DE102015226156A1 - Rotor, asynchronous machine and vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rotor (10) für eine Asynchronmaschine (50), umfassend ein Blechpaket (20) und einen zumindest teilweise im Blechpaket (20) integrierten Kurzschlusskäfig (30), welche um eine Rotorachse (11) des Rotors (10) herum angeordnet sind, bei welchem der Kurzschlusskäfig (30) mit elektrisch leitenden Stäben (31) und mit diesen elektrisch leitend verbundenen, elektrisch leitenden Kurzschlussringen (32-1, 32-2) ausgebildet ist und mit einer Halteeinrichtung (70), welche mindestens einen der Kurzschlussringe (32-1, 32- 2) mit einer Anschlagsseite (38) in Bezug auf die Rotorachse (11) axial gegen eine Stirnseite (22) des Blechpaketes (20) haltert.The invention relates to a rotor (10) for an asynchronous machine (50), comprising a laminated core (20) and a short circuit cage (30) integrated at least partially in the laminated core (20) and arranged around a rotor axis (11) of the rotor (10) in which the short-circuit cage (30) is formed with electrically conductive rods (31) and with these electrically conductive, electrically conductive short-circuit rings (32-1, 32-2) and with a holding device (70), which at least one of the shorting rings (32-1, 32- 2) with a stop side (38) with respect to the rotor axis (11) axially against an end face (22) of the laminated core (20) holds.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor, eine Asynchronmaschine und ein Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere einen Rotor für eine Asynchronmaschine, eine Asynchronmaschine, insbesondere für einen Antrieb eines Fahrzeuges, sowie ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug. The present invention relates to a rotor, an asynchronous machine and a vehicle. The present invention particularly relates to a rotor for an asynchronous machine, an asynchronous machine, in particular for driving a vehicle, and a vehicle, in particular a passenger car and / or a hybrid vehicle.
Bei vielen technischen Anwendungen, insbesondere beim Antrieb von Fahrzeugen und deren Komponenten, werden Asynchronmaschinen eingesetzt. Derartige Maschinen werden auch als Drehstrom-Asynchronmaschinen oder Drehstrom-Induktionsmaschinen bezeichnet. Bei derartigen Maschinen wechselwirken ein Läufer oder Rotor und ein Stator über magnetische Drehfelder miteinander, wobei im Generatorbetrieb der Läufer dem Statordrehfeld vorauseilt und im Motorbetrieb der Läufer dem Statordrehfeld nachläuft. In many technical applications, especially when driving vehicles and their components, asynchronous machines are used. Such machines are also referred to as three-phase asynchronous machines or three-phase induction machines. In such machines, a rotor or rotor and a stator interact with one another via magnetic rotating fields, the rotor projecting ahead of the stator rotary field during generator operation and the rotor following the stator rotary field during engine operation.
Bei passiven Asynchronmaschinen wird der Läufer von einem Kurzschlussläufer oder Käfigläufer gebildet. Ein derartiger Rotor besteht aus einem Blechpaket, insbesondere aus einem Eisenblechpaket mit ausgebildeten Nuten, wobei die Bleche gegenseitig elektrisch isoliert sind. Üblicherweise werden bei der Herstellung in die Nuten des Blechpaketes Stäbe eingebracht und über Kurzschlussringe elektrisch kurzgeschlossen, dies kann über ein Gussverfahren erfolgen. In passive asynchronous machines, the rotor is formed by a squirrel cage or squirrel cage. Such a rotor consists of a laminated core, in particular of a sheet iron package with trained grooves, wherein the sheets are mutually electrically isolated. Usually rods are introduced in the production of the grooves of the laminated core and electrically shorted via shorting rings, this can be done via a casting process.
Problematisch ist, dass eine Materialsubstitution zur Verbesserung der elektrischen Leitwerte einerseits und der Erhöhung der mechanischen Stabilität andererseits mit bekannten Herstellungsverfahren nicht oder nur mit einem erheblichen Mehraufwand an Material- und Energiekosten erreicht werden kann. The problem is that a material substitution to improve the electrical conductivity on the one hand and the increase in mechanical stability on the other hand with known manufacturing processes can not or only with a considerable overhead of material and energy costs can be achieved.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Rotor für eine Asynchronmaschine anzugeben, welcher den Aufbau und den Betrieb einer Asynchronmaschine zuverlässiger gestaltet, ohne dass der Aufwand bei der Herstellung steigt. Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde eine Asynchronmaschine und ein Fahrzeug anzugeben und entsprechend weiterzubilden. The invention is based on the object to provide a rotor for an asynchronous, which makes the construction and operation of an asynchronous reliable, without the cost of manufacturing increases. Further, the invention is based on the object of specifying an asynchronous machine and a vehicle and to develop accordingly.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einem Rotor für eine Asynchronmaschine erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1, bei einer Asynchronmaschine erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 11 und bei einem Fahrzeug erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche. The object underlying the invention is achieved in a rotor for an asynchronous machine according to the invention with the features of
Ein erfindungsgemäßer Rotor für eine Asynchronmaschine weist ein Blechpaket und einen zumindest teilweise im Blechpaket integrierten Kurzschlusskäfig auf. Beim erfindungsgemäßen Rotor ist der Kurzschlusskäfig mit elektrisch leitenden Stäben ausgebildet sowie mit elektrisch leitenden Kurzschlussringen, welche mit den Stäben elektrisch leitend verbunden sind. Die Stäbe sind insbesondere mit oder aus einem ersten elektrisch leitfähigen Material ausgebildet, die Kurzschlussringe mit oder aus einem zweiten elektrisch leitfähigen Material. Es ist eine Halteeinrichtung ausgebildet, welche mindestens einen der Kurzschlussringe und vorzugsweise zwei Kurzschlussringe als Endringe mit einer jeweiligen Anschlagsseite in Bezug auf die Rotorachse axial gegen eine jeweilige Stirnseite des Blechpaketes haltert. Mittels der Halteeinrichtung ist es möglich, durch das Aufprägen einer entsprechenden Haltekraft in axialer Richtung zumindest einen, vorzugsweise beide der als Endringe ausgebildeten Kurzschlussringe mit einer Anschlagsseite in Bezug auf die Achse des Rotors axial gegen eine Stirnseite des Blechpaketes anzudrücken und dort zu haltern oder zu fixieren. Dadurch wird die mechanische Integrität des erfindungsgemäßen Rotors auch bei hohen Drehzahlen gewährleistet und das Auftreten von Unwuchten reduziert, insbesondere durch Stabilisierung der Kurzschlussringe gegen auf sie einwirkende Zentrifugalkräfte. An inventive rotor for an asynchronous machine has a laminated core and an at least partially integrated in the laminated core short circuit cage. In the rotor according to the invention, the short-circuit cage is formed with electrically conductive rods and with electrically conductive short-circuiting rings, which are electrically conductively connected to the rods. The bars are in particular formed with or from a first electrically conductive material, the short-circuit rings with or from a second electrically conductive material. A retaining device is formed which axially supports at least one of the short-circuit rings and preferably two short-circuit rings as end rings with a respective abutment side with respect to the rotor axis against a respective end face of the laminated core. By means of the holding device it is possible, by impressing a corresponding holding force in the axial direction, to press at least one, preferably both, of the short-circuit rings designed as end rings with a stop side axially with respect to the axis of the rotor against an end face of the laminated core and to fix or fix them there , Thereby, the mechanical integrity of the rotor according to the invention is ensured even at high speeds and reduces the occurrence of imbalances, in particular by stabilizing the short-circuit rings against centrifugal forces acting on them.
Insbesondere bietet sich ein Aufbau an, der ausschließlich zwei Kurzschlussringe, nämlich in Form von Endringen, aufweist. In particular, offers a structure that only two short rings, namely in the form of end rings has.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors ist die Halteeinrichtung mit einem oder mit mehreren Befestigungsmitteln ausgebildet. Diese stützen sich an einer der Anschlagsseite des jeweiligen Kurzschussringes gegenüber liegenden Stirnseite des jeweiligen Kurzschlussringes ab. Dadurch wird der jeweilige Kurzschlussring mit seiner Anschlagsseite, die der Stirnseite des Kurzschlussringes gegenüberliegt, in Bezug auf die Achse des Rotors axial gegen die zugeordnete Stirnseite des Blechpaketes gedrückt und gehaltert. In a preferred embodiment of the rotor according to the invention, the holding device is formed with one or more fastening means. These are based on one of the stop side of each short-side ring opposite end face of the respective short-circuit ring. Thereby, the respective short-circuit ring with its stop side, which is opposite to the end face of the short-circuit ring, pressed axially relative to the axis of the rotor against the associated end face of the laminated core and supported.
Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors ist dabei die Mehrzahl von Befestigungsmitteln, insbesondere in gerader Anzahl vorgesehen. In a further development of the rotor according to the invention, the plurality of fastening means, in particular in an even number, are provided.
Um eine Unwucht zu vermeiden, insbesondere bei hohen Drehzahlen, kann die Mehrzahl der Befestigungsmittel symmetrisch um die Rotorachse herum angeordnet sein oder werden. In order to avoid imbalance, especially at high speeds, the plurality of fasteners may be symmetrically disposed about the rotor axis.
Es ist es ferner von Vorteil, wenn zusätzlich oder alternativ die jeweiligen Befestigungsmittel jeweils an einer Position radial zwischen der Rotorachse und einer Position eines jeweiligen Stabes des Kurzschlusskäfigs und/oder entsprechend einer Nut des Blechpaketes zur Aufnahme eines Stabes angeordnet ist. It is also advantageous if, in addition or alternatively, the respective fastening means in each case at a position radially between the rotor axis and a position of a respective rod of the Short-circuit cage and / or according to a groove of the laminated core for receiving a rod is arranged.
Es kann insbesondere alternativ oder zusätzlich vorgesehen sein, dass mehrere Befestigungsmittel oder sämtliche Befestigungsmittel der Mehrzahl von Befestigungsmitteln auf einem Kreis oder Anordnungskreis konzentrisch um die Rotorachse angeordnet sind. Dieser befindet sich insbesondere innerhalb eines Anordnungskreises für die Stäbe des Kurzschlusskäfigs. In particular, it may alternatively or additionally be provided that a plurality of fastening means or all fastening means of the plurality of fastening means are arranged concentrically on a circle or arrangement circle around the rotor axis. This is located in particular within a circuit arrangement for the rods of the short-circuit cage.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors ergibt sich eine besonders einfache Anordnung zum Haltern oder Fixieren eines jeweiligen Kurzschlussringes am Blechpaket dann, wenn ein jeweiliges Befestigungsmittel sich durch den jeweiligen Kurzschlussring hindurch erstreckt, insbesondere von der Stirnseite zur Anschlagsseite, durch ein Montageloch hindurch und/oder mit vermindertem oder ohne mechanischem Kontakt zwischen Befestigungsmittel und Kurzschlussring im Inneren des Kurzschlussringes, z.B. mittels eines Spaltes und/oder einer Hülse zwischen Befestigungsmittel und Kurzschlussring. According to an advantageous embodiment of the rotor according to the invention, a particularly simple arrangement results for holding or fixing a respective shorting ring on the laminated core when a respective fastening means extends through the respective shorting ring, in particular from the front side to the stop side, through a mounting hole and / or with reduced or no mechanical contact between fastener and short-circuit ring inside the short-circuit ring, eg by means of a gap and / or a sleeve between the fastening means and the short-circuit ring.
Denkbar sind verschiedene Ausführungsformen, mit welchen die jeweiligen Befestigungsmittel am oder im Blechpaket und/oder am oder im jeweiligen Kurzschlussring befestigbar sind. Conceivable are various embodiments with which the respective fastening means can be fastened on or in the laminated core and / or on or in the respective short-circuit ring.
So ist es gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors denkbar, dass ein jeweiliges Befestigungsmittel durch Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss am oder im Blechpaket angebracht ist, insbesondere in lösbarer Art und Weise. Thus, it is conceivable according to a development of the rotor according to the invention that a respective fastening means is attached by form, force and / or material connection on or in the laminated core, in particular in a detachable manner.
Ferner ist es alternativ oder zusätzlich denkbar, dass ein jeweiliges Befestigungsmittel durch Form-, Kraft- und/oder Stoffschluss am oder im jeweiligen Kurzschlussring angebracht ist, insbesondere in lösbarer Art und Weise. Furthermore, it is alternatively or additionally conceivable that a respective fastening means by form, force and / or material connection is attached to or in the respective short-circuit ring, in particular in a detachable manner.
Um eine besonders hohe Stabilität des erfindungsgemäßen Rotors zu erreichen und insbesondere die mechanische Integrität des Blechpaketes nicht zu schwächen, ist es bei einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors vorgesehen, dass ein jeweiliges Befestigungsmittel tangential zwischen zwei Stäben des Kurzschlusskäfigs oder zwischen zwei Nuten des Blechpakets zur Aufnahme von Stäben angeordnet und angebracht ist. In order to achieve a particularly high stability of the rotor according to the invention and in particular not to weaken the mechanical integrity of the laminated core, it is provided in another advantageous embodiment of the rotor according to the invention that a respective fastening means tangentially between two rods of the short-circuit cage or between two grooves of the laminated core Recording of rods arranged and attached.
Besonders einfache geometrische Verhältnisse sowie Herstellungs- und Montageprozesse mit geringem Aufwand ergeben sich dann, wenn ein jeweiliges Befestigungsmittel ein Bolzen und insbesondere, eine Schraube, ein Niet ist oder aufweist. Particularly simple geometric conditions and manufacturing and assembly processes with little effort arise when a respective fastening means is a bolt and in particular, a screw, a rivet or has.
Alternativ oder zusätzlich zu bolzenartigen und einem jeweiligen Kurzschlussring durchdringenden Befestigungsmitteln kann bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors auch eine Spannscheibe ausgebildet sein, durch welche das Blechpaket an einer die Rotorachse definierenden Rotorwelle gehaltert oder fixiert wird und bei welcher ein jeweiliges Befestigungsmittel als eine Komponente der Spannscheibe ausgebildet ist, insbesondere nach Art eines Stützelementes und/oder in mit der Spannscheibe materialeinstückiger Form. Alternatively or in addition to bolt-like fastening means penetrating a respective short-circuit ring, in a further development of the rotor according to the invention a tensioning disk can also be formed by which the laminated core is held or fixed to a rotor shaft defining the rotor axis and in which a respective fastening means is formed as a component of the tensioning disk is, in particular in the manner of a support element and / or in with the clamping disc materialeinstückiger shape.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, weil bei vielen herkömmlichen Ausführungsformen eines Rotors für eine Asynchronmaschine ohnehin eine Spannscheibe zum Haltern oder Fixieren des Blechpaketes an der Rotorwelle vorzusehen ist. In diesem Fall lässt sich durch die erfindungsgemäße Weiterbildung, insbesondere also durch Ausbilden einer Spannscheibe mit einem Befestigungsmittel, zum Beispiel nach Art eines Stützelementes, ein herkömmlicher Rotor gegebenenfalls einfach durch Wechseln oder Weiterbilden der Spannscheibe nachrüsten. This is particularly advantageous because in many conventional embodiments of a rotor for an asynchronous machine anyway a clamping plate for holding or fixing the laminated core is provided on the rotor shaft. In this case, by means of the development according to the invention, in particular by forming a clamping disk with a fastening means, for example in the manner of a supporting element, a conventional rotor can optionally be retrofitted simply by changing or further developing the clamping disk.
Das erfindungsgemäße Konzept zur Weiterbildung eines Rotors für eine Asynchronmaschine ermöglicht auch die Integration von Wuchtmassen, also ein inhärentes Auswuchten des erfindungsgemäßen Rotors der Asynchronmaschine. The inventive concept for further development of a rotor for an asynchronous machine also allows the integration of balancing masses, ie an inherent balancing of the rotor of the asynchronous machine according to the invention.
Dazu kann es gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Rotors vorgesehen sein, dass an einem jeweiligen Befestigungsmittel eine Wuchtmasse ausgebildet und/oder – insbesondere lösbar – anbringbar ist, insbesondere nach Art einer Wuchtscheibe, und dass dadurch die Massenverteilung des Rotors um die Rotorachse und deren Symmetrie anpassbar sind. For this purpose, according to an advantageous development of the rotor according to the invention, it may be provided that a balancing mass is formed on a respective fastening means and / or attachable, in particular releasably, in particular in the manner of a balancing disk, and thereby the mass distribution of the rotor about the rotor axis and its symmetry are customizable.
Die Stäbe des Kurzschlusskäfigs können einen gegossenen und/oder gefügten Aufbau aufweisen. The rods of the short-circuit cage may have a cast and / or assembled construction.
Auf Grund der Möglichkeit der flexibleren Materialwahl bei den Materialien der Stäbe des Kurzschlusskäfigs einerseits und der Kurzschlussringe andererseits ist es möglich, dass das Material der Stäbe des Kurzschlusskäfigs als erstes Material eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweist als das eines Kurzschlussringes als zweites Material. Due to the possibility of more flexible choice of materials in the materials of the rods of the short-circuit cage on the one hand and the shorting rings on the other hand, it is possible that the material of the rods of the short-circuit cage as the first material has a higher electrical conductivity than that of a short-circuit ring as the second material.
Alternativ oder zusätzlich kann das zweite Material eine höhere mechanische Festigkeit und/oder Stabilität aufweisen als das erste Material. Alternatively or additionally, the second material may have a higher mechanical strength and / or stability than the first material.
Dabei kann eine geschickte Auswahl der Materialien in Kombination miteinander sowohl die elektrischen Eigenschaften als auch die mechanische Integrität des erfindungsgemäßen Rotors insgesamt verbessern. In this case, a skilful selection of the materials in combination with each other can improve both the electrical properties and the mechanical integrity of the rotor according to the invention.
So ist es denkbar, dass das erste Material und/oder das zweite Material ein Material aus der Gruppe ist, die aufweist Aluminium, Kupfer, Silber und deren Legierungen, und insbesondere das erste Material Kupfer oder eine Kupferlegierung ist oder aufweist und das zweite Material Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist oder aufweist. Thus, it is conceivable that the first material and / or the second material is a material from the group comprising aluminum, copper, silver and their alloys, and in particular the first material is or comprises copper or a copper alloy and the second material is aluminum or an aluminum alloy is or has.
Auch verfahrenstechnisch bietet der erfindungsgemäße Aufbau des Rotors Vorteile, insbesondere hinsichtlich der Herstellung und/oder der Montage des erfindungsgemäßen Rotors. Also procedurally, the structure of the rotor according to the invention offers advantages, in particular with regard to the production and / or assembly of the rotor according to the invention.
Durch das Vorsehen einer Halteeinrichtung mit der Möglichkeit des axialen Halterns oder Fixieren eines jeweiligen Kurzschlussringes gegen eine Stirnseite des Blechpaketes des Rotors ist es auf besonders einfache Art und Weise möglich, Blechpaket, Rotorwelle und Kurzschlusskäfig mit den Kurzschlussringen miteinander als Einheit zu montieren. By providing a holding device with the possibility of axial holding or fixing a respective short-circuit ring against an end face of the laminated core of the rotor, it is possible in a particularly simple manner to mount laminated core, rotor shaft and short-circuit cage with the shorting rings together as a unit.
Die Montage kann weiter vereinfacht werden, wenn für die Montage die Befestigungsmittel für die Halteeinrichtung in Form herkömmlicher Schrauben, Bolzen oder Nieten verwendet werden. Dabei lassen sich dann herkömmliche Montageverfahren in vorteilhafter Weise - gegebenenfalls automatisiert - einbringen. The assembly can be further simplified if the fastening means for the holding device in the form of conventional screws, bolts or rivets are used for the assembly. In this case, conventional assembly methods can then advantageously be introduced - if appropriate automated.
Gleichzeitig ist die Möglichkeit eines so genannten Wuchtkonzeptes gegeben, indem nämlich beim Aufbau und der Montage durch gegebenenfalls anzubringende zusätzliche Wuchtmassen eine Symmetrie der Masseverteilung des Rotors um die Rotorwelle und mithin um die Rotorachse auf einfache Weise erreicht wird, z.B. durch den Einsatz entsprechend modifizierter Befestigungsmittel. At the same time, the possibility of a so-called balancing concept is given, namely by symmetry of the mass distribution of the rotor around the rotor shaft and thus around the rotor axis is achieved in a simple manner during assembly and assembly by optionally applied additional balancing masses, e.g. through the use of appropriately modified fasteners.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Asynchronmaschine, insbesondere für den Antrieb eines Fahrzeuges, geschaffen. Die erfindungsgemäße Asynchronmaschine umfasst einen Rotor und einen Stator, wobei der Rotor den erfindungsgemäßen Aufbau besitzt. According to a further aspect of the present invention, an asynchronous machine, in particular for the drive of a vehicle, is provided. The asynchronous machine according to the invention comprises a rotor and a stator, wherein the rotor has the structure according to the invention.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung auch ein Fahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug und/oder ein Hybridfahrzeug, welches einen Antrieb mit einer erfindungsgemäß ausgestalteten Asynchronmaschine aufweist. Furthermore, the present invention also provides a vehicle, in particular a passenger vehicle and / or a hybrid vehicle, which has a drive with an asynchronous machine designed according to the invention.
Die erfindungsgemäße Asynchronmaschine kann auch bei beliebigen anderen Vorrichtungen als Antrieb und/oder als Generatorkomponente eingesetzt werden, z.B. bei Arbeits- oder Werkzeugmaschinen, insbesondere bei einer Kreissäge, bei Pumpen, z.B. Wasserpumpen, bei Wasser- und Windgeneratoren und dergleichen. The asynchronous machine according to the invention can also be used in any other devices as a drive and / or as a generator component, e.g. in working or machine tools, in particular in a circular saw, in pumps, e.g. Water pumps, water and wind generators and the like.
Kurzbeschreibung der Figuren Brief description of the figures
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen: Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description and the figures. Show it:
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form von einander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen. The illustrated features and other properties can be isolated in any form of each other and combined with each other, without departing from the gist of the invention.
Der Rotor selbst besteht neben der Rotorwelle
Die Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Asynchronmaschinen
Bei der Ausführungsform gemäß
Auf Grund der mechanischen Stabilisierung der ersten und zweiten Kurzschlussringe
Es ist erfindungsgemäß insbesondere nicht mehr notwendig, die Stäbe
Bei der Explosionsdarstellung gemäß
Die Montagelöcher befinden sich auf einem ersten Anordnungskreis
Die Rotorachse
Wie bei der Ausführungsform gemäß
Die
Bei der Ausführungsform gemäß
Ferner ist zu erwähnen, dass – wie bei den bisherigen und nachfolgenden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Rotors
Es ist zu erkennen, dass die Halteeinrichtung
Der erste Anordnungskreis
Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Bei der Ausführungsform gemäß
Um die mechanische Integrität des Kurzschlussringes
Bei der Ausführungsform gemäß
Die Ausgestaltungsformen gemäß den
Das Konzept der Spannscheibe
Der herkömmliche Rotor
Bei der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotors
In der schematischen Darstellung der
Die erfindungsgemäße Asynchronmaschine
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Der Rotor
The
Beim Herstellen von Asynchronrotoren
Die – ggf. gegossenen – Läuferstäbe
Durch eine Substitution beim Druckgussverfahren von Aluminium durch einen anderen geeigneten Werkstoff mit höherem Leitwert wie z.B. Kupfer kann der Wirkungsgrad einer Asynchronmaschine
Nachteilig wirkt sich hierbei ggf. der höhere Materialpreis von Kupfer aus. Aus Kosten- und Festigkeitsgründen empfiehlt es sich, außerhalb der Leiternuten
Denkbar sind Hybridläufer. Bei diesen werden die Nuten
Bei hohen Drehzahlen oder großen Rotordurchmesser sind die an den axialen Enden, insbesondere an den Stirnflächen
Anhand von Simulationen und Experimenten ist ein Abheben des Kurzschlussringes
Möglich ist der Einsatz von Stützringen aus mechanisch stabilen Materialien, welche die Fliehkräfte des Kurschlussrings
Dabei bestehen folgende Nachteile:
- – Bei geklebten Stützringen muss der Klebstoff in einem separaten Fertigungsschritt auf eine speziell zum Kleben aufbereitete Fläche aufgebracht werden. Zusätzlich kommt es durch die Aushärtedauer des Klebers zu Verzögerungen im Fertigungsprozess. Klebestellen können als Schwachstellen bei Temperaturbelastungen und Festigkeitsanforderungen gelten.
- – Bei geschweißten Stützringen ist die Materialauswahl für zu schweißende Werkstoffe begrenzt. Zum Schweißen ist ein separater Fertigungsschritt notwendig (Kosten für Schweißer oder Schweißroboter). Zusätzlich sind auf Grund der Wärmeeinbringung Materialverformungen und Spannungen denkbar. Durch die Schweißnähte können die Möglichkeiten der Wuchtpositionen am Rotor eingeschränkt werden.
- – Bei eingepassten Stützringen ist immer eine Presspassung notwendig. Somit muss sowohl der Kurzschlussring
32-1 ,32-2 als auch der Stützring sehr genau gefertigt werden. Zum Fügen der Teile müssen diese häufig thermisch behandelt (kühlen, erhitzen) werden, dies ist kostenintensiv. - – Im Allgemeinen entsteht während der Fertigung eine
Unwucht im Rotor 10 , die auf ein tolerierbares Maß reduziert werden muss, damit derRotor 10 während des Betriebes nicht anfängt zu schwingen und nicht lokal höher beansprucht wird. Hierfür kann Material entfernt oder eingebracht werden. Die aktuellen Umsetzungen bieten hierfür keine direkte Umsetzung eines Wuchtkonzepts, das prozesssicher realisiert werden kann oder den Stützring nicht mechanisch schwächt.
- - For glued support rings, the adhesive must be applied in a separate production step to a surface specially prepared for gluing. In addition, the curing time of the adhesive causes delays in the production process. Splices can be seen as weak points in temperature and strength requirements.
- - For welded support rings, the material selection for materials to be welded is limited. For welding, a separate production step is necessary (costs for welders or welding robots). In addition, material deformations and stresses are conceivable due to the heat input. The welds can be used to limit the possibilities of the balancing positions on the rotor.
- - With fitted support rings, an interference fit is always necessary. Thus, both the short-circuit ring
32-1 .32-2 as well as the support ring are made very accurate. To join the parts, they often have to be thermally treated (cooled, heated), which is costly. - - In general, an imbalance develops in the rotor during
production 10 , which must be reduced to a tolerable level, so that therotor 10 does not start to oscillate during operation and is not subjected to higher loads locally. For this purpose, material can be removed or introduced. The current implementations do not offer a direct implementation of a balancing concept that can be implemented reliably or does not mechanically weaken the support ring.
Eine Möglichkeit ist das Stützen der Kurzschlussringe
Um auch bei hohen Drehzahlen die Fliehkräfte des Kurzschlussläufers
Die Schrauben oder Stifte befinden sich z.B. achsensymmetrisch auf einem Umfangkreis
Bevorzugt werden Schrauben oder Stifte zwischen zwei Nuten
Prinzipiell kommen zwei Fertigungsreihenfolgen in Betracht.
- – Mögliche Positionen der Befestigungsmittel, z.B. der Stifte oder Schrauben sind bereits
im Blechpaket 20 und am Kurzschlussring32-1 ,32-2 vorgesehen. - – Einbringen der Bohrungen
72 während der Fertigung durch beispielsweise Bohren, Fräsen oder dergleichen.
- - Possible positions of the fasteners, such as the pins or screws are already in the
laminated core 20 and at the short ring32-1 .32-2 intended. - - Introduce the
holes 72 during manufacture by, for example, drilling, milling or the like.
Die Umsetzung der Befestigungseinrichtung
Es können Wuchtgewichte
Die oben aufgeführten Grundgedanken der Erfindung können wie folgt umgesetzt werden: The above-mentioned principles of the invention can be implemented as follows:
(A) Fixierung mithilfe von Stiften bei einem gestapelten Blechpaket (A) Fixing with pins on a stacked laminated core
Im Falle eines Blechpakets
Alternativ kann auch ein Niet als Befestigungsmittel
(B) Fixierung mithilfe von Stiften oder Schrauben bei einem verbackenen Blechpaket (B) Fixation by means of pins or screws in a baked laminated core
Verbackene Blechpakete
Das Stützen der Kurzschlussringe
Zusätzlich kann dabei ein Wuchtkonzept an der geometrisch adaptierten Spannscheibe
Es stellen sich erfindungsgemäß folgende Vorteile ein. There are according to the invention the following advantages.
(I) Stützen der Kurzschlussringe/Endringe mithilfe von Schrauben oder Bolzen: (I) Support the shorting rings / end rings with screws or bolts:
-
– Im Gegensatz zum herkömmlichen Stützring muss der Kurzschlussring
32-1 ,32-2 nicht exakt auf Maß gearbeitet werden (keine Passung). Dies spart Zeit und Kosten. - In contrast to the conventional support ring, the short-circuit ring32-1 .32-2 not exactly worked to measure (no fit). This saves time and costs. -
– Durch den Entfall der Stützringe und das Verwenden von genormten Schrauben oder Stifte als Befestigungsmittel
71 werden Kosten eingespart. - By eliminating the support rings and using standardized screws or pins as fasteners71 costs are saved. - – Kombination des Wucht- und Stützkonzepts. Dies spart Kosten. - Combination of the balancing and supporting concept. This saves costs.
- – Verarbeitung bei Raumtemperatur spart Zeit und Kosten. Keine thermischen Materialverformungen. - Processing at room temperature saves time and costs. No thermal material deformation.
(II) Stützen der Kurzschlussringe/Endringe mithilfe von Spannscheiben (II) Supporting the shorting rings / end rings with the aid of tensioning discs
-
– Im Gegensatz zum herkömmlichen Stützring muss der Kurzschlussring
32-1 ,32-2 nicht exakt auf Maß gearbeitet werden (keine Passung). Dies spart Zeit und Kosten. - In contrast to the conventional support ring, the short-circuit ring32-1 .32-2 not exactly worked to measure (no fit). This saves time and costs. -
– Kombination der axialen Fixierung des Blechpakets
20 mit dem Stützkonzept. Dies spart Kosten. - Combination of the axial fixation of thelaminated core 20 with the support concept. This saves costs. - – Kombination des Wucht- und Stützkonzepts möglich. Dies spart Kosten. - Combination of the balancing and supporting concept possible. This saves costs.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Fahrzeug vehicle
- 2 2
- Chassis chassis
- 3 3
- Räder bikes
- 10 10
- Rotor rotor
- 10‘ 10 '
- herkömmlicher Rotor conventional rotor
- 11 11
- Rotorachse rotor axis
- 12 12
- Rotorwelle rotor shaft
- 20 20
- Blechpaket laminated core
- 21 21
- Nut, Ausnehmung Groove, recess
- 22 22
-
Stirnseite des Blechpaketes
20 Front side of thelaminated core 20 - 30 30
- Kurzschlusskäfig Squirrel cage
- 31 31
- Stab Rod
- 31-1 31-1
- (erstes) Ende/Stabende (first) end / end of bar
- 31-2 31-2
- (zweites) Ende/Stabende (second) end / end of the bar
- 32-1 32-1
- (erster) Kurzschlussring/Endring (first) shorting ring / end ring
- 32-2 32-2
- (zweiter) Kurzschlussring/Endring (second) shorting ring / end ring
- 35 35
-
Anordnungskreis der Stäbe
31 Arrangement ofbars 31 - 36 36
-
Anordnungskreis der Befestigungseinrichtung
70 oder der Bolzenelemente71 Arrangement circle of the fastening device70 or the bolt elements71 - 37 37
-
Stirnseite Kurzschlussring
32-1 ,32-2 Front side short-circuit ring32-1 .32-2 - 38 38
-
Anschlagsseite/Befestigungsseite Kurzschlussring
32-1 ,32-2 Stop side / attachment side Short circuit ring32-1 .32-2 - 40 40
- Stator stator
- 41 41
- Lager camp
- 50 50
- Asynchronmaschine asynchronous
- 70 70
- Halteeinrichtung, Befestigungseinrichtung Holding device, fastening device
- 71 71
- Befestigungselement fastener
- 71-1 71-1
- Bolzenelement, Bolzen Bolt element, bolt
- 71-2 71-2
- Kopf head
- 71-3 71-3
- Gewinde, Gewindebereich Thread, thread area
- 72 72
- Montageloch, Befestigungsloch Mounting hole, mounting hole
- 73-1 73-1
- Wuchtscheibe balancing disk
- 73-2 73-2
- Wuchtmasse balancing mass
- 74-1 74-1
- Hülse shell
- 74-2 74-2
- Spalt gap
- 75 75
- Spannscheibe tensioning pulley
- 75-1 75-1
-
Stirnseite Spannscheibe
75 ,75‘ Frontside clamping disc 75 .75 ' - 75-2 75-2
-
Anschlagsseite Spannscheibe
75 ,75‘ Stopside clamping disc 75 .75 ' - 75-3 75-3
-
Außenumfangsseite Spannscheibe
75 ,75‘ Outer peripheralside clamping disc 75 .75 ' - 75‘ 75 '
- herkömmliche Spannscheibe conventional clamping disc
- 76 76
- Stützelement support element
- 80 80
- Antrieb drive
- 81 81
- Batterie battery
- 82 82
- Steuer-/Kommunikationsleitung Control / communication line
- 83 83
- Steuer-/Kommunikationsleitung Control / communication line
- 84 84
- Steuer-/Kommunikationsleitung Control / communication line
- 85 85
- Antriebsstrang powertrain
- 86 86
- Versorgungsleitung supply line
- 90 90
- Steuereinheit control unit
Claims (12)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015226156.5A DE102015226156A1 (en) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | Rotor, asynchronous machine and vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015226156.5A DE102015226156A1 (en) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | Rotor, asynchronous machine and vehicle |
Publications (1)
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Family Applications (1)
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DE102015226156.5A Pending DE102015226156A1 (en) | 2015-12-21 | 2015-12-21 | Rotor, asynchronous machine and vehicle |
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---|---|
DE (1) | DE102015226156A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2020151870A1 (en) * | 2019-01-24 | 2020-07-30 | Audi Ag | Rotor for an electric motor |
DE102023203320A1 (en) | 2023-04-12 | 2024-10-17 | Volkswagen Aktiengesellschaft | rotor of an electrical machine |
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-
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- 2015-12-21 DE DE102015226156.5A patent/DE102015226156A1/en active Pending
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