DE19633217C1 - Asynchronmotor in Käfigläuferausführung, insbesondere Außenläufermotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor in Käfig­ läuferausführung, insbesondere einen Außenläufermotor nach der Gattung des Anspruchs 1.

Derartige Asynchronmotoren, auch Käfigläufer genannt, sind in vielfachen Ausführungen seit langem bekannt. Die Nut­ form im Blechpaket und damit die Form des Läuferstabes kann je nach geforderter Momentenkennlinie sehr unter­ schiedlich sein. Die Charakteristik des Motors wird hier­ durch wesentlich beeinflußt. Je nach angetriebener Maschine, spezifischem Momentenbedarfsverlauf und gewünschten Regulierungsmöglichkeiten (Spannungs-/Drehzahl­ kurve) wird eine Vielzahl unterschiedlicher Stabquer­ schnitte realisiert, wobei der Querschnitt der Stäbe bzw. Nuten über die gesamte Länge gleichbleibend ist.

Für eine spannungsregulierbare Maschine ist ein dem ver­ änderten Betriebspunkt bzw. Momentenbedarf entsprechendes Wellenmoment bei reduzierter Drehzahl nach Möglichkeit bei optimalem Motorwirkungsgrad erwünscht. Dies führt zu einer Vielzahl gewünschter Motorauslegungen mit unterschied­ lichem Blechschnitt für die Einzelbleche, was auf Grund teurer Werkzeuge für den Blechschnitt bei industrieller Herstellung zwangslaufig zu Kompromissen führen muß.

Bei einem aus der US 2 528 960 bekannten Asynchronmotor der eingangs genannten Gattung sind die Nuten und Rotor­ stäbe jeweils untereinander durch Querkanäle bzw. Quer­ stege verbunden. Hierdurch wird ein höherer Widerstand des Käfigs angestrebt, um den Leistungsfaktor des Motors zu erhöhen. Bereiche mit geringem Querschnitt und Bereiche mit großem Querschnitt wechseln sich entlang der Kurz­ schlußringe ab, so daß in der Summe gesehen der Quer­ schnitt über den Umfang identisch bleibt. Eine Motor­ auslegung gemäß einem bestimmten Betriebspunkt bzw. Momentenbedarf ist dadurch nicht möglich.

Ein aus der DE 24 61 851 B1 bekannter Asynchronmotor besitzt eine verschiebbare ferromagnetische Hülse zur Veränderung der Motorcharakteristik. Eine derartige Kon­ struktion ist jedoch aufwendig und teuer, wobei die Zahl gewünschter Motorauslegungen dennoch sehr begrenzt ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, bei einer überschaubaren Anzahl von Blechschnitten mit gleichem Herstellungsverfahren, das heißt, bei einer über­ schaubaren Anzahl von unterschiedlichen Einzelblech­ ausführungen, feinst abstufbare Motorcharakteristiken rea­ lisieren zu können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht insbe­ sondere darin, daß bereits bei beispielsweise zwei unter­ schiedlichen Einzelblechausführungen durch Kombinationen dieser beiden Ausführungen die unterschiedlichsten Motor­ charakteristiken realisiert werden können: Schon bei zwei Ausführungen ist nämlich das Verhältnis der Länge der Nut mit dem einen Querschnitt zur Länge der Nut mit dem anderen Querschnitt praktisch beliebig einstellbar, so daß alle Motorcharakteristiken realisierbar sind, die zwischen einer einheitlichen Ausführung mit einer Nut mit dem einen Querschnitt und einer einheitlichen Ausführung mit einer Nut mit dem anderen Querschnitt liegen. So kann eine sehr große Vielzahl feinst abstufbarer Motorcharakteristiken bereits mit zwei unterschiedlichen Blechausführungen rea­ lisiert werden, was in der Regel bereits ausreichend ist. Selbstverständlich kann diese Variabilität bei drei Einzelblechausführungen oder mehr noch weiter erhöht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Asynchronmotors möglich.

Vorzugsweise enthält das Blechpaket zur Bildung der Nuten mit über ihre Länge wechselndem Querschnitt wenigstens zwei unterschiedliche Einzelblechausführungen, die sich durch die Gestalt und/oder Anordnung ihrer Ausnehmungen unterscheiden. Durch variable Aneinanderschichtung von beispielsweise zwei unterschiedlichen Einzelblechaus­ führungen kann dadurch die gewünschte Motorcharakteristik aus einem großen Motorcharakteristikbereich sehr exakt eingestellt werden. Je unterschiedlicher beispielsweise die Gestalt der beiden unterschiedlichen Ausnehmungen ist, desto größer ist dieser Motorcharakteristikbereich. Dabei können sich die Ausnehmungen insbesondere durch eine unterschiedliche geometrische Form und/oder Fläche unter­ scheiden.

Die Ausnehmungen sind zweckmäßigerweise über den Rotor­ umfang gleichmäßig verteilt, so daß bei der Aneinander­ schichtung der Einzelbleche je nach Wunsch eine Vielzahl zur Längsrichtung paralleler oder schräger Nuten gebildet werden kann.

Die Einzelbleche für Außenläufermotoren sind zweckmäßiger­ weise als Ringscheiben und für Innenläufermotoren als Ring- oder Kreisscheiben ausgebildet.

Insbesondere bei den erfindungsgemäß abgestuften Rotor­ stäben, vor allem bei Mehrfachabstufungen, können die Rotorstäbe in einfachster Weise dadurch gebildet werden, daß die Nuten mit dem Rotorstabmaterial ausgegossen werden, wobei die Rotorstäbe insbesondere als Druckguß­ körper ausgebildet sind.

Zur Erzielung eines kompakten und eigenstabilen Blech­ pakets sind die Einzelbleche in vorteilhafter Weise rand­ seitig miteinander verschweißt, insbesondere durch mehrere Schweißnähte in der Rotor-Längsrichtung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine erste Ausführung eines ringförmigen Einzel­ blechs zur Bildung des Blechpakets eines Rotors,

Fig. 2 eine zweite Ausführung eines ringförmigen Einzelblechs zur Bildung des Blechpakets eines Rotors mit gegenüber Fig. 1 abweichender Gestalt der Ausnehmungen,

Fig. 3 eine Seitenansicht eines aus Einzelblechen gemäß Fig. 1 und Fig. 2 zusammengesetzten Rotors, teilweise als Durchbrechung dargestellt,

Fig. 4 ein Diagramm Mechanische Leistung/Drehmoment sowie Wirkungsgrad/Drehmoment mit Kennlinien für verschiedene Nutauslegungen und

Fig. 5 ein Diagramm Drehzahl/Drehmoment sowie Strom-Drehmoment mit Kennlinien für verschiedene Nut­ auslegungen.

In den Fig. 1 und 2 sind ringförmige Einzelbleche 10, 11 mit unterschiedlichen Nutausnehmungen 12, 13 dargestellt. Die Nutausnehmungen 12 des Einzelblechs 10 sind im wesent­ lichen kreisförmig ausgebildet, während die Nutaus­ nehmungen 13 des Einzelblechs 11 jeweils viereckig aus­ gebildet sind und eine größere Fläche besitzen. Die Nut­ ausnehmungen 12, 13 sind jeweils an der Ring-Innenseite gleichmäßig über den Umfang verteilt und besitzen zur Ring-Innenseite hin schlitzartige Durchbrüche 14. Die Zahl der Nutausnehmungen 12 bzw. 13 beträgt dreißig, wobei diese Zahl selbstverständlich variieren kann.

Eine Vielzahl solcher Einzelbleche 10, 11 ist gemäß Fig. 3 zu einem Blechpaket aneinandergeschichtet, das den Rotor eines Asynchronmotors in Käfigläuferausführung bildet, der als Außenläufermotor ausgebildet ist. Zur Einfachung der Darstellung sind lediglich einige Einzelbleche am linken Endbereich dieses Rotors 15 dargestellt. Sie erstrecken sich jedoch tatsächlich über die gesamte Länge des Rotors 15. Diese Einzelbleche 10, 11 sind durch vier Längs­ schweißnähte 16 miteinander verschweißt bzw. aneinander fixiert. Selbstverständlich sind auch andere bekannte Fixierungsmöglichkeiten, z. B. Verkleben, Verschrauben od. dgl., möglich.

Die schlitzartigen Durchbrüche 14 der Nutausnehmungen 12 bzw. 13 bilden beim Aneinanderreihen von Einzelblechen 10 bzw. 11 Nutschlitze 17 an der Innenseite des Rotors 15. Diese sind im Bereich des dargestellten Durchbruchs er­ kennbar. Die Einzelbleche 10, 11 sind dabei so aneinander­ gereiht, daß die Nutschlitze 17 schräg zur Längsachse des Rotors 15 oder auch schräg zu den nicht dargestellten Nut­ schlitzen des ebenfalls nicht dargestellten Stators ver­ laufen. Der Schrägverlauf dient zur Vergleichmäßigung des übertragenen Moments, das heißt zur Reduzierung der Schwankung des Moments über dem Verdrehwinkel.

Über seine Länge 11 besteht der Rotor 15 aus Einzelblechen 11, während er über die Länge 12 aus Einzelblechen 10 besteht. Hierdurch werden jeweils abgestufte kanalartige Nuten 18 entlang der Nutschlitze 17 gebildet, die eben­ falls entsprechend schräg verlaufen. Bei der gestrichelten Darstellung einer Nut 18 ist dies zur Vereinfachung nicht berücksichtigt.

Die Nuten 18 werden beispielsweise im Druckgußverfahren mit Rotorstabmaterial ausgegossen, so daß entsprechend geformte Rotorstäbe 19 gebildet werden. Diese bestehen beispielsweise aus Al-Si-Legierungen oder aus Al-Na-Legierungen. Prinzipiell besteht auch die Möglichkeit, vorgefertigte Rotorstäbe in die Nuten einzusetzen, was allerdings kaum praktiziert wird.

Die massiven Rotorstäbe 19 sind an ihren beiden Enden mit massiven Kurzschlußringen 20 zu einem Rotorkäfig verbunden.

Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Diagramme zeigen Meßkurven für verschiedene geometrische Auslegungen der Nuten 18. Die physikalische Auswirkung unterschiedlicher Nut- bzw. Stabquerschnitte ist ein veränderter elektrischer Widerstand in den Stäben des Rotors. Dabei ist in Fig. 4 die Abhängigkeit des Drehmoments M vom Wirkungsgrad ε und von der mechanischen Leistung P dargestellt. Weiterhin ist in Fig. 5 die Abhängigkeit des Drehmoments M vom Strom I und von der Drehzahl n dargestellt. Dabei sind die Meßkurven 1 einem Rotor zugeordnet, der ausschließlich aus Einzelblechen 11 gemäß Fig. 2 besteht, also Nuten mit großem rechteckigen Querschnitt besitzt. Dagegen beziehen sich die Meßkurven 2 auf einen Rotor, der ausschließlich aus Einzelblechen 10 gemäß Fig. 1 besteht, also Nuten mit kleinerem runden Querschnitt besitzt. Die Verhältnisse bei abgestuften Nuten gemäß Fig. 3 sind durch die Meßkurven 4 wiedergegeben. Der entsprechende Rotor besitzt gemäß Fig. 3 einen Abschnitt 21, der aus Einzelblechen 11 gemäß Fig. 2 besteht, und einen Abschnitt 22, der aus Einzelblechen 10 gemäß Fig. 1 besteht. Die Längenverhältnisse der Bereiche mit größerem rechteckigen Querschnitt zur Länge der Bereiche mit kleinerem runden Querschnitt beträgt 3 5. Bei einem umgekehrten Verhältnis 5 : 3 würden sich die Meßkurven 3 ergeben. Dies zeigt, daß man durch geeignete Wahl dieser Verhältnisse praktisch alle Motorcharakteri­ stiken zwischen den Meßkurven 1 und 2 darstellen kann.

Selbstverständlich sind noch weitere Varianten dadurch möglich, daß durch abwechselndes Verwenden von Einzel­ blechen 10 und Einzelblechen 11 mehrstufige Rotorstäbe 19 gebildet werden. Auch hier können die Längenverhältnisse wieder variiert werden. Weiterhin sind die Querschnitte der Nuten 18 selbstverständlich nicht auf die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Verhältnisse beschränkt, sondern es sind prinzipiell auch viele andere Nutformen möglich, die miteinander kombiniert werden können. Das Wesentliche an der Erfindung besteht darin, daß bei einer möglichst ge­ ringen Zahl von Einzelblechausführungen durch entsprechen­ des Kombinieren eine bestimmte Motorcharakteristik aus einem großen Bereich ausgewählt werden kann. Die Motor­ charakteristik ist dabei feinst abstufbar.

Bei einer Ausbildung als Innenläufermotor gelten die Aus­ führungen entsprechend. In diesem Falle haben die Einzel­ bleche wiederum eine ringförmige oder kreisförmige Gestalt, wobei die Nutschlitze 17 radial nach außen weisen und die Nuten bzw. Rotorstäbe im Bereich des Außenumfangs angeordnet sind.

Claims (9)

1. Asynchronmotor in Käfigläuferausführung, ins­ besondere Außenläufermotor, mit einem den Rotor bildenden, aus einer Vielzahl von aneinandergeschichteten Einzel­ blechen bestehenden zylindrischen Blechpaket und mit einer aus mehreren massiven Rotorstäben bestehenden Rotor­ wicklung, wobei die Einzelbleche jeweils über den Rotor­ umfang verteilte Ausnehmungen aufweisen und so angeordnet sind, daß kanalartige Nuten zur Aufnahme der entsprechend geformten Rotorstäbe durch hintereinanderliegende Ausnehmungen gebildet werden, und die Nuten und Rotorstäbe jeweils wenigstens zwei Bereiche mit unterschiedlichem Querschnitt aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorstäbe (19) nur an ihren Enden jeweils über einen Kurzschlußring (20) miteinander verbunden sind, daß die Nuten (18) über Nutenschlitze (17) zum Stator hin offen sind und daß die wenigstens zwei Bereiche (21, 22) mit unterschiedlichem Querschnitt bei allen Nuten (18) und Rotorstäben (19) entsprechend angeordnet sind.

2. Asynchronmotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Bildung der Nuten (18) mit über ihre Länge wechselndem Querschnitt das Blechpaket wenigstens zwei unterschiedliche Ausführungen von Einzelblechen (10, 11) enthält, die sich durch die Gestalt und/oder Anordnung ihrer Ausnehmungen (12, 13) unterscheiden.

3. Asynchronmotor nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 13) eine unterschied­ liche geometrische Form und/oder Fläche aufweisen.

4. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (12, 13) gleichmäßig über den Rotorumfang verteilt sind.

5. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbleche (10, 11) für Außenläufermotoren als Ringscheiben und für Innenläufermotoren als Ring- oder Kreisscheiben ausge­ bildet sind.

6. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nuten (18) mit einem Rotorstabmaterial ausgegossen sind.

7. Asynchronmotor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Rotorstäbe (19) als Druckgußkörper aus­ gebildet sind.

8. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutschlitze (17) schräg zur Längsrichtung des Rotors (15) und/oder schräg zu Nutschlitzen des Stators angeordnet sind.

9. Asynchronmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelbleche (10, 11) randseitig miteinander verschweißt sind, ins­ besondere durch mehrere Schweißnähte (16) in der Rotorlängsrichtung.