CZ287781B6 - Squirrel-cage rotor for asynchronous machine - Google Patents

Description

Klečový rotor pro asynchronní stroj

Oblast techniky

Vynález se týká klečového rotoru pro asynchronní stroj s tělesem plechů, upevněným na hřídeli a drženým pohromadě stahovacími kruhy, uspořádanými po obou stranách, pro uložení klečových tyčí, které jsou mimo těleso plechů pevně spojeny zkratovacími kruhy a každý zkratovací kruh je v radiálním směru podepřen opěrnými kruhy, pevně uloženými na hřídeli.

Vynález přitom vychází ze stavu techniky, jak vyplývá např. z pat. spisu DE 27 21 211 AI.

Dosavadní stav techniky

U rychloběžných asynchronních strojů jsou zejména konce klečových tyčí, vyčnívající po obou stranách tělesa plechů, a s nimi spojené zkratovací kruhy namáhány vysokými teplotami při velkých odstředivých silách a ohroženy nekontrolovatelnými nevyváženostmi. Kromě toho má konstrukce klecí s tyčovým vinutím v oblasti vyčnívajících konců, tj. čel vinutí, sklon ke kmitání v radiálním směru i ve směru po obvodu, která mohou vésti zejména u železničních motorů ke škodlivým rezonančním kmitům, protože se nejčastěji nepodaří posunout vlastní frekvenci tak, aby se neshodovala s vybuzenou frekvencí.

Pro zvládnutí odstředivých sil v oblasti zkratovacích kruhů se po mnoho let používají smršťující se kruhy, které se nasazují na zkratující kruhy za tepla. Tyto smršťující se kruhy slouží jen pro mechanické podepření s ohledem na ohyb. I tento celek je náchylný, stejně jako před tím, ke kmitání.

U klečového rotoru, známého z pat. spisu DE 27 21 211, je každý zkratovací kruh pevně usazen na středícím kruhu, uložené na hřídeli. Středící kruh doléhá svou vnitřní stranou pod axiálním tlakem na sousední čelní konce klečových tyčí a volná část vnitřní čelní strany středícího kruhu má prstencové vybrání, na jehož plášťovou plochu dosedá se vzdáleností od čelní strany prstencové drážky vnější prstencová plocha axiálního výstupku zkratovacího kruhu, jehož vnitřní prstencová plocha obklopuje hřídel s radiálním odstupem.

Známé konstrukce mají dobré tlumicí účinky vůči vynuceným kmitům a rezonančním kmitům. V celku vzato jsou však vhodné jen pro malé motory s malým průměrem rotoru, neboť poměrně masivní středící kruh podstatně omezuje chlazení rotoru, zejména pak optimální proudění vzduchu skrz čelo klece.

Jiná cesta ke zvýšení tuhosti a odolnosti vůči kmitům, vyvolaných rotací u čela klece asynchronního motoru, je ukázána v pat. spisu DE 42 33 474 C2. Tam jsou axiálně přečnívající klečové tyče v koncové oblasti tak rozděleny, že se vytvoří, resp. oddělí navzájem nad sebou ležící konce tyčí, příslušející k jedné drážce se navzájem proti sobě tangenciálně zahnou. Tato konstrukce je velmi nákladná a radiální tuhost čela vinutí může ovlivnit jen poměrně v nepatrném rozsahu.

Podstata vynálezu

Úkolem vynálezu je navrhnout klečový rotor pro asynchronní stroje, jehož čelo klece je v celém otáčkovém rozsahu stroje tak napojeno na těleso rotoru, že se nemohou objevit žádné nebo jen tlumená vlastní kmitání.

-1 CZ 287781 B6

Podle vynálezu je tento úkol řešen tím, že oba stahovací kruhy tělesa plechů jsou axiálně vzdáleny a současně tvoří opěrný kruh pro zkratovací kruh a na opěrném kruhu jsou vytvořeny distanční třmeny, které jsou vytvořeny s opěrným kruhem v jednom celku.

Přednost vynálezu je třeba vidět zejména v tom, že tímto způsobem je čelo klece v celém otáčkovém rozsahu i již od malých otáček na těleso rotoru napojeno tak, že se nemohou vůbec vyskytnout, nebo jen tlumené vlastní kmity. Řešení podle vynálezu bere ohled přitom současně na změny velikosti zkratované klece, které nastanou v důsledku odstředivé síly a tepelné roztažnosti v materiálu klece vůči tělesu rotoru.

Přehled obrázků na výkrese

Příklady provedení vynálezu, jakož i další tím dosažené výhody, budou v dalším textu blíže 15 vysvětleny za pomoci výkresů, na kteiých jsou schematicky znázorněny příklady provedení.

Na obr. 1 je znázorněno první provedení vynálezu v podélném řezu koncovou částí klečového rotoru, přičemž podepření se provádí v podstatě kruhem, nasazeným za tepla se smršťujícími účinky.

Na obr. 2 je znázorněn průřez koncovou částí ve výši stahovacího kruhu klečového rotoru podle obr. 1 podél přímky A-A.

Na obr. 3 je znázorněna první obměněná varianta provedení podle obr. 1 s malým pružným 25 členem mezi zkratovacím kruhem a opěrným kruhem.

Na obr. 4 je znázorněno druhé provedení klečového rotoru se zkracovacím kruhem, opatřeným vybráními.

Na obr. 5 je znázorněn pohled shora na čelní stranu klečového rotoru podle obr. 4.

Na obr. 6 je znázorněno třetí provedení klečového rotoru s opěrným kruhem, který zasahuje do drážky ve zkratovacím kruhu a obsahuje pružný člen.

Příklady provedení vynálezu

Na hřídeli 1 je obvyklým způsobem upevněno těleso 2 plechů. Těleso 2 plechů má na svém vnějším obvodu axiálně probíhající drážky, do kterých jsou uloženy klečové tyče 3 a tam radiálně 40 zajištěny proti vlivu odstředivé síly. Klečové tyče 3 přečnívají těleso 2 plechů a jsou spojeny se zkratujícím kruhem 4, který je od čelní strany tělesa 2 plechů zřetelně vzdálen. Přečnívající konce klečových tyčí 3 a zkracující kruh 4 tvoří tzv. čelo vinutí.

Konce klečových tyčí 3 se zužují v radiálním směru. Nad zkratujícím kruhem 4 je nasazen 45 smršťující se kruh 5. V prostoru mezi hřídelem 1 a zkratujícím kruhem 4 je uspořádán opěrný kruh 6, kteiý je s hřídelem pevně spojený, např. tak, že byl nasazen za tepla, takže se smrštil, a po celém svém vnějším obvodu dosedá na vnitřní obvod zkracujícího kruhu 4. Tento opěrný kruh 6 je vzdálen od čelní strany bloku 2 plechů. Má na své straně, přivrácené k bloku 2 plechů, více radiálně probíhajících třmenů nebo žeber 7. Tyto slouží jak pro udržování vzdálenosti vůči tělesu 50 2 plechů, tak také jako stahovací prsty pro těleso 2 plechů. Opěrný kruh 6 přebírá současně funkci stahovacího kruhu pro těleso 2 plechů. Axiální fixování opěrného kruhu se provádí stejným způsobem, jak bylo již popsáno v úvodu jmenovaném pat. spisu DE 27 21 211.

Při ochlazování smršťujícího se kruhu 5 působí smršťující síla nejdříve na zkratovací kruh 4 a 55 potom na opěrný kruh 6. Předpětí smršťujícího se kruhu 5 je třeba přitom dimenzovat tak, že

-2CZ 287781 B6 v žádném provozním bodu stroje nedojde ke zrušení třecího spojení mezi vnitřní plášťovou plochou zkratovacího kruhu 4 a vnější plášťovou plochou opěrného kruhu 6.

Jak lze z obr. 1 dobře seznat, omezuje popsaná opěrná konstrukce chlazení elektricky vysoce namáhaného čela vinutí jen nepodstatně. Chladicí vzduch může prakticky bez zábran proudit od axiálních otvorů 8 chladicího vzduchu v tělesu 2 plechů skrz vzdálenosti mezi třmeny 7 radiálně směrem ven. V případě potřeby mohou se kromě toho uspořádat v opěrném kruhu 6 průchozí otvory 9, které leží vždy mezi dvěma sousedními třmeny Ί, ale nemusí nutně lícovat s otvory 8 chladicího vzduchu.

U dalšího vytvoření klečového rotoru, podle obr. 1, resp. 2, znázorněného na obr. 3, je provedeno napojení zkratovacího kruhu 4 na opěrný kruh 6 prostřednictvím pružného členu, např. vlnitou pružinou JO. Tato vlnitá pružina 10 leží částečně v obvodové drážce ve vnější plášťové ploše opěrného kruhu 6, částečně ve vnitřní válcové ploše zkratovacího kruhu 4. Analogicky s provedením podle obr. 1 doléhají zkratovací kruh 4 a opěrný kruh 6 přímo navzájem na sebe. Vlnitá pružina 10 zajišťuje přitom napojení pro případ, že by přece došlo ke zrušení třecího spojení.

V provedení, znázorněné, na obr. 4 a 5, provádí se zajištění třecího spojení a tím i napojení mezi zkratovacím kruhem 4 a opěrným kruhem 6 prostřednictvím zvláštního vytvoření zkratovacího kruhu. Místo zkratovacího kruhu s rovnoměrným průřezem ve směru po obvodu má zde použitý zkratovací kruh 4 vlnitý průřez ve směru po obvodu. Této vlnitosti se dosáhne tím, že například na třech úsecích zkratovacího kruhu 4 jsou uspořádaná materiálová vybrání j_l. Tato jsou rovnoměrně rozdělena po vnitřním obvodu zkratovacího kruhu a táhnou se v rozsahu úhlu každé od 60° a 90°. V pásmu 12 mezi materiálovými vybráními dosedá zkratový kruh 4 prakticky svou celou šířkou na opěrný kruh 6, v oblasti materiálových vybrání 11 naproti tomu jen asi na polovinu jeho původní šířky. Tato nerovnoměrnost má v provozu stroje za následek, že působením odstředivé síly dochází ke změně tvaru jak zkratovacího kruhu 4, tak také smršťujícího se kruhu 5, která je v pohledu shora na obr. 5 znázorněna čárkovaně a ve zvětšeném měřítku. Z této změny tvaru rezultují síly v radiálním směru, které jsou na obr. 5 naznačeny šipkami a zesilují napojení prostřednictvím třecího spojení v pásmu 12.

Znázorněná nerovnoměrnost dá se samozřejmě také realizovat tak, že místo materiálových vybrání 11 se po celém vnitřním obvodu zkratovacího kruhu 4 uspořádají materiálová přidání, což na obr. 4 příp. 5 není znázorněno.

Aniž by se šlo nad rámec vynálezu, může se u pájených klečových vinutí z legovaného vodivého materiálu se zvýšenou pevností provést napojení zkratovacího kruhu na opěrný kruh také tak, že opěrný kruh 6‘ má na svém vnějším obvodu axiálně ven směrovaný výstupek 13 který zapadá do kruhové drážky 14 na čelní straně zkratovacího kruhu 4‘, přivrácené k tělesu 2 plechů, viz obr. 6. Podle první varianty dosedá přitom axiální výstupek 13 na opěrný kruh 6‘ svou vlnitou plášťovou plochou na vlnitou stranu drážkové stěny. V mezním případě může se dokonce ponořit do drážky 14 na zkratovacím kruhu 4“ a vytvořit tak tvarový styk. Tím se dostane takové napojení, které postupně, tak jak vzrůstá oteplení a otáčky, stále zesiluje. Aby se zatížení výstupku 13 na opěrném kruhu 6‘ udrželo v určitých mezích, je výhodné uspořádat mezi vnitřní plášťovou plochou výstupku 13 a stěnou drážky pružný člen, např. vlnitou pružinu J_5.

Claims (9)

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Klečový rotor pro asynchronní stroj s tělesem plechů, upevněným na hřídeli a drženým pohromadě stahovacími kruhy, uspořádanými po obou stranách, pro uložení klečových tyčí, které jsou mimo těleso plechů pevně spojeny zkratovacími kruhy a každý zkratovací kruh je v radiálním směru podepřen opěrným kruhem, pevně uloženým na hřídeli, vyznačující se tím, že oba stahovací kruhy jsou od tělesa (2) plechů axiálně vzdáleny a současně tvoří opěrný kruh (6, 6‘) pro zkratovací kruh (4) a mezi čelní plochou tělesa (2) plechů a opěrným kruhem (6) jsou uspořádány distanční třmeny (7), které jsou výhodně vytvořeny v jednom celku s opěrným kruhem (6).

2. Klečový rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že zkratovací kruh (4) dosedá svým vnitřním obvodem bezprostředně nebo po úsecích se zařazením prvního pružného členu (10) na vnější obvod opěrného kruhu (6) a je přitlačován smršťujícím se kruhem (5), který obklopuje zkratovací kruh (4), na opěrný kruh (6).

3. Klečový rotor podle nároku 2, vyznačující se tím, že zkratovací kruh (4) dosedá svým celým obvodem na opěrný kruh (6).

4. Klečový rotor podle nároku 2, vyznačující se tím, že na vnějším obvodu opěrného kruhu (6) a/nebo na vnitřním obvodu zkratovacího kruhu (4) je uspořádaná drážka, do které je vložen první pružný člen, výhodně vlnitá pružina (10).

5. Klečový rotor podle nároku 2, vyznačující se tím, že zkratovací kruh (4) má na svém vnitřním obvodu na třech nebo více pásmech materiálová vybrání (11), která jsou j rovnoměrně rozdělena po obvodu. - τ

6. Klečový rotor podle nároku 2, vyznačující se tím, že zkratovací kruh (4) má na svém vnitřním obvodu na třech nebo více místech materiálová zesílení (12), která jsou rovnoměrně rozdělena po obvodu.

7. Klečový rotor podle nároku 1, vyznačující se tím, že opěrný kruh (6‘) má na svém vnějším obvodu axiálně ven směrovaný výstupek (13), který je ponořen do kruhové drážky (14) na čelní straně zkratovacího kruhu (4‘), přivrácené k tělesu (2) plechů.

8. Klečový rotor podle nároku 7, vyznačující se tím, že axiální výstupek (13) na opěrném kruhu (6‘) dosedá svou vlnitou postranní plochou na vlnitou postranní stěnu drážky (14), případně je s tvarovým stykem ponořen do drážky (14) na zkratovacím kruhu (4‘)-

9. Klečový rotor podle nároku 7, vyznačující se tím, že mezi vnitřní plochou výstupku (13) a mezi stěnou drážky (14) přivrácené k ose, je vložen pružný člen, výhodně vlnitá pružina (10).