DE1042088B

DE1042088B - Pole wheel for synchronous machines, especially synchronous motors starting asynchronously

Info

Publication number: DE1042088B
Application number: DEJ12212A
Authority: DE
Inventors: Frank Winthrop Merrill
Original assignee: Walter Jones & Co Engineers Lt
Current assignee: Walter Jones & Co Engineers Lt
Priority date: 1956-01-05
Filing date: 1956-09-18
Publication date: 1958-10-30

Description

Polrad für Synchronmaschinen, insbesondere asynchron anlaufende Synchronmotoren Die Erfindung geht aus von einem Polrad für asynchron anlaufende Synchronmotoren, deren Dauermagnet von einem lamellierten Mantel mit in Nuten der Lamellen liegenden Käfigstäben und seitlichen Kurzschlußringen umgeben ist.Pole wheel for synchronous machines, especially synchronous motors starting asynchronously The invention is based on a pole wheel for asynchronous starting synchronous motors, whose permanent magnet is made of a lamellar jacket with grooves in the lamellas Cage bars and side short-circuit rings is surrounded.

Bei den bekannten Konstruktionen verläuft die Rotorwelle durch den Dauermagnetblock, so daß das wirksame Volumen des Magneten vermindert und damit eine geringere Leistung erzielt wird, als sie mit dem an sich vorhandenen Magnetvolumen erzielbar wäre.In the known constructions, the rotor shaft runs through the Permanent magnet block, so that the effective volume of the magnet is reduced and thus a lower performance is achieved than with the magnet volume available per se would be achievable.

Gemäß der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß der Dauermagnet aus einem einzigen bohrungsfreien Block besteht und das Drehmoment des Läufers durch Verbindung der Käfigstäbe mit einer den Magnetblock nicht durchdringenden Welle übertragen wird, wie es an sich für Läufer von Asynchronmotoren bekannt ist.According to the invention, this disadvantage is avoided in that the Permanent magnet consists of a single block without drilling and the torque of the Runner by connecting the cage bars with one that does not penetrate the magnetic block Wave is transmitted, as it is known per se for rotors of asynchronous motors.

Vorzugsweise ist die Welle in ebenfalls bekannter Weise zweiteilig ausgebildet, wobei die beiden Wellenteile jeweils mit einem der Kurzschlußringe fest verbunden sind bzw. aus einem Stück mit ihnen bestehen.The shaft is preferably in two parts, also in a known manner formed, the two shaft parts each with one of the short-circuit rings are firmly connected or consist of one piece with them.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird der Dauermagnet so ausgebildet, daß er in an sich bekannter Weise zusammen mit den ihn umgebenden Lamellen der Querentmagnetisierung des umlaufenden Statorfeldes widerstehende Polzwischenräume bildet, wenn das Polrad aus dem Stillstand beschleunigt wird oder aus dem Synchronlauf fällt. je kleiner die Entmagnetisierung ist, desto größer ist der in dem Polrad verbleibende Permanentmagnetfluß, und man erhält eine um so größere maximale Synchronleistung, einen höheren Leistungsfaktor bei voller Belastung und einen besseren Nutzeffekt. Die Tiefe dieser Polzwischenräume hohen magnetischen Widerstandes, d. h. der maximale Abstand von Innenumfang der Lamellen zum Magneten liegt vorzugsweise zwischen 1/5 bis ¼ des Dauermagnetdurchmessers.According to a further embodiment of the invention, the permanent magnet so designed that he is in a known manner together with those surrounding him Pole spaces resisting the transverse demagnetization of the rotating stator field forms when the pole wheel is accelerated from standstill or from synchronous operation falls. the smaller the demagnetization, the greater it is in the pole wheel remaining permanent magnetic flux, and the maximum synchronous power obtained is all the greater, a higher power factor at full load and a better efficiency. The depth of these high reluctance pole spaces, i.e. H. the maximum The distance from the inner circumference of the lamellas to the magnet is preferably between 1/5 up to ¼ of the permanent magnet diameter.

Vorzugsweise weist der Dauermagnet einen sanduhrförmigen Querschnitt auf und erhält wenigstens annähernd konische oder halbkugelförmige Enden, wodurch die Querschnittsfläche für den magnetischen Fluß in dem sanduhrförmigen Querschnitt aufweisenden Magneten im wesentlichen konstant gehalten wird.The permanent magnet preferably has an hourglass-shaped cross section and receives at least approximately conical or hemispherical ends, whereby the cross-sectional area for the magnetic flux in the hourglass-shaped cross-section having magnets is kept substantially constant.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes an Hand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform mit zwei Anbringungsarten für die Wellen, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linien II-II der Fig.1. Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine andere Ausführungsform mit zwei anderen Verbindungen der Wellen mit dem Käfig, Fig. 4 einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform, Fig. 5 einen Längsschnitt durch die Ausführungsform nach Fig. 4, Fig. 6 einen Querschnitt durch den Magneten eines vierpoligen Polrades und Fig. 7 einen Längsschnitt durch den Magneten nach Fig. 4.In the following, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are intended are explained in more detail with reference to the drawings. 1 shows a longitudinal section by an embodiment with two types of attachment for the shafts, Fig. 2 one Section along the lines II-II of Fig.1. Fig. 3 is a longitudinal section through another Embodiment with two other connections of the shafts with the cage, Fig. 4 a Cross section through a further embodiment, FIG. 5 shows a longitudinal section through the embodiment according to FIG. 4, FIG. 6 shows a cross section through the magnet of a four-pole pole wheel and FIG. 7 shows a longitudinal section through the magnet according to FIG. 4th

Nach den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen ist das Polrad zweipolig und weist ein auf einem Dauermagneten 2 montiertes Lamellenpaket 1 auf, das mit Längsnuten 3 versehen ist. Ferner sind im Lamellenpaket enge Radialnuten 3a zwischen den Polen vorgesehen, die einen großen Prozentsatz des Dauermagnetflusses durch den Stator bei Synchronismus ablenken und derart die Synchronmotorcharakteristik verbessern. Nach Fig. 2 zeigt der Querschnitt des Magneten 2 zwei Kreisbogen 11, die durch parallele gerade Linien 12 miteinander verbunden sind, so daß in bekannter Weise zwischen den Lamellen und auf jeder Seite des Magneten ein Polzwischenraum 10 entsteht. Der Magnet wird nach dem Zusammenbau parallel zu den Linien 12 magnetisiert. Die Zwischenräume 10 reduzieren die Querentmagnetisierung, wenn der Rotor nicht synchron läuft und seine Magnetpole bezüglich der Pole des umlaufenden Statorfeldes Schlupf zeigen.According to the embodiments shown in FIGS. 1 to 5, the pole wheel has two poles and has a disk pack 1 which is mounted on a permanent magnet 2 and is provided with longitudinal grooves 3. Furthermore, narrow radial grooves 3a are provided between the poles in the disk pack, which divert a large percentage of the permanent magnetic flux through the stator in the case of synchronism and thus improve the synchronous motor characteristics. According to FIG. 2, the cross section of the magnet 2 shows two circular arcs 11 which are connected to one another by parallel straight lines 12, so that a pole gap 10 is formed in a known manner between the lamellae and on each side of the magnet. After assembly, the magnet is magnetized parallel to the lines 12. The gaps 10 reduce the transverse demagnetization when the rotor is not running synchronously and its magnetic poles are slipping with respect to the poles of the rotating stator field.

Bei jeder Ausführungsform ist der Magnet ein fester Körper, der keine Mittelbohrung zur Aufnahme einer Welle aufweist. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform sitzen in den Nuten 3 Kupferstäbe 4, die durch Kurzschlußringe 5 mit Ringflanschen 13 kurzgeschlossen sind.In either embodiment, the magnet is a solid, not one Has central bore for receiving a shaft. In the case of the in Fig. 1 embodiment shown sit in the grooves 3 copper rods 4, which by short-circuit rings 5 are short-circuited with ring flanges 13.

Nach der linken Seite der Fig. 1 ist eine Welle 6 in den Kurzschlußring 13 mit Paßsitz eingesetzt und verschweißt. Die Welle 6 verläuft konzentrisch zu dem Lamellenpaket 1. Bei der auf der rechten Seite der Fig. 1 dargestellten abgeänderten Ausführungsform sitzt am Flansch 13 eine Hülse 7, in die die Welle 6 eingepaßt ist. Gegebenenfalls können die Flansche 13 auch aus einem Stück mit der Welle bestehen, z. B. angeformte Flansche bilden.To the left of Fig. 1 is a shaft 6 in the short-circuit ring 13 used with a snug fit and welded. The shaft 6 runs concentrically to the disk pack 1. In the case of the modified one shown on the right-hand side of FIG Embodiment sits on the flange 13 a sleeve 7 into which the shaft 6 is fitted. If necessary, the flanges 13 can also consist of one piece with the shaft, z. B. form molded flanges.

Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist eine Aluminiumkäfigwicklung auf dem Magneteng 2 und dem Lamellenpaket 1 aufgeformt. Diese Wicklung weist Stäbe 4 auf, die in den Nuten des Lamellenpakets liegen und mit den Kurzschlußringen 8 aus einem Stück bestehen. Der Käfig ist mit der Welle 6 fest verbunden und beispielsweise durch die Vorsprünge 9, z. B. mit ihren Köpfen auf das Wellenende aufgeschweißte, in Nuten geführte und befestigte Schrauben, zusätzlich gegen Verdrehung gesichert (vgl. linke Seite der Fig.3). Man kann jedoch, wie auf der rechten Seite dargestellt ist, das Wellenende auch aufrändeln.In the embodiment shown in FIG. 3, there is an aluminum cage winding Molded onto the Magneteng 2 and the disk pack 1. This winding has bars 4, which lie in the grooves of the lamella set and with the short-circuit rings 8 consist of one piece. The cage is firmly connected to the shaft 6 and, for example through the projections 9, e.g. B. with their heads welded onto the shaft end, Screws guided and fastened in grooves, additionally secured against rotation (see left side of Fig. 3). You can, however, as shown on the right is to knurl the shaft end as well.

Die Abstände 10 in den Zwischenpolbereichen des Magneten sind Bereiche hohen magnetischen Widerstandes, die der äußerlichen Entmagnetisierung und Quermagnetisierung widerstehen können. In Fig. 4 ist eine Ausführungsform eines Magneten dargestellt, der einen engen Sattel aufweist, so daß ein sanduhrglasartiger Querschnitt entsteht, wodurch der Bereich der Zwischenräume 10 vergrößert wird. Die Breite d dieses Zwischenraumes liegt zwischen 1/5 und ¼ des Magnetdurchmessers mit ± 10 % Toleranz. Zum Ausgleich der Magnetfläche am Sattel sind die Enden 8, wie man aus Fig. 5 erkennt, konisch ausgebildet. Die Zwischenpolabstände 10 sind mit dem Aluminiumguß des Käfigs ausgefüllt.The distances 10 in the interpole regions of the magnet are ranges high magnetic resistance, that of external demagnetization and transverse magnetization can resist. In Fig. 4 an embodiment of a magnet is shown, which has a narrow saddle, so that an hourglass-like cross-section is created, whereby the area of the spaces 10 is increased. The width d of this space lies between 1/5 and ¼ of the magnet diameter with a tolerance of ± 10%. To compensate The ends 8 of the magnetic surface on the saddle, as can be seen from FIG. 5, are conical educated. The intermediate pole distances 10 are filled with the cast aluminum of the cage.

In den Fig. 6 und 7 ist ein vierpoliger Magnet für ein erfindungsgemäßes Polrad dargestellt. Er besteht aus einem einstückigen Magnetblock mit vier Polen 14. Zwischen den Polen 14 sind tiefe Zwischenpoleinschnitte 15 vorgesehen, deren Tiefe d zwischen 1/5 und ¼ des Magnetdurchmessers D mit einer Toleranz zwischen ± 10 % liegt. Die Einschnitte 15 entsprechen den Zwischenräumen 10 bei den in den Fig. 1 bis 5 dargestellten zweipoligen Magneten. Zum Ausgleich der Magnetfläche sind die Enden 16 des Magneten, wie man aus Fig. 7 erkennt, konisch ausgebildet. Der Magnet ist von den einen Käfig tragenden Lamellen umschlossen, durch den das Drehmoment auf die nicht durch den Magneten hindurchgeführte Welle, ähnlich wie nach den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 5, übertragen wird.6 and 7 is a four-pole magnet for one according to the invention Pole wheel shown. It consists of a one-piece magnetic block with four poles 14. Between the poles 14 deep Zwischenpoleinschnitte 15 are provided, their Depth d between 1/5 and ¼ of the magnet diameter D with a tolerance between ± 10%. The incisions 15 correspond to the spaces 10 in the Fig. 1 to 5 shown two-pole magnets. To compensate for the magnetic area the ends 16 of the magnet, as can be seen from Fig. 7, are conical. The magnet is enclosed by the lamellae supporting a cage through which the Torque on the shaft not passing through the magnet, similar to according to the embodiments according to FIGS. 1 to 5, is transmitted.

Bei allen Ausführungsformen wird also bei in Betrieb befindlichem Polrad das in ihm entwickelte Drehmoment vom Käfig auf die Welle übertragen. Da vom Magnetblock für die Aufnahme der Welle kein Material entfernt werden muß, ist ein maximales Volumen magnetischen Materials vorhanden und die Leistung entsprechend hoch. Man erkennt auch, daß die minimalste magnetische Länge, die in den Zeichnungen mit Lm angedeutet ist, auf die Länge der Seiten der Zwischenpolabstände vergrößert wurde. Dadurch erhält man eine wesentliche Verringerung des Entmagnetisierungsprozentsatzes.In all of the embodiments, therefore, when in operation Pole wheel transmits the torque developed in it from the cage to the shaft. There no material has to be removed from the magnet block to accommodate the shaft a maximum volume of magnetic material is available and the performance accordingly high. It can also be seen that the minimum magnetic length shown in the drawings is indicated with Lm, enlarged to the length of the sides of the interpole distances became. This results in a substantial reduction in the percentage of demagnetization.

Für zweipolige Polräder nach den Fig. 1 bis 5 beträgt der Magnetpolwinkel vorzugsweise etwa 110°, kann jedoch bis auf 120° gesteigert werden. Für vierpolige Polräder nach Fig. 6 liegt der Magnetpolwinkel vorzugsweise bei etwa 65°.For two-pole pole wheels according to FIGS. 1 to 5, the magnetic pole angle is preferably about 110 °, but can be increased up to 120 °. For four-pole Pole wheels according to FIG. 6, the magnetic pole angle is preferably about 65 °.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Pole wheel for synchronous machines, especially asynchronous starting synchronous motors, whose permanent magnet is covered by a laminated jacket Surrounding cage bars and side short-circuit rings lying in grooves of the lamellae is, characterized in that the permanent magnet (2) consists of a single, bore-free Block and the torque of the rotor by connecting the cage bars (4) is transmitted with a shaft (6) which does not penetrate the magnet block (2).

2. Pole wheel according to Claim 1, characterized in that the shaft (6) is constructed in two parts is and the two shaft parts each firmly connected to one of the short-circuit rings (5) are or consist of one piece with them.

3. Pole wheel according to one of the preceding Claims, characterized by a pole space (10) of high magnetic resistance between permanent magnets (2) and lamellas (1) on each side of the magnet axis for reduction the transverse demagnetization during the acceleration of the pole wheel.

4. Pole wheel after Claim 3, characterized in that the pole space (10) has a depth between 1/5 and ¼ of the inner diameter of the pole wheel. - -

5. Pole wheel according to claim 3 and / or 4, characterized in that the permanent magnet (2) is in the shape of an hourglass Has cross section.

6. Pole wheel according to claim 5, characterized in that the permanent magnet (2) is at least approximately conical or hemispherical at its ends. -Respected publications: German Patent Nos. 656 773, 741 352, 905 044; 912 966; U.S. Patent Nos. 2,519-895, 2,643,350.