WO2022207423A1 - Rotor einer elektrischen asynchronmaschine - Google Patents

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WO2022207423A1
WO2022207423A1 PCT/EP2022/057588 EP2022057588W WO2022207423A1 WO 2022207423 A1 WO2022207423 A1 WO 2022207423A1 EP 2022057588 W EP2022057588 W EP 2022057588W WO 2022207423 A1 WO2022207423 A1 WO 2022207423A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor
outer part
short
carrier
shaft
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/057588
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Fickert
Patrick Fruehauf
Anton Schuelin
Alexander Rosen
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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 Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2022207423A1 publication Critical patent/WO2022207423A1/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K16/00—Machines with more than one rotor or stator
    • H02K16/02—Machines with one stator and two or more 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

Definitions

  • the invention relates to a rotor of an electrical asynchronous machine and an electrical asynchronous machine.
  • a rotor of an electrical asynchronous machine is already known from DE 4023791 A1, which comprises a rotor shaft rotatable about a rotor axis, an outer rotor part coupled to the rotor shaft and an inner rotor part coupled to the rotor shaft, the inner rotor part being arranged radially inside the outer rotor part with respect to the rotor axis , wherein the outer rotor part and the inner rotor part each have a laminated core and each have a squirrel-cage winding, each of which comprises two short-circuit rings and a plurality of short-circuit bars connecting the two short-circuit rings to one another.
  • the outer rotor part is coupled indirectly to the rotor shaft via an outer part carrier, the outer part carrier being connected to the rotor shaft on one of the two end faces of the outer rotor part.
  • the outer part of the rotor is exposed to higher centrifugal forces than the inner part of the rotor.
  • the short-circuit rings of the rotor outer part form the mechanically weakest component due to the comparatively low strength of the material of the squirrel cage winding and due to the location outside of the laminated core. The maximum speed of the rotor of the asynchronous machine is therefore limited by the short-circuit rings of the outer rotor part.
  • the rotor of the asynchronous machine according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that the speed resistance of the short-circuit rings of the outer rotor part is increased.
  • the rotor of the asynchronous machine can be operated at higher speeds than in the prior art.
  • this is achieved in that the outer part of the rotor, on its outer side facing away from the inner part of the rotor, is connected to a rotor shaft coupled and in particular hollow-cylindrical support body is enclosed and in that each short-circuit ring of the rotor outer part is mechanically supported to support centrifugal forces on the support body and/or on the outer part carrier.
  • the support body for supporting at least one of the two short-circuit rings of the outer rotor part protrudes with a cantilever section in the axial direction with respect to the rotor axis beyond the laminated core of the outer rotor part, and that the respective short-circuit ring for support on the support body in the radial direction up to the respective cantilever section enough.
  • the support body not only represents a support element for the laminated core of the outer rotor part, but also for the respective short-circuit ring.
  • the cantilever section of the support body on its inner side facing the outer part of the rotor merges smoothly into the remaining part of the support body. In this way, the respective short-circuit ring can be supported on the support body in a particularly simple manner.
  • the respective short-circuit ring of the outer rotor part has a plurality of recesses, which in each case reach up to the laminated core of the outer rotor part in the axial direction with respect to the rotor axis.
  • Recesses in the short-circuit ring are produced according to the invention by axial demolding of a mold contour, the mold contour being used to clamp the laminated core while the squirrel-cage winding is being cast. Since the short-circuit ring according to the invention extends in the radial direction up to the cantilever section of the support body, the respective end face of the corresponding laminated core would be completely covered - without the cutouts of the short-circuit ring - so that it would not be possible to tension the laminated core while the squirrel-cage winding is being cast. Therefore, castability for the short-circuit ring of the squirrel-cage winding according to the invention is achieved through the recesses.
  • the recesses of the respective short-circuit ring of the outer rotor part can be designed to be open radially outwards or closed in cross-section as seen from the axial direction.
  • the outer part carrier is cup-shaped and is made in particular of steel. Furthermore, the outer rotor part is fastened with an outer side to an inner side of a cylindrical section of the cup-shaped outer part carrier for torque transmission, in particular non-positively, the support body being part of the cylindrical section of the outer part carrier.
  • the first exemplary embodiment has the advantage that it enables the short-circuit rings to be supported on the support body in a simple and cost-effective manner.
  • the outer part carrier is for holding the rotor outer part on the part facing the outer part carrier
  • the rotor outer part is fastened to the outer part carrier via the short-circuit ring facing the outer part carrier.
  • the rotor outer part and the outer part support form a flush peripheral surface on which a rotor bandage is provided, which at least on the dem
  • the second embodiment has the advantage that the bandage can assume the function of centrifugal force support and that no additional steel component is required as a support body.
  • the rotor bandage forms a non-positive connection between the rotor outer part and the outer part carrier and is made in particular from a fiber-reinforced or carbon-fibre-reinforced plastic, since such a type of connection can be produced easily and inexpensively.
  • the design made of carbon fiber reinforced plastic also enables a significant increase in the maximum operating speed compared to a support body made of steel.
  • the rotor inner part in particular its laminated core, has a central through-opening for the rotor shaft to pass through and for torque-transmitting, in particular non-positive or positive, Having connection of the rotor inner part to the rotor shaft.
  • the inner rotor part and the outer rotor part are connected to the rotor shaft separately from one another and each rotate at the same speed during operation.
  • the rotor according to the invention in an electrical
  • Asynchronous machine which has a stator which is arranged seen in the radial direction between the outer rotor part and the inner rotor part of the rotor according to the invention. In this way, a very cost-effective electric machine with sufficient electric power is achieved.
  • Fig.l shows in section an electrical asynchronous machine with a rotor according to the invention according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a sectional view of the rotor according to FIG. 1 in an alternative embodiment
  • FIG. 3 shows a sectional view of the rotor according to the invention according to a second embodiment
  • Fig.l shows in section an electrical asynchronous machine with a rotor according to the invention according to a first embodiment.
  • the electrical asynchronous machine 1 has a rotor 2 according to the invention, which comprises a rotor shaft 4 rotatable about a rotor axis 3, an outer rotor part 2.1 coupled to the rotor shaft 4 and an inner rotor part 2.2 coupled to the rotor shaft 4.
  • the inner rotor part 2.2 is arranged radially inside the outer rotor part 2.1 with respect to the rotor axis 3 .
  • the outer rotor part 2.1 and the inner rotor part 2.2 are arranged coaxially, for example, and each have a laminated core 7 and a squirrel-cage winding 8, each of which has two short-circuit rings 9 and several of the comprises two short-circuit rings 9 connecting short-circuit bars 10 to one another.
  • the outer rotor part 2.1 of the rotor 2 is coupled to the rotor shaft 4 via an outer part carrier 11, which is connected to the rotor shaft 4 via a shaft connection 6 on one of the two end faces of the outer rotor part 2.1.
  • the outer rotor part 2.1 and the inner rotor part 2.2 are coupled to the rotor shaft 4 separately from one another and are therefore only connected to one another via the rotor shaft 4 and not directly.
  • the rotor inner part 2.2, in particular its laminated core 7, has, for example, a central through-opening 5 for passing through the rotor shaft 4 and for torque-transmitting connection of the rotor inner part 2.2 to the
  • the outer rotor part 2.1 is surrounded on its outer side facing away from the inner rotor part 2.2 by a support body 12 that is coupled to the rotor shaft 4 and is in particular hollow-cylindrical, and that each short-circuit ring 9 of the outer rotor part 2.1 is used to support
  • Centrifugal forces on the support body 12 and / or on the outer part support 11 is mechanically supported. In this way, the speed resistance of the short-circuit rings 9 of the outer rotor part 2.1 of the rotor 2 is increased, so that the rotor 2 of the asynchronous machine 1 can be operated at very high speeds.
  • the support body 12 protrudes to support at least one of the two short-circuit rings 9 of c each with a cantilever section 12.1 in the axial direction with respect to the rotor axis 3 beyond the laminated core 7 of the outer rotor part 2.1.
  • the respective short-circuit ring 9 extends for support on the support body 12 in the radial direction with respect to the rotor axis 3 up to the respective cantilever section 12.1.
  • both short-circuit rings 9 of the cage winding 8 of the outer rotor part 2.1 are supported on the support body 12. At least on the end face of the rotor 2 facing away from the outer part carrier 11, for example on both end faces or axial ends, the cantilever section 12.1 of the support body 12 on its inner side facing the rotor outer part 2.1 merges smoothly into the remaining part of the support body 12.
  • Fig.2 shows a sectional view of the rotor according to Fig.l after the first
  • short-circuit rings 9 of the outer rotor part 2.1 has, for example, several
  • the recesses 15 of the respective short-circuit ring 9 of the outer rotor part 2.1 can be designed to be open radially outward.
  • the respective short-circuit ring 9 has, for example, a tooth-shaped contour with teeth and tooth gaps on its outer circumference facing the supporting body 12 .
  • the cutouts 15 of the respective short-circuit ring 9 can be closed in cross-section, as seen from the axial direction, ie completely surrounded by material of the respective short-circuit ring 9 in relation to the cross-section.
  • the recesses 15 of the respective short-circuit ring 9 are produced, for example, during the production of the rotor 2 by projections of a positive mold contour of a casting tool, demolded in the axial direction with respect to the rotor axis 3, the projections of the positive mold contour being used to hold or press together the laminated core 7 of the outer rotor part 2.1 are provided during the casting of the corresponding squirrel-cage winding 8.
  • the outer part support 11 is pot-shaped and is made of steel, for example.
  • the cup shape of the outer part support 11 is formed, for example, by a disk-shaped section 11.1 and a cylindrical or hollow-cylindrical section 11.2.
  • the outer rotor part 2.2 is fastened with an outer side to an inner side of the cylindrical section 11.2 of the cup-shaped outer part carrier 11 for torque transmission, for example non-positively by means of a press connection, the support body 12, 12.1 being part of the cylindrical section 11.2 of the outer part carrier 11.
  • the cup-shaped outer part carrier 11 can be made in one piece according to FIG.
  • the cup-shaped outer part carrier 11 according to FIG. 2 can be made in several parts, so that the disk-shaped section 11.1 and the cylindrical section 11.2 of the outer part carrier 11 are separate components.
  • the outer part carrier 11 of the rotor 2 can also be surrounded by a rotor bandage 14 in order to increase the rotational speed stability of the rotor 2 even further.
  • FIG. 3 shows a sectional view of the rotor according to the invention according to a second embodiment.
  • those parts which remain the same or have the same effect as the rotor 2 according to FIG. 1 and FIG. 2 are identified by the same reference symbols.
  • the outer part carrier 11 for holding the outer rotor part 2.1 is fastened to the short-circuit ring 9 of the outer rotor part 2.1 facing the outer part carrier 11, in particular in a non-positive and/or positive manner.
  • the outer part carrier 11 is designed, for example, in the shape of a disk.
  • the short-circuit ring 9 of the outer rotor part 2.1 facing the outer part carrier 11 rests, for example, with one end face on an end face of the outer part carrier 11 and is tightened to the outer part carrier 11, for example by means of screws.
  • the outer rotor part 2.1 and the outer part carrier 11 form a flush peripheral surface on the outer circumference, on which a rotor bandage 16 is provided, which forms the supporting body 12, 12.1 at least on the end face facing away from the outer part carrier 11, in particular on both end faces.
  • both short-circuit rings 9 of the squirrel-cage winding 8 of the outer rotor part 2.1 are supported on the support body 12, ie on the rotor bandage 16.
  • the rotor bandage 16 forms between the rotor outer part 2.1 and the outer part carrier
  • the rotor binding 16 is made, for example, from a fiber-reinforced, in particular carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon-fiber-reinforced plastic
  • the recesses 15 formed in the respective short-circuit ring 9 are provided in each of the two short-circuit rings 9, as in the first exemplary embodiment.
  • FIG. 4 shows an alternative configuration of the rotor according to the invention according to the second exemplary embodiment.
  • the rotor 2 according to Figure 4 are opposite to that Rotor 2 according to FIG. 1 to FIG.
  • the short-circuit ring 9 is connected to the outer part carrier 11 instead of with screws via a press connection, for example by a radially outer peripheral surface and/or a radially inner peripheral surface of the short-circuit ring 9 entering into a press fit with a corresponding contour in the outer part carrier 11.
  • the outer part carrier 11 is pot-shaped, for example, with a radially outer peripheral surface of the short-circuit ring 9 forming the interference fit with a radially inner peripheral surface of a hollow-cylindrical section 11.2 of the outer part carrier 11.
  • the short-circuit ring 9 facing the outer part carrier 11 is not supported on the support body 12, i.e. the rotor bandage 16, but on the outer part carrier 11.
  • the short-circuit ring 9 facing away from the outer part carrier 11, on the other hand, is as shown in Fig .3 supported on the rotor drum 16.
  • the rotor outer part 2.1 and the outer part carrier 11 form a flush peripheral surface on the outer circumference, on which the rotor bandage 16 is provided, which at least on the end face facing away from the outer part carrier 11, in particular on both end faces, the Support body 12,12.1 forms and / or between the rotor outer part 2.1 and the outer part support 11 produces a non-positive connection.
  • the electrical asynchronous machine according to FIG. 1 has a stator 20 with a stator winding 21 .
  • the stator 20 is designed, for example, as a laminated core 7 and, seen in the radial direction, is arranged between the outer rotor part 2.1 and the inner rotor part 2.2 of the rotor 2 according to the invention.
  • the stator 20 is on an end shield 22 of a housing 23 is attached, for example by a winding overhang of the stator winding 21 is attached in a recess of the end shield 22.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Rotor (2) einer elektrischen Asynchronmaschine (1), der eine um eine Rotorachse (3) drehbare Rotorwelle (4), ein mit der Rotorwelle (4) gekoppeltes Rotoraußenteil (2.1) und ein mit der Rotorwelle (4) gekoppeltes Rotorinnenteil (2.2) umfasst, wobei das Rotorinnenteil (2.2) bezüglich der Rotorachse (3) radial innerhalb des Rotoraußenteils (2.1) angeordnet ist, wobei das Rotoraußenteil (2.1) und das Rotorinnenteil (2.2) jeweils ein Blechpaket (7) und jeweils eine Käfigwicklung (8) aufweisen, die jeweils zwei Kurzschlussringe (9) und mehrere die zwei Kurzschlussringe (9) miteinander verbindende Kurzschlussstäbe (10) umfasst, wobei das Rotoraußenteil (2.1) über einen Außenteilträger (11) mit der Rotorwelle (4) gekoppelt ist, wobei der Außenteilträger (11) an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils (2.1) mit der Rotorwelle (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotoraußenteil (2.1) an seiner dem Rotorinnenteil (2.2) abgewandten Außenseite von einem mit der Rotorwelle (4) gekoppelten und insbesondere hohlzylinderförmigen Stützkörper (12) umschlossen ist und dass jeder Kurzschlussring (9) des Rotoraußenteils (2.1) zur Abstützung von Fliehkräften an dem Stützkörper (12) und/oder an dem Außenteilträger (11) mechanisch abgestützt ist.

Description

Beschreibung Titel
Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine
Stand der Technik Die Erfindung betrifft einen Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine und eine elektrische Asynchronmaschine.
Es ist schon ein Rotor einer elektrischen Asynchronmaschine aus der DE 4023791 Al bekannt, der eine um eine Rotorachse drehbare Rotorwelle, ein mit der Rotorwelle gekoppeltes Rotoraußenteil und ein mit der Rotorwelle gekoppeltes Rotorinnenteil umfasst, wobei das Rotorinnenteil bezüglich der Rotorachse radial innerhalb des Rotoraußenteils angeordnet ist, wobei das Rotoraußenteil und das Rotorinnenteil jeweils ein Blechpaket und jeweils eine Käfigwicklung aufweisen, die jeweils zwei Kurzschlussringe und mehrere die zwei Kurzschlussringe miteinander verbindende Kurzschlussstäbe umfasst. Das Rotoraußenteil ist über einen Außenteilträger mittelbar mit der Rotorwelle gekoppelt, wobei der Außenteilträger an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils mit der Rotorwelle verbunden ist. Das Rotoraußenteil ist höheren Fliehkräften ausgesetzt als das Rotorinnenteil. Dabei bilden die Kurzschlussringe des Rotoraußenteils aufgrund der vergleichsweise geringen Festigkeit des Materials der Käfigwicklung und aufgrund der Lage außerhalb des Blechpakets die mechanisch schwächste Komponente. Die maximale Drehzahl des Rotors der Asynchronmaschine wird daher durch die Kurzschlussringe des Rotoraußenteils begrenzt.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße Rotor der Asynchronmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, dass die Drehzahlfestigkeit der Kurzschlussringe des Rotoraußenteils erhöht wird. Der Rotor der Asynchronmaschine kann dadurch mit höheren Drehzahlen betrieben werden als im Stand der Technik. Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem das Rotoraußenteil an seiner dem Rotorinnenteil abgewandten Außenseite von einem mit der Rotorwelle gekoppelten und insbesondere hohlzylinderförmigen Stützkörper umschlossen ist und indem jeder Kurzschlussring des Rotoraußenteils zur Abstützung von Fliehkräften an dem Stützkörper und/oder an dem Außenteilträger mechanisch abgestützt ist. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte
Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Rotors der Asynchronmaschine möglich.
Besonders vorteilhaft ist, wenn der Stützkörper zur Abstützung zumindest eines der beiden Kurzschlussringe des Rotoraußenteils jeweils mit einem Kragabschnitt in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse über das Blechpaket des Rotoraußenteils hinaussteht, und dass der jeweilige Kurzschlussring zur Abstützung am Stützkörper in radialer Richtung bis an den jeweiligen Kragabschnitt reicht. Dadurch stellt der Stützkörper nicht nur für das Blechpaket des Rotoraußenteils, sondern auch für den jeweiligen Kurzschlussring ein Stützelement dar.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn zumindest an der dem Außenteilträger abgewandten Stirnseite des Rotors der Kragabschnitt des Stützkörpers an seiner dem Rotoraußenteil zugewandten Innenseite stufenlos in den übrigen Teil des Stützkörpers übergeht. Auf diese Weise lässt sich die Abstützung des jeweiligen Kurzschlussrings am Stützkörper besonders einfach realisieren.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn der jeweilige Kurzschlussring des Rotoraußenteils mehrere Aussparungen aufweist, die jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse bis an das Blechpaket des Rotoraußenteils heranreichen. Die
Aussparungen des Kurzschlussrings sind erfindungsgemäß durch axiales Entformen einer Gussformkontur erzeugt, wobei die Gussformkontur dem Spannen des Blechpakets während eines Gießens der Käfigwicklung dient. Da sich der Kurzschlussring erfindungsgemäß in radialer Richtung bis an den Kragabschnitt des Stützkörpers erstreckt, würde dabei - ohne die Aussparungen des Kurzschlussrings - die jeweilige Stirnseite des entsprechenden Blechpakets vollständig bedeckt werden, so dass ein Spannen des Blechpakets während des Gießens der Käfigwicklung nicht möglich wäre. Daher wird durch die Aussparungen eine Gießbarkeit für den erfindungsgemäßen Kurzschlussring der Käfigwicklung erreicht. Nach einer vorteilhaften Ausführung können die Aussparungen des jeweiligen Kurzschlussrings des Rotoraußenteils nach radial außen hin offen oder aus der axialen Richtung gesehen im Querschnitt geschlossen ausgebildet sein. Nach einem vorteilhaften ersten Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger topfförmig ausgebildet und insbesondere aus Stahl hergestellt. Weiterhin ist das Rotoraußenteil mit einer Außenseite an einer Innenseite eines zylinderförmigen Abschnittes des topfförmigen Außenteilträgers zur Drehmomentübertragung befestigt, insbesondere kraftschlüssig, wobei der Stützkörper Teil des zylinderförmigen Abschnittes des Außenteilträgers ist. Das erste Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass sie auf einfache und kostengünstige Weise eine Abstützung der Kurzschlussringe am Stützkörper ermöglicht.
Nach einem vorteilhaften zweiten Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger zur Halterung des Rotoraußenteils an dem dem Außenteilträger zugewandten
Kurzschlussring des Rotoraußenteils befestigt, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist das Rotoraußenteil über den dem Außenteilträger zugewandten Kurzschlussring an dem Außenteilträger befestigt. Zusätzlich bilden das Rotoraußenteil und der Außenteilträger eine bündige Umfangsfläche, auf der eine Rotorbandage vorgesehen ist, die zumindest an der dem
Außenteilträger abgewandten Stirnseite, insbesondere an beiden Stirnseiten, den Stützkörper bildet. Das zweite Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, dass die Bandage die Funktion der Fliehkraftabstützung übernehmen kann und dass kein zusätzliches Stahlbauteil als Stützkörper erforderlich ist.
Desweiteren vorteilhaft ist, wenn die Rotorbandage zwischen dem Rotoraußenteil und dem Außenteilträger eine kraftschlüssige Verbindung bildet und insbesondere aus einem faserverstärktem oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist, da eine solche Art der Verbindung einfach und kostengünstig herstellbar ist. Die Ausführung aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff ermöglicht zudem eine signifikante Steigerung der maximalen Betriebsdrehzahl gegenüber einem Stützkörper aus Stahl.
Außerdem vorteilhaft ist, wenn das Rotorinnenteil, insbesondere dessen Blechpaket, eine zentrale Durchgangsöffnung zum Durchführen der Rotorwelle und zur drehmomentübertragenden, insbesondere kraftschlüssigen oder formschlüssigen, Verbindung des Rotorinnenteils mit der Rotorwelle aufweist. Auf diese Weise sind das Rotorinnenteil und das Rotoraußenteil getrennt voneinander mit der Rotorwelle verbunden und drehen im Betrieb jeweils mit der gleichen Drehzahl. Weiterhin vorteilhaft ist, wenn der erfindungsgemäße Rotor in einer elektrischen
Asynchronmaschine vorgesehen ist, die einen Stator aufweist, der in radialer Richtung gesehen zwischen dem Rotoraußenteil und dem Rotorinnenteil des erfindungsgemäßen Rotors angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine sehr kostengünstige elektrische Maschine mit ausreichender elektrischer Leistung erreicht.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig.2 eine Schnittansicht des Rotors nach Fig.l in einer alternativen Ausgestaltung, Fig.3 eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und
Fig.4 eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Fig.l zeigt im Schnitt eine elektrische Asynchronmaschine mit einem erfindungsgemäßen Rotor nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Die elektrische Asynchronmaschine 1 hat einen erfindungsgemäßen Rotor 2, der eine um eine Rotorachse 3 drehbare Rotorwelle 4, ein mit der Rotorwelle 4 gekoppeltes Rotoraußenteil 2.1 und ein mit der Rotorwelle 4 gekoppeltes Rotorinnenteil 2.2 umfasst. Das Rotorinnenteil 2.2 ist bezüglich der Rotorachse 3 radial innerhalb des Rotoraußenteils 2.1 angeordnet. Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 sind beispielsweise koaxial angeordnet und weisen jeweils ein Blechpaket 7 und jeweils eine Käfigwicklung 8 auf, die jeweils zwei Kurzschlussringe 9 und mehrere die zwei Kurzschlussringe 9 miteinander verbindende Kurzschlussstäbe 10 umfasst. Das Rotoraußenteil 2.1 des Rotors 2 ist mit der Rotorwelle 4 über einen Außenteilträger 11 gekoppelt, der an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils 2.1 über eine Wellenverbindung 6 mit der Rotorwelle 4 verbunden ist. Das Rotoraußenteil 2.1 und das Rotorinnenteil 2.2 sind getrennt voneinander mit der Rotorwelle 4 gekoppelt und sind somit nur über die Rotorwelle 4 und nicht unmittelbar miteinander verbunden. Das Rotorinnenteil 2.2, insbesondere dessen Blechpaket 7, weist beispielsweise eine zentrale Durchgangsöffnung 5 zum Durchführen der Rotorwelle 4 und zur drehmomentübertragenden Verbindung des Rotorinnenteils 2.2 mit der Rotorwelle 4 auf.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Rotoraußenteil 2.1 an seiner dem Rotorinnenteil 2.2 abgewandten Außenseite von einem mit der Rotorwelle 4 gekoppelten und insbesondere hohlzylinderförmigen Stützkörper 12 umschlossen ist und dass jeder Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 zur Abstützung von
Fliehkräften an dem Stützkörper 12 und/oder an dem Außenteilträger 11 mechanisch abgestützt ist. Auf diese Weise wird die Drehzahlfestigkeit der Kurzschlussringe 9 des Rotoraußenteils 2.1 des Rotors 2 erhöht, so dass der Rotor 2 der Asynchronmaschine 1 mit sehr hohen Drehzahlen betreibbar ist.
Der Stützkörper 12 steht zur Abstützung zumindest eines der beiden Kurzschlussringe 9 des c jeweils mit einem Kragabschnitt 12.1 in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 über das Blechpaket 7 des Rotoraußenteils 2.1 hinaus. Außerdem reicht der jeweilige Kurzschlussring 9 zur Abstützung am Stützkörper 12 in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 bis an den jeweiligen Kragabschnitt 12.1 heran.
Nach dem ersten Ausführungsbeispiel werden beide Kurzschlussringe 9 der Käfigwicklung 8 des Rotoraußenteils 2.1 an dem Stützkörper 12 abgestützt. Zumindest an der dem Außenteilträger 11 abgewandten Stirnseite, beispielsweise an beiden Stirnseiten bzw. axialen Enden, des Rotors 2 geht der Kragabschnitt 12.1 des Stützkörpers 12 an seiner dem Rotoraußenteil 2.1 zugewandten Innenseite stufenlos in den übrigen Teil des Stützkörpers 12 über. Fig.2 zeigt eine Schnittansicht des Rotors nach Fig.l nach dem ersten
Ausführungsbeispiel in einer alternativen Ausgestaltung. Bei dem Rotor 2 nach Fig.2 sind die gegenüber dem Rotor 2 nach Fig.l gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zumindest einer der beiden, nach dem ersten Ausführungsbeispiel beispielsweise beide Kurzschlussringe 9 des Rotoraußenteils 2.1 weist beispielsweise mehrere
Aussparungen 15 auf, die in Umfangsrichtung zueinander beabstandet sind und jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 bis an das Blechpaket 7 des Rotoraußenteils 2.1 heranreichen. Die Aussparungen 15 des jeweiligen Kurzschlussrings 9 des Rotoraußenteils 2.1 können gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel nach radial außen hin offen ausgebildet sein. Auf diese Weise hat der jeweilige Kurzschlussring 9 an seinem dem Stützkörper 12 zugewandten Außenumfang beispielsweise eine zahnförmige Kontur mit Zähnen und Zahnlücken.
Alternativ können die Aussparungen 15 des jeweiligen Kurzschlussrings 9 aus der axialen Richtung gesehen im Querschnitt geschlossen, also auf den Querschnitt bezogen vollständig von Material des jeweiligen Kurzschlussrings 9 umschlossen sein.
Die Aussparungen 15 des jeweiligen Kurzschlussrings 9 sind beispielsweise bei der Herstellung des Rotors 2 durch Vorsprünge einer in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse 3 entformten Positiv-Gussformkontur eines Gusswerkzeugs erzeugt, wobei die Vorsprünge der Positiv-Gussformkontur zum Zusammenhalten oder Zusammenpressen des Blechpakets 7 des Rotoraußenteils 2.1 während des Gießens der entsprechenden Käfigwicklung 8 vorgesehen sind. Nach dem ersten Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger 11 topfförmig ausgebildet und beispielsweise aus Stahl hergestellt. Die Topfform des Außenteilträgers 11 ist beispielsweise durch einen scheibenförmigen Abschnitt 11.1 und einen zylinderförmigen bzw. hohlzylinderförmigen Abschnitt 11.2 gebildet. Außerdem ist das Rotoraußenteil 2.2 mit einer Außenseite an einer Innenseite des zylinderförmigen Abschnittes 11.2 des topfförmigen Außenteilträgers 11 zur Drehmomentübertragung befestigt, beispielsweise kraftschlüssig mittels einer Pressverbindung, wobei der Stützkörper 12,12.1 Teil des zylinderförmigen Abschnittes 11.2 des Außenteilträgers 11 ist. Der topfförmige Außenteilträger 11 kann nach Fig.l einstückig ausgebildet sein. Alternativ kann der topfförmige Außenteilträger 11 nach Fig.2 mehrstückig ausgeführt sein, so dass der scheibenförmige Abschnitt 11.1 und der zylinderförmige Abschnitt 11.2 des Außenteilträgers 11 separate Bauteile sind. Im ersten Ausführungsbeispiel kann der Außenteilträger 11 des Rotors 2 zusätzlich von einer Rotorbandage 14 umschlossen sein, um die Drehzahlfestigkeit des Rotors 2 noch weiter zu erhöhen.
Fig.3 zeigt eine Schnittansicht des erfindungsgemäßen Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem Rotor 2 nach Fig.3 sind die gegenüber dem Rotor 2 nach Fig.l und Fig.2 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der Außenteilträger 11 zur Halterung des Rotoraußenteils 2.1 an dem dem Außenteilträger 11 zugewandten Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 befestigt, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig. Der Außenteilträger 11 ist beispielsweise scheibenförmig ausgeführt. Weiterhin liegt der dem Außenteilträger 11 zugewandte Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 beispielsweise mit einer Stirnseite an einer Stirnseite des Außenteilträgers 11 an und wird beispielsweise mittels von Schrauben an den Außenteilträger 11 angezogen. Zusätzlich bilden das Rotoraußenteil 2.1 und der Außenteilträger 11 am Außenumfang eine bündige Umfangsfläche, auf der eine Rotorbandage 16 vorgesehen ist, die zumindest an der dem Außenteilträger 11 abgewandten Stirnseite, insbesondere an beiden Stirnseiten, den Stützkörper 12,12.1 bildet. Im zweiten Ausführungsbeispiel werden beide Kurzschlussringe 9 der Käfigwicklung 8 des Rotoraußenteils 2.1 an dem Stützkörper 12, also an der Rotorbandage 16, abgestützt. Die Rotorbandage 16 bildet zwischen dem Rotoraußenteil 2.1 und dem Außenteilträger
11 eine kraftschlüssige Verbindung. Die Rotorbandage 16 ist beispielsweise aus einem faserverstärkten, insbesondere kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK) hergestellt. Nach dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die im jeweiligen Kurzschlussring 9 ausgebildeten Aussparungen 15 wie ersten Ausführungsbeispiel in jedem der beiden Kurzschlussringe 9 vorgesehen.
Fig.4 zeigt eine alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotors nach dem zweiten Ausführungsbeispiel. Bei dem Rotor 2 nach Fig.4 sind die gegenüber dem Rotor 2 nach Fig.l bis Fig.3 gleichbleibenden oder gleichwirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Die alternative Variante des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig.4 unterscheidet sich von der Ausführung nach Fig.3 lediglich in der Weise, wie der dem Außenteilträger 11 zugewandte Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 an dem Außenteilträger 11 befestigt ist. Nach Fig.4 ist der Kurzschlussring 9 mit dem Außenteilträger 11 anstatt mit Schrauben über eine Pressverbindung verbunden, beispielsweise indem eine radial äußere Umfangsfläche und/oder eine radial innere Umfangsfläche des Kurzschlussrings 9 mit einer korrespondierenden Kontur im Außenteilträger 11 einen Pressverband eingehen. Nach der Ausführung in Fig.4 ist der Außenteilträger 11 beispielsweise topfförmig ausgebildet, wobei eine radial äußere Umfangsfläche des Kurzschlussrings 9 mit einer radial inneren Umfangsfläche eines hohlzylinderförmigen Abschnitts 11.2 des Außenteilträgers 11 den Pressverband bildet.
Aufgrund der unterschiedlichen Befestigung des Rotoraußenteils 2.1 an dem Außenteilträger 11 ist der dem Außenteilträger 11 zugewandte Kurzschlussring 9 nicht an dem Stützkörper 12, also der Rotorbandage 16, abgestützt, sondern an dem Außenteilträger 11. Der dem Außenteilträger 11 abgewandte Kurzschlussring 9 dagegen ist wie in Fig.3 an der Rotorbandage 16 abgestützt.
Eine weitere, nicht dargestellte Alternative wäre, den Kurzschlussring 9 des Rotoraußenteils 2.1 in einer ringförmigen Vertiefung oder Nut des Außenteilträgers 11 zu befestigen.
Auch bei der alternativen Variante des zweiten Ausführungsbeispiels nach Fig.4 bilden das Rotoraußenteil 2.1 und der Außenteilträger 11 am Außenumfang eine bündige Umfangsfläche, auf der die Rotorbandage 16 vorgesehen ist, die zumindest an der dem Außenteilträger 11 abgewandten Stirnseite, insbesondere an beiden Stirnseiten, den Stützkörper 12,12.1 bildet und/oder zwischen dem Rotoraußenteil 2.1 und dem Außenteilträger 11 eine kraftschlüssige Verbindung herstellt.
Die elektrische Asynchronmaschine nach Fig.l weist einen Stator 20 mit einer Statorwicklung 21 auf. Der Stator 20 ist beispielsweise als Blechpaket 7 ausgeführt und in radialer Richtung gesehen zwischen dem Rotoraußenteil 2.1 und dem Rotorinnenteil 2.2 des erfindungsgemäßen Rotors 2 angeordnet. Der Stator 20 ist beispielsweise an einem Lagerschild 22 eines Gehäuses 23 befestigt, beispielsweise indem ein Wickelkopf der Statorwicklung 21 in einer Vertiefung des Lagerschildes 22 befestigt ist.

Claims

Ansprüche
1. Rotor (2) einer elektrischen Asynchronmaschine (1), der eine um eine Rotorachse
(3) drehbare Rotorwelle (4), ein mit der Rotorwelle (4) gekoppeltes Rotoraußenteil (2.1) und ein mit der Rotorwelle (4) gekoppeltes Rotorinnenteil (2.2) umfasst, wobei das Rotorinnenteil (2.2) bezüglich der Rotorachse (3) radial innerhalb des Rotoraußenteils (2.1) angeordnet ist, wobei das Rotoraußenteil (2.1) und das Rotorinnenteil (2.2) jeweils ein Blechpaket (7) und jeweils eine Käfigwicklung (8) aufweisen, die jeweils zwei Kurzschlussringe (9) und mehrere die zwei Kurzschlussringe (9) miteinander verbindende Kurzschlussstäbe (10) umfasst, wobei das Rotoraußenteil (2.1) über einen Außenteilträger (11) mit der Rotorwelle
(4) gekoppelt ist, wobei der Außenteilträger (11) an einer der beiden Stirnseiten des Rotoraußenteils (2.1) mit der Rotorwelle (4) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotoraußenteil (2.1) an seiner dem Rotorinnenteil (2.2) abgewandten
Außenseite von einem mit der Rotorwelle (4) gekoppelten und insbesondere hohlzylinderförmigen Stützkörper (12) umschlossen ist und dass jeder Kurzschlussring (9) des Rotoraußenteils (2.1) zur Abstützung von Fliehkräften an dem Stützkörper (12) und/oder an dem Außenteilträger (11) mechanisch abgestützt ist.
2. Rotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stützkörper (12) zur Abstützung zumindest eines der beiden Kurzschlussringe (9) des Rotoraußenteils
(2.1) jeweils mit einem Kragabschnitt (12.1) in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse (3) über das Blechpaket (7) des Rotoraußenteils (2.1) hinaussteht, und dass der jeweilige Kurzschlussring (9) zur Abstützung am Stützkörper (12) in radialer Richtung bis an den jeweiligen Kragabschnitt (12.1) reicht.
3. Rotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an der dem Außenteilträger(ll) abgewandten Stirnseite des Rotors (2) der Kragabschnitt
(12.1) des Stützkörpers (12) an seiner dem Rotoraußenteil (2.1) zugewandten Innenseite stufenlos in den übrigen Teil des Stützkörpers (12) übergeht.
4. Rotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Kurzschlussring (9) des Rotoraußenteils (2.1) mehrere Aussparungen (15) aufweist, die jeweils in axialer Richtung bezüglich der Rotorachse (3) bis an das Blechpaket (7) des Rotoraußenteils (2.1) heranreichen.
5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (15) des jeweiligen Kurzschlussrings (9) des Rotoraußenteils (2.1) nach radial außen hin offen oder aus der axialen Richtung gesehen im Querschnitt geschlossen ausgebildet sind.
6. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenteilträger (11) topfförmig ausgebildet und insbesondere aus Stahl hergestellt ist, dass das Rotoraußenteil (2.1) mit einer Außenseite an einer Innenseite eines zylinderförmigen Abschnittes (11.2) des topfförmigen Außenteilträgers (11) zur Drehmomentübertragung befestigt ist, insbesondere kraftschlüssig, und dass der Stützkörper (12) Teil des zylinderförmigen Abschnittes (11.2) des Außenteilträgers (11) ist.
7. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenteilträger (11) zur Halterung des Rotoraußenteils (2.1) an dem dem
Außenteilträger (11) zugewandten Kurzschlussring (9) des Rotoraußenteils (2.1) befestigt ist, insbesondere kraftschlüssig und/oder formschlüssig, und dass das Rotoraußenteil (2.1) und der Außenteilträger (11) eine bündige Umfangsfläche bilden, auf der eine Rotorbandage (16) vorgesehen ist, die zumindest an der dem Außenteilträger (11) abgewandten Stirnseite, insbesondere an beiden Stirnseiten, den Stützkörper (12) bildet.
8. Rotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorbandage (16) zwischen dem Rotoraußenteil (2.1) und dem Außenteilträger (11) eine kraftschlüssige Verbindung bildet und insbesondere aus einem faserverstärktem oder kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff hergestellt ist.
9. Rotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorinnenteil (2.2), insbesondere dessen Blechpaket (7), eine zentrale Durchgangsöffnung (5) zum Durchführen der Rotorwelle (4) und zur drehmomentübertragenden, insbesondere kraftschlüssigen oder formschlüssigen, Verbindung des Rotorinnenteils (2.2) mit der Rotorwelle (4) aufweist.
10. Elektrische Asynchronmaschine (1) mit einem Stator und mit einem Rotor (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator
(20) in radialer Richtung gesehen zwischen dem Rotoraußenteil (2.1) und dem Rotorinnenteil (2.2) des Rotors (2) angeordnet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4023791A1 (de) 1990-07-26 1992-01-30 Siemens Ag Elektrische maschine mit einem innen- und aussenlaeufer
DE29702117U1 (de) * 1997-02-07 1998-06-10 Knestel, Anton, 83673 Bichl Elektrische Drehfeldmaschine mit einer in einem Stator befindlichen Ringwicklung

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