DE2365453C3 - Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen geblechten Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwicklung im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen. Ein solcher Läufer ist in der DT-PS 5 63 703 beschrieben.

Bei diesem bekannten Läufer werden die Einschnitte zwischen den eigentlichen Läufernuten durch eine Dämpferwicklung ausgefüllt. Dabei besteht die Dämpferwicklung aus in sich geschlossenen 8förmigen Windungen, deren äußere Spulenseiten in zwei benachbarten Nuten liegen und deren mittlere Spulenseiten etwa durch die Mine des zwischen diesen Nuten liegenden Zahns verlaufen oder durch etwa in der Mitte der Zähne verlaufenden Schlitze geführt sind. Die äußeren Spulenseiten können innerhalb der Nuten zwischen Nutenwand und Wicklung angeordnet sein. Auch kann die Dämpferwicklung aus mehreren gegeneinander isolierten Lagen von Draht bestehen. Bezweckt ist hiermit die Herabsetzung der Reaktanz der Dämpferwicklung, sn daß große Anlaufströme und damit große Anlauf

momente erzielt werden.

Ein anderes Problem bei Käfigläufermaschinen mit engem Kontakt zwischen unisolierten Stäben und Blechpaket besteht darin, daß sie, verglichen mit Maschinen, die isolierte Käfigstäbe besitzen, wesentlich erhöhte Zusatzverluste, schlechteren Wirkungsgrad, höhere Erwärmung im Stationärbetrieb und tiefere sowie über einen größeren Drehzahlbereich ausgedehnte Sättel in der Momentenkennlinie aufweisen. Diese Nachteile sind hauptsächlich durch die zwischen benachbarten Stäben fließenden Querströme, die im Blechpaket fließenden Axialströme und die in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließenden Oberwellenströme bedingt.

Bei Spritzgußläufer.Tiaschinen mit erhöhtem Schlupf ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Läuferblech bei Verwendung von Aluminiumlegierungen mit höherem spezifischen Widerstand besser als bei Verwendung von reinen Aluminiums. Noch größer wird der Einfluß der Leitfähigkeit in Querrichtung auf den Läuierwiderstand, wenn der Ringwiderstand groß geha'ten werden muß. um weiche Momentenkennlinien zu erreichen, die z. B. für Aufzugmaschinen, manche Zentrifugenmaschinen und Maschinen mit großer Schalthä'"figkeit erwünscht sind.

Durch die kleinen Übergangswiderstände können sich noch größere Querströme zwischen benachbarten Stäben ausbilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.

Außerdem können infolge einer mangelnden lsolie rung der Läuferbleche untereinander Ströme im Läufereisen in axialer Richtung fließen. Da das Blechpaket in diesem Fall keine Schrägungsstreuung sowie keine doppelt verkettete Streuung aufweist, können zusätzliche Verluste und Momente infolge Oberwellen entstehen, die die Eigenschaften der Maschine verschlechtern.

Schließlich können infolge Verunreinigungen der Läuferoberfläche mit Leichtmetall Ströme in der dünnen Oberflächenschicht des Läufers fließen. Die Oberflächenschicht weist ebenfalls keine Schrägungsstreuung sowie keine doppelt verkettete Streuung auf. Sie kann wie ein Spaltrohr betrachtet werden. Für die Grundwelle ist der Einfluß der Oberflächenschicht unbedeutend. Die Oberwellenströme dagegen rufen unerwünschte Verluste und Momente in der Oberflächenschicht hervor, die nicht zu übersehen sind.

Werden keine Maßnahmen zur Verhinderung der unerwünschten Strombildung getroffen, dann treten nach einiger Zeit Änderungen der Kontaktwiderstände, beispielsweise zwischen Käfigstäben und Blechpaket, wegen Erschütterungen und Wärmeausdehnungen auf und infolgedessen entstehen wesentliche Änderungen der Maschineneigenschaften. Die Maschinen »altern«.

Es ist versucht worden, die unerwünschten Ströme bei gespritzten Käfigläufern durch Isolierung gegen das Blechpaket zu unterdrücken, indem die Bleche nach dem Stanzen oxidiert oder phosphatiert werden und/oder die Oberfläche des fertigen Läufers angebrannt bzw. mit verdünnter Lauge behandelt wurde. Diese aufwendigen Maßnahmen sind jedoch aus wirtschaftlichen und technologischen Gründen für eine Serienfertigung nicht zur Anwendung gelangt.

Die Nutisolation bei Spritzgußläufern soll kurzzeitig etwa 75O⁰C und dauernd über 250° C ohne Beschädigung aushalten können. Dabei soll die Isolationsschicht mit Rücksicht auf eine gute Ausnutzung und Wärmeabgabe kleine Stärke besitzen. Es hatte den Anschein, daß

Schichten aus Oxyd, Phosphat oder Silikat diesen Anforderungen genügen könnten. Gründliche und aufwendige Untersuchungen haben jedoch pezeigt. daß die moderne Isolationstechnik noch nicht in der Lage ist, eine 100%ige Isolation zur Verfugung zu stellen, die die obenerwähnten Bedingungen für geschichtete Dynamobleche erfüllen kann.

Aus diesen Gründen ist es bisher nicht möglich gewesen, den billigen, einfachen Spritzgußläufer für manche Antriebe, beispielsweise Aufzugmaschinen, Serienmäßig zu verwenden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art unerwünschte Ströme auf einfache und wirtschaftliche Weise herabzusetzen und infolgedessen die Maschineneigenschaften derart zu verbessern, daß sie sich auch nicht im Laufe der Zeit ändern, ohne dazu ein teure und starke, wärmebeständige Stabisolation zu brauchen, wie sie bei manchen geschweißten Käfigläufern, z. B. von Zuckerzentrifugenmaschinen, verwendet wird und dadurch die Ausnutzung der Maschinen und der Wärmeabgabe bei gleichzeitiger erheblicher Verbilligung zu verbessern.

Eine erste Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß wenigstens in einem Teil der Einschnitte mindestens ein Stab aus wärmebeständigem isolationswerkstoff angeordnet ist.

Eine zweite Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem Käfigläufer der eingangs geschilderten Art darin, daß erfindungsgemäß wenigstens ein Teil der Einschnitte leer ist.

Bei Läufern mit geschweißten Käfigwicklungen können alle Bleche des Blechpaketes die erfindungsgemä-Ben Einschnitte aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers wird der elektrische Widerstand in Umfangsrichtung im Läufer so weit erhöht, daß sich derselbe Effekt wie bei einer gegen das Blechpaket isolierten Käfigwicklung ergibt. Der störende Einfluß der Querströme ist sehr stark herabgesetzt. Das Läuferblechpaket weist nun sowohl eine Schrägungsstreuung als auch eine doppelt verkettete Streuung auf und infolgedessen ist der Einfluß der axial verlaufenden Oberwellenströme im Blechpaket gleichfalls sehr stark unterdrückt. Dadurch wird eine gute Momentenkennlinie, ein guter Wirkungsgrad bei niedriger Motorenerwärmung im Stationärbetrieb erreicht, ohne daß im Ständer höhere Anlaufströme auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert, was eine Voraussetzung für einen guten Leistungsfaktor ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung können die Einschnitte die Käfignuten seitlich begrenzen.

Eine weitere Verbesserung der Maschineneigenschaften läßt sich erreichen, wenn die Oberflächenverluste durch Oberwellenströme unterdrückt werden. Zu diesem Zweck schlägt die Erfindung vor, daß zwischen den Läuferblechen in Abstand voneinander wärmebeständige Isolationsflächen angeordnei sind. Diese Isolierflächen können z. B. aus dünnflächigen Isolierkörpern oder aus phosphatierten oder oxidierten Dynamoblechen bestehen.

Bei geschlossenen Nuten mit verhältnismäßig breiten Stegen zur Läuferoberfläche hin und gespritzter Käfigwicklung sowie bei geschweißter Käfigwicklung auch mit halbgeschlossenen oder offenen Nuten können iii Abständen voneinander angeordnet einige Bleche mit einem kleineren Außendurchmesser ausgebildet sein. Auf diese Weise werden Querrillen gebildet, die den elektrischen Widerstand in axialer Richtung erhöhen und somit die axialen Oberwellenströme hauptsächlich in der Oberflächenschicht des Läufers unterdrücken.

Durch ausbildende Endplatten des Läufers mit gespritzter Käfigwicklung aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff. z. B. keramischem Werkstoff oder isoliertem Blech, kann eine Vergrößerung des Übergangswiderstandes zwischen den stirnseitigen Ringen der Käfigwicklung und dem Läuferblech erreicht werden. so daß die Oberwellenverluste weiter herabgesetzt werden.

Durch eine geeignete Auswahl der Läufernutform sowie der Form der Einschneie kann die Läuferstreuung in bestimmten Grenzen beeinflußt werden und als Folge dessen der Verlauf und die Größe des Stromes und des Momentes.

Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigt schematisch

F i g. I ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit halbgeschlossenen Käfignuten nach de Erfindung.

F i g. 2 ein Segment eines Endbleches oder eines sich in der Endzone des Läufers nach F i g. 1 befindenden Bleches,

F i g. 3 ein Blechsegment eines gespritzten Käfigläufers mit geschlossenen Käfignuten und an den Käfignuten anliegenden Einschnitten,

F i g. 4 ein Läuferblechpaket nach der Erfindung mit Querrillen und Isolationsschichten.

In den F i g. I bis 4 sind die Käfignuten mit 1, die Läuferbleche mit 2, die Einschnitte mit 3, die Stäbe aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff mit 4, die Endbleche mit 5, die Querrillen, die durch die Bleche mit kleinerem Außendurchmesser gebildet sind, mit 6 und die in axialer Richtung mit Abstand voneinander eingebauten Isolierflächen mit 7 bezeichnet.

Induktionsmaschinen.die mit den erfindungsgemäßen Läufern ausgerüstet sind, haben infolge der verringerten Zusatzverluste niedrigere Erwärmung und höhere Wirkungsgrade im Stationärbetrieb, so daß eine größere spezifische Leistung erreichbar ist. Die Maschinen weisen infolge der unterdrückten Zusatzmomente e'ne bessere Momentenkennlinie auf, die sich mit der Zeit nicht ändern kann: die Eigenschaften der Maschinen können also nicht durch Alterungserscheinungen beeinflußt werden. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Läufers erlaubt auch den Bau von Maschinen mit Leichtmetallspritzgußkäfigwicklungen für größere Leistungen, wie sie bisher nur bei Asynchronmaschinen mit geschweißten Käfigen möglich waren. Schließlich wird durch den erfindungsgemäßen Läufer die teuere wärmebeständige Siabisolation bei manchen geschweißten Käfigläufern überflüssig sowie die Ausnutzung der Maschinen und deren Wärmeabgabe verbessert, wobei gleichzeitig eine erhebliche Verbilligung erzieh werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwick- s lung Im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuien reichen, dadurch ge kennzeichnet, daß wenigstens in einem Teil der Einschnitte (3) mindestens ein Stab (4) aus wärmebeständigem Isolationswerkstoff angeordnet ist

2. Geblechter Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die K ihgwicklung im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und vom La jferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen, dadurch gekennzeichnet. ein Teil der Einschnitte (3) leer ist.

3. Käfigläufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (3) die Käfignuten (1) seitlich begrenzen.

4. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnseitenendbleche bzw. andere in der Endzone des Läufers liegende Läuferbleche keine Einschnitte (3) aufweisen.

5. Käfigläufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Läuferblechen (2) in Abstand voneinander wärmebeständige Isolationsflächen (7) angeordnet sind.

6. Käfigläufer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung von Querrillen (6) in Abstand voneinander angeordnete Läuferbleche oder Isolierscheiben aus wärmebeständigem Werkstoff kleineren Außendurchmessers als die übrigen Läuferbleche vorgesehen sind.

7. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen des Blechpaketes isolierend ausgebildet sind.