DE102019113262A1

DE102019113262A1 - Verfahren zur herstellung eines induktionsrotors

Info

Publication number: DE102019113262A1
Application number: DE102019113262.2A
Authority: DE
Inventors: John S. Agapiou; Thomas A. Perry
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-09-25
Filing date: 2019-05-20
Publication date: 2020-03-26
Also published as: CN110943583B; CN110943583A; US20200099280A1; US10958144B2

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Induktionsrotors beinhaltet das Platzieren eines Laminierungsstapels in eine Vorrichtung, bei der das erste Ende des Laminierungsstapels in einer entgegengesetzten Drehrichtung vom zweiten Ende des Laminierungsstapels gedreht wird, um die Leiterstäbe in einen Winkel α zu schieben. Vertikale Elemente sind an einem äußeren Umfang jedes der Vielzahl von Laminaten des Laminierungsstapels befestigt. Reifenelemente sind an jedem der Vielzahl von vertikalen Elementen und einer Außenkante jedes der Vielzahl von Leiterstäben befestigt. An jedem der Enden des Laminierungsstapels ist ein Leitungsring befestigt. Ein äußerer Umfang des Laminierungsstapels wird bearbeitet, um die Vielzahl der vertikalen Elemente und die Vielzahl der Reifenelemente vom Laminierungsstapel zu entfernen.

Description

EINFÜHRUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf die Herstellung von Induktions-Elektromotoren und insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung von Induktionsrotoren.
Die Entwicklung von Induktionsrotoren für den Einsatz in Induktions-Elektromotoren hat ergeben, dass die Einbeziehung von Leiterstäben, die einen Schrägwinkel oder Winkel zur Drehachse des Motors aufweisen, für eine korrekte und gleichmäßige Drehmomentabgabe aus dem Motor von Vorteil sein kann. Allerdings waren traditionelle Herstellungsverfahren nicht in der Lage, erstens den Schrägwinkel im Induktionsrotor konsequent einzustellen und zweitens den Schrägwinkel nach Abschluss des Herstellungsprozesses aufrechtzuerhalten. Durch die Spannungsrelaxation nach dem Gießen oder Fügen des Induktionsrotors kommt es zu erheblichen Schrägwinkelschwankungen.
Dementsprechend besteht ein Bedarf an einem verbesserten Prozess zur Herstellung von Induktionsrotoren mit minimalen Schrägwinkelschwankungen, die sich über die gesamte Lebensdauer des in Betrieb befindlichen Induktionsmotors erhalten.
BESCHREIBUNG
Die vorliegende Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines Induktionsrotors. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Laminierungsstapels mit einer Vielzahl von Laminaten und einer Vielzahl von Leiterstäben. Der Laminierungsstapel weist ein erstes Ende und ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende auf. An sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Enden des Laminierungsstapels ist ein Haltering angebracht. Der Laminierungsstapel wird in eine Vorrichtung eingelegt. Das erste Ende des Laminierungsstapels wird in entgegengesetzter Drehrichtung vom zweiten Ende des Laminierungsstapels gedreht, um die Leiterstäbe in einen Winkel α zu schieben. Eine Vielzahl von vertikalen Elementen ist an einem äußeren Umfang jedes der Vielzahl von Laminaten des Laminierungsstapels befestigt. Eine Vielzahl von Reifenelementen (Umfangselementen) ist an jedem der Vielzahl von vertikalen Elementen und einem äußeren Rand (einer Außenkante) jedes der Vielzahl von Leiterstäben befestigt. An sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Enden des Laminierungsstapels ist ein Leitungsring befestigt. Ein äußerer Umfang des Laminierungsstapels wird bearbeitet, um die Vielzahl der vertikalen Elemente und die Vielzahl der Reifenelemente vom Laminierungsstapel zu entfernen.
In einem Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist der Laminierungsstapel vorgesehen, wobei jedes der Laminate der Vielzahl von Laminaten eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die gleichmäßig an einem äußeren Umfang der Laminate beabstandet sind und eine Vielzahl von länglichen Nuten bilden, und einer der Vielzahl von Leiterstäben in jeder der länglichen Nuten der Vielzahl von länglichen Nuten angeordnet ist.
In einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist der Haltering in einer Nut installiert, die durch eine Kerbe an einer Innenkante jedes der Vielzahl von Leiterstäben an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels gebildet ist.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist der Haltering in einer Nut installiert, die durch eine Kerbe an einer Außenkante jedes der Vielzahl von Leiterstäben an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels gebildet ist.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Vielzahl der vertikalen Elemente mit dem äußeren Umfang der Vielzahl der Laminate des Laminatstapels verschweißt.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Vielzahl der Reifenelemente mit der Vielzahl der vertikalen Elemente und den Außenkanten der Vielzahl der Leiterstäbe verschweißt.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung sind die Leitungsringe an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Lamellenstapels befestigt, indem an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Lamellenstapels durch ein Überformgussverfahren ein Leitungsring gebildet wird.
In noch einem weiteren Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist der Leitungsring an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Lamellenstapels durch Schweißen oder Löten des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Lamellenstapels befestigt.
Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Veranschaulichung und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung von Induktionsrotoren nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung beschreibt;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3A ist eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
3B ist eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4A ist eine Seitenansicht eines Leiterstabs für einen Induktionsrotor nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
4B ist eine Seitenansicht eines Leiterstabs für einen Induktionsrotor nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors, der in einer Fertigungsvorrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung gehalten wird;
6 ist eine perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine partielle perspektivische Ansicht eines teilweise montierten Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
8 ist eine perspektivische Ansicht eines Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung;
9 ist eine Draufsicht auf einen Induktionsrotor nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
10 ist eine perspektivische Ansicht eines Induktionsrotors nach den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung.

BESCHREIBUNG
Beispiele der vorliegenden Offenbarung bieten vorteilhaft ein Verfahren zur Herstellung eines Induktionsrotors für einen Induktions-Elektromotor. Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei sich ähnliche Bezugszeichen auf ähnliche Komponenten beziehen, ist 1 ein Flussdiagramm, das die Schritte eines Verfahrens 100 zur Herstellung eines Induktionsrotors gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt. Das Verfahren 100 wird nun anhand des Flussdiagramms von 1 in Abstimmung mit den 2-10 beschrieben, welche verschiedene Stufen der Montage des Induktionsrotors nach bestimmten Schritten des Verfahrens 100 veranschaulichen. So beinhaltet beispielsweise der erste Schritt 102 des Verfahrens 100 das Zusammenfügen einer Vielzahl von Laminaten 14 mit einer Vielzahl von Leiterstäben 16, wie in 2 dargestellt. Insbesondere wird die Vielzahl der Laminate 14 zu einem Laminierungsstapel 18 geformt, der Schlitze 20 beinhaltet, in denen einer der Vielzahl der Leiterstäbe 16 angeordnet ist. Die Leiterstäbe 16 sind gleichmäßig über den Umfang des Laminierungsstapels 18 verteilt.
Unter Bezugnahme nun auf 3A, 3B, 4A und 4B mit weiterem Bezug auf 1 werden in einem zweiten Schritt 104 des Verfahrens 100 der Laminierungsstapel 18 und die Leiterstäbe 16 in einer Rotoranordnung unter Verwendung eines ersten Halterings 22 und eines zweiten Halterings 24 miteinander verbunden. Der erste Haltering 22 ist in einer Nut 26 angeordnet, die durch eine Vielzahl von Leiterstäben 16B mit einer ersten Kerbe 28 an der Innenkante 30 der Leiterstäbe 16B nahe jedem der Enden 32 der Leiterstäbe 16B gebildet ist. Die ersten Kerben 28 der Vielzahl der Leiterstäbe 16B richten sich aus, um die Nut 26 zu bilden, wenn sie mit dem Laminierungsstapel 18 montiert werden oder sind.
Alternativ ist der zweite Haltering 24 in einer Nut 34 angeordnet, die durch eine Vielzahl von Leiterstäbe 16A mit einer zweiten Kerbe 36 an der Außenkante 38 der Leiterstäbe 16A nahe jedem der Enden 40 der Leiterstäbe 16A gebildet ist. Die zweite Kerbe 36 der Vielzahl von Leiterstäbe 16A richtet sich aus, um die Nut 34 zu bilden, wenn sie mit dem Laminierungsstapel 18 montiert werden oder sind.
Ein dritter Schritt 106 des Verfahrens 100 platziert den zusammengesetzten Laminierungsstapel 18 in eine Vorrichtung 42, wie in 5 dargestellt. Die Vorrichtung 42 beinhaltet einen oberen Abschnitt 44 und einen unteren Abschnitt 46 mit jeweils einer Vielzahl von radial verlaufenden Elementen 48, die in den Spalten 50, welche zwischen den Enden 32, 40 der Leiterstäbe 16 geformt sind, angeordnet sind. Ein vierter Schritt 108 des Verfahrens 100 setzt den Schrägwinkel α der Leiterstäbe 16 in Bezug auf die Drehachse i des Laminierungsstapels 18 (wie in 6 dargestellt). Der obere Abschnitt 44 der Vorrichtung 42 dreht sich in der entgegengesetzten Richtung zum unteren Abschnitt 46 der Vorrichtung 42.
Ein fünfter Schritt 110 des Verfahrens 100 fixiert ein vertikales Element 52 an den einzelnen Laminaten des Laminierungsstapels 18. Das vertikale Element 52 wird vorzugsweise mit den Laminaten 14 verschweißt, jedoch können andere Möglichkeiten zur Befestigung des vertikalen Elements 52 an den Laminaten 14 in Betracht gezogen werden, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. So können beispielsweise die vertikalen Elemente 52 mit einem Klebstoff oder einer anderen Art der Metallverbindung an die Laminate 14 geklebt werden. In diesem fünften Schritt 110 werden mehrere vertikale Elemente 52 mit dem Laminierungsstapel 18 um den Umfang des Laminierungsstapels 18 verbunden. Das Ergebnis dieses fünften Schrittes ist in 7 dargestellt. Während 7 die Leiterstäbe veranschaulicht.
Ein sechster Schritt 112 des Verfahrens 100 fixiert eine Vielzahl von Reifenelementen 54 an den vertikalen Elementen 52 und den Leiterstäben 16. Auch hier ist das Schweißen die bevorzugte Metall-Fügetechnik im sechsten Schritt 112. Unter Bezugnahme auf 6 werden zwei Reifenelemente 54 verwendet, um den Laminierungsstapel 18 und die Leiterstäbe 16 dauerhaft an dem von der Vorrichtung 44 eingestellten Schrägwinkel α zu halten, jedoch können zusätzliche oder weniger Reifenelemente 54 an den vertikalen Elementen 52 und Leiterstäben 16 befestigt sein, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen, solange das Ergebnis des sechsten Schrittes 112 ein fest eingestellter Schrägwinkel α ist. Während 7 zeigt, dass der äußere Rand (die Außenkante) 38 des Leiterstabs 16 über den äußeren Umfang des Laminierungsstapels 18 hinausgeht, geht die Offenbarung davon aus, dass die Außenkante 38 der Leiterstäbe 16 knapp unter dem äußeren Umfang des Laminierungsstapels 18 liegen kann, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen.
Der siebte Schritt 114 des Verfahrens 100 entfernt den Laminierungsstapel 18 mit dem fest eingestellten Schrägwinkel α aus der Vorrichtung 44 und bereitet den Laminierungsstapel 18 auf den achten Schritt 116 der Installation von Leitungsringen 56 an jedem Ende 58 des Laminierungsstapels 18 vor. Für den achten Schritt 116 des Verfahrens 100, von mehreren Techniken, die zum Installieren oder Formen der Leitungsringe 56 auf den Laminierungsstapel 18 verwendet werden können, beinhalten die in dem vorliegenden Verfahren 100 berücksichtigten Techniken das Löten oder Schweißen der Leitungsringe 56 an die Enden der Leiterstäbe 16 (wie in den 9 und 10 dargestellt) oder das Gießen der Leitungsringe 56 an Ort und Stelle unter Verwendung eines Überformgießverfahrens (wie in 8 dargestellt). Das Überformgießverfahren beinhaltet das Platzieren des Laminierungsstapels 18 in einer Form oder Matrize und das Gießen einer Metalllegierung, vorzugsweise einer Aluminiumlegierung, in die Form, so dass die Leitungsringe 56 an jedem Ende 58 des Laminierungsstapels 18 verfestigen.
Unabhängig von der Technik, mit der die Leitungsringe 56 auf dem Laminierungsstapel 18 installiert oder geformt werden, beinhaltet der neunte Schritt 118 des Verfahrens das Entfernen der vertikalen Elemente 52 und der Reifenelemente 54 aus der fertigen Induktionsrotoranordnung 60. Eine Bearbeitungstechnik kann verwendet werden, um die vertikalen Elemente 52 und die Reifenelemente 54 zu trennen, was auch anderes Material vom äußeren Umfang 62 der Induktionsrotoranordnung 60 entfernen kann, um eine bestimmte Abmessung zu erreichen.
Während Beispiele ausführlich beschrieben wurden, werden diejenigen, die mit der Technik, auf die sich diese Offenbarung bezieht, vertraut sind, verschiedene alternative Designs und Beispiele für die Anwendung der offenbarten Struktur im Rahmen der beigefügten Ansprüche erkennen.

Claims

Es wird folgendes beansprucht:
Verfahren zur Herstellung eines Induktionsrotors, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Laminierungsstapels, der eine Vielzahl von Laminaten und eine Vielzahl von Leiterstangen umfasst, wobei der Laminierungsstapel ein erstes Ende und ein zweites Ende gegenüber dem ersten Ende aufweist; Anbringen eines Halterings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels; Platzieren des Laminierungsstapels in einer Vorrichtung; Drehen des ersten Endes des Laminierungsstapels in einer entgegengesetzten Drehrichtung vom zweiten Ende des Laminierungsstapels, um die Leiterstäbe in einen Winkel α zu schieben; Befestigen einer Vielzahl von vertikalen Elementen an einem ersten äußeren Umfang jedes der Vielzahl von Laminaten des Laminierungsstapels; Befestigen einer Vielzahl von Reifenelementen an jedem der Vielzahl von vertikalen Elementen und einer Außenkante von jedem der Vielzahl von Leiterstäben; Befestigen eines Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels; Bearbeiten eines zweiten äußeren Umfangs des Laminierungsstapels, um die Vielzahl der vertikalen Elemente und die Vielzahl der Reifenelemente vom Laminierungsstapel zu entfernen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bereitstellen des Laminierungsstapels, der die Vielzahl von Laminaten und die Vielzahl von Leiterstäben umfasst, wobei der Laminierungsstapel das erste Ende und das zweite Ende gegenüber dem ersten Ende aufweist, ferner das Bereitstellen des Laminierungsstapels, der die Vielzahl von Laminaten und die Vielzahl von Leiterstäben umfasst, wobei der Laminierungsstapel das erste Ende und das zweite Ende gegenüber dem ersten Ende aufweist, und wobei jedes der Laminate der Vielzahl von Laminaten eine Vielzahl von Schlitzen aufweist, die gleichmäßig an einem äußeren Umfang der Laminate beabstandet sind, die eine Vielzahl von länglichen Nuten bilden, und einer der Vielzahl von Leiterstäben in jeder der länglichen Nuten der Vielzahl von länglichen Nuten angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anbringen des Halterings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels ferner das Anbringen des Halterings in einer Nut umfasst, die durch eine Kerbe an einer Innenkante jedes der Vielzahl von Leiterstäben an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anbringen des Halterings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels ferner das Anbringen des Halterings in einer Nut umfasst, die durch eine Kerbe an einer Außenkante jedes der Vielzahl von Leiterstäben an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befestigen der Vielzahl von vertikalen Elementen am äußeren Umfang der Vielzahl von Laminaten des Laminierungsstapels ferner das Befestigen der Vielzahl von vertikalen Elementen am äußeren Umfang der Vielzahl von Laminaten des Laminierungsstapels durch Schweißen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befestigen der Vielzahl von Reifenelementen an der Vielzahl von vertikalen Elementen und der Außenkante der Vielzahl von Leiterstäben ferner das Befestigen der Vielzahl von Reifenelementen an der Vielzahl von vertikalen Elementen und der Außenkante der Vielzahl von Leiterstäben durch Schweißen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befestigen des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels ferner das Befestigen des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels durch Bilden des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels durch ein Überformgussverfahren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Befestigen des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels ferner das Befestigen des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Laminierungsstapels durch Schweißen oder Löten des Leitungsrings an sowohl dem ersten Ende als auch dem zweiten Ende des Lamellenstapels umfasst.