HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor und einen Synchronmotor mit
dem Rotor und insbesondere Synchronmotoren großer Leistung, wie sie zum Antreiben
von großen Geräten verwendet werden. Sie betrifft besonders die Ausbildung eines
Kurzschlußringes und einer Eisenkern-Trägerplatte.
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Die Fig. 8 bis 10 zeigen den Rotor eines herkömmlichen Synchronmotors, bei
dem die Eisenkern-Trägerplatten 10, die einen Rotorkern 5 in der Rotationsachse des
Rotors halten, und ein Kurzschlußring 9, der Dämpferstäbe 6 elektrisch kurzschließt,
voneinander getrennt sind. Der Kurzschlußring 9 ist auf der Seite des Innendurchmessers nicht
befestigt, so daß Zentrifugalkräfte, Torsionskräfte oder eine elektrische Resonanz hin und
wieder zu Schäden an den Dämpferstäben 6 führen. Dies ist besonders ein ernstes Problem
bei Motoren für Walzwerke, die häufig in der normalen und der umgekehrten Drehrichtung
beschleunigt und abgebremst werden und die starken Schocks unterliegen, wenn die
Brammen in das Walzwerk eingeführt werden.
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Um dieses Problem zu vermeiden, wird bei der JP-A-58-39231 eine Technik
angewendet, bei der für die Eisenkern-Trägerplatte und den Kurzschlußring eine
Schwalbenschwanznut vorgesehen wird. Durch diese Anordnung werden die Zentrifugalkräfte
klein, und die Wärmeausdehnung in axialer Richtung, die durch den beim Starten oder bei
plötzlichen Lastwechseln und Torsionen aufgrund von Schocks durch die Dämpferstäbe
fließenden Strom hervorgerufen wird, wird verringert.
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Die JP-A-56-145752 beschreibt außerdem eine als Kurzschlußring verwendete
Eisenkern-Trägerplatte, wodurch die Produktionskosten wegen der Verringerung der
Anzahl von Komponenten gesenkt werden. Zentrifugalkräfte, Torsionskräfte und Resonanzen
werden ebenfalls in Betracht gezogen.
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Bei diesen bekannten Vorrichtungen ist es jedoch erforderlich, den
Kurzschlußring und die Eisenkern-Trägerplatte getrennt herzustellen, wodurch die Anzahl von
Komponenten und die Produktionskosten ansteigen. Auch wenn der Kurzschlußring in
einer benachbarten Nut befestigt ist und die Zentrifugalkräfte klein sind, entsteht dadurch,
daß der Kurzschlußring zwischen den Polen nicht befestigt ist, das Problem, daß der
Verbindungsabschnitt bei einem Rotor mit großem Durchmesser und einer Befestigung des
Kurzschlußringes zwischen den Polen beschädigt werden kann.
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Es besteht auch die Gefahr, daß der Dämpferstabkäfig am
Verbindungsabschnitt aufgrund der Wärmeausdehnung der Dämpferstäbe während des Hochfahrens oder
bei plötzlichen Laständerungen beschädigt wird, da die Dämpferstäbe über den gesamten
Umfang fest verbunden sind. Außerdem können die Dämpferstäbe durch Druckspannungen
beschädigt werden. Wenn die Dämpferstäbe nicht verbunden, sondern nur eingesetzt sind,
beeinflußt das Problem der Wärmeausdehnung die Dämpferstäbe nicht, die elektrischen
Eigenschaften verschlechtern sich jedoch mit der Zeit, so daß die Funktion als
Kurzschlußring verlorengehen kann.
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Die US-A-3 870 912 beschreibt einen Rotor für einen Synchronmotor mit den
Merkmalen, die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannt sind. Der Umfangsabschnitt
des Eisenkerns ist dabei mit einer Anzahl von axial verlaufenden Schlitzen versehen, wobei
in jeden Schlitz ein Dämpferstab eingesetzt ist. Die Dämpferstäbe sind an die Köpfe von
Haltestäben angeschweißt, die sich radial vom Umfang der Trägerplatten weg erstrecken.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Rotor für einen
Synchronmotor zu schaffen, der bei guten elektrischen Eigenschaften eine verbesserte mechanische
Festigkeit und eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem Rotor gelöst, der im
Patentanspruch 1 beschrieben ist. Die in den Haltestäben, an die die Dämpferstäbe angeschweißt
werden, vorgesehenen Schlitze bewirken einen Abbau der Spannungen, die sich an der
Verbindungsstelle zwischen den Dämpferstäben und den Haltestäben aufbauen können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Fig. 1 ist eine halbe Schnittansicht eines Synchronmotors, der keine Ausführungsform der Erfindung ist.
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Fig. 2 ist eine Teil-Seitenansicht des Rotors der Fig. 1.
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Fig. 3 ist eine Teil-Seitenansicht des Rotors eines Synchronmotors, der eine
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist.
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Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht des Rotors der Fig. 3.
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Fig. 5 zeigt den Verbindungsabschnitt der Dämpferstäbe und der Eisenkern-
Trägerplatte bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 6A und 6B zeigen den Verbindungsabschnitt der Dämpferstäbe und der
Eisenkern-Trägerplatte bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 7A und 7B zeigen den Verbindungsabschnitt der Dämpferstäbe und der
Eisenkern-Trägerplatte bei einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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Fig. 8 bis 10 wurden bereits beschrieben, sie zeigen den Rotor eines
herkömmlichen Synchronmotor.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, weist ein Stator 1 einen Statorkern 2 mit einer
Statorwicklung 3 auf. Innerhalb des Stators 1 ist ein Rotor 4 angeordnet, der sich frei um
die Mittelachse drehen kann.
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Der Rotorkern 5 weist eine Anzahl von Schlitzen 7 auf, die in einem
vorgegebenen Abstand voneinander angeordnet sind und die sich bis zum Umfang des Rotors
erstrecken. Die Schlitze 7 verlaufen in Axialrichtung kontinuierlich. In den Rotor 5 ist eine
Welle 20 eingesetzt, und in die Schlitze 7 sind Dämpferstäbe 6 eingesetzt, die aus einem
Kupfermaterial bestehen und die elektrisch nicht isoliert sind.
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Die beiden Enden der einzelnen Dämpferstäbe 6 sind elektrisch mit Eisenkern-
Trägerplatten 10a verbunden, um einen Eisen-Kurzschlußring zu bilden. Um den Umfang
eines vorstehenden Poles 5a ist eine Feldwicklung 8 gewickelt, die einen Magnetpol des
Rotorkerns 5 bildet. Außerdem erstreckt sich das Ende jeder Eisenkern-Trägerplatte 10a in
axialer Richtung so weit, daß es aus der Feldwicklung 8 vorsteht und so einen
Feldwicklungshalter 10b bildet, der verhindert, daß das Ende der Feldwicklung 8 aufgrund von
Zentrifugalkräften auseinanderbricht. Der Verbindungsabschnitt 13 der Dämpferstäbe 6
und der Eisenkern-Trägerplatte 10a wird zum Beispiel durch WIG-Schweißen hergestellt.
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Die Fig. 3 bis 5 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die auf
den Verbindungsabschnitt der Dämpferstäbe 6 und der Eisenkern-Trägerplatte 10a
einwirkenden Spannungen absorbiert und abgebaut werden.
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Wie in diesen Figuren gezeigt, ist die Eisenkern-Trägerplatte 10a mit
säulenartigen Haltestäben 10c versehen, die sich radial vom Umfang der Trägerplatte 10a weg
erstrecken. Der Kopf jedes Haltestabs 10c bildet einen Verbindungsabschnitt 13, an dem
der Dämpferstab 6 durch WIG-Schweißen mit der Eisenkern-Trägerplatte 10a verbunden
wird.
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Wie in der Fig. 5 gezeigt, ist der Haltestab 10c mit einem Schlitz 14 versehen,
der dazu dient, Spannungen in Umfangsrichtung abzubauen. Er ist besonders wirkungsvoll
zum Abbau von Spannungen aufgrund plötzlicher Drehmomentänderungen und
Spannungen aufgrund von Schocks in Umfangsrichtung.
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Beim Starten, beim Beschleunigen und beim Abbremsen des Motors sowie bei
plötzlichen Lastwechseln fließt durch die Dämpferstäbe 6 ein elektrischer Strom, wodurch
sich die Dämpferstäbe 6 aufheizen und in axialer Richtung ausdehnen. Dadurch entstehen
am Verbindungsabschnitt (einschließlich der Umgebung davon) Spannungen. Wenn dies
auftritt, verformt sich der in den Fig. 5 bis 7 gezeigte, geschlitzte Haltestab 10c, und der
Dämpferstab 6 kann sich thermisch ausdehnen.
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Ein Synchronmotor mit dem Rotor dieser Ausführungsform ist besonders
geeignet für das Antreiben von Geräten mit großen Lastvariationen, etwa Walzwerken.
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Die Fig. 6A ist eine Vorderansicht und die Fig. 6B eine Seitenansicht des
Verbindungsabschnitts des Dämpferstabes 6 mit der Eisenkern-Trägplatte gemäß einer anderen
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in der Fig. 6A zu sehen ist, ist der
Schlitz 14 in der Richtung der Rotationsachse des Rotors vorgesehen. Der Schlitz 14 ist
daher wirkungsvoll für den Abbau von Spannungen, insbesondere von Spannungen
aufgrund einer Wärmeausdehnung oder einer Längskraft in der axialen Richtung des
Dämpferstabes 6.
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Die Fig. 7A ist eine Vorderansicht und die Fig. 7B eine Seitenansicht des
Verbindungsabschnitts des Dämpferstabes mit der Eisenkern-Trägplatte bei einer dritten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in diesen Figuren zu sehen ist, ist dabei der
Schlitz 14 sowohl in der Umfangsrichtung als auch der axialen Richtung des Haltestabes
1 Oc vorgesehen. Es werden daher Spannungen sowohl in Umfangsrichtung als auch in
axialer Richtung wirkungsvoll abgebaut.