DE102017205351A1 - Squirrel cage of an electrical asynchronous machine - Google Patents
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Abstract
Es sind schon Käfigläufer einer elektrischen Asynchronmaschine bekannt, die einen Kurzschlusskäfig aufweisen. Der Kurzschlusskäfig ist häufig aus Kupfer hergestellt. Nachteilig ist, dass die Festigkeit von Käfigläufern mit Kurzschlusskäfigen aus Kupfer oder Aluminium bei hohen Drehzahlen häufig nicht ausreichend ist. Zur Erhöhung der Festigkeit solcher Kurzschlussläufer werden dem Material des Kurzschlusskäfigs häufig Legierungsbestandteile zugesetzt, die zwar die Festigkeit erhöhen, jedoch die elektrische Leitfähigkeit des Kurzschlusskäfigs verringern. Dadurch tritt im Käfigläufer mehr Verlustenergie auf, die durch zusätzliche Kühlung abtransportiert werden muss.Der erfindungsgemäße Käfigläufer weist eine höhere Festigkeit, eine geringere Masse und geringere elektrische Verluste auf. Durch die höhere Festigkeit kann der Rotor bei höheren Drehzahlen betrieben werden. Durch die geringere Masse der Wicklung verringert sich das Trägheitsmoment des Käfigläufers, so dass eine höhere Dynamik der elektrischen Maschine erreichbar ist.Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kurzschlusskäfig (2) durch eine um den Käfigläufer (1) gewickelte elektrische Wicklung (3) gebildet ist, die Carbon-Nanotubes und/oder Graphenfasern umfasst.There are already known squirrel cage electrical asynchronous machine, which have a short-circuit cage. The short-circuit cage is often made of copper. The disadvantage is that the strength of cage rotors with short circuit cages made of copper or aluminum at high speeds is often insufficient. To increase the strength of such squirrel-cage rotors, alloying components are often added to the material of the short-circuit cage which, while increasing strength, reduce the electrical conductivity of the shorting cage. As a result, more energy dissipation occurs in the squirrel cage, which must be transported away by additional cooling. The squirrel cage rotor according to the invention has a higher strength, a lower mass and lower electrical losses. Due to the higher strength of the rotor can be operated at higher speeds. Due to the lower mass of the winding, the moment of inertia of the squirrel-cage rotor is reduced, so that a higher dynamics of the electric machine can be achieved. According to the invention, the short-circuit cage (2) is formed by an electrical winding (3) wound around the cage rotor (1) comprising carbon nanotubes and / or graphene fibers.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Käfigläufer einer elektrischen Asynchronmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to a squirrel cage rotor of an electric asynchronous machine according to the preamble of the main claim.
Es ist schon ein Käfigläufer einer elektrischen Asynchronmaschine aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Der erfindungsgemäße Käfigläufer mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass der Käfigläufer eine höhere Festigkeit und eine geringere Masse aufweist und dass im Käfigläufer geringere elektrische Verluste auftreten. Durch die höhere Festigkeit kann der Rotor bei höheren Drehzahlen betrieben werden. Durch die geringere Masse der Wicklung verringert sich das Trägheitsmoment des Käfigläufers, so dass eine höhere Dynamik der elektrischen Maschine erreichbar ist. Außerdem führt die geringere Masse des Käfigläufers zu einer geringeren mechanischen Belastung in den Rotorlagern. Durch die geringeren elektrischen Verluste stellt sich am Käfigläufer eine geringere Rotortemperatur ein, so dass der technische Aufwand zur Rotorkühlung verringert werden kann. Erfindungsgemäß werden diese Vorteile erreicht, indem der Kurzschlusskäfig durch eine um den Käfigläufer gewickelte elektrische Wicklung gebildet ist, die Carbon-Nanotubes und/oder Graphenfasern umfasst. Die Wicklung bildet erfindungsgemäß einen Kurzschlusskäfig und aufgrund ihrer hohen Zugfestigkeit zusätzlich eine Bandage zur mechanischen Verstärkung des Käfigläufers.The squirrel cage rotor according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the squirrel cage rotor has a higher strength and a lower mass and that lower electric losses occur in the cage rotor. Due to the higher strength of the rotor can be operated at higher speeds. Due to the lower mass of the winding, the moment of inertia of the cage rotor is reduced, so that a higher dynamics of the electric machine can be achieved. In addition, the lower mass of the squirrel cage leads to a lower mechanical load in the rotor bearings. Due to the lower electrical losses, a lower rotor temperature is established at the cage rotor, so that the technical outlay for rotor cooling can be reduced. According to the invention, these advantages are achieved by forming the short-circuit cage by means of an electrical winding wound around the squirrel cage and comprising carbon nanotubes and / or graphene fibers. The winding forms according to the invention a short circuit cage and due to their high tensile strength in addition a bandage for mechanical reinforcement of the squirrel cage.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Käfigläufers möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the main claim squirrel cage are possible.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung ist eine einzige Wicklung um den Käfigläufer herum gewickelt. Auf diese Weise sind alle Leiter des Kurzschlusskäfigs miteinander verbunden, so dass keine Leiter in einem zusätzlichen Fügeprozess miteinander verbunden werden müssen. Außerdem ist der Wickelprozess bei der Herstellung des Kurzschlusskäfigs besonders einfach.According to an advantageous embodiment, a single winding is wound around the squirrel cage. In this way, all the conductors of the short-circuit cage are connected to each other, so that no conductors must be connected together in an additional joining process. In addition, the winding process in the manufacture of the short-circuit cage is particularly simple.
Besonders vorteilhaft ist, wenn die Wicklung aus einem Carbon-Nanotubes und/oder Graphenfasern enthaltenden Garn oder einem Bündel von solchen Garnen gebildet ist. Insbesondere ist in der Wicklung ein Mindestanteil von 70, 80 oder 90 Prozent an Carbon-Nanotubes und/oder Graphenfasern vorgesehen.It is particularly advantageous if the winding is formed from a yarn containing carbon nanotubes and / or graphene fibers or a bundle of such yarns. In particular, a minimum proportion of 70, 80 or 90 percent of carbon nanotubes and / or graphene fibers is provided in the winding.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Käfigläufer an seinem Innenumfang und an seinem Außenumfang in axialer Richtung bezüglich einer Läuferachse verlaufende Nuten aufweist, in denen Leiterabschnitte der Wicklung vorgesehen sind. Auf diese Weise kann die Wicklung ähnlich wie bei einer Ringwicklung um den Käfigläufer herum gewickelt werden. Die Wicklung verläuft dabei zur Führung der Wicklung in den Nuten des Käfigläufers. Außerdem ragt die Wicklung dadurch am Innenumfang nicht in den Luftspalt hinein.It is furthermore advantageous if the squirrel cage has grooves running on its inner circumference and on its outer circumference in the axial direction with respect to a rotor axis, in which conductor sections of the winding are provided. In this way, the winding can be wound around the squirrel cage similar to a ring winding. The winding runs to guide the winding in the grooves of the squirrel cage. In addition, the winding does not protrude into the inner gap in the air gap.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die Wicklung derart auf den Käfigläufer aufgewickelt ist, dass benachbarte stirnseitige Leiterabschnitte der Wicklung V-förmig angeordnet sind. Durch die V-förmige Anordnung an den Stirnseiten des Käfigläufers wird ein Umlauf der Wicklung in Umfangsrichtung erreicht, wobei jeder Schenkel einer V-Anordnung mehrere Windungen der Wicklung umfasst. Auf diese Weise wird eine besonders hohe Festigkeit des Rotors erreicht.It is very advantageous if the winding is wound onto the squirrel cage such that adjacent end-side conductor sections of the winding are arranged in a V-shape. The V-shaped arrangement on the end sides of the squirrel cage revolves the winding in the circumferential direction, wherein each leg of a V-arrangement comprises a plurality of turns of the winding. In this way, a particularly high strength of the rotor is achieved.
Auch vorteilhaft ist, wenn an zumindest einer Stirnseite des Käfigläufers ein Kurzschlussring vorgesehen ist, der die stirnseitigen Leiterabschnitte der Wicklung elektrisch kontaktiert und von den stirnseitigen Leiterabschnitten der Wicklung gehalten ist. Auf diese Weise wird der Leiterquerschnitt der Wicklung an den Stirnseiten erhöht. Außerdem erhöht sich die Festigkeit des Kurzschlussrings, so dass der Rotor bei höheren Drehzahlen betrieben werden kann.It is also advantageous if a short-circuit ring is provided on at least one end face of the squirrel cage rotor, which electrically contacts the end-side conductor sections of the winding and is held by the end-side conductor sections of the winding. In this way, the conductor cross section of the winding is increased at the end faces. In addition, the strength of the short-circuit ring increases, so that the rotor can be operated at higher speeds.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn der Kurzschlussring aus einem Garn, einem Bündel von Garnen oder einem Flachband gebildet ist, wobei das Garn, das Bündel von Garnen oder das Flachband Carbon-Nanotubes oder Graphen-Fasern umfasst oder im wesentlichen, insbesondere mit einem Mindestanteil von 70,80 oder 90 Prozent, aus Carbon-Nanotubes oder Graphen-Fasern besteht.It is furthermore advantageous if the short-circuit ring is formed from a yarn, a bundle of yarns or a flat belt, wherein the yarn, the bundle of yarns or the flat belt comprises carbon nanotubes or graphene fibers or essentially, in particular with a minimum content of 70 , 80 or 90 percent, consists of carbon nanotubes or graphene fibers.
Darüber hinaus vorteilhaft ist, wenn die Wicklung derart gewickelt ist, dass der Käfigläufer in Bezug auf Fliehkräfte mechanisch stabiler ist. Dies wird erreicht, indem die Wicklung mit einem entsprechend starken Zug gewickelt ist.Moreover, it is advantageous if the winding is wound in such a way that the squirrel cage is mechanically more stable with respect to centrifugal forces. This is achieved by winding the winding with a correspondingly strong tension.
Vorteilhaft ist, wenn die elektrische Wicklung von einer Beschichtung, insbesondere einer Imprägnierung bedeckt oder umschlossen ist. Auf diese Weise wird die Wicklung vor äußeren mechanischen Einwirkungen geschützt. It is advantageous if the electrical winding is covered or enclosed by a coating, in particular an impregnation. In this way, the winding is protected from external mechanical effects.
Figurenlistelist of figures
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt eine dreidimensionale Ansicht des erfindungsgemäßen Käfigläufers und -
2 im Schnitt eine Asynchronmaschine mit dem erfindungsgemäßen Käfigläufer nach1 .
-
1 shows a three-dimensional view of the cage rotor according to the invention and -
2 in the section an asynchronous machine with the squirrel cage according to the invention1 ,
Beschreibung des AusführungsbeispielsDescription of the embodiment
Der Rotor bzw. Käfigläufer
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Kurzschlusskä
Die Wicklung
Der Käfigläufer
Die Wicklung
An zumindest einer Stirnseite des Käfigläufers
Die Wicklung
Die elektrische Wicklung
Der erfindungsgemäße Käfigläufer ist um die Läuferachse
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 10230006 A1 [0002]DE 10230006 A1 [0002]
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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DE102019214972A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Rotor, method of manufacturing the rotor and electrical machine |
Citations (1)
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DE10230006A1 (en) | 2002-07-04 | 2004-01-29 | Robert Bosch Gmbh | asynchronous |
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2017
- 2017-03-29 DE DE102017205351.8A patent/DE102017205351A1/en active Pending
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DE10230006A1 (en) | 2002-07-04 | 2004-01-29 | Robert Bosch Gmbh | asynchronous |
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DE102019214972A1 (en) * | 2019-09-30 | 2021-04-01 | Robert Bosch Gmbh | Rotor, method of manufacturing the rotor and electrical machine |
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