NO333386B1

NO333386B1 - Kortslutningsrotor for en asynkron induksjonsmotor

Info

Publication number: NO333386B1
Application number: NO20030690A
Authority: NO
Inventors: Holger Henning; Horst Kuemmlee
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 2000-08-23
Filing date: 2003-02-12
Publication date: 2013-05-21
Also published as: US6933647B2; DE10043329A1; EP1312154B1; WO2002017461A2; WO2002017461A3; EP1312154A2; NO20030690L; NO20030690D0; US20040012293A1

Abstract

Oppfinnelsen vedrører en ny kortslutningsrotor. Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en kortslutningsrotor som tillater en effektutgang for motoren på over 1 MW til og med ved hastigheter på over 10000 omdr./min. Med denne hensikten er de ledende stavene (4) i kortslutningsrotoren loddet i spor (8, 9) som er anordnet på omkretsen til den massive rotorkjernen (3) over hele lengden og de ledende stavene er innrettet til å være i flukt med overflaten (13) til rotorkjernen (3).

Description

Kortslutningsrotor for en asynkron induksjonsmotor "

Oppfinnelsen vedrører området dynamoelektriske maskiner og skal anvendes ved den konstruktive utforming av rotoren i en asynkron induksjonsmotor, og ved denne er viklingene som er utformet som ledningsstaver kortsluttet ved hjelp av kortslutningsringer.

Ved en kjent asynkron maskin av denne typen består rotorkjernen av massivt stål, hvorved i den overflaten til rotoren som vender mot luftspalten er innarbeidet spor og hvert spor har sporvegg som er anordnet radielt og konvergerende mot utsiden. Viklingene som er tilordnet rotoren er utformet som kortslutningsviklinger og består av ledende metallstaver som er anordnet formtilpasset i rotorens spor. De delene av ledende metallstaver som står utenfor platekjernen til statoren danner tilsammen en sammensatt ringformet viklingsdel, hvorved disse delene på hensiktsmessig måte er sveiset sammen mot hverandre. Siden de ledende stavene er utformet som U profilstaver hvor hvert U ben fyller et rotorspor halvveis vil kortslutnings viklingen rage delvis i den magnetiske luftspalten (DE 2537706 Bl).

Ved en annen kjent asynkron maskin er rotorkjernen utformet som blikk eller plater som er forsynt med utsparinger for opptak av ledende staver. De ledende stavene er tilordnet på enden kortslutningsringer som er loddet sammen med endene til ledningsstaven (DE 2 362 195 Al).

For en asynkron maskin med større effekt og større driftshastighet er kjent en rotorkonstruksjon, hvorved ved rotorkjernen som er utformet som plater er tilordnet en forhåndsfremstilt kortslutningsrotor, hvorved kortslutningsrotoren består av to halve rotorer med utformede kortslutningsringer som er sveiset eller loddet sammen i området for halve lengden. På kortslutningsringene er stive, ikke-magnetiske kapperinger anordnet (DE 197 29 432 Cl).

GB 1427818 beskriver en elektrisk motor med en sylindrisk rotor med et ikke-laminert legeme av jern eller stål som bærer en kortslutningsvikling av elektrisk ledende materialet anbrakt i en rekke langsgående spor og et par ringformede spor. JP 55141945 beskriver en rotor med en leder som kobles til en en kortslutningsring, hvor disse sveises sammen til en kortslutningsrotor. US 2421860 beskriver en kortslutningsrotor for induksjonsmotorer av massivt stål med periferiske spor og ledere tilpasset sporene.

Med utgangspunkt i en kortslutningsrotor for en asynkron induksjonsmotor med trekkene i innledningen i patentkrav 1 (DE 2 527 706 Bl) har oppfinnelsen som oppgave å utforme kortslutningsrotoren slik at den kan drives med et effektuttak til rotoren på over 1 MW også ved hastigheter på over 10000 omdr./min. og derved ved periferihastigheter på over 200 m/s og også som er enkelt å fremstille.

For å løse denne oppgave er det anordnet ifølge oppfinnelsen slik at sporene har parallelle eller nærmest parallelle sporvegger, og at ledningsstavene er innloddet i hele deres lengde i sporene, hvorved ledningsstavene er jevnt anordnet i forhold til overflatene til rotorkjernen.

Den foreliggende oppfinnelsen er definert i det selvstendige krav 1.

En rotorkjerne som er utformet på denne måten er karakterisert ved en lav byggehøyde i den radielle retningen for rotoren. Som følge av dette kan rotorakselen, med uendret ytre diameter for rotoren sammenliknet med rotorrør med større dybdehøyde i kortslutningsrotoren, ha større diameter, noe som fører til en stivere rotorkonstruksjon og således til lavere svingningstilbøyelighet ved høye hastigheter. Ved at ledningsstavene er anordnet jevnt eller i flukt med overflaten til rotoren, f.eks. ved en sponavskillende bearbeidelsesprosess, har kortslutningsrotoren en glatt overflate og derved veldig lave friksjonstap. Den nødvendige loddeprosessen for festing av de ledende staver i sporene til rotorkjernen er prosessmessig enkelt å beherske. For å innføre lodden i fugeområdet vil det være å anbefale å forsyne lederstavene i området som peker mot sporbunnen med en langsgående renne, hvor man anbringer loddematerialet før man legger inn ledningsstavene i sporet. Rennen kan være utformet som en ring for opptak av en rund loddetråd. Som et alternativ kan deretter stavformet eller trådformet loddemateriale legges i hvert spor og til slutt kan den ledende staven med rennen

brettes over loddematerialet.

Tilordning av kortslutningsringene til ledningsstavene som er loddet inn i sporene i rotorkjernen kan i en videreutvikling av oppfinnelsen utføres slik at rotorkjernen og de ledende stavene på enden av rotorkjernen, dvs. i det ikke-aktive området til kortslutningsrotoren, er kjegleformet tilspisset eller avsmalnet og at på det forminskede området er en likeledes kjegleformet forminsket kortslutningsring loddet. Ved en slik utførelse rager kortslutningsringen bare litt over diametere til rotorkjernen, hvorved kortslutningsringen, avhengig av helningen til den kjegleformede tilspisning er forbundet over en stor flate med rotorstavene. I tillegg vil man ved hjelp av disse tiltak jevne strømfordelingen i kortslutningsringens tverrsnitt; og i tillegg vil varmeforskjeller mellom rotorkjernen og kortslutningsringen ved loddeprosessen kompenseres av en aksial forskyvning av kortslutningsringen.

Istedenfor å anvende en diskret kortslutningsring kan man for å tilveiebringe den elektrisk påkrevde kortslutning i området for enden av de ledende stavene hvorved disse er kortere enn rotorkjernen anordne to ringspor hvor to nærliggende ledende staver er loddet til hverandre ved hjelp av et innlagt mellomstykke.

To utførelseseksempler av den nye kortslutningsrotoren er vist i fig. 1-5. Her vises i: Fig. 1 en kortslutningsrotor med konisk avsmalnet ende for de ledende stavene i rotorkjernen,

Fig. 2 tilordning av ledende staver og kortslutningsring ifølge fig. 1 i detalj,

Fig. 3 en tverrsnittsfremstilling av spor og ledende staver ifølge fig. 1,

Fig. 4 en kortslutningsrotor med i mantelområdet til rotorkjernen innsatte kortslutningsringer og

Fig. 5 utforming av kortslutningsringen ifølge fig. 4 i tverrsnitt.

Fig. 1 viser det vesentlige område til kortslutningsrotoren i en asynkron maskin, hvorved i den nedre delen av fremstillingen ser man et riss og i den øvre del av fremstillingen ser man et lengdesnitt. Kortslutningsrotoren består av massivt stål og viser en aksel 2 med akse A, som går over til en rotorkjerne 3. Rotorkjernen er på den ytre diameter større enn diameteren til akselen 12.1 rotorkjernen er brakt inn i den aksielle retningen forløpende spor, og mellom disse er anordnet steg 5, hvorved i sporene er ledende staver 4 anordnet. Disse er utformet plant eller i flukt med overflaten av rotorkjernen ved en bearbeidelsesprosess.

Stegene 5 og de ledende stavene 4 som er innsatt i sporene i rotorkjernen er i begge endeområdene kjegleformet avsmalnet, hvorved den oppstår i områder 7 som er kjegleformet mot rotoraksen. I hvert av områdene 7 er kortslutningsring 6 anordnet. Ifølge fig. 2 er den ytre diameteren DR til kortslutningsringene noenlunde større enn den ytre diameteren DK til rotorkjernen. Hellingen til de kjegleformede avsmalninger er angitt med en vinkel som ligger på rundt 20°.

Ifølge fig. 3 er sporene som er innbragt i rotorkjernen 3 utformet slik at de har parallelt forløpende sporvegger 8 og 9 og er i sporbunnen 10 utformet konkavt. De ledende staver som er satt inn i sporene er tilpasset sporets tverrsnitt og har, i det konvekst utformede sportilpassede området, mot den konkave utforming, en i lengderetningen til den ledende staven forløpende renne 11, hvor loddemateriale 12 er innsatt. Ved oppvarming av rotorkjernen vil dette loddematerialet bringes til smelting, slik at i den ferdige tilstanden til de ledende stavene 4 er disse i hele sin overflate loddet inn i sporene.

Kortslutningsringene 6 som er plassert på den avsmalnende ende til de ledende stavene og til rotorkjernen er forbundet mot enden av de ledende stavene og de reduserte stegene i rotorkjernen likeledes ved en direkte materialforbindelse, spesielt ved lodding.

Ved utførelseseksemplet ifølge fig. 4 og 5 vises en kortslutningsrotor 20 som er forsynt i rotorkjernen 21 likeledes med spor som forløper i lengderetningen, mellom stegene 23. Disse sporene er gravet inn i overflaten til rotorkjernen. I disse sporene er ledende staver 23 anordnet. På begge endene av sporet er i tillegg et ringformet spor 24 anordnet, hvorved stegene 22 kan kortsluttes på begge endene. I områdene mellom stegene 22 og ringsporene 24 er mellomstykker 25 av samme materiale som de ledende stavene, spesielt kopper, innsatt. Disse mellomstykkene danner sammen med enden av de ledende stavene begge kortslutningsringene. Mellomstykkene og enden til de ledende stavene er likeledes direkte materialforbundet med hverandre ved hjelp av en loddeprosess. Herved er mellomstykkene ifølge fig. 2 anordnet med sideliggende renner 26, hvor likeledes loddematerialet er anordnet. De ledende stavene 23 er utformet på samme måte som lederstavene 24 i fig. 2.

Claims

1. Kortslutningsrotor for en asynkron induksjonsmotor med effekt større enn 1 MW, bestående av - en rotorkjerne (3) som er integrert med en rotoraksel av massivt stål, forsynt med spor som forløper i den aksielle retningen, og - ledende staver (4) som er anordnet i sporene og som er tilpasset sporets tverrsnitt, og som er kortsluttet ved endene ved hjelp av direkte materialforbindelser med en kortslutningsring (6), hvor sporene har parallelle eller tilnærmet parallelle sporvegger (8, 9) og at de ledende stavene (4) er over hele deres lengde loddet inn i sporene, hvorved de ledende stavene (4) er anordnet plant i forhold til eller i flukt overflaten (13) til rotorkjernen (3), karakterisert ved at de ledende stavene (4) i området som vender mot sporets bunn (10) er anordnet med en lengdeforløpende renne (11).

2. Kortslutningsrotor ifølge krav 1,karakterisert ved at rotorkjernen (3) og de ledende stavene (4) er på enden av rotorkjernen kjegleformet avsmalnet (7) og at på det avsmalnede området er en likeledes kjegleformet avsmalnet kortslutningsring (6) loddet.

3. Kortslutningsrotorifølge krav 1,karakterisert ved at rotorkjernen (21) på endeområdet til de ledende stavene (23) er anordnet med ringspor (24) og at enden til de ledende stavene er loddet til hverandre ved hjelp av et mellomstykke (25) som er satt inn i ringsporet.

4. Kortslutningsrotor ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at sporets bunn (10) i hvert spor er konkavt utformet.