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Die Erfindung betrifft eine elektrische Maschine, etwa eine Asynchronmaschine. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine, der eine Erhöhung der zulässigen Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine ermöglicht.
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Ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine elektrische Maschine, z.B. eine Asynchronmaschine, zum Antrieb des Fahrzeugs. Eine elektrische Traktionsmaschine für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug weist bevorzugt eine möglichst hohe Leistungsdichte und einen möglichst hohen Wirkungsgrad bei möglichst geringen Kosten auf. Durch Erhöhung der Drehzahl einer elektrischen Maschine kann typischerweise die Leistungsdichte erhöht werden. Andererseits führt die erhöhte Drehzahl typischerweise zu einer erhöhten mechanischen Belastung der elektrischen Maschine.
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Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, einen Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine, bereitzustellen, der eine ausreichend hohe Bauteilfestigkeit aufweist, um eine erhöhte Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine (zur Erhöhung der Leistungsdichte der elektrischen Maschine) zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch den unabhängigen Anspruch gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen werden u.a. in den abhängigen Ansprüchen beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, dass zusätzliche Merkmale eines von einem unabhängigen Patentanspruch abhängigen Patentanspruchs ohne die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs oder nur in Kombination mit einer Teilmenge der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs eine eigene und von der Kombination sämtlicher Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs unabhängige Erfindung bilden können, die zum Gegenstand eines unabhängigen Anspruchs, einer Teilungsanmeldung oder einer Nachanmeldung gemacht werden kann. Dies gilt in gleicher Weise für in der Beschreibung beschriebene technische Lehren, die eine von den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche unabhängige Erfindung bilden können.
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Gemäß einem Aspekt wird ein (elektrisch leitfähiger) Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine, beschrieben. Der Kurzschlusskäfig kann für eine elektrische Maschine ausgebildet sein, die für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs bestimmt ist, z.B. mit einer elektrischen Leistung von 50kW oder mehr.
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Der Kurzschlusskäfig umfasst (elektrisch leitfähige) Endringe (in diesem Dokument auch als Kurzschlussringe bezeichnet), die ausgebildet sind, an den (beiden, gegenüberliegenden) Stirnflächen des Rotorkörpers des Rotors der elektrischen Maschine angeordnet zu werden. Insbesondere kann der Kurzschlusskäfig einen ersten Endring für eine erste Stirnfläche und einen zweiten Endring für eine zweite Stirnfläche des Rotorkörpers des Rotors aufweisen. Die beiden Stirnflächen des Rotorkörpers können entlang der Welle der elektrischen Maschine nebeneinander angeordnet sein. Insbesondere können die erste Stirnfläche an einer ersten Stelle und die zweite Stirnfläche an einer zweiten Stelle der Welle der elektrischen Maschine angeordnet sein.
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Des Weiteren umfasst der Kurzschlusskäfig zwischen den Endringen verlaufende (elektrisch leitfähige) Stäbe. Die Stäbe können auch als Nutstäbe bezeichnet werden, die ausgebildet sind, in entsprechenden Nuten des Rotorkörpers platziert zu werden. Der Kurzschlusskäfig kann z.B. 5 oder mehr, oder 10 oder mehr oder 20 oder mehr Stäbe aufweisen. Die Stäbe können (gleich-) verteilt um die Mantelfläche des (zylinderförmigen) Rotorkörpers angeordnet sein. Die einzelnen Stäbe können elektrisch leitend mit den Endringen verbunden (z.B. verklebt, verschweißt und/oder verlötet) sein.
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Die an den Stirnflächen des Rotorkörpers angeordneten Endringe können ausgebildet sein, den Kurzschlusskäfig auf dem Rotorkörper zu fixieren. Insbesondere kann der Rotorkörper zwischen den beiden Endringen eingeklemmt werden, so dass der Kurzschlusskäfig fest mit dem Rotorkörper verbunden ist.
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Der Kurzschlusskäfig kann derart ausgebildet sein, dass zumindest der erste Endring des Kurzschlusskäfigs mehrere Ringscheiben umfasst. Bevorzugt weisen beide Endringe des Kurzschlusskäfigs jeweils mehrere Ringscheiben auf. Die unterschiedlichen Ringscheiben können entlang der Welle der elektrischen Maschine nebeneinander angeordnet sein. Mit anderen Worten, die unterschiedlichen Ringscheiben können an unterschiedlichen Stellen der Welle der elektrischen Maschine angeordnet sein. Insbesondere können die unterschiedlichen Ringscheiben axial (entlang der Welle) nebeneinander und nicht radial (senkrecht zu der Welle) nebeneinander angeordnet sein.
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Die unterschiedlichen Ringscheiben können miteinander verklebt, verschweißt und/oder verlötet sein. Dabei können insbesondere die Querschnittsflächen der einzelnen Ringscheiben (die jeweils innerhalb einer Ebene angeordnet sind, auf der die Welle der elektrischen Maschine senkrecht steht) miteinander verbunden sein.
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Es können somit in effizienter Weise mehrere unterschiedliche Ringscheiben zur Bereitstellung eines Endrings eines Kurzschlusskäfigs verwendet werden.
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Die unterschiedlichen Ringscheiben eines Endrings des Kurzschlusskäfigs können zumindest teilweise unterschiedliche elektrische, mechanische und/oder geometrische Eigenschaften aufweisen. Beispielhafte Eigenschaften einer Ringscheibe sind,
- • die elektrische Leitfähigkeit des Materials bzw. des Werkstoffs der Ringscheibe; und/oder
- • die mechanische Festigkeit des Werkstoffs der Ringscheibe; und/oder
- • die Größe der Querschnittsfläche der Ringscheibe (senkrecht zu der Welle der elektrischen Maschine); und/oder
- • die Dicke der Ringscheibe (entlang der Welle der elektrischen Maschine).
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Die unterschiedlichen elektrischen und/oder mechanischen Eigenschaften der unterschiedlichen Ringscheiben können durch Verwendung von unterschiedlichen Werkstoffen, insbesondere von unterschiedlichen Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen, bewirkt werden.
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Es wird somit ein Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine beschrieben, der zumindest einen Endring aufweist, der mehrere entlang der Welle der elektrischen Maschine aufeinander gestapelte Ringscheiben umfasst bzw. aus mehreren aufeinander gestapelten Ringscheiben besteht. Die unterschiedlichen Ringscheiben können unterschiedliche elektrische, mechanischen und/oder geometrische Eigenschaften aufweisen. Dies ermöglicht es, einen Kurzschlusskäfig bereitzustellen, der einen energieeffizienten und stabilen Betrieb einer elektrischen Maschine mit erhöhten Maximaldrehzahlen erlaubt.
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Der erste Endring (und/oder der zweite Endring) kann eine erste Ringscheibe und eine zweite Ringscheibe umfassen. Dabei kann die erste Ringscheibe eine höhere elektrische Leitfähigkeit aufweisen als die zweite Ringscheibe. Alternativ oder ergänzend kann die zweite Ringscheibe eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen als die erste Ringscheibe. Dies kann z.B. dadurch erreicht werden, dass die für die erste Ringscheibe verwendete Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung eine geringere Menge an Legierungselementen aufweist als die für die zweite Ringscheibe verwendete Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung. Insbesondere können für die erste Ringscheibe eine niederlegierte Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung und für die zweite Ringscheibe eine hochlegierte Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung verwendet werden.
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In einem bevorzugten Beispiel ist die erste Ringscheibe in dem eingebauten Zustand des Kurzschlusskäfigs näher an der ersten Stirnfläche des Rotorkörpers angeordnet als die zweite Ringscheibe.
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Die Ringscheiben des ersten Endrings (und ggf. des zweiten Endrings) können somit derart ausgebildet sein, dass die elektrische Leitfähigkeit der Ringscheiben mit zunehmendem Abstand zu der ersten Stirnfläche (bzw. zu der zweiten Stirnfläche) des Rotorkörpers abnimmt, und/oder dass die mechanische Festigkeit der Ringscheiben mit zunehmendem Abstand zu der ersten Stirnfläche (bzw. zu der zweiten Stirnfläche) des Rotorkörpers zunimmt.
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Wie bereits oben dargelegt, können die unterschiedlichen Ringscheiben des ersten Endrings (und ggf. auch des zweiten Endrings) zumindest teilweise aus unterschiedlichen Kupfer- und/oder Aluminiumlegierungen bestehen, sodass die unterschiedlichen Ringscheiben zumindest teilweise eine unterschiedliche elektrische Leitfähigkeit und/oder eine unterschiedliche mechanische Festigkeit aufweisen.
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Durch die Verwendung von Ringscheiben mit unterschiedlichen elektrischen Leitfähigkeiten und/oder mit unterschiedlichen mechanischen Festigkeiten können in besonders effizienter und zuverlässiger Weise erhöhte Maximaldrehzahlen ermöglicht werden.
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Die erste Ringscheibe kann eine größere Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zu der Welle der elektrischen Maschine aufweisen als die zweite Ringscheibe. Dabei kann wiederum die erste Ringscheibe im eingebauten Zustand des Kurzschlusskäfigs näher an der ersten Stirnfläche des Rotorkörpers angeordnet sein als die zweite Ringscheibe. Die Größe der Querschnittsflächen der einzelnen Ringscheiben kann somit mit steigendem Abstand zu der jeweiligen Stirnfläche des Rotorkörpers reduziert werden. So können erhöhte Wellendrehzahlen in besonders effizienter Weise ermöglicht werden.
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Zumindest ein Teil der Stäbe des Kurzschlusskäfigs kann aus einem Werkstoff, insbesondere aus einer Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung bestehen, der eine geringere elektrische Leitfähigkeit und/oder eine höhere mechanische Festigkeit als der Werkstoff, insbesondere als die Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung, aufweist, aus dem zumindest ein Endring des Kurzschlusskäfigs besteht (bzw. aus dem beide Endringe des Kurzschlusskäfigs bestehen). Die für einen Teil der Stäbe verwendete Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung kann zu diesem Zweck eine höhere Menge an Legierungselementen aufweisen als die für zumindest einen Endring (bzw. für beide Endringe) verwendete Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung. Die Verwendung von Stäben mit erhöhter Festigkeit ermöglicht es, die maximale Wellendrehzahl in besonders effizienter Weise zu erhöhen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein weiterer Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine beschrieben. Die in diesem Dokument für einen Kurzschlusskäfig beschriebenen Aspekte sind allein und/oder in Kombination für diesen Kurzschlusskäfig anwendbar.
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Der Kurzschlusskäfig umfasst Endringe, die ausgebildet sind, an den (beiden, gegenüberliegenden) Stirnflächen des Rotorkörpers des Rotors angeordnet zu werden (jeweils ein Endring pro Stirnfläche des (zylinderförmigen) Rotorkörpers). Der Rotorkörper kann z.B. eine Vielzahl von leitfähigen Schichten (z.B. Blechen) aufweisen, die schichtweise zueinander elektrisch isoliert sind. Die einzelnen leitfähigen Schichten des Rotorkörpers können jeweils senkrecht zu der Welle der elektrischen Maschine angeordnet sein. Der Kurzschlusskäfig umfasst ferner zwischen den beiden Endringen verlaufende Stäbe.
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Zumindest ein Teil der Stäbe des Kurzschlusskäfigs kann aus einem Werkstoff, insbesondere aus einer Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung bestehen, der eine geringere elektrische Leitfähigkeit und/oder eine höhere mechanische Festigkeit als der Werkstoff, insbesondere als die Kupfer- und/oder Aluminiumlegierung, aufweist, aus dem zumindest ein Endring des Kurzschlusskäfigs besteht (oder aus dem beide Endringe des Kurzschlusskäfigs bestehen).
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Durch die Verwendung von ein oder mehreren Stäben, die zwar eine reduzierte Leitfähigkeit dafür aber eine erhöhte mechanische Festigkeit aufweisen, kann eine Erhöhung der maximal möglichen Wellendrehzahl in effizienter und zuverlässiger Weise ermöglicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Rotor für eine elektrische Maschine, insbesondere für eine Asynchronmaschine, beschrieben. Der Rotor umfasst einen um die Welle der elektrischen Maschine angeordneten Rotorkörper. Des Weiteren umfasst der Rotor einen elektrisch leitfähigen Kurzschlusskäfig, der den Rotorkörper umschließt und/oder der wie in diesem Dokument beschrieben ausgebildet ist.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine elektrische Maschine, insbesondere eine Asynchronmaschine, beschrieben, die den in diesem Dokument beschriebenen Rotor und/oder Kurzschlusskäfig umfasst.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein (Straßen-) Kraftfahrzeug (insbesondere ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen oder ein Bus oder ein Motorrad) beschrieben, das die in diesem Dokument beschriebene elektrische Maschine zum Antrieb des Fahrzeugs umfasst.
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Es ist zu beachten, dass die in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systeme sowohl alleine, als auch in Kombination mit anderen in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen verwendet werden können. Des Weiteren können jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Vorrichtungen und Systemen in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden. Insbesondere können die Merkmale der Ansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.
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Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
- 1a eine beispielhafte Asynchronmaschine;
- 1b einen beispielhaften Kurzschlusskäfig für einen Rotor in einer Seitenansicht (bei der die Welle der elektrischen Maschine horizontal durch die Bildebene verläuft);
- 1c einen beispielhaften Kurzschlusskäfig in einer perspektivischen Ansicht;
- 2a einen Ausschnitt eines beispielhaften Rotors mit mehreren Ringscheiben;
- 2b einen Ausschnitt eines beispielhaften Rotors mit unterschiedlich dimensionierten Ringscheiben; und
- 2c einen Ausschnitt eines beispielhaften Rotors mit einem Kurzschlussring und einem Stützring.
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Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Erhöhung der möglichen Maximaldrehzahl des Rotors einer elektrischen Maschine, insbesondere einer Asynchronmaschine. In diesem Zusammenhang zeigt 1a eine beispielhafte elektrische Maschine 100 in einer Ansicht senkrecht auf die Welle 101 der elektrischen Maschine 100. Die elektrische Maschine 100 umfasst einen Stator 110 mit mehreren Statorwicklungen 111, die radial um die Welle 101 der elektrischen Maschine 100 angeordnet sind, und die eingerichtet sind, ein elektromagnetisches Drehfeld zu erzeugen.
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Des Weiteren umfasst die elektrische Maschine 100 einen Rotor 120, der durch das von dem Stator 110 bewirkte Drehfeld angetrieben wird. Der Rotor 120 ist fest mit der Welle 101 der elektrischen Maschine 100 verbunden. Der Rotor 120 umfasst einen Rotorkörper 122, der von einem Kurzschlusskäfig 125 (siehe 1b und 1c) umgeben wird. Der Rotorkörper 122 kann aus Eisenblech bestehen.
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Der Kurzschlusskäfig 125 weist eine Vielzahl von Nutstäben 121 auf, die in entsprechenden Nuten (nicht dargestellt) des Rotorkörpers 122 eingebettet sind, und die parallel zu und/oder entlang der Welle 101 der elektrischen Maschine 100 verlaufen. Die Nutstäbe 121 sind an beiden Enden bzw. an beiden Stirnflächen des Rotorkörpers 122 über jeweils einen Kurzschlussring 123 elektrisch leitend miteinander verbunden. Über die Kurzschlussringe 123 werden die einzelnen Nutstäbe 121 elektrisch kurzgeschlossen.
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Der Rotor 120 einer Asynchronmaschine 100 (der auch als Kurzschlussläufer oder Käfigläufer bezeichnet wird) kann somit als Rotorkörper 122 ein Eisenblechpaket (z.B. zusammengesetzt aus gegenseitig isolierten Blechen) mit eingestanzten Nuten aufweisen. Der Kurzschlusskäfig 125 besteht dabei bevorzugt aus Kupfer und/oder Aluminium, um einen möglichst niedrigen elektrischen Widerstand zu bewirken.
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Der Kurzschlusskäfig 125 (bestehend aus den Nutstäben 121 und den Kurzschlussringen bzw. Endringen 123) kann über ein Druckgussverfahren in einem Stück in das Blechpaket 122 eingebracht werden. Eine alternative Möglichkeit zur Herstellung des Kurzschlusskäfigs 125 ist das Einfügen von vorgefertigten Nutzstäben 122 (z.B. aus Kupfer- und/oder Aluminium) in die entsprechenden Nuten der Rotorkörpers 122. Die Kurzschlussringe 123 können nach dem Einfügen der Nutstäbe 121 beidseitig auf die Stirnseiten des Rotorkörpers 122 aufgesetzt und durch ein geeignetes Verfahren (z.B. Löten oder Schweißen) elektrisch leitend mit den einzelnen Nutstäben 121 verbunden werden. Der Kurzschlusskäfig 125 kann somit mehrteilig aus Endringen 123 und Nutstäben 121 bestehen. So kann der Rotor 120 in effizienter und flexibler Weise hergestellt werden.
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Bei relativ hohen Drehzahlen und/oder bei einem Rotor 120 mit einem relativ großen Rotordurchmesser sind die an den axialen Enden des Rotorkörpers 122 angeordneten Kurzschlussringe 123, insbesondere aufgrund der Zentrifugalkräfte, relativ hohen mechanischen Kräften und somit der Gefahr einer mechanischen Deformation ausgesetzt, was zu einer Beschädigung des Rotors 120 führen kann. Insbesondere kann bei Rotation des Rotors 120 ein Abheben der Kurzschlussringe 123 (in radialer Richtung) bewirkt werden, was zu einer Schädigung des Rotors 120 führen kann.
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2c zeigt einen Ausschnitt einer Stirnfläche eines Rotors 120. Dabei entspricht die entlang der Welle 101 der elektrischen Maschine dargestellte Strichpunktlinie einer mittig angeordneten Achse entlang der Welle 101. Insbesondere zeigt 2c einen Nutstab 121, der mit einem Kurzschlussring 123 elektrisch leitend verbunden ist. Ferner zeigt 2c einen von außen um den Kurzschlussring 123 umlaufenden Stützring 223, der ausgebildet ist, während des Betriebs des Rotors 120 die Fliehkräfte des Kurzschlussrings 123 aufzunehmen. Der Stützring 223 besteht zu diesem Zweck aus einem mechanisch stabilen Material, insbesondere aus einem Material, das eine höhere mechanische Stabilität und/oder Festigkeit (aber typischerweise eine geringere elektrische Leitfähigkeit) aufweist, als der Kurzschlussring 123. Die ein oder mehreren Stützringe 223 zur mechanischen Stabilisierung des Kurzschlussringes 123 können durch Kleben, Schweißen und/oder Aufschrumpfen mit dem Kurzschlussring 123 verbunden sein.
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Nachteilig bei der Verwendung von ein oder mehreren zusätzlichen Stützringen 223, die einen Kurzschlussring 123 umgeben, ist der erhöhte Fertigungsaufwand. Ferner reduzieren die ein oder mehreren Stützringe 223 den für das Aktivmaterial (des Kurzschlussringes 123) zur Verfügung stehenden Bauraum. Des Weiteren führt die Verwendung von elektrisch leitfähigen Stützringen 223 typischerweise zu erhöhten elektrischen Verlusten und somit zu einer reduzierten Effizienz der elektrischen Maschine 100.
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Alternativ oder ergänzend kann als Material für den Kurzschlusskäfig 125, insbesondere für die Kurzschlussringe 123, hochlegiertes Kupfer und/oder Aluminium verwendet werden. Dieses Material weist bessere mechanische Kennwerte, jedoch schlechtere elektromagnetische Eigenschaften, als niederlegiertes Kupfer und/oder Aluminium auf (was somit zu einer reduzierten Effizienz der elektrischen Maschine 100 führt).
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2a und 2b zeigen beispielhafte Rotoren 120, bei denen ein Kurzschlussring 123 durch mehrere Ringscheiben 201, 202, 203 (in diesem Dokument auch als Stützringscheiben bezeichnet) gebildet wird. Die einzelnen Ringscheiben 201, 202, 203 können dabei zumindest teilweise unterschiedliche mechanische, elektrische und/oder geometrische Eigenschaften aufweisen. Beispielhafte Eigenschaften der einzelnen Ringscheiben 201, 202, 203 sind,
- • die elektrische Leitfähigkeit und/oder der elektrische Widerstand;
- • die mechanische Festigkeit; und/oder
- • die räumliche Ausdehnung, insbesondere die Dicke (in axialer Richtung) und/oder die Breite bzw. die Querschnittsfläche (in radialer Richtung).
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Die Verwendung von mehreren Ringscheiben 201, 202, 203 mit unterschiedlichen Eigenschaften ermöglicht es, in bauraumeffizienter Weise die Funktion eines Kurzschlussringes 123 mit möglichst geringen elektrischen Verlusten und mit einer möglichst hohen mechanischen Festigkeit nachzubilden bzw. bereitzustellen.
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Beispielsweise können ein oder mehrere äußere Ringscheiben 202, 203 aus hochlegiertem Kupfer und/oder Aluminium bestehen, um eine möglichst hohe mechanische Festigkeit zu bewirken. Bevorzugt können nur die ein oder zwei äußeren Ringscheiben 202, 203 aus hochlegiertem Kupfer und/oder Aluminium bestehen. Die Anzahl von äußeren Ringscheiben 202, 203 aus hochlegiertem Kupfer und/oder Aluminium kann in Abhängigkeit von den mechanischen Anforderungen (insbesondere in Abhängigkeit von der Maximaldrehzahl) verändert werden. Dabei kann die Anzahl von äußeren Ringscheiben 202, 203 aus hochlegiertem Kupfer und/oder Aluminium mit steigenden Anforderungen an die mechanische Festigkeit (insbesondere mit steigender Maximaldrehzahl) erhöht werden. Die ein oder mehreren anderen Ringscheiben 201 und ggf. die Nutstäbe 121 (insbesondere alle anderen Komponenten 201, 121 des Kurzschlusskäfigs 125) können aus niedriglegiertem Kupfer und/oder Aluminium bestehen (mit einer höheren elektrischen Leitfähigkeit).
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Alternativ oder ergänzend kann eine geometrische Optimierung der Ringscheiben 201, 202, 203 erfolgen. Insbesondere können Ringscheiben 201, 202, 203 mit unterschiedlichen Größen, insbesondere mit unterschiedlichen Querschnitten und/oder Querschnittsflächen, verwendet werden. Die äußerste Ringscheibe 203 kann dabei (wie beispielhaft in 2b dargestellt) den kleinsten Querschnitt aufweisen. Die Querschnittsfläche der einzelnen Ringscheiben 201, 202, 203 kann dann mit abnehmendem Abstand zu dem Rotorkörper 122 erhöht werden. Die dem Rotorkörper 122 am Nächsten liegende Ringscheibe 201 kann die größte Querschnittsfläche aufweisen. Durch die Verwendung von Ringscheiben 201, 202, 203 mit unterschiedlich großen Querschnittsflächen kann das Aufweiten des effektiv gebildeten Endrings 123 in effizienter Weise vermieden werden. Des Weiteren kann der Massenschwerpunkt des effektiv gebildeten Endrings 123 möglichst weit in Richtung zu der Rotorachse (d.h. in Richtung zu der Welle 101) hin verlagert werden, was die mechanischen Eigenschaften der elektrischen Maschine 100 weiter verbessert.
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Alternativ oder ergänzend zu einer Anpassung von ein oder mehreren Eigenschaften eines mehrteiligen Endrings 123 können in einem Kurzschlusskäfig 125 ein oder mehrere (ggf. alle) Nutstäbe 121 aus niederlegiertem Kupfer und/oder Aluminium verwendet werden. Eine Erhöhung der mechanischen Kennwerte von ein oder mehreren Nutstäben 121 bewirkt eine reduzierte axiale Verformung und Aufweitung des Kurzschlusskäfigs 125 und/oder eine erhöhte mechanische Festigkeit des Kurzschlusskäfigs 125, was wiederum eine erhöhte Maximaldrehzahl der elektrischen Maschine 100 ermöglicht.
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Die Maximaldrehzahl eines (gestabten) Asynchronrotors 120 kann somit durch einen gezielten Einsatz von hochlegiertem Kupfer bzw. Aluminium und/oder durch eine geometrische Optimierung von Stützringscheiben 201, 202, 203 erhöht werden. Durch die beschriebenen Maßnahmen können die Fertigungsaufwände und Kosten eines Rotors 120 reduziert und/oder die Effizienz eines Rotors 120 erhöht werden.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur beispielhaft das Prinzip der vorgeschlagenen Vorrichtungen und Systeme veranschaulichen sollen.
