DE1112782B

DE1112782B - Belueftung von Motoren mit Schlupflaeufer durch einen eigenen, mitrotierenden Lueftermotor

Info

Publication number: DE1112782B
Application number: DES68602A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Ernst Massar; Dipl-Ing Heinz Rosenberg
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1960-05-20
Filing date: 1960-05-20
Publication date: 1961-08-17
Also published as: GB948013A; CH390375A

Description

Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer durch einen eigenen, mitrotierenden Lüftermotor Elektromotoren mit Schlupfläufer, insbesondere Drehstrornmotoren, werden bisher meist durch einen auf der Motorwelle sitzenden Lüfter gekühlt. Beim Betrieb solcher Motoren mit stark untersynchronen Drehzahlen tritt ein entsprechend großer Teil der aufgenommenen Drehstromleistung im Läufer als Verlustwärme auf, die abgeführt werden muß. Bei Eigenbelüftung des Motors durch einen auf der Motorwelle befestigten Lüfter treten insofern Schwierigkeiten auf, als der Lüfter bei niedriger Drehzahl nur wenig Kühlluft fördert, während gerade bei diesem Betriebszustand die abzuführende Verlustwärme des Läufers hoch ist und daher auch eine besonders gute Belüftung erforderlich wäre. Infolgedessen muß man in solchen Fällen wesentlich größere Motortypen wählen. Um dies zu vermeiden, hat man häufig den Motor mit Fremdbelüftung versehen, doch ist eine solche Einrichtung verhältnismäßig teuer und auch in räumlicher Hinsicht recht aufwendig. Es wurde zwar schon vorgeschlagen, den Lüfter mit einem an den Läuferstromkreis angeschlossenen Wechselstrommotor anzutreiben (deutsches Patent 516 74.7), doch. eignet sich eine solche Belüftung nicht für Schlupfläufermotoren, bei denen die Schlupfleistung im Motor- selbst vernichtet wird, da bei der genannten Ausführung der Läuferstromkreis mittels eines gesonderten Widerstandes geregelt wird. Die Erfindung bezweckt nun, mit möglichst einfachen Mitteln eine Belüftung eines Schlupfläufermotors zu schaffen, die bei zunehmendem Schlupf, also bei Zurückgehen der Motordrehzahl, stärker wirkt, um dadurch die hierbei anfallende höhere Verlustwärme des Läufers entsprechend besser abzuführen.
Erfindungsgemäß. wird dies dadurch. erreicht, daß ein relativ zur Motorwelle drehbar gelagerter Lüfter von einem: Lüftermotor angetrieben ist, der- als kollektorlose Wechselstrommaschine arbeitet und eine kleinere Polzahl aufweist als. der Hauptmotor, mit dessen Läufer starr verbunden. und. mit Läuferströmen des Hauptmotors. gespeist ist. Dieser Lüftermotor kann sowohl eine mehrphasige als auch eine einphasige Maschine, z. B. ein Spaltpolmotor, sein. Eine Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor eine selbständige Wicklung trägt, die vom Läufer des Hauptmotors gespeist ist. Eine Variante der Erfindung besteht in einer teilweisen Vereinigung der Wicklungen des Lüftermotors und des Hauptmotorläufers und ist. besonders vorteilhaft, wenn dieser eine Käfigwicklung trägt: Es ist dann die vom Hauptmotor gespeiste Wicklung des Lüftermotors von einem Teil einer Hauptmotor-Läuferwicklung gebildet. Zu diesein Zweck können Käfigstäbe bzw: Wicklungsspulen des Hauptmotorläufers. in axialer Richtung über diesen hinaus, verlängert und durch Nuten im Blechpaket des Lüftermotors geführt sein. Das. Blechpaket des Lüftermotors kann: dabei zweckmäßig von den verlängerten Wicklungsteilen, insbesondere Käfigstäben, des Hauptmotorläufers getragen sein. Es kann natürlich auch in irgendeiner anderen geeigneten Weise mit diesem Läufer verbunden sein. Zweckmäßig sind die den Lüftermotor durchsetzenden Teile der Hauptmotor-Läuferwicklungen im Blechpaket des Lüftermotors so- verteilt angeordnet, daß sie dort ein möglichst sinusförmiges Kreisdrehfeld erzeugen: Dies. kann dadurch erreicht werden, daß die den. Lüftermotor durchsetzenden Leiter des Hauptmotorläufers in dem Raum zwischen den Blechpaketen von Haupt- und Lüftermotor in passender Weise geschränkt sind. Die durch das Blechpaket des Lüftermotors hindurchgeführten Enden der verlängerten Käfigstäbe sind in üblicher Weise durch einen Kurzschlußring verbunden, während der auf der dem Lüfter zugewendeten Seite des Hauptmotorläufers befindliche Kurzschlußring für die Käfigwicklung dieses Läufers nur die nicht zur Speisung des Lüftermotors dienenden Läuferstäbe kurzschließt und um die verlängerten Läuferstäbe herumgeführt ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgebildeten Einrichtung zur schlupfabhängigen Motorbelüftung dargestellt.
Fig. 1 zeigt den Motor im Längsschnitt, während die Fig. 2 in verkleinertem Maßstab einen Querschnitt A -A durch den zwischen Haupt- und Lüftermotor liegenden Kurzschlußring 11 des 6poligen Hauptmotorläufers erkennen läßt; Fig. 3 zeigt den Querschnitt durch den genannten Kurzschlußring für den Fall eines 4poligen Hauptmotorläufers; in der Fig. 4 ist in einem Schnitt B -B durch das mit dem Hauptmotorläufer verbundene Blechpaket des Lüftermotors die zweckmäßige Verteilung der verlängerten Käfigstäbe auf dieses Paket dargestellt.
1 ist der Ständer des zu belüftenden Motors und 2 das Läuferpaket seines auf der Welle 3 sitzenden Läufers. Auf dieser Welle ist ein Lüfter 4 mittels eines Kugellagers 5 drehbar gelagert. Zum Antrieb des Lüfters 4 dient ein Lüftermotor, der aus einem Blechpaket 6, das von den zwei in entgegengesetzt durchfluteten Polteilungen des Hauptmotorläufers liegenden, verlängerten Käfigstabgruppen 7 und 7' durchsetzt und getragen ist, und aus einem in der Bohrung des Ständerpaketes 6 angeordneten Kurzschlußläufer 8, der auf einem ringförmigen Ansatz 9 der Lüfternabe 10 befestigt ist, besteht. Die Käfigstabgruppe 7a, 7b, 7e, 7 d des Hauptmotorläufers und die in entgegengesetzter Richtung stromdurchflossene Käfigstabgruppe 7a', 7b', 7c', 7 d sind dabei über den Kurzschlußring 11 des Hauptmotorläufers, der auf der Lüfterseite die nicht verlängerten Stäbe dieses Läufers untereinander verbindet, hinaus verlängert und nach Schränkung im Raum zwischen den Blechpaketen des Haupt- und des Lüftermotors in dem Blechpaket 6 des Lüftermotors so verteilt angeordnet, wie dies in Fig.4 gemäß dem Schnitt B-B dargestellt ist. Auf der dem Hauptmotor abgewendeten Seite des Lüftermotors sind die verlängerten Läuferstäbe durch den Kurzschlußring 12 in üblicher Weise miteinander verbunden. Durch die in Fig. 4 dargestellte Verteilung der verlängerten Käfigstäbe über den Umfang des Blechpaketes 6 des Lüftermotors wird ein möglichst sinusförmiges Kreisdrehfeld, d. h. ein örtlich und zeitlich oberwellenarmes Drehfeld mit praktisch konstanter Umlaufgeschwindigkeit im Lüftermotor erzeugt. Dieses Drehfeld wird von den Durchftutungen insgesamt zweier gegenpoliger Polteilungen des Hauptmotorläufers erregt, ist somit 2polig und gemäß der Reihenfolge der Käfigstäbe von gleicher Drehrichtung gegenüber dem Läufer wie das beispielsweise 6polige Drehfeld des Hauptmotors. Seine relative Drehgeschwindigkeit entspricht der Speisung mit der Schlupffrequenz des Hauptmotorläufers und der gegenüber diesem verringerten Polzahl.
Hat beispielsweise der 6polig angenommene Hauptmotor, der an ein 50-Hz-Netz angeschlossen ist, also eine synchrone Drehzahl von 1000 U/min hat, bei einem bestimmten Betriebszustand einen Schlupf von 33,3,9/o, d. h. eine Läuferdrehzahl von 667 U/min, so läuft das im Lüftermotor erzeugte Drehfeld gegenüber dem Blechpaket 6, also gegenüber dem Läufer des Hauptmotors, mit einer Drehzahl von U/min um. Dabei ist f die Schlupffrequenz des Hauptmotors (hier gleich 0,333 - 50 Hz), zugleich die Speisefrequenz des Lüftermotors und p die Polpaarzahl des letzteren. Da der Hauptmotorläufer mit 667 U/min rotiert, läuft das Drehfeld des Lüftermotors mit der Drehzahl von 667 -I-1000 =1667 U/min im Raum um. Der von diesem Drehfeld angetriebene Teil des Lüftermotors und damit auch der Lüfter selbst bleiben nur mit dem bei asynchronen Antrieben üblichen, bloß einige Prozent betragenden Schlupf hinter der genannten Drehzahl zurück.
Ist der Schlupf des Hauptmotors gleich Null, wie es näherungsweise im Leerlauf der Fall ist, so tritt keine drehzahlerhöhende Wirkung durch den Lüftermotor auf, d. h., der Lüfter läuft dann mit der Drehzahl des Hauptmotors, also im vorliegenden Fall mit rund 1000 U/min. Ist hingegen der Hauptmotor bis zum Stillstand belastet, so wird der Lüftermotor mit Netzfrequenz (50 Hz) gespeist, die Drehzahl des Lüfters liegt nun - um den Schlupf des Lüftermotors verringert - bei 3000 U/min.
Gemäß der oben erläuterten Wirkungsweise der Erfindung erfährt der Hauptmotor eine um so stärkere Belüftung, je langsamer er läuft, d. h. je stärker er belastet wird. Die Erfindung ist natürlich nicht auf das Polverhältnis 6 : 2 von Hauptmotor zu Lüftermotor des Beispiels beschränkt, sie kann viehmehr in der beschriebenen Weise ohne weiteres auch bei Hauptmotoren mit vier, acht und mehr Polen angewendet werden.
Fig. 3 zeigt einen Schnitt in der Ebene A-A durch den lüfterseitigen Kurzschlußring 11 des Hauptmotorläufers für den Fall, daß dieser 4polig ist. Durch entsprechende Schränkung kann auch hier die in Fig. 4 dargestellte günstige Anordnung der verlängerten Käfigstäbe im Blechpaket 6 des Lüftermotors erzielt werden. Ist die Polzahl des Hauptmotors größer als vier, so kann auch der Lüftermotor eine höhere Polzahl als zwei aufweisen.
Erfindungsgemäß kann auch im Läufer des Hauptmotors eine zur Speisung des Lüftermotors dienende Hilfswicklung angeordnet sein. Diese Hilfswicklung kann sowohl als vorzugsweise mehrphasige Spulenwicklung als auch als Käfigwicklung ausgeführt sein. Sie kann ferner, mindestens teilweise, auch in besonderen Nuten des Hauptmotorläufers - vorzugsweise nach Art von Doppelkäfigläufern - untergebracht sein.
Der mit dem Lüfter verbundene Teil des Lüftermotors kann erfindungsgemäß auch als Synchronläufer ausgeführt sein. Erfolgt dies mit permanentmagnetischer Erregung, so ist der zusätzliche Vorteil einer Verbesserung des Leistungsfaktors des Hauptmotors erreichbar. Gegebenenfalls kann auch der genannte Teil des Lüftermotors als Reluktanzanker ausgebildet sein. Schließlich können auch Kombinationen dieser Ausbildungsformen miteinander sowie mit Kurzschlußläufern erfindungsgemäß vorgenommen werden.
Für den Fall, daß die Läuferspannungen bzw. -ströme des Hauptmotors im Leerlauf oder bei sehr kleiner Last zu gering sind, um im Lüftermotor ein ausreichendes Drehmoment hervorzubringen, kann, um zu vermeiden, daß der Lüfter bei diesem Betriebszustand zu langsam läuft oder stehenbleibt, der Lüfter gegenüber der Hauptmotorwelle mit einer mechanischen Rücklaufsperre versehen sein. Dadurch wird erreicht, daß der Lüfter unter allen Umständen mindestens mit der Hauptmotordrehzahl läuft.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer, insbesondere Drehstrommotoren, dadurch gekennzeichnet, daß ein relativ zur Motorwelle drehbar gelagerter Lüfter von einem Lüftermotor angetrieben ist, der als kollektorlose Wechselstrommaschine arbeitet und eine kleinere Polzahl aufweist als der Hauptmotor, mit dessen Läufer starr verbunden und mit Läuferströmen desselben gespeist ist. z. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor mehrphasig ausgeführt ist. 3. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor als einphasige Wechselstrommaschine, insbesondere als Spaltpolmotor, ausgebildet ist. 4. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüftermotor eine selbständige, vom Läufer des Hauptmotors gespeiste Wicklung trägt. 5. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Hauptmotor gespeiste Wicklung des Lüftermotors von einem Teil der Läuferwicklung des Hauptmotors gebildet ist. 6. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Käfigstäbe bzw. Wicklungsspulen des Hauptmotorläufers in axialer Richtung über diesen hinaus verlängert und durch Nuten im Blechpaket des Lüftermotors geführt sind. 7. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Blechpaket des Lüftermotors von den hindurchgeführten verlängerten Wicklungsteilen, insbesondere Käfigstäben, des Hauptmotors getragen ist. 8: Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß von einer Käfigwicklung des Hauptmotorläufers der Kurzschlußring auf der dem Lüfter zugewendeten Läuferseite nur die nicht zur Speisung des Lüftermotors dienenden Läuferstäbe kurzschließt und um die übrigen Stäbe herumgeführt ist. 9. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lüftermotor durchsetzenden Teile der Hauptmotor-Läuferwicklung im Blechpaket des Lüftermotors so verteilt angeordnet sind, daß sie dort ein möglichst sinusförmiges Kreisdrehfeld erzeugen. 10. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lüftermotor durchsetzenden Leiter des Hauptmotorläufers in dem Raum zwischen den Blechpaketen von Haupt- und Lüftermotor geschränkt sind. 11. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Läufer des Hauptmotors eine zur Speisung des Lüftermotors dienende Hilfswicklung angeordnet ist. 12. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung zumindest teilweise in besonderen Nuten des Hauptmotorläufers untergebracht ist. 13. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Lüfter verbundene Teil des Lüftermotors mit einer kurzgeschlossenen Mehrphasen-Wicklung, insbesondere einer Käfigwicklung, versehen ist. 14. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Lüfter verbundene Teil des Lüftermotors mit Permanentmagneten versehen ist. 15. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Lüfter verbundene Teil des Lüftermotors als Reluktanzanker ausgebildet ist. 16. Belüftung von Motoren mit Schlupfläufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lüfter gegenüber der Hauptmotorwelle mit einer mechanischen Rücklaufsperre versehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 516 747.