DE102015014689A1 - Rotor with a measuring element for temperature determination of the rotor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine elektrische Maschine. Dabei umfasst der Rotor (10) ein Blechpaket (14), zumindest einen Kurzschlussring (20), welcher an einer Stirnseite (16) des Blechpakets (14) angeordnet ist, zumindest einen Kurzschlussstab (18), welcher sich von dem zumindest einen Kurzschlussring (20) in axialer Richtung durch das Blechpaket (14) erstreckt, und ein Messelement (22), welches dazu ausgebildet ist, eine Temperatur an einer vorbestimmten Messstelle am Rotor (10) zu erfassen. Ferner weist der Rotor einen Verlegungskanal auf, in dem das Messelement (22) angeordnet ist.The invention relates to a rotor (10) for an electric machine. In this case, the rotor (10) comprises a laminated core (14), at least one short-circuit ring (20) which is arranged on an end face (16) of the laminated core (14), at least one short-circuiting bar (18) which extends from the at least one short-circuit ring (16). 20) extends in the axial direction through the laminated core (14), and a measuring element (22) which is adapted to detect a temperature at a predetermined measuring point on the rotor (10). Furthermore, the rotor has a laying channel in which the measuring element (22) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische Maschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a rotor for an electric machine according to the preamble of patent claim 1.
Im Betrieb der elektrischen Maschine können Wärmeverluste innerhalb der elektrischen Maschine auftreten. Gerade der Rotor der elektrischen Maschine ist im Betrieb der elektrischen Maschine thermisch stark belastet. Wärmeverluste werden beispielsweise durch hohe Rotordrehzahlen, durch die mit Strom durchflossenen Leiter im Rotor oder durch die Luftreibung hervorgerufen. Diese Wärmeverluste müssen abgeführt werden, um eine Überhitzung oder eine Beschädigung der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors zu verhindern.During operation of the electrical machine, heat losses can occur within the electrical machine. Especially the rotor of the electric machine is thermally heavily loaded during operation of the electric machine. Heat losses are caused, for example, by high rotor speeds, by the current flowing through the conductor in the rotor or by the air friction. These heat losses must be dissipated to prevent overheating or damage to the electrical machine or the rotor.
Die Wärmeverluste im Betrieb der elektrischen Maschine beziehungsweise des Rotors können Wärmeausdehnungen hervorrufen. Bei dem Rotor für eine elektrische Maschine kann es sich beispielsweise um einen Kurzschlussläufer handeln. Derartige Wärmeausdehnungen äußern sich beispielsweise durch elastische oder plastische Aufweitungen der Vergussmasse des Rotors an Kurzschlussstäben und/oder Kurzschlussringen.The heat losses during operation of the electric machine or the rotor can cause thermal expansion. The rotor for an electric machine may be, for example, a squirrel cage rotor. Such thermal expansions are manifested, for example, by elastic or plastic widening of the casting compound of the rotor on short-circuiting rods and / or short-circuiting rings.
Um die hohe thermische Belastung im Rotor, insbesondere auf die Vergussmasse des Rotors, zu reduzieren, wird die elektrische Maschine gekühlt. Die Wärmeverluste im Betrieb der elektrischen Maschine können beispielsweise mittels einer Fluidkühlung abgeführt werden. Bei einer Fluidkühlung wird zwischen Stator und Rotor ein Kühlfluid, beispielsweise ein Öl, eingespeist.In order to reduce the high thermal load in the rotor, in particular on the potting compound of the rotor, the electric machine is cooled. The heat losses during operation of the electric machine can be dissipated, for example by means of a fluid cooling. In a fluid cooling, a cooling fluid, for example an oil, is fed in between the stator and the rotor.
Zur Regelung der Fluidkühlung beziehungsweise zur Ermittlung des Volumenstroms des Kühlfluids ist die Temperatur an den am stärksten thermisch belasteten Stellen innerhalb der elektrischen Maschine, insbesondere die Temperatur des Rotors, zu ermitteln.For controlling the fluid cooling or for determining the volume flow of the cooling fluid, the temperature at the most thermally stressed points within the electrical machine, in particular the temperature of the rotor to determine.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Rotor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher eine einfachere und zuverlässigere Temperaturermittlung des Rotors ermöglicht.Object of the present invention is therefore to provide a rotor of the type mentioned, which allows a simpler and more reliable temperature determination of the rotor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Rotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a rotor with the features of claim 1. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um einen Rotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art bereitzustellen, bei welchem eine Temperaturermittlung besonders einfach und zuverlässig durchgeführt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Rotor einen Verlegungskanal aufweist, in dem das Messelement angeordnet ist. Bevorzugt ist das Messelement durch den Verlegungskanal zu einer vorbestimmten Messstelle im Rotor geführt. Der Verlegungskanal ist bevorzugt innerhalb eines Kurzschlussrings angeordnet. Alternativ kann der Verlegungskanal innerhalb des Kurzschlussrings und innerhalb eines Kurzschlussstabs angeordnet sein. Mit anderen Worten kann der Verlegungskanal bevorzugt in eine Vergussmasse des Kurzschlussrings und/oder des Kurzschlussstabs des Rotors integriert sein. Unter einem Verlegungskanal ist beispielsweise ein rohrförmiger Durchgang oder ein Sackloch zu verstehen. Alternativ kann der Verlegungskanal auch als eine Nut und/oder Vertiefung ausgeführt sein und sich entlang einer Oberfläche des Rotors, insbesondere entlang einer Oberfläche des Kurzschlussrings und/oder des Kurzschlussstabs, in axiale Richtung oder radiale Richtung erstrecken. Die Nut und/oder Vertiefung kann zum Beispiel rillenförmig ausgebildet sein.In order to provide a rotor of the type specified in the preamble of patent claim 1, in which a temperature determination can be carried out particularly simply and reliably, it is inventively provided that the rotor has a laying channel in which the measuring element is arranged. Preferably, the measuring element is guided through the laying channel to a predetermined measuring point in the rotor. The laying channel is preferably arranged within a short-circuit ring. Alternatively, the routing channel may be located within the shorting ring and within a shorting bar. In other words, the laying channel may preferably be integrated in a potting compound of the short-circuit ring and / or the short-circuiting rod of the rotor. Under a laying channel, for example, a tubular passage or a blind hole to understand. Alternatively, the laying channel can also be designed as a groove and / or depression and extend along a surface of the rotor, in particular along a surface of the shorting ring and / or the shorting bar, in the axial direction or radial direction. The groove and / or recess may be formed, for example groove-shaped.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Messelemente, welche zur Temperaturermittlung des Rotors an einer Oberfläche des Rotors angeordnet sind, im Betrieb der elektrischen Maschine mechanisch stark belastet werden und dabei sogar abgerissen werden können. Die mechanische Belastung der Messelemente kommt insbesondere durch die Wärmeausdehnung des Rotors und/oder durch die Strömung des Kühlfluids zustande. Durch die Anordnung des Messelements in dem Verlegungskanal ist das Messelement keinen direkten mechanischen Belastungen, beispielsweise der Strömung des Kühlfluids, ausgesetzt. Durch die Verlegung in dem Verlegungskanal ist ferner kein Zusatzwerkstoff, wie beispielsweise ein Klebstoff notwendig, um das Messelement an dem Rotor zu befestigen.The invention is based on the finding that measuring elements, which are arranged to determine the temperature of the rotor on a surface of the rotor, are mechanically heavily loaded during operation of the electric machine and can even be torn off. The mechanical loading of the measuring elements is achieved in particular by the thermal expansion of the rotor and / or by the flow of the cooling fluid. As a result of the arrangement of the measuring element in the laying channel, the measuring element is not exposed to any direct mechanical loads, for example the flow of the cooling fluid. By laying in the laying channel further no filler material, such as an adhesive is necessary to attach the measuring element to the rotor.
Bevorzugt handelt es sich bei dem Messelement um ein Thermoelement. Ein Thermoelement ist ein Paar metallischer Leiter aus unterschiedlichen Materialien, die an einem Ende verbunden sind. Durch den auftretenden thermoelektrischen Effekt kann eine Temperatur ermittelt werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die auf besonders kostengünstige und damit wirtschaftliche Art und Weise die Temperatur des Rotors ermittelt werden kann.The measuring element is preferably a thermocouple. A thermocouple is a pair of metallic conductors of different materials connected at one end. Due to the occurring thermoelectric effect, a temperature can be determined. This results in the advantage that the temperature of the rotor can be determined in a particularly cost-effective and therefore economical manner.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verlegungskanal einen ersten Kanalabschnitt umfasst, wobei sich der erste Kanalabschnitt radial innerhalb des zumindest einen Kurzschlussrings von einem inneren Durchmesser des zumindest einen Kurschlussrings in Richtung des äußeren Durchmessers des zumindest einen Kurzschlussrings erstreckt. Mit anderen Worten kann sich der erste Kanalabschnitt innerhalb des zumindest einen Kurzschlussrings von einer Innenseite des zumindest einen Kurzschlussrings, welche einer Welle des Rotors zugewandt ist, radial in Richtung einer Oberseite des zumindest einen Kurzschlussrings erstrecken. Mit Oberseite des Kurzschlussrings ist die Fläche gemeint, welche sich in einem gleichmäßigen radial Abstand parallel zur Innenseite des zumindest einen Kurzschlussrings erstreckt. Mit radial ist hier die Richtung gemeint, welche sich senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Rotors, das heißt der Rotationsachse des Rotors, erstreckt.An embodiment of the invention provides that the laying channel comprises a first channel section, the first channel section extending radially inside the at least one shorting ring from an inner diameter of the at least one shorting ring in the direction of the outer diameter of the at least one shorting ring. In other words, the first channel section within the at least one shorting ring can be arranged from an inner side of the at least one shorting ring, which corresponds to a shaft of the Rotor facing radially towards an upper side of the at least one short-circuit ring extend. By top of the shorting ring is meant the surface which extends in a uniform radial distance parallel to the inside of the at least one shorting ring. By radial is meant here the direction which extends perpendicular to the main extension direction of the rotor, that is the axis of rotation of the rotor.
Bevorzugt ist der erste Kanalabschnitt als Sackloch mit einer vorbestimmten Tiefe ausgehend von dem inneren Durchmesser des zumindest einen Kurzschlussrings ausgebildet. Der erste Kanalabschnitt kann sich in radialer Richtung innerhalb der Vergussmasse des Rotors beispielsweise bis zur Hälfte des Kurzschlussrings erstrecken. Der erste Kanalabschnitt weist bevorzugt nur eine Öffnung auf. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Messelement auf besonders einfache Art und Weise in die Vergussmasse des Rotors integriert und besonders zuverlässig die Kerntemperatur im Kurzschlussring ermittelt werden kann.Preferably, the first channel portion is formed as a blind hole having a predetermined depth, starting from the inner diameter of the at least one short-circuit ring. The first channel portion may extend in the radial direction within the potting compound of the rotor, for example, up to half of the short-circuit ring. The first channel section preferably has only one opening. This results in the advantage that the measuring element integrated in a particularly simple manner in the potting compound of the rotor and the core temperature can be determined in the short-circuit ring particularly reliable.
In vorteilhafter Weise kann der Verlegungskanal einen zweiten Kanalabschnitt aufweisen, welcher mit dem ersten Kanalabschnitt gekoppelt ist und sich in axialer Richtung von dem ersten Kanalabschnitt in einen Kurzschlussstab des Rotors erstreckt. Mit anderen Worten verläuft der zweite Kanalabschnitt senkrecht zum ersten Kanalabschnitt von dem zumindest einen Kurzschlussring in einen Kurzschlussstab des Rotors. Der zweite Kanalabschnitt des Verlegungskanals erstreckt sich bevorzugt über eine vorbestimmte Lange in den Kurzschlussstab. Bevorzugt weist der Verlegungskanal mit dem ersten Kanalabschnitt und dem zweiten Kanalabschnitt im Querschnitt parallel zur Rotationsachse des Rotors eine L-Form auf. Mit „gekoppelt” ist hier gemeint, dass der erste Kanalabschnitt und der zweite Kanalabschnitt des Verlegungskanals direkt ineinander übergehen. Mit axialer Richtung ist hier die Richtung gemeint, welche sich parallel zur Haupterstreckungsrichtung des Rotors, das heißt der Rotationsachse des Rotors, erstreckt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache Art und Weise die Kerntemperatur im Kurzschlussstab ermittelt werden kann.Advantageously, the laying channel may have a second channel portion which is coupled to the first channel portion and extends in the axial direction from the first channel portion into a shorting bar of the rotor. In other words, the second channel section runs perpendicular to the first channel section from the at least one short-circuiting ring into a short-circuiting bar of the rotor. The second channel portion of the routing channel preferably extends for a predetermined length into the shorting bar. Preferably, the laying channel with the first channel portion and the second channel portion in cross-section parallel to the axis of rotation of the rotor has an L-shape. By "coupled" is meant here that the first channel section and the second channel section of the routing channel merge directly into each other. By axial direction is meant here the direction which extends parallel to the main extension direction of the rotor, that is to say the axis of rotation of the rotor. This has the advantage that the core temperature in the short-circuiting rod can be determined in a particularly simple manner.
Zusätzlich oder alternativ ist an einer Stirnseite des zumindest einen Kurzschlussrings bevorzugt ein ringförmiges Wuchtungselement angeordnet. Motoren von elektrischen Maschinen, beispielsweise Elektromotoren, werden ausgewuchtet, um im Betrieb der elektrischen Maschine eine Unwucht zu verringern oder zu beseitigen. Zum Auswuchten von Rotoren können zwei unterschiedliche Verfahren angewendet werden. Bei einem ersten Verfahren handelt es sich um ein negatives Wuchtverfahren. Darin werden in dem Blechpaket und/oder dem Kurzschlussring des Rotors Bohrungen oder Kerben vorgesehen und dadurch das Gewicht des Rotors reduziert. Bei einem zweiten Wuchtverfahren handelt es sich um ein positives Wuchtverfahren. In diesem Verfahren wird zusätzliches Material am Rotor angebracht. Beispielsweise wird an die Vergussmasse des Kurzschlussrings zusätzliche Vergussmasse angebracht. Das Wuchtungselement ist bevorzugt in Überdeckung mit dem Kurzschlussring konzentrisch zur Welle des Rotors angeordnet. Das Wuchtungselement kann beispielsweise eine Ausdehnung von 2,5 Millimeter bis 10 Millimeter, insbesondere 5 Millimeter, in axialer Richtung aufweisen. Bevorzugt sind der Kurzschlussring und das Wuchtungselement aus einer Vergussmasse gebildet.Additionally or alternatively, an annular balancing element is preferably arranged on an end face of the at least one short-circuit ring. Motors of electrical machines, such as electric motors, are balanced to reduce or eliminate imbalance during operation of the electric machine. For balancing rotors two different methods can be used. A first method is a negative balancing method. Therein, bores or notches are provided in the laminated core and / or the short-circuit ring of the rotor, thereby reducing the weight of the rotor. A second balancing method is a positive balancing method. In this process, additional material is attached to the rotor. For example, additional potting compound is attached to the potting compound of the shorting ring. The balancing element is preferably arranged in overlapping with the short-circuit ring concentric with the shaft of the rotor. The balancing element may, for example, have an extension of 2.5 millimeters to 10 millimeters, in particular 5 millimeters, in the axial direction. Preferably, the short-circuit ring and the balancing element are formed from a potting compound.
In vorteilhafter Weise umfasst der Verlegungskanal einen dritten Kanalabschnitt, wobei sich der dritte Kanalabschnitt radial innerhalb des ringförmigen Wuchtungselements von einem inneren Durchmesser des ringförmigen Wuchtungselements in Richtung des äußeren Durchmessers des ringförmigen Wuchtungselements erstreckt und wobei der Verlegungskanal einen vierten Kanalabschnitt umfasst, welcher mit dem dritten Kanalabschnitt gekoppelt ist und sich in axialer Richtung von dem dritten Kanalabschnitt in dem ringförmigen Wuchtungselement in den zumindest einen Kurzschlussring oder in axialer Richtung durch den zumindest einen Kurzschlussring in einen Kurzschlussstab des Rotors erstreckt. Das Wuchtungselement ist also nicht nur dazu ausgelegt, eine Unwucht des Rotors im Betrieb der elektrischen Maschine zu reduzieren, sondern kann durch den dritten Kanalabschnitt und/oder vierten Kanalabschnitt zusätzlich das Messelement aufnehmen.Advantageously, the laying channel comprises a third channel portion, the third channel portion extending radially inwardly of the annular balancing member from an inner diameter of the annular balancing member in the outer diameter direction of the annular balancing member, and wherein the laying channel comprises a fourth channel portion connected to the third channel portion is coupled and extends in the axial direction of the third channel portion in the annular balancing element in the at least one short-circuit ring or in the axial direction through the at least one short-circuit ring in a shorting bar of the rotor. The balancing element is thus not only designed to reduce an imbalance of the rotor during operation of the electrical machine, but can additionally accommodate the measuring element by the third channel section and / or fourth channel section.
In weiterer Ausgestaltung ist der erste Kanalabschnitt oder der dritte Kanalabschnitt bevorzugt mäanderförmig oder geradlinig ausgebildet. Mit „mäanderförmig” ist ein schlangenlinienförmiger Verlauf des ersten und/oder dritten Kanalabschnitts gemeint.In a further embodiment, the first channel section or the third channel section is preferably formed meander-shaped or rectilinear. By "meandering" is meant a serpentine course of the first and / or third channel section.
In vorteilhafter Weise weist der zumindest eine Kurzschlussring oder das ringförmige Wuchtungselement eine Umlenköffnung auf, wobei der erste Kanalabschnitt beziehungsweise dritte Kanalabschnitt des Verlegungskanals mit der Umlenköffnung gekoppelt ist, wobei über die Umlenköffnung ein Umlenkelement in den ersten Kanalabschnitt beziehungsweise dritten Kanalabschnitt einführbar ist, wobei das Umlenkelement dazu ausgebildet ist, beim Anordnen des Messelements in dem zweiten Kanalabschnitt beziehungsweise vierten Kanalabschnitt das Messelement aus dem ersten Kanalabschnitt beziehungsweise dritten Kanalabschnitt in den zweiten Kanalabschnitt beziehungsweise vierten Kanalabschnitt axial umzulenken. Durch die Umlenköffnung ergibt sich der Vorteil, dass das Messelement besonders einfach in den zweiten Kanalabschnitt beziehungsweise vierten Kanalabschnitt verlegbar ist.The at least one short-circuit ring or the annular balancing element advantageously has a deflection opening, wherein the first channel section or third channel section of the routing channel is coupled to the deflection opening, wherein a deflection element can be inserted into the first channel section or third channel section via the deflection opening, wherein the deflection element is designed to deflect the measuring element axially from the first channel section or third channel section into the second channel section or fourth channel section when arranging the measuring element in the second channel section or fourth channel section. Due to the deflection opening, there is the advantage that the measuring element is particularly simply in the second channel section and fourth channel section can be laid.
In vorteilhafter Weise wird in einem montierten Zustand des Messelements in der Umlenköffnung ein Verschlusselement zum hermetischen Abdichten des Verlegungskanals gegenüber einer Umgebung des Rotors angeordnet. Beispielsweise wird die Umlenköffnung mit einem Klebstoff, insbesondere einem Strukturklebstoff oder einem Zweikomponentenklebstoff, versiegelt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise die Umlenköffnung verschlossen werden kann.In an advantageous manner, in a mounted state of the measuring element in the deflection opening, a closure element for hermetically sealing the laying channel with respect to an environment of the rotor is arranged. For example, the deflection opening is sealed with an adhesive, in particular a structural adhesive or a two-component adhesive. This results in the advantage that the deflection opening can be closed in a particularly simple and cost-effective manner.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention.
Dabei zeigen:Showing:
In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, the same or functionally identical elements are provided with the same reference numerals.
In
Aus
An den ersten Kanalabschnitt
Wie
An den dritten Kanalabschnitt
Soll nicht nur die Kerntemperatur des Kurzschlussrings
In
Um das Messelement aus dem sich radial erstreckenden ersten Kanalabschnitt
An dieser Stelle soll im Folgenden noch näher auf die Herstellung des Kanals
Um das Messelement in dem Kanal
Danach wird die erodierte Bohrung – dritter Kanalabschnitt und fünfter Kanalabschnitt erneut erodiert, allerdings mit einem im Vergleich zu dem ersten erodierten Durchmesser größeren Durchmesser von beispielsweise 4 Millimetern. Das Messelement
In
Insgesamt geht somit ein Verfahren zur Temperaturermittlung des Rotorvergusses durch vergussintegrierte Messstellen bei nasslaufenden E-Motoren hervor.Overall, therefore, a method for temperature determination of the Rotorvergusses by Vergussintegrierte measuring points in wet-running electric motors emerges.
Die hohen Rotordrehzahlen (Nenndrehzahl: 16.000 1/min bis hin zur zulässigen Überdrehzahl von bis zu 22.400 1/min) führen zu elastisch-plastisch Aufweitungen des Aluminiumvergusses an Kurzschlussstäben und -ringen. Allen voran in Bereichen, die mit Lunkern behaftet sind durch Luft- und Schwingungsporositäten. Die Materialbewegungen führen neben der Materialermüdung zu Temperaturerhöhungen im Verguss. Neben der mechanischen Belastung durch die hohen Drehzahlen fließen durch die Kurzschlussstäbe hohe elektrische Ströme, welche ebenfalls zur Materialerwärmung führen. Des Weiteren erwärmt sich der Rotor durch die Luftreibung bei Maximaldrehzahl um weitere 30°C bis 40°C. Um die hohen thermischen Belastungen auf den Aluminiumverguss zu reduzieren, wird der Rotor mit einer Ölkühlung ausgeführt, das heißt zwischen Stator und Rotor wird Öl eingespeist. Zur Regelung der Ölkühlung und des Stromflusses muss jedoch die Vergusstemperatur ermittelt werden, um eine Überhitzung des Rotors zu vermeiden. Das nachfolgende Verfahren ermöglicht eine Applizierung konventioneller Thermoelemente im Rotorverguss. Dadurch wird die Temperaturmessung im Kern des Vergusses erst möglich, da zum einen Thermoelemente an der Oberfläche abreißen aufgrund des Ölflusses und zum anderen nicht aussagekräftig genug wären zur Charakterisierung beziehungsweise zur Regelung des Ölvolumenstroms zur Kühlung der elektrischen Maschine.The high rotor speeds (nominal speed: 16,000 rpm up to the permissible overspeed of up to 22,400 rpm) lead to elastic-plastic widening of the aluminum casting on short-circuit bars and rings. Above all in areas that are subject to voids due to air and vibration porosities. The material movements lead to material fatigue and temperature increases in the casting. In addition to the mechanical stress caused by the high speeds, high electrical currents flow through the short-circuit bars, which also leads to material heating. Furthermore, the rotor heats up by a further 30 ° C to 40 ° C due to air friction at maximum speed. In order to reduce the high thermal loads on the aluminum casting, the rotor is designed with oil cooling, which means that oil is fed in between the stator and the rotor. To control the oil cooling and the current flow, however, the Vergusstemperatur must be determined in order to avoid overheating of the rotor. The following procedure allows for the application of conventional thermocouples in the rotor casting. As a result, the temperature measurement in the core of the encapsulation is only possible because on the one hand tear off the thermocouples on the surface due to the oil flow and on the other not meaningful enough to characterize or control the flow of oil to cool the electric machine.
Durch das Verlegen der Thermoelemente in dem Verguss des Kurzschlussrings werden die Thermoelemente weder vom Öl noch von Luftverwirbelungen belastet beziehungsweise abgerissen und unterliegen keinem mechanischen Verschleiß. Dies ermöglicht neben der abrisssicheren Verlegung auch die Erfassung der Kerntemperatur im Kurzschlussring und in den Kurzschlussstäben des Aluminiumvergusses. Weiter kann sich kein Zusatzstoff durch die auftretenden Belastungen (unter anderem Scherbelastungen durch Fluid) lösen und weitere Schäden hervorrufen.By laying the thermocouples in the encapsulation of the short-circuit ring, the thermocouples are neither burdened nor torn by the oil or air turbulence and are not subject to any mechanical wear. In addition to the safe separation, this also enables the detection of the core temperature in the short-circuit ring and in the short-circuit bars of the aluminum casting. Furthermore, no additive can be released by the occurring loads (inter alia shear loads due to fluid) and cause further damage.
Zunächst muss am Rotor im Verguss des Kurzschlussrings ein zusätzlicher Vorhalt von 5 Millimetern angegossen werden. Damit verbreitert sich der Kurzschlussring um 5 Millimeter. Im Anschluss wird dieser zunächst radial über ein Erodierverfahren bearbeitet. Dadurch erhält der Kurzschlussring einen Kanal mit einem Durchmesser von 2 Millimetern (Durchmesser Thermoleitung 1 Millimeter). Als nächstes wird der Kurzschlussring axial erodiert mit einem Durchmesser von 2 Millimetern bis zum Messpunkt des Thermoelements. Danach wird die erodierte Bohrung erneut erodiert, allerdings mit einem Durchmesser von 4 Millimetern und zu einer Tiefe von 5 Millimetern (bis zur Durchführung des Thermoelements). Das Thermoelement wird nun von unten in den Kurzschlussring eingefädelt und an der axialen Bohrung mittels Öse herausgeführt. Im Anschluss mittels Schleifen das Thermoelement axial bis an das Ende der Erodierung eingeführt. Im Anschluss wird die Bohrungsöffnung mit Kleber (Zweikomponentenstrukturklebstoff oder Flüssigmetallkleber) verschlossen. Die asymmetrische Verlegung der Thermoelemente führt zum einen durch die Materialentnahme und der Thermoelemente zur Veränderung der Unwucht. Dies kann durch eine symmetrische Anordnung der Thermoelemente umgangen werden. Weiter lässt sich der Hohlraum durch Aluminium wieder verschließen, um Unwuchten und Leitungswiderstand unbeeinflusst zu lassen. Dieses Verfahren lässt sich auf unterschiedliche Durchmesser der Thermoelemente hoch- beziehungsweise runterskalieren. Ebenso können anstatt eines Erodierverfahrens auch Alternativverfahren wie zum Beispiel Bohren, Fräsen et cetera angewendet werden.First, an additional lead of 5 millimeters must be cast on the rotor in the encapsulation of the short-circuit ring. This widens the short-circuit ring by 5 millimeters. Subsequently, this is first processed radially via an erosion process. This gives the short-circuit ring a channel with a diameter of 2 millimeters (diameter thermo-cable 1 millimeter). Next, the short-circuit ring is axially eroded with a diameter of 2 millimeters to the measuring point of the thermocouple. Thereafter, the eroded bore is eroded again, but with a diameter of 4 millimeters and to a depth of 5 millimeters (until the thermocouple passes through). The thermocouple is now threaded from below into the short-circuit ring and led out at the axial bore by means of eyelet. Then, by means of grinding, the thermocouple is inserted axially to the end of the erosion. Subsequently, the bore opening is closed with adhesive (two-component structural adhesive or liquid metal adhesive). The asymmetric routing of the thermocouples leads on the one hand by the material removal and the thermocouples to change the imbalance. This can be avoided by a symmetrical arrangement of the thermocouples. Furthermore, the cavity can be closed again by aluminum, in order to prevent unbalance and line resistance unaffected. This process can be scaled up or down to different diameters of the thermocouples. Likewise, alternative methods such as drilling, milling et cetera can be used instead of an erosion process.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotorrotor
- 1212
- Wellewave
- 1414
- Blechpaketlaminated core
- 1616
- Stirnseitefront
- 1818
- KurzschlussstabShorting bar
- 2020
- KurzschlussringShorting ring
- 2222
- Messelementmeasuring element
- 2424
- Kanalchannel
- 2626
- erster Kanalabschnittfirst channel section
- 2828
- innerer Durchmesserinner diameter
- 3030
- äußerer Durchmesserouter diameter
- 3232
- zweiter Kanalabschnittsecond channel section
- 3434
- WuchtungselementWuchtungselement
- 3636
- dritter Kanalabschnittthird channel section
- 3838
- vierter Kanalabschnittfourth channel section
- 4040
- Umlenköffnungdeflection opening
- 4242
- fünfter Kanalabschnittfifth channel section
Claims (8)
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-
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- 2015-11-12 DE DE102015014689.0A patent/DE102015014689A1/en not_active Withdrawn
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