte, verschiedene Schrägungen haben. Ver setzt man z.
B. bei dem in Fig. <B>1</B> gezeichneten Blech nicht, wie beschrieben, -um<B>1/19</B> des Umfanges, son dern um 1/21, so entstehen anstatt eines rechtsver drehten und eines Rnksverdrehten zwei rechtsver drehte Leiterkränze,<B>d.</B> h. man kann dem einen Lei terkranz eine Rechtsschrägung von a Ständernutteilun- gen und dem anderen Leiterkranz eine Rechtsschrä- gung von<B>b</B> Ständernutteilungen geben.
Auch in die sem Fall entsteht eine netzwerkartige Kurzschlusswick- lung, und durch die verschiedene Schrägung ist eine Unterdrückung von Oberwellen verschiedener Ord nungszahlen möglich. Die Ausführung mit einem linksverdrehten und einem rechtsverdrehten Leiter kranz wird wegen der einfacheren Herstellung die nor male sein, ist aber zur Erzielung der Wirkung nicht unbedingt erforderlich.
In Fig. <B>1</B> haben sämtliche Nuten die in Fig. la nochmals vergrössert dargestellte längliche Form. Zur Verbesserung der Anlaufeigenschaften können die Nuten der Nutkränze derart als Doppeflnuten ausge bildet werden, dass zwei koaxial ineinanderliegende Leiterkranzpaare entstehen, bei denen jeweils die in einer Zylinderschicht liegenden Leiterkränze einander durchdringen. Eine solche an sich bekannte Doppel nut ist in Fig. lb vergrössert dargestellt.
In manchen Fällen ist es zweckmässig, den beiden zu dem äusseren Leiterkranzpaar gehörenden Leiterkränzen verschie dene Anlaufeigenschaften zu geben, so dass z. B. der eine Leiterkranz einen hohen, der andere einen niedri gen Widerstand erhält. Dies lässt sich beispielsweise dadurch erreichen, dass die äusseren Nutkränze Nuten verschiedener Form aufweisen, um durch verschie dene Querschnitte und die dadurch bedingte ver schiedene Stromverdräng-ung verschiedene Wider stände der Leiter zu erzielen.
Es ist bekannt, zur Erleichterung des Schichtens der Bleche die Nuten als Packnuten zu benutzen,<B>d.</B> h. in diese sogenannte Packdorne einzulegen, die nach dem Zusammenbau wieder entfernt werden. Da der Verlauf der Nuten in Abhängigkeit von der Schrägung mehr oder weniger stark schraubenlinienförmig ist, ergibt sich die Notwendigkeit, den Packdornen bereits die vorbestimmte Schraubenlinienform zu geben.
Die#- ses ist besonders bei starker Schf*ägung fertigu#ngstech- nisch ungünstig, da die Schraubenlinienform der Pack dorne äusserst exakt hergestellt werden muss.
Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn in die Kernbleche ein dritter Nutkranz eingestanzt wird, der zur Aufnahme von Packdornen dient. Die Nut- zahl dieses Nutkranzes wird zweckmässigerweise gleich einem ganzzahligen Wert zwischen den Nutzahlen der beiden anderen Nutkränze oder gleich der Summe der beiden Nutzahlen bemessen. Hierdurch ist es möglich, unabhängig von der Grösse der Schrägungen der Lei terkränze. vollkommen gerade Packdorne zu verwen den.
In Fig. <B>3</B> ist ein Einzelblech gezeigt, in das wie in Fig. <B>1</B> zwei im gleichen Kreisring liegende Nut- kränze mit den Nutzahlen Ni <I>und<B>N"</B></I> in der Nähe der Peripherie eingestanzt sind. In der Nähe der Welle, also dort, wo der Jochquerschnitt nicht geschwächt wi,rd, ist ein weiterer Nutkranz zum Einlegen von Packdornen eingestanzt. Wählt man z.
B., wie anhand der Fig. <B>1</B> beschrieben, eine Nutzahl Ni von<B>18</B> Nuten für den einen der äusseren Nutkränze und eine Nut- zahl <B><U>N.,</U></B> von 20 Nuten für den anderen äusseren Nut- kranz, dann erhält der Packnutkranz die Nutzahl
EMI0002.0074
<B>d.</B> h.<B>19</B> Nuten. Zweckmässigerweise werden die Packnuten als Rundnuten ausgebildet, damit man Packdorne aus Rundstahl verwenden kann.
Versetzt man nun beim Schichten des Läufers jedes nächste Blech um eine Teilung des Packnutenkranzes nach rechts, so entsteht bei achsparälleler Ausrichtung der vollkommen geraden Packdorne ein rechtsverdrehter Nutkranz der Nutzahl <B>N,</B> und ein gleich stark links verdrehter Nutkranz der Nutzahl <B>N2</B> (Fig. 3a). Durch eine leichte Schrägung der Packnuten z.
B. um eine oder nahezu eine Ständernutteilung gegen die achs- parallele Richtung (wobei die Packdorne, da sie etwas Spiel in den Packnuten haben, gerade bleiben kön nen), ist es möglich, den Grad der Schrägung der beiden einander durchdringenden Leiterkränze zu variieren. Dies ist in Fig. <B>3b</B> veranschaulicht. Die Achsen einiger der Packnuten sind in Fig. 3a und<B>3b</B> durch strichpunktierte Linien angedeutet.
Durch Ver drehung des mit achsparalleler Packnut geschichteten Paketes um eine oder nahezu eine Ständernutteilung können die besonders gefährlichen Nutungsoberwellen unwirksam gemacht werden.
Bei grösseren Läufern kann man die Packnuten auch in dem gleichen Kreisring vorsehen, auf dem die beiden anderen Nutkränze liegen. Ein in dieser Weise ausgebildetes Blech zeigt Fig. 4, bei dem die Packnuten schmaler als die anderen Nuten ausgebil det sind. Auch hier können selbstverständlich runde Nuten verwendet werden. Bei der in Fig. 4 gezeigten Anordnung werden die Packnuten nach dem Ent fernen der Packdorne dann. ebenfalls mit dbm Leiter material ausgespritzt und sind somit aktiv an der Bil dung des Netzwerkes beteiligt.
Bei einer Nutzahl des Packnutkranzes von
EMI0002.0102
erhält dUTch das Aus füllen der Packnuten in Umfangsrichtung gesehen jeder zweite Rhombus des Netzwerkes, eine Längs diagonale, wie das erfindungsgemässe Beispiel nach Fig. <B>5</B> zeigt. Diese Anordnung der Packnuten bietet also nicht nur den Vorteil gerader Packdorne, son dern verbessert infolge der feineren Unterteilung des Netzwerkes zusätzlich die eingangs beschriebene elek trische Wirkungsweise des Motors.
Die Verbesserung der elektrischen Wirkungsweise lässt sich dadurch weiterführen, dass die Anzahl der Packnuten nicht Läufers dies zulässt <B>-</B> Ni <B><I>+</I></B> N', Crewühlt wird. Durch
EMI0003.0006
sondern<B>-</B> vorausgesetzt, dass die Grösse des Ausgiessen der Packnuten erhält dann jeder Rhombus des Netzwerkes eine Längsdiagonale (Fig. <B>6).</B> Die Versetzung beim Schichten muss dann allerdings<B>je</B> Blech um zwei Packnutteilungen erfolgen.
Vorzugsweise, wird man bei aussen liegendem Packnutkranz eine Nutzahl wählen, die gleich dem arithmetischen Mittelwert der Nutzahlen der beiden anderen Nutkränze oder gleich deren Summe ist, weil dann die durch Ausgiessen der Packnuten entstehen den Leiter die Diagonalen der von den anderen Lei terkränzen gebildeten Rhomben darstellen.
Es ist<B>je-</B> doch bei grossem Nutzahlunterschied der beiden Nut- kränze und innenliegendem Packnutkranz ebenfalls möglich, für diesen eine Nutzahl zu wählen, die einen anderen ganzzahligen Wert zwischen den Nutzahlen beträgt,<B>d.</B> h. bei einer Nutzahl von z. B. 40 und 44 Nuten kann die Packnutzahl ausser 42 und 84 auch 41 oder 43 betragen.
Bei Versetzung der Bleche um eine Packnutteilung erhalten bei gerader Packnut dann die beiden Leiterkränze bei gleichem Schrä- gungsgrad zueinander verschiedene Schrägungen ge genüber der Läuferachse.
In Fig. <B>7</B> sind drei Dreh-moment/Drehzahilkenn- linien dargestellt, die an einem Motor mit drei verschie denen Läufern aufgenommen wurden.<B>Der</B> Ständer hatte <B>3 6</B> Nuten, seine Wirkung war als normale Polwicklung mit konzentrisch ineinanderliegenden Spulen unglei cher Weite ausgeführt. Die Felderregerkurve enthielt also alle ungeradzahligen Oberwellen ausser den durch drei teilbaren.
Kurve a stellt das Verhalten eines nor malen Kurzschlussläufers mit 46 Nuten entsprechend Fig. la dar, Kurve<B>b</B> das eines normalen Doppelnut- läufers mit ebenfalls 46 Nuten entsprechend Fig. lb und Kurve c das eines gemäss der Erfindung ausgebil deten Läufers, bei dem die Nutform die gleiche war wie bei Kurve a und die Gesamtnutzahl N, <B><I>N2</I></B> ebenfalls 46 betrug. Dabei war<B><I>N,</I> =</B> 22 und<B>N2</B> 24.
Aus dem Vergleich der Kennlinien geht hervor, dass der erfindungsgemäss ausgebildete Läufer einen sattelfreien Anlauf bei erhöhtem Kippmoment haben kann und sich somit besonders für Motoren eignet, die im Anlauf ein hohes Drehmoment erfordern, oder für Motoren, die mit hoher Schalthäufigkeit betrieben worden, z. B. Bremsmotoren.
Als Bremsmotoren werden allgeme-in solche Mo toren bezeichnet, bei denen nach Abschaltung der Er regung selbsttätig eine mechanische Bremse in Funk tion tritt. In der Praxis werden solche Motoren mei stens mit hoher Schalthäufigkcit betrieben,<B>d.</B> h. der Motor wird bis zum Stillstand gebremst und muss dann wieder hochlaufen. Bei hoher Schalthäufigkeit wird der Motor also nicht seine Nenndrehzahl erreichen, so dass die Erwärmung nur von der Höhe des Ein schaltstromes und der Hochlaufzeit, also von der<B>je</B> Hochlaufzeit aufgenommenen Energie abhängt, wäh rend die Grösse der Nennlast nur eine untergeord'nete Rolle spielt.
Man sieht daraus, dass eine wesentliche Herabsetzung der Erwärmung nur dadurch möglich ist, dass man die Hochlaufzeit und den Einschaltstrom klein hält. Dies-- Forderung wird von den bekannten Bremsmotoren nur schlecht erfüllt.
Bei dem bekannten Dopptelnutläufer wird zwar infolge der durch die Stromverdrängung bedingten Widerstandserhöhung des Läufers das Anzugsmoment heraufgesetzt, jedoch muss dieses durch eine Verringe rung des Kippmomentes infolge der im Lauf wirk samen Vergrösserung der Streuung erkauft werden (Fig. <B>7,</B> Kurve<B>b).</B>
Dieser Nachteil kann vermieden werden, wenn ein gemäss der Erfindung ausgebildeter Läufer ver wendet wird. Wegen der nützartigen Anordnung der Kurzschlusswicklung etwa gemäss Fig. 2,<I>3a,<B>3b, 5</B></I> oder<B>6</B> wird die Streuung sogar noch gegenüber einem normalen Einnutläufer herabgesetzt, so dass das Kipp moment höher liegt als bei diesem.
Ausserdem kann infolge der Vermeidung bzw. Unschädlichmachung der Oberwellen die Sattelbildung in der Drehmomen- tenkurve weitgehend vermieden werden, so dass wäh rend des ganzen Hochlaufes ein hohes Moment zur Verfügung steht. Soll darüber hinaus die Kurve im unteren Drehzahlbereich angehoben werden, so lässt sich dies durch Vergrösserung des Läuferwiderstandes erreichen.
In Fig. <B>8</B> ist als Ausfährungsbeispiel ein Brems motor dargestellt, dessen Läufer in Fig. <B>9</B> in der<B>Ab-</B> wicklung gezeigt ist.
Mit<B>11</B> ist der Ständer des Motors, mit 12 der Kurzschlussläufer bezeichnet, dessen ein Netzwerk<B>bil-</B> dende Wicklung- mit<B>13</B> angedeutet ist. Der durch den Umlenkteil <B>18</B> des Läufers 12 betätigte Anker 14 ist axial verschiebbar auf der Welle gelagert. Bei Still stand des Motors liegt der durch den Anker bewegte Bremspilz<B>15</B> mit seinem Bremsbelag<B>16</B> an der Bremsfläche,<B>17</B> an.
Wird der Ständer eingeschaltet, so zieht der vom Umlenkteil <B>18</B> in die Axialrichtung umgelenkte Anteil des Ständerflusses den Anker 1-4 an, so dass der Bremspilz<B>15</B> mit seinem Bremsbelag <B>16</B> von der Brernsfläche <B>17</B> abgehoben wird.
Durch die netzwerkartige Ausbildung der Läufer wicklung nach Fig. <B>9</B> wird im Augenblick des Ein- schaltens die Herausdrängung des Flusses aus dem von der Wicklung umschlossenen Teil des Läufers gegenüber den bisher bekannten Ausführungen ver stärkt, so dass die Zugkraft höher ist als bei diesen, weil ein grösserer Anteil des Flusses über den Um- lenkteil 18 auf den Anker 14 übertritt.