HU181585B

HU181585B - Squirrel-cage rotor

Info

Publication number: HU181585B
Application number: HU803151A
Authority: HU
Inventors: Gabor Kovacs
Original assignee: Ganz Villamossagi Muevek
Priority date: 1980-12-30
Filing date: 1980-12-30
Publication date: 1983-10-28
Also published as: US4488077A; FR2497418A1; IT8149883A0; BE891556A; SE458411B; GB2090479B; DE3147560C2; IT1144525B; GB2090479A; DE3147560A1; CH657483A5; SE8107665L; FR2497418B1

Description

A találmány tárgya kalickás forgórész aszinkron villamos gépekhez. Az aszinkron gépek indítónyomatékát a forgórészben álló állapotban keletkező veszteség határozza meg. Egyszerű rövidrezárí foigórészű gépeknél a forgórész ellenállását a megengedhető üzemi veszteség szabja meg, s mivel a forgórész ellenállásértéke üzemben és indításkor azonos, az álló állapotban keletkező veszteség (és ezzel az indítónyomaték) kiadódó érték. Ezt a kiadódó értéket természetes indítónyomatéknak nevezzük. Ennek a természetes indítónyomatéknak a névleges nyomatékhoz viszonyított értéke a növekedési törvények értelmében a teljesítmény növekedésével csökken, és 50 200 kW teljesítmény felett a legkönnyebben indítható munkagépek felfuttatásához sem elegendő.

Különleges intézkedések kellenek ezért ahhoz, hogy azonosan maradó üzemi ellenállás esetén az indításkor érvényes ellenállás és ezáltal az indításkor fellépő veszteség nagyobb legyen. Általánosan alkalmazott megoldás e célból a nagyobb teljesítményű aszinkron motoroknál a kétkalickás és a mélyhornyú forgórész. Mindkettőben az áramkiszorítás jelenségét használják ki. Az előbbinél az áram a két rúd között, az utóbbiban egy rúdon belül oszlik el egyenlőtlenül. Mindkettőre jellemző, hogy az indítási veszteség növelését a forgórész vastesten belül valósítják meg. Ezek a megoldások nagyobb vezetőkeresztmetszetet, és ezáltal nagyobb helyet igényelnek, mint az egyszerű rövidrezárt forgórész kalickája. Mivel erre a helyre a gép mágnesesen aktív részében van szükség, ez nemcsak az aktív méretek növekedését, hanem az egész gép méreteinek a növekedését okozza.

Voltak olyan próbálkozások, melyek a veszteség növelését a forgórész rúdjainak vagy rövidrezáró gyűrűinek szórási erővonalai segítségével kísérelték meg elérni. Ilyen pl. a 870449 sz. német szabadalom. Ebben a rö5 vidrezáró gyűrű alá vasgyűrűt helyeztek úgy, hogy az érintkezik a rövidrezáró gyűrűvel. Az elrendezés célja a rövidrezáró gyűrűben indításkor fellépő egyenlőtlen árameloszlás és ezzel a veszteség jelentős növelése. Az egyenlőtlen árameloszlás növelésének korlátái vannak, 10 ezenkívül nagy veszélyeket is rejt magában, mivel az ezzel járó egyenlőtlen melegedés káros hőtágulást, a rúd és a gyűrű forrasztásának kiolvadását okozhatja. Ezek a megoldások bonyolult szerkezeti kialakításaik vagy csekély eredményeik miatt nem terjedtek el. Nem ismer15 ték fel helyesen a szórási etővonalak minőségi képét, még kevésbé a mennyiségi viszonyokat. Teljesen figyelmen kívül hagyták az állóiész tekercsfej hatását.

A találmány célja olyan megoldás biztosítása, melynél az inditónyomaték növeléséhez szükséges többlet20 veszteség nem a vastesten belül, hanem a tekercsfejtérben keletkezik, a kialakítás egyszerűbb, gyártása olcsóbb.

A találmány aszinkrongép tetszőlegesen kialakított, de célszerűen egykalickás forgórésze, melynek meghatáro25 zója a rövidrezáró gyűrű mellett elhelyezett, a forgórészhez rögzített, egy vagy több vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közeg, melynek alakja célszerűen ‘orgástest lehet, mégpedig tárcsa vagy gyűrű.

Az aszinkrongép forgórészében ott keletkezik veszte30 ség, ahol a forgó mágnesmező a forgórész álló, vezető közegeit metszi. Forgó mágnesmező azonban nemcsak a vastestben, hanem azon kívül, az állórész tekercsfejének és a forgórész rövidrezáró gyűrűjének közös szórási útvonalai mentén is van. Mivel az állórésztekercsfej kinyúlása (tengelyirányú helyszükséglete) lényegesen nagyobb a rövidrezán forgórésztekercselés (kalicka) kinyúlásánál, a rövidrezáró gyűrű mellett kihasználatlan tér keletkezik. Ha ebbe a térbe vezető közeget helyezünk, abban a rövidrezáró gyűrű és a tekercsfejek közös szórási fluxusa örvényáramoka indukál, és ezáltal veszteség keletkezik. A alálmány azon a felismerésen alapul, hogy ez a közös szórási fluxus jelentős nagyságú, hogy a vezető közeg helyének, méretének, anyagának célszerű megválasztása esetén abban jelentős veszteség keletkezik, s végül, hogy a fent leírt térbe behelyezett vezető közeg esetén a forgórész mechanikailag az eddigieknél jóval egyszerűbb kialakítású lehet. Ha ez a vezető közeg egyúttal mágnesezhető is, akkor ez magábagyűjti az erővonalakat, növeli azok számát. Ennek hatásai, hogy kissé növeli az indításkor a rövidrezáró gyűrűben amúgy is meglevő áramkiszorulást és ezzel a veszteséget; magában a mágnesezhető közegben, mivel tömör, igen jelentős veszteség keletkezik; az állórész tekercsfej szórási fluxusának egy részét főfluxussá teszi. Ez utóbbi azt jelenti, hogy a tekercsfej-térben ugyanúgy nyomaték képződik (üzemben is), mint a vastestben. Ha a rövidrezáró gyűrű konstrukciós okból nem közvetlenül a tengelyen, hanem bordákon vagy konzolokon ül, a vezető közeg alá mágnesezhető gyűrűt kell tenni, hogy az örvényáramok kialakulásához szükséges erővonalak útja a vastest, ill. a bordák és a tengely felé biztosított legyen.

A találmány egy előnyös kiviteli alakja, ha a rövidrezáró gyűrű a rudak közt radiálisán mélyen be van vágva, hogy a mellette elhelyezett vezető közegekben nagyobb veszteség keletkezzék.

Ha a rövidrezáró gyűrű bordákon ül, a rövidrezáró gyűrű és a vezető közegek alá a bordákkal és esetleg a forgórész vastesttel összeköttetésben álló mágnesezhető gyűrű van elhelyezve.

Előnyös kivitel, ha az egyik vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közeg szerepét a célszerűen kialakított ventillátor veszi át.

Lehetséges kivitel, hogy nem szimmetrikusan, hanem csak a gép egyik oldalán van elhelyezve a rövidrezáró gyűrű mellett egy vagy több vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közeg. További lehetséges kivitel, hogy a rövidrezáró gyűrű mellé elhelyezett vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közegek és az alájuk szükség esetén elhelyezett mágnesezhető gyűrű bármelyike osztva van, és ezáltal egy alkatrész szerepét több azonos célú alkatrész veszi át.

A találmány szerinti forgórész néhány kiviteli alakját a mellékelt ábrák segítségével mutatjuk be.

Az 1. ábra a forgórész metszeti rajza.

A 2., 3. és 4. ábrák a tengelyen elhelyezett vezető közegekkel ellátott forgórész kiviteli alakjait mutatják be.

Az 5. és 6. ábrák szerinti forgórészeknél a vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közegek forgórész bordákon, ill. konzolokon vannak elhelyezve.

A 7. ábrán feltüntetett megoldásnál a rövidrezáró gyűrű be van vágva.

A 8. ábra a vezető, mágnesezhető vagy nem mágnesezhető közeget a ventillátorral egybeépítve mutatja be.

A találmány tárgykörébe eső villamosgépek lemezeit állórész-vas:eS(böl és lemezeit forgórész vastestből áíl2 nak. Az állórész öntött vagy hegesztett kivitelű állórészházban helyezkedik el. A vastest hornyaiban van az állórész tekercselés. A forgórész lemeztest közvetlenül, vagy bordák közvetítésével a tengelyen van rögzítve, melye! az állórészben csapágyaznak. A forgórész tekercselés a rövidrezárt kalickás motoroknál szigeteletlen vezetőkből áll, kétoldalt rövidrezárt gyűrűkhöz hegesztve vagy forrasztva. A villamosgép veszteségmelegének könnyebb elszállítására, a könnyebb ventilláció céljából a forgórész egyik vagy mindkét oldalán ventillátort szoktak elhelyezni.

Az 1. ábra az aszinkrongép tekercsfej-terének vázlatát mutatja. Az 1 állórész vastestben elhelyezett tekercsoldalakat a 2 tekercsfejek kötik össze. A 3 forgórész vastestben elhelyezett 4 kalickarudakat az 5 rövidrezáró gyűrűk kötik össze. A 3 forgórész vastest és az 5 rövidrezáró gyűrű a 6 tengelyen ülnek. Az ábiába be van rajzolva a tekercsfej-tér szórási erővonalainak minőségi képe. A minőségi kép láttán azonnal adódik a rövidrezáró gyűrű mellé elhelyezendő 7 vezető közeg vagy 8 mágnesezhető közeg elvben ideális kialakítása. Az ábrán nincs feltüntetve a 7 vezető közegnek vagy 8 mágnesezhető közegnek a 6 tengelyhez való rögzítése. A vázlaton csak egy közeg van ábrázolva.

A következő ábrák az aszinkrongép egy lehetséges konstrukciójára alapozva mutatják be a találmány szerinti forgórész gyakorlatilag is megvalósítható változatait, így az ábrákon példaképpen, de nem szükségszerűen a 7 vezető közeg, és a 8 mágnesezhető közeg tárcsaként van ábrázolva. A találmány alapgondolata bármilyen konstrukciójú gépben megvalósítható az 1. ábrában lerajzoltak értelemszerű használatával. így pl., ha a szellőzés úgy kívánja, a 7 vezető közeg és a 8 mágnesezhető közeg gyűrű alakú is lehet.

A 2., 3. és 4. ábrán az 5 rövidrezáró gyűrűk mellett van(nak) elhelyezve a 7 vezető közeg tárcsa alakú kialakítással és/vagy 8 mágnesezhető közeg tárcsa alakú kialakítással. A 3 forgórész vastest, az 5 rövidrezáró gyűrű, a 7 vezető közeg és a 8 mágnesezhető közeg a 6 tengelyen ülnek. A 9 ventillátor, mely példaképpen radiális ventillátor, biztosítja a gép hűtését.

Az 5. és 6. ábra példaként a 2. ábra szerinti elrendezést mutatja arra a konstrukciós esetre, amelynél a forgórész aktív részei nem közvetlenül a 6 tengelyen ülnek. Az ábrákon az 5 rövidrezáró gyűrű és a tárcsa alakú 7 vezető közeg a 10 bordákon, ill. a 3 forgórész vastest 11 szorítótárcsájához erősített 12 konzolokon ülnek. Itt az 5 rövidrezáró gyűrű és a 7 vezető közeg, amely tárcsa alakú, alá a 13 mágnesezhető gyűrű van elhelyezve. A 13 mágnesezhető gyűrű példaképpen, de nem szükségszerűen összeköttetésben áll a 3 forgórész vastesttel.

Az előző ábrákon all szorító tárcsa nincs feltüntetve, mivel a találmány szempontjából ott nincs szerepe.

Bármelyik ábra szerinti elrendezésnél a 7 vezető közegben, a 8 mágnesezhető közegben és a 13 mágnesezhető gyűrűben az áramok és mágneses erővonalak célszerű lefolyását nem akadályozó szellőző csatornák lehetnek.

A 7. ábra szerint az 5 rövidrezáró gyűrű a 4 kalickarudak közt radiálisán mélyen be van vágva. A bevágás akkor tekinthető mélynek és ezáltal a találmány tárgykörébe tartozónak, ha az ábrán b-vel jelölt méret nagyobb az a-val jelölt méret kétszeresénél. A bevágás önmagában ismert. Alkalmazzák technológiai okból pl. a rudak forrasztásának megkönnyítésére. Ilyen nagymér

-2181585 tékű bevágásra azonban a találmány célján kívül más célból nincs szükség.

A 8. ábra szerint a 7 vezető közeg vagy a 8 mágnesezhető közeg célszerűen ventillátorként van kialakítva, vagy úgy is mondhatjuk, hogy az eredetileg pusztán ven- 5 tillációs célt szolgáló 9 ventillátor a találmány céljainak megfelelően van átalakítva (fajlagos ellenállás és a falvastagság megnövelésével). A 7 vezető közeg vagy a 8 mágnesezhető közeg és a 9 ventillátor szerepének egy alkatrészbe ily módon történő összevonása csak akkor lehetséges, ha a gép szellőztetése radiális ventillátort igényel. A kialakítás akkor tekinthető a találmány tárgykörébe tartozónak, ha vezető, nem mágnesezhető anyagú, bármilyen alakú ventillátor esetén a fajlagos ellenállás 0,08 ohm mm²/tn-nél nagyobb, mágnesezhető anyagú 9 ventillátor esetén a 9 ventillátor tömör tárcsájának átlagos axiális irányú mérete (az ábrán c-vel jelölve) nagyobb 20 mm-nél. Pusztán ventillációs célt szolgáló alkatrésznél ilyen paraméterekre nincs szükség.

A találmány szerinti forgórészben a természetesnél nagyobb veszteség és ezáltal nagyobb indítónyomaték jön létre az alábbiak szerint.

A leírás a forgórész álló állapotára vonatkozik.

Az 1. ábrán az 5 rövidrezáró gyűrű és a 2 tekercsfej közös szórási erővonalai metszik a 7 vezető közeget vagy a 8 mágnesezhető közeget, és abban örvényáramot indukálnak. így a 7 vezető közegben vagy a 8 mágnesezhető közegben veszteség keletkezik.

A 2. ábrán az 5 rövidrezáró gyűrű és a 2 tekercsfej közös szórási erővonalai metszik a 7 vezető közeget és abban örvényáramot indukálnak. így a vezető közegben veszteség keletkezik.

A 3. ábrán a 8 mágnesezhető közeg megnöveli a szórási erővonalak számát. így az 5 rövidrezáró gyűrűben kissé megnő az áramkiszorulás és a veszteség. A 8 mágnesezhető közegen megy keresztül a 2 tekercsfej szórási fluxusának egy része is, és ez a fluxus ezáltal főfluxussá 40 válik. (Ennek kedvező hatása üzemben is érvényesül.) Mivel a 8 mágnesezhető közegen a fentiek szerint jelentős fluxus megy át és a közeg tömör, benne jelentős veszteség keletkezik.

A 4. ábra szerinti elrendezés a 2. és 3. ábra kombinációja. A 8 mágnesezhető közeg növeli a 7 vezető közegen áthaladó szórási erővonalak számát és ezáltal a benne keletkező veszteséget.

Az 5. ábrán és a 6. ábrán a 13 mágnesezhető gyűrű biztosítja, hogy az 5 rövidrezáró gyűrű és a 2 tekercsfej szórási erővonalai a 3 forgórész vastest felé, ill. a 10 bordákon vagy 12 konzolokon keresztül a 6 tengely felé záródni tudjanak. 55

A 7. ábra mutatja az 5 rövidrezáró gyűrű mély bevágását. A mély bevágás eredményeképpen az 5 rövidrezáró gyűrű szórási erővonalai kedvezőbb irányban, nagyrészt középen haladnak át a 7 vezető közegen és így a 7 vezető közegben keletkező veszteség nagyobb lesz.

A 8. ábra mutatja, hogy a 7 vezető közeg, ill. a 8 mágnesezhető közeg és a 9 ventillátor funkciója egy célszerűen kialakított alkatrészbe összevonható. 65

Mint látható, a találmány szerinti forgórész legnagyobb előnye, hogy a gép legértékesebb részében, az aktív részben szabadít fel helyet, mely a gép teljesítményének növelésére és/vagy az elektromágneses igénybevételek csökkentésére használható fel. Az eddigi megoldásoknál lényegesen egyszerűbb, és ezért könnyebben gyártható, üzembiztosabb aszinkron gépet lehet készíteni. Az indítónyomaték növelésére szolgáló veszteségtöbblet a tekercsfej alatti, eddig kihasználatlan térben 10 képződik, így a kalickarendszer, mely melegedésre és hőtágulásra kényes, indításkor tehermentesítődik. A kétkalickás géphez képest felére csökken a rudazási munka, elmaradnak a mélyhornyú gépet jellemző kiékelési és a rúd egyenlőtlen melegedéséből származó problémák. 15 A 7 vezető közeg és 8 mágnesezhető közeg olcsó anyagból készíthetők. Ezenkívül ezek igen egyszerű geometaájúak, pl. tárcsák lehetnek, forrasztás természetesen nem szükséges, ezért hőterhelhetőségük nagyobb, helyzetüknél fogva hűlésük jobb, mint a kalickarendszeré. 20 így azonos nagyságú motorral nagyobb lendítönyomatékú terhek indíthatók, mint eddig. Mivel a tekercsfejtér paramétereinek, az ellenállásoknak, reaktanciáknak a szerepe a gépen belül annál nagyobb, minél kisebb a gép pólusszáma, a fent leírt előnyök kisebb pólusszámú, 25 leginkább természetesen kétpólusú gépnél érvényesülnek legerő teljesebben.

Claims

Szabadalmi igénypontok

1. Kalickás forgórész aszinkron villamos géphez, amely tengelyen elrendezett lemezeit forgórész vastestből, a forgórész vastest hornyaiban elhelyezett kalickarudakból, ezeket a forgórész vastest mindkét végén fémesen összekötő rövidrezáró gyűrűkből áll, azzal jellemezve, hogy a forgórész vastest (3) egyik vagy mindkét végén a rövidrezáró gyűrű (5) környezetében, de azon kívül, a rövidrezáró gyűrű (5) és az állórész (1) tekercsfejek (2) közös szórt mágneses mezejében vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) van(nak) elrendezve, továbbá mágnesezhető gyűrűje (13) van, különösen bordákra (10) felülő forgórész vastest (3) esetén, amely a vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) és a tengely (6), ill. a vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) és a forgórész vastesi (3) között van elhelyezve.
2. Az 1. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) több axiálisan vagy radiálisán osztott részből áll(nak).
3 Az 1. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a rövidrezáró gyűrűn (5) a kalirkarudak (
4) között mély bevágások vannak.

60 4. Az 1. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) tetszőleges forgástest alakú(ak).
5. A 4. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli

-3181585 alakja, azzal jellemezve, hogy a vezető közeg(ek) (7) és/vagy mágnesezhető közeg(ek) (8) közül legalább egy ventillátorként (9) van kialakítva.
6. Az 5. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a ventillátorként (9) kialakított nem mágnesezhető anyagú vezető közeg (7) anya gának fajlagos ellenállása nagyobb, mint 0,08 ohm mm²/m.
7. Az 5. igénypont szerinti kalickás forgórész kiviteli alakja, azzal jellemezve, hogy a ventillátorként (9) kiala5 kitolt mágnesezhető közeg (8) tömör tárcsájának axiális mérete nagyobb, mint 20 mm.

6 rajz, 8 ábra

A kiadásért felel: a Közgazdasági és Jogi Könyvkiadó igazgatója

86.5411.66-4 Alföldi Nyomda, Debrecen Felelős vezető: Benkő István vezérigazgató