DE2462150A1

DE2462150A1 - Kaefiglaeufer

Info

Publication number: DE2462150A1
Application number: DE19742462150
Authority: DE
Inventors: Todor Dipl Ing Sabev
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-11-05
Filing date: 1974-11-05
Publication date: 1976-09-09
Also published as: DE2462150B2; DE2462150C3

Description

Käfigläufer Die Erfindung bezieht sich auf einen geblechten Käfigläufer für Asynchronmaschinen, bei dem zwischen den Nuten für die Käfigwiclçlung im Läuferblech Einschnitte angeordnet sind, die sich über die Länge des Läufers erstrecken, im wesentlichen radial gerichtet sind und - vom Läufer fang gerechnet - zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen. Käfigläufermaschinen mit engem Kontakt zwischen unisolierten Stäben und Blechpaket weisen, verglichen mit Maschinen, die isolierte Käfigstäbe besitzen, wesentlich erhöhte Zusatzverluste, schlechteren Wirkungsgrad, höhere Erwärmung im Stationrbetrieb und tiefere sowie über einen großeren Drehzahlbereich ausgedehnte Sättel in der Momentenkennlinie auf. 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.
ei Spritzgußläufermaschinen mit erhöhtem Schlupf ist der Kontaktwiderstand zwischen Käfigstab und Läuferblech bei Verwendung von Aluminiumlegierungen mit höherem spezifischen Widerstand besser als bei Verwendung reinen Aluminiums. Noch größer wird der Einfluß der Leitfähigkeit in Querrichtung auf den Läuferwiderstand, wenn der Ringwiderstand groß gehalten werden muß, um weiche Momentenkennlinien zu erreichen, die z.B. für Aufzugmaschinen, manche Zentrifugenmaschinen und Maschinen mit großer Schalthäufigkeit erwünscht sind.
Durch die kleinen übergangswiderstände können sich größere Querströme ausbilden, die unerwünschte Verluste und Momente hervorrufen.
Außerdem können infolge einer mangelnden Isolierung 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 11altern1' -.
Es ist versucht worden, die unerwünschten Ströme bei gespritzten Käfiglaufern. durch Isolierung gegen das Blechpaket zu unterdrücken, indem die Bleche nach dem Stanzen oxydiert oder phosphatiert wurden 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 750°C und dauernd über 250 C ohne Beschädigung aushalten können. Dahei soll die Isolationsschicht mit Rücksicht auf eine gute Ausnutzung und Wärmeabgabe kleine Stärke besitzen. Es hatte den Anschein, daß Schichten aus Oxyd, Phophat oder Silikat diesen Anforderungen genügen könnten. Gründliche und aufwendige Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß die moderne Isolationstechnik noch nicht in der Lage ist; eine 100 %ige Isolation zur Verfügung zu stellen, die die oben erwähnten Bedingungen für geschichtete Dynamobleche-erfüllen kann.
Aus diesen Gründen ist es bisher nicht möglich gewesen, den billigen, einfachen Spritzgußläufer für manche Antrieber beispielsweise für Aufzugmaschinen, serienmäßig zu verwenden.
Die Läufer für manche Zentrifugen- und andere Maschinen haben kupferne Stäbe mit einem großen Ouerschnitt und teuere, starke, wärmebeständige Stabisolation, die die Ausnutzung der Maschinen und die Wärmeabgabe verschlechtert.
Die Pinge sind aus Widerstandsmaterial mit einer großen Kühlungsoberrlache.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei gespritzten und geschweißten Käfigläufern für Induktionsmaschinen die Bildung von unerwünschten Strömen auf einfache und wirtschaftliche Weise stark herabzusetzen und infolgedessen die Maschineneigenschaften derart zu verbessern, daß sie sich auch nicht im Laufe der Zeit ändern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darein, die teuere und starke, wärmebeu standige Stabisolation bei menschen geschweißten Käfiglaufernt z.B. Zuckerzentrifugenmaschinen, überflüssig zu machen und dadurch die Ausnutzung der Maschinen und der Wärme abgabe bei gleichzeitiger erheblicher Verbilligung zu verbessern.
Die Lösung der gestellten Aufgabe durch die Erfindung besteht bei einem geblechten Läufer der einganys geschilderten Art darin, daß er erfindungsgemäß - bei gespritzter Käfigwicklung die Stirnseitenendbleche bzw. andere in der Endzone des Läufers liegende Bleche ausgenommen - zwischen den Käfignuten liegende, sich über die Länge des Läufers erstreckende, im wesentlichen radial gerichtete, geschlossene oder am Läuferumfang ausmnndende Einschnitte aufweist, die vom Läuferumfang gerechnet zumindest bis in die halbe Höhe der Käfignuten reichen, und daß zumindest in ein Teil der Einschnitte wenigstens zwei elektrisch leitende Stäbe angebracht sind. Bei Läufern mit geschweißten Käfigwicklungen können die Käfignuten ein solches Profil aufweisen, daß die Käfigstäbe entweder nur stellenweise durch das Blech unterstützt werden oder die eine etwa radial gerichtete Hochstabseite nur stellenweise durch das Blech unterstützt wird und die ganze andere Seite vollkommen am Blech liegt. Die Einschnitte sind in diesem Fall zumindest einseitig mit der Käfignut zusammengebaut. Alle Läuferbleche können die gleiche Stanzung 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 Kefigz7icklung ergibt.
Der Einfluß der unerwünschten Ströme 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 ISTirkungsgrad bei niedriger Notorenerwärmung im Stationärbetrieb, erreicht, ohne daß im Ständer höhere Anlaufströme auftreten; der Magnetisierungsstrom wird kaum geändert, was eine Voraussetzung für einen guten Leistungsfaktor ist.
Die Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung in verschiedenen Ausführungsformen beispielhaft erläutert. Es zeigen schematisch Fig. 1 im Schnitt die erfindungsgemäße Blechstanzung und Stab anordnung in einer Ausführungsform; Fig. 2 im Schnitt die erfinuungsgemäße Blechstanzung und Stab anordnung in einer zweiten Ausführungsform; Fig. 3 im Schnitt die erfindungsgemäße Blechstanzung und Stabanordnung in einer dritten Ausführungsform.
In den Figuren 1 bis 3 sind die Läuferbleche mit (1), die Käfigstäbe aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Werkstoff mit (2), die Käfigstäbe aus ferromagnetischem Werkstoff mit (2a), die Zwischen-Nuten (Einschnitte) mit (3), die Profilstäbe mit (4), die leeren Nutteile mit (5) und die Käfignuten mit (6) bezeichnet.
Die in Fig. 1 dargestellte Ausführungsform zeigt einen Läufe chnitt mit einem SXäfigstab (2) aus unmagnetischen oder (2a) aus ferromagnetischem elektrisch leitendem Werkstoff und einen leeren Nutteil (5) zur Unterbrechung der Querströme. In diesem Fall ist die eine, etwa radial gerichtete, Uochstabseite nur stellenweise durch das Blech unterstützt und die ganze andere Stabseite liegt vollkommen am Blech. Neben dieser bevorzugten Ausführungsform könnten auch zu heiden Seiten des Käfigstabes (2,2a) leere Mutteile vorgesehen sein.
Die Ausführungsform nach Fig. 2 zeigt einen einfachen Nutenschnitt, in welchen entwecer ein Käfigstab (2) aus unmagnetischem ITerkstoEf oder ein Käfigstab (2a) aus ferromagnetischem Werkstoff und ein Profilstab (4) angeordnet sind. Der Profilstab (4) kann aus wärmebeständiger-.l Isolier-Werkstoff oder aus elektrisch leitenden Werkstoff bestehen, der gegebenenfalls auch ferromagnetisch sein kann. Die Unterbrechung der Querströme als TIaßnahme gegen Alterung erfolgt zwischen den beiden Stäben (2 bzw. 2a) und (4). Es ist selbstverständlich auch möglich, mehr als zwei Stäbe je Einschnitt zu verwenden.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist z.B. für einen Aufzugmotorenläufer vorgesehen, wobei entweder Käfigstäbe (2) aus unmagnetischem, elektrisch leitendem Werkstoff oder Käfigstäbe (2a) aus ferromagnetischem Werkstoff verwendet werden. In den Zwischennuten (3) sind je zwei Profilstäbe (4) aus unmagnetischem Werkstoff angeordnet. Die Unterbrechung der Querströme findet in den Zwischennuten (3) statt. Die Breite der Zwischennut (3) kann in der unteren Hälfte schmaler sein. Dann wird hier ein leerer Nutteil (5) gebildet.

Claims

Patentansprüche

1. Geblechter 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 äfignuten reichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (3) mit den Käfignuten (6) so zusammengebaut sind, daß die eine, etwa radial gerichtete Seite der Käfigstäbe (2, 2a) stellenweise und die ganze andere Stabseite durch das Blech (1) unterstützt sind.

2. Käfigläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigstäbe (2,2a) nur stellenweise durch das Blech (1) unterstützt sind.

3. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Einschnitten (3) entweder unter Belassung wenigstens eines einseitigen leeren Nutteils (5) ein elektrisch leitender unmagnetischer Stab (2) oder ferromagnetischer Stab (2a) und ein Profilstab (4) aus elektrisch leitendem oder wärmebeständigem Isolationsmaterial angeordnet ist bzw. sind.

4. Käfigläufer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschnitte (3) kleinere Höhe, als die Käfignuten (6) aufweisen, in der unteren Hälfte schmäler sind und die schmäleren Einschnitteile (5) mit Luft gefüllt sind.