SE458411B - Elektrisk asynkronmaskin - Google Patents

Description

458 411 ning är en järnring anordnad vid sidan av kortslutningsringen på sådant sätt, att kontakt uppstår mellan de båda ringarna. Ända- målet med arrangemanget är att avsevärt öka den ojämna strömför- delning, som uppstår i kortslutningsringen under start och på detta sätt öka förlusterna. Ökningen av den ojämna strömfördel- ningen har vissa gränser och innebär dessutom en avsevärd risk, eftersom den härmed förknippade ojämna uppvärmningen resulterar i skadlig värmeutvidgning och kan leda till att lödfogen mellan stav och ring kan smälta. Till följd av den komplicerade konstruktionen och de otillfredsställande resultaten har denna lösning ej lett till utbredd användning. Det kvalitativa mönstret av kraftlinjerna i läckflödet och till och med i mindre utsträckning de kvantita- tiva relationerna har ej iakttagits i vederbörlig utsträckning.

Man har även helt bortsett från inverkan av statorns härvändar.

Uppfinningen är baserad på uppgiften att utveckla en lösning, en- ligt vilken de extra förluster, som erfordras för ökning av start- momentet, ej uppstår i järnkärnan utan inom fältet för härvändar- na, varvid anordningen har enkel uppbyggnad och kan framställas till låga kostnader.

Uppfinningens egenskaper och fördelar erhålles genom att en mas- kin av inledningsvis angivet slag“uppvisar de i den kännetecknande delen av krav 1 angivna särdragen, varvid förmånliga utförings- former framgår av underkrav. vid rotorn för en asynkronmaskin kommer förluster att uppstå på ställen, där det roterande magnetiska fältet skär rotorns statio- nära ledande media. Men det roterande magnetiska fältet förekom- mer ej enbart i järnkärnan utan även utanför densamma, längs den gemensamma banan för kraftlinjerna i läckflödet vid statorns härv- ändar och vid rotorns kortslutningsring. Om man tar i betraktan- de attïstatorns härvändar skjuter ut avsevärt mera än den burlin- dade rotorns kortslutna härvor, finns vid sidan av kortslutnings- ringen ett utrymme, som kan utnyttjas för uppfinningens ändamål.

(Genom US-A-3.335.308 är känt att utnyttja samma utrymme för att minska förlusterna och därmed minska strömrusningen vid motor- start.) Om på detta ställe ett ledande medium placeras, ger kort- slutningsringen och härvändarnas gemensamma läckfält upphov till 458 411 virvelströmmar, som resulterar i förluster.

Uppfinningen är baserad på insikten ej blott att detta gemensamma läckflöde har avsevärd storlek, utan också att avsevärda förlus- ter kan uppnås genom lämpligt val av ställen, dimensioner och ma- terial för ett där anordnat ledande medium. När ett ledande medi- um är anordnat i ovan beskrivna utrymme, kan slutligen rotorn va- ra avsevärt enklare än som hittills varit fallet. Om detta ledan- de medium kan magnetiseras samtidigt, kommer det att uppfånga kraftlinjerna vid läckflödet och öka deras antal. Till följd här- av kommer den i varje fall i kortslutningsringen föreliggande strömförskjutningen att ökas något före startförloppet, så att förlusterna följaktligen även kommer att öka. I det magnetiserba- ra mediet, som är en massiv kropp, uppkommer avsevärda förluster och kommer här en del av läckflödet från statorns härvändar att om- vandlas till ett huvudflöde. Detta innebär att inom omrâdet för härvändarna ett vridmoment uppstår även under drift samtidigt som *det uppträder i järnkärnan. Om ringen av konstruktionsskäl ej är 'anordnad direkt pâ axeln utan på utstående delar eller hållare, skall en magnetiserbar ring anbringas under det ledande mediet för att säkerställa att banan för kraftlinjerna i läckflödet, som erfordras för bildande av virvelströmmarna, sträcker sig mot järnkärnan och de utstående delarna och axeln.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i exempelform med ledning av åtföljande ritning, där fig. 1 visar en tvärsnittsvy av rotorn, fig. 2-4 rotorn försedd med på axeln anordnade skivor, fig. 5 och 6 rotorn försedd med skivor, som är anordnade på hål- lare eller utstående delar, fig. 7 kortslutningsringen med urtagningar och fig. 8 en skiva, som är utförd i ett stycke med fläkten.

I fig. 1 visas mönstret för fältet vid asynkronmotorns härvhuvu- den. Härvsidorna är anordnade i järnkärnan på statorn 1 och är sammankopplade medelst härvändar 2. Burstavarna 4 i järnkärnan på rotorn 3 är förbundna med varandra medelst en kortslutningsring 5. Rotorns järnkärna och kortslutningsringen 5 är fästa vid axeln 6. Det kvalitativa mönstret av kraftlinjerna i läckfältet vid 458 411 härvändarna framgår av figuren. Vid iakttagande av detta mönster blir det ideala arrangemanget av det ledande mediet 7 eller det magnetiserbara mediet 8 inom området för kortslutnin gsringen tyd- ligt.

I figuren visas ej fastsättningen av mediet 7 eller mediet 8 på axeln 6 och visas enbart ett enda medium.

Efterföljande figurer visar praktiskt utförbara versioner av ro- torn enligt uppfinningen, baserade på en möjlig konstruktion av en asynkronmaskin.

I figurerna visas följaktligen såsom exempel kom- ponenterna 7 och 8 såsom skivor. Genom rimlig tillämpning av den i fig. 1 visade versionen kan uppfinningens grundidé tillämpas på varje maskin av vilken konstruktion som helst. Följaktligen kan komponenterna 7 och 8 vara ringformade.

Vid de i fig. 2-4 visade utföringsformerna är metallskivan 7 och/ eller järnskivan 8 anordnade i närheten av kortslutningsringen 5.

Rotorns 3 järnkärna, kortslutningsringen 5 och skivorna 7, 8 är fästa vid axeln 6. Fläkten 9, i föreliggande fall av radialtyp, säkerställer kylning av maskinen.

I fig. 5 och 6 visas anordningen med skivorna enligt fig. 2 för det fall, då rotorns aktiva delar ej är fastsatta direkt på axeln 6.

I figurerna är kortslutningsringen 5 och skivan 7 fastsatta på lister 10 resp. bärkonsoler 12, som är fästa vid en klämskiva 11 på rotorns järnkärna. I detta fall är en järnring 13 anordnad un- der ringen och skivan. Järnringen 13 kan såsom ett exempel men ej nödvändigtvis vara förbunden med rotorns 3 järnkropp. I de ti- digare figurerna visas ej klämskivan 11, eftersom den saknar bety- delse med hänsyn till uppfinningen.

Vid var och en av de i figurerna visade utföringsformerna kan ven- tilationskanaler vara utformade i metallskivan 7, i järnskivan 8 och i järnringen 13 utan att hindra banan för strömmar och magne- tiska kraftlinjer.

Enligt fig. 7 är kortslutningsringen 5 försedd med radiella in- skärningar mellan stängerna 4. Slitsarna kan betraktas vara djupa och enligt uppfinningen är längden b i figuren större än två gän- ger dimensionen a. Slitsarna är i och för sig kända. Slitsarna an- 458 411 vänds ofta t.ex. för att underlätta fastlödningen av stängerna, men slitsar med denna sträckning erfordras endast för uppfinningens ändamål och erfordras i annat fall ej.

Såsom framgår av fig. 8 är skivan 7 eller 8, som befinner sig längst bort från järnkroppen, lämpligen utformad såsom fläkt, dvs komponenten 9, som ursprungligen är avsedd för ventilation, utfor- mats enligt uppfinningen genom ökning av väggtjocklekens specifi- ka motstånd. Ändamålet med skivan 7 eller 8 och ändamålet med fläk-~ ten kan koncentreras till enbart en komponent, om för maskinens ventilation en radialfläkt erfordras. Konstruktionen kan betraktas tillhöra uppfinningens omfång, när det specifika motståndet i frå- ga om en fläkt av vilken form som helst, som består av ett omag~ netiserbart material, är högre än 0,08 ohm.mm2/m och i fråga om ett omagnetiserbart material den axiella medeldimensionen hos den massiva skivan i fläkten, som i figuren är angiven genom c, är större än 20 mm. Dessa parametrar erfordras ej med hänsyn till komponenter, som uteslutande används för ventilationsändamål.

Vid rotorn enligt uppfinningen är förlusterna större än de natur- liga förlusterna, så att startmomentet följaktligen även kommer att vara högre.

Beskrivningen av verkningssättet hänför sig till stillastående rotor.

I fig. 1 korsar de gemensamma läckflödeslinjerna vid kortslutnings- ringen 5 och härvändarna 2 det ledande mediet 7 eller det magneti- serbara mediet 8 och ger upphov till virvelströmmar i desamma.

Till följd härav uppstår förluster i det ledande mediet 7 eller i det magnetiserbara mediet 8.

I fig. 2 korsar läckflödeslinjer vid kortslutningsringen och läck- flödeslinjer vid härvändarna 2 skivan 7 och åstadkommer virvel- ström i densamma. Följaktligen uppstår förluster i skivan 7.

I fig. 3 ökar järnskivan 8 läckflödet, så att strömförskjutningen och förlusterna ökar något i kortslutningsringen 5. En del av läck- flödet passerar genom skivan 8, så att flödet omvandlas till ett 458 411 huvudflöde. Eftersom ett avsevärt flöde passerar genom järnskivan 8 och eftersom skivan består av massivt material, uppstår avse- värde förluster.

Den i fig. 4 visade utföringsformen representerar en kombination av de i fig. 1 och 2 visade utföringsformerna.

Järnskivan 8 ökar läckflödet genom skivan 7, så att även förlusterna kommer att öka. vid den i fig. 5 och 6 visade utföringsformen säkerställer järn- ringen 13 att läckflödeslinjerna vid kortslutningsringen 5 och härvändarna skulle kunna vara slutna i riktning mot rotorns 3 järn- kärna, dvs via åsarna 10 eller stödkonsolerna 12 i riktning mot axeln 6.

Fig. 7 visar de djupa slitsarna i kortslutningsringen 5. Till följd av dessa djupa slitsar passerar läckflödeslinjerna vid kortslut- ningsringen genom skivan i en fördelaktigare riktning och huvudsak- ligen i mitten av skivan 7, så att förlusterna i skivan 7 kommer att vara högre.

I fig. 8 visas en utföringsform vid vilken effekten av skivan 7 eller 8 och effekten av fläkten 9 kan koncentreras till en lämp- ligt formad komponent. " Den väsentliga fördelen med rotorn enligt uppfinningen ligger däri, att just inom den aktiva delen av maskinen ett fritt utrymme upp- står, som kan utnyttjas antingen för ökning av maskinens uteffekt och/eller för reducering av elektromagnetiska pâkänningar. Lösnin- gen enligt uppfinningen är i jämförelse med kända lösningar avse- värt enklare och kan tillämpas pâ enklare sätt, så att asynkron- maskiner kommer att ha hög driftssäkerhet. Tillsatsförlusterna, som tjänar till att öka startmomentet, uppkommer i ett ej hittills utnyttjat utrymme under härvhuvudena, så att bursystemet, som är känsligt för uppvärmning och värmeutvidgning, kommer att avlastas under startförloppet. I jämförelse med maskiner med dubbla burar kan arbetet, när det gäller framställningen av stavarna reduceras till hälften, medan samtidigt de problem ej uppträder, som hänför sig till formförändring och ojämn uppvärmning och är utmärkande 458 411 7 W för maskiner med djupliggande stavar. Komponenterna 7 och 8 kan framställas av billiga material. Dessutom kan de ha synner- ligen enkel geometri, varvid de t.ex. kan vara formade såsom skivor, så att de kan utsättas för högre värmebelastning och bätt- re kylning kan uppnås till följd av deras läge än vid konventio- nella bursystem. Vid motorer av samma storlek kan därför belast- ningar startas med högre tröghetsmoment än tidigare.

Claims (10)

458 411 s, Patentkrav

1. Elektrisk asynkronmaskin med en rotor som har en på en axel monterad kärna med i spår i kärnan upptagna stavar (4) anslut- na vid rotorns båda ändar till kortslutningsringar (5), en stator (1) med en statorkârna som omger rotorn, samt ett fler- tal genom statorkärnan dragna lindningshärvor, vilka har härv- axiellt utstående k ä n n e t e c k n a d av medel för alstring av ett högt vridmoment mellan rotorn och statorn, ändar (2) placerade vid statorns båda ändar, utanför kortslutningsringarna (5), vilka medel omfattar minst en ringformig ledande kropp (7, 8), som är monterad vid rotorns axel (6) vid åtminstone den ena änden av rotorn och roterbar med rotorn, samt är anord- nad på avstånd från och axiellt belägen mellan vid samma ände belägna kortslutningsring (5) och härvändars (2) ytterändar samt radiellt belägen mellan härvändarna och axeln (6), vilken ringformiga ledande kropp är belägen inom det gemensamma magne- tiska ströfältet för härvändarna och kortslutningsringen vid ro- torns nämnda ände, samt har tillräcklig storlek för att där or- saka väsentlig flödesförlust.

2. Maskin enligt krav 1, k ä n n'e t e c k n a d av att var- je ledande ring består av magnetiserbart material.

3. Maskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att var- je ledande ring (7) består av omagnetiserbart material.

4. Maskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att nâg- ra ledande ringar (8) består av magnetiserbart material.

5. Maskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att var- je ledande ring är utformad såsom en rotationskropp.

6. Maskin enligt något av kraven 1-4, av k ä n n e t e c k n a d att en av de ledande ringarna är utformad såsom fläkt (9).

7. Maskin enligt krav 1, 3 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att det specifika motståndet hos materialet för den ledande rin- <7 458 411 gen är högre än 0,08 ohm.mm2/m.

8. Maskin enligt krav 1, 2 eller 6, k ä n n e t e c k n a d av att kroppen (7, 8) är massiv och av magnetiserbart material samt att dess axiella dimension är större än 20 mm.

9. Maskin enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att dju- pa urtagningar är utformade på kortslutningsringen och ringarna mellan de ledande stavarna.

10. Maskin enligt något av kraven 1-9, k ä n n e t e c k n a d av att en av magnetiserbart material bestående ring (13) är an- ordnad mellan den ledande ringen och axeln (6) och mellan den le- dande ringen och rotorns järnkärna (3).