FI66710B - Kortsluten asynkronmotor med en burlindning - Google Patents

Description

1 66710

Oikosulkumoottori, jossa on häkkikäämitys

Keksintö koskee oikosulkumoottoria, jossa on häkkikäämitys ja jossa roottoritangot pistävät esiin roottorin 5 julkisivun toisesta tai molemmista päistä ja esiin pistäviin tangon päihin on järjestetty oikosulut, lisäksi oikosulun ja moottorin julkisivun väliseen tangon osaan, ainakin toiselle puolelle roottoria, on jokaiseen roottoritan-koon sovitettu roottoritangoista eristetyt, magnetoituvas-10 ta materiaalista valmistetut, päistään oikosuljetut putket.

Noin 90 % koko maailmassa käytettävistä sähkömoottoreista on induktiomoottoreita ja niistä noin 4/5 on oi-kosulkumoottoreita. Tämä voidaan selittää sillä, että moottorit, joissa on liukurengasankkuri - vaikkakin niiden toi-15 minnalliset ominaisuudet ovat paljon edullisimmat - joutuvat usein epäkuntoon helposti vahingoittuvien liukurenkai-den ja harjojen takia; lisäksi mainitut moottorit ovat melko kalliita ja niiden käyttökustannukset ovat suuremmat kuin oikosulkumoottoreiden.

20 Oikosulkumoottoreiden haittapuoli on se, että niiden käynnistysvirta on huomattavasti suurempi ja samalla käynnisty smoment ti on pienempi, ne sietävät vähemmän käynnistyksiä ja kierrosnopeuden säätö tuo mukanaan suuria kustannuksia.

25 Oikosulkumoottoreiden suuren käynnistysvirran pie nentämiseksi ja käynnistysmomentin suurentamiseksi on yleisesti käytetty roottorin eri kohdissa magnetoituvia, kiinteitä rautapeitteitä tai -lisäyksiä, jolloin mainittuja magnetoituvia peitteitä on asennettu roottorin rautasydä-30 men ulkopuolisiin osiin - esim. käämien päihin. Mainitut rautalisäykset parantavat toiminnallisia ominaisuuksia -tosin vain hiukan - siten, että käynnistysvirta pienenee, mutta samalla myös käynnistysmomentti pienenee, mistä seuraa moottorin huonompi tehokkuus.

35 HU-PS 154 089 ja vastaava GB-PS 1 121 239, mainitus sa järjestyksessä, kuvailevat ratkaisun, jossa oikosulku- 2 66710 moottorissa, jonka häkkikäämin tangot - roottorin tangot -työntyvät esiin toisesta tai molemmista päistään roottorin julkisivun yli ja esiin työntyvien yksittäisten tankojen päihin on järjestetty oikosulut, oikosulun ja roottorin jul-5 kisivun väliselle tangon osalle, ainakin roottorin toisessa päässä, on järjestetty putkimaiset, magnetoituvat, keskenään sähköisesti oikosuljetut osat. Tätä ratkaisua käyttämällä on onnistuttu pienentämään käynnistysvirtaa ja suurentamaan käynnistysmomenttia, kuitenkin paljon pienemmän käynnistys-10 virran ja suuremman käynnistysmomentin saavuttamiseksi root-toritankoja pitäisi pidentää huomattavasti, mikä huonontaa merkittävästi moottorin tehokkuutta ja kasvattaa moottorin kotelon ulkomittoja päätyen haitallisiin vaikutuksiin.

Keksinnön tarkoitus on ollut poistaa yllä mainitut 15 vaikeudet ja parantaa edellä esitetyn mukaista oikosulku-moottoria, jolloin osaksi moottorien haitallinen piteneminen, osaksi ylipitkien sauvojen aiheuttama tehokkuuden pieneneminen voidaan välttää.

Keksintö pyrkii esittämään ratkaisun, jonka avulla 20 voidaan oikosulkumoottoreista, joissa on putkihäkki, jossa käämitankojen toinen tai molemmat päät työntyvät esiin roottorin julkisivun yli ja mainittuihin esiin työntyviin tangon päihin on järjestetty oikosulut, lisäksi oikosulun ja roottorin julkisivun välisellä tangon osalla, ainakin 25 roottorin toisessa päässä, jokainen roottorin tanko on varustettu magnetoituvasta materiaalista olevilla putkimai-sillä osilla, jotka ovat keskenään sähköisesti oikosulussa, poistaa edellä kuvatut vaikeudet ja haitat.

Asetettu tehtävä on ratkaistu keksinnön mukaisesti 30 siten, että putkien seinämäpaksuudet on valittu siten, että ne osaksi saavuttaisivat tai ainakin lähenisivät magneettista kyllästystilaa käynnistysvirran vaikuttaessa, osaksi pintavaikutus ilmenisi niissä.

Keksinnön mukaisesti putkien pidentämisen sijasta 35 on käytetty hyväksi pintavaikutuksen aiheuttamaa kasvanutta resistanssia - pintavaikutus taas johtuu kasvaneesta seinä- 3 66710 män paksuudesta. Pintavaikutuksen takia, riippuen taajuudesta sen sijaan, että riippuisi putken kokonaispoikkipin-ta-alasta, virta ahtautuu vain osaan seinämän paksuudesta -esim. 50 Hz:n taajuudella saavuttaen 1...1,5 mm, 6 mm:n sei-5 nämän paksuudella voidaan havaita resistanssin kasvu nelinkertaiseksi, so. neljännes putken pituudesta osoittautuu riittäväksi.

Tämän seurauksena, valitsemalla seinämän paksuus keksinnön mukaisesti, täytyy roottorin tankoja pidentää 10 vain määrällä, joka seuraa käämin päiden sovittamisesta liukurengasmoottorin roottorin molemmille puolille, so. liukurengasmoottorin kotelon pituutta ei tarvitse suurentaa, siitä huolimatta voidaan saavuttaa samanlainen, jopa parempi teho kuin liukurengasmoottorilla, sillä roottoris-15 sa, mutta sen ulkopuolella ja siitä erillään olevat rootto-riuran muotoon litistetyt putket poistavat suurimman osan roottorin lämmöstä siten pienentäen sisäisiä häviöitä.

Tässä kuvatun seikan takia on ilmeistä, että tuottaakseen pintavaikutuksen aikaansaamia etuja roottoriurien 20 lukumäärän tulisi olla sellainen, että tarvittaisiin paksu-seinäisempiä putkia.

Lisäetua voidaan saavuttaa varustamalla putket yhdellä tai useammalla loveuksien muodostamalla pitkittäissuuntaisella ilmaraolla, edullisesti pitkin ulompaa ja/tai 25 sisempää taivutusseinämää, mikä pidentää alkavaa magneet-tikenttäviivojen vaakasuoraa lähtöpintaa.

Putket tehdään edullisesti valetusta, magnetoituvasta materiaalista.

Keksinnön edullisena pidetyssä versiossa putket ovat 30 poikkileikkaukseltaan litistettyjä, esim. roottoriuran muotoisia.

Toisessa keksinnön versiossa putket on varustettu yhdellä tai useammalla loven muodostamalla pitkittäissuuntaisella ilmaraolla, edullisesti pitkin ulompaa ja/tai si-35 sempää taivutusseinämää.

Magnetoituvasta materiaalista valmistetut putket voi- 4 66710 daan muodostaa kahdesta tai useammasta sopivan kaaren muotoisesta osasta.

Keksintöä voidaan kehittää edelleen siten, että putket kiinnitetään kahteen niitä kannattavaan levyyn, joista 5 toinen on järjestetty siten, että se voi liukua pitkin moottorin akselia. Kiinnitysrenkaat, jos niitä tarvitaan, voidaan liittää putkien ulompaan osaan.

Tuuletinsiivet järjestetään edullisesti putkiin tai niiden yhteyteen. Tuuletinsiipien ympärille, moottorin ko-10 teloon, voidaan tehdä kaihtimenomaiset tuuletusaukot.

Tekemällä kuvatunlaiset asetukset, voidaan välttää nimelliskierrosnopeudella tapahtuva magnetointi ja samalla tehdään mahdolliseksi poistaa toimintakierrosnopeudella tapahtuva positiivinen luisuhäviö.

15 Käyttämällä hyväksi pintavaikutusta voidaan tankojen kohtuullisella pidentämisellä kasvattaa roottorin resistanssia tyydyttävästi ja siten poistaa oikosulkumoottorien käynnistysmomenttikäyrässä oleva kuormitusvaja, samalla voidaan myös putkien ilmaraon oikealla valinnalla - suuruus-20 luokkaa noin 1 mm - muuttaa momenttikäyrän kulmakerrointa, mikäli voidaan siirtyä sarjakytkennästä rinnankytkentään (ks. käyrä "c" kuviossa 4).

Kuten yllä on mainittu, keksinnön mukaan oikosulku-moottorissa pidennetään roottorin tankoja, jotta putkihäkki 25 voidaan vetää tangoille. Jotta teho ei tulisi pienemmäksi kuin liukurengasmoottoreilla, mainitut roottoritankojen pidennykset eivät voi olla suuremmat kuin liukurengasmootto-rin roottorikäämien auki leikattujen päiden pituus. Putki-häkki, so. putkien muodostama häkkikäämi, aiheuttaa kuiten-30 kin tarpeettoman lisäresistanssin. Tämän eliminoimiseksi roottoritankojen ulommaisten pintojen eristys on poistettu käämin päiden lähellä olevien putkien kohdalta.

Tällä tavoin putkihäkki vähitellen erottuu, so. kytkeytyy irti moottorin kiihtyessä toimintapyörimisnopeu-35 teensä, jolloin kasvaneen pyörimisnopeuden aiheuttama huomattava keskipakovoima painaa roottorin tangot kiinni put- 0 · · 5 66710 kihäkkiin ja aiheuttaa oikosulun yllä mainituissa roottori-tankojen eristämättömissä pinnoissa. Täten virta muissa putken osissa vähitellen lakkaa ja moottori muuttuu tavalliseksi oikosulkumoottoriksi.

5 Poistamalla roottoritankojen mainittujen pintojen eriste voidaan oikosulkutapahtuma saada täysin kipinättö-mäksi ja kontaktipinnat voidaan säilyttää tasaisina tekemällä lähinnä kääminpäitä olevien putkien pääteosat ruosteen ja korroosion kestäviksi, so. päällystämällä ne elektro-10 lyyttisesti.

Paksuseinäisissä putkissa ilmenevän pintavaikutuksen hyväksikäytössä voidaan saavuttaa oleellisia lisäetuja: - putket voidaan sovittaa käämin päiden ulkopuolelle, jolloin niiden lämpeneminen käynnistyksessä ei vaikuta 15 moottorin sisempiin käämin osiin, mikä mahdollistaa suljetun rakenteen; - toimintapyörimisnopeudella roottoritankoihin asetetut putket eivät toimi muuntajina, minkä seurauksena alkuperäinen alhainen roottoriresistanssi säilyy, putket ovat 20 kylmänä, samalla roottoritankojen pidentyminen osittain poistaa roottorin lämpöä. Vastaavasti staattori jäähtyy noin 20 % ja sietää paremmin ylikuormaa;

Vaarallisen suuren ylikuorman ollessa kyseessä - huolimatta putkien loveuksista - putket toimivat muuntajina ja 25 moottorin nopeus pienenee; tällöin putket jakavat keskenään ylikuormituksen; - paksureunaiset putket takaavat suuren lämpökapasiteetin vaikeiden ja usein tapahtuvien käynnistysten varalle.

30 Keksintöä selitetään yksityiskohtaisesti suoritus- esimerkkien muodossa viitaten piirustukseen, jossa kuvio 1 on kaavamaisesti esitetty pitkittäisleikkaus keksinnön tarkoittamasta kohteesta, kuvio 2 esittää lovettua putkea pitkittäisenä osa-35 leikkauksena, kuvio 3 on kuvion 2 mukaisen putken poikkileikkaus, ♦ 6 66710 kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen moottorin kuormi-tusmomenttikäyrän riippuvuutta pyörimisnopeudesta, kuvio 5 esittää moottorin putkien tehonkulutuksen riippuvuutta roottoritankojen virrasta.

5 Viitaten kuvioon 1, siinä kuvatussa oikosulkumootto rissa on toisella puolella, tässä tapauksessa vasemmalla puolella, pidennetty roottoritankoja 1 aksiaalisesti ja ne pistävät siten esiin roottorin rautarungosta. Roottoritan-koihin 1 on sovitettu putket 2; putket on tehty magnetoi-10 tuvasta materiaalista, so. valuteräksestä. Roottoritanko-jen 1 ja putkien 2 välinen eriste 3 voidaan tehdä edullisesti kiillefoliosta. Roottoritankojen 1 eriste 3 on poistettu uloimmalta pinnalta putkien 2 alueella ja lähellä käämin päätä. Lähinnä käämin päätä olevien putkien 2 pääte-15 osat on tehty ruosteen ja korroosion kestäviksi, so. päällystetty elektrolyyttisesti.

Jokainen putki 2 on kiinnitetty kahteen putkia kannattavaan kiekkoon 4. Mainitut kannatuskiekot 4 toimivat samalla tankojen 1 oikosulkijoina, minkä takia putket 2 pi-20 täisi kiinnittää hitsaamalla. Ottamalla huomioon, että putkissa 2 voi - lämpötilamuutosten takia - tapahtua myös pitkittäistä muuttumista, on putkia kannattavat kiekot 4, jotka näkyvät vasemmalla puolella, tehty dimensiomuutosten kompensoimiseksi liukuviksi, siirtyviksi pitkittäisestä 25 moottorin akselilla 13.

Varmistusrenkaat 9, 10 toimivat putkien 2 aseman stabiloijina sekä pyörimisestä syntyvän keskipakovoiman kumoajina; mainitut renkaat 9, 10 on sopivasti hitsattu putkiin 2. Jokaiseen putkeen 2 on asennettu tuuletinsiipi 30 5, joka toimii samanaikaisesti sekä roottoritankojen 1 et tä putkien 2 jäähdyttäjänä. Varmistusrenkaiden 9, 10 ulompaan osaan on yhdistetty sulut 6, 11 jättämällä 1 mm:n ilmarako niiden väliin. Tällä ratkaisulla voidaan saavuttaa minkä tahansa standardin, esim. IP 44:n mukainen moottorin 35 tiiviys.

Kuten nähdään, on moottorin sisäosa - so. roottori - 7 66710 järjestetty suljetuksi sisemmän, esim. oikeanpuoleisen kan-natuslevyn 4 ja sulun 6 tai erillisen suojalevyn avulla, jolloin varmistetaan standardin IP 44 määräysten mukainen tiiviys. Tällä tavoin voidaan saada aikaan suljettu moot-5 tori, josta lämpö johdetaan pois roottoritankojen 1 avulla, minkä seurauksena voidaan moottorin tehossa saavuttaa merkittävä parannus ja samalla seuraa myös staattorin lämpötilan noin 20°C:n lasku, so. käyttämällä sama kuparimäärä, voidaan saavuttaa suurempi teho. Kuviossa 1 on ilmavirran 10 suunnat ilmaistu nuolilla.

Kuvioissa 2 ja 3 on esitetty putken 2 pitkittäis-ja poikkileikkaukset. Putken 2 poikkileikkaus on roottorin uran muotoinen; paremman jäähdytyksen vuoksi ja jotta tilaa olisi suuremmalle määrälle putkia, on putken 2 poikkileik-15 kaus muodoltaan litteä ja soikea. Lovetun ilmaraon 12 suuruus on tavallisesti 0,5...1,5 mm. Mainitun ilmaraon 12 tehtävä on estää muuntajailmiön esiintyminen moottorin normaalitoiminnan aikana, minkä ansiosta muuntumista ei voi tapahtua. Tämän seurauksena ei pyörimisnopeuden pinenemis-20 tä tapahdu heti moottorin määrätyllä ylikuormituksella, so. moottori tulee epäherkemmäksi ylikuormitukselle. Ilmaraon kasvaessa myös epäherkkyys kasvaa, mutta tietyn rajan ylittämisen jälkeen cos huononee. Havaintojemme mukaan tämä raja on hieman yli 1 mm.

25 Putket 2 tehdään edullisesti valuteräksestä, jonka sopiva hiilipitoisuus on C = 0,17 %. Osoittautui kuiten-kin, että voidaan tuottaa lyhyempiä, mutta tehokkaampia putkia, kun ne tehdään valuteräksestä, jonka hiilipitoisuus on Cmax = 0,02 %‘ 30 Viitaten kuvioon 4, siinä esitetyistä momenttikäy- ristä käyrä "a” kuuluu liukurengasmoottorille, jossa ei ole käynnistysvastusta, käyrä "b" kuuluu moottorille, jossa on kaksoishäkkikäämitys ja käyrä "c" kuuluu keksinnön mukaisesti tehdylle putkihäkkimoottorille. Voidaan hyvin havai-35 ta, että vastoin kuin käyrissä "a" ja "b", ei käyrässä "c" näy kuormitusrajaa, so. ylikuormaa lisättäessä pyörimisnopeus laskee tasaisesti.

8 66710

Viimeisenä, kuviossa 5, on esitetty putkihäkin tehonkulutuksen riippuvuus roottoritankojen virrasta erityisesti, kun käytetään putkia, joiden seinämäpaksuudet ovat 5, 6 ja 7 mm. Katkoviivalla piirretty käyrä esittää käyrien 5 muutosta, joka aiheutuu putkien 2 loveamisesta.

Keksinnön mukaan tehdyn putkihäkillä varustetun oikosulkumoottorin eduista voidaan tehdä seuraavanlainen yhteenveto : - kun jännite kytketään, saa yhtäkkinen virran kasvu 10 aikaan pintavaikutuksen lisääntymisen, jolloin putket suorittavat tukahduttamisen, minkä vuoksi äkillistä virtapiik-kiä ei ilmene. Sama pätee käännettäessä, tehonkulutus kasvaa hieman; - puolijohdesäätöä käytettäessä putket ovat silotet-15 tuja, minkä seurauksena ei sinimuotoiseen säätöön verrattuna voida havaita momentin pienenemistä; - pyörimisen aikana raudan häviöt pienenevät, pulssien ylemmät harmoniset ja niin muodoin ylimääräiset häi-riöäänet suodattuvat; 20 - pienemmällä pyörimisnopeudella ja kun pyörimis nopeutta säädetään, pintavaikutus parantaa tehokerrointa. Pienemmällä virralla käynnistettäessä cos on likimain 1; - samoin, pintavaikutuksen ansiosta, käännettäessä -jarrutettaessa voima ei pienene; 25 - moottorin koko ei ylitä liukurengasmoottorin mit toja, toisaalta se on huomattavasti halvempi, tuotantokustannukset ovat tuskin suuremmat kuin oikosulkumoottorilla; - moottori on toimintavarma, josta seuraa, että: - käynnistysvirta pienenee ja sen valvonta tulee 30 mahdolliseksi, samalla käynnistysmomentti kasvaa; - käynnistyksen ja säädön aiheuttama lämpö - samoin kuin liukurengasmoottoreissa - jää moottorin sisemmän osan ulkopuolelle, mutta tietenkään ei liukurengasta tarvitse käyttää.

35 - Ottamalla huomioon, että toimintakierrosnopeudella putkihäkki suorittaa jäähdyttämisen, kuormitusmahdollisuus 9 66710 kasvaa; toimintakierrosnopeuden alapuolella‘kuormituslämpö jakautuu muuntumisen ansiosta; - ylikuormitettaessa keksinnön mukainen oikosulku-moottori, jossa on putkihäkki, ei "joudu kulioon", se 5 vain hidastaa nopeutta; - putkien litistetyn muodon ja niiden välisen ilmaraon ansiosta ne suorittavat huomattavan paljon itse-tuuletusta, ne eivät ole herkkiä ja sietävät usean sadan celsiusasteen lämpötilan.

%

Claims (9)

1. Oikosulkumoottori, jossa on häkkikäämitys ja jossa roottoritangot (1) pistävät esiin roottorin julkisivun toi-5 sesta tai molemmista päistä ja esiin pistäviin tangon päihin on järjestetty oikosulut, lisäksi oikosulun ja moottorin julkisivun väliseen tangon osaan, ainakin toiselle puolelle roottoria, on jokaiseen roottoritankoon sovitettu roottori-tangoista eristetyt, magnetoituvasta materiaalista valmis- 10 tetut, päistään oikosuljetut putket (2), tunnettu siitä, että putkien (2) seinämäpaksuudet on valittu siten, että ne osaksi saavuttaisivat tai ainakin lähenisivät magneettista kyllästystilaa käynnistysvirran vaikuttaessa, o-saksi pintavaikutus ilmenisi niissä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen oikosulkumoottori, tunnettu siitä, että putket (2) on muotoiltu siten, että ne ovat poikkileikkaukseltaan litistettyjä, esim. root-toriuran muotoisia.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen oikosulku- 20 moottori, tunnettu siitä, että putket (2) ovat kiinteät tai varustettu yhdellä tai useammalla loveuksien muodostamalla pitkittäissuuntaisella ilmaraolla (12), edullisesti pitkin ulompaa ja/tai sisempää taivutusseinämää.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1... 3 mukainen oiko- 25 sulkumoottori, tunnettu siitä, että putket (2) ja ilmaraot (12) muodostetaan magnetoituvasta materiaalista kahdesta tai useammasta sopivan kaaren muotoisesta osasta.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1...4 mukainen oikosulkumoottori, tunnettu siitä, että putket (2) on 30 kiinnitetty kahteen putkia kannattavaan levyyn (4), joista toinen on järjestetty siten, että se voi liukua pituussuunnassa moottorin akselia (13) pitkin.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 1...5 mukainen oikosulkumoottori, tunnettu siitä, että varmistusren- 35 kaat (9, 10) kiinnitetään tarvittaessa putkien (2) ulompaan osaan. ' ’' · '* Ϊ 11 6671 0

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1...6 mukainen oikosulkumoottori, tunnettu siitä, että putket (2) on tehty valetusta magnetoituvasta materiaalista.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1...7 mukainen oiko- 5 sulkumoottori, tunnettu siitä, että roottoritankojen (1) eristys (3) on poistettu uloimmasta pinnasta, putkien (2) alueelta (1a), läheltä käämin päätä.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen oikosulkumoottori, tunnettu siitä, että lähinnä käämin päätä olevat 10 putkien (2) pääteosat on tehty ruosteen ja korroosion kestäviksi, esimerkiksi päällystämällä ne elektrolyyttisesti. • ?1 Patentkrav: 6671 0