EP2979349A1 - Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate - Google Patents

Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate

Info

Publication number
EP2979349A1
EP2979349A1 EP14707991.7A EP14707991A EP2979349A1 EP 2979349 A1 EP2979349 A1 EP 2979349A1 EP 14707991 A EP14707991 A EP 14707991A EP 2979349 A1 EP2979349 A1 EP 2979349A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
grooves
rotor core
core
annular recess
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Withdrawn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
EP14707991.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Bethge
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
Priority to EP14707991.7A priority Critical patent/EP2979349A1/en
Publication of EP2979349A1 publication Critical patent/EP2979349A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • 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
    • H02K15/02—Methods or apparatus specially adapted for manufacturing, assembling, maintaining or repairing of dynamo-electric machines of stator or rotor bodies
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/02—Windings characterised by the conductor material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a rotor of an electrical machine, wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend in the axial direction substantially, wherein the rotor core at the respective axial end of the grooves each having an annular, concentric with the rotor axis arranged recess which connects the grooves, wherein the rotor core has a diffusion layer, which comprises a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess.
  • the invention relates to a rotor for an electric machine wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend substantially in the axial direction, wherein the rotor core at the respective axial end of the grooves respectively an annular recess concentric with the rotor axis connecting the grooves, the rotor core having a diffusion layer comprising a diffusion material and at least partially covering at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess.
  • the invention also relates to an electric machine with a rotor according to the invention.
  • Such rotors are known, for example, as Asynchronmassivläu- fer, which are suitable for speeds greater than 4000 U / min and powers greater than 1 MW.
  • AsynchronmassivIERr must because of eg the centrifugal load and due to their behavior in a warming and vibrations sufficient high mechanical requirements.
  • Hot Isostatic Pressing non-positively inside the cage and connected to the steel shaft.
  • the rod and short-circuit ring shapes are subject to the restriction that they must be inserted in the radial direction and in the axial direction in the milled or rotated shaft grooves.
  • the production of both the parts of the short-circuit cage and the steel shaft takes place with high accuracy requirements and many test steps.
  • Such a method and such a rotor are known for example from WO 2005/124973 AI, in which a short-circuit cage, consisting of short-circuit bars and two
  • Copper shorting rings are attached to a core shaft of the rotor by hot isostatic pressing (HIP).
  • HIP hot isostatic pressing
  • the core shaft or the respective element of the short-circuit cage is provided with a diffusion layer at the location of the connection of the short-circuit cage to the core shaft.
  • the object of the invention is to improve the method mentioned at the outset or the rotor mentioned at the outset in such a way that the rotor can be produced more economically and has improved mechanical properties.
  • This object is achieved in a method of the type mentioned above in that in the grooves and / or the respective annular recess granules of an electrically conductive material is introduced, which is materially connected to the rotor core while supplying heat and under pressure. Furthermore, this object is achieved in a rotor of the type mentioned above in that in the grooves and / or the respective annular recess, an electrically conductive material is introduced, which is connected as granules under heat and under the application of pressure material fit with the rotor core ,
  • the granules on a plurality of small, solid particles such as grains or balls of the electrically conductive material and is also referred to as bulk material.
  • the diffusion material of the diffusion layer can be applied in particular by electroplating.
  • the diffusion material covers the rotor core at least in that region in which the electrically conductive material of the short-circuiting cage is to be connected to the rotor core. It is also conceivable that the entire rotor core is coated with the diffusion layer.
  • the diffusion layer causes a diffusion of the diffusion material on the one hand into the core material and on the other hand into the granules of the electrically conductive material, so that a stable, material-bonding connection between the core material and the electrically conductive material the short-circuit cage formed from the granules is ensured.
  • the material-locking connection of the arranged in the grooves and / or the respective annular recess granules with the rotor core is doing, for example, by achieved hot isostatic pressing.
  • a housing is attached to the rotor core, which can surround at least the grooves and / or the respective annular recess of the rotor core gas-tight, wherein the granules at least in the grooves and / or the respective annular recess is introduced and then the enclosure gas-tight is closed around the rotor core and is evacuated.
  • the enclosure may be, for example, a sheet metal tube, which surrounds the rotor and is arranged concentrically to the rotor axis.
  • the sheet metal tube is merely an auxiliary device which is removed after over-spinning of the rotor after the HIP process. ie when removing the burrs of the rotor and the like by turning. Preferably, an excess of the granules of the electrically conductive material is introduced into the housing.
  • the inventive method allows the complete saving of costly and time-consuming pre-production of the parts of the short-circuit cage.
  • Costs can be saved by the fact that no parts of the short-circuit cage, in particular no copper moldings, more are needed, which must be made with a particularly high accuracy of fit and thus must be manufactured with relatively low tolerances and therefore are relatively expensive.
  • the large logistical requirements regarding the procurement of specially adapted parts can be completely eliminated.
  • the granules can be obtained relatively inexpensively and can be stored and transported in large quantities.
  • the geometry of the cage parts such as the rod shape and the shape of the shorting ring.
  • a rotor can be produced by the method according to the invention, which due to the very good Bonding of the located in the grooves and the respective annular recess electrically conductive material having the core material has a high mechanical strength. Furthermore, the rotor according to the invention has a very good electrical efficiency, since the short-circuit cage is formed from materially connected electrically conductive material and not as previously from separate short-circuit bars and short-circuit rings whose connection has previously caused each other higher electrical losses.
  • groove shapes according to the invention can also be implemented, which enable electrical and / or mechanical optimizations.
  • the rotor according to the invention is particularly suitable for high speeds, since the inventive method causes a particularly strong connection of the short cage produced from the granules with the rotor core and the rotor keeps its mechanical stability and integrity even when very high centrifugal forces occur.
  • Rotor shaft material integrally connected electrically conductive material of the short-circuit cage are at least partially coated with a protective layer, wherein the protective layer is applied, for example by deposition welding on the rotor shaft.
  • a protective layer for example, corrosion-resistant nickel-based alloys can be used, such. B. Inconel.
  • the protective layer is particularly advantageous in rotors that are operated in aggressive environmental conditions. Such conditions exist, for example, in a drive motor of a compressor which compresses hydrogen sulfide-containing natural gas and at the same time uses this gas for cooling the drive motor.
  • the grooves may be disposed along the axial direction in the rotor core and thus be aligned coaxially with the rotor axis. It is also conceivable that the grooves are arranged along a helical path around the rotor axis, so that the position varies the respective groove in the circumferential direction in the axial direction.
  • the granules are introduced into both the grooves and into the respective annular recess, wherein the diffusion layer at least partially covers the grooves and the respective annular recess.
  • the electrically conductive material comprises at least copper
  • the diffusion material comprises at least nickel.
  • Copper has good electrical conductivity and is available at low cost, in particular in the form of granules.
  • Nickel is a material that can easily diffuse into the copper granules.
  • nickel is advantageous since steel is usually used for the core material and nickel has the further property that it can also diffuse well in steel.
  • the granules for material connection to the rotor core is heated to a temperature of 1010 ° C to 1060 ° C, in particular from 1030 ° C to 1040 ° C, and under a pressure of 950 bar to 1050 bar , in particular 1000 bar, set.
  • a resilient connection of the granules with the rotor core can be achieved if the granules and optionally those surfaces of the rotor core, with which the granules are to be connected, is heated to a temperature in said temperature range and at the same time a pressure in the range of said pressure range is applied.
  • the granules arranged in the grooves and the respective annular recess are kept under vacuum while heat is applied and pressure is applied.
  • the vacuum prevents oxidation of the electrically conductive material, wherein for the same purpose or additionally a process gas in the form of a protective gas or process gas can be used.
  • a process gas in the form of a protective gas or process gas can be used.
  • a gas may include, for example, argon or nitrogen.
  • the diffusion layer has a layer thickness of 1 ⁇ to
  • the diffusion layer can be applied galvanically to the rotor core or to at least those sections of the rotor core which are to be connected to the short-circuit cage.
  • the grooves are executed closed in the rotor core.
  • the closed grooves are thus designed as channels in the interior of the rotor core.
  • the grooves may have a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round or other cross section. Because of the inventive method is independent of the shape of the grooves always ensures a good, material connection of the short-circuit cage formed from the granules with the rotor core. Further, the respective annular recess may also have any cross-sections, for example, a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round cross-section. It is also conceivable to design the respective annular recess cone-shaped.
  • the method according to the invention thus makes it possible to optimize the electrical and / or mechanical properties of the rotor by selecting the shape of the short-circuit cage such that particularly advantageous or desired properties can be achieved.
  • the desired shape of the short-circuit cage can then be achieved by appropriate design of the grooves and / or the respective annular recess. If the grooves and the respective annular recess, for example, taper radially outward, or in particular the grooves are made closed, this results in a particularly stable rotor which is suitable for particularly high rotational speeds.
  • the rotor according to the invention can be designed, for example, as an asynchronous solid-state rotor and / or be used in an electrical machine.
  • the electrical machine can be operable, for example, with a power of more than 1 MW and / or a speed of more than 4000 revolutions per minute.
  • the electric machine can be designed as a drive for a mill or a compressor.
  • FIG. 1 shows a rotor core for producing an embodiment of a rotor according to the invention
  • FIG. 1 shows a rotor core 1 for producing an exemplary embodiment of a rotor according to the invention.
  • the rotor core 1 In the rotor core 1 grooves 2 are introduced, which extend substantially in the axial direction. As in the present embodiment, the grooves 2 can be made open and have a substantially rectangular cross-section.
  • the rotor core 1 At the respective axial end of the grooves 2, the rotor core 1 has an annular recess 3 arranged concentrically to the rotor axis.
  • the grooves 2 have an alternative cross section, such as the shape of a triangle, an outwardly or inwardly tapering trapezoid, a circle or the like.
  • the grooves 2 can also be made closed with such a cross-section, so that grooves 2 run between the respective annular recesses 3 in the interior of the rotor core 1.
  • the grooves 2 may also be exactly in the axial direction or arranged along a helical path around the rotor axis, so that the position varies the respective groove 2 in the circumferential direction in the axial direction.
  • the respective annular recess 3 may also have any cross-sections, for example, a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round
  • the respective annular recess 3 can be configured, for example, cone-shaped. This allows a short-circuit cage to be formed in the grooves 2 and the respective annular recess 3 in such a way that the rotor has particularly advantageous electrical and / or mechanical properties.
  • the rotor core 1 has a diffusion layer 4 which, in the exemplary embodiment, covers the outer surface of the rotor core 1 in the region of the respective annular recess 3.
  • the diffusion layer 4 comprises a diffusion material, such as nickel, and is in particular between 15 ⁇ to 40 ⁇ thick.
  • the rotor core 1 is particularly suitable for producing an asynchronous solid-state rotor which can be operated in an electric machine with a power of more than 1 MW or a speed of more than 4000 revolutions / min.
  • FIG. 2 shows an embodiment of a rotor according to the invention.
  • the rotor shown in FIG. 2 can be obtained in particular starting from the rotor core 1 shown in FIG.
  • a granulate 5 of an electrically conductive material in the grooves 2 and the respective annular recess 3 is introduced, which is indicated in the figure 2, however, for the purpose of clarity only for a groove 4 and only for a portion of an annular recess 3.
  • the granules 5 arranged in the grooves 2 and the respective annular recess 3 are then materially connected to the rotor core 1 under the application of heat and under the exertion of pressure.
  • the electrically conductive material which is initially present as granules 5, forms a short-circuit cage, which has short-circuit bars in the slots 2 and a short-circuit ring in the respective annular recess 3.
  • a housing can first be mounted on the rotor core, which can surround at least the grooves 2 and the respective annular recess 3 of the rotor core 1 in a gastight manner.
  • the granules 5 is introduced at least into the grooves 2 and the respective annular recess 3 and then closed the enclosure gas-tight around the rotor core 1 and evacuated.
  • the enclosure may be, for example, a sheet metal tube, which surrounds the rotor and is arranged concentrically to the rotor axis.
  • an excess of the granules of the electrically conductive material is introduced into the housing.
  • the electrically conductive material may comprise copper.
  • the granules 5 is thereby on a Temperature of 1020 ° C to 1050 ° C heated and set under a pressure of 980 bar 1020 bar.
  • the granules 5 can be kept under vacuum and / or a protective gas or process gas, such as argon or nitrogen, are supplied.
  • the invention relates to a method for producing a rotor of an electrical machine, wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend substantially in the axial direction, wherein the rotor core at the respective axial End of the grooves each having an annular, concentric with the rotor axis arranged recess which connects the grooves, the rotor core having a diffusion layer comprising a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess. Furthermore, the invention relates to such a rotor and an electric machine with such a rotor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)
  • Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Abstract

The invention relates to a method for producing a rotor of an electric machine, wherein the rotor has a rotor core (1) which is made of a core material and is disposed concentrically with respect to the rotor axis, wherein the rotor core (1) has grooves (2) which extend substantially in the axial direction, wherein the rotor core (1) has at each axial end of the grooves (2) a respective annular recess (3) which is disposed concentrically with respect to the rotor axis and connects the grooves (2), wherein the rotor core (1) has a diffusion layer (4) which comprises a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves (2) and/or the respective annular recess (3). The invention further relates to such a rotor and an electric machine having such a rotor. In order to improve the aforementioned method or the aforementioned rotor such that the rotor can be produced more cost-effectively and has improved mechanical characteristics, according to the invention a granulate (5) of an electrically conductive material is introduced into the grooves (2) and/or the respective annular recess (3) and, while heat being supplied and while pressure being exerted, is connected by cohesive bonding to the rotor core (1).

Description

Beschreibung description
Rotor einer elektrischen Maschine mit einem ausgehend von Granulat hergestellten Kurzschlusskäfig Rotor of an electrical machine with a short-circuit cage produced from granules
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor einen konzentrisch zur Rotorachse angeordneten Rotorkern aus einem Kernmaterial aufweist, wobei der Rotorkern Nuten aufweist, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, wobei der Rotorkern am jeweiligen axialen Ende der Nuten jeweils eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Aussparung aufweist, welche die Nuten verbindet, wobei der Rotorkern eine Diffusionsschicht aufweist, welche ein Diffu- sionsmaterial umfasst und welche zumindest die jeweilige Oberfläche der Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung zumindest teilweise bedeckt. The invention relates to a method for producing a rotor of an electrical machine, wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend in the axial direction substantially, wherein the rotor core at the respective axial end of the grooves each having an annular, concentric with the rotor axis arranged recess which connects the grooves, wherein the rotor core has a diffusion layer, which comprises a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess.
Weiterhin betrifft die Erfindung einen Rotor für eine elekt- rische Maschine wobei der Rotor einen konzentrisch zur Rotorachse angeordneten Rotorkern aus einem Kernmaterial aufweist, wobei der Rotorkern Nuten aufweist, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, wobei der Rotorkern am jeweiligen axialen Ende der Nuten jeweils eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Aussparung aufweist, welche die Nuten verbindet, wobei der Rotorkern eine Diffusionsschicht aufweist, welche ein Diffusionsmaterial umfasst und welche zumindest die jeweilige Oberfläche der Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung zumindest teilweise bedeckt. Furthermore, the invention relates to a rotor for an electric machine wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend substantially in the axial direction, wherein the rotor core at the respective axial end of the grooves respectively an annular recess concentric with the rotor axis connecting the grooves, the rotor core having a diffusion layer comprising a diffusion material and at least partially covering at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess.
Schließlich betrifft die Erfindung auch eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor. Finally, the invention also relates to an electric machine with a rotor according to the invention.
Derartige Rotoren sind beispielsweise als Asynchronmassivläu- fer bekannt, welche für Drehzahlen größer als 4000 U/min und Leistungen größer als 1 MW geeignet sind. Solche Asynchronmassivläufer müssen aufgrund z.B. der Fliehkraftbelastung und aufgrund ihres Verhaltens bei einer Erwärmung und bei Schwingungen hohen mechanischen Anforderungen genügen. Such rotors are known, for example, as Asynchronmassivläu- fer, which are suitable for speeds greater than 4000 U / min and powers greater than 1 MW. Such Asynchronmassivläufer must because of eg the centrifugal load and due to their behavior in a warming and vibrations sufficient high mechanical requirements.
Bisher wird unter Verwendung von zuvor einzeln hergestellten Kupferteilen, welche anschließend noch vernickelt werden und zu einem Kurzschlusskäfig zusammengesetzt werden, der So far, using previously individually manufactured copper parts, which are then still nickel-plated and assembled into a short-circuit cage, the
Rohkäfig in Einzelteilen in die Wellennuten eingelegt, vakuumdicht gekapselt und durch Diffusionsschweißen beim Rohkäfig inserted in individual parts in the shaft grooves, vacuum-sealed and by diffusion welding at
heißisostatischem Pressen (HIP) kraftschlüssig käfigintern und mit der Stahlwelle verbunden. Die Stab- und Kurzschlussringformen unterliegen dabei der Beschränkung, dass sie in radialer Richtung und in axialer Richtung in die gefrästen, bzw. gedrehten Wellennuten einlegbar sein müssen. Die Produktion sowohl der Teile des Kurzschlusskäfigs als auch der Stahlwelle erfolgt mit hohen Passgenauigkeitsanforderungen und vielen Prüfschritten . Hot Isostatic Pressing (HIP) non-positively inside the cage and connected to the steel shaft. The rod and short-circuit ring shapes are subject to the restriction that they must be inserted in the radial direction and in the axial direction in the milled or rotated shaft grooves. The production of both the parts of the short-circuit cage and the steel shaft takes place with high accuracy requirements and many test steps.
Ein derartiges Verfahren und ein derartiger Rotor sind beispielsweise aus der WO 2005/124973 AI bekannt, bei der ein Kurzschlusskäfig, bestehend aus Kurzschlussstäben und zweiSuch a method and such a rotor are known for example from WO 2005/124973 AI, in which a short-circuit cage, consisting of short-circuit bars and two
Kurzschlussringen aus Kupfer, mittels heißisostatischem Pressen (HIP) an einer Kernwelle des Rotors befestigt werden. Dazu ist die Kernwelle oder das jeweilige Element des Kurz- schlusskäfigs an der Stelle der Verbindung des Kurzschlusskä- figs mit der Kernwelle mit einer Diffusionsschicht versehen. Copper shorting rings are attached to a core shaft of the rotor by hot isostatic pressing (HIP). For this purpose, the core shaft or the respective element of the short-circuit cage is provided with a diffusion layer at the location of the connection of the short-circuit cage to the core shaft.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Verfahren bzw. den eingangs genannten Rotor dahingehend zu verbessern, dass der Rotor kostengünstiger herge- stellt werden kann und dabei verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist. The object of the invention is to improve the method mentioned at the outset or the rotor mentioned at the outset in such a way that the rotor can be produced more economically and has improved mechanical properties.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in die Nuten und/oder die jeweilige ringförmige Aussparung ein Granulat eines elektrisch leitenden Materials eingebracht wird, welches unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck materialschlüssig mit dem Rotorkern verbunden wird. Weiterhin wird diese Aufgabe bei einem Rotor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in den Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung ein elektrisch leitendes Material eingebracht ist, welches als Granulat unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck materialschlüssig mit dem Rotorkern verbunden ist. This object is achieved in a method of the type mentioned above in that in the grooves and / or the respective annular recess granules of an electrically conductive material is introduced, which is materially connected to the rotor core while supplying heat and under pressure. Furthermore, this object is achieved in a rotor of the type mentioned above in that in the grooves and / or the respective annular recess, an electrically conductive material is introduced, which is connected as granules under heat and under the application of pressure material fit with the rotor core ,
Schließlich wird diese Aufgabe auch durch eine elektrische Maschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor gelöst. Finally, this object is also achieved by an electric machine with a rotor according to the invention.
Dabei weist das Granulat eine Vielzahl kleiner, fester Partikel wie Körner oder Kugeln des elektrisch leitenden Materials auf und wird auch als Schüttgut bezeichnet. In this case, the granules on a plurality of small, solid particles such as grains or balls of the electrically conductive material and is also referred to as bulk material.
Das Diffusionsmaterial der Diffusionsschicht kann insbesondere galvanisch aufgetragen werden. Vorzugsweise bedeckt das Diffusionsmaterial den Rotorkern zumindest in jenem Bereich, in welchem das elektrisch leitende Material des Kurzschluss- käfigs mit dem Rotorkern verbunden werden soll. Denkbar ist auch, dass der komplette Rotorkern mit der Diffusionsschicht überzogen wird. Das Auftragen des Diffusionsmaterials auf den Rotorkern, was technisch ohne großen Aufwand und ohne große Kosten machbar ist, ermöglicht dabei, ein technisch aufwändi- geres Auftragen des Diffusionsmaterials auf den Kurzschlusskäfig einzusparen. The diffusion material of the diffusion layer can be applied in particular by electroplating. Preferably, the diffusion material covers the rotor core at least in that region in which the electrically conductive material of the short-circuiting cage is to be connected to the rotor core. It is also conceivable that the entire rotor core is coated with the diffusion layer. The application of the diffusion material on the rotor core, which is technically feasible without great effort and without high costs, makes it possible to save a technically complicated application of the diffusion material to the short-circuit cage.
Während der Zuführung von Hitze und der Ausübung von Druck bewirkt die Diffusionsschicht eine Diffusion des Diffusions- materials zum einen in das Kernmaterial und zum anderen in das Granulat des elektrisch leitenden Materials, so dass eine stabile, materialschlüssige Verbindung zwischen dem Kernmaterial und dem elektrisch leitenden Material des aus dem Granulat gebildeten Kurzschlusskäfigs gewährleistet wird. During the application of heat and the exertion of pressure, the diffusion layer causes a diffusion of the diffusion material on the one hand into the core material and on the other hand into the granules of the electrically conductive material, so that a stable, material-bonding connection between the core material and the electrically conductive material the short-circuit cage formed from the granules is ensured.
Die materialschlüssige Verbindung des in den Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung angeordneten Granulats mit dem Rotorkern wird dabei beispielsweise durch heißisostatisches Pressen erreicht. Dazu kann beispielsweise eine Umhausung am Rotorkern angebracht wird, welche zumindest die Nuten und/oder die jeweilige ringförmige Aussparung des Rotorkerns gasdicht umschließen kann, wobei das Granulat zu- mindest in den Nuten und/oder die jeweilige ringförmige Aussparung eingebracht wird und anschließend die Umhausung gasdicht um den Rotorkern geschlossen wird und evakuiert wird. Die Umhausung kann beispielsweise ein Blechrohr sein, welches dem Rotor umschließt und konzentrisch zur Rotorachse angeordnet ist. Das Blechrohr ist dabei lediglich eine Hilfsvorrichtung, welche nach dem HIP-Prozess beim Überdrehen des Rotors entfernt wird. d.h. beim Entfernen der Grate des Rotors und dergleichen mittels Drehen. Vorzugsweise wird in die Umhausung ein Uberschuss des Granulats des elektrisch leiten- den Materials eingebracht. The material-locking connection of the arranged in the grooves and / or the respective annular recess granules with the rotor core is doing, for example, by achieved hot isostatic pressing. For this purpose, for example, a housing is attached to the rotor core, which can surround at least the grooves and / or the respective annular recess of the rotor core gas-tight, wherein the granules at least in the grooves and / or the respective annular recess is introduced and then the enclosure gas-tight is closed around the rotor core and is evacuated. The enclosure may be, for example, a sheet metal tube, which surrounds the rotor and is arranged concentrically to the rotor axis. The sheet metal tube is merely an auxiliary device which is removed after over-spinning of the rotor after the HIP process. ie when removing the burrs of the rotor and the like by turning. Preferably, an excess of the granules of the electrically conductive material is introduced into the housing.
Gegenüber Herstellungsverfahren, bei denen die Teile des Kurzschlusskäfigs vorab hergestellt werden und anschließend am Rotor befestigt werden, erlaubt das erfindungsgemäße Ver- fahren die komplette Einsparung einer kosten- und zeitintensiven Vorab-Fertigung der Teile des Kurzschlusskäfigs. Kosten lassen sich dadurch einsparen, dass keine Teile des Kurzschlusskäfigs, insbesondere keine Kupferformteile, mehr benötigt werden, die mit einer besonders hohen Passgenauigkeit hergestellt werden müssen und somit mit vergleichsweise geringen Toleranzen gefertigt werden müssen und folglich vergleichsweise teuer sind. Auch die großen logistischen Anforderungen bezüglich der Beschaffung der speziell angepassten Teile können komplett entfallen. Hinzu kommt, dass das Granu- lat vergleichsweise kostengünstig erhältlich ist und in großen Mengen gelagert und transportiert werden kann. Weiterhin gibt es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren nunmehr keine Einschränkungen bzgl . der Geometrie der Käfig-Einzelteile, wie zum Beispiel die Stabform und die Form des Kurzschluss- rings. Compared to manufacturing processes in which the parts of the short-circuit cage are prepared in advance and then attached to the rotor, the inventive method allows the complete saving of costly and time-consuming pre-production of the parts of the short-circuit cage. Costs can be saved by the fact that no parts of the short-circuit cage, in particular no copper moldings, more are needed, which must be made with a particularly high accuracy of fit and thus must be manufactured with relatively low tolerances and therefore are relatively expensive. The large logistical requirements regarding the procurement of specially adapted parts can be completely eliminated. In addition, the granules can be obtained relatively inexpensively and can be stored and transported in large quantities. Furthermore, there are no restrictions with respect to the method according to the invention. the geometry of the cage parts, such as the rod shape and the shape of the shorting ring.
Vielmehr kann durch das erfindungsgemäße Verfahren ein Rotor hergestellt werden, der aufgrund der ausgesprochen guten Ver- bindung des in den Nuten und der jeweiligen ringförmigen Aussparung befindlichen elektrisch leitenden Materials mit dem Kernmaterial eine hohe mechanische Festigkeit aufweist. Weiterhin weist der erfindungsgemäße Rotor einen sehr guten elektrischen Wirkungsgrad auf, da der Kurzschlusskäfig aus materialschlüssig verbundenem elektrisch leitendem Material gebildet wird und nicht wie bisher aus separaten Kurzschlussstäben und Kurzschlussringen, deren Verbindung untereinander bisher höhere elektrische Verluste bewirkt hat. Somit sind erfindungsgemäß auch Nutformen umsetzbar, die elektrische und/oder mechanische Optimierungen ermöglichen. Rather, a rotor can be produced by the method according to the invention, which due to the very good Bonding of the located in the grooves and the respective annular recess electrically conductive material having the core material has a high mechanical strength. Furthermore, the rotor according to the invention has a very good electrical efficiency, since the short-circuit cage is formed from materially connected electrically conductive material and not as previously from separate short-circuit bars and short-circuit rings whose connection has previously caused each other higher electrical losses. Thus, groove shapes according to the invention can also be implemented, which enable electrical and / or mechanical optimizations.
Der erfindungsgemäße Rotor ist besonders für hohe Drehzahlen geeignet, da das erfindungsgemäße Verfahren eine besonders starke Verbindung des ausgehend von dem Granulat hergestellten Kurzschlusskäfigs mit dem Rotorkern bewirkt und der Rotor auch beim Auftreten sehr hoher Fliehkräfte seine mechanische Stabilität und Integrität bewahrt. Optional kann der Rotor mit der Rotorwelle und dem mit derThe rotor according to the invention is particularly suitable for high speeds, since the inventive method causes a particularly strong connection of the short cage produced from the granules with the rotor core and the rotor keeps its mechanical stability and integrity even when very high centrifugal forces occur. Optionally, the rotor with the rotor shaft and with the
Rotorwelle materialschlüssig verbundenen elektrisch leitenden Material des Kurzschlusskäfigs zumindest teilweise mit einer Schutzschicht überzogen werden, wobei die Schutzschicht beispielsweise mittels Auftragsschweißen auf die Rotorwelle auf- gebracht wird. Für die Schutzschicht können beispielsweise korrosionsbeständige Nickelbasislegierungen zum Einsatz kommen, wie z. B. Inconel . Die Schutzschicht ist besonders bei Rotoren von Vorteil, die in aggressiven Umgebungsbedingungen betrieben werden. Derartige Bedingungen liegen beispielsweise bei einem Antriebsmotor eines Kompressors vor, der Schwefelwasserstoff haltiges Erdgas komprimiert und dieses Gas gleichzeitig zur Kühlung des Antriebsmotors verwendet. Rotor shaft material integrally connected electrically conductive material of the short-circuit cage are at least partially coated with a protective layer, wherein the protective layer is applied, for example by deposition welding on the rotor shaft. For the protective layer, for example, corrosion-resistant nickel-based alloys can be used, such. B. Inconel. The protective layer is particularly advantageous in rotors that are operated in aggressive environmental conditions. Such conditions exist, for example, in a drive motor of a compressor which compresses hydrogen sulfide-containing natural gas and at the same time uses this gas for cooling the drive motor.
Die Nuten können entlang der axialen Richtung im Rotorkern angeordnet sein und somit koaxial mit der Rotorachse ausgerichtet sein. Denkbar ist auch, dass die Nuten entlang einer Schraubenbahn um die Rotorachse herum angeordnet sind, so dass die Position die jeweiligen Nut in Umfangsrichtung in axialer Richtung variiert. The grooves may be disposed along the axial direction in the rotor core and thus be aligned coaxially with the rotor axis. It is also conceivable that the grooves are arranged along a helical path around the rotor axis, so that the position varies the respective groove in the circumferential direction in the axial direction.
Vorzugsweise wird das Granulat sowohl in die Nuten als auch in die jeweilige ringförmige Aussparung eingebracht, wobei die Diffusionsschicht die Nuten und die jeweilige ringförmige Aussparung zumindest teilweise bedeckt. Preferably, the granules are introduced into both the grooves and into the respective annular recess, wherein the diffusion layer at least partially covers the grooves and the respective annular recess.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst das elektrisch leitende Material zumindest Kupfer, wobei das Diffusionsmaterial zumindest Nickel umfasst. Kupfer weist eine gute elektrische Leitfähigkeit auf und ist dabei kostengünstig erhältlich, insbesondere in Form eines Granulats. Nickel ist ein Material, welches gut in das Kupfer-Granulat hinein diffundieren kann. Weiterhin ist Nickel vorteilhaft, da für das Kernmaterial üblicherweise Stahl verwendet wird und Nickel weiterhin die Eigenschaft hat, dass es auch gut in Stahl diffundieren kann. Somit wird eine besonders stabile materialschlüssige Verbindung des Kupfers des Kurzschlusskä- figs mit dem Rotorkern erreicht. In an advantageous embodiment of the invention, the electrically conductive material comprises at least copper, wherein the diffusion material comprises at least nickel. Copper has good electrical conductivity and is available at low cost, in particular in the form of granules. Nickel is a material that can easily diffuse into the copper granules. Furthermore, nickel is advantageous since steel is usually used for the core material and nickel has the further property that it can also diffuse well in steel. Thus, a particularly stable material-locking connection of the copper of the Kurzschlußkä- fig is achieved with the rotor core.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Granulat zur materialschlüssigen Verbindung mit dem Rotorkern dabei auf eine Temperatur von 1010 °C bis 1060 °C, insbesondere von 1030 °C bis 1040 °C, erhitzt und unter einen Druck von 950 bar bis 1050 bar, insbesondere 1000 bar, gesetzt. Eine belastbare Verbindung des Granulats mit dem Rotorkern kann erreicht werden, wenn das Granulat und gegebenenfalls jene Oberflächen des Rotorkerns, mit welchen das Granulat verbunden werden soll, auf eine Temperatur im genannten Temperaturbereich erhitzt wird und gleichzeitig ein Druck im Bereich des genannten Druckbereichs ausgeübt wird. Dabei lassen sich die besten Ergebnisse erzielen, wenn die Temperatur im Bereich von 1030 °C bis 1040 °C liegt und der Druck etwa 1000 bar beträgt. Gute Ergebnisse lassen sich erzielen, wenn die die Temperatur knapp, insbesondere 3-5%, unterhalb der Schmelztemperatur des elektrisch leitenden Mate- rials liegt und dabei vergleichsweise hoher Druck, insbesondere über 800 bar, ausgeübt wird. In a further advantageous embodiment of the invention, the granules for material connection to the rotor core is heated to a temperature of 1010 ° C to 1060 ° C, in particular from 1030 ° C to 1040 ° C, and under a pressure of 950 bar to 1050 bar , in particular 1000 bar, set. A resilient connection of the granules with the rotor core can be achieved if the granules and optionally those surfaces of the rotor core, with which the granules are to be connected, is heated to a temperature in said temperature range and at the same time a pressure in the range of said pressure range is applied. The best results can be achieved when the temperature is in the range of 1030 ° C to 1040 ° C and the pressure is about 1000 bar. Good results can be obtained if the temperature is short, in particular 3-5%, below the melting point of the electrically conductive material. Rials lies and thereby comparatively high pressure, in particular over 800 bar, is exercised.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das in den Nuten und der jeweiligen ringförmigen Aussparung angeordnete Granulat unter Vakuum gehalten, während Hitze zugeführt wird und Druck ausgeübt wird. Durch das Vakuum wird eine Oxidation des elektrisch leitenden Materials verhindert, wobei zum gleichen Zweck bzw. zusätzlich ein Pro- zessgas in Form eines Schutzgas ist bzw. Prozessgases verwendet werden kann. Ein derartiges Gas kann zum Beispiel Argon oder Stickstoff umfassen. In a further advantageous embodiment of the invention, the granules arranged in the grooves and the respective annular recess are kept under vacuum while heat is applied and pressure is applied. The vacuum prevents oxidation of the electrically conductive material, wherein for the same purpose or additionally a process gas in the form of a protective gas or process gas can be used. Such a gas may include, for example, argon or nitrogen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Diffusionsschicht eine Schichtdicke von 1 μπι bisIn a further advantageous embodiment of the invention, the diffusion layer has a layer thickness of 1 μπι to
100 μιτι, insbesondere von 15 μπι bis 40 μπι, auf. Eine derartige Schichtdicke gewährleistet eine ausreichende Menge Diffusionsmaterial, um eine gute materialschlüssige Verbindung des Rotorkerns mit dem aus dem Granulat hergestellten Kurz- schlusskäfig. Beispielsweise kann die Diffusionsschicht dabei galvanisch auf den Rotorkern bzw. auf zumindest jene Abschnitte des Rotorkerns aufgetragen werden, welche mit dem Kurzschlusskäfig verbunden werden sollen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Nuten im Rotorkern geschlossen ausgeführt. Die geschlossenen Nuten sind somit als Kanäle im Inneren des Rotorkerns ausgeführt. Durch das erfindungsgemäße können auch derartige geschlossene Nuten mit Kurzschlussstäben versehen wer- den, welche erfindungsgemäß durch das Granulat gebildet werden und materialschlüssig mit dem Rotorkern verbunden sind. 100 μιτι, in particular from 15 μπι to 40 μπι, on. Such a layer thickness ensures a sufficient amount of diffusion material, in order to ensure a good material-fit connection of the rotor core with the short-circuit cage produced from the granules. For example, the diffusion layer can be applied galvanically to the rotor core or to at least those sections of the rotor core which are to be connected to the short-circuit cage. In a further advantageous embodiment of the invention, the grooves are executed closed in the rotor core. The closed grooves are thus designed as channels in the interior of the rotor core. By virtue of the invention, it is also possible for such closed grooves to be provided with short-circuiting rods, which according to the invention are formed by the granules and are connected in a material-locking manner to the rotor core.
Unabhängig davon, ob die Nuten geschlossen, d.h. im Inneren des Rotorkerns, oder offen, d.h. auf der Mantelfläche Rotor- kerns, ausgeführt sind, können die Nuten dabei einen im Wesentlichen rechteckigen, trapezförmigen, dreieckigen, runden oder sonstigen Querschnitt aufweisen. Denn durch das erfindungsgemäße Verfahren wird unabhängig von der Form der Nuten immer eine gute, materialschlüssige Verbindung des aus dem Granulat gebildeten Kurzschlusskäfigs mit dem Rotorkern gewährleistet. Ferner kann die jeweilige ringförmige Aussparung ebenfalls beliebige Querschnitte aufweisen, beispielsweise einen im Wesentlichen rechteckigen, trapezförmigen, dreieckigen, runden Querschnitt. Denkbar ist auch die jeweilige ringförmige Aussparung konusförmig auszugestalten. Regardless of whether the grooves closed, ie in the interior of the rotor core, or open, ie on the lateral surface rotor core, executed, the grooves may have a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round or other cross section. Because of the inventive method is independent of the shape of the grooves always ensures a good, material connection of the short-circuit cage formed from the granules with the rotor core. Further, the respective annular recess may also have any cross-sections, for example, a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round cross-section. It is also conceivable to design the respective annular recess cone-shaped.
Insgesamt ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren somit, die elektrischen und/oder die mechanischen Eigenschaften des Rotors zu optimieren, indem die Form des Kurzschlusskäfigs derart gewählt wird, dass besonders vorteilhafte oder gewünschte Eigenschaften erreicht werden können. Die gewünschte Form des Kurzschlusskäfigs kann dann durch entsprechende Aus- gestaltung der Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung erreicht werden. Wenn sich die Nuten und die jeweilige ringförmige Aussparung beispielsweise nach radial außen verjüngen, oder insbesondere die Nuten geschlossen ausgeführt sind, ergibt sich somit ein besonders stabiler Rotor, welcher für besonders hohe Drehzahlen geeignete ist. Overall, the method according to the invention thus makes it possible to optimize the electrical and / or mechanical properties of the rotor by selecting the shape of the short-circuit cage such that particularly advantageous or desired properties can be achieved. The desired shape of the short-circuit cage can then be achieved by appropriate design of the grooves and / or the respective annular recess. If the grooves and the respective annular recess, for example, taper radially outward, or in particular the grooves are made closed, this results in a particularly stable rotor which is suitable for particularly high rotational speeds.
Der erfindungsgemäße Rotor kann beispielsweise als Asynchronmassivläufer ausgeführt werden und/oder in einer elektrischen Maschine eingesetzt werden. Dabei kann die elektrische Ma- schine beispielsweise mit einer Leistung von mehr als 1 MW und/oder einer Drehzahl von mehr als 4000 Umdrehungen pro Minute betreibbar sein. Insbesondere kann die elektrische Maschine als Antrieb für eine Mühle oder einen Kompressor ausgeführt sein. The rotor according to the invention can be designed, for example, as an asynchronous solid-state rotor and / or be used in an electrical machine. In this case, the electrical machine can be operable, for example, with a power of more than 1 MW and / or a speed of more than 4000 revolutions per minute. In particular, the electric machine can be designed as a drive for a mill or a compressor.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Es zeigen: FIG 1 einen Rotorkern zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotors, und In the following the invention will be described and explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the figures. 1 shows a rotor core for producing an embodiment of a rotor according to the invention, and
FIG 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors . Figur 1 zeigt einen Rotorkern 1 zur Herstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Rotors. In den Rotorkern 1 sind Nuten 2 eingebracht, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen. Wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel können die Nuten 2 offen ausgeführt sein und einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen. Am jeweiligen axialen Ende der Nuten 2 weist der Rotorkern 1 eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Ausspa- rung 3 auf. 2 shows an embodiment of a rotor according to the invention. FIG. 1 shows a rotor core 1 for producing an exemplary embodiment of a rotor according to the invention. In the rotor core 1 grooves 2 are introduced, which extend substantially in the axial direction. As in the present embodiment, the grooves 2 can be made open and have a substantially rectangular cross-section. At the respective axial end of the grooves 2, the rotor core 1 has an annular recess 3 arranged concentrically to the rotor axis.
Denkbar ist dabei, dass die Nuten 2 einen alternativen Querschnitt aufweisen, wie zum Beispiel die Form eines Dreiecks, eines sich nach außen oder nach innen verjüngenden Trapezes, eines Kreises oder dergleichen. Ferner können die Nuten 2 auch geschlossen mit einem derartigen Querschnitt ausgeführt sein, so dass Nuten 2 zwischen den jeweiligen ringförmigen Aussparungen 3 im Innern des Rotorkerns 1 verlaufen. Die Nuten 2 können außerdem genau in axialer Richtung verlaufen oder entlang einer Schraubenbahn um die Rotorachse herum angeordnet sind, so dass die Position die jeweilige Nut 2 in Umfangsrichtung in axialer Richtung variiert. Schließlich kann die jeweilige ringförmige Aussparung 3 ebenfalls beliebige Querschnitte aufweisen, beispielsweise einen im Wesent- liehen rechteckigen, trapezförmigen, dreieckigen, rundenIt is conceivable that the grooves 2 have an alternative cross section, such as the shape of a triangle, an outwardly or inwardly tapering trapezoid, a circle or the like. Furthermore, the grooves 2 can also be made closed with such a cross-section, so that grooves 2 run between the respective annular recesses 3 in the interior of the rotor core 1. The grooves 2 may also be exactly in the axial direction or arranged along a helical path around the rotor axis, so that the position varies the respective groove 2 in the circumferential direction in the axial direction. Finally, the respective annular recess 3 may also have any cross-sections, for example, a substantially rectangular, trapezoidal, triangular, round
Querschnitt. Auch kann die jeweilige ringförmige Aussparung 3 beispielsweise konusförmig ausgestaltet werden. Dies erlaubt einen in den Nuten 2 und der jeweilige ringförmige Aussparung 3 zu bildenden Kurzschlusskäfig derart auszuführen, dass der Rotor besonders vorteilhafte elektrische und/oder mechanische Eigenschaften aufweist. Cross-section. Also, the respective annular recess 3 can be configured, for example, cone-shaped. This allows a short-circuit cage to be formed in the grooves 2 and the respective annular recess 3 in such a way that the rotor has particularly advantageous electrical and / or mechanical properties.
Der Rotorkern 1 weist eine Diffusionsschicht 4 auf, welche im Rahmen des Ausführungsbeispiels die Außenfläche des Rotor- kerns 1 im Bereich der jeweiligen ringförmigen Aussparung 3 bedeckt. Die Diffusionsschicht 4 umfasst dabei ein Diffusionsmaterial, wie zum Beispiel Nickel, auf und ist insbesondere zwischen 15 μπι bis 40 μπι dick. Der Rotorkern 1 ist besonders geeignet zur Herstellung eines Asynchronmassivläufers, welcher in einer elektrischen Maschine mit einer Leistung von mehr als 1 MW bzw. einer Drehzahl von mehr als 4000 Umdrehungen/min betreibbar ist. The rotor core 1 has a diffusion layer 4 which, in the exemplary embodiment, covers the outer surface of the rotor core 1 in the region of the respective annular recess 3. The diffusion layer 4 comprises a diffusion material, such as nickel, and is in particular between 15 μπι to 40 μπι thick. The rotor core 1 is particularly suitable for producing an asynchronous solid-state rotor which can be operated in an electric machine with a power of more than 1 MW or a speed of more than 4000 revolutions / min.
Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Rotors. Der in der Figur 2 dargestellte Rotor kann insbesondere ausgehend von dem in der Figur 1 dargestellten Rotorkern 1 erhalten werden. Hierzu wird ein Granulat 5 eines elektrisch leitenden Materials in den Nuten 2 und die jeweilige ringförmige Aussparung 3 eingebracht, was in der Figur 2 jedoch zum Zwecke einer besseren Übersicht nur für eine Nut 4 und nur für einen Abschnitt einer ringförmige Aussparung 3 angedeutet ist. Das in den Nuten 2 und der jeweiligen ringförmigen Aussparung 3 angeordnete Granulat 5 wird dann unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck material- schlüssig mit dem Rotorkern 1 verbunden. Dadurch bildet das elektrisch leitende Material, welches zunächst als Granulat 5 vorliegt, einen Kurzschlusskäfig, welcher Kurzschlussstäbe in den Nuten 2 und einen Kurzschlussring in der jeweiligen ringförmigen Aussparung 3 aufweist. Figure 2 shows an embodiment of a rotor according to the invention. The rotor shown in FIG. 2 can be obtained in particular starting from the rotor core 1 shown in FIG. For this purpose, a granulate 5 of an electrically conductive material in the grooves 2 and the respective annular recess 3 is introduced, which is indicated in the figure 2, however, for the purpose of clarity only for a groove 4 and only for a portion of an annular recess 3. The granules 5 arranged in the grooves 2 and the respective annular recess 3 are then materially connected to the rotor core 1 under the application of heat and under the exertion of pressure. As a result, the electrically conductive material, which is initially present as granules 5, forms a short-circuit cage, which has short-circuit bars in the slots 2 and a short-circuit ring in the respective annular recess 3.
Zur materialschlüssigen Verbindung des Granulats 5 mit dem Rotorkern 1 kann am Rotorkern zunächst eine Umhausung angebracht werden, welche zumindest die Nuten 2 und die jeweilige ringförmige Aussparung 3 des Rotorkerns 1 gasdicht umschließen kann. Dabei wird das Granulat 5 zumindest in die Nuten 2 und die jeweilige ringförmige Aussparung 3 eingebracht und anschließend die Umhausung gasdicht um den Rotorkern 1 geschlossen und evakuiert. Die Umhausung kann beispielsweise ein Blechrohr sein, welches dem Rotor umschließt und konzentrisch zur Rotorachse angeordnet ist. Vorzugsweise wird in die Umhausung ein Uberschuss des Granulats des elektrisch leiten- den Materials eingebracht. For the material-locking connection of the granules 5 with the rotor core 1, a housing can first be mounted on the rotor core, which can surround at least the grooves 2 and the respective annular recess 3 of the rotor core 1 in a gastight manner. In this case, the granules 5 is introduced at least into the grooves 2 and the respective annular recess 3 and then closed the enclosure gas-tight around the rotor core 1 and evacuated. The enclosure may be, for example, a sheet metal tube, which surrounds the rotor and is arranged concentrically to the rotor axis. Preferably, an excess of the granules of the electrically conductive material is introduced into the housing.
Beispielsweise kann das elektrisch leitende Material Kupfer aufweisen. Vorzugsweise wird das Granulat 5 dabei auf eine Temperatur von 1020° C bis 1050° C erhitzt und unter einem Druck von 980 bar 1020 bar gesetzt. Weiterhin kann das Granulat 5 dabei unter Vakuum gehalten werden und/oder ein Schutzgas bzw. Prozessgas, wie zum Beispiel Argon oder Stickstoff, zugeführt werden. For example, the electrically conductive material may comprise copper. Preferably, the granules 5 is thereby on a Temperature of 1020 ° C to 1050 ° C heated and set under a pressure of 980 bar 1020 bar. Furthermore, the granules 5 can be kept under vacuum and / or a protective gas or process gas, such as argon or nitrogen, are supplied.
Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, wobei der Rotor einen konzentrisch zur Rotorachse angeordneten Rotor- kern aus einem Kernmaterial aufweist, wobei der Rotorkern Nuten aufweist, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, wobei der Rotorkern am jeweiligen axialen Ende der Nuten jeweils eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Aussparung aufweist, welche die Nuten verbindet, wobei der Rotorkern eine Diffusionsschicht aufweist, welche ein Diffusionsmaterial umfasst und welche zumindest die jeweilige Oberfläche der Nuten und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung zumindest teilweise bedeckt. Weiterhin betrifft die Erfindung einen solchen Rotor und eine elektrische Maschine mit einem solchen Rotor. Um das eingangs genannte Verfahren bzw. den eingangs genannten Rotor dahingehend zu verbessern, dass der Rotor kostengünstiger hergestellt werden kann und dabei verbesserte mechanische Eigenschaften aufweist, wird vorgeschlagen, dass in die Nuten und/oder die je- weilige ringförmige Aussparung ein Granulat eines elektrisch leitenden Materials eingebracht wird, welches unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck materialschlüssig mit dem Rotorkern verbunden wird. In summary, the invention relates to a method for producing a rotor of an electrical machine, wherein the rotor has a rotor core arranged concentrically to the rotor axis of a core material, wherein the rotor core has grooves which extend substantially in the axial direction, wherein the rotor core at the respective axial End of the grooves each having an annular, concentric with the rotor axis arranged recess which connects the grooves, the rotor core having a diffusion layer comprising a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves and / or the respective annular recess. Furthermore, the invention relates to such a rotor and an electric machine with such a rotor. In order to improve the method mentioned at the outset or the rotor mentioned at the outset so that the rotor can be produced more cost-effectively and thereby has improved mechanical properties, it is proposed that a granulate of an electrically conductive be provided in the grooves and / or the respective annular recess Material is introduced, which is connected under the application of heat and under the exercise of pressure material fit with the rotor core.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Rotors einer elektrischen Maschine, 1. A method of manufacturing a rotor of an electric machine,
- wobei der Rotor einen konzentrisch zur Rotorachse angeordneten Rotorkern (1) aus einem Kernmaterial aufweist, - wherein the rotor has a rotor core (1) arranged concentrically to the rotor core of a core material,
- wobei der Rotorkern (1) Nuten (2) aufweist, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen,  - wherein the rotor core (1) has grooves (2) which extend substantially in the axial direction,
- wobei der Rotorkern (1) am jeweiligen axialen Ende der Nu- ten (2) jeweils eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Aussparung (3) aufweist, welche die Nuten (2) verbindet,  - wherein the rotor core (1) at the respective axial end of the Nuten (2) each have an annular, concentric with the rotor axis arranged recess (3) which connects the grooves (2),
- wobei der Rotorkern (1) eine Diffusionsschicht (4) aufweist, welche ein Diffusionsmaterial umfasst und welche zu- mindest die jeweilige Oberfläche der Nuten (2) und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung (3) zumindest teilweise bedeckt ,  wherein the rotor core (1) has a diffusion layer (4) which comprises a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves (2) and / or the respective annular recess (3),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
in die Nuten (2) und/oder die jeweilige ringförmige Ausspa- rung (3) ein Granulat (5) eines elektrisch leitenden Materials eingebracht wird, welches unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck materialschlüssig mit dem Rotorkern (1) verbunden wird. in the grooves (2) and / or the respective annular recess (3) a granulate (5) of an electrically conductive material is introduced, which is materially connected to the rotor core (1) while supplying heat and under pressure.
2. Verfahren nach Anspruch 1, 2. The method according to claim 1,
wobei das elektrisch leitende Material zumindest Kupfer umfasst , wherein the electrically conductive material comprises at least copper,
wobei das Diffusionsmaterial zumindest Nickel umfasst. wherein the diffusion material comprises at least nickel.
3. Verfahren nach Anspruch 2, 3. The method according to claim 2,
wobei das Granulat (5) zur materialschlüssigen Verbindung mit dem Rotorkern (1) auf eine Temperatur von 1010 °C bis 1060 °C erhitzt wird und unter einen Druck von 950 bar bis 1050 bargesetzt wird. wherein the granules (5) for material connection with the rotor core (1) is heated to a temperature of 1010 ° C to 1060 ° C and under a pressure of 950 bar to 1050 bar is set.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das in den Nuten (2) und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung (3) angeordnete Granulat (5) unter Vakuum ge- halten wird, während Hitze zugeführt wird und Druck ausgeübt wird . 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein in the grooves (2) and / or the respective annular recess (3) arranged granules (5) under vacuum while heat is applied and pressure is applied.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Diffusionsschicht (4) eine Schichtdicke von 1 μπι bis 100 μπι aufweist. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein the diffusion layer (4) has a layer thickness of 1 μπι to 100 μπι.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Nuten (2) im Rotorkern (1) geschlossen ausgeführt sind. 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein the grooves (2) in the rotor core (1) are executed closed.
7. Rotor für eine elektrische Maschine mit 7. Rotor for an electric machine with
- wobei der Rotor einen konzentrisch zur Rotorachse angeordneten Rotorkern (1) aus einem Kernmaterial aufweist,  - wherein the rotor has a rotor core (1) arranged concentrically to the rotor core of a core material,
- wobei der Rotorkern (1) Nuten (2) aufweist, welche im Wesentlichen in axialer Richtung verlaufen, - wherein the rotor core (1) has grooves (2) which extend substantially in the axial direction,
- wobei der Rotorkern (1) am jeweiligen axialen Ende der Nuten (2) jeweils eine ringförmige, konzentrisch zur Rotorachse angeordnete Aussparung (3) aufweist, welche die Nuten (2) verbindet,  - wherein the rotor core (1) at the respective axial end of the grooves (2) each have an annular, concentric with the rotor axis arranged recess (3) which connects the grooves (2),
- wobei der Rotorkern (1) eine Diffusionsschicht (4) aufweist, welche ein Diffusionsmaterial umfasst und welche zumindest die jeweilige Oberfläche der Nuten (2) und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung (3) zumindest teilweise bedeckt,  wherein the rotor core (1) has a diffusion layer (4) which comprises a diffusion material and which at least partially covers at least the respective surface of the grooves (2) and / or the respective annular recess (3),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass d a d u r c h e c e n c i n e s that
in den Nuten (2) und/oder der jeweiligen ringförmigen Aussparung (3) ein elektrisch leitendes Material eingebracht ist, welches als Granulat (5) unter Zuführung von Hitze und unter Ausübung von Druck materialschlüssig mit dem Rotorkern (1) verbunden ist. in the grooves (2) and / or the respective annular recess (3) an electrically conductive material is introduced, which is connected as granules (5) under heat and under the application of pressure materially connected to the rotor core (1).
8. Rotor nach Anspruch 7 , 8. Rotor according to claim 7,
wobei das elektrisch leitende Material zumindest Kupfer um- fasst, wherein the electrically conductive material comprises at least copper,
wobei das Diffusionsmaterial zumindest Nickel umfasst. wherein the diffusion material comprises at least nickel.
9. Rotor nach Anspruch 7 oder 8, 9. Rotor according to claim 7 or 8,
wobei die Nuten (2) im Rotorkern (1) geschlossen ausgeführt sind . wherein the grooves (2) in the rotor core (1) are made closed.
10. Rotor nach einem der Ansprüche 7-9, 10. Rotor according to one of claims 7-9,
wobei der Rotor als Asynchronmassivläufer ausgeführt ist. wherein the rotor is designed as an asynchronous massif.
11. Elektrische Maschine mit einem Rotor nach einem der Ansprüche 7-10. 11. Electrical machine with a rotor according to one of claims 7-10.
12. Elektrische Maschine nach Anspruch 11, 12. Electrical machine according to claim 11,
wobei die elektrische Maschine mit einer Leistung von mehr als 1 MW und/oder einer Drehzahl von mehr als 4000 Umdrehun gen pro Minute betreibbar ist. wherein the electric machine with a capacity of more than 1 MW and / or a speed of more than 4000 Umdrehun conditions per minute is operable.
EP14707991.7A 2013-04-29 2014-02-28 Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate Withdrawn EP2979349A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP14707991.7A EP2979349A1 (en) 2013-04-29 2014-02-28 Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13165691.0A EP2800254A1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Rotor for an electric machine with a squirrel cage produced from a granulate
PCT/EP2014/053959 WO2014177303A1 (en) 2013-04-29 2014-02-28 Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate
EP14707991.7A EP2979349A1 (en) 2013-04-29 2014-02-28 Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2979349A1 true EP2979349A1 (en) 2016-02-03

Family

ID=48190302

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13165691.0A Withdrawn EP2800254A1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Rotor for an electric machine with a squirrel cage produced from a granulate
EP14707991.7A Withdrawn EP2979349A1 (en) 2013-04-29 2014-02-28 Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP13165691.0A Withdrawn EP2800254A1 (en) 2013-04-29 2013-04-29 Rotor for an electric machine with a squirrel cage produced from a granulate

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20160079821A1 (en)
EP (2) EP2800254A1 (en)
CN (1) CN105191082B (en)
AU (1) AU2014261727B2 (en)
BR (1) BR112015027232A2 (en)
CA (1) CA2910502C (en)
RU (1) RU2633382C2 (en)
SA (1) SA515370078B1 (en)
WO (1) WO2014177303A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629452A1 (en) 2018-09-28 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for the preparation of a rotor of a rotary electric machine

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6033834B2 (en) * 2014-12-25 2016-11-30 東芝三菱電機産業システム株式会社 Cage rotor manufacturing method
EP3082227A1 (en) * 2015-04-14 2016-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Rotor of an asynchronous machine
EP3373424A1 (en) 2017-03-10 2018-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Manufacture of a rotor using additive manufacturing
RU2672255C1 (en) * 2017-10-09 2018-11-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт химии силикатов им. И.В. Гребенщикова Российской академии наук (ИХС РАН) High-rpm asynchronous engine

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1382377A (en) * 1963-11-21 1964-12-18 Sintermetallwerke Krebsoge G M Short-circuited rotor for electric motors
US4679314A (en) * 1985-12-23 1987-07-14 General Electric Company Method for making a fluid cooled acyclic generator rotor
JPH05260710A (en) * 1992-03-16 1993-10-08 Toshiba Corp Manufacture of squirrel-cage rotor
DE19833456A1 (en) * 1998-07-24 2000-01-27 Koeppern & Co Kg Maschf Making press rolls with mantles containing coolant channels, by using hot compaction process to weld together work pieces that form ring segments with channels in between
JP2001211615A (en) * 2000-01-24 2001-08-03 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd Manufacture of rotor of squirrel-cage induction motor for high-speed revolutions
DE10043329A1 (en) * 2000-08-23 2002-03-07 Siemens Ag Squirrel cage for an asynchronous induction motor
JP4265358B2 (en) * 2003-10-03 2009-05-20 パナソニック株式会社 Manufacturing method of composite sintered magnetic material
NL1026424C2 (en) 2004-06-15 2005-12-19 Siemens Ind Turbomachinery B V Rotor for electric motor, compressor unit provided with rotor, method for manufacturing a rotor for an electric motor.
US7723894B2 (en) * 2004-12-20 2010-05-25 General Electric Company Electrical machine with improved loss characteristics and method of making same
WO2007030572A2 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 Borealis Technical Limited Method for building a motor
DE102010021470A1 (en) * 2010-05-25 2011-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Squirrel cage rotor for an asynchronous machine and method of manufacturing the squirrel cage rotor
JP5155423B2 (en) * 2011-04-04 2013-03-06 ファナック株式会社 Cage-shaped rotor and manufacturing method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None *
See also references of WO2014177303A1 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3629452A1 (en) 2018-09-28 2020-04-01 Siemens Aktiengesellschaft Method for the preparation of a rotor of a rotary electric machine
WO2020064413A1 (en) 2018-09-28 2020-04-02 Siemens Aktiengesellschaft Method for producing a rotor for an electric rotating machine

Also Published As

Publication number Publication date
SA515370078B1 (en) 2018-07-08
WO2014177303A1 (en) 2014-11-06
RU2633382C2 (en) 2017-10-12
CN105191082A (en) 2015-12-23
RU2015150982A (en) 2017-06-07
EP2800254A1 (en) 2014-11-05
CA2910502C (en) 2018-11-13
BR112015027232A2 (en) 2017-07-25
CN105191082B (en) 2018-02-16
AU2014261727A1 (en) 2015-11-05
AU2014261727B2 (en) 2016-07-14
CA2910502A1 (en) 2014-11-06
US20160079821A1 (en) 2016-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014177303A1 (en) Rotor of an electric machine having a squirrel cage produced from a granulate
EP2953245A1 (en) Cage rotor for an asynchronous motor
WO2016131556A1 (en) Cast part with a metallic functional region
EP3288159A1 (en) Bypass rotor in particular for high rotational speeds
EP3008799A2 (en) Short-circuit ring for an electrical asynchronous machine, composed of partial ring segments
EP2999101A2 (en) Bypass rotor
DE102011053632A1 (en) Rotor for an electric motor
EP2149970B1 (en) Rotor for asynchronous engines
DE102009040123A1 (en) Squirrel-cage rotor, asynchronous motor and turbomachine
EP3574574B1 (en) Method for producing a squirrel cage rotor of an asynchronous engine
EP3577746B1 (en) Manufacture of a rotor using additive manufacturing
EP2755792A1 (en) Wire electrode for the spark-erosive cutting of articles
EP2979350B1 (en) Producing a rotor of an electric asynchronous machine
EP3402058A1 (en) Rotor for an electric machine, electric machine comprising such a rotor and method for manufacturing a rotor
DE102015216306A1 (en) Variable turbine geometry vane, method of manufacturing a vane and turbocharger with a vane
DE102011083901B4 (en) Commutator for an electrical machine, electrical machine and method for producing a commutator
DE102016203143A1 (en) Caged rotor rotor manufactured by electron welding
EP2006979B1 (en) Method for manufacturing an electric generator rotor shaft for generating electricity in power plants
EP2806539A1 (en) Active part and modular rotor for an electric machine
DE202014000408U1 (en) Electrode for resistance welding
DE102017206520A1 (en) Method for producing a short-circuit rotor and short-circuit rotor
EP2318172A1 (en) Method for welding two components
EP4277096A1 (en) Rotor of a cage rotor motor and method for producing the same
DE102015014689A1 (en) Rotor with a measuring element for temperature determination of the rotor
DE102019123552A1 (en) Process for the production of a rotor, rotor and asynchronous motor

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20151026

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT

17Q First examination report despatched

Effective date: 20190618

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20191029