EP1668766A1 - Kurzschlussläufer - Google Patents

Kurzschlussläufer

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Publication number
EP1668766A1
EP1668766A1 EP04787025A EP04787025A EP1668766A1 EP 1668766 A1 EP1668766 A1 EP 1668766A1 EP 04787025 A EP04787025 A EP 04787025A EP 04787025 A EP04787025 A EP 04787025A EP 1668766 A1 EP1668766 A1 EP 1668766A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
short
rotor
circuit
circuit rotor
carrier
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.)
Withdrawn
Application number
EP04787025A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Vogel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1668766A1 publication Critical patent/EP1668766A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/0054—Casting in, on, or around objects which form part of the product rotors, stators for electrical motors
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K15/00—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines
    • H02K15/0012—Manufacturing cage rotors
    • 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
    • H02K17/165—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors characterised by the squirrel-cage or other short-circuited windings
    • 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-circuit rotor and a method for producing a short-circuit rotor.
  • Short-circuit rotors can be used for both motors and generators.
  • Short-circuit rotors are used especially in asynchronous machines.
  • Short-circuit rotors have short-circuit rotor conductors and short-circuit rings, the short-circuit rings short-circuiting ends of the short-circuit rotor conductors. Short-circuit rotor conductors and short-circuit rings at the end result in a cage, the short-circuit rotor cage. A cage winding is formed by means of the electrical connection between the short-circuit rotor conductor and the short-circuit ring.
  • the short-circuit rotor conductors are, for example, metallic rotor bars laid in grooves.
  • the grooves are preferably axial grooves which have an axial preferential direction, an axial groove either running parallel to the axis of rotation of the short-circuit rotor or beveled with a parallel axial preferential direction.
  • the rotor bars are short-circuited with a short-circuit ring, for example by means of a soldering process or a welding process.
  • Short-circuit cage windings ie short-circuit rotor conductors and / or short-circuit rotor rings, can also be produced by means of a casting process.
  • Cast short-circuit cage windings for example made of aluminum, copper or another highly conductive metal or alloy, have a short-circuit ring which often lies directly on the laminated core, that is to say on the carrier of the short-circuit rotor conductor. There the short-circuit ring is connected to the rotor bars. The connection is already established, for example, by casting the short-circuit cage winding.
  • the rotor bars therefore, short-circuit rotor conductors, are often completely enclosed by magnetic rotor material for reasons of casting technology.
  • Magnetic rotor material is, for example, electrical sheet or steel sheet. There is advantageously no fused connection between the magnetic rotor material, which serves in particular as a carrier for the short-circuit rotor conductor, and the cage.
  • the rotor rods Due to the thermal expansion of the components of the short-circuit rotor, ie the component “ " magnetic rotor material “and the component” cage “, with different coefficients of thermal expansion and the fact that the short-circuit ring can expand radially freely, the rotor rods, however, with the at least partial enclosure Magnetic material is prevented in its radial mobility, there are high mechanical stresses in the transition from the short-circuit ring to the runner bar.
  • the object of the present invention is to improve a short-circuit rotor.
  • the improvement particularly affects the temperature behavior of the short-circuit rotor. Material stresses must be reduced, with a requirement in particular also for a compact design of the short-circuit rotor or an electrical machine which has a short-circuit rotor.
  • the short-circuit rotor has short-circuit rotor conductors in accordance with the above description. During operation of the electrical machine, a shear stress is exerted on the short-circuit rotor conductors of the short-circuit rotor. This shear stress is reduced according to the invention.
  • the short-circuit rotor has short-circuit rotor conductors and a carrier for the short-circuit rotor conductors, the carrier in particular having axial grooves in which the short-circuit rotor conductors are received.
  • the axial groove has at least one closed groove section and one open groove section, the open groove section being between the closed groove section and a short-circuit ring.
  • the open slot section is open in such a way that the short-circuit rotor conductor, e.g. one or more bars on the open side is completely open.
  • the open slot section is completely open if the short-circuit rotor conductor is not or is not held on the open side of the slot, in particular by means of the carrier.
  • the closed groove section is closed in such a way that the short-circuit rotor conductor is also held on the closed side of the groove.
  • the closed groove section thus either has a completely closed groove or a groove which is partially open on one side in such a way that the short-circuit rotor conductor is held on the partially open side of the groove, so that it does not move in the direction of the opening, in particular Heating is expandable.
  • the open groove section advantageously has an opening which is in the radially outer region of the groove. This enables the short-circuit rotor conductor to expand radially outwards.
  • the short-circuit ring which is mechanically connected to the short-circuit conductors, is also subjected to a radially outward expansion when heated. Since both the short-circuit ring and the short-circuit rotor conductor can expand in the same direction when heated, there is at least a reduction in mechanical stresses.
  • the open groove section has an opening which is in the radially inner region of the groove. Because an inward expansion of a rotor rod is made possible, there is no need to open the groove radially outwards, so that there is good rigidity with regard to centrifugal forces.
  • the open groove section can also be designed such that it has an open groove section that is open both to the outside and to the inside. This in turn reduces possible tensions.
  • grooves can be made, for example, with a wedge-shaped cross section, the wider part being outside.
  • the grooves have a parallel cross-section. With such a cross section, the flanks of the groove are parallel. A groove bottom connects to the flanks.
  • the rod end e.g. A cast rotor can be designed geometrically in such a way that after removal of the magnetic material lying radially above it, in the region of the open groove section, it becomes radially movable, ie it is capable of bending.
  • a changing rod geometry can advantageously be used over the length of the rotor, mechanically optimized at the end of the rod and optionally with geometries other than electrically optimized rod shapes in the inner rest of the rotor.
  • the rotor bars are designed geometrically such that the bar ends can be moved radially outwards, as soon as the magnetic material located radially above the bars at the rotor ends to the desired length of the bendable area, e.g. by mechanical turning. Depending on the selected geometry, a small amount of rod material can also be removed.
  • the magnetic rotor material is usually made of stamped or laser-machined sheet blanks, the mechanical load situation - bending in the bars due to thermomechanical stress when the electrical machine is in operation - can additionally be optimized, ie reduced, in the bars the runner ends, sheet metal with a different groove geometry, that is, rod geometry than that used in the middle runner area. It is advantageous to make this area significantly longer than the area to be machined in order to avoid additional notch stresses in the bending area.
  • the carrier of, for example, rotor bars advantageously has a soft magnetic material.
  • the carrier is laminated or can be made from a component material with iron or sheet metal particles.
  • the load situation at the ends of the rotor bars can be calculated using calculation methods such as the FEM method. If the short-circuit ring connects directly to the carrier, the load on the short-circuit rotor conductors can be calculated using the calculation method.
  • the squirrel-cage rotor according to the invention can be used in a wide variety of electrical machines.
  • Asynchronous machines also include electrical machines that have a short-circuit rotor winding at startup.
  • the task of improving a short-circuit rotor is also achieved by means of a method for producing a short-circuit rotor.
  • the squirrel-cage rotor has a carrier for short-circuit rotor conductors, the carrier having closed grooves.
  • the short-circuit rotor conductors are poured into the grooves or inserted into the grooves as rods, after which carrier material is removed in the region of the end faces of the carrier in such a way that an open groove section is formed.
  • a short-circuit rotor according to the invention can be produced in this way.
  • both the material of the carrier and the material of the short-circuit rotor conductor are removed. Furthermore, a casting can be carried out in such a way that the short-circuit rings are cast together with the casting of the short-circuit rotor conductor.
  • FIG. 1 shows a section of the cross section of a short-circuit rotor
  • FIG. 2 shows a section of the cross section according to FIG. 1.
  • the short-circuit rotor 1 has a short-circuit rotor axis 7.
  • a carrier 5 is rotatably rotatable about this short-circuit rotor axis 7.
  • the carrier 5 has, in particular, magnetic material or is made of such a material.
  • the carrier 5 is a laminated core.
  • the carrier 5 has grooves 9 running axially to the axis of rotation of the short-circuit rotor.
  • the axial grooves 9 are in particular rotationally symmetrical in the squirrel-cage rotor 1, i.e. distributed in the carrier 5, whereby this rotationally symmetrical distribution is not shown in FIG.
  • the axial grooves 9 can also be designed with a slope.
  • the groove 9 has different sections, i.e. Sections on.
  • a partial area of the groove 9 is a closed groove section 11 and another partial area is an open groove section 13.
  • the short-circuit rotor conductor 3 is inside the closed groove section 11 e.g. everywhere surrounded by the carrier 5.
  • the short-circuit rotor conductor 3 is open radially to the outside with respect to the short-circuit rotor axis 7.
  • the short-circuit rotor conductor 3 is an aluminum rotor rod, for example.
  • the representations according to FIG. 1 and FIG. 2 show an example of an arrangement of a rotor bar in the magnetically active rotor area that is optimized from an electrical point of view.
  • the magnetically active rotor area is in particular the area of the carrier 5 which has magnetic material.
  • Magnetic material is, for example, a laminated core made of soft magnetic sheet metal.
  • a closed groove is machined by means of material removal in such a way that an open groove section 13 is created.
  • the illustration according to FIG. 1 shows an area with removed carrier material 21 and an area with worn short-circuit rotor conductors 23.
  • the short-circuit rotor conductors 3 end in the region of an end face 29 of the short-circuit rotor 1. There, the short-circuit rotor conductors 3 are short-circuited to one another by means of a short-circuit ring 15.
  • the short-circuit rotor ring 15 advantageously connects directly to the carrier 5.
  • the formation of the open groove section 13 results in a bendable region of the short-circuit rotor conductor 3. If this short-circuit rotor conductor 3 is, for example, a rotor rod, a bendable rod length of the rotor rod results in the region of the open groove section 13. If the short-circuit rotor conductor 3 or the short-circuit rotor ring 15 expands when heated, an expansion into a radially outer region 17 is now made possible in the region of the open groove section 13. Expansion into a radially inner region 19 is prevented by the presence of the carrier 5 there.
  • the illustration according to FIG. 2 shows the section A, B according to FIG. 1.
  • the cross section of the short circuit ferleiters 3 which is in particular a rod conductor 27 is shown.
  • the wedge-shaped shape of the cross section of the rod conductor 27 provides, in particular, a rod shape that is optimized from a mechanical point of view in the bending region of the open groove section 13.
  • the area of the short-circuit rotor conductor 3 which faces the open area of the open slot section 13 has the wider side of the wedge cross section. This is advantageous because more material also means greater expansion when heated.

Landscapes

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Abstract

Ein Kurzschlussläufer (1) weist Kurzschlussläuferleiter (3) und einen Träger (5) für die Kurzschlussläuferleiter (3) auf, wobei der Träger (5) axial Nuten (9) aufweist, in welche die Kurzschlussläuferleiter (3) aufgenommen sind. Eine axial Nut (9) weist zumindest einen geschlossenen Nut-Abschnitt (11) und einen offenen Nut-Abschnitt (13) auf, wobei der offene Nut-Abschnitt (13) zwischen dem geschlossenen Nut-Abschnitt (11) und einen Kurzschlussring (15) ist. Bei einem diesbezüglichen Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussläufers (1), welcher einen Träger (5) für Kurzschlussläuferleiter (3) aufweist, wobei der Träger (5) geschlossene Nuten (9) aufweist werden Kurzschlussläuferleiter (3) in die Nuten gegossen oder als Stäbe eingebracht, wonach im Bereich der Stirnseiten (29) des Trägers (5) Trägermaterial derart abgetragen wird, dass ein offener Nut-Abschnitt (13) ausgebildet wird.

Description

Beschreibung
Kurzschlussläufer
Die Erfindung betrifft einen Kurzschlusslaufer bzw. ein Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlusslaufers. Kurschlussläufer sind sowohl bei Motoren als auch bei Generatoren einsetzbar. Kurzschlussläufer finden dabei insbesondere bei Asynchronmaschinen Verwendung.
Kurzschlussläufer weisen Kurzschlusslauferleiter und Kurzschlussringe auf, wobei die Kurzschlussringe Enden der Kurzschlussl uferleiter kurzschließen. Kurzschlusslauferleiter und endseitige Kurzschlussringe ergeben einen Käfig den Kurz- schlussläuferkäfig. Mittels der elektrischen Verbindung zwischen Kurzschlusslauferleiter und Kurzschlussring ist eine Käfigwicklung ausgebildet.
Die Kurzschlusslauferleiter sind beispielsweise in Nuten ver- legte metallische Läuferstäbe. Die Nuten sind vorzugsweise axiale Nuten, welche, eine axiale Vorzugsrichtung aufweisen, wobei eine axiale Nut entweder parallel zur Rotationsachse des Kurzschlusslaufers verläuft oder mit einer parallel axialen Vorzugsrichtung geschrägt ist. Die Läuferstäbe werden beispielsweise mittels eines Lötvorganges oder eines Schweißvorganges mit einen Kurzschlussring kurzgeschlossen.
KurzSchlusskäfigwicklungen, d.h. Kurzschlusslauferleiter und/oder Kurzschlussläuferringe sind auch mittels eines Gieß- Vorganges herstellbar. Gegossene Kurzschlusskäfigwicklungen beispielsweise aus Aluminium, Kupfer oder einem anderen hoch leitfähigen Metall bzw. Legierungen weisen einen Kurzschlussring auf der oftmals direkt auf dem Blechpaket, also auf den Träger der Kurzschlusslauferleiter aufliegt. Dort ist der Kurzschlussring mit den Läuferstäben verbunden. Die Verbindung ist beispielsweise bereits durch den Guss der Kurz- schlusskäfigwicklung gegeben. Die Läuferstäbe also Kurzschlusslauferleiter sind aus gießtechnischen Gründen oftmals vollständig von magnetischen Läufermaterial umschlossen. Magnetisches Läufermaterial ist beispielsweise Elektroblech bzw. Stahlblech. Zwischen den magne- tischen Läufermaterial, welches insbesondere als Träger der Kurzschlusslauferleiter dient und dem Käfig besteht vorteilhafter Weise keine Schmelzverbindung.
Im Betrieb der elektrischen Maschine kommt es neben einer Fliehkraftbeanspruchung der Komponenten zu Temperaturerhöhungen sowohl im magnetischen Material als auch im Käfigmaterial, wobei es je nach Betriebsbedingungen zu zum Teil erheblichen höheren Erwärmungen des Käfigmaterials als des Magnetmaterial kommt. Der Kurzschlussläufer unterliegt im Betrieb al- so einer thermisch bedingten Beanspruchung.
Aufgrund der Wärmeausdehnung der Komponenten des Kurzschlusslaufers, d.h. der Komponente ""magnetischen Läufermaterials" und der Komponente "Käfig", mit unterschiedlichen Wärmeaus- dehnungskoeffizienten und der Tatsache, dass der Kurzschlussring sich radial frei ausdehnen kann, die Läuferstäbe jedoch durch die zumindest teilweise Umschließung mit Magnetmaterial in ihrer radialen Beweglichkeit gehindert sind, kommt es zu hohen mechanischen Spannungen im Übergang Kurzschlussring zu Lauferstab.
Da es zwischen Kurzschlussring und umschlossenen Läuferstäben entweder keinen Abstand oder einen zu geringen Abstand gibt, kommt es zu sehr hohen Schubspannungen in der Verbindung zwi- sehen Kurzschlussring und Läuferstäben, sobald das gießtechnisch bedingte Spiel (Spalt) zwischen Läuferstäben und Magnetmaterial durch eine Wärmeausdehnung überwunden ist. Durch die beschriebene Problematik entsteht je nach Betriebsweise der elektrischen Maschine die Gefahr von Ermüdungsbrüchen an der Verbindung Läuferstab zu Kurzschlussring. Weisen die Läuferstäbe eine wesentlich größere Länge als der Träger der Läuferstäbe auf, so sind Ermüdungsbrüche reduzierbar. Nach- teilig dabei ist, dass sich die axiale Länge des Kurzschlusslaufers vergrößert. Dies vergrößert die Bauform einer elektrischen Maschine, welche einen Kurzschlussläufer aufweist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Kurzschlussläufer zu verbessern. Die Verbesserung betrifft insbesondere das Temperaturverhalten des Kurzschlusslaufers. Materialbeanspruchungen sind zu reduzieren, wobei insbesondere auch auf eine kompakte Bauform des Kurzschlusslaufers bzw. einer elek- trischen Maschine, welche einen Kurzschlusslaufer aufweist eine Anforderung darstellt.
Der Kurzschlussläufer weist entsprechend der obig bereits erfolgten Beschreibung Kurzschlusslauferleiter auf. Im Betrieb der elektrischen Maschine wird auf die Kurzschlusslauferleiter des Kurzschlusslaufers eine Schubspannung ausgeübt. Diese Schubspannung ist erfindungsgemäß reduziert.
Die Lösung der Aufgabe gelingt bei einem Kurzschlussläufer mit den Merkmalen nach Anspruch 1 bzw. auch bei einer elektrischen Maschine nach Anspruch 9. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich gemäß der Merkmale nach den Ansprüchen 2 bis 8. Die Lösung gelingt weiterhin gemäß eines Verfahrens mit den Merkmalen nach Anspruch 10. Weitere Weiterbildungen des Verfahrens nach Anspruch 10 ergeben sich gemäß den Unteransprüchen 10 bis 13.
Der Kurzschlussläufer weist Kurzschlusslauferleiter und einen Träger für die Kurzschlusslauferleiter auf, wobei der Träger insbesondere axiale Nuten aufweist, in welche die Kurzschlusslauferleiter aufgenommen sind. Die axiale Nut weist dabei zumindest einen geschlossenen Nut-Abschnitt und einen offenen Nut-Abschnitt auf, wobei der offene Nut-Abschnitt zwischen dem geschlossenen Nut-Abschnitt und einen Kurz- schlussring ist. Dadurch ist die Schubspannung durch Schaffung eines biegefähigen Kurzschlussläuferleiterbereiches deutlich zu reduzieren um die betreffende elektrische Maschine höher thermisch und höher dynamisch ausnutzbar zu machen. Der Kurzschlussläufer- leiterbereich ist insbesondere ein Bereich eines Läuferstabes. Die Biegefähigkeit ergibt sich mittels des ausgebildeten offenen Nut-Abschnittes.
Der offene Nut-Abschnitt ist derart offen, dass der Kurz- schlussläuferleiter, wie z.B. ein Stab oder mehrere Stäbe auf der offenen Seite ganz offen ist. Der offene Nut-Abschnitt ist ganz offen, wenn der Kurschlussläuferleiter auf der offenen Seite der Nut nicht, insbesondere mittels des Trägers gehalten ist bzw. wird.
Der geschlossene Nut-Abschnitt ist derart geschlossen, dass der Kurzschlusslauferleiter auch auf der geschlossenen Seite der Nut gehalten ist. Der geschlossene Nut-Abschnitt weist also entweder eine gänzlich geschlossene Nut auf, oder eine Nut, welche auf einer Seite teilweise derart geöffnet ist, dass auf der teilweise geöffneten Seite der Nut der Kurzschlusslauferleiter gehalten ist, so dass dieser nicht in Richtung der Öffnung insbesondere durch Erwärmung ausdehnbar ist.
Vorteilhafter Weise weist der offene Nut-Abschnitt eine Öffnung auf, welche im radial äußeren Bereich der Nut ist. Dadurch ist es dem Läuferstab dem Kurzschlusslauferleiter ermöglicht sich radial nach Außen auszudehnen. Auch der Kurz- schlussring, welcher mit den Kurzschlussleitern mechanisch verbunden ist, ist bei einer Erwärmung einer unter anderem radial nach Außen gerichteten Ausdehnung unterworfen. Da sich also sowohl Kurzschlussring als auch Kurzschlusslauferleiter bei Erwärmung gemeinsam gleichgerichtet ausdehnen können er- gibt sich zumindest eine Reduzierung von mechanischen Spannungen. Bisher wurden Kurzschlusskäfige insbesondere großer elektrischer Maschinen mit Kurzschlussläufern beispielsweise mit z.B. gezogenen Stäben sowie einzelnen Ringen aus leitfähigen Materialien wie Kupfer und Aluminium bzw. entsprechende Le- gierungen ausgeführt, wobei die Läuferstäbe in der Regel durch Schweißen oder Löten miteinander bzw. mit dem Kurzschlussring verbunden wurden. Dabei werden die Läuferstäbe stets länger ausgeführt als die Läuferblechpakete, wodurch ein biegefähiger Stabüberstand entsteht der die vorher be- schriebenen Schubspannungen in der Verbindung der Stäbe mit dem Kurzschlussring in Biegespannung auf deutlich niedrigen Niveau im Bereich des Stabüberstandes überführt.
In einer weiteren Ausführungsform weist der offene Nut-Ab- schnitt eine Öffnung auf, welche im radial inneren Bereich der Nut ist. Dadurch dass eine nach innen gerichtete Ausdehnung eines Läuferstabes ermöglicht ist, kann auf eine Öffnung der Nut radial nach Außen unterbleiben, so dass eine gute Steifigkeit bezüglich Fliehkräfte gegeben ist. Vorteilhafter Weise ist der offene Nut-Abschnitt auch derart ausführbar, dass diese einen offenen Nut-Abschnitt aufweist der sowohl nach Außen als auch nach Innen geöffnet ist. Dies reduziert wiederum mögliche Spannungen.
Mittels der besonderen Geometrie und einer einfachen Nachbearbeitung nach dem Guss für aus einem Guss hergestellte Wicklungen wird ein biegefähiger Stabbereich am Übergang zum Kurzschlussring hergestellt, so dass dort eine mechanische Belastungssituation wie bei überlangen Läuferstäben auftritt. Bezüglich der Geometrie sind Nuten z.B. mit einem keilförmigen Querschnitt ausführbar, wobei der breitere Teil Außen ist. In einer anderen Ausführungsform weisen die Nuten einen parallelförmigen Querschnitt auf. Bei einen derartigen Querschnitt sind die Flanken der Nut parallel liegend. Ein Nut- grund schließt an die Flanken an. Die Lösung der Aufgabe gelingt unabhängig vom Gießverfahren, allerdings ist die Problematik beim Druckgussläufer wegen der hohen hydrostatischen und hydrodynamischen Drücke des flüssigen Läufermaterials beim Guss besonders groß ist.
Das Stabende z.B. eines Gussläufers ist geometrisch so ausführbar, dass sie nach Entfernen des radial darüber liegenden Magnetmaterials im Bereich des offenen Nut-Abschnitts radial beweglich also biegefähig werden.
In vorteilhafter Weise kann über die Läuferlänge eine sich ändernde Stabgeometrie eingesetzt werden, wobei am Stabende mechanisch optimiert und gegebenenfalls mit anderen Geometrien als elektrisch optimierte Stabformen im inneren Rest des Läufers vorliegen.
In einer Ausgestaltung sind die Läuferstäbe, zumindest jedoch das Ende des Läuferstabes, geometrisch so ausgeführt, dass die Stabenden nach Außen radial beweglich sind, so bald das radial über den Stäben befindlichen magnetischen Material an den Läuferenden auf die gewünschte Länge des biegefähigen Bereiches z.B. durch mechanische Drehbearbeitung, entfernt ist. Entsprechend der gewählten Geometrie kann auch ein geringer Anteil Stabmaterial entfernt werden.
Da das magnetische Läufermaterial in der Regel aus gestanzten oder durch Laserbearbeitung hergestellten Blechronden ausgeführt ist, kann die mechanische BelastungsSituation - Biegung in den Stäben durch thermomechanische Beanspruchung bei Be- trieb der elektrischen Maschine - in den Stäben zusätzlich dadurch optimiert, d.h. reduziert werden, dass an den Läuferenden Bleche mit anderen Nutgeometrien, d.h. Stabgeometrie als im mittleren Lauferbereich verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft diesen Bereich deutlich länger auszuführen als den zu bearbeitenden Bereich um zusätzliche Kerbspannungen im Biegebereich zu vermeiden. Der Träger von beispielsweise Läuferstäben weist vorteilhaft ein weich magnetisches Material auf. Dabei ist der Träger geblecht oder auch aus einen Komponentenwerkstoff mit Eisen-, bzw. Blechteilchen ausführbar.
Die Belastungssituation an den Enden der Läuferstäbe ist durch Berechnungsverfahren wie die FEM-Methode berechenbar. Schließt der Kurzschlussring unmittelbar an dem Träger an, so ist mit dem Berechnungsverfahren die Belastung auf die Kurz- schlussläuferleiter berechenbar.
Der erfindungsgemäße Kurzschlussläufer ist in verschiedensten elektrischen Maschinen einsetzbar. Dies betrifft neben z.B. Asynchronmaschinen auch elektrische Maschine, welche zum An- lauf eine Kurschlussläuferwicklung aufweisen.
Die Aufgabe der Verbesserung eines Kurzschlusslaufers ist auch gelöst mittels eines Verfahrens zur Herstellung eines Kurzschlusslaufers. Der Kurzschlussläufer weist einen Träger für Kurzschlusslauferleiter aufweist, wobei der Träger geschlossene Nuten aufweist. Die Kurzschlusslauferleiter werden in die Nuten gegossen oder als Stäbe in die Nuten eingebracht, wonach im Bereich der Stirnseiten des Trägers Trägermaterial derart abgetragen wird, dass ein offener Nut- Abschnitt ausgebildet wird. Derart ist ein erfindungsgemäßer Kurzschlussläufer herstellbar.
Gemäß einer Verfahrensvariante wird sowohl Material des Trägers als auch Material des Kurzschlussläuferleiters abgetra- gen. Des weiteren ist ein Guss derart ausführbar, dass zusammen mit dem Gießen der Kurzschlusslauferleiter auch die Kurzschlussringe gegossen werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der in den Figuren dar- gestellten Ausführungsbeispiele beispielhaft näher beschrieben. Es zeigt: FIG 1 auschnittsweise den Querschnitt eines Kurzschlusslaufers und FIG 2 einen Schnitt aus dem Querschnitt nach FIG 1.
Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt einen Ausschnitt eines
Querschnittes eines Kurzschlusslaufers 1. Der Kurzschlussläufer 1 weist eine Kurzschlussläuferachse 7 auf. Rotatorisch um diese Kurzschlussläuferachse 7 drehbar befindet sich ein Träger 5. Der Träger 5 weist insbesondere Magnetmaterial auf bzw. ist aus einem derartigen Material gefertigt. Beispielhaft ist der Träger 5 ein Blechpaket. Der Träger 5 weist axial zur Drehachse des Kurzschlusslaufers verlaufende Nuten 9 auf. Die axialen Nuten 9 sind insbesondere rotationssymmetrisch im Kurzschlussläufer 1, d.h. im Träger 5 verteilt, wo- bei diese rotationssymmetrische Verteilung in der FIG 1 nicht dargestellt ist. Die axialen Nuten 9 sind auch geschrägt ausführbar.
Die Nut 9 weist unterschiedliche Teilbereiche, d.h. Abschnit- te auf. Ein Teilbereich der Nut 9 ist ein geschlossener Nut- Abschnitt 11 und ein anderer Teilbereich ist ein offener Nut- Abschnitt 13. Im Bereich des geschlossenen Nut-Abschnittes 11 verläuft ein Kurzschlusslauferleiter 3. Der Kurzschlusslauferleiter 3 ist innerhalb des geschlossenen Nut-Abschnittes 11 z.B. überall vom Träger 5 umgeben. Im Bereich des offenen Nut-Abschnittes 13 ist der Kurzschlusslauferleiter 3 im Bezug auf die Kurzschlussläuferachse 7 radial nach Außen offen. Der Kurzschlusslauferleiter 3 ist beispielsweise ein Aluminiumläuferstab.
Die Darstellungen gemäß FIG 1 und FIG 2 zeigen ein Beispiel für eine, nach elektrischen Gesichtspunkten optimierte Anordnung eines Läuferstabes im magnetisch aktiven Lauferbereich. Der magnetisch aktive Läuferbereich ist insbesondere der Be- reich des Trägers 5, welcher Magnetmaterial aufweist. Magnetmaterial ist beispielsweise ein Blechpaket aus weichmagnetischem Blech. Um einen offenen Nut-Abschnitt 13 zu erhalten wird beispielsweise eine geschlossene Nut derart mittels Materialabtrag bearbeitet, dass ein offener Nut-Abschnitt 13 entsteht. Die Darstellung gemäß FIG 1 zeigt dabei einen Bereich mit abge- tragenen Trägermaterial 21 und einen Bereich mit abgetragenen Kurzschlussläuferleiter aterial 23. Die Kurzschlusslauferleiter 3 enden im Bereich einer Stirnseite 29 des Kurzschlusslaufers 1. Dort sind die Kurzschlusslauferleiter 3 mittels eines Kurzschlussringes 15 miteinander kurzgeschlossen. Der Kurzsσhlussläuferring 15 schließt dabei vorteilhafter Weise unmittelbar an den Träger 5 an.
Durch die Ausbildung des offenen Nut-Abschnittes 13 ergibt sich ein biegefähiger Bereich des Kurzschlussläuferleiters 3. Ist dieser Kurzschlusslauferleiter 3 beispielsweise ein Läuferstab so ergibt sich im Bereich des offenen Nut-Abschnittes 13 eine biegefähige Stablänge des Läuferstabes. Dehnt sich bei Erwärmung der Kurzschlusslauferleiter 3 bzw. der Kurzschlussläuferring 15 aus so ist nun im Bereich des offenen Nut-Abschnittes 13 ein Ausdehnen in einen radial äußeren Bereich 17 ermöglicht. Eine Ausdehnung in einen radial inneren Bereich 19 ist durch das Vorhandensein des dortigen Trägers 5 verhindert. Durch die Möglichkeit der radial nach Außen richtbaren Ausdehnung bei Erwärmung des Kurzschlusslaufers 1 und insbesondere der Kurzschlusslauferleiter 3, welche vorteilhafter Weise Läuferstäbe sind, im Betrieb sind Materialspannungen insbesondere im Träger 5, reduzierbar. Insbesondere im Bereich des Kurzschlussringes 15 treten im Betrieb hohe Temperaturen auf, so dass der an den Kurzschlussring 15 an- schließende Bereich des offenen Nut-Abschnittes besonders vorteilhaft nachteiligen Spannungen auch des Kurzschlussläuferringes 15 bzw. der Kurzschlusslauferleiter 3, welche insbesondere Läuferstäbe sind, reduziert. In der FIG 1 ist ein Schnitt A,B geführt.
Die Darstellung gemäß FIG 2 zeigt den Schnitt A, B gemäß FIG 1. Dabei ist insbesondere der Querschnitt des Kurzschlussläu- ferleiters 3 der insbesondere ein Stableiter 27 ist, dargestellt. Durch die keilförmige Gestalt des Querschnittes des Stableiters 27 ist insbesondere eine unter mechanischen Gesichtspunkten optimierte Stabform im Biegebereich des offenen Nut-Abschnittes 13 gegeben. Der Bereich des Kurzschlussläuferleiters 3 der dem offenen Bereich des offenen Nut- Abschnittes 13 zugewandt ist, weist die breitere Seite des Keilquerschnittes auf. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil ein mehr an Material auch eine größere Ausdehnung bei einer Er- wärmung bedingt.

Claims

Patentansprüche
1. Kurzschlussläufer (1), welcher Kurzschlusslauferleiter (3) und einen Träger (5) für die Kurzschlusslauferleiter (3) auf- weist, wobei der Träger (5) axiale Nuten (9) aufweist, in welche die Kurzschlusslauferleiter (3) aufgenommen sind, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, dass eine axiale Nut (9) zumindest einen geschlossenen Nut-Abschnϊtt (11) und einen offene Nut-Abschnitt (13) aufweist, wobei der offe- ne Nut-Abschnitt zwischen dem geschlossenen Nut-Abschnitt und einem Kurzschlussring (15) ist.
2. Kurzschlussläufer (1) nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der offe- ne Nut-Abschnitt (13) eine Öffnung aufweist, welche ±m radial äußeren Bereich (17) der axialen Nut (9) ist.
3. Kurzschlussläufer (1) nach Anspruch 1 oder 2, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass der offe- ne Nut-Abschnitt (13) eine Öffnung aufweist, welche im radial inneren Bereich (19) der axialen Nut (9) ist.
4. Kurzschlussläufer (1) nach einem der Ansprüche 1 t>is 3, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, dass die axia- le Nut (9) einen keilförmigen oder parallelförmigen Querschnitt aufweist.
5. Kurzschlussläufer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e nn z e i c h n e t, dass der Kurz- schlussläuferleiter (3) ein gegossener Kurzschlusslauferleiter (3) ist.
6. Kurzschlusslaufer (1) nach einem der Ansprüche 1 fcis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Kurz- schlussläuferleiter (3) ein Stableiter (27) ist.
7. Kurzschlussläufer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n z e i σ h n e t, dass der Träger (5) unmittelbar an dem Kurz schlussring anschließt .
8. Kurzschlussläufer (1) nach einem der vorgenannten Ansprüche 1 bis 8, d a du r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Träger (5) weichmagnetisches Material aufweist.
9. Elektrische Maschine, welche einen Kurzschlussläufer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlusslaufers (1), welcher einen Träger (5) für Kurzschlusslauferleiter (3) auf- weist, wobei der Träger (5) geschlossene Nuten (9) aufweist wobei Kurzschlusslauferleiter (3) in die Nuten gegossen oder als Stäbe eingebracht werden, wonach im Bereich der Stirnseiten (29) des Trägers (5) Trägermaterial derart abgetragen wird, dass ein offener Nut-Abschnitt (13) ausgebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, d a du r c h g e k e nn z e i c hn e t, dass sowohl Material des Trägers (5) als auch Material des Kurzschlussläuferleiters (3) abgetragen wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11,. d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass zusammen mit dem Gießen der Kurzschlusslauferleiter (3) auch die Kurzschlussringe (15) gegossen werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12^ d a du r c h g e k e n n z e i c hn e t, dass ein Kurzschlussläufer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
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