DE102006039294A1 - Käfigrotor - Google Patents

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DE102006039294A1
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DE102006039294A
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English (en)
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Kazunari Kariya Adachi
Takashi Kariya Sakumoto
Takayuki Kariya Kurumi
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Aisin Corp
Original Assignee
Aisin Seiki Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K49/00Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes
    • H02K49/02Dynamo-electric clutches; Dynamo-electric brakes of the asynchronous induction type
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02Asynchronous induction motors
    • H02K17/16Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors

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  • Power Engineering (AREA)
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  • Induction Machinery (AREA)

Abstract

Ein Käfigrotor (9), der einen Rotorkern (91), der einen Schlitz (91b) aufweist, einen ersten leitenden Endring (92), der auf einer Seite des Rotorkerns (91) positioniert ist, und einen zweiten leitenden Endring (92), der auf einer anderen Seite des Rotorkerns (91) positioniert ist, aufweist, ist dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Endring (92) ein Loch (92c) enthält, das integral damit geformt ist und auf den Schlitz (91b) des Rotorkerns (91) in einer Axialrichtung des Rotorkerns (91) gerichtet ist, und der zweite Endring (92) einen Stab (92b) enthält, der integral damit geformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt, und der Stab (92b) integral in den Schlitz (91b) und das Loch (92c) eingesetzt ist.

Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf einen zusammengebauten Käfigrotor.
  • Hintergrund
  • Als herkömmliche Käfigläufer offenbaren JP2005-12907A und JP1997(09)-9592A jeweils in ihnen einen Rotor, der durch ein Verfahren hergestellt wird, bei dem ein Rotorkern durch ein Gesenk gehalten wird, Leiter integral mit Endringen gebildet werden, während Schlitze des Rotorkerns gefüllt werden, durch Gießen oder durch Schmieden. Dabei offenbaren JP2003-289655A und JP1996(08)-294256A jeweils in ihnen einen Rotor, bei dem ein Rotorkern mit einer Mehrzahl von Leiterstäben und Endringen zusammengebaut ist, und mehrere Bereiche sind strategisch durch Schweißen oder Löten verbunden.
  • Wenn jedoch ein Käfigläufer durch Druckguss hergestellt wird, kann es möglicherweise schwierig sein, Gussdefekte zu vermeiden, die aufgrund von Lufteinschlüssen oder Gaserzeugung im Inneren des Rotors auftreten. Ferner ist ein großes Gesenk erforderlich, um den Rotorkern zu halten, wenn Leiter die Schlitze durch Schmieden befüllen, was zu einer Zunahme in der Größe der Herstellungseinrichtung führt. Andererseits beinhaltet ein zusammengebauter Käfigläufer, bei dem Endringe und Leiterstäbe zusammengeschweißt oder zusammengelötet sind, die oben beschriebenen Probleme nicht.
  • Ein solcher zusammengebauter Käfigläufer enthält jedoch ein Paar von Endringen und eine Anzahl von Leiterstäben, und somit ist es möglicherweise erforderlich, dass an vielen Punkten geschweißt oder gelötet wird. Daher kann dies zu einem komplizierten Herstellungsvorgang führen.
  • Es besteht somit ein Bedarf, einen Käfigrotor vorzusehen, der mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen gestaltet ist und einfach herzustellen ist.
  • Darstellung der Erfindung Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Käfigrotor, der einen Rotorkern, der einen Schlitz hat, einen ersten leitenden Endring, der an einer Seite des Rotorkerns angebracht ist, und an einen zweiten leitenden Endring, der an der anderen Seite des Rotorkerns angebracht ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Endring ein Loch enthält, das integral damit bzw. in ihm geformt ist und auf den Schlitz des Rotorkerns in einer axialen Richtung des Rotorkerns gerichtet ist, und der zweite Endring einen Stab enthält, der integral damit bzw. einstückig damit mitgeformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt. Der Stab wird integral in den Schlitz und das Loch eingesetzt. Auf diese Weise ist es möglich, den Käfigrotor vorzusehen, der mit einer geringeren Anzahl von Bauteilen versehen ist und unmittelbar herzustellen ist.
  • Es wird bevorzugt, dass der erste Endring die gleiche Gestalt wie der zweite Endring hat. In diesem Fall ist es möglich, die Bauteilarten für den Käfigrotor zu verringern.
  • Es wird ferner bevorzugt, dass der Rotorkern eine Mehrzahl von magnetischen Schichten enthält, die in der Axialrichtung laminiert sind. Auf diese Weise kann man eine magnetische Kraft effizient durch Induktionsstrom erzeugen.
  • Es wird noch weiter bevorzugt, dass das Loch in einer radial nach außen oder innen gerichteten Richtung von entweder dem ersten oder dem zweiten Endring oder dem ersten und dem zweiten Endring offen ist. Auf diese Weise ist es möglich, den Induktionsstrom effizient zu nutzen.
  • Es wird weiter bevorzugt, dass der Käfigrotor zur Anwendung für eine magnetisch betriebene Wasserpumpe angepasst ist. Auf diese Weise ist es möglich, eine magnetisch angetriebene Wasserpumpe vorzusehen, die eine geringe Anzahl von Bauteilen enthält.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die vorhergehenden und zusätzlichen Merkmale und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden detaillierten Beschreibung, die unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen zu sehen ist, deutlicher, wobei:
  • 1 einen Querschnitt einer Wasserpumpe (magnetisch angetriebene Pumpe) gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt;
  • 2 eine perspektivische Ansicht des Rotors 9, der in 1 gezeigt ist, darstellt; und
  • 3 eine Explosionsansicht des in 2 gezeigten Rotors darstellt.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anschließend unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Gemäß der Darstellung in 1 ist eine Wasserpumpe 100, die eine magnetisch angetriebene Pumpe ist, an einem Motorblock 110 durch ein Befestigungsmittel, das nicht dargestellt ist, gesichert. Der Motorblock 110 ist beispielhaft durch ein Taktungsriemengehäuse dargestellt.
  • Die Wasserpumpe 100 ist hauptsächlich mit einer Platte 2, die einen ausgenommenen Bereich 110a bedeckt, der in dem Motorblock 110 geformt ist und eine Pumpenkammer 8 definiert, einem Flügelrad 11, das drehbar im Inneren der Pumpenkammer 8 gelagert ist und eine Strömung eines Kühlmittels (Fluid) im Inneren der Pumpenkammer 8 erzeugt, wenn es sich dreht, einem Antriebsmechanismus 50, der das Flügelrad 11 zur Drehung antreibt, und einem Körper 3, der den Antriebsmechanismus 50 umgibt, gestaltet.
  • Die Platte 2 ist an dem Motorblock 110 durch ein Befestigungsmittel (nicht dargestellt) in einer fluiddichten Weise über ein Dichtelement 120 befestigt. Das Dichtelement 120 ist beispielsweise durch einen O-Ring oder ähnliches dargestellt. Eine Welle 4 wird zur Drehung durch den Körper 3 über ein Lager 1 gehalten. Ein Riemensitz 130 ist an einem Ende der Welle 4 befestigt, so dass eine Rotationsantriebskraft von dem Motor übertragen wird. Ein Magnetantrieb 7, der integral mit einer Klammer 6 gebildet ist, die fest mit einem Permanentmagnet 5 ausgestattet ist, ist am anderen Ende der Welle 4 geformt. Der Magnetantrieb 7 ist zur Drehung zwischen dem Körper 3 und einer Wand 10, die die Pumpenkammer 8 und eine Körperkammer 12 trennt, angeordnet. Der Permanentmagnet 5 ist in einer Umfangsrichtung in wechselweise angeordnete Nord- und Südpole segmentiert oder geteilt. Die Wand 10 ist an der Platte 2 auf eine fluiddichte Weise über einen O-Ring 140 befestigt. Der O-Ring kann durch eine Dichtung oder ähnliches dargestellt werden.
  • Ein Rotor 9 enthält einen Rotorkern 91, der eine Mehrzahl von Schichten aus magnetischen Lagen enthält, und ein Paar von leitenden Endringen 92 (einen ersten Endring und einen zweiten Endring), und ist so angeordnet, dass er auf den Magnetantrieb 7 über die Wand 10 gerichtet ist.
  • Der Rotor 9 enthält somit einen elektrischen Leiter, der sich unter Verwendung des als Antwort auf die Rotation des Permanentmagneten 5 erzeugten Induktionsstroms dreht.
  • Der Rotorkern 91 ist auf einem Ende eines Rotationselements 14 an einem Durchgangsloch 91a befestigt, das in einem Zentrum davon geformt ist. Das Flügelrad 11 ist an dem anderen Ende des Rotationselements 14 befestigt. Das Rotationselement 14 wird zur Drehung durch eine Welle 13 gelagert, über ein eingetauchtes Lager 15, das an der Platte 2 vorgesehen ist. Der Antriebsmechanismus 50 ist mit dem Rotor 9 und dem Dauermagnet 5 gestaltet.
  • Der Rotor 9 wird anschließend weiter in einzelnen unter Verweis auf 2 und 3 beschrieben.
  • Der Rotor 9 enthält einen Rotorkern 91, der eine Mehrzahl von Schlitzen 91b hat, und das Paar von leitenden Endringen 92 und 92.
  • Der Rotorkern 91 weist eine näherungsweise zylinderförmige Struktur auf. Der Rotorkern 91 ist aus einer Mehrzahl von Schichten aus magnetischen Lagen gebildet und enthält eine Mehrzahl von Schlitzen 91b, die in einer Radialrichtung eingeschnitten sind. Entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält der Rotorkern 91 eine gerade Anzahl von Schlitzen 91b, beispielsweise 26 Schlitze 91b.
  • Die Endringe 92 sind jeweils aus einem leitenden Metall, z.B. Kupfer, Aluminium oder ähnlichem gebildet, und jeder weist eine näherungsweise scheibenförmige Struktur auf. Jeder Endring 92 ist mit einem Loch 92a im Zentrum davon geformt, und ist weiter an einer Oberfläche davon mit einer Mehrzahl von Stäben 92b und Langlöchern 92c (Löchern), die in einer Umfangsrichtung wechselweise angeordnet sind, geformt oder versehen. Entsprechend der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist jeder Endring 92 mit dreizehn Stäben 92b und dreizehn Langlöchern 92c gebildet oder versehen. Die Stäbe 92b haben jeweils einen Querschnitt senkrecht zu einer Axialrichtung des Rotors 9, der die gleiche Form wie der Querschnitt des Langlochs 92c hat. Die Stäbe 92b sind integral bzw. einstückig mit jedem Endring 92 geformt, so dass sie in die Schlitze 91b des Rotorkerns 91 eingeführt werden können.
  • Die Langlöcher 92c sind gleich wie die Schlitze 91b des Rotorkerns 91 in ihren Gestalten gebildet und sind in der Radialrichtung nach außen von jedem Endring 92 offen. Der eine Endring 92 ist gegenüber zu dem anderen Endring 92 über den Rotorkern 91 positioniert, so dass die Stäbe 92b des einen Endrings 92 in die Langlöcher 92a des anderen Endrings 92 eingeführt sind. Die Stäbe 92b sind jeweils gebildet, dass sie eine axiale Länge haben, die länger als eine Größe einer axialen Länge des Rotorkerns 91b und der Dicke des Endrings 92 ist. Daher werden Vorsprünge der Stäbe 92b gepresst und verstemmt, so dass die Stäbe 92b unmittelbar mit dem Rotorkern 91 integriert werden.
  • Da, wie oben beschrieben, eine Pressbearbeitung auf die Stäbe 92b angewendet werden kann, werden die Stäbe 92b im Inneren der Schlitze 91b verdickt. Entsprechend kommen die Stäbe 92b in engen Kontakt mit inneren Oberflächen der Schlitze 91b, was effektiv ein Niveau des Induktionsstroms anhebt und effektiv eine verbesserte Drehmomentübertragung vorsieht.
  • Als nächstes wird anschließend hier eine Arbeitsweise des Rotors 9 beschrieben.
  • Wenn die Welle 4 über den Riemenscheibensitz 130 durch eine Drehantriebskraft, die von dem Motor übertragen wird, gedreht wird, wird der Permanentmagnet 5, der in die Welle 4 integriert ist, gedreht. Wenn sich der Permanentmagnet 5 dreht, wird ein Induktionsstrom am Rotor 9 gegenüberliegend zu dem Permanentmagnet 5 über die Wand 10 erzeugt. Der am Rotor 9 erzeugte Induktionsstrom und der magnetische Fluss des Permanentmagnet 5 drehen den Rotor 9 in der gleichen Richtung wie der Rotationsrichtung des Permanentmagnet 5. Das bedeutet, dass der Rotor 9 und der Permanentmagnet 5 als induktive Ankoppelung (der Antriebsmechanismus 50) wirken. Wenn sich der Rotor 9 dreht, wird das in den Rotor 9 integrierte Drehelement 14 gedreht, und somit wird das in das Drehelement 14 integrierte Flügelrad 11 gedreht, was eine Kühlmittelströmung im Inneren der Pumpenkammer 8 erzeugt.
  • Bei einer herkömmlichen magnetischen Ankopplung ist der innere Magnet anfällig dafür, eine Rotation zu stoppen, wenn eine Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen einem äußeren Magnet und einem inneren Magnet auftritt. Bei der oben beschriebenen induktiven Ankopplung muss der Rotor 9 jedoch nicht in Phase mit dem Permanentmagnet 5 sein, wenn sich der Rotor 9 dreht. Selbst wenn eine Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz zwischen dem Rotor 9 und dem Permanentmagnet 5 erzeugt wird, da die Rotation des Rotors 9 hinter der Rotation des Permanentmagnet 5 zurückbleibt, wird daher eine Übertragung von einem Rotationsdrehmoment durch Induktionsstrom fortgesetzt. Daher besteht keine Möglichkeit, dass der Rotor 9 eine Drehung stoppt, während der Permanentmagnet 5 sich dreht. Der Permanentmagnet 5 muss daher keine stärkere magnetische Kraft als nötig haben, was die Verwendung eines Permanentmagneten mit kleiner Größe oder einem geringen Niveau an magnetischer Kraft erlaubt. Wenn sich der Rotor 9 bei einem niedrigen Rotationsgeschwindigkeitsbereich dreht, erlaubt eine solche Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz es, dass eine große Menge von Kühlmittel zum Zweck des Erhöhens einer Leistung einer im Fahrzeug integrierten Heizausrüstung transportiert wird. Wenn andererseits sich der Rotor 9 in einem Bereich hoher Rotationsgeschwindigkeit dreht, verhindert eine solche Rotationsgeschwindigkeitsdifferenz, dass das Kühlmittel in einer übermäßigen Menge transportiert wird, so dass ein Verlust an Antriebskraft effektiv vermieden wird.
  • Wie oben beschrieben, sind gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Langlöcher 92c von jedem Endring 92 in ihrer Richtung radial nach außen offen. Es ist jedoch offensichtlich, dass die gleichen Wirkungen erzeugt werden, wenn die Langlöcher 92c in einer Richtung radial nach innen offen sind, oder wenn die Langlöcher 92c in der Radialrichtung des Endrings 92 nicht offen sind.
  • Die Prinzipien, die bevorzugte Ausführungsform und die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wurden in der vorhergehenden Beschreibung beschrieben. Die Erfindung, die geschützt werden soll, ist jedoch nicht als auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt offenbart. Ferner sind die hier beschriebenen Ausführungsformen eher als veranschaulichend denn als beschränkend anzusehen. Variationen und Änderungen können durch andere vorgenommen werden und Äquivalente eingesetzt werden, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend wird es explizit beabsichtigt, dass alle solchen Variationen, Änderungen und Äquivalente, die in den Rahmen der Erfindung fallen, wie er durch die Ansprüche definiert wird, dadurch umfasst sein sollen.

Claims (7)

  1. Käfigrotor (9), enthaltend einen Rotorkern (91), der einen Schlitz (91b) hat, einen ersten leitenden Endring (92), der auf einer Seite des Rotorkerns (91) positioniert ist, und einen zweiten leitenden Endring (92), der auf einer anderen Seite des Rotorkerns (91) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass: der erste Endring (92) ein Loch (92c) enthält, das integral damit geformt ist und auf den Schlitz (91b) des Rotorkerns (91) in einer axialen Richtung des Rotorkerns (91) gerichtet ist, und der zweite Endring (92) einen Stab (92b) enthält, der integral damit geformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt, und der Stab (92b) integral in den Schlitz (91b) und das Loch (92c) eingesetzt ist.
  2. Käfigrotor (9) nach Anspruch 1, wobei der erste Endring (92) die gleiche Gestalt wie der zweite Endring (92) hat.
  3. Käfigrotor (9) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Rotorkern (91) mehrere magnetische Schichten, die in der Axialrichtung laminiert sind, enthält.
  4. Käfigrotor (9) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Endring (92) ein Loch (92c) enthält, das integral damit geformt ist und auf den Schlitz (91b) des Rotorkerns (91) in der axialen Richtung gerichtet ist, und der erste Endring (92) einen Stab (92b) enthält, der integral damit geformt ist und sich in der axialen Richtung erstreckt, und der Stab (92b) des ersten Endrings (92) integral in den Schlitz (91b) und das Loch (92c) des zweiten Endrings (92) eingesetzt ist.
  5. Käfigrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Loch (92c) in einer Richtung radial nach außen oder radial nach innen von zumindest entweder dem ersten oder dem zweiten Endring (92, 92) offen ist.
  6. Käfigrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zur Anwendung für eine magnetisch angetriebene Wasserpumpe angepasst ist.
  7. Käfigrotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Rotorkern (91) eine Mehrzahl von Schlitzen (91b) aufweist, und der erste und der zweite Endring eine Mehrzahl von Stäben (91b) bzw. eine Mehrzahl von Löchern (92c) aufweisen.
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