DE2639513A1 - Massiver rotor fuer eine asynchronmaschine - Google Patents
Massiver rotor fuer eine asynchronmaschineInfo
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- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
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Description
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PL/ho 2.8.76
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)
Massiver Rotor für eine Asynchronmaschine
Für Asynchronmaschinen verwendete massive Rotoren werden meistens
aus Stahl hergestellt und sind sowohl schwingungstechnisch
als auch wärmetechnisch vorteilhaft. Die Robustheit eines solchen Rotors sichert einerseits hohe Biege- und Torsionsfrequenzen,
was hohe Drehzahlen und Leistungen ermöglicht, andererseits eine hohe Wärmespeicherfähigkeit und damit günstige
Anlaufeigenschaften. Die Nachteile des massiven Rotors
liegen in der schlechten elektrischen Leitfähigkeit des Rotorstahles , der wegen der hohen Permeabilität kleinen Eindringtiefe
des Feldes und in den dadurch bedingten hohen Verlusten.
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Es ist bereits bekannt, am Rotorumfang Axialnuten auszuführen, die entweder bis in die Nähe der Rotorenden verlaufen
(GB-PS 266,780) oder sich bis zu den Enden erstrecken ("techniques CEM" Juni 1973 / Nr. 87, S.22 ff). Diese Axialnuten bewirken
eine Vergrösserung der Tiefe, bis zu welcher der magnetische Fluss in den Rotor eindringt, und die elektrische
Leitfähigkeit der Zähne führt zu einer Herabsetzung der elektrischen Verluste. In der CH-PS 488 311 ist ein Rotor aus
massivem Eisen beschrieben und dargestellt, der achsenparallele Löcher aufweist. Der Hauptzweck dieser Bohrungen ist die Kühlung
des Rotors zu verbessern, zusätzlich erhält man jedoch auch eine Herabsetzung der elektrischen Verluste. Dieser Lösung
entspricht auch die Ausführungsform, bei der die Axialnuten
gedeckt, z.B. mit Keilen, ausgeführt sind. In Bödefeld/ Sequenz "Elektrische Maschinen", Wien - New York 19 71, S.19 3,
sind massive Rotoren beschrieben, die an den Stirnseiten Ringe aus Kupfer aufweisen, die mit dem Rotor mechanisch und elektrisch
leitend verbunden sind. Durch diese konstruktive Ausführung verliert der Rotor jedoch seine Robustheit und die
Ansprüche an eine gute elektrische Leitfähigkeit und mechanische Festigkeit der Verbindungsstelle sind sehr hoch. In den
Verbindungsstellen treten oft unzulässig hohe Wärmedehnspannungen auf. Die CH-PS 566 664 enthält einen massiven Stahlrotor,
der im aktiven Teil der Rotorlänge mit tangentialen Rillen
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versehen ist, die zur Bekämpfung der Zusatzverluste infolge der Oberwellen dienen. Eine andere konstruktive Lösung ist in
der CH-PS 244 439 beschrieben und dargestellt. Der massive
Rotor weist an der dem Stator gegenüberliegenden Mantelfläche rings um den Läufer herum verlaufende Nuten auf,, in welche ein
Metall von höherer elektrischer Leitfähigkeit als Eisen eingebracht ist. Durch nicht ausgefüllte Ringnuten an den Läuferenden
sind Kühlrippen gebildet. In "Proc. IEE", Vol. 121, No.3,
March 1971*, S. 197 ff-, ist eine weitere Ausführungsform eines
massiven Rotors dargestellt und beschrieben. Der äussere zylindrische Teil des Rotors weist eine wesentlich grössere
axiale Länge auf als der innere zylindrische Tragteil, so dass er eine Hülse bildet, die den Tragteil überragt. Der Nachteil
dieser Lösung ist darin zu sehen, dass sie nur für kleinere Maschinen (z.B. bis 1 kW) geeignet ist, weil diese aus magnetischen
Gründen erforderliche Form des Rotors bei grösseren Maschinen die mechanische Beanspruchung nicht widerstehen kann.
Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen massiven Rotor für eine Asynchronmaschine so auszubilden, dass
er die Nachteile des Bekannten nicht aufweist und eine Herabsetzung der elektrischen Verluste sichert.
Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst,
dass an den Stirnseiten des Rotors durch Nuten gebildete Ringe ausgeführt sind.
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Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, dass durch die Ringe die elektrischen Verluste vermindert werden,
wobei der Rotor seine robuste Ausführungsform behält. Es entfallen
also auch die bei einer Verwendung von Kupferkurzschlussringen nötigen Verbindungsstellen, die schlecht die
hohen "Warmed ehns pannungen übertragen.
Die Ringe sind vorteilhaft durch vorzugsweise konzentrische, zylindrische Nuten gebildet. Diese Ausführungsform ist sehr
günstig, weil sie unbehindertes Schliessen der in die Tiefe des Rotors eingedrungenen elektrischen Ströme ermöglicht. Nach
einer anderen Ausführungsform sind die Ringe durch mit konischen Flächen ausgeführte Nuten gebildet, wobei die Gipfelwinkel
der konischen Flächen entweder gleich ausgeführt oder mit verschiedenen Werten ausgeführt sind. Die Nuten können die
gleiche Tiefe oder verschiedene Tiefen aufweisen. Die an den Stirnseiten des Rotors durch die Nuten gebildeten Ringe können
auch mit axialen, am Umfang des Rotors ausgeführten Nuten, oder mit axialen verschlossenen Nuten bzw. axialen Bohrungen
im Rotor oder mit tangentialen Rillen Verwendung finden, wobei
die genannten zusätzlich angeordneten Elemente in Verbindung mit wenigstens einigen der an den Stirnseiten des Rotors
durch die Nuten gebildeten Ringe in Verbindung stehen können oder getrennt ausgeführt sein können.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
vereinfacht dargestellt.
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Es zeigt:
Fig. 1 einen axialen Schnitt durch ein Ende eines Rotors mit einer ersten beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 den Schnitt H-II aus Fig. 1,
Fig. 3 eine zweite beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes
im axialen Schnitt,
Fig. H den Schnitt IV-IV aus Fig. 3,
Fig. 5 bis 9 weitere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
in axialen Schnitten.
Gemäss Fig. 1 ist ein Rotor mit der Bezugsziffer 1 benannt,
ein Wellenteil des Rotors 1 mit der Bezugsziffer I1 und eine
Achse des Rotors 1 mit der Bezugsziffer 2. Zylindrische Nuten gleicher Tiefe sind durch die Zahl 3 gekennzeichnet und Ringe gleicher Breite durch die Zahl Ί. In Fig. 2 bis 9 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1. Nach Fig. 3 und 2J sind axiale Nuten mit der Ziffer 5 benannt und
eine Welle des Rotors 1 mit der Ziffer 6. Nach Fig. 5 ist ein schräg abgedrehter Teil der Stirnseite des Rotors 1 durch die Zahl 7 gekennzeichnet, zylindrische Nuten abgestufter Tiefe
durch die Zahl 8 und Ringe abgestufter Breite durch die Zahl
9. In Fig. 6 ist ein Verschlusskeil der axialen Nut 5 mit der Zahl 51 bezeichnet. Tangentiale Rillen in Fig. 7 sind durch
ein Wellenteil des Rotors 1 mit der Bezugsziffer I1 und eine
Achse des Rotors 1 mit der Bezugsziffer 2. Zylindrische Nuten gleicher Tiefe sind durch die Zahl 3 gekennzeichnet und Ringe gleicher Breite durch die Zahl Ί. In Fig. 2 bis 9 sind gleiche Teile mit denselben Bezugszahlen versehen wie in Fig. 1. Nach Fig. 3 und 2J sind axiale Nuten mit der Ziffer 5 benannt und
eine Welle des Rotors 1 mit der Ziffer 6. Nach Fig. 5 ist ein schräg abgedrehter Teil der Stirnseite des Rotors 1 durch die Zahl 7 gekennzeichnet, zylindrische Nuten abgestufter Tiefe
durch die Zahl 8 und Ringe abgestufter Breite durch die Zahl
9. In Fig. 6 ist ein Verschlusskeil der axialen Nut 5 mit der Zahl 51 bezeichnet. Tangentiale Rillen in Fig. 7 sind durch
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die Kennziffer 10 gekennzeichnet, konische Nuten sind mit der Zahl 11 genannt und konische Ringe mit der Zahl 12. Konische,
durch Konen mit abgestuften Gipfelwinkeln gebildete Ringe in Fig. 8 sind mit der Bezugsziffer 14 benannt, konische, durch
Konen mit abgestuften Gipfelwinkeln gebildete Nuten in Fig. 9 mit der Bezugsziffer 13.
Das erste in Fig. 1 und 2 dargestellte Beispiel zeigt ein Ende des Rotors 1, dessen Teil I1 eine Welle bildet. Die Nuten 3
sind in der Stirnseite des Rotors 1 zylindrisch ausgeführt und koaxial angeordnet. Dementsprechend sind auch die Ringe 4 durch
zylindrische koaxiale Flächen gebildet. Die Ausführungsform gemäss Fig. 3 und 4 entspricht derjenigen aus Fig. 1 und 2,
der Rotor 1 ist jedoch mit den axialen Nuten 5 versehen, die in Verbindung mit einigen der zylindrischen in der Stirnseite
des Rotors 1 ausgeführten Muten 3 stehen. In Fig. 5 ist der Rotor 1 mit dem schräg abgedrehten Teil 7 'seiner Stirnseite
ausgeführt, so dass die zylindrischen Nuten 8 verschiedene Tiefen aufweisen. Auch dieses Äusführungsbeispiel enthält die
axialen Nuten 5· Gemäss Fig. 6 sind die zylindrischen Nuten 8
mit verschiedenen Tiefen ausgeführt und bilden abgestuft breite Ringe 9. Die axiale Nut 5 ist mit dem Verschlusskeil 5'
verschlossen. Fig. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform. Der Rotor 1 ist im aktiven Teil seiner Länge mit den tangentialen
Rillen 10 versehen und die stirnseitig ausgeführten konischen Nuten 11 und Ringe 12 sind durch konische Flächen mit gleichen
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Gipfelwinkeln begrenzt. Die konischen Flächen der Ringe Ik in
Fig. 8 und der Nuten 13 in Fig. 9 weisen verschiedene, abgestufte Gipfelwinkel auf. Die Nuten 11 in Fig. 8 und die Ringe
12 in Fig. 9 sind mit je einer konstanten Breite ausgeführt.
Der Erfindungsgegenstand ist auf das in der Zeichnung Dargestellte
selbstverständlich nicht beschränkt. Die Abmessungen der einzelnen Nuten und/oder Ringe können auch verschieden,
z.B. abgestuft, ausgeführt sein.
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Claims (12)
1. Massiver Rotor für eine Asynchronmaschine, dadurch gekennzeichnet,
dass an den Stirnseiten des Rotors (1) durch ■ Nuten (3, 8, 11, 13) gebildete Ringe (4, 9>
12, 14) ausgeführt sind.
2. Massiver Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (4, 9) durch vorzugsweise konzentrische
zylindrische Nuten (3a 8) gebildet sind.
3. Massiver Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringe (12, 14) durch mit konischen Flächen ausgeführte
Nuten (11, 13) gebildet sind.
4. Massiver Rotor nach den Ansprüchen 1 und 3a dadurch gekennzeichnet,
dass die die Nuten (11) bildenden konischen Flächen mit gleichen Gipfelwinkeln ausgeführt sind.
5. Massiver Rotor nach den Ansprüchen 1 und 3j dadurch gekennzeichnet,
dass die die Nuten (13) bildenden konischen Flächen mit verschiedenen Gipfelwinkeln ausgeführt sind.
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6. Massiver Rotor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (3, 13)
gleich tief ausgeführt sind.
7. Massiver Rotor nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Nuten (8) mit
verschiedener Tiefe ausgeführt sind.
8. Massiver Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zu den an den Stirnseiten des Rotors
(1) durch die Nuten (3, 8, 11, 13) gebildeten Ringen (4, 9, 12, 14) mit axialen, am Umfang des Rotors (1) ausgeführten
Nuten (5) versehen ist.
9. Massiver Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zu den an den Stirnseiten des Rotors
(1) durch die Nuten (8) gebildeten Ringen (9) mit axialen verschlossenen Nuten (5) bzw. axialen Bohrungen versehen
ist.
10. Massiver Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich zu den an den Stirnseiten des Rotors
(1) durch die Nuten (11) gebildeten Ringen (12) mit tangentialen Rillen (12) versehen ist.
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11. Massiver Rotor nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die axialen Nuten (5) in Verbindung mit wenigstens einigen der an den Stirnseiten des Rotors
(1) durch die Nuten (3* 8) gebildeten Ringe (4, 9) in
Verbindung stehen.
12. Massiver Rotor nach den Ansprüchen 1 und 8, dadurch gekennzeichnet,
dass die axialen Nuten (5) getrennt von den an den Stirnseiten des Rotors (1) durch die Nuten
(8) gebildeten Ringen (9) ausgeführt sind.
BBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.
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