DE112016001455T5

DE112016001455T5 - Läufer für einen Asynchronmotor und Asynchronmotor

Info

Publication number: DE112016001455T5
Application number: DE112016001455.4T
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Moriya; Yoshiharu Takashima; Shinjiro Yamane; Yoshiki Okada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-09-21
Filing date: 2016-09-21
Publication date: 2018-06-07
Also published as: KR101958133B1; TW201815023A; JPWO2018055701A1; WO2018055701A1; TWI650920B; CN108141119A; US20180278106A1; JP6189001B1; KR20180044838A

Abstract

Läufer 100 für einen Asynchronmotor 300 mit ringförmig gestalteten Abschlussringen 3-1 und 3-2, die jeweils an einem Ende eines Läuferkerns 1 angeordnet und mit einem aus dem Ende des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstab 6 verbunden sind, und ringförmig gestalteten ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2, die jeweils zwischen dem Läuferkern 1 und dem entsprechenden der Abschlussringe 3-1 bzw. 3-2 angeordnet sind und sich mit dem entsprechenden der Abschlussringe 3-1 bzw. 3-2 in Kontakt befinden. Die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 weisen jeweils ein in diesen ausgebildetes Einsteckloch 4a zum Einstecken des aus dem Ende des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 auf.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Läufer für einen Asynchronmotor und einen Asynchronmotor.
Hintergrund
In den vergangenen Jahren nahm der Bedarf zu, Asynchronmotoren für Werkzeugmaschinen mit höherer Drehzahl zu betreiben. Bei einer Rotation des Läufers mit hoher Drehzahl kommt es zu einer Verformung des an dem Läufer des Asynchronmotors ausgebildeten Abschlussrings. Daher tritt bei jedem erneuten Anfahren und Anhalten des Asynchronmotors oder bei jeder Änderung der Drehzahl des Läufers eine Spannung am Verbindungspunkt zwischen dem Abschlussring und dem Leiterstab auf, sodass die Ermüdungslebensdauer des Läufers verkürzt wird.
Ein in dem Patentdokument 1 offenbarter Läufer für einen Asynchronmotor weist einen Läuferkern aus geblechtem Eisen, eine den Läuferkern durchsetzende Welle, einen Leiterstab, der den Läuferkern durchsetzt und einen Käfigstab darstellt, einen Abschlussring, bei dem es sich um einen ringförmigen Kurzschlussring handelt, der in einer bestimmten zu einem Ende des Läuferkerns beabstandeten Position angeordnet ist, ein erstes Armierungselement, bei dem es sich um einen ringförmigen Stützring handelt, der zwischen dem Abschlussring und der Welle angeordnet ist, und ein zweites Armierungselement auf, bei dem es sich um einen ringförmigen Schrumpfpassungsring handelt, der sich an einem äußeren Umfangsbereich des Abschlussrings befindet. Aufgrund des Schrumpfsitzes des zweiten Armierungselements auf dem Abschlussring wird durch das zweite Armierungselement eine Druckkraft auf den Abschlussring ausgeübt. Dadurch wird ein Verformen des Abschlussrings während einer Rotation des Läufers begrenzt.
Liste der Zitate
Patentliteratur
Patentdokument 1: japanische Offenlegungsschrift Nr. H9-103054 .
Kurzbeschreibung
Technische Problemstellung
Bei dem in dem Patentdokument 1 offenbarten Asynchronmotorläufer besteht jedoch das Problem, dass, da der Leiterstab bei einer Rotation des Läufers zwischen dem Ende des Läuferkerns und dem Abschlussring verformt wird, eine Begrenzung der Verformung des mit dem Leiterstab verbundenen Abschlussrings nicht zu erwarten ist, sodass der Läufer innerhalb eines kürzeren Zeitraums durch einen neuen ersetzt werden muss, als es der vorgesehenen Standzeit entspricht.
Die vorliegende Erfindung entstand angesichts der oben angegebenen Problemstellungen, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Angabe eines Läufers für einen Asynchronmotor besteht, dessen Standzeitverkürzung begrenzt werden kann.
Lösung der Problemstellung
Zur Lösung der oben genannten Problemstellungen und zum Erfüllen der Aufgabe weist ein Läufer für einen Asynchronmotor gemäß der vorliegenden Erfindung einen Läuferkern, einen Leiterstab, der den Läuferkern in einer entlang einer Zentralachse des Läuferkerns verlaufenden axialen Richtung durchsetzt, einen ringförmig gestalteten Abschlussring, der an einem Ende des Läuferkerns angeordnet und mit dem aus dem Ende des Läuferkerns ragenden Leiterstab verbunden ist, und ein erstes Armierungselement auf, das zwischen dem Läuferkern und dem Abschlussring angeordnet ist und den Abschlussring berührt. Das erste Armierungselement weist ein darin ausgebildetes Einsteckloch zum Einsetzen des aus dem Ende des Läuferkerns ragenden Leiterstabs auf.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Ein erfindungsgemäßer Läufer für einen Asynchronmotor bewirkt, dass dessen Standzeitverkürzung begrenzt werden kann.
Figurenliste

1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Asynchronmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 2 dargestellten Linie III-III.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines in 2 dargestellten Abschlussrings.
5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines zweiten in 2 dargestellten Armierungselements.
6 zeigt eine Seitenansicht auf einen Läuferkern bei Betrachtung von einer gegenüberliegenden Seite eines in 2 dargestellten ersten Armierungselements.
7 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 6 dargestellten Linie VII-VII.
8 zeigt eine Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels zu dem in 6 dargestellten ersten Armierungselement.
9 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 8 dargestellten Linie IX-IX.
10 zeigt eine Darstellung zur Veranschaulichung der Verformung eines Abschlussrings während einer Rotation eines Läufers für einen Asynchronmotor, bei dem das dem in den 8 und 9 dargestellten Vergleichsbeispiel gemäße erste Armierungselement verwendet wird.
11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Zustands eines Abschlussrings bei einer Änderung der Drehzahl eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der ersten Modifikation.
12 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Zustands eines Abschlussrings bei einer Änderung der Drehzahl eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Modifikation des Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
14 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Modifikation des ersten Armierungselements des Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele eines Läufers für einen Asynchronmotor und eines Asynchronmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ausführlich auf Grundlage der Figuren beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Ausführungsform
1 zeigt eine Querschnittsansicht eines Asynchronmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 2 dargestellten Linie III-III. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten Abschlussrings. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des in 2 dargestellten zweiten Armierungselements. 6 zeigt eine Seitenansicht auf den Läuferkern bei Betrachtung von einer gegenüberliegenden Seite des in 2 dargestellten ersten Armierungselements. 7 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 6 dargestellten Linie VII-VII.
Der in 1 veranschaulichte Asynchronmotor 300 weist einen Stator 200 und einen innenseitig des Stators 200 angeordneten Läufer 100 auf. Der Stator 200 weist ein zylindrisches Gehäuse 210 und einen an der Innenseite des Gehäuses 210 angeordneten Statorkern 220 auf. Der Statorkern 220 ist durch Stapeln mehrerer dünner Bleche, die so aus einem (nicht dargestellten) Elektroblechgrundmaterial ausgestanzt wurden, dass sie eine ringförmige Gestalt aufweisen, in axialer Richtung D1 entlang der Zentralachse AX des Läuferkerns 1 gebildet. Die dünnen Bleche sind durch Verpressen, Schweißen oder Kleben aneinander befestigt. Im Statorkern 220 sind mehrere Wicklungen 230 angeordnet. Die sich an dem bezüglich der axialen Richtung D1 einen Ende befindenden Wicklungsenden der Wicklungen 230 ragen aus der einen Endseite des Statorkerns 220 in die axiale Richtung D1. Die sich an dem bezüglich der axialen Richtung D1 anderen Ende befindenden Wicklungsenden der Wicklungen 230 ragen aus der anderen Endseite des Statorkerns 220 in die axiale Richtung D1.
Der Läuferkern 100 weist einen zylindrischen Läuferkern 1 und eine Welle 2 auf, die durch ein Durchgangsloch 1a des Läuferkerns 1 hindurchgeführt ist. Der Läuferkern 1 weist mehrere Kernlängslöcher 5, die in einem Bereich des Läuferkerns 1 nahe zur Außenumfangsfläche des Läuferkerns 1 und in einer um die Zentralachse AX des Läuferkerns 1 führenden Richtung D2 angeordnet sind, und für jedes der Kernlängslöcher 5 einen Leiterstab 6 auf, der den Läuferkern 1 in der axialen Richtung D1 durchsetzt.
Der Läufer 100 weist ferner einen ringförmig gestalteten Abschlussring 3-1, der an dem bezüglich der axialen Richtung D1 einen Ende 1b1 des Läuferkerns 1 angeordnet ist, ein erstes Armierungselement 4-1 von ringförmiger Gestalt, das zwischen dem Läuferkern 1 und dem Abschlussring 3-1 angeordnet ist und sich mit dem Abschlussring 3-1 in Kontakt befindet, einen ringförmig gestalteten Abschlussring 3-1, der an dem bezüglich der axialen Richtung D1 anderen Ende 1b2 des Läuferkerns 1 angeordnet ist, und ein erstes Armierungselement 4-2 von ringförmiger Gestalt auf, das zwischen dem Läuferkern 1 und dem Abschlussring 3-2 angeordnet ist und sich mit dem Abschlussringring 3-2 in Kontakt befindet.
Das aus dem einen Ende 1b1 des Läuferkerns 1 ragende eine Ende 6a des Leiterstabs 6 ist mit dem Abschlussring 3-1 verbunden. Ein innerer Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 befindet sich in Kontakt mit dem ersten Armierungselement 4-1. Wie aus den 2 und 4 ersichtlich ist, ist in einem Abschnitt des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1 eine schräge Oberfläche 3e so ausgebildet, dass diese sich nahe an einem dem Läuferkern 1 gegenüberliegenden Ende 3d des Abschlussrings 3-1 befindet. Die schräge Oberfläche 3e des Abschlussrings 3-1 weist eine solche Form auf, dass die schräge Oberfläche 3e in axialer Richtung D1 vom Läuferkern 1 zum Abschlussring 3-1 hin breiter wird. Das aus dem anderen Ende 1b2 des Läuferkerns 1 ragende andere Ende 6b des Leiterstabs 6 ist mit dem Abschlussring 3-2 verbunden. Der innere Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-2 befindet sich in Kontakt mit dem ersten Armierungselement 4-2. An einem Abschnitt des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-2 ist eine schräge Oberfläche 3e ausgebildet, die sich nahe an einem dem Läuferkern 1 gegenüberliegenden Ende 3d des Abschlussrings 3-2 befindet. Die schräge Oberfläche 3e des Abschlussrings 3-2 weist eine solche Form auf, dass die schräge Oberfläche 3e in axialer Richtung D1 vom Läuferkern 1 zum Abschlussring 3-2 hin breiter wird. Das bedeutet, dass die Abschlussringe 3-1 und 3-2 jeweils eine schräge Oberfläche 3e in einer solchen Weise aufweisen, dass die Innendurchmesser mit in axialer Richtung D1 zunehmendem Abstand von dem jeweiligen der ersten Armierungselemente 4-1 bzw. 4-2 zunehmen. Der Grund für die Ausbildung einer schrägen Oberfläche 3e an dem Abschlussring 3-1 und dem Abschlussring 3-2 wird später behandelt.
In dem ersten Armierungselement 4-1 ist ein Einsteckloch 4a zum Einsetzen des aus dem einen Ende 1b1 des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 ausgebildet. In dem ersten Armierungselement 4-2 ist ein Einsteckloch 4a zum Einsetzen des aus dem einen Ende 1b2 des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 ausgebildet. Der Innendurchmesser eines in dem ersten Armierungselement 4-1 sowie dem zweiten Armierungselement 4-2 ausgebildeten Einstecklochs 4a entspricht dem Außendurchmesser eines Leiterstabs 6. Im Zentralbereich des ersten Armierungselements 4-1 und des ersten Armierungselements 4-2 ist jeweils ein Durchgangsloch 4b ausgebildet. Die Welle 2 durchsetzt das jeweilige Durchgangsloch 4b des ersten Armierungselements 4-1 und des ersten Armierungselements 4-2 und das Durchgangsloch 1a des Läuferkerns 1.
Der Läufer 100 weist ferner ein zweites Armierungselement 5-1, das an einem äußeren Umfangsbereich 3b des Abschlussrings 3-1 angeordnet ist, und ein zweites Armierungselement 5-2 auf, das an einem äußeren Umfangsbereich 3b des Abschlussrings 3-2 angeordnet ist. Ein innerer Umfangsbereich 5a des zweiten Armierungselements 5-1 befindet sich in Kontakt mit dem äußeren Umfangsbereich 3b des Abschlussrings 3-1 und ein innerer Umfangsbereich 5a des zweiten Armierungselements 5-2 befindet sich in Kontakt mit dem äußeren Umfangsbereich 3b des Abschlussrings 3-2.
In der nachfolgenden Beschreibung können der Abschlussring 3-1 und der Abschlussring 3-2 einfach als „Abschlussring(e) 3-1 und/oder 3-2“, das erste Armierungselement 4-1 und das erste Armierungselement 4-2 einfach als „erste(s) Armierungselement(e) 4-1 und/oder 4-2“ und das zweite Armierungselement 5-1 und das zweite Armierungselement 5-2 einfach als „zweite(s) Armierungselement(e) 5-1 und/oder 5-2“ bezeichnet werden.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Außendurchmesser der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2, der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 und des Läuferkerns 1 identisch.
Wie in 2 dargestellt, ist eine Breite RDW1 vom äußeren Umfangsbereich des jeweiligen ersten Armierungselements 4-1 bzw. 4-2 zum Einsteckloch 4a schmäler als die Breite RDW2 vom äußeren Umfangsbereich des jeweiligen zweiten Armierungselements 5-1 bzw. 5-2 zum inneren Umfangbereich 5a. Mit zunehmender Breite RDW1 der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 werden die Querschnittsflächen des einen Endes 6a und des anderen Endes 6b des Leiterstabs 6 in radialer Richtung D3 des Läuferkerns 1 kleiner und der Widerstandswert des Leiterstabs 6 nimmt zu. Die von den ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 ausgeübte Armierungswirkung wird jedoch aufgrund der Verbesserung der Steifigkeit der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 verbessert. Der Effekt der Armierungswirkung besteht in der Begrenzung einer durch eine Zentrifugalkraft und thermische Expansion hervorgerufenen Verformung der Abschlussringe 3-1 bzw. 3-2. Einzelheiten der Armierungswirkung werden später beschrieben. Ferner wird mit zunehmender Breite RDW2 eines jeden der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 der Durchmesser der Abschlussringe 3-1 und 3-2 kleiner und auch die Kontaktfläche zwischen einem jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2 und dem Leiterstab 6 wird kleiner. Daher nehmen die Widerstandswerte an den Verbindungsstellen zwischen den Abschlussringen 3-1 und 3-2 und dem Leiterstab 6 zu. Da jedoch die Steifigkeit der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 verbessert wird, verbessert sich auch die von den zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 jeweils ausgeübte Armierungswirkung. Daher werden die Breite RDW1 eines jeden der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 und die Breite RDW2 eines jeden der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 unter Berücksichtigung des Widerstandswerts zwischen den Abschlussringen 3-1 und 3-2 und dem Leiterstab 6 und der Armierungswirkung auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 festgelegt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform werden die äußeren Durchmesser der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2, der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 und des Läuferkerns 1 so festgelegt, dass sie gleich sind. Die Außendurchmesser können sich jedoch voneinander unterscheiden. In diesem Fall können die gleichen Wirkungen wie oben erzielt werden, wenn sich die inneren Umfangsbereiche 5a der zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 innerhalb der Einstecklöcher 4a der ersten Armierungselemente 4-1 bzw. 4-2 befinden. Anders ausgedrückt genügt es, wenn eine Anordnung verwendet wird, bei der die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 von den zweiten Armierungselementen 5-1 bzw. 5-2 gedrückt werden.
Der Läuferkern 1 wird durch Stapeln von mehreren dünnen Blechen in axialer Richtung D1 gebildet, die in ringförmiger Gestalt aus einem (nicht dargestellten) Elektroblechgrundmaterial ausgestanzt wurden. Die dünnen Bleche sind aneinander durch Verpressen, Schweißen oder Kleben befestigt.
Jedes der Kernlängslöcher 5 erstreckt sich durch den Läuferkern 1 in axialer Richtung D1 von dem einen Ende 1b1 zu dem anderen Ende 1b2. Jedes der Kernlängslöcher 5 verläuft ferner, wie in 3 dargestellt ist, schräg zur Achsenumlaufrichtung D2.
Als Werkstoffe für den Abschlussring 3-1, den Abschlussring 3-2 und den Leiterstab 6 können Leitermaterialien wie beispielsweise Aluminium, eine Aluminiumlegierung, Kupfer oder eine Kupferlegierung verwendet werden. Die Abschlussringe 3-1 und 3-2 können durch Druckgießen oder Hartlöten unter Verwendung des Leitermaterials gebildet werden.
Eine auf ein Objekt einwirkende Zentrifugalkraft hängt nicht nur vom Radius und der Winkelgeschwindigkeit des Objekts ab, sondern auch von der Masse des Objekts. Um eine durch eine Zentrifugalkraft und thermische Expansion verursachte Verformung der Abschlussringe 3-1 und 3-2 zu begrenzen, müssen die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 und die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 so gestaltet werden, dass sie durch die Zentrifugalkraft kaum verformt werden. Daher wird für die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 und die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 ein Material mit einer höheren Zugfestigkeit pro Masseneinheit verwendet als für die Abschlussringe 3-1 und 3-2. Als Material für die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 und die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 können beispielsweise Eisen, Titan oder ein kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff verwendet werden.
Wie aus den 6 und 7 ersichtlich weist das erste Armierungselement 4-1 einen ersten ringförmigen Abschnitt 41 auf, der in einem Bereich nahe an dem inneren Umfangsbereich des ersten Armierungselements 4-1 angeordnet ist, und einen zweiten ringförmigen Abschnitt 42 auf, der in einem Bereich nahe an dem äußeren Umfangsbereich des ersten Armierungselements 4-1 angeordnet ist, sodass er den ersten ringförmigen Abschnitt 41 umgibt. Der Außendurchmesser OD2 des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 ist größer als der Außendurchmesser OD1 des ersten ringförmigen Abschnitts 41. Außerdem ist die Breite des ersten ringförmigen Abschnitts 41 in axialer Richtung D1 größer als die Breite des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 in axialer Richtung. Das bedeutet, dass durch den ersten ringförmigen Abschnitt 41 und den zweiten ringförmigen Abschnitt 42 in dem ersten Armierungselement 4-1 eine Stufe ausgebildet wird. In dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 sind, wie in den 6 und 7 dargestellt ist, in einem Bereich nahe an dem äußeren Umfangsbereich des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 Einstecklöcher 4a ausgebildet. Das erste Armierungselement 4-1 wird durch Gießen des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 gebildet. Das erste Armierungselement 4-1 kann jedoch auch eine Kombination des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 sein, die unabhängig voneinander hergestellt wurden. Das erste Armierungselement 4-2 wird in derselben Weise gebildet wie das erste Armierungselement 4-1.
Bei der Herstellung des Läufers 100 werden zunächst das erste Armierungselement 4-1 und das erste Armierungselement 4-2 an dem einen Ende 1b1 bzw. an dem anderen Ende 1b2 des Läuferkerns 1 angebracht. Anschließend werden der Leiterstab 6 und die Abschlussringe 3-1 und 3-2 durch Druckgießen unter Verwendung des oben angegebenen Leitermaterials gegossen.
Der innere Umfangsbereich 3a eines jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2 befindet sich in Kontakt mit einem äußeren Umfangsbereich 41a des in 7 dargestellten ersten ringförmigen Abschnitts 41. Ein Ende 3c eines jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2, das sich an der Seite zum Läuferkern 1 befindet, befindet sich in Kontakt mit einem Ende 42a des in 7 dargestellten zweiten ringförmigen Abschnitts 42, das sich an einer dem Läuferkern 1 gegenüberliegenden Seite befindet. Das bedeutet, dass die Abschlussringe 3-1 und 3-2 so angeordnet sind, dass sie sich mit der Stufe in dem ersten Armierungselement 4-1 bzw. 4-2 in Kontakt befinden.
Im Anschluss daran wird der äußere Umfangsbereich 3b eines jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2 einer spanenden Bearbeitung unterzogen, wobei die äußeren Umfangsbereiche der Abschlussringe 3-1 und 3-2 nach der spanenden Bearbeitung jeweils mittels Presspassung an den in 5 gezeigten zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 befestigt werden. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden der Abschlussring 3-1 mittels Schrumpfpassen an dem zweiten Armierungselement 5-1 und der Abschlussring 3-2 mittels Schrumpfpassen an dem zweiten Armierungselement 5-2 befestigt. Schließlich werden das Durchgangsloch 4b eines jeden der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 und das Durchgangsloch 1a des Läuferkerns 1 einer Endbearbeitung unterzogen, damit sie die gleichen Abmessungen aufweisen, und die Welle 2 wird am Inneren der Durchgangslöcher 4b und des Durchgangslochs 1a mittels Presspassung befestigt. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Welle 2 an der Innenseite der Durchgangslöcher 4b und des Durchgangslochs 1a mittels Schrumpfpassung befestigt.
Vor dem Anbringen der Abschlussringe 3-1 und 3-2 an den zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 erfolgt eine Bestrahlung mit Röntgenstrahlen vonseiten eines äußeren Umfangsbereichs 3b der Abschlussringe 3-1 und 3-2, womit eine Fehlerprüfung durchgeführt wird. Der Grund für die Vornahme der Fehlerprüfung zu diesem Zeitpunkt liegt darin, dass die Röntgenstrahlung, die eine zur Prüfung der Abschlussringe 3-1 und 3-2 geeignete Energie aufweist, die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 aufgrund des Unterschieds zwischen den spezifischen Gewichten der Materialien, die jeweils die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 und die Abschlussringe 3-1 und 3-2 bilden, kaum durchdringt, wenn die Abschlussringe 3-1 und 3-2 an den jeweiligen zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 mittels Schrumpfpassung angebracht sind. Bei Bestrahlen mit Röntgenstrahlen vonseiten eines äußeren Umfangsbereichs 3b der Abschlussringe 3-1 und 3-2 vor einem Anbringen der Abschlussringe 3-1 und 3-2 an den zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 mittels Schrumpfpassung kann die Innenseite der Abschlussringe 3-1 und 3-2 mit hoher Genauigkeit geprüft werden.
Während einer Rotation wirkt aufgrund der Zentrifugalkraft eine sich in radialer Richtung D3 ausbreitende Kraft auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 ein. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das eine Ende 6a des aus dem einen Ende 1b1 des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 in das Einsteckloch 4a des ersten Armierungselements 4-1 und das andere Ende 6b des aus dem anderen Ende 1b2 des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 in das Einsteckloch 4a des ersten Armierungselements 4-2 eingesetzt. Daher kommen, wenn eine Zentrifugalkraft auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 einwirkt, beide Enden des aus dem Läuferkern 1 ragenden Leiterstabs 6 in Kontakt mit den Einstecklöchern 4a der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2. Dieser Kontakt begrenzt eine Verformung der beiden Enden des Leiterstabs 6 und begrenzt auch eine Verformung der Abschlussringe 3-1 und 3-2. Daher kann, da die in den Abschlussringen 3-1 und 3-2 bei jedem Anfahren und Anhalten des Läufers 100 erzeugte Spannungsamplitude verringert wird, oder die in den Abschlussringen 3-1 und 3-2 bei jeder Änderung der Drehzahl des Läufers 100 erzeugte Spannungsamplitude verringert wird, eine Verbesserung der Ermüdungslebensdauer der Abschlussringe 3-1 und 3-2 erzielt werden. In der nachfolgenden Beschreibung wird die von den ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 auf die Abschlussringe 3-1 und 3-2 bewirkte Armierungswirkung genauer beschrieben.
8 zeigt eine Seitenansicht eines Vergleichsbeispiels zu dem in 6 dargestellten ersten Armierungselement. 9 zeigt eine Ansicht eines Querschnitts entlang der in 8 dargestellten Linie IX-IX. Nachfolgend sind die Unterschiede zwischen den in den 6 und 7 dargestellten ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 und den in den 8 und 9 dargestellten ersten Armierungselementen 4-1A und 4-2A angegeben.

(1) Jedes der ersten Armierungselemente 4-1A und 4-2A weist anstelle des in 7 dargestellten zweiten ringförmigen Abschnitts 42 einen zweiten ringförmigen Abschnitt 42A auf.
(2) Das in 7 dargestellte Einsteckloch 4a ist in dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42A nicht vorhanden und der Außendurchmesser OD3 des zweiten ringförmigen Abschnitts 42A ist kleiner als der Außendurchmesser OD2 des in 7 dargestellten zweiten ringförmigen Abschnitts 42 und größer als der Außendurchmesser OD1 des ersten ringförmigen Abschnitts 41.

Die Darstellung von 10 veranschaulicht eine Verformung eines Abschlussrings während einer Rotation eines Läufers für einen Asynchronmotor, bei dem das erste Armierungselement gemäß dem in den 8 und 9 dargestellten Vergleichsbeispiel verwendet wird. Der in 10 dargestellte Läufer 100A für einen Asynchronmotor weist den Läuferkern 1, den Leiterstab 6, den Abschlussring 3-1 und das zweite Armierungselement 5-1 auf und weist ferner das in den 8 und 9 dargestellte erste Armierungselement 4-1A auf. Wie aus 10 ersichtlich befindet sich ein äußerer Umfangsbereich des zweiten ringförmigen Abschnitts 42A in Kontakt mit dem Leiterstab 6. Das bedeutet, dass mehrere Leiterstäbe 6 so angeordnet sind, dass sie sich in Kontakt mit den äußeren Umfangsbereichen der ersten Armierungselemente 4-1A und 4-2A befinden.
In 10 sind die Umrisse des Leiterstabs 6, des Abschlussrings 3-1 und des zweiten Armierungselements 5-1 bei stehendem Läufer mit einer durchgezogenen Linie und die Umrisse des Leiterstabs 6, des Abschlussrings 3-1 und des zweiten Armierungselements 5-1, die sich bei einer Rotation des Läufers 100A eines Asynchronmotors mit hoher Drehzahl verformen, mit einer gestrichelten Linie dargestellt.
Bei angehaltenem Läufer 100A befindet sich der innere Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 in Kontakt mit dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41. Da das zweite Armierungselement 5-1 mittels Schrumpfpassung an dem Abschlussring 3-1 angebracht ist, wird von dem zweiten Armierungselement 5-1 eine Druckkraft auf den Abschlussring 3-1 ausgeübt. Dadurch wird zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 eine Reibungskraft erzeugt. Diese Reibungskraft führt zur Begrenzung der Verformung des Abschlussrings 3-1 während einer Rotation und während einer thermischen Ausdehnung des Läufers 100A.
Während einer Rotation des Läufers 100A wirkt aufgrund der Zentrifugalkraft eine sich in radialer Richtung D3 ausbreitende Kraft auf den Abschlussring 3-1 ein. Diese Kraft nimmt mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100A zu, sodass sich der Abschlussring 3-1 verformt, wobei der Verbindungspunkt mit dem Leiterstab 6 den Gelenkpunkt bildet. Bei dieser Verformung überwindet der Abschlussring 3-1 die Reibungskraft, die zwischen dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 und dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 erzeugt wird, um sich wie in 10 veranschaulicht nach außen in radialer Richtung D3 auszubreiten.
Da der Grad der Lageverformung des Abschlussrings 3-2 mit zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100A zunimmt, erhöht sich die Amplitude der in dem Abschlussring 3-1 erzeugten Spannung, d. h. der Grad einer Lageverformung vor einer Rotation bei angehaltenem Läufer 100A und nach einer Rotation des Läufers 100A, im Vergleich dazu, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100A gering ist. Bei jedem erneuten Drehen und Anhalten des Läufers 100A bzw. bei jeder Änderung der Drehzahl des Läufers 100A erfolgt ein erneutes Aufweiten und Verringern des Innendurchmessers und des Außendurchmessers des Abschlussrings 3-1, sodass die Metallermüdung in dem Abschlussring 3-1 fortschreitet. Indessen wird das eine Ende 6a des mit dem Abschlussring 3-1 verbundenen Leiterstabs 6 nach außen in radialer Richtung D3 verformt, wobei das eine Ende 1b1 des Läuferkerns 1 als Gelenkpunkt der Lageverformung des Abschlussrings 3-1 wirkt. Daher wird bei jedem erneuten Drehen und Anhalten des Läufers 100A bzw. bei jedem Ändern der Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100A an dem einen Ende 6a des Leiterstabs 6 eine Spannung induziert, sodass die Metallermüdung in dem einen Ende 6a des Leiterstabs 6 fortschreitet. Dadurch muss der Läufer 100A möglicherweise innerhalb eines gegenüber der vorgesehenen Lebensdauer kürzeren Zeitraums durch einen neuen ersetzt werden.
Dagegen wird bei einem Läufer 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine in radialer Richtung D3 nach außen gerichtete Verformung des aus dem einen Ende 1b1 des Läuferkerns 1 ragenden Leiterstabs 6 während einer Rotation durch das erste Armierungselement 4-1 begrenzt, da das eine Ende 6a des Leiterstabs 6 in das Einsteckloch 4a des ersten Armierungselements 4-1 eingesteckt ist. Dadurch wird die Verformung des einen Endes 6a des Leiterstabs 6 im Vergleich zu dem in 10 dargestellten Läufer 100A begrenzt und die Armierungswirkung des mit dem Leiterstab 6 verbundenen Abschlussrings 3-1 verbessert. Daher wird bei dem Läufer 100 die Amplitude der in dem Abschlussring 3-1 erzeugten Spannung im Vergleich zu der bei einem wie in 10 veranschaulichten Läufer 100A verringert, sodass eine Verbesserung der Ermüdungslebensdauer des Abschlussrings 3-1 erreicht werden kann. Folglich kann die Verringerung der Standzeit des Läufers 100 begrenzt werden.
Als Nächstes wird unter Bezug auf die 11 und 12 der Grund dafür beschrieben, warum in axialer Richtung D1 die Breite ADW3 eines Bereichs des inneren Umfangsbereichs 3a eines jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2 des Läufers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, der sich mit dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 in Kontakt befindet, schmäler ist als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b eines jeden der Abschlussringe 3-1 und 3-2 in axialer Richtung D1.
11 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Zustands eines Abschlussrings bei einer Änderung der Drehzahl eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der ersten Modifikation. 12 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung eines Zustands eines Abschlussrings bei einer Änderung der Drehzahl eines Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 12 ist ein Läufer 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. In 11 ist ein Läufer 100B dargestellt, bei dem es sich um eine erste Modifikation des Läufers 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform handelt. Die 11 und 12 zeigen die Läufer jeweils in einem angehaltenen Zustand, einem Zustand bei hoher Drehzahl und zu einem Zeitpunkt, an dem der jeweilige Läufer aus dem Zustand mit hoher Umdrehungsgeschwindigkeit in den angehaltenen Zustand zurückkehrt, in dieser Reihenfolge beginnend von oben in den Figuren.
Selbst bei Verwendung des Läufers 100B von 11 kann die der vorliegenden Ausführungsform gemäße Wirkung erhalten werden, da die Lageverformung des Abschlussrings 3-1A und des Leiterstabs 6 in radialer Richtung D3 nach außen aufgrund der während der Rotation auftretenden Zentrifugalkraft dadurch begrenzt wird, dass der Leiterstab 6 in ein Durchgangsloch des ersten Armierungselements 4-1B eingesetzt ist.
Nachfolgend sind die Unterschiede zwischen dem in 11 dargestellten Läufer 100B und dem in 12 dargestellten Läufer 100 angegeben.

(1) Der in 11 dargestellte Läufer 100B weist anstelle des in 12 dargestellten Abschlussrings 3-1 einen Abschlussring 3-1A und anstelle des in 12 dargestellten ersten Armierungselements 4-1 das erste Armierungselement 4-1B auf.
(2) Das erste Armierungselement 4-1B besitzt anstelle des in 12 dargestellten ersten ringförmigen Abschnitts 41 einen ersten ringförmigen Abschnitt 41A.
(3) Im Vergleich zu dem in 11 dargestellten Läufer 100B kann bei dem in 12 dargestellten Läufer 100, soweit es sich um eine durch thermische Ausdehnung bedingte Verformung des Leiterstabs 6 handelt, eine Wirkung zur Begrenzung einer Verringerung der Standzeit eines Läufers erhalten werden.

Bei dem in 11 dargestellten Läufer 100B befindet sich ein innerer Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1A vollständig in Kontakt mit einem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A, wobei die Breite ADW1 des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1A in axialer Richtung D1 gleich der Breite des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1A in axialer Richtung D1 ist. Außerdem ist bei dem Läufer 100B die Breite ADW2 des äußeren Umfangsbereichs 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A in axialer Richtung D1 gleich der Breite ADW1 des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1A.
Dagegen ist bei dem in 12 dargestellten Läufer 100 die Breite ADW3 des Bereichs des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1, der sich in Kontakt mit dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 befindet, in axialer Richtung D1 schmäler als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1 in der axialen Richtung D1. Außerdem ist bei dem Läufer 100 die Breite ADW4 des äußeren Umfangsbereichs 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 in axialer Richtung D1 schmäler als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1 und gleich der Breite ADW3 des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1. Die Breite ADW3 des inneren Umfangsbereichs 3a des in 12 dargestellten Abschlussrings 3-1 ist schmäler als die Breite ADW1 des inneren Umfangsbereichs 3a des in 11 dargestellten Abschlussrings 3-1A, und die Breite ADW4 des äußeren Umfangsbereichs 41a des in 12 dargestellten ersten ringförmigen Abschnitts 41 ist schmäler als die Breite ADW2 des äußeren Umfangsbereichs 41a des in 11 dargestellten ersten ringförmigen Abschnitts 41A.
Wenn sich der Läufer 100B in einem angehaltenen Zustand befindet, wie er in einer ersten Darstellung in 11 oben veranschaulicht ist, befindet sich der Abschlussring 3-1A in Kontakt mit dem Ende 42a des zweiten ringförmigen Abschnitts 42.
Wenn ein Läufer in Rotation versetzt wird, steigt die Temperatur aufgrund der Wärmeentwicklung an, sodass sich die Elemente des Läufers thermisch ausdehnen. Da die Abschlussringe 3-1 und 3-2 und der Leiterstab 6 aus einem Element mit hohem Wärmeausdehnungskoeffizienten gebildet sind, kommt es zu einer Verformung durch thermische Ausdehnung. Wenn der Läufer angehalten wird, nimmt die Temperatur ab. Daher kann sich die Standzeit des Läufers aufgrund der durch den Wärmezyklus bedingten Formänderung verkürzen. Um die Wirkung der thermischen Ausdehnung einfach zu beschreiben, ist der Fokus der 11 und 12 auf die Verformung in der axialen Richtung D1 gerichtet, die von der thermischen Ausdehnung stark beeinflusst wird.
Bei dem Läufer 100B dehnt sich der Leiterstab aufgrund des Temperaturanstiegs bei zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit thermisch in axialer Richtung D1 aus, wobei sich der Abschlussring 3-1A in axialer Richtung D1 unter Überwindung der Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1A bewegt, wie in der von oben zweiten Darstellung der 11 veranschaulicht ist. Da sich der Abschlussring 3-1A von dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 wegbewegt, entsteht zwischen dem Ende 42a des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 und dem Abschlussring 3-1A eine Lücke G1.
Danach bewegt sich der Abschlussring 3-1A, da die Temperatur mit abnehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100B abnimmt, aufgrund des thermischen Schrumpfens des Leiterstabs 6, wie in der von oben dritten Darstellung der 11 veranschaulicht ist, in axialer Richtung D1, sodass er sich an den zweiten ringförmigen Abschnitt 42 annähert. Die Bewegung des Abschlussrings 3-1A kommt zum Stillstand, wenn sich die Schrumpfkraft des Leiterstabs 6 und die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1A ausgleichen. Folglich entsteht zwischen dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 und dem Abschlussring 3-1A eine Lücke G2, die schmäler als die Lücke G1 ist. Der sich innerhalb der Lücke G2 befindende Teil des Leiterstabs 6 wird von dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 nicht gestützt, wodurch die Armierungswirkung in Bezug auf eine durch die Zentrifugalkraft bewirkte Verformung des Abschlussrings 3-1A in radialer Richtung D3 nach außen im Vergleich zu dem Fall geschwächt wird, bei dem keine Lücke G2 entsteht.
In Bezug auf die Reibungskraft zwischen dem Abschlussring 3-1 und dem ersten Armierungselement 4-1 liegt nämlich eine nichtlineare Beziehung zwischen einer Last und der Reibungskraft vor, wobei die Reibungskraft tendenziell kleiner wird, wenn die Kontaktfläche zwischen zwei Objekten schmäler wird. Da die Breite ADW3 des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1 in 12 schmäler ist als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1, ist die Kontaktfläche zwischen dem ersten ringförmigen Abschnitt 41 und dem Abschlussring 3-1 in 12 kleiner als die Kontaktfläche zwischen dem ersten ringförmigen Abschnitt 41A und dem Abschlussring 3-1A in 11. Daher ist die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 kleiner als die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1A, wie in 11 dargestellt ist. In der nachfolgenden Beschreibung wird die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 einfach als „erste Reibungskraft“ und die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41A und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1A, die in 11 dargestellt sind, einfach als „zweite Reibungskraft“ bezeichnet.
Befindet sich der Läufer 100 in der ersten Darstellung oben in 12 veranschaulichten angehaltenen Zustand, dann befindet sich der Abschlussring 3-1 in Kontakt mit dem Ende 42a des zweiten ringförmigen Abschnitts 42.
Bei zunehmender Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers 100 überwindet der Abschlussring 3-1 aufgrund der thermischen Ausdehnung des Leiterstabs 6 die Reibungskraft zwischen dem äußeren Umfangsbereich 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 und dem inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1 und bewegt sich in axialer Richtung D1, wie in der von oben zweiten Darstellung von 12 dargestellt ist. Da sich der Abschlussring 3-1 von dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 wegbewegt, entsteht zwischen dem Ende 42a des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 und dem Abschlussring 3-1 eine Lücke G3, wobei der Zug an dem Ende 6a des Leiterstabs 6 diesen elastisch verformt.
Anschließend bewegt sich der Abschlussring 3-1, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers abnimmt, durch die Schrumpfkräfte des Leiterstabs 6 in axialer Richtung D1, wie in 12 in der dritten Darstellung von oben dargestellt ist. Da die erste Reibungskraft bei dem Läufer 100 wie oben angegeben kleiner als die zweite Reibungskraft bei dem in 11 dargestellten Läufer 100B ist, kann bei dem Läufer 100 eine zwischen dem Ende 42a des zweiten ringförmigen Abschnitts 42 und dem Abschlussring 3-1 entstandene Lücke kleiner gehalten werden als die in 11 dargestellte Lücke G2, oder ganz vermieden werden. Dadurch kann bei dem Läufer 100 die Armierungswirkung zur Begrenzung der durch die während einer Rotation auftretenden Zentrifugalkraft bedingte Verformung des Abschlussrings 3-1 in radialer Richtung D3 nach außen im Vergleich zu dem in 11 dargestellten Läufer 100B verbessert werden.
Selbst wenn die Breite ADW3 des in 12 dargestellten inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1 gleich der Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1 ist, wird die erste Reibungskraft bei dem Läufer 100 kleiner als die zweite Reibungskraft bei dem in 11 veranschaulichten Läufer 100B, indem die Breite ADW4 des äußeren Umfangsbereichs 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 schmäler als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussring 3-1 ausgeführt wird. Im Hinblick auf eine Begrenzung des Voranschreitens einer Alterung der Abschlussringe 3-1 und 3-2 ist es jedoch wünschenswert, die oben beschriebene schräge Oberfläche 3e bei jedem der Abschlussringe 3-1 und 3-2 auszubilden und die Breite ADW3 des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1 schmäler als die Breite ADW5 des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1 auszuführen. Dies wird nachfolgend beschrieben.
13 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer zweiten Modifikation des ersten Armierungselements des Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 13 veranschaulicht eine vergrößerte Teilansicht eines Läufers 100C gemäß der Modifikation. Nachfolgend sind die Unterschiede zwischen dem Läufer 100C und dem in 2 dargestellten Läufer 100 angegeben.

(1) Der Läufer 100C weist anstelle des in 2 dargestellten Abschlussrings 3-1 einen Abschlussring 3-1B auf.
(2) Die in 2 dargestellte schräge Oberfläche 3e ist bei dem Abschlussring 3-1B nicht ausgebildet, ein innerer Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1B weist eine Form mit einer flachen Oberfläche auf und die Breite des inneren Umfangsbereichs 3a des Abschlussrings 3-1B in axialer Richtung D1 ist gleich der Breite des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1B in axialer Richtung D1. Die Breite des äußeren Umfangsbereichs 41a des ersten ringförmigen Abschnitts 41 in axialer Richtung D1 ist schmäler als die Breite des äußeren Umfangsbereichs 3b des Abschlussrings 3-1B in axialer Richtung D1.

13 veranschaulicht die Umrisse des Leiterstabs 6, des Abschlussrings 3-1B und des zweiten Armierungselements 5-1 bei angehaltenem Läufer 100C mit einer durchgezogenen Linie und die Umrisse des Leiterstabs 6, des Abschlussrings 3-1B und des zweiten Armierungselements 5-1, die sich bei einer Rotation des Läufers 100C mit hoher Drehzahl verformen, mit einer gestrichelten Linie.
Da der Abschlussring 3-1B mit dem einen Ende 6a des Leiterstabs 6 verbunden ist, der in einem Bereich des Läuferkerns 1 angeordnet ist, der nahe an einer äußeren Umfangsfläche des Läuferkerns 1 liegt, wird der Abschlussring 3-1B während einer Rotation des Läufers 100C verformt, wobei der Verbindungspunkt zu dem einen Ende 6a des Leiterstabs 6 einen Gelenkpunkt bildet. Daher ist die Amplitude der in der Ecke 3f zwischen dem inneren Umfangsbereich 3a und dem Ende 3d des Abschlussrings 3-1B erzeugten Spannung am größten, größer als jene, die in irgendeinem von der Ecke 3f verschiedenen Bereich erzeugt werden.
Konkret ist die Amplitude der in einem Bereich nahe am inneren Umfangsbereich 3a des Abschlussrings 3-1B erzeugten Spannung größer als die Amplitude der in einem Bereich nahe am äußeren Umfangsbereich 3b des Abschlussrings 3-1B erzeugten Spannung. Außerdem ist die Amplitude der Spannung, die in einem gegenüber der zum Läuferkern 1 weisenden Seite gelegenen Bereich des Abschlussrings 3-1B nahe dem Ende 3d erzeugt wird, größer als die Amplitude der Spannung, die in einem zur Läuferseite gelegenen Bereich des Abschlussrings 3-1B nahe dem Ende 3c erzeugt wird. Da die Spannung mit der im gesamten Abschlussring 3-1B größten Amplitude in der Ecke 3f zwischen dem inneren Umfangsbereich 3a und dem Ende 3d des Abschlussrings 3-1B erzeugt wird, die während einer Rotation am weitesten von dem Gelenkpunkt entfernt ist, altert die Ecke 3f vom gesamten Abschlussring 3-1B am frühesten und die Alterung des Abschlussrings 3-1B setzt sich von der als Ausgangspunkt wirkenden Ecke 3f fort.
Bei dem in 2 dargestellten Abschlussring 3-1 des Läufers 100 ist die schräge Oberfläche 3e zwischen dem inneren Umfangsbereich 3a und dem Ende 3d des Abschlussrings 3-1 ausgebildet. Bei dem Abschlussring 3-1, an dem die schräge Oberfläche 3e ausgebildet ist, ist der von dem gesamten Abschlussring 3-1 zuerst alternde Bereich nicht vorhanden, wodurch der in 2 dargestellte Läufer 100 im Vergleich zu dem in 13 veranschaulichten Läufer 100C zu einer Verlängerung der Ermüdungslebensdauer des Abschlussrings 3-1 führen kann. Die schräge Oberfläche 3e von jedem der in 2 dargestellten Abschlussringe 3-1 und 3-2 ist nicht auf eine flache Form beschränkt und kann auch gekrümmt sein.
14 zeigt eine Darstellung zur Erläuterung einer Modifikation des ersten Armierungselements des Läufers für einen Asynchronmotor gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend werden die Unterschiede zwischen den in 6 dargestellten ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 und den in 14 dargestellten ersten Armierungselementen 4-1C und 4-2C angegeben.

(1) Die ersten Armierungselemente 4-1C und 4-2C weisen anstelle des in 6 dargestellten ersten ringförmigen Abschnitts 41 einen ersten ringförmigen Abschnitt 41 B auf.
(2) Ein Ende 41b des ersten ringförmigen Abschnitts 41B weist an der dem Läuferkern 1 gegenüberliegenden Seite mehrere darin ausgebildete Schraubenlöcher 41C auf, die in einer achsenumrundenden Richtung D2 angeordnet sind.

Da in dem zweiten ringförmigen Abschnitt 42 mehrere Einstecklöcher 4a ausgebildet sind, kann das Gewicht des Läufers 100 aufgrund der Positionen und Größen der Einstecklöcher 4a eine Unwucht aufweisen. Die Unwucht bedeutet, dass die Abstände zwischen den in der achsumrundenden Richtung D2 zueinander benachbarten Einstecklöchern 4a nicht gleichmäßig sind, oder dass die Abstände von den Zentren der in der achsumrundenden Richtung D2 angeordneten Einstecklöcher 4a zur Zentralachse AX nicht gleichmäßig sind. Aufgrund dieser Unwucht kommt es während einer Rotation des Läufers 100 zu Vibrationen. Bei einem mit den ersten Armierungselementen 4-1C und 4-2C ausgestatteten Läufer 100 wird eine (nicht dargestellte) Schraube so in einen Teil der in dem ersten ringförmigen Abschnitt 41B ausgebildeten Schraubenlöcher 41c fest eingeschraubt, dass die Unwucht verringert wird. Andere Beispiele für ein Verfahren zum Verringern der Unwucht als das Verfahren zum Ausbilden von Schraubenlöchern sind ein Verfahren zum Ausschneiden eines Bereichs aus dem/den ersten Armierungselement(en) 4-1C und/oder 4-2C zum Verringern der Unwucht und ein Verfahren zum Anbringen eines Ballastmaterials, wie beispielsweise eines Harzes, auf das/die erste(n) Armierungselement(e) 4-1C und/oder 4-2C zur Verringerung der Unwucht. Bei den in 14 dargestellten ersten Armierungselementen 4-1C und 4-2C kann die Unwucht jedoch allein durch festes Einschrauben der (nicht dargestellten) Schraube in das Schraubenloch 41c verringert werden, wodurch die Arbeit zur Korrektur der Unwucht vereinfacht und die Herstellungszeit für den Läufer 100 verkürzt werden kann.
Auch, wenn bei der vorliegenden Ausführungsform, ein die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 aufweisender Läufer 100 beschrieben wurde, können die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 auch weggelassen werden. Selbst wenn die zweiten Armierungselemente 5-1 und 5-2 weggelassen werden, kann eine Verformung der Abschlussringe 3-1 und 3-2 bei Umdrehungsgeschwindigkeiten unterhalb einer bestimmten Drehzahl begrenzt werden, da der Läufer 100 die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 aufweist. Mit den zweiten Armierungselementen 5-1 und 5-2 kann eine Verformung der Abschlussringe 3-1 und 3-2 auch in einem Bereich der Umdrehungsgeschwindigkeit oberhalb der bestimmten Drehzahl begrenzt werden.
Auch, wenn bei dieser Ausführungsform außerdem ein Beispiel beschrieben wurde, bei dem der Leiterstab 6 in den zuvor hergestellten ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 durch Druckgießen gebildet wird, können die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 auch durch Schrumpfpassen nach der Ausbildung des Leiterstabs 6 durch Hartlöten gebildet werden. Wenn die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 mittels Schrumpfpassung an dem Leiterstab 6 angebracht werden, dehnt sich voraussichtlich ein Teil der mehreren Leiterstäbe 6 aufgrund des Kontakts mit den ersten Armierungselementen 4-1 und 4-2 aus, wodurch die ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 während des Anbringens an nicht erwünschten Positionen stehen bleiben. Ein Ausbilden der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 durch Druckgießen kann eine Verringerung der Ausbeute verhindern, die durch Fehler in der Herstellung der ersten Armierungselemente 4-1 und 4-2 verursacht wird.
Die bei dem obigen Ausführungsbeispiel beschriebene Konfiguration stellt nur ein Beispiel für den Gegenstand der vorliegenden Erfindung dar. Die Konfiguration kann mit anderen wohlbekannten Techniken kombiniert werden, wobei ein Teil der Konfiguration weggelassen oder abgewandelt werden kann, ohne den Kern der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Läuferkern
1a, 4b: Durchgangsloch
1b1, 6a: das eine Ende
1b2, 6b: das andere Ende
2: Welle
3-1, 3-1A, 3-1B, 3-2: Abschlussring
3a, 5a: innerer Umfangsbereich
3b, 41a: äußerer Umfangsbereich
3c, 3d, 41b, 42a: Ende
3e: schräge Oberfläche
3f: Ecke
4-1, 4-1A, 4-1B, 4-1C, 4-2: erstes Armierungselement
4a: Einsteckloch
5a: Kernlängsloch
5-1,5-2: zweites Armierungselement
6: Leiterstab
41, 41A, 41B: erster ringförmiger Abschnitt
41c: Schraubenloch
42, 42A: zweiter ringförmiger Abschnitt
100, 100A, 100B, 100C: Läufer
200: Stator
210: Gehäuse
220: Statorkern
230: Wicklung
300: Asynchronmotor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP H9103054 [0004]

Claims

Läufer für einen Asynchronmotor, wobei der Läufer aufweist: einen Läuferkern; einen Leiterstab, der den Läuferkern in einer axialen Richtung entlang einer Zentralachse des Läuferkerns durchsetzt; einen ringförmig gestalteten Abschlussring, der an einem Ende des Läuferkerns angeordnet und mit dem aus dem Ende ragenden Leiterstab verbunden ist; und ein erstes Armierungselement, das zwischen dem Läuferkern und dem Abschlussring angeordnet ist und sich in Kontakt mit dem Abschlussring befindet, wobei das erste Armierungselement ein darin ausgebildetes Einsteckloch zum Einsetzen des aus dem Ende ragenden Leiterstabs aufweist.
Läufer für einen Asynchronmotor nach Anspruch 1, der ferner ein zweites Armierungselement aufweist, das an einem äußeren Umfangsbereich des Abschlussrings angeordnet ist und einen inneren Umfangsbereich aufweist, der sich mit dem äußeren Umfangsbereich des Abschlussrings in Kontakt befindet.
Läufer für einen Asynchronmotor nach Anspruch 2, wobei das erste Armierungselement einen ersten ringförmigen Abschnitt und einen zweiten ringförmigen Abschnitt umfasst, der an der äußeren Umfangsfläche des ersten ringförmigen Abschnitts angeordnet ist und in axialer Richtung eine kleinere Breite besitzt als der erste ringförmige Abschnitt, und das Einsteckloch in dem zweiten ringförmigen Abschnitt ausgebildet ist.
Läufer für einen Asynchronmotor nach Anspruch 3, wobei die Breite des Bereichs des Abschlussrings in axialer Richtung, der sich mit einem äußeren Umfangsbereich des ersten ringförmigen Abschnitts in Kontakt befindet, schmäler ist als die Breite des äußeren Bereichs des Abschlussrings in axialer Richtung.
Läufer für einen Asynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Abschlussring einen Innendurchmesser aufweist, der mit zunehmender Entfernung in axialer Richtung von dem Bereich, der sich mit dem ersten Armierungselement in Kontakt befindet, zunimmt.
Läufer für einen Asynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste Armierungselement mehrere darin ausgebildete Schraubenlöcher aufweist, die in einer um die Zentralachse des Läuferkerns führenden Richtung angeordnet sind.
Asynchronmotor, der einen Läufer für einen Asynchronmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist.