DE19901195A1 - Electrical machine die-cast cage rotor - Google Patents
Electrical machine die-cast cage rotorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Druckguß-Käfigläufer für eine elektrische Maschine, mit einem auf einer Läuferwelle ange ordneten Läuferblechpaket, dessen Blechlamellen Löcher auf weisen, die derart überlagert sind, daß sie Durchgangskanäle des Läuferkerns bilden, sowie mit einer aus elektrisch leit fähigem Material auf den Läuferkern aufgebrachten Druckguß - Käfigwicklung, bestehend aus die Durchgangskanäle des Läufer blechpaketes durchdringenden Leiterstäben und an den Stirn seiten des Läuferblechpaketes einstückig an die Leiterstaben den angeformten Kurzschlußringen. Ferner betrifft die Erfin dung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Käfigläu fers.The invention relates to a die-cast squirrel-cage rotor for a electrical machine, with one attached to a rotor shaft arranged runner laminated core, whose laminations on holes have, which are superimposed such that they have through-channels form the rotor core, as well as with an electrically conductive capable material on the rotor core die-cast - Cage winding, consisting of the runner's through-channels through the conductor bars and on the forehead sides of the rotor laminated core in one piece to the conductor bars the molded short-circuit rings. Furthermore concerns the Erfin a method of making such a cage fers.
Wie sich aus der DE 43 29 679 C2 ergibt, ist ein im Druckguß verfahren herstellbarer Käfigläufer für Elektromotoren be kannt. Dabei wird zuerst ein zylindrischer laminierter Läu ferkern hergestellt, indem eine Vielzahl von Blechlamellen überlagert werden, in denen Löcher der vollständig geöffneten oder der vollständig geschlossenen Art ausgebildet sind, und zwar in einer derartigen Weise, daß die Löcher der Blechla mellen Durchgangslöcher des Kerns bilden. Die Blechlamellen werden mit einer Läuferwelle durchstoßen und an der Läufer welle befestigt. Dann wird Aluminium oder eine Aluminiumle gierung in Hohlraumteile, die in den Löchern des Kerns gebil det sind, und in Hohlraumbereiche von rechten und linken End ringen, die an beiden Enden des Läuferkerns ausgebildet sind, als leitfähiges Material eingespritzt. Anschließend wird ein Preßguß mit dem leitfähigen Material durchgeführt, um den Kä figläufer zu formen. Schließlich erfolgt eine Nachbearbeitung der rechten und linken Endringe und der äußeren Umfangsteile des Kerns, um den Läufer fertigzustellen. As is apparent from DE 43 29 679 C2, is in die casting cage rotor for electric motors that can be produced knows. First, a cylindrical laminated lau manufactured by a variety of sheet metal fins are overlaid in which holes are fully open or of the fully enclosed type, and in such a way that the holes of the Blechla Make through holes in the core. The sheet metal fins are pierced with a rotor shaft and on the rotor shaft attached. Then aluminum or an aluminum alloy alloy in cavity parts, which are formed in the holes of the core det, and in cavity areas from the right and left ends rings formed on both ends of the rotor core injected as a conductive material. Then a Die cast with the conductive material performed to the Ka to shape figure runners. Finally, post-processing takes place the right and left end rings and the outer peripheral parts the core to complete the runner.
Ein aus der DE 43 29 679 C2 bekanntes Verfahren zur Herstel lung eines Käfigläufers umfaßt die Schritte, daß ein Rotor kern hergestellt wird, indem eine Vielzahl von Blechlamellen, von welchen jede Löcher aufweist, in einer derartigen Weise überlagert wird, daß die Löcher der Blechlamellen Durchgangs löcher des Kerns bilden, die Vielzahl der Blechlamellen an der Welle befestigt wird und eine Isolationsschicht auf der inneren Oberfläche von jedem der Durchgangslöcher gebildet wird; daß der Rotorkern um eine stationäre Form fest zusam mengeklammert wird, indem eine bewegliche Form verwendet wird, und daß ein Druckguß aus geschmolzenem leitfähigem Ma terial ausgeführt wird, um einen Rotorleiter in jedem der Durchgangslöcher zu bilden und gleichzeitig linke und rechte Endringe an dem linken bzw. rechten Ende des Rotorkerns in einer derartigen Weise zu bilden, daß der Rotorleiter und die linken und rechten Endringe einstückig miteinander verbunden sind, wobei die bewegbare Form, die bei dem Zusammenklammern des Rotorkerns und der stationären Form verwendet wird, äu ßere Preßformen und eine innere Preßform hat, und daß in der bewegbaren Form ein Luftablaßspalt zwischen der inneren Preß form und jeder der äußeren Preßformen gebildet ist.A method for manufacturing known from DE 43 29 679 C2 development of a squirrel cage includes the steps that a rotor core is produced by using a large number of sheet metal each of which has holes in such a manner is superimposed on the holes of the sheet metal lamellas passage holes in the core form the large number of metal plates the shaft is attached and an insulation layer on the inner surface formed by each of the through holes becomes; that the rotor core firmly together around a stationary shape is bracketed by using a movable shape is, and that a die casting of molten conductive Ma is executed to a rotor conductor in each of the material To form through holes and simultaneously left and right End rings at the left and right ends of the rotor core in form such a way that the rotor conductor and the left and right end rings connected in one piece are, the movable shape that when clipped together of the rotor core and the stationary form is used has outer molds and an inner mold, and that in the movable form an air release gap between the inner press shape and each of the outer molds is formed.
Die Herstellung von Läuferblechpaketen in Aluminiumdruckguß technik bei innenbelüfteten elektrischen Maschinen ist bisher nicht mit einer Ausladung zwischen den Kurzschlußringen und dem Blechpaket möglich. Das daraus resultierende Problem ist zum einen die Neigung zur Rißbildung am Übergang zwischen den Kurzschlußringen und den Läuferstäben und zum anderen die nicht vorhandene Belüftung des Rotors. Um den zur Ausdeh nungskompensation erforderlichen Abstand zum Blechpaket zu schaffen, wurde bisher immer auf die konventionelle Kupfer wicklungstechnik mit einzeln eingezogenen Läuferstäben und angelöteten Kurzschlußringen zurückgegriffen.The manufacture of rotor laminations in die-cast aluminum technology for internally ventilated electrical machines is so far not with a throat between the shorting rings and the laminated core possible. The resulting problem is on the one hand the tendency to crack at the transition between the Short-circuit rings and the runner bars and the other no ventilation of the rotor. To expand compensation compensation required distance to the laminated core create has always been based on conventional copper winding technology with individually retracted rotor bars and soldered short-circuit rings.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem Druckguß-Käfigläufer der eingangs genannten Art diese Probleme auf einfache Art und Weise zu lösen. The object of the invention is in a die-cast squirrel cage of the type mentioned at the outset these problems in a simple way and way to solve.
Erfindungsgemäß wird dies bei einem Druckguß-Käfigläufer da durch erreicht, daß am linken und rechten Ende des Läufer kerns zwischen dem Läuferblechpaket und den Kurzschlußringen Distanzelemente in die Druckguß-Käfigwicklung mit eingegossen sind. Ein Verfahren zur erfindungsgemäßen Herstellung eines solchen Druckguß-Käfigläufers ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Läuferkern aus zu einem Läuferblechpaket zusammengesetz ten Blechlamellen mit zu Durchgangskanälen überlagerten Lö chern und einer Läuferwelle hergestellt wird, daß ferner an den Stirnseiten des Läuferkerns sich gegen das Läuferblechpa ket abstützende Distanzelemente angeordnet werden und daß beim Druckgießen der aus den Leiterstäben und den Kurzschluß ringen einstückig gebildeten Käfigwicklung aus elektrisch leitfähigem Material die Distanzelemente zwischen die Kurz schlußringe und das Läuferblechpaket mit in den Käfigläufer eingegossen werden.According to the invention, this is because of a die-cast squirrel cage achieved by that at the left and right ends of the runner core between the rotor laminated core and the short-circuit rings Spacers are cast into the die-cast cage winding are. A method for producing a such die-cast squirrel cage is characterized in that a rotor core composed of a rotor core assembly sheet metal fins with solder superimposed on through-channels chern and a rotor shaft is manufactured that further the end faces of the rotor core against the rotor plate pa ket supporting spacer elements are arranged and that when die-casting the from the conductor bars and the short circuit ring integrally formed cage winding made of electrical conductive material the spacer elements between the short lock rings and the rotor laminated core in the cage rotor be poured in.
Zur Erreichung eines Ausdehnungsbereiches zwischen den Kurz schlußringen und dem Läuferblechpaket im Betrieb des Käfig läufers wird ein gegossenes oder anderweitig gefertigtes Di stanzelement bzw. Distanzscheibe mit beispielsweise angegos senen oder durch Lasern und Punktschweißen verbundenen Di stanzhülsen (je Wicklungsnut) beim Gießen beigelegt. Das Ma terial der Distanzelemente bzw. Distanzscheiben wird mit gleichem Ausdehnungskoeffizienten wie das Material für die Kurzschlußringe ausgewählt, um im Betrieb keine Scherspannun gen zu erzeugen.To achieve an expansion range between the short ring rings and the rotor laminated core in the operation of the cage a cast or otherwise manufactured Di stamping element or spacer with, for example, angegos di or connected by laser and spot welding punching sleeves (per winding slot) included during casting. The Ma material of the spacers or spacers is with same coefficient of expansion as the material for the Short-circuit rings selected to avoid shear stress during operation gene to generate.
Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Druckguß-Käfigläufers sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 gekennzeichnet. Der er findungsgemäße Käfigläufer ist insbesondere für Hoch- und Niederspannungsmotoren sowie für Bahnantriebe geeignet. Be sondere Vorteile der Erfindung liegen darin, daß durch die als verlorene Formteile geltenden eingießbaren Distanzele mente einerseits ein Abfangen des Gießdruckes während der Herstellung des Rotors bzw. Läufers erfolgt, andererseits ein Abdichten der Gießform durch die beigelegten Distanzscheiben möglich ist, ferner keine Nachbearbeitung des verlorenen Formteils (Distanzscheibe) erforderlich ist und sich schließ lich eine Kompensation der Biege- und Scherspannungen zwi schen den Kurzschlußringen und dem Läuferblechpaket im Be trieb ergibt.Refinements of the die-cast squirrel cage according to the invention are characterized in claims 2 to 7. The he cage rotor according to the invention is particularly for high and Low voltage motors and suitable for rail drives. Be Special advantages of the invention are that pourable spacer elements considered lost molded parts elements on the one hand intercept the casting pressure during the Production of the rotor or rotor takes place, on the other hand Sealing the casting mold with the enclosed spacers is possible, furthermore no post-processing of the lost Molding (spacer) is required and closes Lich compensation of the bending and shear stresses between the short-circuit rings and the rotor laminated core in the loading drive results.
Der erfindungsgemäße Druckguß-Käfigläufer hat ferner den Vor teil, daß die Distanzelemente eine Ventilatorwirkung für den Innenkühlkreis des Käfigläufers haben. Durch eine gezielte Materialanhäufung in gefährdeten Bereichen ist eine Kompensa tion der Lunkerbildung in den Kurzschlußringen möglich. Bei entsprechender Formgebung der einzulegenden Distanzelemente bzw. Distanzscheiben ergeben sich einerseits eine strömungs günstige Gestaltung der Stützstegaußenkontur sowie frei wähl bare Übergangsradien zwischen den Kurzschlußringen und den Läuferstäben. Die einlegbaren Distanzelemente ersetzen schließlich zusätzliche Endbleche am Läuferblechpaket.The die-cast squirrel-cage rotor according to the invention also has the front part that the spacers have a fan effect for the Have the internal cooling circuit of the cage rotor. Through a targeted Material accumulation in endangered areas is a compensation void formation in the short-circuit rings possible. At appropriate shape of the spacer elements to be inserted or spacers on the one hand result in a flow Favorable design of the support web outer contour and free choice bare transition radii between the short-circuit rings and the Runner bars. Replace the insertable spacer elements finally additional end plates on the rotor plate package.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung und in Verbindung mit den Patentansprü chen.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of the exemplary embodiments based on the drawing and in connection with the claims chen.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Druckguß-Kä figläufers im Längsschnitt, Fig. 1 shows an embodiment of a die-cage figläufers invention in longitudinal section,
Fig. 2 einen Teilschnitt A-A gemäß Fig. 1, mit einer teil weisen Draufsicht auf eine Blechlamellenausführung. Fig. 2 is a partial section AA of FIG. 1, with a partial plan view of a sheet metal lamella.
Der im Ausführungsbeispiel gezeigte erfindungsgemäße Druck guß-Käfigläufer 1 besteht aus einem auf einer Läuferwelle 2 befestigten Läuferblechpaket 3, das aus einer Vielzahl von Blechlamellen 4 (Dynamoblechen) gebildet wird. In den kreis scheibenförmigen Blechlamellen 4 sind über den Umfang ver teilt geschlossene oder umfangsseitig geöffnete Löcher 5 vor gesehen, wobei die Löcher 5 der Bleche 4 derart überlagert sind, daß im gebildeten Läuferkern 6 Durchgangskanäle entste hen. Ferner weisen die Bleche 4 Kühlbohrungen 15' zur Bildung von axial durch den Läuferkern verlaufenden Kühlkanälen 15 auf.The die-cast cage rotor 1 according to the invention shown in the exemplary embodiment consists of a rotor laminated core 3 fastened to a rotor shaft 2 , which is formed from a multiplicity of laminations 4 (dynamo plates). In the circular disc-shaped laminations 4 are over the circumference ver divides closed or opened circumferentially holes 5 before seen, the holes 5 are superimposed on the sheet 4 such that 6 through channels formed in the rotor core entste hen. Furthermore, the metal sheets 4 have cooling bores 15 ′ for the formation of cooling channels 15 running axially through the rotor core.
Zum Anbringen der aus Läuferstäben 7 und endseitig am Läufer kern 6 angeordneten Kurzschlußringen 8, 9 bestehenden Druck guß-Käfigwicklung wird der Läuferkern 6 in eine nicht ge zeichnete Druckgießvorrichtung eingesetzt. Dabei werden stirnseitig zum Läuferkern Distanzelemente 10, 11 mit einge legt, die nach dem Druckgießen sogenannte verlorene Formteile bilden. Beim Druckgießen wird geschmolzenes, elektrisch leit fähiges Material, z. B. Kupfer oder eine Kupferlegierung bzw. Aluminium oder eine Aluminiumlegierung, in die Druckgußform eingefüllt, wobei das fließende Druckgußmaterial die von den Löchern 5 der Bleche 4 gebildeten Durchgangskanäle zwecks Bildung der Läuferstäbe 7 der Wicklung und endseitige Hohl raumbereiche zwecks Bildung der Kurzschlußringe 8, 9 der Wicklung zu einer einteiligen Druckgußwicklung ausfüllt.To attach the rotor bars from 7 and the end on the rotor core 6 disposed short-circuit rings 8, 9 existing die cast squirrel cage winding, the rotor core is inserted in a non-recorded ge die casting. 6 Spacer elements 10 , 11 are placed on the end face of the rotor core, which form so-called lost molded parts after the die casting. During die casting, molten, electrically conductive material, e.g. B. copper or a copper alloy or aluminum or an aluminum alloy, filled in the die, the flowing die-casting material, the through channels formed by the holes 5 of the sheets 4 for the purpose of forming the rotor bars 7 of the winding and end cavity areas to form the short-circuit rings 8 , 9th the winding fills into a one-piece die-cast winding.
Vorzugsweise sind die Distanzelemente 10, 11 als Scheiben ringe ausgebildet, welche Anschlußöffnungen 12 zu den Durch gangskanälen des Läuferkerns 6 für die Läuferstäbe 7 aufwei sen. Des weiteren weisen die Distanzelemente 10, 11 Distanz stege, Distanzhülsen 13 od. dgl. im Bereich der Wicklungsnuten des Läuferkerns 6 auf. Dabei ist über die Außenkontur 14 der Distanzelemente 10, 11 der Übergangsradius zwischen den Lei terstäben 7 und den Kurzschlußringen 8, 9 bestimmbar.Preferably, the spacer elements 10 , 11 are formed as washers rings, which connection openings 12 to the through channels of the rotor core 6 for the rotor rods 7 sen. Furthermore, the spacer elements 10 , 11 have spacer webs, spacer sleeves 13 or the like in the area of the winding slots of the rotor core 6 . It is the outer contour 14 of the spacers 10 , 11, the transition radius between the Lei terstäben 7 and the short-circuit rings 8 , 9 can be determined.
Claims (8)
- - daß ein Läuferkern (6) aus zu einem Läuferblechpaket (3) zusammengesetzten Blechlamellen (4) mit zu Durchgangskanä len überlagerten Löchern (5) und einer Läuferwelle (2) hergestellt wird,
- - daß an den Stirnseiten des Läuferkerns (6) sich gegen das Läuferblechpaket (3) abstützende Distanzelemente (10, 11) angeordnet werden und
- - daß beim Druckgießen der aus den Leiterstäben (7) und den Kurzschlußringen (8, 9) einstückig gebildeten Käfigwick lung aus elektrisch leitfähigem Material die Distanzele mente zwischen die Kurzschlußringe und das Läuferblechpa ket mit in den Käfigläufer (1) eingegossen werden.
- - That a rotor core ( 6 ) from a rotor laminated core ( 3 ) composed of laminations ( 4 ) with holes to pass through channels ( 5 ) and a rotor shaft ( 2 ) is produced,
- - That on the end faces of the rotor core ( 6 ) against the rotor core ( 3 ) supporting spacer elements ( 10 , 11 ) are arranged and
- - That during die casting of the conductor bars ( 7 ) and the short-circuit rings ( 8 , 9 ) integrally formed cage winding made of electrically conductive material, the distant elements between the short-circuit rings and the rotor plate pack are cast into the cage rotor ( 1 ).
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