DE102018221887A1 - Process for fully encapsulating a rotor with a rotor winding for an electrical machine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vollverguss eines mit einer Rotorwicklung ausgebildeten Rotors (100) für eine elektrische Maschine, umfassend folgende Schritte:- Bereitstellen des vorgefertigten Rotors (100);- Bereitstellen wenigstens eines Verdrängungskörpers (200), der wenigstens einen durchgängigen Kanal (210) aufweist;- stehendes Anordnen des Rotors (100) und des Verdrängungskörpers (200) in einer Gussform (300);- Befüllen der Gussform (300) mit einer Vergussmasse, wobei die Vergussmasse durch den Kanal (210) des Verdrängungskörpers (200) in den unteren Bereich (330) der Gussform (300) eingeleitet wird und in der Gussform (300) aufsteigt.Die Erfindung betrifft ferner ein alternatives Verfahren, bei dem anstelle der Gussform (300) ein Gehäuse verwendet wird.The invention relates to a method for fully encapsulating a rotor (100) designed with a rotor winding for an electrical machine, comprising the following steps: - providing the prefabricated rotor (100); - providing at least one displacement body (200) which has at least one continuous channel (210 ); - standing arrangement of the rotor (100) and the displacement body (200) in a casting mold (300); - filling of the casting mold (300) with a casting compound, the casting compound passing through the channel (210) of the displacement body (200) the lower region (330) of the mold (300) is introduced and rises in the mold (300). The invention further relates to an alternative method in which a housing is used instead of the mold (300).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Vollverguss eines mit einer Rotorwicklung ausgebildeten Rotors für eine elektrische Maschine.The invention relates to a method for fully encapsulating a rotor formed with a rotor winding for an electrical machine.
Eine drehende elektrische Maschine, wie bspw. eine Synchronmaschine, weist einen feststehenden Stator, der auch als Ständer bezeichnet wird, und einen im Stator laufenden Rotor, der auch als Läufer bezeichnet wird, auf. Der Rotor ist je nach Bauprinzip mit Permanentmagneten oder einer Rotorwicklung versehen. Durch einen sogenannten Vollverguss des Rotors, bei dem vorhandene Hohlräume innerhalb der Rotorwicklung sowie zwischen der Rotorwicklung und einer Rotorwelle bzw. einem Rotorträger mit einer Vergussmasse ausgefüllt werden, können die Wärmeableitung und die mechanische Stabilität hinsichtlich dynamischer und statischer Belastungen optimiert werden.A rotating electrical machine, such as a synchronous machine, has a fixed stator, which is also referred to as a stator, and a rotor running in the stator, which is also referred to as a rotor. Depending on the construction principle, the rotor is provided with permanent magnets or a rotor winding. Through a so-called full encapsulation of the rotor, in which existing cavities within the rotor winding and between the rotor winding and a rotor shaft or a rotor carrier are filled with a casting compound, the heat dissipation and the mechanical stability can be optimized with regard to dynamic and static loads.
Die
Zum Stand der Technik wird außerdem noch auf die
Die erfindungsgemäßen Verfahren der Patentansprüche 1 und 2 ermöglichen einen einfachen und fehlstellenfreien Vollverguss eines mit Rotorwicklung versehenen Rotors für eine elektrische Maschine. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Verfahren aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.The inventive method of claims 1 and 2 enable a simple and defect-free full potting of a rotor provided with a rotor winding for an electrical machine. Advantageous further developments and refinements of the invention result analogously for both methods from the dependent patent claims, the following description of the invention and the drawing.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren zum Vollverguss eines mit einer Rotorwicklung ausgebildeten Rotors für eine elektrische Maschine weist zumindest die folgenden Schritte auf, die auch automatisiert ausgeführt werden können:
- - Bereitstellen eines vorgefertigten Rotors, der insbesondere eine Rotorwelle (bzw. einen Rotorträger) und einen drehfest auf der Rotorwelle gelagerten bzw. darauf angeordneten Rotorkörper mit einer Rotorwicklung aufweist;
- - Bereitstellen wenigstens eines Verdrängungskörpers (s. u.), der wenigstens einen durchgängigen Kanal aufweist;
- - stehendes Anordnen des Rotors und des Verdrängungskörpers in einer Guss- bzw. Vergussform;
- - Befüllen der Gussform mit einer Vergussmasse, wobei die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch in den unteren Bereich der Gussform eingeleitet wird bzw. einfließt und (dann) in der Gussform aufsteigt, sodass die Gussform mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird.
- - Providing a prefabricated rotor, which in particular has a rotor shaft (or a rotor carrier) and a rotor body with a rotor winding that is non-rotatably mounted or arranged on the rotor shaft;
- - Providing at least one displacement body (see below), which has at least one continuous channel;
- - Standing arrangement of the rotor and the displacer in a casting or casting mold;
- - Filling the casting mold with a casting compound, the casting compound being introduced or flowing through the channel of the displacement body into the lower region of the casting mold and (then) rising in the casting mold, so that the casting mold with the rotor arranged therein with the casting compound from below is filled.
Das erste erfindungsgemäße Verfahren kann ferner noch folgende Schritte aufweisen:
- - Aushärten (oder zumindest Anhärten) der Vergussmasse, bspw. durch Wärmezufuhr; und/oder
- - Entformen des vergossenen Rotors aus der Gussform, wozu die Gussform insbesondere mehrteilig ausgebildet ist.
- - hardening (or at least hardening) of the casting compound, for example by supplying heat; and or
- - De-molding of the cast rotor from the mold, for which purpose the mold is in particular made of several parts.
Das zweite erfindungsgemäße Verfahren weist zumindest die folgenden Schritte auf, die ebenso automatisiert ausgeführt werden können:
- - Bereitstellen des vorgefertigten Rotors (s. o.);
- - Bereitstellen wenigstens eines Verdrängungskörpers (s. u.), der wenigstens einen durchgängigen Kanal aufweist;
- - stehendes Anordnen des Rotors und des Verdrängungskörpers in einem Gehäuse;
- - Befüllen des Gehäuses mit einer Vergussmasse, wobei die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch in den unteren Bereich des Gehäuses eingeleitet wird bzw. einfließt und (dann) im Gehäuse aufsteigt, sodass das Gehäuse mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird.
- - Provision of the prefabricated rotor (see above);
- - Providing at least one displacement body (see below), which has at least one continuous channel;
- - Standing arrangement of the rotor and the displacer in a housing;
- - Filling the housing with a potting compound, the potting compound being introduced or flowing through the channel of the displacer into the lower region of the housing and (then) rising in the housing, so that the housing with the rotor arranged therein is filled with the potting compound from below becomes.
Beim zweiten erfindungsgemäßen Verfahren ist ein Entformen des vergossenen Rotors nicht vorgesehen, d. h., das Gehäuse wird als Rotorgehäuse ein Bestandteil des Rotors.In the second method according to the invention, demolding of the cast rotor is not provided; that is, the housing becomes part of the rotor as a rotor housing.
Beim erfindungsgemäßen Rotorverguss wird wenigstens ein Verdrängungskörper verwendet, der zusammen mit dem zu vergießenden Rotor in der Gussform bzw. in deren Vergussraum oder im Gehäuse bzw. in dessen Vergussraum angeordnet und dann quasi mit eingegossen wird. Durch Einbringen eines Verdrängungskörpers in den Vergussraum kann u. a. das Vergussvolumen reduziert und Vergussmasse eingespart werden (wie in der
Bei stehender Anordnung, d. h. die Rotorwelle ist vertikal ausgerichtet, müsste eine von oben in den Vergussraum eingegossene Vergussmasse durch die Wickellagen der Rotorwicklung fließen, was durch den Verdrängungskörper noch zusätzlich erschwert wird, sodass es zwangsläufig zu Fehlstellen (z. B. Lücken, Spalte, Blaseneinschlüsse und dergleichen) kommt. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Gussform bzw. das Gehäuse mit dem darin angeordneten Rotor von unten mit der Vergussmasse befüllt wird. Dieser Vorgang kann auch als steigende Füllung bezeichnet werden. Bei der steigenden Füllung werden dann die vorhandenen Hohlräume im Rotor, insbesondere innerhalb der Rotorwicklung sowie zwischen der Rotorwicklung und der Rotorwelle, nahezu fellerstellenfrei mit der Vergussmasse ausgefüllt (Rotorvollverguss). Als Vergussmasse wird insbesondere ein warm- oder kaltaushärtendes Harz verwendet (wie in der
Erfindungsgemäß wird die Vergussmasse allerdings nicht von unten zugeführt, was eine entsprechend aufwändige Gestaltung und Abdichtung der Gussform bzw. des Gehäuses erfordern würde, sondern über wenigstens einen Kanal eines Verdrängungskörpers. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Vergussmasse von oben bzw. am oberen Ende des Kanals zugeführt wird, durch den Kanal des Verdrängungskörpers hindurch nach unten fließt und am unteren Ende des Kanals austritt und in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird bzw. einfließt. Mit dem „unteren Bereich“ der Gussform bzw. des Gehäuses ist besonders der Gussformbodenbereich bzw. Gehäusebodenbereich gemeint, der sich insbesondere zwischen dem Gussformboden bzw. dem Gehäuseboden und dem in der Gussform bzw. im Gehäuse angeordneten Rotorkörper, genau genommen der unteren Rotorkörperstirnseite, erstreckt.According to the invention, however, the potting compound is not supplied from below, which would require a correspondingly complex design and sealing of the casting mold or the housing, but via at least one channel of a displacer. This means in particular that the potting compound is supplied from above or at the upper end of the channel, flows down through the channel of the displacer and exits at the lower end of the channel and is introduced into the lower area of the mold or housing flows in. The “lower region” of the casting mold or the housing means in particular the casting mold base region or housing base region, which extends in particular between the casting mold base or the housing base and the rotor body arranged in the casting mold or in the housing, strictly speaking the lower rotor body end face .
Die Erfindung sieht also vor, den ohnehin verwendeten Verdrängungskörper so zu gestalten, dass die Vergussmasse durch den Verdrängungskörper nach unten fließt und die Gussform bzw. das Gehäuse von unten füllt. Dafür können auch bereits vorhandene Gussformen verwendet werden. Die Gussform oder das Gehäuse kann ferner Mittel (womit wenigstens ein Mittel gemeint ist) aufweisen, die im unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen. Bevorzugt sind diese Mittel am Gussformboden bzw. Gehäuseboden angeordnet. Ein solches Mittel kann bspw. ein ringartiger Verteilungskanal sein (wie in der
Bevorzugt ist vorgesehen, dass das Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses unter Druck erfolgt, indem die Vergussmasse durch den Kanal des Verdrängungskörpers in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses gedrückt wird. Dies kann bspw. mithilfe einer Befülleinrichtung erfolgen (wie in der
Es können mehrere Verdrängungskörper vorgesehen sein, die sternartig bzw. sternförmig im Rotor, vorzugsweise im Rotorkörper, insbesondere sternartig um die Rotorwelle herum, angeordnet werden, wobei wenigstens zwei Verdrängungskörper mit (wenigstens) einem Kanal ausgebildet sind und beim Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses die Vergussmasse gleichzeitig durch diese (wenigsten zwei) Kanäle hindurch in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird. Dadurch kann die Füll- und Taktzeit reduziert werden.A plurality of displacement bodies can be provided, which are arranged in a star or star shape in the rotor, preferably in the rotor body, in particular in a star shape around the rotor shaft, at least two displacement bodies being formed with (at least) one channel and when filling the casting mold or the housing the casting compound is simultaneously introduced through these (at least two) channels into the lower region of the casting mold or the housing. This allows the filling and cycle times to be reduced.
Alternativ kann ein sternartig ausgebildeter Verdrängungskörper vorgesehen sein, der im Rotor, insbesondere im Rotorkörper, angeordnet wird, wobei dieser Verdrängungskörper mit wenigstens zwei Kanälen ausgebildet ist und beim Befüllen der Gussform bzw. des Gehäuses die Vergussmasse gleichzeitig über diese (wenigsten zwei) Kanäle hindurch in den unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eingeleitet wird. Dieser Verdrängungskörper kann ferner integrierte Mittel aufweisen, wie bspw. einen ringartigen Verteilungskanal, die im unteren Bereich der Gussform bzw. des Gehäuses eine Verteilung der Vergussmasse bewirken oder zumindest begünstigen. Bevorzugt ist dieser Verdrängungskörper einstückig ausgebildet.Alternatively, a star-shaped displacement body can be provided, which is arranged in the rotor, in particular in the rotor body, this displacement body being formed with at least two channels and, when filling the casting mold or the housing, the casting compound simultaneously through these (at least two) channels the lower area of the mold or the housing is introduced. This displacement body can also have integrated means, such as an annular distribution channel, which effect or at least favor distribution of the casting compound in the lower region of the casting mold or the housing. This displacement body is preferably formed in one piece.
Nachfolgend werden anhand der Zeichnung bevorzugte Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung näher erläutert. Die in den Figuren der Zeichnung gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
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1 zeigt schematisch in axialer Draufsicht einen zu vergießenden Rotor für eine elektrische Maschine. -
2 veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vollvergießen des Rotors aus1 in einer Gussform. -
3 veranschaulicht schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Vollvergießen des Rotors aus1 in einem Gehäuse.
-
1 shows schematically an axial plan view of a rotor to be cast for an electrical machine. -
2nd schematically illustrates a method according to the invention for fully encapsulating the rotor1 in a mold. -
3rd schematically illustrates a method according to the invention for fully encapsulating the rotor1 in one housing.
Der in
Für den Verguss wird der Rotor
Beim Befüllen der Gussform
Bei dem in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- DE 102007030963 A1 [0004, 0010]DE 102007030963 A1 [0004, 0010]
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