DE1176748B

DE1176748B - Runner composed of sheet metal for dynamo-electric machines with a cast cage winding

Info

Publication number: DE1176748B
Application number: DEG31250A
Authority: DE
Inventors: Richard Joseph Boles
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1959-12-29
Filing date: 1960-12-27
Publication date: 1964-08-27

Description

Aus Blechen zusammengesetzter Läufer für dynamoelektriwhe Maschinen mit einer gegossenen Käfigwicklung Die Erfindung bezieht sich auf einen aus Blechen zusammengesetzten Läufer für dynamoelektrische Maschinen mit einer gegossenen Käfigwicklung, deren Leiterstäbe mit den auf den beiden Sternseiten des Läuferkerns befindlichen und mit Lüfterflügeln. versehenen Kurzschlußringen verbunden sind und in den Axialnuten des Läuferkerns nach einem Zickzackmuster abwechslungsweise radial auf die Bohrung des Läufers zu und von ihr weg verlaufen.Runner composed of sheet metal for dynamoelectriwhe machines with a cast cage winding. The invention relates to one made of sheet metal composite rotor for dynamo-electric machines with a cast cage winding, their conductor bars with those located on the two star sides of the rotor core and with fan blades. provided short-circuit rings are connected and in the axial grooves of the rotor core alternately radially onto the bore in a zigzag pattern run towards and away from it.

Es hat sich bei solchen Läufern herausgestellt, daß die Bleche in der Nähe der Stirnseiten des Läufers aufblättern oder sich auseinanderspreizen. Dieses unerwünschte Verhalten ist darauf zurückzuführen, daß der axiale Teil jedes gegossenen zickzackförmig verlaufendenLeiterstabes abwechslungsweise in derNähe der Läuferbohrung und in der Nähe der Läuferoberfläche liegt. Erstarrt eine gegossene Aluminiumwicklung dieser Art, dann schrumpft das gegossene Material, so daß in den Leiterteilen Spannungen entstehen und die Kurzschlußringe unter Verkleinerung ihres Durchmessers zusammenschrumpfen. Durch eine derartige Bewegung werden die äußeren axialen Teile der Leiterstäbe nach den Stirnseiten des Läufers hin gebogen, da die zickzackförmigen Leiterstäbe der nach innen gerichteten Schrumpfkraft der Kurzschlußringe keine genügend große Gegenkraft entgegensetzen. Erwartungsgemäß haben die durch Einschrumpfung der Kurzschlußringe entstehenden Kräfte ihre größte Wirkung in der Nähe der Stirnseiten des Läufers. In der Mitte des Läufers entsteht somit fast keine Aufblätterung.It has been found in such runners that the sheets in peel or spread apart near the front of the runner. This undesirable behavior is due to the fact that the axial part of each cast zigzag running ladder bar alternately in the vicinity the rotor bore and is close to the rotor surface. Solidifies a cast Aluminum winding of this type, then the cast material shrinks, so that in the Conductor parts tensions arise and the short-circuit rings reduce their size Shrink diameter. Such movement causes the outer axial parts of the conductor bars bent towards the end faces of the rotor, since the zigzag-shaped conductor bars of the inwardly directed shrinkage force of the short-circuit rings do not oppose a sufficiently large counterforce. As expected, they got through Shrinkage of the short-circuit rings resulting in their greatest effect in the forces Near the end faces of the runner. In the middle of the runner there is almost no Exfoliation.

Um die Blechpakte von Kurzschlußläufem mit eingegossenen Läuferstäben und Kurzschlußringen an den Stirnseiten zusammenzuhalten, ist es auch schon bekanntgeworden, den Läuferstäben stellenweise ver-"rößerten Querschnitt zu geben. Das geschieht in der Weise, daß zum Aufbau des Läuferpakets nur gleichartige, jedoch gegeneinander versetzte Bleche verwendet werden, die in abwechselnder Reihenfolge Bohrungen mit voneinander abweichender Größe haben. Aus diesen Blechen werden Teilpakete geschichtet, die jeweils um den zwischen je zwei benachbarten Bohrungen vorhandenen Winkel gegeneinander zu versetzen sind. Auch mit einer solchen Anordnung kann jedoch die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe nicht gelöst werden.In order to hold the laminated pacts of short-circuit barrels with cast-in rotor bars and short-circuit rings together at the end faces, it has also become known to give the rotor bars a larger cross-section in places are used, which have bores of different sizes in alternating order. Part packages are layered from these sheets, each of which are to be offset from each other by the angle existing between each two adjacent bores cannot be resolved.

Gemäß der Erfindung wird bei einer Läuferwicklung mit zickzackförmigen Stäben ein Aufblättern der Bleche dadurch verhindert, daß die Zickzackmuster der Leiterstäbe in benachbarten Nuten des Läuferkerns in Nutlängsrichtung gegeneinander verschoben sind. Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt F i g. 1 eine Längsansicht eines Läufers, der an den gegenüberliegenden Stirnseiten mit Kurzschlußringen und Lüfterflügeln versehen ist, F i g. 2 eine Ansicht eines Teiles eines Bleches, das zur Herstellung des Läufers nach F i g. 1 verwendet wird, F i g. 3 ähnlich wie F i g. 2 eine Ansicht eines Teils eines Bleches, bei dem jedoch die Nuten eine andere Form haben, F i g. 4 eine Ansicht eines Teils eines Bleches, das sich von dem in F i g. 2 dargestellten Blech nur dadurch unterscheidet, daß die Keilnut um eine halbe Nutteilung verschoben ist, F i g. 5 eine Ansicht zur Erläuterung der Form der Nuten bei aufeinanderliegenden Blechen, F i g. 6 ein längentreuer Schnitt entlang der Linie 6-6 von F i g. 5, F i g. 7 eine Ansicht des Leiterstabes in den zickzackförmig von einer Stirnseite zur anderen des Läufers verlaufenden Nuten und F i g. 8 eine Ansicht der Leiterstäbe, zwischen denen der in F i g. 7 gezeigte Leiterstab angeordnet ist. In den Zeichnungen sind gleiche oder einander entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszahlen be- zeichnet. Der in F i g. 1 gezeigte Läuferkern 10 besteht aus einer Vielzahl von Blechen 12, in denen sich eine hochollmige Wicklung befindet, welche durch mit Lüfterflügeln 16 versehene Kurzschlußringe 14 verbunden ist.According to the invention, in the case of a rotor winding with zigzag-shaped bars, the metal sheets are prevented from peeling open in that the zigzag patterns of the conductor bars in adjacent slots of the rotor core are displaced relative to one another in the longitudinal direction of the slot. The invention is described in more detail with reference to the drawings. It shows F i g. 1 shows a longitudinal view of a rotor which is provided with short-circuit rings and fan blades on the opposite end faces, FIG . FIG. 2 is a view of part of a sheet which is used to manufacture the rotor according to FIG. 1 is used, FIG. 3 similar to FIG. 2 shows a view of part of a sheet, in which, however, the grooves have a different shape, FIG. 4 is a view of part of a sheet which differs from that shown in FIG. 2 only differs in that the keyway is shifted by half a slot pitch, F i g. 5 is a view for explaining the shape of the grooves in the case of metal sheets lying on top of one another, FIG . 6 is an isometric section along line 6-6 of FIG. 5, Fig. 7 shows a view of the conductor bar in the zigzag-shaped grooves running from one end face to the other of the rotor, and FIG. 8 is a view of the conductor bars between which the one shown in FIG. 7 shown conductor bar is arranged. In the drawings, like or corresponding parts with the same reference numbers are sawn distinguished. The in F i g. The rotor core 10 shown in FIG. 1 consists of a large number of metal sheets 12 in which there is a high-winding winding which is connected by short-circuit rings 14 provided with fan blades 16.

Die zur Herstellung des Läufers nach F i g. 1 verwendeten Bleche sind in den F i g. 2, 3 und 4 dargestellt. Das in F i g. 2 gezeigte Blech 20 hat eine zentrale Bohrung 21, die mit einer ausgestanzten Keilnut 22 versehen ist. Das Blech 20 ist mit zwei Reihen von Leiternuten 26 und 28 versehen, die konzentrisch zur zentralen Bohrung 21 verlaufen und die gleiche Anzahl von Nuten aufweisen. Die Keilnut 22 fluchtet radial mit einer der inneren Nuten 28 und mit einem zwischen zwei äußeren Nuten 26 liegenden Blechsteg.For the manufacture of the runner according to FIG. 1 used sheets are in the F i g. 2, 3 and 4 shown. The in Fig. Sheet metal 20 shown in FIG. 2 has a central bore 21 which is provided with a stamped-out keyway 22. The sheet metal 20 is provided with two rows of conductor grooves 26 and 28 which run concentrically to the central bore 21 and have the same number of grooves. The keyway 22 is in radial alignment with one of the inner grooves 28 and with a sheet metal web located between two outer grooves 26 .

Das in F i g. 3 dargestellte Blech 30 ist gleichfalls mit einer zentralen Bohrung 21 und einer Keilnut 22 versehen und hat denselben Innen- und Außendurchmesser wie das in F i g. 2 dargestellte Blech. Die Leiternuten 32 haben jedoch eine andere Gestalt und nehmen den gesamten von den Nuten 26 und 28 im Blech 20 begrenzten radialen Abstand ein.The in Fig. The sheet metal 30 shown in FIG. 3 is also provided with a central bore 21 and a keyway 22 and has the same inside and outside diameter as that in FIG . 2 sheet shown. The conductor grooves 32 , however, have a different shape and occupy the entire radial distance delimited by the grooves 26 and 28 in the sheet metal 20.

Das in F i g. 4 dargestellte Blech hat mit der Ausnahme, daß die Keilnut 22 mit einer Leiternut 26 in der äußeren Nutenreihe fluchtet, dieselbe Gestalt wie das in F i g. 2 gezeigte Blech 20. Die Verschiebung der Keilnut um die Hälfte einer Nutteilung ermöglicht in Nutlängsrichtung eine Phasenverschiebung der Zickzackleiter in benachbarten Nuten.The in Fig. The sheet metal shown in FIG. 4 has the same shape as that in FIG. 4 with the exception that the keyway 22 is aligned with a ladder groove 26 in the outer row of grooves. Sheet metal 20 shown in FIG. 2. The shifting of the keyway by half of a slot pitch enables a phase shift of the zigzag conductors in adjacent slots in the longitudinal direction of the slot.

Mit Hilfe der in den F i g. 2, 3 und 4 gezeigten Bleche können Leiternuten geformt werden, die sich zickzackförmig durch den Läufer erstrecken. Dies wird dadurch erreicht, daß abschnittsweise Bleche mit verschiedenem Nutmuster aufeinandergestapelt werden. Diese Abschnitte werden dann auf einer Welle oder auf einer anderen Vorrichtung so angeordnet, daß die Nuten in den entsprechenden Abschnitten miteinander fluchten, damit beim Guß der Wicklung das Gußmaterial in die Nuten eingegossen werden kann. F i g. 5 zeigt die aufeinander ausgerichteten Nuten der verschiedenen Blechpaket-Abschnitte und F i g. 6 den Verlauf einer Leiter-Windung in den Nuten. Bei hochohmigen Wicklungen ist eine verhältnismäßig große Aluminiummenge zur Erzielung der erforderlichen Wärmekapazität und zur Bildung einer großen Oberfläche für die Ühertragung der Wärme auf den Eisenkern nötio,. Die Größe der Leiterstäbe und die Nutform können einfach dadurch geändert werden, daß die Form der Nuten in jedem Blech geändert wird.With the help of the FIGS. The sheets shown in FIGS. 2, 3 and 4 can be formed into conductor grooves which extend in a zigzag shape through the runner. This is achieved by stacking sheets with different groove patterns on top of one another in sections. These sections are then arranged on a shaft or on some other device in such a way that the grooves in the corresponding sections are aligned with one another so that the casting material can be poured into the grooves when the winding is cast. F i g. FIG. 5 shows the aligned grooves of the various laminated core sections and FIG. 6 shows the course of a conductor turn in the grooves. In the case of high-resistance windings, a relatively large amount of aluminum is required to achieve the required heat capacity and to form a large surface for the transfer of heat to the iron core. The size of the conductor bars and the shape of the groove can be changed simply by changing the shape of the grooves in each sheet.

Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß der erste Blechpaket-Abschnitt aus den in F i g. 3 dargestellten Blechen 30 besteht, deren Nuten 32 aufeinander ausgerichtet sind und eine verhältnismäßig tiefe radiale Nut 42 bilden, die mit den aufeinander ausgerichteten Nuten 26 der Bleche 20 nach F i g. 2 in Verbindung steht, so daß der äußere axiale Nutteil 44 entsteht. Zur Erzielung einer Zickzackforin folgt dann anschließend an die Bleche 20 ein zweiter Abschnitt aus Blechen 30. Die in axialer Richtung aufeinander ausgerichteten Nuten 32 bilden den radialen Nutteil 46, der mit den in axialer Richtung ausgerichteten Nuten 28 der Bleche 40 nach F i g. 4 in Verbindung steht, die den inneren axialen Nutteil 48 bilden. Dieses Muster wiederholt sich über die gesamte Länge des Läufers. Werden also die einzelnen Blechpaket-Abschnitte in der oben beschriebenen Weise aneinander gereiht, so entstehen die in der F i g. 6 dargestellten zickzackförmigen Nuten. Zur Erzielung einer Versteifung des Läufers werden die inneren und äußeren axialen Teile 44 und 48 benachbarter Leitungsnuten um 180# verschoben. Der äußere axiale Teil 44 einer Leiternut liegt also neben dem inneren axialen Teil der benachbarten Leitemut, und der innere axiale Teil 48 der ersten Leiternut liegt also neben dem äußeren axialen Teil der benachbarten Leiternut. Diese Anordnung tritt bei jeder folgenden Leiternut des Läufers auf. Die Versetzung wird einfach dadurch erreicht, daß die Nuten der aus den Blechen 20 und 40 gebildeten Ab- schnitte gegeneinander um eine halbe Nutteilung versetzt sind. An Stelle der zwei verschiedenen Bleche 20 und 40 kann natürlich auch nur ein Blech verwendet werden, das mit zwei Keilnuten versehen ist, die entsprechend auf die inneren und äußeren Leiternuten ausgerichtet sind.From Fig. 6 it can be seen that the first laminated core section from the in F i g. 3 consists of sheets 30 shown , the grooves 32 of which are aligned with one another and form a relatively deep radial groove 42, which with the aligned grooves 26 of the sheets 20 according to FIG. 2 is in connection, so that the outer axial groove portion 44 is formed. To achieve a zigzag shape, the metal sheets 20 are then followed by a second section of metal sheets 30. The grooves 32 aligned with one another in the axial direction form the radial groove part 46 which, with the axially aligned grooves 28 of the metal sheets 40 according to FIG. 4 is connected, which form the inner axial groove part 48. This pattern is repeated over the entire length of the runner. So if the individual laminated core sections are lined up in the manner described above, the result in FIG. 6 shown zigzag grooves. To achieve stiffening of the rotor, the inner and outer axial parts 44 and 48 of adjacent line grooves are shifted by 180 #. The outer axial part 44 of a ladder slot is thus adjacent to the inner axial part of the adjacent ladder slot, and the inner axial part 48 of the first ladder slot is therefore adjacent to the outer axial part of the adjacent ladder slot. This arrangement occurs with each subsequent ladder slot of the rotor. The offset is simply achieved in that the grooves of the waste formed from the metal sheets 20 and 40 sections offset from each other by half a slot pitch. Instead of the two different metal sheets 20 and 40, it is of course also possible to use only one metal sheet which is provided with two keyways which are correspondingly aligned with the inner and outer conductor grooves.

Wird in die Leiternuten des in F i g. 6 gezeigten Läufers eine Wicklung eingegossen, dann entstehen in zwei benachbarten Leitemuten die in F i g. 7 und 8 gezeigten Leiterstäbe. Die Leiterstäbe 50 und 52 sind an beiden Enden mit den Kurzschlußringen 14 verbunden. Jeder äußere axiale Teil 54 eines Leiterstabes 52 liegt im selben Abschnitt wie die inneren axialen Teile 56 des benachbarten Leiterstabes 50. Is in the ladder grooves of the in F i g. 6 , a winding is cast in the rotor shown in FIG . 7 and 8 shown conductor bars. The conductor bars 50 and 52 are connected to the short-circuit rings 14 at both ends. Each outer axial part 54 of a conductor rod 52 lies in the same section as the inner axial parts 56 of the adjacent conductor rod 50.

Die oben beschriebene Läuferkonstruktion verhält sich so, als ob eine Vielzahl von ununterbrochenen axialen Stäben in den Nuten des Läufers angeordnet wäre. Dies ergibt sich daraus, daß die Zickzackteile jeder Leiternut um 18W gegenüber dem nächstfolgenden Teil verschoben sind und daher der Läufer eine große Festigkeit bekommt. Wird daher die Wicklung gegossen, so ist die durch die gegeneinander versetzten äußeren und inneren axialen Teile gelieferte Gegenkraft größer als die nach innen gerichtete Kraft, die beim Einschrumpfen der Kurzschlußringe entsteht. Dadurch tritt bei der vorliegenden Konstruktion im Gegensatz zu früheren Konstruktionen in der Nähe der Stirnseiten des Läufers keine Aufblätterung der Bleche mehr auf. Die Pfeile in den F i g. 7 und 8 zeigen die Richtung, in welcher die Kurzschlußringe bei bekannten Konstruktionen einschrumpfen. Die mit der Zahl 60 bezeichneten Wicklungsteile der bisherigen Konstruktion werden dadurch auseinandergespreizt, und da das Aluminium in diesem Teil der Wicklung rund um die Innenfläche der Bleche eingegossen ist, entsteht dabei durch Auseinanderspreizen der Bleche auf der Läuferoberfläche ein Spalt. Werden Läufer der erfindungsgemäßen Konstruktion gegossen, so schrumpfen zwar die Kurzschlußringe auch nach innen und üben dieselben Kräfte wie vorher aus, da aber nun der mit 54 bezeichnete Nutteil in jeder Nut neben dem mit 56 bezeichneten Nutteil liegt, reicht die dadurch entstehende Festigkeit aus, um den beim Schrumpfen der Kurzschlußringe entstehenden Kräften entgegen zu wirken.The rotor construction described above behaves as if a plurality of uninterrupted axial rods were arranged in the grooves of the rotor. This results from the fact that the zigzag parts of each ladder groove are shifted by 18W compared to the next following part and therefore the runner has a great deal of strength. If the winding is therefore cast, the opposing force supplied by the mutually offset outer and inner axial parts is greater than the inwardly directed force which arises when the short-circuit rings are shrunk in. As a result, in the present construction, in contrast to earlier constructions, there is no more delamination of the sheets in the vicinity of the end faces of the rotor. The arrows in FIGS. 7 and 8 show the direction in which the short-circuit rings shrink in known constructions. The winding parts of the previous design marked with the number 60 are spread apart, and since the aluminum in this part of the winding is cast around the inner surface of the sheets, a gap is created when the sheets spread apart on the rotor surface. If runners of the construction according to the invention are cast, the short-circuit rings also shrink inwards and exert the same forces as before, but since the groove part labeled 54 is now in each groove next to the groove part labeled 56 , the resulting strength is sufficient to to counteract the forces generated when the short-circuit rings shrink.

Das Ausführungsbeispiel ist auf eine Konstruktion abgestellt, bei der verschiedene Arten von Nuten verwendet werden. Es sind natürlich noch viele andere Ausführungsformen möglich, mit denen zickzackförmige in Nutlängsrichtung gegeneinander verschobene Nuten im Läufer hergestellt werden können. Obwohl bei der vorliegenden Erfindung nur zwei verschiedene Arten von Blechen gezeigt wurden, können zur Erzielung derselben Wirkung natürlich auch andere Blechschnitte verwendet werden. Die nach statischen Gießverfahren gegossenen Wicklungen wurden vollständig und fehlerfrei ausgebildet. Weiterhin kann natürlich das Zickzackmuster in Richtung der Längsachse des Läuferkerns entweder gleichförmig oder ungleichförmig ausgebildet sein.The embodiment is based on a construction at different types of grooves are used. Of course there are still many other embodiments are possible, with which zigzag in the longitudinal direction of the groove mutually shifted grooves can be produced in the runner. Although at of the present invention only two different types of sheet metal have been shown, can help achieve the same effect, of course, other sheet metal cuts be used. The windings cast by the static casting process were completely and flawlessly trained. Furthermore, of course, the zigzag pattern either uniformly or non-uniformly in the direction of the longitudinal axis of the rotor core be trained.

Claims

Claims: 1. Rotor for dynamoelectric machines assembled from sheet metal with a cast cage winding, the conductor bars of which are connected to the short-circuit rings located on both end faces of the rotor core and provided with fan blades and in the axial grooves of the rotor core alternately radially towards the bore of the rotor in a zigzag pattern and run away from it, d a - characterized in that the zigzag patterns of the conductor bars in adjacent slots of the rotor core are shifted relative to one another in the longitudinal direction of the slot.

2. Runner according to claim 1, characterized in that the mutual displacement of the zigzag pattern of the conductor bars is 1801 . Documents considered: German Patent No. 690 541.