WO2015071090A2 - Rotor für eine elektrische asynchronmaschine und verfahren zum fertigen desselben - Google Patents
Rotor für eine elektrische asynchronmaschine und verfahren zum fertigen desselben Download PDFInfo
- Publication number
- WO2015071090A2 WO2015071090A2 PCT/EP2014/073100 EP2014073100W WO2015071090A2 WO 2015071090 A2 WO2015071090 A2 WO 2015071090A2 EP 2014073100 W EP2014073100 W EP 2014073100W WO 2015071090 A2 WO2015071090 A2 WO 2015071090A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- rotor
- rings
- metal rods
- short
- shorting
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
- H02K17/02—Asynchronous induction motors
- H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
- H02K17/18—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having double-cage or multiple-cage rotors
Definitions
- the present invention relates to a rotor for an electric
- the invention further relates to a method for manufacturing such a rotor.
- Electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- electric asynchronous machines are used as motors and / or generators for a variety of purposes.
- the short-circuit cage of a rotor of an asynchronous machine often consists of metal bars that run parallel to the axis of rotation of the rotor, as well as short-circuiting rings that connect the ends of the metal bars together.
- all metal rods of a rotor winding are usually short-circuited via short-circuiting rings and thus connected in parallel.
- Invention allow an advantageous alternative method for manufacturing such a rotor.
- a rotor for an electric asynchronous machine with a short-circuiting cage wherein the rotor comprises a rotor body, a plurality of metal rods and a plurality of Shorting rings has.
- the rotor body has near its lateral surface, ie adjacent or on its lateral surface, a plurality of recesses which are spaced apart in the circumferential direction of the rotor body.
- the recesses preferably extend in the axial direction, ie parallel to a longitudinal axis of the rotor.
- the metal rods are arranged in these recesses, that all metal rods at an equal distance to a
- a subset may thus have a number of metal bars that is less than the total number of metal bars in the rotor.
- all the metal rods of the short-circuit cage can be arranged at the same distance from the axis of rotation of the rotor and the shorting rings can be configured so that each of the shorting rings only electrically contacts the metal rods of a single subgroup of metal rods and compared to the other metal rods of other subgroups and is electrically isolated from the other shorting rings.
- the short-circuiting rings can be formed, for example, with a closed ring, from which teeth protrude in the radial direction, so that the ring and adjacent teeth each delimit a recess.
- the cross section of such a recess may be substantially equal to a cross section of an adjacent recess in the rotor body.
- Ring and the number and shape of the teeth to be identical for all short-circuit rings may therefore suffice to form a single type of shorting rings and several such identical shorting rings
- all short-circuit rings can be identical.
- the short-circuit rings arranged on one of the end faces of the rotor can be arranged offset relative to one another in the circumferential direction relative to one another.
- short-circuit rings for example, all be formed with an identical geometry, but they in the circumferential direction with a certain
- Shorting rings e.g. via the radially outwardly projecting teeth, another subgroup of the metal rods electrically contact and the
- the metal rods and the short-circuit rings are formed as separate components, the material fit
- the metal rods and the short-circuiting rings can be provided as such separate components and then materially connected to each other, for example by welding or soldering.
- Short-circuiting rings can subsequently preferably be connected to one another in a material-locking manner, in order to be able to produce on the one hand a low electrical resistance between these components and, on the other hand, a firm mechanical bond.
- the metal rods and the short-circuiting rings can be connected to one another in the region of a lateral surface of the short-circuiting rings and / or in the region of an end face of the short-circuiting rings.
- the shorting rings can first be stacked axially one behind the other and then in the region of their lateral surface with the e.g. welded in recesses of the shorting rings ends of the metal rods welded, in particular laser welded, or soldered.
- a short-circuit ring are welded along its end face with the ends of the metal rods inserted in its recesses and then a next short-circuit ring are stacked behind it and also welded along its end face to the ends of the metal rods, and so on.
- the metal rods and the shorting rings can be connected together by soldering in a dipping bath.
- all the metal rods can be soldered to the associated short-circuit rings on one side of the rotor body in a single processing step.
- metal rods and short-circuit rings can advantageously be formed with copper and / or a copper alloy.
- Copper or Copper alloys have a particularly low electrical resistivity, making it in a material formed with such a material
- Short cage can lead to low electrical losses.
- short-circuit cages made of copper or a copper alloy can hardly be produced with larger dimensions in metal casting processes.
- the components of the short-circuit cage can be formed separately as smaller components and connected only later. Since all metal rods can have an identical geometry and all short-circuit rings can also have an identical geometry, only two different types of components need to be provided for this purpose.
- FIG. 1 shows a perspective partial view of a rotor according to the invention for an asynchronous electrical machine.
- Fig. 2 shows a further partial perspective view of the rotor shown in Fig. 1 as a partially exploded view.
- the rotor 1 essentially has a hollow cylinder geometry.
- Rotor body 3 is composed of a plurality in the axial direction one behind the other stacked annular plates (not shown). Each of these sheets can be stamped into a suitable circular ring shape. Further, recesses are punched out in each of the sheets. The sheets are arranged one behind the other, that these recesses are aligned with each other and together form elongated recesses 5 within the rotor body 3. The recesses 5 extend parallel to the longitudinal axis, i. parallel to the axis of rotation of the rotor. Along the circumference of the rotor body 3, a plurality of such recesses 5 are provided, which are preferably spaced from each other at equal intervals.
- an elongated metal rod 7 is inserted or inserted into each of the recesses 5.
- the metal rods 7 may in this case have a length which is longer than the length of the rotor body 3, so that the metal rods 7 at both
- a cross section of the rods 7 can in the region in which these in the recesses 5 of
- Rotor body 3 are inserted, the cross section of the recesses. 5
- the metal rods 7 can be inserted accurately into the recesses 5.
- the metal rods 7 can have other cross sections than the recesses in the package. The metal rods 7 may be extruded. Subsequently, the
- Metal rods 7 are cut to length suitable.
- the metal rods 7 may be made of copper, in particular pure copper or a copper alloy.
- a plurality of short-circuit rings 9 ', 9 ", 9”' are arranged on the end faces of the rotor body 3.
- Each of the short-circuit rings 9 ', 9 ", 9”' has a closed, preferably inner ring 11 and teeth 13 projecting from this ring in the radial direction. These teeth 13 define, together with the ring 11, recesses 15 into which the ends of associated metal rods 7 can be inserted.
- the short-circuit rings 9 ', 9 ", 9”' can be finely stamped, for example, from copper sheet.
- a mated rotor cage i. used a composite of a plurality of separate components rotor cage and not a cast variant.
- the metal rods 7 are all at an equal distance from a
- each of the three short-circuit rings 9 ', 9 ", 9"' shown in the example is not connected to all of the metal bars 7 on each end face of the rotor body 3. Instead, each of the shorting rings 9 ', 9 ", 9"' contacts only one subgroup of metal rods 7.
- Short circuit rings 9 ', 9 ", 9"' z. B. always every other, every third or generally every X-th metal rod 7 along the output direction of the
- all short-circuit rings 9 can have an identical geometry.
- the metal rods 7 of the rotor cage can thus be connected sequentially with the aid of the various short-circuit rings 9 ', 9 ", 9"', wherein the
- Short circuit rings are arranged depending on Verschaltungsart in different angular positions on the front side of the rotor body 3.
- the metal rods 7 can first be inserted into the recesses 5 of the rotor body 3 and suitably positioned Subsequently, the short-circuit rings 9 ', 9 ", 9”' can be plugged onto both end faces of the rotor body 3 or, if appropriate, only on one of these end faces, so that ends of the metal rods 7 are in the recesses 15 between the teeth 13 associated shorting rings 9 ', 9th ", 9” 'intervene.
- an insulating layer for example in the form of an insulating disk, in particular an insulating paper ring, can be temporarily stored between two adjacent short-circuit rings.
- Short circuit rings 9 ', 9 ", 9"' are also coated with an insulating layer. Another way of isolation is to position the discs with a certain axial distance from each other and to use the resulting air gap for mutual isolation. This would further have the advantage of the "staggered" short ring additionally using the
- narrow gaps at the intersections between metal bars 7 and a segment of one of the shorting rings 9 ', 9 ", 9"' can be closed by laser welding. Such welding can be done either axially in the region of the lateral surface of the rotor 1 or alternatively or additionally radially on its end faces.
- the metal rods 7 can be soldered to the shorting rings 9 ', 9 ", 9"'. In principle, such a soldering can be carried out partially in segments. However, it may be advantageous to connect all the metal rods 7 with the provided on an end face a plurality of short-circuit rings 9 ', 9 ", 9"' in a single operation by dip soldering. While at
- Alloys should be welded together, also by soldering various alloys, in particular different copper alloys, are interconnected.
- Short circuit rings 9 ', 9 ", 9"' are electrically isolated.
- Such trained with subgroups short-circuit cage can be adapted by suitable choice and arrangement of the metal rods 7 in the various subgroups that in an asynchronous machine provided with such a rotor 1 currents are generated in the short-circuit cage only by the magnetic working wave, other waves but hardly currents can induce and thus does not lead to undesirable efficiency losses.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Induction Machinery (AREA)
- Manufacture Of Motors, Generators (AREA)
Abstract
Es wird ein Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Kurzschlusskäfig sowie ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Rotors beschrieben. Der Rotor (1) weist einen Rotorkörper (3) mit einer Mehrzahl von Ausnehmungen (5), mehrere in diesen Ausnehmungen (5) angeordnete Metallstäbe (7) sowie mehrere an Stirnflächen des Rotorkörpers (3) angeordnete Kurzschlussringe (9) auf. An jeder der Stirnflächen des Rotorkörpers (3) sind dabei mehrere Kurzschlussringe (9', 9", 9"') axial hintereinander gestapelt angeordnet, wobei jeder der Kurzschlussringe (9', 9", 9"') lediglich mit einer Untergruppe der Metallstäbe (7) elektrisch verbunden ist und die an einer Stirnfläche angeordneten Kurzschlussringe (9', 9", 9"') voneinander elektrisch isoliert sind. Vorzugsweise können hierbei alle Kurzschlussringe (9', 9", 9"') mit einer identischen Geometrie ausgebildet sein und die Metallstäbe (7) können alle in einem gleichen Abstand zu einer Rotationsachse des Rotors (1) angeordnet sein. Die Metallstäbe (7) und die Kurzschlussringe (9) können als separate Bauteile ausgebildet sein und dann, nach Zusammenstecken des Kurzschlusskäfigs, stoffschlüssig, beispielsweise durch Verschweißen, insbesondere Laserverschweißen, oder Verlöten, insbesondere Tauchlöten, miteinander verbunden werden.
Description
Beschreibung
Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine und Verfahren zum Fertigen desselben
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Rotor für eine elektrische
Asynchronmaschine mit einem Kurzschlusskäfig. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Fertigen eines solchen Rotors.
Stand der Technik
Elektrische Asynchronmaschinen werden als Motoren und/oder Generatoren für vielfältige Zwecke eingesetzt. Insbesondere werden elektrische
Asynchronmaschinen derzeit für einen Einsatz in Elektro- oder
Hybridkraftfahrzeugen entwickelt. Elektrische Asynchronmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass in einem Rotor keine Permanent- oder Elektromagnete angeordnet sind, sondern statt dessen ein sogenannter Kurzschlusskäfig an dem Rotor vorgesehen wird, in dem durch äußere variierende Magnetfelder, welche von Spulen in einem Stator erzeugt werden, Ströme generiert werden. Der Rotor wird auch als Kurzschlussringläufer bezeichnet. Durch die in dem
Kurzschlusskäfig generierten Ströme werden wiederum Magnetfelder erzeugt, die mit dem äußeren Magnetfeld wechselwirken, so dass ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt wird.
Das magnetische Feld einer Asynchronmaschine mit Kurzschlusskäfig setzt sich im Allgemeinen aus einer Grundwelle und einer oder mehreren Oberwellen zusammen. Üblicherweise ist die Arbeitswelle, mit der das Drehmoment erzeugt wird, die Grundwelle. In Sonderfällen kann allerdings auch eine Oberwelle als
Arbeitswelle genutzt werden. Durch Grundwelle und Oberwellen werden in dem Kurzschlusskäfig des Rotors Ströme erzeugt, wobei nur derjenige Strom erwünscht ist, der durch die Arbeitswelle erzeugt wird. Die übrigen Ströme sind in der Regel unerwünscht, da sie den Rotor zusätzlich erwärmen und für Verluste sorgen.
Der Kurzschlusskäfig eines Rotors einer Asynchronmaschine besteht häufig aus Metallstäben, die parallel zur Rotationsachse des Rotors verlaufen, sowie aus Kurzschlussringen, die die Enden der Metallstäbe miteinander verbinden. Bei einer herkömmlichen Asynchronmaschine sind in der Regel alle Metallstäbe einer Rotorwicklung über Kurzschlussringe kurzgeschlossen und somit parallel geschaltet.
Wird diese Parallelschaltung zumindest teilweise aufgehoben, so kann eine Entstehung der unerwünschten, beispielsweise durch Oberwellen erzeugten Ströme, in dem Kurzschlusskäfig bis zu einem gewissen Grad unterdrückt werden. Statt einer Parallelschaltung von allen Metallstäben des
Kurzschlusskäfigs wird dabei z.B. nur eine Untergruppe von Metallstäben, beispielsweise nur jeder dritte Metallstab, kurzgeschlossen, so dass drei voneinander getrennte Kurzschlussringe entstehen. Ein solcher Ansatz ist beispielsweise in US 3 987 324 beschrieben. Ein alternativer Ansatz ist in US 2 037 532 beschrieben.
Offenbarung der Erfindung
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine vorteilhafte alternative Ausgestaltung eines Rotors für eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Kurzschlusskäfig. Insbesondere wird eine einfache, kostengünstige
Herstellbarkeit ermöglicht. Weitere Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung ermöglichen ein vorteilhaftes alternatives Verfahren zum Fertigen eines solchen Rotors.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Kurzschlusskäfig beschrieben, wobei der Rotor einen Rotorkörper, mehrere Metallstäbe sowie mehrere
Kurzschlussringe aufweist. Der Rotorkörper weist nahe seiner Mantelfläche, d.h. benachbart oder an seiner Mantelfläche, eine Mehrzahl von Ausnehmungen auf, die in Umfangsrichtung des Rotorkörpers voneinander beabstandet sind. Die Ausnehmungen verlaufen vorzugsweise in axialer Richtung, d.h. parallel zu einer Längsachse des Rotors. Die Metallstäbe sind derart in diesen Ausnehmungen angeordnet, dass alle Metallstäbe in einem gleichen Abstand zu einer
Rotationsachse des Rotors angeordnet sind und dass jeder der Metallstäbe axial über beide Stirnflächen des Rotorkörpers übersteht. Die Kurzschlussringe schließen Metallstäbe elektrisch miteinander kurz. An jeder der Stirnflächen des Rotorkörpers sind mehrere Kurzschlussringe axial hintereinander gestapelt angeordnet, wobei jeder der Kurzschlussringe lediglich mit einer Untergruppe der Metallstäbe elektrisch verbunden ist und wobei die an einer Stirnfläche angeordneten Kurzschlussringe voneinander elektrisch isoliert sind. Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden:
Wie einleitend beschrieben, kann es bei einem Rotor für eine
Asynchronmaschine vorteilhaft sein, nicht alle Metallstäbe eines
Kurzschlusskäfigs gemeinsam über Kurzschlussringe kurzzuschließen, sondern statt dessen die Gesamtheit der Metallstäbe in Untergruppen zu unterteilen und die Metallstäbe einer einzelnen Untergruppe über dieser Untergruppe
zugeordnete Kurzschlussringe kurzzuschließen. Eine Untergruppe kann somit eine Anzahl von Metallstäben aufweisen, die geringer ist als die Gesamtanzahl von Metallstäben in dem Rotor. Eine Summe der in allen Untergruppe
enthaltenen Metallstäbe entspricht dabei der Gesamtanzahl von Metallstäben in dem Rotor. Die den einzelnen Untergruppen von Metallstäben zugeordneten Kurzschlussringe sollen dabei voneinander elektrisch isoliert sein. In der vorgeschlagenen Ausgestaltung des Rotors können dabei alle Metallstäbe des Kurzschlusskäfigs im gleichen Abstand zur Rotationsachse des Rotors angeordnet sein und die Kurzschlussringe können so ausgestaltet sein, dass jeder der Kurzschlussringe lediglich die Metallstäbe einer einzelnen Untergruppe von Metallstäben elektrisch kontaktiert und gegenüber den anderen Metallstäben anderer Untergruppen sowie gegenüber den anderen Kurzschlussringen elektrisch isoliert ist. Eine solche kurzschließende Verschaltung von Metallstäben
eines Kurzschlusskäfigs unterteilt nach Untergruppen kann, wie weiter unten im Detail mit Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, einfach und mit kostengünstig herstellbaren Komponenten realisiert werden. Gemäß einer Ausführungsform können die Kurzschlussringe beispielsweise mit einem geschlossenen Ring ausgebildet sein, von dem in radialer Richtung Zähne abstehen, so dass der Ring und benachbarte Zähne jeweils eine Ausnehmung begrenzen. Der Querschnitt einer solchen Ausnehmung kann im Wesentlichen gleich einem Querschnitt einer angrenzen Ausnehmung im Rotorkörper sein.
Mit anderen Worten können die Kurzschlussringe beispielsweise mit einem innenliegenden geschlossenen Ring ausgestaltet sein, von dem radial nach außen Zähne abstehen, so dass zwischen benachbarten Zähnen ein Freiraum verbleibt, der im Wesentlichen mit den durch die Ausnehmungen im Rotorkörper gebildeten Freiräumen fluchtet, so dass Metallstäbe des Kurzschlusskäfigs in eine Ausnehmung in dem Rotorkörper eingelegt werden können und dann zugehörige Kurzschlussringe an die Stirnflächen des Rotorkörpers angebracht werden können, wobei die Metallstäbe in die Freiräume zwischen benachbarten Zähnen dieser Kurzschlussringe eingreifen können. Die geschlossenen Ringe aller dieser Kurzschlussringe können dabei einen gleichen Durchmesser aufweisen und somit in axialer Richtung des Rotors hintereinander gestapelt angeordnet werden. An jedem der Kurzschlussringe ist eine Anzahl von Zähnen vorgesehen, die wesentlich geringer ist als die Anzahl der Metallstäbe des Kurzschlusskäfigs, da mit jedem der Kurzschlussringe lediglich eine Untergruppe der Metallstäbe in elektrischem Kontakt sein soll und somit die Zähne eines
Kurzschlussrings lediglich Ausnehmungen zum Aufnehmen der Metallstäbe dieser Untergruppe bilden sollen.
Gemäß einer Ausführungsform können alle Kurzschlussringe mit einer identischen Geometrie ausgebildet sein. Insbesondere kann der geschlossene
Ring sowie die Anzahl und Form der Zähne bei allen Kurzschlussringen identisch sein. Es kann daher genügen, einen einzigen Typus von Kurzschlussringen auszubilden und mehrere solcher identischer Kurzschlussringe
hintereinandergestapelt, aber in unterschiedlichen Ausrichtungen, an einer Stirnfläche des Rotorkörpers anzuordnen, um die verschiedenen Untergruppen
von Metallstäben zu kontaktieren. Insbesondere können alle Kurzschlussringe identisch ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform können die an einer der Stirnflächen des Rotors angeordneten Kurzschlussringe dabei in Umfangsrichtung relativ zueinander versetzt zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten können die
Kurzschlussringe zwar beispielsweise alle mit einer identischen Geometrie ausgebildet sein, da sie jedoch in Umfangsrichtung mit einem gewissen
Winkelversatz relativ zueinander angeordnet sind, kann jeder der
Kurzschlussringe, z.B. über die daran radial nach außen abragenden Zähne, eine andere Untergruppe der Metallstäbe elektrisch kontaktieren und die
Metallstäbe dieser Untergruppe untereinander kurzschließen.
Auch die Metallstäbe können alle mit der gleichen Geometrie ausgebildet sein, sodass nur ein einziger Typus von Metallstäben vorgehalten werden braucht. Alternativ können zwar alle Metallstäbe einer Untergruppe identisch ausbildet sein, die Metallstäbe verschiedener Untergruppen können sich jedoch voneinander unterscheiden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die Metallstäbe und die Kurzschlussringe als separate Bauteile ausgebildet, die stoffschlüssig
miteinander verbunden sind. Beim Fertigen eines solchen Rotors können die Metallstäbe und die Kurzschlussringe als solche separaten Bauteile bereitgestellt werden und dann stoffschlüssig, beispielweise durch Schweißen oder Löten, miteinander verbunden werden.
Herkömmlich werden die Kurzschlusskäfige einer Asynchronmaschine häufig als einteilige Komponente mit Hilfe von Metallgussverfahren hergestellt. Metallstäbe und Kurzschlussringe werden dabei als eine einzige Komponente gegossen.
Allerdings kann es insbesondere bei Rotoren für große Asynchronmaschinen sehr schwierig oder gar unmöglich sein, den gesamten Kurzschlusskäfig als integrales Bauteil zu gießen. Es kann daher vorteilhaft sein, die Metallstäbe und die Kurzschlussringe zunächst separat herzustellen und erst nachträglich miteinander zu verbinden. Die Metallstäbe können beispielsweise stranggezogen oder gegossen werden. Die Kurzschlussringe können z.B. aus Metallblechen
feingestanzt werden oder ebenfalls gegossen werden. Insbesondere die
Möglichkeit, die Kurzschlussringe aus Blechen feinzustanzen und ihnen dabei die gewünschte Geometrie zu geben, ermöglicht eine einfache Herstellung der Kurzschlussringe, insbesondere wenn alle Kurzschlussringe mit der identischen Geometrie ausgebildet werden sollen und daher nur ein einziges
Feinstanzwerkzeug nötig ist.
Die derart als separate Bauteile bereitgestellten Metallstäbe und
Kurzschlussringe können nachfolgend vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden, um einerseits einen geringen elektrischen Widerstand zwischen diesen Bauteilen und andererseits einen festen mechanischen Verbund erzeugen zu können.
Insbesondere können die Metallstäbe und die Kurzschlussringe im Bereich einer Mantelfläche der Kurzschlussringe und/oder im Bereich einer Stirnfläche der Kurzschlussringe miteinander verbunden werden.
Beispielsweise können die Kurzschlussringe zuerst axial hintereinander gestapelt werden und dann im Bereich ihrer Mantelfläche mit den z.B. in Ausnehmungen der Kurzschlussringe eingelegten Enden der Metallstäbe verschweißt, insbesondere laserverschweißt, oder verlötet werden.
Alternativ kann jeweils ein Kurzschlussring entlang seiner Stirnfläche mit den in dessen Ausnehmungen eingelegten Enden der Metallstäbe verschweißt werden und dann ein nächster Kurzschlussring dahinter gestapelt werden und ebenfalls entlang seiner Stirnfläche mit den Enden der Metallstäbe verschweißt werden, und so weiter.
Gemäß einer Ausführungsform können die Metallstäbe und die Kurzschlussringe durch ein Verlöten in einem Tauchbad miteinander verbunden. Dabei können vorzugsweise alle Metallstäbe mit den zugehörigen Kurzschlussringen an einer Seite des Rotorkörpers in einem einzigen Verarbeitungsschritt verlötet werden.
Bei dem beschriebenen Rotor und durch das zu dessen Fertigung einsetzbare Verfahren können Metallstäbe und Kurzschlussringe vorteilhafterweise mit Kupfer und/oder einer Kupferlegierung ausgebildet sein. Kupfer bzw.
Kupferlegierungen haben einen besonders niedrigen spezifischen elektrischen Widerstand, so dass es in einem mit einem solchen Material gebildeten
Kurzschlusskäfig zu geringen elektrischen Verlusten kommen kann. Allerdings sind Kurzschlusskäfige aus Kupfer oder einer Kupferlegierung kaum mit größeren Abmessungen in Metallgussverfahren herstellbar. Bei den
beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung können die Komponenten des Kurzschlusskäfigs als kleinere Bauteile separat ausgebildet und erst nachträglich miteinander verbunden werden. Da alle Metallstäbe eine identische Geometrie aufweisen können und alle Kurzschlussringe ebenfalls eine identische Geometrie aufweisen können, brauchen hierfür lediglich zwei verschiedene Typen von Bauteilen vorgehalten zu werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile von
Ausführungsformen der Erfindung hierin teilweise mit Bezug auf einen Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine und teilweise mit Bezug auf ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Rotors beschrieben sind. Ein Fachmann wird erkennen, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise ausgetauscht bzw. kombiniert oder von dem Rotor auf das Verfahren bzw. umgekehrt übertragen werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die
Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Rotors für eine elektrische Asynchronmaschine.
Fig. 2 zeigt eine weitere perspektivische Teilansicht des in Fig. 1 dargestellten Rotors als teilweise Explosionsansicht.
Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche bzw. ähnliche Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung In den Fig. 1 und 2 ist eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors für eine elektrische Asynchronmaschine dargestellt. Ein Verfahren zum
Herstellen eines solchen Rotors wird mit Bezugnahme auf diese Figuren beschrieben. Der Rotor 1 weist im Wesentlichen eine Hohlzylinder-Geometrie auf. Ein
Rotorkörper 3 wird dabei aus einer Vielzahl in axialer Richtung hintereinander gestapelter kreisringförmiger Bleche (nicht dargestellt) zusammengesetzt. Jedes dieser Bleche kann in eine geeignete Kreisring- Form gestanzt werden. Ferner sind in jedem der Bleche Aussparungen ausgestanzt. Die Bleche sind derart hintereinander angeordnet, dass diese Aussparungen miteinander fluchten und zusammen längliche Ausnehmungen 5 innerhalb des Rotorkörpers 3 bilden. Die Ausnehmungen 5 erstrecken sich dabei parallel zur Längsachse, d.h. parallel zur Rotationsachse des Rotors. Entlang des Umfangs des Rotorkörpers 3 ist eine Vielzahl solcher Ausnehmungen 5 vorgesehen, die voneinander vorzugsweise in gleichmäßigen Abständen beabstandet sind.
In den derart mit Ausnehmungen 5 versehenen Rotorkörper 3 werden dann in jede der Ausnehmungen 5 jeweils ein länglicher Metallstab 7 eingelegt bzw. eingesteckt. Die Metallstäbe 7 können hierbei eine Länge aufweisen, die länger ist als die Länge des Rotorköpers 3, so dass die Metallstäbe 7 an beiden
Stirnseiten des Rotorkörpers 3 über diesen hinausstehen. Ein Querschnitt der Stäbe 7 kann in dem Bereich, in dem diese in die Ausnehmungen 5 des
Rotorkörpers 3 eingelegt sind, dem Querschnitt der Ausnehmungen 5
entsprechen, so dass die Stäbe 7 passgenau in die Ausnehmungen 5 eingelegt werden können. An den über den Rotorkörpern 3 überstehenden Enden können die Metallstäbe 7 andere Querschnitte aufweisen als die Aussparungen im Paket. Die Metallstäbe 7 können stranggepresst sein. Anschließend können die
Metallstäbe 7 geeignet auf Länge abgesägt werden. Die Metallstäbe 7 können aus Kupfer, insbesondere Reinkupfer oder aus einer Kupferlegierung bestehen.
Um die Metallstäbe 7 miteinander zu verschalten, werden an den Stirnflächen des Rotorkörpers 3 jeweils mehrere Kurzschlussringe 9', 9", 9"' angeordnet. Jeder der Kurzschlussringe 9', 9", 9"' weist einen geschlossenen, vorzugsweise innen liegenden Ring 11 sowie von diesem Ring in radialer Richtung abstehende Zähne 13 auf. Diese Zähne 13 begrenzen zusammen mit dem Ring 11 jeweils Ausnehmungen 15, in die die Enden zugeordneter Metallstäbe 7 eingeführt sein können. Die Kurzschlussringe 9', 9", 9"' können beispielsweise aus Kupferblech feingestanzt sein.
Bei dem dargestellten Rotor 1 wird somit ein gesteckter Rotorkäfig, d.h. ein aus einer Vielzahl separater Bauteile zusammengesetzter Rotorkäfig eingesetzt und nicht eine gegossene Variante.
Die Metallstäbe 7 sind dabei alle in einem gleichen Abstand zu einer
geometrischen Mitte des Rotors 1, d.h. zu einer Rotationsachse des Rotors 1 angeordnet.
Wie in den Figuren gut zu erkennen, ist jeder der im Beispiel dargestellten drei Kurzschlussringe 9', 9", 9"' an jeder Stirnseite des Rotorkörpers 3 nicht mit allen der Metallstäbe 7 verbunden. Statt dessen kontaktiert jeder der Kurzschlussringe 9', 9", 9"' jeweils nur eine Untergruppe von Metallstäben 7.
Im dargestellten Beispiel kontaktiert einer der Kurzschlussringe 9', 9", 9"' jeweils drei direkt nebeneinander angeordnete Metallstäbe 7, ist dann aber nicht mit den daran anschließenden sechs benachbarten Metallstäben 7 verbunden und kontaktiert erst wieder die an diese anschließenden weiteren drei Metallstäbe. Es sind beliebige andere Konfigurationen vorstellbar, bei denen einzelne
Kurzschlussringe 9', 9", 9"' z. B. immer nur jeden zweiten, jeden dritten oder allgemein jeden X-ten Metallstab 7 entlang der Ausgangsrichtung des
Rotorkörpers 3 kontaktieren.
Generell können alle Kurzschlussringe 9 eine identische Geometrie aufweisen. Die mehreren an einer Stirnseite des Rotorkörpers 3 vorgesehenen
Kurzschlussringe 9', 9", 9"' unterscheiden sich dabei lediglich hinsichtlich ihrer Winkelpositionsanordnung. Mit anderen Worten sind die Kurzschlussringe 9', 9", 9"' in Umfangsrichtung relativ zueinander versetzt zueinander angeordnet. Die
Zähne 13 eines ersten Kurzschlussrings 9' kontaktieren dabei Metallstäbe 7 einer ersten Untergruppe der Metallstäbe, die Zähne 13 eines zweiten
Kurzschlussrings 9" kontaktieren hierzu benachbarte Metallstäbe 7 einer anderen Untergruppe und ein die Zähne 13 eines dritten Kurzschlussrings 9"' stehen in Kontakt mit den restlichen Metallstäben 7.
Die Metallstäbe 7 des Rotorkäfigs können somit mit Hilfe der verschiedenen Kurzschlussringe 9', 9", 9"' sequentiell verschaltet werden, wobei die
Kurzschlussringe je nach Verschaltungsart in unterschiedlichen Winkelpositionen stirnseitig an dem Rotorkörper 3 angeordnet werden. Die Kurzschlussringe 9', 9",
9"' können dabei derart ausgestaltet sein, dass mit einer einzigen Kontur bei einem insgesamt mehrlagigen Kurzschlussring verschiedene Verschaltungen auf beiden Stirnseiten produziert werden können. Bei einer Montage eines Kurzschlusskäfigs können die Metallstäbe 7 zunächst in die Ausnehmungen 5 des Rotorkörpers 3 eingeführt und geeignet positioniert werden. Anschließend können an beiden Stirnflächen des Rotorkörpers 3 oder gegebenenfalls nur an einer dieser Stirnflächen die Kurzschlussringe 9', 9", 9"' aufgesteckt werden, so dass Enden der Metallstäbe 7 in die Ausnehmungen 15 zwischen den Zähnen 13 zugehöriger Kurzschlussringe 9', 9", 9"' eingreifen.
Um die verschiedenen Kurzschlussringe 9', 9", 9"' elektrisch gegeneinander zu isolieren, können zwischen zwei benachbarte Kurzschlussringe jeweils eine Isolationsschicht, beispielsweise in Form einer Isolierscheibe, insbesondere einem isolierenden Papierring, zwischengelagert werden. Alternativ können die
Kurzschlussringe 9', 9", 9"' auch mit einer isolierenden Schicht beschichtet werden. Eine weitere Möglichkeit der Isolation besteht darin, die Scheiben mit einem gewissen axialen Abstand zueinander zu positionieren und den dadurch entstehenden Luftspalt zur gegenseitigen Isolation zu nutzen. Dies hätte weiter den Vorteil, den„gestaffelten" Kurzschlussring zusätzlich mit Hilfe der
Rotordrehung mit Luft zu Kühlen.
Nachdem die Kurzschlussringe 9', 9", 9"' fertig gefügt wurden, können sie mit den in deren Ausnehmungen 15 aufgenommenen Metallstäben 7 stoffschlüssig verbunden werden. Hierbei können die Kurzschlussringe 9', 9", 9"'
beispielsweise mit den Metallstäben 7 verschweißt werden. Beispielsweise
können schmale Spalte an den Schnittstellen zwischen Metallstäben 7 und einem Segment eines der Kurzschlussringe 9', 9", 9"' mittels Laserschweißen geschlossen werden. Ein solches Verschweißen kann entweder axial im Bereich der Mantelfläche des Rotors 1 oder alternativ oder ergänzend radial an dessen Stirnflächen erfolgen.
Alternativ können die Metallstäbe 7 mit den Kurzschlussringen 9', 9", 9"' verlötet werden. Prinzipiell kann ein solches Löten partiell segmentweise durchgeführt werden. Es kann jedoch vorteilhaft sein, alle Metallstäbe 7 mit den an einer Stirnfläche vorgesehenen mehreren Kurzschlussringen 9', 9", 9"' in einem einzigen Arbeitsgang durch Tauchlöten zu verbinden. Während beim
Laserschweißen möglichst gleiche Materialien, insbesondere gleiche
Legierungen miteinander verschweißt werden sollten, können durch Verlöten auch verschiedene Legierungen, insbesondere verschiedene Kupferlegierungen, miteinander verbunden werden.
Zusammenfassend können bei dem vorgeschlagenen Rotor 1 und dem hierzu vorgeschlagenen Herstellungsverfahren ein Kurzschlusskäfig gebildet werden, bei dem einzelne Untergruppen von Metallstäben 7 mit jeweils zugeordneten Kurzschlussringen 9', 9", 9"' untereinander elektrisch kurzgeschlossen sind, aber gegenüber anderen Untergruppen von Metallstäben 7 und zugehörigen
Kurzschlussringen 9', 9", 9"' elektrisch isoliert sind. Ein derart mit Untergruppen ausgebildeter Kurzschlusskäfig kann durch geeignete Wahl und Anordnung der Metallstäbe 7 in den verschiedenen Untergruppen dazu angepasst werden, dass in einer mit einem solchen Rotor 1 versehenen Asynchronmaschine lediglich durch die magnetische Arbeitswelle Ströme in dem Kurzschlusskäfig erzeugt werden, andere Wellen jedoch kaum Ströme induzieren können und es somit nicht zu unerwünschten Wirkungsgradverlusten kommt.
Claims
Ansprüche
Rotor (1 ) für eine elektrische Asynchronmaschine mit einem
Kurzschlusskäfig, aufweisend:
einen Rotorkörper (3),
mehrere Metallstäbe (7);
mehrere Kurzschlussringe (9', 9", 9"');
wobei der Rotorkörper (3) nahe oder an seiner Mantelfläche eine Mehrzahl von Ausnehmungen (5) aufweist, die in Umfangsrichtung des Rotorkörpers (3) voneinander beabstandet sind;
wobei die Metallstäbe (7) derart in den Ausnehmungen (5) angeordnet sind, dass alle Metallstäbe (7) in einem gleichen Abstand zu einer Rotationsachse des Rotors (1 ) angeordnet sind und dass jeder der Metallstäbe (7) axial über beide Stirnflächen des Rotorkörpers (3) übersteht; und
wobei die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') Metallstäbe (7) elektrisch miteinander kurzschließen;
wobei an jeder der Stirnflächen des Rotorkörpers (3) mehrere
Kurzschlussringe (9', 9", 9"') axial bezüglich der Rotationsachse
hintereinander gestapelt angeordnet sind, wobei jeder der Kurzschlussringe (9', 9", 9"') lediglich mit einer Untergruppe der Metallstäbe (7) elektrisch verbunden ist und wobei die an einer Stirnfläche angeordneten
Kurzschlussringe (9', 9", 9"') voneinander elektrisch isoliert sind.
Rotor nach Anspruch 1 , wobei alle Kurzschlussringe (9', 9", 9"') mit einer identischen Geometrie ausgebildet sind.
Rotor nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') mit einem geschlossenen Ring (1 1 ) ausgebildet sind, von dem in radialer Richtung Zähne (13) abstehen, sodass der Ring (1 1 ) und benachbarte Zähne (13) jeweils eine Ausnehmung (15) begrenzen, deren Querschnitt im Wesentlichen gleich einem Querschnitt zugeordneter Metallstäbe (7) in über den Rotorkörper (3) überstehenden Bereichen ist.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die an einer der Stirnflächen des Rotorkörpers (3) angeordneten Kurzschlussringe (9', 9", 9"') in
Umfangsrichtung relativ zueinander versetzt zueinander angeordnet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei alle Metallstäbe (7) mit einer identischen Geometrie ausgebildet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Metallstäbe (7) und die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') als separate Bauteile ausgebildet sind, die stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Metallstäbe (7) und die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') mit Kupfer und/oder einer Kupferlegierung ausgebildet sind.
Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') als feingestanzte Bleche ausgebildet sind.
Verfahren zum Fertigen eines Rotors (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Metallstäbe (7) und die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') als separate Bauteile bereitgestellt werden und dann stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
0. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die die Metallstäbe (7) und die
Kurzschlussringe (9', 9", 9"') im Bereich einer Mantelfläche der
Kurzschlussringe (9', 9", 9"') und/oder im Bereich einer Stirnfläche der Kurzschlussringe (9', 9", 9"') miteinander verbunden werden. 1 . Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, wobei die die Metallstäbe (7) und die Kurzschlussringe (9', 9", 9"') durch Tauchbad-Löten miteinander verbunden werden.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE201310223054 DE102013223054A1 (de) | 2013-11-13 | 2013-11-13 | Rotor für eine elektrische Asynchronmaschine und Verfahren zum Fertigen desselben |
| DE102013223054.0 | 2013-11-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2015071090A2 true WO2015071090A2 (de) | 2015-05-21 |
| WO2015071090A3 WO2015071090A3 (de) | 2015-08-06 |
Family
ID=51870998
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/EP2014/073100 WO2015071090A2 (de) | 2013-11-13 | 2014-10-28 | Rotor für eine elektrische asynchronmaschine und verfahren zum fertigen desselben |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102013223054A1 (de) |
| WO (1) | WO2015071090A2 (de) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110943583A (zh) * | 2018-09-25 | 2020-03-31 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 制造感应转子的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102017206520A1 (de) | 2017-04-18 | 2018-10-18 | Audi Ag | Verfahren zur Herstellung eines Kurzschlussrotors und Kurzschlussrotor |
| DE102018129677B3 (de) | 2018-11-26 | 2019-12-05 | Voith Patent Gmbh | Rotor für eine elektrische Maschine |
| FR3118545B1 (fr) | 2020-12-24 | 2023-11-24 | Somfy Activites Sa | Rotor pour un moteur électrique, moteur électrique comprenant un tel rotor et procédé de fabrication d’un tel rotor |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2037532A (en) | 1934-11-02 | 1936-04-14 | Gen Electric | Induction motor secondary |
| US2292168A (en) * | 1940-07-29 | 1942-08-04 | Allis Louis Co | Induction motor |
| CH564876A5 (de) * | 1973-11-15 | 1975-07-31 | Bbc Brown Boveri & Cie | |
| US3987324A (en) | 1974-05-20 | 1976-10-19 | General Electric Company | High efficiency induction motor with multi-cage rotor |
| JP2670986B2 (ja) * | 1995-02-09 | 1997-10-29 | 明 千葉 | 電磁回転機械 |
| DE102006021419B4 (de) * | 2006-05-05 | 2024-05-16 | Sew-Eurodrive Gmbh & Co Kg | Elektromotor |
-
2013
- 2013-11-13 DE DE201310223054 patent/DE102013223054A1/de not_active Withdrawn
-
2014
- 2014-10-28 WO PCT/EP2014/073100 patent/WO2015071090A2/de active Application Filing
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110943583A (zh) * | 2018-09-25 | 2020-03-31 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 制造感应转子的方法 |
| CN110943583B (zh) * | 2018-09-25 | 2021-11-12 | 通用汽车环球科技运作有限责任公司 | 制造感应转子的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102013223054A1 (de) | 2015-05-13 |
| WO2015071090A3 (de) | 2015-08-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP3038233B1 (de) | Permanentmagnet-synchronmotor und elektrische servolenkung | |
| EP2961039A1 (de) | Mechanisch stabilisierter Rotor für einen Reluktanzmotor | |
| EP3189582B1 (de) | Rotor einer elektrischen maschine, elektrische maschine und verfahren zum herstellen eines rotors einer elektrischen maschine | |
| DE202010015364U1 (de) | Bürstenloser Elektromotor oder Generator in Schalenbauweise | |
| DE102012206345A1 (de) | Magnetische Reluktanzkupplung mit zwei Rotoren | |
| DE102010032764A1 (de) | Elektrische Maschine und Stator für dieselbe | |
| DE102020101149A1 (de) | Axialflussmaschine mit mechanisch fixierten Statorkernen mit radial verlaufenden Blechsegmenten | |
| WO2015071090A2 (de) | Rotor für eine elektrische asynchronmaschine und verfahren zum fertigen desselben | |
| DE112015002516T5 (de) | Elektrische Rotationsmaschine und Herstellungsverfahren für eine elektrische Rotationsmaschine | |
| EP2601726A2 (de) | Wicklungszahn und komponente für eine elektrische maschine zur reduzierung von wirbelströmen | |
| WO2016055199A2 (de) | Käfigläufer für eine elektrische asynchronmaschine mit einen kurzschlussring stabilisierenden zugankern | |
| EP4070436A1 (de) | Axialflussmaschine mit radial verlaufende blechsegmente aufweisendem stator | |
| EP3145059A1 (de) | Käfigläufer | |
| DE112014002642T5 (de) | Bürstenloser Motor des Innenläufertyps | |
| EP1162720A2 (de) | Blechlamellen für Blechpakete von rotierenden elektrischen Maschinen sowie Verfahren zur Herstellung von solchen Blechlamellen | |
| DE102015202004A1 (de) | Käfigläuferrotor mit stabilem Kurzschlussring für eine elektrische Asynchronmaschine sowie Verfahren zum Fertigen desselben | |
| DE102020129142B4 (de) | Läufer für eine rotierende elektrische Maschine | |
| EP3472922B1 (de) | Rotor für eine elektrische asynchronmaschine mit angegossenem käfigläufer, elektrische maschine und herstellungsverfahren | |
| WO2012089404A2 (de) | Wicklungszahn für eine elektrische maschine, maschinenkomponente und elektrische maschine | |
| DE102008000706A1 (de) | Stator für eine elektrische Maschine sowie Elektromotor | |
| DE102004008688B4 (de) | Linearmotor | |
| DE102014208715A1 (de) | Flussleitelement für eine elektrische Maschine, Maschinenkomponente, elektrische Maschine und Verfahren zum Aufbau einer elektrischen Maschine | |
| EP3657635A1 (de) | Rotor für eine asynchronmaschine mit verlustoptimierter stabgeometrie, asynchronmaschine sowie verfahren | |
| DE102020115957A1 (de) | Rotor und Motor | |
| AT515989B1 (de) | Kurzschlussrotor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 14795990 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 14795990 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |