DE102014223380A1 - Manufacturing method for a squirrel-cage rotor - Google Patents
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Abstract
Ein Fertigungsverfahren eines Käfigläuferrotors (10) für eine elektrische Maschine umfasst: Bereitstellen eines Lamellenpakets (12) mit axialen Öffnungen (22) zur Aufnahme von Kurzschlussstäben (14); Einstecken von Kurzschlussstäben (14) in die axialen Öffnungen (22); Aufstecken eines Profilrings (16) auf die aus dem Lamellenpaket (12) herausragenden Kurzschlussstäbe (14); Herstellen einer formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Kurzschlussstäben (14) und dem Profilring (16); und anschließendes Verbinden der Kurzschlussstäbe (14) mit einem Verbindungsring (18), indem der Verbindungsring (18) relativ zu dem Profilring (16) um eine Achse des Käfigläuferrotors (10) rotiert wird und in Richtung des Profilrings (16) gepresst wird.A manufacturing method of a squirrel-cage rotor (10) for an electric machine comprises: providing a plate pack (12) having axial openings (22) for receiving short-circuit bars (14); Inserting shorting bars (14) into the axial openings (22); Attaching a profile ring (16) on the short-circuiting rods (14) protruding from the disk pack (12); Producing a positive and / or material connection between the short-circuiting rods (14) and the profile ring (16); and then connecting the shorting bars (14) to a connecting ring (18) by rotating the connecting ring (18) relative to the profiled ring (16) about an axis of the squirrel cage rotor (10) and pressing it towards the profiled ring (16).
Description
Gebiet der Erfindung Field of the invention
Die Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren für einen Käfigläuferrotor. Die Erfindung betrifft auch einen mit dem Verfahren hergestellten Käfigläuferrotor. The invention relates to a manufacturing method for a squirrel-cage rotor. The invention also relates to a squirrel cage rotor made by the method.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Für den Aufbau von gesteckten Käfigläuferrotoren für Asynchronmaschinen können elektrische Leiter in Form von Stäben durch ein Lamellenpaket gesteckt werden und anschließend mit zwei Kurzschlussringen verbunden werden. Eine herkömmliche Verbindungstechnik hierfür ist beispielsweise Hartlöten. Einer der Hauptkostentreiber für solche Rotoren kann das für die Verbindungstechnik notwendige Profilieren der Kurzschlussringe sein. For the construction of inserted squirrel-cage rotors for asynchronous machines electrical conductors in the form of rods can be inserted through a disk pack and then connected to two short-circuit rings. A conventional joining technique for this is, for example, brazing. One of the main cost drivers for such rotors may be the profiling of the shorting rings necessary for the connection technique.
Auch ist es möglich, dass die Kurzschlussringe in Druckgusstechnik hergestellt werden. It is also possible that the short-circuit rings are produced in die-casting technology.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, dass ein stabiler Käfigläuferrotor mit hoher Leistungsdichte bereitgestellt wird. Weiter kann mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu Druckguss ein Käfigläuferrotor mit relativ geringem Energieaufwand hergestellt werden. Auch ist es im Vergleich mit Hartlötverfahren möglich, den Käfigläuferrotor in großen Stückzahlen herzustellen. Embodiments of the present invention may advantageously enable a stable high power density squirrel cage rotor to be provided. Further, embodiments of the present invention can produce a squirrel cage rotor rotor with relatively little energy expenditure as compared to die casting. Also, in comparison with brazing methods, it is possible to produce the squirrel-cage rotor in large numbers.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Fertigungsverfahren eines Käfigläuferrotors für eine elektrische Maschine, beispielsweise eines Motors oder eines Generators. Solche Käfigläuferrotoren werden in der Regel für Asynchronmaschinen verwendet. Der Käfigläuferrotor kann in einem elektrischen Antrieb eines Fahrzeugs, wie etwa eines Pkws, Lkws oder Busses, eingesetzt werden. One aspect of the invention relates to a manufacturing method of a squirrel-cage rotor for an electrical machine, for example a motor or a generator. Such squirrel-cage rotors are generally used for asynchronous machines. The squirrel-cage rotor can be used in an electric drive of a vehicle, such as a car, truck or bus.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren: Bereitstellen eines Lamellenpakets mit axialen Öffnungen (wie etwa Löcher oder Nuten) zur Aufnahme von Kurzschlussstäben; Einstecken von Kurzschlussstäben in die axialen Öffnungen; Aufstecken eines Profilrings auf die aus dem Lamellenpaket herausragenden Kurzschlussstäbe; Herstellen einer formschlüssigen und/oder stoffschlüssigen Verbindung zwischen den Kurzschlussstäben und dem Profilring; und anschließendes Verbinden der Kurzschlussstäbe mit einem Verbindungsring, indem der Verbindungsring relativ zu dem Profilring um eine Achse des Käfigläuferrotors rotiert wird und in Richtung des Profilrings gepresst wird. According to one embodiment of the invention, the method comprises: providing a lamination stack having axial openings (such as holes or grooves) for receiving shorting bars; Inserting short-circuit bars into the axial openings; Attaching a profile ring on the projecting from the disk pack shorting bars; Producing a positive and / or material connection between the short-circuit bars and the profile ring; and then connecting the shorting bars to a connecting ring by rotating the connecting ring relative to the profile ring about an axis of the squirrel cage rotor and pressing it towards the profile ring.
Wenigstens ein Kurzschlussring des Rotors umfasst somit zwei Ringe (d.h. Profilring und Verbindungsring), die miteinander verbunden wurden. Der Profilring kann dünner als der Verbindungsring sein. Beispielsweise kann auf diese Weise ein Stanzen der Öffnungen in den Profilring erleichtert werden. Der Profilring kann das gleiche Querschnittsprofil und/oder eine größere Dicke wie eine Lamelle aus dem Lamellenpaket aufweisen. Der Profilring kann eine Dicke kleiner als 6 mm aufweisen. Der axial weiter außen liegende Verbindungsring muss nicht profiliert werden. At least one shorting ring of the rotor thus comprises two rings (i.e., profiled ring and connecting ring) which have been joined together. The profile ring can be thinner than the connecting ring. For example, a punching of the openings in the profile ring can be facilitated in this way. The profile ring may have the same cross-sectional profile and / or a greater thickness as a blade of the disk set. The profile ring may have a thickness smaller than 6 mm. The axially outer connecting ring does not have to be profiled.
Der Verbindungsring wird mittels Rotationsreibschweißen mit dem Profilring und schließlich mit den Kurzschlussstäben verbunden. Während und am Schluss des Rotationsreibschweißens wird verfahrensbedingt Druck auf die Kurzschlussstäbe ausgeübt, was möglicherweise zu deren Knicken nach dem sogenannten „Euler-Knickfall“ führen könnte, wenn die entsprechenden Kräfte nicht gleichmäßig verteilt werden. Durch das Verbinden der Kurzschlussstäbe mit dem Profilring vor dem Rotationsreibschweißen werden die Kräfte zumindest teilweise auch in den Profilring eingeleitet, der sich über den gesamten Umfang auf dem Lamellenpaket abstützen kann. The connecting ring is connected by means of rotary friction welding to the profile ring and finally to the short-circuiting bars. During and at the end of rotary friction welding, pressure is exerted on the short-circuit rods due to the process, which could possibly lead to their buckling after the so-called "Euler crease" if the corresponding forces are not distributed evenly. By connecting the short-circuit bars with the profile ring before rotary friction welding, the forces are at least partially introduced into the profile ring, which can be supported over the entire circumference on the disk set.
Dies kann ein Knicken von Kurzschlussstäben während der Fertigung vermindern. Weiter kann die Festigkeit zwischen den Kurzschlussstäben, dem Profilring und dem Verbindungsring erhöht werden. Druckkräfte während der Fertigung auf radial verdrängtes Material, das beim Rotationsreibschweißen entsteht, sowie eine Verformung des Kurzschlussrings können vermindert werden. Auch kann das Rotationsreibschweißen beschleunigt werden. This can reduce kinking of shorting bars during manufacturing. Furthermore, the strength between the short-circuit bars, the profile ring and the connecting ring can be increased. Compressive forces during production on radially displaced material, which arises during rotational friction welding, as well as a deformation of the short-circuit ring can be reduced. Also, the rotary friction welding can be accelerated.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe derart mit dem Profilring verbunden, dass eine auf die Kurzschlussstäbe wirkende axiale Kraft (die beim Rotationsreibschweißen auf den Profilring ausgeübt wird) über den Profilring auf das Lamellenpaket übertragen wird. Diese Kraft kann damit (zumindest teilweise) nicht auf den Abschnitt der Stäbe wirken, der innerhalb des Lamellenpakets liegt. According to one embodiment of the invention, the shorting bars are connected to the profile ring in such a way that an axial force acting on the shorting bars (which is exerted on the profile ring during rotational friction welding) is transmitted to the disk pack via the profile ring. This force can thus (at least partially) not act on the portion of the rods, which lies within the disk pack.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe an einer radialen Seite und/oder an einer axialen Seite mit dem Profilring verbunden. Eine Verbindungsstelle eines Kurzschlussstabes mit dem Profilring kann die innere und/oder die äußere radiale Seite eines Stabs sein oder eine in Umfangsrichtung weisende axiale Seite. Die Stäbe können über die ganze Seite aber auch nur punktweise mit dem Profilring verbunden sein. According to one embodiment of the invention, the shorting bars are connected to the profile ring on a radial side and / or on an axial side. A juncture of a shorting bar with the tread ring may be the inner and / or outer radial side of a bar or a circumferential axial side. The rods can be connected over the entire side but only pointwise with the profile ring.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe zum Herstellen einer stoffschlüssigen Verbindung mit dem Profilring verschweißt. Beispielsweise können die Kurzschlussstäbe mit dem Profilring mittels Rührreibschweißen, Laserschweißen und/oder Schutzgasschweißen verbunden werden. According to one embodiment of the invention, the shorting bars for producing a material connection with the profile ring welded. For example, the shorting bars can be connected to the profile ring by means of friction stir welding, laser welding and / or inert gas welding.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe mit dem Profilring mittels einer zumindest teilweise ringförmigen Schweißnaht um die Achse des Käfigläuferrotors verbunden. Insbesondere beim Rührreibschweißen oder Laserschweißen kann diese Naht über eine Stirnfläche der Stäbe (d.h. der in axiale Richtung weisenden Fläche) verlaufen. Die Schweißnaht kann an einer äußeren und/oder inneren Seite der Kurzschlussstäbe verlaufen. According to one embodiment of the invention, the shorting bars are connected to the profile ring by means of an at least partially annular weld around the axis of the squirrel-cage rotor. In particular, in friction stir welding or laser welding, this seam may extend over an end face of the rods (i.e., the axially facing surface). The weld may extend on an outer and / or inner side of the shorting bars.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe zum Herstellen einer formschlüssigen Verbindung nach dem Aufstecken des Profilrings verformt. Beispielsweise können die Kurzschlussstäbe an ihrer Stirnseite angekörnt oder geschlitzt und aufgeweitet werden. According to one embodiment of the invention, the shorting bars are deformed to produce a positive connection after attaching the profile ring. For example, the shorting bars can be grained or slotted on their front side and widened.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden die Kurzschlussstäbe durch Aufwenden einer axialen Kraft zumindest an dem im Profilring steckenden Abschnitt geweitet, so dass eine formschlüssige Verbindung mit dem Profilring entsteht. Dieser Abschnitt und/oder auch ein aus dem Profilring herausstehendes Ende kann so geweitet werden, dass sich der betreffende Stab im Profilring verklemmt und eine formschlüssige Verbindung entsteht. According to one embodiment of the invention, the shorting bars are widened by applying an axial force at least on the section which is inserted in the profile ring, so that a positive connection with the profile ring is produced. This section and / or a protruding from the profile ring end can be widened so that the relevant rod jammed in the profile ring and a positive connection is formed.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung stehen die Kurzschlussstäbe nach dem Verbinden mit dem Profilring über den Profilring hinaus. Auf diese Weise können Toleranzen ausgeglichen werden, die beim Rotationsreibschweißen dann abgetragen werden. Das Rotationsreibschweißen muss dann allerdings solange erfolgen, bis die herausstehenden Enden der Stäbe abgetragen sind. Je nach Maximaltoleranz kann auch ein Teil der profilierten Scheibe abgetragen bzw. radial verdrängt werden. According to one embodiment of the invention, the shorting bars after joining with the profile ring beyond the profile ring out. In this way, tolerances can be compensated, which are then removed during rotational friction welding. However, the rotary friction welding must then be done until the protruding ends of the rods are removed. Depending on the maximum tolerance, a part of the profiled disk can also be removed or displaced radially.
In der Regel werden an beiden Enden des Lamellenpakets Kurzschlussringe (aus einem Profilring und einem Verbindungsring) bereitgestellt, die gleichzeitig mit dem Lamellenpaket durch Reibschweißen verbunden werden können. In general, at both ends of the disk pack shorting rings (made of a profile ring and a connecting ring) are provided, which can be connected simultaneously with the disk pack by friction welding.
Die Kurzschlussstäbe, der Profilring und/oder der Verbindungsring können aus verschiedenen Materialen, wie etwa Kupfer oder Aluminium, gefertigt sein. Mit Rotationsreibschweißen und/oder Rührreibschweißen sind auch Mischverbindungen, wie zum Beispiel aus Kupfer und Aluminium, realisierbar. The shorting bars, the profile ring and / or the connecting ring can be made of different materials, such as copper or aluminum. With rotary friction welding and / or friction stir welding, mixed compounds, such as, for example, copper and aluminum, can also be realized.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Käfigläuferrotor für eine elektrische Maschine, der mit dem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergestellt worden ist. Es ist zu verstehen, dass Merkmale des Verfahrens auch Merkmale des Käfigläuferrotors sein können und umgekehrt. Another aspect of the invention relates to a squirrel-cage rotor for an electrical machine made by the method of any one of the preceding claims. It should be understood that features of the method may also be features of the squirrel cage rotor, and vice versa.
Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen. It should be understood that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with reference to different embodiments. A person skilled in the art will recognize that the features can be suitably combined, adapted or replaced in order to arrive at further embodiments of the invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Zeichnungen noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which neither the drawings nor the description are to be construed as limiting the invention.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleichwirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or equivalent features in the figures.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Das Lamellenpaket
Wie aus der
Auf die Enden der Kurzschlussstäbe
Wie auch aus der
In einem weiteren Schritt werden die Kurzschlussstäbe
Die
Die
Die
Die
Das überstehende Material der Stäbe
Einer oder beide der Profilringe
Am Ende weist der Käfigläuferrotor zwei Kurzschlussringe
Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“ etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen. Finally, it should be noted that terms such as "comprising," "comprising," etc., do not exclude other elements or steps, and terms such as "a" or "an" do not exclude a multitude. It should also be appreciated that features or steps described with reference to any of the above embodiments may also be used in combination with other features or steps of other embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be considered as limiting.
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