DE102008026963A1

DE102008026963A1 - Rotor für einen elektrischen Motor

Info

Publication number: DE102008026963A1
Application number: DE102008026963A
Authority: DE
Inventors: Niels Christian Weihrauch
Original assignee: Danfoss Compressors GmbH
Current assignee: Secop GmbH
Priority date: 2007-06-14
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2008-12-24
Also published as: CN101325354B; ITTO20080454A1; US20080296993A1; CN101325354A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrotors für einen elektrischen Motor, und einen Rotor für einen solchen Motor. Der Rotor weist einen Rotorstapel aus einem magnetisch leitenden Material und einen Kurzschlusskäfig aus einem elektrisch leitenden Material auf. Mindestens einer der Kurzschlussringe ist durch Komprimieren und Sintern eines Pulvers, in dem ein massives Element eingebettet ist, hergestellt. Das massive Element vereinfacht die Herstellung durch eine Erhöhung der Stärke von möglichen schwachen Bereichen des Rotors, z. B. in der Umgebung von Öffnungen in die Wellenbohrung, Rotornuten usw.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor und ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen elektrischen Motor. Der Rotor ist ein Kurzschlussrotor mit einem Rotorstapel aus magnetisch leitendem Material und einem zum Teil gekapselten Kurzschlusskäfig aus einem elektrisch leitenden Material.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In einem Typ von allgemein verwendeten elektrischen Motoren umfasst ein Stator eine Statorwicklung oder mehrere Wicklungen, in denen ein elektrisches Feld ein rotierendes magnetisches Feld erzeugt. Innerhalb oder, im Falle eines externen Rotors, außerhalb des Stators in der Umfangsrichtung, ist ein Rotor drehbar gelagert, um sich unter dem Einfluss des magnetischen Feldes zu dre hen. Es gibt verschiedene Prinzipien. In einem Synchronmotor wird der Rotor magnetisiert oder weist einen Satz von Permanentmagneten auf. Diese Art von Motor ist einfach und zuverlässig und die Drehgeschwindigkeit des Rotors entspricht der Drehgeschwindigkeit des elektrischen Feldes in den Wicklungen des Stators. In gewissen Anwendungen hat der Synchronmotor aber eine ungeeignete Anlaufcharakteristik. In Asynchronmotoren weist der Rotor sich im Wesentlichen längserstreckende Wicklungen auf, die an sich axial gegenüberliegenden Enden des Rotors durch Kurzschlussringe verbunden sind. Typischerweise weist ein Rotor für einen Asynchronmotor einen Rotorkern aus einem magnetisch leitenden Material und einen Kurzschlusskäfig, in dem die Wicklungen und Kurzschlussringe einstückig aus einem elektrisch leitenden Material, z. B. Aluminium, gegossen sind, auf. Der Rotor kann aus Blechen laminiert sein, wobei jedes Blech eine Öffnung aufweist, die, zusammen mit anderen Blechen, Leiternuten bildet, die sich axial durch den Rotor hindurch erstrecken. Nach der Montage der Bleche in einen Stapel, werden leitende Stäbe, die die Wicklungen bilden, direkt in die Leiternuten gegossen, wobei die Nuten als Form verwendet werden, und die Kurzschlussringe werden als integrierte Teile der Stäbe gegossen. Im Betrieb wird von dem im Stator erzeugten magnetischen Feld ein elektrischer Strom in den Wicklungen des Rotors induziert, und auf Grund einer Verschiebung zwischen dem elektrischen Feld in den Wicklungen des Stators und in den Wicklungen des Rotors, dreht sich der Rotor im Verhältnis zum Stator.
Da der Kurzschlusskäfig im Rotorstapel gegossen wird, gibt es während der Abkühlung des Rotors verhältnismä ßig große Formänderungen. Da der Rotorstapel und der Kurzschlusskäfig aus unterschiedlichen Materialen und mit unterschiedlichen Geometrien ausgebildet sind, sind die Formänderungen ungleich und verursachen deshalb Spannungen und im schlimmsten Fall auch eine Verformung oder ein Reißen des Rotors. Wenn ein Rotor durch Sintern eines Metallpulvers ausgebildet wird, entstehen Risse insbesondere nach der Komprimierung des Pulvers und vor der nachfolgenden Erhitzung.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe einer Ausführung der Erfindung einen verbesserten Rotor für einen elektrischen Motor und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines Rotors für einen elektrischen Motor vorzusehen.
In einem ersten Aspekt, sieht die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrotors für einen elektrischen Motor vor. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

– Bereitstellen einer Sinterform,
– Bereitstellen eines Pulvers, das zum Sintern geeignet ist, in der Form
– Bereitstellen eines massiven Elementes in der Form,
– Bereitstellen eines Rotorstapels mit sich axial erstreckenden Rotornuten in der Form,
– Auffüllen der Rotornuten mit einer zweiten Portion von Pulver,
– Auffüllen eines oberen Raumes über dem Rotorstapel mit einer dritten Portion von Pulver, und
– Sintern des Pulvers.

Der Kurzschlusskäfig kann von jeder beliebigen Art sein, die zur Verwendung in einem Asynchronmotor oder einem Line-Start Motor geeignet ist. Entsprechend kann die Form mit einer Geometrie versehen sein, die das Pulver so formen kann, dass es zwei axial versetzte Kurzschlussringe an sich gegenüberliegenden Seiten des Rotorstapels, und sich axial oder schraubenförmig erstreckende Leiter, die sich durch den Rotorstapel hindurch zwischen den Kurzschlussringen erstrecken, bildet. Entsprechend kann die erste Portion des Pulvers zumindest einen Teil eines ersten der Kurzschlussringe bilden, und das massive Element kann den zweiten Teil dieses Kurzschlussringes bilden. Die sich im Rotorstapel axial erstreckende Rotornuten bilden Hohlräume, in die die zweite Portion des Pulvers eingefüllt wird, um Leiter des Rotors zu bilden. Die dritte Portion des Pulvers bildet zumindest einen Teil des anderen Kurzschlussringes.
Das Sintern des Pulvers umfasst typischerweise eine Komprimierung des Pulvers in einen massiven, jedoch nicht besonders starken Körper aus komprimierten Partikeln. Diese Partikel werden nachfolgend durch Erhitzen fester verbunden. In diesem Prozess verstärkt das mas sive Element den Rotor, oder besonders den Teil des Rotors, der aus komprimiertem Pulver besteht, und das massive Element bietet daher eine einfachere Handhabung des Rotors, insbesondere bis zur Erhitzung des Körpers aus komprimiertem Pulver.
Das Pulver kann von einer Art sein, die üblicherweise zum Sintern verwendet wird und elektrisch leitende Eigenschaften besitzt, die mit denen von Aluminium oder aluminiumhaltigen Legierungen vergleichbar sind. Zum Beispiel kann das Pulver Al, Cu und andere, elektrisch leitende Metalle und Kombinationen davon enthalten.
Das Verfahren kann eine Komprimierung des Pulvers zu jedem Zeitpunkt zwischen den erwähnten Schritten umfassen. Zum Beispiel kann die erste Portion in vielen kleinen Portionen vorgesehen werden, die dann separat komprimiert werden. Entsprechend kann die zweite Portion in vielen kleinen Portionen vorgesehen werden, die separat komprimiert werden. In diesem Fall kann die Komprimierung durch die Verwendung von verlängerten Stäben erfolgen, die in die Rotornuten eintreten und das sich darin befindliche Pulver komprimiert. Entsprechend kann die dritte Portion in einer Anzahl von kleinen Portionen vorgesehen werden, die dann separat komprimiert werden. Alle Schritte des Auffüllens und der Komprimierung, und wahlweise auch das Sintern, werden aber vorzugsweise in einer einzigen Form ausgeführt, die aus einem unteren Teil, der einen Hohlraum für das Pulver, den Rotorstapel und das massive Element bildet, und einem oberen Teil, der im Verhältnis zum unteren Teil beweglich ist und in den Hohlraum eindringen kann um das sich darin befindliche Pulver zu komprimieren, besteht.
Die erste, die zweite und die dritte Portion des Pulvers können identische Pulver enthalten, oder sie können unterschiedlich formulierte Pulver enthalten. Zum Beispiel kann das Pulver der zweiten Pulver-Portion Elektrizität besser leiten als die Pulver der ersten und dritten Pulver-Portionen oder das Pulver der zweiten Portion kann spezifischer an die Ermöglichung von Komprimierung und Stärke angepasst sein und dadurch die längliche und möglicherweise auch schlanke Ausbildung der Rotornuten vereinfachen.
Der Rotor kann zum Anbringen in einem Stator zwecks Rotation um eine Mittelachse vorgesehen sein. Im Folgenden bezeichnet die Mittelachse die Achse um die sich der Rotor im Verhältnis zum Stator dreht. Zu diesem Zweck umfasst der Rotor eine Wellenbohrung, die sich axial durch den Rotorstapel hindurch erstreckt. Eine Antriebswelle kann zum drehbaren Lagern des Rotors im Verhältnis zum Stator in der Wellenbohrung angeordnet werden. Der Rotorstapel ist aus Blechen aus einem magnetisch leitenden Metal hergestellt, die zur Bildung eines Blechkerns gestapelt sind. Jedes Blech weist Öffnungen auf, die, zusammen mit Öffnungen der anderen Bleche, die Wellenbohrung und die sich axial erstreckenden Nuten bilden. Wenn der Rotorstapel in der Form angeordnet und die Nuten mit der zweiten Pulver-Portion gefüllt worden sind, bilden sich direkt in den Leiternuten, unter Verwendung der Nuten als Form, leitende Stäbe, die die Rotorwicklungen ausmachen. Die erste Pulver-Portion kann zwischen einem unteren Teil der Form und einer axialen Endfläche des Rotorstapels komprimiert werden, und die dritte Pulver-Portion wird zwischen einer gegenüberliegenden axialen Endfläche des Rotorstapels und einem oberen Teil der Form komprimiert.
Die Form kann einen unteren Formteil und einen oberen Formteil aufweisen. Zumindest einer der Formteile kann einen Hohlraum bilden, in dem das Pulver und das massive Element angebracht sind. In einer Ausführung bildet der untere Formteil einen Hohlraum, dessen Form an die Form des Rotorstapels angepasst ist, so dass der untere Formteil in Richtung einer der beiden axialen Endflächen abdichtet, um die Komprimierung des sich darin befindlichen Pulvers zur Bildung eines axialen Kurzschlussringes direkt zwischen der Endfläche und dem unteren Formteil zu ermöglichen. Zu diesem Zweck kann der Hohlraum ringförmig und zum Umgeben der Wellenbohrung dimensioniert sein. In ähnlicher Weise kann der andere Teil an die Form und Dimension der gegenüberliegenden Endfläche des Rotorstapels angepasst sein.
Die Form kann vorzugsweise eine Seitenwand bilden, die sich um den Rotorstapel herum erstreckt und dabei den Rotorstapel unterstützt und einen Zusammenbruch des Rotorstapels während der Komprimierung des Pulvers an beiden Seiten des Rotorstapels verhindert. Entsprechend kann die Form einen Kernteil enthalten, der so dimensioniert ist, dass er sich in die Wellenbohrung des Rotorstapels hinein erstrecken und dabei diesen Teil des Rotorstapels unterstützen kann.
Die Form kann außerdem eine Anzahl von Druckstiften aufweisen, die so dimensioniert sind, dass sie in die Rotornuten eingepresst werden können um die zweite Pulver-Portion zu komprimieren. Um das Füllen der Nuten mit Pulver zu erleichtern, können die Druckstifte aus dem Formhohlraum hinaus bewegt werden um Platz für das Pulver zu schaffen. Um wiederholte Komprimierung der zweiten Portion des Pulvers während des Füllens der Rotornuten zu vereinfachen, können sich die Druckstifte im Verhältnis zum unteren oder oberen Formteil an verschiedenen Positionen befinden, so dass sie sich mit variablen Längen in den Hohlraum der Form hinein erstrecken. Die Druckstifte können zum Teil schneckenförmig sein, und die Form kann eine Spindelzuführung oder ein Gewindemittel aufweisen, um die Druckstifte während einer Drehbewegung der Druckstifte um die Mittelachse in die Rotorschlitze hineinzubewegen.
Das massive Element ist hauptsächlich zur Vereinfachung der Komprimierung des Pulvers in der Form vorgesehen. Wenn das Pulver zwischen den Formteilen und den axialen Endflächen des Rotorstapels komprimiert wird, kann es schwierig sein gewünschte Toleranzen und Stärke des Körpers des komprimierten Pulvers zu erzielen, insbesondere an oder in der Nähe der Öffnungen der Rotornuten und der Wellenbohrung.
Um die Erstreckung der Rotorwelle durch das massive Element hindurch zu erlauben, kann das massive Element ein ringförmiges Element sein, das eine Öffnung bildet, die mit der Wellenbohrung des Rotorstapels ausgerichtet werden kann. Insbesondere kann das massive Element ein kreisrundes Loch aufweisen, dessen Dimension gleich oder kleiner als die der Wellenbohrung ist. In dieser Weise kann das massive Element das Pulver von der Kante der Wellenbohrung trennen und dadurch verhindern, dass das Pulver in die Wellenbohrung eindringt.
Das massive Element kann direkt gegen und in Verbindung mit einer der Endflächen des Rotorstapels angeordnet werden. Das Element kann dadurch festgehalten werden, dass es teilweise in einen Körper des komprimierten (und nachfolgend gesinterten) Pulvers eingebettet ist. Das Element kann mit einem ersten Bereich der Endfläche in Verbindung sein und der Körper kann mit einem zweiten Bereich der Endfläche in Verbindung und verklebt sein, wobei sich der Körper aus diesem Bereich heraus zumindest teilweise um das Element herum erstreckt und dabei das Element zwischen dem Rotorstapel und den Körper befestigt.
Das massive Element kann aus Pulver hergestellt sein, das in eine massive Form komprimiert wird, und wahlweise kann das Pulver vor der Anordnung des massiven Elementes in der Form gesintert werden. Das massive Element kann auch aus komprimiertem Pulver hergestellt werden, das gleichzeitig mit dem Sintern des anderen Teils des Rotors gesintert wird. Alternativ ist das massive Element, das in traditionelleren Prozessen erzeugt wird, wie z. B. Schneiden oder Stanzen aus einem Blech, oder einer traditionellen Gießtechnik.
Die Form kann einen Führungsstift aufweisen, der zur Positionierung von Rotorstapel und/oder massivem Element verwendet wird. Der Führungsstift kann einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser aufweisen, wobei der erste Durchmesser in die Wellenbohrung und der zweite Durchmesser in das kreisrunde Loch des massiven Elementes passt.
Das Pulver kann zwischen allen erwähnten Schritten gesintert werden, d. h. auf eine Temperatur aufgewärmt werden, wobei die Partikel durch Sintern zusammengefügt werden, z. B. wenn jede der ersten, zweiten oder dritten Pulver-Portionen in die Form gegeben worden ist. Alternativ wird das Pulver dann gesintert, wenn alle drei Portionen in die Form gegeben worden sind. In einer Ausführung wird das Pulver zur Bildung eines kohärenten Körpers komprimiert, das das komprimierte Pulver, den Rotorstapel und das massive Element umfasst. Der Körper wird aus der Form entfernt und auf eine Temperatur aufgewärmt, bei der das komprimierte Pulver sintert.
In einer Ausführung der Erfindung wird ein zusätzliches massives Element in der Form angeordnet, nachdem der Rotorstapel in der Form angeordnet worden ist. Das zusätzliche Element kann ringförmig sein, mit einer Geometrie, die der Form des Rotorstapels entspricht, um einen Kontakt zwischen dem Pulver der dritten Pulver-Portion und einer oberen Kante der Wellenbohrung zu verhindern, und um Pulver der dritten Pulver-Portion daran zu hindern in die Wellenbohrung einzudringen. In einer Ausführung ist das zusätzliche Element massiv, d. h. ohne eine mittlere Öffnung. Dadurch ergibt sich ein Rotor mit einer Wellenbohrung, die an einem Ende geschlossen ist.
Jedes Loch, das in jedem der massiven Elemente eingebracht wird, kann von einem durchlässigen Schließmittel abgedeckt sein, um ein weiteres Eindringen von Pulver in die Wellenbohrung zu verhindern. Z. B. können die Locher von einem Folienmaterial abgedeckt sein, das leicht zu zerreißen ist, wenn die Welle in die Wellenbohrung hineingeführt wird.
In einem zweiten Aspekt sieht die Erfindung einen Kurzschlussrotor für einen elektrischen Motor vor, in dem der Rotor einen Rotorstapel aus einem im Allgemeinen magnetisch leitenden Material und einen Kurzschlusskäfig aus einem im Allgemeinen elektrisch leitenden Material aufweist, wobei der Kurzschlusskäfig längliche Leiter bildet, die sich durch den Rotorstapel hindurch erstrecken und in Kurzschlussringen an axial gegenüberliegenden Enden des Rotorstapels enden, wobei mindestens einer der Kurzschlussringe ein erstes Element aufweist, das zwischen dem Rotorstapel und einem zweiten Element angeordnet ist, wobei das zweite Element mit dem ersten Element und/oder dem Rotorstapel durch Sintern verbunden wird.
Die Bezeichnungen „magnetisch leitender Rotorstapel" und „elektrisch leitender Kurzschlusskäfig" bedeuten, dass der Rotorstapel ein magnetisch leitendes Material aufweist und dass der Kurzschlusskäfig ein elektrisch leitendes Material aufweist. Auch nicht-magnetisch leitende oder nicht-elektrisch leitende Materialien können Teil von Rotorstapel bzw. Kurzschlusskäfig sein. Typischerweise ist aber ein großer Teil aus einem elektrisch oder magnetisch leitenden Material. Das zweite Element kann mit einer Endfläche des Rotorstapels durch Sintern verbunden werden und kann einen Teil des ersten Elementes umgeben, der ausreicht, um das erste Element im Verhältnis zum Rotorstapel zu befestigen. Das zweite Element kann also sowohl mit dem ersten Element als auch mit der Endfläche des Rotorstapels durch Sintern verbunden werden.
Die Leiter können sich parallel zu einer mittleren Achse erstrecken, um die der Rotor in einem elektrischen Motor drehbar ist.
Der Rotorstapel kann so bemessen sein, dass er einem Druck widersteht, mit dem der Rotor beim Sintern beaufschlagt wird, und er kann z. B. aus einer hochprozentigen Legierung bestehen, z. B. einer Legierung, die nicht ausgeglüht oder zumindest nicht ganz ausgeglüht worden ist, z. B. einer Legierung, die Silizium in einer Menge über 0,5 Prozent enthält, z. B. zwischen 0,5 und 2 Prozent.
Das zweite Element umfasst einen Randteil, der das erste Element am Umfang umgibt und mit dem Rotorstapel durch Sintern verbunden ist, und das erste Element kann, zumindest teilweise, im zweiten Element eingebettet sein.
Das erste Element kann ringförmig sein und eine mittlere Öffnung aufweisen, wodurch sich die Welle durch das Element hindurch in den Rotorstapel hinein erstrecken kann. Die mittlere Öffnung kann z. B. eine Querschnittsfläche haben, der mindestens genau so gross ist wie die Querschnittsfläche der Wellenbohrung, und sie ist vorzugsweise kreisrund.
Zumindest eines der ersten und zweiten Elemente kann aus einem Material bestehen, das Aluminium enthält, und zumindest eines der ersten und zweiten Elemente kann aus einem Material bestehen, das Kupfer enthält. In einer Ausführung sind das erste Element und das zweite Element aus dem gleichen Material hergestellt.
Das zweite Element kann aus einem Pulver gebildet sein, das komprimiert und gesintert wird. In ähnlicher Weise können die Leiter aus einem Pulver gebildet sein, das komprimiert und mit dem ersten Element durch Sintern verbunden wird.
Um die Verbindung zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu verbessern, können die Elemente in einer unregelmäßigen Grenzzone verbunden werden, d. h. eine Zone, die nicht gerade ist, z. B. eine abgestufte, gezackte oder gezahnte Zone, die einen vergrößerten Bereich der beiden Elemente im Vergleich zu einer geraden und ebnen Grenzfläche bietet.
Das erste Element kann direkt an einer Endfläche des Rotorstapels angeordnet sein, und das zweite Element kann eine axiale Endfläche des Rotors bilden.
Das elektrisch leitende Material kann vom magnetisch leitenden Material isoliert werden. Dies kann z. B. dadurch erreicht werden, dass das erste Element aus einem Material hergestellt wird, das weder magnetisch noch elektrisch leitend ist. Z. B. kann das erste Element aus einem Material bestehen, das kein Metall ist, z. B. ein Kunststoffmaterial. In ähnlicher Weise kann der Rotor stapel beschichtet werden, um eine Eisenoxydschicht an einer Oberfläche des Rotorstapels zu bilden, wobei das elektrisch leitende Material vom magnetisch leitenden Material isoliert wird.
NÄHERE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen:
1 eine Querschnittansicht eines Rotors nach der Erfindung,
2 eine Perspektivansicht eines Kurzschlusskäfigs für einen Rotor nach der Erfindung,
3 eine Draufsicht auf einen Rotorstapel,
4 eine Ausführung des Rotors mit einem ringförmigen Element,
5–8 verschiedene Ansichten und Elemente eines Kurzschlussrotors,
9–11 eine Sequenz aus der Herstellung eines Rotors,
12–14 eine Sequenz aus der Herstellung eines der Kurzschlussringe,
15 eine unregelmäßige Grenzzone zwischen dem gesinterten Körper und dem massiven Element, und
16–19 vier verschiedene Ausführungen des Rotors nach der Erfindung.
1 zeigt einen Rotor nach der Erfindung. Der Rotor 1 weist einen Rotorstapel 2 aus einem magnetisch leitenden Material und einen Kurzschlusskäfig 3 aus einem elektrisch leitenden Material auf. Der Kurzschlusskäfig bildet längliche Leiter 4, die sich durch den Rotorstapel 2 hindurch erstrecken und in Kurzschlussringen 5, 6 an sich axial gegenüberliegenden Seiten des Rotorstapels 2 enden. Einer der Kurzschlussringe 5, 6 umfasst ein erstes Element 7 und ein zweites Element 8. Das erste Element 7 liegt direkt an einer Endfläche 10 des Rotorstapels 2 zwischen dem zweiten Element 8 und dem Rotorstapel 2 an. Das zweite Element 8 umfasst einen Umfangsteil 9, der das erste Element 7 umgibt, und von dem aus sich die länglichen Leiter in den Rotorstapel 2 hinein erstrecken. Das zweite Element 8 befestigt damit das erste Element 7 am Rotorstapel 2.
2 zeigt den Kurzschlusskäfig 3, d. h. den Rotor ohne den Rotorstapel. Aus dieser Ansicht geht deutlicher hervor, dass einer der Kurzschlussringe 6 aus zwei Elementen besteht. Das erste Element 7 ist ein massives Element, das vom zweiten Element 8 umgeben ist. Das zweite Element 8 ist durch Sintern eines Pulvers hergestellt, das in einer Form komprimiert wird. Der gegenüberliegende Kurzschlussring 5 ist durch und durch aus gesintertem Pulver hergestellt, das in der Form kompri miert wird. Die zentrische Bohrung 11 ist für eine Antriebswelle vorgesehen, mit deren Hilfe der Rotor im Verhältnis zum Stator drehbar ist. Die Größe der zentrischen Bohrung wird durch das erste Element 7 reduziert. Die Leiter 4 sind aus komprimiertem und gesintertem Pulver hergestellt und erstrecken sich in die Kurzschlussringe hinein, mit denen sie durch Sintern verbunden sind.
3 zeigt eine Draufsicht des Rotorstapels. In dieser Ansicht sind die zentrische Bohrung 11 und die Rotornuten 12 deutlich zu sehen. Die Rotornuten 12 enthalten die länglichen Leiter (gezeigt mit der Nummer 4 in 1 und 2), und sind am Umfang der zentrischen Bohrung 11 mit im Wesentlichen den gleichen Abständen zur zentrischen Bohrung 11 angebracht. Die zentrische Bohrung dient als Wellenbohrung für eine Antriebswelle.
4 zeigt eine Ausführung des Rotors, in der das erste Element 7 ein ringförmiges Element mit einer zentrischen Öffnung 14 ist, die mit der zentrischen Bohrung 11 des Rotorstapels koaxial ausgerichtet ist, wobei sich die Rotorwelle durch den Rotor hindurch erstrecken kann, oder Öl, Kühlmittel oder eine ähnliche Flüssigkeit entlang einer Rotorwelle in die zentrische Bohrung hinein und aus der zentrischen Öffnung heraus gepumpt werden kann. In einer ähnlichen Weise weist der Kurzschlussring am axial gegenüberliegenden Ende des Rotors eine zentrische Öffnung 15 auf, die auch mit der zentrischen Bohrung 11 ausgerichtet ist. Das erste Element ist zwischen dem Rotorstapel 2 und dem zweiten Element 8 befestigt, wobei das zweite Element mit einem Umfangsteil einer Endfläche des Rotorstapels 2 durch Sintern verbunden ist.
Der Kurzschlusskäfig kann durch Sintern hergestellt werden und der Rotorstapel kann mit einer zentrischen Bohrung und einer Anzahl von Rotornuten aus einer Vielzahl von gekuppelten Platten aus einem magnetisch leitenden Material hergestellt werden.
Der Kurzschlussläufer weist eine Anzahl von Komponenten auf, die in 5–8 gezeigt sind. Die 5–6 zeigen das massive Element 16, das von dem gesinterten Körper umgeben ist, und die Leiter 18, die in den Körper 17 und 19 hinein gesintert sind. In 5 wird das massive Element 16 getrennt vom gesinterten Körper 17 gezeigt. Dies ist aber nur aus Übersichtsgründen. Da der gesinterte Körper 17 direkt am massiven Element 16 ausgebildet ist, würde es in der Praxis nur damit zusammen existieren. Der Kurzschlusskäfig wird auch ohne den Rotorstapel gezeigt. Dies ist wiederum nur aus Übersichtsgründen, da die Leiter 18 und die Körper 17, 19, die die Kurzschlussringe bilden, direkt am und im Rotorstapel ausgebildet sind. Die Öffnungen 20 und 21 sind durch Vorsprünge in der Form gebildet, in der das Pulver komprimiert wird, wogegen die Öffnung 22 im massiven Element 16 vor der Anordnung des massiven Elementes in der Form ausgebildet ist. Um die Herstellung zu vereinfachen, kann die Form einen Führungsstift aufweisen, der in die Öffnung 22 eingreift und das massive Element in einer festen Position im Verhältnis zur Form hält. Die Form kann auch einen Führungsstift aufweisen, der in die Wellenbohrung oder die zentrische Öffnung des Rotorstapels eingreift und den Rotorstapel in einer festen Position im Verhältnis zur Form und damit im Verhältnis zum massiven Element 16 hält.
7 zeigt einen kompletten Rotor mit dem Rotorstapel 23, wobei ein Teil aus Übersichtsgründen entfernt worden ist. Die Leiter 18 erstrecken sich durch Nuten im Rotorstapel hindurch, und der Rotorstapel bildet eine zentrische Öffnung 24, die als Wellenbohrung verwendet werden kann.
8 zeigt den zusammengebauten Rotor. Die gesinterten Körper 17, 19 und der Rotorstapel 23 bilden die äußere Oberfläche des Rotors, wogegen das gesamte massive Element 16 vom Rotor umgeben ist.
Die 9–11 zeigen eine Sequenz zur Herstellung eines Rotors mit einer zentrischen Öffnung, die eine kleinere Querschnittsfläche als die zentrische Bohrung hat. 9 zeigt zwei vorgeformte Elemente, nämlich den Rotorstapel 31 und das erste Element 32. In 10 ist der Rotorstapel 31 in einer Form (nicht gezeigt) am ersten Element 32 angeordnet. In 11 wird ein Körper 33 direkt am Rotorstapel 31 gebildet, und an einem Ende des Rotorstapels 31, d. h. durch Sintern direkt am ersten Element 32. Der Körper erstreckt sich durch Nuten in den Rotorstapel 31 hinein und bildet so einen einstückigen Körper. Der Kurzschlusskäfig des Rotors besteht aus einer Kombination des Körpers 33 und des ersten Elementes 32.
12–14 zeigen eine Sequenz zur Herstellung eines der Kurzschlussringe. In einem ersten Schritt, vgl. 12, nähert sich ein ursprünglicher Kern 34 einer oberen Fläche 35 des Rotorstapels 36 und schließt damit die zentrische Bohrung 37. Nachfolgend wird ein oberer Raum mit Pulver 38 gefüllt, das auf den Rotorstapel 36 durch Verwendung der Kompressionskolben 39, 40 komprimiert wird. In einem nachfolgenden Schritt, vgl. 13, wird der ursprüngliche Kern 34 durch einen anderen Kern 41 ersetzt (andere Teile der Form werden nicht gezeigt). Der Kern 41 hat einen Vorsprung 42, der dafür ausgebildet ist, in die zentrische Öffnung des ersten Elementes 43 einzudringen, und dabei als Führungsstift, der Teil der Form ist, zu wirken. Das erste Element 43 kann z. B. am Kern 42 befestigt werden, bevor der Kern 42 auf den Rotorstapel 36 abgesenkt wird. In dieser Weise wird der Kern 42 zur korrekten Positionierung des Elementes 43 im Verhältnis zum Rotorstapel 36 verwendet. In einem nachfolgenden Schritt, vgl. 14, komprimieren die Kompressionskolben das Pulver 38 erneut, während der Kern 41 die Position des ersten Elementes 43 im Verhältnis zum Rotorstapel 36 sichert.
15 zeigt eine Ausführung, in der das erste Element 44 mit einer unregelmäßigen Grenzzone in Richtung des gesinterten Körpers 45 versehen ist. Auf Grund der Stufe 46, hält der Körper 45 die Position des ersten Elementes 44 an der Oberfläche 47 des Rotorstapels 48 fest.
Auf Grund der Anordnung eines massiven ersten Elementes in der Form vor dem Sinterprozess, können verschiedene Formen der Kurzschlussringe erreicht werden. Die 16–19 zeigen vier verschiedene Ausführungen des Rotors nach der Erfindung. In 16 hat einer der Kurzschlussringe eine zentrische Öffnung 49, die größer ist als die zentrische Bohrung 50, und der andere Kurzschlussring hat eine zentrische Öffnung 51, die kleiner ist als die zentrische Bohrung 50. In 17 haben beide Kurzschlussringe zentrische Öffnungen 52, die die gleiche Größe haben wie die zentrische Bohrung 53. In 18 hat einer der Kurzschlussringe eine zentrische Öffnung 54, die gleich der zentrischen Bohrung 55 ist, und der andere Kurzschlussring hat eine zentrische Öffnung 56, die kleiner ist als die zentrische Bohrung 55. In 19 hat einer der Kurzschlussringe eine zentrische Öffnung 57, die gleich der zentrischen Bohrung 58 ist, und der andere Kurzschlussring 59 hat überhaupt keine zentrische Öffnung.
Das massive Element vereinfacht die Herstellung durch eine Erhöhung der Stärke von möglichen schwachen Bereichen des Rotors, z. B. in der Umgebung von Öffnungen in die Wellenbohrung, Rotornuten usw.
Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die offenbarten Details der spezifischen Ausführungen begrenzt, und die offenbarten Kennzeichen in Verbindung mit einer Ausführung können auch in anderen der offenbarten Ausführung Anwendung finden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrotors (1) für einen elektrischen Motor, das die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen einer Sinterform, – Bereitstellen einer ersten Portion eines Pulvers, das zum Sintern geeignet ist, in der Form, – Bereitstellen eines massiven Elementes (7) in der Form, – Bereitstellen eines Rotorstapels (2) mit sich axial erstreckenden Rotornuten (12) in der Form, – Auffüllen der Rotornuten mit Pulver, – Auffüllen eines oberen Raumes über dem Rotorstapel mit Pulver, und – Sintern des Pulvers zur Bildung von Kurzschlussringen (5, 6) an sich axial gegenüberliegenden Seiten des Rotorstapels (2).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das massive Element (7) ein vorgeformtes, ringförmiges Element ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das massive Element (7) durch einen Führungsstift (42), der ein Teil der Form ist, im Verhältnis zum Rotorstapel positioniert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich die Schritte einer Komprimierung des Pulvers zwischen mindestens zwei der Schritte vorsieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich die Schritte eines Sinterns des Pulvers zwischen mindestens zwei der Schritte vorsieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das zusätzlich den Schritt der Anordnung eines massiven Elementes im oberen Raum vor dem Füllen des Raumes mit Pulver vorsieht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eines der massiven Elemen te (7) durch Komprimierung von Pulver vorgeformt wird.
Kurzschlussrotor (1) für einen elektrischen Motor, der einen Rotorstapel (2) aus einem magnetisch leitenden Material und einen Kurzschlusskäfig aus einem elektrisch leitenden Material aufweist, wobei der Kurzschlusskäfig längliche Leiter (4) aufweist, die sich durch den Rotorstapel (2) hindurch erstrecken und in Kurzschlussringen (5, 6) an sich axial gegenüberliegenden Seiten des Rotorstapels enden, wobei zumindest einer der Kurzschlussringe ein erstes Element (7) aufweist, das zwischen dem Rotorstapel und einem zweiten Element (8) angeordnet ist, das mit dem ersten Element (7) und/oder dem Rotorstapel (2) durch Sintern verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 8, bei dem das zweite Element (8) einen Randabschnitt aufweist, der den Umfang des ersten Elementes umgibt und durch Sintern mit dem Rotorstapel (2) verbunden ist.
Rotor nach Anspruch 8 oder 9, bei dem das erste Element (7) vom zweiten Element (8) ganz umgeben ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–10, bei dem das erste Element (7) ringförmig ist und eine zentrische Öffnung (14) aufweist.
Rotor nach Anspruch 11, bei dem der Rotorstapel (2) eine zentrische Bohrung (11) für eine Rotor welle aufweist, wobei die zentrische Bohrung (11) mit der zentrischen Öffnung (14) koaxial ist.
Rotor nach Anspruch 12, bei dem die zentrische Öffnung (14) eine Querschnittsfläche hat, die höchstens gleich einer Querschnittsfläche der zentrischen Bohrung (11) ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 11–13, bei dem die zentrische Öffnung (14) kreisrund ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–14, bei dem zumindest eines der ersten und zweiten Elemente (7, 8) aus einem Material hergestellt ist, das Aluminium enthält.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–15, bei dem zumindest eines der ersten und zweiten Elemente (7, 8) aus einem Material hergestellt ist, das Kupfer enthält.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–16, bei dem das erste und das zweite Element (7, 8) aus dem gleichen Material hergestellt sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–17, bei dem die Leiter (4) und das zweite Element (8) durch Sintern einstückig ausgebildet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–17, bei dem die Leiter (4) durch Sintern mit dem ersten Element (7) verbunden sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–19, bei dem das erste Element (7) in einer unregelmäßigen Grenzzone mit dem zweiten Element (8) verbunden ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–20, bei dem das zweite Element (8) eine axiale Endfläche des Rotors (1) bildet.
Rotor nach einem der Ansprüche 8–21, bei dem das elektrisch leitende Material von dem magnetisch leitenden Material isoliert ist.
Rotor nach Anspruch 22, bei dem der Rotorstapel (2) beschichtet ist, um eine Eisenoxydschicht an einer Oberfläche des Rotorstapels zu bilden, wobei das elektrisch leitende Material vom magnetisch leitenden Material isoliert ist.