DE2721211A1

DE2721211A1 - High speed async. motor squirrel-cage rotor - has centering ring for each short circuit ring, whose free inside portion has annular recess for short circuit ring abutment

Info

Publication number: DE2721211A1
Application number: DE19772721211
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Ing Karow
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1977-05-11
Publication date: 1978-11-16
Also published as: JPS53139110A

Abstract

The rotor core is firmly secured on a shaft (1). It is located by a centering ring (3) on the shaft, while the cage rods are firmly coupled outside the core to a short circuiting ring each. Each short circuiting ring is radially located by the centering ring. The inside (12) of each centering ring is axially pressed against the adjacent face ends of the cage rods (5). The free portion of the centering ring inside is provided with an annular recess (13), whose surface is abutted by the outer annular surface of an axial lug (4b) of the short circuiting ring (4). The inner ring surface surrounds the shaft and members carried by the same with a radial spacing. Preferably each short circuiting ring is of L-cross-section and has an annular relief edge between the axial lug and a disc-shaped radial part (4a).

Description

Käfigläufer für einen schnellaufenden AsynchronmotorSquirrel cage for a high-speed asynchronous motor

Die Erfindung betrifft einen Käfigläufer nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention relates to a squirrel cage according to the preamble of Main claim.

Bei schnellaufenden Asynchronmotoren sind besonders die beiderseits aus dem Blechpaket ragenden Enden der Käfigstäbe und die mit ihnen verbundenen Kurzschlußringe durch hohe Temperaturen bei großen Fliehkräften stark beansprucht und durch unkontrollierbare Unwuchten gefährdet, was bedeutet, daß die Verformungen aller beteiligten Bauteile infolge Wärmeausdehnung sowie durch Fliehkräfte und durch Schrumpf- und Preßverbindungen u.U. nicht mehr reproduzierbar sind und die zugehörigen Spannungen die Streckgrenze des Materials überschreiten.With high-speed asynchronous motors, especially those on both sides ends of the cage bars protruding from the laminated core and the short-circuit rings connected to them Heavily stressed by high temperatures with large centrifugal forces and by uncontrollable Imbalances endangered, which means that the deformation of all components involved due to thermal expansion as well as centrifugal forces and shrink and press connections may no longer be reproducible and the associated stresses limit the yield point of the material.

Man hat diese Schwierigkeiten durch im wesentlichen zwei Prinzipien oder Kombinationen derselben zu meistern versucht, die zum einen freifliegende Stab-Ring-Verbindungen mit freifliegenden Halteringen ohne Zentrierung auf der Welle oder zum anderen auf der Welle festgelegte Zentrierringe für die Kurzschlußringe vorsehen. Im erstgenannten Fall ist die axiale Wärmeausdehnung der Käfigstäbe praktisch unbehindert, jedoch eine Anordnung mit guter Rotationssymmetrie, hinreichender radialer Steifigkeit und großer Wuchtgüte notwendig. In dem zweitgenannten Fall ist die axiale Wärmeausdehnung der Kurzschlußstäbe und der Kurzschlußringe behindert, und zwar Je nach Höhe der Vorspannung infolge des Fertigungsverfahrens in mehr oder weniger unkontrollierter Weise.These difficulties are faced by essentially two principles or attempts to master combinations of the same, on the one hand free-floating rod-ring connections with free-floating retaining rings without centering on the shaft or on the other Provide centering rings fixed to the shaft for the short-circuit rings. In the former Case, the axial thermal expansion of the cage bars is practically unhindered, however an arrangement with good rotational symmetry, sufficient radial rigidity and great balancing quality necessary. In the second case mentioned is the axial thermal expansion the short-circuit rods and the short-circuit rings, depending on the height of the Preload as a result of the manufacturing process in a more or less uncontrolled manner Way.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem nach dem zweitgenannten Prinzip aufgebauten Käfigläufer der eingangs genannten Art ohne einschneidenden Mehraufwand die thermisch bedingten Verformungen und Verformungsunterschiede der einzelnen Teile sowie den Verlust an Preßkraft an den Schrumpfsitzen, die die Ursache für betriebliche Unwuchten bilden, weitgehend aufzuheben und einen Käfigläufer mit kontrollierbaren Eräfteverhältnissen zu schaffen.The invention is based on the object of one after the second mentioned Principle constructed squirrel cage of the type mentioned without incisive Overhead the thermally induced deformations and deformation differences of the individual parts as well as the loss of compressive force on the shrink seats, which are the cause for operational imbalances, largely cancel and use a squirrel cage to create controllable power relations.

Die Lösung der gestellten Aufgabe gelingt durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruches. Zur Realisierung der Aufgabe werden die Werkstoffe für die Welle, das Blechpaket, die Zentrierringe, die Kurzschlußringe und die Käfigstäbe sowie für die übrigen Teile aufeinander so abgestimmt, daß sich bei voller Drehzahl und bei den Betriebstemperaturen möglichst kleine reproduzierbare Radialverlagerungen und Axialkräfte ergeben.The solution to the given task succeeds through the characteristic Features of the main claim. The materials for the shaft, the laminated core, the centering rings, the short-circuit rings and the cage bars as well as for the other parts coordinated so that at full speed and the smallest possible reproducible radial displacements at the operating temperatures and axial forces result.

Die Erfindung ist für zwei Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt Fig. 1 und 2 je einen Längsschnitt durch einen halben Käfigläufer mit unterschiedlicher Blechpakethalterung und deren axialer Fixierung. Gleiche Teile sind in beiden Figuren mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.The invention is based on the drawing for two exemplary embodiments described in more detail below. It shows Fig. 1 and 2 each a longitudinal section half a squirrel cage with different laminated core holders and their axial ones Fixation. Identical parts are given the same reference numerals in both figures Mistake.

Auf der Welle 1 ist das Blechpaket 2 in üblicher Weise aufgeschrumpft und auf beiden Seiten durch aufgeschrumpfte Blechpaketdruckringe 6 axial festgelegt. Der eine Blechpaketdruckring liegt stirnseitig an einem Wellenbund 11 an, der andere Blechpaketdruckring 6 ist durch einen in einer Wellenringnut gehaltenen geteilten Innenring 7 formschltssig gegen axiale Verschiebung gesichert, wozu auf den geteilten Innenring 7 ein Haltering 8 aufgeschrumpft ist. Der Wellenbund 11 kann durch eine Ringanordnung 7, 8 ersetzt sein. Die in Nuten des Blechpaketes 2 angeordneten Käfigstäbe 5 sind an ihren Enden außerhalb des Blechpaketes mit von ihnen durchdrungenen, einen L-förmigen Querschnitt aufweisenden gurzschlußringen 4 hart verlötet. Die Stirnseiten der Käfigstäbe 5 liegen an den Innenstirnseiten 12 der massiven Zentrierringe 3 an, die auf die Welle 1 aufgeschrumpft sind und durch in Wellennuten angeordnete geteilte Innenringe 9 mit auf- geschrumpften Halteringen 10 gegen axiale Verschiebung gesichert sind. Die Innenringe 9 können mit den Halteringen 10 durch Schweißstellen 18 fest verbunden sein. Die Zentrierringe 3 sind an den Außenstirnseiten mit ringförmigen Auswuchtnuten 16 zum verstellbaren Anbringen nicht dargestellter Auswuchtkörper versehen. Das Auswuchten kann aber auch durch Wegnahme von Material an der Außenstirnseite und/oder am Umfang 17 der Zentrierringe erfolgen. Durch gezielte Formgebung und durch nachträgliches Verändern der Kontur der Zentrierringe 3, beispielsweise durch Abschrägen der Kanten oder durch (nachträgliches) Abschleifen am Umfang der Zentrierringe können deren Steifigkeit und damit die auf die Käfigstäbe ausgeübten Axialkräfte in jedem gewünschten Maße beeinflußt werden, da die auf der Welle fixierten Zentrierringe 3 auch die Aufgabe haben, der zusätzlichen temperaturabhängigen Längenänderung der Käfigstäbe 5 gegenüber der Welle 1 durch eine Druckkraft entgegenzuwirken und damit die Stülpverformung und -beanspruchung der Kurzschlußringe 4 zu begrenzen. Die Stülpsteifigkeit der Zentrierringe 3 ist hierfür so bemessen, daß einerseits ihre eigene Stülpbeanspruchung unter Berücksichtigung der anderen in den Zentrierringen 3 auftretenden Spannungskomponenten und andererseits die Druckbeanspruchung in den Käfigstäben 5 innerhalb des zulässigen Bereiches in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen.The laminated core 2 is shrunk onto the shaft 1 in the usual way and axially fixed on both sides by shrunk-on laminated core pressure rings 6. One of the laminated core pressure rings rests on the end face against a shaft collar 11, the other Laminated core pressure ring 6 is divided by one held in a shaft ring groove Inner ring 7 positively secured against axial displacement, including on the split Inner ring 7 a retaining ring 8 is shrunk on. The shaft collar 11 can by a Ring assembly 7, 8 be replaced. The cage bars arranged in the grooves of the laminated core 2 5 are at their ends outside of the laminated core with penetrated by them, one L-shaped cross-section having short-circuit rings 4 brazed hard. The front sides the cage bars 5 lie on the inner end faces 12 of the solid centering rings 3 on, which are shrunk onto the shaft 1 and arranged in shaft grooves split inner rings 9 with split shrunk retaining rings 10 against axial displacement are secured. The inner rings 9 can with the retaining rings 10 be firmly connected by welds 18. The centering rings 3 are on the Outer end faces with annular balancing grooves 16 for adjustable attachment are not provided balancing body shown. Balancing can also be done by removing it of material on the outer face and / or on the circumference 17 of the centering rings. Through targeted shaping and subsequent changing of the contour of the centering rings 3, for example by chamfering the edges or by (subsequent) grinding on the circumference of the centering rings, their rigidity and thus that of the cage bars exerted axial forces can be influenced to any desired extent, since the on the Shaft-fixed centering rings 3 also have the task of additional temperature-dependent To counteract the change in length of the cage bars 5 with respect to the shaft 1 by means of a compressive force and thus to limit the inverted deformation and stress on the short-circuit rings 4. The everting rigidity of the centering rings 3 is dimensioned for this purpose so that on the one hand their own everting stress taking into account the others in the centering rings 3 occurring stress components and on the other hand the compressive stress in the Cage bars 5 within the permissible range in a certain ratio to stand by each other.

Die Enden der Käfigstäbe 5 sowie die aus einem ringscheibenförmigen Radialteil 4a und einem Axialvorsprung 4b mit einer dazwischen angeordneten ringförmigen Entlastungskerbe oder Rundung 14 bestehenden Kurzschlußringe 4 sind so bemessen und ihre Axialvorsprünge 4b jeweils in einer an der Innenstirnfläche der Zentrierringe 3 angeordneten ringförmigen Aussparung 13 an deren Mantelfläche mit Abstand von deren Ringnutstirnseite zentriert, so daß sie sich bei Betriebstemperatur unter den betriebsmäßigen Fliehkräften gegenseitig nur geringfügig belasten. Dabei verringert sich die Rest-Stülpbeanspruchung der Kurzschlußringe 4, die von dem nicht unterdrückten Längendehnungsanteil der täfigstäbe 5 herrührt, insbesondere an der Entlastungskerbe 14, noch dadurch, daß die Stülpung der Zentrierringe 3 teilweise auf die zentrierende Mantelfläche der Aussparung 13 übertragen wird, eo daß die Spannungen der Kurzschlußringe 4 auf zulässige Werte begrenzt bleiben. Auch die Resultierende der Beanspruchungen der Zentrierringe 3 bleibt wegen der gleichmäßigen Verteilung der Kraftangriffspunkte in zulässigen Grenzen.The ends of the cage bars 5 and those of an annular disk-shaped Radial part 4a and an axial projection 4b with an annular projection arranged between them Relief notch or rounding 14 existing short-circuit rings 4 are dimensioned and their axial projections 4b each in one on the inner end face of the centering rings 3 arranged annular recess 13 on the outer surface at a distance of whose ring groove front side is centered so that it is below the operating temperature the operational centrifugal forces only slightly load each other. Reduced in the process the residual everting stress on the short-circuit rings 4, which were not suppressed by the The elongation in length of the daily rods 5 arises, in particular at the relief notch 14, still in that the eversion of the centering rings 3 partially on the centering Outer surface of the recess 13 is transferred, eo that the stresses of the short-circuit rings 4 remain limited to permissible values. Also the resultant of the stresses the Centering rings 3 remains because of the even distribution of Force application points within permissible limits.

Die Axialvorsprünge 4b der Kurzschlußringe in Fig. 1 umgeben die Welle 1 mit radialem Abstand und gehen derart in den Radialteil 4a über, daß dieser einen bestimmten Abstand sowohl zum Blechpaket 2 als auch zum Zentrierring 3 aufweist, der eine gute Kühlung des Kurzschlußrings 4 durch das umgebende Gas gewährleistet. Zur Verbesserung der Kühlung können die Zentrierringe 3 und/oder die Radialteile 4a der Kurzschlußringe mit Axialbohrungen 15a oder 15b versehen sein.The axial projections 4b of the short-circuit rings in Fig. 1 surround the shaft 1 at a radial distance and go into the radial part 4a in such a way that this one has a certain distance to both the laminated core 2 and the centering ring 3, which ensures good cooling of the short-circuit ring 4 by the surrounding gas. To improve the cooling, the centering rings 3 and / or the radial parts 4a of the short-circuit rings can be provided with axial bores 15a or 15b.

Fig. 2 zeigt einen Käfigläufer mit einer anderen Lage der geteilten Innenringe 7 unter Fortfall ihrer Halteringe 8. Hierzu sind die Blechpaketdruckringe 4 mit einem zylindrischen Axialfortsatz 6a versehen, der mit demselben Sitz wie der Druckring 6 auf die Welle 1 geschrumpft ist und axial über den Axialvorsprung 4b des zugeordneten Kurzschlußringes 4 hinausragt. Das Ende des Axialfortsatzes 6a ist durch einen geteilten Innenring axial fixiert und beide sind mit Schrumpfsitz von dem Zentrierring 3 umgeben. Der Axialvorsprung 4b umgibt den Axialfortsatz 6a mit radialem Abstand.Fig. 2 shows a squirrel cage with a different position of the divided Inner rings 7 with the omission of their retaining rings 8. The laminated core pressure rings are for this purpose 4 is provided with a cylindrical axial extension 6a which has the same seat as the pressure ring 6 is shrunk onto the shaft 1 and axially over the axial projection 4b of the associated short-circuit ring 4 protrudes. The end of the axial process 6a is axially fixed by a split inner ring and both are with a shrink fit surrounded by the centering ring 3. The axial projection 4b surrounds the axial extension 6a with radial spacing.

Die Werkstoffe für die Käfigstäbe 5 und die Kurzschlußringe 4 sind nach elektrischen Gründen zu wählen, so daß deren Wärmeausdehnungszahlen vorgegeben sind. Zur Aufhebung oder Minderung der axialen Längenausdehnung der Käfigstäbe gegenüber der Welle und der radialen Dehnung der Käfigstäbe mit Kurzschlußringen gegenüber Zentrierringen und Welle werden für die beteiligten Teile Werkstoffe mit angepaßten Wärmeausdehnungszahlen vorgesehen. So sind die Zentrierringe 3 aus amagnetischem Stahl gefertigt und weisen gleiche Wärmeausdehnungszahlen wie die Welle 1 auf, die etwa denen der Kurzschlußringe und Käfigstäbe entsprechen, damit die genannten Verlagerungen möglichst gering sind.The materials for the cage bars 5 and the short-circuit rings 4 are to be selected according to electrical reasons, so that their coefficients of thermal expansion are given are. To cancel or reduce the axial length expansion of the cage bars opposite the shaft and the radial expansion of the cage bars with short-circuit rings Centering rings and shaft are made of materials for the parts involved Coefficients of thermal expansion provided. The centering rings 3 are made of non-magnetic Made of steel and have the same coefficients of thermal expansion as the shaft 1, the roughly correspond to those of the short-circuit rings and cage bars, so that the shifts mentioned are as low as possible.

6 Patentansprüche 2 Figuren6 claims 2 figures

Claims

Claims Äfigläufer for a high-speed asynchronous motor with a nff of the shaft tightly fitting laminated core to accommodate the cage bars, the are firmly connected outside the laminated core each with a short-circuit ring and each short-circuit ring in the radial direction by a fixed on the shaft The centering ring is set so that everyone can Centering ring (3) with its inner end face (12) under axial pressure on the adjacent one The front end of the cage bars (5) is in contact and the free part of the inner front side (12) of the centering ring (3) has an annular recess (13) on its lateral surface at a distance from the face of the ring groove, the outer ring surface of an axial projection (4b) of the short-circuit ring (4), the inner ring surface of which the shaft (1) or on this supported parts (6a) surrounds at a radial distance.

2. Squirrel cage according to claim 1, characterized in that each Short-circuit ring (4) has an L-shaped cross-section and an annular relief notch or rounding (14) between the annular disk-shaped, firmly connected to the cage bars (5) Has radial part (4a) and the axial projection (4b).

3. Squirrel cage according to claim 1 and 2, characterized in that each short-circuit ring (4) at an axial distance from the centering ring (3) and from one the laminated core pressure ring (6) shrunk onto the shaft (1) and from the laminated core (2) lies.

4. Squirrel cage according to claim 3, characterized in that the short-circuit ring (4) with a radial distance over a cylindrical axial extension (6a) of the laminated core pressure ring (6) is arranged by the centering ring shrunk onto the shaft (1) (3) is held in a shrink-fit connection.

5. Squirrel cage according to the preceding claims, characterized in that that the laminated core pressure rings (6) and the centering rings (3) by split inner rings (7, 9) secured to be axially displaceable and the split inner rings (7) for the laminated core pressure rings (6) from the shrunk-on centering rings (3) are held.

6. Squirrel cage according to the preceding claims, characterized in that that the centering rings (3) and / or the radial parts (4a) of the short-circuit rings (4) are provided with axial bores (15a, b).