DE102022212655A1 - Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor - Google Patents
Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor Download PDFInfo
- Publication number
- DE102022212655A1 DE102022212655A1 DE102022212655.6A DE102022212655A DE102022212655A1 DE 102022212655 A1 DE102022212655 A1 DE 102022212655A1 DE 102022212655 A DE102022212655 A DE 102022212655A DE 102022212655 A1 DE102022212655 A1 DE 102022212655A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- squirrel
- rotor
- cage
- offset
- cage rotor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 9
- 241000555745 Sciuridae Species 0.000 claims abstract description 33
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 11
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 8
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011344 liquid material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/168—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having single-cage rotors
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
- H02K15/0012—Manufacturing cage rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer, eine elektrische Maschine und ein Fahrzeug mit einem Kurzschlussläufer sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers. Der Kurzschlussläufer umfasst einen Kurzschlusskäfig (200) mit mehreren Läuferstäben (220) und wenigstens einem Kurzschlussring (210-1, 210-2) zur Verbindung der Läuferstäbe. Zumindest einer der Läuferstäbe weist wenigstens einen ersten und zweiten Abschnitt (221, 222) auf, welche zueinander einen Versatz (224) in einer Umfangsrichtung (241) des Kurzschlussläufers aufweisen.The invention relates to a squirrel-cage rotor, an electrical machine and a vehicle with a squirrel-cage rotor, and a method for producing a squirrel-cage rotor. The squirrel-cage rotor comprises a squirrel cage (200) with a plurality of rotor bars (220) and at least one short-circuit ring (210-1, 210-2) for connecting the rotor bars. At least one of the rotor bars has at least a first and a second section (221, 222), which are offset from one another (224) in a circumferential direction (241) of the squirrel-cage rotor.
Description
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlussläufer, eine elektrische Maschine und ein Fahrzeug mit einem Kurzschlussläufer sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers.The invention relates to a squirrel-cage rotor, an electrical machine and a vehicle with a squirrel-cage rotor, and a method for producing a squirrel-cage rotor.
Elektrische Maschinen spielen besonders bei Fahrzeugen aber auch anderen Anwendungen eine immer wichtigere Rolle. Im Betrieb treten bei elektrischen Maschinen, insbesondere Induktionskraftmaschinen, wie zum Beispiel bei Asynchronmaschinen (ASM) typischerweise störende akustische Anregungen auf. Typische Ursache der akustischen Anregung liegt in einer Kraftschwankung, bedingt durch eine Anzahl und Zwischenräume von Induktionsstäben im Rotor. Solche Kraftschwankungen werden englisch auch als „torque ripple“ bezeichnet. Eine Maßnahme, um dem entgegenzuwirken, ist die kontinuierliche Schrägung der Induktionsstäbe des Rotors oder Stators. Die Schrägung wird dabei so groß gewählt, dass der Spalt zwischen Statornuten zur Aufnahme der Induktionsstäbe bzw. über den Zwischenraum der Induktionsstäbe hinaus überbrückt wird. Die Schrägung kann allerdings mit Leistungsverlusten einhergehen.Electrical machines are playing an increasingly important role, particularly in vehicles but also in other applications. During operation, electrical machines, particularly induction power machines such as asynchronous machines (ASM), typically experience disturbing acoustic excitation. The typical cause of the acoustic excitation is a force fluctuation caused by the number and spacing of induction rods in the rotor. Such force fluctuations are also known as "torque ripple". One measure to counteract this is the continuous slanting of the induction rods of the rotor or stator. The slant is chosen to be large enough to bridge the gap between the stator slots for accommodating the induction rods or beyond the space between the induction rods. However, the slant can be accompanied by power losses.
Es besteht daher ein Bedarf nach einem verbesserten Konzept für Kurzschlussläufer. Diesem Bedarf tragen Ausführungsbeispiele der unabhängigen Ansprüche Rechnung. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die beiliegenden abhängigen Ansprüche offenbart.There is therefore a need for an improved concept for squirrel-cage rotors. This need is taken into account by embodiments of the independent claims. Advantageous further developments are disclosed by the appended dependent claims.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen einen Kurzschlussläufer für eine elektrische Maschine. Der Kurzschlussläufer umfasst einen Kurzschlusskäfig mit mehreren Läuferstäben und wenigstens einen Kurzschlussring zur Verbindung der Läuferstäbe. Zumindest einer der Läuferstäbe weist wenigstens einen ersten und zweiten Abschnitt auf, welche zueinander einen Versatz in einer Umfangsrichtung des Kurzschlussläufers aufweisen. Durch den Versatz des ersten und zweiten Abschnitts verringert sich ein Abstand zwischen Läuferstäben des Kurzschlussläufers. Dies sorgt für eine Abschwächung von Kraftschwankungen, welche auf den Kurzschlussläufer wirken, und zu einer Abschwächung damit einhergehender akustischer Anregungen. Embodiments of the present disclosure provide a squirrel-cage rotor for an electrical machine. The squirrel-cage rotor comprises a squirrel cage with a plurality of rotor bars and at least one short-circuit ring for connecting the rotor bars. At least one of the rotor bars has at least a first and a second section, which are offset from one another in a circumferential direction of the squirrel-cage rotor. The offset of the first and second sections reduces a distance between rotor bars of the squirrel-cage rotor. This ensures a weakening of force fluctuations which act on the squirrel-cage rotor and a weakening of associated acoustic excitations.
Elektrische Maschinen mit dem vorgeschlagenen Kurzschlussläufer können daher einen ruhigeren Betrieb als andere elektrische Maschinen aufweisen. Hierdurch kann zugunsten einer höheren Leistungsdichte und eines geringeren technischen Aufwands auf eine Schrägstellung von Läuferstäben verzichtet werden. Gegenüber Lösungen, die eine Schrägung/Schrägstellung von Läuferstäben vorsehen, bedarf das vorgeschlagene Konzept außerdem eines kleineren Winkelbereichs als Bauraum, sprich, die Läuferstäbe nehmen weniger Raum des Kurzschlussläufers bzw. des Blechpakets in Anspruch.Electrical machines with the proposed squirrel-cage rotor can therefore operate more quietly than other electrical machines. This means that the rotor bars do not need to be inclined in favor of a higher power density and less technical effort. Compared to solutions that provide for the inclination/inclination of rotor bars, the proposed concept also requires a smaller angular range as installation space, i.e. the rotor bars take up less space in the squirrel-cage rotor or the laminated core.
Der Versatz in Umfangsrichtung kann derart bemessen sein, so dass sich Kraftschwankungen, die im Betrieb des Kurzschlussläufers auf den ersten und den zweiten Abschnitt wirken zumindest teilweise kompensieren. Bei einer Asynchronmaschine können dadurch Stator- / Rotorfeld-Harmonische im Luftspalt verringert werden, welche sich akustisch bemerkbar machen.The offset in the circumferential direction can be dimensioned in such a way that force fluctuations that act on the first and second sections during operation of the squirrel-cage rotor are at least partially compensated. In an asynchronous machine, this can reduce stator/rotor field harmonics in the air gap, which can be noticed acoustically.
In der Praxis können die Kraftschwankungen periodisch oszillieren. Der Versatz kann dabei derart bemessen sein, so dass die Kraftschwankungen, die auf den ersten und zweiten Abschnitt wirken zueinander um 180° phasenversetzt sind. Die Kraftschwankungen, die auf den ersten und den zweiten Abschnitt wirken, können sich dadurch im Rahmen fertigungsbedingter Toleranzen vollständig gegenseitig kompensieren. Das torque ripple und akustische Anregungen können dadurch noch weiter verringert oder idealerweise vermieden werden.In practice, the force fluctuations can oscillate periodically. The offset can be dimensioned such that the force fluctuations acting on the first and second sections are 180° out of phase with each other. The force fluctuations acting on the first and second sections can therefore completely compensate each other within the framework of manufacturing tolerances. The torque ripple and acoustic excitations can thus be further reduced or, ideally, avoided.
In manchen Ausführungsbeispielen ist eine Querschnittsfläche eines Verbindungsabschnitt zur Verbindung des ersten und zweiten Abschnitts wenigstens so groß wie eine Querschnittsfläche des ersten oder zweiten Abschnitts. Dadurch kann verhindert werden, dass eine Stromdichte und somit eine Temperatur des Läuferstabs im Verbindungsabschnitt größer als in dem ersten oder zweiten Abschnitt ist. Dadurch kann also beispielsweise eine kritische thermische Belastung durch ein (lokales) Temperaturmaximum im Verbindungsabschnitt vermieden werden.In some embodiments, a cross-sectional area of a connecting section for connecting the first and second sections is at least as large as a cross-sectional area of the first or second section. This can prevent a current density and thus a temperature of the rotor bar in the connecting section from being greater than in the first or second section. This can therefore prevent, for example, a critical thermal load caused by a (local) temperature maximum in the connecting section.
Der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt können (über mehrere Bleche des Blechpakets hinweg) schräg oder parallel zu einer axialen Richtung des Kurzschlussläufers verlaufen. Je nach Bemessung des Versatzes kann durch einen schrägen Verlauf ein Abstand zu anderen Nuten zugunsten eines geringeren torque ripples weiter verringert werden.The first section and/or the second section can run (across several laminations of the laminated core) obliquely or parallel to an axial direction of the squirrel-cage rotor. Depending on the dimensioning of the offset, an oblique course can further reduce the distance to other slots in favor of lower torque ripples.
Der Läuferstab kann optional mehrere zueinander versetzte Abschnitte aufweisen. So weist der Läuferstab beispielsweise einen dritten Abschnitt auf, welcher gegenüber dem ersten und zweiten Abschnitt einen Versatz in der Umfangsrichtung des Kurzschlussläufers aufweist. Auf diese Weise kann in manchen Ausführungsbeispielen ein stufenweiser Verlauf des Läuferstabs erreicht werden.The rotor bar can optionally have several sections that are offset from one another. For example, the rotor bar has a third section that is offset in the circumferential direction of the squirrel-cage rotor compared to the first and second sections. In this way, a step-by-step progression of the rotor bar can be achieved in some embodiments.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung schaffen eine elektrische Maschine, welche einen Kurzschlussläufer gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst.Further embodiments of the present disclosure provide an electrical machine comprising a squirrel-cage rotor according to the present disclosure.
Die elektrische Maschine kann in unterschiedlicher Weise und für unterschiedliche Zwecke ausgelegt sein kann. Insbesondere kann die elektrische Maschine zum Antrieb eines Fahrzeugs ausgelegt sein.The electric machine can be designed in different ways and for different purposes. In particular, the electric machine can be designed to drive a vehicle.
Weitere Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich also auf ein Fahrzeug, welches eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst.Further embodiments of the present disclosure thus relate to a vehicle comprising an electric machine according to the present disclosure.
Der vorgeschlagene Kurzschlussläufer kann mittels eines entsprechenden Verfahrens hergestellt werden.The proposed squirrel-cage rotor can be manufactured using an appropriate process.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beziehen sich daher insbesondere auf ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen eines Kurzschlusskäfigs mit wenigstens einem Kurzschlussring und mehreren Läuferstäben. Ferner umfasst das Verfahren ein Bereitstellen eines Blechpakets mit mehreren nebeneinander angeordneten Blechen und mehreren Nuten zur Aufnahme der Läuferstäbe. Zumindest eine der Nuten weist wenigstens einen ersten und zweiten Abschnitt auf. Außerdem weisen der erste und der zweite Abschnitt zueinander einen Versatz in einer Umfangsrichtung des Kurzschlussläufers auf. Auf diese Weise kann ein Kurzschlussläufer gemäß der vorliegenden Offenbarung hergestellt werden, welcher zumindest einen geringeren torque ripple als andere Kurzschlussläufer aufweist.Embodiments of the present disclosure therefore relate in particular to a method for producing a squirrel-cage rotor. The method comprises providing a squirrel cage with at least one short-circuit ring and a plurality of rotor bars. The method further comprises providing a laminated core with a plurality of laminates arranged next to one another and a plurality of grooves for receiving the rotor bars. At least one of the grooves has at least a first and a second section. In addition, the first and the second section are offset from one another in a circumferential direction of the squirrel-cage rotor. In this way, a squirrel-cage rotor according to the present disclosure can be produced which has at least a lower torque ripple than other squirrel-cage rotors.
Dabei kann das Bereitstellen des Kurzschlusskäfigs ein Herstellen der Läuferstäbe unter Verwendung eines Gussverfahrens umfassen und die zumindest eine Nut bei dem Gussverfahren als Gussraum für zumindest einen der Läuferstäbe dienen. Auf diese Weise kann ein höherer Füllungsgrad der Nut mit dem Läuferstab erreicht werden als beispielsweise bei der Verwendung von sogenannten „Hair-Pin-Windungen“.The provision of the squirrel cage can include producing the rotor bars using a casting process, and the at least one groove can serve as a casting space for at least one of the rotor bars in the casting process. In this way, a higher degree of filling of the groove with the rotor bar can be achieved than, for example, when using so-called "hair pin windings".
Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung beispielhaft anhand beiliegender Figuren näher erläutert werden.In the following, embodiments of the present disclosure will be explained in more detail using the accompanying figures.
Es zeigen:
-
1a -c einen Kurzschlussläufer mit gerade verlaufenden Läuferstäben; -
2a , b schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Kurzschlusskäfigs mit Läuferstäben mit versetzten Abschnitten; und -
3 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Herstellung eines Kurzschlussläufers.
-
1a -c a squirrel-cage rotor with straight rotor bars; -
2a , b schematically shows an embodiment of a squirrel cage with rotor bars with offset sections; and -
3 a schematic representation of an embodiment of a method for producing a squirrel-cage rotor.
Kurzschlussläufer können in der Praxis insbesondere in Asynchronmaschinen (ASM) eingesetzt werden. Um eine gewünschte Leistungsdichte in einer ASM zu entwickeln, wird angestrebt, dass Leiterstäbe/Läuferstäbe/Induktionsstäbe des Kurzschlussläufers eine möglichst große Überdeckungsfläche zu Zähnen eines Stators der ASM aufweisen und ein möglichst geringer oder kein Winkelversatz zwischen den Zähnen und Läuferstäben vorliegt, da dieser einen Induktionsstrom und damit eine Krafterzeugung reduzieren würde. Im Betrieb von Asynchronmaschinen treten Schwankungen in der Kraftanregung der Läuferstäbe auf. Diese Schwankungen in der Kraftanregung sorgen wiederum für eine störende akustische Anregung. Um die Schwankung zu reduzieren, kann eine kontinuierliche Schrägung der Läuferstäbe vorgesehen sein, was allerdings mit einer Beeinträchtigung der Leistungsdichte einhergeht.In practice, squirrel-cage rotors can be used in particular in asynchronous machines (ASM). In order to develop a desired power density in an ASM, the aim is for the conductor bars/rotor bars/induction bars of the squirrel-cage rotor to have as large an overlap area as possible with the teeth of a stator of the ASM and for there to be as little or no angular offset as possible between the teeth and rotor bars, as this would reduce an induction current and thus power generation. During operation of asynchronous machines, fluctuations in the force excitation of the rotor bars occur. These fluctuations in the force excitation in turn cause disturbing acoustic excitation. In order to reduce the fluctuation, a continuous slant of the rotor bars can be provided, although this is associated with an impairment of the power density.
Elektrische Maschinen sehen daher einen Kurzschlussläufer mit gerade verlaufenden Nuten vor, wie anhand von
Wie anhand einer perspektivischen Schrägansicht des Kurzschlusskäfigs 110 in
Ferner umfasst der Kurzschlusskäfig 110 einen ersten Kurzschlussring 114-1 und einen zweiten Kurzschlussring 114-2, welche die Läuferstäbe 112 an jeweils gegenüberliegenden Enden der Läuferstäbe 112 in einer axialen Richtung 142 miteinander verbinden, um einen Kurzschluss zwischen den Läuferstäben 112 herzustellen.Furthermore, the short-
Zur Verbindung des Kurzschlusskäfigs 110 mit dem Blechpaket 120 sieht das Blechpaket 120 Nuten zur Aufnahme der Läuferstäbe 112 vor. Die Läuferstäbe 112 sind entsprechend in den Nuten des Blechpakets 120 angeordnet. Die Nuten sind hierfür entsprechend dem Verlauf der Läuferstäbe 112 gerade und verlaufen ebenfalls parallel zur axialen Richtung 142.To connect the short-
Beim Einsatz des Kurzschlussläufers 100 in einer elektrischen Maschine kommt es üblicherweise im Betrieb der elektrischen Maschine aufgrund der Abstände zwischen den Läuferstäben 112 zu einer ungleichmäßigen Kraftwirkung eines Statormagnetfelds der elektrischen Maschine auf die Läuferstäbe 112. Es ergeben sich Kraftschwankungen und ein torque ripple sowie akustische Anregungen, was zu unerwünschten Störgeräuschen im Betrieb der elektrischen Maschine führt.When the squirrel-
In Bezug auf weitere Figuren ist daher vorliegend ein verbesserter Kurzschlussläufer erläutert, welcher einen ruhigeren Motorlauf von elektrischen Maschinen ermöglicht.With reference to further figures, an improved squirrel-cage rotor is therefore explained here, which enables a quieter motor operation of electrical machines.
Um Kraftschwankungen und damit insbesondere die Akustik zu verbessern, wird eine sogenannte Rotorstufung in einer elektrischen Maschine, z.B. einer ASM vorgeschlagen. Das hierin erläuterte Konzept kann daher insbesondere als Ansatz zur Realisierung eines rotorseitigen gestuften Versatzes zur Reduzierung einer Geräuschanregung einer elektrischen Induktionskraftmaschine verstanden werden.In order to improve force fluctuations and thus in particular the acoustics, a so-called rotor staging is proposed in an electrical machine, e.g. an ASM. The concept explained here can therefore be understood in particular as an approach to realizing a rotor-side stepped offset to reduce noise excitation of an electrical induction power machine.
Wie zu sehen ist, umfasst der Kurzschlusskäfig 200 mehrere Läuferstäbe 220, welche über einen Umfang des Kurzschlusskäfigs 200 verteilt sind. Dabei sind die Läuferstäbe 220 in Umfangsrichtung 241 nebeneinander und parallel angeordnet. Es versteht sich, dass der Kurzschlusskäfig 200 dabei in Ausführungsbeispielen eine beliebige Anzahl an Läuferstäben umfassen kann. In der Praxis ist der Kurzschlusskäfig 200 in einem Kurzschlussläufer (nicht gezeigt) angeordnet. In Ausführungsbeispielen umfasst der Kurzschlussläufer beispielsweise ein Blechpaket (nicht gezeigt) mit Nuten zur Aufnahme der Läuferstäbe 220.As can be seen, the
Ferner umfasst der Kurzschlusskäfig 200 einen ersten Kurzschlussring 210-1 und einen zweiten Kurzschlussring 210-2, welche die Läuferstäbe 220 an jeweils gegenüberliegenden Enden der Läuferstäbe 220 in der axialen Richtung 242 („stirnseitig“) miteinander verbinden, um einen Kurzschluss zwischen den Läuferstäben 220 herzustellen. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Kurzschlusskäfig 200 auch nur einen einzelnen oder mehr als zwei Kurzschlussringe umfassen. Wie der Fachmann verstehen wird, bestehen die Kurzschlussringe 210-1 und 210-2 genauso wie die Läuferstäbe 220 zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material bzw. einem elektrischen Leiter.Furthermore, the short-
Die Läuferstäbe 220 weisen wenigstens einen ersten Abschnitt 221 und einen zweiten Abschnitt 222 auf. Der erste Abschnitt 221 und der zweite Abschnitt 222 sind in der axialen Richtung 242 zueinander benachbart angeordnet und verlaufen parallel zu der axialen Richtung 242. In anderen Ausführungsbeispielen können die Abschnitte 221 und 222 aber auch schräg zur axialen Richtung verlaufen.The rotor bars 220 have at least a
Ferner weisen der erste und der zweite Abschnitt 221 und 222 zueinander einen Versatz 224 in der Umfangsrichtung 241 des Kurzschlussläufers bzw. des Kurzschlusskäfigs 200 auf. Der erste Abschnitt 221 und der zweite Abschnitt 222 sind also in Bezug auf die Umfangsrichtung 241 zueinander versetzt angeordnet und über einen Verbindungsabschnitt 223 des jeweiligen Läuferstabs miteinander verbunden. So weist der jeweilige Läuferstab zumindest eine Stufe in Umfangsrichtung 241 auf. In Ausführungsbeispielen kann der Versatz bei einem beliebigen Teil der Läuferstäbe 220 oder allen Läuferstäben 220 vorgesehen sein. Wie in
Der Verbindungsabschnitt 223 verläuft vorliegend beispielsweise entlang der Umfangsrichtung 241. Hierfür können der erste und der zweite Abschnitt 221 und 222 in der axialen Richtung 242 überlappen. In alternativen Ausführungsbeispielen kann der Verbindungsabschnitt 223 auch schräg zur Umfangsrichtung 241 verlaufen.In the present case, the connecting
In der Praxis weisen Bleche des Blechpakets jeweils mehrere Ausnehmungen auf, welche zur Bildung von Nuten für die Abschnitte 221 und 222 zueinander fluchtend oder zumindest in der Umfangsrichtung 241 überlappend nebeneinander in der axialen Richtung 242 angeordnet sind. Dadurch werden Nutabschnitte für die Abschnitte 221 und 222 gebildet, welche sich in der axialen Richtung 242 über mehrere Bleche des Blechpakets hinweg erstrecken.In practice, sheets of the laminated core each have a plurality of recesses which are arranged in alignment with one another or at least overlapping one another in the
Zur Bildung einer Stufung der Nut für den Versatz 224 können die Ausnehmungen um den vorgesehenen Versatz der Abschnitte 221 und 222 in der Umfangsrichtung 241 versetzt angeordnet sein.To form a step of the groove for the offset 224, the recesses can be arranged offset by the intended offset of the
Zur Bildung der Stufung für den Verbindungsabschnitt 223 weisen die Ausnehmungen in dem für den Verbindungsabschnitt 223 vorgesehenen Bereich in Umfangsrichtung 241 eine größere Erstreckung auf als im Bereich des ersten und zweiten Abschnitts 221 und 222. In der Praxis können die Ausnehmungen für den ersten und zweiten Abschnitt 221 und 222 beispielsweise halbkreisförmig und die Ausnehmungen zur Bildung des Verbindungsabschnitts 223 wie ein in Umfangsrichtung 241 gestrecktes halbes Oval geformt sein. Optional kommen für die Ausnehmungen aber auch andere Formen in Betracht, zum Beispiel eine eckige Form.To form the step for the connecting
Es sei angemerkt, dass der Versatz 224 an einer beliebigen Stelle des Läuferstabs vorgesehen sein kann. Für eine möglichst vollständige Kompensation kann der Versatz 224 mittig zwischen den Enden des Läuferstabs in der axialen Richtung bzw. mittig zwischen den Kurzschlussringen 210-1 und 210-2 vorgesehen sein. Vorliegend sind die Abschnitte 221 und 222 also beispielsweise gleich lang.It should be noted that the offset 224 can be provided at any point on the rotor bar. For the most complete compensation possible, the offset 224 can be provided centrally between the ends of the rotor bar in the axial direction or centrally between the short-circuit rings 210-1 and 210-2. In the present case, the
Im Betrieb wird in den Läuferstäben 220 ein elektrischer Strom induziert. Ein Problem bei der vorgeschlagenen Stufung im Rotor ergibt sich durch eine mögliche Querschnittsverjüngung im Stufenbereich bzw. Verbindungsabschnitt 223, wodurch es im Kurzschlussläufer Strommaxima und somit auch unerwünschte thermische Hotspots gibt. Um dabei Temperaturmaxima im Bereich des Verbindungsabschnitts 223 zu verhindern, kann vorgesehen sein, dass eine Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts 223 (in Umfangsrichtung 241) größer als oder gleich einer Querschnittsfläche des ersten und/oder zweiten Abschnitts 221 und/oder 222 ist. Die Querschnittsfläche der Läuferstäbe 220 kann dabei durch die jeweilige Nut begrenzt sein. Die Läuferstäbe 220 sind in der Praxis beispielsweise die Nuten eingegossen. Es versteht sich also, dass die Nuten entsprechend angepasst sein können.During operation, an electric current is induced in the rotor bars 220. A problem with the proposed grading in the rotor arises from a possible cross-sectional tapering in the step area or connecting
Die Querschnittsfläche der Nut ist durch die Form der Ausnehmungen für den Verbindungsabschnitt 223 sowie durch eine Anzahl an Blechen mit Ausnehmungen für den Verbindungsabschnitt und/oder deren Erstreckung in der axialen Richtung 242 bestimmt. Die Nuten können also entsprechend an die vorgesehene Querschnittsfläche der Abschnitte 221 und 222 sowie an die vorgesehene Querschnittsfläche des Verbindungsabschnitts 223 angepasst sein.The cross-sectional area of the groove is determined by the shape of the recesses for the connecting
Außerdem kann der Versatz in Umfangsrichtung 241 bzw. eine Weite (z.B. Winkelmaß, Bogenmaß, Länge), um welches die Abschnitte 221 und 222 in Umfangsrichtung 241 versetzt sind beliebig bestimmt sein. Dabei können sich Kraftschwankungen, die im Betrieb auf die Abschnitte 221 und 222 wirken je nach Weite des Versatzes weniger oder mehr gegenseitig kompensieren. Mit anderen Worten, die Weite des Versatzes bestimmt inwieweit oder zu welchen Teilen sich die Kraftschwankungen gegenseitig kompensieren. In Ausführungsbeispielen ist der Versatz derart bemessen, so dass sich Kraftschwankungen, die im Betrieb des Kurzschlussläufers auf den ersten und den zweiten Abschnitt wirken zumindest teilweise kompensieren. Idealerweise ist der Versatz so bemessen, sodass sich die Kraftschwankungen (im Rahmen fertigungsbedingter Toleranzen nahezu) vollständig kompensieren.In addition, the offset in the
In der Praxis können die Kraftschwankungen periodisch oszillieren. Der Versatz kann dann zur vollständigen gegenseitigen Kompensation derart bemessen sein, so dass die Kraftschwankungen, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 221 und 222 wirken zueinander um 180° phasenversetzt sind. Die Kraftschwankungen wirken dann also gegen gleich und können sich somit gegenseitig auslöschen. Hierdurch können akustische Anregungen und damit einhergehende Störgeräusche im Betrieb einer elektrischen Maschine mit einem Kurzschlussläufer vermieden werden.In practice, the force fluctuations can oscillate periodically. The offset can then be dimensioned for complete mutual compensation so that the force fluctuations acting on the first and
Hierfür kann die Weite des Versatzes in Umfangsrichtung 241 gleich der Hälfte eines (Mitten-) Abstands zu einem benachbarten Läuferstab bzw. dessen erstem oder zweitem Abschnitt sein. Wie der Fachmann zu schätzen wissen wird, kann unter Berücksichtigung einer harmonischen Anregung des Statormagnetfeldes optional auch eine andere Weite gewählt werden, so dass die Kraftschwankungen, die auf den ersten und zweiten Abschnitt 221 und 222 wirken zueinander um 180° phasenversetzt sind und sich somit vollständig kompensieren.For this purpose, the width of the offset in the
In Ausführungsbeispielen kann optional eine mehrfache Stufung eines oder mehrerer Läuferstäbe vorgesehen sein.In embodiments, multiple gradations of one or more rotor bars can optionally be provided.
Hierfür weist ein Läuferstab beispielsweise wenigstens einen dritten Abschnitt auf, welcher gegenüber dem ersten und/oder zweiten Abschnitt einen Versatz in der Umfangsrichtung des Kurzschlussläufers aufweist. Merkmale des Versatzes zwischen den Abschnitten 221 und 222 können dabei analog für den Versatz des dritten Abschnitts umgesetzt sein.For this purpose, a rotor bar has, for example, at least a third section, which has an offset in the circumferential direction of the squirrel-cage rotor compared to the first and/or second section. Features of the offset between the
Der hierin vorgeschlagene Kurzschlussläufer mit dem Kurzschlusskäfig 200 kann mittels eines entsprechenden Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Nachfolgend sei ein solches Herstellungsverfahren beispielhaft anhand
Das Verfahren 300 umfasst ein Bereitstellen 310 eines Kurzschlusskäfigs mit wenigstens einem Kurzschlussring und mehreren Läuferstäben. Wie bereits erläutert, weist zumindest einer der Läuferstäbe wenigstens einen ersten und zweiten Abschnitt auf, welche zueinander einen Versatz in einer Umfangsrichtung des Kurzschlussläufers aufweisen. Optional weist erweitere Merkmale auf, welche im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Kurzschlussläufer beschrieben sind.The
In der Praxis wird der Kurzschlusskäfig mit einem Blechpaket verbunden. Wie bereits erläutert, sieht das Blechpaket hierfür Nuten zur Aufnahme der Läuferstäbe vor. Das Blechpaket kann zur Kraftübertragung mit einer Welle verbunden werden.In practice, the squirrel cage is connected to a laminated core. As already explained, the laminated core has grooves to accommodate the rotor bars. The laminated core can be connected to a shaft for power transmission.
Optional weist zumindest ein der Nuten einen ersten und einen zweiten Nutabschnitt auf, welche zueinander einen Versatz in der Umfangsrichtung aufweisen. Der Läuferstab mit versetzten Abschnitten kann dann unter Verwendung eines Gussverfahrens hergestellt werden, bei welchem die zumindest eine Nut als Gussraum für den Läuferstab dient. Hierfür kann ein Material des Läuferstabs verflüssigt werden und in flüssiger Form in die Nut gegossen und dort ausgehärtet werden. Wie der Fachmann verstehen wird, passt sich das flüssige Material bei dem Gussverfahren der Nut an, wodurch sich ein Versatz in dem Läuferstab gemäß den vorliegenden Erläuterungen ausbildet.Optionally, at least one of the grooves has a first and a second groove section, which are offset from one another in the circumferential direction. The rotor bar with offset sections can then be produced using a casting process in which the at least one groove serves as a casting space for the rotor bar. For this purpose, a material of the rotor bar can be liquefied and poured into the groove in liquid form and hardened there. As the person skilled in the art will understand, the liquid material adapts to the groove during the casting process, whereby an offset is formed in the rotor bar according to the present explanations.
Das Material des Läuferstabs kann in der Praxis ein elektrisch leitfähiges Material, wie zum Beispiel Kupfer, Messing, Bronze, Aluminium oder andere elektrisch leitende Metalle. Das Blechpaket kann für das Gussverfahren daher zumindest im Bereich der Nuten beständig gegenüber einer Schmelztemperatur des Materials für die Läuferstäbe ausgeführt sein.In practice, the material of the rotor bar can be an electrically conductive material, such as copper, brass, bronze, aluminum or other electrically conductive metals. The laminated core can therefore be designed for the casting process to be resistant to the melting temperature of the material for the rotor bars, at least in the area of the slots.
Alternativ kann der Läuferstab auch in fester Form in die Nut eingelegt werden. Hierfür kann der Läuferstab vorgeformt werden, wobei der Versatz in den Läuferstab eingebracht wird. Hierfür wird der Läuferstab beispielsweise entsprechend vorher gegossen, gebogen oder ausgeschnitten.Alternatively, the runner bar can also be inserted into the groove in a solid form. For this purpose, the runner bar can be pre-formed, whereby the offset is introduced into the runner bar. For this purpose, the runner bar is, for example, cast, bent or cut out accordingly beforehand.
Wie der Fachmann verstehen wird, kann der Kurzschlussläufer in sämtlichen elektrischen Maschinen, die für den Betrieb mit einem Kurzschlussläufer ausgelegt sind, verwendet werden. Insbesondere kann der Kurzschlussläufer in Asynchronmaschinen verwendet werden. Entsprechend schaffen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung eine elektrische Maschine, umfassend einen Kurzschlussläufer gemäß der vorliegenden Offenbarung. Beispiele der elektrischen Maschine können dabei für unterschiedliche Zwecke vorgesehen sein. Insbesondere können Beispiele der elektrischen Maschine zum Antrieb von Maschinen, z.B. (Kraft-) Fahrzeugen, vorgesehen sein.As the person skilled in the art will understand, the squirrel-cage rotor can be used in all electrical machines that are designed for operation with a squirrel-cage rotor. In particular, the squirrel-cage rotor can be used in asynchronous machines. Accordingly, embodiments of the present disclosure provide an electrical machine comprising a squirrel-cage rotor according to the present disclosure. Examples of the electrical machine can be provided for different purposes. In particular, examples of the electrical machine can be provided for driving machines, e.g. (motor) vehicles.
Ausführungsbeispiele beziehen sich daher auf ein Fahrzeug, umfassend eine elektrische Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung.Embodiments therefore relate to a vehicle comprising an electric machine according to the present disclosure.
BezugszeichenReference symbols
- 100100
- KurzschlussläuferSquirrel cage rotor
- 110110
- KurzschlusskäfigSquirrel cage
- 112112
- LäuferstäbeRunner bars
- 114-1114-1
- KurzschlussringShort-circuit ring
- 114-2114-2
- KurzschlussringShort-circuit ring
- 120120
- BlechpaketSheet metal package
- 130130
- WelleWave
- 141141
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 142142
- axiale Richtungaxial direction
- 200200
- KurzschlusskäfigSquirrel cage
- 210-1210-1
- KurzschlussringShort-circuit ring
- 210-2210-2
- KurzschlussringShort-circuit ring
- 220220
- LäuferstäbeRunner bars
- 221221
- erster Abschnittfirst section
- 222222
- zweiter Abschnittsecond part
- 223223
- VerbindungsabschnittConnecting section
- 224224
- VersatzOffset
- 241241
- UmfangsrichtungCircumferential direction
- 242242
- axiale Richtungaxial direction
- 300300
- VerfahrenProceedings
- 310310
- Bereitstellen eines KurzschlusskäfigsProviding a squirrel cage
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022212655.6A DE102022212655A1 (en) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022212655.6A DE102022212655A1 (en) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022212655A1 true DE102022212655A1 (en) | 2024-05-29 |
Family
ID=91026755
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102022212655.6A Pending DE102022212655A1 (en) | 2022-11-28 | 2022-11-28 | Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102022212655A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11285213A (en) | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Rotating electric machine |
WO2020179612A1 (en) | 2019-03-01 | 2020-09-10 | 株式会社デンソー | Squirrel-cage induction motor |
-
2022
- 2022-11-28 DE DE102022212655.6A patent/DE102022212655A1/en active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11285213A (en) | 1998-03-31 | 1999-10-15 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Rotating electric machine |
WO2020179612A1 (en) | 2019-03-01 | 2020-09-10 | 株式会社デンソー | Squirrel-cage induction motor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3134960B1 (en) | Electric machine | |
DE10392673B4 (en) | Electric motor with permanent magnets | |
EP3248271B1 (en) | Rotor of an asynchronous machine | |
WO2006108810A1 (en) | Electrical asynchronous machine comprising toothed coils in the stator winding system | |
DE60019730T2 (en) | DOUBLE-STAINED BRUSHLESS INDUCTION MACHINES WITH DOUBLE-STAGE CUFFS. | |
EP2891234B1 (en) | Cage rotor and rod with an incision | |
EP1915813A1 (en) | Cage rotor for an asynchronous motor | |
DE112013001733T5 (en) | Stator construction for rotating electrical machine | |
DE2521557A1 (en) | INDUCTION MOTOR WITH A ROTOR HAVING NUMEROUS CAGEFUL ARRANGEMENTS AND METHOD OF MANUFACTURING | |
DE102014118356A1 (en) | Power unit and electrical machine | |
WO2005027308A1 (en) | Electric machine comprising an induction rotor | |
EP2891233B1 (en) | Cage rotor with deformable bearings for rotor bars | |
DE2434347A1 (en) | AIR GAP WINDING OF AN ELECTRIC MACHINE | |
EP2957024B1 (en) | Centifugal protection of a short circuit ring in induction machines | |
DE102010038486A1 (en) | Windings with an angular cross-section for rotors of electric machines | |
DE2455001C2 (en) | Winding arrangement for a slotless rotating electrical machine | |
DE68910181T2 (en) | Electrical machines. | |
EP2601726A2 (en) | Winding tooth and component for an electrical machine for reducing eddy currents | |
DE2348502A1 (en) | ELECTRIC MOTOR WITH EXTENDED POLES AND NUMEROUS SHORT-CUTTED SHIELDING COILS FOR EACH POLE | |
DE102020115642B3 (en) | Electric motor and circuit board | |
DE60320165T2 (en) | Rotating electrical machine | |
EP3460957A1 (en) | Bar winding for a stator of an electrically rotating machine | |
DE1638301A1 (en) | Electrical machines | |
DE102022212655A1 (en) | Vehicle, electrical machine, squirrel-cage rotor and method for producing a squirrel-cage rotor | |
EP3183799B1 (en) | Active part of an electric machine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified |