DE1112782B

DE1112782B - Ventilation of motors with slack runners by their own, co-rotating fan motor

Info

Publication number: DE1112782B
Application number: DES68602A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Massar; Dipl-Ing Heinz Rosenberg
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1960-05-20
Filing date: 1960-05-20
Publication date: 1961-08-17
Also published as: CH390375A; GB948013A

Description

Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer durch einen eigenen, mitrotierenden Lüftermotor Elektromotoren mit Schlupfläufer, insbesondere Drehstrornmotoren, werden bisher meist durch einen auf der Motorwelle sitzenden Lüfter gekühlt. Beim Betrieb solcher Motoren mit stark untersynchronen Drehzahlen tritt ein entsprechend großer Teil der aufgenommenen Drehstromleistung im Läufer als Verlustwärme auf, die abgeführt werden muß. Bei Eigenbelüftung des Motors durch einen auf der Motorwelle befestigten Lüfter treten insofern Schwierigkeiten auf, als der Lüfter bei niedriger Drehzahl nur wenig Kühlluft fördert, während gerade bei diesem Betriebszustand die abzuführende Verlustwärme des Läufers hoch ist und daher auch eine besonders gute Belüftung erforderlich wäre. Infolgedessen muß man in solchen Fällen wesentlich größere Motortypen wählen. Um dies zu vermeiden, hat man häufig den Motor mit Fremdbelüftung versehen, doch ist eine solche Einrichtung verhältnismäßig teuer und auch in räumlicher Hinsicht recht aufwendig. Es wurde zwar schon vorgeschlagen, den Lüfter mit einem an den Läuferstromkreis angeschlossenen Wechselstrommotor anzutreiben (deutsches Patent 516 74.7), doch. eignet sich eine solche Belüftung nicht für Schlupfläufermotoren, bei denen die Schlupfleistung im Motor- selbst vernichtet wird, da bei der genannten Ausführung der Läuferstromkreis mittels eines gesonderten Widerstandes geregelt wird. Die Erfindung bezweckt nun, mit möglichst einfachen Mitteln eine Belüftung eines Schlupfläufermotors zu schaffen, die bei zunehmendem Schlupf, also bei Zurückgehen der Motordrehzahl, stärker wirkt, um dadurch die hierbei anfallende höhere Verlustwärme des Läufers entsprechend besser abzuführen.Ventilation of motors with slip runners by their own, co-rotating Fan motor Electric motors with slip rotors, especially three-phase motors, are previously mostly cooled by a fan located on the motor shaft. During operation Such motors with strongly sub-synchronous speeds occur correspondingly larger Part of the three-phase power consumed in the rotor is dissipated as heat loss must become. If the motor is self-ventilated by a device attached to the motor shaft Fans are difficult in that the fan is running at low speed promotes only a little cooling air, while precisely in this operating state the one to be discharged The runner's heat loss is high and therefore particularly good ventilation is required were. As a result, you have to choose much larger motor types in such cases. In order to avoid this, the motor has often been provided with external ventilation, but such a device is relatively expensive and also in terms of space quite expensive. It has already been suggested to connect the fan to the To drive the AC motor connected to the rotor circuit (German patent 516 74.7), yes. such ventilation is not suitable for slip motors, in which the slip power in the engine itself is destroyed, as with the one mentioned Execution of the rotor circuit controlled by means of a separate resistor will. The invention now aims to provide ventilation with the simplest possible means a slip motor to create that with increasing slip, so when going back the engine speed, has a stronger effect, thereby reducing the resulting higher heat loss of the runner accordingly better to dissipate.

Erfindungsgemäß. wird dies dadurch. erreicht, daß ein relativ zur Motorwelle drehbar gelagerter Lüfter von einem: Lüftermotor angetrieben ist, der- als kollektorlose Wechselstrommaschine arbeitet und eine kleinere Polzahl aufweist als. der Hauptmotor, mit dessen Läufer starr verbunden. und. mit Läuferströmen des Hauptmotors. gespeist ist. Dieser Lüftermotor kann sowohl eine mehrphasige als auch eine einphasige Maschine, z. B. ein Spaltpolmotor, sein. Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor eine selbständige Wicklung trägt, die vom Läufer des Hauptmotors gespeist ist. Eine Variante der Erfindung besteht in einer teilweisen Vereinigung der Wicklungen des Lüftermotors und des Hauptmotorläufers und ist. besonders vorteilhaft, wenn dieser eine Käfigwicklung trägt: Es ist dann die vom Hauptmotor gespeiste Wicklung des Lüftermotors von einem Teil einer Hauptmotor-Läuferwicklung gebildet. Zu diesein Zweck können Käfigstäbe bzw: Wicklungsspulen des Hauptmotorläufers. in axialer Richtung über diesen hinaus, verlängert und durch Nuten im Blechpaket des Lüftermotors geführt sein. Das. Blechpaket des Lüftermotors kann: dabei zweckmäßig von den verlängerten Wicklungsteilen, insbesondere Käfigstäben, des Hauptmotorläufers getragen sein. Es kann natürlich auch in irgendeiner anderen geeigneten Weise mit diesem Läufer verbunden sein. Zweckmäßig sind die den Lüftermotor durchsetzenden Teile der Hauptmotor-Läuferwicklungen im Blechpaket des Lüftermotors so- verteilt angeordnet, daß sie dort ein möglichst sinusförmiges Kreisdrehfeld erzeugen: Dies. kann dadurch erreicht werden, daß die den. Lüftermotor durchsetzenden Leiter des Hauptmotorläufers in dem Raum zwischen den Blechpaketen von Haupt- und Lüftermotor in passender Weise geschränkt sind. Die durch das Blechpaket des Lüftermotors hindurchgeführten Enden der verlängerten Käfigstäbe sind in üblicher Weise durch einen Kurzschlußring verbunden, während der auf der dem Lüfter zugewendeten Seite des Hauptmotorläufers befindliche Kurzschlußring für die Käfigwicklung dieses Läufers nur die nicht zur Speisung des Lüftermotors dienenden Läuferstäbe kurzschließt und um die verlängerten Läuferstäbe herumgeführt ist.According to the invention. this will be the result. achieved that a relative to Motor shaft rotatably mounted fan is driven by a: fan motor, which- works as a brushless alternating current machine and has a smaller number of poles as. the main motor, with its rotor rigidly connected. and. with rotor currents of the Main engine. is fed. This fan motor can be both polyphase and a single phase machine, e.g. B. a shaded pole motor. An embodiment of the Invention is characterized in that the fan motor has an independent winding carries, which is fed by the rotor of the main motor. A variant of the invention consists in a partial union of the windings of the fan motor and the Main motor rotor and is. particularly advantageous if this has a cage winding carries: It is then the winding of the fan motor fed by the main motor of one Formed part of a main motor rotor winding. Cage bars can be used for this purpose or: winding coils of the main motor rotor. in the axial direction beyond this, extended and guided through grooves in the laminated core of the fan motor. That. Laminated core of the fan motor can: thereby expediently from the extended winding parts, in particular Cage bars, the main motor rotor to be carried. It can of course also be used in any be connected to this runner in another suitable manner. Appropriate are the Fan motor penetrating parts of the main motor rotor windings in the laminated core of the The fan motor is arranged in such a way that it has a circular rotating field that is as sinusoidal as possible generate: This. can be achieved in that the. Fan motor prevailing Head of the main motor rotor in the space between the laminated cores of the main and Fan motor are appropriately restricted. The through the laminated core of the fan motor passed through ends of the elongated cage bars are in the usual way connected to a short-circuit ring, while on the side facing the fan of the main motor rotor located short-circuit ring for the cage winding of this rotor only the rotor bars that are not used to feed the fan motor shorts and is guided around the extended rotor bars.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur schlupfabhängigen Motorbelüftung dargestellt.In the drawing is an embodiment of one according to the invention trained device for slip-dependent engine ventilation shown.

Fig. 1 zeigt den Motor im Längsschnitt, während die Fig. 2 in verkleinertem Maßstab einen Querschnitt A -A durch den zwischen Haupt- und Lüftermotor liegenden Kurzschlußring 11 des 6poligen Hauptmotorläufers erkennen läßt; Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch den genannten Kurzschlußring für den Fall eines 4poligen Hauptmotorläufers; in der Fig. 4 ist in einem Schnitt B -B durch das mit dem Hauptmotorläufer verbundene Blechpaket des Lüftermotors die zweckmäßige Verteilung der verlängerten Käfigstäbe auf dieses Paket dargestellt.1 shows the motor in longitudinal section, while FIG. 2 shows, on a reduced scale, a cross section A-A through the short-circuit ring 11 of the 6-pole main motor rotor located between the main and fan motor; 3 shows the cross section through the mentioned short-circuit ring for the case of a 4-pole main motor rotor; In Fig. 4, the appropriate distribution of the extended cage bars on this package is shown in a section B -B through the laminated core of the fan motor connected to the main motor rotor.

1 ist der Ständer des zu belüftenden Motors und 2 das Läuferpaket seines auf der Welle 3 sitzenden Läufers. Auf dieser Welle ist ein Lüfter 4 mittels eines Kugellagers 5 drehbar gelagert. Zum Antrieb des Lüfters 4 dient ein Lüftermotor, der aus einem Blechpaket 6, das von den zwei in entgegengesetzt durchfluteten Polteilungen des Hauptmotorläufers liegenden, verlängerten Käfigstabgruppen 7 und 7' durchsetzt und getragen ist, und aus einem in der Bohrung des Ständerpaketes 6 angeordneten Kurzschlußläufer 8, der auf einem ringförmigen Ansatz 9 der Lüfternabe 10 befestigt ist, besteht. Die Käfigstabgruppe 7a, 7b, 7e, 7 d des Hauptmotorläufers und die in entgegengesetzter Richtung stromdurchflossene Käfigstabgruppe 7a', 7b', 7c', 7 d sind dabei über den Kurzschlußring 11 des Hauptmotorläufers, der auf der Lüfterseite die nicht verlängerten Stäbe dieses Läufers untereinander verbindet, hinaus verlängert und nach Schränkung im Raum zwischen den Blechpaketen des Haupt- und des Lüftermotors in dem Blechpaket 6 des Lüftermotors so verteilt angeordnet, wie dies in Fig.4 gemäß dem Schnitt B-B dargestellt ist. Auf der dem Hauptmotor abgewendeten Seite des Lüftermotors sind die verlängerten Läuferstäbe durch den Kurzschlußring 12 in üblicher Weise miteinander verbunden. Durch die in Fig. 4 dargestellte Verteilung der verlängerten Käfigstäbe über den Umfang des Blechpaketes 6 des Lüftermotors wird ein möglichst sinusförmiges Kreisdrehfeld, d. h. ein örtlich und zeitlich oberwellenarmes Drehfeld mit praktisch konstanter Umlaufgeschwindigkeit im Lüftermotor erzeugt. Dieses Drehfeld wird von den Durchftutungen insgesamt zweier gegenpoliger Polteilungen des Hauptmotorläufers erregt, ist somit 2polig und gemäß der Reihenfolge der Käfigstäbe von gleicher Drehrichtung gegenüber dem Läufer wie das beispielsweise 6polige Drehfeld des Hauptmotors. Seine relative Drehgeschwindigkeit entspricht der Speisung mit der Schlupffrequenz des Hauptmotorläufers und der gegenüber diesem verringerten Polzahl.1 is the stator of the motor to be ventilated and 2 is the rotor core of its rotor sitting on shaft 3. A fan 4 is rotatably mounted on this shaft by means of a ball bearing 5. A fan motor is used to drive the fan 4, which consists of a laminated core 6, which is penetrated and supported by the two elongated cage bar groups 7 and 7 'located in oppositely flooded pole pitches of the main motor rotor, and a squirrel-cage rotor 8 arranged in the bore of the stator core 6 , which is attached to an annular extension 9 of the fan hub 10 , consists. The cage bar group 7a, 7b, 7e, 7 d of the main motor rotor and the cage bar group 7a ', 7b', 7c ', 7 d through which current flows in the opposite direction are connected via the short-circuit ring 11 of the main motor rotor, which on the fan side connects the non-extended bars of this rotor to each other connects, extended and after twisting in the space between the laminated cores of the main and the fan motor in the laminated core 6 of the fan motor so distributed as shown in Figure 4 according to the section BB. On the side of the fan motor facing away from the main motor, the extended rotor bars are connected to one another by the short-circuit ring 12 in the usual way. The distribution of the elongated cage bars shown in FIG. 4 over the circumference of the laminated core 6 of the fan motor produces a circular rotating field that is as sinusoidal as possible, ie a rotating field with low harmonics in terms of location and time with a practically constant rotational speed in the fan motor. This rotating field is excited by the ducts of two opposing pole pitches of the main motor rotor, is thus 2-pole and, according to the sequence of the cage bars, of the same direction of rotation with respect to the rotor as the 6-pole rotating field of the main motor, for example. Its relative speed of rotation corresponds to the feed with the slip frequency of the main motor rotor and the reduced number of poles compared to this.

Hat beispielsweise der 6polig angenommene Hauptmotor, der an ein 50-Hz-Netz angeschlossen ist, also eine synchrone Drehzahl von 1000 U/min hat, bei einem bestimmten Betriebszustand einen Schlupf von 33,3,9/o, d. h. eine Läuferdrehzahl von 667 U/min, so läuft das im Lüftermotor erzeugte Drehfeld gegenüber dem Blechpaket 6, also gegenüber dem Läufer des Hauptmotors, mit einer Drehzahl von U/min um. Dabei ist f die Schlupffrequenz des Hauptmotors (hier gleich 0,333 - 50 Hz), zugleich die Speisefrequenz des Lüftermotors und p die Polpaarzahl des letzteren. Da der Hauptmotorläufer mit 667 U/min rotiert, läuft das Drehfeld des Lüftermotors mit der Drehzahl von 667 -I-1000 =1667 U/min im Raum um. Der von diesem Drehfeld angetriebene Teil des Lüftermotors und damit auch der Lüfter selbst bleiben nur mit dem bei asynchronen Antrieben üblichen, bloß einige Prozent betragenden Schlupf hinter der genannten Drehzahl zurück.For example, if the main motor, assumed to be 6-pole, which is connected to a 50 Hz network, i.e. has a synchronous speed of 1000 rpm, has a slip of 33.3.9 / o in a certain operating state, i.e. a rotor speed of 667 rpm / min, the rotating field generated in the fan motor runs at a speed of RPM around. Here f is the slip frequency of the main motor (here equal to 0.333 - 50 Hz), at the same time the feed frequency of the fan motor and p the number of pole pairs of the latter. Since the main motor rotor rotates at 667 rpm, the rotating field of the fan motor rotates around the room at a speed of 667 -I-1000 = 1667 rpm. The part of the fan motor driven by this rotating field, and thus also the fan itself, only lag behind the stated speed with the slip that is common with asynchronous drives and is only a few percent.

Ist der Schlupf des Hauptmotors gleich Null, wie es näherungsweise im Leerlauf der Fall ist, so tritt keine drehzahlerhöhende Wirkung durch den Lüftermotor auf, d. h., der Lüfter läuft dann mit der Drehzahl des Hauptmotors, also im vorliegenden Fall mit rund 1000 U/min. Ist hingegen der Hauptmotor bis zum Stillstand belastet, so wird der Lüftermotor mit Netzfrequenz (50 Hz) gespeist, die Drehzahl des Lüfters liegt nun - um den Schlupf des Lüftermotors verringert - bei 3000 U/min.If the main motor slip is zero, as is approximate is the case when idling, the fan motor does not increase the speed on, d. This means that the fan then runs at the speed of the main motor, i.e. in the present case Case with around 1000 rpm. If, on the other hand, the main motor is loaded to a standstill, the fan motor is fed with mains frequency (50 Hz), the speed of the fan is now - reduced by the slip of the fan motor - at 3000 rpm.

Gemäß der oben erläuterten Wirkungsweise der Erfindung erfährt der Hauptmotor eine um so stärkere Belüftung, je langsamer er läuft, d. h. je stärker er belastet wird. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das Polverhältnis 6 : 2 von Hauptmotor zu Lüftermotor des Beispiels beschränkt, sie kann viehmehr in der beschriebenen Weise ohne weiteres auch bei Hauptmotoren mit vier, acht und mehr Polen angewendet werden.According to the mode of operation of the invention explained above, the experience The slower the main engine runs, the more ventilation it is, d. H. the stronger he is charged. The invention is of course not limited to the 6: 2 pole ratio limited by main motor to fan motor of the example, they can be much more in the described way easily also with main engines with four, eight and more Poland are applied.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene A-A durch den lüfterseitigen Kurzschlußring 11 des Hauptmotorläufers für den Fall, daß dieser 4polig ist. Durch entsprechende Schränkung kann auch hier die in Fig. 4 dargestellte günstige Anordnung der verlängerten Käfigstäbe im Blechpaket 6 des Lüftermotors erzielt werden. Ist die Polzahl des Hauptmotors größer als vier, so kann auch der Lüftermotor eine höhere Polzahl als zwei aufweisen.Fig. 3 shows a section in the plane A-A through the fan-side Short-circuit ring 11 of the main motor rotor in the event that it is 4-pole. By The favorable arrangement shown in FIG. 4 can also be correspondingly set here the extended cage bars in the laminated core 6 of the fan motor can be achieved. is If the number of poles of the main motor is greater than four, the fan motor can also have a higher number Have number of poles than two.

Erfindungsgemäß kann auch im Läufer des Hauptmotors eine zur Speisung des Lüftermotors dienende Hilfswicklung angeordnet sein. Diese Hilfswicklung kann sowohl als vorzugsweise mehrphasige Spulenwicklung als auch als Käfigwicklung ausgeführt sein. Sie kann ferner, mindestens teilweise, auch in besonderen Nuten des Hauptmotorläufers - vorzugsweise nach Art von Doppelkäfigläufern - untergebracht sein.According to the invention, a supply can also be provided in the rotor of the main motor the fan motor serving auxiliary winding be arranged. This auxiliary winding can designed both as a preferably multi-phase coil winding and as a cage winding be. You can also, at least partially, in special grooves of the main motor rotor - preferably in the manner of double cage rotors - be accommodated.

Der mit dem Lüfter verbundene Teil des Lüftermotors kann erfindungsgemäß auch als Synchronläufer ausgeführt sein. Erfolgt dies mit permanentmagnetischer Erregung, so ist der zusätzliche Vorteil einer Verbesserung des Leistungsfaktors des Hauptmotors erreichbar. Gegebenenfalls kann auch der genannte Teil des Lüftermotors als Reluktanzanker ausgebildet sein. Schließlich können auch Kombinationen dieser Ausbildungsformen miteinander sowie mit Kurzschlußläufern erfindungsgemäß vorgenommen werden.The part of the fan motor connected to the fan can according to the invention also be designed as a synchronous rotor. This is done with permanent magnetic Excitation, the added benefit is an improvement in the power factor of the main engine. If necessary, the mentioned part of the fan motor can also be used be designed as a reluctance armature. Finally, combinations of these can also be used Forms of training made with each other and with squirrel cage according to the invention will.

Für den Fall, daß die Läuferspannungen bzw. -ströme des Hauptmotors im Leerlauf oder bei sehr kleiner Last zu gering sind, um im Lüftermotor ein ausreichendes Drehmoment hervorzubringen, kann, um zu vermeiden, daß der Lüfter bei diesem Betriebszustand zu langsam läuft oder stehenbleibt, der Lüfter gegenüber der Hauptmotorwelle mit einer mechanischen Rücklaufsperre versehen sein. Dadurch wird erreicht, daß der Lüfter unter allen Umständen mindestens mit der Hauptmotordrehzahl läuft.In the event that the rotor voltages or currents of the main motor when idling or with a very low load are too low to have a sufficient output in the fan motor To produce torque can, to avoid the fan in this operating state runs too slowly or stops, the fan opposite the main motor shaft must be fitted with a mechanical backstop. Through this it is achieved that the fan under all circumstances at least with the main engine speed runs.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Ventilation of motors with slippage, in particular Three-phase motors, characterized in that one rotatable relative to the motor shaft The stored fan is driven by a fan motor, which acts as a brushless alternating current machine works and has a smaller number of poles than the main motor, with its rotor is rigidly connected and fed with rotor currents of the same. z. Ventilation of engines with slip rotor according to claim 1, characterized in that the fan motor is multi-phase is executed. 3. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 1, characterized characterized in that the fan motor as a single-phase alternating current machine, in particular is designed as a shaded pole motor. 4. Ventilation of motors with slippage after Claim 1, characterized in that the fan motor is independent from the rotor the main motor fed winding carries. 5. Ventilation of motors with slip runners according to claim 1, characterized in that the winding fed by the main motor of the fan motor is formed by part of the rotor winding of the main motor. 6. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 5, characterized in that that the cage bars or winding coils of the main motor rotor in the axial direction extended beyond this and passed through grooves in the laminated core of the fan motor are. 7. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 5, characterized in that that the laminated core of the fan motor from the extended winding parts passed through, in particular cage bars, the main engine is supported. 8: Ventilation of engines with slip rotor according to claim 5, characterized in that a cage winding of the main motor rotor, the short-circuit ring on the rotor side facing the fan only short-circuits the rotor bars that are not used to supply the fan motor and is passed around the remaining bars. 9. Ventilation of motors with slip rotors according to claim 5, characterized in that those penetrating the fan motor Parts of the main motor rotor winding are arranged so distributed in the laminated core of the fan motor are that they generate a circular rotating field that is as sinusoidal as possible. 10. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 5, characterized in that the Fan motor penetrating head of the main motor rotor in the space between the Laminated cores of the main and fan motor are set. 11. Ventilation of engines with slip rotor according to claim 1, characterized in that on the rotor of the main motor an auxiliary winding serving to feed the fan motor is arranged. 12. Ventilation of motors with slip rotors according to claim 11, characterized in that the Auxiliary winding housed at least partially in special slots in the main motor rotor is. 13. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 1, characterized in that that the part of the fan motor connected to the fan is short-circuited with a Polyphase winding, in particular a cage winding, is provided. 14. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 1, characterized in that the with The part of the fan motor connected to the fan is provided with permanent magnets. 15. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 1, characterized in that that the part of the fan motor connected to the fan is designed as a reluctance armature is. 16. Ventilation of motors with slip rotor according to claim 1, characterized in that that the fan opposite the main motor shaft with a mechanical backstop is provided. Documents considered: German Patent No. 516 747