EP1053586A1 - Kurzgeschlossener rotor - Google Patents
Kurzgeschlossener rotorInfo
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- EP1053586A1 EP1053586A1 EP99910112A EP99910112A EP1053586A1 EP 1053586 A1 EP1053586 A1 EP 1053586A1 EP 99910112 A EP99910112 A EP 99910112A EP 99910112 A EP99910112 A EP 99910112A EP 1053586 A1 EP1053586 A1 EP 1053586A1
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- EP
- European Patent Office
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- rotor
- short
- unit
- structural unit
- circuited
- Prior art date
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- Withdrawn
Links
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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
Definitions
- the invention relates to a short-circuited rotor of a device for converting electrical into mechanical or mechanical into electrical energy, which is enclosed by a stator body carrying a winding.
- the invention is used in particular in such facilities or the like.
- Type in which torques with a strongly changing amplitude occur in a large frequency range.
- Such applications exist, for example, when the device for energy conversion is used in systems for actively reducing rotational irregularities in the drive shafts of internal combustion engines.
- the electromagnetic energy converter allows, e.g. Depending on the amplitude and frequency, the energy distribution for degradation, e.g. to control the rotational irregularities.
- the high and highest energy densities that occur in the entire facility lead to thermal problems - an adequate cooling or coolant supply to all areas of the machine that require cooling is insufficiently guaranteed.
- the squirrel-cage rotors are described as squirrel-cage rotors with cage bars running in the axial direction, each of which is connected on the front side with short-circuit rings (DE 195 32 128, column 38, lines 2 - 6, DE 195 49 259, column 37, lines 52 - 56).
- short-circuit rotors are practically designed with copper rods brazed or welded in short-circuit rings. Disadvantages of such a rotor design are on the one hand to be seen in a complex and therefore expensive production, on the other hand, rotors constructed in this way have considerable imbalances and thus quality defects or have to be balanced in a complex manner.
- connection between the rotor cage and the driven or driving shaft also requires additional and specially designed assemblies in the usual design.
- the aim of the invention is therefore to provide a short-circuited rotor for energy-converting devices of the type mentioned, the manufacturing cost of which is significantly reduced compared to the solutions of the prior art, the design principle of which avoids causes of imbalance, which allow extreme mechanical stresses to be controlled, and in terms of shape, a favorable guide for a liquid cooling medium for the winding-receiving stator and the rotor, and which allows an uncomplicated connection to driving or driven shafts.
- This goal is achieved by a short-circuited rotor, which is designed according to the features of the claims.
- Has short-circuit cage which forms a unit with the supporting hub of the rotor.
- a short-circuited rotor is made in one piece from an alloy using the casting process, the choice of the alloy material making it possible to adapt the rotor in a favorable and important manner to its use parameters, such as
- Torque or damping variables can take place.
- the use of the casting process to produce the one-piece rotor also leads to a thermally favorable design of the rotor: in the case of conventional design of short-circuited rotors, these are multiple thermal material transitions - 3 - available, the rotor according to the invention enables a continuous flow of heat within its material, as a result of which effective cooling is better possible. This plays an important role especially when using the rotor in the area of strongly changing moments and frequencies.
- the cooling medium is guided onto the winding of the enclosing stator body by a suitable design.
- the design of the short-circuit cage and hub unit not only enables the rotor to be easily flanged to driving or driven shafts, but also permits a particularly short design of the rotor or a size ratio of diameter to rotor length. This is also a particular advantage from the point of view of the use of the rotor in energy converters in the motor vehicle.
- the short-circuited rotor is enclosed by the stator body in such a way that a medium required for cooling can be supplied to both parts of the rotor and stator at the same time.
- immersion cooling can be used first, then oil mist cooling at higher speeds.
- Jet cooling can also be used advantageously, in particular in this case the rotor body can have directional surface elements which cause the cooling medium to be conveyed in a manner which promotes cooling.
- this consists of a structural unit 1 of hub 1a and short-circuit cage 1b with an enclosed laminated core.
- This laminated core contains grooves 3, which also accommodate the alloy material of the short-circuit cage 1b.
- Short-circuit rods replaced in a surprisingly advantageous manner and virtually integrated into the material and construct structure.
- This special feature of the invention leads to significant improvements in the cooling properties of the rotor and to high savings by eliminating material transitions - 4 -
- the structural unit 1 has stiffening parts 4 which are angled or flattened into the alloy body of the unit 1 on the inside and / or outside diameter of the unit 1. These stiffening parts 4 are preferably arranged as a ring insert.
Landscapes
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Abstract
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 Einrichtungen o.a. Art, bei denen Drehmomente mit stark wechselnder Amplitude in einem großen Frequenzbereich auftreten. Solche Andwendungsfälle liegen beispielsweise vor, wenn die Einrichtung zur Energiewandlung in Systemen zur aktiven Verringerung von Drehungleichförmigkeiten der Triebwellen von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. 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. Vorteilhaft weist die konstruktive Einheit Versteifungsteile auf, die am Innen- und/oder Außendurchmesser der Einheit abgewinkelt oder angeflächt in den Legierungskorpus der Einheit eingebracht sind.
Description
Kurzgeschlossener Rotor
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 Einrichtungen 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 änderndem 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 festgeschriebenen 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 frequenzabhängig 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-Offenlegungssch ritten 195 32 164, 195 32 129, 195 32 128 sowie 195 49 259 sind solche Systeme beschrieben. Hier werden als entsprechende
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Energiewandler u.a. Asynchronmaschinen mit Kurzschlußläufer eingesetzt. Die Kurzschlußläufer werden dabei als Käfigläufer mit in Axialrichtung verlaufenden 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 konstruierte Rotoren erhebliche Unwuchten und damit Qualitätsmängel auf bzw. müssen aufwendig ausgewuchtet werden.
Auch die Realisierung der Verbindung Rotorkäfig und getriebene oder treibende Welle bedarf bei üblicher Konstruktionsweise zusätzlicher und besonders gestalteter Baugruppen.
Ziel der Erfindung ist es daher, einen kurzgeschlossenen Rotor für energiewandelnde Einrichtungen der genannten Art zu schaffen, dessen Fertigungsaufwand 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 entsprechend 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 Gestaltung kurzgeschlossener Rotoren mehrfache thermische Materialübergänge
- 3 - 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 Kurzschlußkäfig und Nabe ermöglicht nicht nur eine unproblematische Anflanschung 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 Ölnebelküh- lung Anwendung finden. Auch eine Strahlkühlung ist vorteilhaft anwendbar, insbesondere in diesem Fall kann der Rotorkörper richtungsweisende Ober- flächenelemente besitzen, die eine kühlungsfördemde Wegweisung für das Kühlmedium bewirken.
Nachfolgend soll die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden. Hierzu zeigt die zugehörige Zeichnung das Schnittschema eines erfindungsgemäßen kurzgeschlossenen Rotors.
Gemäß Zeichnung besteht dieser aus einer konstruktiven Einheit 1 von Nabe 1a und Kurzschlußkäfig 1b mit eingeschlossem 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 Verbesserungen der Kühleigenschaften des Rotors, zu hohen Einsparungen an
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Fertigungskosten sowie zur Verbesserung der Rotorstabilität und damit auch zur Verbesseung des Rundlaufes.
Zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit hinsichtlich Fliehkraft und Anpreßkraft 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.
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Aufstellung der Bezugszeichen zur Patentanmeldung
„Kurzgeschlossener Rotor"
1 konstruktive Einheit
1a Nabe
1b Kurzschlußkäfig
2 Bleche
3 Nut
4 Versteifungsteil
Claims
1. Kurzgeschlossener Rotor einer Einrichtung zur Wandlung elektrischer in mechanische oder mechanischer in elektrische Energie, einen Kurzschlußkäfig (1 b) , eine Nabe (1 a) sowie Bleche (2) mit Nuten (3) aufweisend, gekennzeichnet dadurch, daß der Kurzschlußkäfig (1 b) mit der tragenden Nabe (1 a) 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 hergestellt 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.
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6. Kurzgeschlossener Rotor nach Anspruch 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Versteifungsteile (4) ein- oder mehrstückig ringförmig angeordnet sind.
Hierzu eine Seite Zeichnung.
Applications Claiming Priority (3)
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Family Applications (1)
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Non-Patent Citations (1)
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