РОТОР АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1994 года по МПК H02K17/16 

Изобретение относится к электротехнике.

Известны короткозамкнутые роторы асинхронных электродвигателей, магнитопроводы которых содержат листы с закрытыми, полузакрытыми, открытыми или чередующимися по внешней поверхности закрытыми и полузакрытыми пазами.

Недостатками асинхронных электродвигателей с указанными роторами являются большой пусковой ток и малый пусковой вращающий момент, вызванные малым активным сопротивлением ротора в момент пуска, и ограничению числа пазов листов четным количеством.

Наиболее близким техническим решением является ротор асинхронного электродвигателя, магнитопровод которого содержит листы с полузакрытыми пазами. В момент пуска в результате эффекта вытеснения тока к наружной поверхности электропроводных стержней увеличивается их активное сопротивление, что приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента. Вместе с тем увеличение активного сопротивления электропроводных стержней зависит от ширины щели паза листов магнитопровода, которая определяется конструкцией и технологией изготовления листов.

Цель изобретения - уменьшение пускового тока и увеличение пускового момента асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором.

Это достигается тем, что ротор асинхронного электродвигателя содержит магнитопровод из листов с полузакрытыми пазами, в котором каждый последующий лист прилегает к предыдущему противоположной стороной, при этом ось симметрии щели каждого паза листов смещена относительно оси симметрии паза на величину a/n, где a - ширина щели паза, а n - натуральное число в диапазоне 2 < n < ∞.

В результате смещения оси симметрии щели каждого паза листов от оси симметрии паза на величину a/n, 2 < n < ∞ уменьшается площадь сечения наружной части электропроводного стержня в местах соприкосновения листов друг с другом. Это происходит потому, что при получении электропроводных стержней методом литья металл заполняет пазовые отверстия в листах и полностью повторяет их форму.

Площадь S сечения наружной части электропроводного стержня до смещения щелей в пазах следующая:
S = a ˙h, где h - высота щели.

Активное сопротивление наружной части электропроводного стержня обмотки короткозамкнутого ротора обратно пропорционально площади Smin сечения, которая после смещения оси симметрии щели каждого паза листов определяется уравнением
S_min= S - h= a·h - h= a·h 1- = a₁·h, (1) где a₁= a1- .

Ограничение значения n справа n < ∞ является необходимым условием предлагаемого технического решения, так как при n = ∞ оно вырождается в известное (прототип).

Ограничение значения n слева 2 < n накладывается значением a₁, которое не может быть равным нулю (a₁ = 0 при n = 2).

Вследствие эффекта вытеснения ток в электропроводных стержнях при пуске протекает в малом поверхностном слое, уменьшение сечения которого приводит к уменьшению пускового тока и увеличению пускового момента.

В предлагаемом техническом решении увеличение активного сопротивления поверхностной части электропроводного стержня достигается также и за счет увеличения пути прохождения тока (любая кривая длиннее прямой).

Технические решения, связанные с уменьшением пускового тока и ростом пускового момента за счет увеличения активного сопротивления электропроводных стержней обмотки ротора в момент пуска, известны и указаны в качестве аналогов и прототипа. Однако, в указанных технических решениях улучшение характеристик происходит либо за счет механического сдвига одинаковых листов относительно друг друга, либо за счет формы листа, которая постоянна по всей длине ротора.

В заявляемом техническом решении применение листов с полузакрытыми пазами характеризуется новым признаком, а именно смещением оси симметрии щели каждого паза листов от оси симметрии паза на величину a/n.

В предлагаемом техническом решении имеют место и другие признаки, которые не обнаруживаются в известных решениях: каждый последующий лист прилегает к предыдущему противоположной стороной; площадь сечения наружной части электропроводного стержня в местах соприкосновения листов друг с другом меньше площади сечения щели паза; увеличение пути тока (за счет чего также происходит рост активного сопротивления электропроводного стержня в момент пуска) наблюдается в горизонтальной плоскости (по окружной поверхности ротора).

Предлагаемое техническое решение приводит также к улучшению других характеристик двигателя, в том числе к уменьшению ЭДС зубцовых гармоник. Как известно, наличие пазов и зубцов на статоре приводит к появлению в магнитном поле зубцовых гармоник, которые ухудшают характеристики двигателя. Чтобы уменьшить зубцовые ЭДС применяют скос пазов ротора.

Поверхностый слой электропроводного стержня можно представить как сумму скошенных участков (скос на величину a-a₁), создаваемых двумя рядом расположенными листами. Расстояние между центрами двух рядом расположенных щелей паза, исключая те, которые находятся в крайних листах, принимают за длину c скошенного участка.

c= , (2) где a₁ - ширина наиболее узкого участка поверхностного слоя электропроводного стержня;
b - толщина листа (длина щели паза).

При переходе скошенного участка через зубец и паз магнитное поле зубцовых гармоник меняет полярность, вследствие чего по краям скошенного участка индуцируются противоположные по направлению ЭДС, которые складываются и их суммарное значение уменьшается.

При штамповке роторных листов нередко возникает, так называемая "тарельчатость", которая отрицательно влияет на характеристики двигателя (из-за одностороннего смещения наружной части ротора вдоль оси и увеличения воздушного зазора между ротором и статором и т. д. ).

В предлагаемом техническом решении за счет того, что каждый последующий лист магнитопровода прилегает к предыдущему противоположной стороной, отрицательное влияние "тарельчатости" в значительной степени устраняется. Пакет магнитопровода не смещается вдоль оси ротора в одну сторону, а увеличение длины ротора за счет "тарельчатости" легко уменьшается продольным сжатием магнитопровода.

На фиг. 1 представлен предлагаемый ротор, продольный разрез; на фиг. 2 - лист магнитопровода; фиг. 3 - паз листа и электропроводный стержень при n = 3, вид сверху.

Ротор асинхронного двигателя содержит вал 1, на котором насажен магнитопровод 2, и обмотку, состоящую из электропроводных стержней 3, расположенных в пазах магнитопровода 2, и двух короткозамыкающих колец 4. Магнитопровод 2 набран из листов 5 с полузакрытыми пазами 6, имеющими с внешней стороны щели 7, смещенные относительно оси симметрии паза.

В момент пуска электродвигателя в результате эффекта вытеснения ток вытесняется на наружную поверхность электропроводного стержня с увеличенным за счет смещения оси симметрии щели каждого паза относительно оси симметрии паза активным сопротивлением. При этом путь тока по наружной поверхности (на фиг. 3 показан стрелками) больше, чем по прямой, что также равносильно увеличению активного сопротивления электропроводного стержня. (56) ОСТВ 16 0.510.052 = 80. Универсальные асинхронные электродвигатели. Технические условия.

Использование: электротехника, конструкции электрических машин. Пакет магнитопровода ротора набран из листов 5 с полузакрытыми пазами 6, ось симметрии щели 7 каждого паза смещена относительно оси симметрии паза на величину a/n, где a - ширина щели паза; n - натуральное число, находящееся в диапазоне ∞ > n > 2. При этом каждый последующий магнитопровод прилегает к предыдущему противоположной стороной. Изобретение позволяет улучшить энергетические характеристики асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором. 3 ил.

РОТОР АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий магнитопровод из листов с полузакрытыми пазами, отличающийся тем, что каждый последующий лист магнитопровода прилегает к предыдущему противоположной стороной, при этом ось симметрии щели каждого паза смещена относительно оси симметрии паза на величину a / n, где a - ширина щели паза, мм, а n - натуральное число, находящееся в диапазоне 2<n<∞.