WO2015188985A1 - Elektrische asynchronmaschine mit innen liegendem stabilisierungsring für den kurzschlussring - Google Patents

Elektrische asynchronmaschine mit innen liegendem stabilisierungsring für den kurzschlussring Download PDF

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WO2015188985A1
WO2015188985A1 PCT/EP2015/059851 EP2015059851W WO2015188985A1 WO 2015188985 A1 WO2015188985 A1 WO 2015188985A1 EP 2015059851 W EP2015059851 W EP 2015059851W WO 2015188985 A1 WO2015188985 A1 WO 2015188985A1
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WO
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ring
short
stabilizing ring
circuit
asynchronous machine
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Application number
PCT/EP2015/059851
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English (en)
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Inventor
Barlas Turgay
Harald Laue
Dirk Bluemmel
Stefan Einbock
Alexander Furgeri
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K17/00—Asynchronous induction motors; Asynchronous induction generators
    • H02K17/02—Asynchronous induction motors
    • H02K17/16—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors
    • H02K17/20—Asynchronous induction motors having rotors with internally short-circuited windings, e.g. cage rotors having deep-bar rotors

Definitions

  • An electric asynchronous machine which has a rotor, a stator surrounding the rotor, a short-circuit cage arranged on the rotor and one or more stabilizing rings.
  • the rotor has a rotor body and a shaft passing therethrough, wherein the rotor body is typically formed as a laminated core with a plurality of thin iron sheets.
  • the iron sheets may be preformed, for example, stamped into an appropriate shape and then stacked to form the rotor body. Through a central recess in the rotor body through the shaft can be arranged.
  • the rotor body may also suitable
  • the spring element may be elastically resilient and exert an axial clamping force on the stabilizing ring and thus the associated short-circuit ring.
  • Stabilizing rings are made with such protruding projections in advance and then placed in the manufacture of the rotor on the rotor body and then the components of the short-circuit cage are poured, whereby the projecting from the stabilizing ring projections are surrounded and can be molded positively into the short-circuit ring.
  • a shape of the projecting protrusions may be T-shaped or wavy to ensure a better fit.
  • the stabilizing ring can additionally or instead of the projections protruding in the radial direction also have protruding projections in the axial direction, which engage positively in the rotor body.
  • Such axially protruding projections can protrude positively, for example, in a laminated core of the rotor body and over several
  • FIGS. 1 a-d show longitudinal and transverse plan views of an electrical
  • the rotor 5 has a rotor body 6, which consists of a plurality of thin, stacked laminations
  • Punches 16 formed grooves are rods 1 1 arranged a shorting cage 7 therethrough. At the ends of these shorting rods 1 1 are each provided by a on an end face of the rotor body 6
  • FIG. 2 a shows an asynchronous electrical machine according to an embodiment of the present invention.
  • the dashed bordered area is shown in addition in an enlarged view. Radial within the
  • Short-circuit ring 13 is additionally a stabilizing ring 19 of a high-strength metal alloy, such as a copper-beryllium alloy arranged.
  • the stabilizing ring 19 can stabilize the less stable short-circuit ring 13, in particular at high rotational speeds of the electric asynchronous machine 1 via the cohesive connection and, for example, prevent the short-circuit ring 13 from deforming radially outwards due to centrifugal forces.
  • Fig. 2b shows the stabilizing ring 19 in plan view. Its outer diameter corresponds to the inner diameter of the short-circuit ring 13. Sein
  • Inner diameter is usually greater than the outer diameter of the shaft 9, so that a gap 10 between the shaft 9 and the stabilizing ring 19 remains.
  • a plurality of recesses 21 are provided in the stabilizing ring 19. These recesses 21 serve as provisions 20 for forming balancing marks.
  • the recesses 21 for example, small weights can be glued or screwed to balance the rotor 5 of the asynchronous machine.
  • the provisions 20 may be formed as projecting webs (not shown), which can be suitably shortened or removed for balancing the electric machine. It can be much more than the four shown in Fig. 2b
  • Short-circuit ring 13 and has in a maximum distance from the rotor body 6 a radially outwardly projecting portion 25 which is not radially, but axially adjacent to the short-circuit ring 13.
  • Circlip 19 can thus not only along the radial boundary surface B, but also supporting along the axial interface A on the
  • Rotor body 5 are fixed, for example, also by material-coherent connection, for example by welding by means of suitable
  • Circlip 19 is taken care of.
  • Rotor body 6 engage.
  • the retaining ring 19 may also be welded or glued to the rotor body 6. 6, an embodiment is shown, in which the stabilizing ring 19 engages in the short-circuit ring 13 via a thread 31. On the outer circumference of the locking ring 19 and on the inner circumference of the short-circuit ring 13 matching fine thread are formed. The securing ring 19 can be screwed into the short-circuit ring 13 until its axially inner surface comes into contact with the rotor body 6. There are at the
  • Circlip 19 finally digs, can be exercised by screwing into the thread 31 an illustrated by the arrow 36 outward-acting train on the short-circuit ring 13 and thus on the short-circuit cage.
  • Insulating layer 39 are arranged, for example, high-strength, non-conductive plastic or ceramic.
  • the rotor of an asynchronous machine can be optimally designed electrically, since the stabilizing stabilizing ring 19 is designed at the inner diameter of the asynchronous machine
  • Short-circuit ring 13 can be connected cohesively.
  • Example over 20,000 rpm while maintaining a favorable basic design can be reached.
  • the short circuit cage can continue in the
  • An active air gap does not necessarily increase over known solutions.
  • Balancing marks can be easily applied without reducing the strength of a short-circuiting ring made of aluminum, for example.
  • Fatigue behavior can be positively influenced.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Induction Machinery (AREA)

Abstract

Es wird eine elektrische Asynchronmaschine mit einem Rotor (5), einem den Rotor umschließenden Stator, einen an dem Rotor angeordneten Kurzschlusskäfig (7) und Sicherungsringen (19) vorgeschlagen. Die Sicherungsringe (19) sind dabei radial innerhalb von Kurzschlussringen (13) des Kurzschlusskäfigs (7) angeordnet und an diesen beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung fixiert. Der Kurzschlusskäfig (7) kann hierdurch stabilisiert werden, so dass er sich beispielsweise unter Einwirkung hoher Fliehkräfte kaum deformiert. Eigenschaften der Asynchronmaschine wie beispielsweise ein Luftspalt werden durch den innen liegenden Stabilisierungsring (19) nicht negativ beeinflusst.

Description

Beschreibung
Elektrische Asynchronmaschine mit innen liegendem Stabilisierungsring für den Kurzschlussring
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Asynchronmaschine mit einem mechanisch stabilisierten Kurzschlusskäfig.
Elektrische Maschinen können unter anderem als Antriebsmaschinen oder Generatoren in kommenden Elektro- und Hybridfahrzeugen eingesetzt werden. Eine vorteilhafte Bauart einer elektrischen Maschine stellt hierbei eine sogenannte Asynchronmaschine dar.
Eine Asynchronmaschine weist unter anderem einen Rotor, einen Stator und ein Gehäuse auf. In dem Rotor sind dabei im Allgemeinen keine Permanentmagnete vorgesehen. Stattdessen ist der Rotor mit einem sogenannten Kurzschlusskäfig ausgebildet und wird deswegen auch als Kurzschlussläufer bezeichnet. Der Kurzschlusskäfig weist längliche Stäbe auf, die an ihren Enden jeweils durch einen Kurzschlussring miteinander verbunden sind. Sowohl die Stäbe als auch der Kurzschlussring bestehen aus elektrisch leitfähigem Material. Durch beispielsweise über Spulen des Stators von außen induzierte Magnetfelder können in dem Kurzschlusskäfig elektrische Ströme induziert werden. Aufgrund der dabei entstehenden magnetischen Felder können Kräfte auf den Rotor ausgeübt und dieser in Rotation versetzt werden.
Bei hochdrehenden Maschinen mit erreichbaren Drehzahlen von beispielsweise mehr als 5000 U/min wird der Kurzschlusskäfig mit seinen Stäben und
Kurzschlussringen durch Fliehkräfte nach außen hin zu dem Stator belastet. Insbesondere bei wechselnden Drehzahlen, wie sie beispielsweise im Fahrzeugbetrieb vorkommen, sollten Bruch- oder Verformungsgefahren minimiert werden.
Offenbarung der Erfindung
Ausführungsformen erfindungsgemäßer elektrischer Asynchronmaschinen ermöglichen unter anderem eine Minimierung von Verformungen des
Kurzschlusskäfigs, insbesondere der Kurzschlussringe, aufgrund von
Fliehkräften während des Betriebs der Asynchronmaschine.
Es wird eine elektrische Asynchronmaschine vorgeschlagen, welche einen Rotor, einen den Rotor umschließenden Stator, einen an dem Rotor angeordneten Kurzschlusskäfig sowie einen oder mehrere Stabilisierungsringe aufweist. Der Rotor verfügt über einen Rotorkörper und eine durch diesen hindurch laufende Welle, wobei der Rotorkörper typischerweise als Blechpaket mit einer Vielzahl von dünnen Eisenblechen ausgebildet ist. Die Eisenbleche können vorgeformt werden, beispielsweise durch Stanzen in eine geeignete Form gebracht werden, und dann übereinandergestapelt werden, um den Rotorkörper zu bilden. Durch eine zentrale Ausnehmung in dem Rotorkörper hindurch kann die Welle angeordnet werden. In dem Rotorkörper können ferner geeignete
Ausnehmungen, beispielsweise in Form von Nuten, ausgebildet sein, durch die hindurch längliche Stäbe des Kurzschlusskäfigs parallel zu einer Rotorachse in dem Rotorkörper angeordnet werden können. An Stirnflächen des Rotorkörpers kann jeweils ein Kurzschlussring vorgesehen sein, mithilfe dessen die über den Rotorkörper im Allgemeinen überstehenden Stäbe miteinander mechanisch und elektrisch verbunden werden können. Die Stabilisierungsringe dienen dazu, die Kurzschlussringe mechanisch zu stabilisieren. Die vorgeschlagene
Asynchronmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass jeder der
Stabilisierungsringe radial innerhalb eines zugehörigen der Kurzschlussringe angeordnet ist.
Ideen zu Ausführungsformen der vorgeschlagenen elektrischen
Asynchronmaschine können unter anderem als auf den nachfolgend
beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden. Wie einleitend angemerkt, wurde erkannt, dass bei hochdrehenden elektrischen Maschinen starke Fliehkräfte auf Komponenten der Maschine wirken können. Der Kurzschlusskäfig eines Rotors ist typischerweise mit einem Material ausgebildet, welches sehr geringe elektrische Widerstände innerhalb des Kurzschlusskäfigs ermöglicht, um hohe Wirbelströme induzieren zu können.
Beispielsweise werden für den Kurzschlusskäfig hochreines Aluminium oder Kupfer eingesetzt. Allerdings weisen solche Materialien häufig keine hohe mechanische Festigkeit auf, so dass der Kurzschlusskäfig unter Fliehkräften zu Deformationen neigen kann.
Um beispielsweise die Kurzschlussringe eines Kurzschlusskäfigs mechanisch zu stabilisieren, könnten Ringe aus mechanisch stabilerem Material, wie zum Beispiel Kupfer-Beryllium, außen um die Kurzschlussringe herum angeordnet werden. Alternativ könnten auch von außen angebrachte Armierungen beispielsweise aus einem Kohlefaser- Verbundgewebe den gesamten Rotor einschließlich des Kurzschlusskäfigs umschließen. Allerdings können solche Lösungen einen Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Stator und somit die induktive Einkopplung von Magnetfeldern vom Stator in den Rotor negativ beeinflussen und/oder kostenintensiv zu fertigen sein.
Es wird daher vorgeschlagen, die Kurzschlussringe mithilfe radial innen liegender Stabilisierungsringe mechanisch zu stabilisieren. Ein Stabilisierungsring kann dabei innerhalb eines Kurzschlussrings angeordnet sein und mit dem
Kurzschlussring derart verbunden sein bzw. an diesem fixiert sein, dass Kräfte von dem Kurzschlussring auf den Stabilisierungsring übertragen werden können.
Da der Stabilisierungsring eine höhere mechanische Festigkeit aufweisen kann als dies typischerweise bei dem Kurzschlussring der Fall ist, kann der
Kurzschlussring von innen her gehalten und daher weitgehend daran gehindert werden, sich zu deformieren.
Hierdurch kann insbesondere eine statische und/oder zyklische
Drehzahlfestigkeit des Rotors sowie eine Akustik und ein Schwingverhalten der Stäbe des Kurzschlusskäfigs optimiert werden. Außerdem ist die vorgeschlagene Anordnung von Stabilisierungsringen für eine Großserienfertigung kosten- und funktionsoptimal auslegbar. Im Gegensatz zu Ansätzen mit radial außen liegender mechanischer Stabilisierung kann darüber hinaus beim Vorsehen innen liegender Stabilisierungsringe ein Arbeitsluftspalt der elektrischen Maschine sowie Bereiche mit hohem Stromfluss ähnlich wie bei herkömmlichen
elektrischen Maschinen ausgelegt bleiben. Insgesamt kann mithilfe der Erfindung und ihrer Ausführungsformen eine Art Baukasten für ein und denselben
Grundläufer zur Realisierung eines günstigen Basisläufers und einer Erweiterung um eine akustisch optimierte und/oder an hohe Drehzahlen angepasste Version ermöglicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring mit dem
Kurzschlussring stoffschlüssig verbunden sein. Ein solcher Stoffschluss ermöglicht eine gute Kraftübertragung zwischen dem Stabilisierungsring und dem Kurzschlussring. Insbesondere kann die Kraftübertragung entlang des gesamten Umfangs der Ringe sehr homogen sein. Ein Außenumfang des
Stabilisierungsrings kann dabei an einem Innenumfang des Kurzschlussrings anliegen. Die beiden Ringe können beispielsweise miteinander verschweißt oder verklebt sein. Als Schweißverfahren können beispielsweise Reibschweißen, gegebenenfalls mit vorherigem Beschichten von Oberflächen des Stabilisierungsund/oder Kurzschlussrings, Reibrührschweißen, KE-Schweißen
(Kondensatorentladung), EB-Schweißen (Electron Beam), Laserschweißen und/oder CMT-Fügeverfahren (Cold Metal Transfer) eingesetzt werden.
Alternativ können die beiden Ringe auch mittels hochfestem Klebstoff
stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring mit einer hochfesten Metalllegierung ausgebildet sein. Unter einer hochfesten Metalllegierung kann hierbei insbesondere eine Metalllegierung verstanden werden, die eine höhere mechanische Festigkeit aufweist als die typischerweise für Komponenten des Kurzschlusskäfigs verwendeten Metalle bzw. Metalllegierungen, insbesondere eine höhere Festigkeit als reines Aluminium und/oder reines Kupfer.
Beispielsweise kann der Stabilisierungsring aus Stahl, einer hochfesten
Aluminiumlegierung oder einer Kupfer-Beryllium-Legierung bestehen oder mit einer solchen ausgebildet sein. Es kann außerdem vorteilhaft sein, für den Stabilisierungsring eine Metalllegierung zu verwenden, welche eine geringe Dichte aufweist, um auf diese Weise Fliehkräfte, welche während eines schnell drehenden Betriebs der Asynchronmaschine auf den Stabilisierungsring wirken, minimieren zu können. Gemäß einer Ausführungsform können an dem Stabilisierungsring Vorkehrungen zum Ausbilden von Wuchtmarken vorgesehen sein. Mithilfe von Wuchtmarken kann der Rotor der Asynchronmaschine gewuchtet werden. Wuchtmarken können dabei durch Hinzufügen oder Wegnehmen von Masse an geeigneten
Stellen des Stabilisierungsrings ausgebildet werden. Beispielsweise können in dem Stabilisierungsring Ausnehmungen oder Bohrungen vorgesehen sein, in die kleine Gewichte als Wuchtmarken eingebracht und darin fixiert werden können. Alternativ können an dem Stabilisierungsring Abragungen vorgesehen sein, welche zum Ausbilden von Wuchtmarken geeignet entfernt oder gekürzt werden können. Solche Vorkehrungen zum Ausbilden von Wuchtmarken in Form von Ausnehmungen und/oder Abragungen können entlang des Umfangs des
Stabilisierungsrings mehrfach und vorzugsweise äquidistant vorgesehen sein. Wuchtmarken können somit, additiv und/oder subtraktiv, am höherfesten Material des Stabilisierungsrings ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann in axialer Richtung zwischen dem
Stabilisierungsring und dem Rotorkörper ein Federelement angeordnet sein. Das Federelement kann elastisch federnd sein und eine axiale Spannkraft auf den Stabilisierungsring und somit den damit verbundenen Kurzschlussring ausüben.
Eine erhöhte Verspannung kann sich mindernd auf Beanspruchungen innerhalb des Kurzschlusskäfigs und auf eine Geräuschbildung auswirken. Außerdem kann das Federelement für einen Temperaturkraftausgleich sorgen. Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in radialer Richtung abragende Vorsprünge aufweisen, welche formschlüssig in den Kurzschlussring eingreifen. Solche abragenden Vorsprünge können für eine zusätzliche
Stabilisierung des Kurzschlussrings sorgen. Insbesondere können
Stabilisierungsringe mit solchen abragenden Vorsprüngen bereits vorab gefertigt werden und dann bei der Fertigung des Rotors an dem Rotorkörper angeordnet werden und daraufhin die Komponenten des Kurzschlusskäfigs gegossen werden, wodurch die von dem Stabilisierungsring abragenden Vorsprünge umgössen werden und formschlüssig in den Kurzschlussring eingegossen werden können. Eine Form der abragenden Vorsprünge kann beispielsweise T- förmig oder gewellt sein, um einen besseren Formschluss zu gewährleisten. Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring ergänzend oder statt der in radialer Richtung abragenden Vorsprünge auch in axialer Richtung abragende Vorsprünge aufweisen, welche formschlüssig in den Rotorkörper eingreifen. Solche axial abragenden Vorsprünge können beispielsweise in ein Blechpaket des Rotorkörpers formschlüssig hineinragen und über mehrere
Lamellen tief eingreifen. Die Vorsprünge können beispielsweise eine Form zylindrischer Stifte aufweisen. Über den Umfang des Stabilisierungsrings verteilt können mehrere solche abragende Vorsprünge verteilt angeordnet sein, beispielsweise äquidistant.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in den
Kurzschlussring über ein Gewinde eingreifen, wobei der Stabilisierungsring derart ausgebildet sein kann, dass durch Einschrauben des Stabilisierungsrings in den Kurzschlussring ein nach außen wirkender Zug auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten können an dem Stabilisierungsring und dem Kurzschlussring zueinander passende Gewinde, vorzugsweise
Feingewinde, ausgebildet sein, so dass der Stabilisierungsring in den zuvor ausgebildeten Kurzschlussring eingeschraubt werden kann. Wenn der
Stabilisierungsring weit genug eingeschraubt ist, kann er sich an dem
Rotorkörper abstützen, so dass bei weiterem Einschrauben des
Stabilisierungsrings ein nach außen, weg von dem Rotorkörper wirkender Zug auf den mit dem Stabilisierungsring verschraubten Kurzschlusskäfig,
insbesondere auf dessen Kurzschlussring, ausgeübt werden kann. Die auf den Kurzschlussring ausgeübte ziehende Verspannung kann ein Vermeiden von Deformationen des Kurzschlusskäfigs unterstützen.
In einer solchen Ausgestaltung kann es vorteilhaft sein, den Stabilisierungsring mit in axialer Richtung abragenden Strukturen auszubilden, die derart ausgestaltet sind, dass sie sich an dem Rotorkörper verkrallen können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann der Stabilisierungsring in die Welle über ein Gewinde eingreifen und derart ausgebildet sein, dass durch
Einschrauben des Stabilisierungsrings auf die Welle ein nach innen wirkender Druck auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden kann. Mit anderen Worten können an dem Stabilisierungsring und an der Welle zueinander passende
Gewinde, insbesondere Feingewinde, ausgebildet sein, so dass der Stabilisierungsring auf die Welle geschraubt werden kann. Durch seine
mechanische Verbindung mit dem Kurzschlussring, beispielsweise über eine stoffschlüssige Verbindung oder über in axialer Richtung anliegende
Anschlagflächen, kann der Stabilisierungsring bei weiterem Einschrauben auf die Welle dann einen nach innen hin zu dem Rotorkörper wirkenden Druck auf den Kurzschlusskäfig aufbauen. Ein solcher Druck kann die Stabilität des
Kurzschlusskäfigs verbessern und Schwingungen der Stäbe des
Kurzschlusskäfigs unterdrücken. Um ein Fließen eines elektrischen Stroms
zwischen dem Kurzschlusskäfig und der Welle zu vermeiden, kann zwischen dem Kurzschlussring und dem Stabilisierungsring bzw. zwischen dem
Stabilisierungsring und der Welle eine elektrische Isolierung vorgesehen sein.
Hierfür kommen insbesondere hochfeste, nicht leitende Kunststoffe oder Keramik infrage.
Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile erfindungsgemäßer elektrischer Asynchronmaschinen hierin mit Bezug auf unterschiedliche
Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die verschiedenen Merkmale in geeigneter Weise kombiniert, ausgetauscht und/oder angepasst werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.
Fign. 1 a-d zeigen Längs- bzw. Querdraufsichten auf eine elektrische
Asynchronmaschine sowie deren Bauteile.
Fign. 2a, b zeigen eine erfindungsgemäße elektrische Asynchronmaschine, einen vergrößerten Querschnitt durch diese sowie eine Längsdraufsicht auf einen
Stabilisierungsring für diese.
Fign. 3 bis 7 zeigen jeweils Querschnitte durch alternative erfindungsgemäße elektrische Asynchronmaschinen. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen in den verschiedenen Figuren gleiche bzw. gleich wirkende Merkmale.
Ausführungsformen der Erfindung
Fig. 1 a zeigt eine elektrische Asynchronmaschine 1 mit einem Rotor 5 und einem diesen Rotor umgebenden Stator 3, welche beide in einem gemeinsamen
Gehäuse 4 aufgenommen sind. Der Rotor 5 weist einen Rotorkörper 6 auf, der aus einer Vielzahl dünner, übereinandergestapelter Blechlamellen
zusammengesetzt ist. In Fig. 1 d ist eine solche Blechlamelle 15 in Draufsicht dargestellt. Jede der Blechlamellen weist Ausstanzungen 16, 17 auf, welche durchgehende Nuten bzw. eine zentrale Durchgangsöffnung in dem Rotorkörper 6 bilden. Durch die durch die Ausstanzungen 17 gebildete zentrale
Durchgangsöffnung hindurch ist eine Welle 9 angeordnet. In den durch die
Ausstanzungen 16 gebildeten Nuten werden Stäbe 1 1 eines Kurzschlusskäfigs 7 hindurch angeordnet. An den Enden sind diese Kurzschlussstäbe 1 1 jeweils durch einen an einer Stirnfläche des Rotorkörpers 6 vorgesehenen
Kurzschlussring 13 miteinander elektrisch verbunden. Fig. 1 b zeigt den
Kurzschlusskäfig 7 in Seitenansicht. Fig. 1 c zeigt den Kurzschlussring 13 in
Draufsicht.
In Fig. 2a ist eine elektrische Asynchronmaschine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der gestrichelt umrandete Bereich wird ergänzend in vergrößerter Darstellung gezeigt. Radial innerhalb des
Kurzschlussrings 13 ist zusätzlich ein Stabilisierungsring 19 aus einer hochfesten Metalllegierung, beispielsweise einer Kupfer-Beryllium-Legierung, angeordnet.
Der Stabilisierungsring 19 liegt an dem Kurzschlussring 13 entlang seiner
Mantelfläche an und ist mit diesem stoffschlüssig verbunden, beispielsweise verschweißt oder verklebt. Aufgrund seiner höheren mechanischen Festigkeit kann der Stabilisierungsring 19 über die stoffschlüssige Verbindung den weniger stabilen Kurzschlussring 13 insbesondere bei hohen Drehzahlen der elektrischen Asynchronmaschine 1 stabilisieren und beispielsweise vermeiden, dass sich der Kurzschlussring 13 aufgrund von Fliehkräften nach radial außen hin deformiert. Fig. 2b zeigt den Stabilisierungsring 19 in Draufsicht. Sein Außendurchmesser entspricht dem Innendurchmesser des Kurzschlussrings 13. Sein
Innendurchmesser ist im Regelfall größer als der Außendurchmesser der Welle 9, so dass ein Spalt 10 zwischen der Welle 9 und dem Stabilisierungsring 19 verbleibt.
In dem in Fig. 2b dargestellten Beispiel sind in dem Stabilisierungsring 19 mehrere Ausnehmungen 21 vorgesehen. Diese Ausnehmungen 21 dienen als Vorkehrungen 20 zum Ausbilden von Wuchtmarken. In die Ausnehmungen 21 können beispielsweise kleine Gewichte eingeklebt oder eingeschraubt werden, um den Rotor 5 der Asynchronmaschine zu wuchten. Alternativ können die Vorkehrungen 20 als abragende Stege ausgebildet sein (nicht dargestellt), die zum Wuchten der elektrischen Maschine geeignet verkürzt oder entfernt werden können. Es können wesentlich mehr als die in Fig. 2b dargestellten vier
Vorkehrungen 20 an dem Stabilisierungsring 19 ausgebildet sein. Die
Vorkehrungen 20 können äquidistant entlang des Umfangs angeordnet sein.
In Fig. 3 ist eine Ausgestaltung eines Rotors 5 dargestellt, bei der in axialer Richtung zwischen dem Stabilisierungsring 19 und dem Rotorkörper 6 ein Federelement 23 vorgesehen ist. Mithilfe des Federelements 23 kann eine axiale
Spannkraft auf den Stabilisierungsring 19 und über diesen auf den
Kurzschlussring 13 ausgeübt werden. Hierdurch können mechanische
Beanspruchungen in dem Kurzschlusskäfig 7, insbesondere in den Stäben 1 1 , und Geräusche vermindert werden. Auch ein Ausgleich von unterschiedlichen Wärmeausdehnungen der einzelnen Maschinenkomponenten kann bewirkt werden und dadurch entstehende Kräfte verringert werden.
In Fig. 4 ist eine Ausgestaltung dargestellt, bei der sich der Sicherungsring 19 nicht ausschließlich radial innerhalb des Kurzschlussrings 13 befindet.
Stattdessen ist der Sicherungsring 19 wesentlich dicker ausgebildet als der
Kurzschlussring 13 und weist in einem von dem Rotorkörper 6 maximal beabstandeten Bereich einen radial nach außen abragenden Bereich 25 auf, der nicht radial, sondern axial an den Kurzschlussring 13 angrenzt. Der
Sicherungsring 19 kann somit nicht nur entlang der radialen Grenzfläche B, sondern unterstützend auch entlang der axialen Grenzfläche A an dem
Kurzschlussring 13 fixiert werden, beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung. Kräfte zwischen den beiden Ringen 13, 19 können somit noch besser übertragen werden. Ergänzend kann der Sicherungsring zur weiteren Steigerung der Stabilität auch entlang der axialen Grenzfläche C an dem
Rotorkörper 5 fixiert werden, beispielsweise ebenfalls durch Stoff schlüssige Verbindung, zum Beispiel durch Anschweißen mittels geeigneter
Schweißtechnologien wie zum Beispiel Reibschweißen.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der von dem Stabilisierungsring 19 in radialer Richtung ein Vorsprung 27 abragt, der formschlüssig in den Kurzschlussring 13 eingreift. Der Vorsprung 27 kann beispielsweise als radial nach außen abragende, in Umfangsrichtung durchgehende Scheibe ausgebildet sein oder alternativ in Form einzelner Stifte nach außen hin abragen. Seine Form kann auch T-förmig oder gewellt sein, um einen Formschluss zu verbessern. Der mit einem solchen Vorsprung 27 ausgestattete Sicherungsring 19 kann bei der Fertigung bereits vor dem Ausbilden des Kurzschlussrings 13 an den Rotorkörper 6 angelagert werden. Anschließend kann der Kurzschlusskäfig mitsamt des Kurzschlussrings 13 gegossen werden, wobei der abragende Vorsprung 27 mit eingegossen wird und somit für einen guten Formschluss zwischen dem Kurzschlussring 13 und dem eingreifenden Vorsprung 27 des
Sicherungsrings 19 gesorgt ist.
Ergänzend kann der Kurzschlussring 19 einen oder mehrere in axialer Richtung abragende Vorsprünge 29 aufweisen, die formschlüssig in den Rotorkörper 6 eingreifen. Diese beispielsweise als zylindrische Stifte ausgebildeten Vorsprünge
29 können zum Beispiel mehrere Lamellen tief in das Blechpaket des
Rotorkörpers 6 eingreifen. Ergänzend kann der Sicherungsring 19 auch mit dem Rotorkörper 6 verschweißt oder verklebt sein. In Fig. 6 ist eine Ausgestaltung dargestellt, bei der der Stabilisierungsring 19 in den Kurzschlussring 13 über ein Gewinde 31 eingreift. Am Außenumfang des Sicherungsrings 19 und am Innenumfang des Kurzschlussrings 13 sind dabei zueinander passende Feingewinde ausgebildet. Der Sicherungsring 19 kann solange in den Kurzschlussring 13 eingeschraubt werden, bis seine axial innen liegende Oberfläche in Anlage mit dem Rotorkörper 6 kommt. Dort sind an dem
Sicherungsring 19 abragende Strukturen 33 vorgesehen, mithilfe derer sich der Sicherungsring 19 in den Rotorkörper 6 verkrallen kann. Bevor sich der
Sicherungsring 19 endgültig verkrallt, kann durch Einschrauben in das Gewinde 31 ein durch den Pfeil 36 veranschaulichter nach außen wirkender Zug auf den Kurzschlussring 13 und damit auf den Kurzschlusskäfig ausgeübt werden.
Abschließend können der Kurzschlussring 13 und der Sicherungsring 19 dann ebenfalls stoffschlüssig fixiert werden, damit der Festsitz gewährleistet bleibt. Hierzu können beispielsweise KE-Schweißimpulse oder Schweißpunkte eingesetzt werden. Fig. 7 veranschaulicht eine Ausgestaltung, bei der der Stabilisierungsring 19 über ein Gewinde 35 in die Welle 9 eingreift. An der inneren Mantelfläche des
Sicherungsrings 19 sowie an der äußeren Mantelfläche der Welle 9 sind dabei zueinander passende Feingewinde ausgebildet. Der Sicherungsring 19 ist wiederum, ähnlich wie bei der in Fig. 4 dargestellten Ausgestaltung, mit einem radial nach außen abragenden Bereich 25 ausgestattet, der bei entsprechend weitem Einschrauben des Sicherungsrings 19 auf die Welle 9 axial gegen den Kurzschlussring 13 presst und auf diesen eine mit dem Pfeil 37 veranschaulichte Druckkraft ausübt. Die Stäbe 1 1 des Kurzschlusskäfigs 7 werden somit unter Druck gesetzt, wodurch sich die Stabilität verbessern lässt und ein
unerwünschtes Schwingen der Stäbe 1 1 verringert werden kann.
Zur elektrischen Isolation zwischen dem Kurzschlusskäfig 7 und der Welle 9 kann zwischen dem Kurzschlussring 13 und dem Sicherungsring 19 eine
Isolierungsschicht 39 aus beispielsweise hochfestem, nicht leitendem Kunststoff oder Keramik angeordnet werden.
Abschließend sollen einige durch Ausführungsformen der hierin beschriebenen Asynchronmaschine erreichbare Vorteile und Merkmale beschrieben werden: Der Rotor einer Asynchronmaschine kann elektrisch optimal ausgelegt werden, da der stabilisierende Stabilisierungsring 19 am inneren Durchmesser des
Kurzschlussrings 13 stoffschlüssig angebunden werden kann.
Durch Einsatz fortschrittlicher Schweißverfahren oder Klebeverfahren ist eine Verbindung unterschiedlicher Werkstoffe möglich, zum Beispiel Rein-Alu und Stahl.
Eine Erhöhung der Drehzahlfestigkeit auf bis zu über 200 m/s, das heißt zum
Beispiel über 20000 U/min unter Beibehaltung einer günstigen Grundkonstruktion kann erreicht werden. Der Kurzschlusskäfig kann dabei weiterhin im
Druckgussverfahren ins Blechpaket eingebracht werden.
Ein aktiver Luftspalt vergrößert sich nicht notwendigerweise gegenüber bekannten Lösungen.
Strompfade in Stäben und Kurzschlussringen des Kurzschlusskäfigs bleiben im Gegensatz zu eingelegten Ringen oder von außen angebrachten Bandagen unbeeinflusst (wirksamer Außendurchmesser vom Leitermaterial sinkt).
Wuchtmarken können einfach angebracht werden, ohne eine Festigkeit eines beispielsweise aus Aluminium bestehenden Kurzschlussrings zu mindern.
Durch Kombination mit einem Gewinde kann ein Vorspannen der Stäbe erreicht werden. Hierdurch kann ein akustisches Verhalten und/oder ein
Ermüdungsverhalten positiv beeinflusst werden.
Mithilfe von Ausführungsformen der Erfindung kann eine Lösung für einen kostengünstigen Grundläufer und eine neuartige Kombination zum Erweitern der Anwendungsgrenzen unter Beibehaltung einer einfachen Grundkonstruktion und Fertigbarkeit erreicht werden.

Claims

Ansprüche
Elektrische Asynchronmaschine (1 ), aufweisend:
einen Rotor (5) mit einem Rotorkörper (6) und einer Welle (9);
einen den Rotor (5) umschließenden Stator (3);
einen an dem Rotor (5) angeordneten Kurzschlusskäfig (7) mit mehreren in dem Rotorkörper (6) parallel zu einer Rotorachse verlaufenden Stäben (1 1 ) und wenigstens zwei Kurzschlussringen (13), welche die Stäbe (1 1 ) an Stirnflächen des Rotorkörpers (6) miteinander verbinden;
wenigstens einen Stabilisierungsring (19), welcher einen der
Kurzschlussringe (13) mechanisch stabilisiert;
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stabilisierungsring (19) radial innerhalb des Kurzschlussrings (13) angeordnet ist.
Elektrische Asynchronmaschine nach Anspruch 1 , wobei der
Stabilisierungsring (19) mit dem Kurzschlussring (13) stoffschlüssig verbunden ist.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) mit einer hochfesten Metalllegierung ausgebildet ist.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an dem Stabilisierungsring (19) Vorkehrungen (20) zum Ausbilden von Wuchtmarken vorgesehen sind.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in axialer Richtung zwischen dem Stabilisierungsring (19) und dem Rotorkörper (6) ein Federelement (23) angeordnet ist.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) in radialer Richtung abragende
Vorsprünge (27) aufweist, welche formschlüssig in den Kurzschlussring (13) eingreifen.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) in axialer Richtung abragende Vorsprünge (29) aufweist, welche formschlüssig in den Rotorkörper (6) eingreifen.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) in den Kurzschlussring (13) über ein Gewinde (31 ) eingreift und wobei der Stabilisierungsring (19) derart ausgebildet ist, dass durch Einschrauben des Stabilisierungsrings (19) in den Kurzschlussring (13) ein nach außen wirkender Zug (36) auf den Kurzschlusskäfig (7) ausgeübt werden kann.
Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) in axialer Richtung abragende Strukturen (33) aufweist, um sich in dem Rotorkörper (6) zu verkrallen.
0. Elektrische Asynchronmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Stabilisierungsring (19) in die Welle (9) über ein Gewinde (35) eingreift und wobei der Stabilisierungsring (19) derart ausgebildet ist, dass durch Einschrauben des Stabilisierungsrings (19) auf die Welle (9) ein nach innen wirkender Druck (37) auf den Kurzschlusskäfig (7) ausgeübt werden kann.
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6165385B1 (ja) * 2016-08-23 2017-07-19 三菱電機株式会社 誘導電動機の回転子及び誘導電動機
PL426020A1 (pl) * 2018-06-22 2019-02-25 Instytut Napędów I Maszyn Elektrycznych Komel Klatka głębokożłobkowego wirnika silnika indukcyjnego
IT201800003491A1 (it) * 2018-03-13 2019-09-13 Magneti Marelli Spa Rotore per una macchina elettrica rotante
WO2019166554A3 (de) * 2018-03-01 2019-11-07 Thyssenkrupp Ag Rotor, asynchronmaschine und verwendung einer druckscheibe
FR3088150A1 (fr) 2018-11-06 2020-05-08 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Rotor a cage d'ecureuil et machine electrique asynchrone associee
EP3823142A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Käfigläufer mit stützelement
US11502589B2 (en) 2019-04-17 2022-11-15 The Switch Drive Systems Oy Rotor of an induction machine and a method for assembling a cage winding of the rotor

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018207432A1 (de) * 2018-05-14 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Träger mit Wuchtgewichten
DE102021203166A1 (de) * 2021-03-30 2022-10-06 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5935554A (ja) * 1982-08-18 1984-02-27 Toshiba Corp かご形誘導電動機
JPS631352A (ja) * 1986-06-20 1988-01-06 Fuji Electric Co Ltd かご形回転子
JPH0723549A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Fanuc Ltd 高速回転モータのロータ構造
DE102011077084A1 (de) * 2011-06-07 2012-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Ausgewuchteter Asynchronläufer und Verfahren zu seiner Herstellung
US20140132105A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-15 GM Global Technology Operations LLC Cast-in-place induction rotor end rings with improved interlocks

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5935554A (ja) * 1982-08-18 1984-02-27 Toshiba Corp かご形誘導電動機
JPS631352A (ja) * 1986-06-20 1988-01-06 Fuji Electric Co Ltd かご形回転子
JPH0723549A (ja) * 1993-06-30 1995-01-24 Fanuc Ltd 高速回転モータのロータ構造
DE102011077084A1 (de) * 2011-06-07 2012-12-13 Siemens Aktiengesellschaft Ausgewuchteter Asynchronläufer und Verfahren zu seiner Herstellung
US20140132105A1 (en) * 2012-11-13 2014-05-15 GM Global Technology Operations LLC Cast-in-place induction rotor end rings with improved interlocks

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018037486A1 (ja) * 2016-08-23 2018-03-01 三菱電機株式会社 誘導電動機の回転子及び誘導電動機
CN107980197A (zh) * 2016-08-23 2018-05-01 三菱电机株式会社 感应电动机的转子及感应电动机
TWI637582B (zh) * 2016-08-23 2018-10-01 日商三菱電機股份有限公司 感應電動機之轉子及感應電動機
JP6165385B1 (ja) * 2016-08-23 2017-07-19 三菱電機株式会社 誘導電動機の回転子及び誘導電動機
CN107980197B (zh) * 2016-08-23 2020-01-10 三菱电机株式会社 感应电动机的转子及感应电动机
WO2019166554A3 (de) * 2018-03-01 2019-11-07 Thyssenkrupp Ag Rotor, asynchronmaschine und verwendung einer druckscheibe
CN111788759A (zh) * 2018-03-01 2020-10-16 蒂森克虏伯股份公司 转子、异步电机和压盘的应用
US10897179B2 (en) 2018-03-13 2021-01-19 Marelli Europe S.P.A. Rotor for a rotary electric machine
EP3540919A1 (de) 2018-03-13 2019-09-18 Magneti Marelli S.p.A. Rotor für eine elektrische drehmaschine
IT201800003491A1 (it) * 2018-03-13 2019-09-13 Magneti Marelli Spa Rotore per una macchina elettrica rotante
PL426020A1 (pl) * 2018-06-22 2019-02-25 Instytut Napędów I Maszyn Elektrycznych Komel Klatka głębokożłobkowego wirnika silnika indukcyjnego
FR3088150A1 (fr) 2018-11-06 2020-05-08 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Rotor a cage d'ecureuil et machine electrique asynchrone associee
WO2020094574A1 (fr) 2018-11-06 2020-05-14 Ge Energy Power Conversion Technology Limited Rotor a cage d'ecureuil et machine electrique asynchrone comprotant un tel rotor
US11502589B2 (en) 2019-04-17 2022-11-15 The Switch Drive Systems Oy Rotor of an induction machine and a method for assembling a cage winding of the rotor
EP3823142A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-19 Siemens Aktiengesellschaft Käfigläufer mit stützelement
WO2021099118A1 (de) * 2019-11-18 2021-05-27 Siemens Aktiengesellschaft Käfigläufer mit stützelement

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