DE3641142A1 - Cage-type armature for a squirrel-cage rotor motor, and a method for its production - Google Patents
Cage-type armature for a squirrel-cage rotor motor, and a method for its productionInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Käfiganker der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art.The invention relates to a cage anchor the type corresponding to the preamble of claim 1.
Bei größeren Motoren ist es üblich, die Längskanä le mit Aluminium auszugießen und dadurch die Kurzschluß stäbe zu bilden. Dieses Verfahren ist jedoch für kleine hochtourige Motoren mit bis zu 120 000 U/min, wie sie für kleine, als Zusatzaggregate an Werkzeugmaschinen ein zusetzende Bohr- und Schleifspindeln Verwendung finden, nicht geeignet. Einerseits bereitet das Gießen in den bei den kleinen Abmessungen entsprechend engen Längskanälen Schwierigkeiten, und zum anderen ergeben Aluminium-Kurz schlußstäbe nicht die maximale Leistung, auf die es bei solchen Motoren ankommt. Hierfür müssen also Kurzschluß stäbe aus Kupfer verwendet werden, die im Gießverfahren nicht einzubringen sind. Es ist daher üblich gewesen, die Längskanäle als Bohrungen auszuführen, in die ent sprechende Kupferdrähte der Länge nach eingesteckt wer den. Damit dieses Verfahren funktioniert, müssen die Drähte etwa 0,1 bis 0,2 mm Spiel aufweisen und sitzen also nach dem Einschieben lose in den Bohrungen. Bei den hochtourigen kleinen Motoren kommt es sehr auf eine präzise Auswuchtung an, da anderenfalls die Lager nach kurzer Zeit zerstört werden. Wenn der Anker im Stand ausgewuchtet worden ist, ergeben sich bei den hohen Dreh zahlen durch die Fliehkraft Durchbiegungen des Kupfer drahtes in dem Längskanal. Auch können durch thermische Belastungen Verformungen des Kupferdrahtes eintreten. Beides führt wegen des unvermeidlichen Spiels zu Lage änderungen, die die Auswuchtung beeinträchtigen und die Lebensdauer beeinträchtigen.With larger engines it is common to use the longitudinal channel pour aluminum with aluminum and thereby the short circuit to form rods. However, this procedure is for small ones high-speed engines with up to 120,000 rpm, like them for small, as additional units on machine tools additional drilling and grinding spindles are used, not suitable. On the one hand, pouring in the prepares the narrow dimensions correspond to narrow longitudinal channels Difficulties, and on the other hand result in aluminum short don't stick the maximum performance to which it applies such engines arrive. So you have to short circuit rods made of copper are used in the casting process are not to be brought in. It has therefore been common run the longitudinal channels as holes in which ent speaking copper wires inserted lengthways the. For this procedure to work, the Have wires around 0.1 to 0.2 mm play and sit after inserting it loosely in the holes. Both high-revving small engines it comes down to one precise balancing, otherwise the bearings be destroyed in a short time. When the anchor is standing has been balanced, arise at the high rotation pay deflections of copper by centrifugal force wire in the longitudinal channel. Can also by thermal Loads Deformation of the copper wire occurs. Both lead to location because of the inevitable play Changes that affect the balancing and the Affect lifespan.
Aus diesem Grund ist es bereits unternommen worden, die Kupferleiter in den Längskanälen festzulegen, indem sie von außen durch die schlitzartige am Außenumfang des Käfigankers mündende Längsöffnung der Längskanäle ver stemmt wurden. Durch diese Festlegung wurden nachträg liche Verlagerungen der Leiter in den Längskanälen mit der damit einhergehenden Störung der Auswuchtung unter bunden.Because of this, it has already been done fix the copper conductors in the longitudinal channels by them from the outside through the slit-like on the outer circumference of the Ver cage anchor opening longitudinal opening of the longitudinal channels ver were lifted. By this determination were subsequently changes in the conductors in the longitudinal channels the accompanying disturbance of the balancing under bound.
Mit dem Verstemmen von Kupferleitern in den Längs kanälen stellen sich aber zwei Nachteile ein: einerseits wird das Material des Leiters bis zum Ausfüllen des Querschnitts der Längskanäle radial nach innen getrie ben, wodurch der "Schwerpunkt" der Strombahn näher an die Drehachse herangerückt, der Momentenarm verkleinert und somit die Leistung abgesenkt wird. Zum andern blieb bei dem Verfahren die Nut nach außen offen. Dies führte zu Luftgeräuschen und erforderte eine sorgfältige Reini gung der Nut, damit nicht durch das Stemmen oder auch durch das Verlöten der Leiter mit den Endringen anfal lende Metallreste in den Nuten verblieben und, wenn sie im Betrieb abgeschleudert wurden, in die Lager gerieten, was deren rasche Zerstörung zur Folge hatte.With caulking copper conductors in the lengthways channels have two disadvantages: on the one hand the material of the conductor is filled until the Cross-section of the longitudinal channels radially inward ben, bringing the "center of gravity" of the current path closer to the axis of rotation moved closer, the moment arm reduced and thus the performance is reduced. The other remained in the process, the groove is open to the outside. This resulted to air noises and required careful cleaning tion of the groove, so not by caulking or by soldering the conductor to the end rings leftover metal remains in the grooves and when they were thrown out in the company, got into the camps, which resulted in their rapid destruction.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Käfiganker der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zugrunde liegenden Art so auszugestalten, daß die Leistung gegen über der bekannten Ausführungsform gesteigert und die Betriebssicherheit erhöht werden können.The invention has for its object a Cage anchor of the preamble of claim 1 horizontal type so that the performance against increased over the known embodiment and the Operational reliability can be increased.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das im Kennzeichen des Anspruchs 1 wiedergegebene Merkmal gelöst.This object is achieved by the im Characteristic of claim 1 reproduced feature solved.
Durch die vollständige Ausfüllung der Längskanäle mit dem Leitermaterial liegt der "Schwerpunkt" der Strom bahn weiter außerhalb, weil die an der Oberfläche des Kä figankers mündende Nut mitausgefüllt ist. Außerdem ist die Nut geschlossen und kann somit keine Partikel mehr beherbergen, die sich im Laufe der Zeit selbständig ma chen können.Through the complete filling of the longitudinal channels the "center of gravity" of the current lies with the conductor material train further outside because the surface of the Ka figanker's mouth is filled. Besides, is the groove is closed and can no longer particles accommodate that over time ma can.
Die vollständige Ausfüllung der Längskanäle kann in der in Anspruch 2 wiedergegebenen Weise erreicht sein.The full filling of the longitudinal channels can be done in of the manner reproduced in claim 2.
Die Tatsache des Eingepreßtseins kann an einem Querschliff anhand der Fließlinien des Materials geprüft werden. Unter dem Druck wird der Längskanal etwas ela stisch ausgeweitet, so daß bei Wegnahme des Preßdrucks noch eine gewisse elastische Spannung zwischen dem Lei ter und der Wandung des Längskanals verbleibt.The fact of being squeezed can affect one Cross-section checked against the flow lines of the material will. Under pressure, the longitudinal channel becomes somewhat ela tisch expanded so that when the pressure is removed some elastic tension between the lei ter and the wall of the longitudinal channel remains.
In der bevorzugten Ausführungsform weisen die Längs kanäle einen Kreisquerschnitt auf, der durch einen kurzen radialen Kanal mit der Außenumfangsfläche verbunden ist (Anspruch 3).In the preferred embodiment, the longitudinal channels a circular cross-section, which is marked by a short radial channel is connected to the outer peripheral surface (Claim 3).
Der Kanal ist natürlich schmäler, als es dem Kreis durchmesser entspricht, so daß an der Innenseite des Kreisquerschnitts in der Nachbarschaft des einmündenden Kanals eine Hinterschneidung gebildet ist, die das Lei termaterial gegen die Fliehkräfte abstützt. The canal is of course narrower than the circle diameter corresponds, so that on the inside of the Circular cross section in the neighborhood of the confluent Channel is formed an undercut that the lei supports term material against centrifugal forces.
Um das Hineinfließen des Materials beim Einpressen zu begünstigen, kann der Kanal gemäß Anspruch 4 parallel begrenzt sein, wobei seine Breite vorteilhaft etwa das 0,5 bis 0,7-fache des Durchmessers des Kreisquerschnitts beträgt.To ensure that the material flows in when it is pressed in to favor, the channel according to claim 4 in parallel be limited, its width advantageously about that 0.5 to 0.7 times the diameter of the circular cross-section is.
Diese Abmessungen gewährleisten, daß das Leiter material gut durch den Kanal hindurchgepreßt werden kann, aber dennoch eine ausreichende Hinterschneidung am Innen umfang des Kreisquerschnitts zu beiden Seiten des Kanals verbleibt.These dimensions ensure that the conductor material can be pressed well through the channel, but still a sufficient undercut on the inside circumference of the circular cross-section on both sides of the channel remains.
Um diese Hinterschneidung besonders wirksam zu ma chen, empfiehlt sich eine scharfkantige Ausführung des Übergangs nach Anspruch 6.To make this undercut particularly effective Chen, a sharp-edged version of the Transition according to claim 6.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist das Ver fahren, mit dessen Hilfe die Ausfüllung der hinterschnit tenen Längskanäle erreicht werden kann. Dieses ist Gegen stand des Anspruchs 7.An essential aspect of the invention is Ver drive, with the help of filling the undercut longitudinal channels can be reached. This is counter state of claim 7.
Bei der Montage des entsprechenden Käfigankers ste hen die Längsrippen der Leiterprofile zunächst über den zylinderförmigen Außenumfang des Käfigankers vor. Es erfolgt dann die Aufbringung der radialen Verformungs kräfte, unter denen das Leitermaterial bis zur Ausfüllung der Längskammer in diese hineingedrückt wird. Die Längs rippen sind so bemessen, daß die Materialmenge des außen über den Außenumfang des Käfigankers überstehenden Teils derselben mindestens zur vollständigen Ausfüllung der Längskanäle ausreicht, vorzugsweise aber nach dem Ein pressen noch ein pilzförmiger Kopf stehenbleibt, der beim Abdrehen entfernt wird (Anspruch 8).When installing the corresponding cage anchor, ste hen the longitudinal ribs of the ladder profiles first over the cylindrical outer circumference of the cage anchor in front. It the radial deformation is then applied forces, among which the conductor material until filling the longitudinal chamber is pressed into this. The longitudinal Ribs are sized so that the amount of material on the outside part protruding over the outer circumference of the cage anchor the same at least for the complete completion of the Longitudinal channels are sufficient, but preferably after the on a mushroom-shaped head remains, which Turning is removed (claim 8).
Es ergibt sich also nach dem Abdrehen ein Käfiganker mit vollständig geschlossener glatter Umfangsfläche, in welchem sich die Leiter in ihren Längskanälen nicht mehr verlagern können. So there is a cage anchor after twisting with a completely closed smooth peripheral surface, in which the conductors no longer have in their longitudinal channels can relocate.
Das bevorzugte Verfahren zur Aufbringung der Ver formungskräfte ist ein in Längsrichtung fortschreitendes Hämmern (Anspruch 9).The preferred method of applying ver Forming forces are progressive in the longitudinal direction Hammering (claim 9).
Durch die in jedem Moment im wesentlichen nur punkt weise Kraftaufbringung wird das Verfließen des Materials in den Querschnitt der Längskanäle gefördert.By essentially only point at any moment wise application of force is the flowing of the material promoted in the cross section of the longitudinal channels.
Ein ähnlicher Effekt läßt sich durch ein in Längs richtung erfolgendes Rollen nach Anspruch 10 erzielen.A similar effect can be seen in a longitudinal achieve directional rolling according to claim 10.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt.In the drawing, an embodiment of the Invention shown schematically.
Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Käfig anker; Fig. 1 shows a longitudinal section through an anchor cage;
Fig. 2 zeigt einen Querschnitt nach der Linie II-II in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; Fig. 2 shows a cross section along the line II-II in Figure 1 on an enlarged scale.
Fig. 3, 4 und 5 zeigen einen in Fig. 2 mit III be zeichneten Ausschnitt aus Fig. 2 in erneut vergrößertem Maßstab. Fig. 3, 4 and 5 show a in Fig. 2 recorded with III be cutout from FIG. 2 in an enlarged scale again.
Der in Fig. 1 als Ganzes mit 10 bezeichnete Käfig anker umfaßt eine Welle 1 mit einer Schulter 2 und einem daran anschließenden zylindrischen Teil 3, auf den ein als Ganzes mit 4 bezeichnetes Ankerblechpaket aufgescho ben ist, welches durch einen Ring 5 in Achsrichtung fest gelegt ist.Anchor the one designated as a whole by 10 in FIG. 1, the cage comprises a shaft 1 with a shoulder 2 and an adjoining cylindrical part 3, a is ben placed scho as a whole with 4 designated armature core on which set firmly in the axial direction by a ring 5 is.
Die einzelnen kreisringförmigen Ankerbleche 6 wei sen am Rand Ausschnitte 7 auf, deren Querschnittsgestalt am besten aus den Fig. 3 bis 5 hervorgeht. Die Rotorble che 6 sind so hintereinander angeordnet, daß die Aus schnitte 7 miteinander fluchten und Längskanäle 8 bilden. In den Längskanälen 8 sind Kupferleiter 9 angeordnet, die die Längskanäle im Querschnitt vollständig ausfüllen und an den Enden in Endringe 11, 12 eingreifen, in denen sie verlötet sind. The individual annular anchor plates 6 white sen at the edge of cutouts 7 , the cross-sectional shape of which best emerges from FIGS. 3 to 5. The Rotorble che 6 are arranged one behind the other in such a way that the sections 7 are aligned and form longitudinal channels 8 . Copper conductors 9 are arranged in the longitudinal channels 8 , which completely fill the longitudinal channels in cross section and engage at the ends in end rings 11 , 12 , in which they are soldered.
In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 hat jedes Rotorblech 6 zehn Ausschnitte 7 und sind dementsprechend zehn Längskanäle 8 über den Umfang gleichmäßig verteilt. Diese Zahl ist aber nicht zwingend, sondern kann kon struktionsbedingt auch anders ausfallen.In the embodiment of FIG. 2, each rotor plate 6 has ten cutouts 7 and, accordingly, ten longitudinal channels 8 are evenly distributed over the circumference. However, this number is not mandatory, but can also be different due to the design.
An den Stellen a, b und c der Fig. 2 ist der Stand der Technik erläutert. An der Stelle a ist in übertriebe ner Weise dargestellt, wie sich ein Kupferleiter in einer zylindrischen Bohrung verlagern kann und dadurch die Aus wuchtung beeinträchtigt. Um diese Verlagerung zu unter binden, wurde gemäß der Stelle b ein zylindrischer Lei ter mit etwas Spiel eingebracht und durch den nach außen offenen Verbindungskanal hindurch verstemmt, so daß der Leiter in dem Längskanal zwar gemäß c festsitzt, aber auch im "Schwerpunkt" seines Querschnitts radial nach innen verlagert ist, was eine um einige Prozent verrin gerte Leistung ergibt.The prior art is explained at points a , b and c of FIG. 2. At point a it is shown in an exaggerated manner how a copper conductor can shift in a cylindrical bore and thereby affect the balancing. In order to prevent this shift, a cylindrical conductor was introduced with some play according to point b and caulked through the connecting channel open to the outside, so that the conductor is stuck in the longitudinal channel according to c, but also in the "center of gravity" of its cross section is shifted radially inwards, which results in a performance reduction of a few percent.
Der den Querschnitt des Längskanals 8 bestimmende Ausschnitt 7 in dem Rotorblech 6 umfaßt einen kreisför migen Teil 13, der in einem gewissen Abstand 14 unterhalb der äußeren Umfangsfläche 15 des Käfigläufers 10 gelegen und durch einen Kanal 16 mit der Umfangsfläche 15 ver bunden ist, dessen Begrenzungen 17 parallel zu einer durch die Längsachse gehenden Ebene verlaufen und einen Abstand voneinander haben, der in dem Ausführungsbei spiel etwa 50% des Durchmessers 18 des kreisförmigen Teils 13 beträgt. Der Abstand 14 beträgt etwa 25% die ses Durchmessers 18.The cross-section of the longitudinal channel 8 determining cutout 7 in the rotor plate 6 comprises a circular part 13 , which is located at a certain distance 14 below the outer peripheral surface 15 of the squirrel-cage rotor 10 and is connected by a channel 16 to the peripheral surface 15 , the limits of which 17 run parallel to a plane passing through the longitudinal axis and have a distance from one another which in the exemplary embodiment is approximately 50% of the diameter 18 of the circular part 13 . The distance 14 is approximately 25% of this diameter 18 .
Bei der Herstellung des Käfigankers 10 wird in je den der in dem Paket 4 der Rotorbleche 6 durch deren Ausschnitte 7 gebildeten Längskanäle 8 ein Kupferpro fil 19 der Länge nach eingeschoben, welches den Leiter 9 bildet und sich in seinem Querschnitt dem Querschnitt des Ausschnittes 7 bis auf ein für das Einschieben er forderliches Spiel von 0,1 mm anpaßt. Nach dem Einschie ben steht das Kupferprofil 19 mit seiner Längsrippe 20 über den Außenumfang 15 des Käfigläufers 10 um eine Strecke 21 vor, die etwa der Strecke 14 entspricht. Die Rippe 20 füllt an ihrer Wurzel den Kanal 16 aus, setzt sich aber nach außen um die Strecke 21 fort.In the manufacture of the cage anchor 10 in each of the longitudinal channels 8 formed in the package 4 of the rotor laminations 6 through the cutouts 7 , a copper profile 19 is inserted lengthways, which forms the conductor 9 and the cross section of the cross section of the cutout 7 to adapts to a play of 0.1 mm required for insertion. After the insertion, the copper profile 19 with its longitudinal rib 20 projects over the outer circumference 15 of the squirrel-cage rotor 10 by a distance 21 which corresponds approximately to the distance 14 . The rib 20 fills the channel 16 at its root, but continues outwards by the distance 21 .
Durch in Fig. 4 mit 22 bezeichnete Verformungskräf te wird nun das Material des Leiterprofils 19 in den Aus schnitt 7 hineingepreßt und füllt diesen bzw. den ent sprechenden Längskanal 8 dann vollständig aus. Das in Fig. 3 mit 19 bezeichnete Leiterprofil bildet nunmehr den Leiter bzw. Kurzschlußstab 9, der unverrückbar in dem Ausschnitt 7 festsitzt. Durch die Verformungskräfte 22 bleibt außen ein pilzförmiger Kopf 23 stehen, da der Querschnitt des über den Außenumfang 15 überstehenden Teils der Rippe 20 entsprechend bemessen war.By in Fig. 4 designated 22 Verformungskräf te, the material of the conductor profile 19 in the section 7 is now pressed out and fills this or the corresponding longitudinal channel 8 then completely. The conductor profile designated by 19 in FIG. 3 now forms the conductor or short-circuit rod 9 , which is immovably stuck in the cutout 7 . Due to the deformation forces 22 , a mushroom-shaped head 23 remains on the outside, since the cross section of the part of the rib 20 projecting beyond the outer circumference 15 was dimensioned accordingly.
Die Verformungskräfte 22 werden durch in Längsrich tung des Käfigläufers 10 fortschreitendes Hämmern oder Rollen aufgebracht.The deformation forces 22 are applied by progressive hammering or rolling in the longitudinal direction of the cage rotor 10 .
Im nächsten Arbeitsgang wird der stehengebliebene Pilzkopf 23 abgedreht, so daß sich ein glatter und ge schlossener Außenumfang 15 einstellt. Die Abstützung des Leiters 9 gegen radial nach außen wirkende Fliehkräfte erfolgt vorzugsweise in den Bereichen 24 nahe den Begren zungen 17 des Kanals 16. Die Ecken 25 am Übergang von dem kreisförmigen Teil 13 des Ausschnittes 7 in die Begren zungen 17 sollten scharfkantig ausgeführt sein. Der Schwerpunkt 26 des Leiters 9 liegt radial außerhalb des Mit telpunktes 27 des kreisförmigen Teils 13 des Ausschnittes 7.In the next step, the remaining mushroom head 23 is turned off, so that a smooth and closed outer circumference 15 is established. The support of the conductor 9 against centrifugal forces acting radially outwards is preferably carried out in the areas 24 near the limit tongues 17 of the channel 16 . The corners 25 at the transition from the circular part 13 of the section 7 in the limita tions 17 should be sharp-edged. The center of gravity 26 of the conductor 9 is located radially outside of the center point 27 of the circular part 13 of the cutout 7 .
Das bedeutet, daß der Momentenarm der durch den in dem Leiter 9 fließenden Strom erzeugten Kräfte vergrös sert und die Kennlinie entsprechend verbessert ist.This means that the moment arm of the forces generated by the current flowing in the conductor 9 increases and the characteristic curve is improved accordingly.
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