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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kurzschlussläufer für einen Induktionsmotor.
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2. Beschreibung des verwandten Stands der Technik
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Ein Kurzschlussläufer für einen Induktionsmotor umfasst hauptsächlich einen Rotorkern, eine Vielzahl von Stangen, die in Schlitze in den Rotorkern eingefügt sind, und Endringe, die an die Stangen bei beiden Endflächen des Rotorkerns angekoppelt sind. In Anbetracht der Herstellungskosten und Materialkosten werden die Vielzahl von Stangen und die Endringe häufig aus Aluminium durch Spritzgießen in einer Einheit hergestellt.
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In den vergangenen Jahren entstand jedoch ein Bedarf an einem Induktionsmotor, der Hochleistung und niederkalorische Leistung erzeugt. Zu diesem Zweck kann ein Leiterteil des Rotors des Induktionsmotors aus Metall hergestellt werden, dessen Widerstand niedriger als jener von Aluminium ist, zum Beispiel Kupfer oder eine Kupferlegierung.
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Zusätzlich ist es erforderlich, den Betrieb eines Motors zu beschleunigen. Da nichtsdestotrotz Kupfer oder eine Kupferlegierung einen Schmelzpunkt aufweist, der höher als der Schmelzpunkt von Aluminium ist, besteht eine Möglichkeit, dass die Bildung eines Rotorleiterteils durch Spritzgießen einen Einfluss auf magnetische Stahlplatten ausübt, die den Rotorkern bilden. Aus diesem Grund ist es schwierig, das Spritzgießen bei dem Bilden des Rotorleiterteils aus Metall, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, anzuwenden.
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Deshalb wird bei Bilden des Rotorleiterteils unter Verwendung von Metall, wie Kupfer oder einer Kupferlegierung, eine Herstellung einer Vielzahl von Stangen und Endringen durchgeführt, die eine Vielzahl von Löchern aufweisen, die zum Empfangen dieser Stangen gebildet sind, und die Stangen und die Endringe kontinuierlich durch Löten usw. anzukoppeln. Die Herbeiführung einer Temperaturerhöhung bis etwa 800°C beim Löten verursacht jedoch, dass das Metall geglüht wird und so seine Stärke herabgesetzt wird. Somit besteht eine Möglichkeit, dass falls ein Motor, der den so hergestellten Rotor umfasst, bei hoher Geschwindigkeit dreht, die Löcher der Endringe aufgrund der Zentrifugalkraft deformiert werden, was dazu führt, dass der Rotor Schaden nimmt.
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Im Stand der Technik ist deshalb ein Anfügen von Verstärkungselementen bei der Außenseite der Endringe wohlbekannt. Zum Beispiel offenbart das
japanische Patent Nr. 2911315 eine Technik des Anfügens eines Verstärkungselements, das einen U-förmigen Querschnitt aufweist, an eine Endfläche des Endrings. Zusätzlich wird eine andere Technik des Sicherns eines Verstärkungselements (Endringhalters), der einen L-förmigen Querschnitt aufweist, oder eines Verstärkungsrings an die Endfläche des Endrings durch Schweißen, Löten oder isotropisches Kalt-/Heißpressen usw., in den
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegungen Nr. 10-127022 und
3-261354 und ebenso in dem
japanischen Patent Nr. 2838896 vorgeschlagen.
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Zusätzlich schlägt die
japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2-119557 ein Verfahren des Anfügens eines Halterings vor, der aus einem Material mit hoher Stärke auf Eisengrundlage hergestellt ist, an die Außenseite des Endrings und des nachfolgenden Ankoppelns des erstgenannten an den letztgenannten durch Lichtbogenschweißen oder Elektronenstahlschweißen usw. Des Weiteren offenbart die
japanische ungeprüfte Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-10498 eine Technik des Zwischenordnens einer Endplatte, die mit Schlitzen versehen ist, von denen jeder eine Fläche aufweist, die größer als jene einer magnetischen Stahlplatte ist, zwischen den Endring und den Rotorkern, so dass eine Belastungskonzentration gelindert wird, um die Zuverlässigkeit zu verbessern.
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Da jedoch die in dem
japanischen Patent Nr. 2911315 offenbarte Technik annimmt, dass die Stangen und die Endringe einstückig in einer Einheit durch ”Aluminium”-Spritzgießen gebildet werden, kann die Technik gemäß dem
japanischen Patent Nr. 2911315 nicht in dem Fall verwendet werden, in dem die Stangen und der Endring unabhängig voneinander gebildet werden. Die
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegungen Nr. 10-127022 und
3-261354 und ebenso das
japanische Patent Nr. 2838896 weisen ein gemeinsames Problem dahingehend auf, dass der Verbindungszustand zwischen den Stangen und dem Endring von außen nicht leicht wahrzunehmen ist.
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Zusätzlich erzeugt das in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2-119557 offenbarte Verfahren vergleichsweise zahlreiche Verbindungspunkte zwischen dem Haltering und der einen Endfläche des Endrings durch Bogenschweißen oder Elektronenstrahlschweißen, und des Weiteren müssen schließlich Gießgefäße entfernt werden. Deshalb wird das Verfahren in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2-119557 von einer erhöhten Anzahl von Herstellungsschritten begleitet, was zu einer Erhöhung der Herstellungskosten führt. Wird die Fläche eines jeden Schlitzes in der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-10498 größer, dann wird des Weiteren die Zuverlässigkeit des resultierenden Rotors der
japanischen ungeprüften Patentanmeldungsoffenlegung Nr. 2011-10498 nicht immer verbessert, da die Wanddicke zwischen den Schlitzen und dem Außendurchmesser des Rotors verringert wird.
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In einer solchen Situation besteht eine Aufgabe der Erfindung in einem Bereitstellen eines Kurzschlussläufers für einen Induktionsmotor, der durch irgendein Herstellungsverfahren außer Spritzgießen hergestellt werden kann und der ermöglicht, dass Endringe unter Verwendung von leicht verfügbarem Material verstärkt werden und ebenso erlaubt, dass die Verbindungsbedingung zwischen den Stangen und den Endringen von außen leichter bestätigt werden kann.
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Kurzfassung der Erfindung
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Damit die vorstehend beschriebene Aufgabe gelöst wird, wird gemäß einer ersten Ausführungsart der Erfindung ein Kurzschlussläufer für einen Induktionsmotor vorgesehen, der umfasst: einen Rotorkern mit einer Vielzahl von darin gebildeten Schlitzen; eine Vielzahl von Leiterstangen, die in die Schlitze jeweils eingefügt sind und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind; zwei Leiterendringe, die an die Vielzahl von Leiterstangen bei beiden Endflächen des Rotorkerns angekoppelt sind und aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind; und einen Verstärkungselementendring, der an zumindest einen der Leiterendringe angefügt ist und aus einem Material hergestellt ist, das eine spezifische Stärke aufweist, die größer als jene von Kupfer und/oder der Kupferlegierung ist, wobei die Vielzahl von Leiterstangen angeordnet ist, um sich durch die Leiterendringe und den Verstärkungselementendring zu erstrecken.
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Gemäß einer zweiten Ausführungsart der Erfindung wird wie in der ersten Ausführungsart der zumindest eine der Leiterendringe an zwei Verstärkungselementringe angekoppelt, während er zwischen jenen eingeschlossen ist.
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Gemäß einer dritten Ausführungsart der Erfindung werden wie in der ersten oder zweiten Ausführungsart der Leiterendring und der Verstärkungselementendring mittels Löten aneinander angekoppelt.
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Gemäß einer vierten Ausführungsart der Erfindung wird wie in irgendeiner der ersten bis dritten Ausführungsarten die Vielzahl von Stangen jeweils geformt, um im Allgemeinen mit den Schlitzen übereinzustimmen.
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Gemäß einer fünften Ausführungsart der Erfindung weist wie in irgendeiner der ersten bis vierten Ausführungsarten der Verstärkungselementendring eine ähnliche Gestalt wie der Leiterendring auf.
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Gemäß einer sechsten Ausführungsart der Erfindung wird wie in irgendeiner der ersten bis fünften Ausführungsarten der Verstärkungselementendring aus einem nicht magnetischen Material auf Eisengrundlage hergestellt.
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Gemäß einer siebten Ausführungsart der Erfindung ist wie in der sechsten Ausführungsart das nicht magnetische Material auf Eisengrundlage rostfreier Stahl.
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Gemäß einer achten Ausführungsart der Erfindung wird wie in irgendeiner der ersten bis siebten Ausführungsarten der Verstärkungselementendring auf einer Drehwelle befestigt.
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Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung von typischen Ausführungsbeispielen der Erfindung deutlicher, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1a eine Querschnittsseitenansicht eines Kurzschlussläufers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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1b eine Enddraufsicht des Kurzschlussläufers, betrachtet entlang eines Pfeils A gemäß 1a;
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2a eine Querschnittsseitenansicht eines Kurzschlussläufers gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
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2b eine Enddraufsicht des Kurzschlussläufers, betrachtet entlang eines Pfeils A gemäß 2a.
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Ausführliche Beschreibung
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. In den nachfolgenden Zeichnungen werden ähnliche Elemente jeweils mit ähnlichen Bezugszeichen gezeigt. Zum leichteren Verständnis sind diese Zeichnungen durch geeignetes Abändern ihrer Verkleinerungsmaßstäbe gezeigt.
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1a zeigt eine Querschnittsseitenansicht eines Kurzschlussläufers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, während 1b eine Enddraufsicht des Kurzschlussläufers ist, betrachtet entlang eines Pfeils A gemäß 1a. Der in 1a gezeigte Kurzschlussläufer 10 umfasst einen Rotorkern 1. Der Rotorkern 1 ist durch ein normales Material für einen Kern des Kurzschlussläufers 10 gebildet, zum Beispiel ein Schichtverbund, der aus magnetischen Stahlplatten besteht. Der Rotorkern 1 weist eine Vielzahl von (nicht gezeigten) Schlitzen auf, die gebildet sind, um sich in seiner axialen Richtung zu erstrecken.
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Leiterstangen 2, die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind, werden jeweils in diese Schlitze eingefügt. Die Leiterstangen 2 weisen jeweils Konturen auf, die im Allgemeinen identisch mit den Gestalten der Schlitze sind. Wie in 1a gezeigt, ist jede der Leiterstangen 2 länger als der Rotorkern 1, so dass beide Enden einer jeden Stange jeweils von den jeweiligen Endflächen des Rotorkerns 1 überstehen.
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Wie aus 1b ersichtlich, sind gemäß einem Ausführungsbeispiel dreißig Stück der Leiterstangen 2 in dem Rotor angeordnet. Jedoch würde eine andere Anzahl von Leiterstangen ebenso in dem Schutzbereich der Erfindung erfasst sein.
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Zusätzlich sind Leiterendringe 3 (Kurzschlussringe), die aus Kupfer oder einer Kupferlegierung hergestellt sind, jeweils auf beiden Endflächen des Rotorkerns 1 angeordnet. Beide Enden einer jeden Leiterstange 2 durchdringen (nicht gezeigte) Durchgangslöcher, die in den Leiterendringen 3 gebildet sind, und stehen von diesen über. Diese Leiterendringe 3 sind jeweils an alle der Leiterstangen 2 in dem Bereich von jedem Ende der Leiterstangen 2 angekoppelt. Demgemäß schließen die Mehrzahl von Leiterstangen 3 und die Leiterendringe 4 einander in Paaren kurz.
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Vorzugsweise werden die Leiterstangen 2 und die Leiterendringe 3 aneinander mittels Löten angekoppelt. Dann ist es möglich, den Rotor 10 auf feste Art und Weise herzustellen. Es sei darauf hingewiesen, dass die Leiterstangen 2 und die Leiterendringe 3 aneinander unter Verwendung der anderen Technik, zum Beispiel Schweißen, angekoppelt werden können.
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In der vorliegenden Erfindung ist es nicht der Fall, dass die Leiterstangen 2 und die Leiterendringe 3 in einer Einheit durch Spritzgießen gebildet werden. Da die Leiterstangen 2 und die Leiterendringe 3, die unabhängig voneinander hergestellt werden, auf diese Weise aneinandergekoppelt werden, ist es möglich, den Verbindungszustand zwischen den Leiterstangen 2 und den Leiterendringen 3 zum Zeitpunkt der Herstellung des Rotors 10 der Erfindung visuell zu bestätigen.
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Des Weiteren wird ein Verstärkungselementendring 4 auf einer außenseitigen Endfläche von zumindest einem der Leiterendringe 3 angeordnet (im Fall von 1a die jeweiligen außenseitigen Endflächen von beiden Leiterendringen 3). Der Verstärkungselementendring 4 ist aus einem Material hergestellt, dessen spezifische Stärke größer ist als jene des Leiterendrings 3. Zum Beispiel ist der Verstärkungselementendring aus einem nicht magnetischen Material auf Eisengrundlage hergestellt. Ein bevorzugtes Material für den Verstärkungselementendring 4 ist rostfreier Stahl.
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In 1a ist der Querschnitt des Verstärkungselementendrings 4 im Allgemeinen ähnlich dem Querschnitt des Leiterendrings 3 und ebenso dem Querschnitt des Rotorkerns 1. Der Verstärkungselementendring 4 ist koaxial mit dem Leiterendring 3 angeordnet. Alternativ kann der Querschnitt des Verstärkungselementendrings 4 eine ähnliche Gestalt wie der Querschnitt des Leiterendrings 3 und ebenso der Querschnitt des Rotorkerns 1 aufweisen. In einer solchen Anordnung ist es möglich, zu verhindern, dass die Leiterendringe 3 usw. ungleichmäßig deformiert werden, selbst wenn sich der Rotor dreht.
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Dann werden beide Enden einer jeden Leiterstange 2 in (nicht gezeigte) entsprechende Löcher der Verstärkungselementendringe 4 eingefügt. Wie aus 1a und 1b ersichtlich, befinden sich jeweilige Endflächen der Leiterstangen 2 im Allgemeinen in den gleichen Ebenen wie die Verstärkungselementendringe 4. Es können jedoch beide Enden der Leiterstange 2 von den Verstärkungselementendringen 4 überstehen. Ähnlich der vorstehenden Beschreibung wird angenommen, dass die Verstärkungselementendringe 4 an die Leiterendringe 3 durch Löten oder Schweißen angekoppelt sind. Deshalb kann der Verbindungszustand unter den Leiterstangen 2, den Leiterendringen 3 und den Verstärkungselementendringen 4 mit Leichtigkeit zu dem Zeitpunkt der Herstellung des Rotors visuell bestätigt werden. Es sei darauf hingewiesen, dass die Verstärkungselementendringe 4 auf einer (nicht gezeigten) Drehwelle z. B. durch Aufschrumpfen befestigt werden.
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Wenn der Rotor 10 läuft, dann dienen die Verstärkungselementendringe 4, von denen jeder eine spezifische Stärke aufweist, die größer als jene des Leiterendrings 3 ist und die auf der (nicht gezeigten) Drehwelle befestigt sind, zu einem axialen Lagern der Leiterendringe 3. Somit ist es möglich, Umfangsdeformierungen der Leiterendringe 3 aufgrund ihrer Zentrifugalkräfte zu unterbinden. Deshalb ist zu verstehen, dass eine Differenz in dem Umfangsdeformierungsbetrag zwischen den Leiterendringen 3 und dem Rotorkern 1 gemäß der Erfindung beseitigt werden kann. Somit ist es gemäß der Erfindung möglich, einen Bruch des Rotors 10 selbst dann zu vermeiden, wenn sich dieser bei hoher Geschwindigkeit dreht.
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Da zusätzlich die Verstärkungselementendringe 4 aus einem leicht verfügbaren Material hergestellt sind, wie nicht magnetischem Material auf Eisengrundlage, ist es möglich, die Endringe 3 mit Leichtigkeit zu verstärken. Es ist zu verstehen, dass falls die Verstärkungselementendringe 4 aus rostfreiem Stahl hergestellt sind, dann die Deformierungen der Leiterendringe 3 mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit unterdrückt werden können.
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2a zeigt eine Querschnittseitenansicht eines Kurzschlussläufers gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung. 2b zeigt eine Endansicht des Kurzschlussläufers, betrachtet entlang eines Pfeils A gemäß 2a. Wie in diesen Figuren gezeigt, sind die vorigen Verstärkungselementendringe 4 in dem zweiten Ausführungsbeispiel beseitigt. Stattdessen ist ein erster Verstärkungselementendring 4a an die außenseitige Endfläche des Leiterendrings 3 angefügt, während ein zweiter Verstärkungselementendring 4b an eine innenseitige Endfläche des Leiterendrings 3 angefügt ist.
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Somit ist gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Leiterendring 3 von seinen beiden Seiten zwischen dem ersten Verstärkungselementendring 4a und dem zweiten Verstärkungselementendring 4b eingeschlossen. Wie in 2b gezeigt, ist der erste Verstärkungselementendring 4a außerhalb des Leiterendrings 3 positioniert, während der zweite Verstärkungselementendring 4b in Kontakt mit dem Rotorkern 1 gebracht wird.
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Des Weiteren, wie in 2a gezeigt, dringen die jeweiligen Leiterstangen 2 durch (nicht gezeigte) entsprechende Löcher sowohl des zweiten Verstärkungselementendrings 4b als auch des Leiterendrings 3 und reichen bis zu einem äußeren Ende des ersten Verstärkungselementendrings 4a. Wie aus der Figur ersichtlich, befinden sich jeweilige Endflächen der Leiterstangen 2 im Allgemeinen in den gleichen Ebenen wie die ersten Verstärkungselementendringe 4a. Es können jedoch beide Enden einer jeden Leiterstange 2 von den ersten Verstärkungselementendringen 4a überstehen.
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In dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Leiterendring 3 zwischen den Verstärkungselementendringen 4 eingeschlossen, von denen jeder eine große spezifische Stärke aufweist. Demgemäß können die Deformierungen der Leiterstangen 3 in der Umfangsrichtung während des Betriebs durch die Verstärkungselementendringe unterdrückt werden, die nicht als ein Freiträger, sondern als ein Mittelpunktrad dienen. Deshalb ist zu verstehen, dass die Umfangsdeformierungen der Leiterstangen 2 und der Leiterendringe 3 aufgrund der Zentrifugalkraft in dem zweiten Ausführungsbeispiel noch stärker unterdrückt werden können.
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Wirkung der Erfindung
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In der ersten Ausführungsart der Erfindung ist es zu dem Zeitpunkt der Herstellung möglich, den Verbindungszustand zwischen den Leiterstangen und dem Leiterendring mit Leichtigkeit visuell zu bestätigen. Da der Verstärkungselementendring mit einer großen spezifischen Stärke den Leiterendring in der axialen Richtung hält, kann zusätzlich verhindert werden, dass der Leiterendring in der Umfangsrichtung aufgrund einer Zentrifugalkraft deformiert wird. Somit ist es möglich, eine Differenz in dem Umfangsdeformierungsbetrag zwischen dem Leiterendring und dem Rotorkern zu beseitigen.
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In der zweiten Ausführungsart der Erfindung kann, da es möglich ist, den Leiterendring zwischen den Verstärkungselementendringen zu halten, verhindert werden, dass die Leiterendringe und die Leiterstangen in der Umfangsrichtung aufgrund von Zentrifugalkräften deformiert werden.
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In der dritten und der vierten Ausführungsart der Erfindung ist es möglich, einen Rotor auf feste Art und Weise herzustellen.
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In der fünften Ausführungsart der Erfindung ist es möglich, zu verhindern, dass der Leiterendring ungleichmäßig bei Drehung des Rotors deformiert wird.
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In der sechsten und der siebten Ausführungsart der Erfindung ist es möglich, eine Deformierung des Leiterendrings zu unterdrücken.
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In der achten Ausführungsart der Erfindung ist es möglich, da die Deformierung des Leiterendrings noch weiter unterdrückt werden kann, die Wirkungen der ersten bis siebten Ausführungsart zu verbessern.
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Obwohl die Erfindung unter Verwendung der typischen Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist für den Fachmann ersichtlich, dass die zuvor erwähnte Modifikation und eine Vielzahl von anderen Modifikationen, Auslassungen und Hinzufügungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2911315 [0006, 0008, 0008]
- JP 10-127022 [0006, 0008]
- JP 3-261354 [0006, 0008]
- JP 2838896 [0006, 0008]
- JP 2-119557 [0007, 0009, 0009]
- JP 2011-10498 [0007, 0009, 0009]
