DE19806088A1 - Kurzgeschlossener Rotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kurzgeschlossenen Rotor einer Einrichtung zur Wandlung elektrischer in mechanische oder mechanischer in elektrische Energie, der von einem eine Wicklung tragenden Statorkörper umschlossen ist. Dabei findet die Erfindung insbesondere Anwendung in solchen Einrichtun­ gen o.a. Art, bei denen Drehmomente mit stark wechselnder Amplitude in einem großen Frequenzbereich auftreten. Solche Anwendungsfälle liegen beispielsweise vor, wenn die Einrichtung zur Energiewandlung in Systemen zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten der Triebwellen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.

Einrichtungen mit hohen Drehungleichförmigkeiten bzw. mit sich stark ändern­ dem Drehmoment als Funktion des Drehwinkels benutzen Schwungräder, die im Bereich des Drehmomentüberschusses Energie speichern und im Bereich des Drehmomentdefizits Energie an das System abgeben. Die Zielstellung, die Masse des Energiespeichers zu reduzieren, führte zur Entwicklung der Visko­ sitätsdrehschwingungsdämpfer. Neben der Möglichkeit des Ausgleiches des Ungleichförmigkeitsgrades konnten im System angeregte Drehschwingungen gedämpft werden. Die mit der vorgenommenen Dimensionierung festgeschrie­ benen Eigenschaften ließen sich variablen Betriebszuständen und Betriebsbe­ dingungen jedoch nicht nachträglich anpassen. Die Eigenschaften unterlagen den Einflüssen des Betriebszustandes, der Betriebsbedingungen und z. B. dem Alterungsverhalten der verwendeten Viskositätsmaterialien.

Die Aufgabe einer im montierten Zustand des Systems möglichen Anpassung und aktiven Beeinflussung abhängig vom jeweiligen Betriebspunkt wird erst mit der Nutzung eines elektromagnetischen Energiewandlers lösbar. Der elektromagnetische Energiewandler erlaubt, z. B. amplituden- und fre­ quenzabhängig phasengerecht die Energieverteilung zum Abbau z. B. der Drehungleichförmigkeiten zu steuern. Dabei auftretende hohe und höchste Energiedichten in der gesamten Einrichtung führen zu thermischen Problemen - eine ausreichende Kühlung bzw. Kühlmittelversorgung aller kühlbedürftigen Maschinenbereiche ist nur unzureichend gewährleistet.

In den DE-Offenlegungsschriften 195 32 164,195 32 129,195 32 128 sowie 195 49 259 sind solche Systeme beschrieben. Hier werden als entsprechende Energiewandler u. a. Asynchronmaschinen mit Kurzschlußläufer eingesetzt. Die Kurzschlußläufer werden dabei als Käfigläufer mit in Axialrichtung verlaufen­ den Käfigstäben, die jeweils stirnseitig mit Kurzschlußringen verbunden sind, beschrieben (DE 195 32 128, Sp. 38, Zei. 2-6, DE 195 49 259, Sp. 37, Zei. 52-56). Praktisch sind solche Kurzschlußläufer mit in Kurzschlußringen hartverlöteten bzw. geschweißten Kupferstäben ausgeführt.

Nachteile einer solchen Rotorgestaltung sind einerseits in einer aufwendigen und daher teuren Fertigung zu sehen, andererseits weisen derartig konstruier­ te Rotoren erhebliche Unwuchten und damit Qualitätsmängel auf bzw. müssen aufwendig ausgewuchtet werden.

Auch die Realisierung der Verbindung Rotorkäfig und getriebene oder treiben­ de Welle bedarf bei üblicher Konstruktionsweise zusätzlicher und besonders gestalteter Baugruppen.

Ziel der Erfindung ist es daher, einen kurzgeschlossenen Rotor für energie­ wandelnde Einrichtungen der genannten Art zu schaffen, dessen Fertigungs­ aufwand gegenüber den Lösungen des Standes der Technik deutlich verringert ist, dessen Konstruktionsprinzip Unwuchtursachen meidet, die extreme mechanische Beanspruchungen beherrschen läßt, in der Formgebung eine günstige Wegweisung für ein flüssiges Kühlmedium für den die Wicklung aufnehmenden Stator sowie den Rotor bietet und der eine unkomplizierte Verbindung zu treibenden oder getriebenen Wellen gestattet.

Dieses Ziel wird durch einen kurzgeschlossenen Rotor erreicht, der entspre­ chend der Merkmale der Patentansprüche gestaltet ist.

Dabei besteht das Wesen der Erfindung darin, daß besagter Rotor einen Kurzschlußkäfig besitzt, der mit der tragenden Nabe des Rotors eine Einheit bildet. In vorteilhafter Ausgestaltung dieses Wesens der Erfindung ist ein kurzgeschlossener Rotor aus einer Legierung einstückig im Gußverfahren hergestellt, wobei durch die Wahl des Legierungsmaterials eine günstige und wichtige Anpassung des Rotors an seine Verwendungsparameter, wie Drehmoment- oder Dämpfungsgrößen, erfolgen kann. Die Anwendung des Gußverfahrens zur Herstellung des einstückigen Rotors führt auch zu einer thermisch günstigen Gestaltung des Rotors: Sind bei herkömmlicher Gestal­ tung kurzgeschlossener Rotoren mehrfache thermische Materialübergänge vorhanden, ermöglicht der erfindungsgemäße Rotor einen kontinuierlichen Wärmefluß innerhalb seines Materials, wodurch eine effektive Kühlung besser möglich ist. Dies spielt besonders bei der Anwendung des Rotors im Bereich stark wechselnder Momente und Frequenzen eine wichtige Rolle. Durch geeignete Gestaltung wird das Kühlmedium auf die Wicklung des umschließenden Statorkörpers geführt. Die Ausführung der Einheit von Kurz­ schlußkäfig und Nabe ermöglicht nicht nur eine unproblematische Anflan­ schung des Rotors an treibende oder getriebene Wellen, sondern gestattet auch eine besondere kurze Bauform des Rotors bzw. ein Größenverhältnis von Durchmesser zu Rotorlänge. Auch dies ist unter dem Gesichtspunkt der Anwendung des Rotors bei Energiewandlern im Kraftfahrzeug ein besonderer Vorteil.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der kurzgeschlossene Rotor derart vom Statorkörper umschlossen, daß ein zur Kühlung erforderliches Medium gleichzeitig beiden Teilen Rotor und Stator zugeführt werden kann. Dabei kann bei langsamer laufenden Energiewandlern zunächst eine Tauchkühlung, bei höheren Drehzahlen dann eine Ölnebelkühlung Anwendung finden. Auch eine Strahlkühlung ist vorteilhaft anwendbar, insbesondere in diesem Fall kann der Rotorkörper richtungsweisende Ober­ flächenelemente besitzen, die eine kühlungsfördernde Wegweisung für das Kühlmedium bewirken.

Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrie­ ben werden.

Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung das Schnittschema eines erfindungs­ gemäßen kurzgeschlossenen Rotors.

Gemäß Zeichnung besteht dieser aus einer konstruktiven Einheit 1 von Nabe 1a und Kurzschlußkäfig 1b mit eingeschlossenem Blechpaket. Dieses Blechpaket enthält Nuten 3, die ebenfalls Material der Legierung des Kurzschlußkäfigs 1b aufnehmen. Auf diese Weise werden die in üblichen Rotoren vorhandenen Kurzschlußstäbe auf überraschend vorteilhafte Weise ersetzt und quasi in das Material- und Konstruktgefüge integriert. Dieses besondere Merkmal der Erfindung führt durch Wegfall von Materialübergängen zu bedeutenden Ver­ besserungen der Kühleigenschaften des Rotors, zu hohen Einsparungen an Fertigungskosten sowie zur Verbesserung der Rotorstabilität und damit auch zur Verbesserung des Rundlaufes.

Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit hinsichtlich Fliehkraft und Anpreß­ kraft weist die konstruktive Einheit 1 Versteifungsteile 4 auf, die am Innen- und/oder Außendurchmesser der Einheit 1 abgewinkelt oder angeflächt in den Legierungskorpus der Einheit 1 eingebracht sind. Diese Versteifungsteile 4 sind vorzugsweise als Ringeinlage angeordnet.

Bezugszeichenliste

1

konstruktive Einheit

1

a Nabe

1

b Kurzschlußkäfig

2

Bleche

3

Nut

4

Versteifungsteil

Claims (6)

1. Kurzgeschlossener Rotor einer Einrichtung zur Wandlung elektrischer in mechanische oder mechanischer in elektrische Energie, einen Kurzschlußkäfig (1b), eine Nabe (1a) sowie Bleche (2) mit Nuten (3) aufweisend, gekennzeichnet dadurch, daß der Kurzschlußkäfig (1b) mit der tragenden Nabe (1a) des Rotors als eine konstruktive Einheit (1) ausgebildet ist.

2. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die konstruktive Einheit (1) direkt an die treibende oder getriebene Welle der Einrichtung zur Wandlung elektrischer in mechanische oder mechanischer in elektrische Energie geflanscht ist.

3. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die konstruktive Einheit (1) richtungsweisende Oberflächenelemente besitzt, die eine kühlungsfördernde Wegweisung für ein flüssiges Kühlmedium bewirken.

4. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die konstruktive Einheit (1) aus einer Legierung im Gußverfahren herge­ stellt ist, wobei die Zusammensetzung des Legierungsmaterials entsprechend solcher Verwendungsparameter des Rotors wie Drehmoment- oder Dämp­ fungsgröße gewählt ist.

5. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die konstruktive Einheit (1) Versteifungsteile (4) aufweist, die am Innen- und/oder Außendurchmesser der Einheit (1) abgewinkelt oder angeflächt in den Legierungskorpus der Einheit (1) eingebracht sind.

6. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Versteifungsteile (4) ein- oder mehrstückig ringförmig angeordnet sind.