DE1282161B

DE1282161B - Runner for an asynchronously starting synchronous reluctance motor

Info

Publication number: DE1282161B
Application number: DEA36393A
Authority: DE
Inventors: Vernon Bertram Honsinger
Original assignee: Allis Chalmers Corp
Current assignee: Allis Chalmers Corp
Priority date: 1959-12-31
Filing date: 1960-12-29
Publication date: 1968-11-07

Description

Läufer für einen asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Läufer für einen asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzmotor, der am Umfang seines aktiven Läuferkernes durch achsparallele Synchronisiernuten getrennte ausgeprägte Pole und zwischen benachbarten Polen innerhalb des Läuferkernes flußsperrende Schlitze zur Verminderung des Querachsenflusses aufweist und bei dem sowohl die Synchronisiernuten und die Flußsperren als auch in den ausgeprägten Polen angeordnete Wicklungsnuten mit nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material zur Bildung von Läuferstäben eines über Kurzschlußringe an den Enden des Läufers geschlossenen Anlaufkäfigs gefüllt sind.Rotor for an asynchronous starting synchronous reluctance motor Die The invention relates to a rotor for an asynchronously starting synchronous reluctance motor, the one on the circumference of its active rotor core through axially parallel synchronization grooves separate salient poles and between adjacent poles within the rotor core having flow-blocking slots to reduce the cross-axis flow and in which both the synchronizing grooves and the river barriers as well as in the pronounced poles arranged winding slots with non-magnetic, electrically conductive material to form rotor bars via short-circuit rings at the ends of the rotor closed starting cage are filled.

Um bei einem derartigen Motor im Synchronlauf ein ausreichendes Drehmoment des Motors zu gewährleisten, müssen die Synchronisiernuten verhältnismäßig breit in Umfangsrichtung mit nur geringer radialer Tiefe ausgebildet werden. Diese besondere Gestaltung der mit leitendem Material ausgefüllten Synchronisiernuten des bekannten Motors hat eine verhältnismäßig kleine Läuferimpedanz zur Folge, so daß der Anlaufstrom sehr groß ist.In order to achieve sufficient torque in synchronous operation with such a motor To ensure the motor, the synchronizing grooves must be relatively wide be formed in the circumferential direction with only a small radial depth. This particular one Design of the synchronizing grooves of the known, filled with conductive material The motor results in a relatively small rotor impedance, so that the starting current is very big.

Es ist bereits ein Induktionsmotor bekannt, bei dem der Läufer an seinen beiden Enden je einen bewickelten oder unbewickelten Leeranker trägt, die beiderseits axial zu dem aktiven Läuferkern angeordnet sind. Durch die Leeranker soll ein magnetisch besser leitender Pfad für das Streufeld der Ständerwicklung, insbesondere das Stirnstreufeld geschaffen werden, wodurch der Anlaufstrom und damit das Anlaufdrehmoment verringert werden soll.There is already an induction motor known in which the rotor is on each of its two ends carries a wound or unwound empty anchor, which are arranged on both sides axially to the active rotor core. Through the empty anchors should a magnetically better conductive path for the stray field of the stator winding, in particular the forehead stray field can be created, whereby the starting current and thus the starting torque should be reduced.

Bei diesem bekannten Induktionsmotor wird somit die Verringerung des Anlaufstromes erzielt durch Vergrößerung der Ständerstreuinduktivität. Da sich im Fall der Anwendung derartiger axialer Verlängerungen des Läufers aus magnetischem Material auf Synchron-Reluktanzmotoren der eingangs genannten Art die zusätzliche Ständerstreuinduktivität mit gleichem Betrag zu der Induktivität in der magnetischen Längsachse und der Induktivität in der magnetischen Querachse addiert, fällt der Unterschied zwischen den Reziprokwerten der resultierenden Reaktanzen in den beiden Achsen kleiner aus und damit auch das synchrone Kippmoment. Eine Vergrößerung der Ständerstreuinduktivität würde sich somit nachteilig auf den Synchronlauf eines asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzmotors auswirken.In this known induction motor, the reduction in the Starting current achieved by increasing the stator leakage inductance. Since the Case of the use of such axial extensions of the rotor made of magnetic Material on synchronous reluctance motors of the type mentioned above is the additional Stator leakage inductance with the same amount as the inductance in the magnetic Adding the longitudinal axis and the inductance in the magnetic transverse axis, the falls Difference between the reciprocal values of the resulting reactances in the two Axes are smaller and thus also the synchronous tilting moment. An enlargement of the Stator leakage inductance would therefore have a detrimental effect on the synchronous operation of a asynchronously starting synchronous reluctance motor.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, den Läufer für einen asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzrnotor der eingangs genannten Gattung so auszubilden, daß der Anlaufstrom verringert wird, ohne daß der Synchronlauf des Motors in nachteiliger Weise beeinflußt wird.The object on which the invention is based is to make the runner for an asynchronously starting synchronous reluctance motor of the type mentioned at the beginning Generate in such a way that the starting current is reduced without the synchronous operation of the engine is adversely affected.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß darin, daß unter Verwendung mindestens einer, vom aktiven Läuferkern magnetisch getrennten und mit einer Wicklung versehenen, axialen Verlängerung des Läufers aus magnetischem Material die Läuferstäbe des aktiven Läuferkernes in Reihe mit Wicklungsstäben in der axialen Verlängerung des Läufers geschaltet sind und die Kurzschlußringe an den äußeren Enden dieser Reihenschaltung angeordnet sind.The solution to this problem is that under Use of at least one magnetically separated from the active rotor core and with a winding provided, axial extension of the rotor made of magnetic material the rotor bars of the active rotor core in series with winding bars in the axial Extension of the rotor are connected and the short-circuit rings on the outer Ends of this series circuit are arranged.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Läufers wird die Impedanz des Läufers beim Anlaufen des Motors erhöht und folglich die Stromaufnahme verringert. Da bei Motoren der genannten Gattung der Läuferstrom im Synchronlauf Null ist, hat die Vergrößerung der Läuferimpedanz keinen Einfluß im Synchronlauf.The inventive design of the rotor, the impedance of the rotor increases when the motor starts and consequently the power consumption is reduced. Since the rotor current is zero in synchronous operation in motors of the type mentioned, has the increase in the rotor impedance has no effect on synchronous operation.

Selbstverständlich wird man normalerweise die Läuferverlängerung aus einer Anzahl von Lamellen aufbauen, wie es im Elektromaschinenbau üblich ist. Ausbildung und Auslegung der Wicklungsnuten richtet sich nach den gleichen Gesichtspunkten wie bei üblichen Asynchronmotor-Kurzschlußläufern. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist z. B. bei den in der Läuferverlängerung angeordneten Wicklungsnuten das Verhältnis der radialen Nutenlänge zur Nutenbreite groß gegenüber eins. Durch diese Ausbildung wird in vorteilhafter Weise die Reaktanz vergrößert.Of course, you will usually get the runner extension off build a number of slats, as is common in electrical engineering. education and the design of the winding grooves are based on the same criteria as with conventional asynchronous motor squirrel cage. In one embodiment of the Invention is z. B. in the winding slots arranged in the rotor extension the ratio of the radial groove length large opposite to the groove width one. This design advantageously increases the reactance.

Bei einer weiteren Ausführungsform weisen die in der Läuferverlängerung angeordneten Wicklungsnuten zwei Gruppen von rädiäl im Abstand vöneinander liegenden Wicklungsnuten auf, von denen eine in der Nähe des Umfangs der Verlängerung und die andere radial nach innen von der ersten Gruppe liegt. Dabei können die innenliegenden Wicklungsnöten ein größeres Verhältnis von radialer Länge zur auf dem Bogen gemessenen Breite aufweisen als die außenliegenden Wicklungsnuten.In a further embodiment, they have in the runner extension arranged winding slots two groups of radially spaced from one another Winding grooves on, one of which is near the perimeter of the extension and the other is radially inward from the first group. The internal Winding needs a larger ratio of radial length to measured on the arch Have width than the outer winding slots.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt F i g. 1 eine Querschnittsansicht (Schnitt nach Linie I-1 der F i g. 2) eines asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzmotors mit einem Läufer gemäß der Erfindung, F i g. 2 eine Längsschnittansicht des Läufers der F i g. 1 nach Linie II-II der F i g. 1, F i g. 3 eine Ansicht eines Einzelteils des Läufers nach F i g. 2 und F i g. 4 eine abgewandelte Ausführungsform des in F i g. 3 dargestellten Einzelteils: Nach den F i g. 1 und 2 weist der asynchron anlaufende Synchrün-Reluktanzmutor 1() einen üblichen Ständer 11 und einen zum Ständer drehbaren Läufer 12 auf, der auf einer Welle 13 angebracht ist. Der Läufer 12 ist mit einem magnetischen, den aktiven Magnetfluß führenden Kern 14 versehen, der eine Mehrzahl von auf dem Umfang im Abstand voneinander liegenden ausgeprägten polen 16 aufweist, die durch axial verlaufende Längsnuten 11 väüeltiäfider getrennt sind. Die Nuten 17 sind 111h einem geeigneten nichtmagnetischen; elektrisch leitenden Material Längsächsen$uß bilden. Weiterhin wirken die schlitze 18 und die Verbindungsschlitze 19 als Flußsperren für den Querachsenfluß, der trotz der axial verlaufenden Längsnuten 17 versucht, von einem zwischen den Polen liegenden Bereich zum anderen zu fließen. Der an den axial verlaufenden Nuten vorbeigehende Fluß wird somit durch die radialen Trennschlitze 18 und die Verbindungsschlitze 19 unterbunden. Andererseits fließt der erwünschte Längsachsenfluß im wesentlichen unbehindert von einem ausgeprägten Pol zum anderen durch den Eisenweg mit geringem magnetischem Widerstand.An embodiment of the invention is described below with reference to the drawing; in this FIG. 1 shows a cross-sectional view (section along line I-1 in FIG. 2) of an asynchronously starting synchronous reluctance motor with a rotor according to the invention, FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rotor of FIG. 1 according to line II-II of FIG. 1, Fig. 3 is a view of an individual part of the runner according to FIG. 2 and F i g. 4 shows a modified embodiment of the in FIG. 3 shown item: According to the F i g. 1 and 2, the asynchronously starting synchronous reluctance motor 1 () has a conventional stator 11 and a rotor 12 which is rotatable relative to the stator and which is mounted on a shaft 13. The rotor 12 is provided with a magnetic core 14 which conducts the active magnetic flux and has a plurality of pronounced poles 16 which are spaced apart from one another on the circumference and which are väüeltiäfider separated by axially extending longitudinal grooves 11. The grooves 17 are 111h of a suitable non-magnetic; electrically conductive material Form longitudinal axes. Furthermore, the slots 18 and the connecting slots 19 act as flow barriers for the transverse axis flow which, despite the axially extending longitudinal grooves 17, tries to flow from one area between the poles to the other. The flow passing the axially extending grooves is thus prevented by the radial separating slots 18 and the connecting slots 19. On the other hand, the desired longitudinal axis flux flows essentially unimpeded from one salient pole to the other through the low reluctance iron path.

Ein solcher an sich bekannter Läufer 12 ist nun im Rahmen der Erfindung mit einer Verlängerung 25 aus magnetischem Material versehen, die an jedem Ende des Kerns angebracht ist. Jede Verlängerung besteht aus einer Allzahl vcön Eisenläfnelleü 26. die Wicklungsnuten in radialer Richtung nach innen verlängert sind, so daß das Verhältnis der radialen Nutlänge zur Nutbreite groß ist.Such a rotor 12, known per se, is now provided within the scope of the invention with an extension 25 made of magnetic material which is attached to each end of the core. Each extension consists of an all number of Eisenläfnelleü 26. the winding slots are extended inward in the radial direction, so that the ratio of the radial slot length to the slot width is large.

Bei der in F i g. 4 dargestellten abgeänderten Form für die Eisenlamelle 26 a für die Läuferverlängerung sind zwei Gruppen von Wicklungsnuten vorgesehen, und zwar einmal in radialer Richtung außenliegende Nuten 28, die als runde Öffnungen dargestellt sind, und radial innenliegende Nuten 29, die als längliche Öffnungen mit im wesentlichen rechteckigem Querschnitt ausgebildet sind. Die beiden Gruppen von Wicklungsnuten 28 und 29 sind durch schmale Verbindungsschlitze 40 verbunden. Sie können jedoch auch vollständig voneinander getrennt sein. In jedem Falle wird bei eingelegten elektrischen Leitern die äußere Nutengruppe wegen des geringen Verhältnisses von Länge zur Breite ihrer Nuten 28 eine Wicklung mit hohem Widerstand und geringer Reaktanz und die innere Nutengruppe wegen des großen Verhältnisses von Länge zu Breite ihrer Nuten 29 eine Wicklung mit geringem Widerstand und großer Reaktanz darstellen. Die beiden Wicklungen bewirken in bekannter Weise zusammen beim Anlaufen einen geringen Strom und ein normales Drehmoment. Wenn sich der Läufer beschleunigt und der Synehrondrehzahl nähert, wird durch die gemeinsame Wirkung ein geringer Schlupf hervorgerufen, der es ermöglicht, daß der Motor leichter in Synchronismus gelangt, obwohl das durch die vergrößerte Trägheit der außen angesetzten Teile erschwert wird. Diese eben beschriebenen und an sich bekannten Wirkungen gelten beim Erfindungsgegenstand nur für die Läuferverlängerungen 25. Die Gesamtwirkung auf den Läufer 12 einschließlich der Wicklungen im Kern geht dahin, den Anlaufstrom des Motors zu verringern.In the case of the in FIG. 4 shown modified shape for the iron lamella 26 a for the rotor extension, two groups of winding grooves are provided, one in the radial direction outer grooves 28, which are shown as round openings, and radially inner grooves 29, which are elongated openings with substantially rectangular Cross-section are formed. The two groups of winding slots 28 and 29 are connected by narrow connecting slots 40. However, they can also be completely separate from one another. In any case, when electrical conductors are inserted, the outer group of slots becomes a winding with high resistance and low reactance because of the small ratio of length to width of their slots 28, and the inner group of slots becomes a winding with low resistance due to the large ratio of length to width of their slots 29 and represent great reactance. In a known manner, the two windings together produce a low current and a normal torque when starting up. As the rotor accelerates and approaches synchronous speed, the combined effect creates a small amount of slippage, which allows the motor to become more easily synchronized, although this is made more difficult by the increased inertia of the externally attached parts. These effects just described and known per se apply to the subject matter of the invention only for the rotor extensions 25. The overall effect on the rotor 12 including the windings in the core is to reduce the starting current of the motor.

Die axial verlaufenden Nuten 17, die Schlitze 18 und 19 und die Wicklungsnuten 27 sind, wie dargestellt, sämtlich an den äußeren Enden der Läuferverlängerungen durch einen Kurzschlußring 41 miteinander verbunden, so daß eine Käfigläuferwicklung für den Motor gebildet wird.The axially extending grooves 17, the slots 18 and 19 and the winding grooves 27 are, as shown, all connected to one another at the outer ends of the rotor extensions by a short-circuit ring 41, so that a squirrel cage winding is formed for the motor.

Claims

Patentansprüche: l.. Läufer für einen asynchron anlaufenden Synchron-Reluktanzmotor, der am Umfang seines aktiven Läuferkernes durch achsparallele Synchronisiernuten getrennte ausgeprägte Pole und zwischen benachbarten Polen innerhalb des Läuferkernes flußsperrende Schlitze zur Verminderung des Querachsenflusses aufweist und bei dem sowohl die Synchronisiernuten und die Flußsperren als auch in den ausgeprägten Polen angeordnete Wicklungsnuten mit nichtmagnetischem, elektrisch leitendem Material zur Bildung von Läuferstäben eines über Kurzschlußringe an den Enden des Läufers geschlossenen Anlaufkäfigs gefüllt sind, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verwendung mindestens einer, vom aktiven Läuferkern (14) magnetisch getrennten und mit einer Wicklung versehenen, axialen Verlängerung (25) des Läufers (12) aus magnetischem Material die Läuferstäbe des aktiven Läuferkernes (14) in Reihe mit Wicklungsstäben in der axialen Verlängerung (25) des Läufers geschaltet sind und die Kurzschlußringe (41) an den äußeren Enden dieser Reihenschaltung angeordnet sind. Claims: l .. rotor for an asynchronous starting synchronous reluctance motor, the one on the circumference of its active rotor core through axially parallel synchronization grooves separate salient poles and between adjacent poles within the rotor core having flow-blocking slots to reduce the cross-axis flow and in which both the synchronizing grooves and the river barriers as well as in the pronounced poles arranged winding slots with non-magnetic, electrically conductive material to form rotor bars via short-circuit rings at the ends of the rotor closed starting cage are filled, characterized in that using at least one magnetically separated from the active rotor core (14) and with one Winding provided, axial extension (25) of the rotor (12) made of magnetic Material, the rotor bars of the active rotor core (14) in series with winding bars are connected in the axial extension (25) of the rotor and the short-circuit rings (41) are arranged at the outer ends of this series circuit.

2. Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den in der Läuferverlängerung (25) angeordneten Wicklungsnuten (27) das Verhältnis der radialen Nutenlänge zur Nutenbreite groß gegenüber eins ist (F i g. 3). 2. Rotor according to claim 1, characterized in that in the winding grooves (27) arranged in the rotor extension (25) , the ratio of the radial groove length to the groove width is large compared to one (F i g. 3).

3. Läufer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Läuferverlängerung (25) angeordneten Wicklungsnuten zwei Gruppen von radial im Abstand voneinander liegenden Wicklungsnuten (28 bzw. 29) aufweisen, von denen eine in der Nähe des Umfangs der Verlängerung (25) und die andere radial nach innen von der ersten Gruppe liegt (F i g. 4). 3. Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the winding grooves arranged in the rotor extension ( 25) have two groups of radially spaced winding grooves (28 or 29) , one of which is in the vicinity of the circumference of the extension ( 25) and the other is located radially inward from the first group (Fig. 4).

4. Läufer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die innenliegenden Wicklungsnuten (29) ein größeres Verhältnis von radialer Länge zur auf dem Bogen gemessenen Breite aufweisen als die außenliegenden Wicklungsnuten (28) (F i g. 4). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 223 648, 535 378, 611288; deutsche Auslegeschrift Nr. 1018 143; schweizerische Patentschrift Nr. 339 665.4. Rotor according to claim 3, characterized in that the inner winding grooves (29) have a greater ratio of radial length to the width measured on the arc than the outer winding grooves (28) (F i g. 4). Considered publications: German Patent Nos. 223 648, 535 378, 611288; German Auslegeschrift No. 1018 143; Swiss patent specification No. 339 665.