DE102018103108A1

DE102018103108A1 - Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten

Info

Publication number: DE102018103108A1
Application number: DE102018103108.4A
Authority: DE
Inventors: Chao-Chun Peng
Original assignee: CHENG CHANG MACHINE ELECTRONIC CORP
Current assignee: CHENG CHANG MACHINE ELECTRONIC CORP
Priority date: 2017-10-17
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2019-04-18
Also published as: CN108110922A; TW201917996A; US20190115809A1; JP2019075972A; TWI689156B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten, umfassend einen Schritt (100): Herstellen eines Magnetkerns (10), einen Schritt (200): Herstellen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20), einen Schritt (300) : axiales Stecken der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) in den Magnetkern (10), einen Schritt (400): Herstellen zweier Kurzschlussringe (30) im Gießverfahren und einen Schritt (500): Schleifen und Nacharbeiten der Kurzschlussringe (30). Mit den vorstehenden Schritten werden die elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) durch lokales Gießen miteinander verbunden und die Kurzschlussringe (30) einteilig gebildet, wobei die beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Kurzschlussringen auftretenden Probleme gelöst werden.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Gusstechnik, insbesondere ein Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten, welches Verfahren zur Herstellung eines Rotorkurzschlussrings verwendet wird.
Stand der Technik
Bei dem Betrieb eines Motors entsteht ein sich veränderndes Magnetfeld durch die Veränderung der Wechselstromphasen und in dem Rotor in der Mitte des Motors wird durch das sich verändernde Magnetfeld eine Spannung induziert, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Bei einem derartigen Rotor sind weder eine Aufwicklung von Spulen noch Kohlenbürsten erforderlich, sodass der Aufbau des Rotors sehr einfach ist. In den 5 und 6 ist ein Kurzschlussläufer eines (ein- und dreiphasigen) Induktionsmotors gezeigt, wobei in einen aus gestapelten Siliziumstahlblechen 911 gebildeten Magnetkern 91 elektrisch leitfähige Kupferplatten 92 (oder ein Kupferstab) gesteckt sind, wobei die beiden elektrisch leitfähigen Kupferplatten 92 mit einem Kurzschlussring verbunden sind, sodass ein Käfigläufer entsteht. Durch Induktion aufgrund des umgebenden, sich verändernden Magnetfeldes ergeben sich Turbulenzen und Magnetkräfte, wodurch der Kurzschlussläufer zum Drehen gebracht wird.
Nach dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrings 93 werden mehrere Kurzschlussring-Kupferscheiben 931 aufeinander gestapelt und auf das jeweilige von der Stirnseite des Magnetkerns 91 hervorstehende Distalende der elektrisch leitfähigen Kupferplatten 92 aufgesteckt. Mittels der Stecklöcher in den Kurzschlussring-Kupferscheiben 931 ist es möglich, die Kurzschlussring-Kupferscheiben 931 aufeinander zu stapeln und in einer bestimmten Dicke zusammenzulöten.
Jedoch hat das herkömmliche Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrings 93 den großen Nachteil, dass nicht alle Kurzschlussring-Kupferscheiben 931 dicht aneinander anliegen, sodass Spalten zwischen den nicht dicht aneinander anliegenden Kurzschlussring-Kupferscheiben 931 vorhanden sind. Zudem muss jede Kurzschlussring-Kupferscheibe 931 bei der Montage gelötet werden, wobei die benötigte Arbeitszeit durch den großen Arbeitswand verlängert wird, was für eine gewünschte hohe Arbeitsleistung und eine stabile Qualität ungünstig ist. So sind die Stückzahl und die Arbeitseffizienz bei dem herkömmlichen Verfahren verbesserungsbedürftig.
Zur Lösung der bekannten Probleme bei dem oben kurz beschriebenen, herkömmlichen Verfahren schlägt die taiwanesische Patentschrift TW 1539724 B vor, den Kurzschlussring und die elektrisch leitfähigen Kupferplatten im Gießverfahren einteilig zu bilden. Jedoch hat es sich bei der Ausführung herausgestellt, dass die Lehre dieser taiwanesischen Patentschrift nicht umsetzbar ist, weil der Schmelzpunkt der Siliziumstahlbleche 911 des Magnetkerns 91 weit niedriger als der Schmelzpunkt der elektrsch leitfähigen Kupferplatten 92 ist. Wenn das flüssige Gußmaterial aus Kupfer in den Magnetkern 91 gegossen wird, wird auf die Siliziumstahlbleche 911 des Magnetkerns 91 derart thermisch eingewirkt, dass sie sich verformen und nicht mehr brauchbar sind.
Nach dem Gießen des flüssigen Gußmaterials aus Kupfer in den Magnetkern 91 schmilzt die Kontaktfläche der Siliziumstahlbleche 911 des Magnetkerns 91, wodurch sich eine Vergasung ergibt, bei der Luftblasen entstehen . Dadurch kann die elektrische Leitfähigkeit beeinträchtigt werden. Die Luftblasen lassen sich nur durch Prüfen mit einer Präzisionseinrichtung erkennen. Beim Vorliegen von Luftblasen muss das Produkt als unbrauchbares Produkt aussortiert oder erneut verarbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten zu schaffen, wobei die bei dem herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Kurzschlussringen auftretenden Probleme durch lokales Gießen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gelöst werden.
Technische Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten umfasst folgende Schritte: Herstellen eines Magnetkerns, Herstellen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kupferplatten, Axiales Stecken der elektrisch leitfähigen Kupferplatten in den Magnetkern, Herstellen zweier Kurzschlussringe im Gießverfahren und Schleifen sowie Nacharbeiten der Kurzschlussringe. Mit den vorstehenden Schritten werden die elektrisch leitfähigen Kupferplatten durch lokales Gießen miteinander verbunden und die Kurzschlussringe einteilig gebildet, wobei die beim herkömmlichen Verfahren zur Herstellung von Kurzschlussringen auftretenden Probleme gelöst werden.
Figurenliste

1 zeigt einen Ablaufplan eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten,
2 zeigt eine erste schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 zeigt eine zweite schematische Darstellung des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 zeigt einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels aus 3,
5 zeigt eine schematische Darstellung des Aufbaus eines herkömmlichen mit Kurzschlussringen versehenen Rotors und
6 zeigt einen Ausschnitt des Rotors gemäß 5.

Detaillierte Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen beschränkt.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten Schritte 100 bis 500.
Schritt 100: Herstellen eines Magnetkerns. Mit einer Verarbeitungsmaschine (z.B. einer Prägepresse oder einer Schneidmaschine) wird eine Vielzahl von kreisrunden Siliziumstahlblechen 12 hergestellt, von denen jede eine durch die Ober- und Unterseite hindurch gehende Durchgangsöffnung 122 und eine Vielzahl von Verbindungslöchern 124 aufweist. Durch konzentrisches Stapeln der Siliziumstahlbleche 12 aufeinander wird ein säulenförmiger Magnetkern 10 gebildet.
Schritt 200: Herstellen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kupferplatten. Mit einer Verarbeitungsmaschine (z.B. einer Prägepresse oder einer Schneidmaschine) wird eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 hergestellt, die an das Profil der Verbindungslöcher 124 angepasst sind, wobei an den beiden Distalenden der jewieligen elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 jeweils eine durchgehende Führungsöffnung 22 angeordnet ist.
Schritt 300: Axiales Stecken der elektrisch leitfähigen Kupferplatten in den Magnetkern. Die elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 werden so in die entsprechenden Verbindungslöcher 124 des Magnetkerns 10 gesteckt, dass die beiden Distalenden (Führungslöcher 22) der jeweiligen elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 aus den beiden Axialenden des Magnetkerns 10 herausragen, wobei die herausragenden Teile im Folgenden herausragende Abschnitte 24 genannt werden.
Schritt 400: Herstellen zweier Kurzschlussringe im Gießverfahren. Eine Gussform (nicht dargestellt) wird eingesetzt, um die herausragenden Abschnitte 24 der elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 jeweils zu umhüllen und den Magnetkern 10 abzutrennen, sodass ein flüssiges Gussmaterial aus Kupfer in die Gussform gegossen werden kann, wobei das flüssige Gussmaterial aus Kupfer entlang den Kavitäten der Gussform mit den herausragenden Abschnitten 24 der elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 in Kontakt kommt, wodurch sich Kurzschlussringe 30 formen. Erfindungsgemäß kann das Schleudergießverfahren oder das Vakuumgießverfahren als Gießverfahren eingesetzt werden, wobei die elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 durch das flüssige Gussmaterial aus Kupfer lokal flüssig geschmolzen werden. Im Vorgang des Schmelzens wird die Oberfläche der herausragenden Abschnitte 24 durch die auf den herausragenden Abschnitten 24 angeordneten Führungsöffnungen 22 erheblich verkleinert, sodass vermieden wird, das die Temperatur des flüssigen Gussmaterials aus Kupfer durch Wärmeaustausch mit den elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 sinkt. Dabei werden die herausragenden Abschnitte 24 lokal flüssig geschmolzen und werden so mit dem flüssigen Gussmaterial aus Kupfer einteilig (nicht, dass die Oberfläche der herausragenden Abschnitte 24 lokal thermisch geschmolzen wird, sodass die herausragenden Abschnitte 24 umhüllt werden). Dies kann vermeiden, dass bei der aus dem lokalen thermischen Schmelzen resultierenden Umhüllung Spalten im Abkühlvorgang entstehen. Weiterhin konzentrieren sich die Luftblasen und Fremdkörper im flüssigen Gussmaterial aus Kupfer durch das Schleudern in Richtung des Außendurchmessers.
Der Schritt 400 umfasst ferner den Teilschritt „Herstellen mindestens eines Begrenzungsstabs im Gießverfahren“. Eine Gussform (nicht dargestellt) wird eingesetzt, um die herausragenden Abschnitte 24 der elektrisch leitfähigen Kupferplatten 20 jeweils zu umhüllen und den Magnetkern 10 abzutrennen. Zudem sind im Trennbereich Kanäle zur Verbindung der Kavitäten mit den Stirnseiten des Magnetkerns 10 vorbehalten, sodass ein Teil des flüssigen Gussmaterials aus Kupfer beim Herstellen der Kurzschlussringe im Gießverfahren gleichzeitig in die Kanäle fließt und mit den Stirnseiten des Magnetkerns 10 zusammengeschmolzen wird. Nach dem Abkühlen wird mindestens ein Begrenzungsstab zwischen den Kurzschlussringen und den Stirnseiten des Magnetkerns gebildet, wobei der Begrenzungsstab gegen die beiden axialen Stirnseiten des Magnetkerns drückt und dadurch eine Begrenzung bewirkt.
Schritt 500: Schleifen und Nacharbeiten der Kurzschlussringe. Die Außenumfangsfläche der ausgebildeten Kurzschlussringe 30 wird nachgearbeitet, indem Erhebungen auf der Oberfläche, Luftblasen oder Fremdkörper entfernt werden.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, solange der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht verlassen wird. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
Bezugszeichenliste

10: Magnetkern
12: Siliziumstahlblech
122: Durchgangsöffnung
124: Verbindungsloch
20: elektrisch leitfähige Kupferplatte
22: Führungsöffnung
24: herausragender Abschnitt
30: Kurzschlussring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

TW 1539724 B [0005]

Claims

Verfahren zur Zusammensetzung von Motorrotor-Kurzschlussringen und elektrisch leitfähigen Kupferplatten, das folgende Schritte umfasst: (a) Herstellen eines Magnetkerns (10), wobei der Magnetkern (10) aus einer Vielzahl von konzentrisch aufeinander gestapelten Siliziumstahlblechen (12) besteht, von denen jede eine Durchgangsöffnung (122) und eine Vielzahl von Verbindungslöchern (124) aufweist; (b) Herstellen einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20), wobei die elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) an das Profil der Verbindungslöcher (124) angepasst sind, und wobei die Länge der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) größer als die axiale Länge des Magnetkerns (10) ist; (c) Axiales Stecken der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) in den Magnetkern (10), wobei die elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) entsprechend in die Verbindungslöcher (124) des Magnetkerns (10) so gesteckt werden, dass die beiden Distalenden der jeweiligen elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) aus den beiden Axialenden des Magnetkerns (10) herausragen, wobei die herausragenden Teile herausragende Abschnitte (24) genannt werden; (d) Herstellen zweier Kurzschlussringe (30) im Gießverfahren, wobei eine Gussform eingesetzt wird, um die herausragenden Abschnitte (24) der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) jeweils zu umhüllen und den Magnetkern (10) abzutrennen, sodass ein flüssiges Gussmaterial aus Kupfer in die Gussform gegossen werden kann, wobei das flüssige Gussmaterial aus Kupfer entlang den Kavitäten der Gussform fließt und die herausragenden Abschnitte (24) lokal auf schmelzt, und wobei die Kurzschlussringe (30) nach einem Abkühlen entstehen; und (d) Schleifen und Nacharbeiten der Kurzschlussringe (30), wobei die Außenumfangsfläche der ausgebildeten Kurzschlussringe (30) nachgearbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (d) das Schleudergießverfahren als Gießverfahren eingesetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt (d) das Vakuumgießverfahren als Gießverfahren eingesetzt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (d) ferner den Teilschritt Herstellen mindestens eines Begrenzungsstabs im Gießverfahren (dl) umfasst, wobei dieser Schritt umfasst: eine Gussform wird eingesetzt, um die herausragenden Abschnitte (24) der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) jeweils zu umhüllen und den Magnetkern (10) abzutrennen, wobei im Trennbereich zudem Kanäle zur Verbindung der Kavitäten mit den Stirnseiten des Magnetkerns (10) vorgesehen sind, sodass ein Teil des flüssigen Gussmaterials aus Kupfer beim Herstellen der Kurzschlussringe im Gießverfahren gleichzeitig in die Kanäle fließt und zusammen mit den Stirnseiten des Magnetkerns (10) aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Distalenden der elektrisch leitfähigen Kupferplatten (20) jeweils eine durchgehende Führungsöffnung (22) angeordnet ist.