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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Struktur eines Kurzschlussläufer-Induktionsmotors.
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Ein Kurzschlussläufer-Induktionsmotor bzw. Käfigläufer-Induktionsmotor ist mit einem Rotor versehen, bei dem ein Leiter in jeden Schlitz gegossen ist. Der Rotor des Hauptteils von Kurzschlussläufer-Induktionsmotoren wird unter Verwendung von spritzgegossenem Aluminium hergestellt, wobei das Aluminium in die Schlitze gegossen wird. In letzter Zeit sind jedoch Käfigläufer- bzw. Kurzschlussläufer-Induktionsmotoren, bei denen der Rotor unter Verwendung von spritzgegossenem Kupfer hergestellt wird, welches eine höhere elektrische Leitfähigkeit als Aluminium hat, kommerziell verfügbar, um eine Notwendigkeit zur Verbesserung der Effizienz von Elektromotoren anzusprechen.
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Daher gibt es ein Problem dahingehend, dass Kupfer einen höheren Schmelzpunkt als Aluminium hat und somit schwierig spritzzugießen ist. Ein weiteres Problem ist, dass eine existierende Aluminiumspritzgussmaschine nicht verwendet werden kann, um Kupfer spritzzugießen. Noch ein weiteres Problem ist, dass die Verwendung von Kupfer die Kosten der Herstellung eines Rotors vergrößert.
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Die vorliegende Erfindung spricht eine Notwendigkeit an, einen Kurzschlussläufer-Induktionsmotor vorzusehen, der Kupfer als Leiter in den Schlitzen verwendet und dennoch mit einem Minimum an zusätzlichen Kosten hergestellt werden kann.
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Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen Kurzschlussläufer-Induktionsmotor, der mit einem Rotor versehen ist, der aus laminierten Stahlblechen aufgebaut ist und mit einer Vielzahl von Schlitzen geformt ist, wobei ein Kupferdraht, der sich in einer Richtung der Laminierung erstreckt, in den Schlitzen angeordnet ist, und wobei ein Leiter, der einen Spalt im Schlitz füllt, in den Schlitz gegossen wird.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel können die Herstellungskosten des Rotors unter Verwendung von billigen und kommerziell verfügbaren Kupferdrähten im Vergleich zu einem Fall verringert werden, wo Kupferspritzguss verwendet wird. In dem Ausführungsbeispiel wird ein Leiter, wie beispielsweise Aluminium, in Spalte in dem Schlitz gegossen, nachdem der Kupferdraht in den Schlitz eingeführt worden ist. Somit wird die Effizienz des Induktionsmotors verbessert, und der Rotor kann mit der existierenden Spritzgussmaschine hergestellt werden. In diesem Fall können die Herstellungskosten des Rotors weiter verringert werden. Es sei bemerkt, dass die Erfindung nicht auf die Verwendung der existierenden Spritzgussmaschine eingeschränkt ist. Der Rotor kann mit einer Spritzgussmaschine hergestellt werden, die neu zur Herstellung der Kurzschlussläufer-Induktionsmotoren gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert worden ist. Auch in diesem Fall können die Herstellungskosten des Rotors im Vergleich zu einem Fall verringert werden, wo der Kupferspritzdruckguss verwendet wird.
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Optional können Kombinationen der zuvor genannten Bestandteile und Ausführungen der Erfindung in Form von Verfahren, Vorrichtungen und Systemen ebenfalls als zusätzliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung praktisch ausgeführt werden.
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Nun werden Ausführungsbeispiele nur beispielhaft mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die nur als Beispiel vorgesehen sind und nicht als Einschränkung dienen sollen, und wobei gleiche Elemente in unterschiedlichen Figuren mit gleichen Bezugszeichen benannt sind.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Käfigläufer- bzw. Kurzschlussläufer-Induktionsmotors;
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2 zeigt einen Querschnitt eines Rotors und einer sich drehenden Welle der 1; und
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3 ist eine Draufsicht auf den Rotor.
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Die Erfindung wird nun mit Bezugnahme auf die bevorzugten Ausführungsbeispiele beschrieben. Dies soll nicht den Umfang der vorliegenden Erfindung einschränken, sondern nur ein Beispiel für die Erfindung bieten.
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1 zeigt einen Querschnitt eines Kurzschlussläufer-Induktionsmotors 10 entlang einer vertikalen Ebene durch die Mittelachse.
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Ein Stator 34 wird durch Laminieren einer großen Anzahl von dünnen magnetischen Stahlblechen (beispielsweise mit einer Dicke von 0,5 mm) geformt, die zur gleichen Form ausgeschnitten sind. Der Stator 34 wird in einen Rahmen 30, beispielsweise durch Schrumpfpassung, eingepasst. Eine Spule 38 wird in jeden von einer Vielzahl von Schlitzen gewickelt, die in dem Stator 34 ausgebildet sind.
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Ein Rotor 36 wird ebenfalls durch Laminieren einer großen Anzahl von dünnen magnetischen Stahlblechen geformt, die zu den gleichen Formen ausgeschnitten sind. Der Rotor 36 ist an seiner Mitte mit einem runden Loch ausgeformt, um eine sich drehende Welle 12 einzuführen. Eine Vielzahl von identisch geformten Schlitzen 36a, die sich radial erstrecken, sind in regelmäßigen Intervallen ausgeformt, und zwar näher am Außenumfang des Rotors 36 als am Loch (siehe 3). Die sich drehende Welle 12 wird eng in das runde Loch des Rotors 36 eingepasst und gesichert.
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Der Rahmen 30 ist beispielsweise aus spritzgegossenem Aluminium, Gusseisen oder aus Stahlplatten hergestellt. Der Rahmen 30 hat die Rolle des Tragens des Gewichtes des Rotors und des Stators und der Abstrahlung von Wärme, die im Rotor, im Stator usw. erzeugt wird, zur Außenseite des Motors. Zum Zwecke der Verbesserung der Wärmeabstrahlungsleistung ist eine große Anzahl von Wärmeabstrahlungsfinnen 40 am Außenumfang des Rahmens 30 vorgesehen, welche sich parallel zu der sich drehenden Welle erstrecken.
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Die sich drehende Welle 12 wird drehbar über Lager 16, 17 auf den Flanschen 14, 15 gelagert, welche sich nach innen vom Rahmen 30 erstrecken. Die Flansche 14, 15 und der Rahmen 30 können monolithisch bzw. aus einem Stück geformt sein.
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Alternativ können die Flansche 14, 15 als getrennte Komponenten ausgeformt sein und darauf folgend am Rahmen 30 befestigt werden.
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Ein Ventilator 18 ist am hinteren Ende der sich drehenden Welle 12 vorgesehen. Eine Ventilatorabdeckung 32 ist außerhalb des Ventilators 18 vorgesehen.
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Bei den Induktionsmotoren des Standes der Technik wird ein Aluminium- oder Kupferleiter in die Schlitze 36a spritzgegossen, die in dem Rotor 36 ausgebildet sind. Ein Kurzschlussring 37, der als ein Stück mit dem Leiter innerhalb des Schlitzes gegossen ist, ist an den Endstirnseiten des Rotors 36 ausgeformt.
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Im Gegensatz dazu wird gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ein kommerziell erhältlicher Kupferdraht verwendet, um einen Teil des Leiters innerhalb des Schlitzes zu formen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel kann der Rotor mit der existierenden Spritzgussmaschine hergestellt werden, ohne die Maschine umzurüsten. Darüber hinaus wird die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad des Induktionsmotors im Vergleich zu dem Fall verbessert, wo der Rotor unter Verwendung von spritzgegossenem Aluminium hergestellt wird.
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2 zeigt einen Querschnitt des Rotors 36 und der sich drehenden Welle 12, die in 1 gezeigt sind. Kupferdrähte 50, welche sich in der Richtung der Laminierung der magnetischen Stahlbleche erstrecken, sind in den Schlitzen 36a des Rotors 36 angeordnet. Ein Leiter, wie beispielsweise Aluminium, wird in jeden Schlitz gegossen, um einen Spalt im Schlitz auszufüllen.
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Die Kupferdrähte, die im Schlitz angeordnet sind, werden vor dem Einführen zu einer Länge geschnitten, die geringfügig größer ist als die axiale Länge des Rotors. Mehrere Kupferdrähte können in jeden Schlitz eingeführt werden. Nach dem Einführen des Kupferdrahtes kann geschmolzenes Aluminium in den Schlitz eingeleitet werden, und zwar unter Verwendung der existierenden Aluminium-Spritzgussmaschine.
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Der Teil des Kupferdrahtes, der in dem Schlitz der laminierten Stahlbleche des Rotors aufgenommen worden ist, kann nach dem Einführen in den Schlitz verwendet werden, wobei die isolierende Beschichtung (beispielsweise Emaille- bzw. Lackbeschichtung) beibehalten wird. Dies hält die Isolation zwischen den Kupferdrähten und macht es schwierig, dass ein Streustrom bzw. Störstrom fließt, der eine Komponente parallel zum Magnetfeld hat, welches im Rotor erzeugt wird, was entsprechend einen Verlust verringert. Es ist vorzuziehen, dass die isolierende Beschichtung von dem Teil des Kupferdrahtes, der von der Endstirnseite des Rotors nach dem Einführen in den Schlitz vorsteht, entfernt werden kann, so dass der elektrische Strom ungeachtet der Richtung der Erstreckung des Kupferdrahtes fließen kann.
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3 ist eine Draufsicht auf den Rotor 36. Mit Bezug auf 3 wird die Anordnung der Kupferdrähte erklärt, die in den Schlitzen 36 aufgenommen sind. Obwohl 3 zeigt, dass Kupferdrähte nur in einigen der Schlitze A–D aufgenommen sind, können die Kupferdrähte vorzugsweise in ähnlicher Weise in allen Schlitzen angeordnet sein.
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Wie im Schlitz A gezeigt, wird geschmolzenes Aluminium in die Spalte in dem Schlitz unter Verwendung einer Spritzgussmaschine eingegossen, nachdem der Kupferdraht in den Schlitzen eingesetzt worden ist. Dies verhindert eine Bewegung des Kupferdrahtes innerhalb des Schlitzes.
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Wie im Schlitz B gezeigt, können Kupferdrähte mit unterschiedlichen Drahtdurchmessern gemeinsam in dem Schlitz angeordnet sein. Dies vergrößert den Prozentsatz, zu dem der Raum im Schlitz durch Kupfer gefüllt wird.
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Wie im Schlitz C gezeigt, können Kupferdrähte exzentrisch in dem Schlitz zum Innendurchmesser des Rotors hin gelegen sein. Der Skin-Effekt, der auftritt, wenn der Motor gestartet wird, hat zur Folge, dass die Stromdichte in der Nähe der Oberfläche des Leiters vergrößert wird, was bewirkt, dass die Rotoroberfläche mehr Wärme abstrahlt. Durch Anordnen von Kupferdrähten, die eine höhere elektrische Leitfähigkeit haben als Aluminium, an Positionen in dem Schlitz in der Nähe des Innendurchmessers des Rotors, wird der Strom, der fließt, wenn der Motor gestartet wird, in den Kupferdrähten konzentriert. Als eine Folge wird die Abstrahlung von Wärme verringert und die Motorstartcharakteristik wird verbessert.
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Beim Spritzgießen können die Kupferdrähte in dem Schlitz an einer Position in dem Schlitz näher am Innendurchmesser des Rotors gehalten werden, indem jene Teile der Drähte, welche von den Endstirnseiten des Rotors 36 vorstehen und in benachbarten Schlitzen angeordnet sind, verbunden werden.
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Wie im Schlitz D gezeigt, kann ein Vorsprung 36b, der sich in dem Schlitz in einer Querrichtung erstreckt, in dem Schlitz ausgeformt werden, wenn die magnetischen Stahlbleche geschnitten werden. Dies kann verhindern, dass die Kupferdrähte, die näher am Innendurchmesser des Rotors angeordnet werden, sich beim Spritzgießen bewegen.
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Wie oben beschrieben, gestattet das Ausführungsbeispiel die Herstellung eines Rotors eines Käfigläufer- bzw. Kurzschlussläufer-Induktionsmotors unter Verwendung von Kupfer als Leiter in den Schlitzen, wobei dennoch eine Spritzgussmaschine des Standes der Technik verwendet werden kann. Vorteile der Verwendung von kommerziell verfügbaren Kupferdrähten in einem Teil des Leiters sind niedrige Kosten, die Tatsache, dass es nicht notwendig ist, eine Extraanordnung zur Vorbereitung herzustellen, außer, dass man sie beschafft, um die Statorspule aufzubauen, die Vielzahl von Drahtdurchmessern, die man auswählen kann, und die weiche Beschaffenheit der Drähte, was es einfach macht, sie in den Schlitz einzuführen. Folglich werden die Herstellungskosten im Vergleich zu einem Fall verringert, wo Kupferspritzdruckguss verwendet wird.
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Es sei bemerkt, dass die Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel eingeschränkt ist, sondern auf der Grundlage der Idee der Erfindung in verschiedenen Formen modifiziert werden kann. Zusätzlich sind die Modifikationen im Umfang der Erfindung miteingeschlossen.
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Es wird die Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2012-258721 beansprucht, die am 27. November 2012 eingereicht wurde, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme mitaufgenommen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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