DE102009039056A1

DE102009039056A1 - Asynchronmotor und Verfahren zum Herstellen eines Asynchronmotor

Info

Publication number: DE102009039056A1
Application number: DE102009039056A
Authority: DE
Inventors: Josef Schmidt; Martin Herrmann
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2010-05-20

Abstract

Elektromotor mit Kurzschlusskäfig, der auf einem Blechpaket angeordnet ist, das mit einer Rotorwelle des Motors verbunden ist, wobei an der Außenseite des Blechpaketes Dauermagnete angeordnet sind, insbesondere mittels Klebeverbindung verbunden sind, wobei der Kurzschlusskäfig auf das Blechpaket mit Dauermagneten kraftschlüssig aufgeschrumpft, insbesondere thermisch aufgeschrumpft, verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Asynchronmotor und ein Verfahren zum Herstellen eines Asynchronmotor.
Es ist bekannt, bei Asynchronmotoren einen Kurzschlusskäfig vorzusehen.
Aus der DE 44 17 787 A1 ist bekannt, einen solchen Käfig aufzupassen. Dies bedeutet, dass der Käfig aufgeschoben wird auf die Rotorwelle mit Läuferblechpaket, wobei ein thermisches Erhitzen des Käfigs zu vermeiden ist, da die am Käfig vorgesehenen Magnete entmagnetisiert oder geschwächt werden könnten. Ein Aufschrumpfverbindung ist dieser Schrift nicht entnehmbar.
Aus der US 4 409 606 A ist ein Käfig bekannt, der ebenfalls auf einem Blechpaket vorgesehen ist, wobei Schlitze zur Stromführung vorgesehen sind.
Aus der DE 88 16 122 U ist eine Synchronmaschine bekannt.
Aus der JP 02055554 A ist ein Herstellverfahren für einen Rotor bekannt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine einfacherer Herstellung zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei dem Asynchronmotor nach den in Anspruch 1 und bei dem Verfahren zum Herstellen eines Asynchronmotor nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei dem Asynchronmotor mit Kurzschlusskäfig sind, dass der Käfig auf einem Blechpaket angeordnet ist, das mit einer Rotorwelle des Motors verbunden ist,
wobei an der Außenseite des Blechpaketes Dauermagnete angeordnet sind, insbesondere mittels Klebeverbindung verbunden sind,
wobei der Kurzschlusskäfig auf das Blechpaket mit Dauermagneten kraftschlüssig aufgeschrumpft, insbesondere thermisch aufgeschrumpft, verbunden ist.
Von Vorteil ist dabei, dass eine schnelle und einfache Herstellung ermöglicht ist sowie ein stets gleicher Käfig bei verschieden ausgeführten Rotorwellen verbindbar ist. Es ist also eine hohe Varianz erreichbar mit wenigen Bauteilen und ohne großen Aufwand. Außerdem ist die Verbindung fest und sicher gestaltbar. Die Magnete werden also durch den auf die Magnete mit Blechpaket aufgeschrumpften Käfig gut gehalten. Die thermische Erhitzung vor Aufschrumpfen wird nur am Käfig ausgeführt, der somit auf die kalten Magnete mit Blechpaket aufgeschrumpft wird und dabei die Magnete nur geringfügig erwärmt, so dass deren Magnetisierung nicht gefährdet ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Dauermagnete in Vertiefungen des Blechpaketes angeordnet, insbesondere in Nuten, die einen verschwindenden oder nicht verschwindenden Schrägungswinkel aufweisen. Von Vorteil ist dabei, dass die Dauermagnete radial nur geringfügig unterhalb des Käfigs angeordnet sind und gut aufgenommen sind. Insbesondere ist der Kleber am Nutgrund und an den Nutseiten anbringbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kurzschlusskäfig als Hülse, wie Hohlzylinder oder Rohr, ausgeführt, wobei Ausnehmungen in der Hülse zur Stromführung angeordnet sind, insbesondere mit einem verschwindenden oder nicht verschwindenden Schrägungswinkel. Von Vorteil ist dabei, dass der Käfig einfach zu fertigen ist und nicht in aufwendiger Weise in das Blechpaket eingespritzt werden muss. Zur Stromführung ist es nur notwendig, Ausnehmungen einzubringen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Schrägungswinkel der Ausnehmungen und der Schrägungswinkel der Dauermagnete verschieden, insbesondere zum verbesserten Halten der Dauermagnete durch den Käfig. Von Vorteil ist dabei, dass im Unterschied zum gleichverlaufenden Schrägungswinkel die Stäbe oder entsprechend verlaufenden Stromführungsbereiche die axial verlaufenden Magnete kreuzen und somit an der Kreuzungsstelle eine Haltekraft ausüben, da der Käfig insgesamt aufgeschrumpft ist. Die Haltefunktion der in den axialen Endbereichen ausgeprägten Ringe des Käfigs kommt hinzu. Wenn die Ausnehmungen nur als dünne Ausfräsungen, wie Schlitze, ausgeführt sind, ergibt sich eine gute Haltefunktion.
Dabei ist vorteiligerweise die Schlitzbreite kleiner als die Ausdehnung der Magnete in Umfangsrichtung.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kurzschlusskäfig mit dem Blechpaket nicht stoffschlüssig verbunden, also nicht eingespritzt oder angespritzt oder eingelassen ist, insbesondere nicht mittels eines Gießverfahrenschrittes oder Spritzgießverfahrensschritts. Von Vorteil ist dabei, dass bei der Herstellung des Motors keine aufwendigen, hohe Wärmeleistungen aufweisenden Öfen oder dergleichen verwendet werden müssen, sondern ein bloßes Erhitzen eines Käfigs ausführbar ist.
Dabei ist das Erhitzen beispielhaft auch mittels Induktion ermöglicht, also indem der Käfig innerhalb einer bestrombaren Wicklung vorgesehen ist. Mittels Stromstößen sind hierbei im Käfig hohe Ströme und daraus Temperaturen induzierbar.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kurzschlusskäfig aus einem Material, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 50% größer ist als der des Blechpakets. Von Vorteil ist dabei, dass beispielhaft Aluminium und/oder Kupfer einsetzbar sind.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung bewirkt die kraftschlüssige Verbindung ein derartig großes Radialkraftfeld, dass Momente vom Käfig an das Blechpaket übertragbar sind, die größer als das Nennmoment des Motors beziehungsweise größer als das an der dünnsten Stelle der Rotorwelle maximal übertragbare Drehmoment sind. Von Vorteil ist dabei, dass das Aufschrumpfen eine genügend leistungsfähige Verbindung herstellbar macht.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Blechpaket aus Stahl. Insbesondere ist der Käfig aus Aluminium oder Kupfer. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache und kostengünstige Herstellung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst der Käfig zwei Ringe, die mit Stäben verbunden sind. Von Vorteil ist dabei, dass geringe Verluste bei Betrieb des Motors auftreten, also ein hoher Wirkungsgrad erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Käfig als zylindrisches Objekt ausgeführt oder ist an einem zylindrischen Objekt vorgesehen, insbesondere an der Außenseite dessen vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass das Aufschieben des Objektes besonders einfach ist und ein Verhaken oder andere Fehler vermeidbar sind.
Wichtige Merkmale bei dem Verfahren zum Herstellen eines Asynchronmotors sind, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Käfig auf eine höhere Temperatur als das Blechpaket erwärmt wird,
in einem zweiten Verfahrensschritt der Käfig axial auf das Blechpaket aufgeschoben wird,
wobei nach Abkühlen, also Angleichen der Temperatur des Käfigs an das Blechpaket eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Verbindung in einfacher Weise herstellbar ist und das Blechpaket im Wesentlichen nicht thermisch belastet wird bei der Herstellung des Motors.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Bei der Erfindung wird der Kurzschlusskäfig als separates Teil hergestellt und auf eine höhere Temperatur erwärmt als das Blechpaket des Rotors.
Im nächsten Schritt wird der Käfig axial über das Blechpaket geschoben. Nach Abkühlen auf die ungefähr gleiche Temperatur wie das Blechpaket ist der Käfig aufgeschrumpft, also kraftschlüssig verbunden.
Der Käfig ist vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer gefertigt, das Blechpaket vorzugsweise aus Stahl.
Der Käfig ist bei einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsvariante aus zwei axial voneinander beabstandeten Ringen, die in einer jeweiligen Ebene liegen, deren Normalenrichtung jeweils axial ist. Diese Ringe sind durch Stäbe verbunden, die in axialer Richtung oder bei Ausführung mit Schrägungswinkel auch anteilsmäßig in Umfangsrichtung vorgesehen sind.
Bei weiteren Ausführungsbeispielen ist der Käfig als zylindrische Hülse einstückig oder mit einer zylindrischen Hülse verbunden und zweistückig ausgeführt.
Bei einstückiger Ausführung weist die Hülse Ausnehmungen auf zur Stromführung. Dabei erstrecken sich die Ausnehmungen in axialer Richtung entweder mit nicht verschwindendem Schrägungswinkel oder mit verschwindendem Schrägungswinkel, also in rein axialer Richtung.
Die Hülse ist ebenfalls vorzugsweise aus Aluminium oder Kupfer ausgeführt.
Bei einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel sind auf der Rotorwelle, also einer Vollwelle, oder auf einem Blechpaket, das auf der Rotorwelle verbunden ist, Dauermagnete vorgesehen, insbesondere aufgeklebt vorgesehen. Auf diese Dauermagnete ist der Käfig beziehungsweise die beschriebene Hülse thermisch aufgeschrumpft, also vor Aufstecken erhitzt. Somit ist eine thermische Aufschrumpfverbindung realisiert. Auf diese Weise ist die Haltefunktion des Klebers durch die Aufschrumpfverbindung unterstützt. Insbesondere ist auch bei Versagen des Klebers ein Halten der Magnete ermöglicht.
Die Magnete sind vorzugsweise in Vertiefungen der äußeren Oberfläche des Blechpakets anordenbar.
Auf diese Weise ist beim Anlaufen des Motors unterhalb der Synchrondrehzahl eine Drehmomenterzeugung mit dem Käfig nach dem Asynchronmotorprinzip und bei Erreichen der Synchrondrehzahl nach dem Synchronmotorprinzip ausführbar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4417787 A1 [0003]
- US 4409606 A [0004]
- DE 8816122 U [0005]
- JP 02055554 A [0006]

Claims

Elektromotor mit Kurzschlusskäfig, der auf einem Blechpaket angeordnet ist, das mit einer Rotorwelle des Motors verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass an der Außenseite des Blechpaketes Dauermagnete angeordnet sind, insbesondere mittels Klebeverbindung mit dem Blechpaket verbunden sind, wobei der Kurzschlusskäfig auf das Blechpaket samt Dauermagneten kraftschlüssig aufgeschrumpft, insbesondere thermisch aufgeschrumpft, verbunden ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnete in Vertiefungen des Blechpaketes angeordnet sind, insbesondere in Nuten, die einen verschwindenden oder nicht verschwindenden Schrägungswinkel aufweisen.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusskäfig als Hülse, wie Hohlzylinder oder Rohr, ausgeführt ist, wobei Ausnehmungen in der Hülse zur Stromführung angeordnet sind, insbesondere mit einem verschwindenden oder nicht verschwindenden Schrägungswinkel.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schrägungswinkel der Ausnehmungen und der Schrägungswinkel der Dauermagnete verschieden ist, insbesondere zum verbesserten Halten der Dauermagnete durch den Käfig.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusskäfig mit dem Blechpaket nicht stoffschlüssig verbunden ist, also nicht eingespritzt oder angespritzt oder eingelassen ist, insbesondere nicht mittels eines Gießverfahrenschrittes oder Spritzgießverfahrensschritts.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlusskäfig aus einem Material ist, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mindestens 50% größer ist als der des Blechpakets.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die kraftschlüssige Verbindung ein derartig großes Radialkraftfeld bewirkt, dass Momente vom Käfig an das Blechpaket übertragbar sind, die größer als das Nennmoment des Motors beziehungsweise größer als das an der dünnsten Stelle der Rotorwelle maximal übertragbare Drehmoment sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Blechpaket aus Stahl ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig aus Aluminium oder Kupfer ist.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig zwei Ringe umfasst, die mit Stäben verbunden sind.
Elektromotor nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig als zylindrisches Objekt ausgeführt ist oder an einem zylindrischen Objekt vorgesehen ist, insbesondere an der Außenseite dessen vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines Elektromotors, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Verfahrensschritt der Käfig auf eine höhere Temperatur als das Blechpaket erwärmt wird, in einem zweiten Verfahrensschritt der Käfig axial auf das Blechpaket aufgeschoben wird, wobei nach Abkühlen, also Angleichen der Temperatur des Käfigs an das Blechpaket eine kraftschlüssige Verbindung hergestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11 ausgeführt wird.