Przedmiotem wynalazku jest klatka wirnika silnika indukcyjnego głębokożłobkowego, zwłaszcza silnika dużej mocy, przewidzianego do dużej ilości rozruchów, załączanego bezpośrednio na sieć, wykonana techniką prętowania.
Uzwojenia wirników silników indukcyjnych klatkowych dużej mocy są umieszczane w żłobkach o różnych kształtach. Na rysunkach fig. 1, fig. 2 i fig. 3 pokazano trzy charakterystyczne kształty żłobków: fig. 1 przedstawia żłobek o przekroju prostokątnym, fig. 2 żłobek o przekroju stopniowanym złożony z dwóch prostokątów, a na rysunku fig. 3 żłobek o równoległych ściankach bocznych i łukowych ściankach wewnętrznej i zewnętrznej. W żłobkach są ułożone pręty lite, zazwyczaj miedziane, o sm ukłym kształcie. Na rysunku fig. 4 pokazano lity pręt 4 uzwojenia wirnika umieszczony w żłobku prostokątnym 1. Pręty 4 na zewnątrz, poza pakietem blach wirnika, są zwarte pierścieniami miedzianymi, tworząc klatkę. Takie rozwiązanie uzwojenia wirnika jest rozwiązaniem standardowym. Duży wymiar promieniowy prętów pozwala na dobre wykorzystanie fizycznego zjawiska wypierania prądu, które występuje w prętach klatki w początkowej fazie rozruchu i znacząco poprawia parametry rozruchowe (zwiększa moment rozruchowy a zmniejsza prąd) silnika. W czasie rozruchu silnika na pręty klatki działa duża żłobkowa siła elektrodynamiczna będąca efektem współdziałania płynącego w prętach klatki prądu o wielkim natężeniu, oraz strumienia magnetycznego rozproszenia żłobkowego wirnika. Jest to siła pulsująca o częstotliwości podwojonej w stosunku do częstotliwości prądu wirnika, skierowana jest do dna żłobka. Siła ta jest odwrotnie proporcjonalna do szerokości żłobka. W wirnikach głębokożłobkowych o smukłym kształcie prętów litych może ona osiągać znaczne wartości. Naprężenia zginające w węzłach: pręty pierścienie, wywołane przez tę siłę, stanowią poważne zagrożenie dla trwałości ustroju klatki. Maksimum naprężeń występuje w miejscu połączenia prętów z pierścieniami zwierającymi, tutaj też najczęściej zdarzają się pęknięcia i przełamania prętów klatki podczas eksploatacji silnika, przy jego kolejnych rozruchach. Znanym sposobem zabezpieczenia prętowanego wirn ika klatkowego od niszczącego działania żłobkowej siły elektrodynamicznej jest ciasne, promieniowe osadzanie prętów w żłobkach poprzez podbijanie klinami lub rozpęczanie prętów, jak ujawniono m.in. w opisach PL 165445, PL 208684, JP 53008708, GB 1044574. Rozwiązania te zwiększają trwałość klatki wirnika, jednak ich skuteczność zmniejsza się w trakcie eksploatacji. Pręty w żłobkach, mimo tych zabezpieczeń z upływem czasu zwiększają swój luz promieniowy, co prowadzi do drgań a następnie pęknięć od sił elektrodynamicznych. Innym sposobem zmniejszania naprężeń na połączeniach prętów z pierścieniami zwierającymi może być zmniejszanie sztywności tego połączenia. Znane są sposoby zmniejszenia sztywności połączenia prętów z pierścieniami. Jednym z nich jest podzielenie pręta na przewody równoległe. Na rysunku fig. 5 pokazano podział pręta w żłobku prostokątnym 1 na cztery przewody 5 równoległe o jednakowych wymiarach. Drugim rozwiązaniem jest odpowiednie uformowanie kształtu pierścieni zwierających oraz ich promieniowe nacinanie między sąsiednimi prętami. Mankamentem jest wzrost kosztów wykonania uzwojenia. Ponadto miejsca nacięć w pierścieniach stanowią potencjalne ogniska rozwoju zmęczeniowych pęknięć materiału klatki. Znane jest także z opisu GB 146,242 rozwiązanie uzwojenia klatkowego wirnika w którym pręty miedziane wirnika są podzielone na przewody równoległe k. Przewody k są przeplatane, a między przewodami k są umieszczone w żłobkach cienkie przekładki (blaszki) żelazne e. Podział prętów wirnika na przewody k i ich przeplatanie ma na celu wyrównywanie rozkładu gęstości prądu w prętach w czasie rozruchu silnika. Celem przekładek żelaznych e jest izolacja między przewodami k i zwiększenie strumienia rozproszenia żłobkowego, co skutkuje wzrostem reaktancji uzwojenia wirnika. Obydwa te zabiegi powodują zmniejszenie prądu rozruchowego silnika i pozwalają kształtować charakterystykę momentu rozruchowego silnika. Rozwiązanie to nie usztywnia przewodów w żłobku, które pod wpływem zmiennych sił elektrodynamicznych drgają, co powoduje zmęczeniowe łamanie ich końcówek.
Według wynalazku klatka wirnika silnika indukcyjnego głębokożłobkowego w którym pręty uzwojenia wirnika, na wysokości żłobków, składają się z kilku przewodów równoległych zwartych na czołach pierścieniami charakteryzuje się tym, że między przewodami jest umieszczony płaski pręt metalowy korzystnie niemagnetyczny, nie połączony z pierścieniami zwierającymi.
Pręt ten posiada odpowiednio dobraną grubość, tak aby ograniczyć promieniowe luzy zespołu prętów przewodzących prąd i tym samym ograniczyć ich drgania występujące w trakcie rozruchu.
Przedmiot wynalazku pokazano na rysunkach na których: fig. 6 przedstawia pręt dzielony w żłobku prostokątnym z klinem metalowym w środku, fig. 7 pręt dzielony w żłobku stopniowanym z klinem metalowym w środku i fig. 8 pręt dzielony w żłobku o ściankach łukowych z klinem metaloPL 224 891 B1 wym w środku. Według wynalazku każdy pręt 4, uzwojenia wirnika, na wysokości żłobka 1 składa się z kilku przewodów 5 równoległych zwartych na czołach pierścieniami, przy czym między przewodami 5 jest umieszczony pręt 6 metalowy, korzystnie niemagnetyczny i nie połączony z pierścieniami zwierającymi. Na rysunku fig. 6 w żłobku prostokątnym 1 znajdują się cztery przewody 5 równoległe o jednakowych wymiarach, a w środku między przewodami 5 jest wbity pręt metalowy 6 niemagnetyczny i nie połączony z pierścieniami zwierającymi, który pełni funkcje klina usztywniającego przewody 5 w żłobku. W żłobku prostokątnym stopniowanym 2 są umieszczone cztery przewody szersze 5.1 i trzy przewody węższe 5.2 dopasowane do szerokości żłobka 2, a między przewodami 5.1 jest wbity pręt metalowy 6 niemagnetyczny i nie połączony z pierścieniami zwierającymi, jak to pokazano na rysunku fig. 7. W żłobku o ściankach łukowych 3 są umieszczone cztery przewody: dwa prostokątne 5.3 i dwa o ściankach łukowych 5.4 dopasowanych do łuków ścianek żłobka 3, a między przewodami 5.3 jest wbity pręt metalowy 6 niemagnetyczny i nie połączony z pierścieniami zwierającymi, jak to pokazano na rysunku fig. 8. Przewody 5 w żłobku mają sumaryczne przekrój w przybliżeniu równy przekrojowi pręta litego 4, jak na rysunku fig. 4. We wszystkich wyżej wymienionych rozwiązaniach uzwojenia wirnika przewody na czołach są zwarte dwoma pierścieniami, podobnie jak pręty lite 4, tworząc klatkę uzwojenia. Pręt 6, wbity z odpowiednią siłą, eliminuje luzy promieniowe przewodów 5 w żłobku zabezpieczając je przed drganiami.
Uzwojenie klatkowe głębokożłobkowe wirnika silnika indukcyjnego, w tym wykonaniu, ma kilka zalet. Zastąpienie litych prętów 4 klatki, według dotychczasowych rozwiązań, prętami składającymi się z kilku przewodów 5 równoległych, o znacznie mniejszych wymiarach na wysokości żłobków, ułatwia wykonanie uzwojenia. W wirnikach o żłobkach prostokątnych stopniowanych 2, korzystnych ze względu na osiągane parametry rozruchowe silnika, stosuje się handlowe przewody o przekroju prostokątnym bez konieczności ich dopasowywania do wymiarów żłobków 2. Przewody 5 mają, w porównaniu z przewodami litymi 4, większą elastyczność w kierunku promieniowym, co sprawia że żłobkowa siła elektrodynamiczna nie wywołuje w węzłach połączenia przewodów 5 z pierścieniami naprężeń niebezpiecznych. Ponadto elastyczność pozapakietowej części prętów klatki zmniejsza naprężenia zginające powstające w klatce od rozszerzalności cieplnej pierścieni zwierających, która m a miejsce podczas każdego rozruchu silnika.