DE3319915A1

DE3319915A1 - Three-phase asynchronous machine

Info

Publication number: DE3319915A1
Application number: DE19833319915
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 8399 Ruhstorf Falk; Walter Dipl.-Ing. Kolmeder
Original assignee: Loher GmbH
Current assignee: Loher GmbH
Priority date: 1983-06-01
Filing date: 1983-06-01
Publication date: 1984-12-06
Also published as: DE3319915C2

Abstract

A three-phase asynchronous machine with a squirrel-cage rotor having a dedicated cooling device is proposed, whose special feature is that the short-circuiting rings are designed as short-circuiting discs and have cooling fins which are bent out of the plane of said discs and are integral therewith, and are formed from the part of the metal sheet from which the short-circuiting discs are cut, which is located inside the electrically effective internal diameter of the relevant short-circuiting disc. In this way, intensive cooling of the rotor cage is achieved without increased use of electrically conductive material, and independently of the shape of the rotor rods. Fig. 1 shows the sheet-metal blank of such a short-circuiting disc 1 with integrally formed cooling fins 5 which are bent out of the plane of the disc along the line 6. The individual cooling fins 5 are separated from one another by stamped-out areas 3, from their free end to the electrically effective internal diameter of the short-circuiting disc. <IMAGE>

Description

Beschreibung description

Die Erfindung bezieht sich auf Drehstrom-Asynchron-Maschinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to three-phase asynchronous machines according to the preamble of claim 1.

Beim Einsatz von Drehstrom-Asynchron-Motoren mit Käfigläufern für häufigen Schweranlauf, wie es vor allem bei Personenaufzügen und Zentrifugen der Fall ist, wird besonders der Läufer durch Anlauf- und Bremswärme thermisch stark belastet. Die mögliche Leistungsausbeute eines vorgegebenen aktiven Volumens hängt deshalb in erster Linie von einer Begrenzung der Läufertemperaturen auf ungefährliche Werte ab. Man ist deshalb bestrebt, den Läufer besonders intensiv zu kühlen, um eine höhere Verlustdichte und damit höhere Leistung zu ermöglichen. So schlägt das DE-GM 77 11 446 eine eigene Kühleinrichtung für den Läufer vor, die dadurch erhalten wird, daß die Stromverdrängungsstäbe über die Paketenden herausgezogen und als Lüfter und wärmeabgebende Oberflächenvergrößerung ausgebildet werden. Dies ist jedoch mit einem höheren Einsatz an Leiterwerkstoff und damit einer Vergrößerung der Herstellungskosten verbunden. Außerdem ist die Kühlwirkung doch nicht gesichert, wo aus elektrischen Gründen runde Läuferstäbe verwendet werden müssen.When using three-phase asynchronous motors with squirrel cage rotors for frequent heavy starting, as is the case with passenger elevators and centrifuges in particular If this is the case, the runner in particular becomes thermally strong due to the start-up and braking heat burdened. The possible power output of a given active volume depends therefore primarily from a limitation of the rotor temperatures to harmless Values from. The aim is therefore to cool the runner particularly intensively in order to to enable a higher loss density and thus higher performance. That's how it beats DE-GM 77 11 446 has its own cooling device for the runner, which is thereby obtained is that the current displacement rods pulled out over the package ends and used as a fan and exothermic surface enlargement are formed. However, this is with a higher use of conductor material and thus an increase in manufacturing costs tied together. In addition, the cooling effect is not assured, where from electrical Reasons round rotor bars must be used.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ohne Mehrverbrauch an elektrisch leitendem Material unabhängig von der Stabform eine intensive Kühlung des Läuferkäfigs zu erreichen.The invention is based on the object without additional consumption of electricity conductive material, irrespective of the rod shape, intensive cooling of the rotor cage to reach.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1-genannten Merkmale gelöst.The above object is achieved by the characterizing part of the claim 1-mentioned features solved.

Die Erfindung geht von der Überlegung aus, daß bei den Motoren für Schweranlauf oder erhöhte Schalthäufigkeit aus elektrischen Gründen der Widerstand der Kurzschlußringe verhältnismäßig groß gehalten werden muß und damit zu Kurzschlußringen führt, die in der Gestalt mehr scheibenförmig sind als ring- oder rohrförmig, so daß es zweckmäßig ist, die Kurzschlußringe in für sich bekannter Weise aus elektrisch leitendem Blech aufzubauen und die für die Aufnahme der Stäbe notwendigen Öffnungen (Löcher oder Schlitze) nicht zu bohren und zu fräsen, sondern genau wie bei den Dynamoblechen des Läuferpaketes zu stanzen. Der äußere Durchmesser solcher Kurzschluß scheiben ist durch den Außendurchmesser des Läufers vorgegeben. Der erforderliche Querschnitt wird durch die Dicke des Materials und den inneren Durchmesser gegeben. Das Material, welches innerhalb des so bestimmten inneren Durchmessers liegt, ist elektrisch unerwünscht und wurde daher bisher entfernt. Demgegenüber beruht die Erfindung auf der Erkenntnis, daß dieses Material bei der Gestaltung gemäß dem Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 an der Kurzschlußscheibe belassen werden kann, ohne den elektrischen Widerstand der Kurzschlußscheibe zu verändern, und dann überdies zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche oder sogar zur Belüftung des Läufers heranziehbar ist.The invention is based on the consideration that the motors for Heavy starting or increased switching frequency electrical reasons the resistance of the short-circuit rings must be kept relatively large and thus leads to short-circuit rings that are more disc-shaped in shape than ring-shaped or tubular, so that it is useful to put the short-circuit rings in by themselves known way to build from electrically conductive sheet metal and for the inclusion not to drill or mill the necessary openings (holes or slots) for the rods, but just like with the dynamo sheets of the rotor package. The outer one The diameter of such short-circuit disks is the outer diameter of the rotor given. The required cross section is determined by the thickness of the material and given the inner diameter. The material that is within the so determined Inner diameter is electrically undesirable and has therefore been removed so far. In contrast, the invention is based on the knowledge that this material in the Design according to the characterizing part of claim 1 on the short-circuit disk can be left without increasing the electrical resistance of the short-circuit disk change, and then, moreover, to enlarge the heat-emitting surface or can even be used to ventilate the runner.

Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte, bevorzugte Ausführungen des Gegenstandes des Anspruchs 1.The subclaims relate to advantageous, preferred designs of the subject matter of claim 1.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert: In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 das Stanzbild einer Kurzschluß scheibe, Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Kurzschlußscheibe nach Fig. 1 im Querschnitt mit aus der Ebene der Kurzschlußscheibe herausgebogenem Kühllappen, Fig. 3 einen mit Kurzschlußscheibe nach Fig. 1 und 2 ausgerüsteten kompletten Läufer im Längsschnitt, Fig. 4 das Stanzbild einer weiteren Kurzschlußscheibe, Fig. 5 einen Ausschnitt aus der Kurzschluß scheibe nach Fig. 4 im Querschnitt mit aus der Ebene der Kurzschlußscheibe herausgebogenem Kühl lappen und Fig. 6 einen mit Kurzschlußscheibe nach Fig. 4 und 5 ausgerüsteten, kompletten Läufer im Längsschnitt.The invention is illustrated below with reference to the drawing using two exemplary embodiments explained in more detail: In the drawing: Fig. 1 shows the punched image of a short circuit disk, Fig. 2 shows a section of the short-circuit disk according to FIG. 1 in cross section with a cooling flap bent out of the plane of the short-circuit disk, Fig. 3 a complete rotor equipped with a short-circuit disk according to FIGS. 1 and 2 in longitudinal section, FIG. 4 the punched image of a further short-circuit disk, FIG. 5 a Detail of the short-circuit disk according to FIG. 4 in cross section with out of the plane the short-circuit disk bent out cooling flap and Fig. 6 with a short-circuit disk 4 and 5 equipped, complete rotor in longitudinal section.

Die Fig. 1 zeigt das Stanzbild einer Kurzschlußscheibe 1 mit Öffnungen 2 für Rundstäbe, die in Fig. 3 zu sehen und dort mit 13 bezeichnet sind. Durch Ausstanzungen 3 wird der elektrisch wirksame Querschnitt bzw. der Innendurchmesser der Kurzschlußscheibe 1 jeweils an der Stelle 4 festgelegt, und es werden gleichzeitig große Kühllappen 5 gebildet, die gemäß Fig. 2 jeweils an der Stelle 6 rechtwinklig abgebogen werden und als wärmeabgebende Oberfläche dienen, die durch die natürliche Rotation des Läufers oder durch eine zusätzliche überlagerte Kühlluftströmung, erzeugt durch einen Lüfter üblicher Bauart, gekühlt wird. Die Öffnungen 7 in den Kühllappen 5, bei diesem Beispiel kreisrund, dienen zur Erhöhung der Turbulenz der Kühlluftströmung und damit zu einer Verbesserung der Wärmeabfuhrziffer. Die zwischen zwei großen Kühllappen 5 durch die Ausstanzungen bzw. Einschnitte 3 verbleibenden kleinen Lappen 8 dienen ebenfalls wieder einer Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche und-können zusätzlich die Funktion von Wuchtgewichten übernehmen, an denen durch Bohren oder Fräsen der Massenausgleich vorgenommen wird.Fig. 1 shows the punched image of a short-circuit disk 1 with openings 2 for round bars, which can be seen in FIG. 3 and are denoted by 13 there. Through punchings 3 is the electrically effective cross-section or the inner diameter of the short-circuit disk 1 each set at point 4, and large cooling rags are used at the same time 5 formed, which are each bent at right angles according to FIG. 2 at the point 6 and serve as an exothermic surface created by the natural rotation of the Rotor or by an additional superimposed cooling air flow generated by a fan of conventional design, is cooled. The openings 7 in the cooling flaps 5, in this example circular, serve to increase the turbulence of the cooling air flow and thus to an improvement in the heat dissipation rate. The one between two big ones Cooling flaps 5 through the punchings or incisions 3 remaining small flaps 8 again serve to enlarge the heat-emitting surface and can also take over the function of balancing weights, on which by drilling or Milling the mass balancing is made.

Fig. 3 zeigt die Anwendung einer Kurzschluß scheibe 1 gemäß Fig. 1 und 2 bei einem kompletten Läufer 9 einer elektrischen Maschine. Dieser Läufer 9 mit Welle 10 und Läuferpaket 11 hat axiale Kühlkanäle 12, in welchen die senkrecht abgebogenen Kühllappen 5 der Kurzschlußscheibe 1 hineinragen.Fig. 3 shows the application of a short-circuit disk 1 according to FIG and 2 in the case of a complete rotor 9 of an electrical machine. This runner 9 with shaft 10 and rotor core 11 has axial cooling channels 12 in which the perpendicular Bent cooling flaps 5 of the short-circuit disk 1 protrude.

Hier zeigt sich deutlich die Wirkung der turbulenzerhöhenden öffnungen 7, mit welchen die Rückseite der Klappen 5 belüftet werden kann. Die Kühlkanäle 12 des Läuferpakets 11 werden von Kühlluft axial durchströmt. Die Anordnung dieser Kurzschluß scheiben 1 ist unabhängig von der Richtung des Kühlluftstromes im Läuferpaket und erleichtert eine aus technischen Gründen möglicherweise erforderliche Umkehr des Kühlluftstromes durch Versetzen des Lüfters auf die andere Motorseite.This clearly shows the effect of the turbulence-increasing openings 7, with which the back of the flaps 5 can be ventilated. The cooling channels 12 of the rotor core 11 are axially traversed by cooling air. The arrangement of this Short circuit disks 1 is independent of the direction of the cooling air flow in the rotor core and facilitates a reversal that may be necessary for technical reasons of the cooling air flow by moving the fan to the other side of the motor.

Die Fig. 4 und 5 zeigen eine als aktiver Lüfter ausgebildete Kurzschlußscheibe 20 mit Öffnungen 21 für runde Läuferstäbe, die in Fig. 6 zu sehen und dort mit 22 bezeichnet sind. Dazu werden mit Hilfe eines Schneid- und Prägewerkzeuges jeweils entlang der Kontur 23 Kühllappen 24 aus der Scheibenebene herausgebogen, die als Lüfterflügel und gleichzeitig wärmeabgebende Oberfläche wirken. Eine radial verlaufende Sicke 25 versteift den Lüfterflügel zum eigentlichen Kurzschlußring hin und verhindert so ein Aufbiegen durch Fliehkraft. Der elektrisch wirksame Ringquerschnitt wird durch die Ausstanzungen jeweils im wesentlichen an den Stellen 26 festgelegt.4 and 5 show a short-circuit disk designed as an active fan 20 with openings 21 for round rotor bars, which can be seen in FIG. 6 and there with 22 are designated. For this purpose, with the help of a cutting and embossing tool along the contour 23 cooling tabs 24 bent out of the disk plane, which as Fan blades and, at the same time, the heat-emitting surface have an effect. A radial one Bead 25 stiffens the fan blade towards the actual short-circuit ring and prevents it such a bending up by centrifugal force. The electrically effective ring cross-section becomes each essentially fixed at the points 26 by the punchings.

Die Fig. 6 zeigt die Anwendung zweier solcher Kurzschlußscheiben 20 gemäß Fig. 4 und 5 an einem Läufer 29 mit Welle 30 und Läuferpaket 27. Die Scheiben 20 liegen mit einer Seite dicht am Blechpaket 27, welches axiale Kühlkanäle 28 aufweisen kann, an und sind mit den Läuferstäben 22 verbunden. Ohne Verwendung eines weiteren, zusätzlich in den Motor eingebauten Lüfters kommt in den axialen Kühlkanälen 28 kein Kühlluftstrom zustande, weil beide von den Kurzschluß scheiben 20 gebildete Lüfter vom jeweiligen Kühlkanal 28 aus betrachtet entgegengesetzt wirken. Wird ein axialer Kühlluftstrom erzwungen, so ist es durchaus möglich, daß die auf der Eintrittsseite des Luftstromes sitzenden Lüfterflügel 24 der Luftförderung entgegenwirken. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, auf dieser Seite eine nach Fig. 1 und 2 ausgebildete Kurzschlußscheibe zu verwenden, die nicht als aktiver Lüfter wirkt, sondern nur die verbesserte Wärmeabfuhr durch Oberflächenvergrößerung sicherstellt.6 shows the use of two such short-circuit disks 20 4 and 5 on a rotor 29 with shaft 30 and rotor core 27. The disks 20 lie with one side close to the laminated core 27, which has axial cooling channels 28 can, and are connected to the rotor bars 22. Without using another, An additional fan built into the motor comes into the axial cooling ducts 28 no cooling air flow, because both of the short-circuit disks 20 formed Fan from the respective cooling duct 28 viewed from the opposite works. If an axial flow of cooling air is forced, it is quite possible that the fan blades 24 of the air delivery seated on the inlet side of the air flow counteract. In such cases it is advisable to post a Fig. 1 and 2 trained short-circuit disk to use, which is not considered to be more active The fan works, only the improved heat dissipation through increased surface area ensures.

Die Erfindung ist nicht auf Läufer mit runden Stäben beschränkt, sondern kann auch bei Läufern mit rechteckigen Stromverdrängungsstäben verwendet werden. Man ist damit bei der Herstellung unabhängig von der Form der Läuferstäbe.The invention is not limited to runner with round bars, but rather can also be used for rotors with rectangular current displacement bars. This means that the manufacture is independent of the shape of the rotor bars.

Claims

Patent claims he 1. Three-phase asynchronous machine with one with a own cooling device provided squirrel cage, characterized in that the Short-circuit rings designed as short-circuit disks (1, 20) in a manner known per se and are stamped from electrically conductive sheet metal, and that the cooling device consists of with the short-circuit disks (1,20) one-piece cooling flaps (5,24) consisting of that of the sheet to be punched is within the electrically effective diameter the respective short-circuit disk (1,20) located sheet metal part formed by their free end up to this inner diameter by punching (3.23) from each other are separated and bent out of the plane of the short-circuit disks (5,24).

2. Three-phase asynchronous machine according to claim 1, characterized in that that at least some of the cooling flaps (5,24) each have the rotor core (11,27) axially penetrating cooling air channel (12,28) is assigned.

3. Three-phase asynchronous machine according to claim 1 or 2, characterized in that that the cooling flaps (5,24) from the plane of the short circuit disks (1,20) perpendicular are bent out.

4. Three-phase asynchronous machine according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling tabs (24) extend radially and from the rotor (29) extend outward and form fan blades.

5. Three-phase asynchronous machine according to claims 2 and 3, characterized characterized in that the cooling flaps (5) extend into the cooling air duct (12).