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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine und eine elektrische Asynchronmaschine.
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Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine aus der
DE 4023791 A1 bekannt, der eine um eine Rotorachse drehbare Rotorwelle, ein mit der Rotorwelle gekoppeltes Rotoraußenteil und ein mit der Rotorwelle gekoppeltes Rotorinnenteil umfasst, wobei das Rotorinnenteil bezüglich der Rotorachse radial innerhalb des Rotoraußenteils angeordnet ist, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils ein Rotorblechpaket und jeweils eine Käfigwicklung aufweisen, die jeweils zwei Kurzschlussringe und mehrere die zwei Kurzschlussringe miteinander verbindende Kurzschlussstäbe umfasst. Das Rotoraußenteil ist über einen separaten Außenteilträger mit der Rotorwelle gekoppelt, wobei der Außenteilträger an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils angeordnet ist. Das Rotoraußenteil ist höheren Fliehkräften ausgesetzt als das Rotorinnenteil. Die maximale Drehzahl des Rotors der Asynchronmaschine wird daher durch das Rotoraußenteil begrenzt. Der Außenteilträger ist in nicht näher angegebener Weise an einer Stirnseite des Rotorblechpakets des Rotoraußenteils befestigt.
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Vorteile der Erfindung
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Der erfindungsgemäße Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht wird. Der Rotor der Asynchronmaschine kann dadurch mit höheren maximalen Drehzahlen betrieben werden als im Stand der Technik. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Rotoraußenteil zur Abstützung von Fliehkräften an seiner dem Rotorinnenteil abgewandten Außenseite von einem Stützkörper umschlossen ist, der insbesondere mechanisch vorgespannt ist zur Erzeugung einer Vorspannung auf das Rotoraußenteil.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors einer elektrischen Asynchronmaschine möglich.
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Besonders vorteilhaft ist, wenn der Stützkörper zusätzlich den Außenteilträger umschließt zur Erzeugung einer Vorspannung auf den Außenteilträger. Dazu erstreckt sich der Stützkörper entsprechend in axialer Richtung und deckt zumindest einen Teil des Außenumfangs des Außenteilträgers ab. Auf diese Weise wird eine ausreichende Drehzahlfestigkeit des Außenteilträgers erreicht.
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Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der Außenteilträger und das Rotoraußenteil für das Anliegen oder Abstützen des Stützkörpers eine bündige Umfangsfläche bilden. Auf diese Weise kann der Stützkörper besonders einfach auf der äußeren Umfangsfläche des Außenteilträgers und des Rotoraußenteils aufgeschoben oder im Falle einer Bandage beispielsweise aufgewickelt werden.
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Sehr vorteilhaft ist, wenn der Stützkörper nach einem ersten Ausführungsbeispiel eine Bandage ist, insbesondere aus einem faserverstärkten oder kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff, da der Stützkörper auf diese Weise sowohl ein besonders geringes Gewicht und eine geringe Wandstärke in radialer Richtung hat als auch eine hohe Drehzahlfestigkeit erreichen kann. Die Bandage kann eine vorgefertigte Hülse sein, die auf das Rotoraußenteil aufgepresst, aufgeschoben oder aufgeschrumpft oder direkt auf das Rotoraußenteil aufgewickelt ist. Die Bandage kann die auf das Rotoraußenteil wirkenden Fliehkräfte aufgrund der hohen Zugfestigkeit und dem hohen Elastizitätsmodul der Fasern der Bandage wirksam aufnehmen. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Außenteilträger die Funktion, das Rotoraußenteil in seiner radialen Position zu halten, während die Bandage die Funktion hat, die auf das Rotoraußenteil wirkenden Fliehkräfte aufzunehmen.
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Auch vorteilhaft ist, wenn nach dem ersten Ausführungsbeispiel der Außenteilträger zur Halterung des Rotoraußenteils an dem dem Außenteilträger zugewandten Kurzschlussring des Rotoraußenteils befestigt ist, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig. Auf diese Weise benötigt die Verbindung zwischen dem Außenteilträger und dem Rotoraußenteil besonders wenig radialen Bauraum, so dass der Außendurchmesser des Rotors gering gehalten werden kann.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass eine äußere Umfangsfläche und/oder eine innere Umfangsfläche des dem Außenteilträger zugewandten Kurzschlussrings des Rotoraußenteils mit einer korrespondierenden Haltekontur am Außenteilträger, insbesondere einer Ringnut oder einem Haltekragen, eine Pressverbindung bildet. Das Rotoraußenteil lässt sich auf diese Weise besonders einfach und kostengünstig am Außenteilträger befestigen. Außerdem ergibt sich dadurch eine sehr gute thermische Anbindung des Rotoraußenteils an den Außenteilträger.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel kann alternativ vorgesehen sein, dass der Außenteilträger mit dem dem Außenteilträger zugewandten Kurzschlussring des Rotoraußenteils verschraubt ist. Auf diese Weise wird eine mechanisch sehr zuverlässige Fügeverbindung erreicht.
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Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die beiden Kurzschlussringe des Rotoraußenteils jeweils eine in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse gemessene Höhe aufweisen, wobei der dem Außenteilträger zugewandte Kurzschlussring eine größere Höhe aufweist als der andere Kurzschlussring des Rotoraußenteils. Auf diese Weise kann der dem Außenteilträger zugewandte Kurzschlussring besonders zuverlässig am Außenteilträger befestigt werden. Außerdem kann dadurch eine kostengünstige axiale mechanische Anbindung des Blechpaketes des Rotoraußenteils an den Außenteilträger erreicht werden.
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Nach einem zweiten Ausführungsbeispiel kann der Außenteilträger topfförmig ausgebildet und beispielsweise aus Stahl hergestellt sein. Außerdem ist das Rotoraußenteil mit einer Außenseite an einer Innenseite eines zylinderförmigen Abschnittes des topfförmigen Außenteilträgers zur Drehmomentübertragung befestigt, insbesondere kraftschlüssig. Weiterhin ist der Stützkörper Teil des zylinderförmigen Abschnittes des Außenteilträgers. Ein solcher Stützkörper kann besonders kostengünstig hergestellt werden, beispielsweise durch entsprechende Umformverfahren. Bei diesem Ausführungsbeispiel muss der Außenteilträger auch die auf das Rotoraußenteil wirkenden Fliehkräfte aufnehmen, so dass der zylinderförmige Abschnitt des Außenteilträgers dickwandiger ausgebildet werden muss als die Bandage im ersten Ausführungsbeispiel.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass das Rotorinnenteil ohne einen Stützkörper an seinem Außenumfang ausgebildet ist, da das Rotorinnenteil geringeren Fliehkräften ausgesetzt ist als das Rotoraußenteil.
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Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Rotorinnenteil, insbesondere dessen Rotorblechpaket, eine zentrale Durchgangsöffnung zum Durchführen der Rotorwelle und zur drehmomentübertragenden, insbesondere kraftschlüssigen oder formschlüssigen, Verbindung des Rotorinnenteils mit der Rotorwelle aufweist. Auf diese Weise sind das Rotorinnenteil und das Rotoraußenteil getrennt voneinander mit der Rotorwelle verbunden, drehen aber im Betrieb jeweils mit der gleichen Drehzahl.
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Außerdem betrifft die Erfindung eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Stator und mit einem erfindungsgemäßen Rotor, wobei der Stator in radialer Richtung gesehen zwischen dem Rotoraußenteil und dem Rotorinnenteil des Rotors angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine sehr kostengünstige elektrische Maschine mit ausreichender elektrischer Leistung erreicht.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt im Schnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
- 2 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors nach 1 in einer ersten Variante,
- 3 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors in einer zweiten Variante,
- 4 das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors in einer dritten Variante und
- 5 eine dreidimensionale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt im Schnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel.
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Die elektrische Asynchronmaschine 1 hat einen erfindungsgemäßen Rotor 2, der eine um eine Rotorachse 3 drehbare Rotorwelle 4, ein mit der Rotorwelle 4 gekoppeltes Rotoraußenteil 2.1 und ein mit der Rotorwelle 4 gekoppeltes Rotorinnenteil 2.2 umfasst. Das Rotorinnenteil 2.2 ist bezüglich der Rotorachse 3 radial innerhalb des Rotoraußenteils 2.1 angeordnet. Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 sind beispielsweise koaxial angeordnet und weisen jeweils ein Blechpaket 7 und jeweils eine Käfigwicklung 8 auf, die jeweils zwei Kurzschlussringe 9 und mehrere die zwei Kurzschlussringe 9 miteinander verbindende Kurzschlussstäbe 10 umfasst. Das Rotoraußenteil 2.1 des Rotors 2 ist mit der Rotorwelle 4 über einen Außenteilträger 11 gekoppelt, der an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils 2.1 über eine Wellenverbindung 6 mit der Rotorwelle 4 verbunden ist. Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 sind getrennt voneinander mit der Rotorwelle 4 gekoppelt und sind somit nur über die Rotorwelle 4 und nicht unmittelbar miteinander verbunden. Das Rotorinnenteil 2.2, beispielsweise dessen Blechpaket 7, weist beispielsweise eine zentrale Durchgangsöffnung 5 zum Durchführen der Rotorwelle 4 und zur drehmomentübertragenden Verbindung des Rotorinnenteils 2.2 mit der Rotorwelle 4 auf.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Rotoraußenteil 2.1 zur Abstützung von Fliehkräften an seiner dem Rotorinnenteil 2.2 abgewandten Außenseite von einem Stützkörper 12 umschlossen ist, der insbesondere mechanisch vorgespannt ist zur Erzeugung einer Vorspannung auf das Rotoraußenteil 2.1. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit des Rotors erhöht, so dass der Rotor 2 der Asynchronmaschine 1 mit höheren Drehzahlen betrieben werden kann als im Stand der Technik.
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Der Stützkörper 12 erstreckt sich in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 so weit, dass er zusätzlich den Außenteilträger 11 zumindest abschnittsweise, beispielsweise vollständig bedeckt und in Umfangsrichtung umschließt, so dass auch auf den Außenteilträger 11 eine Vorspannung ausgeübt wird.
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Der Außenteilträger 11 und das Rotoraußenteil 2.1 bilden für das Anliegen bzw. Abstützen des Stützkörpers 12 eine bündige Umfangsfläche 13. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Stützkörper 12 eine Bandage, die beispielsweise aus einem faserverstärkten Verbundwerkstoff hergestellt ist, beispielsweise aus einem carbonfaserverstärkten oder glasfaserverstärkten Kunststoff (CFK, GFK). Die Bandage 12 ist beispielsweise hülsenförmig bzw. hohlzylinderförmig und umfasst beispielsweise sogenannte Gelege.
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2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rotors nach 1 in einer ersten Variante. 3 zeigt eine zweite Variante und 4 eine dritte Variante des ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Rotors. Bei den Rotoren nach 2 bis 4 sind die gegenüber dem Rotor nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger 11 zur Halterung des Rotoraußenteils 2.1 an dem dem Außenteilträger 11 zugewandten Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 befestigt, beispielsweise kraftschlüssig und/oder formschlüssig und/oder stoffschlüssig. Um dies zu erreichen, bildet nach der ersten und zweiten Variante des ersten Ausführungsbeispiels eine äußere Umfangsfläche und/oder eine innere Umfangsfläche des dem Außenteilträger 11 zugewandten Kurzschlussrings 9 des Rotoraußenteils 2.1 mit einer korrespondierenden Haltekontur 15 am Außenteilträger 11 eine Pressverbindung. Nach der ersten Variante in 2 weist der Außenteilträger 11 als Haltekontur 15 einen Haltekragen 15 auf, an dessen Innenseite die äußere Umfangsfläche des entsprechenden Kurzschlussrings 9 vorgesehen ist. Nach der zweiten Variante in 3 ist am Außenteilträger 11 eine ringförmige Nut oder Vertiefung (Ringnut) als Haltekontur 15 ausgebildet. Nach einer dritten Variante in 4 kann der Außenteilträger 11 mit dem dem Außenteilträger 11 zugewandten Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 verschraubt sein. Dazu sind beispielsweise mehrere Schrauben 14 vorgesehen, die in den Kurzschlussring 9 eingeschraubt sind und eine Stirnseite des Kurzschlussrings 9 gegen eine Stirnseite des beispielsweise scheibenförmigen Außenteilträgers 11 spannen.
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Die beiden Kurzschlussringe 9 des Rotoraußenteils 2.1 weisen jeweils eine in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 gemessene Höhe H auf, wobei der dem Außenteilträger 11 zugewandte Kurzschlussring 9 beispielsweise eine größere Höhe H aufweist als der andere Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1.
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Das Rotorinnenteil 2.2 ist an seinem dem Rotoraußenteil 2.1 zugewandten Außenumfang ohne einen Stützkörper 12 ausgebildet.
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5 zeigt eine dreidimensionale Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem Rotor nach 5 sind die gegenüber dem Rotor nach 1 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel darin, dass der Außenteilträger 11 topfförmig ausgebildet und beispielsweise aus Stahl hergestellt ist, dass das Rotoraußenteil 2.1 mit einer Außenseite an einer Innenseite eines zylinderförmigen Abschnittes 11.2 des topfförmigen Außenteilträgers 11 zur Drehmomentübertragung befestigt ist, beispielsweise kraftschlüssig, und dass der Stützkörper 12 Teil des zylinderförmigen Abschnittes 11.2 des Außenteilträgers 11 ist. Der topfförmige Außenteilträger 11 umfasst einen scheibenförmigen Abschnitt 11.1 und den zylinderförmigen Abschnitt 11.2, wobei die beiden Abschnitte 11.1,11.2 einstückig verbunden oder als separate Bauteile ausgeführt sein können. Der zylinderförmige Abschnitt 11.2 des Außenteilträgers 11 kann zusätzlich von einer Bandage 16 umschlossen sein, um die Drehzahlfestigkeit noch weiter zu erhöhen.
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Die elektrische Asynchronmaschine nach 1 weist einen Stator 20 mit einer Statorwicklung 21 auf. Der Stator 20 ist beispielsweise als Blechpaket 7 ausgeführt und in radialer Richtung gesehen zwischen dem Rotoraußenteil 2.1 und dem Rotorinnenteil 2.2 des erfindungsgemäßen Rotors 2 angeordnet. Der Stator 20 ist beispielsweise an einem Lagerschild 22 eines Gehäuses 23 befestigt, beispielsweise indem ein Wickelkopf der Statorwicklung 21 in einer Vertiefung des Lagerschildes 22 befestigt ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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