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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Asynchronmaschine mit einem mechanisch stabilisierten Kurzschlusskäfig.
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Elektrische Maschinen können unter anderem als Antriebsmaschinen oder Generatoren in kommenden Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Eine vorteilhafte Bauart einer elektrischen Maschine stellt hierbei eine sogenannte Asynchronmaschine dar.
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Eine Asynchronmaschine weist unter anderem einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse auf. In dem Rotor sind dabei im Allgemeinen keine Permanentmagnete vorgesehen. Stattdessen ist der Rotor mit einem sogenannten Kurzschlusskäfig ausgebildet und wird deswegen auch als Kurzschlussläufer bezeichnet. Der Kurzschlusskäfig weist längliche Stäbe auf, die an ihren Enden jeweils durch einen Kurzschlussring miteinander verbunden sind. Sowohl die Stäbe als auch der Kurzschlussring bestehen aus elektrisch leitfähigem Material. Durch beispielsweise über Spulen des Stators von außen induzierte Magnetfelder können in dem Kurzschlusskäfig elektrische Ströme induziert werden. Aufgrund der dabei entstehenden magnetischen Felder können Kräfte auf den Rotor ausgeübt und dieser in Rotation versetzt werden.
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Bei hochdrehenden Maschinen mit erreichbaren Drehzahlen von beispielsweise mehr als 5000 U/min wird der Kurzschlusskäfig mit seinen Stäben und Kurzschlussringen durch Fliehkräfte nach außen hin zu dem Stator belastet. Insbesondere bei wechselnden Drehzahlen, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbetrieb vorkommen, sollten Bruch- oder Verformungsgefahren minimiert werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektrischer Asynchronmaschinen ermöglichen unter anderem eine Minimierung von Verformungen des Kurzschlusskäfigs, insbesondere der Kurzschlussringe, aufgrund von Fliehkräften während des Betriebs der Asynchronmaschine.
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Es wird eine elektrische Asynchronmaschine vorgeschlagen, welche einen Rotor, einen den Rotor umschließenden Stator, einen an dem Rotor angeordneten Kurzschlusskäfig sowie einen oder mehrere Stabilisierungsringe aufweist. Der Rotor verfügt über einen Rotorkörper und eine durch diesen hindurch laufende Welle, wobei der Rotorkörper typischerweise als Blechpaket mit einer Vielzahl von dünnen Eisenblechen ausgebildet ist. Die Eisenbleche können vorgeformt werden, beispielsweise durch Stanzen in eine geeignete Form gebracht werden, und dann übereinandergestapelt werden, um den Rotorkörper zu bilden. Durch eine zentrale Ausnehmung in dem Rotorkörper hindurch kann die Welle angeordnet werden. In dem Rotorkörper können ferner geeignete Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Nuten, ausgebildet sein, durch die hindurch längliche Stäbe des Kurzschlusskäfigs parallel zu einer Rotorachse in dem Rotorkörper angeordnet werden können. An Stirnflächen des Rotorkörpers kann jeweils ein Kurzschlussring vorgesehen sein, mithilfe dessen die über den Rotorkörper im Allgemeinen überstehenden Stäbe miteinander mechanisch und elektrisch verbunden werden können. Die Stabilisierungsringe dienen dazu, die Kurzschlussringe mechanisch zu stabilisieren. Die vorgeschlagene Asynchronmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass jeder der Stabilisierungsringe radial innerhalb eines zugehörigen der Kurzschlussringe angeordnet ist.
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Ideen zu Ausführungsformen der vorgeschlagenen elektrischen Asynchronmaschine können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.
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Wie einleitend angemerkt, wurde erkannt, dass bei hochdrehenden elektrischen Maschinen starke Fliehkräfte auf Komponenten der Maschine wirken können. Der Kurzschlusskäfig eines Rotors ist typischerweise mit einem Material ausgebildet, welches sehr geringe elektrische Widerstände innerhalb des Kurzschlusskäfigs ermöglicht, um hohe Wirbelströme induzieren zu können. Beispielsweise werden für den Kurzschlusskäfig hochreines Aluminium oder Kupfer eingesetzt. Allerdings weisen solche Materialien häufig keine hohe mechanische Festigkeit auf, so dass der Kurzschlusskäfig unter Fliehkräften zu Deformationen neigen kann.
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Um beispielsweise die Kurzschlussringe eines Kurzschlusskäfigs mechanisch zu stabilisieren, könnten Ringe aus mechanisch stabilerem Material, wie zum Beispiel Kupfer-Beryllium, außen um die Kurzschlussringe herum angeordnet werden. Alternativ könnten auch von außen angebrachte Armierungen beispielsweise aus einem Kohlefaser-Verbundgewebe den gesamten Rotor einschließlich des Kurzschlusskäfigs umschließen. Allerdings können solche Lösungen einen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator und somit die induktive Einkopplung von Magnetfeldern vom Stator in den Rotor negativ beeinflussen und/oder kostenintensiv zu fertigen sein.
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Es wird daher vorgeschlagen, die Kurzschlussringe mithilfe radial innen liegender Stabilisierungsringe mechanisch zu stabilisieren. Ein Stabilisierungsring kann dabei innerhalb eines Kurzschlussrings angeordnet sein und mit dem Kurzschlussring derart verbunden sein bzw. an diesem fixiert sein, dass Kräfte von dem Kurzschlussring auf den Stabilisierungsring übertragen werden können. Da der Stabilisierungsring eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen kann als dies typischerweise bei dem Kurzschlussring der Fall ist, kann der Kurzschlussring von innen her gehalten und daher weitgehend daran gehindert werden, sich zu deformieren.
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Hierdurch kann insbesondere eine statische und/oder zyklische Drehzahlfestigkeit des Rotors sowie eine Akustik und ein Schwingverhalten der Stäbe des Kurzschlusskäfigs optimiert werden. Außerdem ist die vorgeschlagene Anordnung von Stabilisierungsringen für eine Großserienfertigung kosten- und funktionsoptimal auslegbar. Im Gegensatz zu Ansätzen mit radial außen liegender mechanischer Stabilisierung kann darüber hinaus beim Vorsehen innen liegender Stabilisierungsringe ein Arbeitsluftspalt der elektrischen Maschine sowie Bereiche mit hohem Stromfluss ähnlich wie bei herkömmlichen elektrischen Maschinen ausgelegt bleiben. Insgesamt kann mithilfe der Erfindung und ihrer Ausführungsformen eine Art Baukasten für ein und denselben Grundläufer zur Realisierung eines günstigen Basisläufers und einer Erweiterung um eine akustisch optimierte und/oder an hohe Drehzahlen angepasste Version ermöglicht werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring mit dem Kurzschlussring stoffschlüssig verbunden sein. Ein solcher Stoffschluss ermöglicht eine gute Kraftübertragung zwischen dem Stabilisierungsring und dem Kurzschlussring. Insbesondere kann die Kraftübertragung entlang des gesamten Umfangs der Ringe sehr homogen sein. Ein Außenumfang des Stabilisierungsrings kann dabei an einem Innenumfang des Kurzschlussrings anliegen. Die beiden Ringe können beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt sein. Als Schweißverfahren können beispielsweise Reibschweißen, gegebenenfalls mit vorherigem Beschichten von Oberflächen des Stabilisierungs- und/oder Kurzschlussrings, Reibrührschweißen, KE-Schweißen (Kondensatorentladung), EB-Schweißen (Electron Beam), Laserschweißen und/oder CMT-Fügeverfahren (Cold Metal Transfer) eingesetzt werden. Alternativ können die beiden Ringe auch mittels hochfestem Klebstoff stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring mit einer hochfesten Metalllegierung ausgebildet sein. Unter einer hochfesten Metalllegierung kann hierbei insbesondere eine Metalllegierung verstanden werden, die eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als die typischerweise für Komponenten des Kurzschlusskäfigs verwendeten Metalle bzw. Metalllegierungen, insbesondere eine höhere Festigkeit als reines Aluminium und/oder reines Kupfer. Beispielsweise kann der Stabilisierungsring aus Stahl, einer hochfesten Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen oder mit einer solchen ausgebildet sein. Es kann außerdem vorteilhaft sein, für den Stabilisierungsring eine Metalllegierung zu verwenden, welche eine geringe Dichte aufweist, um auf diese Weise Fliehkräfte, welche während eines schnell drehenden Betriebs der Asynchronmaschine auf den Stabilisierungsring wirken, minimieren zu können.
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Gemäß einer Ausführungsform können an dem Stabilisierungsring Vorkehrungen zum Ausbilden von Wuchtmarken vorgesehen sein. Mithilfe von Wuchtmarken kann der Rotor der Asynchronmaschine gewuchtet werden. Wuchtmarken können dabei durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Masse an geeigneten Stellen des Stabilisierungsrings ausgebildet werden. Beispielsweise können in dem Stabilisierungsring Ausnehmungen oder Bohrungen vorgesehen sein, in die kleine Gewichte als Wuchtmarken eingebracht und darin fixiert werden können. Alternativ können an dem Stabilisierungsring Abragungen vorgesehen sein, welche zum Ausbilden von Wuchtmarken geeignet entfernt oder gekürzt werden können. Solche Vorkehrungen zum Ausbilden von Wuchtmarken in Form von Ausnehmungen und/oder Abragungen können entlang des Umfangs des Stabilisierungsrings mehrfach und vorzugsweise äquidistant vorgesehen sein. Wuchtmarken können somit, additiv und/oder subtraktiv, am höherfesten Material des Stabilisierungsrings ausgebildet werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann in axialer Richtung zwischen dem Stabilisierungsring und dem Rotorkörper ein Federelement angeordnet sein. Das Federelement kann elastisch federnd sein und eine axiale Spannkraft auf den Stabilisierungsring und somit den damit verbundenen Kurzschlussring ausüben. Eine erhöhte Verspannung kann sich mindernd auf Beanspruchungen innerhalb des Kurzschlusskäfigs und auf eine Geräuschbildung auswirken. Außerdem kann das Federelement für einen Temperaturkraftausgleich sorgen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in radialer Richtung abragende Vorsprünge aufweisen, welche formschlüssig in den Kurzschlussring eingreifen. Solche abragenden Vorsprünge können für eine zusätzliche Stabilisierung des Kurzschlussrings sorgen. Insbesondere können Stabilisierungsringe mit solchen abragenden Vorsprüngen bereits vorab gefertigt werden und dann bei der Fertigung des Rotors an dem Rotorkörper angeordnet werden und daraufhin die Komponenten des Kurzschlusskäfigs gegossen werden, wodurch die von dem Stabilisierungsring abragenden Vorsprünge umgossen werden und formschlüssig in den Kurzschlussring eingegossen werden können. Eine Form der abragenden Vorsprünge kann beispielsweise T-förmig oder gewellt sein, um einen besseren Formschluss zu gewährleisten.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring ergänzend oder statt der in radialer Richtung abragenden Vorsprünge auch in axialer Richtung abragende Vorsprünge aufweisen, welche formschlüssig in den Rotorkörper eingreifen. Solche axial abragenden Vorsprünge können beispielsweise in ein Blechpaket des Rotorkörpers formschlüssig hineinragen und über mehrere Lamellen tief eingreifen. Die Vorsprünge können beispielsweise eine Form zylindrischer Stifte aufweisen. Über den Umfang des Stabilisierungsrings verteilt können mehrere solche abragende Vorsprünge verteilt angeordnet sein, beispielsweise äquidistant.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in den Kurzschlussring über ein Gewinde eingreifen, wobei der Stabilisierungsring derart ausgebildet sein kann, dass durch Einschrauben des Stabilisierungsrings in den Kurzschlussring ein nach außen wirkender Zug auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten können an dem Stabilisierungsring und dem Kurzschlussring zueinander passende Gewinde, vorzugsweise Feingewinde, ausgebildet sein, so dass der Stabilisierungsring in den zuvor ausgebildeten Kurzschlussring eingeschraubt werden kann. Wenn der Stabilisierungsring weit genug eingeschraubt ist, kann er sich an dem Rotorkörper abstützen, so dass bei weiterem Einschrauben des Stabilisierungsrings ein nach außen, weg von dem Rotorkörper wirkender Zug auf den mit dem Stabilisierungsring verschraubten Kurzschlusskäfig, insbesondere auf dessen Kurzschlussring, ausgeübt werden kann. Die auf den Kurzschlussring ausgeübte ziehende Verspannung kann ein Vermeiden von Deformationen des Kurzschlusskäfigs unterstützen.
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In einer solchen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, den Stabilisierungsring mit in axialer Richtung abragenden Strukturen auszubilden, die derart ausgestaltet sind, dass sie sich an dem Rotorkörper verkrallen können.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in die Welle über ein Gewinde eingreifen und derart ausgebildet sein, dass durch Einschrauben des Stabilisierungsrings auf die Welle ein nach innen wirkender Druck auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten können an dem Stabilisierungsring und an der Welle zueinander passende Gewinde, insbesondere Feingewinde, ausgebildet sein, so dass der Stabilisierungsring auf die Welle geschraubt werden kann. Durch seine mechanische Verbindung mit dem Kurzschlussring, beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung oder über in axialer Richtung anliegende Anschlagflächen, kann der Stabilisierungsring bei weiterem Einschrauben auf die Welle dann einen nach innen hin zu dem Rotorkörper wirkenden Druck auf den Kurzschlusskäfig aufbauen. Ein solcher Druck kann die Stabilität des Kurzschlusskäfigs verbessern und Schwingungen der Stäbe des Kurzschlusskäfigs unterdrücken. Um ein Fließen eines elektrischen Stroms zwischen dem Kurzschlusskäfig und der Welle zu vermeiden, kann zwischen dem Kurzschlussring und dem Stabilisierungsring bzw. zwischen dem Stabilisierungsring und der Welle eine elektrische Isolierung vorgesehen sein. Hierfür kommen insbesondere hochfeste, nicht leitende Kunststoffe oder Keramik infrage.
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Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer elektrischer Asynchronmaschinen hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, ausgetauscht und/oder angepasst werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
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1a–d zeigen Längs- bzw. Querdraufsichten auf eine elektrische Asynchronmaschine sowie deren Bauteile.
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2a, b zeigen eine erfindungsgemäße elektrische Asynchronmaschine, einen vergrößerten Querschnitt durch diese sowie eine Längsdraufsicht auf einen Stabilisierungsring für diese.
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3 bis 7 zeigen jeweils Querschnitte durch alternative erfindungsgemäße elektrische Asynchronmaschinen.
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Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche bzw. gleich wirkende Merkmale.
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Ausführungsformen der Erfindung
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1a zeigt eine elektrische Asynchronmaschine 1 mit einem Rotor 5 und einem diesen Rotor umgebenden Stator 3, welche beide in einem gemeinsamen Gehäuse 4 aufgenommen sind. Der Rotor 5 weist einen Rotorkörper 6 auf, der aus einer Vielzahl dünner, übereinandergestapelter Blechlamellen zusammengesetzt ist. In 1d ist eine solche Blechlamelle 15 in Draufsicht dargestellt. Jede der Blechlamellen weist Ausstanzungen 16, 17 auf, welche durchgehende Nuten bzw. eine zentrale Durchgangsöffnung in dem Rotorkörper 6 bilden. Durch die durch die Ausstanzungen 17 gebildete zentrale Durchgangsöffnung hindurch ist eine Welle 9 angeordnet. In den durch die Ausstanzungen 16 gebildeten Nuten werden Stäbe 11 eines Kurzschlusskäfigs 7 hindurch angeordnet. An den Enden sind diese Kurzschlussstäbe 11 jeweils durch einen an einer Stirnfläche des Rotorkörpers 6 vorgesehenen Kurzschlussring 13 miteinander elektrisch verbunden. 1b zeigt den Kurzschlusskäfig 7 in Seitenansicht. 1c zeigt den Kurzschlussring 13 in Draufsicht.
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In 2a ist eine elektrische Asynchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der gestrichelt umrandete Bereich wird ergänzend in vergrößerter Darstellung gezeigt. Radial innerhalb des Kurzschlussrings 13 ist zusätzlich ein Stabilisierungsring 19 aus einer hochfesten Metalllegierung, beispielsweise einer Kupfer-Beryllium-Legierung, angeordnet. Der Stabilisierungsring 19 liegt an dem Kurzschlussring 13 entlang seiner Mantelfläche an und ist mit diesem stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt. Aufgrund seiner höheren mechanischen Festigkeit kann der Stabilisierungsring 19 über die stoffschlüssige Verbindung den weniger stabilen Kurzschlussring 13 insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Asynchronmaschine 1 stabilisieren und beispielsweise vermeiden, dass sich der Kurzschlussring 13 aufgrund von Fliehkräften nach radial außen hin deformiert.
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2b zeigt den Stabilisierungsring 19 in Draufsicht. Sein Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Kurzschlussrings 13. Sein Innendurchmesser ist im Regelfall größer als der Außendurchmesser der Welle 9, so dass ein Spalt 10 zwischen der Welle 9 und dem Stabilisierungsring 19 verbleibt.
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In dem in 2b dargestellten Beispiel sind in dem Stabilisierungsring 19 mehrere Ausnehmungen 21 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 21 dienen als Vorkehrungen 20 zum Ausbilden von Wuchtmarken. In die Ausnehmungen 21 können beispielsweise kleine Gewichte eingeklebt oder eingeschraubt werden, um den Rotor 5 der Asynchronmaschine zu wuchten. Alternativ können die Vorkehrungen 20 als abragende Stege ausgebildet sein (nicht dargestellt), die zum Wuchten der elektrischen Maschine geeignet verkürzt oder entfernt werden können. Es können wesentlich mehr als die in 2b dargestellten vier Vorkehrungen 20 an dem Stabilisierungsring 19 ausgebildet sein. Die Vorkehrungen 20 können äquidistant entlang des Umfangs angeordnet sein.
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In 3 ist eine Ausgestaltung eines Rotors 5 dargestellt, bei der in axialer Richtung zwischen dem Stabilisierungsring 19 und dem Rotorkörper 6 ein Federelement 23 vorgesehen ist. Mithilfe des Federelements 23 kann eine axiale Spannkraft auf den Stabilisierungsring 19 und über diesen auf den Kurzschlussring 13 ausgeübt werden. Hierdurch können mechanische Beanspruchungen in dem Kurzschlusskäfig 7, insbesondere in den Stäben 11, und Geräusche vermindert werden. Auch ein Ausgleich von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der einzelnen Maschinenkomponenten kann bewirkt werden und dadurch entstehende Kräfte verringert werden.
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In 4 ist eine Ausgestaltung dargestellt, bei der sich der Sicherungsring 19 nicht ausschließlich radial innerhalb des Kurzschlussrings 13 befindet. Stattdessen ist der Sicherungsring 19 wesentlich dicker ausgebildet als der Kurzschlussring 13 und weist in einem von dem Rotorkörper 6 maximal beabstandeten Bereich einen radial nach außen abragenden Bereich 25 auf, der nicht radial, sondern axial an den Kurzschlussring 13 angrenzt. Der Sicherungsring 19 kann somit nicht nur entlang der radialen Grenzfläche B, sondern unterstützend auch entlang der axialen Grenzfläche A an dem Kurzschlussring 13 fixiert werden, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung. Kräfte zwischen den beiden Ringen 13, 19 können somit noch besser übertragen werden. Ergänzend kann der Sicherungsring zur weiteren Steigerung der Stabilität auch entlang der axialen Grenzfläche C an dem Rotorkörper 5 fixiert werden, beispielsweise ebenfalls durch stoffschlüssige Verbindung, zum Beispiel durch Anschweißen mittels geeigneter Schweißtechnologien wie zum Beispiel Reibschweißen.
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5 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der von dem Stabilisierungsring 19 in radialer Richtung ein Vorsprung 27 abragt, der formschlüssig in den Kurzschlussring 13 eingreift. Der Vorsprung 27 kann beispielsweise als radial nach außen abragende, in Umfangsrichtung durchgehende Scheibe ausgebildet sein oder alternativ in Form einzelner Stifte nach außen hin abragen. Seine Form kann auch T-förmig oder gewellt sein, um einen Formschluss zu verbessern.
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Der mit einem solchen Vorsprung 27 ausgestattete Sicherungsring 19 kann bei der Fertigung bereits vor dem Ausbilden des Kurzschlussrings 13 an den Rotorkörper 6 angelagert werden. Anschließend kann der Kurzschlusskäfig mitsamt des Kurzschlussrings 13 gegossen werden, wobei der abragende Vorsprung 27 mit eingegossen wird und somit für einen guten Formschluss zwischen dem Kurzschlussring 13 und dem eingreifenden Vorsprung 27 des Sicherungsrings 19 gesorgt ist.
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Ergänzend kann der Kurzschlussring 19 einen oder mehrere in axialer Richtung abragende Vorsprünge 29 aufweisen, die formschlüssig in den Rotorkörper 6 eingreifen. Diese beispielsweise als zylindrische Stifte ausgebildeten Vorsprünge 29 können zum Beispiel mehrere Lamellen tief in das Blechpaket des Rotorkörpers 6 eingreifen. Ergänzend kann der Sicherungsring 19 auch mit dem Rotorkörper 6 verschweißt oder verklebt sein.
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In 6 ist eine Ausgestaltung dargestellt, bei der der Stabilisierungsring 19 in den Kurzschlussring 13 über ein Gewinde 31 eingreift. Am Außenumfang des Sicherungsrings 19 und am Innenumfang des Kurzschlussrings 13 sind dabei zueinander passende Feingewinde ausgebildet. Der Sicherungsring 19 kann solange in den Kurzschlussring 13 eingeschraubt werden, bis seine axial innen liegende Oberfläche in Anlage mit dem Rotorkörper 6 kommt. Dort sind an dem Sicherungsring 19 abragende Strukturen 33 vorgesehen, mithilfe derer sich der Sicherungsring 19 in den Rotorkörper 6 verkrallen kann. Bevor sich der Sicherungsring 19 endgültig verkrallt, kann durch Einschrauben in das Gewinde 31 ein durch den Pfeil 36 veranschaulichter nach außen wirkender Zug auf den Kurzschlussring 13 und damit auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden. Abschließend können der Kurzschlussring 13 und der Sicherungsring 19 dann ebenfalls stoffschlüssig fixiert werden, damit der Festsitz gewährleistet bleibt. Hierzu können beispielsweise KE-Schweißimpulse oder Schweißpunkte eingesetzt werden.
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7 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der der Stabilisierungsring 19 über ein Gewinde 35 in die Welle 9 eingreift. An der inneren Mantelfläche des Sicherungsrings 19 sowie an der äußeren Mantelfläche der Welle 9 sind dabei zueinander passende Feingewinde ausgebildet. Der Sicherungsring 19 ist wiederum, ähnlich wie bei der in 4 dargestellten Ausgestaltung, mit einem radial nach außen abragenden Bereich 25 ausgestattet, der bei entsprechend weitem Einschrauben des Sicherungsrings 19 auf die Welle 9 axial gegen den Kurzschlussring 13 presst und auf diesen eine mit dem Pfeil 37 veranschaulichte Druckkraft ausübt. Die Stäbe 11 des Kurzschlusskäfigs 7 werden somit unter Druck gesetzt, wodurch sich die Stabilität verbessern lässt und ein unerwünschtes Schwingen der Stäbe 11 verringert werden kann.
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Zur elektrischen Isolation zwischen dem Kurzschlusskäfig 7 und der Welle 9 kann zwischen dem Kurzschlussring 13 und dem Sicherungsring 19 eine Isolierungsschicht 39 aus beispielsweise hochfestem, nicht leitendem Kunststoff oder Keramik angeordnet werden.
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Abschließend sollen einige durch Ausführungsformen der hierin beschriebenen Asynchronmaschine erreichbare Vorteile und Merkmale beschrieben werden:
Der Rotor einer Asynchronmaschine kann elektrisch optimal ausgelegt werden, da der stabilisierende Stabilisierungsring 19 am inneren Durchmesser des Kurzschlussrings 13 stoffschlüssig angebunden werden kann.
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Durch Einsatz fortschrittlicher Schweißverfahren oder Klebeverfahren ist eine Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe möglich, zum Beispiel Rein-Alu und Stahl.
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Eine Erhöhung der Drehzahlfestigkeit auf bis zu über 200 m/s, das heißt zum Beispiel über 20000 U/min unter Beibehaltung einer günstigen Grundkonstruktion kann erreicht werden. Der Kurzschlusskäfig kann dabei weiterhin im Druckgussverfahren ins Blechpaket eingebracht werden.
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Ein aktiver Luftspalt vergrößert sich nicht notwendigerweise gegenüber bekannten Lösungen.
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Strompfade in Stäben und Kurzschlussringen des Kurzschlusskäfigs bleiben im Gegensatz zu eingelegten Ringen oder von außen angebrachten Bandagen unbeeinflusst (wirksamer Außendurchmesser vom Leitermaterial sinkt). Wuchtmarken können einfach angebracht werden, ohne eine Festigkeit eines beispielsweise aus Aluminium bestehenden Kurzschlussrings zu mindern. Durch Kombination mit einem Gewinde kann ein Vorspannen der Stäbe erreicht werden. Hierdurch kann ein akustisches Verhalten und/oder ein Ermüdungsverhalten positiv beeinflusst werden.
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Mithilfe von Ausführungsformen der Erfindung kann eine Lösung für einen kostengünstigen Grundläufer und eine neuartige Kombination zum Erweitern der Anwendungsgrenzen unter Beibehaltung einer einfachen Grundkonstruktion und Fertigbarkeit erreicht werden.
