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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein einen Rotor und ein Verfahren, um den Rotor auszubilden.
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HINTERGRUND
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Elektromagnetische Maschinen wie etwa Elektromotoren, Generatoren und Traktionsmotoren sind nützlich, um Energie von einer Form in eine andere umzuwandeln. Derartige elektromagnetische Maschinen enthalten oft ein Element, das um eine Rotationsachse herum drehbar ist. Das drehbare Element, d. h. ein Rotor, kann mit einem statischen Element, d. h. einem Stator, koaxial sein und Energie kann durch eine Relativdrehung zwischen dem Rotor und dem Stator umgewandelt werden.
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Eine Art von elektromagnetischer Maschine, der Wechselstrom-Induktionsmotor, verwendet einen induzierten Stromfluss, um Abschnitte des Rotors während eines Motorbetriebs zu magnetisieren. Insbesondere kann ein induzierter Strom durch Leiterstäbe fließen, die entlang eines Umfangs des Rotors parallel zu der Rotationsachse angeordnet sind. Außerdem kann jeder Leiterstab mit jedem anderen Leiterstab durch Kurzschlussringe, die an jedem Ende des Rotors angeordnet sind, elektrisch verbunden sein. Diese Kurzschlussringe weisen allgemein komplexe komplizierte Formen auf und eine Fügestelle zwischen dem Kurzschlussring und jedem der Leiterstäbe muss während eines Betriebs des Rotors Massenträgheitskräfte aushalten.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es wird ein Verfahren zum Ausbilden eines Rotors offenbart, wobei der Rotor mehrere Leiterstäbe enthält, die jeweils mit einem Kurzschlussring zusammengefügt sind. Das Verfahren umfasst, dass ein Ende jedes der mehreren Leiterstäbe in einem jeweiligen von mehreren Hohlräumen, die durch den Kurzschlussring definiert sind, angeordnet wird. Das Verfahren umfasst, dass nach dem Anordnen das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe deformiert wird und das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe mit dem Kurzschlussring verlötet wird, um den Rotor auszubilden.
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Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren, dass ein Ende jedes der mehreren Leiterstäbe in einem jeweiligen von mehreren Hohlräumen, die durch den Kurzschlussring definiert sind, angeordnet wird. Das Verfahren umfasst außerdem, dass mehrere leitfähige Kernblechschichten benachbart zueinander gestapelt werden, um eine Stoßfläche zwischen jedem Paar benachbarter leitfähiger Kernblechschichten zu definieren, um dadurch den Kurzschlussring auszubilden, wobei jede der mehreren leitfähigen Kernblechschichten mehrere Hohlräume durch diese hindurch definiert, und wobei der Kurzschlussring einen Außenrand, eine Anschlussfläche und eine von der Anschlussfläche beabstandete Außenfläche aufweist. Das Verfahren umfasst, dass nach dem Stapeln jeder der mehreren Hohlräume einer der mehreren leitfähigen Kernblechschichten mit jedem der mehreren Hohlräume jeder benachbarten leitfähigen Kernblechschicht ausgerichtet wird, um dadurch mehrere Kanäle durch den Kurzschlussring hindurch zu definieren. Jeder der mehreren Kanäle verläuft von der Anschlussfläche zu der Außenfläche durch eine gesamte Dicke des Kurzschlussrings hindurch, und sie sind voneinander entlang des Außenrands beabstandet. Zudem umfasst das Verfahren, dass eine Stahlkernblechanordnung zusammengebaut wird. Die Stahlkernblechanordnung enthält die mehreren Leiterstäbe und einen Stahlkernblechstapel, der darin mehrere Nuten definiert und eine Stirnfläche aufweist. Jeder der mehreren Leiterstäbe wird in einer jeweiligen der mehreren Nuten derart angeordnet, dass sich das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe von der Stirnfläche des Stahlkernblechstapels aus erstreckt. Ferner umfasst das Anordnen, dass das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe in einen jeweiligen der mehreren Kanäle so eingeführt wird, dass das Ende aus der Außenfläche des Kurzschlussrings hervorsteht und die Anschlussfläche an die Stirnfläche des Stahlkernblechstapels angrenzt. Das Verfahren umfasst, dass nach dem Einführen ein Lötmaterial in jedem der mehreren Kanäle abgelegt wird, um dadurch eine Rotoranordnung auszubilden. Das Verfahren umfasst außerdem, dass nach dem Anordnen das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe deformiert wird, wobei das Deformieren umfasst, dass der Kurzschlussring und die Rotoranordnung so zusammengedrückt werden, dass das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe die Außenfläche kontaktiert und sich innerhalb des jeweiligen der mehreren Kanäle deformiert. Zudem umfasst das Verfahren, dass nach dem Anordnen das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe mit dem Kurzschlussring verlötet wird, um den Rotor auszubilden. Das Löten ordnet das Lötmaterial an der Stoßfläche zwischen benachbarten leitfähigen Kernblechschichten zumindest teilweise an, um dadurch jede der mehreren leitfähigen Kernblechschichten zusammenzufügen und den Kurzschlussring auszubilden. Ferner ordnet das Verlöten das Lötmaterial entlang jedes der mehreren Leiterstäbe innerhalb jedes der mehreren Kanäle an, um den Rotor auszubilden.
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Ein Rotor enthält einen Kurzschlussring, der darin mehrere Hohlräume definiert, die jeweils eine Form aufweisen. Der Rotor enthält ferner mehrere Leiterstäbe, die jeweils ein Ende aufweisen, das in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume angeordnet ist und mit dem Kurzschlussring zusammengefügt ist, wobei das Ende in die Form deformierbar ist. Der Rotor enthält auch ein Lötmaterial, das in Kontakt mit dem Ende jedes der mehreren Leiterstäbe in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume angeordnet ist.
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Die genaue Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, aber der Umfang der Erfindung wird allein durch die Ansprüche definiert. Obwohl einige der besten Arten und andere Ausführungsformen zum Ausführen der beanspruchten Erfindung im Detail beschrieben worden sind, existieren verschiedene alternative Entwürfe und Ausführungsformen, um die Erfindung, die in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, in die Praxis umzusetzen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Rotors, wobei der Rotor mehrere Leiterstäbe enthält, die jeweils mit einem Kurzschlussring zusammengefügt sind;
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2 ist eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung einer Stahlkernblechanordnung, die während eines Abschnitts eines Verfahrens zum Ausbilden des Rotors von 1 zusammengebaut wurde;
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3 ist eine schematische perspektivische Darstellung einer Rotoranordnung, die während eines Abschnitts des Verfahrens zum Ausbilden des Rotors von 1 ausgebildet wurde, wobei ein Ende jedes der mehreren Leiterstäbe in einem jeweiligen von mehreren Hohlräumen angeordnet ist, die durch den Kurzschlussring von 1 definiert sind;
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4A ist eine schematische perspektivische Teildarstellung eines repräsentativen Endes jedes der mehreren Leiterstäbe von 1 vor dem Anordnen in einem repräsentativen der mehreren Hohlräume von 3;
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4B ist eine schematische perspektivische Darstellung des repräsentativen Endes von 4A vor dem Anordnen in einer anderen Ausführungsform eines der mehreren Hohlräume von 3;
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4C ist eine schematische perspektivische Darstellung des repräsentativen Endes von 4A vor dem Anordnen in noch einer anderen Ausführungsform eines der mehreren Hohlräume von 3;
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5A ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Lötmaterials, das auf einer Ausführungsform des Kurzschlussrings von 1 angeordnet ist;
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5B ist eine schematische perspektivische Darstellung eines Lötmaterials, das auf einer anderen Ausführungsform des Kurzschlussrings von 1 angeordnet ist;
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6A ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Rotoranordnung von 3, wobei die Rotoranordnung in einer Halterung angeordnet ist;
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6B ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Rotoranordnung von 6A, wobei das Ende jedes Leiterstabs deformiert und mit dem Kurzschlussring zusammengefügt wird;
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7A ist eine schematische perspektivische Teildarstellung eines repräsentativen Endes eines der mehreren Leiterstäbe von 1 nach dem Deformieren des Endes, wobei das Ende eine konische Form aufweist;
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7B ist eine schematische perspektivische Teildarstellung einer anderen Ausführungsform des repräsentativen Endes eines der mehreren Leiterstäbe von 1 nach dem Deformieren des Endes, wobei das Ende eine Trapezform aufweist;
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7C ist eine schematische perspektivische Teildarstellung noch einer anderen Ausführungsform des repräsentativen Endes eines der mehreren Leiterstäbe von 1 nach dem Deformieren des Endes, wobei das Ende eine Dreiecksform aufweist;
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8 ist eine schematische Darstellung einer Ansicht von oben einer einzelnen leitfähigen Kernblechschicht einer anderen Ausführungsform des Kurzschlussrings von 1;
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9 ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht mehrerer leitfähiger Kernblechschichten von 8, die benachbart zueinander gestapelt sind, um eine andere Ausführungsform des Kurzschlussrings von 1 auszubilden;
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10A ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der Rotoranordnung von 3, wobei die Rotoranordnung in einer Halterung angeordnet ist;
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10B ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht der Rotoranordnung von 10A, wobei die Enden jedes Leiterstabs deformiert und mit dem Kurzschlussring zusammengefügt werden;
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10C ist eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer anderen Ausführungsform des Rotors von 1;
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11A ist eine schematische Teilquerschnittsdarstellung einer Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform der Rotoranordnung von 3, wobei die Rotoranordnung in einer Halterung angeordnet ist;
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11B ist eine schematische Teilquerschnittsdarstellung einer Seitenansicht der Rotoranordnung von 11A, wobei jeder Leiterstab deformiert und mit dem Kurzschlussring zusammengefügt wird; und
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11C ist eine schematische Teilquerschnittsdarstellung einer Seitenansicht noch einer anderen Ausführungsform des Rotors von 1.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Mit Bezug auf die Figuren, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, ist in 1 ein Rotor 10 allgemein gezeigt. Der Rotor 10 kann für (nicht gezeigte) elektromagnetische Maschinen für Kraftfahrzeuganwendungen, die Wechselstrom-Induktionsmotoren umfassen, nützlich sein. Der Rotor 10 kann jedoch auch für elektromagnetische Maschinen für Nicht-Kraftfahrzeuganwendungen nützlich sein, die Generatoren und Elektromotoren für private und kommerzielle Anwendungen umfassen.
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Zur allgemeinen Erläuterung und wie mit Bezug auf 1 beschrieben ist, kann der Rotor 10 um eine Rotationsachse 12 drehbar sein und kann sich mit Bezug auf einen (nicht gezeigten) stationären Stator der (nicht gezeigten) elektromagnetischen Maschine drehen. Ferner kann der Rotor 10 einen allgemein zylindrischen Kern oder eine Stahlkernblechanordnung 14 enthalten. Die Stahlkernblechanordnung 14 kann einen Stahlkernblechstapel 16 (2) enthalten, der aus einzelnen ringförmigen Schichten (nicht gezeigt) aus Kernblechstahl, z. B. Siliziumstahl, ausgebildet ist, die benachbart zueinander gestapelt sind. Ferner kann der Stahlkernblechstapel 16, wie in 2 gezeigt ist, darin mehrere Nuten 18 definieren und eine Stirnfläche 20 aufweisen. Das heißt, wenn die einzelnen ringförmigen Schichten aus Kernblechstahl benachbart zueinander gestapelt werden, können sich die einzelnen ringförmigen Schichten ausrichten, um die mehreren um einen Umfang 22 des Stahlkernblechstapels 16 herum beabstandeten Nuten 18 zu definieren. Die mehreren Nuten 18 können zu der Rotationsachse 12 parallel sein und können jeweils ausgestaltet sein, um einen Leiterstab 24 aufzunehmen. Ferner können die mehreren Nuten 18, obwohl es nicht gezeigt ist, um die Rotationsachse 12 herum in einer abgeschrägten Konfiguration angeordnet sein.
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Daher kann die Stahlkernblechanordnung 14 mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 die mehreren Leiterstäbe 24 enthalten, wobei jeder der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb einer jeweiligen der mehreren Nuten 18 so angeordnet ist, dass sich ein Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 aus der Stirnfläche 20 des Stahlkernblechstapels 16 heraus erstrecken.
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Daher kann der Rotor 10, wieder mit Bezug auf 1, die mehreren äquidistant um die Rotationsachse 12 herum beabstandeten Leiterstäbe 24 enthalten. Jeder Leiterstab 24 kann ausgestaltet sein, um im Betrieb der (nicht gezeigten) elektromagnetischen Maschine einen elektrischen Strom zu leiten. Ferner kann jeder Leiterstab 24 an einem Endpunkt 30 des Rotors 10 enden und mit dem Kurzschlussring 28 verbunden sein. Der Rotor 10 kann daher zwei Kurzschlussringe 28 enthalten, z. B. je einen Kurzschlussring 28, 128, die an jedem jeweiligen Endpunkt 30, 130 des Rotors 10 angeordnet sind. Somit können die Kurzschlussringe 28, 128 alle der mehreren Leiterstäbe 24 miteinander elektrisch verbinden. Die Kurzschlussringe 28, 128 und jeder der mehreren Leiterstäbe 24 können aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein, etwa Kupfer oder Aluminium, sind aber nicht darauf beschränkt.
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Entsprechend enthält der Rotor 10 (1) mit fortgesetzter Bezugnahme auf die Figuren und wie nachstehend in größerem Detail offengelegt ist den Kurzschlussring 28, 128 (1), der darin mehrere Hohlräume 32 (3) definiert, die jeweils eine Form aufweisen (in 4A–4C und 7A–7C allgemein durch 40, 140 und 240 bezeichnet). Der Rotor 10 enthält auch die mehreren Leiterstäbe 24 (1), bei denen jeweils das Ende 26 (1) in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 angeordnet ist und mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammengefügt ist, wobei das Ende 26 in die Form 40, 140, 240 deformierbar ist. Zudem enthält der Rotor 10 ein Lötmaterial 42 (5A, 5B, 10A–10C bzw. 11A–11C), das in Kontakt mit dem Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 angeordnet ist, wie ebenfalls nachstehend in größerem Detail offengelegt ist.
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Mit Bezug nun auf 3 umfasst ein Verfahren zum Ausbilden des Rotors 10 (1), wobei der Rotor 10 die mehreren Leiterstäbe 24 enthält, die jeweils mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammengefügt sind, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 angeordnet wird, die durch den Kurzschlussring 28, 128 definiert sind. Das heißt, dass der Kurzschlussring 28, 128, wie am besten in 3 gezeigt ist, für das Verfahren einen Außenrand 34 aufweist und die mehreren Hohlräume 32 definiert, die jeweils voneinander beabstandet sind, z. B. radial um die Rotationsachse 12 herum.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 3 erstreckt sich bei einer Ausführungsform jeder der mehreren Hohlräume 32 nicht durch die gesamte Dicke 36 des Kurzschlussrings 28, 128 hindurch. Bei dieser Ausführungsform weist der Kurzschlussring 28, 128 eine Stoßfläche 38 auf und die Stoßfläche 38 definiert die mehreren Hohlräume 32 darin derart, dass sich die mehreren Hohlräume 32 nicht durch die gesamte Dicke 36 des Kurzschlussrings 28, 128 hindurch erstrecken. Für diese Ausführungsform kann der Kurzschlussring 28, 128 in einer beliebigen Weise ausgebildet sein. Zum Beispiel können die mehreren Hohlräume 32 in Abhängigkeit von Kostenbetrachtungen maschinell in den Kurzschlussring 28, 128 eingearbeitet sein. Alternativ kann der Kurzschlussring 28, 128 als Beispiele, die nicht einschränken sollen, durch Druckguss, Präzisionssandguss, Feinguss oder Schmieden hergestellt sein. Wie vorstehend offengelegt wurde, kann der Kurzschlussring 28, 128 aus Kupfer ausgebildet sein.
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Zudem weist jeder der mehreren Hohlräume 32, wie mit Bezug auf 4A–4C beschrieben ist, die Form auf (die in 4A–4C jeweils allgemein mit 40, 140 und 240 bezeichnet ist). Es ist festzustellen, dass jeder der mehreren Hohlräume 32 eine beliebige Form aufweisen kann, die zum Ermöglichen und Enthalten einer Deformation eines jeweiligen Endes 26 von jedem der mehreren Leiterstäbe 24 geeignet ist, wie nachstehend in größerem Detail offengelegt ist. Als Beispiele, die nicht einschränken sollen, kann die Form 40, 140, 240 von jedem der mehreren Hohlräume 32 aus einer Gruppe gewählt sein, die dreieckig, konisch und trapezförmig umfasst.
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Wieder mit Bezug auf das Verfahren, wie es mit Bezug auf 5A und 5B beschrieben ist, kann das Verfahren umfassen, dass das Lötmaterial 42 auf der Stoßfläche 38 des Kurzschlussrings 28, 128 abgelegt oder platziert wird. Das Lötmaterial 42 kann beispielsweise in der Form einer ringförmigen Paste oder eines Pulvers (wie allgemein in 5B durch 44 dargestellt ist) bereitgestellt sein, oder es kann in der Form eines ringförmigen Rings 46 oder eines Drahtes (wie in 5A gezeigt ist) bereitgestellt sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Lötmaterial 42, obwohl es nicht gezeigt ist, als mehrere Scheiben oder Folien bereitgestellt sein, die jeweils so ausgestaltet sind, dass sie individuell in einem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 platziert werden können.
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Das heißt, dass die Stoßfläche 38 bei einer Ausführungsform, die in 5A gezeigt ist, darin eine ringförmige Mulde 48 benachbart zu den mehreren Hohlräumen 32 definieren kann. Bei dieser Ausführungsform kann das Ablegen des Lötmaterials 42 auf der Stoßfläche 38 umfassen, dass der ringförmige Ring 46 aus Lötmaterial 42 innerhalb der ringförmigen Mulde 48 angeordnet wird. Bei einer anderen Ausführungsform, wie in 5B gezeigt ist, kann das Ablegen des Lötmaterials 42 auf der Stoßfläche 38 umfassen, dass die Stoßfläche 38 innerhalb jedes der mehreren Hohlräume 32 mit der ringförmigen Paste oder dem Pulver 44 aus Lötmaterial 32 bedeckt wird. Beispielsweise kann das Lötmaterial 42 die gesamte Stoßfläche 38 innerhalb jedes der mehreren Hohlräume 32 bedecken. Alternativ kann das Lötmaterial 42 nur einen Teil der Stoßfläche 38 innerhalb jedes der mehreren Hohlräume 32 bedecken.
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Das Lötmaterial 42 kann zwischen einem Anfangszustand, z. B. dem ringförmigen Ring 46 (5A) oder der ringförmigen Paste oder dem Pulver 44 (5B), einem fließfähigen Zustand (nicht gezeigt) und einem starren Zustand (nicht gezeigt) übergehen. Insbesondere kann das Lötmaterial 42 zwischen dem Anfangszustand, dem fließfähigen Zustand und dem starren Zustand entlang der Stoßfläche 38 z. B. innerhalb der ringförmigen Mulde 48 übergehen. Das heißt, dass das Lötmaterial 42 beispielsweise bei der Einwirkung von erhöhten Temperaturen schmelzen kann und vom vorstehend erwähnten ringförmigen Ring 46 oder der ringförmigen Paste oder dem Pulver 44, d. h. dem Anfangszustand, in ein Fluid übergehen kann, welches in jeden der mehreren Hohlräume 32 hineinfließt. Anschließend kann das Lötmaterial 42 beim Einwirken einer reduzierten Temperatur vom fließfähigen Zustand in den starren Zustand übergehen, um dadurch das Ende 26 (3) jedes der mehreren Leiterstäbe 24 (3) innerhalb des jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zu verlöten oder daran zu befestigen.
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Beispiele ohne Einschränkung eines geeigneten Lötmaterials 42 umfassen binäre Kupfer-Phosphor-Legierungen; Kupfer-Phosphor-Legierungen mit Silber; Kupfer-Phosphor-Legierungen mit nahezu eutektischem Silber; Kupfer-Phosphor-Legierungen mit Zinn; Aluminium-Silizium-Legierungen und Kombinationen daraus.
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Wieder mit Bezug auf das Verfahren kann das Verfahren außerdem umfassen, dass die Stahlkernblechanordnung 14 (1 und 2) zusammengebaut wird. Zum Beispiel kann die Stahlkernblechanordnung 14 zusammengebaut werden, bevor das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 angeordnet wird. Ferner kann, wie mit Bezug auf 2 beschrieben ist, das Zusammenbauen umfassen, dass jeder der mehreren Leiterstäbe 24 in der jeweiligen der mehreren Nuten 18 so angeordnet wird, dass sich jeder der mehreren Leiterstäbe 24 aus der Stirnfläche 20 des Stahlkernblechstapels 16 heraus erstreckt.
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Daher kann, wie mit Bezug auf 6A beschrieben ist, das Anordnen umfassen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in einen jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 eingeführt wird, um einen Spalt 50 zwischen dem Ende 26 des mindestens einen der mehreren Leiterstäbe 24 und der Stoßfläche 38 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 zu definieren und dadurch eine Rotoranordnung 52 auszubilden. Das heißt, dass die Rotoranordnung 52 die zwischen zwei Kurzschlussringe 28, 128 eingeklemmte Stahlkernblechanordnung 14 enthalten kann, wobei das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32, die durch die Kurzschlussringe 28, 128 definiert sind, angeordnet ist. Obwohl es allgemein in 6A und 6B gezeigt ist, kann die Rotoranordnung 52 beispielsweise von etwa 50 bis etwa 100 Leiterstäbe 24 enthalten und jeder der mehreren Leiterstäbe 24 kann eine (nicht gezeigte) Länge von beispielsweise etwa 99,9 mm bis etwa 100,1 mm aufweisen, z. B. etwa 100 mm. Jedoch kann jeder Leiterstab 24 eine Länge aufweisen, die um bis zu etwa 0,1 mm länger oder kürzer als diejenige eines benachbarten Leiterstabs 24 ist. Somit kann das Anordnen des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 den Spalt 50 zwischen dem Ende 26 des mindestens einen der mehreren Leiterstäbe 24 und der Stoßfläche 38 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 definieren. Das heißt, dass der Spalt 50 durch eine Toleranzdifferenz zwischen den jeweiligen Längen der mehreren Leiterstäbe 24 definiert sein kann.
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Nach dem Anordnen des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 umfasst das Verfahren ferner, dass das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe 24 deformiert wird. Mit Bezug auf 6B kann das Deformieren umfassen, dass eine Kraft (die allgemein durch Pfeile 54 bezeichnet ist) entlang der Rotationsachse 12 auf den Kurzschlussring 28, 128 aufgebracht wird. Das heißt, dass das Deformieren umfassen kann, dass der Kurzschlussring 28, 128 gegen die Stahlkernblechanordnung 14 gedrückt wird. Die Kraft 54 kann auf den Kurzschlussring 28, 128 in einer beliebigen Weise aufgebracht werden. Zum Beispiel kann die Rotoranordnung 52 (3 und 6A) nach dem Zusammenbau in einer Halterung 56 angeordnet werden, etwa einer Presse, die eine obere Druckplatte 58 und eine untere Druckplatte 60 enthält. Die Kraft 54 kann auf den Kurzschlussring 28, 128 entlang der Rotationsachse 12 aufgebracht werden, indem die bewegliche obere Druckplatte 58 zu der stationären unteren Druckplatte 60 hingedrückt und bewegt wird, um dadurch die Rotoranordnung 52 dazwischen zusammenzudrücken. Somit kann das Zusammendrücken, wie in 6B am besten gezeigt ist, den Spalt 50 (6A) im Wesentlichen beseitigen, sodass die Rotoranordnung 52 in Vorbereitung auf das Ausbilden des Rotors 10 (1) verdichtet wird.
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Somit kann das Deformieren mit fortgesetzter Bezugnahme auf 4A–4C und 7A–7C umfassen, dass die Rotoranordnung 52 (3) so zusammengedrückt wird, dass sich das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 (4A–4C) deformiert. Anders ausgedrückt kann das Deformieren umfassen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 zu der Form 40, 140, 240 (jeweils 4A–4C) jedes der mehreren Hohlräume 32 geformt wird.
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Zum Beispiel kann das Deformieren, wie mit Bezug auf 4A und 7A beschrieben ist, umfassen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 so geformt wird, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 die konische Form 40 aufweist. Alternativ kann das Deformieren, wie mit Bezug auf 4B und 7B beschrieben ist, umfassen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 so geformt wird, dass das Ende 26 die Trapezform 140 aufweist. Auf ähnliche Weise kann das Deformieren bei einer anderen Ausführungsform umfassen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 so geformt wird, dass das Ende 26 die dreieckige Form 240 aufweist. Dieses Deformieren passt das Ende 26 der Leiterstäbe 24 an den jeweiligen Hohlraum 32 an und stellt eine mechanische Verknüpfung zwischen jedem der mehreren Leiterstäbe 26 und dem Kurzschlussring 28, 128 bereit. Das heißt, dass das Deformieren das Ende 26 in jedem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 mechanisch so verknüpft, dass die Verknüpfung zwischen jedem Leiterstab 24 und Ende 26 sich während einer Drehung des Rotors 10 (1) mit hoher Geschwindigkeit nicht locker kann.
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Zudem erlaubt das Deformieren Variationen bei der Länge der Leiterstäbe 24 beim Zusammenbau der Rotoranordnung 52. Das heißt, dass jeder Leiterstab 24, wie vorstehend offengelegt, eine Länge aufweisen kann, die um bis zu etwa 0,1 mm größer oder kleiner als die Länge eines benachbarten Leiterstabs 24 ist. Das Deformieren des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 ermöglicht Variationen bei der Länge der Leiterstäbe 24 beim Zusammenbauen der Rotoranordnung 52. Anders ausgedrückt stellt das Deformieren sicher, dass jeder Leiterstab 24 nach der Deformierung den Kurzschlussring 28, 128 innerhalb des jeweiligen Hohlraums 32 kontaktiert. Das heißt, dass jeder Hohlraum 32 einen Raum ermöglicht, damit sich eine beliebige überschüssige Länge deformieren kann. Zudem beseitigt das Deformieren beliebige Längenvariationen von jedem der mehreren Leiterstäbe 24 und ermöglicht, dass sich jeder Leiterstab 24, aber besonders die vergleichsweise längeren Leiterstäbe 24, am Ende 26 deformieren, um den jeweiligen Hohlraum 32 zu füllen.
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Wieder mit Bezug auf das Verfahren umfasst das Verfahren nach dem Anordnen des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb des jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 ferner, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 verlötet wird, um den Rotor 10 (1) auszubilden. Das Löten kann allgemein umfassen, dass eine Temperatur des Lötmaterials 42 (5A und 5B) über eine Schmelztemperatur des Lötmaterials 42 hinaus erhöht wird, um das Lötmaterial 42 vom Anfangszustand, z. B. dem ringförmigen Ring 46 (5A) oder der ringförmigen Paste oder dem Pulver 44 (5B) in den fließfähigen Zustand übergehen zu lassen, und dann das Lötmaterial 42 unter die Schmelztemperatur abgekühlt wird, sodass das Lötmaterial 42 vom fließfähigen Zustand in den starren Zustand übergeht und dadurch die Enden 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenfügt, um den Rotor 10 (1) auszubilden.
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Insbesondere kann für die Ausführungsform, die mit Bezug auf 5A beschrieben ist, bei der der ringförmige Ring 46 aus Lötmaterial 42 in der ringförmigen Mulde 48 angeordnet ist, das Löten das Lötmaterial 42 in der ringförmigen Mulde 48 schmelzen. Anschließend kann das Lötmaterial 42, wenn das Lötmaterial 42 abkühlt und vom fließfähigen Zustand in den erstarrten Zustand übergeht, das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenfügen. Somit können das Deformieren und das Löten das Ende jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenfügen. Insbesondere können das Deformieren und das Verlöten das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb des jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 mit dem Kurzschlussring 28, 128 mechanisch verriegeln.
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Alternativ kann bei der Ausführungsform, die mit Bezug auf 5B beschrieben ist, bei der die ringförmige Paste oder das Pulver 44 aus Lötmaterial 42 die Stoßfläche 38 jedes der mehreren Hohlräume 32 bedeckt, das Löten das Lötmaterial 42 in jedem der mehreren Hohlräume 32 schmelzen. Das heißt, dass das Löten jeden der mehreren Hohlräume 32 zumindest teilweise mit dem Lötmaterial 42 füllen kann, um dadurch jeden der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenzufügen. Insbesondere kann das Lötmaterial 42 anschließend, wenn das Lötmaterial 42 abkühlt und vom fließfähigen Zustand in den erstarrten Zustand übergeht, das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb jedes jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenfügen oder daran befestigen. Somit kann das Deformieren und Verlöten das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenfügen. Insbesondere kann das Deformieren und Verlöten das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb des jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 mit dem Kurzschlussring 28, 128 mechanisch verriegeln und verlöten.
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Bei dem Verfahren kann das Verlöten nach dem Deformieren auftreten oder das Deformieren kann gleichzeitig mit dem Verlöten des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 auftreten. Wieder mit Bezug auf 6B heißt das, dass das Verfahren das Aufbringen der Kraft 54 auf die Rotoranordnung 52 (3 und 6A), d. h. die Stahlkernblechanordnung 14 (1) und den Kurzschlussring 28, 128, der das Lötmaterial 42 (5A und 5B) enthält, das darauf angeordnet ist, umfassen kann, während das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 verlötet wird. Beispielsweise kann das Lötmaterial 42 erwärmt werden (in 6B allgemein durch Symbole 62 angezeigt), während das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 deformiert wird, um dadurch den Rotor 10 (1) auszubilden.
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Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens, wie es mit Bezug auf 8 und 9 beschrieben ist, kann das Verfahren umfassen, dass der Kurzschlussring 28, 128 ausgebildet wird. Insbesondere kann das Verfahren bei dieser Ausführungsform umfassen, dass mehrere leitfähige Kernblechschichten 64 (8) benachbart zueinander gestapelt werden, um eine Stoßfläche 66 (9) zwischen jedem Paar 68 (9) benachbarter leitfähiger Kernblechschichten 64 zu definieren, um dadurch den Kurzschlussring 28, 128 auszubilden. Die mehreren leitfähigen Kernblechschichten 64 können aus einem elektrisch leitfähigen Material wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium ausgebildet sein und können eine Dicke 70 (9) von etwa 1 mm bis etwa 3 mm aufweisen. Zudem kann der Kurzschlussring 28, 128 von etwa 4 bis etwa 7, z. B. etwa 5 einzelne leitfähige Kernblechschichten 64 umfassen, die benachbart zueinander gestapelt sind.
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Bei dieser Ausführungsform definiert jede der mehreren leitfähigen Kernblechschichten 64 die mehreren Hohlräume 32 dort hindurch. Das heißt, wie am besten in 9 gezeigt ist, dass sich jeder der mehreren Hohlräume 32 durch die Dicke 70 jeder leitfähigen Kernblechschicht 64 hindurch erstreckt.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 9 umfasst das Verfahren nach dem Stapeln, dass jeder der mehreren Hohlräume 32 einer der mehreren leitfähigen Kernblechschichten 64 mit jedem der mehreren Hohlräume 32 jeder benachbarten leitfähigen Kernblechschicht 64 ausgerichtet wird, um dadurch mehrere Kanäle 72 durch den Kurzschlussring 28, 128 hindurch zu definieren. Das heißt, dass sich jeder der mehreren Kanäle 72 durch die gesamte Dicke 36 (9) des Kurzschlussrings 28, 128 hindurch erstreckt und sie voneinander entlang des Außenrands 34 (8) beabstandet sind. Insbesondere kann der Kurzschlussring 28, 128 eine Anschlussfläche 74 und eine von der Anschlussfläche 74 beabstandete Außenfläche 76 aufweisen. Bei einer Anordnung, wie sie mit Bezug auf 9 beschrieben ist, kann das Ausrichten die mehreren Hohlräume 32 so konfigurieren, dass sich jeder der mehreren Kanäle 72 durch die gesamte Dicke 36 des Kurzschlussrings 28, 128 hindurch verjüngt. Das heißt, dass sich jeder der mehreren Kanäle 72 von der Außenfläche 76 zu der Anschlussfläche 74 erstrecken und verjüngen kann und somit eine vergleichsweise größere Breite 78 an der Außenfläche 76 des Kurzschlussrings 28, 128 als an der Anschlussfläche 74 des Kurzschlussrings 28, 128 aufweisen kann.
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Mit Bezug nun auf 10A kann das Verfahren bei dieser Ausführungsform außerdem umfassen, dass die Stahlkernblechanordnung 14 zusammengebaut wird, wie vorstehend offengelegt ist. Zum Beispiel kann die Stahlkernblechanordnung 14 zusammengebaut werden, bevor das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 angeordnet wird. Ferner kann das Zusammenbauen, wie mit Bezug auf 2 beschrieben ist, umfassen, dass jeder der mehreren Leiterstäbe 24 in der jeweiligen der mehreren Nuten 18 so angeordnet wird, dass sich jeder der mehreren Leiterstäbe 24 aus der Stirnfläche 20 des Stahlkernblechstapels 16 (2) heraus erstreckt.
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Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 10A umfasst das Verfahren für diese Ausführungsform daher, dass ein Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Hohlräume 32 (9) angeordnet wird, d. h. der mehreren Kanäle 72, die durch den Kurzschlussring 28, 128 definiert sind. Insbesondere umfasst das Anordnen, wie in 10A gezeigt ist, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in einen jeweiligen der mehreren Kanäle 72 eingeführt wird.
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Zusätzlich umfasst das Verfahren bei dieser Ausführungsform, dass nach dem Einführen das Lötmaterial 42 (10A und 10B) in jedem der mehreren Kanäle 72 abgelegt wird, um dadurch eine Rotoranordnung 52 (10A) auszubilden. Zum Beispiel kann das Lötmaterial 42 in der Pulverform vorliegen (in 5B allgemein bei 44 dargestellt) und kann in jedem der mehreren Kanäle 72 abgelegt oder darin eingeführt werden.
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Mit Bezug nun auf 10B umfasst das Verfahren für diese Ausführungsform außerdem, dass nach dem Anordnen das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 deformiert wird, wobei das Deformieren umfasst, dass der Kurzschlussring 28, 128 und die Rotoranordnung 52 zusammengedrückt werden, sodass sich das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in dem jeweiligen der mehreren Kanäle 72 (10A) deformiert.
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Zum Beispiel kann sich das Ende 26 ausdehnen, um sich der Form des jeweiligen Kanals 72 anzupassen und/oder sich leicht abplatten.
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Nach dem Anordnen umfasst das Verfahren ferner, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 verlötet wird, um den Rotor 10 (1) auszubilden. Bei dieser Ausführungsform kann das Verlöten das Lötmaterial 42 zumindest teilweise an der Stoßfläche 66 (9) zwischen jedem Paar 68 (9) benachbarter leitfähiger Kernblechschichten 64 anordnen, um dadurch jede der mehreren leitfähigen Kernblechschichten 64 zusammenzufügen und den Kurzschlussring 28, 128 auszubilden. Das heißt, dass jede leitfähige Kernblechschicht 64 mit jeder benachbarten leitfähigen Kernblechschicht 64 durch Verlöten zusammengefügt werden kann. Zudem kann das Verlöten das Lötmaterial 42 entlang jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in jedem der mehreren Kanäle 72 (10A) anordnen, um dadurch die mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenzufügen. Das heißt, dass, wenn das Lötmaterial 42 vom Anfangszustand, d. h. der Pulverform 44, in den fleißfähigen Zustand übergeht, das Lötmaterial 42 durch jeden Kanal 72 fließen kann, um einen Endabschnitt jedes der mehreren Leiterstäbe 24 zu umgeben und zu beschichten. Zum Beispiel kann das Lötmaterial 42 im fließfähigen Zustand durch Kapillarwirkung entlang der Leiterstäbe 24 in jeden jeweiligen Kanal 72 gesaugt werden, wenn die Rotoranordnung 52 innerhalb der Halterung 56 zusammengedrückt wird. Mit Bezug auf 10C kann bei dieser Ausführungsform des resultierenden Rotors 10 daher jeder Leiterstab 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 durch sowohl eine mechanische Verriegelung, d. h. das deformierte oder geformte Ende 26, als auch eine chemische Bindung, d. h. die verlötete Fügestelle, zusammengefügt sein.
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Bei noch einer anderen Ausführungsform, die mit Bezug auf 9 und 11A–11C beschrieben ist, umfasst das Anordnen, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 in einen jeweiligen der mehreren Kanäle 72 (11A) eingeführt wird, sodass das Ende 26 aus der Außenfläche 76 (11A) des Kurzschlussrings 28, 128 hervorsteht und die Anschlussfläche 74 (11A) an die Stirnfläche 20 des Stahlkernblechstapels 16 angrenzt. Das heißt, dass sich bei dieser Ausführungsform jeder der mehreren Kanäle 72 auch von der Anschlussfläche 74 zu der Außenfläche 76 durch die gesamte Dicke 36 (9) des Kurzschlussrings 28, 128 hindurch erstreckt und die Leiterstäbe 24 in einen jeweiligen der mehreren Kanäle 72 so eingeführt werden, dass jedes Ende 26 aus der Außenfläche 76 hervorsteht. Das Verfahren umfasst ferner, dass nach dem Einführen das Lötmaterial 42 z. B. in Pulverform 44 (5B) in jedem der mehreren Kanäle 72 abgelegt wird, um dadurch die Rotoranordnung 52 auszubilden.
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Mit Bezug nun auf 11B umfasst das Verfahren für diese Ausführungsform, dass nach dem Anordnen das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 deformiert wird, wobei das Deformieren umfasst, dass der Kurzschlussring 28, 128 und die Rotoranordnung 52 so zusammengedrückt werden, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 die Außenfläche 76 kontaktiert und sich in dem jeweiligen der mehreren Kanäle 72 deformiert. Das heißt, dass das Zusammendrücken, wie in 11C am besten gezeigt ist, ein Kaltstauchen des Endes 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 umfassen kann, um dadurch das Ende 26 an der Außenfläche 76 abzuflachen. Bei der Verwendung hierin bezeichnet die Terminologie ”Kaltstauchen” einen Metallbearbeitungsprozess, der das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24, das sich aus der Außenfläche 76 des Kurzschlussrings 28, 128 heraus erstreckt, bei etwa Umgebungstemperatur zusammendrückt, um das Ende 26 in eine Niet- oder Prägeform gegen die Außenfläche 76 abzuflachen. Für diese Ausführungsform lässt das Verfahren daher Längenvariationen bei jedem der mehreren Leiterstäbe 24 zu, da das jeweilige Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 gegen die Außenfläche 76 deformiert wird. Zudem verdichtet das Zusammendrücken die Rotoranordnung 52 und den Kurzschlussring 28, 128 weiter, um den Rotor 10 (11C) auszubilden.
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Für diese Ausführungsform umfasst das Verfahren nach dem Anordnen ferner, dass das Ende 26 jedes der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 verlötet wird, um den Rotor 10 (11C) auszubilden. Bei dieser Ausführungsform kann das Verlöten das Lötmaterial 42 zumindest teilweise auf der Stoßfläche 66 (9) zwischen jedem Paar 68 (9) benachbarter leitfähiger Kernblechschichten 64 anordnen, um dadurch jede der mehreren leitfähigen Kernblechschichten 64 zusammenzufügen und den Kurzschlussring 28, 128 auszubilden. Das heißt, dass jede leitfähige Kernblechschicht 64 mit jeder benachbarten leitfähigen Kernblechschicht 64 durch Verlöten zusammengefügt werden kann. Zudem kann das Verlöten das Lötmaterial 42 entlang jedes der mehreren Leiterstäbe 24 innerhalb jedes der mehreren Kanäle 72 anordnen, um dadurch die mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 zusammenzufügen. Das heißt, dass, wenn das Lötmaterial 42 vom Anfangszustand in den fließfähigen Zustand übergeht, das Lötmaterial 42 durch jeden Kanal 72 (11A) fließen kann, um einen Endabschnitt jedes der mehreren Leiterstäbe 24 zu umgeben und zu beschichten. Beispielsweise kann das Lötmaterial 42 im fließfähigen Zustand durch Kapillarwirkung entlang der Leiterstäbe 24 in jeden jeweiligen Kanal 72 gesaugt werden, wenn die Rotoranordnung 52 (11A und 11B) in der Halterung 56 zusammengedrückt wird. Bei dieser Ausführungsform kann daher jeder Leiterstab 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 sowohl durch eine mechanische Verriegelung, d. h. das deformierte oder geformte Ende 26, als auch eine chemische Bindung, d. h. die verlötete Fügestelle, zusammengefügt sein.
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Folglich bildet das Verfahren, wie es vorstehend beschrieben ist, eine feste Fügestelle zwischen den mehreren Leiterstäben 24 und dem Kurzschlussring 28, 128 aus, die Massenträgheitskräfte während eines Rotorbetriebs in angemessener Weise aushalten kann. Ferner kann das Verfahren mit einer wirtschaftlichen Zykluszeit durchgeführt werden und liefert Rotoren 10 mit exzellenter mechanischer und struktureller Integrität. Das Verfahren kann Kupferrotoren 10 ausbilden und ermöglicht auch Stahlkernblechstapel 16 (2) mit Leiterstäben 24, die in einer abgeschrägten Konfiguration angeordnet sind. Folglich sind die Rotoren 10, die durch das Verfahren ausgebildet werden, für Anwendungen nützlich, welche elektromagnetische Vorrichtungen (nicht gezeigt) mit exzellenter Leistungsdichte benötigen. Zudem verwendet das Verfahren bei einer Ausführungsform massive Kurzschlussringe 28, 128 und minimiert daher die Herstellungskomplexität der Kurzschlussringe 28, 128. Bei einer anderen Ausführungsform verwendet das Verfahren lamellierte Kurzschlussringe 28, 128 und stellt eine feste Fügestelle zwischen den mehreren Leiterstäben 24 und dem Kurzschlussring 28, 128 derart bereit, dass jeder der mehreren Leiterstäbe 24 mit dem Kurzschlussring 28, 128 sowohl verlötet als auch mechanisch verriegelt ist.
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Obwohl die besten Arten zum Ausführen der Offenbarung im Detail beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen erkennen, um die Offenbarung im Umfang der beigefügten Ansprüche in die Praxis umzusetzen.
