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Die Erfindung betrifft das Gebiet der elektrischen Motoren und genauer Rotoren solcher Motoren, die für Hochgeschwindigkeitsbetrieb geeignete magnetfeldreaktive Elemente beinhalten.
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Besonders herausfordernde Aspekte im Design eines Rotors eines elektrischen Motors, der die Leistungsfähigkeit besitzt, bei Geschwindigkeiten von über 100.000 Upm betrieben zu werden, betreffen das Verhindern einer radialen Ausweitung der Rotorelemente durch Zentrifugalkräfte, wodurch die Rotorelemente von der Welle, an der sie befestigt sind, getrennt werden. Im Fall eines Induktionsmotors ist es wichtig, eine Ausweitung der Rotorelemente zu verhindern, um zu vermeiden, dass sie mit dem Statorelement in Kontakt kommen.
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Rotorstäbe sind üblicherweise aufgenommen und gehalten von Öffnungen, die in den Lamellen des Kerns gebildet sind. Solche Lamellen haben sich allerdings als zu schwach erwiesen, um die Rotorstäbe bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu halten, aufgrund der starken auftretenden Kräfte.
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Die
US 2010/0308685 beschreibt einen Satz zentraler Lamellen mit einem reduzierten Durchmesser, um die ein Haltering vorgesehen ist, um die Radialfestigkeit der Lamellen an der zentralen Position entlang der Länge der Rotorstäbe zu erhöhen, um einer radialen Ausweitung zu widerstehen. Diese Lösung verlangt allerdings die Herstellung von Lamellen wechselnder Größen, und die Installation des Anti-Ausweitung-Ringes erhöht die Komplexität und die Kosten der Herstellung. Aus diesem Grund gibt es einen Wunsch nach einer Alternative für das Aufhalten einer Ausweitung der Rotorstäbe.
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Es ist daher wünschenswert, einen Rotor für einen elektrischen Motor bereitzustellen, der die oben beschriebenen Probleme adressiert und/oder eine generelle Verbesserung bietet.
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Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt, wie in den beigefügten Ansprüchen beschrieben.
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Hier offenbarte Rotoren für elektrische Motoren sind für eine Verwendung in Turboladern und bei anderen Rahmenbedingungen geeignet, wo es erforderlich sein kann, Motoren bei bedeutsam hohen Geschwindigkeiten von über 100,000 Upm zu betreiben. Typischerweise setzen elektrisch gesteuerte Turbolader einen Hochgeschwindigkeitsmotor ein, um die Turbo-Welle, die zwischen den einander gegenüber angebrachten Kompressor und Turbine angeordnet ist, anzutreiben. Die hier offenbarten Ausführungsformen sehen eine zentrale Stützscheibe auf dem Rotor vor, um zusätzlichen Halt für die Rotorstäbe bereitzustellen, um ihre nach außen gerichtete Deformation während des Hochgeschwindigkeitsbetriebs zu minimieren.
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Gemäß der Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Maschine bereitgestellt, umfassend eine erste Vielzahl von axial angeordneten Lamellen, wobei die erste Vielzahl von Lamellen eine Vielzahl von Slots definiert; eine zweite Vielzahl von axial angeordneten Lamellen, wobei die zweite Vielzahl von Lamellen eine Vielzahl von Slots definiert; eine Stützscheibe, der eine Vielzahl von Slots definiert, und die sich zwischen der ersten und der zweiten Vielzahl von Lamellen befindet, wobei Slots der ersten und der zweiten Vielzahl von Lamellen und Slots der Stützscheibe ausgerichtet sind; und eine Vielzahl von Rotorstäben, die in die Vielzahl von ausgerichteten Slots aufgenommen sind. Die Stützscheibe ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie die Rotorstäbe während einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit radial zurückhält, um eine Bewegung der Rotorstäbe in radialer Richtung zu verhindern. Als solche verhindert die Stützscheibe gleichzeitig eine Verkrümmung und einen Schaden sowohl an den Rotorstäben wie auch an den Lamellen.
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Die erste und die zweite Vielzahl von Lamellen haben vorzugsweise jeweils eine erste Dicke und die Stützscheibe hat eine zweite Dicke, die größer ist als die erste Dicke der Lamellen, so dass die Radialfestigkeit der Stützscheibe größer als die Radialfestigkeit der Lamellen ist.
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Eine einstückige Stützscheibe mit einer Dicke, die größer ist als die Dicke der Lamellen, hat eine signifikant größere Radialfestigkeit als die Lamellen.
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Die Mittel zum Festhalten der Rotorstäbe umfassen vorzugsweise Endringe an Enden der Rotorstäbe, wobei in den Endringen definierte Öffnungen mit den Enden der Rotorstäbe in Eingriff stehen.
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Die Stützscheibe hat vorzugsweise einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser der Lamellen ist, wodurch der Kern mit einem konstanten Durchmesser ausgestattet ist und für eine optimierte Auswuchtung während der Drehung sorgt.
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Die Stützscheibe ist vorzugsweise als einstückige Einzelkomponente ausgebildet, wodurch die Festigkeit optimiert und die Konstruktion und Herstellung vereinfacht wird.
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Die Stützscheibe ist vorzugsweise elektrisch isoliert, um elektrische Wechselwirkungen mit den Lamellen zu verhindern.
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Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine umfasst Anordnen zweier Rotor-Lamellensätze auf jeder Seite einer Stützscheibe; Einsetzen der Rotorstäbe in Slots, die in den Rotor-Lamellen und der Stützscheibe definiert sind; und Installieren der Mittel zum Festhalten der Enden der Rotorstäbe. Die Stützscheibe ist derart ausgebildet und angeordnet, dass sie die Rotorstäbe während einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit radial zurückhält. Die Stützscheibe ist derart ausgebildet, dass ihre Radialfestigkeit signifikant größer als die der Lamellen ist, wodurch den Lamellen möglich ist, eine Konfiguration zu halten, die ihre elektrischen Eigenschaften optimiert, ohne Rücksicht auf ihre Radialfestigkeit, wobei die Stützscheibe sicherstellt, dass radiale Verkrümmung der Rotorstäbe minimiert oder verhindert wird.
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Das Verfahren zur Herstellung des Rotors kann auch durch die folgenden Punkte beschrieben werden:
- 1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors für eine elektrische Maschine, das Verfahren umfassend:
Anordnen zweier Sätze von Rotor-Lamellen auf jeder Seite einer Stützscheibe;
Einsetzen von Rotorstäben in Slots, die in den Rotor-Lamellen und der Stützscheibe definiert sind;
Und installieren von Mitteln zum Festhalten der Enden der Rotorstäbe;
wobei die Stützscheibe derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sie die Rotorstäbe während einer Rotation mit hoher Geschwindigkeit radial zurückhält.
- 2. Das Verfahren nach Punkt 1, wobei die erste und zweite Vielzahl von Lamellen jeweils eine Dicke haben und die Stützscheibe eine zweite Dicke hat, wobei die zweite Dicke größer ist als die erste Dicke der Lamellen, so dass die Radialfestigkeit der Stützscheibe größer ist als die Radialfestigkeit der Lamellen.
- 3. Das Verfahren nach Punkt 1 oder 2, wobei das Mittel zum Festhalten der Enden der Rotorstäbe Endringe an den Enden der Rotorstäbe umfasst, wobei Öffnungen, die in den Endringen definiert sind mit den Enden der Rotorstäbe in Eingriff stehen.
- 4. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei die Stützscheibe einen Durchmesser hat, der gleich dem Durchmesser der Lamellen ist.
- 5. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei die Stützscheibe als einstückige Einzelkomponente ausgebildet ist.
- 6. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei die Stützscheibe elektrisch isoliert ist.
- 7. Das Verfahren nach einem der Punkte 1 bis 4, wobei:
das Einsetzen der Rotorstäbe Spritzgießen der Rotorstäbe in die Slots umfasst;
und die Slots in den Rotor-Lamellen und der zentralen Stützscheibe werden vor dem Spritzgießen ausgerichtet.
- 8. Das Verfahren nach Punkt 3, weiter umfassend:
Verspannen der Endringe axial mit den Rotor-Lamellen und der zwischen ihnen verspannten Stützscheibe; und
schweißen von Spitzen der Rotorstäbe mit den Endringen.
- 9. Das Verfahren nach einem der vorangehenden Punkte, wobei die Rotor-Lamellen, die Rotorstäbe, die Mittel zum Festhalten der Enden der Rotorstäbe, und die Stützscheibe eine Rotor-Baugruppe bilden, das Verfahren ferner umfassend:
Bereitstellen eines Kühlkörpers in Kontakt mit der Rotor-Baugruppe während des Schweißens.
- 10. Das Verfahren nach Punkt 9, ferner umfassend:
Bearbeiten äußerer Oberflächen der Rotor-Baugruppe, um die Auswuchtung der Rotor-Baugruppe während der Rotation der Rotor-Baugruppe zu verbessern.
- 11. Das Verfahren nach einem der Punkte 9 oder 10, ferner umfassend ein Aufpressen der Rotor-Baugruppe auf eine Verstärkungshülse.
- 12. Das Verfahren nach Punkt 11, ferner umfassend ein Aufpressen der Verstärkungshülse auf eine Rotor-Welle.
- 13. Das Verfahren nach Punkt 9, ferner umfassend ein Aufpressen der Rotor-Baugruppe auf eine Rotor-Welle.
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Die vorliegende Erfindung wird nun nur beispielhaft im Zusammenhang mit den folgenden erläuternden Figuren beschrieben, wobei
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1A und 1B Explosionsdarstellungen der in einem erfindungsgemäßen Rotor eines elektrischen Induktionsmotors enthaltenen Komponenten sind;
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2 eine Querschnitts-Draufsicht entlang der Achse einer Rotor-Baugruppe eines Induktionsmotors, umfassend die in 1A und 1B dargestellten Komponenten, ist;
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3 eine Draufsicht einer Lamelle entlang der Schnittlinie III-III in 2 ist;
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4 eine Vergrößerungsansicht einer Lamellenöffnung aus 3, enthaltend einen Rotorstab, ist;
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5 eine Draufsicht eines zentralen Stützringes entlang der Schnittlinie V-V in 2 ist;
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6 eine Vergrößerungsansicht eines Ausschnitts der 5 einer Öffnung eines zentralen Stützringes, enthaltend einen Rotorstab, ist;
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7 eine Querschnitts-Draufsicht entlang der Achse einer Rotor-Baugruppe eines Induktionsmotors, angebracht unmittelbar auf einer Welle ist; und
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8 und 9 Ausführungsbeispiele illustrieren, wie ein Rotor zusammengebaut werden kann.
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In 1A umfassen die Hauptkomponenten eines Rotors 200 eines elektrischen Induktionsmotors ein zusammengesetztes Rotorelement 210, Begrenzungsringe 204 und 206 und eine Verstärkungshülsenkomponente 202 zur Anbringung auf einer Rotor-Welle 240 (2).
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In 1B und 2 ist ein Rotorelement 210 gezeigt, umfassend zwei Endringe 212 und 214 (auch als „Auswuchtungsringe” bezeichnet), die eine Vielzahl von Öffnungen 112 und 114, eine Vielzahl von (19) Rotorstäben 218, und eine Vielzahl von (65) Stahl-Lamellen in Sätzen 216a und 216b aufweisen, die in axial ausgerichteten Paketen angeordnet sind. Eine zentrale Stützscheibe (hier auch als Anti-Ausweitungsscheibe bezeichnet) 226 ist zentral zwischen den Lamellensätzen 216a und 216b positioniert. Rotorstäbe 218 greifen durch Öffnungen in den Stahl-Lamellensätzen 216a und 216b, Öffnungen in der Stützscheibe 226, und der Öffnungen in den Endringen 212 und 214, und sind darin aufgenommen und gehalten. Die zentrale Stützscheibe 226 ist dazu vorgesehen, die Auswirkungen der Zentrifugalkräfte bezüglich einer Verkrümmung der Rotorstäbe 218 während eines Hochgeschwindigkeitsbetriebes zu minimieren, wie im Folgenden genauer beschrieben.
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Die Stahl-Lamellen 216 können aus hochfestem Elektrostahl geformt sein, wie Hyperco 50TM, hitzebehandelt, um maximale Festigkeit zu erreichen, und oxidbeschichtet, um elektrische Verlustströme zwischen den Lamellen zu verhindern. Die Rotorstäbe 218 können aus einer ein hohes Verhältnis von Festigkeit zu Dichte (spezifisches Modul) und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisenden Legierung hergestellt sein, wie 2219 Al.
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Bei der Montage werden die Rotor-Lamellensätze 216a und 216b koaxial in Paketen auf jeder Seite der Stützscheibe 226 angeordnet. Die Rotorstäbe 218 werden eingesetzt (oder gegossen) in die Slots 217 (217a–217s) und 227 (227a–227s) in den Lamellen 216 und der Stützscheibe 226. Die Endringe 212 und 214 werden an jedem Ende installiert und die Enden der Rotorstäbe werden von den Öffnungen 112 und 114 der Auswuchtungsringe 212 bzw. 214 aufgenommen. Die Baugruppe wird dann axial zusammen verspannt, um die Lamellen zusammenzupressen. Rotorstäbe 218 werden dann an die Endringe 212 und 214 geschweißt. Ein solches Schweißen kann ein Elektronenstrahl-Verfahren oder jedes andere Verfahren nutzen, das effektives hochfestes Schweißen für solche Materialien bereitstellt. Kühlkörper sind während dieses Verfahrens am Rotor befestigt, um die Verkrümmungseffekte des Schweißens zu minimieren. Nach dem Schweißen wird der Rotor 210 an allen äußeren Oberflächen und die ID bearbeitet, um die Konzentrizität des inneren Durchmessers, ID, und des äußeren Durchmessers, OD, wie auch die Auswuchtung zu verbessern.
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Nach dem Bearbeiten wird die Rotor-Baugruppe 210 auf die Verstärkungshülse 202 geschoben. Die Baugruppe wird anschließend ausgewuchtet und die Verstärkungshülse 202 per Presspassen auf die Welle 240 aufgebracht. Während es zwischen der Verstärkungshülse 202 und dem ID der Lamellen Toleranzen geben kann, um Vorspannung in den Lamellen zu verhindern, die Endringe 212 und 214 und die zentrale Stützscheibe 226 werden auf die Hülse 202 aufgepresst, um eine sichere Befestigung der Rotor-Baugruppe 210 an der Welle 240 bei extremen Betriebsbedingungen zu erreichen.
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Der Rotor 210 kann alternativ in einem Spritzgussverfahren unter hohem Druck spritzgegossen werden, wobei die Rotor-Lamellen 216a und 216b in einer Gussform platziert werden und geschmolzenes Aluminium in die Slots 217 bis 227 injiziert wird, um die Rotorstäbe 218 zu formen. Im gleichen Verfahren werden auch die Endringe 212 und 214 und die zentrale Stützscheibe 226 geformt.
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Die Endringe 212 und 214 sind vorzugsweise aus der gleichen oder ähnlichen Legierung hergestellt, wie die zur Herstellung der Rotorstäbe 218 verwendete und dienen dazu, die Ausweitung der Rotor-Enden während des Hochgeschwindigkeitsbetriebes zu minimieren. Des Weiteren kann die zentrale Stützscheibe 226 aus der gleichen oder ähnlichen Legierung hergestellt sein, wie die für die Endringe 212 und 214 und die Rotorstäbe 218 verwendete.
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Die Endringe 212 und 214 lokalisieren radial und halten die Rotorstäbe 218 in einer fixierten radialen Position. Zusätzlich wirken die Endringe 212 und 214 entgegen den Zentrifugalkräften, die die Rotorstäbe während einer Rotation erfahren. Um die Auswirkungen der Zentrifugalkräfte, die bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten auftreten, zu reduzieren, können die Endringe 212 und 214 axiale Erweiterungen 213 und 215 umfassen. Die Erweiterungen 213 und 215 sind im Durchmesser kleiner als der Hauptkörper der Endringe 212 und 214. Dadurch, dass der Erweiterungen 213 und 215 der Endringe im Durchmesser kleiner sind, erfahren die Erweiterungen eine viel kleinere Zentrifugalkraft und behalten daher ihren Presssitz auf der Verstärkung 202 und der Welle 240 im breiten Bereich von Betriebsgeschwindigkeiten.
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In einigen Ausführungsformen sind die aus hochfestem Stahl gefertigten Begrenzungsringe 204 und 206 um die Endringe 212 und 214 verspannt, um die Integrität des Presssitzes zwischen den Endringen, der Verstärkungshülse 202 und der Welle 240 weiter sicherzustellen. In den 1A und 2 sind die Begrenzungsringe 204 und 206 auf den Erweiterungen 213 und 215 der Endringe angeordnet.
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Rotoren von Motoren sind typischerweise länglich ausgebildet, wenn sie in einem elektrisch gesteuerten Turbolader-Design verwendet werden. Während die Enden der Rotorstäbe 218 durch die Endscheiben 212 und 214 festgehalten werden, besteht Sorge, dass aufgrund der Länge der Rotorstäbe, wie in 1B und 2 dargestellt, die Rotorstäbe bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten großen Zentrifugalkräften ausgesetzt werden, die auf die zentralen Bereiche der Rotorstäbe wirken, und diese in radialer Richtung in dem Maße nach außen zwingen, in dem es Auswirkungen auf den Motor-zu-Stator-Luftspalt hat. Wenn die Verkrümmung der Rotorstäbe zu groß wird, kontaktiert der Rotor den Stator.
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Die Lamellen 216 sind dünne Scheibenglieder, die dazu vorgesehen sind, Streu-Zirkularströme, die in Wirbelstromverlusten resultieren würden, zu minimieren und zu reduzieren. Als solche ist die Festigkeit der Lamellen 216 ein Kompromiss zugunsten der elektrischen Eigenschaften dieser Glieder. Als Ergebnis wurde festgestellt, dass bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten die Lamellen nicht dazu in der Lage sind, eine radiale Ausweitung der Rotorstäbe geeignet einzugrenzen. In einigen Ausführungsformen weisen die einzelnen Lamellen eine Oxidbeschichtung auf, um Kurzschließen zwischen angrenzenden Lamellen zu verhindern, und um Kurzschließen zwischen den Oberflächen der Slots, die in den Lamellen geformt sind, und den Rotorstäben zu verhindern. Wenn hohe nach außen gerichtete Kräfte auf die Lamellen wirken, könnte die Oxidschicht auf den Oberflächen der Slots 217 verschleißen und schließlich zum Kurzschließen zwischen den Lamellen und den Rotorstäben führen.
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Daher ist, zusätzlich zu den Endringen 212 und 214, die zentrale Stützscheibe 226 an einer zentralen Position entlang der Rotorstäbe vorgesehen, um die radiale Ausweitung der Rotorstäbe 218 einzugrenzen. Die Stützscheibe 226 umfasst ein massives einstückiges Scheibenglied einer einheitlichen Konstruktion. Die Stützscheibe 226 beinhaltet eine Vielzahl von Öffnungen, die radial nach innen von ihrer äußeren Kante aus positioniert sind, und die dazu geeignet sind, die Rotorstäbe 218 aufzunehmen. Wie in 2 dargestellt, hat die Stützscheibe 226 eine größere axiale Dicke als die axiale Dicke der Lamellen 216. Die Stützscheibe 226 hat vorzugsweise einen Durchmesser, der gleich dem Durchmesser der angrenzenden Lamellen 216 ist, so dass der Kern einen konstanten Durchmesser hat, wodurch die Stabilisierung des Kerns während der Rotation unterstützt wird.
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Die Stützscheibe 226 ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung geformt, die eine Aluminium-Legierung der 22er Reihe sein kann, und die Endscheiben 212 und 214 sind vorzugsweise aus dem gleichen Material geformt. Die Stützscheibe ist derart ausgebildet, das die Rotorstäbe 218 während der Rotation von der Stützscheibe radial zurückgehalten werden, um ihre radiale Ausweitung zu verhindern, und hat eine signifikant größere Radialfestigkeit und Widerstandskraft gegenüber radialer Verformung als die Lamellen 216.
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Die Stützscheibe 226 ist vorzugsweise elektrisch isoliert. In einer Ausführungsform ist die Stützscheibe 226 mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet. Alternativ ist die Stützscheibe 226 anodisiert. In einer alternativen Ausführungsform können isolierende Abstandsglieder, geformt aus einem elektrisch isolierenden Material, zwischen der Stützscheibe 226 und den Lamellen 216 vorgesehen sein.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die zentrale Stützscheibe 226 zwischen den Lamellen-Paketen 216a und 216b gezeigt. In einer Ausführungsform, in der es vorteilhaft ist, einen besonders langen Rotor zu haben, ist wenigstens eine zusätzliche Stützscheibe zwischen zusätzlichen Sätzen der Lamellen-Pakete vorgesehen. Auf diese Weise sind in einer alternativen Ausführungsform drei Sätze von Lamellen-Paketen ausgeführt, mit einer ersten Stützscheibe, die zwischen dem ersten und dem zweiten Satz von Lamellen-Paketen vorgesehen ist, und einer zweiten Stützscheibe, die zwischen dem zweiten und dem dritten Satz von Lamellen-Paketen vorgesehen ist.
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In 2 erstrecken sich ein erster Vorsprung 222 und ein zweiter axialer Vorsprung 223 nach außen in Radialrichtung von der Verstärkungshülse 202. Der Zwischenraum zwischen den beiden Vorsprüngen 222 und 223 hat einen kleineren Durchmesser. Dieser Abschnitt kleineren Durchmessers stellt eine Schulter für ein Mittel bereit, um bei Demontage auf die Verstärkungshülse 202 zu greifen.
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3, eine Querschnittsansicht der Lamelle 216a entlang der Schnittlinie III-III in 2, zeigt die Verteilung der 19 Slots 217a–217s. In dieser Darstellung ist gezeigt, dass Verstärkung 202 die Rotor-Welle 240 umgreift. Die Rotorstäbe 218a–218s sind in die entsprechenden Slots 217a–217s eingesetzt.
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Wie in 4 zu sehen, ist die vergrößerte Ansicht des Slots 217a in der Lamelle 216a radial orientiert. Der Rotorstab 218a ist in den Slot 217a eingesetzt. Im stationären Zustand, wie der in 4 gezeigte, ist der Slot 217a ein wenig größer als der Rotorstab 218a. Es gibt einen Luftspalt 219 zwischen dem Slot 217a und dem Rotorstab 218a. Bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten weitet sich der Rotorstab 218a mehr aus als der Satz von Lamellen 216a und daher mehr als der Slot 217a. Aus diesem Grund ist bei hohen Geschwindigkeiten der Luftspalt 219 durch den ausgeweiteten Rotorstab 218a eingenommen. Eine Luftspaltöffnung 220 stellt eine Trennung bereit, so dass in den angrenzenden Zähnen (den radialen Teilabschnitten der Lamellen zwischen den angrenzenden Slots) Pole geformt werden. In 5 zeigt eine Querschnittsansicht durch die zentrale Stützscheibe 226 entlang der Schnittlinie V-V in 2 die Verteilung der 19 Slots 227a–227s. Die zentrale Stützscheibe 226 umgreift die Verstärkung 202, die auf die Rotor-Welle 240 aufgepresst ist. Die Rotorstäbe 218a–218s sind in die entsprechenden Slots 217a–217s eingesetzt. Es gibt keinen Luftspalt zwischen dem Slot 227a der zentralen Stützscheibe 226 und dem Rotorstab 218a, wie der in 6 dargestellten Ausführungsform detailliert entnommen werden kann, weil der Rotorstab 218a und die zentrale Stützscheibe 226 aus Materialien mit ähnlicher Ausweitungscharakteristik hergestellt sind. Des Weiteren hält die Stützscheibe durch das Vermeiden eines Luftspalts den Rotorstab 218a von einer Bewegung nach außen ab.
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7 illustriert eine Rotor-Baugruppe 300, die direkt auf einer Rotor-Welle 340 angebracht ist, die bei Rahmenbedingungen eingesetzt wird, die eine Verstärkungskomponente nicht beinhalten. Die Rotor-Baugruppe 300 umfasst zwei Endringe 312 und 314, eine Vielzahl von Rotorstäben 318 (wovon nur einer in dieser Querschnittsansicht dargestellt ist) sowie Lamellensätze 316a und 316b, die axial ausgerichtete Pakete darstellen. Eine zentrale Stützscheibe 326 ist zentral positioniert und weist Slots auf, durch die die Rotorstäbe 318 eingesetzt sind. Die zentrale Stützscheibe 326 weist eine Verstärkung auf, um die Verkrümmung der Rotorstäbe bei hohen Rotationsgeschwindigkeiten zu minimieren. Vorsprünge 313 und 315, die sich axial von den Endringen 312 und 314 erstrecken, sind von kleinerem Durchmesser als der Hauptkörper der Endringe 312 und 314, um die den Presspass zur Welle 340 umgebende Masse zu reduzieren.
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Die Prozedur des Zusammensetzens der Rotor-Baugruppe auf der Welle gemäß einer Ausführungsform ist in 8 gezeigt. In 800 werden Lamellen-Pakete 216a und 216b auf jeder Seite einer Stützscheibe 226 angeordnet. Die Slots werden ausgerichtet, so dass in 802 die Rotorstäbe 218a–s in die Slots durch 216a, 216b und 226 eingesetzt werden können. In 804 werden Endringe 212 und 214 auf die Rotorstäbe 218a–s geschoben, wobei die Öffnungen in den Endringen mit den Rotorstäben in Eingriff kommen. In 806 wird die Baugruppe zusammen verspannt, um die Lamellen axial zusammen zu drücken, und ein Kühlkörper wird vor dem Schweißen der Endringe 212 und 214 an die Rotorstäbe 218 angebracht. Das Schweißverfahren kann ein Elektrostrahlverfahren sein. In Blöcken 800 bis 808 wird die Rotor-Baugruppe 210 geformt, in 8 als 810 bezeichnet. Nachdem die Rotor-Baugruppe 210 geschweißt ist, wird sie bearbeitet, um ihre Konzentrizität und Auswuchtung zu verbessern. In Ausführungen, die Begrenzungsringe 204 und 206 aufweisen, werden diese in 814 auf Vorsprüngen 213 bzw. 215 montiert. Die Rotor-Baugruppe 210 wird im Block 816 auf eine Verstärkungshülse 202 aufgepresst. In einer Ausführungsform werden nur die Endringe 212 und 214 und die zentrale Stützscheibe 226 auf die Verstärkungshülse aufgepresst. Die Lamellensätze 216a und 216b weisen bezüglich des inneren Durchmessers etwas Übermaß auf, um Rissbildung in den Lamellen während des Zusammensetzens zu vermeiden. Im Block 818 wird die Verstärkungshülse 202 auf die Rotor-Welle 240 aufgepresst.
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In einer Ausführungsform sind die Endringe, die zentrale Stützscheibe und die Rotorstäbe aus dem gleichen Material hergestellt, zum Beispiel einer Aluminiumlegierung, und sind mittels Spritzguss erzeugt. In solchen Ausführungsformen beginnt die Fertigung mit einer Stapelung der Lamellensätze 216a und 216b, wie in 9 dargestellt, beginnend bei 900. Die Lamellensätze 216a und 216b werden in 902 in eine Spritzgußform eingesetzt und dort während des Gießvorgangs sicher festgehalten. Ebenfalls in 902 wird ein Einsatz zentral innerhalb der Lamellen angeordnet, so dass Aluminium nicht in die für die Rotor-Welle 240 und die Verstärkungshülse 202 reservierten Räume eingespritzt wird. Die Aluminiumlegierung-Schmelze wird in die Gussform gegossen in 904. Die Endringe, die zentrale Stützscheibe und die Rotorstäbe sind ein integrales Teil, der selbstverständlich nicht von den Lamellen demontiert werden kann. Die Kombination der Teile bildet die Rotor-Baugruppe. Die Rotor-Baugruppe wird gekühlt, 906, bevor sie aus der Gussform ausgestoßen wird, 908. In 908 wird der Einsatz von der Rotor-Baugruppe entfernt. Gruppe 910 bezeichnet das Verfahren des Formens der Rotor-Baugruppe. In 912 wird die Rotor-Baugruppe bearbeitet, um Artefakte des Gießprozesses zu entfernen. Die Bearbeitung kann zusätzlich die räumliche Genauigkeit, und damit die Auswuchtung und die Passung der Rotor-Baugruppe erhöhen.
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In Ausführungsformen, die Begrenzungsringe 204 und 206 einschließen, werden diese in 914 jeweils auf Vorsprünge der Endringe montiert. Die Rotor-Baugruppe wird in 916 auf die Verstärkungshülse 202 aufgepresst. In einer Ausführungsform werden nur die Endringe and die zentrale Stützscheibe 226 auf die Verstärkungshülse aufgepresst. Die Lamellen 216a und 216b können im Bezug auf den inneren Durchmessers mit etwas Übermaß versehen sein, um Rißbildung in den Lamellen während des Zusammensetzens zu vermeiden. Im Block 818 wird die Verstärkungshülse 202 auf die Rotor-Welle 240 aufgepresst. In Ausführungsformen, in denen die Verstärkungshülse 202 nicht verwendet wird, wird die Rotor-Baugruppe direkt auf die Rotor-Welle 240 aufgepresst.
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Die hier gezeigten Ausführungsformen stellen naturgemäß Beispiele dar und sollen nicht als eine Einschränkung des durch die nachfolgenden Ansprüche definierten Schutzbereiches betrachtet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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