PL222591B1 - Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego - Google Patents

Description

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) 222591 (13) B1 (51) Int.Cl.

(21) Num^{er z}gł^oszeni^a: 40077¹ H02K 1/26 (2006.01)

H02K 17/16 (2006.01) H02K 3/48 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 14.09.2012 (54)

Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 17.03.2014 BUP 06/14	(73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.08.2016 WUP 08/16	(72) Twórca(y) wynalazku:
MACIEJ BERNATT, Katowice, PL

PL 222 591 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest wirnik silnika indukcyjnego klatkowego, zwłaszcza średniej i dużej mocy, z uzwojeniem wykonanym techniką prętowania.

Standardowe rozwiązanie wirnika silnika indukcyjnego klatkowego większej mocy ma uzwojenie wykonane z prętów, najczęściej miedzianych lub mosiężnych połączonych na czołach pierścieniami zwierającymi metodą lutowania lub spawania. Podczas rozruchu silnika w prętach klatki przepływa prąd o wielkim natężeniu. W wyniku współdziałania prądu płynącego w prętach oraz magnetycznego strumienia rozproszenia żłobkowego powstaje siła elektrodynamiczna działająca na pręty klatki wirnika na całej pakietowej długości prętów. Jest to siła pulsująca, o częstotliwości podwojonej w stosunku do częstotliwości prądu wirnika. Siła ta skierowana jest do dna żłobków i wywołuje w prętach (sztywno zamocowanych do pierścieni zwierających) pulsujące naprężenia zginające, niebezpieczne dla trwałości konstrukcji klatki. Naprężenia zginające od żłobkowej siły elektrodynamicznej rozłożone są na całej długości prętów klatki, natomiast ich maksimum znajduje się w miejscu połączenia prętów z pierścieniami zwierającymi. Ponadto w miejscu połączenia prętów z pierścieniami występuje skokowa zmiana obciążanego przekroju wywołując znane zjawisko spiętrzania naprężeń (działanie karbu). Właśnie na połączeniach prętów z pierścieniami występują najczęściej pęknięcia i przełamania prętów klatki, co ma miejsce zwłaszcza w silnikach poddawanych częstym lub długim rozruchom. Jednym ze znanych sposobów zabezpieczeń uzwojenia klatkowego od niszczącego działania sił żłobkowych występujących podczas rozruchu jest ograniczenie, lub całkowita likwidacja promieniowych luzów prętów w żłobku. Warianty takich rozwiązań są przedstawione w opisach patentowych PL 208 648, GB 1,044,574, JP 53008708. Mankamentem tych rozwiązań jest fakt, iż ich skuteczność zmniejsza się w czasie eksploatacji silnika, gdyż pręty w żłobku, pod wpływem drgań wzbudzanych siłami elektrodynamicznymi, zwiększają swój luz w miarę narastania ilości przebytych rozruchów. Innym sposobem zmniejszenia naprężeń występujących w miejscu połączenia prętów z pierścieniami może być zmniejszenie sztywności tegoż połączenia. Realizuje się to albo poprzez promieniowe nacinanie pierścieni na określonej wysokości między sąsiednimi prętami, albo poprzez odpowiednie wyprofilowanie bocznej ściany pierścieni, jak opisano w opisie patentowym PL 155 295. Jednak miejsca nacięć pierścieni mogą stanowić ogniska dla powstawania pęknięć i przełomów natury zmęczeniowej, natomiast odpowiednie wyprofilowanie (metodą obróbki skrawaniem) bocznej powierzchni pierścieni jest zabiegiem wielce pracochłonnym i pociągającym za sobą wielkie odpady materiału.

Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego składający się z wału, pakietu blach, uzwojenia pręt owego i dwóch pierścieni zwierających według wynalazku charakteryzuje się tym, że pod czołami prętów znajduje się zestaw koncentrycznych, sprężystych tulei o zróżnicowanych długościach, osadzonych na zatoczeniu pierścienia zwierającego, przy czym zestaw tulei jest ze sobą połączony spoinami punktowymi bądź nitami. Tuleja zewnętrzna, o największej długości, połączona jest punktowymi sp oinami z prętami bądź z pierścieniem zwierającym. Tuleja zewnętrzna może być nieizolowana bądź izolowana od czół prętów.

Przykład rozwiązania wirnika silnika indukcyjnego klatkowego według wynalazku jest przedstawiony na rysunkach Fig. 1, Fig. 2 i Fig. 3. Rysunek Fig. 1 przedstawia przekrój podłużny jednego końca wirnika silnika indukcyjnego klatkowego. Rysunki Fig. 2 i Fig. 3 przedstawiają strefę połączenia prętów wirnika z pierścieniem zwierającym. Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego składa się z wału 1, pakietu ferromagnetycznych blach 2 osadzonym na wale 1 oraz z uzwojenia klatkowego. Pakiet 2 jest ściśnięty pierścieniami 3, do których jest przymocowany podzwojnik 12. Uzwojenie klatkowe tworzą pręty 4 miedziane i dwa pierścienie 5 zwierające końcówki prętów 4. W wirnikach dwuklatkowych, uzwojenie tworzące klatkę rozruchową (zewnętrzną) może być wykonane z mosiądzu lub brązu. Pierścienie zwierające 5 są osadzone na podzwojnikach 12. Pręty 4 klatki wirnika połączone są z pierścieniami zwierającymi 5 w sposób trwały spoiną 7. Pod czołami prętów 4, od strony pierścieni 5, znajduje się zestaw cienkich, koncentrycznych, ciasno osadzonych, tulei sprężystych 6 (jednej, dwu, lub więcej) o zróżnicowanych długościach. W przedstawionym przykładzie na rysunkach Fig. 1, Fig. 2 i Fig. 3 są trzy tuleje 6. Tuleja zewnętrzna ma największą długość, tuleja wewnętrzna jest najkrótsza. Tuleje 6 są wykonane z materiału sprężystego np. stali lub mosiądzu. Na tulei 6 zewnętrznej leżą czoła prętów 4. Tuleje 6 są osadzone na zatoczeniu 8 pierścienia zwierającego 5. Pierwsza tuleja 6, o największej długości, na której leżą czoła prętów 4, może być odizolowana od prętów 4 warstwą izolacyjną 11. Jeśli nie ma warstwy izolacyjnej 11, to tuleja pierwsza 6 jest połączona na stałe, metodą zgrzewania, spoinami punktowymi 9 z prętami 4 bądź z pierścieniem 5 jak pokazano na rysunku Fig. 2.

PL 222 591 B1

Jeśli jest warstwa izolacyjna 11, to tuleja pierwsza 6 jest połączona punktowo spoinami z pierścieniem zwierającym 5, jak pokazano na rysunku Fig. 3. Wszystkie tuleje 6 są połączone spoinami punktowymi 10 bądź nitami, zwiększa to sztywność układu tulei 6 oraz zapobiega ich osiowemu przemieszczaniu się. W wirnikach dwuklatkowych zestaw koncentrycznych tulei 6 sprężystych, umieszcza się pod czołami prętów 4 klatki rozruchowej, w strefie łączenia prętów 4 z pierścieniami 5. Układ koncentrycznych tulei 6 zapewnia elastyczne podparcie prętów 4 w strefie ich połączenia z pierścieniem 5.

Zestawu koncentrycznych tulei sprężystych 6 o zróżnicowanych długościach umieszczonych pod czołami prętów 4, według wynalazku, tworzy układ amortyzujący drgania prętów 4 w strefie ich połączenia z pierścieniami zwierającymi 5, to jest w strefie największego narażenia na uszkodzenie. Amortyzacja ta ogranicza spiętrzenie naprężeń mechanicznych występujących na tych połączeniach prętów 4 z pierścieniami 5, czyniąc je quasi-elastycznymi. Jest to rozwiązanie oszczędne materiałowo i tańsze technologicznie od rozwiązania patentowego PL 155 295, gdyż nie wymaga obróbki mechanicznej bocznych powierzchni pierścienia.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego składający się z wału, pakietu blach, uzwojenia prętowego i dwóch pierścieni zwierających, znamienny tym, że pod czołami prętów (4) znajduje się zestaw koncentrycznych, sprężystych tulei (6) o zróżnicowanych długościach, osadzonych na zatoczeniu (8) pierścienia zwierającego (5), przy czym zestaw tulei (6) jest ze sobą połączony spoinami punktowymi (10) bądź nitami.

2. Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego, według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja zewnętrzna (6) o największej długości, połączona jest punktowymi spoinami (9) z prętami (4) bądź z pierścieniem zwierającym (5).

3. Wirnik silnika indukcyjnego klatkowego, według zastrz. 1, znamienny tym, że tuleja zewnętrzna (6) jest nieizolowana bądź izolowana (11) od czół prętów (4).