DE69734839T2 - Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine - Google Patents
Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine Download PDFInfo
- Publication number
- DE69734839T2 DE69734839T2 DE69734839T DE69734839T DE69734839T2 DE 69734839 T2 DE69734839 T2 DE 69734839T2 DE 69734839 T DE69734839 T DE 69734839T DE 69734839 T DE69734839 T DE 69734839T DE 69734839 T2 DE69734839 T2 DE 69734839T2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rotor
- short
- steel
- circuit ring
- runner
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 12
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 15
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 13
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 12
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010951 brass Substances 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 4
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000002411 adverse Effects 0.000 claims description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 claims description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 claims 2
- 229910015372 FeAl Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 5
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 5
- IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N copper iron Chemical class [Fe].[Cu] IYRDVAUFQZOLSB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 101001094044 Mus musculus Solute carrier family 26 member 6 Proteins 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000003292 diminished effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002207 retinal effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein massives Läufermittel eines Elektromotors gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Anspruchs 9 zur Verbesserung der Charakteristik von massiven Läufermitteln.
- Elektromotoren die nach dem Prinzip von Induktionsmaschinen laufen, waren gewöhnlich Maschinen die sogenannte laminierte Läufer verwenden. Damit verbundene Probleme sind Vibrationen die schon bei relativ niedriger Rotationsgeschwindigkeiten auftreten und von der Struktur des Läufers verursacht sind, insbesondere durch geringe Biegesteifigkeit und zum Teil auch wegen ihrer geringen Torsionssteifigkeit und Änderungen/Wanderungen von deren Gleichgewicht. Die sogenannte kritische Frequenz des mehrschichtigen Läufers tritt bei relativ niedrigen Rotationsgeschwindigkeiten auf, die deutlich zu niedrig sind, insbesondere hinsichtlich von Rotationsgeschwindigkeiten die über dem normalen liegen. Die Herstellung mehrschichtiger Läufer erfordert auch mehrere Arbeitsschritte und spezielle Werkzeuge und Maschinen, deren Herstellung daher langsam und teuer durchzuführen ist.
- Es ist daher bisher bei der Verwendung von Elektromotoren, die bei hohen Drehzahlen betrieben werden bekannt, sogenannte Massivläufer aus Stahl z.B. von einem Rohling abzudrehen, wodurch eine wesentlich festere und steifere Struktur erreicht wird. Der Massivläufer gewährleistet auch eine gute und präzise Balance und der Läufer verbleibt auch in diesem Gleichgewicht bei unterschiedlichen Rotationsgeschwindigkeiten. Dies ermöglicht die Verwendung von Kugellagern für die Läuferlagerung.
- Jedoch bewirkt der Massivläufer auch eine Zunahme des Läuferwiderstandes und einen wesentlichen Abfall eines Leistungsverhältnisses der Maschine typischerweise von etwa 0,6–0,7. Der Wirkungsgrad ist bei dieser Läuferart gering. Massivläufer, die aus einem Stück gefertigt sind und die in den meisten Fällen an ihrer äußeren Peripherie glatt sind, werden hingegen allgemein in Kurzschlussmotoren mit Rotationsgeschwindigkeiten verwendet, die wesentlich höher sind, als bei normalen Motoren, wie etwa bis zu 200 000 1/Min. Jedoch besteht auch hier das Problem des oben erwähnten Wirkungsgrades und der Überhitzung sogar in den Fällen, wo kleinere Rotationsgeschwindigkeiten, d.h. sogenannte Normalgeschwindigkeiten wie Geschwindigkeiten unter 20 000 1/Min gewünscht werden.
- Ein Beispiel einer verbesserten Massivläuferanwendung ist durch die
offenbart. Ein Läufer umfasst einen zylindrischen Läuferschaft aus Eisen mit niedrigem Kohlenstoffgehalt, der mit einem sogenannten Kurzschlusskäfig aus Kupfer ausgestattet ist, um den Läuferwiderstand zu senken.GB 1,427,818 - Obwohl diese Lösung Vorteile hinsichtlich der Festigkeit des Rotors gewährleistet und den Widerstand herabsetzt, ist der niedrige Wirkungsgrad dennoch ein Problem. Die Verluste führen zusätzlich zum niederen Wirkungsgrad zu einer merklichen Überhitzung im Betrieb. Es wurden verschiedene Kühlsysteme vorgesehen, um das Überhitzungsproblem zu lösen, jedoch hat der durch sie erforderliche Energiebedarf weiter die Netzwirksamkeit vermindert. Ein beträchtliches Problem bei der Herstellung war die Schwierigkeit der Befestigung der sehr breiten halbkugelförmigen Kupferabschnitte des Kurzschlusskäfigs und dessen Festigkeit im Läufer, insbesondere bei höheren Rotationsgeschwindigkeiten. Weiterhin offenbart dieses Zitat nicht oder schlägt nicht vor, irgendeine Art der Verwendung des dargestellten Läufermittels in anderen Motortypen als Hochgeschwindigkeitsmotoren. Die vorgeschlagene Lösung führte z.B. aus obigen Gründen nicht zu einem allgemeinen Erfolg im Gebiet der Elektromotoren.
- Das Patent
offenbart einen Läufer für eine elektrische Induktionsmaschine dessen Umfang mit einer elektrisch leitenden Schicht belegt ist, zum Zweck der Überwindung der oben erwähnten Probleme. Jedoch ist die Beschichtung schwierig zu verwirklichen und ihre Festigkeit hat sich als problematisch erwiesen. Ein zusätzlicher Nachteil wird durch die Tatsache verursacht, dass bei vielen Beschichtungsverfahren der Läufer stark erwärmt wird, was einen negativen Effekt auf die mechanischen Eigenschaften des Läufers ausübt. Damit war diese Lösung nicht imstande, die Probleme von Maschinen mit massiven Läufern auf ökonomisch befriedigende Weise zu lösen.FI 92114 - Das US-Patent 4,577,128 zeigt eine Lösung für einen Induktionsmotor nach dem Stand der Technik, der z.B. in Tauchpumpen verwendet wird, mit einem zylindrischen ferromagnetischen Läufer mit Längsrinnen, die parallel zur Rotationsachse verlaufen, die verbunden sind mit Umfangsrinnen an jedem Ende des Läufers.
- Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Überwindung von Nachteilen des Standes der Technik und die Schaffung eines insgesamt neuen Typs einer Lösung zur Verbesserung der Charakteristika eines massiven Läufers für einen Elektromotor. Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Lösung für einen elektrischen Induktionsmotor, der eine wesentlich verbesserte Wirksamkeit und andere Eigenschaften im Vergleich mit bekannten Lösungen besitzt und keine signifikanten Überhitzungsprobleme aufweist, wie dies bei Antrieben des Standes der Technik der Fall ist.
- Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Läufermittels mit sehr geringem Läuferwiderstand.
- Es ist ebenso Ziel der vorliegenden Erfindung eine Struktur und ein Verfahren zur Herstellung eines Motors zu schaffen, der in einem weiteren Drehzahlbereich einsetzbar ist.
- Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Zurverfügungstellung einer Massivläufer-Motor-Struktur mit sehr niedrigem Feldschwächungspunkt. Dies ermöglicht die Speisung der Maschine mit konstantem Netzstrom in beträchtlich weitem Bereich von Drehzahlen.
- Ein Gegenstand der Erfindung ist ferner die Schaffung eines Läufermittels das leicht herstellbar und damit ökonomisch einsetzbar ist.
- Ein Ziel der Erfindung ist ferner die Schaffung einer Motorstruktur mit einem massiven Läufer, bei welcher ein sehr kleiner Luftspalt ohne nachteilige Effekte verwendet werden kann, wodurch es möglich ist, den Wirkungsgrad zu steigern.
- Ein Ziel der Erfindung ist das Zurverfügungstellen einer Elektromotorstruktur mit Größe und Gewicht die geringer sind als jene bekannter Lösungen von Induktionsmotoren mit vergleichbarer Leistung.
- Die Erfindung basiert auf der überraschenden Beobachtung, dass Charakteristika, die gegenüber herkömmlichen Massivläufermotoren verbessert sind, erreicht werden können durch ein massives Läufermittel, dass an den Endseiten mit Kurzschlussringen versehen ist, die aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit gefertigt sind.
- Präziser ist die Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung hauptsächlich gekennzeichnet durch den Inhalt der beiliegenden Ansprüche 1–8 und insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Verfahren ist hauptsächlich gekennzeichnet durch den Inhalt der beiliegenden Ansprüche 9–11 und insbesondere durch den kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9. Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung werden beträchtliche Vorteile erzielt. Die Leistungsfähigkeit des Antriebsdrehmoments und die Effektivität eines Massivläufermotors wird im Vergleich mit bekannten Lösungen erheblich verbessert, wohingegen das Überhitzungsproblem der Maschine deutlich kleiner ist. Mit Hilfe der Erfindung werden Größe und Gewicht des Motors im Vergleich mit bekannten Motoren vergleichbarer Leistung vermindert. Der erfindungsgemäße Motor ergibt eine im Wesentlichen gleichmäßige Maximalleistung in sehr weitem Drehzahlenbereich. Dank der guten Eigenschaften, wie geringe Größe und Gewicht und dem weiten Drehzahlbereich und der ebenen Leistungskurve sind die Struktur des Elektromotors und das Verfahren der vorliegenden Erfindung in vielen Bereichen einsetzbar, da derselbe Motor bei mehreren unterschiedlichen Anwendungen einsetzbar ist. Die Herstellung des erfindungsgemäßen Läufers ist leicht zu verwirklichen unter Aufrechterhaltung eines durablen Aufbaus, z.B. hinsichtlich der Festigkeit der Kurzschlussringe.
- Nachfolgend werden die Erfindung und andere Ziele und Vorteile dieser mit Hilfe von Beispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen gleiche Bezugszeichen sich in den verschiedenen Figuren auf gleiche Merkmale beziehen. Es sollte daher verstanden werden, dass die folgende beispielhafte Erfindungsbeschreibung die Erfindung nicht auf die spezifischen Formen in diesem Zusammenhang einschränkt, sondern sich auf alle Modifikationen, Ähnlichkeiten und Alternativen erstreckt, die im Sinne und dem Umfang der vorliegenden Erfindung liegen, wie in den beiliegenden Ansprüchen definiert.
-
1 ist eine vereinfachte schematische Seitenansicht eines massiven Läufermittels einer elektrischen Maschine. -
2 offenbart eine Seitenansicht im Schnitt einer erfindungsgemäßen Ausführung des Läufermittels. -
3 zeigt einen Schnitt durch eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung. -
4 zeigt eine Prüfanordnung für die Tafel5 . -
5 zeigt die Tafel mit Prüfergebnissen auf Basis eines Vergleichs. -
1 veranschaulicht ein massives Läufermittel10 , welches aus einem einheitlichen Rundstahl hergestellt ist.1 zeigt auch Kurzschlussringe18 aus Kupfer, die auf den Enden des Rotormittels10 befestigt sind, d.h. deren Endoberflächen. Es ist möglich, die Kupferringe18 an den Enden11 des Läufer10 anzubringen, z.B. durch Reibung, Explosions- oder Laserschweißen. Die Parameter, die lediglich als Beispiel von möglichen Läuferparametern eines gebauten Testläufers angegeben werden, waren wie folgt: Material Fe52, Durchmesser 98,5 mm und Länge 100 mm, die Dicke des verwendeten Kurschlussringes aus Kupfer betrug 10 mm. Die Kurzschlussringe können sich im Wesentlichen über den gesamten Bereich der freien Stirnfläche11 erstrecken, wie in1 gezeigt ist oder lediglich innerhalb eines Bruchteils von ihnen. - Die Kurzschlussringe
18 bewirken eine wesentliche Herabsetzung des Läuferwiderstandes des Massivmotors10 , was andererseits einen vorteilhaften Effekt auf die Wirksamkeit der Maschine hat. Mit dieser Lösung ist es möglich, die Länge des Läufers zu kürzen und eine kompaktere Maschine gegenüber solchen des Standes der Technik zu schaffen. - Ein bevorzugtes Material für den Kurschlussring ist z.B. Kupfer. Andere Möglichkeiten sind z.B. Aluminium, Bronze, Messing, Silber, Gold und die verschiedenen Kombinationen dieser, die ausreichende Eigenschaften gewährleisten um genügend elektrische Leitfähigkeit durch die Stirnfläche
11 des Läufers10 zu schaffen, um derart den Läuferwiderstand zu senken. -
2 zeigt eine Lösung, die aus Fertigungsgründen bevorzugt ist, in welcher der Endring18 aus so genanntem Fe Cu Blech (Stahl-Kupferblech) hergestellt ist. - Diese Bi-Metallstruktur
18' ,18'' kann aus anderen Kombinationen wie Stahl-Aluminium, Stahl-Messing etc. ebenso geschaffen werden. Diese Art vorgefertigten Bimetall-Blech-Materials, in welchem die unterschiedlichen Materialien wie Kupfer und stahl18' und18'' aneinander angeheftet sein können, z.B. durch Walzen, Explosionsschweißen oder Druckverdichtung durch Stoßwellentechnologie ist dem Fachmann bekannt und verschiedene Arten von Zweikomponentenblechen sind im Handel erhältlich. - In der Lösung gemäß
2 können die Stahlbereiche18'' der Endplatte18 z.B. durch Elektronenstahlschweißung (EB-welding) oder Laserschweißen vorzugsweise auf das Läufermaterial10 aus Positionen, die mit einem Pfeil angezeigt sind angeschweißt sein. Derart ist das Läufermittel10 der2 besonders einfach herzustellen, da es möglich ist, das Bimetall-Blech anzuschweißen oder anderweitig zu befestigen, von dem Ort aus der mit dem Pfeil gekennzeichnet ist und lediglich von dessen Stahlbereichsseite auf den aus Stahl hergestellten Läufer10 . Mit anderen Worten ermöglich dies eine Befestigung von zwei glatten miteinander verbundenen Oberflächen aus im Wesentlichen ähnlichem Material aneinander durch einfache und billige Befestigungsverfahren, wobei die sehr schwierige Befestigung von Kupfer oder ähnlichem Kurzschlussläufermaterial auf Stahl oder ähnliches als Massenproduktion in industrieller Umgebung ausgeführt werden kann. Eine weitere Einsparung wird z.B. dank der Tatsache erhalten, dass die Erfordernisse für die Herstellung wie hinsichtlich der Glätte und dem Niveau der Oxidation der verbundenen Oberflächen nicht so strikt sind, wie es z.B. Kupfer-Eisen-Verbindungen gemäß1 sind. - Eine bevorzugte weitere Ausführungsform des Läufermittels
10 ist in der schematischen Querschnittsansicht der3 gezeigt, in welcher der Läufer10 mit Nuten14 auf dessen Umfangsfläche versehen ist. Gemäß dieser Alternative ist jedes der Nutenmittel14 zusätzlich mit Stäbe aus einem geeigneten Metallblech ausgestattet, das geeigneterweise ein Eisenkupferblech (FeCu) ist, wie oben erörtert. Der sich axial erstreckende Läuferstab15 des Kurzschlusskäfigmittels, der innerhalb der Nut angeordnet ist, kann von lediglich einer Seite31 an dieser befestigt sein. Die Befestigung kann vorzugsweise z.B. durch Elektronenstahlschweißung (EB-welding) oder Laserschweißen vorgenommen werden. Mit Hilfe dieser Lösung ist es möglich, Vorteile z.B. hinsichtlich des erforderlichen Schweißaufwandes zu erzielen. - Zusätzlich, obwohl nicht immer erforderlich, kann es vorteilhaft sein, sogar einen kleinen Luftspalt zwischen der Nut
14 und dem Abschnitt15 zu belassen. Der Luftspalt kann vorzugsweise etwa 0,1–2 mm sein. - Die Form der Nuten, die die Läuferstäbe
15 aufnimmt, kann so ausgelegt sein, dass sie im Wesentlichen tief ist, relativ zu ihrer Breite. Es ist festzuhalten, dass, obwohl die Stäbe der3 einen im Wesentlichen rechtwinkligen Querschnitt haben, sie auch, falls erforderlich, davon abweichen und z.B. keilförmig oder fassförmig oder konkav und/oder geneigt von einigen ihrer Oberflächen sein können, ohne die allgemeine Idee der Erfindung zu verlassen. - Zusätzlich zu den Vorteilen im Bereich der Herstellung, sowie Vereinfachung der Befestigung, herabgesetzter Schweißbedarf und schnellere Fertigung, ist es weiterhin möglich, die Bildung von Tangentialströmen des Läuferstabmittels
15 , der nur von seiner anderen Seite befestigt ist zu unterbinden, wobei die Charakteristika des Massivmotors10 im Wesentlichen denen eines schichtförmigen Läufers in diesem Sinne entsprechen und es ist möglich, den magnetischen Kreis und den elektrischen Kreis voneinander zu trennen. Wenn ein Ziel im allgemeinen z.B. darin besteht, dass der Strom axial im Rotor10 wandert, z.B. in Richtung des Läuferstabes15 , verbessert diese Art der Läuferanordnung weiter die Motoreigenschaften, die durch diese Erfindung erhältlich sind, insbesondere den Motorwirkungsgrad. - Es ist leicht möglich, das Kurzschlussringmittel
18 und möglicherweise die Nut- und Stabmittel14 ,15 am Läufermittel10 derart anzuordnen, dass kein negativer Effekt auf die Stabilität der Balance des Läufermittels ausgeübt wird. Dadurch wird die Verwendung von Wälzlagern, wie Kugellagern für die rotierende Lagerung des Läufermittels ermöglich, da das erfindungsgemäße Läufermittel gut im Gleichgewicht bei unterschiedlichen Drehzahlen bleibt. Der gut ausgewogene Massivläufer "lebt" nicht und verursacht dadurch auch keine anwachsenden Lasten auf die Lager. -
4 offenbart eine Testanordnung, welche die Testergebnisse für einen Massivläufermotor zeigt, der mit Kurzschlussringen in Übereinstimmung mit der Erfindung versehen ist. Im Test wurde ein sogenannter Frequenzwandler6 zwischen den Motor1 und der Stromzufuhr3 eingepasst, die im Test das öffentliche Stromnetz war. Die Anordnung weist ferner einen Generator4 auf sowie einen Drehmomentsensor zwischen dem Generator4 und dem Motor1 . Zusätzlich sind zweite Frequenzwandlermittel7 gezeigt, die zwischen den Generator und das elektrische Netz3 geschlossen sind. Die Versuchsanordnung ist so, dass alle Energie, die den Antriebsverlusten gleich ist, von Netz3 entnommen wird und dass die Motorleistung1 im Generator in elektrische Energie umgesetzt wird, die in den Zwischenkreis zurückgespeist wird, den die Konverter gemeinsam aufweisen und der parallel angeschlossen ist. - In einem anderen Test wurde die Anordnung zur Prüfung des Effekts verwendet, der bei der erfindungsgemäßen Anordnung durch eine Filterlösung erhältlich ist, die durch die zum Anmeldedatum nicht veröffentlichte FI-Patentanmeldung Nr. 962485 offenbart ist. Diese FI-Anmeldung wird durch Bezugnahme eingeführt.
- Die Diagramme der
5 zeigen die Testergebnisse die für die Wirksamkeit aus einem Vergleich erhalten wurden, bei welchem die erfindungsgemäße Massiv läuferkonstruktion unter Verwendung von 140 Hz Strom mit und ohne Filterung untersucht wurde, wobei - Kurve
1 : einen Läufer mit einem Cu-Kurzschlussring gemäß Erfindung ohne Filterung und - Kurve
2 : einen Läufer mit Cu-Kurzschlussring gemäß Erfindung unter Filterung wiedergibt. - Die Vertikalachse stellt die gemessene Wirkung [%] und die Horizontalachse die Stromstärke Pmek [kW] dar.
- Wie aus der Figur ersichtlich, wird eine gute Wirksamkeit mit Hilfe des Kurzschlussringes erhalten, Es ist möglich, eine wesentliche Wirksamkeitsverbesserung des Motors
1 der das erfindungsgemäße Läufermittel einschließt zu erhalten, der nicht mit einer Filterung gemäß der genannten FI-Anmeldung (KurveFI 962485 1 ) versehen ist, insbesondere bei höheren Stromstärken als die bekannten Lösungen zu schaffen in der Lage sind. - Eine besonders gute Wirkung wird durch eine Lösung erhalten, in welcher die erfindungsgemäßen Kurzschlussringe mit einer Filteranordnung gemäß
(KurveFI 962485 2 ) kombiniert sind, In Übereinstimmung mit der Kurve2 ist die durch diese Lösung erzielte Maximalleistung wesentlich höher als durch den Stand der Technik erreichbar. - In einigen weiteren Versuchen wurde die auf den Kurzschlussringen basierende erfindungsgemäße Läuferlösung auch verglichen mit Läufern, die mit verschiedenen Beschichtungen (z.B. AlFe + Cu und AlFe-Beschichtungen mit unterschiedlichen Aluminiumgehalten) versehen waren. Dabei wurde z.B. gefunden, dass durch eine Maschine mit den erfindungsgemäßen Kurzschlussringen wesentlich bessere Eigenschaften hinsichtlich Drehmoment und Leistung als bei Läufern, die am Läuferumfang beschichtet waren. Es ist festzuhalten, dass die Herstellung und Anbringung der erfindungsgemäßen Kurzschlussringe zudem leichter und ökonomischer zu verwirklichen ist, als die bekannten Beschichtungsverfahren und somit weist die Erfindung einige deutliche Vorteile gegenüber den Beschichtungen des Standes der Technik auf.
- Damit schafft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren, mit deren Hilfe eine wesentliche Verbesserung bei den Eigenschaften von Massivläufermaschinen erreicht wird, bei welchen die Motoren in Anwendungen einsetzbar sind, die ein verbessertes Anfangsdrehmoment und höhere Drehzahlen erfordern. die erfindungsgemäße Läuferstruktur ist dennoch hinsichtlich ihres Aufbaus einfach und leicht herstellbar, ebenso ökonomisch einsetzbar und im Betrieb zuverlässig. Die erfindungsgemäße Massivläuferstruktur schafft eine Wirksamkeit, die gleich dem laminierten Läufer ist und einen verbesserten Anfangsdrehmomentverlauf bei Netzbetrieb aufweist und höhere Drehzahlen unter gemeinsamer Verwendung mit Invertern zulässt. Die Struktur ist bei elektrischen Maschinen (Motoren und Generatoren) in den meisten Stromstärkebereichen sogar bis zu 1 MW anwendbar.
- Es ist festzuhalten, dass die vorstehenden Beispiele von Ausführungsformen der Erfindung den durch die Ansprüche definierten Schutzbereich nicht einschränken.
Claims (11)
- Läufer für eine elektrische Maschine mit einem massiv ausgebildeten Läufermittel (
10 ) und einem Kurzschlussring (18 ) aus einem Material mit guter elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer, Aluminium, Bronze, Messing oder einer geeigneten Legierung, welcher an der Stirnfläche (11 ) des Rotormittels (10 ) befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (18 ) aus einem Bimetallblech hergestellt ist und mindestens zwei aus unterschiedlichen Materialien gebildete Abschnitte (18' ,18'' ) aufweist, wobei ein Abschnitt (18'' ) aus Stahl gebildet ist und wobei der Stahlabschnitt (18'' ) des Kurzschlussrings an der Stirnfläche (11 ) des Läufermittels (10 ) befestigt ist. - Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Abschnitt (
18' ) des Kurzschlussringes aus einem Material mit besserer elektrischer Leitfähigkeit als der Stahlabschnitt (18'' ) besteht, der am Läufermittel (10 ) befestigt ist. - Läufer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (
18 ) aus einem Bimetallblech (18' ,18'' ), wie Stahl-Kupferblech (FeCu), Stahl-Aluminiumblech (FeAl) oder Stahl-Messingblech, besteht. - Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Läufermittel (
10 ) weiterhin Nuten (14 ) aufweist, die sich im wesentlichen longitudinal über dessen Oberfläche erstrecken. - Läufer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (
14 ) ein Läuferstabmittel (15 ) angeordnet ist, welches mindestens zwei Abschnitte (15' ,15'' ) aufweist, wobei ein Abschnitt (15' ) aus einem Material mit besserer elektrischer Leitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, als das Läufermittel besteht und ein Abschnitt (15'' ) aus einem im wesentlichen ähnlichen Material wie das Läufermittel besteht. - Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kurzschlussring (
18 ) oder das Läuferstabmittel (15 ) mit dem Läufermaterial durch Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Löten verbunden ist. - Elektromotoranordnung, welche auch Statormittel und Mittel zum Filtern des in den Motor eingespeisten Stromes aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektromotoranordnung auch einen Läufer nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
- Elektromotoranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurzschlussringmittel (
18 ) derart mit dem Läufermittel (10 ) in Verbindung steht, dass die Stabilität der Laufruhe des Läufermittels nicht negativ beeinflusst ist, und dass die Elektromotorenanordnung ein Wälzlager, wie ein Kugellager, zur Rotationsabstüzung des Läufermittels (10 ) aufweist. - Verfahren zur Erregung eines Läufers einer elektrischen Maschine, umfassend den Schritt der Leitung des elektrischen Stroms des Läufermittels und/oder entsprechende Einwirkung auf dessen Widerstand mit Hilfe von massivem Läufermittel (
10 ) und einem Kurzschlussring (18 ), welcher an der Stirnfläche angeordnet ist, wobei vorgenannter Kurzschlussring (18 ) aus einem Material mit besserer elektrischer Leitfähigkeit besteht als das Material des Läufermittels (10 ), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren den Schritt umfasst, den Kurzschlussring (18 ), der aus einem Ringstück aus einem Bimetallblech besteht, wie Stahl-Kupferblech, Stahl-Aluminiumblech oder Stahl-Messingblech, und der mindestens zwei Abschnitte aufweist, die aus unterschiedlichen Materialien gebildet sind, von denen ein Abschnitt aus Stahl gebildet ist, wobei der Stahlabschnitt des Kurzschlussrings an der Stirnfläche des massiven Läufermittels (10 ) angeschlossen ist. - Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Verfahrensschritt des Anschließens des Kurzschlussringes das Anschließen mittels Elektronenstrahlschweißen, Laserschweißen oder Reibschweißen oder Löten eines solchen Abschnittes erfolgt, dessen Material im wesentlichen dem Material des Läufermittels entspricht.
- Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren weiterhin den Schritt des Filterns des in den Elektromotor eingespeisten Stroms umfasst.
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI962270A FI113422B (fi) | 1996-05-30 | 1996-05-30 | Sähkömoottori ja menetelmä sähkömoottorissa sekä niiden käyttö |
| FI962270 | 1996-05-30 | ||
| FI971660 | 1997-04-18 | ||
| FI971660A FI113421B (fi) | 1996-05-30 | 1997-04-18 | Sähkökoneen roottori ja menetelmä sähkökoneessa |
| PCT/FI1997/000337 WO1997045941A1 (en) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Rotor for an electric machine and a method in an electric machine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE69734839D1 DE69734839D1 (de) | 2006-01-12 |
| DE69734839T2 true DE69734839T2 (de) | 2006-06-29 |
Family
ID=26160166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE69734839T Expired - Lifetime DE69734839T2 (de) | 1996-05-30 | 1997-05-30 | Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine |
Country Status (8)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6184606B1 (de) |
| EP (1) | EP1016197B1 (de) |
| CN (1) | CN1110885C (de) |
| AT (1) | ATE312427T1 (de) |
| AU (1) | AU2964897A (de) |
| DE (1) | DE69734839T2 (de) |
| FI (1) | FI113421B (de) |
| WO (1) | WO1997045941A1 (de) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2015172920A1 (de) * | 2014-05-12 | 2015-11-19 | Robert Bosch Gmbh | MITTELS REIBSCHWEIßEN HERGESTELLTER KÄFIGLÄUFERROTOR |
| DE102014013684A1 (de) | 2014-09-17 | 2016-03-17 | Wieland-Werke Ag | Kurzschlussläufer |
| DE102011110880B4 (de) * | 2010-08-31 | 2017-12-07 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Verfahren zur Herstellung eines Rotors auf Aluminiumbasis für elektrische Induktionsmotoren sowie solch ein Rotor |
| US11258322B2 (en) | 2018-12-20 | 2022-02-22 | Teco-Westinghouse Motor Company | High speed induction machine |
| DE102021102296A1 (de) | 2021-02-02 | 2022-08-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10117398A1 (de) | 2001-04-06 | 2002-10-10 | Miscel Oy Ltd | Elektrischer Asynchronmotor |
| US20030098627A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-05-29 | Mitchell William A. | Solid rotor shaft construction for alternating current induction motor |
| CN100466424C (zh) * | 2002-04-15 | 2009-03-04 | 乐金电子(天津)电器有限公司 | 感应电机和感应电机转子的制造方法 |
| DE10230006A1 (de) * | 2002-07-04 | 2004-01-29 | Robert Bosch Gmbh | Asynchronmaschine |
| DE10261763B4 (de) * | 2002-12-19 | 2005-06-09 | Danfoss Compressors Gmbh | Rotor für einen Elektromotor |
| EP1620935A1 (de) * | 2003-05-06 | 2006-02-01 | DANFOSS COMPRESSORS GmbH | Rotor für einen elektromotor |
| US7683789B2 (en) * | 2005-03-04 | 2010-03-23 | Intelleflex Corporation | Compact omni-directional RF system |
| KR101228454B1 (ko) * | 2007-03-05 | 2013-02-01 | 엘지전자 주식회사 | 자기 착자 모터 |
| DE102008026963A1 (de) * | 2007-06-14 | 2008-12-24 | Danfoss Compressors Gmbh | Rotor für einen elektrischen Motor |
| US20100231064A1 (en) * | 2009-03-11 | 2010-09-16 | Gm Global Technology Operations, Inc. | Balance ring for a vehicular electric machine |
| US9083221B2 (en) * | 2011-05-20 | 2015-07-14 | GM Global Technology Operations LLC | Rotor assembly with integral cast conductor bars and first end rings and welded second end rings and method of manufacturing same |
| CN102801267A (zh) * | 2011-05-27 | 2012-11-28 | 上海品星防爆电机有限公司 | 实心转子高速电机 |
| DE102013005050A1 (de) * | 2013-03-22 | 2014-09-25 | Wieland-Werke Ag | Kurzschlussläufer und dessen Einzelteile sowie Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers |
| DE102015224574A1 (de) * | 2015-12-08 | 2017-06-08 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Rotor, Verfahren zum Herstellen eines Rotors, Asynchronmaschine und Fahrzeug |
| DE102016204782A1 (de) * | 2016-03-23 | 2017-09-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Rotor für Asynchronmaschine |
| CN106655573A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-05-10 | 卧龙电气集团股份有限公司 | 大功率高转速异步电机用实心转子 |
| DE102017207671A1 (de) | 2017-05-08 | 2018-11-08 | Audi Ag | Rotor für eine elektrische Maschine, elektrische Maschine umfassend einen solchen Rotor sowie Verfahren zur Herstellung eines Rotors |
| FR3129043A1 (fr) * | 2021-11-09 | 2023-05-12 | Alstom Transport Technologies | Rotor de moteur électrique |
| EP4401290A1 (de) * | 2023-01-10 | 2024-07-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur herstellung eines kurzschlussläufers |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2023849B2 (de) | 1970-05-15 | 1972-05-18 | G. Bauknecht Gmbh, Elektrotechnische Fabriken, 7000 Stuttgart | Asynchronmotor |
| DE2262587A1 (de) | 1972-12-21 | 1974-06-27 | Guenther Gmelin | Elektrischer stellantrieb |
| GB1427818A (en) | 1973-12-21 | 1976-03-10 | Federal Mogul Westwind | Solid rotor machines |
| JPS55106062A (en) | 1979-02-07 | 1980-08-14 | Hitachi Ltd | Squirrel-cage rotor having two end rings at both ends |
| US4577128A (en) * | 1980-12-11 | 1986-03-18 | Northern Engineering Industries, Plc | Induction motors |
| DE3127964A1 (de) | 1981-07-10 | 1983-01-27 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Druckgas-leistungsschalter |
| DE3127965C2 (de) * | 1981-07-10 | 1985-12-12 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Elektrische Maschine mit massivem Läufer und Käfigwicklung |
| DE3131772A1 (de) | 1981-08-07 | 1983-02-24 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Laeufer einer elektrischen maschine mit einer kaefigwicklung |
| RO82294A2 (ro) * | 1983-02-03 | 1985-08-31 | Intreprinderea De Motoare Electrice,Ro | Metoda si circuit electric de reducere a perturbatiilor radioelectrice produse de aparatele electrice si instalatiile electrice actionate de motoare electrice |
| DE3306548A1 (de) | 1983-02-22 | 1984-08-23 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Massiver laeuferkoerper einer elektrischen asynchronmaschine, insbesondere eines stromrichtergespeisten asynchronmotors |
| FI92114C (fi) | 1992-07-07 | 1994-09-26 | High Speed Tech Ltd Oy | Epätahtisähkökone ja sen yhteydessä käytettävät roottori ja staattori |
| FI114665B (fi) | 1996-06-14 | 2004-11-30 | Rotatek Finland Oy | Moottorijärjestely |
-
1997
- 1997-04-18 FI FI971660A patent/FI113421B/fi not_active IP Right Cessation
- 1997-05-30 DE DE69734839T patent/DE69734839T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-30 AT AT97924052T patent/ATE312427T1/de not_active IP Right Cessation
- 1997-05-30 AU AU29648/97A patent/AU2964897A/en not_active Abandoned
- 1997-05-30 CN CN97196544A patent/CN1110885C/zh not_active Expired - Fee Related
- 1997-05-30 US US09/194,428 patent/US6184606B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-05-30 WO PCT/FI1997/000337 patent/WO1997045941A1/en not_active Ceased
- 1997-05-30 EP EP97924052A patent/EP1016197B1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102011110880B4 (de) * | 2010-08-31 | 2017-12-07 | GM Global Technology Operations LLC (n. d. Ges. d. Staates Delaware) | Verfahren zur Herstellung eines Rotors auf Aluminiumbasis für elektrische Induktionsmotoren sowie solch ein Rotor |
| WO2015172920A1 (de) * | 2014-05-12 | 2015-11-19 | Robert Bosch Gmbh | MITTELS REIBSCHWEIßEN HERGESTELLTER KÄFIGLÄUFERROTOR |
| DE102014013684A1 (de) | 2014-09-17 | 2016-03-17 | Wieland-Werke Ag | Kurzschlussläufer |
| EP2999101A2 (de) | 2014-09-17 | 2016-03-23 | Wieland-Werke AG | Kurzschlussläufer |
| US10951102B2 (en) | 2014-09-17 | 2021-03-16 | Wieland-Werke Ag | Squirrel-cage rotor and method of manufacturing the same |
| US11258322B2 (en) | 2018-12-20 | 2022-02-22 | Teco-Westinghouse Motor Company | High speed induction machine |
| DE102021102296A1 (de) | 2021-02-02 | 2022-08-04 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Kurzschlusskäfig für einen Rotor einer elektrischen Maschine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1016197B1 (de) | 2005-12-07 |
| FI971660L (fi) | 1997-12-01 |
| ATE312427T1 (de) | 2005-12-15 |
| CN1225756A (zh) | 1999-08-11 |
| US6184606B1 (en) | 2001-02-06 |
| CN1110885C (zh) | 2003-06-04 |
| FI113421B (fi) | 2004-04-15 |
| AU2964897A (en) | 1998-01-05 |
| FI971660A0 (fi) | 1997-04-18 |
| DE69734839D1 (de) | 2006-01-12 |
| EP1016197A1 (de) | 2000-07-05 |
| WO1997045941A1 (en) | 1997-12-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69734839T2 (de) | Läufer für eine elektrische maschine und verfahren zur erregung eines rotors in einer elektrischen maschine | |
| DE69309576T2 (de) | Elektrische Asynchronmaschine mit Läufer und Ständer | |
| DE69930040T2 (de) | Elektrische Maschine mit insbesondere für hohe Geschwindigkeiten angepasstem Rotor | |
| DE2521557A1 (de) | Induktionsmotor mit einem zahlreiche kaefiganordnungen aufweisenden rotor und verfahren zur herstellung | |
| DE69600160T2 (de) | Anker für eine Reluktanzmaschine | |
| DE2261671A1 (de) | Statoranordnung fuer einphaseninduktionsmotor | |
| DE3430396A1 (de) | Buerstenloser einphasenmotor | |
| DE2953033C2 (de) | Rotor einer elektrischen Maschine mit ausgeprägten Polen | |
| WO2006108810A1 (de) | Elektrische asynchronmaschine mit zahnspulen im stator-wicklungssystem | |
| DE1538811A1 (de) | Laeufer fuer Dynamomaschinen | |
| DE102015204872A1 (de) | Käfigläufer für eine elektrische Asynchronmaschine mit einen Kurzschlussring stabilisierenden Zugankern | |
| DE1628349B2 (de) | Luefterrad fuer ventilatoren | |
| DE2348502A1 (de) | Elektromotor mit ausgepraegten polen und zahlreichen kurzgeschlossenen abschirmungsspulen fuer jeden pol | |
| DE69311530T2 (de) | Elektrischer Asynchronmotor mit hoher Drehgeschwindigkeit und hoher Leistung | |
| DE102012214772A1 (de) | Rotor für eine elektrische Maschine | |
| DE69409052T2 (de) | Rotor synchroner Drehmaschinen | |
| DE2844590A1 (de) | Scheibenankermaschine | |
| DE2332868B1 (de) | Regelbarer Drehstrommotor mit Zwischenrotor und Innenläufer | |
| DE656938C (de) | Geraeuschlose elektrische Maschine | |
| EP1378985A2 (de) | Asynchronmaschine | |
| EP3145059A1 (de) | Käfigläufer | |
| CH403048A (de) | Geräuscharmer Elektromotor | |
| DE102017200980A1 (de) | Kurzschlussrotor, Asynchronmotor und Kraftfahrzeug | |
| DE102023201638A1 (de) | Rotor, Asynchronmaschine und Kraftfahrzeug | |
| DE2311945C3 (de) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: PYRHOENEN, JUHA, LAPPEENRANTA, FI Owner name: THE SWITCH ELECTRICAL MACHINES OY, LAPPEENRANT, FI |