DE3036096C2 - AC motor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselstrommotor mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Patentanspruch 1.The invention relates to an AC motor with the features of the preamble of claim 1.

Einen solchen Wechselstrommotor beschreibt die US-PS 33 29 846. Dieser Wechselstrommotor ist als Reluktanzmotor ausgebildet. Sein Rotor besteht aus mehreren unterschiedlichen Materialien, nämlich einem hochpermeablen Material, einem niedrigpermeablen Material und Leitstäben, ggf. aus noch mehr Materialien. Such an AC motor is described in US Pat. No. 3,329,846. This AC motor is a reluctance motor educated. Its rotor consists of several different materials, namely one high-permeability material, a low-permeability material and guide rods, possibly made of even more materials.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wechselstrommotor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er bei geringen Herstellungskosten einen wesentlich besseren Wirkungsgrad aufweist und als Stellantrieb verwendbar istThe invention is based on the object of providing an AC motor of the type mentioned at the outset to design that it has a significantly better efficiency at low manufacturing costs and can be used as an actuator

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die kennzeichnenden Merkmale von Patentanspruch 1.The characterizing features of claim 1 serve to solve this problem.

Der erfindungsgemäße Wechselstrommotor zeichnet sich insbesondere durch eine sehr steife Drehzahl-Drehmomenten-Kennlinie aus, welche im Arbeitsbereich mindestens so steif ist, wie diejenige eines in der Leistung vergleichbaren Normmotors. Sie kann nach Wunsch aber noch steifer gemacht werden. Die Anlaufzeit-Konstante des erfindungsgemäßen Wechselstrommotors ist mindestens 10,75mal kürzer als jene des Normmotors vergleichbarer Leistung. Da die Anlaufwärme proportional mit dem Massenträgheitsmoment verknüpft ist, ergeben sich außerdem geringere Anlaufwärmeverluste, und zwar um 10,75mal geringer.The alternating current motor according to the invention is characterized in particular by a very stiff speed-torque characteristic which is at least as stiff in the work area as that of one in the performance comparable standard motor. However, it can be made even more rigid if desired. The start-up time constant of the AC motor according to the invention is at least 10.75 times shorter than that of the Standard motor of comparable performance. Since the starting heat is proportional to the mass moment of inertia is linked, there are also lower start-up heat losses, namely 10.75 times less.

Weiterhin resultieren viel einfacher zu realisierende Einschaltschutzvorrichtungen für Motoren größerer Leistung als beim Normmotor.Furthermore, switch-on protection devices for larger motors that are much easier to implement result Performance than a standard motor.

Der magnetische Fluß muß den als Hohlzylinder ausgebildeten Rotor in radialer Richtung durchsetzen, was zur Folge hat, daß für die konstruktive Gestaltung des Hohlzylinderrotors keine Beschränkungen magnetischphysikalischer Art auftreten. Die minimale Dicke der Hohlzylinderwand ist gegeben durch festigkeitstechnische Betrachtungen und durch den Umstand, daß an der Innenseite noch Flachnuten für die Aufnahme der Kurzschlußstäbe herausgearbeitet werden müssen.The magnetic flux must penetrate the hollow cylinder designed rotor in the radial direction, what As a result, there are no magnetic-physical restrictions on the structural design of the hollow cylinder rotor. The minimum thickness of the Hollow cylinder wall is given by strength considerations and the fact that on the Flat grooves have to be worked out on the inside to accommodate the short-circuit rods.

Der als Hohlzylinder ausgebildete, magnetisch-aktive Teil des Rotors soll aus einem massiven, weich-magnetischen Material bestehen, das einen hohen spezifischen elektrischen Widerstand hat sowie eine hohe Sättigungs-Induktion, vergleichbar mit dem Material aus welchem der lamellierte Außen- und Innenstator besteht The magnetically active part of the rotor, designed as a hollow cylinder, should consist of a solid, soft magnetic one Material that has a high specific electrical resistance and a high saturation induction, comparable to the material from which the laminated outer and inner stator is made

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g 1 gezeigt und nachstehend anhand der weiteren F i g. 2 und 3 kurz beschrieben.One embodiment of the invention is shown in FIG shown and below with reference to the further F i g. 2 and 3 briefly described.

Der Grundaufbau geht aus von einem Stator 1 eines handelsüblichen Norm-Asynchron-Kurzschlußläufermotors mit einer gebräuchlichen Statorwicklung 2. Der Stator 1 eines solchen Normmotors soll im folgenden als Außenstator bezeichnet werden. Während der eine Lagerflansch 3 ein normales Gleitlager 4, wie gezeichnet, oder ein Wälzlager zur Lagerung einer Rotorwelle 5 trägt, ist der andere Lagerflansch, im folgenden als Innenstatorflansch 6 bezeichnet in der Weise ausgebildet, daß er neben einem normalen Gleit- oder Wälzlager 7 wie gezeichnet welches für die Aufnahme der anderen Seite der Rotorwelle dient, noch ein weiteres, konzentrisch angeordnetes Gleit- oder Wälzlager β für die Lagerung einer freien Seite 9 eines Hohlzylinderrotors 10 trägt, sowie ein zwischen beiden Lagern als Innenstator 11 ausgebildetes, konzentrisch angeordnetes und für die Rotorwellendurchführung konzentrisch gebohrtes Paket aus weichmagnetischen, elektrisch voneinander isolierten Blechen trägt Dieses Blechpaket ist mit parallel zur Motorachse 5 gerichteten Schrauben 12, welche mittels Isolierhülsen 13 von den einzelnen Blechen elektrisch isoliert sind, am Innenstatorflansch 6 befestigt Diese Maßnahme sowie die Anbringung einer Isolierscheibe 14 am Kopf des Innenstators 11 verhindern die Entstehung von schädlichen Kurzschluß- und Wirbelströmen in den Befestigungsschrauben. Die elektrischen Isoliermaßnahmen zur Isolierung der Bleche untereinander reduzieren die Wirbelstromverluste des Innenstators auf ähnliche spezifische Werte, wie beim gewöhnlichen schon bekannten Außenstator. Die Montage eines Radial-Ringlagers für die Lagerung des aus Hart-Elektrolytkupfer bestehenden freien Endes 9 des Hohlzylinderrotors ist nicht für alle Baugrößen erforderlich.»The basic structure is based on a stator 1 of a commercially available standard asynchronous squirrel cage motor with a common stator winding 2. The stator 1 of such a standard motor is hereinafter referred to as External stator are referred to. While the one bearing flange 3 is a normal plain bearing 4, as shown, or a roller bearing for supporting a rotor shaft 5 is the other bearing flange, hereinafter referred to as the inner stator flange 6 denotes designed in such a way that, in addition to a normal sliding or roller bearing 7 as drawn, which is used to hold the other side of the rotor shaft, another one, concentric arranged slide or roller bearing β for mounting a free side 9 of a hollow cylinder rotor 10 carries, as well as one between the two bearings as an inner stator 11 designed, concentrically arranged and concentrically drilled for the rotor shaft bushing made of magnetically soft, electrically insulated metal sheets. This laminated core is with parallel to the motor axis 5 directed screws 12, which by means of insulating sleeves 13 from the individual sheets electrically are isolated, attached to the inner stator flange 6 This measure as well as the attachment of an insulating washer 14 at the head of the inner stator 11 prevent the creation of harmful short-circuit and eddy currents in the fastening screws. The electrical insulation measures for isolating the sheets from one another reduce the eddy current losses of the inner stator to specific values similar to those of the ordinary one already known external stator. The assembly of a radial ring bearing for the storage of hard electrolytic copper existing free end 9 of the hollow cylinder rotor is not required for all sizes. »

Der magnetische Kraftfluß tritt in radialer Richtung vom Außenstator aus (resp. ein), durchsetzt den Hohlzylinderrotor nur in radialer Richtung und tritt in radialer Richtung in den Innenstator ein (resp. aus) und verläuft im Innern des Innenstators sowie im Außenstator nach einer Richtungsumlenkung in tangentialer Richtung. In die Innenwand des als Hohlzylinder ausgebildeten Rotors sind spiralig verwundene Nuten zum Beispiel mittels Räumen herausgearbeitet. Sie können auch parallelThe magnetic flux emerges in the radial direction from the outer stator (or enters) and passes through the hollow cylinder rotor only in the radial direction and enters (or exits) the inner stator in the radial direction and runs inside the inner stator as well as in the outer stator after a change of direction in a tangential direction. In the inner wall of the rotor designed as a hollow cylinder are spirally twisted grooves, for example by means of Rooms worked out. You can also do it in parallel

so zur Motorachse verlaufen. Ihre Anzahl entspricht der Anzahl Rotornuten eines gewöhnlichen Kurzschlußkäfigankermotors mit der eingangs beschriebenen Außenstatorkonstruktion, welche 2- oder mehrpolig sein kann. In diese Innennuten sind z. B. rechteckförmige Stäbe 15 aus einem gut elektrisch leitenden Material, wie z. B. Kupfer, eingelegt. Diese Stäbe sind mittels eine sie umgebenden Isolierschicht, z. B. Lack, von den Nuten elektrisch isoliert. An den beiden Enden des Rotors 10 sind zwei Kurzschlußringe 9 und 16 aus ebenfalls elektrisch gut leitendem Material angebracht, welche mit den Enden der in den Innennuten eingeklebten Kurzschlußstäben 15 elektrisch gut leitend, z. B. mittels Lötung, verbunden sind. Der auf dem freien Ende des Hohlzylinderrotors angebrachte Kurzschlußring 9 ist so ausgestaltet, daß er einen Außenring 17 des Radial-Ringlagers 8 aufnehmen kann.so run to the motor axis. Their number corresponds to the number of rotor slots in an ordinary squirrel cage armature motor with the external stator construction described at the beginning, which can be 2- or multi-pole. In these inner grooves are z. B. rectangular rods 15 made of a highly electrically conductive material, such as. B. Copper, inlaid. These rods are by means of a surrounding insulating layer, for. B. paint, electrically from the grooves isolated. At the two ends of the rotor 10, two short-circuit rings 9 and 16 are also electrical Good conductive material attached, which with the ends of the short-circuit rods glued into the inner grooves 15 good electrical conductivity, e.g. B. are connected by soldering. The one on the free end of the hollow cylinder rotor The attached short-circuit ring 9 is designed in such a way that it receives an outer ring 17 of the radial ring bearing 8 can.

In einer hier nicht gezeichneten Lagerungsvariante kann der Kurzschlußring den Innenring eines Radial-In a storage variant not shown here, the short-circuit ring can be the inner ring of a radial

Nadellagers tragen.Wear needle bearing.

Der auf dem anderen Ende des Hohlzylinders angebrachte Kurzschlußendring 16, gemäß F i g. 1 der rechtsseitige, ist in der Weise als Nabe ausgebildet, daß die Nabenbohrung eine Druckhülse 18 aufnehmen kann, welche ihrerseits das zwischen Hohlzylinder-Rotor und den Statoren entwickelte Drehmoment auf die Rotorwelle 5 überträgtThe short-circuit end ring 16 attached to the other end of the hollow cylinder, according to FIG. 1 of the right-hand side, is designed as a hub in such a way that the hub bore can accommodate a pressure sleeve 18, which in turn exerts the torque developed between the hollow cylinder rotor and the stators on the rotor shaft 5 transmits

Fig.2 zeigt drei statische Drehzahl-Drshmomcnt-CharakterUtiken A, B, C unter der Bedingung, daß die Außenstatorwicklungen mit einer konstanten, sinusförmigen, 3-phasigen Wechselspannung fester Frequenz gespeist werden.2 shows three static speed-torque characteristics A, B, C under the condition that the outer stator windings are fed with a constant, sinusoidal, 3-phase alternating voltage of a fixed frequency.

Die Kurve A gibt den Verlauf M_A = f(n) eines gewöhnlichen 4poligen Kurzschiußläufer-Asynchronmotors wieder. Man erkennt die große Drehzahlsteifigkeit im Arbeitsbereich (n_N), das Kippdrehmoment, die Sattelzone und das Anlaufdrehmoment des Motors.Curve A shows the course M _A = f (n) of an ordinary 4-pole short-circuit asynchronous motor. You can see the high speed stiffness in the working range (n _N ), the breakdown torque, the saddle zone and the starting torque of the motor.

Mit der Kurve B ist das statische Drehzahl-Drehmomentverhalten eines Motors dargestellt, welcher denselben Außenstator wie bei Kurve A besitzt, jedoch einen mit Kupferendringen versehenen Hohlzylinderrotor ohne Kurzschlußstäbe besitzt, sowie einen geblechten Innenstator aufweist.Curve B shows the static speed-torque behavior of a motor which has the same outer stator as in curve A , but has a hollow cylinder rotor with copper end rings without short-circuit rods and a laminated inner stator.

Die Kurve Cist eine aus dem Anmeldungsgegenstand resultierende, statische Drehzahl-Drehmomentkennlinie, welche auch als Überlagerung der Kurven A und B aufgefaßt werden kann.Curve C is a static speed-torque characteristic curve resulting from the subject of the application, which can also be interpreted as a superimposition of curves A and B.

Fig. 3 zeigt einen Halbschnitt des Hohlzylinderrotors. Fig. 3 shows a half section of the hollow cylinder rotor.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

4040

4545

5050

6565

Claims (2)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wechselstrommotor, bei dem zwischen einem, mit einer ein- oder mehrphasigen Wicklung versehener, lameliierter Außenstator und einem lamellierten, zentrisch an einem seitlichen Flansch befestigter Innenstator ein als Hohlzylinder ausgebildeter, mit in Nuten eingebetteten Kurzschlußstäben und KurzschluBendringen versehener und aus weichmagnetischem Material bestehender Rotor als Kurzschlußläufer angeordnet ist (Glockenläufer), der das Drehmoment mittels einer Rotornabe auf die zentrisch angeordnete Rotorwelle überträgt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstrommotor als Asynchronmotor ausgebildet ist, dessen Rotor (10) vollständig aus hochpermeablem Material besteht1. AC motor, in which between one, provided with a single or multi-phase winding, Laminated outer stator and one laminated, centrally attached to a side flange Inner stator designed as a hollow cylinder with short-circuit rods and short-circuit rings embedded in grooves equipped and made of magnetically soft material rotor as squirrel cage is arranged (bell-type rotor), which applies the torque to the centrically by means of a rotor hub arranged rotor shaft transmits, characterized in that the AC motor as Asynchronous motor is designed, the rotor (10) consists entirely of highly permeable material 2. Wechselstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der, dem Flansch gegenüberliegenden Seite des Innenstators (ti) eine radial gerichtete Isolierscheibe (14) angeordnet ist2. AC motor according to claim 1, characterized in that on the opposite to the flange Side of the inner stator (ti) a radially directed insulating washer (14) is arranged